JP6847047B2 - 直動機構用サイドシールユニットおよび直動機構 - Google Patents

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。

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。

機械運動においては、直線運動と回転運動とがあり、それぞれに位置決め機構が知られているところ、ベアリングを用いた軸受け等で広く実用的に使用されている回転運動の場合と比べて、直線運動の転動体を実用化することは技術的に非常に難しく高度であるといわれている。直線運動に対しても、転動体を用いることができれば、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、その有用性は見込まれる。もっとも、これを実用化するとなれば、直線運動の機構においては、高剛性であること、省力かつ高速で軽快に動作すること、位置決め精度が高くかつ長寿命な機構であること、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、実用上の要求精度を満足させることは容易ではなかった。そこで、今なお、こうした要請に応えるべくさらなる工夫が望まれている。

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。

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。）。

しかしながら、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。まず、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。また、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容易に失われ易いものとなってしまうものである。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易く、片当たりするような使用条件になれば、リップ部と直動案内レールに空隙が生じてしまい易かった。

そのため、従来のシール構造では、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い。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を招来したり、誤動作等により装置が停止してしまう。そこで、当初想定していた以上のタイミングでメンテナンス作業に迫られることとなる。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を強いられるされることとなるが、装置の連続稼働時間が制限されてしまうことは製造現場において影響が大きい。このように、防塵による長寿命化に関しては、依然として解決しておらず、さらなる改善が強く望まれている。

特開２０１３−１２２３２１号公報 特開２００４−３４０３４３号公報

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。

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。

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。

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。

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、樹脂、または金属と樹脂を組み合わせたものからなる。基台が金属製である場合は、シャフトおよびスライダの両端のケーシング形状に沿うように適宜屈曲させることができるので、密着性が得やすい安定的な基台を得ることが容易である。また、基台として、ＡＢＳ樹脂などの汎用プラスチックやポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）などのエンジニアリング・プラスチックなどであって、金型で一体成形できる樹脂を用いることもできる。こうしたプラスチック樹脂は、軽くて動きが制限されにくく、熱や力が過度に加わることもないので、耐久性にも問題が生じる懸念もなく、好適に適用できる。

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。

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。

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。

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。

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。

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、従来のサイドシールのリップ部素材の樹脂やエラストマーのみのシール材に比べ、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程度の微細粉粒体までも、排除してシールすることが可能となる効果が得られる。

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潤滑剤が補充されるので、密閉性をより長く保つことができる。

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スムーズに交換することができる。

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た場合であっても、その状況から、従前のものに比して、少なくとも４〜５倍程度、使用環境にもよるが、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をより長く確保することができる。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ることから、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トラブルを容易に避けることができ、メンテナンスのタイミングの融通性がたかいものとなる。そして、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。

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。

本発明に係る実施の形態をリニアガイド装置の構造を例に示した斜視図である。 図１のリニアガイド装置を軸方向から見た正面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 直動機構用サイドシールユニットのアタッチメントの正面図である。 直動機構用サイドシールユニットのシール材の正面図である。 評価に用いた直動案内装置の概要を説明する図である。 軸シール（ｓタイプ）のカットパイルの地糸部周辺の織物構造を示す模式図である。 リニアブッシュに適用するカットパイルのシール部材４ｂを側面から示した図である。 軸シール（ｔタイプ）のカットパイルの地糸部周辺の織物構造を示す模式図である。 本発明の第３の実施の形態を示すリニアブッシュの構造を示した斜視図である。

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。

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。

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。

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。この従来型のエラストマーのシールは、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。

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うるものであり、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、ある程度の負荷が加わると被摺接面に対して、その形状に沿うことで密着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繰り返し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。

なお、金属製の基台１８に変えて、材質をＰＯＭとすることもできる。ポリアセタール樹脂を金型で射出成型すれば、大量に製造できるので、コストを抑えることができ、軽量で耐久性ある基台となる。ＰＯＭの基台の場合は、あらかじめ部位に沿った形状であるので、これらにみあう形状に切り出されたカットパイル織物を基台に接着固定してシール材４ｂを得ることとなる。シール材４ｂの交換時には、基台を弾性変形させて拡げたりしながら、部材を脱着交換することとなる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

＜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。

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。

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、実施例として、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の軸シールを適用した場合を、比較例として、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）を用意して、シール性能を評価をした。実施例については、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、実験に供した。

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あり、基布の地糸部１９が緯糸（ポリエステル）と経糸（ナイロン６６／ナイロン６）による織物であり、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。

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、基布となる地糸部１９の緯糸に、パイル繊維２４が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基布の地糸部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。

そして、カットパイルの抜けを低減させるために、基布の地糸部１９には裏面側からアクリル系エマルジョンを含浸させておくことが好適である。カットパイルの根元（地糸と絡む部分）を、アクリル系エマルジョンを含んだ地糸でコーティングされていると、基布付近の強度が高まり、また粘度も高くなるので、容易にカットパイルが抜け落ちたりしにくくなる。カットパイルが容易に抜けてしまうと、それがレール等にはさまれる夾雑物となることもあるので、直動運動を阻害する要因ともなりうる。そこで、カットパイルを抜けにくくすることはトラブルを低減して長期に安定的な運動を得るうえで効果的である。そして、地糸付近にのみアクリル系エマルジョンを含浸させる一方で、地糸の周囲以外のカットパイルには余計に含ませないことで、すなわち、浸透する高さを裏面から基布の高さ程度に抑えることにすれば、パイル糸の先端側が堅くならないので、好適であり、パイルの先端側に潤滑剤のオイルを含ませる場合でも阻害することのないものとなる。

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、金属製あるいは樹脂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。

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。

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。

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。

＜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。

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）。

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。

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）。

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４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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

＜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。

＜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。

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。

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

Claims (5)

1. 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、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を用いたものである繊維素材からなるシール材の、該カットして起毛させたカットパイルのパイル繊維のカットされた先端側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。
2. 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１に記載の直動機構用サイドシールユニット。
3. カットパイルの地糸部は、表地経糸と表地縦糸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、裏地経糸と裏地経糸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種類の起毛のパイル繊維からなっており、当該２種類のパイル繊維が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１に記載の直動機構用サイドシールユニット。
4. 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３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。
5. 請求項１〜４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。

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