(57)【要約】  軸部材摺動機構が、長手方向に移動可能な軸部材１と、軸部材１が挿通可能な孔３ａを有するシール材ホルダー３と、シール材ホルダー３の孔３ａの内周部に固定され、孔３ａ内を挿通する軸部材１の外周に当接して液体の流通を阻止するシール材（Ｏリング）７と、シール材ホルダー３に設けられておりシール材７を加熱するためのシール材加熱機構（ヒータ１１）と、を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に移動可能な軸部材と、前記軸部材が挿通可能な孔を有するシール材ホルダーと、前記シール材ホルダーの前記孔の内周部に固定され、前記孔内を挿通する前記軸部材の外周に当接して液体の流通を阻止するシール材と、前記シール材ホルダーに設けられており前記シール材を加熱するためのシール材加熱機構と、を有する軸部材摺動機構。
【請求項２】
前記シール材ホルダーの、前記シール材により流通が阻止される前記液体が存在する空間に隣接する位置に取り付けられている断熱材をさらに有する、請求項１に記載の軸部材摺動機構。
【請求項３】
前記シール材は樹脂製のＯリングまたはＶパッキンである、請求項１または２に記載の軸部材摺動機構。
【請求項４】
前記シール材加熱機構は、前記シール材ホルダーの外周に位置するヒータである、請求項１から３のいずれか１項に記載の軸部材摺動機構。
【請求項５】
前記シール材加熱機構は、前記シール材ホルダーに設けられ、加熱媒体供給装置から加熱媒体が供給される加熱媒体用流路である、請求項１から３のいずれか１項に記載の軸部材摺動機構。
【請求項６】
前記シール材加熱機構は、前記シール材ホルダーに設けられた、流路断面が途中で小さくなる気体流入用孔と、前記気体流入用孔に気体を供給する機構とを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の軸部材摺動機構。
【請求項７】
前記シール材加熱機構は、前記シール材ホルダーに設けられた、先端が閉じた気体流入用孔と、前記気体流入用孔への気体の間欠的な供給と大気への開放を行う機構とを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の軸部材摺動機構。
【請求項８】
シール材ホルダーの孔内に挿通されて長手方向に移動可能な軸部材を摺動させる、軸部材の摺動方法であって、前記軸部材の摺動を行う前に、前記シール材ホルダーの前記孔の内周部に固定され前記軸部材の外周に当接して液体の流通を阻止するシール材を予め加熱しておくステップと、前記軸部材を、加熱された前記シール材が外周に当接した状態で摺動させるステップとを含む軸部材の摺動方法。
【請求項９】
断熱材によって、加熱された前記シール材の熱の、該シール材により流通が阻止される前記液体が存在する空間への伝達を抑制する、請求項８に記載の軸部材の摺動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸部材摺動機構および軸部材の摺動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な軸部材摺動機構の一例では、特許文献１に記載されているように、軸部材の外周に沿って流体が流通することを避けるために、軸部材の外周にＯリング等のシール材が配置されている。【０００３】
特許文献２には、軸部材とブッシュとの間の隙間にごみやスケールが詰まって軸部材の摺動性が悪くなった時に、軸部材を冷却して収縮させるか、あるいはブッシュを加熱して拡張させることにより、一時的に隙間を広げて、ごみやスケールによるスティックを解消させて軸部材の摺動性を回復させることが開示されている。【０００４】
特許文献３には、低温化した反応ガスから析出した生成物が軸部材等に付着して摺動などの動作の精度が低下するのを防ぐため、ケーシングにヒータを内蔵させて、ヒータから伝熱体を介して軸部材等を加熱して、生成物の析出や付着を防ぐことが開示されている。【０００５】
特許文献４には、圧力調整器において、ガスを減圧する圧力調整を行った場合に圧力調整機内の温度が外気温よりも低くなって結露が生じるのを避けるために、ダイヤフラムが収納される収納部に高温の熱交換用気体を導入して加熱して、結露による水滴発生を防ぐことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２８６１５９号公報
【特許文献２】実開平０１−１０９６８３号公報
【特許文献３】特開２００３−１６１３８２号公報
【特許文献４】特開平１０−１１１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１，４では、軸部材の摺動などの動作の精度が低下する可能性について何ら着目していない。特許文献２，３では、ごみやスケールや生成物等の異物が軸部材等に付着することによって軸部材の摺動性などが低下することに着目しているものの、軸部材やその周囲の部材自体が温度変化を受けることの影響については考慮されていない。しかし、実際には、異物が生じたり混入したりしなくても、温度変化の影響で軸部材の摺動性が低下する場合がある。【０００８】
そこで本発明の目的は、前記した問題点を解決し、異物の発生や混入がない時にも温度変化の影響で軸部材の摺動性が低下するのを防ぐことができる、軸部材摺動機構および軸部材の摺動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様では、軸部材摺動機構が、長手方向に移動可能な軸部材と、軸部材が挿通可能な孔を有するシール材ホルダーと、シール材ホルダーの孔の内周部に固定され、孔内を挿通する軸部材の外周に当接して液体の流通を阻止するシール材と、シール材ホルダーに設けられておりシール材を加熱するためのシール材加熱機構と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、軸部材の摺動を行う前に、特に温度変化の影響を受けやすいシール材を予め加熱しておくことによって、軸部材の摺動に伴う温度変化が小さくシール材の熱変形や変質が小さいため、軸部材の摺動性の変化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態の軸部材摺動機構を示す正面断面図、（ｂ）はその平面断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第２の実施形態の軸部材摺動機構を示す正面断面図、（ｂ）はその平面断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第３の実施形態の軸部材摺動機構を示す正面断面図、（ｂ）はその平面断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態の軸部材摺動機構を示す正面断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第５の実施形態の軸部材摺動機構を示す正面断面図、（ｂ）はその平面断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第６の実施形態の軸部材摺動機構を示す正面断面図、（ｂ）はその平面断面図である。
【図７】本発明の第６の実施形態の気体流入用孔の内部の圧力変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
本発明の第１の実施形態の軸部材摺動機構は、図１に示すように、長手方向に移動可能な軸部材１と、軸部材１の外周における液体の流通を阻止するシール部２とを含む。シール部２は、軸部材１が挿通可能な孔３ａを有するシール材ホルダー３を有している。シール材ホルダー３は、断熱材４を介して、液体を収容する空間を構成する筐体の下面５にねじ６によって固定されている。シール材ホルダー３の孔３ａの内周の上部には、複数のシール材（例えばＯリング）７と複数のバックアップリング８とが交互に配置されている。また、孔３ａの内周の下部には軸受９が配置されている。シール材ホルダー３と断熱材４の接合部分にもシール材（例えばＯリング）１０が配置されている。シール材ホルダー３の外周部には、シール材（Ｏリング）７を加熱するためのシール材加熱機構であるカートリッジヒータ、すなわちヒータ１１を内蔵したヒータブロック１２が取り付けられている。ヒータ１１は、シール部２の外部に位置する図示しない駆動手段によって駆動される。シール材ホルダー３の下端には、軸受９が抜け落ちるのを防止するために、底板１３がねじ６によって固定されている。
【００１４】
以上のような構成であるため、軸部材１は、軸受９に支持されることにより、シリンダ等の図示しない駆動手段による駆動時に長手方向に円滑に摺動する。筐体内に存在する流体が軸部材１の外周に沿って流通してシール部２の内奥に浸入することは、Ｏリング７によって阻止される。複数のＯリング７は、バックアップリング８によって、適切な位置に保持されている。また、筐体内の流体がシール部２の外周側に漏れ出すことは、Ｏリング１０によって阻止される。そして、本実施形態では、ヒータ１１が発熱することによって、Ｏリング７が加熱されている。この技術的意義について説明する。
【００１５】
軸部材１が摺動する装置においては、摩擦熱等によって温度上昇を生じる。その場合、温度変化に伴う各部材の変形（例えば熱膨張）や変質（例えば柔軟性の変化）等によって、軸部材１の摺動性に変化を生じる。特に、Ｏリング７等の樹脂製のシール材は、温度変化による熱膨張や柔軟性の変動が比較的大きいため、例えば金属製の軸部材１との間のクリアランスが変化し、円滑な摺動が行えなくなったり、所望の動作精度が得られなくなったりする可能性がある。軸部材摺動機構の場合、温度変化によるシール材の変形や変質に起因して軸部材が設計通りの動作を行えなくなると、精密機器に組み込むことができなくなる。同じ材料からなる部材同士はほぼ一様に熱変形するため、熱変形による摺動性の変化は比較的小さい。しかし、軸部材摺動機構において、少なくともＯリング７等のシール材は樹脂からなり、例えば金属から作られる場合がある軸部材１に比べて熱変形や変質が大きいため、摺動性の変化を引き起こす可能性が高い。
【００１６】
そこで、本実施形態では、シール材加熱機構であるヒータ１１によって主にシール材（例えばＯリング７）を予め加熱して高温にしておき、動作中に生じる摩擦熱等の影響が小さくなるようにしている。すなわち、シール材７が予め高温になっているので、通常の動作時の摩擦等によってシール材７をさらに温度上昇させるほどの熱が加えられる可能性は小さい。つまり、軸部材１の摺動による温度変化の影響が小さいため、軸部材１とシール材７との間のクリアランスの変化が抑えられ、軸部材１の円滑で高精度の摺動が続行できる。従って、精密機器に採用するのに適している。
【００１７】
図２に本発明の第２の実施形態のシール部２を示している。第１の実施形態と同様の部分については説明を省略する。第１の実施形態ではカートリッジヒータ、すなわちヒータ１１を内蔵したヒータブロック１２が用いられているが、本実施形態では、シール材（Ｏリング）７を加熱するためのシール材加熱機構として、円柱状のシール材ホルダー３の外周に巻回されたコードヒータ１４が用いられている。図示されている例では、コードヒータ１４がシール材ホルダー３の外周に４周巻かれている。その他の構成は第１の実施形態と同じであり、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００１８】
図３に本発明の第３の実施形態のシール部２を示している。第１の実施形態と同様の部分については説明を省略する。本実施形態では、シール材（Ｏリング）７を加熱するためのシール材加熱機構として、円柱状のシール材ホルダー３の外周に巻回された可撓性シート状ヒータ（例えばシリコンラバーヒータ）１５が用いられている。図示されている例では、シール材ホルダー３の主部のほぼ全高さにわたって延びる可撓性シート状ヒータ１５が、シール材ホルダー３の外周に巻かれている。その他の構成は第１の実施形態と同じであり、第１の実施形態と同様の効果が得られる。本実施形態によると、Ｏリング７以外の部材（シール材ホルダー３自体や軸受９）も全体的に加熱することができる。
【００１９】
図４に本発明の第４の実施形態のシール部２を示している。第１の実施形態と同様の部分については説明を省略する。本実施形態では、シール材（Ｏリング）７を加熱するためのシール材加熱機構として、円柱状のシール材ホルダー３に加熱媒体用流路１６を設け、加熱媒体供給装置１７からこの加熱媒体用流路１６に加熱媒体（高温の液体または気体）を供給して流れさせている。
【００２０】
具体的には、シール材ホルダー３が２つの部材、すなわちシール材ホルダー３の内側かつ上側に位置する内側ハウジング３ｂと、シール材ホルダー３の外側かつ下側に位置する外側ハウジング３ｃとから構成されている。内側ハウジング３ｂには、Ｏリング７およびバックアップリング８とＯリング１０が取り付けられている。外側ハウジング３ｃには、軸受９が取り付けられている。そして、内側ハウジング３ｂの外周の全周にわたって円周方向に延びる溝部１６ａが形成され、外側ハウジング３ｃには溝部１６ａに連通する１対の孔部１６ｂが形成されている。この内側ハウジング３ｂが外側ハウジング３ｃにはめ込まれ、一方の孔部１６ｂから溝部１６ａのほぼ全周を経て他方の孔部１６ｂに至る加熱媒体用流路１６が構成されている。そして、シール部２の外部に位置する加熱媒体供給装置１７が両孔部１６ｂに接続されて、一方の孔部１６ｂから流入した高温の液体または気体が溝部１６ａを通過して他方の孔部１６ｂから排出される流れを形成することができる。内側ハウジング３ｂと外側ハウジング３ｃとの接合部分には、Ｏリング１８等のシール材が取り付けられている。このＯリング１８は、加熱媒体用流路１６を流れる高温の液体または気体がシール部２の外部に漏れないようにするためのものである。ただし、加熱媒体供給装置１７から高温の気体が供給され、その気体がシール部２の外部に多少漏れても構わない場合には、Ｏリング１８を省略できる。
【００２１】
本実施形態によると、加熱媒体供給装置１７から供給された高温の液体または気体が、シール材ホルダー３のほぼ全周にわたって形成されている加熱媒体用流路１６を流れることにより、シール材であるＯリング７等を加熱することができる。その他の構成は第１の実施形態と同じであり、第１の実施形態と同様の効果が得られる。そして、本実施形態の場合、シール材ホルダー３にヒータの構造物を取り付ける必要がなく、孔部１６ｂと加熱媒体供給装置１７との接続さえ確保できればよいので、シール部２の軽量化が可能である。
【００２２】
図５に本発明の第５の実施形態のシール部２を示している。第１の実施形態と同様の部分については説明を省略する。本実施形態では、シール材（Ｏリング）７を加熱するためのシール材加熱機構として、シール材ホルダー３に、流路断面が途中で急激に小さくなる１対の気体流入用孔１９ａ，１９ｂと、この気体流入用孔１９ａ，１９ｂに接続されてそれらに気体を供給する機構である継手２１および気体流路２２が設けられている。具体的には、Ｏリング７およびバックアップリング８とＯリング１０と軸受９が取り付けられているシール材ホルダー３に、流路断面が途中で急激に小さくなる１対の気体流入用孔１９ａ，１９ｂが設けられている。１対の気体流入用孔１９ａ，１９ｂは、軸部材１を中心として左右対称に形成されている。
【００２３】
この構成によると、図示されていない高圧気体供給源から、気体流路２２および継手２１を介して、気体流入用孔１９ａ，１９ｂに気体が供給される。気体流入用孔１９ａ，１９ｂに供給された気体は、気体流入用孔１９ａ，１９ｂ内の急激に流路断面が減少する部分における断熱圧縮により発熱する。そして、その熱によりシール材ホルダー３が加熱される。その他の構成は第１の実施形態と同じであり、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００２４】
図６に本発明の第６の実施形態のシール部２を示している。第５の実施形態と同様の部分については説明を省略する。本実施形態では、シール材（Ｏリング）７を加熱するためのシール材加熱機構として、シール材ホルダー３に、先端が閉じた気体流入用孔１９ａ，１９ｂと、この気体流入用孔１９ａ，１９ｂに接続されてそれらに対して気体の間欠的な供給と大気への開放を行う機構である継手２１、気体流路２２、および電磁弁２０が設けられている。具体的には、Ｏリング７およびバックアップリング８とＯリング１０と軸受９が取り付けられているシール材ホルダー３に、先端が閉じた１対の気体流入用孔１９ａ，１９ｂが設けられている。１対の気体流入用孔１９ａ，１９ｂは、軸部材１を中心として左右対称に形成されている。電磁弁２０は５ポート弁であり、１つの供給口と２対の気体出口と大気開放口を有している。
【００２５】
この構成によると、図示されていない高圧気体供給源から、電磁弁２０と気体流路２２と継手２１を介して、気体流入用孔１９ａ，１９ｂに気体が供給される。電磁弁２０が気体の供給路を適宜に開閉することにより、気体流入用孔１９ａと気体流入用孔１９ｂに対して、気体の供給と大気への開放とを交互に行う。このときの気体流入用孔１９ａ，１９ｂの内部の圧力変化は、図７に示すとおりである。このように、気体流入用孔１９ａ，１９ｂへの高圧気体の間欠的な供給と大気への開放とを交互に繰り返すことにより、気体流入用孔１９ａ，１９ｂ内で気体の断熱圧縮を生じさせて発熱させ、その熱によりシール材ホルダー３を加熱することができる。その他の構成は第５の実施形態と同じであり、第５の実施形態と同様の効果が得られる。なお、図７に示すように、１対の気体流入用孔１９ａ，１９ｂに交互に気体の供給と大気への開放とを行うことが効率的であり好ましいが、必ずしも交互に行う必要はない。電磁弁２０は、気体の供給と大気への開放が行えればよく、必ずしも５ポート弁である必要はない。
【００２６】
図５，６に示す第５，６の実施形態は、シール材ホルダー３にヒータの構造物を取り付ける必要がないため、シール材７が設置された環境中に引火性気体が存在する場合等、防爆が必要な環境下でも使用可能である。また、加熱したいシール材７の近傍で断熱圧縮により熱を生じさせることができるため、熱輸送中に発生する熱損失（ロス）がなく、効率的に加熱効果が得られる。さらに、熱風発生器や加熱流体循環器等の装置が必要なく、低コストで構成可能である。
【００２７】
図５，６に示す例では、２つの気体流入用孔１９ａ，１９ｂが設けられているが、１つの気体流入用孔のみが設けられた構成や、３つ以上の気体流入用孔が設けられた構成にすることもでき、それぞれの気体流入用孔に対して気体の供給（第６の実施形態では気体の供給と大気への開放）を行えばよい。
【００２８】
以上説明したとおり、本発明によると、軸部材１の摺動の開始前から、シール部２内のシール材（例えばＯリング７）を予め加熱しておくことにより、軸部材１の摺動時にはあまり大きな温度上昇は生じずシール材７の熱変形や変質が小さいので、軸部材１の摺動性の変化が抑えられ、一定の摺動性が精度良く保たれる。
【００２９】
また、付随的な効果として、シール部２のシール材７の近傍まで浸入した流体もある程度加熱されることにより、その流体が軸部材１の摺動性の妨げとなる可能性が低減される。断熱材４が設けられている場合には、このようにシール材７の近傍に浸入した流体は加熱しても、筐体内に存在する流体の温度は変化させず、変質することを防ぐ。すなわち、シール部２のシール材７付近まで浸入してきた流体は、粘度の高さやその他の要因から軸部材１の摺動に対する抵抗となる可能性がある。この時に、前記したようにシール材７を予め加熱して動作中の熱変形や変質を抑制すると同時に、シール材７の近傍に位置する流体も加熱して粘度を低下させるなどして、その流体による軸部材１の摺動に対する抵抗を小さくすることができる。シール材ホルダー３の、筐体（流体が存在する空間）に隣接する位置に断熱材４を取り付けておくと、シール材７の近傍の流体による軸部材１に対する抵抗の低減と、筐体内の流体を変質させず用途に適した状態に保つこととを両立できる。
【００３０】
なお、シール材７はＯリングに限られず、Ｖパッキンなど他のあらゆる形態の部材であってよい。また、図１〜６に示す例では、２つのＯリング７が３つのバックアップリング８によってサンドイッチされた構成であるが、シール材７は１つ以上であればいくつでも構わない。そして、場合によってはバックアップリング８を省略することもできる。
【００３１】
本出願は、２０１１年９月２２日に出願された日本出願特願２０１１−２０７７９１号と、その優先権主張出願である２０１２年３月２９日出願の日本出願特願２０１２−０７６９４２号を基礎とする優先権を主張し、日本出願特願２０１１−２０７７９１号および日本出願特願２０１２−０７６９４２号の開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００３２】
１      軸部材
２            シール部
３            シール材ホルダー
３ａ        孔
４            断熱材
７            Ｏリング（シール材）
１１        ヒータ（シール材加熱機構）
１４        コードヒータ（シール材加熱機構）
１５        可撓性シート状ヒータ（シリコンラバーヒータ、シール材加熱機構）
１６        加熱媒体用流路（シール材加熱機構）
１７        加熱媒体供給装置
１９ａ，１９ｂ      気体流入用孔（シール材加熱機構）
２０        電磁弁（シール材加熱機構）
２１    継手（シール材加熱機構）
２２    気体流路（シール材加熱機構）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013042659.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013042659.tif 000009
【国際調査報告】
2013042659.tif 000010
2013042659.tif 000011
2013042659.tif 000012
2013042659.tif 000013