JP2005201385A

JP2005201385A - 転動装置

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Publication number: JP2005201385A
Application number: JP2004009179A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yabe; 俊一矢部
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】作動時に磁場変動を引き起こすことなく、かつ、環境をクリーンに保つことができる転動装置を提供する。
【解決手段】外周面にねじ溝１２を有するねじ軸１１と、内周面にねじ溝１６を有するナット１４と、それらの両ねじ溝１２，１６間に転動自在に介装される複数の玉１３と、を備えたボールねじ１０において、ナット１４、転動体循環チューブ１７、ナット１４両端面部のラビリンスシール１９，１９、及び、ねじ軸１１を抗菌、抗カビ性樹脂で構成する。
【選択図】図１

Description

転動装置に関し、特に抗菌、抗カビ性を有する転動装置に関する。

従来、転動体の転動を介して内方部材又は外方部材が移動するリニアガイドやボールねじ等の転動装置においては、内方部材及び外方部材が金属で構成され、転動体の転動を円滑にするためにグリースが充填されているのが一般的である。また、内方部材及び外方部材を構成する金属は、ほとんどが特殊高炭素鋼、ステンレス鋼等である。

しかしながら、上述のように特殊高炭素鋼やステンレス鋼を用いた従来の転動装置を使用して医療用設備（例えば、分注機）等を構成した場合には、自発的に又は磁場中に置かれることで転動装置が磁気を帯び、さらにはこの転動装置が作動することによって磁場変動を生じ、検査精度等に悪影響を及ぼす可能性が考えられた。
また、医療用設備は衛生的であることが求められるが、転動装置を構成する材料は抗菌性を有するわけではないので、転動装置での細菌等の増殖が抑制されないだけでなく、転動装置の作動時に細菌等を含むグリースが飛散する等により、転動装置自体が雰囲気を汚染するおそれも考えられた。
本発明は上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、作動時に磁場変動を引き起こすことなく、かつ、環境をクリーンに保つことができる転動装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１による転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも１つを、銀、銀酸化物、銀が表面被覆された充填剤、及び、銀酸化物が表面被覆された充填剤のうちの少なくとも１つを含有する抗菌、抗カビ性樹脂で構成したことを特徴とする。

本発明の転動装置によれば、外方部材及び内方部材の少なくとも１つが銀、銀酸化物、及び、銀又は銀酸化物が表面被覆した充填剤のうちの少なくとも１つを含有する抗菌、抗カビ性樹脂で構成されているので、非磁性で抗菌、抗カビ性に優れる。このため、本発明に係る転動装置を医療用設備等に用いても、周辺の細菌汚染を抑制しつつ、磁場変動を引き起こさずに作動するので、環境がクリーンに保たれ、かつ、検査等も高精度に行うことができる。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において参照する各図においては、他の図と同一又は相当する部分には同一の符号を付してある。
［ボールねじについて］
図１は本発明の第１の実施形態に係るボールねじの断面図、図２は図１のボールねじのＩ−Ｉ線に沿う断面図である。

図１及び図２において、ボールねじ１０は、外周面にねじ溝１２を有するねじ軸（内方部材）１１と、内周面にねじ溝１６を有するナット（外方部材）１４と、これらの両ねじ溝１２，１６間に形成された転動体通路に転動自在に装填される複数の玉（転動体）１３と、を備え、ねじ軸１１又はナット１４のいずれか一方の回転動作によりねじ軸１１の軸線方向に一方が直線的に相対移動するようになっている。なお、ナット１４はねじ溝１６にそれぞれ連通する２つの循環チューブ挿入孔１８を有しており、この循環チューブ挿入孔１８には略U字型の転動体循環チューブ１７の両端が差し込まれている。このため、上記転動体通路の始点と終点とが転動体循環チューブ１７を介して連通しており、従って、上記転動体通路を転動した玉１３は、転動体循環チューブ１７内を通って上記転動体通路を繰り返し転動するようになっている。

このような第１の実施形態に係るボールねじ１０において、ナット１４、転動体循環チューブ１７、ナット１４両端面部のラビリンスシール１９，１９、及び、ねじ軸１１は、後述する抗菌、抗カビ性樹脂で構成されている。このため、第１の実施形態に係るボールねじ１０は、抗菌性に優れるとともに、作動時にも磁場変動を引き起こさない。
なお、玉１３は、抗菌、抗カビ性樹脂で構成してもよいが、後述する抗菌剤を含有しない同種の樹脂、ガラス又はセラミックスで構成してもよい。
また、本発明の適用は上記第１の実施形態に示したボールねじ１０に限定されるものではなく、適宜変更されたボールねじ１０にも適用可能である。

［リニアガイドについて］
図３は本発明の第２の実施形態に係るリニアガイドの斜視図、図４は第２の実施形態に係るリニアガイドの断面図、図５は第２の実施形態に係るリニアガイドのスライダの一部分を示す断面図である。
図３において、リニアガイド２０は、案内レール（内方部材）２１と、スライダ（外方部材）２４と、これらの間に転動自在に配される玉（転動体）２３と、を備えている。案内レール２１は軸方向に延びる断面矩形状であり、両側面には断面円弧状の転動体転動溝２２が軸方向に沿って形成されている。この転動体転動溝２２には多数の玉２３が係合しており、これらの玉２３の転動体転動溝２２に沿った転がり運動を介して、案内レール２１に取り付けられたスライダ（外方部材）２４が案内レール２１の軸方向に直線運動するようになっている。

スライダ２４は、スライダ本体２５と、このスライダ本体２５の軸方向両端に設けられたエンドキャップ２６，２６と、からなる。
このスライダ本体２５は、１対の側板部２５ａ，２５ａと水平部２５ｂとからなる断面略コ字状であり、この１対の側板部２５ａ，２５ａには、案内レール２１の転動体転動溝２２に沿って対向する断面円弧状の転動体転動溝２７が形成されるとともに、円形の転動体通路孔２８が転動体転動溝２７と平行に形成されている。

一方、エンドキャップ２６には、図５に示すように、Ｕ字状に湾曲した転動体通路孔２９が形成されている。この転動体通路孔２９は転動体転動溝２２と転動体転動溝２７との間に形成された転動体通路と転動体通路孔２８にそれぞれ連通しており、従って、転動体転動溝２２と転動体転動溝２７との間に形成された転動体通路を転動した玉２３は、転動体通路孔２９及び転動体通路孔２８を通って上記転動体通路を繰り返し転動するようになっている。

このような第２の実施形態に係るリニアガイド２０において、スライダ本体２５、エンドキャップ２６及び案内レール２１は、後述する抗菌、抗カビ性樹脂で構成されている。このため、第２の実施形態に係るリニアガイド２０は、抗菌性に優れるとともに、作動時にも磁場変動を引き起こさない。
なお、玉２３は、抗菌、抗カビ性樹脂で構成してもよいが、後述する抗菌剤を含有しない同種の樹脂、ガラス又はセラミックスで構成してもよい。
また、本発明の適用は上記第２の実施形態に示したリニアガイド２０に限定されるものではなく、適宜変更されたリニアガイド２０にも適用可能である。

［ボールねじ一体型直動案内ユニット（モノキャリア）について］
図６は本発明の第３の実施形態に係るボールねじ一体型直動案内ユニットの側面図、図７は図６のＩＩ−ＩＩ線断面図、図８は図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
図６において、ボールねじ一体型直動案内ユニット３０は、ねじ軸（内方部材）３４及びこのねじ軸３４に外嵌されて該ねじ軸３４の軸方向に沿って移動可能なナット（外方部材）３３を備えたボールねじと、断面凹状をなしてナット（内方部材）３３を凹部３１Ａに収納した状態で軸方向に沿って案内する案内レール（外方部材）３１を備えたリニアガイドと、が一体化されたものである。

ボールねじのねじ軸３４は、案内レール３１の両端部の軸受板３１Ｂ，３１Ｂ及び一方の軸受板３１Ｂに並設されたベアリングハウジング３１Ｃにそれぞれ設けられた軸受（図示せず）によって回転可能に支持されている。また、ねじ軸３４の外周面に設けられたねじ溝３４ａとナット３３の内周面に設けられたねじ溝３３ａとの間には螺旋状通路が形成されている。この螺旋状通路には転動体としての多数の玉Ｂ１が転動可能に装填されており、ねじ軸３４の回転により、ナット３３が玉Ｂ１の転動を介して直線移動するようになっている。なお、ナット３３には、更に、ねじ軸３４に平行な直線状の貫通孔からなる転動体戻り通路３３ｂがねじ軸３４を取り囲むようにして４本形成されている。また、このナット３３の両端部に取り付けられるエンドキャップ３２には、ナット３３との接合端面に、ねじ軸３４の４条のねじ溝３４ａと４つの転動体戻り通路３３ｂとをそれぞれに連通させる４本の湾曲路（図示せず）が形成されている。これにより、上記螺旋状通路を転動した玉Ｂ１は、湾曲路及び転動体戻り通路３３ｂを通って上記螺旋状通路を繰り返し転動するようになっている。

一方、リニアガイドの案内レール３１の凹部３１Ａ両側内面にはそれぞれ軸方向に延びる転動体転動溝３１ａが形成されており、ナット３３の両側外面にはそれぞれ転動体転動溝３１ａに対向する転動体転動溝３３ｃが形成されている。なお、転動体転動溝３１ａ，３３ｃは例えば２列、３列以上でもよい。これら向き合った両転動体転動溝３１ａ，３３ｃの間には転動体としての多数の玉Ｂ２が転動自在に装填され、これらの玉Ｂ２の転動を介してナット３３が案内レール３１に案内されて軸方向に沿って移動できるようになっている。なお、ナット３３の肉厚内には両転動体転動溝３１ａ，３３ｃと平行な転動体通路３３ｄが形成され、また、このナット３３の両端部に取り付けられたエンドキャップ３２には転動体通路３３ｄと両転動体転動溝３１ａ，３３ｃとを連通する転動体循環路３２ａが内部に形成されており、これにより、玉Ｂ２が循環可能になっている。

このような第３の実施形態に係るボールねじ一体型直動案内ユニット３０において、ナット３３、エンドキャップ３２，３２、ねじ軸３４、及び、案内レール３１（凹部３１Ａ、軸受板３１Ｂ，３１Ｂ、ベアリングハウジング３１Ｃ）は、後述する抗菌、抗カビ性樹脂で構成されている。このため、第３の実施形態に係るボールねじ一体型直動案内ユニット３０は、抗菌性に優れるとともに、作動時にも磁場変動を引き起こさない。
なお、玉Ｂ１，Ｂ２は、抗菌、抗カビ性樹脂で構成してもよいが、後述する抗菌剤を含有しない同種の樹脂、ガラス又はセラミックスで構成してもよい。

また、本発明の適用は上記第３の実施形態に示したボールねじ一体型直動案内ユニット３０に限定されるものではなく、適宜変更されたボールねじ一体型直動案内ユニットにも適用である。例えば、上記第３の実施形態に係るボールねじ一体型直動案内ユニット３０では、ボールねじの螺旋状通路に玉Ｂ１を無限に供給するための湾曲路をエンドキャップ３２に設けたが、第１の実施形態のボールねじ１０と同様に転動体循環チューブ１７を用いてもよい。この場合には、転動体循環チューブも抗菌、抗カビ性樹脂で構成するとよい。

［転がり軸受について］
図９は、本発明の第４の実施形態に係る転がり軸受の断面図である。転がり軸受４０は、内輪（内方部材）４１と、外輪（外方部材）４２と、内輪４１及び外輪４２の間に装填された玉（転動体）４３と、保持器４４と、を備えており、玉４３の転動を介して外輪４２が内輪４１に対して相対回転可能になっている。
このような第４の実施形態に係る転がり軸受４０において、内輪４１及び外輪４２は、後述する抗菌、抗カビ性樹脂で構成されている。このため、第４の実施形態に係る転がり軸受４０は、抗菌性に優れるとともに、作動時にも磁場変動を引き起こさない。

なお、玉４３は、抗菌、抗カビ性樹脂で構成してもよいが、後述する抗菌剤を含有しない同種の樹脂、ガラス又はセラミックスで構成してもよい。
また、本発明の適用は上記第４の実施形態に示した転がり軸受に限定されるものではなく、適宜変更された転がり軸受にも適用可能である。例えば、上記第４の実施形態では、深溝玉軸受に本発明を適用しているが、これに限定されずにその他の軸受形式の転がり軸受にも本発明を適用できる。

また、本発明は上述のような第１〜第４の実施形態に係る装置以外にも適用可能であり、例えば図示しないが上記のようなリニアガイドによる直動案内機構が組み合わされて、テーブルが基台に対してＸ軸方向及びＹ軸方向の２方向へ移動可能とされたＸＹテーブルにも適用可能である。このＸＹテーブルは、例えば、直線状の案内レールと、この案内レールに沿って移動可能に取り付けられるスライダ部分及び検査対象物等を載置可能なテーブル体が一体化されたテーブルと、を備えるものであり、この場合には、例えば案内レール及びテーブルを後述する抗菌、抗カビ性樹脂で構成する。

［抗菌、抗カビ性樹脂について］
以下、本発明の転動装置の外方部材、内方部材等に使用される抗菌、抗カビ性樹脂について、詳細に説明する。
抗菌、抗カビ性樹脂は、ベースとなる樹脂と、樹脂に抗菌、抗カビ性を付与する抗菌剤と、を含有している。
用いることができる樹脂は、特に限定されないが、転動装置の使用環境を考慮すると、耐熱温度が８０℃以上であり、摺動特性に優れる樹脂が好適である。製造コストを考慮すると、射出成形法で成形可能な熱可塑性樹脂が最も好適で、具体的には、ポリオキシメチレン（アセタール樹脂）、超高分子量ポリオレフィンの存在下、多段階重合法で得られた低分子量乃至高分子量ポリオレフィンからなる高摺動性特殊ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂（ポリアミド４６、ポリアミド６６、ポリアミド６等）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、フッ素樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）等）等である。この中で、超高分子量ポリオレフィンの存在下、多段階重合法で得られた低分子量乃至高分子量ポリオレフィンからなる高摺動性特殊ポリオレフィン樹脂や、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂が、自己潤滑性に優れるので最も好適である。

高摺動性特殊ポリオレフィンについて説明する。高摺動性特殊ポリオレフィンは、超高分子量ポリオレフィンと、低分子量乃至高分子量ポリオレフィンと、を含有してなるものであり、チーグラー型触媒の存在下でオレフィンを重合させて超高分子量ポリオレフィンを生成し、次いで水素存在下でさらにオレフィンを重合させて低分子量乃至高分子量のポリオレフィンを生成させることにより製造される。このようにして製造することで、高摺動性特殊ポリオレフィンは、超高分子量ポリオレフィンと低分子量乃至高分子量ポリオレフィンとを単純に混合したときのような層状構造にならず、超高分子量ポリオレフィンが低分子量乃至高分子量オレフィンの間に均一にミクロ分散し、場合によっては、一部で互いに結合状態を作ることにより分散状態が安定に保たれている。このように超高分子量ポリオレフィンがミクロ分散していると、射出成形性が維持されつつ、超高分子量ポリオレフィンの持つ卓越した耐摩耗性が同時に発現される。これらの超高分子量ポリオレフィン及び低分子量乃至高分子量ポリオレフィンは、例えばエチレン、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン、１−デセン、１−ドデセン、４−メチル−１−ペンテン、３−メチル−１−ペンテン等のα−オレフィンの単独重合体又は共重合体からなる。この中では、エチレンの単独重合体、又は、エチレンと他のα−オレフィンとからなりエチレンを主成分とする共重合体が望ましい。

また、高摺動性特殊ポリオレフィンにおいて、超高分子量ポリオレフィンの割合は、実質１５〜４０質量％であり、より好ましくは２０〜３０質量％である。超高分子量ポリオレフィンの量が１５質量％未満であると、耐摩耗性等の改善効果が十分とはいえず、実用性が低い。また、超高分子量ポリオレフィンの割合が４０質量％を超えると、溶融時の粘度が高く、射出成形による成形が困難であるとともに、超高分子量ポリオレフィンの絶対量が多くなりミクロ分散しにくくなるので、種々の物性が低下する。

次に、抗菌剤について詳細に説明する。
抗菌剤としては、半永久的に効果が持続する銀系抗菌剤が最も好ましく、樹脂中への分散性を考慮すると、銀あるいは銀酸化物そのものより、比重の軽い充填剤の表面に銀あるいは銀酸化物を被覆してなるものの方が、更に好ましい。
充填剤としては、酸化チタン（チタニア）、二酸化ケイ素（シリカ）、酸化マグネシウム（マグネシア）、酸化アルミニウム（アルミナ）、マイカ、カオリンクレー、セリサイト、タルク、チタン酸カリウムウィスカー、ホウ酸アルミニウムウィスカー、ケイ酸カルシウム（ウォラストナイト、ゾノトライト等）、ガラス繊維等の無機系充填剤を用いることができる。また、他の充填剤としては、アラミド繊維、カーボン繊維、カーボンブラック等の有機系充填剤等も使用することができる。これらの中では、繊維状あるいはウィスカー状のものであれば、充填剤を含有した樹脂自体の強度も向上するので、更に好ましい。

抗菌、抗カビ性樹脂中の抗菌剤の含有量としては、銀量（銀酸化物の場合は、銀酸化物中の銀原子の量）に換算して０．２〜２．０質量％であることが好ましく、１．０〜２．０質量％であるとより好ましい。抗菌剤の含有量が銀量で０．２質量％未満の場合は、銀の絶対量が少ないので、十分な抗菌、抗カビ性を得ることが難しく実用性が低い。また、抗菌剤の含有量が銀量で２．０質量％を超える場合は、含有量の増加に応じた抗菌、抗カビ性の効果の向上がほとんどみられず、コストアップにつながるので好ましくない。

なお、本発明の転動装置に用いられる抗菌、抗カビ性樹脂には、上記銀あるいは銀酸化物で表面が被覆された充填剤の他に、ガラス繊維、アラミド繊維、カーボン繊維、チタン酸カリウムウィスカー、ホウ酸アルミニウムウィスカー等の強化材、熱安定剤、光安定剤等各種添加剤を更に含有させてもよい。その中で強化材は、転動装置の耐久性を考慮すると、抗菌、抗カビ性樹脂全体に対する含有量が１０〜４０質量％であることが好ましく、含有量が２０〜３０質量％であるとより好ましい。強化材の含有量が１０質量％未満の場合は、機械的強度や耐摩耗性等の改善効果が少なく、実用性が低い。また、強化材の含有量が４０質量％程度を超える場合は、抗菌、抗カビ性樹脂の成形性が低下すると共に、他の成分、特に銀が表面被覆された充填剤の添加量が低く抑えられて、抗菌、抗カビ性樹脂の全体量に対する銀量が上記規定量以下となることにより、抗菌、抗カビの効果が不十分となる。

なお、本発明の転動装置に用いるべき潤滑剤や潤滑方法等は特に限定されない。しかしながら、医療用設備用等の比較的軽荷重用途の転動装置は、上記のように摺動性に優れた材料からなる抗菌、抗カビ性樹脂で内方部材又は外方部材を構成すれば、無潤滑で使用することができ、この場合は雰囲気の汚染を防止することができるので、好ましい。
また、耐久性を付与するために潤滑を行う場合は、官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテルとを含有する特殊潤滑膜で外方部材及び内方部材の転動体転動溝や転動体等の表面を覆う方法が（特開２００２−３５７２２１号公報に記載）、発塵量が少なく好適である。

図３〜５に示すリニアガイド２０を構成する部材のうち玉２３を除く部材（スライダ本体２５、エンドキャップ２６、案内レール２１）を、以下の抗菌、抗カビ性樹脂で構成し、玉２３をガラスで構成して、リニアガイド２０を作製した。
抗菌、抗カビ性樹脂組成：
（１）樹脂：テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）６０質量％
（２）強化材：ＰＡＮ系カーボンファイバー２０質量％
（３）抗菌剤：銀被覆チタン酸カリウムウィスカー２０質量％
なお、抗菌、抗カビ性樹脂全体量に対する銀量は１．２質量％である。

上記のようにして作製されたリニアガイド２０について、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）に対する殺菌効果を確認する抗菌性試験を行った。
本抗菌性試験では、スライダ本体２５上面の３ｃｍ×３ｃｍのエリアに大腸菌を約１０００個含有する培養希釈液を塗布し、該培養希釈溶液の塗布部分について４時間後の菌数を測定した。この結果、４時間後の菌数は３００個以下まで減少しており、充分な抗菌性が確認された。なお、培養希釈液は、大腸菌を普通ブイヨン培地で３５℃で１８時間、３回継代培養したものを滅菌リン酸緩衝液により適宜希釈して得た。また、４時間後の菌数の測定の際には、標準寒天培地を使用した。

第１の実施形態に係るボールねじの断面図である。図１のボールねじのＩ−Ｉ線に沿う断面図である。第２の実施形態に係るリニアガイドの斜視図である。第２の実施形態に係るリニアガイドの断面図である。第２の実施形態に係るリニアガイドのスライダの一部分を示す断面図である。第３の実施形態に係るボールねじ一体型直動案内ユニットの側面図である。図６のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。第４の実施形態に係る転がり軸受の断面図である。

符号の説明

１０ボールねじ
１１ねじ軸
１２，１６ねじ溝
１３玉
１４ナット
１７転動体循環チューブ
１８循環チューブ挿入孔
１９ラビリンスシール
２０リニアガイド
２１案内レール
２２転動体転動溝
２３玉
２４スライダ
２５スライダ本体
２５ａ側板部
２５ｂ水平部
２６エンドキャップ
２７転動体転動溝
２８，２９転動体通路孔
３０一体型直動案内ユニット
３１案内レール
３１Ａ凹部
３１Ｂ軸受板
３１Ｃベアリングハウジング
３１ａ転動体転動溝
３２エンドキャップ
３２ａ転動体循環路
３３ナット
３３ａねじ溝
３３ｂ転動体戻り通路
３３ｃ転動体転動溝
３３ｄ転動体通路
３４ねじ軸
３４ａねじ溝
４０転がり軸受
４１内輪
４２外輪
４３玉
４４保持器
Ｂ１，Ｂ２玉

Claims

外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える転動装置において、
前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも１つを、銀、銀酸化物、銀が表面被覆された充填剤、及び、銀酸化物が表面被覆された充填剤のうちの少なくとも１つを含有する抗菌、抗カビ性樹脂で構成したことを特徴とする転動装置。