WO2020071515A1

WO2020071515A1 - ボールねじ用の湿式端部シール材および該シール材を用いたボールねじ

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Publication number: WO2020071515A1
Application number: PCT/JP2019/039218
Authority: WO
Inventors: 和郎福井; 正志幸原; 敏男瀧埜; 海渡大前
Original assignee: 三和テクノ株式会社
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2019-10-03
Publication date: 2020-04-09
Also published as: US20220090661A1; JPWO2020071515A1

Abstract

【課題】数μｍの紙粉のような潤滑剤を吸いとって潤滑性を奪うような微細な粉塵がある劣悪な環境下においても高い防塵性と潤滑性を長期に保持し、取り付けや交換が容易でメンテンナンス性が高い簡易な扱いやすく調整代の大きなボールねじ用の端部シール材の提供するよう、円弧状の連続的な溝部を備えた雄ねじ軸とナット部とが雄ねじと雌ねじの間に挿入された多数の鋼球を介して螺合され、ナットが雄ねじ軸上を前後に送られるボールねじにおいて、該ナット部の前方あるいは後方に取り付けられる端部シール材は該雄ねじ軸の外周に配された支持枠体と、該支持枠体の内周面に裏面が固定された基布部と、該基布部の表面から該溝部に向かって突出するカットパイルを有し、該カットパイルの毛先部は該溝部と該支持枠体との隙間を塞ぐように屈曲して該溝部に当接するものであって、該カットパイルのパイル繊維間に潤滑剤があらかじめ保持されているものとする。

Description

ボールねじ用の湿式端部シール材および該シール材を用いたボールねじ

　本発明は、ボールねじ用の湿式端部シール材および該シール材を用いたボールねじに関する。
　ボールねじとは、回転運動を直線運動に変換する機械要素の１つであり、ねじの効率を高めるため、円弧状の溝をもったおねじ軸とナット部の間に多数の鋼球を挿入して滑り摩擦を転がり摩擦に変えた特殊な送りねじである。回転運動と直線運動の変換が可逆的である点で優れた機構であって、一般のねじに比べて高いねじ効率が得られる。本発明はこのボールねじのねじ軸の円弧状の溝と、ナット部材の端部あるいはリテーナ部材の端部との隙間をシールするための端部シール部材に関する。

　ナット部分の両端、あるいは、リテーナー部分の両端に、パイル部がねじ軸の円弧状の溝に食い込む形で取り付けられ、ねじ溝をナット部あるいはナットを内包するリテーナー部がねじの前後に回動駆動する際に、ナットやリテーナー内に異物が侵入するのを防ぎ、さらにグリスで防塵を保持して長寿命化させた、湿式のシール材及びこれを用いたボールねじに関する。本発明のボールねじは、リテーナー式のものも含む。

　さて、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ると、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った。もちろん、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、現実に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るので、実用上の要求精度を満足させることはなかなかに容易ではなかった。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。

　そして、ボールねじは、ねじ軸上をナット（あるいはナットを包含したリテーナー）が長期的にスムーズに安定して精度良く開店運動しながら前後することが求められる機械要素であるから、十分な耐久性が必要となっており、そのためには潤滑性と防塵性が重要視されている。たとえばナットあるいはリテーナーの内部へ粉体や異物が侵入すると、溝部におけるボールの流動性が悪化してボールねじの寿命が大きく低下してしまうこととなる。また摩擦が高まることで動作不良にも至ることとなる。ボールねじは、粉体や切削異物等の塵が大量に存在する環境下で用いられることもあるので、粉塵等によるトラブルが生じやすい。ひいてはボールねじを用いた機械や機器全体の動作不良をも招来しかねないものとなる。

　そこで、粉体や異物が大量に存在する環境下で使用しても動作し続けるよう、ホールねじ全体をジャバラで覆い、異物の装置への侵入を防ぐ機構が提案されている。しかし、ジャバラで覆うとなれば機構の周囲が大きく覆われることとなり、さらにジャバラを取り外す必要があるなどメンテナンス性も良いとは言い難くなる。また、ジャバラで覆うといっても粉体や異物の侵入を完全に阻止することは容易ではないので、ジャバラの内部に一旦侵入した粉体や異物によって、てきめんに動作不良を招来することとなるので、メンテナンス頻度を低減することは難しいものであった。

　そこで、直動ガイドのスライダ部の内部へ粉体や異物が侵入して動作不良となることを避けるべく、ニトリルゴムなどの合成ゴム、樹脂、金属スクレーパー、ブラシのいずれか又はこの複数で構成されたシール部材を、スライダの端部や、スライダと転動体との隙間に配設したり、チェーンの内プレートと外プレートの間にプレートに当接するように設置された弾性体で構成された合成樹脂で出来たシール材を配設するものが利用されている（たとえば特許文献１参照。）。

　しかしながら、シール部材とスライダの転動面との間には僅かな隙間が生じやすく、隙間を低減しようとするとあらかじめシール部材を所定の形状となるように厳密に製造しなければならず、シール部材の製造コストが高くつくものとなってしまう。また、シール材自体がソリッドなゴム等の材質であるため、異物により欠けや変形が発生し易く、一旦欠けが生じると、欠けた箇所から大量に異物が流入してしまうことが懸念される。また、厳密にシール性を確保する調整は容易ではなく、シール材としての役割を果たすようシールユニット取り付けの際に治具等を用いてレールに当接するようにして隙間を失くそうとすると、今度は付加トルクが上昇するので往復運動の摩擦が大きくなるなどの問題が生じてしまうこととなる。まして、これがボールねじの場合には、ねじ溝が円弧状に存在しており、これにボールが走ることとなるので、複雑な形状であり、シールすることは容易とはいえない。

　また、現状のユニットではシールと潤滑とは別々な部品である。端部シールとは別に、不織布やファイバーネットなどのグリス保持機構からグリスを供給し続ける仕組みを備えていることから、取り付け寸法が大きくなり駆動範囲にロスが発生し、装置の大型化の一因にもなっている。また、グリスが粉体や異物に取り込まれて塊となると、シール材の欠けや変形を大きく生じさせてしまうので、十分なシール性がない状況下では、ボールねじ機構の動作不良を引き起こす要因ともなっている。

　さらに、繰り返し運動によってシール部材の変形や摩耗が生じることによりシール部材の削れが発生してシール機能が損なわれると、潤滑剤の流出やスライダ内部への粉体や異物の侵入による動作不良につながる。そこで、安定的な運用には、頻繁な清掃とシール部材および潤滑に用いるグリスの交換が事実上必須となっており、維持管理費用が増大する傾向にあった。

　そして、頻繁な清掃とシール部材および潤滑に用いるグリスの交換を行っていても、ボールねじのねじ溝が粉体や異物により損耗してくると、交換後のシール部材がねじ溝に十分当接せず、隙間が生じやすくなる。そこで、そうした隙間に粉体や異物が多量に混入してボールねじを有するガイド機構やチェーン自体が使用不能となり、装置そのものの交換が余儀なくされている。

　出願人は、直動機構に関して、カットパイルを用いた乾式のシール材の提案をしている。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のカットパイルの地糸部を基台の内面側に固定し、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の毛先を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、カットパイルからなるシール材をスライダの前端部および後端部に配した直動機構用サイドシールユニットを提案している（たとえば特許文献２参照。）。
　もっとも、カットパイルのみで粉末や異物を長期間シール性を保持するには未だ十分ではない場合があり、たとえば粉末が紙粉のように潤滑剤を吸いとってしまうような微粉末の含まれる環境下では、乾いたカットパイルが摺動することとなるので、防塵性を十分に保持できなかったので、さらなる高いシール保持性が望まれていた。さらに、ボールねじのような複雑な形状のシール機構において、適切なシール材や構造が望まれていた。

特開２０１１－２３１８４３号公報ＷＯ２０１５／０８６１３８号公報

　そこで、本願発明が解決しようとする課題は、精度と長寿命を備えたボールねじを状態よく保持するために、高い防塵性と潤滑性を備えた端部シール材を提供することである。とりわけ、数μｍの微細粉体のみならず、数μｍの紙粉のような潤滑剤を吸いとって潤滑性を奪うような微細な粉塵がある劣悪な環境下においても、防塵性と潤滑性を長期に保持しうるような端部シール部材を提供することである。そして、潤滑剤をより保持しやすくさらに長期に供給維持しうる端部シール部材であることである。また、端部シール部材の取り付けや交換が容易でメンテンナンス性が高い簡易な扱いやすい構造である端部シール部材を備えたボールねじを提供することである。すなわち、組み付け時に厳密に当接状態を調整する手間を必要とせず、簡易に取り付けができる、追従性の高いシール材を提供することであり、シャフト等の摺動部位の摩耗や複雑な形状に対する追従性が高く調整幅が大きく調整が容易なシール材を提供すること、そうしたシール材を用いたボールねじである。
　また、従前、シール材の脱着や交換といったメンテナンスをするには、ナット部やリテーナー部のスムーズな運動性の確保のために、クリアランスの適切なシール設定の調整作業が必要であり、熟練者による交換が必要となったりしていたが、より簡易に脱着交換が可能となるような、ラフな取り付けでもシールド性が確保しやすい、調整代の大きなシール材を提供することである。
　そして、簡易な取り付けや交換が可能なシール材の機構を提供することである。

　本発明の課題を解決するための第１の手段は、
　円弧状の連続的な溝部を備えた雄ねじ軸とナット部とが雄ねじと雌ねじの間に挿入された多数の鋼球を介して螺合され、ナットが雄ねじ軸上を前後に送られるボールねじにおいて、
　該ナット部の前方あるいは後方に取り付けられる端部シール材は
　該雄ねじ軸の外周に配された支持枠体と、
　該支持枠体の内周面に裏面が固定された基布部と、
　該基布部の表面から該溝部に向かって突出するカットパイルを有し、
　　該カットパイルの毛先部は該溝部と該支持枠体との隙間を塞ぐように屈曲して該溝部に当接するものであって、
　　該カットパイルのパイル繊維間に潤滑剤があらかじめ保持されていること
を特徴とする、湿式のカットパイルからなる端部シール材である。

　本発明の第２の手段は、カットパイルは、雄ねじ軸の外周を１回転分以上の長さにわたって溝部に対向するようにして支持枠体内周に螺旋状に配されていること、を特徴とする第１の手段に記載のカットパイルからなる端部シール材である。望ましくは、カットパイルは、雄ねじ軸の外周を２回転分以上の長さにわたって溝部に対向するように支持枠体内周に螺旋状に配されていることである。

　本発明の第３の手段は、カットパイルのパイル繊維間に保持されている潤滑剤は、ＪＩＳ　Ｋ２２２０における稠度番号が１号～４号のグリスであること、を特徴とする、第１または第２のいずれか１の手段に記載の端部シール材である。すなわち、グリス（grease）の混和稠度範囲は１７５～３４０である。さらにグリスはカットパイルの基布にも保持されていてもよい。

　本発明の第４の手段は、グリスがリチウムグリス、モリブデン化合物配合グリス、ウレア系グリスのいずれかであることを特徴とする、第３の手段に記載の端部シール材である。リチウムグリスとは、リチウム石けん系グリスであり、さらに二硫化モリブデンが添加されていてもよい。ウレア系グリスとは、たとえば、ジウレアグリス、トリウレアグリス、テトラウレアグリスである。

　本発明の第５の手段は、カットパイルのパイル長が２ｍｍ以上であること、を特徴とする、第１から第４のいずれか１の手段に記載の端部シール材である。パイルの毛先が、支持枠体の内周と該溝部との隙間で曲がって噛み込むことができる長さであることから、隙間で屈曲しうる長さとして、２ｍｍ以上のパイル長であることが好ましい。さらに好ましくは３ｍｍ以上である。

　本発明の第６の手段は、カットパイルのパイル繊維は捲縮されたマルチフィラメント繊維から構成されていること、を特徴とする、第１から第５のいずれか１の手段に記載の端部シール材である。また、捲縮されたパイル繊維の各フィラメントの断面は、丸断面以外に、さらに星型や＊型あるいは中空断面などの異形断面であって、表面積がより大きくなる断面形状であることが好ましい。

　本発明の第７の手段は、カットパイルが織物からなること、を特徴とする、第１から第６のいずれか１の手段に記載の端部シール材である。

　本発明の第８のの手段は、カットパイルが編物からなること、を特徴とする、第１から第６のいずれか１の手段に記載の端部シール材である。

　本発明の第８の手段は、第１から第７の手段のいずれかに記載の端部シール材を、ナット部の前方及び後方に脱着交換可能に固定した、雄ねじ軸とナット部と鋼球を備えたボールねじである。

　本発明の課題を解決する上記の手段によると、端部シール材は、潤滑剤をあらかじめ保持した状態であって、カットパイルのパイルの毛先が雄ねじ軸の円弧状の溝部と当接して屈曲するようになっている。すなわち、溝部と支持枠体の内周との隙間でパイルの毛先部が折れ曲がってしっかりと噛み込むようになっているので、密着性が高く、螺旋状に回動する間、隙間をしっかりと塞ぐこととなるので、溝部との間から微細な粉体や粉塵といった異物が侵入することを排除することができる。さらに、予めグリス等の潤滑剤がパイル繊維間に保持された状態となっており、前後移動後も長期にわたってパイルがこれらの潤滑剤を保持することができるので、隙間に噛みこんだ毛先も潤滑剤によって滑らかに滑ることから、摩擦で動きが悪くなりにくく、ナット部のスムーズな運動を妨げることがない状態で潤滑剤がパイル間に保持されることで粘度を伴ってシールド効果を高めるので、高い防塵効果を長期的に得ることができる。すなわち、スムーズな駆動のための潤滑剤の給油よりも、シールド性保持のための保湿剤的なものとしてパイル間や基布に保持されることで、毛先が湿ったように適切な粘度をもちあわせることとなるので、高いシールド性が長期に得られるのである。

　そして、シールド保持のための潤滑剤が、適度な稠度のグリスであれば、パイル繊維間に十分な量をあらかじめ保持させることができ、かつ回動しながらの前後移動を繰り返した後も、長期間にわたって繊維間にグリスが保持された状態を維持できることから、粘性ある湿式のシールドを備えたパイルとして、シールド性を長期に安定して保持させることができる。

　シール材のカットパイルは、螺旋状に雄ねじ軸をぐるっと溝部に対向して配されることとなるので、溝内の移動に際してカットパイルとの接触距離が長く確保されることとなる。そこで、雄ねじ溝の円弧状の溝部のような複雑な立体形状の溝をシールドすることは容易ではないところ、カットパイルが長い距離で溝部に接触するようにして移動するので、シールド力を容易に高めることができる一方で、グリス等で湿式であることから、折れ曲がるように当接するカットパイルによっても、摩擦抵抗を極端に高くすることがないので、ナット部の移動に支障を来すこともなく、スムーズな移動が維持できる。

　また、パイル間に保持させる潤滑剤が、適度な稠度のグリスであれば、数μｍの微細な粉末や粉塵を長期に防塵することができる。さらに数μｍの微細な紙粉のような、紙繊維がオイルを吸い込んでしまうような粉塵であっても、グリスは紙繊維に吸い取られすぎることがなく、一定程度の保湿状態を保つことができ、パイルにグリスが保持された状態を維持できるので、シール性、潤滑性が阻害されず、長期間スムーズにナット部（リテーナー部）が稼働しつづけることとなる。

　シールドとなる毛先が屈曲して溝部との隙間に噛み込むように入り込むことから、粉塵等の侵入を阻止しやすいのみならず、湿式で滑ることから摩擦抵抗が少なく、ナット部の運動を妨げないので、屈曲させるように密着させることに支障が生じない。そこで、シール材の脱着交換や取り付け時に、熟練者による厳密なクリアランス調整を要せずとも、シール材の屈曲によってクリアランス調整が可能となることから、適切なシールド性が確保しやすくなる。特に溝部は円弧状に窪んでおり、パイルの毛足が屈曲するような長さを持ち合わせているからこそ、十分に密着させることができるのであり、溝の深さが一様ではないにも関わらず、パイルが追従していくことができる。

　そこで、定期的に必要となるシール材の脱着交換に際して、熟練者を派遣せずとも、客先にシール材の交換部品を供給するだけで、熟練を要さずに簡易に交換することが可能となり、安定的なシールド性を調整不要で確保することができうるものとなる。このように脱着が容易なので、メンテナンスの交換が現場の判断で適宜実施でき、比較的ルーズな素人による交換でもシール性能が発揮可能となる。

　すなわち、当接するシール材のパイルは、パイル繊維の屈曲時の反発力によって比較的均等に溝部に当接しやすいものとなっている。またパイルの毛先が食い込むように折れ曲がって隙間に噛み込むものとなるので、パイル装着時にパイルの反発力で均等に密着しやすいことに加えて、多少の偏りが生じたところで、噛みこんだパイルが隙間を塞ぐので、シール性が損なわれにくく、さらに粘度ある湿式の潤滑剤がパイルの周囲に保持されているので、よりシール性が保持されやすいものとなっている。このように意図的に噛みこませたことで、ゴムやフエルトのような接する調整を厳密にしなければ摩擦抵抗が高まる材質のものに比べて調整しやすく、スムーズで防塵性も高いものとなる。特に複雑な螺旋状の溝部に対応させるためには、カットパイルは追従していくことができるので好適である。

　なお、シール性能を発揮させるためにパイル繊維間に潤滑剤を保持させることによって、高いシールド性が得られるので、付随的に潤滑用のグリス等の使用量を低減させることができるので、ナット部に潤滑用グリスの給油機構を備える場合でもこれを簡略化することが可能となりうる。グリスを含んだ湿式のシール部材が螺旋状に溝部を１周あるいは２周できる長さにわたって対向配置されることから、給油機構を省スペース化したりでき、ナット部あるいはリテーナー部を小型化させることもできる。

　また、パイル繊維の各フィラメントを捲縮された状態のマルチフィラメントとすることで、パイル繊維毎の表面積を増大させ、かつグリスをパイル繊維間に絡みやすく大量に保持しうるものとすることができるので、潤滑剤を長期に供給する供給源としてシールド性を長く維持させることができる。

　さらに、カットパイルが織物の場合、カットパイルの基布に十分な厚みを確保しやすいので、基布にグリスを十分に保持させることができるので、より長期にシール用の潤滑剤をパイル繊維に供給しうることが可能となり、シール材の交換頻度を減らしてもシール性が劣りにくく、シール材ならびにボールねじの長寿命化に寄与する。

Ｂタイプ、Ｃタイプのパイル及びフェルトを用いた場合のＧａｐ（ｍｍ）と反発荷重（ｇｆ）との関係を示す反発荷重曲線。本発明の手段の湿式のカットパイルを有する端部シール材の一形態を説明する図。ボールねじの雄ねじ軸の外周に配される分割された一方の支持枠体のボールねじの螺旋状に溝部に対向配置される位置に、ボールねじの螺旋状に溝部に１周あるいは２周できる長さにわたってグリスを含んだ湿式のパイルを有するシール部材を回転させながら差し込んで対向配置し、分割されたもう一方の支持枠体をはめ合わせた後、該湿式のシール部材の支持枠体からの抜け止めとして、支持枠体にプレートを差し込み固定する手順を示す。本発明の手段の湿式のカットパイルを有する端部シール材の一形態を説明する図。ボールねじの雄ねじ軸の外周に配される支持枠体のボールねじの螺旋状に溝部に対向配置される位置に、ボールねじの螺旋状に溝部に少なくとも１周から３周できる長さにわたってグリスを含んだ湿式のパイルを有するシール部材を挿入して対向配置した後、該湿式のシール部材の支持枠体からの抜け止めとして、支持枠体にプレートを差し込み固定する手順を示す。本発明の手段の湿式のカットパイルを有する端部シール材の一形態を説明する図。ボールねじの雄ねじ軸の外周に配される支持枠体を分割し、ボールねじの螺旋状に溝部の山部と谷部のそれぞれに対向配置される位置に、ストライプ状にグリスを含んだ湿式のパイルを有するシール部材を対向配置した後、該支持枠体をボールねじの任意の位置に被せて一体化させる手順を示す。本発明の手段の湿式のカットパイルを有する端部シール材の一形態を説明する図。ボールねじの螺旋状に溝部に少なくとも１周以上できる長さにわたって対向配置されるようパイルをボールねじの螺旋状に溝部に沿うようにストライプ状にカットしたグリスを含んだ湿式のシール部材を、ボールねじの雄ねじ軸の外周に配される支持枠体に、ボールねじの螺旋状に溝部に少なくとも対向配置されるよう挿入して一体化させる手順を示す。

　本発明の実施の形態を、実施例の記載と図面を適宜参照しつつ以下に具体的に説明する。なお、本発明のボールねじの試験ではリテーナータイプのボールねじを用いたが、もちろん単純なナット部のものであっても大きな違いはないので、ボールねじの態様は当該記載によって限定して解釈されるものではない。また、材質や繊維の違いを比較する試験の一部には、リニアガイドを用いた試験の結果を参照しているものがあるが、本発明のようにボールねじの雄ねじ軸の溝部とのシール性を確保するためにシール材をナット部の端部に用いる場合であっても、直動ガイドのレールとのシール性の場合と同様の傾向を示すものであることから、これらのデータを参照して示す。
　実施例

　＜試験例１：湿式の端部シール材におけるパイル織物及びパイル編物のグリス保持性およびグリス供給力の確認＞

　＜材料と方法＞

・評価パイルについて
　直動機構用の湿式端部シール材におけるパイル織物及びパイル編物のグリス保持性及びシール性の評価を行うに当たり、該湿式端部シール材に用いるパイル織物及びパイル編物として、計５種類を選定した。選定したパイル織物及びパイル編物の構成の詳細を、下記の表１に示す。

　表１におけるＰタイプのパイル織物におけるパイルは、起毛のパイル繊維が１種類の直毛繊維を用いたものである。選定したパイル織物及びパイル編物の中では、繊維径が大きい。密度は１インチ四方あたり３７万８千本である。そして、パイルを固定する基布の地糸部が緯糸（ナイロン／熱融着糸）、経糸（ナイロン）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。カットパイルの抜けを低減させるために、基布の地糸部には裏面側からアクリル系エマルジョンを浸透させている。

　Ｃタイプのパイル織物におけるパイルは、中空繊維及び多孔繊維を用いた捲縮性を有するものであり、起毛のパイル繊維が１種類の、３．０デニールのビオセーフと１．５デニールのアクアロンと１．５デニールのレーヨンの混紡であり、密度は１インチ四方あたり３１万６千５０である。そして、パイルを固定する基布の地糸部が緯糸（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。カットパイルの抜けを低減させるために、基布の地糸部には裏面側からアクリル系エマルジョンを浸透させている。中空及び多孔の繊維を用いたものとすることにより、同じ繊維径の直毛繊維を用いたものに比して、パイルにおける表面積が増える。

　Ｇタイプのパイル織物におけるパイルは、Ｃタイプと同様に捲縮性を有するパイルのものであるが、パイル列の半分をＣタイプの中空繊維及び多孔繊維を用いた捲縮性を有するパイルとし、残り半分のパイル列を中空・多孔ではない通常の繊維を用いた捲縮性を有するパイルとしたものである。起毛のパイル繊維が２種類あるものであって、基布となる地糸部の緯糸に、パイル繊維が１種類ずつ交互に固定されている。１列目のパイルが３．０デニールのビオセーフと１．５デニールのアクアロンと１．５デニールのレーヨンの混紡であり、２列目のパイルは３．０デニールのバルキーと３．０デニールのレギュラーと１．５デニールのレーヨンの混紡からなる。繊維の密度は２７万６千６７５である。そして、パイルを固定する基布の地糸部が緯糸（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。カットパイルの抜けを低減させるために、基布の地糸部には裏面側からアクリル系エマルジョンを浸透させている。Ｇタイプのパイル織物をＣタイプのパイル織物と比べることで、パイルに用いる繊維を中空及び多孔とすることが、グリス保持性およびグリス供給力にどの程度寄与するかについて確認する。

　Ｔタイプのパイル織物におけるパイルは、＊型のように外周が割られた形状の異形断面のフィラメントを用いたマルチフィラメントからなる、捲縮されたパイルである。選定したパイル織物及びパイル編物の中では最も高密度である。繊維を分割しているために複雑で高価であるが、中空及び多孔の繊維を用いたものよりも表面積が増えていることから、グリスの保持性と供給力が高い。

　なお、試験に用いる上記各タイプのパイルにおけるパイル長は３．３ｍｍである。

　Ｂタイプのパイル編物におけるパイルは、通常の繊維を用いた捲縮性を有するパイルを用いたものである。編みの性質上パイル長を長くする事が出来ず、他Ｐタイプ、Ｃタイプ、Ｇタイプ及びＴタイプのパイル織物のものと比較してパイルの厚みが薄くなっており、試験に用いるパイルのパイル長は２．３ｍｍである。

・フェルトについて
　直動機構用の湿式端部シール材におけるパイル織物及びパイル編物のグリス保持性及びシール性の評価あたり、評価パイルとの比較を行うため、評価パイルに近い厚みのフェルト（ポリエステルフェルト、3mm厚、密度0.2g/cm²、耐熱温度0～120℃）を用いる。

・グリスについて
　各ライプのパイル及びフェルトの評価において、ステアリン酸リチウムグリス（稠度Ｎｏ．１～Ｎｏ．３）のグリスをそれぞれ用いた。また、Ｃタイプのパイルを評価するために、さらに、稠度Ｎｏ．２のモリブデン化合物配合グリス（Ｍｏ系）、稠度Ｎｏ．２のウレア系グリス（ウレア系）、及び、比較用としてフッ素オイルを使用する。

・グリス保持性評価方法について

　次に示す評価方法により、上記の各パイル織物及びパイル編物のグリス保持性を評価する。

　評価サンプルを以下の手順に従って作成する。

　選定した評価パイルを１ｃｍ四方に２片切り出す。２００ｍｍ×３０ｍｍ四方の測定端子となる金属板に、切り出した２片の評価パイルを、各パイルの中心間の距離が１５０ｍｍとなるように間を保持して両面テープを用いてそれぞれ貼り付け、塗布グリスを塗布する前の乾燥時の重量（乾燥重量）を測定する。貼付した評価パイルに、上記塗布グリスをグリスガンを用いて含浸限界量まで塗布し、重量（塗布後重量）を測定する。なお含浸限界量は目視で判断する。塗布後重量－乾燥重量を、塗布グリスの塗布量として記録する。

　回転速度を任意に設定できる回転台の上に、直径２００ｍｍ程度のアルミニウム製の円板を中心を回転台の中心に合わせて設置した評価機を準備する。上記の塗布グリスを塗布した２片の評価パイルを貼付した測定端子となる金属板を、当該２片の評価パイルの中間点を直径２００ｍｍ程度のアルミニウム製の円板の回転中心に合わせて下向きにして評価パイルのパイルが直径２００ｍｍ程度のアルミニウム製の円板に接するようにして接触させる。測定端子となる金属板の上から、評価パイルを貼付した２つの測定端子に対しての合計値として３０Ｎの荷重をかけながら、評価機の回転台を５００ｍｍ／秒の摺動速度で５分間回転させる。

　回転を停止させた後、塗布グリスを塗布した２片の評価パイルを貼付した測定端子となる金属板を取り外して、その重量（摺動後重量）を測定する。塗布後重量－摺動後重量を塗布グリスの流出量として記録する。

　さらに、評価パイルの換えてフェルトを用い、ステアリン酸リチウムグリス（稠度Ｎｏ．２）のグリスを用いる以外の点は上記と同様にして、評価を行う。

　＜結果＞
　評価結果を、以下の表２－１及び表２－２に示す。

　これらの表に示す結果から、グリス保持性とグリス供給性に関して、以下のことが判明した。

　グリスの含浸限界量は、使用するパイルに備わる特性により異なっていた。そして、捲縮性を有するパイルの方が、表面積が広くて密度が少ないにも関わらず、塗布したグリスの含浸限界量が多くなり、より多くの量のグリスがパイル内に保持できていた。捲縮タイプのパイルの方が、直毛タイプのパイルよりもグリス保持性が高いことが理解される。

　また、捲縮性を有する繊維同士のグリスの含浸限界量は、パイル密度の差により異なっていた。そして、捲縮性を有する繊維同士では、パイルの密度が高くなると表面積が増えてグリス含浸限界量が増加し、より多くの量のグリスをパイル内に保持できていた。捲縮性を有する繊維を用いる場合には、パイルの密度が高い方が、パイルの密度が低い場合よりもグリス保持性が高いことが理解される。

　グリスの流出量についても、使用するパイルに備わる特性により異なっていた。そして、捲縮性を有する繊維を用いたパイルの方が、直毛繊維を用いるパイルに比して、グリス流出量が多くなることが明らかとなった。直毛タイプのパイルの方が捲縮タイプのパイルに比してより短時間でより多くのグリスが流出してしまい、グリス供給量が過剰になるとともにグリス供給可能時間が短くなることが理解される。

　そして、直毛であるＰタイプのパイルは、表面積が小さくてグリスが保持できず、最もグリス流出量が多かった。一方、捲縮タイプであるＣタイプ及びＧタイプのパイルは、繊維の一部又は全てに中空多孔繊維を用いており、さらに捲縮がかっているため表面積が増大し、グリス保持量が増加したことが考えられた。そして捲縮タイプであるＣタイプにて確認した結果から、ステアリン酸リチウムグリスのようなリチウム系グリスのみならず、ウレア系のグリス及びモリブデン系のグリスを用いた場合においても、グリス保持性とグリス供給性に関し同等の特性を示すものであることが判明した。他方、Ｂタイプでは、パイルの厚みが薄くなり、含浸限界量は少なく、密度が低いにもかかわらず他の捲縮タイプと比較して劇的に流出量が増加する傾向には無かった。

　以上より、直動機構用の湿式端部シール材に用いるパイルに中空多孔繊維を用い表面積を増やすことで、パイルへのグリス保持量を高めるとともに、保持されたグリスを流出しにくくして過剰なグリス供給を抑止しつつより長いグリス供給可能時間を確保したものとすることができることが明らかとなった。

　実使用においては、使用中における直動機構用の湿式端部シール材のパイルへのグリスの補充が困難で、より長時間継続して使用されることから、一定時間におけるグリス流出量が少なく、グリスの供給がより長期間継続して行えるＣタイプ又はＴタイプを使用することが好ましい。

　他方、フッ素オイルを用いた場合にはその粘度が、上記のリチウムグリス、モリブデン化合物配合グリス、ウレア系グリスに比べて大幅に低いため、オイルの含浸限界量は３４０ｍｇと４倍以上の含浸が可能となっているが、その分フッ素オイルの流出量は多く、含浸させた量の６０％以上が流出し、パイル内に残るオイルの量は４０％未満となってしまう結果となった。この為、上記のリチウムグリス、モリブデン化合物配合グリスおよびウレア系グリスと比較して、パイル内に残るオイルの量が少なく、耐久性に問題がある。また、粘度の低いフッ素オイルが直動機構の装置内に漏れ出し、他の潤滑剤と混ざって所期の性能を低下させたり、動作不良を引き起こすことが懸念される結果となった。

　＜試験例２：湿式端部シール材ユニットにおけるシール性能の確認＞

　＜材料と方法＞

・評価方法について
　直動ガイド両端部にシール材を取り付け、指定速度及び指定時間で摺動させた後のシール性能を測定する。

　パイルは、試験例１で用いたものと同様のパイルを用いる。さらに、比較検討用として、該パイルに換えて、エラストマー素材でニップを設けたエンドシールを用いた現行品及び試験例１で用いたものと同様のフェルトを用い、試験を行う。

　リニアガイド外周形状に成型した幅５ｍｍのパイルを直動ガイド端部に取り付けるプレートに貼り付け、塗布グリスとしてステアリン酸リチウムグリス（稠度Ｎｏ．２）を、パイルへのグリスの塗布量が４ｍｇ／ｃｍ^２となるようにして塗布し、評価サンプルとなるシール材を作成する。Ｃタイプのパイルでは、ステアリン酸リチウムグリス（稠度Ｎｏ．２）に換えて試験例１で使用したフッ素オイルを塗布したものも作成する。

　そして、直動ガイド両端部に作成したシール材を、レールとパイルの支持枠体との隙間の厚みが２．０ｍｍとなるようにして、レールとパイルの支持枠体とのを塞ぐようにパイルを屈曲させながら当接させる。さらに、該直動ガイドの両端部に備えたシール材とレールとの間に紙粉をボックスに封じ込め、セットする。Ｃタイプのパイルでは、紙粉に換えてトナーをボックスに封じ込めたものも同様にして作成し、セットする。

　その後、直動ガイドを摺動させてシール材における紙粉またはトナーに対するシール性を調査すべく、直動ガイドの最高速度を４００ｍｍ／秒、評価時間を最大２４時間として連続的に従動させる条件にて摺動させ、紙粉またはトナーの漏れと紙粉またはトナーの上記シール材におけるパイル中への侵入の程度を確認する。

　紙粉またはトナーが幅５ｍｍのパイルを透過してきて漏れ出た時点で停止させる。紙粉またはトナーが漏れ出なかった場合には、シール材を構成する湿式パイルの繊維中への紙粉またはトナー侵入量を測定し、シール性として評価する。侵入量が５ｍｍ以上となって紙粉またはトナーがが漏れ出てしまった場合には、紙粉またはトナー漏れが実用不可な程度にまで生じたとして記録する（表には×として記載する）。

　＜結果＞
　評価結果を、以下の表３－１及び表３－２に示す。

　パイルにグリスを塗布しない場合には、いずれの条件においても、紙粉またはトナーが幅５ｍｍのパイルを透過して漏れ出てしまった。一方、パイルにグリスを塗布した場合には、２４時間として連続的に摺動させ続けても紙粉漏れが発生しないものが確認された事から、パイルにグリスを塗布したことにより付与された紙粉のシール性能は、非常に高いものであることが理解される。

　そして、使用するパイルの特性によりシール性能が異なっており、直毛タイプのパイルは、捲縮タイプのパイルに比して、シール性が低く、パイルへの侵入の程度も大きいことが判明した。直毛タイプのパイルは、捲縮性を有していないために繊維間に隙間が発生して、紙粉漏れが発生しやすくなると考えられる。直毛タイプにてシール性を確保するためには、直動ガイドのガイドレールとシール材とのＧａｐの幅をより狭めるように設定する事で対応することは可能である。しかし、摺動抵抗が増大するデメリットがある。

　捲縮タイプのパイルを使用するシール材は、使用するパイルの種類により紙粉のシール性が異なることが判明した。Ｇタイプでは、Ｇａｐの幅が２．３ｍｍにまで広がると、パイルへの紙粉侵入量が増大し、紙粉漏れが発生した。Ｇタイプは、Ｃタイプ及びＴタイプと比較してグリス保持性が少ないことから、シール性が不完全となる部分が生じ、その結果、紙粉漏れが発生したと考えられる。グリスを保持させたＣタイプでＧａｐ幅を１．５ｍｍとすると、紙粉及びトナーのいずれにおいても同様の良好なシール性を発揮した。他方、Ｔタイプは密度が高いため、紙粉侵入量が何れの条件においても低い。

　パイルの噛み込みに関しては、カットパイルの毛先部をレールと支持枠体との隙間を塞ぐように屈曲してレールに当接させ、レールに噛み込ませるようにしたもののほうが、全体的にシール性が高い傾向にあり、特にＣタイプ及びＧタイプでは、パイルを噛み込ませることによるシール効果が大きくなった。ただし、Ｇａｐ幅を２．３ｍｍとしてパイル毛先しか噛み込まないようにすると、シール性は高まらず、効果が薄くなった。また、Ｇａｐ幅を１．５ｍｍ～２．０ｍｍとしっかりと噛み込ませると、低密度のパイルであってもシール性を向上させることが可能なことが判明した。Ｂタイプではその構成からパイルの厚みが薄いためにＧａｐ幅を１．５ｍｍと狭めた今回の試験では十分にシールが出来ていないが、Ｇａｐ幅をさらに狭めれば、シール性を発揮させることが期待できることが理解される。

　他方、現行のエンドシールでは、表面より紙粉が漏れ出てしまい、シールする事が出来なかった。

　また、フェルトを用いた場合には、パイルと比較すると反発荷重の上昇推移が早く、Ｇａｐ幅として使用可能な領域が狭いため、取り付けの調整が困難であり、取り付けたとしてもトルクの上昇を招くことが明らかとなった（図３）。また、シール性についても、フェルトの角部より漏れが発生し、シール材の素材として適していないことが明らかとなった。

　以上より、シール性の観点から捲縮タイプの繊維の方がシール性が高く、噛み込みによりシール性を補う事ができ、より安価なシール材を作成することが出来ることが明らかとなった。

　＜試験例３：湿式端部シール材ユニットにおける摺動抵抗の確認＞

　＜材料と方法＞

・評価方法について
　直動ガイド両端部にシール材を取り付け、指定速度及び指定時間で摺動させた後の抵抗値を測定する。

　試験例１で用いたものと同様のパイルを用いた。リニアガイド外周形状に成型した幅５ｍｍのパイルを直動ガイド端部に取り付けるプレートに貼り付け、塗布グリスとしてステアリン酸リチウムグリス（稠度Ｎｏ．２）を、パイルへのグリスの塗布量が４ｍｇ／ｃｍ^２となるようにして塗布し、評価サンプルとなるシール材を作成する。そして、直動ガイド両端部に作成したシール材を、レールとパイルの支持枠体との隙間の厚みが２．０ｍｍとなるようにして、レールとパイルの支持枠体とのを塞ぐようにパイルを屈曲させながら当接させる。

　その後、直動ガイドの最高速度を４００ｍｍ／秒、評価時間を３０分に設定して連続的に従動させた後に停止させ、直動ガイドをフォースゲージ端子で押し、摺動抵抗の値を測定する。

　＜結果＞
　評価結果を、以下の表４に示す。

　これらの表に示す結果から、直動機構用の端部シール材における摺動抵抗に関して、以下のことが判明した。

　全体的な傾向として、パイルにグリスを含浸させて湿式端部シール材とした場合には、パイルにグリスを含浸させてていないものに比して、摺動抵抗が下がることが明らかとなった。またパイルをリニアガイドレールに押しつけて噛み込ませた状態とすることでシール性は向上するが、他方、摺動抵抗は上がってしまうことが明らかとなった。

　直毛タイプであるＰタイプのパイルを用いた直動機構用の端部シール材は、直毛繊維を用いたものであることから、リニアガイドレールとの抵抗が少なく、摺動抵抗は低くなっていた。

　捲縮タイプであるＣタイプ及びＧタイプのパイルを用いた直動機構用の端部シール材は、繊維の形態が似通っている為か同じような摺動抵抗が得られているが、密度の差より僅かにＧタイプのほうが摺動抵抗は低くなっていた。

　捲縮タイプであるＴタイプは、密度が高いためにシール性は良いが、分割繊維を用いた捲縮性を有する繊維を用いているためか、他のものよりも摺動抵抗がは高くなっていた。

　Ｂタイプは、パイル厚み2.3mmに対してGapが2.0mmである為、パイル糸がリニアガイドレールに僅かしか食い込んた状態になっていないため、総じて摺動抵抗は低く、摺動抵抗が高くなる条件が無かった。

　比較として現行品のエンドシールにても、実使用を想定して、同様の試験をグリス有りの条件のみにて行い評価したが、現行品のエンドシールはエラストマー素材を用いているためにリップによる抵抗が大きく、パイルを用いる場合に比して摺動抵抗は大きかった。

　以上より摺動抵抗が高いとシール性に効果があるが、Ｃタイプ及びＧタイプのパイルを用いた試験例の結果からみて、リニアガイドレールにパイルを噛み込ませた状態にするによって、摺動抵抗が低くても十分なシール性を確保する事が出来るようになることが理解される結果となった。

　＜試験例４：ボールねじにおけるシール性の確認＞
　上記各試験例１の結果から、カットパイルのパイル繊維間にグリスがあらかじめ保持された湿式のカットパイルからなる端部シール材は、パイル繊維間にあらかじめグリスが保持されているカットパイルの毛先部は、該レールと該支持枠体との隙間を塞ぐように屈曲してレールに当接することで、摺動抵抗が低くても、極めて効果的に、十分なシール性を確保する事が出来ることが判明した。

　ところで、ボールねじにおいては、埋めるべき隙間の大半が平滑面から構成される直動機構と異なり、隙間形状がより複雑な曲面で構成されているが、直動機構と同様に、粉体や異物の混入を防止する必要があり、シール性を発揮させることが求められている。従来品のシール材としては輪状に成型されたブラシからなるブラシシールが用いられているが、ボールねじ谷部のシール性が十分に確保できているものはない。

　そこで、支持枠体との隙間形状がより複雑なボールねじにおいても、同様にパイル繊維間にあらかじめグリスが保持されているカットパイルの毛先部が隙間を塞ぐようにボールねじに沿って屈曲し、十分なシール性を確保する事が出来るか確認する試験を行った。

　＜材料と方法＞

・評価方法について
　ボールねじ端部にシール材を取り付け、指定速度及び指定時間で摺動させた後のシール性の性能を、ボールねじのレール溝部表面に残存したトナーの量及びその分布によって評価する。

　円弧状の連続的な溝部を備えた雄ねじ軸とナット部とが雄ねじと雌ねじの間に挿入された多数の鋼球を介して螺合され、ナットが雄ねじ軸上を前後に送られるボールねじと、該ボールねじのナット部の前方あるいは後方に取り付けられる雄ねじ軸の外周を１回転分以上の長さにわたって溝部に対向するようにして支持枠体内周に螺旋状に配されたＣタイプのパイルを支持枠体内周に螺旋状に配列した端部シール材、及び、ボールねじの溝部と等ピッチに、ねじ軸の外周を１回転分以上の長さにわたって溝部に対向するようにして該支持枠体内周に螺旋状に配列させるためのＣタイプのパイルを準備する。

　該支持枠体の内周にＣタイプのパイルを、ねじ軸の外周を１回転分以上の長さにわたって溝部に対向するようにして配設する。そして、Ｃタイプのパイルに、塗布グリスとしてステアリン酸リチウムグリス（稠度Ｎｏ．２）を、パイルへのグリスの塗布量が４ｍｇ／ｃｍ^２となるようにして塗布し、さらにパイル抜け止めとして挿入端面にプレートをスナップフィットさせて固定して評価サンプルとなる端部シール材とした後、ボールねじナット部の前方あるいは後方に取り付ける。

　その後、ボールねじの溝部に、トナー（粒径：５μｍ）を振り掛けた後、ボールねじを手摺動により１０回往復動作させた後に停止させ、ボールねじのレール溝部表面に残存したトナーの量及びその分布を確認する。

　さらに、比較対象として上記評価サンプルとなる端部シール材に換えて現行品のボールねじ用の輪状に成型されたブラシシールを用いる点以外は同様の手順にて試験を行い、ボールねじのレール溝部表面に残存したトナーの量及びその分布を確認する。

　＜結果＞
　評価した結果、本発明の湿式パイルを用いた端部シール材を用いると、シールすべき対象面がボールねじの溝部のように円弧状に窪んだ略曲面から構成されているものであっても、各所にトナーの微細粉が残ることがなく、ボールねじの谷部となる溝部のシール性は十分に確保されており、転動体であるベアリングへのトナーの侵入は発生していないと考えられる結果が得られたことが確認された。

　そして、本発明のものは、パイルの毛先部がボールねじとの、特にボールねじの谷部との隙間を塞ぐように屈曲して接触するとともに転動体であるベアリングに当接するよう螺旋状に配列することが可能になっており、その結果、パイルとその毛先部によってトナーの微細粉掃き出しつつ、パイル繊維間にあらかじめ保持された潤滑剤によって、トナーの微細粉の侵入を防止して、従来の技術では達成できなかった程度に効果的にシールしていることが確認された。様々な形状のボールねじにおいて、本発明において使用するパイル素材がボールねじに追従して均一に当接しかつ当接漏れも無く、さらにパイル繊維間にあらかじめ保持された潤滑剤が用いられることにより、トナー等の微細粉に対する掃き出し効果やシール効果が得られることが理解される。

　これに対し、従来品である現行のブラシシールでは、ボールねじの各所にトナーの微細粉が帯状に残っており、特に転動体であるベアリングが当接する谷部にトナーの微細粉が帯状に残り、さらには所々トナーの塊が残存している状態となっていることが確認された。従来品である現行のブラシシールでは、ボールねじ谷部のシール性が確保できておらず、転動体であるベアリングへのトナーが生じてしまっていることが判明した。

　現行ブラシシールは輪状に成型されたブラシであり、ボールねじに均一にブラシが当接しない為、ブラシが触れない箇所が生じてくると考えられる。そこで、現行ブラシシールとボールねじとの当接状況を詳細に観察したところ、ボールねじ谷部と山部の高低差によりブラシが屈曲し谷部に一切接触しない部分があることが確認された。現行のブラシシールでは、シールすべき対象面がボールねじの溝部のように略曲面から構成されている場合には、異物からを当該対象面をシールする事が困難であることが判る。

　１　分割されたボールねじの雄ねじ軸の外周に配された支持枠体
　２　ボールねじの螺旋状に溝部に対向配置されたグリスを含んだ湿式のシール部材
　３　ボールねじの螺旋状に溝部に対向配置されたグリスを含んだ湿式のシール部材の抜け止めとしてボールねじの雄ねじ軸の外周に配された支持枠体に固定するプレート
　４　ボールねじの雄ねじ軸の外周に配された支持枠体
　５　ボールねじの螺旋状に溝部に対向配置されるようパイルをボールねじの螺旋状に溝部に沿うようにストライプ状にカットしたグリスを含んだ湿式のシール部材

Claims

　円弧状の連続的な溝部を備えた雄ねじ軸とナット部とが雄ねじと雌ねじの間に挿入された多数の鋼球を介して螺合され、ナットが雄ねじ軸上を前後に送られるボールねじにおいて、
　該ナット部の前方あるいは後方に取り付けられる端部シール材は
　該雄ねじ軸の外周に配された支持枠体と、
　該支持枠体の内周面に裏面が固定された基布部と、
　該基布部の表面から該溝部に向かって突出するカットパイルを有し、
　該カットパイルの毛先部は該溝部と該支持枠体との隙間を塞ぐように屈曲して該溝部に当接するものであって、
　該カットパイルのパイル繊維間に潤滑剤があらかじめ保持されていること、を特徴とする湿式のカットパイルからなる端部シール材。
　カットパイルは、雄ねじ軸の外周を１回転分以上の長さにわたって溝部に対向するようにして支持枠体内周に螺旋状に配されていること、を特徴とする請求項１に記載のカットパイルからなる端部シール材。
　カットパイルのパイル繊維間に保持されている潤滑剤は、ＪＩＳ　Ｋ２２２０における稠度番号が１号～４号のグリスであること、を特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の端部シール材。
　グリスがリチウムグリス、モリブデン化合物配合グリス、ウレア系グリスのいずれかであることを特徴とする、請求項３に記載の端部シール材。
　カットパイルのパイル長が２ｍｍ以上であること、を特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の端部シール材。
　カットパイルのパイル繊維は捲縮されたマルチフィラメント繊維から構成されていること、を特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の端部シール材。
　カットパイルが織物からなること、を特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の端部シール材。
　カットパイルが編物からなること、を特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の端部シール材。
　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の端部シール材を、ナット部の前方及び後方に脱着交換可能に固定した、雄ねじ軸とナット部と鋼球を備えたボールねじ。