JP3541132B2 - ボールねじ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナットの軸端部にシール部材が設けられたボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールねじのナットには、異物の侵入とナット内に充填した潤滑剤の漏れとを防止するためにシール装置が取り付けられている。シール装置には種々のものが存在するが、その一例として、ねじ軸のボール転走溝に嵌合する螺旋状の突部が設けられたリング状のシール部材をナットの軸端に取り付けたものが実用に供されている。ところが、ねじ軸やそのボール転走溝とシール部材との間には寸法誤差があり、リング状のシール部材の内周をその全周に亘ってねじ軸と完全に密着させることは難しい。
【０００３】
そこで、例えば図１２に示すように、リング状のシール部材１の一部を周方向に関して複数のブロック１ａ…１ａに分割し、各ブロック１ａをねじ軸２に向かって押し込んで各ブロック１ａの突部１ｂとボール転走溝２ａとを密着させるとともに、分割された各ブロック１ａの互いに対向する分割面１ｃ，１ｄをねじ軸２の半径方向に関して傾斜させ、さらにはねじ軸２の軸線方向に対してもボール転走溝２ａのねじれ方向に傾斜させたシール装置が提案されている（例えば実開平６−６７９５号公報参照）。この装置によれば、各ブロック１ａが半径方向に変位できるので寸法誤差があっても確実にブロック１ａとねじ軸２とを接触させることができる。また、ねじ軸２がナット３内に送り込まれるとき、そのねじ軸２に対するナット３の回転方向を向いた一方の分割面１ｃによってねじ軸２上の異物を掻き取り、その異物を分割面１ｃの傾きに従ってナット３の外周および軸線方向外側に排出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のシール部材１では、各ブロック１ａの分割面１ｃ，１ｄがほぼ平行であり、それらの分割面１ｃ，１ｄの間に形成されるスリット４…４の幅は一定である。従って、他方の分割面１ｄはシール部材１の内周側から外周側へ向かうほど周方向に突出するいわばオーバーハング形状を呈しており、各ブロック１ａはナット３の軸線方向からみて平行四辺形をねじ軸２に沿って湾曲させた形状を呈している。従って、図１２（ａ）に矢印Ａで示すように分割面１ｄの付近にねじ軸２側への押し込み力が作用した場合、その力をブロック１ａの内周とねじ軸２との間で受けることができず、その分割面１ｄの付近がスリット４を狭めるように半径方向中心側に大きく変位する。これにより、図１２（ａ）に矢印Ｂで示したようにブロック１ａの反対側、すなわち分割面１ｃの側にねじ軸２から離れる方向の力が作用して分割面１ｃの内周縁１ｅがねじ軸２から浮き上がる。そのような状態でねじ軸２がナット３内に送り込まれると、ねじ軸２に付着した異物がシール部材１の内周側に噛み込まれるおそれがある。
【０００５】
また、ねじ軸２がナット３内に送り込まれる際には分割面１ｃが上述したように機能しても、その反対にねじ軸２がナット３から送り出される際にスリット４内に異物が残っていると、その異物が反対側の分割面１ｄによってナット３の半径方向中心側および軸線方向内側に押し込まれる。このため、異物がシール部材１とねじ軸２との間に噛み込まれるおそれもある。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シール部材の一部を複数のブロックに分割した場合におけるシール性を従来よりも向上させたボールねじを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【０００８】
請求項１の発明は、外周にボール転走溝（１１ａ）を有するねじ軸（１１）と、前記ボール転走溝に沿って転走可能な複数のボール（１２…１２）と、前記複数のボールを介して前記ねじ軸に螺合されるナット（１３）と、前記ナットの軸端に設けられるシール部材（２１）とを備え、前記シール部材の内周には前記ボール転走溝に嵌合する螺旋状の突部（２１１）が設けられたボールねじにおいて、前記シール部材（２１）の一部が、前記ナット（１３）の軸線方向外側を向く一側面（２１２）から当該シール部材の途中まで延びる複数のスリット（２１３…２１３）によって周方向に複数のブロック（２１４…２１４）に分割され、各ブロックの前記周方向に関する一対の端面（２１４ａ，２１４ｂ）のうち、前記ねじ軸（１１）がナット（１３）内へ送り込まれるときの前記ねじ軸に対する前記ナットの回転方向（矢印Ｆ方向）に向けられた一方の端面（２１４ａ）は前記シール部材の内周側から外周側へ向かうほど前記ナットの半径方向に対して前記回転方向と反対側に漸次変位するよう傾けられ、前記一方の端面（２１４ａ）と対向する他方の端面（２１４ｂ）は前記半径方向かまたは当該半径方向に対して前記一方の端面とは反対側に傾いた方向に延びていることを特徴とするボールねじにより、上述した課題を解決する。
【０００９】
この発明によれば、各ブロック（２１４）がナット（１３）の軸線方向からみてそれぞれの内周側を底辺とする略台形状に形成されるため、図５に矢印Ｐで示したようにブロック（２１４）を中心側に押し込んでも、各ブロックが半径方向中心側へほぼ均等に変位する。そのため、各ブロックの端面の内周縁がねじ軸から浮き上がるおそれがない。ねじ軸（１１）がナット（１３）内へ入り込むようにねじ軸（１１）に対してナット（１３）が回転すると、ねじ軸上に付着した異物は各ブロック（２１４）の一方の端面（２１４ａ）に掻き取られる。端面（２１４ａ）に掻き取られた異物はナット（１３）の半径方向に対する端面（２１４ａ）の傾きに従ってシール部材（２１）の外周側に押し出される。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１のボールねじにおいて、前記一方の端面（２１４ａ）が前記ナット（１３）の軸線方向に対して前記ボール転走溝（１１ａ）のねじれ方向（矢印Ｄ方向）と同一方向に前記ボール転走溝のリード角（α）以上の角度（θ１）で傾けられ、前記他方の端面（２１４ｂ）が、前記ボール転走溝の中心線（Ｅ）の方向と直交する方向かまたは前記直交する方向から前記ねじれ方向と反対側に傾いた方向に延びていることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、一方の端面（２１４ａ）のナット軸線方向に対する傾斜角（θ１）がねじ軸のボール転走溝（１１ａ）のリード角（α）以上に設定されているため、端面（２１４ａ）に掻き取られた異物はナットの軸線方向内側に取り込まれることなくスリット内に保持されるかまたはナットの軸線方向の外側に排出される。ねじ軸に対するナットの回転方向が上記に対して反転した場合、スリット（２１３）に残っている異物は他方の端面（２１４ｂ）のボール転走溝に対する傾き（θ２）によりナット（１３）の軸線方向内側に取り込まれることなくスリット内に保持されるかまたはナット外に排出される。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２のボールねじにおいて、前記複数のブロック（２１４）のうち、一部のブロックが前記一方の端面（２１４ａ）の内周縁（２１４ｃ）と前記突部（２１１）との交差部分において前記ボール転走溝（１１ａ）にのみ接触し、他の一部のブロック（２１４）が前記一方の端面（２１４ａ）の内周縁（２１４ｃ）において前記ねじ軸（１１）の外周面（１１ｂ）にのみ接触することを特徴とする。この発明によれば、シール部材やねじ軸に寸法誤差があっても各ブロックをねじ軸の目的とする箇所に確実に接触させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明が適用されたボールねじの一実施形態を示している。周知のように、ボールねじ１０は、ねじ軸１１と、多数のボール１２と、それらのボール１２を介してねじ軸１１に装着されるナット１３とを有している。ナット１３の中心孔１３ｃにはボール転走溝１３ａが形成されている（図４参照）。ボール１２は、ねじ軸１１とナット１３との相対回転に伴ってねじ軸１１のボール転走溝１１ａとナット１３のボール転走溝１３ａとの間を転走する。ボール転走溝１３ａの一端に達したボール１２はナット１３に固定されたリターンチューブ１４を介してボール転走溝１３ａの反対側に戻される。
【００１４】
図２〜図４にも示したように、ナット１３の両端部にはワイパー取付孔１３ｂ，１３ｂが形成されている。各ワイパー取付孔１３ｂにはワイパーリング２０が装着されて止め輪１５で抜け止めされている。各ワイパーリング２０は、ねじ軸１１に付着した異物のナット１３内への侵入と、ナット１３内に充填された潤滑剤（例えばグリース）の外部への漏れとを防止するシール装置として機能する。
【００１５】
図５〜図７にも示したように、各ワイパーリング２０は、リング状のシール部材２１と、その外周の溝２１０，２１０に装着されてシール部材２１を中心側に締め付ける２本のばねリング２２，２２とを有している。シール部材２１は合成樹脂を射出成形または切削加工して製造され、その内周にはボール転走溝１１ａに嵌合する螺旋状の突部２１１が設けられている。
【００１６】
シール部材２１には、その一側面２１２から軸線方向に沿って途中の位置まで延びる複数のスリット２１３…２１３が周方向に一定間隔で形成されている。これらスリット２１３により、シール部材２１の一部は周方向に関して複数のブロック２１４…２１４に分割されている。なお、図ではスリット２１３およびブロック２１４をそれぞれ６個としたが、その数は適宜変更してよい。
【００１７】
図５に示したように、各ブロック２１４は周方向に関して一対の端面２１４ａ，２１４ｂを有している。ねじ軸１１がナット１３内へ送り込まれるときのねじ軸１１に対するナット１３の回転方向（図１，図２，図５，図７および図８の矢印Ｆ方向）に向けられた一方の端面２１４ａは、その内周側から外周側へ向かうほどナット１３の半径方向に関して前進回転方向と反対側に漸次変位するように傾けられている。以下においては、矢印Ｆで示したナット１３の回転方向を前進回転方向と呼び、一方の端面２１４ａを前端面と呼ぶ。
【００１８】
前端面２１４ａと対向する各ブロック２１４の他方の端面（以下、後端面と呼ぶ。）２１４ｂは、その内周側から外周側へ向かうほどナット１３の半径方向に関して前進回転方向に漸次変位するよう傾けられている。これにより、スリット２１３の幅は外周側に向かうほど漸次拡大する。ナット１３の半径方向はシール部材２１の中心を通過する寸法補助線Ｌ１，Ｌ２の方向に等しい。なお、後端面２１４ｂの傾斜角φ２は０°であってもよい。すなわち、後端面２１４ｂはナット１３の半径方向に延びる平面であってもよい。
【００１９】
図８から明らかなように、前端面２１４ａはナット１３の軸線Ｘの方向に対してボール転走溝１１ａのねじれ方向に傾けられている。すなわち、ボール転走溝１１ａがナット１３の軸線方向と直交する方向（補助線Ｃの方向）に対して所定のねじれ方向Ｄにリード角αで傾くとき、前端面２１４ａはナット１３の軸線方向に対してねじれ方向Ｄと同一方向に所定角度θ１だけ傾けられている。傾斜角θ１はリード角α以上に設定される。前端面２１４ａによって掻き取られたねじ軸１１上の異物をナット１３の軸線方向外側へ積極的に排出するためには、傾斜角θ１をリード角αよりも大きく設定することが望ましい。
【００２０】
一方、後端面２１４ｂは、ボール転走溝１１ａの中心線Ｅと直交する方向（補助線Ｇの方向）に対してねじれ方向Ｄと反対方向に所定角θ２だけ傾けられている。傾斜角θ２はリード角αと等しいか、またはそれ以上に設定することが望ましい。なお、傾斜角θ２がリード角αに等しいとき、後端面２１４ｂはナット１３の軸線方向と平行である。傾斜角θ２をリード角α以上に設定した場合、図１１に示したようにシール部材２１をその軸線方向に組み合わされる一対の型５０，５１を用いて射出成形する際にスリット２１３内にアンダーカットが生じない。これより、型の部品点数が減るとともに射出成形に要する手間が軽減されてコストダウンが達成される。
【００２１】
図４から明らかなように、ワイパーリング２０はスリット２１３が開口する側面２１２がナット１３の軸線方向外側を向くようにしてナット１３に装着される。図９は、ナット１３に装着されたワイパーリング２０とねじ軸１１との接触状態を示している。シール部材２１の外周に装着されたばねリング２２，２２の押圧力により、各ブロック２１４はねじ軸１１に押し付けられる。シール部材２１とねじ軸１１との接触状態はブロック２１４によって相違する。すなわち、図１０（ａ）に示したように、一部のブロック２１４は、その端面２１４ａの内周縁２１４ｃと突部２１１とが交差する部分においてボール転走溝１１ａのみと接触し、ねじ軸１１の外周面１１ｂとは接触しない。図１０（ｂ）に示したように、残りのブロック２１４はその端面２１４ａの内周縁２１４ｃがねじ軸１１の外周面１１ｂのみと接触し、ボール転走溝１１ａとは接触しない。このような接触位置の変化を与えるには、例えば各ブロック２１４の内周の曲率や突部２１１の大きさをブロック２１４毎に変化させればよい。ボール転走溝１１ａと接触するものと、ねじ軸外周面１１ｂに接触するものとは周方向交互に配置してもよく、ランダムに配置してもよい。但し、突部２１１の両側にねじ軸１１の外周面と対向する円筒面部分が残っているブロック２１４、換言すれば突部２１１の一部が切り欠かれていないブロック２１４を優先してボール転走溝１１ａと接触させることが好ましい。
【００２２】
以上のように構成されたワイパーリング２０によれば、ナット１３がねじ軸１１に対して上述した前進回転方向に回転する場合、その回転方向に面したブロック２１４の前端面２１４ａによってねじ軸１１上の異物が掻き取られる。掻き取られた異物は前端面２１４ａの傾斜角θ１およびφ１に従ってナット１３の軸線方向外側および外周側に排出される。
【００２３】
各ブロック２１４がナット１３の軸線方向からみて内周側を底辺とする台形状に形成されているため（図５参照）、ばねリング２２が各ブロック２１４をナット１３の中心側に押し込む力Ｐを各ブロック２１４の内周とねじ軸１１との間で確実に受け止めることができる。従って、ブロック２１４の前端面２１４ａの内周縁２１４ｃがねじ軸１１から浮き上がるような力が発生しない。これにより、ねじ軸１１に付着した異物を掻き取る上で最も重要な前端面２１４ａの内周縁２１４ｃをねじ軸１１に確実に押し付けることができる。さらに、各ブロック２１４を、ねじ軸１１のボール転走溝１１ａに接触するものと、ねじ軸１１の外周面１１ｂに接触するものとに分けているので、シール部材２１やねじ軸１１に寸法誤差があっても各ブロック２１４をねじ軸１１の目的とする箇所に確実に接触させることができる。そのため、シール部材２１の加工に関して特に高い精度が必要とされず、その加工が簡単に行えてコストダウンが達成される。
【００２４】
本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施できる。例えば上記の実施形態では、端面２１４ａ，２１４ｂをナット１３の半径方向およびボール転走溝１１ａの中心線と直交する方向の両者に対して傾斜させたが、ナット１３の半径方向に対する端面２１４ａ，２１４ｂの傾きのみを設けた場合でもブロック２１４の前端面２１４ａの内周縁２１４ｃをねじ軸１１に確実に押し付けることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のボールねじによれば、シール部材に設けられた複数のブロックのそれぞれを外周からの押圧力に対して半径方向中心側へほぼ均等に変位させて各ブロックの内周をねじ軸から浮き上がらせる力の発生を防止し、各ブロックをねじ軸の所望位置に確実に押し当てることができる。そして、ねじ軸に押し付けられた各ブロックの端面によりねじ軸に付着した異物を掻き取ってナット外に効率よく排出できる。従って、異物に対するシール性能を高めることができる。さらに、ブロック間の端面にねじ軸の軸線方向に対する傾きを付した場合には、異物をスリットからナットの軸線方向外側に積極的に排出してシール性をさらに高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたボールねじの斜視図。
【図２】図１のボールねじの軸線方向からの側面図。
【図３】図１のボールねじに設けられたナットの平面図。
【図４】図３のナットの軸線方向の断面図。
【図５】図３のナットの軸端に装着されたワイパーリングの正面図。
【図６】図５のVI−VI線に沿った断面図。
【図７】図５のワイパーリングの上面図。
【図８】図５のワイパーリングに設けられたスリット部分をその外周側から拡大して示した図。
【図９】図５のワイパーリングがねじ軸に装着された状態を示す図。
【図１０】図５のワイパーリングのシール部材に設けられたブロックとねじ軸との接触状態を示す図。
【図１１】図５のワイパーリングに設けられたシール部材を射出成形するための構成を示す図。
【図１２】従来のボールねじに設けられたシール装置を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は使用状態を示す図。
【符号の説明】
１０ ボールねじ
１１ ねじ軸
１１ａ ボール転走溝
１１ｂ ねじ軸の外周面
１２ ボール
１３ ナット
１３ａ ナットのボール転走溝
１３ｂ ワイパー取付孔
１４ リターンチューブ
１５，１５ 止め輪
２０ ワイパーリング
２１ シール部材
２２ ばねリング
２１１ シール部材の突部
２１２ シール部材のナット軸線方向外側を向く側面
２１３ スリット
２１４ ブロック
２１４ａ ブロックの前端面（一方の端面）
２１４ｂ ブロックの後端面（他方の端面）
２１４ｃ ブロック端面の内周縁
Ｄ ねじれ方向
Ｅ ボール転走溝の中心線
Ｘ ナットの軸線
α ボール転走溝のリード角
θ１，φ１ 一方の端面の傾斜角
θ２，φ２ 他方の端面の傾斜角

Claims (3)

1. 外周にボール転走溝を有するねじ軸と、前記ボール転走溝に沿って転走可能な複数のボールと、前記複数のボールを介して前記ねじ軸に螺合されるナットと、前記ナットの軸端に設けられるシール部材とを備え、前記シール部材の内周には前記ボール転走溝に嵌合する螺旋状の突部が設けられたボールねじにおいて、
   前記シール部材の一部が、前記ナットの軸線方向外側を向く一側面から当該シール部材の途中まで延びる複数のスリットによって周方向に複数のブロックに分割され、各ブロックの前記周方向に関する一対の端面のうち、前記ねじ軸がナット内へ送り込まれるときの前記ねじ軸に対する前記ナットの回転方向に向けられた一方の端面は前記シール部材の内周側から外周側へ向かうほど前記ナットの半径方向に対して前記回転方向と反対側に漸次変位するよう傾けられ、前記一方の端面と対向する他方の端面は前記半径方向かまたは当該半径方向に対して前記一方の端面とは反対側に傾いた方向に延びていることを特徴とするボールねじ。
2. 前記一方の端面は前記ナットの軸線方向に対して前記ボール転走溝のねじれ方向と同一方向に前記ボール転走溝のリード角以上の角度で傾けられ、前記他方の端面は、前記ボール転走溝の中心線の方向と直交する方向かまたは前記直交する方向から前記ねじれ方向と反対側に傾いた方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記複数のブロックのうち、一部のブロックは前記一方の端面の内周縁と前記突部との交差部分において前記ボール転走溝にのみ接触し、他の一部のブロックは前記一方の端面の内周縁において前記ねじ軸の外周面にのみ接触することを特徴とする請求項１または２に記載のボールねじ。

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