JP4244945B2 - ボールねじ用密封形シール - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじのねじ軸周面を密封するボールねじ用密封形シールに関する。

回転運動を直線運動に変換する機構として、ボールねじ機構が知られている。ボールねじ機構は、雄ねじを備えたねじ軸の外周に、雌ねじを備えたナット（雌ねじ部材）を螺合させ、ボールねじを回転させることにより、ナットを軸線方向へと移動させるものである。

かかるボールねじ機構の一例として、図１０により循環チューブ方式のボールねじ機構の全体構成を説明する。図１０は、かかるボールねじ機構の軸線方向断面図である。図において、一部のみ示すねじ軸１は、溝断面が円弧状である螺旋溝１ａを外周に有する軸部材である。ナット２は、ねじ軸１の螺旋溝１ａに対応する螺旋溝２ａを内周に有する円筒状の部材である。図示されていないが、ナット２の上面から螺旋溝２ａまで延在する２つの貫通孔が形成され、かかる貫通孔に、仮想線で示すようにＵ字形のボール循環チューブ４の両端部がそれぞれ嵌挿されている。

ナット２の内部に挿通されたねじ軸１は、その螺旋溝１ａがナットの螺旋溝２ａと対向するようにされ、かかる溝内には多数のボール３が転動自在に収納されている。

ナット２とねじ軸１とが相対螺旋運動を行うと、ボール３は螺旋溝１ａ、２ａ間の転走路に沿って転動し、ボール循環チューブ４の端部に形成されたタング部（不図示）に案内されて転走路からすくい上げられ、ボール循環チューブ４内に導かれ、そのチューブ内を通って反対端より転走路に戻るという循環を繰り返す。

一方、ナット２とねじ軸１とのガタを排除すべく、両螺旋溝１ａ、２ａとボール３の寸法精度は極めて厳格に管理されている。従って、ナット２とねじ軸１との間に異物が侵入すると、ボールねじ機構の動作不良を招くおそれがある。そこで、ナット２における内孔において、その軸線方向のねじ軸挿入口双方には、密封形シール５が配置され、外部からナット２内への塵芥等の異物の侵入を防止している。シール５は、リテーナ６によりナット２に取り付けられている。

しかしながら、かかるボールねじ機構においてはねじ軸１の外周に螺旋溝１ａが形成されているので、ナット２とねじ軸１との間を密封することには、以下に述べるような問題がある。

例えば、完全な円筒軸をシールにより密封する場合には、円筒軸に当接する薄板状のシール片の開口形状を円形とすることにより、円筒軸とシール片との当接状態は全周において一様となり、密封は比較的容易に達成される。しかしながら、ねじ軸には外周に螺旋溝が形成されているために、軸線に直角な面でねじ軸を切断すると、その切断面は円形とならない。従って、単純な円形開口を有するシール片でかかるねじ軸を密封することは一般的には困難といえる。

そこで通常、例えば実開平３−１１７１４７号公報に示すように、シール片の開口形状をねじ軸の断面形状に対応した非円形としたシールを用いて、ねじ軸を密封するようにしている。このような従来技術によるシールの一例を図１１，１２に示す。図１１は、従来技術によるシールの正面図であり、図１２は図１１のシールをＸＩＩ−ＸＩＩ線で切断して矢印方向に見た図である。なお理解を容易とすべく、シールは樹脂の平板からなっているものとする。

図１１において、シール５は開口５ａを有し、かかる開口５ａの内縁をねじ軸１の外周に当接させるようにして不図示のナットに取り付けられている。なお、図１１の波線１ｂはねじ軸１の外径形状を示し、波線１ｃはねじ軸１のねじ溝底形状を示している。

図１１，１２から明らかなように、シール５の開口５ａは、図に示す最上部でねじ溝の溝底１ｃに当接し最も内方に突出しており、一方図に示す最下部でねじ軸の円筒部（最大外径部）１ｂに当接し最も外方に退避した形状となっている。従って、開口５ａのそれ以外の部分は、相対角度に応じねじ軸１の円筒部若しくはねじ溝のいずれかの部位に当接する寸法を有する。

ここで、密封性を高めるためシール５からねじ軸１に所定の弾性力を印加すべく、シール５は可撓性の材質からなり、かつその開口５ａはねじ軸１の断面形状よりわずかに小さな寸法を有している。従って開口５ａの内周には、ねじ軸１との当接時に弾性変形が生じる。しかしながら、従来技術によるシール５は、平板若しくは積層板からなるので、ねじ軸の外形状に沿うように撓みにくいという問題がある。また、更に以下に述べるような問題もある。

図１３乃至１５は、シール５がねじ軸１に当接して変形した状態を示した図であり、説明の都合上全て同一姿勢（シール下縁がねじ軸上部に当接している状態）で示している。各図において、実線で示すシール５は、ねじ軸１に当接しない自由状態となっており、二点鎖線で示すシール５は、ねじ軸１に当接した変形状態となっている。

図１３においては、シール５はねじ溝１ａの右斜面に当接し、よってその下端は左方に変形し、図１５においては、シール５はねじ溝１ａの左斜面に当接し、よってその下端は右方に変形する。しかしながら、図１４においては、シール５は、ねじ軸１の円筒部に当接して座屈しており、その中央部が右方に撓むか左方に撓むかは定かでない。

ところで、シール片における当接部位（面）が予めわかっていれば、シールの設計が比較的容易となり、その密封機能をより高めることができる。しかるに、図１４に示す状態では、シール片の何れの部位が当接するか定かでないため、何れの状態でも機能を発揮できるようシールは両側で当接すると仮定して設計する必要がある。しかしながら、かかるシールは常に何れか一方の側で当接するため、他方の側は密封機能を発揮しておらず、かかる意味からはこのシールは過剰品質を有しているといえる。

このような問題点に鑑み、本願発明は、安価でありながら十分なる密封機能を発揮できるボールねじ用密封形シールを提供することを目的とする。

上述の目的を達成すべく、本願発明のボールねじ用密封形シールは、雌ねじ部材に螺合するボールねじのねじ軸周面を密封するシールにおいて、環状の芯金を有し、前記雌ねじ部材に取り付けられる取付部と、前記取付部から延在し、前記ボールねじのねじ軸周面に当接することにより所定の弾性力を前記ねじ軸周面に付与する環状のシール片とからなり、前記シール片は、ねじ軸周面に当接する前の状態で一方向に傾斜しており前記ボールねじのねじ軸周面に対し斜めに当接し、当接する前記ねじ軸周面に応じて所定の一方向に撓むようになっている。

（作用）
本願発明によれば、前記シール片は、ねじ軸周面に当接する前の状態で一方向に傾斜しており前記ボールねじのねじ軸周面に対し斜めに当接し、当接する前記ねじ軸周面に応じて所定の一方向に撓むようになっているので、それによりボールねじとシールとの当接状態を予測でき、それに合わせたシール形状を最適に設計することにより、シールの十分な密封性を容易に確保できる。

図１は、本発明の第１の実施の態様であるシール１５の正面図である。図２は、図１のシール１５をＩＩ−ＩＩ線で切断して矢印方向に見た図である。シール１５は、鋼製又は樹脂製の芯金１５ｂと、芯金１５ｂを内包した円板状のシール本体１５ｃと、シール本体１５ｃから内方に延在する類似円錐形状（左方に傾斜した形状）のシール片１５ｄとからなる。シール片１５ｄは、ねじ軸１の断面形状に対応しかつそれより小さい内径形状を有する開口１５ａをその中央に有する。外周を不図示のナットに取り付ける取付け部であるシール本体１５ｃと、シール片１５ｄとは、耐摩耗性及び可撓性を有する樹脂又はゴムから一体形成されている。

芯金１５ｂは、その外周は円形となっているが、その内周は開口１５ａと相似の形状となっており、すなわち図２に示すようにその上部の幅Ｄ１に比し下部の幅Ｄ２が狭くなっている。従って、芯金１５ｂの内周縁からシール本体１５ｃの内周縁までの距離Ｄ０と、シール本体１５ｃの内周縁からシール片１５ｄの内周縁までの距離Ｄ３とを全周でそれぞれ一定とすることができ、それによりねじ軸１に当接するときにおけるシール１５の撓み量をほぼ一定とすることができる。

図３乃至図６は、シール１５がねじ軸１に当接して変形した状態を示した図であり、説明の都合上全て同一姿勢（シール下縁がねじ軸上部に当接している状態）で示している。各図において、実線で示すシール１５は、ねじ軸１に当接しない自由状態となっており、二点鎖線で示すシール１５は、ねじ軸１に当接した変形状態となっている。

図３乃至図６より明らかであるが、ねじ軸１のねじ軸周面の何れの場所でも、当接したシール片１５ｄの撓む方向はその幾何学的形状に基づき予測可能であり、それにより密封機能を最も発揮できるような形状にシール片１５ｄの設計することができる。

図７は、本発明の第２の実施の態様であるシール２５の正面図である。図８は、図７のシール２５をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で切断して矢印方向に見た図である。シール２５は、鋼製又は樹脂製の芯金２５ｂと、芯金２５ｂを内包した円板状のシール本体２５ｃと、シール本体２５ｃから内方に延在する類似円錐形状（左方に傾斜した形状）のシール片２５ｄと、シール本体２５ｃにおける芯金２５ｂの内周端の更に内方に形成された折れ曲がり部２５ｅとからなる。なお、折れ曲がり部２５ｅの外形は、図７においては円形となっているが、開口２５ａと相似形であっても良い。

シール片２５ｄは、ねじ軸１の断面形状に対応しかつそれより小さい内径形状を有する開口２５ａをその中央に有する。取付け部であるシール本体２５ｃとシール片２５ｄとは、耐摩耗性及び可撓性を有する樹脂又はゴムから形成されている。

芯金２５ｂも、その外周は円形となっているが、その内周は開口２５ａと相似の形状となっており、すなわち図８に示すようにその上部の幅Ｄ１に比し下部の幅Ｄ２が狭くなっている。従って、芯金２５ｂの内周縁からシール本体２５ｃの内周縁までの距離Ｄ０と、シール本体２５ｃの内周縁からシール片２５ｄの内周縁までの距離Ｄ３とを全周でそれぞれ一定とすることができ、それによりねじ軸１に当接するときにおけるシール２５の撓み量をほぼ一定とすることができる。

上述した実施の形態と同様に、本実施の形態においても、当接したシール片２５ｄの撓む方向はその幾何学的形状に基づき予測可能であり、それにより密封機能を最も発揮できるような形状にシール片２５ｄの設計することができる。

ところで図１，２に示す第１の実施の形態においては、ねじ軸１が偏心した場合には、かかる偏心に基づきねじ軸１が半径方向に変位するため、場所によりシール片１５ｄのねじ軸１に対する当たりが強くなったり弱くなったりする。それにより、シールの密封機能が低下するおそれがある。本実施の形態においては、かかる問題を解決することができる。

図９は、シール２５がねじ軸１のねじ溝に当接して変形した状態を示した図である。図９においては、ねじ軸１が偏心した状態を示しており、理解しやすいようにその偏心量を拡大して示している。実線で示すシール２５は、回転に伴い最も下方に変位したねじ軸１に当接した状態であり、二点鎖線で示すシール２５は、最も上方に変位したねじ軸１に当接した状態である。

図９より明らかであるが、偏心によるねじ軸１の半径方向変位と共に、折れ曲がり部２５ｅがつぶれる方向に、あるいは広がる方向に押されて変形し、それにより何れの場合でもシール片２５ｄとねじ軸円筒部との当接状態（角度）を一定とすることができる。それにより、シール片２５ｄの密封機能を常に確保することができる。

以上、本発明を実施の態様を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の態様に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、第２の実施の形態における折れ曲がり部２５ｅの形状を蛇腹形とすることも可能である。

（発明の効果）
本願発明によれば、シールのシール片が、ねじ軸周面に当接する前の状態で一方向に傾斜しておりボールねじのねじ軸周面に対し斜めに当接し、当接する前記ねじ軸周面に応じて所定の一方向に撓むようになっているので、それによりボールねじとシールとの当接状態を予測でき、それに合わせたシール形状を最適に設計することにより、シールの十分な密封性を容易に確保できる。

本発明の第１の実施の態様であるシール１５の正面図である。 図１のシール１５をＩＩ−ＩＩ線で切断して矢印方向に見た図である。 シール１５がねじ軸１のねじ溝底中央に当接して変形した状態を示した図である。 シール１５がねじ軸１のねじ溝底右斜面に当接して変形した状態を示した図である。 シール１５がねじ軸１の円筒部に当接して変形した状態を示した図である。 シール１５がねじ軸１のねじ溝底左斜面に当接して変形した状態を示した図である。 本発明の第２の実施の態様であるシール２５の正面図である。 図７のシール２５をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で切断して矢印方向に見た図である。 シール２５がねじ軸１のねじ溝に当接して変形した状態を示した図である。 循環チューブ方式のボールねじ機構の軸線方向断面図である。 従来技術によるシールの正面図である。 図１１のシールをＸＩＩ−ＸＩＩ線で切断して矢印方向に見た図である。 従来技術によるシールがねじ軸１のねじ溝底右斜面に当接して変形した状態を示した図である。 従来技術によるシールがねじ軸１の円筒部に当接して変形した状態を示した図である。 従来術によるシール５がねじ軸１のねじ溝底左斜面に当接して変形した状態を示した図である。

符号の説明

１・・・・ねじ軸
１５、２５・・・・シール
１５ｄ、２５ｄ・・・・シール片

Claims (1)

1. 雌ねじ部材に螺合するボールねじのねじ軸周面を密封するシールにおいて、
   環状の芯金を有し、前記雌ねじ部材に取り付けられる取付部と、
   前記取付部から延在し、前記ボールねじのねじ軸周面に当接することにより所定の弾性力を前記ねじ軸周面に付与する環状のシール片とからなり、
   前記シール片は、ねじ軸周面に当接する前の状態で一方向に傾斜しており前記ボールねじのねじ軸周面に対し斜めに当接し、当接する前記ねじ軸周面に応じて所定の一方向に撓むようになっているボールねじ用密封形シール。

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