CN110088507B - 滚珠螺杆装置的密封构件 - Google Patents

Abstract

本发明是一种滚珠螺杆装置的密封构件，其能够灵活应对改变密封板的材质或厚度的情况，且能够以简易的结构降低生产成本或零部件的管理成本；密封构件(5)固定在滚珠螺杆装置的螺母构件(3)的轴向端面上，且将该螺母构件(3)与螺杆(2)之间的间隙密封，密封构件(5)具备：多个底板(51)，其具有内径大于上述螺杆(2)的外径的贯穿孔；隔板(52)，其夹在彼此邻接的两片上述底板(51)之间，且具有内径大于上述底板(51)的贯穿孔的内径的密封件收纳孔(52b)；以及密封板(50)，其具有杆适配孔(50a)，且配置在上述隔板(52)的密封件收纳孔(52b)中，该杆适配孔(50a)对应于上述螺杆(2)的与轴向垂直的剖面形状。

Description

滚珠螺杆装置的密封构件

技术领域

本发明涉及一种密封构件，该密封构件固定在滚珠螺杆装置的螺母构件上，并将该螺母构件与该螺母构件所螺合的螺杆之间的间隙密封。

背景技术

滚珠螺杆装置是能够相互转换旋转运动与直线运动的机械元件，在各种机床、输送装置、工业用机器人等中，多出于将伺服电机所产生的旋转运动转换为直线运动的目的而使用。上述滚珠螺杆装置具备：大量的滚珠；在外周面形成有供这些滚珠滚行的螺旋状的滚动槽的螺杆；以及通过上述滚珠而螺合在上述螺杆的外围上且能够与上述螺杆相对地进行螺旋状移动的螺母构件。

如上所述的滚珠螺杆装置有种种用途，在例如机床的直线导向部中的使用中，存在工件的切削粉或冷却液等落到上述螺杆的情况。若螺母构件在上述螺杆附着有这些异物的状态下移动时，在上述滚动槽中滚动的滚珠会咬入这些异物，从而导致螺母构件与螺杆的旋转相对的移动精度过早降低。并且，在上述螺母构件的内部出于润滑上述滚珠或上述滚动槽的目的而封入有润滑脂等润滑剂，也需要防止这些润滑剂漏到螺母构件的外部。因此，在实际使用滚珠螺杆装置时，一般会在上述螺母构件的轴向两端装设密封构件，并利用该密封构件将上述螺母构件与上述螺杆之间的间隙密封。

目前，作为滚珠螺杆装置的密封构件，已知有专利文献1所公开的构件。具体而言，由合成橡胶或合成树脂等形成的多片密封板，以及在重叠的状态下收纳上述多片密封板并固定在上述螺母构件上的环状的壳体所构成。在各密封板的中心形成有供上述螺杆贯穿的贯穿孔，该贯穿孔形成为与上述螺杆的轴向垂直的剖面形状一致。当将上述螺杆插穿上述贯穿孔时，该贯穿孔的内周缘作为密封唇部与上述螺杆的外周面紧密地接触，从而将尘埃或冷却液等从该螺杆的表面拭去。

由于上述密封板的贯穿孔是与上述螺杆的剖面形状一致的异形圆，因此上述密封板非固定地收纳在上述壳体的内部，以使该贯穿孔的内周缘与螺杆的外围均等接触。即，上述壳体是仅限制上述密封板沿轴向的移动。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本实公平5-43310号公报

发明内容

(发明要解决的课题)

如上所述滚珠螺杆装置有各种用途，使用环境也各式各样，因此每种使用环境对于上述密封构件所要求的性能不同。例如，在木工机械所使用的滚珠螺杆装置中，为了防止细木屑侵入螺母构件的内部，需要使上述密封板沿上述螺杆的轴向宽广地进行面接触，并且将上述密封板向上述螺杆推压，从而提高两者的接触面压。另一方面，在上述螺杆几乎未附着粉尘的环境中，上述密封板只要防止上述螺母构件的内部所封入的润滑剂漏出即可，且为了抑制摩擦热的产生，上述密封板只要将其前端以极微小的力与上述螺杆进行线接触即可。

在如上述那样考虑上述密封构件所要求的功能的情况下，则需要上述密封板的材质或板厚根据该滚珠螺杆装置的使用环境而改变。但是，若欲使用上述的现有密封构件来应对各种材质或板厚的密封板，则需要适配密封板的材质或板厚而准备收纳该密封板的壳体，从而存在生产成本或零部件的管理成本高涨这一课题。

(用于解决课题的方案)

本发明是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于提供一种滚珠螺杆装置的密封构件，其能够灵活应对改变密封板的材质或厚度的情况，且能够以简易的结构降低生产成本或零部件的管理成本。

即，本发明为密封构件，其固定在滚珠螺杆装置的螺母构件的轴向端面上，且将该螺母构件与螺杆的间隙密封，该密封构件具备：多个底板，其具有内径大于上述螺杆的外径的贯穿孔；隔板，其夹在彼此邻接的两片的上述底板之间，且具有内径大于上述底板的贯穿孔的内径的密封件收纳孔；以及密封板，其具有杆适配孔，且配置在上述隔板的密封件收纳孔中，该杆适配孔对应于上述螺杆的与轴向垂直的剖面形状。

(发明效果)

根据本发明，能够通过改变上述隔板的板厚或片数来应对上述密封板的多种板厚，并且能够用基于上述密封板的材质的最适固定方法将该密封板装设到上述螺母构件上。因此，能够灵活应对根据滚珠螺杆装置的使用环境改变上述密封板的材质或板厚的情况，且上述底板及上述隔板能够通用而不用改变，因此能够实现降低生产成本或零部件的管理成本。

附图说明

图1是表示可适用本发明的密封构件的滚珠螺杆装置的一例的主视图。

图2是表示本发明的密封构件的第一实施方式的分解透视图。

图3是表示使用薄膜密封件作为密封板时的密封构件的主要部分放大剖面图。

图4是表示使用面接触式密封件作为密封板时的密封构件的主要部分放大剖面图。

图5是表示面接触式密封件与螺杆的接触状态的说明图。

图6是表示面接触式密封件的凸条与螺杆的滚动槽的接触状态的剖面图。

图7为图示面接触式密封件的轴向厚度的上限值的说明图。

图8为导出面接触式密封件的轴向厚度的上限值的计算公式的说明图。

图9是表示形成在螺杆上的滚动槽的槽宽的说明图。

图10是表示本发明的密封构件的第二实施方式的分解透视图。

具体实施方式

以下使用附图详细说明本发明的滚珠螺杆装置的密封构件。

图1是表示装设有本发明的密封构件的滚珠螺杆装置的一例。

该滚珠螺杆装置1包括：在外周面以规定的导程螺旋状地形成有滚珠的滚动槽20的螺杆2；以及通过大量的滚珠螺合在上述螺杆2的外围上的圆筒状的螺母构件3。例如，通过使上述螺杆2相对于上述螺母构件3旋转，从而使该螺母构件3沿上述螺杆2的轴向移动，或者通过使上述螺母构件3相对于上述螺杆2旋转，从而使该螺杆2沿上述螺母构件3的轴向移动。并且，上述螺杆2也可以为形成有多条上述滚动槽20的所谓多线螺纹。

另外，在上述螺母构件3的轴向端面装设有将该螺母构件3与上述螺杆2之间的间隙密封的密封构件5。并且，图1中虽然仅在上述螺母构件3的一个端面描绘有上述密封构件5，但通常该密封构件5也装设在上述螺母构件3的另一个端面上。

图2表示适用本发明的密封构件的第一实施方式，且为表示从上述螺母构件3卸下上述密封构件5后的状态的分解透视图。上述螺母构件3具有供上述螺杆2穿过的贯穿孔且形成为圆筒状，在上述贯穿孔的内周面设有与形成在上述螺杆2的滚动槽20相对的螺旋状的负载轨道30。滚珠4排列在上述负载轨道30上，且在上述螺母构件3与上述螺杆2之间一边承受着载荷一边在该负载轨道30上滚动。

上述螺母构件3具备上述滚珠4的无限循环道。在图2所示的螺母构件3中，沿着该螺母构件3的轴向设有滚珠4的返回通道，另一方面，在该螺母构件3的轴向端面装设有循环辅助构件31。上述循环辅助构件31在上述负载轨道30与上述返回通道之间引导滚珠4，并且构建以螺旋状的上述负载轨道的多个旋绕量为一个回路的滚珠的无限循环道。并且，在上述螺母构件中构建滚珠的无限循环道的方式，能够采用以上述负载轨道的一个旋绕量作为一个回路的所谓转向式、将跨过上述负载轨道的多个旋绕量的管构件装设到上述螺母构件上的所谓回流管式等任意的构造。

上述密封构件5具备：与上述螺杆2滑接的密封板50；位于上述密封板50两侧的两片底板51；以及夹在两片上述底板51之间的隔板52。

上述底板51形成为具有内径稍大于上述螺杆2的外径的贯穿孔的环状，且在圆周方向以等间距设有多个供作为结合构件的固定螺丝53贯穿的安装孔51a。上述固定螺丝53是贯穿上述底板51紧固在螺母构件3中。

上述隔板52具有内径大于上述底板51的贯穿孔的内径的密封件收纳孔52b且形成为环状，且在圆周方向以等间距形成有供上述固定螺丝53贯穿的缺口部52a。在将两片上述底板51紧固到螺母构件3中时，上述隔板52夹入这些底板51之间与该底板成一体化。另外，在紧固上述固定螺丝53时，通过将上述缺口部52a与该固定螺丝53适配，能够正确进行上述隔板52在两片上述底板51之间的定位。虽然在图2中两片上述底板51之间配置有两片隔板52，但两片上述底板51之间夹入的上述隔板52的片数或各隔板52的板厚是能够根据上述密封板50的材质或板厚来适当决定。

上述密封板50具有杆适配孔50a且形成为环状，该杆适配孔50a对应于上述螺杆2的与轴向垂直的纵剖面形状。因此，当将上述螺杆2插穿上述杆适配孔50a时，上述密封板50的内周缘，即上述杆适配孔50a的内周面与上述螺杆2的外围适配。将上述密封板50的外径设定为大于上述底板51的贯穿孔的内径，且小于上述隔板52的密封件收纳孔52b的内径。由于上述密封板50的外径小于上述隔板52的密封件收纳孔52b的内径，因此贯穿上述底板51及上述隔板52的固定螺丝53比该密封板50位于半径方向外侧，且上述固定螺丝53未贯穿上述密封板50。

因此，在两片上述底板51之间夹入上述间隔板52及上述密封板50且将上述固定螺丝53紧固到上述螺母构件3中时，上述密封板50会位于上述隔板52的密封件收纳孔52b的内部，且由上述底板51限制上述密封板50沿上述螺杆2的轴向移动，从而将该密封板50无法脱离地保持在上述密封件收纳孔52b的内部。此时，在两片底板51之间形成有与上述隔板52的厚度对应的空间。上述密封板50收纳在该空间，并保持在两片上述底板51之间。

上述密封板50的材质能够根据装设该密封构件5的上述滚珠螺杆装置1的使用环境任意选择，例如，能够使用由合成树脂制薄膜形成的密封板或由浸上橡胶或合成树脂的纤维片形成的密封板等。

图3是表示上述密封板50相对于上述密封构件5的装设状态的一例的剖面图。

该图3所示的例子是使用合成树脂制薄膜所形成的薄膜密封件50A作为上述密封板50，且在两片上述底板51之间夹入有一片隔板52。上述薄膜密封件50A主要出于防止润滑剂从上述螺母构件3的内部漏到外部的目的而使用，但也具有除去附着在上述螺杆2上的异物的能力。上述薄膜密封件50A的杆适配孔50a的内周面隔着微小间隙与螺杆2的外周面相对，该间隙为稍大于油膜厚度的程度。当上述薄膜密封件50A过度地与螺杆2滑接时，该薄膜密封件50A会产生挠曲，除了使上述杆适配孔50a的内周面与上述螺杆2之间的间隙扩大之外，还有可能因摩擦热的产生而导致上述螺杆2的膨胀。因此，在将上述薄膜密封件50A装设到上述螺母构件上时，重要的是不要让该薄膜密封件50A过度推压螺杆2，且要让该薄膜密封件不产生挠曲。

因此，在使用这样的薄膜密封件50A时，要将由上述隔板52在两片底板51之间形成的间隙t₁设定为大于上述薄膜密封件50A的轴向厚度。由此，上述薄膜密封件50A隔着些微间隙被保持而不夹入两片上述底板51之间，且能够朝上述螺杆2的半径方向自由地位移。其结果，由于上述薄膜密封件50A总是相对于螺杆2保持在最适位置，因此能够防止该薄膜密封件50A的内周缘，即杆适配孔50a的内周面过度推压上述螺杆2。并且，由于在上述薄膜密封件50A的两侧隔着些微间隙存在有两片底板51，因此即使在上述薄膜密封件50A的内周缘与螺杆接触时，也能够防止该薄膜密封件50A的挠曲。由此，能够最大限度地发挥上述薄膜密封件50A的功能。

值得一提的是，为明示上述薄膜密封件50A与上述底板51之间的间隙的存在，在图3中夸张地描绘了两者之间的间隙，但实际的间隙的大小是小于上述薄膜密封件50A的板厚。

图4是表示上述密封板50相对于上述密封构件5的装设状态的其他例子的剖面图。

该图4所示的例子是使用面接触式密封件50B作为上述密封板50。该面接触式密封件50B与上述薄膜密封件50A同样以低接触面压与上述螺杆2均匀接触，但通过将接触面积设定为大于上述薄膜密封件50A的接触面积而确保有异物除去能力。因此，上述面接触式密封件50B的轴向厚度大于上述薄膜密封件50A，且在两片上述底板51之间夹入有两片隔板52。

上述面接触式密封件50B能够使用橡胶或弹性物等弹性体，通过利用以上述螺杆2为模芯的模具成形来制作。例如，日本特开2014-156888所示，在将浸上橡胶或弹性物等的织布卷绕在作为模芯的上述螺杆2的外周面之后，一边对上述织布施加适度的压力一边在其外围利用模具成形合成树脂制的躯体层，能够形成具有与上述螺杆2的外周面的形状一致的贯穿孔的密封件基材。并且，在将作为模芯的螺杆2从上述密封件基材卸下之后，通过将该密封件基材以任意的厚度裁断成甜甜圈状，由此能够获得上述面接触式密封件50B。在如上述那样制作的面接触式密封件50B中，由于将上述螺杆2的外周面的形状转印到上述杆适配孔50a的内周面，因此在上述杆适配孔的内周面形成有与上述螺杆的滚动槽20一致的螺旋状的凸条，当使该面接触式密封件50B与上述螺杆2适配时，两者会无间隙地以低面压均匀接触。

为了保证面接触式密封件50B与上述螺杆2均匀接触，在将该面接触式密封件50B固定在两片上述底板51之间时，首先使该面接触式密封件50B与上述螺杆2适配，在由上述螺杆2将该面接触式密封件50B定位之后，紧固上述固定螺丝53而将面接触式密封件50B夹持在两片底板52之间。

此外，由橡胶或弹性物等弹性体如上所述的那样形成的面接触式密封件50B通过在其厚度方向(轴向)稍微压溃，能够提高上述杆适配孔50a的内周面与上述螺杆的密接性。具体而言，将由上述隔板52形成的两片底板51之间的间隙t₂设定为稍小于上述面接触式密封件50B的轴向厚度，并且将该面接触式密封件50B以压溃的状态固定在彼此邻接的两片底板51之间。由于压溃后的面接触式密封件50B的杆适配孔50a的内周面朝向上述螺杆2的外周面稍微鼓起，因此能够使上述杆适配孔50a的内周面与上述螺杆2的外围确实地密接。图4就表示这种情况，能够掌握上述面接触式密封件50B的内周缘推压着上述螺杆2而稍微鼓起的状态。

接着，对上述面接触式密封件50B的适当的轴向厚度进行研究。

如上所述，上述面接触式密封件50B虽然以低接触面压接触上述螺杆2，但通过宽广地设定接触面积而保证除去附着在该螺杆2上的异物的能力。因此，从提高异物除去能力的观点出发，将上述面接触式密封件50B的轴向厚度设定得更大会增加与上述螺杆2的接触面积，从而提高该面接触式密封件50B的异物除去能力。

但是，由橡胶或弹性物等材料利用模具成形后的面接触式密封件50B在成形完成后有产生收缩的倾向，在该面接触式密封件50B的轴向厚度大时，形成在该面接触式密封件50B的杆适配孔50a的内周面上的螺旋状的凸条会与上述螺杆2的滚动槽20产生过度的干扰，由此会在上述杆适配孔50a的内周面与螺杆2之间形成间隙。当杆适配孔50a的内周面与螺杆2的接触压变强时，可能会因摩擦热的产生而导致上述螺杆2的膨胀、或在旋转驱动该螺杆旋转时所需的旋转扭矩上升。此外，若杆适配孔50a的内周面与螺杆2之间产生间隙，则会损及两者之间的密封性，异物容易从外部进入上述螺母构件3的内部。

图5及图6是说明上述面接触式密封件50B的凸条与上述螺杆2的滚动槽20干扰的图。图5表示将上述螺杆2的外周面展开，并在其上重叠上述面接触式密封件50B。在上述螺杆2以规定的导程形成有滚珠4的滚动槽20，上述滚动槽20相对于与该螺杆2的轴向正交的面以导程角θ倾斜。导程是指上述滚动槽在绕过上述螺杆的外围一周时沿着该螺杆的轴向行进的长度，当设上述导程为L，上述螺杆2的周长为Dn时，上述导程角θ可以记作θ＝tan^-1(L/Dn)。

在以上述螺杆2作为模芯利用模具成形后的面接触式密封件50B的内周面上形成有与上述滚动槽20一致的螺旋状的凸条54，上述凸条54原本是以与上述滚动槽20相同的导程及相同的导程角形成。但是，如图5中两点划线所示，在成形完成后上述面接触式密封件50B收缩时，存在上述凸条54的导程角小于滚动槽20的导程角θ的倾向。因此，如图5所示，在将上述面接触式密封件50B装设在上述螺母构件3上与螺杆2适配时，会产生导程角不同的上述凸条54与上述滚动槽20彼此干扰的区域X。

图6是沿着相对于上述螺杆2的轴向0以导程角θ倾斜的A方向(参照图5)裁断上述螺杆2及面接触式密封件50B的剖面图，且表示两者的接触状态。如图6所示，在沿着上述A方向的平面中，若夹着上述螺杆2的螺纹21产生上述干扰区域X，则对于上述面接触式密封件50B作用有将其从该螺杆2的外周面上推的方向的力F，如图6所示，上述面接触式密封件50B会从螺杆2的外周面浮起，容易在面接触式密封件50B的凸条54与上述螺杆2的滚动槽20之间产生间隙。

为了防止面接触式密封件50B如上述那样浮起，且提高该面接触式密封件50B与螺杆2的密接性，将该面接触式密封件50B的轴向厚度T设定为规定值以下来防止在上述螺杆2的螺纹21的两侧产生上述干扰区域X是有效的。图7是与上述图5对应的图，且表示上述面接触式密封件50B的轴向厚度T薄于图5的情况。如图7所示，若上述面接触式密封件50B的轴向厚度T包含在线段Y所示的上述螺杆2的螺纹21的宽度内，关于相对于轴向0以导程角θ倾斜的A方向，不论在上述面接触式密封件50B的圆周方向上的任何位置，都不会在上述螺杆2的螺纹21的两侧产生上述干扰区域X，从而能够抑制将该面接触式密封件50B从上述螺杆2的外周面上推的力F的产生。在此，图7中的线段Y是沿着上述A方向的线段，且是以最短距离横切上述螺纹21的线段。

即，在使上述螺杆2和上述面接触式密封件50B呈轴向一致地彼此适配时，只要使上述面接触式密封件50B的轴向厚度T包含在以最短距离横切上述螺纹21的线段Y的范围内，上述面接触式密封件50B的凸条54与上述螺杆2的滚动槽20之间就难以产生间隙，从而能够提高该面接触式密封件50B与螺杆2的密接性。

图8是说明上述线段Y的长度与上述面接触式密封件50B的轴向厚度T之间的关系的图。图8中一点划线所示的线段P是表示滚动槽20在上述螺杆的外周面上的轴向间距。当上述螺杆1上形成有一条滚动槽时，间距P与上述导程L相同。当上述螺杆上形成有两条滚动槽时，间距P为L/2。因此，滚动槽相对于上述A方向的间距P_A为Pcos θ。因此，当将滚动槽20的槽宽设为W₁时，螺纹相对于上述A方向的宽度W₂为Pcos θ-W₁。该W₂相当于图7所示的线段Y的长度。此外，如图9所示，滚动槽20的槽宽W₁是螺杆2的外周面与在滚动槽20中滚动的滚珠4的球面的交点，且与形成在螺杆2上的滚动槽20本身的宽度不同。

并且，当将螺纹相对于上述A方向的宽度W₂向上述螺杆的轴向0投射的长度设成W₀时，W₀＝Pcos²θ-W₁cos θ，只要上述面接触式密封件50B的轴向厚度T为上述W₀以下，则如上所述，不论在上述面接触式密封件50B的圆周方向上的任何位置，都不会在上述螺杆2的螺纹21的两侧产生上述干扰区域X，从而能够提高该面接触式密封件50B与上述螺杆2的外周面的密接性。即，只要将上述面接触式密封件50B的轴向厚度T设定为满足以下条件，便能够使面接触式密封件50B均匀地接触上述螺杆的外周面，密封性能变得确实。

T≤Pcos²θ-W₁cos θ

T：面接触式密封件50B的轴向厚度

P：滚动槽20在螺杆2的外周面上的间距

θ：滚动槽20的导程角

W₁：滚动槽20的槽宽

如以上所说明的那样，适用本发明的密封构件5通过改变上述隔板的板厚或片数，能够对应多种上述密封板50的板厚，且能够用基于上述密封板50的材质的最适固定方法将该密封板50装设在上述螺母构件3上。因此，根据本发明的密封构件5，能够灵活应对根据滚珠螺杆装置1的使用环境改变密封板50的材质或板厚的情况，并且即使是在改变了上述密封板50的材质或板厚的情况下，上述底板51及上述隔板52也可以通用而不用改变，因此能够实现降低生产成本或零部件的管理成本。

图10是表示适用本发明的密封构件的第二实施方式的分解透视图。在使用图2进行说明的第一实施方式中，虽然在两片底板51之间配置有一片密封板50，但在该第二实施方式中是将三片底板51与两片密封板50交互重叠作为所谓双密封的密封构件。

在彼此邻接的两片底板51之间与上述第一实施方式同样地夹入有隔板52，且由该隔板52形成上述密封板50的收纳空间。图10中虽然在彼此邻接的两片底板51之间配置有两片隔板52，但该隔板52的片数也可以根据上述密封板50的板厚任意地增减。

如该第二实施方式所示，本发明的密封构件不仅能够任意改变上述密封板50的材质或板厚，也能够任意改变该密封板50的片数，且能够任意地提供基于滚珠螺杆装置1的使用环境的性能。

此外，在上述的实施方式中是使用作为结合构件且贯穿上述底板51及上述隔板52的固定螺丝53将该底板51及隔板52紧固在上述螺母构件3上，但也可以例如使用铆钉作为上述结合构件将上述底板51及上述隔板52预先一体化而构成密封构件5，再通过开口环等其他手段将一体化后的密封构件5装设在上述螺母构件上。

Claims (2)

1.一种滚珠螺杆装置的密封构件，所述密封构件(5)固定在滚珠螺杆装置的螺母构件(3)的轴向端面上，且将该螺母构件与螺杆(2)的间隙密封，所述滚珠螺杆装置的密封构件的特征在于，具备：

多个底板(51)，其具有内径大于所述螺杆(2)的外径的贯穿孔；

隔板(52)，其夹在彼此邻接的两片所述底板(51)之间，且具有内径大于所述底板的贯穿孔的内径的密封件收纳孔(52b)；以及

密封板，其具有杆适配孔(50a)，且配置在所述隔板的密封件收纳孔中，该杆适配孔(50a)对应于所述螺杆(2)的与轴向垂直的剖面形状，

将形成在彼此邻接的两片底板(51)之间的间隔设定为大于所述密封板(50)的轴向厚度。

2.如权利要求1所述的滚珠螺杆装置的密封构件，其特征在于，具有贯穿所述底板(51)及所述隔板(52)并将所述底板(51)及所述隔板(52)固定在所述螺母构件(3)的轴向端面上的结合构件，所述密封板(50)配置在所述两片底板(51)之间以及所述隔板(52)的密封件收纳孔(52b)中。

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