JP2010190357A - シールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐油性、耐水性に優れ、良好な密着性が得られるシールの製造方法を提供する。
【解決手段】内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道溝の間に配置されたボールと、からなるボールねじの、前記ナットの軸方向両端に配置され、円環状の心金と、該心金の内周側に被覆され、前記ねじ軸の外周面及び螺旋溝に弾性変形状態で接触するリップ部とを有するリング状のシールの製造方法であって、前記心金の外周側を保持し、該心金の表面に対向する位置にゲートを設けた金型を用いて、前記ゲートに対向する前記心金の表面と反対側の面を支持しながら前記リップ部を成形可能な弾性を有する素材の射出成形で製造し、前記心金のリップ部外周領域の厚みのばらつきを、ＪＩＳ Ｇ ３１４１に定められた許容差よりも小さくした。
【選択図】図４

Description

本発明は、ボールねじ（内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道溝の間に配置されたボールと、からなる装置）用のシールの製造方法に関する。

電動射出成形機などで使用されるボールねじは、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道溝の間に配置されたボールと、を備えている。
このようなボールねじのボールは、ねじ軸の回転運動に伴ってねじ溝を転動するため、ねじ軸に付着した塵埃や摩耗粉などの異物がナット内に入り込むと、ナット内に入り込んだ異物によってボールの転がり運動が阻害され、焼付きなどの損傷が生じることがある。そこで、ナット内への異物の侵入等を防ぐために、ナットの軸方向両端にリング状のシールが配置されている。

図５は、従来のボールねじの一例を示す断面図である。同図において、４０はねじ軸、５０はナットを示し、ねじ軸４０の外周面には、ねじ溝（螺旋溝）４１が形成されている。このねじ溝４１はナット５０の内周面に形成されたねじ溝（螺旋溝）４２と対向しており、ねじ溝４１とねじ溝４２との間には、多数のボール６０が設けられている。これらのボール６０は、ねじ軸４０又はナット５０の回転に伴って、ねじ溝４１とねじ溝４２との間のボール負荷転走路（転動溝）を転走するようになっている。

ボール負荷転走路を転走したボール６０は、ナット５０に埋め込まれた「こま」を経由して、元の位置に戻されるようになっている。ナット５０の両端には、ねじ軸４０とナット５０との間の隙間をシールする接触型のシール１が装着されている。このシール１は、ねじ軸４０の外周面及びねじ溝４１に接触するリップ部１１と、ナットに固定される心金２０とを有する。

下記の特許文献１には、ボールねじのシールとして、ナットに固定される縁部を備えた円環状の心金と、ねじ軸の外周面及び螺旋溝に弾性変形状態で接触するリップ部を含むエラストマー成形体（環状のシール片）と、を有し、リップ部がねじ軸の外周面に対して斜めに当接し、当接するねじ軸の外周面に対して所定の一方向に撓むようになっているものが記載されている。

このようなシールは、従来、リップ部を含むエラストマー成形体を、金属製の円環状の心金に対して、熱可塑性エラストマーの射出成形により一体成形することで製造されている。例えば図６に示すように、円環状の心金２０を金型３のキャビティ３ｂに配置して、熱可塑性エラストマーを金型３内に導入する。この方法で使用される金型３は、エラストマー導入側の可動側型板３１と、固定側型板３２とからなり、可動側型板３１にゲート３ａ、ランナー３ｃ、スプルー３ｄが形成されている。

図７は、図６に示す金型３の可動側型板３１を示す正面図（固定側型板３２と対向する面を示す図）である。この図に示すように、ゲート３ａは、心金２０をなす円環と同心の円Ｅに沿って複数個形成されている。
スプルー３ｄから金型３内に導入された熱可塑性エラストマーは、ランナー３ｃを通って、ゲート３ａからキャビティ３ｂに入る。円環状の心金２０には、金型３のゲート３ａの位置に対応させたアンカー穴２０ａが形成されている。これにより、図８及び図９（図８のIX−IX断面図）に示すように、円環状の心金２０にリップ部１１を含むエラストマー成形体１０が一体成形されたシール１が得られる。

このようなボールねじ装置としては、特許文献１に記載のボールねじ装置が開示されている。
また、シールの技術としては、特許文献２に記載の転がり軸受け用シールが開示されている。この特許文献２によれば、心金が金属材料、その周辺部が熱可塑性エラストマー材料からなり、両材料を一体に接合してあるシールが開示されている。

特開平１０−２５２８５６号公報 特開平０９−２４２７６４号公報

このようなボールねじ用シールでは、シールの開口形状やリップ部の形状を工夫して密封性能を向上させている。リップ部の形状に関しては、周方向で厚さや径方向寸法を変えている。
しかしながら、従来のボールねじ用シールにおいては、シールの材料として用いるエラストマーの耐油性や、耐水性に改善の余地があった。

例えば、工作機械で使用するク−ラントや、極圧添加剤を含有するグリースなどの溶剤中でのエラストマーの収縮、膨張の形状変化を少なくするためには、より分子間の結合を高める必要がある。
しかし、従来の熱可塑性エラストマーでは、結合を高めるとゴム硬度も同時に増大してしまう。その結果、設計上必要なシールの締め代による締付け力の増大や、ボールねじのトルクの上昇や、シール起因による発熱の増大などのような問題が生じていた。

また、ゴム硬度の増大にともなって圧縮永久ひずみの回復率も減少するため、組付け時のシール位相調整中に押し込みキズが入り、それが正規のシール組付け位相に細付けた後も回復せず、シール性が低下するという問題もあった。
さらに、従来の技術では、シールの成形における精度を向上させる方策がなく、以下の（１）〜（３）のような問題があった。

（１）絞りや穴あげ加工によって発生した心金のひずみが、成形金型を閉じた際に、成形金型に倣って変形し、射出成形後、金型が開いたときにスプリングバックすることによって、リップ部の形状がくずれてシール性が低下する。
（２）エラストマーの射出時に発生した心金の変形がスプリングバックすることによってリップ部の形状がくずれシール性が低下する。
（３）心金の板厚のばらつき（例えば板厚が大きい場合）によって、成形金型の上型と下型がきちんと閉じきらず、バリが大きくなり、シール性が低下する。

そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、耐油性、耐水性に優れ、良好な密着性が得られるシールの製造方法を提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道溝の間に配置されたボールと、からなるボールねじの、前記ナットの軸方向両端に配置され、円環状の心金と、該心金の内周側に被覆され、前記ねじ軸の外周面及び螺旋溝に弾性変形状態で接触するリップ部とを有するリング状のシールの製造方法であって、
前記心金の外周側を保持し、該心金の表面に対向する位置にゲートを設けた金型を用いて、前記ゲートに対向する前記心金の表面と反対側の面を支持しながら前記リップ部を成形可能な弾性を有する素材の射出成形で製造し、
前記心金のリップ部外周領域の厚みのばらつきを、ＪＩＳ Ｇ ３１４１に定められた許容差よりも小さくしたことを特徴としている。

また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のシールの製造方法において、前記リップ部を動的架橋型エラストマーの射出成形で製造することを特徴としている。

本発明に係るシールの製造方法によれば、前記リップ部を成形可能な弾性を有する素材の射出成形で製造することにより、耐油性、耐水性に優れたシールの製造方法を提供することができる。また、前記リップ部を射出成形で製造する際に、前記ゲートに対向する前記心金の表面の反対側の面を支持しながら射出成形することにより、射出圧力によって心金が撓み、心金に対してリップ部の形状がくずれることを防ぐことができる。また、前記心金のリップ部外周領域の厚さを、ＪＩＳ Ｇ ３１４１に定められた厚さよりも小さくすることにより、前記リップ部を射出成形で製造する際に、心金がスプリングバックすることを防ぐことができる。これらにより、シール性の低下を防ぐシールの製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態で製造されるシールを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ｏ−Ａ’線に沿う断面図である。 本実施形態で使用する金型を示す図であり、（ａ）は可動側型板３１を示す正面図、（ｂ）は固定側型板３２を示す正面図である。 図１のシールを構成する円環状の心金を示す正面図である。 円環状の心金に対して、成形可能な弾性を有する素材の射出成形により一体成形する際の心金の保持状態を示す図であり、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ｏ線に沿う断面図に相当する図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＯ−Ａ’線に沿う断面図に相当する図である。 従来のボールねじの一例を示す断面図である。 リップ部を含むエラストマー成形体を、円環状の心金に対して、成形可能な弾性を有する素材の射出成形により一体成形する際に使用する金型を示す断面図である。 従来のシールを製造する際に使用する金型の可動側型板を示す正面図である。 従来のシールを示す正面図である。 図８のIX−IX線に沿う断面図である。

以下、本発明に係るシールの製造方法の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態で製造されるシールを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ｏ−Ａ’線に沿う断面図である。
本実施形態では、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すシールを下記の方法で製造する。
図１に示すように、シール１は、リップ部１１を含むエラストマー成形体１０が、金属製の円環状の心金２０に一体成形されたものである。シール１には、心金２０をなす円環と同心の円Ｅに沿って、位置決め用ピン穴１２、ゲート跡１３、及びシール肉盗み部１４が複数個形成されている。位置決め用ピン穴１２は同心の円Ｅにおいて対向する位置に１対設けられている。シール肉盗み部１４は、円Ｅに沿ってゲート跡１３の両側に所定間隔をもって設けられる。これらの１つのゲート跡１３及び１対のシール肉盗み部１４からなる組合せは、例えば、円Ｅに沿って位置決め用ピン穴１２，１２間に２つずつ形成される。

また、心金２０におけるエラストマー成形体１０の外周側には、所定の幅をもって円環状の厚さ制御領域２１が形成されている。
図２は、この実施形態で使用する金型３を示す図であり、（ａ）は可動側型板３１を示す正面図、（ｂ）は固定側型板３２を示す正面図である。図２（ａ）に示すように、可動側型板３１には、図１に示すゲート跡１３に対応する位置に、ゲート３ａが形成されている。また、図２（ｂ）に示すように、心金２０をなす円環と同心の円Ｅに沿って、位置決め用ピン３ｅ及び心金支持ピン３ｆが複数個形成されている。位置決め用ピン３ｅ及び心金支持ピン３ｆは、それぞれシール１における位置決め用ピン穴１２及びシール肉盗み部１４に相当する位置に形成されている。

図３は、図１のシールを構成する円環状の心金を示す正面図である。図３に示すように、円環状の心金２０には、図７の金型３のゲート３ａの位置に対応させたアンカー穴２０ａが形成されている。この心金２０を、図６及び図７に示す金型３のキャビティ３ｂ内に配置して、スプルー３ｄから金型３内に成形可能な弾性を有する素材を導入して射出成形を行う。

ここで、前記成形可能な弾性を有する素材としては、フッ素ゴム、ニトリルゴムなどのゴムや熱可塑性エラストマーが挙げられる。熱可塑性エラストマーとしては、デュロメータＡ硬度が７５±１０である熱可塑性エラストマー、ポリエステル系のエラストマーやポリアミド系のエラストマーが挙げられ、オレフィン系の動的架橋型熱可塑性エラストマーが好ましい。

また、ボールねじへの使用環境を想定して選定した各種溶液中での、各種エラストマーの形状変化を、下記評価基準で評価した結果を表１に示す。表１中、「メカ６８」は「出光興産社製ダフニーメカニックオイル６８」を示し、「アンチラスト Ｐ-２８１０」は「新日本石油社製アンチラスト Ｐ-２８１０」を示し、「ＹＳ２ グリース」は「リューベ社製ＹＳ２ グリース」を示す。浸漬条件及び試料形状は以下のとおりである。表１に示すように、オレフィン系動的架橋型エラストマーは、いずれの溶液中でも優れた寸法安定性を発揮した。

（条件）
浸漬条件：２５℃、７５時間
試料形状：縦２５ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの短冊形状
（評価基準）
○：問題なし（寸法変化率が１％以下）
−×：収縮側の寸法変化率が１％超〜３％以下
＋×：膨張側の寸法変化率が１％超〜３％以下
××：寸法変化率が３％超

このように、リップ部１１の材料をオレフィン系の動的架橋型エラストマーとすることによって、ボールねじに降りかかる各種クーラントやグリースなどへの高い耐溶剤性を有し、かつ組付け時などに発生する誤組による押し込みに対するキズが入り難くなり、さまざまな使用環境下においても長期的にシールリップ部とポールねじ軸外周面との良好な密着性を得ることができる。

スプルー３ｄから金型３内に導入された熱可塑性エラストマーは、図６に示すように、ランナー３ｃを通って、ゲート３ａからキャビティ３ｂに入る。これにより、図１に示すように、円環状の心金２０に、リップ部１１を含むエラストマー成形体１０が一体成形されたシールが得られる。
図４は、円環状の心金２０に対して、金型３を用いて熱可塑性エラストマーの射出成形によりエラストマー成形体１０を一体成形する際の心金２０の保持状態を示す図であり、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ｏ線に沿う断面図に相当する図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＯ−Ａ’線に沿う断面図に相当する図である。

図４（ａ）に示すように、心金２０の位置合わせ用ピン穴１２には、金型３の固定側型板３２（図２参照）に設けられた位置決め用ピン３ｅ（図７参照）が嵌入して心金２０を保持する。なお、エラストマー成形体１０を一体成形する際には、位置決め用ピン３ｅの先端部を被覆するように（エラストマー成形体１０が位置決め用ピン３ｅによって貫通されないように）形成される。
また、図４（ｂ）に示すように、心金２０の支持ピン当接領域２２には、金型３の固定側型板３２（図２参照）に設けられた心金支持ピン３ｆが当接された状態で、熱可塑性エラストマーの射出成形が行われる。したがって、エラストマー成形体１０の支持ピン当接領域２２に相当する位置にはシール肉盗み部１４が形成されることとなる。

ここで、射出成形される熱可塑性エラストマーのうち、動的架橋型のエラストマーは、一般的なエラストマーや樹脂と比較すると流れ性が劣り、射出圧力が高くなる。そのため、射出成形時に、リップ部１１を構成するエラストマーを注入するゲート３ａの付近に心金２０を裏側から支える心金支持ピン３ｆを配置することにより、射出時の射出圧力による心金の撓み、変形を抑え、ボールねじに対する良好な密着性を発揮するシールを得ることができる。

また、本実施形態では、心金２０におけるエラストマー成形体１０の外周側の厚さ制御領域の厚さのばらつきを、ＪＩＳ Ｇ ３１４１に定められた許容差よりも小さくする。具体的には、金型３の型締め時に、心金２０の厚みのぱらつきによって生じる型と型のすきまを小さくするため、心金２０の板厚について、ばらつきの許容値を、ＪＩＳ Ｇ ３１４１に定められた冷間圧延鋼板の一般公差の下限から３０μｍ加えた値までにした。例えば、心金材を円環状に平面プレスし、板厚公差が±０．１ｍｍのものを板厚公差−０．０７〜−０．１ｍｍになるように加工して心金２０を得た。すなわち、０．９０〜０．９３ｍｍの範囲に収まるような板厚とした。なお、プレス容量がある場合は、心金２０の全面に平面プレスを施してもよい。

以上説明したように、本発明のシールの製造方法によれば、前記リップ部を成形可能な弾性を有する素材の射出成形で製造することにより、耐油性、耐水性に優れたシールの製造方法を提供することができる。また、前記リップ部を射出成形で製造する際に、前記ゲートに対向する前記心金の表面の反対側の面を支持しながら射出成形することにより、射出圧力によって心金が撓み、心金に対してリップ部の形状がくずれることを防ぐことができる。また、前記心金のリップ部外周領域の厚さを、ＪＩＳ Ｇ ３１４１に定められた厚さよりも小さくすることにより、前記リップ部を射出成形で製造する際に、心金がスプリングバックすることを防ぐことができる。これらにより、シール性の低下を防ぐシールの製造方法を提供することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。例えば、上述した実施形態では、ボールねじ装置に設けられるシールについて説明したが、該シールは、リニアガイド、ベアリングなど、ボール又はローラなどの転勤体を介して軌道軸とスライド部材とを相対的に移動自在に組みつけてなる直線もしくは回転運動装置のシールに適用してもよい。例えば、該シールを、直接リニアガイドのベアリング端部もしくはシールキャップを介して装着したボールリニアガイドもしくはローラリニアガイドのシールに適用してもよい。また、該シールを、直接ベアリング端部もしくはシ−ルキャップを介して装着したボールベアリングもしくはローラベアリングのシールに適用してもよい。

本発明によって得られるシールは、これらの中でも、特に、自動潤滑剤供給装置を備えたグリース潤滑やオイル潤滑で使用される電動射出成形機の型締め軸や、射出軸用のボールねじ、もしくは垂直方向に使用されるプレス機械の駆動軸用ボールねじのシールに適用されることによって同様の作用、効果を発揮する。

１ シール
３ 金型
３ａ ゲート
３ｂ キャビティ
３ｃ ランナー
３ｄ スプルー
３ｅ 心金支持ピン
１０ エラストマー成形体
１１ リップ部
１２ 位置合わせ用ピン穴
１３ ゲート跡
１４ シール肉盗み部
２０ 心金
２０ａ アンカー穴
２１ 厚さ制御領域
２２ 心金支持ピン当接領域
３１ 可動側型板
３２ 固定側型板
４０ ねじ軸
４１，４２ ねじ溝（螺旋溝）
５０ ナット
６０ ボール

Claims (2)

1. 内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道溝の間に配置されたボールと、からなるボールねじの、前記ナットの軸方向両端に配置され、円環状の心金と、該心金の内周側に被覆され、前記ねじ軸の外周面及び螺旋溝に弾性変形状態で接触するリップ部とを有するリング状のシールの製造方法であって、
   前記心金の外周側を保持し、該心金の表面に対向する位置にゲートを設けた金型を用いて、前記ゲートに対向する前記心金の表面と反対側の面を支持しながら前記リップ部を成形可能な弾性を有する素材の射出成形で製造し、
   前記心金のリップ部外周領域の厚みのばらつきを、ＪＩＳ Ｇ ３１４１に定められた許容差よりも小さくしたことを特徴とするシールの製造方法。
2. 前記リップ部を動的架橋型エラストマーの射出成形で製造することを特徴とする請求項１に記載のシールの製造方法。

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