JP3692677B2

JP3692677B2 - ボールねじのシール

Info

Publication number: JP3692677B2
Application number: JP01161697A
Authority: JP
Inventors: 和男宮口; 理出田; 健並松
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1997-01-24
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2017-01-24
Also published as: JPH10205605A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじのシールの改良に係り、特に、ボールねじの防塵と付着異物の掻き取りとを兼用するワイパーシールの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のボールねじのシールとしては、例えば図１２，図１３に示すようなものが知られている。このシールＳは、プラスチック製のリング状で、その内周面に突出してねじ軸のねじ溝に嵌合するシール山ｙを有するとともに、シールＳの外側の端面ｔから軸方向の途中までの部分を切欠き（すり割り）ｋにより周方向の５箇所で分割し、かつ、周方向の一カ所をリングの幅を横断するスリットｏで切り離し、前記端面ｔ側のリング外周に設けた溝ｍにガータスプリングｇを取り付けたものである。このシールＳをボールねじナットの端部に装着し、分割された部分をガータスプリングｇでシール内径側に弾性的に押圧することにより、ねじ軸にシールＳの内面を密着させる構成になっている。これによりナットを外部の塵埃，異物等に対し密封すると同時に、ねじ軸の回転に伴い、すり割りｋのエッジ部分でねじ軸に付着した異物を掻き取るスクレーパ作用を発揮する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のボールねじのシールＳにあっては、シールの幅（軸方向長さ）Ｌがせいぜいシール肉厚の１〜２倍にすぎず、しかもすり割りｋの軸方向長さｌも前記シールの幅Ｌのおよそ半分程度しかない。したがってすり割りによって分割された部分は厚肉短小で固く、ガータスプリングｇの緊迫力で締めつけるにもかかわらず、ねじ軸の外面に対しなじみにくい。このように固いものをねじ軸のねじ溝部分とそのランド部であるねじ軸外径面の部分との両方に同時に密着させるためには、シール内径のシール山ｙの高さとねじ軸のねじ溝の深さとが同一になるようにシールＳを製作する必要があるが、それは実際には非常に難しく、寸法の不一致は避けられない。
【０００４】
上記従来のボールねじのシールＳには、このような構造に由来する次のような問題点があった。
▲１▼ 本来は、シール山とシールＳの内周面とが、同等の強さをもってねじ軸のねじ溝とそのランド部（ねじ軸外径面）とにそれぞれ密着すべきであるのに、どちらか一方が強く密着することになり（いわゆる片当たりの状態）、そのため他方の密着性が弱くなってシール全体としてのシール性能が確保できない。
【０００５】
▲２▼ シール幅（軸方向長さ）Ｌが短い（必然的に、すり割りｋの軸方向長さｌも短い）ので、大リードの仕様の場合には、シールのすり割りｋのエッジ部分がねじ軸のねじ溝にかかって溝内面の異物を掻き取るスクレーパ作用を発揮するすり割の数が少なくなり、そのためねじ溝部のシール性能が劣る。
【０００６】
このようにシール性能が劣ると、ボールねじ内に侵入した異物で早期摩耗が生じて、寿命が短くなる。
そこで、本発明は、このような従来のボールねじのシールの問題点に着目してなされたものであり、シールの寸法，構造を改良することにより、片当たりがなくて常にシール全体として良好な性能が確保できるボールねじのシールを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、大リードの仕様の場合においても十分なスクレーパ作用を発揮できて良好なシール性能が確保できるボールねじのシールを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係るボールねじのシールは、内周にボールねじのねじ軸のねじ溝と係合するシール山を有してボールナットの端部に取り付けられるボールねじのシールにおいて、前記シールを円筒体状に形成してその一部をボールナット端面より外方に突出せしめると共にシール端面から円筒体軸方向に延びる複数本のすり割りを設け、当該すり割りのねじ軸軸線に対する傾き角θ₁とねじ軸のリード角θとの関係を、
０＜θ ₁ ≦θ
とし、さらに前記すり割りの長さをボールねじのリードの０．７倍以上に設定したことを特徴とする。
【０００９】
このように本発明のボールねじのシールは、長い円筒体状に形成してその一部をボールナット端面より外方に突出させ、その突出部分を複数本のすり割りで分割したため、シール自体の長さ及びすり割りの長さが従来よりも長く、したがってすり割りで分割された部分が長く薄くなって柔らかい弾性を持つから、シールをねじ軸に容易に密着させることができる。それゆえ、シールの内周のシール山の高さをねじ軸のねじ溝の深さより若干大きく設定しておけば、ねじ溝を積極的にシールするとともにねじ軸外径面（ランド部）にも容易に密着できて、全体のシール性が確保できる。
【００１０】
また、本発明のボールねじのシールにあっては、ボールねじリード角θを基準にして、すり割りのねじ軸軸線に対する傾斜角θ₁を０°超過でθ以下に設定したため、ねじ軸の表面に付着した異物はすり割りのエッジで削り取られた後、すり割り斜面に沿ってシールの真上又はナット側へ向かって掻き出され、シール外面に排出されることとなり、再びねじ軸面にのることはない。そのため、ナット内の防塵がたいへん有効に行われる。
【００１１】
ここで、本発明のボールねじのシールにあっては、すり割りの長さをボールねじリードの少なくとも０．７倍とし、またすり割り数を少なくとも６等配分とすることができる。このようにすると、後述するように、ねじ軸が１回転相対回転する間に必ず４ヵ所以上のすり割りにおいてスクレーパ作用を発揮させることが可能になる。この場合、すり割り数が６箇所未満であると、スクレーパ作用する箇所が少なく性能が低下すると共に、分割された部分がねじ軸の外面に対し均一になじみにくくなり、片当たり状態を招いてシール性能が低下する。
【００１２】
また、本発明のボールねじのシールにあっては、シールの外周にガータスプリングを装着することができ、かつ、それをシールの軸方向の複数箇所に装着したものとすることができる。これにより、シールの軸方向長さが長くても分割された部分を複数箇所から内径側に弾圧できて、シール性能が向上する。
【００１３】
また、前記すり割りを、前記リング体の両端面からシール軸方向の中央に向けてそれぞれ別途に形成したものとすることができる。これにより、ダブルシールの機能を付与することが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１ないし図３は、本発明の第１の実施形態を示したもので、図１はシール装着部分を半断面で表したボールねじの正面図、図２（ａ）はシールの端面図，（ｂ）はすり割り斜面の拡大斜視図、図３はシールの軸直角断面図である。
【００１５】
先ず構成を説明すると、ボールねじは、螺旋状のねじ溝１ａを外周面に有するねじ軸１に、そのねじ軸１のねじ溝１ａに対応する図示されないねじ溝を内周面に有するボールねじナット２が図示されない多数のボールを介して螺合されている。ねじ軸１が回転すると、ボールは両ねじ溝によって形成された螺旋状空間内を転動しつつボールねじナット２の胴部に設けられたボール循環路（一点鎖線で略示）３を経由して循環する。これにより、ねじ軸１の回転方向に応じてボールねじナット２がねじ軸１に沿い往復直線運動する構成である。
【００１６】
前記ボールねじナット２の両端面には環状の凹部５が形成されており、この凹部５に、例えば高分子量ポリエチレン樹脂からなる円筒状のシール６が取り付けられている。当該シール６は、その一端側に形成してあるフランジ状の取付け部７を前記凹部５に嵌合するとともに止めねじ８を締めつけることにより固定されている。
【００１７】
シール６の他端側にはつば部９が形成してあり、このつば部９の根元から前記取付け部７までの間のシール胴部１１は、つば部９より外径を小さくして肉厚が薄くなっている。そのシール胴部１１の外周面６ｇには、つば部９の根元に環状のガータスプリング溝１２が一本形成されている。一方、シール６の内周面６ｎには、ねじ軸１のねじ溝１ａに嵌合する凸部（シール山）１３が螺旋状に形成されている。図３に示すように、そのシール山１３の高さＨは、ねじ軸のねじ溝１ａの深さｈよりも若干大きく設定してある。これにより、前記ガータスプリング溝１２に装着したガータスプリング１４の緊迫力で圧迫されたシール山１３を積極的にねじ溝１ａに密着させる。
【００１８】
前記シール６の円筒体には、つば部９を有する一方の端面から円筒体軸方向に延びるすり割り１５が、円周等分に６ヵ所設けられている。その６ヵ所のすり割り１５はいずれも、シール肉厚を斜めに横断するとともにシール中心軸線Ｘに対して平行に延びている。換言すると、いま、ねじ軸１のねじ溝１ａのリード角をθとし、また仮にすり割り１５のシール中心軸線Ｘとなす角をθ₁とすると、この場合のリードθと、角θ₁との間は次のような関係になっているといえる。
【００１９】
θ＞θ₁＝０°
一方、シール肉厚を斜めに横断する各すり割り１５の相対する面１５ａ，１５ｂは、図２に示すように、シール厚み方向の垂直線に対し傾斜角θ₂だけ傾いている。
【００２０】
このように設定した６カ所のすり割り１５のうちの５ヵ所のすり割り１５は、その長さｌがボールねじのリードＬ_eを基準として設定され、すり割り長さｌはボールねじのリードＬ_eの少なくとも０．７倍になるようにしている。例えば図示の全長３５ｍｍのシール６の場合、ボールねじのリードＬ_e＝３２ｍｍに対して、すり割り１５の長さＬ＝２３ｍｍと０．７２倍にしてある。
【００２１】
他の一カ所のすり割りは、円筒体の一端面から反対端の取付部７の端面にいたるシール６の全長に及んでおり、円筒体を切断するスリット１７として形成されている。
【００２２】
次に、作用を説明する。
このシール６は、スリット１７を開いて円筒体を拡開させた状態でねじ軸１に嵌め合わせた後、ボールねじナット２の端面の凹部５にシール後端の取付部７を嵌入し、ボールねじナット２の側面からねじ込んだ止めねじ８の先端を取付部７に係合させることにより固定して、ボールねじナット２の両端に取り付けられる。
【００２３】
続いて、このようにスリット１７を拡開して取り付けたシール６の先端部分に設けられているガータスプリング溝１２に、ガータスプリング１４を取り付け、その緊迫力でシール６を弾性的に締めつける。本発明のシール６の場合は、ボールねじのリードＬ_eに対するすり割り１５の長さが従来よりも長く、且つ肉薄に設定されている。そのため、図３に示す軸方向の一直角断面で見られるように、すり割り１５及びスリット１７で円周等分に６分割されたシール胴部１１の６個の分割部分Ａ₁〜Ａ₆が柔らかい弾性をもち、ねじ軸１のねじ溝１ａの有無に関係なくねじ軸１の外面に密着してなじみ易い。また、シール６の内周のシール山１３の高さＨをねじ軸のねじ溝１ａの深さｈより若干大きく設定して、シール山１３を有する分割部分（図３ではＡ₆）のシール内周面６ｎとねじ軸の外径面１ｂとの間に若干のすき間Ｃをもたせてある。
【００２４】
そこで、シール胴部１１の外周をガータスプリング１４で緊迫すると、シール山１３を有する分割部分Ａ₆はねじ溝１ａに、その他の分割部分Ａ₁〜Ａ₅はねじ軸の外径面（ランド部）１ｂにそれぞれ容易に密着できる。
【００２５】
シール６のシール山１３は、ねじ軸１のねじ溝１ａの螺旋形状に一致して螺旋形状を描いており、図３に示したシールの軸方向直角断面の位置が軸方向にずれるにつれて分割部分Ａ₆から他の分割部分へと順次移行していくことになるが、いずれの位置にあっても各分割部分Ａ₁〜Ａ₆において上記同様の密着性が得られるから、シール６全体としての良好なシール性が確保される。
【００２６】
このボールねじナット２の両端にシール６を装着して、ねじ軸１を１回転させると、その回転方向に応じてボールねじナット２が１ピッチ分直線相対移動する。このとき、シール６の各分割部分Ａ₁〜Ａ₆はねじ軸外面に密着したまま軸回転に伴いちょう度１周分の相対摺動運動を行う。これにより、各分割部分Ａ₁〜Ａ₆のエッジ（すり割り１５及びスリット１７のエッジ部分）がスクレーパ作用でねじ軸１外面の付着異物を掻き取り払拭する。
【００２７】
本実施形態では、ねじのリードＬ_eの約０．７倍の長さのすり割り１５を６ヵ所（うち１ヵ所はスリット１７）設定したことにより、ボールねじのねじ軸１の１回転あたり、６カ所のすり割りのうちの４ヵ所以上のすり割り１５にスクレーパ作用が機能する。かくして、本実施形態のボールねじのシール６によれば、すり割り１５によりねじのリードの大きさいかんに関わらず、１回転あたり必ず４カ所以上のすり割１５にスクレーパ作用を発揮させることが可能であり、従来は困難であったねじ溝部分の優れた異物除去性能ひいては優れたシール性能が得られる。
【００２８】
また、ねじ軸の表面に付着した異物は、すり割りのエッジで削り取られた後、各すり割り１５の傾斜角θ₂の斜面１５ａに沿ってシール取付け部７へ向かって斜めに登り（Ｐ_A方向）掻き出されてシール胴部１１の外面にのることとなり、再びねじ軸面にのることはないから、ボールねじナット２内への異物侵入を効果的に防止し、シール性能を向上させることができる。
【００２９】
図４〜図６に本発明の第２の実施形態を示す。
なお、上記第１の実施形態と同一部分には同一の符号を付して、詳細な説明は省く（以下、同様）。
【００３０】
この実施形態のボールねじのシール６Ａは、シール胴部１１の中間位置にもガータスプリング溝１２を形成することにより、ガータスプリング１４をシールの先端部と中間部との２ヵ所に配設した点が異なっている。この場合も、図６に示すように、シール山１３の高さＨはねじ軸１のねじ溝１ａの深さｈより若干大きく設定してある。そのため、軸方向断面で見ると図６のようにねじ溝１ａにはシール山１３が密着し、そのシール山１３の根元近傍の前後両側にすき間１８を生じるのであるが、長くて肉薄のシール胴部１１が容易に変形できるため、２本のガータスプリング１４，１４の緊迫力により、ねじ溝１ａから少し離れた部分ではシール内面がねじ軸外径面１ｂによく密着できて、シール全体の高いシール性が確保される。その他の構成及び作用・効果は上記第１の実施形態のものと同様である。
【００３１】
図７，図８に本発明の第３の実施形態を示す。
この実施形態のボールねじのシール６Ｂにあっては、第２の実施形態のシール６Ａにおけるすり割り１５が、シール中心軸Ｘに対して傾斜角θ₁だけ傾いて延びている。すなわちこの実施形態の場合、ねじ軸１のリード角θと、すり割り１５のシール中心軸線Ｘとなす傾斜角θ₁との間の関係は、
０＜θ₁≦θ になっている。
【００３２】
さらに、シール肉厚を斜めに横断する各すり割り１５の相対する面１５ａ，１５ｂも、シール厚み方向の垂直線に対し傾斜角θ₂だけ傾いている。
すなわち図８（ｂ）のように、すり割り１５の面１５ａは、傾斜角θ₁，θ₂をもって二方向に傾いている。そのため、ねじ軸１のねじ溝１ａとねじ軸の外形部１ｂから削り取られた異物は、すり割りの斜面１５ａに沿って、シール取付け部７方向に向かって（Ｐ_B方向）斜め又は真上（θ₁＝θの時）に登り、シール胴部１１の外面に掻きだされる。その後は、ある程度溜まって自然にシール胴部１１の外面から落下する。したがって再び異物がねじ軸１上に乗ることはなく、効果的に防塵できる。
【００３３】
その他の構成及び作用・効果は上記第２の実施形態のものと同様である。
図９に本発明の第４の実施形態を示す。
この実施形態のボールねじのシール６Ｃは、スクレーパ作用を発揮するすり割り１５を、シール６Ｃの両端側から切り込んでそれぞれ形成した点が上記の各実施形態とは異なっている。すなわちこのシール６Ｃは、フランジ状の取付部７がシールの長さ方向の中央部に設けてあり、その取付部７の両側にシール胴部１１ａ，１１ｂが連設してある。そして、各シール胴部１１ａ，１１ｂにそれぞれ、端部から軸方向に斜めに延びるすり割り１５が切り込まれている。図示されていないが、スリット１７は、シール胴部１１ａの端面からシール胴部１１ｂの端面まで連続して切り抜けている。
【００３４】
この場合のすり割り１５の長さは、両シール胴部１１ａ，１１ｂのすり割り１５，１５を足した長さがねじのリードＬ_eの少なくとも０．７倍の長さとなるように設定されている。
【００３５】
このシール６Ｃを取り付けるボールねじナット２の端部には、シール６Ｃの取付部７と内側のシール胴部１１ｂとが挿入される深い凹部５が形成されている。また、ナット２の端部の円筒面に、複数個の排出窓２０を周方向に並べて形成し、内側のシール胴部１１ｂに形成されているすり割り１５のエッヂ部分で掻きだして溜まった異物を、それらの排出窓２０から外部へ排出するようにしてある。
【００３６】
この実施形態のシール６Ｃは、ナット２の外方及び内方と、両側にすり割り１５を形成したことによりダブルシールとして機能する。なお、ナット外方のすり割り１５で掻き取られた異物は外部のシール胴部１１ａの外面に掻きだされて落下する。一方、ナット内方のすり割り１５で掻き取られた異物は内部のシール胴部１１ｂの外面に掻きだされた後、排出窓２０からナット外へ落下するから、いずれにしても異物が再びねじ軸１上にのることはない。
【００３７】
その他の構成及び作用・効果は上記第２の実施形態のものと同様である。
図１０には、本発明のボールねじのシールを使用するねじ軸のねじ溝形状に関する実施形態を示す。
【００３８】
一般に、ボールねじのねじ軸１に形成されるねじ溝１ａの底部には、図１１に示すような研削逃げ２１が形成されている。このような研削逃げ２１に溜まった異物は除去が困難であり、優れたスクレーパ作用を有する本発明の各実施形態のシールを適用した場合でも、研削逃げ２１内の掻き取りはできない。
【００３９】
そこで、図１０に示すように、ねじ軸１のねじ溝１ａの底部の研削逃げ２１を廃止する。このねじ軸のねじ溝に研削逃げがないボールねじに上記各実施形態に示した本発明のボールねじのシールを適用すれば、ねじ溝のシール性をより向上させることができる。
【００４０】
なお、上記各実施形態のシールは、原料に高分子量ポリエチレン樹脂を用いたものとしたが、本発明のボールねじのシールは、その他潤滑剤含有ポリマを原料にしてもよく、これらの原料を用いた切削加工品又は射出成形品とすることができる。潤滑剤含有ポリマを原料とした場合の例を説明すると、たとえば、低分子量ポリエチレン（分子量１×１０³〜５×１０⁵）４５重量％と超高分子量ポリエチレン（分子量１×１０⁶〜５×１０⁶）５重量％からなるポリエチレンに、潤滑剤としてパラフィン系鉱油５０重量％を混合したものを原料として用い、その混合物を加熱溶融した後、所定の金型に注入して加圧しながら冷却固化させて成形される。成形法は圧縮成形もしくは射出成形等が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のボールねじのシールによれば、シール幅（シール軸方向長さ）を長くして一部をボールナット端面より外方に突出せしめ、そこに複数本のすり割りを、ねじ軸軸線に対して平行乃至ねじ軸リード角θ以内の傾きで配設するものとしたため、ねじ軸の付着異物を削りとってナット外部に連続的に排出しねじ軸面に溜まることを防止することができて、特に高精度のシールを必要とせずに高いシール性能が確保され、その結果、ボールねじ内への異物侵入による早期摩耗を防止して長期間にわたりメンテナンスフリーで使用できるボールねじを提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のシールの装着部分を半断面で表したボールねじの正面図である。
【図２】（ａ）は図１のシールの先端側の端面図、（ｂ）はすり割り斜面の拡大斜視図である。
【図３】（ａ）は図１のシールの軸直角断面図、（ｂ）はそのｂ部の拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のシールの装着部分を半断面で表したボールねじの正面図である。
【図５】図４のシールの先端側の端面図である。
【図６】図４のシールの軸方向断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態のシールの装着部分を半断面で表したボールねじの正面図である。
【図８】（ａ）は図７のシールの先端側の端面図、（ｂ）はすり割り斜面の拡大斜視図である。
【図９】本発明の第４の実施形態のシールの装着部分を半断面で表したボールねじの正面図である。
【図１０】ねじ溝の底部の研削逃げを廃止してシール性を向上させた実施形態のねじ軸の断面図である。
【図１１】一般的なボールねじにおけるねじ軸のねじ溝断面図である。
【図１２】従来のボールねじのワイパシールの正面図である。
【図１３】図１２に示すものの側面図である。
【符号の説明】
１ねじ軸
２ボールねじナット
６シール
６Ａシール
６Ｂシール
６Ｃシール
１３シール山
１４ガータスプリング
１５すり割り
１７スリット

Claims

内周にボールねじのねじ軸のねじ溝と係合するシール山を有してボールナットの端部に取り付けられるボールねじのシールにおいて、前記シールを円筒体状に形成してその一部をボールナット端面より外方に突出せしめると共にシール端面から円筒体軸方向に延びる複数本のすり割りを設け、当該すり割りのねじ軸軸線に対する傾き角θ₁とねじ軸のリード角θとの関係を、
０＜θ ₁ ≦θ
とし、さらに前記すり割りの長さをボールねじのリードの０．７倍以上に設定したことを特徴とするボールねじのシール。