JP2006069625A - キャップ装着用治具及び該治具に用いられる転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 巻き締めトルクのばらつきを少なくすると共に、無菌充填下における腐食性ガス環境下であるオゾン水や過酸化水素水、および過酢酸等による殺菌消毒処置を行った後においても、発錆等よる転がり軸受の寿命低下を回避する。
【解決手段】 キャッピングマシンのスピンドル２に取り付けられ、該スピンドル２と連動する治具本体３と、キャップＣを把持するチャック部４と、スピンドル２の回転をチャック部４に接続、解除する磁気クラッチ８と、治具本体３とチャック部４との間に配設されて該チャック部４を治具本体３に対して回転可能に支持する深溝玉軸受５とを備えたキャップ装着用治具１において、深溝玉軸受５の内輪２１、外輪２２及び転動体２３を非磁性材料とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、キャッピングマシンのスピンドルに取り付けられ、合成樹脂製キャップ等のプレスクリューキャップを把持して容器口部に装着するキャップ装着用治具及び該治具に用いられる転がり軸受に関する。

一般に、コンベヤ上を連続して搬送される容器の口部にプレスクリューキャップを螺合して装着するキャッピングマシンにおいては、そのスピンドル先端部分に、キャップを把持して容器口部に装着するためのキャップ装着用治具が取り付けられている。
このキャップ装着用治具１は、図１に示すように、スピンドル２の先端部に取り付けられ、該スピンドル２と連動する治具本体３と、キャップＣを把持するチャック部４と、治具本体３とチャック部４との間に配設されて該チャック部４を治具本体３に対して回転可能に支持する転がり軸受５とを備えている。

ところで、容器９の口部９ａにキャップＣを強く締め過ぎると後でユーザが開栓することが困難となり、逆にキャップＣの締め込みが緩いと雑菌が混入するなどの食品衛生上の問題が生じるため、上記キャップ装着用治具１では、チャック部４で把持したキャップＣを開封時の所要回転トルクに対応した所定のトルクで容器９の口部９ａに締め込む必要がある。

そのため、キャップ装着用治具１には、キャップＣを容器口部９ａに締め込むときに、締め込みトルクが所定のトルクに達するとキャップＣを把持するチャック部４と治具本体３との接続が解除され、これにより、チャック部４によるキャップＣの締め込みが停止するクラッチ機構が設けられている。
このクラッチ機構としては、例えば、治具本体３に固定された磁石６と、該磁石６に対向してチャック部４に固定された磁石７とを備えた磁気クラッチ８が用いられ、治具本体３側の磁石６とチャック部４側の磁石７との間隔を調整することによって巻き締めトルクを調整するようになっている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

そして、所定のトルクに到達するまでは、スピンドル２のトルクをキャップＣを把持するチャック部４に伝達し、所定のトルクに到達すると治具本体３とチャック部４が滑り、キャップＣの締め込みを停止する。
また、キャッピングマシンに用いられる転がり軸受５は、殺菌消毒のために、過酢酸や過酸化水素水などのオキソニアが噴霧される環境下で用いられる場合があり、このような環境下では軸受が早期に発錆して使用できなくなる可能性があるため、ステンレス鋼製（例えばＳＵＳ４４０Ｃ）の深溝玉軸受が用いられている。
特開平９−２５５０８９号公報 特開平８−２０７９９３号公報

上記従来のキャップ装着用治具においては、無菌充填システム・クリーンキャッパー内でのマグナトルク式キャッピングシステムにて、チャック部４を自由に回転させる転がり軸受５に存在する軸方向のがたつきにより、治具本体３に固定した磁石６とチャック部４に固定した磁石７との磁石間隔が変動したり、磁場環境の影響を受けて転がり軸受５が磁化されてしまい、巻き締めトルクがばらついてしまうという問題がある。
また、上述したように、一般に食品機械用の転がり軸受は、殺菌、消毒のため、過酢酸や過酸化水素などのオキソニアが噴霧され、金属が腐食しやすい環境にあるがあるが、ＪＩＳ：ＳＵＳ４４０Ｃは規格鋼種の中で最も低い耐食性しか有しておらず、高い耐食性の要求がある。

本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、巻き締めトルクのばらつきを少なくして安定で確実なトルク伝達を行うことができると共に、無菌充填下における腐食性ガス環境下であるオゾン水や過酸化水素水、および過酢酸等による殺菌消毒処置を行った後においても、発錆等よる転がり軸受の寿命低下を回避することができるキャップ装着用治具及び該治具に用いられる転がり軸受を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、キャッピングマシンのスピンドルに取り付けられ、該スピンドルと連動する治具本体と、キャップを把持するチャック部と、前記スピンドルの回転を前記チャック部に接続、解除するクラッチと、前記治具本体と前記チャック部との間に配設されて該チャック部を前記治具本体に対して回転可能に支持する転がり軸受とを備えたキャップ装着用治具において、
前記転がり軸受の内輪、外輪及び転動体を非磁性材料としたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、キャッピングマシンのスピンドルに取り付けられ、該スピンドルと連動する治具本体と、キャップを把持するチャック部と、前記スピンドルの回転を前記チャック部に接続、解除するクラッチと、前記治具本体と前記チャック部との間に配設されて該チャック部を前記治具本体に対して回転可能に支持する転がり軸受とを備えたキャップ装着用治具において、
前記転がり軸受の内輪及び外輪の材料に非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼を用い、且つ転動体にセラミックス球を用いたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２において、前記転動体を周方向に略等間隔で複数個保持する保持器を備え、該保持器の材料に樹脂又は非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼を用いたことを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記転がり軸受として、前記転動体が前記内輪の軌道溝と２点で接触すると共に前記外輪の軌道溝に１点で接触する３点接触玉軸受、又は前記転動体が前記内輪の軌道溝と１点で接触すると共に前記外輪の軌道溝に２点で接触する３点接触玉軸受を用いたことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記転がり軸受として、前記転動体が前記内輪の軌道溝と２点で接触すると共に前記外輪の軌道溝に２点で接触する４点接触玉軸受を用いたことを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記転がり軸受として、背面組合せの２個の玉軸受を用いたことを特徴とする。

請求項７に係る発明は、キャッピングマシンのスピンドルに取り付けられ、該スピンドルと連動する治具本体と、キャップを把持するチャック部と、前記スピンドルの回転を前記チャック部に接続、解除するクラッチと、前記治具本体と前記チャック部との間に配設されて該チャック部を前記治具本体に対して回転可能に支持する転がり軸受とを備えたキャップ装着用治具において、
前記転がり軸受の転動体にセラミックス球を用い、且つ前記転動体の中心線平均表面粗さＲａを０．００２μｍ以上０．０５μｍ以下としたことを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項７において、前記転動体の破壊じん性値／（ヤング率×最大表面あらさＲ_max ^0.5 ）の値を２．０×１０^-2以上としたことを特徴とする。
請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載のキャップ装着用治具の前記治具本体と前記チャック部との間に配設されて該チャック部を前記治具本体に対して回転可能に支持する転がり軸受。

本発明によれば、巻き締めトルクのばらつきを少なくして安定で確実なトルク伝達を行うことができると共に、無菌充填下における腐食性ガス環境下であるオゾン水や過酸化水素水、および過酢酸等による殺菌消毒処置を行った後においても、発錆等よる転がり軸受の寿命低下を回避することができる。

以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態であるキャップ装着用治具を図１を流用して説明すると、このキャップ装着用治具１は、治具本体３とチャック部４との間に配設されて該チャック部４を治具本体３に対して回転可能に支持する転がり軸受５を深溝玉軸受とし、該深溝玉軸受の内輪２１及び外輪２２の材料に非磁性のステンレス鋼を用い、転動体２３は窒化けい素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）のセラミックス製としている。また、複数の転動体２３を周方向に略等間隔に保持する保持器（図示せず）の材料には、フッ素樹脂又は非磁性のステンレス鋼を用いている。

これにより、磁気クラッチ８から受ける磁場による着磁を回避し、且つ腐食環境下でも高い耐食性を有することで、軸方向荷重が負荷されたときのアキシアル変位を抑制し、巻き締めトルクのばらつきを少なくして安定で確実なトルク伝達を可能にしている。
また、耐磁性、耐食性及び耐久性を有するマグナトルク式キャッピングシステムヘッド用の転がり軸受の提供が可能になり、更に、転がり軸受を２個背面組合せにて使用し（後述する）、巻き締めトルクの往復運動によるアキシアル変位のばらつきを抑制することができる転がり軸受の提供が可能となる。

なお、転がり軸受として単列深みぞ玉軸受を使用する場合には、クリーンキャッパー内のマグナトルクヘッド主軸に内輪を固定し、且つ外輪の外径面に止め輪みぞ加工を施すことにより外輪とハウジングの固定が強化される。これにより、軸受組込み時のミスアライメントを防止し、且つ外輪に十分な剛性を持たせることで、トルク変動によるチャック部の回転と軸受回転の変動を抑制し、ヘッドセット作動時の軸受に発生するがたつきとトルク変動を抑制することが可能となる。

以下、詳述する。
玉軸受の内輪及び外輪の材料に、非磁性としての機能と耐食性を有するステンレス鋼を用いる。なお、一般に非磁性としての機能を有する材料として、Ｂｅ−Ｃｕ合金やＭｎ−Ｃｒ−Ｖ系のオーステナイト系ステンレス鋼があるが、Ｂｅ−Ｃｕ合金は硬さも低いうえに（Ｈｖ４００程度）、酸化生成物が有害となる。
Ｍｎ−Ｃｒ−Ｖ系のオーステナイト系ステンレス鋼は時効処理を必要とし、一般のオーステナイト系ステンレス鋼より耐食性が劣る。また、一般のオーステナイト系ステンレス鋼は軟質で転がり軸受として用いる場合は軽荷重の用途となる。
そこで、この実施の形態では、より好ましい形態として、内輪及び外輪の材料に、耐食性と非磁性とを満足する次の条件のステンレス鋼を用いる。

即ち、Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋Ｃｏ＋０．５Ｍｎ＋０．３Ｃｕ＋２５Ｎ＋３０Ｃ（ここでＮｉ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｎ，Ｃは材料に含まれる各元素の比率を示す）が１２．０以上であるオーステナイト系ステンレス鋼の表面に４６０°Ｃ程度の比較的低い温度で浸炭処理することによって形成された実質炭化物を含まない浸炭硬化層を、表面硬さＨｖ６５０以上を有するように形成した表面硬化型オーステナイト系ステンレス鋼を用いる。また、保持器付の転がり軸受の場合、保持器の材料については上記の非磁性型オーステナイト系ステンレス鋼、若しくは自己潤滑性を有するポリアミド樹脂等を用いる。

転動体については、窒化けい素、炭化けい素、アルミナ等のセラミックスを使用することにより、マグナトルク式キャッピングシステム内での転がり軸受へ着磁がなくなるため、適切なトルク伝達が可能となる。
また、潤滑剤としては、食品機械に用いられることから、例えば米国農商務省が規定するＵＳＤＡ；Ｈ−１認可品、或いは同等の潤滑剤を用いることが好ましい。例えば、基油にホワイトオイル、増ちょう剤にＡｌコンプレックス石けんを用いたＴＨＥ ＷＨＩＴＭＯＲＥＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＣＯＭＰＡＮＹ製のメダリオン（登録商標）ＦＭ抗菌グリースや５０９０Ｂ無毒性グリース等が挙げられる。

耐久性及び透磁率、耐食性等の評価は実施例と比較例とも玉軸受６０８（ＪＩＳ呼び番号）を用いて行った。なお、軸受に組み込まれる転動体はセラミックス（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）製とし、保持器はポリアミド樹脂製保持器とした。内輪及び外輪の材料には、実施例１は非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ：ＳＵＳ３１６Ｌ）、比較例１はマルテンサイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４４０Ｃ、比較例２は軸受鋼として代表とされる高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２、比較例３はＭｎ−Ｃｒ−Ｖ系の析出硬化型オーステナイト系非磁性ステンレス鋼、比較例４は非磁性であるベリリウム銅合金（Ｃｕ−Ｂｅ）をそれぞれ用いた。

これら種々の材料を旋削加工にて内輪及び外輪の所望の形状に成形したのち、実施例１のオーステナイト系ステンレス鋼においては上述した浸炭硬化処理、比較例３のＭｎ−Ｃｒ−Ｖ鋼においては時効硬化処理を施した。なお、比較例１のマルテンサイト系ステンレス鋼および比較例２のＳＵＪ２には焼入れ処理後、焼戻し処理を行ったものを各種評価に供した。
評価は耐久性試験として表面硬さ試験、透磁率測定及び回転起動トルク試験を行った。耐食性評価については塩水噴霧試験を実施した。種々の材料とその軸受の完成品質および評価結果を表１に示す。

表１中の表面硬さ試験は、軸受軌道輪の端面を軽く鏡面仕上げしたのち、荷重５０ｇにてビッカース硬度を測定した値を表示した。
非磁性の確認試験は、図５を参照して、主軸に試験軸受を装着して、外周に固定設置された永久磁石の間で回転させた。テスラーメーターを用いて磁束密度の測定を行い、試験軸受の回転により磁場が変動するか否かを判定した。

回転起動トルク試験は、図６を参照して、主軸に試験軸受を装着して、外周に固定設置された永久磁石の間で回転させた。プッシュプルゲージを用いて引張り荷重の測定を行い、試験軸受の回転トルクが変動するか否かを判定した。
塩水噴霧試験については、各種軸受の内輪をＪＩＳ Ｚ２３７１に準拠して、塩水噴霧試験を１週間行い、全く発錆しなかったものを◎、軽微な発錆が認められたものを○、明らかな発錆が認められたものを△、ほぼ全周に著しい発錆が認められたものを×として評価した。

また、トルク寿命試験は回転速度１０００ｍｉｎ^-1、アキシアル荷重１９．６Ｎで回転試験を行い、トルクが初期トルクの２倍に達した時点を寿命として評価した。なお、評価は１０×１０⁶ サイクルで打ち切りとした。
表１から明らかなように、比較例１，２は表面硬さがＨｖ７００以上を有し、荷重による転がり寿命の低下は生じないが、着磁および腐食による転がり寿命が劣っている。比較例３，４は軸受への着磁および腐食による転がり寿命の低下は生じないが、表面硬さがＨｖ４５０未満であるため耐摩耗性、耐荷重性が劣り耐久性の低下となる。

これに対し、本発明の実施例１は、転がり寿命に必要とされる表面硬さ、回転起動トルク、透磁率、耐食性のすべての評価項目において比較例よりも優れていることが確認できる。
なお、本発明は上記実施の形態及び上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

例えば、上記実施の形態では、転がり軸受として深溝玉軸受５を例に採ったが、これに代えて、図２に示すように、転動体２３が、内輪３１の軌道溝と２点で接触すると共に外輪３２の軌道溝に１点で接触する３点接触玉軸受３０や、図３に示すように、転動体２３が内輪４１の軌道溝と１点で接触すると共に外輪４２の軌道溝に２点で接触する３点接触玉軸受４０に本発明を適用することにより、上記実施の形態と同様の作用効果を得ることができると共に、ラジアル荷重と一方向からのアキシアル荷重及びラジアル荷重とアキシアル荷重の合成荷重を負荷できるため、マグナトルク式キャッピングシステム内での適切なトルク伝達が可能となる。また、前記３点接触玉軸受３０，４０を背面組合せにて用いることにより、両方向のアキシアル荷重の負荷することができ、両軸方向からのアキシアル変位に対し、巻き締めトルクのばらつきを抑えることが可能となる。

また、図４に示すように、転動体２３が内輪５１の軌道溝と２点で接触すると共に外輪５２の軌道溝に２点で接触する４点接触玉軸受５０に本発明を適用することにより、上記実施の形態と同様の作用効果を得ることができると共に、一個の玉軸受で両方向のアキシアル荷重を負荷することができ、両方向の巻き締トルクのばらつきを抑えることが可能となる。

更に、上記実施の形態では、一個の転がり軸受を配置したキャップ装着用治具を例に採ったが、図７に示すように、転がり軸受として背面組合せの２個の玉軸受を用いたキャップ装着用治具に本発明を適用することもできる。
このキャップ装着用治具１０は、キャッピングマシンのスピンドル１１に取り付けられ、該スピンドル１１と連動する治具本体１２と、コンベヤ上を連続して搬送される容器１３の口部１４に螺着するためのキャップ１５を把持するチャック部１６と、チャック部１６側及び治具本体１２側にそれぞれ互いに対向して配置された一対の磁石１７，１８によってスピンドル１１の回転を治具本体１２を介してチャック部１６に接続、解除する磁気クラッチ１９と、治具本体１２とチャック部１６との間に配設されて該チャック部１６を治具本体１２に対して回転可能に支持する玉軸受２０とを備えている。

磁気クラッチ１９は、治具本体１２側の磁石１７とチャック部１６側の磁石１８との間隔を調整することによってキャップ１５の巻き締めトルクを調整するようになっており、所定のトルクに到達するまでは、スピンドル１１のトルクをキャップ１５を把持するチャック部１６に伝達し、所定のトルクに到達すると治具本体１２とチャック部１６が滑り、キャップ１５の締め込みを停止する。

ここで、玉軸受２０を深溝玉軸受（内径４５ｍｍ、外径７５ｍｍ、幅８ｍｍ、内外輪の軌道溝の曲率半径は共に５２％Ｄａ）を接触角２０°（背面組合せ）となるように予圧を付与して２列組み合わせて配置し、玉軸受２０の軸方向断面幅Ｂと半径方向断面高さＨ（＝（外輪外径Ｄ−内輪内径ｄ）／２）との断面寸法比（Ｂ／Ｈ）を（Ｂ／Ｈ）＜０．６０とすることで、玉軸受１個のスペースに玉軸受を２個以上配置することができ、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重、モーメント荷重を受けることができると共に、低トルク化及び更なる高剛性化を図ることができる。

また、キャップ装着用治具１０は、殺菌、消毒のため、過酢酸や過酸化水素などのオキソニアが噴霧され、金属が腐食しやすい環境にあるため、玉軸受２０の内外輪には非磁性のステンレス鋼が使用され、転動体にはセラミックス玉が使用されている。軸受の内外輪には非磁性のオーステナイトステンレス鋼が使用できるが、より防錆性を高め、強度をバランスよくするために、上記実施の形態と同様にＮｉ当量＝１２．０以上であるオーステナイトステンレス鋼を表面硬化処理し、表面硬さＨｖ６５０以上を有する表面硬化型オーステナイトステンレス鋼を使用することが好ましい。

更に、内外輪の軌道溝の曲率半径は、通常の内外輪共に５２％Ｄａ（Ｄａ：玉径）の組合せが一般的であるが、内輪と外輪の面圧をできるだけ近づけるには外輪の溝曲率半径を内輪の溝曲率半径より大きくすることが、差動すべりに起因するフレッチング等を防止するには内輪の溝曲率半径を外輪の溝曲率半径より大きくすることが好ましい。面圧の増大による寿命低下、摩擦力の増加によるトルク増大を考慮すると、内外輪の軌道溝の曲率半径は５１％Ｄａ〜５６％Ｄａの範囲で選定することが好ましい。

この実施の形態では、玉軸受１個のスペースに玉軸受２０を２列組み合わせて配置し、且つ予圧を付与して使用するようにしているので、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重、モーメント荷重を受けることができると共に、低トルク化及び更なる高剛性化を図ることができ、しかも、予圧を付与することにより、軸受の軸方向のがたつきが減少して剛性が高くなる結果、治具本体１２側の磁石１７とチャック部１６側の磁石１８との間隔を正確に保つことができ、これにより、チャック部１６によるキャップ１５の巻き締めトルクのばらつきを抑えることができる。

また、玉軸受２０の軸方向断面幅Ｂと半径方向断面高さＨとの断面寸法比（Ｂ／Ｈ）を（Ｂ／Ｈ）＜０．６０としているので、従来の玉軸受１個のスペースに玉軸受を２個以上組み合わせて配置し、且つ予圧を付与することによって、軸受の軸方向のガタがなくなり、磁石間隔が変動して巻き締めトルクがばらつくことを防ぐことができる。
なお、この実施の形態では、玉軸受として深溝玉軸受２０を例に採ったが、これに代えて、アンギュラ玉軸受を２個用い、予圧をかけて使用してもよい。２個のアンギュラ玉軸受を背面組み合わせで使用する場合、アンギュラ玉軸受の接触角は１５〜４０°が使用できる。

図８はアンギュラ玉軸受の一例を示したものであり、このアンギュラ玉軸受１００は、外輪１０１の軌道溝１０１ａと内輪１０２の軌道溝１０２ａとの間に多数の玉１０３が転動自在に配設され、軸方向断面幅Ｂと半径方向断面高さＨ（＝（外輪外径Ｄ−内輪内径ｄ）／２）との断面寸法比（Ｂ／Ｈ）が（Ｂ／Ｈ）＜０．６０とされている。
ここで、アンギュラ玉軸受１００を２列背面組合せとし、７２０８Ａ（接触角３０°）の２列組合せアンギュラ玉軸受と置き換える場合を例に採る。

７２０８Ａのアンギュラ玉軸受は、内輪内径φ４０ｍｍ、外輪外径φ８０ｍｍ、軸方向断面幅（軸受単体幅）Ｂが１８ｍｍであるので、断面寸法比（Ｂ／Ｈ）＝０．９である。したがって、アンギュラ玉軸受１００では、断面寸法比（Ｂ／Ｈ）＝０．４５（内輪内径及び外輪外径はそのままで、軸方向断面幅（軸受単体幅）を９ｍｍとした）としている。 もちろん、必要に応じて、アンギュラ玉軸受１００の断面寸法比（Ｂ／Ｈ）を０．４５未満或いは０．４５を超える（但し（Ｂ／Ｈ）＜０．６０）ように設定してもかまわない。因みにアンギュラ玉軸受１００の接触角は例えば３０°としている。
なお、巻き締めトルクが所定のトルクまで到達し、磁気クラッチの作用により治具本体３とチャック部４が滑って巻き締めが終了しても、チャック部４の慣性モーメントが大きい場合には、チャック部４の慣性トルクでキャップを締めすぎてしまうことが懸念される。

そこで、玉１０３のピッチ円直径は、チャック部４に固定される内輪の重量を減少させ、チャック部４の慣性モーメントを減少させることにより、慣性トルクによるキャップの巻き締めすぎを防ぐため、次式（１）のように玉ピッチ円直径を内輪１０２側にずらしている。但し、軸受１列あたりの玉数を増やして更にモーメント剛性を増加させたい場合は、次式（２）を採用して、逆に玉１０３のピッチ円直径を外輪側にずらした構造としてもよいし、次式（３）を採用して玉１０３のピッチ円直径を内輪と外輪の中央としてもよい（図示せず）。
玉のピッチ円直径＜（内輪内径＋外輪外径）／２ …（１）
玉のピッチ円直径＞（内輪内径＋外輪外径）／２ …（２）
玉のピッチ円直径＝（内輪内径＋外輪外径）／２ …（３）

また、必要に応じて、組み合わされる左右の玉軸受の玉ピッチ円直径を同―値とせずともよいし、組み合わされる左右の玉軸受の玉１０３の径を同一値としなくてもよい。加えて、組み合わせる２個の玉軸受の断面寸法比（Ｂ／Ｈ）は同一でなく、例えば玉径の小さい方を、玉径の大きい方より小さくしても構わない。更に、玉１０３の軸方向ピッチも軸方向中心でなくともよく、シールや保持器の装着有無やモーメントの作用点間距離の確保等のために玉１０３の軸方向ピッチを軸方向にずらしてもよい。

また、軸受の剛性を上げるために、隣り合う玉１０３間の円周方向ピッチは極力小さくし、できる限り玉数を多くするように設計できる。更に、必要に応じて玉１０３の軸方向ピッチをできるだけ組合せ側端面の反対側にずらし、保持器１１０の円環部１１１が軸受組合せ端面側になるように配置して、モーメント剛性を上げるための作用点間距離を大きくとれるようにすることも可能である。
なお、総玉軸受の場合も、環状シール体の装着の有無等、必要に応じて同様に玉の軸方向ピッチを幅中央ではなく、軸方向の左右いずれかの方向（軸受合わせ端面側、あるいは反対側）にずらしてもかまわない。

保持器付きの軸受は、回転が１方向の連続回転や大きなモーメント荷重が加わる条件等、各玉の接触角の変化による公転速度のばらつきが発生しやすい条件等で、総玉軸受を使用した場合の玉間の接触や玉つまりが生じやすい用途で低トルク、低発熱等の点で、より良い効果を発揮する。
また、転動体にセラミックス製の玉を用いる場合、玉の大きさが異なる２つの深溝玉軸受を組み合わせて配置したり、荷重を負荷する側の玉軸受の玉の数に比べて反負荷側の玉軸受の玉の数を少なくすることによって、セラミックス製の玉の占める価格の比率を小さくして軸受の価格を下げることができる。

次に、本発明の他の態様の実施の形態であるキャップ装着用治具を説明する。
図１を流用して説明すると、このキャップ装着用治具１は、治具本体３とチャック部４との間に配設されて該チャック部４を治具本体３に対して回転可能に支持する転がり軸受５をの転動体２３にセラミックス球を用い、且つ転動体２３の中心線平均表面粗さＲａを０．００２μｍ以上０．０５μｍ以下とすると共に、転動体２３の破壊じん性値／（ヤング率×最大表面あらさＲ_max ^0.5 ）の値を２．０×１０^-2以上としている。

これにより、腐食しにくいキャッピングヘッド用の転がり軸受を提供できると共に、転動体および軌道面の摩耗、微細なはく離の発生や脱落を効果的に抑制することができるため、軸受の摩耗、振動、がたつきが低減することで、磁石間隔の変動を減少させ、巻き締めトルクのばらつきを少なくすることができる。
セラミックス製の転動体の中心線平均表面粗さＲａを０．００２μｍ以上０．０５μｍ以下とする場合には、転動体および軌道面の摩耗、微細なはく離の発生や脱落を効果的に抑制することができるため、長期間に渡って音響やトルク変動が増加しにくく、摩耗粉により外部環境を汚染することが少ない。

セラミックス製の転動体の中心線平均表面粗さＲａを０．００２μｍ未満としても、転動体および軌道面の摩耗、微細なはく離の発生や脱落をそれ以上に抑制する効果は非常に少なく、加工コストが高くなるだけである。一方、表面粗さが０．０５μｍＲａを超える場合には、表面粗さの突起部分により、相手材である軌道面のアブレシブ摩耗が促進されるため、キャッピングヘッド用転がり軸受の寿命が極端に短くなる場合がある。

セラミックス製の転動体の破壊じん性値／（ヤング率×最大表面あらさＲ_max ^0.5 ）が２．０×１０^-2以上とした場合には、セラミックス製の転動体の表面あるいは内部においてクラックが伝播しにくいため、はく離や摩耗が生じ難く、衝撃が加わる条件下や、より高い荷重条件下で作動することができる。
セラミックス製の転動体の破壊じん性値／（ヤング率×最大表面あらさＲ_max ^0.5 ）が２．０×１０^-2未満とした場合には、表面や内部の欠陥を起点としてクラックが伝播し易く、摩耗粉が多量に発生したり、割れが生じたりして、キャッピングヘッド用転がり軸受の寿命が極端に短くなる場合がある。

転がり軸受としての耐久性を評価するために表２に示すような各種窒化けい素１〜５からなる転動体を用いた。ここで、セラミックスの破壊じん性値（ＭＰａ・ｍ^0.5 ）は転動体の断面を対象に、ＪＩＳ Ｒ１６０７のＩＦ法に基づいて算出された破壊じん性値を用いる。ヤング率（ＧＰａ）は、セラミックスから作製した試験片を用い、ＪＩＳ Ｒ１６０２に基づいて測定した値を用いる。

セラミックス製転動体に用いた窒化けい素１は窒素ガス雰囲気中で８気圧程度の焼結条件で得られた窒化けい素であり、中心線平均表面粗さＲａおよび破壊じん性値／（ヤング率×最大表面あらさＲ_max ^0.5 ）が本発明の範囲内である。
窒化けい素２は常圧焼結によって得られた窒化けい素であり、中心線平均表面粗さＲａおよび破壊じん性値／（ヤング率×最大表面あらさＲ_max ^0.5 ）が本発明の範囲内である。 窒化けい素３は１０００気圧程度でＨＩＰ法によって得られた高強度窒化けい素であり、中心線平均表面粗さＲａおよび破壊じん性値／（ヤング率×最大表面あらさＲ_max ^0.5 ）が本発明の範囲内である。

窒化けい素４は１０気圧以下で焼結されている窒化けい素材であるが、内部の組織が不均一で破壊じん性値が低く、中心線平均表面粗さＲａと最大表面あらさＲ_max が大きく、本発明範囲外である。
窒化けい素５は常圧焼結によって得られた窒化けい素であるが、中心線平均表面粗さＲａと最大表面あらさＲ_max が大きく、本発明の範囲外である。

キャッピングマシンのキャッピングヘッドのように、洗浄・殺菌・消毒のため、水などが噴霧されて転がり軸受にかかるような腐食環境下において、転がり軸受としての耐久性を評価するために表３に示す実施例１Ａ〜５Ａ、比較例１Ａ，２Ａの転がり軸受（型番６０００：内径１０ｍｍ、外径２６ｍｍ、幅８ｍｍ）を試作して試験軸受とし、図９に示す日本精工株式会社製軸受回転試験機を用いて、水中で回転試験を行った。転がり軸受の耐久性は振動値を基準として評価した。

試験条件は回転速度：１０００ｍｉｎ^-1、ラジアル荷重：９８Ｎ、温度：常温でとした。いずれの場合も、保持器は射出成形により作製した冠型形状のポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）樹脂（８０体積％）にチタン酸カリウムウィスカー（２０体積％）を配合した樹脂組成物製保持器を用いた。ここでは、振動値が初期値の３倍に上昇した時点を転がり軸受の寿命とした。これらの結果を表３にまとめて示す。表３中において、ジルコニアには京セラ株式会社製Ｚ７０３、サーメットには日本タングステン株式会社製ＴｉＣ−ＴａＮ−Ｎｉ−Ｍｏ系ＤＵＸ４０、超硬合金には住友電気工業株式会社製製ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ系Ｍ６１Ｕを用いた。
なお、各実施例及び比較例における転がり軸受の耐久性は、比較例１Ａの耐久性を１とした相対値で示す。

表３から明らかなように、本発明の実施例１Ａ〜５Ａは比較例１Ａ，２Ａと比較して格段に長寿命であることがわかる。
図１０に、窒化けい素２製転動体の中心線平均表面粗さＲａを変えた場合における該表面粗さＲａと転がり軸受の耐久性との関係を示す。試験は、上述と同じ試験である。いずれの場合も、内輪、外輪をＳＵＳ３１６Ｌに４６０℃程度で浸炭処理した表面硬化型オーステナイト系ステンレス鋼で作製し、保持器には射出成形により作製した冠型形状のポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）樹脂（７０体積％）にチタン酸カリウムウィスカー（２０体積％）を配合した樹脂組成物製保持器を用いた。

図１０より、本発明の範囲である転動体の中心線平均表面粗さＲａが０．００２μｍ以上０．０５μｍ以下である場合に、転がり軸受の寿命が格段に長いことがわかる。
表３および図１０に示されるように、本発明の実施例１Ａ〜５Ａの転がり軸受は比較例１Ａ，２Ａと比べて、潤滑条件が厳しい環境下においても、耐摩耗性に優れ、寿命が格段に長いことがわかる。

本発明の転動体に用いるセラミックス材料は、本発明におけるポア形態を満足すれば、特に限定されないが、窒化けい素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）系、炭化けい素（ＳｉＣ）系、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系、炭化ホウ素（Ｂ₄ Ｃ）系、ホウ化チタン（ＴｉＢ₂ ）系、窒化ホウ素（ＢＮ）系、炭化チタン（ＴｉＣ）系、窒化チタン（ＴｉＮ）系、あるいはこれらを複合させたセラミックス系複合材料などを例示できる。中でも、窒化けい素は、強度および破壊じん性値が高いので特に好ましい。窒化けい素では、焼結助剤成分として、Ａｌ₂ Ｏ₃ やＭｇＯ、ＣｅＯなどの金属酸化物およびＹ₂ Ｏ₃ 、Ｂ₂ Ｏ₃ 、Ｌａ₂ Ｏ₃ などの希土類酸化物の中から選択され、焼結体全体の２０重量％を上限として添加されたものを用いることができる。

また、本発明の転動体に用いるセラミックス材料は、強度や破壊じん性などをさらに向上させるために、繊維状充填材を配合することができる。繊維状充填材としては、特に限定されないが、炭化ケイ素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカ一、アルミナウィスカー、窒化アルミニウムウィスカー等を例示できる。
一方、本発明の転がり軸受の転動体以外の材質は、耐食性材料でかつ非磁性材料であれば特に限定されない。ＳＵＳ３１６Ｌに代表されるステンレス鋼系金属材料、各種セラミックス材料、各種超硬合金および各種サーメットを例示することができる。

セラミックス材料としては、窒化けい素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）系、ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）系、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）系、炭化けい素（ＳｉＣ）系、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系、炭化ホウ素（Ｂ₄ Ｃ）系、ホウ化チタン（ＴｉＢ₂ ）系、窒化ホウ素（ＢＮ）系、炭化チタン（ＴｉＣ）系、窒化チタン（ＴｉＮ）系、あるいはこれらを複合させたセラミックス系複合材料などを例示できる。中でも、窒化けい素は、強度と破壊靭性値が高いので特に好ましい。

また、本発明の転がり軸受の転動体以外に用いるセラミック材料は、強度や破壊じん性などをさらに向上させるために、繊維状充填材を配合することができる。繊維状充填材としては、特に限定されないが、炭化ケイ素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、アルミナウィスカー、窒化アルミニウムウィスカーを例示できる。
非磁性であり耐食性を向上させたものには、ＷＣ−Ｎｉ系、ＷＣ−Ｃｒ₃ Ｃ₂ −Ｍｏ₂ Ｃ−Ｎｉ系、ＷＣ−Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−ＴａＣ系、ＷＣ−Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）系、Ｃｒ₃ Ｃ₂ −Ｎｉ系などがある。

サーメットとしては、ＴｉＣ−Ｎｉ系、ＴｉＣ−Ｍｏ−Ｎｉ系、ＴｉＣ−Ｍｏ₂ Ｃ−Ｎｉ系、ＴｉＣ−Ｍｏ₂ Ｃ−ＺｒＣ−Ｎｉ系、Ｍｏ₂ Ｃ−Ｎｉ系、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−Ｍｏ₂ Ｃ−Ｎｉ系、ＴｉＣ−ＴｉＮ−Ｍｏ₂ Ｃ−Ｎｉ系、ＴｉＣ−ＴｉＮ−Ｍｏ₂ Ｃ−ＴａＣ−Ｎｉ系、ＴｉＣ−ＴｉＮ−Ｍｏ₂ Ｃ−ＷＣ−ＴａＣ−Ｎｉ系、ＴｉＣ−ＷＣ−Ｎｉ系、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−ＷＣ−Ｎｉ系、ＴｉＣ−Ｍｏ系、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−Ｍｏ系、ホウ化物系（ＭｏＢ−Ｎ系、Ｂ₄ Ｃ／（Ｗ，Ｍｏ）Ｂ₂ 系など）などを例示できる。

ここで、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−Ｍｏ₂ Ｃ−Ｎｉ系、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−ＷＣ−Ｎｉ系、あるいはＴｉ（Ｃ，Ｎ）−Ｍｏ系は、ＴｉＣ−Ｍｏ₂ Ｃ−Ｎｉ系、ＴｉＣ−ＷＣ−Ｎｉ系、あるいはＴｉＣ−Ｍｏ系を窒素ガス（Ｎ₂ ）中で焼結した合金である。なお、前記材質を単独または組合せて使用することができる。

本発明においては、転動体が内輪の軌道溝と２点で接触する共に外輪の軌道溝に１点で接触する３点接触玉軸受、若しくは転動体が内輪の軌道溝と１点で接触すると共に外輪の軌道溝に２点で接触する３点接触玉軸受、又は転動体が内輪の軌道溝と２点で接触すると共に外輪の軌道溝に２点で接触する４点接触玉軸受を使用することにより、転がり軸受の軸方向のがたつきがなくなり、軸方向荷重が負荷されたときのアキシアル変位が少なくなるため、巻き締めトルクのばらつきを抑えることができ、さらに好ましい。

本発明の転がり軸受の保持器に用いる樹脂組成物は、特に限定されないが、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリアセタ一ル（ＰＯＭ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂に代表されるポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、芳香族ポリイミド（ＰＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、芳香族ポリエステル（ＬＣＰ）および各種含フッ素樹脂が好ましい。

含フッ素樹脂は、特に限定されないが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、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）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等を例示できる。また、前記樹脂組成物以外に、金属製の保持器を用いても構わない。

本発明の転がり軸受の保持器に用いる前記樹脂組成物は、機械的強度、耐摩耗性、寸法安定性、耐熱性などを向上させるために、繊維状充填材を配合することができる。繊維状充填材としては、特に限定されないが、ホウ酸アルミニウムウィスカー、チタン酸カリウムウィスカー、カーボンウィスカー、アラミド繊維、芳香族ポリイミド繊維、液晶ポリエステル繊維、グラファイトウィスカー、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、アルミナウィスカー、窒化アルミニウムウィスカー、ウォラストナイト等を例示できる。

前記繊維状充填材のアスペクト比は３以上２００以下であることが好ましい。アスペクト比が３未満の繊維状充填材では、前記溶融成形の可能な含フッ素樹脂の補強効果が十分に得られず、アスペクト比が２００を超えると混合時の均―分散が極めて困難となる。
また、この繊維状充填材の繊維径は特に限定されないが、平均繊維径が０．２μｍ以上３０μｍ以下であるものが好ましく、より好ましくは０．３μｍ以上２０μｍ以下である。前記樹脂組成物における前記繊維状充填材の含有率は特に限定されないが、４０重量％以下であることが好ましく、より好ましくは５〜３０重量％の含有率で含有することである。４０重量％を超えて配合しても更なる機械的強度の向上が期待できないばかりでなく、樹脂組成物を溶融成形する際の流動性が著しく低下する。

なお、本発明の作用効果を得ることができる範囲内で、前記樹脂組成物には各種添加剤を配合してもよい。例えば酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、光保護剤、難燃剤、帯電防止剤、流動性改良剤、非粘着性付与剤、結晶化促進剤、増核剤、顔料、染料、固体潤滑剤等を例示できる。

本発明の第１の実施の形態であるキャップ装着用治具を説明するための要部断面図である。 本発明の第２の実施の形態であるキャップ装着用治具を説明するための要部断面図である。 本発明の第３の実施の形態であるキャップ装着用治具を説明するための要部断面図である。 本発明の第４の実施の形態であるキャップ装着用治具を説明するための要部断面図である。 転がり軸受の非磁性の確認試験の方法を説明するための説明図である。 転がり軸受の起動トルクの確認試験の方法を説明するための説明図である。 本発明の第５の実施の形態であるキャップ装着用治具を説明するための要部断面図である。 幅狭の単列玉軸受の変形例を説明するための要部断面図である。 軸受回転試験機の概略図である。 転動体の中心線平均表面粗さＲａと転がり軸受の耐久性との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１ キャップ装着用治具
２ スピンドル
３ 治具本体
Ｃ キャップ
４ チャック部
５ 深溝玉軸受
６ 磁石
７ 磁石
８ 磁気クラッチ

Claims (9)

1. キャッピングマシンのスピンドルに取り付けられ、該スピンドルと連動する治具本体と、キャップを把持するチャック部と、前記スピンドルの回転を前記チャック部に接続、解除するクラッチと、前記治具本体と前記チャック部との間に配設されて該チャック部を前記治具本体に対して回転可能に支持する転がり軸受とを備えたキャップ装着用治具において、
   前記転がり軸受の内輪、外輪及び転動体を非磁性材料としたことを特徴とするキャップ装着用治具。
2. キャッピングマシンのスピンドルに取り付けられ、該スピンドルと連動する治具本体と、キャップを把持するチャック部と、前記スピンドルの回転を前記チャック部に接続、解除するクラッチと、前記治具本体と前記チャック部との間に配設されて該チャック部を前記治具本体に対して回転可能に支持する転がり軸受とを備えたキャップ装着用治具において、
   前記転がり軸受の内輪及び外輪の材料に非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼を用い、且つ転動体にセラミックス球を用いたことを特徴とするキャップ装着用治具。
3. 前記転動体を周方向に略等間隔で複数個保持する保持器を備え、該保持器の材料に樹脂又は非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼を用いたことを特徴とする請求項２に記載したキャップ装着用治具。
4. 前記転がり軸受として、前記転動体が前記内輪の軌道溝と２点で接触すると共に前記外輪の軌道溝に１点で接触する３点接触玉軸受、又は前記転動体が前記内輪の軌道溝と１点で接触すると共に前記外輪の軌道溝に２点で接触する３点接触玉軸受を用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載したキャップ装着用治具。
5. 前記転がり軸受として、前記転動体が前記内輪の軌道溝と２点で接触すると共に前記外輪の軌道溝に２点で接触する４点接触玉軸受を用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載したキャップ装着用治具。
6. 前記転がり軸受として、背面組合せの２個の玉軸受を用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載したキャップ装着用治具。
7. キャッピングマシンのスピンドルに取り付けられ、該スピンドルと連動する治具本体と、キャップを把持するチャック部と、前記スピンドルの回転を前記チャック部に接続、解除するクラッチと、前記治具本体と前記チャック部との間に配設されて該チャック部を前記治具本体に対して回転可能に支持する転がり軸受とを備えたキャップ装着用治具において、
   前記転がり軸受の転動体にセラミックス球を用い、且つ前記転動体の中心線平均表面粗さＲａを０．００２μｍ以上０．０５μｍ以下としたことを特徴とするキャップ装着用治具。
8. 前記転動体の破壊じん性値／（ヤング率×最大表面あらさＲ_max ^0.5 ）の値を２．０×１０^-2以上としたことを特徴とする請求項７に記載したキャップ装着用治具。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のキャップ装着用治具の前記治具本体と前記チャック部との間に配設されて該チャック部を前記治具本体に対して回転可能に支持する転がり軸受。

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