JP4784433B2 - シール装置およびその製造方法、並びにそれを装着したボールねじ装置とボールスプライン装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじ装置やボールスプライン装置等の相対的に移動する軸を有する装置のシールに用いられるシール装置およびその製造方法、並びにそれを装着したボールねじ装置とボールスプライン装置に関する。

従来のボールねじ装置は、ねじ軸の外周面に螺旋状に形成した軸軌道溝と、ナットの内周面に形成した軸軌道溝に対向するナット軌道溝とを複数のボールを介して螺合させ、ナットの端面に形成された嵌合穴に外周面が嵌合する樹脂材料からなる円筒状のシール装置を装着し、その内周面に、ねじ軸の軸軌道溝に螺合する円弧状断面の螺旋状突条を形成し、この螺旋状突条と軸軌道溝とを隙間を介して近接させ、非接触シールを構成して内部からの潤滑剤の漏洩や、外部からの異物の侵入を防止している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−９７６６８号公報（主に第３頁段落００２１、第１図）

しかしながら、上述した従来のボールねじ装置のシール装置においては、樹脂材料からなる円筒状のシール装置の外周面をナットの端部の嵌合穴に嵌合させ、シール装置の螺旋状突条とねじ軸の軸軌道溝とを隙間を介して近接させて非接触シールを構成しているため、樹脂材料からシール装置がグリースや潤滑油等の油脂により膨潤した場合には、膨潤による体積増加によりシール装置全体が膨張するが、外径部は金属部品であるナットの嵌合穴に嵌合しているので、行き場を失った増加した体積が更に内径部を押し縮めてその内径が縮小し、軸軌道溝と螺旋状突条との隙間がなくなり、螺旋状突条が軸軌道溝に接触または押圧してねじ軸の駆動トルクが増大する虞があるという問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、樹脂材料からなるシール装置に膨潤が生じた場合においても、その内径部の縮小を防止する手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、シール装置が、外周面が嵌合面である樹脂材料からなる外筒と、内周面に軸シール部を形成した樹脂材料からなる内筒と、前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間を接続する樹脂材料からなる接続部とを備え、前記外筒の、前記接続部が接続する内周面の半径方向外側の外周面の直径を、前記外筒の嵌合面となる外周面の直径より小径としたことを特徴とする。

これにより、本発明は、樹脂材料で形成されたシール装置が膨潤したときに、接続部の体積増加を、外筒の小径とした外周面の直径により吸収することができ、接続部の体積増加が行き場を失うことがなくなり、内筒の内周面が押し縮められて縮小することを防止することができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明によるシール装置の実施例について説明する。

図１は実施例１のボールねじ装置の断面を示す説明図、図２は実施例１のシール装置の断面を示す説明図、図３は図２のＡ方向矢視図である。
本実施例では、シール装置をボールねじ装置に装着した場合を例に説明する。
図１において、１はボールねじ装置である。
２はボールねじ装置１の転動体としてのボールであり、合金鋼等の鋼材で製作された球体である。

３はボールねじ装置１のねじ軸であり、合金鋼等の鋼材で製作された棒状部材であって、その外周面には、円弧状断面形状の軸軌道溝４が所定のリードで螺旋状に形成されている。
５はボールねじ装置１のナットであり、合金鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、その内周面には、軸軌道溝４と対向する円弧状断面形状のナット軌道溝６が軸軌道溝４と同じリードで形成されている。

７は取付フランジ部であり、ナット５の外周部の一方の端部に設けられ、図示しない機械装置の移動台等に取付ボルト等で固定される。
８は嵌合穴であり、ナット５の軸方向の両側の端面に設けられ、シール装置１１の外筒１２の外周面１２ａが嵌合する。
シール装置１１は、図２、図３に示すように、その外周面１２ａがナット５の嵌合穴８の内周面に嵌合する嵌合面として機能する外筒１２と、内周面１３ｂに軸シール部を形成した内筒１３と、外筒１２の内周面と内筒１３の外周面との間を半径方向に接続する接続部１４とで構成されている。

本実施例のシール装置１１の軸シール部は、ねじ軸３の軸軌道溝４に螺合する円弧状断面の螺旋状突条１５で形成され、ナット５の嵌合穴８にシール装置１１が装着されたときに、螺旋状突条１５と軸軌道溝４とが隙間を介して近接し、ナット５の内部と外部との間をシールする非接触シールとして機能する。
また、接続部１４は、外筒１２と内筒１３との軸方向の中央部を接続する円環状の板部材として形成されている。これによりシール装置１１は、Ｉ字状の断面形状を有するリング状部材として形成されている。

なお、図２に２点鎖線で示す螺旋状突条１５は、図２において手前側の螺旋状突条１５を示している。
上記のシール装置１１を構成する外筒１２、内筒１３、接続部１４および螺旋状突条１５は、射出成形により同じ樹脂材料、例えばポリエチレン樹脂やポリアセタール樹脂、ポリエステル−エラストマー樹脂等の弾性を有する樹脂材料で一体に形成される。

本実施例の外筒１２の外周面１２ａは、図２に示すように、外筒１２の接続部１４が接続する軸方向中央部の内周面の反対側、つまり半径方向外側の外周面１２ａの中央部の直径Ｄａが、その軸方向の両側の嵌合面となる外周面１２ａ（図１参照）の直径Ｄｏより小径となるように形成されている。
この場合に、外筒１２の小径とした外周面１２ａの直径Ｄａと嵌合面となる外周面１２ａの直径Ｄｏとの直径差ΔＤは、内筒１３の内周面１３ｂの直径をＤｉとしたときに、その直径差ΔＤが、
０．００１（Ｄｏ＋Ｄｉ）／２≦ΔＤ≦０．０５（Ｄｏ＋Ｄｉ）／２ ・・・（１）
の範囲となるようにすることが好ましい。

直径差ΔＤを０．００１（Ｄｏ＋Ｄｉ）／２より小さくすると、外径が膨潤により膨張した場合に、シール装置１１の全ての外周面１２ａがナット５の嵌合穴８の内周面に接触し、内径側にも膨潤による変形が生じることになり、直径差ΔＤを０．０５（Ｄｏ＋Ｄｉ）／２より大きくすると、シール装置１１の外周面１２ａの両端部のみがナット５の嵌合穴８の内周面に接触することになり、シール装置１１の安定性が低下するからである。

このような、外筒１２の外周面１２ａに直径差ΔＤを有するシール装置１１の製造は、樹脂材料の射出成形に用いる金型の外筒１２の外周面１２ａを成形する部位の形状を直径差ΔＤを設けない円周面、つまり単純な円柱面にし、接続部１４に熱収縮が生じる条件で成形する。本実施例の成形条件は、溶融した樹脂材料を前記の金型に注入した後に、成形された樹脂材料が室温になる前に金型から取出し、これをそのまま室温まで冷却して形成する。

これにより、金型から取出した後に、シール装置１１の接続部１４に熱収縮が生じ、外筒１２の外周面１２ａに式（１）で示した範囲の直径差ΔＤが形成される。
上記のねじ軸３の軸軌道溝４とこれに対向するナット５のナット軌道溝６とによりボール２が転動する負荷路が形成され、その両端部は図示しないリターンチューブ等により連通されて循環路が形成され、この循環路にグリース等の潤滑剤と複数のボール２が装填され、軸軌道溝４とナット軌道溝６とがボール２を介して螺合した状態で組立てられる。

そして、図１に示すように、ナット５の両側の嵌合穴８に、螺旋状突条１５を軸軌道溝４に螺合させたシール装置１１を回転させながら嵌合させてシール装置１１をナット５に装着する。
このようにして組立てられたボールねじ装置１は、そのねじ軸３の回転に伴ってボール２が循環路を循環し、負荷路を転動するボール２が潤滑剤で潤滑されながらナット５に加えられた荷重を往復動自在に支持してナット５をねじ軸３の軸方向に沿った直線往復移動可能に支持し、ねじ軸３の回転運動がナット５の直線運動に変換され、軸軌道溝４に隙間を介して螺合する螺旋状突条１５によりナット５内への異物の侵入が防止される。

このとき、潤滑剤により樹脂材料で形成されたシール装置１１が膨潤するが、本実施例シール装置１１の外筒１２の外周面１２ａには式（１）に示した範囲の直径差ΔＤが設けられているので、シール装置１１の接続部１４が膨潤したときに生ずる体積増加により、外筒１２の小径とした外周面１２ａの直径Ｄａが徐々に嵌合穴８の内周面の直径に近づき、最も多く膨潤したときには嵌合穴８の内周面の直径と同等になるが、膨潤による接続部１４の体積増加が行き場を失うことはなく、内筒１３の内周面１３ｂが押し縮められて軸軌道溝４と螺旋状突条１５とが接触することもない。

このように、本実施例のシール装置１１は、膨潤による接続部１４の膨張を直径差ΔＤが吸収するので、ねじ軸２の駆動トルクを増加させることなく、シール装置１１により外部からの異物の侵入を防止しながらボールねじ装置１の運転を円滑に行うことができる。
また、シール装置１１の製造を射出成形により行うときに、金型の外筒１２の外周面１２ａを成形する部位の形状を円柱面とし、接続部１４に生ずる熱収縮を利用して直径差ΔＤを形成するので、外筒１２の外周面１２ａを成形する金型の部位に外周面１２ａを直径方向に分割する分割面を形成する必要がなくなり、分割面により外筒１２の外周面１２ａに形成されるバリの発生を防止することができると共に、金型構造を簡素化して安価な金型により容易にシール装置１１を成形することができる。

以上説明したように、本実施例では、樹脂材料からなるシール装置を、外周面が嵌合面である外筒と、内周面に軸シール部としての螺旋状突条を形成した内筒と、外筒と内筒との軸方向の中央部を接続する接続部とで構成し、その外筒の、接続部が接続する中央部の外周面の直径を、外筒の嵌合面となる外周面の直径より小径とするようにしたことによって、樹脂材料で形成されたシール装置が膨潤したときに、接続部の体積増加を、外筒の小径とした外周面の直径Ｄａにより吸収することができ、接続部の体積増加が行き場を失うことがなくなり、内筒の内周面が押し縮められて縮小することを防止することができる。

また、シール装置を製造するときに、外筒の外周面を形成する部位の内周面を円柱面とした金型を用いて、接続部に熱収縮が生じる条件で成形するようにしたことによって、接続部に生ずる熱収縮を利用して直径差ΔＤを形成することができ、外筒の外周面を成形する金型の部位に分割面を形成する必要がなくなり、分割面により外周面に形成されるバリの発生を防止することができると共に、金型構造を簡素化して安価な金型により容易にシール装置を成形することができる。

なお、本実施例においては、シール装置１１の軸シール部は螺旋状突条１５により形成された非接触シールであるとして説明したが、図４、図５に示す接触シールであってもよい。
図４は実施例１のシール装置に接触シールを設けた場合の断面を示す説明図、図５は図４のＢ方向矢視図である。

図４、図５において、１７は軸シール部としてのリップであり、内筒１３の内周面１３ｂに螺旋状突条１５と同様の材料で一体に形成された舌状のシールであって、ナット５の嵌合穴８にシール装置１１が装着されたときに、その先端がねじ軸３の軸軌道溝４に摺接し、ナット５の内部と外部との間をシールする接触シールとして機能する。
また、リップ１７の先端は、図５に示すように、ねじ軸３の軸直角断面（ねじ軸３の軸芯が鉛直線となる断面をいう。）の外形形状に沿う形状に形成されている。

このような、リップ１７を本実施例のシール装置１１の軸シール部として用いるようにしても、上記と同様の作用により、同様の効果を得ることができる。

図６は実施例２のシール装置の断面を示す説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の接続部１４は、図６に示すように、外筒１２の内周面と内筒１３の外周面とを軸方向の一方の端部で半径方向に接続する円環状の板部材として形成されている。これによりシール装置１１は、コの字状の断面形状を有するリング状部材として形成されている。

このため、外筒１２の外周面１２ａは、接続部１４が接続する軸方向の一方の端部の内周面の反対側、つまり半径方向外側の外周面１２ａの端部の直径Ｄａが、軸方向の他方の端部側の嵌合面となる外周面１２ａの直径Ｄｏより小径となるように形成されている。
本実施例の直径差ΔＤの範囲は、上記式（１）と同様である。
また、射出成形における金型の外筒１２の外周面１２ａを形成する部位の形状、および成形条件は、上記実施例１と同様である。

このように、接続部１４を外筒１２と内筒１３との一方の端部に設けるようにしても、実施例１と同様に、膨潤した接続部１４の体積増加による端部の外周面１２ａの直径Ｄａの膨張を直径差ΔＤが吸収するので、ねじ軸２の駆動トルクを増加させることなく、シール装置１１により外部からの異物の侵入を防止しながらボールねじ装置１の運転を円滑に行うことができる。

以上説明したように、シール装置の接続部を外筒と内筒との一方の端部に設け、その端部の外筒の外周面に直径差ΔＤを設けるようにしても、実施例１と同様に、膨潤した接続部の体積増加による端部の外周面の直径Ｄａの膨張を直径差ΔＤにより吸収することができ、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施例において、シール装置１１の軸シール部をリップ１７とする場合には、図７に示すように、内筒１３の接続部１４側の内周面１３ｂに設けるようにするとよい。

このような、リップ１７を本実施例のシール装置１１の軸シール部として用いるようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。
上記各実施例においては、シール装置はナットの両端部に設けるとして説明したが、ダブルナット式等の場合にはナットの外側となる一方の端部のみに設ければ、上記と同様の効果を得ることができる。

また、上記各実施例においては、リターンチューブによりボールを循環させるチューブ式の循環方式を用いたボールねじ装置を例に説明したが、循環方式をこま式やエンドキャップ式、デフレクタ式等としたボールねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。
更に、上記各実施例においては、ボールねじ装置のねじ軸を回転させてナットを軸方向に移動させるとして説明したが、ナットを回転させてねじ軸を軸方向に移動させる形式のボールねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。

更に、上記各実施例においては、本発明のシール装置は、ボールねじ装置に装着するとして説明したが、ボールが転動する軸方向の複数の円弧状断面形状の軌道溝を設けたシャフトと、シャフトの軌道溝に対向する円弧状断面形状の軌道溝を設けたスライド体とをボールを介して嵌合させ、シャフトとスライド体とを直線相対移動可能に構成したボールスプライン装置に装着するようにしても同様の効果を得ることができる。

実施例１のボールねじ装置の断面を示す説明図 実施例１のシール装置の断面を示す説明図 図２のＡ方向矢視図 実施例１のシール装置に接触シールを設けた場合の断面を示す説明図 図４のＢ方向矢視図 実施例２のシール装置の断面を示す説明図 実施例２のシール装置に接触シールを設けた場合の断面を示す説明図

符号の説明

１ ボールねじ装置
２ ボール
３ ねじ軸
４ 軸軌道溝
５ ナット
６ ナット軌道溝
７ 取付フランジ部
８ 嵌合穴
１１ シール装置
１２ 外筒
１２ａ 外周面
１３ 内筒
１３ｂ 内周面
１４ 接続部
１５ 螺旋状突条
１７ リップ

Claims (5)

1. 外周面が嵌合面である樹脂材料からなる外筒と、内周面に軸シール部を形成した樹脂材料からなる内筒と、前記外筒の内周面と前記内筒の外周面との間を接続する樹脂材料からなる接続部とを備え、
   前記外筒の、前記接続部が接続する内周面の半径方向外側の外周面の直径を、前記外筒の嵌合面となる外周面の直径より小径としたことを特徴とするシール装置。
2. 請求項１において、
   前記外筒の嵌合面となる外周面の直径をＤｏ、前記内筒の内周面の直径をＤｉ、前記外筒の小径とした外周面の直径と前記嵌合面となる外周面の直径との直径差をΔＤとしたときに、
   該直径差ΔＤが、
   ０．００１（Ｄｏ＋Ｄｉ）／２ ≦ ΔＤ ≦ ０．０５（Ｄｏ＋Ｄｉ）／２
   の範囲であることを特徴とするシール装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のシール装置の製造方法であって、
   射出成形に用いる金型の前記外筒の外周面を形成する部位の内周面を円柱面とし、前記接続部に熱収縮が生じる条件で成形することを特徴とするシール装置の製造方法。
4. 請求項１もしくは請求項２に記載のシール装置、または請求項３に記載の製造方法により形成されたシール装置を装着したことを特徴とするボールねじ装置。
5. 請求項１もしくは請求項２に記載のシール装置、または請求項３に記載の製造方法により形成されたシール装置を装着したことを特徴とするボールスプライン装置。