JP2017009077A - Side seal unit for linear motion mechanism, and linear motion mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直動機構用サイドシールユニットおよび直動機構に関するものである。 The present invention relates to a side seal unit for a linear motion mechanism and a linear motion mechanism.
直動機構とは、摩擦を低減しつつ直線運動の位置決め精度が要求される機構や、その他直線運動を行いたい機構に欠かせない要素部品である。その代表的機構のひとつが、直動案内装置であり、リニアガイドやLMガイド(登録商標)と称されている。この直動機構は、大別して、シャフトとスライダの2要素から構成されており、スライダは、シャフト上をスムーズに往復直線運動して進むためのものであり、スライダの内部のシャフトとの接触部位に“転動体”や“ころ”が配されている。そして、スライダとシャフトを備えた本発明にいう直動機構には、直動案内装置(リニアガイド、LMガイド)のような断面矩形のシャフト上に転動溝を備えた直動案内レールを用いた機構のほか、円柱状のシャフトをスライダが軸方向に前後にスライドするリニアブッシュ、円柱状の軸表面上に設けられた溝をボールが転がることでより許容加重を大きくしうるスプライン軸を用いてなるボールスプラインがある。 The linear motion mechanism is an element component indispensable for a mechanism that requires a linear motion positioning accuracy while reducing friction and other mechanisms that want to perform a linear motion. One of the typical mechanisms is a linear motion guide device, which is called a linear guide or an LM guide (registered trademark). This linear motion mechanism is roughly composed of two elements, a shaft and a slider. The slider is for smoothly reciprocating linearly moving on the shaft, and is in contact with the shaft inside the slider. There are "rolling elements" and "rollers". The linear motion mechanism according to the present invention having a slider and a shaft uses a linear motion guide rail having a rolling groove on a shaft having a rectangular cross section, such as a linear motion guide device (linear guide, LM guide). In addition to the conventional mechanism, a linear bushing in which the slider slides back and forth in the axial direction on the cylindrical shaft, and a spline shaft that can increase the allowable load by rolling the ball on the groove provided on the cylindrical shaft surface There is a ball spline.
機械運動には、直線運動と回転運動があるところ、ベアリングを用いた軸受け等で広く使用されている回転運動に比して、直動運動部の転がり化を実用化することは非常に難しいものであった。転動体を用いれば、ころがり摩擦係数が小さく、起動抵抗も低いものとなるなど有用性はわかっていても、直線運動では、高剛性で、省力かつ高速で軽快に動作し、位置決め精度が高く、かつ長寿命な機構といった要請をいずれも満足した機構として提供することが必要となり、実用上の要求精度が高かったからである。 There are two types of mechanical motion: linear motion and rotational motion. It is very difficult to put the linear motion part into practical use compared to the rotational motion widely used in bearings using bearings. Met. Even if the rolling elements are used, the rolling friction coefficient is small and the starting resistance is low, the usefulness is known, but in the linear motion, it is highly rigid, labor-saving and fast, and the positioning accuracy is high. This is because it is necessary to provide a mechanism satisfying all the requirements for a mechanism having a long service life, and the required accuracy in practical use is high.
たとえば、長寿命性についていえば、従来の直動機構では、スライダ内部に外部からダストや異物が侵入すると、転動体の滑り性が悪くなり、スライダ寿命が低下することが明らかとなっている。そのため、スライダ内部にダストや異物が侵入しないようにするよう、防塵のための設計上の配慮や改善が求められていた。 For example, with regard to long life, it has been clarified that in the conventional linear motion mechanism, when dust or foreign matter enters the inside of the slider from the outside, the sliding property of the rolling element deteriorates and the slider life decreases. For this reason, design considerations and improvements for dust prevention have been required so that dust and foreign matter do not enter the inside of the slider.
そこで、スライダ内部にダストや異物が侵入しないようにするため、従来の直動機構に加え、樹脂あるいはエラストマー素材を直動案内レールに即した形状に成形したスライダのサイドシールをスライダ部に備えた構造のものとすることで、ダストや異物の侵入を防ぐ構造を形成したものが提案されている(特許文献1及び特許文献2を参照。)。
Therefore, in order to prevent dust and foreign matter from entering the inside of the slider, in addition to the conventional linear motion mechanism, the slider portion is provided with a slider side seal formed of a resin or elastomer material in a shape suitable for the linear motion guide rail. The thing of forming the structure which prevents the penetration | invasion of dust and a foreign material by setting it as the thing of a structure is proposed (refer
しかし、上記各特許文献のサイドシールは、直動案内装置における直動案内レールに密着するリップ部の材質が樹脂またはエラストマー素材であるため、密封性が不十分であり、通常状態で使用しても、直径数μm程度の微細粉粒体の侵入を防止するようにシール性を高めたものとすることは不可能であった。ゴム系のシール材は、粘弾性が高く摩擦係数が高いので、磨耗も早く、摩擦熱を生じやすいものである。スポンジ系のシール材を用いるとなれば、気泡のあるシール材に粉体等が入り込んでしまえばシール性が失われ安いものとなりやすいかった。また、過酷な条件で使用した際には、リップ部の破損やめくれが生じ、かた当たりする様な使用条件もあるなど、リップ部と直動案内レールに空隙が生じていた。 However, the side seals of the above-mentioned patent documents have insufficient sealing properties because the material of the lip portion that is in close contact with the linear motion guide rail in the linear motion guide device is a resin or elastomer material, and are used in a normal state. However, it was impossible to improve the sealing property so as to prevent the entry of fine particles having a diameter of about several μm. A rubber-based sealing material has high viscoelasticity and a high coefficient of friction, so it wears quickly and easily generates frictional heat. If a sponge-based sealing material is used, if a powder or the like enters the sealing material with bubbles, the sealing property is lost and it tends to be cheap. In addition, when used under severe conditions, the lip portion was broken or turned up, and there were some usage conditions such as contact with each other, resulting in a gap between the lip portion and the linear motion guide rail.
そのため、密封構造を長期に保持することが容易ではなく、使用中に直動案内レール部分からの潤滑油の流出や、スライダ内部へのダストや異物の侵入を許してしまい易く、結果としてレールが摩耗したり直動案内装置内の他の機構が破損するなどの問題が生じたり、誤動作等により装置が停止してしまうため、想定外のタイミングでのメンテナンス作業が必要となっている。そこで、こうしたトラブルを予め回避しようとすると、機器の頻繁なメンテナンス作業が要求されることとなるなどしてしまい、装置の連続稼働時間が制限されてしまっていた。よって、防塵による長寿命化に関しては、さらなる改善が強く求められている。 For this reason, it is not easy to hold the sealing structure for a long period of time, and it is easy to allow the lubricant to flow out from the linear motion guide rail part and the dust and foreign matter to enter the slider during use. Since problems such as wear or damage to other mechanisms in the linear motion guide device occur, or the device stops due to malfunction or the like, maintenance work at an unexpected timing is required. Therefore, if such troubles are to be avoided in advance, frequent maintenance work of the equipment is required, and the continuous operation time of the apparatus is limited. Therefore, further improvement is strongly demanded for extending the life by dust prevention.
従来のサイドシールは、直動機構において、たとえば直動案内レールに密着するリップ部の材質が樹脂やエラストマー素材であるため、通常状態で使用しでも直径数μm程度の微細粉粒体のシールが極めて困難であった。また、過酷な条件で使用した際に、リップ部の破損、めくれが生じることや、片当たりするような使用条件もあり、リップ部と直動案内レールに空隙が生じる。その結果、密封機構が保てなくなり、潤滑油の流出やスライダ内部へのダストあるいは異物の侵入を許してしまうものであった。 In the conventional side seal, in the linear motion mechanism, for example, the material of the lip portion that is in close contact with the linear motion guide rail is a resin or an elastomer material. It was extremely difficult. In addition, when used under severe conditions, the lip portion is broken or turned over, and there is a usage condition where the lip portion comes into contact with one another, resulting in a gap between the lip portion and the linear motion guide rail. As a result, the sealing mechanism cannot be maintained, and the outflow of the lubricating oil and the intrusion of dust or foreign matter into the slider are allowed.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、直動機構のスライダの両軸端部に用いるためのサイドシールユニットのシール材を、従来の樹脂やエラストマーに比べ、ダストや異物のほか直径数μm程度の微細粉粒体をもシール可能とするように、そのスライダの前端部および後端部のそれぞれのシール性を向上させながらも、より直動案内レール等のシャフトへの追従性を向上させながら、直動時に低トルクで動作しうるようにすることである。そして、該直動機構に用いるためのサイドシールユニットを、アタッチメントから簡単に取り外すことを可能とし、シール材が万が一摩耗した際は容易に交換する事ができるようにすることである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that the seal material of the side seal unit for use at both shaft end portions of the slider of the linear motion mechanism is a few μm in diameter in addition to dust and foreign matter, compared to conventional resins and elastomers. In order to be able to seal even the fine particles of a certain degree, while improving the sealing performance of the front end part and the rear end part of the slider, it also improves the followability to the shaft of the linear motion guide rail etc. However, it is to be able to operate with low torque during linear motion. The side seal unit for use in the linear motion mechanism can be easily removed from the attachment, and can be easily replaced when the seal material is worn out.
また、本発明が解決しようとするさらなる課題は、上記直動機構用サイドシールユニットのシール材に含浸させるオイルが切れても、そこから従前のものに比して長い寿命を確保し、かつ、機器のオイル切れを認識するまでの期間をより長く確保することで、ダスト、異物や粉体が漏れることのない状態を長期に保持し、装置の不具合や破損を効果的に防止すること、および、万が一オイル切れが生じてもシール性を保持できる直動案内レール等のシャフトへの追従距離を伸ばし、ダストや異物、直径数μm程度の微細粉粒体の侵入による装置の不具合や破損を防止しつつ、メンテナンス作業によりシール材の交換とオイル補充までの時間的余裕を十分に確保することである。 Further, the further problem to be solved by the present invention is that even when the oil impregnated in the sealing material of the side seal unit for the linear motion mechanism runs out, a long life is ensured from there as compared to the previous one, and By ensuring a longer period before recognizing that the equipment has run out of oil, it is possible to maintain a state where dust, foreign matter and powder do not leak for a long time, effectively preventing malfunctions and damage to the equipment, and In the unlikely event that oil breaks out, the distance to the shaft of the linear motion guide rail that can maintain the sealing performance is increased, preventing malfunction and damage of the device due to the intrusion of dust, foreign matter, and fine particles with a diameter of several μm However, it is necessary to ensure a sufficient time margin from the replacement of the sealing material to the oil replenishment by the maintenance work.
上記の課題を解決するための本発明の第1の手段は、シャフトと該シャフト上を直線往復運動するスライダを備えた直動機構の該スライダの前端部および後端部に設けた該シャフトとの間隙を密封するためのサイドシールユニットであって、前記スライダの前端部および後端部に繊維素材からなるシール材の繊維面を該シャフト側に向けて該シャフトの断面形状に沿って当接せしめるように配したことを特徴とする直動機構用サイドシールユニットである。 The first means of the present invention for solving the above-mentioned problem is that the shaft provided at the front end portion and the rear end portion of the slider of the linear motion mechanism comprising a shaft and a slider that linearly reciprocates on the shaft; A side seal unit for sealing a gap between the slider and a front end portion and a rear end portion of the slider with a fiber surface of a sealing material made of a fiber material facing the shaft side along the cross-sectional shape of the shaft It is a side seal unit for a linear motion mechanism, characterized in that it is arranged so that it can be swung.
その第2の手段は、繊維素材からなるシール材はカットパイルを用いたものであって、該カットパイルは、基台の内面側に固定されたカットパイルの地糸部からさらに内面側に向けて浮かせたパイル繊維の輪奈の先端をカットして起毛させたカットパイルであることを特徴とする、請求項1記載の直動機構用サイドシールユニットである。基台は金属製であると、シャフトおよびスライダの両端のケーシング形状にあわせて屈曲させることができるので、密着性が得やすいものとなる。
The second means is that the sealing material made of a fiber material uses a cut pile, and the cut pile is directed further toward the inner surface side from the ground yarn portion of the cut pile fixed to the inner surface side of the base. 2. The side seal unit for a linear motion mechanism according to
その第3の手段は、カットパイルの地糸部は、表地経糸と表緯糸の表層部と、裏地経糸と裏緯糸の裏層部の二層からなる経緯二重織の構造であって、前記パイル繊維は裏緯糸に係止されていることを特徴とする、請求項2に記載の直動機構用サイドシールユニットである。なお、後述の実施例におけるカットパイルのsタイプが第3の手段の例に相当する。
The third means is that the ground yarn portion of the cut pile has a warp double weave structure consisting of two layers of a surface warp and a surface layer of the front weft, and a lining warp and a back layer portion of the back weft. The side seal unit for a linear motion mechanism according to
その第4の手段は、カットパイルの地糸部は、表地経糸(a)と表地縦糸(b)が表緯糸を挟んで互い違いに交差するようにして表層部を形成し、裏地経糸(c)と裏地経糸(d)が裏緯糸を挟んで互い違いに交差するようにして裏層部を形成して二層とした経緯二重織の構造であって、裏緯糸に係止されているパイル繊維は2種類の繊維素材(e)および(f)からなっており、パイル繊維(e)とパイル繊維(f)とは、隣接する裏緯糸に交互に係止されていることを特徴とする、請求項2に記載の直動機構用サイドシールユニットである。なお、後述の実施例におけるカットパイルのtタイプが第4の手段の例に相当する。
The fourth means is that the ground yarn portion of the cut pile is formed with a surface layer portion so that the surface warp yarn (a) and the surface warp yarn (b) alternately cross the surface weft yarn, and the lining warp yarn (c) Pile fabric that has a double weft structure in which the back layer portion is formed so that the back and back warp yarns (d) cross alternately with the back weft yarn, and is locked to the back weft yarn Consists of two types of fiber materials (e) and (f), wherein the pile fibers (e) and the pile fibers (f) are alternately locked to adjacent back wefts, A side seal unit for a linear motion mechanism according to
その第5の手段は、繊維素材からなるシール材は、フェルト様の不織布からなるものであることを特徴とする、請求項1に記載の直動機構用サイドシールユニットである。
The fifth means is the side seal unit for a linear motion mechanism according to
その第6の手段は、繊維素材からなるシール材は、繊維間に潤滑剤を保持した湿式のシール材であることを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の直動機構用サイドシールユニットである。
6. The linear motion according to
その第7の手段は、請求項1〜6のいずれか1項に記載の直動機構用サイドシールユニットを備えた直動機構である。
The seventh means is a linear motion mechanism comprising the linear motion mechanism side seal unit according to any one of
本発明の直動機構用サイドシールユニットのシール材は、シャフトないし直動案内レール接触面に、繊維素材からなるシール材を使用することで、従来サイドシールのリップ部素材の樹脂やエラストマーに比べ、シャフト(直動案内レール)への追従性が向上する効果が得られる。そして、その結果、ダストや異物のほか、さらに直径数μm程度の微細粉粒体をも、シール可能とする効果が得られる。 The seal material of the side seal unit for linear motion mechanism of the present invention uses a seal material made of a fiber material on the shaft or linear motion guide rail contact surface, so that it can be compared with a resin or elastomer of a lip part material of a conventional side seal. The effect of improving followability to the shaft (linear motion guide rail) can be obtained. As a result, in addition to dust and foreign matter, the effect of enabling sealing of fine particles having a diameter of about several μm can be obtained.
また、繊維素材であるから、繊維間に潤滑剤を十分な量保持することが容易であり、前後にスライダが摺動するたびにシャフトとの間ににじみでるようにして密閉性を長く保つことができる。 In addition, since it is a fiber material, it is easy to hold a sufficient amount of lubricant between the fibers, and it keeps the sealing property long by bleeding between the slider each time the slider slides back and forth. Can do.
また、本発明のシール材は、スライダの前端部および後端部にアタッチメントして脱着容易に構成しているので、スライダから簡単に取り外して交換することが可能であり、シール材が万が一摩耗した際には容易に交換することができる。 Further, since the sealing material of the present invention is configured to be easily attached and detached by attaching to the front end portion and the rear end portion of the slider, it can be easily removed from the slider and replaced, and the sealing material is worn out by any chance. In some cases, it can be easily replaced.
そして、本発明は、直動案内装置用サイドシールユニットのシール材に含浸させる潤滑剤のオイルが切れても、そこから従前のものに比して、少なくとも4〜5倍から1000倍程度までの長い寿命を確保することが可能となる。その結果、使用者は、機器のオイル切れを認識するまでの期間がより長く確保でき、そして、その間ダスト、異物や粉体は漏れることがなく、装置の不具合や破損を効果的に防止することが可能となり、さらに、その間にメンテナンス作業によりシール材の交換と潤滑剤のオイル補充を行うことで、装置の不具合や破損をより長期に渡って効果的に防止できるという効果が得られる。 And even if the oil of the lubricant impregnated in the sealing material of the side seal unit for the linear motion guide device runs out of the present invention, at least 4 to 5 times to about 1000 times as compared with the conventional one. A long life can be secured. As a result, the user can ensure a longer period until the device runs out of oil, and during that time, dust, foreign matter and powder will not leak, effectively preventing malfunctions and damage to the device. In addition, by performing a replacement operation of the sealing material and replenishing the lubricant with oil during the maintenance operation, it is possible to effectively prevent malfunctions and breakage of the apparatus over a long period of time.
カットパイルは、先端がカットされて起毛されていることから、先端に向かって放射状に繊維が拡がっている。そこで、カットパイルの繊維間に潤滑剤のオイル成分を保持しやすいものとなっている。また繊維が拡がって隙間なくなっているので、微細粉粒体が内部に入り込みにくく、より高い防塵効果を得ることができる。また、カットパイルを固定支持する緯糸の周囲では、カットパイルは放射状に拡がりきらずにまとまっている部分が生じやすく、地糸部近傍の根元に近いカットパイルは、先端に比べて周囲に隙間が生じやすい。そこで、経緯二重織の表層部と下層部とは厚みがあるので、その間の隙間がこれらの地糸部によって埋められることとなる。そこで、地糸部に厚みがあることから、起毛されたカットパイル野根元部分に隙間が生じにくくなっている。 In the cut pile, since the tip is cut and raised, the fibers spread radially toward the tip. Therefore, it is easy to hold the oil component of the lubricant between the fibers of the cut pile. Moreover, since the fiber spreads and there is no gap, it is difficult for the fine particles to enter the inside, and a higher dustproof effect can be obtained. In addition, around the weft that fixes and supports the cut pile, the cut pile tends to form a part that does not spread radially, and the cut pile near the root near the ground part has a gap around the tip compared to the tip. Cheap. Therefore, since the surface layer portion and the lower layer portion of the background double weave have a thickness, the gap between them is filled with these ground yarn portions. Therefore, since the ground yarn portion has a thickness, it is difficult for a gap to occur in the raised cut pile root portion.
本発明に係る直動機構用サイドシールユニット及び直動機構の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a linear motion mechanism side seal unit and a linear motion mechanism according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、従来型の鋼球状転動体を使用したリニアガイド装置(直動機構の一例として、以下、日本精工株式会社製の直動案内装置(LMガイド)を用いて説明する。)に基づいて、この従来型リニアガイド装置に、本発明に係る直動機構用サイドシールユニット4を新たに装着した状態を示すもので、本発明の第1の実施形態の構造を示す斜視図である。なお、これ以降の各図においては、同一図に相当する部分には、同一の符号を付してある。
FIG. 1 is based on a linear guide device using a conventional steel spherical rolling element (which will be described below as an example of a linear motion mechanism using a linear motion guide device (LM guide) manufactured by NSK Ltd.). FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the first embodiment of the present invention, in a state in which the
軸方向に伸びるシャフトである直動案内レール1の上に、直動案内レール1を覆う形状のスライダ2(例えばコ字型のスライダ)が、直動案内レール1の軸方向に相対移動可能に組みつけられている。この直動案内レール1の上面1bと左右両側面1a,1aとが交叉する稜線部には、1/4円弧形状の凹溝からなる転動体転動溝6b,6bが形成され、直動案内レール1の左右両側面1a,1aの上下方向中間位置には、1/2円弧形状の凹溝からなる転動体転動溝6a,6aが形成されている。
On a linear
また、スライダ2は、スライダ本体2aと、その軸方向両端部に着脱可能に取り付けられたエンドキャップ2b,2bと、で構成されており、さらにエンドキャップ2bの端部には、直動案内レール1とスライダ2との隙間のうち、直動案内レール1の側面1a,1a、直動案内レール1の1bとエンドキャップ2b,2bの開口部分を密封するためのゴム製のサイドシール3、3が装着されている。このゴム製のサイドシール3,3は従来型の直動案内装置に適用されているエラストマーのシールである。オイルを付与しても、摩擦抵抗が高いので、磨耗により密着性が落ちやすい。
The
そこで、本発明の第1の実施の形態では、この前端部および後端部のサイドシール3、3に付加して、以下のように繊維素材からなる直動機構用サイドシールユニット4、4を備えている。まず、サイドシール3、3の左右のネジが通過するために設けられた貫通穴を利用し、スライダの前端部および後端部にはそれぞれ直動機構用サイドシールユニット4、4が装着されている。この直動機構用サイドシールユニット4は、アタッチメント4aとシール材4bとからなる2つの部品で構成されている。これらのシール材4bは、たとえば具体的にはカットパイルからなるものであり、カットパイルの繊維間にオイルを保持しており、直径数μm程度の微細粉粒体でさえ、直動案内レール1とスライダ2との隙間へ侵入することを防止することができるものであって、サイドシール3よりもさらにシール性の高いものとなっている。
Therefore, in the first embodiment of the present invention, in addition to the side seals 3 and 3 of the front end portion and the rear end portion,
スライダ本体2aの左右側面部5,5の内側面の下方角部および上下方向中央部には、直動案内レール1の1/2円弧形状の転動体転動溝6a、6a、1/4円弧形状の転動体転動溝6b,6bに対向する、断面がほぼ1/2円弧形状の転動体転動溝7a,7a、1/4円弧形状の転動体転動溝7b,7bが形成されている。そして、直動案内レール1の1/2円弧形状の転動体転動溝6a,6a、1/4円弧形状の転動体転動溝6b,6bと、スライダ本体2aの1/2円弧形状の転動体転動溝7a,7a、1/4円弧形状の転動体転動溝7b,7bとが対向する事で、断面ほぼ円形の4組の転動体転動路8,8,8,8が形成される。これら4組の転動体転動路8は軸方向に延びている。なお、直動案内レール1およびスライダ2が備える1/2円弧形状の転動体転動溝6a、1/4円弧形状の転動体転動溝6b、1/2円弧形状の転動体転動溝7a、1/4円弧形状の転動体転動溝7bは、片側二列に制限されていない。
In the lower corners of the inner side surfaces of the left and right side surfaces 5 and 5 of the slider
さらに、スライダ2はスライダ本体2aの左右の側面5,5の肉厚部分の上部および下部に、転動体転動路8と平行をなして軸方向に貫通する孔からなる4個の直線路9,9,9,9を備えている。
Further, the
エンドキャップ2bは、樹脂材料の射出成形品からなり、断面形状が直動案内レール1を覆う形状に形成されている。スライダ2の両端側のエンドキャップ2b,2bは、図3の断面図に示すように、スライダ本体2aとの当接面(裏面)の左右両側に、転動体転動路8,8とこれに平行な直線路9,9とを通過させる半ドーナッツ状の湾曲路10を有している。そして、直線路9と両端の湾曲路10,10とで、転動体12を転動体転動路8の終点から始点へと送り循環させる転動体戻し路11が形成され、この転動体戻し路11と転動体転動路8とで、転動体の循環路を形成している。この転動体循環路内には、球状の転動体12が転動自在に装填されていて、これらの転動体12の転動を介してスライダ2がシャフトである直動案内レール1に沿って、軸方向に移動するようになっている。
The
直動案内レール1に組みつけられたスライダ2を直動案内レール1に沿って軸方向に移動させると、転動体転動路8内に装填されている転動体12は、転動体転動路8内を転動しつつ、直動案内レール1に対してスライダ2と逆方向に移動する。そして、転動体12が転動体転動路8の終点に達すると、湾曲路10へと送られる。湾曲路10に入った鋼球状の転動体12は、Uターンして直線路9に導入され、直線路9を通って反対側の湾曲路10に至る。ここで再びUターンして転動体転動路8の始点に戻り、このような循環を無限に繰り返す。
When the
ここで、直動機構用サイドシールユニット4について詳細に説明する。直動機構用サイドシールユニット4は、アタッチメント4aとシール材4bの2部品により構成される。図4はアタッチメント4aの正面図であり、図5はシール材4bの正面図である。シール材4bをアタッチメント4aに装着し、直動機構用サイドシールユニット4を形成した様子は、図1に見られるとおりである。直動案内レール1とスライダ2との隙間のうち、直動案内レール1の側面1a,1aと、直動案内レール1の上面1bとスライダ2のエンドキャップ2bとの開口部分を密封するために、シール材4bは、直動案内レール1の形状に即した形状に成形してある。シール材4bの外装材13(基台18)を屈曲させ、外装材13の屈曲に追従した形状からなる繊維シール材14が直動案内レール1上の直動案内レール1とスライダ2との隙間を密封している。なお、シール材4bの形状は、特に限定されるものではなく、直動案内レール1とスライダ2の形状により、適宜変更可能である。本実施形態においては、直動案内レール1の側面1a、1aと、直動案内レール1の上面1bの左右の稜線部の1/4円弧形状の転動体転動溝6a,6aと、直動案内レール1の左右の1/2円弧形状の転動体転動溝6b,6bが凹んでいるため、その部分に摺接可能にするために、シール材の対応する箇所を屈折している。
Here, the
従来のサイドシール3は、直動案内レール1との接触面は樹脂やエラストマー素材から形成されており、取付け精度や使用時のリップ接触面の捲れや剥離の影響で空隙が生じ、微細なダストあるいは異物のシールに適していなかった。また、使用状況によれば、片当たりが生じることもあり、これも前記同様の結果となる。このように従来例ではシール性に難があった。
In the
それに対して、本発明のシール材4bは繊維シール材14であり、繊維の特性上、一定の負荷をかけることで被摺接面に対して、その形状に沿うことができるものであって、また、繊維の径と密度を調節することで直径数μmという極めて微細な粉流体をも十分にシールすることができる。具体的には、地糸部の織物の緯糸に1デニールのポリエステル繊維を1インチ四方あたり66万本の密度で係止したカットパイルからなる。カットパイルのパイル繊維24は、具体的にはたとえばポリエステル繊維であって、その直径は10μm程度であるから、極めて細いうえに、密度が高く密集して起毛されているので、多数の起毛パイルが面となって受け止めるので、微細粉粒体の侵入を多数のパイルで押し退けることができ、圧力に屈せずに十分に排除しうるものとなっている。また、潤滑剤のオイルを隣接するパイルの間隙に十分に保持しうるものとなっているので、スライダが摺動するたびに、潤滑成分のオイルをシャフト間に供給することができ、より高い密着度が容易に維持しうるものとなっている。また、このシール材4bは、金属製の基台18の一方の面に地糸部の織物が接着固定されており、地糸の緯糸からパイルが起毛しているものであって、この基台18は、外装材13として、シール材4bのケーシングの内壁面側に添うように金属を塑性変形させて折り曲げながら、屈曲させて、追従した形状とする。基台18が金属製であるので、パイル材製造時には平板の金属板のうえにカットパイル織物を接着したうえで、これを所望の大きさに切断してシール材を得たうえで、予めあるいはその場で形状にあわせて屈曲させることでシール材4bとして脱着交換自在に使用することができる。
On the other hand, the sealing
さて、従来のサイドシール3では、摩耗した際にはスライダ2を分解して交換する必要があった。一方、本発明の直動機構用サイドシールユニット4のシール材4bは、アタッチメント4aをエンドキャップ2bに固定した後に外側から嵌合しているだけなので、容易に取り外し、交換可能となっている。したがって、メンテナンス性が高く、長期に使用していく際の便宜性が高い。
Now, in the
第2の実施形態は、第1の実施形態とは異なり、転動体として鋼からなるコロ状の転動体を用いた直動案内装置に使用する直動機構に用いる直動機構用サイドシールユニットである(図示しない。)。第2の実施形態の直動案内装置の構造および動作は、転動体が鋼球ではなく鋼からなるコロである点、および、転動体軌道面が、円形状の溝ではなく平面状である点を除いては、第1の実施形態と同様である。したがって、直動案内装置用サイドシールユニットのシール材もこれに即した形状となり、また、アタッチメントも前記シール材が装着可能な形状となっている。 Unlike the first embodiment, the second embodiment is a linear seal mechanism side seal unit used for a linear motion mechanism used in a linear motion guide device using a roller-shaped rolling element made of steel as a rolling element. Yes (not shown). The structure and operation of the linear motion guide device according to the second embodiment are such that the rolling element is not a steel ball but a roller made of steel, and the rolling element raceway surface is not a circular groove but a plane. Except for, it is the same as the first embodiment. Accordingly, the sealing material of the side seal unit for the linear motion guide device has a shape corresponding to this, and the attachment has a shape to which the sealing material can be attached.
第3の実施の形態は、直動機構として、円柱状の直径16mmのシャフトの軸方向をスライダが直線運動するリニアブッシュ17であり、円筒状のスライダ2のケーシングの前端部および後端部内周面にには、それぞれリング状の直動機構用サイドシールユニット4のシール材4bが嵌合されている。金属製の基台18は、ほぼ円形に近いC型形状で、円周の一部に切れ込みがあり、その切れ込みを縮めるとスプリングバックによって、ばねのように外径を少しだけ縮めてからリニアブッシュ17のケーシング内壁にシール材4bを嵌め込むことができる。すなわち、リニアブッシュ17のケーシングの両端部内径よりも、基台18の外径が僅かに大きいので、ケーシング内面にしっかりと嵌まり込むのである。さて、基台18の内面側には、起毛されたパイル繊維24を固定する地糸部19がある。
The third embodiment is a
以下、本発明を実施例の記載によって具体的に説明するが、本発明は当該記載によって限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by the description of examples, but the present invention is not construed as being limited by the description.
従来の直動案内装置は、スライダ内部にダスト・異物が侵入しないようにニトリルゴム製のシール材が取り付けてられているが、微粉体の進入の可能性がある。そのために、スライダ内部に外部からダスト・異物が侵入すると、転動体の滑り性が悪くなり、スライダ寿命が低下する事が明らかとなっている。 In the conventional linear motion guide device, a seal material made of nitrile rubber is attached so that dust and foreign matter do not enter the inside of the slider, but there is a possibility that fine powder may enter. Therefore, it is clear that if dust or foreign matter enters the inside of the slider from the outside, the sliding property of the rolling element deteriorates and the life of the slider is reduced.
そこで、従来の直動案内装置に装着されるリニアブッシュ17単体のシール性と、本願発明の直動機構用サイドシールユニット4による軸シールをリニアブッシュ17のスライダ2の前端部および後端部に取り付けた場合におけるシール性能とを比較する試験を実施した。
Therefore, the seal performance of the
<試験例1:直動案内装置用シールユニットのシール性能の確認>
この試験においては、従来の直動案内装置に取り付ける本願発明のサイドシールユニットを摺動性を高めるためにオイルが給油された湿式として用いる場合と無給油の乾式として用いる場合におけるシール性を、従来の直動案内装置に装着されるリニアブッシュ単体のシール性と比較した。
<Test Example 1: Confirmation of seal performance of seal unit for linear motion guide device>
In this test, the sealing performance in the case of using the side seal unit of the present invention attached to the conventional linear motion guide device as a wet type in which oil is supplied in order to enhance the slidability and in the case of using it as a dry type without oil supply, Comparison was made with the sealing performance of the linear bushing alone attached to the linear motion guide device.
<材料と方法>
図6に、評価に用いた直動案内装置の概要を示す。また、評価に使用したLMシャフト、軸シール、粉体の一覧を、表1に示す。
<Materials and methods>
FIG. 6 shows an outline of the linear motion guide device used for the evaluation. Table 1 shows a list of LM shafts, shaft seals, and powders used in the evaluation.
機器の摩擦から生じる金属粉や切り粉等の金属粉は堅く、鋭利な角を有するものもあるため、それがエンドキャップ内へと漏れ入ると、直動案内レールなどを含む各種金属部材や従来のエンドキャップを構成するシール材樹脂やゴムなどからなる部材を毀損し、直動案内装置の安定した稼働を妨げる要因となる。そこで、そのような機器の摩擦から生じる金属粉や切り粉等の金属粉などの、堅い細粒を再現するモデル粒子として、平均粒径30μmの鉄粉を選択した。また、上記細粒よりも微細な、ダストなどの微細粉末が機器使用環境に発生し存在する状態でのシール性についても検討するため、平均粒径5μm程度の微細粉末を再現するモデル粒子として、分級された着色機能性微粒子であるマゼンダトナーを選択した。 Since metal powder such as metal powder and cutting powder resulting from the friction of equipment is hard and has sharp edges, if it leaks into the end cap, various metal members including linear motion guide rails etc. A member made of sealing material resin, rubber, or the like constituting the end cap is damaged and becomes a factor that hinders stable operation of the linear motion guide device. Therefore, iron powder having an average particle size of 30 μm was selected as model particles for reproducing hard fine particles such as metal powder generated from friction of such equipment and metal powder such as cutting powder. In addition, in order to examine the sealing properties in a state where fine powder such as dust, which is finer than the fine particles, is generated and present in the equipment use environment, as model particles to reproduce fine powder having an average particle size of about 5 μm, A magenta toner that is a classified colored functional fine particle was selected.
上記装置のリニアブッシュには、従来型のエンドキャップであるゴム製のシール材が端部に取り付けられている。そこで、本試験においては、エンドキャップ外側にさらに本願発明の繊維素材からなるシール材を用いる軸シールを使用するものを実施例とし、サイドシールユニットを用いない従来型の使用態様(シール材無し)を比較例として設定し、シール性能を評価をした。実施例の、本願発明の繊維素材からなるシール材を用いる軸シールの例として、素材・形状・パイル長が異なる、パイル生地からなる軸シールを5種類選定し、試験に使用した。 A rubber seal material, which is a conventional end cap, is attached to the end portion of the linear bushing of the apparatus. Therefore, in this test, an example in which a shaft seal using a sealing material made of the fiber material of the present invention is further used on the outside of the end cap is used as an example, and a conventional usage mode without a side seal unit (no sealing material) Was set as a comparative example, and the sealing performance was evaluated. As an example of the shaft seal using the sealing material made of the fiber material of the present invention, five types of shaft seals made of pile fabrics having different materials, shapes, and pile lengths were selected and used for the test.
上記軸シールのtタイプおよびsタイプについて、その詳細を表2に示す。まず、sタイプは、起毛のパイル繊維24が1種類のポリエステル繊維で、地糸部19が緯糸(ポリエステル)、経糸(ナイロン66/ナイロン6)による織物で、表層部と裏層部の二層からなる経緯二重織になっている。カットパイルは、1.0デニール(約10μmの径)のポリエステル繊維のパイル繊維24であり、密度は1インチ四方あたり66万本である。
The details of the t-type and s-type shaft seals are shown in Table 2. First, in the s type, the raised
シール材のうち、tタイプは、起毛のパイル繊維24が、2種類あるものであって、地糸部19の緯糸に、1種類ずつ交互に固定されている。パイル1は3.0デニールのアクリルと1.5デニールのアクリルと1.5デニールのレーヨンの混紡であり、パイル2は0.5デニールのポリエステル繊維からなる。繊維の密度は1インチ四方あたり約64.6万本である。そして、カットパイルを固定する地糸部19が緯糸(ポリエステル)、経糸(ポリエステル/レーヨン)による織物で、表層部と裏層部の二層からなる経緯二重織になっている。いずれのパイル繊維も、表面にアクリル系エマルジョンでコーティングを施しており、摩擦係数がより低いものとなっている。
Among the sealing materials, the t type has two types of raised
上記軸シールに用いるパイル生地は、図7および図8に示すように、カットパイルは、金属製の基台の内面側に固定されたカットパイルの地糸部から内面側に向けて浮かせたパイル繊維の輪奈の先端をカットして起毛させたカットパイルからなるパイル生地であって、カットパイルの地糸部は、表地経糸と表緯糸の表層部と、裏地経糸と裏緯糸の裏層部の二層からなる経緯二重織の構造であって、前記パイル繊維は裏緯糸に係止されている。 As shown in FIGS. 7 and 8, the pile fabric used for the shaft seal is a pile floated from the ground yarn portion of the cut pile fixed to the inner surface side of the metal base toward the inner surface side. It is a pile fabric made of cut piles that are obtained by cutting and raising the tips of the fibers of the fiber. The cut pile base yarns are the surface layer portions of the surface warp yarn and the surface weft yarn, and the back layer portion of the lining warp yarn and the back weft yarn. The pile fiber is locked to the back weft.
リニアブッシュに取り付けた各種のシール材の一覧を、表3に示す。 Table 3 shows a list of various sealing materials attached to the linear bush.
上記装置において、リニアブッシュにはオイルが給油されており、そのまま使用するものをオイル有とし、リニアブッシュからオイルをふき取ったもの、またはリニアブッシュを使用しないものをオイル無とした。また、漏れ評価に用いる使用粉体は、キャリアのみ、および、トナーのみの2種類で行った。直動距離は1往復で10cmとなるように設定した。 In the above apparatus, the oil is supplied to the linear bush, and the oil that is used as it is is oiled, and the oil that is wiped from the linear bush or the oil that does not use the linear bush is oil-free. In addition, the powders used for leakage evaluation were two types: carrier only and toner only. The linear motion distance was set to 10 cm for one reciprocation.
そして、LMシャフトにリニアブッシュを2箇所通し、その間に粉体にシャフトが直接触れる箇所を設けて直動運動を行い、リニアブッシュのみ、軸シールのパイル長、オイルの有無で評価を行った。軸シールは、粉体とリニアブッシュの間に取り付け、漏れが発生した時点での往復回数から総走行距離を算出し、数値が大きいほどシール性が高いものとして、評価した。 Then, two linear bushes were passed through the LM shaft, and a portion where the shaft directly touched the powder was provided to perform a linear motion, and evaluation was performed using only the linear bush, the pile length of the shaft seal, and the presence or absence of oil. The shaft seal was attached between the powder and the linear bush, and the total travel distance was calculated from the number of reciprocations when leakage occurred. The larger the numerical value, the better the sealing performance.
<結果>
上記方法のようにして、粉体シール性を評価した。結果を表4に示す。
<Result>
The powder sealability was evaluated as described above. The results are shown in Table 4.
試験の結果、トナーのような極めて粒子径の小さい微粉体に対しては、シール材が無い場合は、シール効果が無いことが確認された(比較例6)。 As a result of the test, it was confirmed that a fine powder having a very small particle diameter such as toner has no sealing effect when there is no sealing material (Comparative Example 6).
ところが、本願発明の軸シールを用いた場合には、従来の構造のものでは得られることがない、高いシール効果が確認され(実施例1〜実施例5)、さらに、パイル長さをコントロールすることで、オイル無しのような厳しい条件では、1000倍以上の、極めて高いシール効果が認められたことが確認された。 However, when the shaft seal of the present invention is used, a high sealing effect that is not obtained with the conventional structure is confirmed (Examples 1 to 5), and the pile length is controlled. Thus, it was confirmed that an extremely high sealing effect of 1000 times or more was observed under severe conditions such as no oil.
さらに、キャリヤーのような30μ程度の鉄粉に対しても、本願発明のものは、オイルが無いような厳しい状態では、パイル長さをコントロールすることで、従来構造のものに比べて、5倍程度の、高い寿命を確保できるものであることが確認された(各実施例)。 Furthermore, even for iron powder of about 30μ such as a carrier, the invention of the present invention controls the pile length in a severe condition where there is no oil, so that it is five times that of the conventional structure. It was confirmed that it was possible to ensure a high lifetime (about each example).
そこで、上記鉄粉を使用した実施例でオイル無しの条件のものについて、直動運動による走行距離が10kmに到達した時点、すなわち、上記表3に示すように漏れが生じていない時点で、軸シールを新たなものに交換してオイルを補充し、直動運動を再開させてみたところ、オイル有りと同程度の距離に到達するまで漏れは生じないことが明らかとなった。 Therefore, in the example using the iron powder in the condition of no oil, when the travel distance by the linear motion reaches 10 km, that is, when no leakage occurs as shown in Table 3 above, the shaft Replacing the seal with a new one, replenishing the oil, and resuming the linear motion showed that no leakage occurred until it reached the same distance as the oil.
一般的に、オイルやグリースが無い状態でのリニアブッシュの耐久性は、総走行距離に換算して470km程度とされている。今回のテスト結果より、機器を使用する環境の雰囲気中にキャリアのような粉体が多数存在すると、リニアブッシュが本来有しているはずの寿命が1/100以下にまで短くなってしまうこと、しかしながら、本願発明の軸シールを使用すれば、1/100以下に短くなるはずの寿命が4〜5倍延命できる可能性があることが、今回確認された。 Generally, the durability of the linear bush in the absence of oil or grease is about 470 km in terms of the total travel distance. From this test result, if there are many powders such as carriers in the atmosphere of the environment in which the equipment is used, the life that the linear bush should originally have will be shortened to 1/100 or less, However, it has been confirmed this time that if the shaft seal of the present invention is used, the life that should be shortened to 1/100 or less may be extended by 4 to 5 times.
また、機器を使用する環境の雰囲気中に、トナーのような極めて微細な粒子からなる微粉末が多数存在する厳しい環境下では、リニアブッシュの寿命は低下しやすいが、本願発明の軸シールを使用することで、リニアブッシュの寿命の低下は抑制され、従来に比して1000倍ほどにまで、大幅な寿命延長効果が期待できることが確認された。 Also, the linear bush life is likely to be reduced in a severe environment where there are many fine powders consisting of extremely fine particles such as toner in the atmosphere of the environment in which the equipment is used, but the shaft seal of the present invention is used. As a result, it was confirmed that a decrease in the life of the linear bushing was suppressed, and that a significant life extension effect could be expected up to about 1000 times that of the conventional one.
リニアブッシュを使用する機器は、本来、リニアブッシュの寿命をより長くするために、通常的にオイルを用いて使用している。しかし、長時間使用すると、必ずオイル切れを生じる。そのため、定期的にメンテナンスをしてオイルを補充し、コンディションを保つ必要がある。 Equipment that uses a linear bush is normally used with oil in order to extend the life of the linear bush. However, when used for a long time, oil runs out. Therefore, it is necessary to regularly maintain and replenish oil to maintain the condition.
しかし、必ずしも所定の時期にメンテナンスが行われない場合があり、その場合はメンテナンスが遅れることとなりオイル切れが生じる。そして、一度でもオイル切れが生じると、従来のものでは、上記試験でも確認したように、オイル切れしてからの寿命が極めて短いため、粉体が漏れることにより、リニアブッシュを使用する機器の不具合や破損が生じてしまう。また、何らかの不具合により通常のメンテナンスを行う時期が来るまでにオイル切れが生じ、かつ、そのオイル切れを使用者が認識できなかった場合にも、従来のものでは、オイル切れしてからの寿命が極めて短いため、粉体が漏れることにより、機器の不具合や破損が生じてしまう。 However, there is a case where maintenance is not always performed at a predetermined time. In this case, maintenance is delayed and oil runs out. And if oil runs out even once, the conventional one has a very short life after the oil has run out, as confirmed in the above test. Or damage will occur. In addition, even if the oil runs out by the time of normal maintenance due to some trouble and the user cannot recognize the oil shortage, the conventional product has a life after running out of oil. Since it is extremely short, the powder leaks, resulting in malfunction or damage to the equipment.
ところが、上記試験で明らかとなったように、直動案内装置に対して本願発明の軸シールを用いることにより、仮にオイル切れが生じたとしても、そこから従前のものに比して、少なくとも4〜5倍から1000倍程度までの長い寿命が確保される。その結果、使用者は、機器のオイル切れを認識するまでの期間がより長く確保でき、そして、その間粉体は漏れることがないので、装置の不具合や破損を効果的に防止することが可能となり、さらに、その間にメンテナンス作業により軸シール交換とオイル補充を行うことで、装置の不具合や破損をより長期に渡って効果的に防止できることが明らかとなった。 However, as has been clarified in the above test, even if oil runs out due to the use of the shaft seal of the present invention for the linear motion guide device, it is at least 4 as compared with the conventional one. A long life of about 5 to 1000 times is secured. As a result, the user can ensure a longer period until the device runs out of oil, and the powder does not leak during that time, effectively preventing malfunctions and damage to the device. Furthermore, it has become clear that, during that time, the shaft seal is replaced and the oil is replenished by maintenance work, so that malfunctions and breakage of the apparatus can be effectively prevented over a long period of time.
<試験例2:移動トルク測定>
この試験においては、各種シール材を取り付けた時の、リニアブッシュの移動トルクを測定した。本願発明のシール材を用いたとしても、装置の運用に支障を来すような移動トルクの増大が生じないことを確認する。
<Test Example 2: Measurement of moving torque>
In this test, the moving torque of the linear bush when various sealing materials were attached was measured. Even if the sealing material of the present invention is used, it is confirmed that there is no increase in moving torque that hinders the operation of the apparatus.
<材料と方法>
試験例1と同様の機器及びシール材を用いた。シール性の評価と同じ条件で軸シールおよびリニアブッシュを取り付けた。軸を挿入した状態で、デジタルフォースゲージの測定部に評価機を固定し、評価機を引っ張り、動き始めた瞬間のトルクを記録した。
<Materials and methods>
The same equipment and sealing material as in Test Example 1 were used. A shaft seal and a linear bush were attached under the same conditions as in the evaluation of sealability. With the shaft inserted, the evaluator was fixed to the measuring part of the digital force gauge, the evaluator was pulled, and the torque at the moment of starting to move was recorded.
<結果>
上記方法のようにして、移動トルクを評価した。結果を表5に示す。
<Result>
The moving torque was evaluated as described above. The results are shown in Table 5.
実施例の軸シールを用いたシール材有りの条件においては、シール材無しの状態に比べて若干トルクの値は増大するが、パイル長が長過ぎない限りは、機器の使用にあたり問題にはならない値に留まることが判明した。そして、パイル長さとしては、2.5mm程度が好適と考えられる。また、シール材のタイプを適宜選択することで、トルクの増大をより低く抑えたものとすることが可能であった。
以上、直動案内装置のリニアブッシュに本発明の軸シールをさらに装着したものとすることで、微粉体が多数存在する環境下においても、低トルクにてしかも大幅に寿命を確保できることがわかった。
In the condition with the seal material using the shaft seal of the embodiment, the torque value is slightly increased as compared with the state without the seal material. However, as long as the pile length is not too long, there is no problem in using the device. It turned out to remain in value. And it is thought that about 2.5 mm is suitable as a pile length. Moreover, it was possible to suppress the increase in torque to a lower level by appropriately selecting the type of the sealing material.
As described above, it was found that, by further mounting the shaft seal of the present invention on the linear bushing of the linear motion guide device, even in an environment where a large number of fine powders exist, a low torque and a long life can be secured. .
1 直動案内レール
1a (直動案内レール1の)側面
1b (直動案内レール1の)上面
2 スライダ
2a スライダ本体
2b エンドキャップ
3 サイドシール
4 直動機構用サイドシールユニット
4a アタッチメント
4b シール材
5 スライダ本体の左右側面部
6a (直動案内レール1の1/2円弧形状の)直動案内レールの転動体転動溝
6b (直動案内レール1の1/4円弧形状の)直動案内レールの転動体転動溝
7a (スライダ2の1/2円弧形状の)スライダ本体の転動体転動溝
7b (スライダ2の1/4円弧形状の)スライダ本体の転動体転動溝
8 転動体転動路
9 直線路
10 湾曲路
11 転動体戻し路
12 (鋼球状の)転動体
13 外装材
14 繊維シール材
15 LMシャフト
16 軸シール
17 リニアブッシュ
18 基台
19 地糸部
20 表地経糸
21 表緯糸
22 裏地経糸
23 裏緯糸
24 パイル繊維
DESCRIPTION OF
Claims (7)
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WO2020071515A1 (en) * | 2018-10-03 | 2020-04-09 | 三和テクノ株式会社 | Wet-type end part seal material for ball screw, and ball screw using same |
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- 2015-06-25 JP JP2015127134A patent/JP2017009077A/en active Pending
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