JP2013047529A - ボールねじ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シール部材の軸方向の寸法に関わらず、ねじ軸とシール部材の芯を合わせ、シール部材とねじ軸の位相を調整することを容易に行うことができるボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ボールねじ装置１００のナット３の端部とシール部材７の固定部１１とでインロー部１３を構成し、シール部材７に固定用の長孔部１２を形成し、長孔部１２はねじ軸方向に貫通し、ねじ軸の回転軸を中心とする円弧状として、シール部材７を長孔部１２を通した固定ねじ８によってナット３の端部に固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転運動を直線運動に変換する機械要素として、例えばステアリング装置や重量物移動用装置、加工用装置、精密位置決め装置などに用いるボールねじ装置及びボールねじ装置の製造方法に関する。

従来、ボールが転動するねじ溝部を塵芥等の侵入から保護すると共に、ボールねじナット内部に供給されている潤滑油脂類を保持・密封するためのシール部材を備えたボールねじ装置がある。そのようなボールねじ装置において、良好な防塵性・密封性を得るためには、ねじ軸とシール部材の芯を合わせ、シール部材とねじ軸の位相を調整する必要があるが、この２つを同時に行うことは難しく、そのためには大きな手間と時間がかかる。

そこで、従来のボールねじにおいては、シールリングに半径方向の嵌装孔を設け、そのシールリングをねじ軸の所望の位置にセットし、ねじ軸上のねじ溝内に嵌合する突部を有するシール部材を嵌装孔に装着した後、シールリングをナットに固定するものがある（例えば、特許文献１参照）。

実公昭５９−１９１５６号公報

しかしながら、上記のシール装置は、突部を有するシール部材を装着するための嵌装孔を設ける必要があるため、シールリングは軸方向の厚さが相当に厚いものでなければならず、ボールねじのナットの小型化・軽量化等のために軸方向の厚さの薄いシールリングを用いる場合には、上記の技術的手段を適用することは出来ない。また、上記のシール装置においては、シールリングをねじ軸の位相に合わせて所定位置にセットした後にナットを回転させてシールリングとナットとを嵌合させることから、その際にシールリングの位置にずれが生じることが考えられ、これを解消するためには手間と時間がかかる。このような問題に鑑みて、本発明は、シール部材の軸方向の厚さに関わらず、ねじ軸とシール部材の芯を合わせ、シール部材とねじ軸の位相を調整することを容易に行うことができるボールねじ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では、外周面に螺旋状のボール転動溝を形成したねじ軸と、
該ねじ軸の外周に設けられ内周面に螺旋状のボール転動溝を形成したナットと、
前記ねじ軸と前記ナットとの間の隙間をシールする略ドーナツ状のシール部材と、
前記ねじ軸と前記ナットの前記ボール転動溝間に設けられた複数のボールとを具備してなるボールねじ装置において、
前記ナットは、前記ねじ軸を囲繞するように軸方向端部から軸方向で外方に延在した凸部を有し、
前記シール部材と前記凸部とは、前記ねじ軸の回転軸を中心軸線とする円柱面状の接触面から成るインロー部を構成しており、
前記シール部材には、長孔部が形成されており、
前記シール部材は、該長孔部を通した固定部材によって前記ナットに固定されていることを特徴とするボールねじ装置を提供する。

好ましくは、前記長孔部は、前記ねじ軸方向に貫通しており、前記ねじ軸の回転軸を中心とする円弧状をしている。

さらに好ましくは、前記インロー部は、前記ねじ軸の回転軸を中心軸線とする円柱面状の内周面を有する前記凸部と、前記ねじ軸の回転軸を中心軸線とする円柱面状の外周面を有するシール部材とによって構成してある。

また、上記課題を解決するために本発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載のボールねじ装置の製造方法において、前記シール部材の固定角度を調整した後に、前記長孔部を通した前記固定部材によって前記シール部を前記ナットに固定することを特徴とするボールねじ装置の製造方法を提供する。

本発明によれば、シール部材の軸方向の厚さに関わらず、ねじ軸とシール部材の芯を合わせ、シール部材とねじ軸の位相を調整することを容易に行うことができるボールねじ装置を提供することができる。

本願の実施形態のボールねじ装置を示す図である。ナットの軸方向の断面とねじ軸の側面を示している。 シール部材を取り付けていないナットを示す図である。（ａ）はナットとねじ軸との組立状態におけるナットの軸方向の断面とねじ軸の側面とを示す図である。（ｂ）はナット端面を示す立面図である。 ナットとシール部材を示す立面図である。（ａ）はシール部材をナットにはめ込んだ状態のナット端面を示している。（ｂ）はシール部材をナットにねじ固定した状態を示している。 本願の実施形態の変形例に係るボールねじ装置を示す図である。（ａ）はナットの軸方向の断面とねじ軸の側面を示している。（ｂ）はシール部材をナットにねじ固定した状態を軸方向から見た立面図である。 二枚のシールを取り付ける場合を説明する図である。 三枚のシールを取り付ける場合を説明する図である。

以下、本発明の一つの実施形態について図１乃至図４を参照しつつ説明する。本実施形態に係るボールねじ装置１００において、図１に示すように、ねじ軸１の外周面には、螺旋状のボール転動溝２が形成されており、ねじ軸１の外周に設けられたナット３の内周面にも、ボール転動溝２に対向する螺旋状のボール転動溝４が形成されている。

ねじ軸１のボール転動溝２の断面形状は、一般に用いられるゴシックアーク形状の底部に逃げ溝を形成したものとすることもできるが、シール性をより高めるため、図１のように逃げ溝を廃止した形状とすることが好ましい。

ボール転動溝２、４の間には複数のボール５が介装されており、ボール５は、ねじ軸１とナット３が相対回転することによってボール転動溝２、４の間を転動する。転動したボール５は、ボール転動溝４の終点まで到達すると、循環部材（不図示）の内部を通過してボール転動溝４の始点へ戻り、再度ボール転動溝２、４の間を転動するという循環が繰り返される。循環部材としては、エンドデフレクタ式、チューブ式、こま式、エンドキャップ式等を用いることができる。なお、ねじ軸１、ナット３及びボール５の間には予圧が与えられていてもよい。予圧を与えることにより、軸方向の隙間を小さくしてバックラッシを防ぐことが出来る。予圧の方式としては、オーバーボール予圧、インテグラル予圧、ダブルナット予圧等を用いることができる。

ナット３の内部には、防塵性・耐久性を高めるため、潤滑剤の供給機構（不図示）が設けられている。潤滑剤の供給機構としては、例えば、油やグリースを樹脂に含浸させた潤滑ユニット「ＮＳＫ
Ｋ１（登録商標）」を用いることができる。

本実施形態において、ナット３の軸方向の端部には、ねじ軸１の回転軸を中心軸線とする円筒形をした凸部６が形成されている。

なお、本発明において、凸部６は必ずしも円筒形である必要はなく、凸部６の内周面がねじ軸１の回転軸を中心軸線とする円柱面状の内周面を有していれば良い。つまり、凸部６の外周面は円柱面状とする必要はなく、必要に応じて種々変形することが可能である。例えば、四角柱面状の外周面であっても良く、軸方向の各位置で大きさが異なっていても良い。

本実施形態において、凸部６の内径側のナット３端面は、軸方向と垂直な面であり、シール部材７の固定に用いるねじ穴９が形成されている。シール部材７を取り付けていないナット３端面を図２（ｂ）に示している。ねじ穴９は、円周方向に等間隔で３箇所形成されている。

なお、本発明において、シール部材７を固定する固定部材はねじに限られないため、ねじ以外を用いる場合、ナット３端面にはそれに対応したものを設けることができる。例えば、後述する固定ピンによる固定であれば、ねじ穴９に代えて固定ピン用の穴とすることができる。また、ねじ穴９等の数は３箇所に限られないが、複数あることが好ましい。ねじ穴９等の円周方向の間隔も等間隔であることが望ましいが、これに限られるものではない。

凸部６の内周側において、ナット３端面には、シール部材７が取り付けられる。シール部材７は、ドーナツ状のエラストマーから成り、リップ部１０と固定部１１とを一体に有している。シール部材７を凸部６に嵌め込んだ状態を図３（ａ）に示している。

なお、本発明において、シール部材７は、エラストマー以外の弾性体であってもよい。また、シール部材７の形状を保持し、強度を上げるため、固定部１１が芯金を備えていてもよい。

シール部材７のリップ部１０は、溝内摺接部１０ａと、これと連続して形成された外周摺接部１０ｂとを有している。溝内摺接部１０ａは、固定部１１の内径部から所定角度範囲にわたり径方向内向きに突出しねじ軸１のボール転動溝２の溝内に摺接する部分であり、外周摺接部１０ｂは、固定部１１の内径部から残りの角度範囲にわたり径方向内向きに突出しボール転動溝２が形成されていないねじ軸１の外周面に摺接する部分である。本実施形態において、溝内摺接部１０ａのねじ軸１との摺接部は平面視において直線状をしており、外周摺接部１０ｂのねじ軸１との摺接部は平面視において円弧状をしている。これにより、リップ部１０の内周は、シール部材７をねじ軸１の芯と合わせてナット３に取り付けた際に、円周方向のある角度において、大きな変形を生ずること無しに、ねじ軸１の断面の周囲に隙間無く接触する。これによって、リップ部１０をねじ軸１の断面全周に均一な力で摺接させることができ、余分なトルクを発生させずに十分なシール性能を得ることが可能となる。

なお、本発明に於いて、リップ部１０の平面形状は、図３に示したものに限られず、ねじ軸１の断面に合わせて種々変更が可能である。例えば、ねじ軸１の軸方向と垂直な断面にボール転動溝２がいくつ現れるかによって溝内摺接部１０ａの数が変わることになる。つまり、本実施形態のリップ部１０においては、溝内摺接部１０ａが１箇所となっているが、ねじ軸１のリードをより短くした場合や、多条ねじとした場合には２箇所以上となる場合もある。また、ボール転動溝２の断面形状によっては溝内摺接部１０ａのねじ溝との摺接部は平面視において直線状でなくても良く、例えば、楕円弧状をしていても良い。

本実施形態において、溝内摺接部１０ａは、図１に示すように、固定部１１からナット３の軸方向外方に向かって傾斜して延在し、ボール転動溝２と接触している。このような構成とすることで、外部からの塵芥の侵入をより効果的に防ぐことができる。

なお、本発明において、溝内摺接部１０ａが延在する角度はこれに限られるものではなく、逆に、溝内摺接部１０ａを固定部１１からナット３の軸方向内方に向かって傾斜させてボール転動溝２と接触していてもよい。この場合、ナット３の内部に供給される潤滑油脂類の漏出をより効果的に防ぐことが出来る。また、溝内摺接部１０ａは軸方向に対して垂直であってもよい。

固定部１１の外周面は、凸部６の内周面よりも僅かに径の小さい円柱面状であり、固定部１１の軸方向でナット３側の面は軸方向と垂直な面となっている。これにより、凸部６とシール部材７でインロー部１３を構成している。このような構成とすることで、ボールねじ装置１００の組立時において、ねじ軸１とシール部材７の芯合わせの作業を行う必要がなくなる。また、ナット３とシール部材７の接触面からの異物の侵入を効果的に防ぐことができる。

なお、図４（ａ）に示す変形例のように、凸部６とシール部材７とで形成されるインロー部１３は、凸部６がシール部材７に内嵌する構成とすることも可能である。つまり、凸部６の外周面を円柱面状とし、シール部材７がそれに外嵌するように、シール部材７の固定部１１に軸方向でナット３側へ突出した円筒部１１ａを設けることができる。この場合、図４（ａ）に示す変形例のように、凸部６の外周面をナット３の他の部分の外径よりも径の小さい円柱面状とすることで、シール部材７の円筒部１１ａのナット３側端部をナット３端部に当接させることができ、ナット３とシール部材７の接触面のシール性能を高めることができる。

また、図１に示す本実施形態において、凸部６の内径側の縁は、傾斜面や曲面とすることで、シール部材７を嵌め込むの際の引っ掛かりを防ぐこともできる。同様に、図４の実施形態においては、ナット３側へ突出した円筒部１１ａの内径側の縁を傾斜面や曲面とすることができる。

図１に示す本実施形態において、シール部材７の固定部１１には、長孔部１２が円周方向に等間隔で３箇所形成されている。長孔部１２は、ねじ軸１の回転軸を中心軸線とする円弧状をしており、軸方向に貫通している。図３（ｂ）に示すように、シール部材７は、固定ねじ８を長孔部１２を通してねじ穴９に螺入することによってナット３に固定する。

なお、本発明において、長孔部１２は３箇所に限られるものではなく、また、ねじ穴９と異なる数であっても良い。長孔部１２は円周方向で等間隔に形成されていることが好ましいが、これに限られるものではない。長孔部１２はねじ軸１の回転軸を中心軸線とする円弧状をしていることが好ましいが、シール部材７の固定角度を調整した後に固定ねじ８をねじ穴９に通することができる形状であればこれに限られず、例えば、直線状の遊び穴であっても良い。また、前述の如くシール部材７をナット３に固定する固定部材はねじに限られず、固定ピンその他の固定部材であっても良い。

上述の図４に示す変形例の如く凸部６がシール部材７に内嵌する構成とした場合には、ねじ穴９や固定ピン用の穴は凸部６に形成される。例えば、図４（ａ）に示すように、固定ねじ８等がシール部材７の固定部１１に形成された長孔部１２を通って凸部６の軸方向端部から軸方向でナット３側へ向けて挿入されるように構成することができる。また、固定ねじ８等がシール部材７の円筒部１１ａに径方向に貫通するように形成した長孔部１２を通って凸部６の外径側から内径側へ向けて挿入するように構成しても良い。したがって、上述の変形例においては、これらの固定方法に応じた位置にねじ穴９等を設ける。

ボールねじ装置１００の種類によってボール転動溝２、４の断面形状や位相は異なるため、それによってシール部材７の円周方向の固定角度は異なるが、ボール転動溝２、４の断面形状や位相などの設計条件から、シール部材７のリップ部１０が全周にわたって隙間無くねじ軸１に摺接する理論上の固定角度（回転方向の角度）を算出することは可能である。しかし、ねじ軸１とナット３の製造等における誤差があるため、適切な固定角度でシール部材７を固定するためには、各ボールねじ装置１００の組立ての際に角度を調整する必要がある。

そこで、本発明においては、まず、シール部材７の製造に際し、あらかじめ算出した理論上の固定角度に対応した位置に長孔部１２の中央部が配置されるように長孔部１２を形成する。そして、シール部材７をナット３に取り付ける際に、ねじ軸１との隙間を見ながら適切な固定角度に調整した後に、固定ねじ８を長孔部１２を通してねじ穴９に螺入する。これにより、極めて容易にシール部材７の固定角度の調整と固定を行うことが可能となる。また、本発明は、特許文献１のように嵌装孔を設ける必要はないため、軸方向の厚さに関わらず用いることが可能である。

角度の調整は、長孔部１２の円周方向の長さ分行うことができる。したがって、シール部材７を特定のボールねじに対して用いる場合、長孔部１２の円周方向の長さは、ねじ軸１とナット３の製造等における誤差に応じた長さを確保すればよい。つまり、製造等における誤差が小さければ短く、誤差が大きければ長くなる。

なお、長孔部１２の円周方向の長さを長くすることで、調整可能範囲が広がるため、特定形状のシール部材７を複数の形状のボールねじに用いることが可能となる。また、ナット３のねじ穴９を数多く配置しておくことで、固定部材の配置を変えることができるため、特定の形状のボールねじにおいて形状の異なるシール部材７を用いることが可能となる。

以上のように、本発明によれば、シール部材の軸方向の寸法に関わらず、ねじ軸とシール部材の芯を合わせ、シール部材とねじ軸の位相を調整することを容易に行うことができるボールねじ装置を提供することができる。

この実施形態では、ナット３の軸方向各端部に一枚のシール部材７を取り付けているが、この発明のシール部材の取付構造は、ナットの軸方向各端部に複数枚のシール部材を取り付ける場合にも適用できる。

図５を用いて、二枚のシールを取り付ける場合の一例を説明する。この例では、図５及び図６に示すように、二枚目のシール部材７Ａの固定用として、一枚目のシール部材７の固定ねじ８対してθ1 だけずれた位置に貫通ねじ穴９ａを設ける。そして、図６に示すように、二枚のシール７，７Ａを、貫通ねじ穴９ａ，二枚目のシール部材に形成された固定用穴９ｂ同士を合わせて重ねた状態で、固定ねじ８で固定する。
ここでθ1 は一枚目のシール部材７に二枚目のシール７Ａを固定したときに、二枚目のシール部材７Ａの外周摺接部の内周縁形状とねじ軸１の軸直角断面形状が合致するときの角度である。

三枚のシールを取り付ける場合は、例えば図６に示すように、三枚目のシール部材として、二枚目のシール部材７Ａの固定用ねじ穴９ｂに対してθ2 だけずれた位置に貫通ねじ穴９ｃを設けたものを使用する。そして、三枚のシール部材を、貫通ねじ穴及び固定用穴を合わせて重ねた状態で、固定ねじで固定する。
ここでθ2 は二枚目のシール部材７Ａに三枚目のシール部材を固定したときに、三枚目のシール部材の外周摺接部の内周縁形状とねじ軸１の軸直角断面形状が合致するときの角度である。

このように、複数枚のシール部材を取り付ける場合は、良好な防塵性および密封性を得るために、各シール部材を、周方向で軸直角断面形状が合う所定角度分だけずらした最適な位置に取り付ける必要がある。

１ ねじ軸
２ ボール転動溝（ねじ軸側）
３ ナット
４ ボール転動溝（ナット側）
５ ボール
６ 凸部
７ シール部材
８ 固定ねじ
９ ねじ穴
１０ リップ部
１０ａ 溝内摺接部
１０ｂ 外周摺接部
１１ 固定部
１１ａ 円筒部
１２ 長孔部
１３ インロー部
１００ ボールねじ装置

Claims (4)

1. 外周面に螺旋状のボール転動溝を形成したねじ軸と、
   該ねじ軸の外周に設けられ内周面に螺旋状のボール転動溝を形成したナットと、
   前記ねじ軸と前記ナットとの間の隙間をシールする略ドーナツ状のシール部材と、
   前記ねじ軸と前記ナットの前記ボール転動溝間に設けられた複数のボールとを具備してなるボールねじ装置において、
   前記ナットは、前記ねじ軸を囲繞するように軸方向端部から軸方向で外方に延在した凸部を有し、
   前記シール部材と前記凸部とは、前記ねじ軸の回転軸を中心軸線とする円柱面状の接触面から成るインロー部を構成しており、
   前記シール部材には、長孔部が形成されており、
   前記シール部材は、該長孔部を通した固定部材によって前記ナットに固定されていることを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記長孔部は、前記ねじ軸方向に貫通しており、前記ねじ軸の回転軸を中心とする円弧状をしていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
3. 前記インロー部は、前記ねじ軸の回転軸を中心軸線とする円柱面状の内周面を有する前記凸部と、前記ねじ軸の回転軸を中心軸線とする円柱面状の外周面を有する前記シール部材とによって構成してあることを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のボールねじ装置の製造方法において、
   前記シール部材の固定角度を調整した後に、前記長孔部を通した前記固定部材によって前記シール部を前記ナットに固定することを特徴とするボールねじ装置の製造方法。

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