JP5531270B2 - ワイパー - Google Patents

Description

本発明は、対象物の被清掃面に対して摺動することにより、被清掃面に付着した異物を除去するワイパーに関する。

従来から、工作機械の摺動部材間における、金属屑やゴミ等の異物の噛み込みを防止するために、摺動部材表面（被清掃面）に付着した異物を拭き取るワイパーが知られている。このようなワイパーは、全体が屈曲しつつ先端部が被清掃面に沿って摺動することができるように、ゴムや合成樹脂等の弾性体で形成されているのが一般的である。

また、このようなワイパーとして、切削油等が存在するウェット状態で被清掃面を拭き取るものと、切削油等が存在しないドライ状態で被清掃面を拭き取るものがそれぞれ知られている。これらのワイパーのうち、特に、ドライ状態で用いられる後者のワイパーにおいては、被清掃面に対してスムーズに摺動して、被清掃面に付着した異物を確実に除去することができるように、被清掃面と接触する摺動部の摩擦係数が低くなっていることが好ましい。

そこで、従来から、摺動部の摩擦係数が小さくなるように構成されたワイパーが提案されている。例えば、特許文献１のワイパーにおいては、被清掃面に対して摺動する摺動部（リップ部）が繊維材料で被覆されている。また、特許文献２のワイパーは、全体が短繊維が配合されたゴムで形成されており、さらに、摺動部の表面においては配合された短繊維が露出している。このように、摺動部の表面に繊維材料が存在することによって、摺動部表面の摩擦係数が小さくなり、被清掃面と摺動部の間に生じる摩擦抵抗が低下する。

特開２０００−３５４９３４号公報 特許第２９４７３７６号公報

しかし、特許文献１のワイパーにおいては、摺動部表面を覆う繊維材料が摩耗してゴム等の弾性材料が一旦露出してしまうと、繊維材料による摩擦抵抗低減効果が消滅し、摺動部表面の摩擦係数が増加する。この状態では、ひっかかりが生じるなど、摺動部が被清掃面に対してスムーズに摺動することができなくなり、被清掃面に付着した異物を拭き取ることが困難となる。

一方、特許文献２のワイパーにおいては、ゴム内部に短繊維が分散していることから、摺動部表面の摩耗が進んでも摺動部の摩擦係数が上昇してしまうということはない。しかし、ワイパー全体に短繊維が配合されているために、ワイパー全体で硬度が一定となり、被清掃面に沿って摺動させるのに必要な、剛性と屈曲性の最適なバランスを取ることが困難となる。従って、摺動部を被清掃面に沿って摺動させることが難しくなる。

本発明の目的は、摺動部を被清掃面に沿って摺動させるのに必要な適度の屈曲性を備えるとともに、摺動部表面の摩耗が進行しても摩擦係数が低下した状態が維持される、ワイパーを提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明のワイパーは、対象物の被清掃面に対して摺動することにより、前記被清掃面を拭き取るワイパーであって、本体部と、前記本体部と一体化されるとともに前記被清掃面に接触可能な摺動部とを備え、前記摺動部には前記被清掃面との間の摩擦抵抗を低減するための摩擦低減材が前記摺動部全体に分散されて配合される一方で、前記被清掃面に接触しない前記本体部には前記摩擦低減材が配合されておらず、前記摩擦低減材が繊維材料を含み、前記繊維材料は、前記摺動部内において前記被清掃面と交差する方向であって、ワイパーの幅方向と直交する方向に配向していることを特徴とするものである。

本発明によれば、被清掃面に接触する摺動部に摩擦低減材が配合されることにより、摺動部表面の摩擦係数が小さくなり、被清掃面と摺動部との間の摩擦抵抗が低減される。また、摺動部の内部には摩擦低減材が分散して存在するため、ワイパーの使用につれて摺動部表面の摩耗が進行しても摩擦係数が増加することはなく、長期間にわたって摩擦低減効果が維持される。その一方で、被清掃面とは接触しない本体部には摩擦低減材が配合されていないことから、摺動部の摺動時に本体部が適度に屈曲して、摺動部が被清掃面に沿って移動するとともに、被清掃面に対して適度な面圧をもって接触するので、被清掃面に付着した異物を確実に拭き取ることができるようになる。
また、摩擦低減材となる繊維材料が、被清掃面と交差する方向に配向されていると、配向性が無い場合、あるいは、被清掃面と平行に配向されている場合に比べて、摺動部の形状が波打ち状になりにくく、外観形状の悪化といった問題が生じにくい。また、摺動部の被清掃面への密着性が高くなり、拭き取り性能が向上する。

また、ワイパーが、金属板等からなるフレームに接着される場合に、その接着部分に摩擦低減材が配合されていると、ワイパーとフレームとの接着力が低下する。しかし、本発明のように、本体部に摩擦低減材が配合されていないと、この本体部をフレームへ接着したときに、接着力低下という問題は生じない。

このように、異なる機能が要求される本体部と摺動部の材質（摩擦低減材の配合／非配合）を分けることにより、本体部と摺動部の各々に対して、必要とされる機能を満足させるのに最適な材質を決定することができるようになる。つまり、本体部の材質決定に、摺動部に要求される摩擦係数の低下という点を考慮する必要はなく、また、摺動部の材質決定に、本体部に要求される適度な屈曲性の確保という点を考慮する必要もない。

第２の発明のワイパーは、前記第１の発明において、前記本体部の硬度が、ＪＩＳ−Ａ硬度で７０°〜８５°であることを特徴とするものである。この構成によれば、摺動部の摺動時に本体部が適度に屈曲して、摺動部が被清掃面に沿って移動するとともに、被清掃面に対して適度な面圧をもって接触するので、被清掃面に付着した異物を確実に拭き取ることができるようになる。

第３の発明のワイパーは、前記第１又は第２の発明において、前記摺動部の前記被清掃面との接触部が研磨されていることを特徴とするものである。このように、摺動部の被清掃面との接触部が研磨されることによって、接触部の摩擦係数が小さくなり、被清掃面と摺動部との間の摩擦抵抗が低減される。

次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、工作機械における機械加工時に生じる金属屑等の異物を除去する、工作機械用ワイパーに本発明を適用した一例である。

図１は、本実施形態に係るワイパー１の正面図である。このワイパー１は、工作機械（図示省略）を構成する金属部品の表面（被清掃面１０）に対してその先端部の摺動部３が摺動することにより、被清掃面１０に付着した異物を拭き取るものである。

図１に示すように、ワイパー１は、基端側の本体部２と、この本体部２と一体化されるとともに被清掃面１０に接触可能な、先端側の摺動部３とを有する。そして、このワイパー１は、摺動部３が被清掃面１０に押し付けられて、その被清掃面１０側に位置する接触部９が被清掃面１０に接触した状態で、被清掃面１０に沿って移動することにより、被清掃面１０に付着した異物を拭き取るように構成されている。

本体部２は、取付部４と、この取付部４から、被清掃面１０の直交方向に対して所定角度傾斜した方向に延びる屈曲部５とを有し、これら取付部４と屈曲部５は一体形成されている。また、この本体部２は、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレン・プロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）等のゴム材料や、ポリウレタン等の合成樹脂材料といった弾性材料からなる。

また、本体部２がゴム材料からなる場合、通常、補強のためのカーボンブラック、老化防止剤、可塑剤、加硫剤といった配合剤が配合される。但し、この本体部２の硬度（ＪＩＳ−Ａ硬度）は、後で詳述するが７０°〜８５°であることが好ましい。そこで、本体部２の硬度を前記硬度範囲内の値にするためには、ゴム１００質量部に対してカーボンブラックを４０〜７５質量部、老化防止剤を１．５〜３．５質量部、酸化亜鉛を１〜１０質量部、可塑剤を５〜２０質量部、加硫剤を１〜３．５質量部といった程度の割合で配合する。

取付部４には、金属板からなるフレーム６が接着剤７より接合されており、このフレーム６を介して、取付部４は図示しない工作機械に取り付けられている。尚、ワイパー１に金属製のフレーム６が接合される必要は必ずしもなく、ワイパー１の取付部４が、工作機械を構成する金属部品に直接取り付けられる構成も可能である。また、取付部４と屈曲部５の境界部の、屈曲部傾斜方向側（図１の左方）の側部には、ワイパー１が被清掃面１０に押し付けられたときに、摺動部３の接触部９が被清掃面１０に密着するように本体部２を変形させるための、切欠部８が形成されている。

摺動部３は、屈曲部５の先端からさらにその延在方向に沿って延びている。この摺動部３は、本体部２と溶着や一体プレス加硫等により一体化されている。また、摺動部３は、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレン・プロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）等のゴム材料や、ポリウレタン等の合成樹脂材料といった弾性材料からなる。さらに、この摺動部３を形成する弾性材料には、接触部９が被清掃面１０に対して摺動する際に生じる、被清掃面１０との間の摩擦抵抗を低減させるための摩擦低減材が配合されている。この摩擦低減材としては、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、綿繊維等の繊維材料のみ、または、これらの繊維材料と、グラファイト、フッ素樹脂、超高分子量ポリエチレン等を組み合わせたものを使用できる。

さらに、摺動部３がゴム材料からなる場合、通常、補強のためのカーボンブラック、老化防止剤、可塑剤、加硫剤といった配合剤が配合される。尚、摺動部３に求められる低い摺動抵抗を実現するためには、ゴム１００質量部に対してカーボンブラックを２０〜５５質量部、短繊維やグラファイト、超高分子量ポリエチレン等の摩擦低減材を１０〜４０質量部、老化防止剤を１．５〜３．５質量部、酸化亜鉛を１〜１０質量部、可塑剤を５〜２０質量部、加硫剤を１〜３．５質量部といった程度の割合で配合する。

このように、摺動部３を形成する弾性材料に摩擦低減材が配合されることで、接触部９の表面摩擦係数が低下し、摺動時における被清掃面１０との間の摩擦抵抗が低減される。また、摺動部３全体に摩擦低減材が分散されることで、ワイパー１の使用につれて接触部９の摩耗が進行してもその摩擦係数が増加することはなく、長期間にわたって摩擦低減効果が維持される。尚、摺動部３の接触部９の表面は、摩擦係数をさらに低下させて摩擦抵抗が一層小さくなるように、研磨により、成形時に形成されたゴムの表層を取り除き、摩擦低減材の露出面積を増大させることが好ましい。この摺動部３の研磨は、例えば、円筒研磨装置を用いて行うことができる。即ち、研磨装置の円筒状の砥石に摺動部３を軽く接触させた状態で、所定の周速（例えば、１０〜３０ｍ／ｓｅｃ程度）で砥石を回転させることにより、摺動部３の表面を研磨して摩擦低減材を露出させる。

さらに、摺動部３が被清掃面１０に付着した異物を確実に掻き取るためには、摺動部３はある程度の硬度（例えば、ＪＩＳ−Ａ硬度で７０°〜８５°程度）を有する必要がある。ここで、前述したように、摺動部３を形成する弾性材料に繊維材料やグラファイト等の摩擦低減材が配合されると、摺動部３中に含まれる弾性材料の割合が相対的に低下し、その結果、摺動部３の硬度が高くなる。従って、摺動部３に摩擦低減材を配合することは、拭き取り性能向上の点からも有益である。

また、摩擦低減材として繊維材料を用いる場合に、この繊維材料１１は、ゴム等からなる摺動部３内に配合されることになるが、繊維材料１１は、摺動部３内において、被清掃面１０と交差する方向（例えば、図２のように、ワイパー１の幅方向（左右方向）と直交する縦方向）に配向されていることが好ましい。摩擦低減材となる繊維材料１１が、配向性が無い場合、あるいは、被清掃面１０と平行に配向されている場合（例えば、図３のように、幅方向に配向されている場合）には、成形後の摺動部３が波打ち形状になりやすく、外観形状が悪化する。さらに、接触部９と被清掃面１０との間に隙間が生じて密着性が悪くなる。これに比べて、繊維材料１１が縦方向に配向されている場合には、成形後に摺動部３が波打ち状になりにくく、外観形状の悪化といった問題が生じにくい。さらに、摺動部３の被清掃面１０への密着性が高くなり、拭き取り性能が向上する。

ところで、前述した本体部２は、被清掃面１０に接触する部分ではないことから、摺動部３とは違って、摩擦係数を下げるために摩擦低減材が配合される必要はそもそもない。逆に、本体部２にも摩擦低減材が配合されることによってその硬度が高くなりすぎると、本体部２（特に、フレーム６に接合される取付部４と摺動部３とを連結する屈曲部５）の屈曲性が失われる。そのため、摺動部３が被清掃面１０に沿って摺動しにくくなり、被清掃面１０の異物を確実に拭き取ることができなくなる。

そこで、本実施形態においては、本体部２には、繊維材料やグラファイト等の摩擦低減材が配合されていない。これにより、屈曲部５に適度な剛性と屈曲性を備えさせることが可能になり、被清掃面１０に付着した異物を確実に拭き取ることができるようになる。尚、屈曲部５に剛性と屈曲性とをバランスよく備えさせて、摺動部３の掻き取り性能を向上させるには、本体部２の硬度はＪＩＳ−Ａ硬度で７０°〜８５°であることが好ましい。その理由については後ほど説明する。

また、従来から知られている、ワイパーの全体に摩擦低減材が配合された構成（例えば、前述した特許文献２参照）では、金属製のフレームとの接着部分にも摩擦低減材が存在することから、この接着部分におけるゴム等の弾性部材の配合量が低下することに起因して、ワイパーとフレームとの接着力が低下する。さらに、工作機械の機械加工時に使用される切削油等の油成分が弾性部材に浸透すると、ワイパーとフレームの接着力は一層低下する。しかし、本実施形態では、金属製のフレーム６と接着される本体部２（取付部４）に摩擦低減材が配合されていないことから、前述したような接着力低下という問題は生じない。

このように、本来、異なる機能が要求される本体部２と摺動部３の材質（摩擦低減材の配合／非配合）を分けることにより、本体部２と摺動部３の各々に対して、必要とされる機能を満足させるのに最適な材質を決定することができるようになる。つまり、本体部２の材質決定において、摺動部３のみに要求される表面摩擦係数の低下という点を考慮する必要はなく、また、摺動部３の材質決定において、本体部２のみに要求される適度な硬度範囲や金属フレーム等との接着性の確保という点を考慮する必要もない。

尚、先にも説明したように、被清掃面１０の清掃時には、ワイパー１の摺動部３が被清掃面１０に所定量押し付けられる（例えば、０．５〜３．０ｍｍ程度）。このように、摺動部３が被清掃面１０に押し付けられた後の状態においても、被清掃面１０には、摩擦低減材が配合された摺動部３のみが接触し、摩擦低減材が配合されていない本体部２は接触しないようにする必要があり、摺動部３（接触部９）が、ある程度の長さを有することが必要である。その一方で、摩擦低減材が配合された摺動部３の長さが長すぎると、ワイパー１全体の屈曲性が小さくなってしまう。そこで、図１に示すように、取付部４から傾斜して延びる部分の全長Ｌ０（摺動部３と屈曲部５の長さの和）に対して、摺動部３の長さＬ１が、Ｌ／３〜Ｌ／２の範囲にあることが好ましい。

さらに、本発明の効果について、より詳細に検証した結果について説明する。

（１）本体部硬度が、摺動部の摩擦抵抗に及ぼす影響について
まず、本体部の硬度が、摺動部の摩擦抵抗（摺動抵抗）に及ぼす影響について検証した。本体部に硬度の異なる３種類のゴム配合をそれぞれ使用して、３種類のワイパーを作製した。一方、摺動部は、３種類のワイパーで共通のゴム配合とした。３種類のワイパーの本体部ゴム配合（（１）〜（３））と共通の摺動部ゴム配合（単位：質量部）、及び、３種類のワイパーの本体部ゴム硬度（単位：°）を表１に示す。

そして、本体部（屈曲部）のゴム硬度の異なる、３種類のワイパーのそれぞれについて、摺動部を被清掃面に対して摺動させたときの、摺動抵抗（摩擦抵抗）を測定した。具体的には、図４に示すように、ガイド３１により鉛直方向に案内されたワイパー１を、ステンレス板３０に３ｍｍ押さえつけて、先端の摺動部３をステンレス板３０に接触させた状態で、ステンレス板３０を水平方向に移動させた。このときの、ワイパー１に作用する水平方向の力をロードセル３２で測定し、これを摺動抵抗とした。図５に、３種類のワイパーの本体部ゴム硬度と、上述の方法によって測定された摺動抵抗（摩擦抵抗）の関係を示す。

図５に示すように、本体部の硬度（ＪＩＳ−Ａ硬度）が７０°未満になると摺動抵抗が２０ｇ／ｃｍを下回ることになるので、摺動部が被清掃面を押さえつける面圧が小さくなり、ワイパーの掻き取り性能の低下につながる。一方、本体部の硬度が８５°を超えると、摺動抵抗がかなり大きくなって摺動部がスムーズに摺動することができなくなる。以上より、ワイパーの掻き取り性能を向上させるためには、本体部の硬度は７０°〜８５°の範囲で設定されることが好ましい。

（２）摩擦低減材と金属板に対する接着力の関係について
次に、ワイパーの、金属板との接着部分に摩擦低減材としての繊維材料が配合されている場合と、繊維材料が配合されていない場合とで、金属板に対する接着力がどのように変わるかについて、以下のように検証した。

図６（ａ），（ｂ）は、この検証実験において使用された、金属板２０とこの金属板２０に接着されたゴム部材２１とからなる試料を示している。図６（ａ）に示すように、金属板２０は、長さ１２５ｍｍ、幅２５ｍｍの長尺な板である。この金属板２０の下端から６０ｍｍの部分の表面にブラスト処理を施した後に、接着剤２２（東洋化学研究所製、商品名：メタロック、型式：Ｎ−１５Ｄ）を塗布した。

また、ゴム部材２１としては、主成分のゴムに、繊維材料が配合されたものと、配合されていないものを使用した。このゴム部材のゴム配合（単位：質量部）を表２に示す。

図６に示すように、ゴム部材２１は、２つの部分（接合部２１ａと非接合部２１ｂ）が連結された構造を有する。そして、このゴム部材２１の一方の部分（接合部２１ａ）を接着剤２２によって金属板２０に接合した。

そして、繊維材料が配合された試料と、繊維材料が配合されていない試料のそれぞれについて、図６（ｂ）に示すように、金属板２０の上端と、ゴム部材２１の非接合部２１ｂの下端をそれぞれ引っ張り、ゴム部材２１の接合部２１ａが金属板２０から剥がれるときの引張力を接着力として測定した。さらに、試料を７０℃の切削油に２８日間浸漬させた後の状態において、同様にして接着力を測定した。その結果を図７に示す。

図７に示すように、ゴム部材２１に繊維材料が配合されていない場合には、ゴム部材２１に繊維材料が配合されていると比べて、初期接着力（切削油に浸漬される前の接着力）が高い。さらに、繊維材料が配合されていない場合には、切削油に浸漬されたときの、初期接着力に対する接着力の低下も少ない。これらの結果により、ワイパーとフレームとの接着力を高くするためには、フレームに接着される本体部には繊維材料等の摩擦低減材が配合されていないことが好ましいことがわかる。

（３）摺動部の研磨効果について
次に、摺動部（特に、被清掃面と接触する接触部）の表面を研磨しない場合と、研磨した場合のそれぞれについて、摺動抵抗（摩擦抵抗）を測定して検証した。ここで、摺動部の研磨は、エンドレス形状のヤスリに摺動部を押し当てて軽く接触させた状態で、ヤスリを４．５ｍ／ｓｅｃの周速で走行させることによって行った。また、摺動抵抗は、前述した図４の方法により測定した。その測定結果を図８に示す。

図８に示すように、摺動部の表面を研磨した場合には、研磨しない場合に比べて、摺動抵抗（摩擦抵抗）が約１／４まで低減している。これは、摺動部の研磨によって、摺動部のゴムの表層が取り除かれて、摩擦低減材の露出面積が増大するために、被清掃面と摺動部との間の摩擦抵抗が低減されると考えられる。

（４）摩擦低減材としての繊維材料の配向方向について
最後に、摩擦低減材として繊維材料を使用したときの、その配向方向による摺動部形状の違いについて調べた。表３に、ワイパーの本体部を構成するゴム組成物のゴム配合と、摺動部を構成するゴム組成物のゴム配合を、それぞれ示す（単位：質量部）。

また、摺動部には、摩擦低減材としてナイロン短繊維を配合した。ここで、ナイロン短繊維を図２のようにワイパーの幅方向と直交する縦方向（被清掃面と交差する方向）に配向したものと、図３のようにワイパーの幅方向（被清掃面と平行な方向）に配向したものを、それぞれ作製した。

その結果、ナイロン短繊維をワイパーの縦方向に配向したワイパー（図２のワイパー）では、摺動部の被清掃面との接触部は平坦に成形された。しかし、ナイロン短繊維をワイパーの幅方向に配向したワイパー（図３のワイパー）では、摺動部において３ｍｍ程度の振れ幅の波打ち形状が発現し、接触部が被清掃面に隙間なく密着することが困難なワイパーとなった。この結果から、摺動部に配合する繊維材料は、ワイパーの被清掃面に交差する方向に配向されていることが好ましい。

以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明を適用可能な形態はこれに限られるものではない。

前述した実施形態のワイパーは、硬度の異なる２つの部分（本体部２と摺動部３）が一体化された構造を有するが、硬度が互いに異なる３以上の部分が一体化されたものであってもよい。

また、前述した実施形態のワイパーは自らが被清掃面に対して移動するように構成されているが、ワイパー自身は移動不能に固定されており、被清掃面を有する金属部品がワイパーに対して移動するように構成されていてもよい。

さらに、本発明の適用対象は、工作機械用の金属屑等を除去するためのワイパーに限られるものではなく、ゴミ等の異物が付着した被清掃面に対して摺動して異物を除去するものであれば、それ以外の分野で用いられるワイパーに本発明を適用することも可能である。

本発明の実施形態に係るワイパーの正面図である。 摩擦低減材としての繊維材料が縦方向に配向されたワイパーの側面図である。 摩擦低減材としての繊維材料が幅方向に配向されたワイパーの側面図である。 摺動抵抗の測定方法を説明する説明図である。 本体部の硬度と摺動部の摺動抵抗との関係を示すグラフである。 接着力測定に使用した試料を示す図であり、（ａ）は接着剤が塗布された状態の金属板の平面図、（ｂ）は金属板にゴム部材が接着された状態の試料の側面図、をそれぞれ示す。 摩擦低減材である繊維材料の配合が配合された試料と配合されていない試料のそれぞれについて、切削油の浸漬前後で接着力を測定したときの測定結果を示すグラフである。 摺動部の表面を研磨しなかった場合と研磨した場合のそれぞれについて、摺動部の摺動抵抗を示すグラフである。

符号の説明

１ ワイパー
２ 本体部
３ 摺動部
４ 取付部
５ 屈曲部
６ フレーム
７ 接着剤
８ 切欠部
９ 接触部
１０ 被清掃面
１１ 繊維材料

Claims (3)

1. 対象物の被清掃面に対して摺動することにより、前記被清掃面を拭き取るワイパーであって、
   本体部と、
   前記本体部と一体化されるとともに前記被清掃面に接触可能な摺動部とを備え、
   前記摺動部には前記被清掃面との間の摩擦抵抗を低減するための摩擦低減材が前記摺動部全体に分散されて配合される一方で、前記被清掃面に接触しない前記本体部には前記摩擦低減材が配合されておらず、
   前記摩擦低減材が繊維材料を含み、
   前記繊維材料は、前記摺動部内において前記被清掃面と交差する方向であって、ワイパーの幅方向と直交する方向に配向していることを特徴とするワイパー。
2. 前記本体部の硬度が、ＪＩＳ−Ａ硬度で７０°〜８５°であることを特徴とする請求項１に記載のワイパー。
3. 前記摺動部の前記被清掃面との接触部が研磨されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のワイパー。
   

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