JP4889628B2 - ボールねじ装置のシール部材 - Google Patents

Description

本発明は、ボールを介してねじ軸とナット部材とが螺合したボールねじ装置に使用され、かかるねじ軸とナット部材との隙間に外部から塵芥等の異物が侵入するのを防止するシール部材に係り、特に、ねじ軸の外径及びボール転動溝に弾性的に接触して、かかるねじ軸に付着した異物を除去するタイプのシール部材に関する。

ボールねじ装置は、所定のリードで螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、ボールを介して前記ねじ軸に螺合するナット部材とから構成されており、モータの回転運動を効率よく直線運動に変換し得ることから、工作機械等におけるテーブル送り機構として広く使用されている。

このボールねじ装置においてはナット部材が長尺のねじ軸に沿って移動していることから、ねじ軸にワークの切削粉や塵芥等の異物が付着した状態でナット部材が移動すると、ボール転動溝を転動するボールがこれら異物を噛み込んでしまい、ねじ軸の回転に対するナット部材の移動精度が早期に低下してしまう。このため、ボールねじ装置を実際に使用するに当たっては、ナット部材の軸方向の両端に該ナット部材とねじ軸との隙間を密封するシール部材を装着し、ナット部材の移動に併せてねじ軸に付着した異物を前記シール部材で除去するように構成するのが一般的である。

従来、この種のシール部材としては、実開平６−６７９５号公報に開示されたものが知られている。同公報に開示されるシール部材は樹脂材料またはフッ素ゴムなどのゴム材をリング状に成形したものであり、その内周面にはねじ軸のボール転走溝に嵌合する突部が形成されている。かかるシール部材の円周等配位置の複数箇所には内周面から外周面へ連通するスリットが形成される一方、このシール部材は外径側から内径側に向けてガータスプリングで弾圧されている。また、前記スリットはねじ軸の軸方向に対して傾斜して形成されると共に、ねじ軸の半径方向に対しても傾斜して形成されている。

これにより、かかるシール部材では前記突部とねじ軸のボール転動溝との嵌合隙間がゼロ以下となり、ナット部材から外部に対する潤滑剤の漏出や、外部からナット部材の内部に対する塵芥等の異物の侵入を防止できるようになっている。また、前記スリットを前述の如く傾斜させて形成したことにより、ねじ軸が回転すると、ねじ軸の表面に付着した異物がスリットを形成する一方の内側面によって掻き取られることになり、掻き取られた異物がスリットを介して外部に排出されるといった機能を発揮するようになっている。
実開平６−６７９５号公報

その一方、このように構成された従来のシール部材では、ねじ軸とシール部材とが接触することでシール機能を発揮していることから、ねじ軸の発熱を防止すると共にその回転抵抗の増加を抑えるといった観点からは、シール部材とねじ軸との接触圧を低く抑えることが必要であり、シール部材をねじ軸に対して偏りなく面接触させることが要求される。

このため、前記シール部材はねじ軸を寸法基準として設計し、かかるねじ軸に組み付ける必要がある。従って、シール部材とこれが装着されるナット部材との嵌め合いに関しては、所定の公差を設ける必要があり、シール部材の外周面とナット部材との間には公差に応じた微小な隙間が発生せざるを得なかった。

しかし、このような隙間が存在すると、かかる隙間を通じてナット部材の内部から外部へ潤滑剤が漏出してしまい、例えばナット部材の内部に充填しておいたグリースが早期に消費されてしまういった問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ねじ軸に面接触しながらナット部材と該ねじ軸との間を密封するシール部材において、シール部材とナット部材との隙間から潤滑剤がナット部材外部へ漏出するのを防止することが可能なボールねじ装置のシール部材を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明のシール部材は、リング状に形成されると共に、その外周面には周方向に沿って延びる複数の突条が形成されている。このシール部材はナット部材の軸方向端面に形成された取付溝に収容され、その内周面がねじ軸の外周面に面接触してナット部材とねじ軸の隙間を密封する。

ナット部材の取付溝内にシール部材を収容すると、かかるシール部材の外径はは前記取付溝の内径に対して公差を有していることから、シール部材の外周面に形成された各突条が前記取付溝の内周面と僅かな隙間を介して対向し、複数の微小オリフィスを形成する。これにより、ナット部材の内部からシール部材の外周面を伝わって外部へ漏出する潤滑剤の圧力が減じられ、潤滑剤の漏出を可及的に防止することが可能となる。換言すれば、シール部材の外周面とナット部材の取付溝の内周面とがラビリンスシールを構成していることになる。

一方、潤滑剤の流出を防止する他の手段としては、リング状に形成されたシール部材の軸方向の一側面に円筒壁を立設し、かかる円筒壁の先端をナット部材の取付溝の側壁に突き当てることも有効である。前記円筒壁が薄ければ、その先端と取付溝の側壁との接触面圧は高くなり、潤滑剤がシール部材の外周面に回り込むのを効果的に防止することが可能となる。

このとき、シール部材はナット部材の軸方向へ付勢した状態で前記取付溝に収容し、前記円筒壁の先端を取付溝の側壁に突き当てるのが好ましい。

本発明を適用可能なボールねじ装置の一例を示す斜視図である。 本発明のシール部材の第１実施例を示す正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 ナット部材に第１実施例のシール部材を取り付けた状態を示す拡大図である。 本発明のシール部材の第２実施例を示す正面図である。 ナット部材に第２実施例のシール部材を取り付けた状態を示す拡大図である。

符号の説明

１…ねじ軸、２…ナット部材、３…ボール、４，６…シール部材、５…止め輪、２４…取付溝、４４…突条、４５…スロット、６３…円筒壁

以下、添付図面に沿って本発明のボールねじ装置のシール部材を詳細に説明する。

図１は本発明のシール部材が装着されるボールねじ装置の一例を示すものである。同図において、符号１は所定のリードで螺旋状のボール転動溝１１が形成されたねじ軸、符号２はボール３が組み込まれる無限軌道を備えると共にボール３を介して前記ねじ軸１に螺合したナット部材、符号４は前記ナット部材の軸方向の両端に装着される本発明のシール部材、符号５は前記シール部材をナット部材に固定するための止め輪であり、これらねじ軸１とナット部材２との相対的な回転により該ナット部材２がねじ軸１の軸方向へ運動するように構成されている。

前記ナット部材２は前記ねじ軸１が貫通する円筒状に形成されており、その外周面には該ナット部材２をテーブル等の可動体に固定するためのフランジ部２１が突設されている。また、このナット部材２の内周面には前記ねじ軸１のボール転動溝１１と相対向する螺旋状の負荷転動溝が形成されており、ボール３はねじ軸１のボール転動溝１１とナット部材２の負荷転動溝との間で荷重を負荷しながら転動する。

一方、このナット部材２にはボール３をねじ軸１とナット部材２との間で無限循環させるためのリターンパイプ２３が装着されている。このリターンパイプ２３はねじ軸１のボール転走溝１１を数巻分だけ跨ぐようにナット部材２に固定されており、ねじ軸１のボール転走溝１１を転走してきたボール３は該リターンパイプ２３の一方の開口部に到達すると、このリターンパイプ２３内に進入し、リターンパイプ２３内を転走した後に、他方の開口部から数巻分前のボール転走溝１１に戻される。これにより、ボール３がナット部材２内を無限循環するように構成されている。

図２及び図３は前記シール部材の第１実施例を示す正面図及び断面図である。かかるシール部材４は摩擦係数の小さな合成樹脂（例えば、ナイロン６）をリング状に形成したものであり、その中心には前記ねじ軸１が挿通される貫通孔４０が形成されている。かかる貫通孔４０を囲むシール部材４の内周面にはねじ軸１のボール転動溝１１に嵌合する突部４２が螺旋状に形成されており、前記貫通孔４０にねじ軸１を適合させると、シール部材４の内周面とねじ軸１の表面が隙間なく面接触するようになっている。また、シール部材４の円周上の一カ所には半径方向に傾斜してスリット４３が形成されており、かかるスリット４３においてシール部材４は分断されている。これにより、シール部材４を前記スリット４３において拡開させるようにしてねじ軸１に適合させることができ、シール部材４が適度な圧接力でねじ軸１を締めつけ、シール部材４とねじ軸１との面接触を確保することができるようなっている。

このシール部材４の外周面には周方向に沿って延びる突条４４が複数形成されており、互いに隣接する突条４４と突条４４との間はスロット４５として形成されている。各スロット４５の深さは、例えばシール部材の外径が４７ｍｍ程度の場合に１ｍｍ程度であるが、この深さはシール部材４の外径、シール部材４とナット部材２の嵌め合い状態等により適宜選択可能である。

このように構成されたシール部材４は、ナット部材２の軸方向端面に形成された取付溝２４に収容される（図１参照）。かかる取付溝２４はねじ軸１を囲むように設けられており、シール部材４の厚さよりも若干深く形成されている。図４は前記シール部材４を取付溝２４に収容した状態を示す拡大図である。シール部材４は前記取付溝２４に嵌合し、前記止め輪５によって該取付溝２４内に係止される。前記止め輪５はバネ性を具備しており、円周方向に等配された複数の係止爪５０を取付溝２４の入り口近傍に形成された係止溝２５に引っ掛けることにより、シール部材４を取付溝２４内の奥に向けて付勢し、該取付溝２４内に固定する。

シール部材４をナット部材２の取付溝２４に対して隙間なく嵌合させると、取付溝２４やシール部材４の加工誤差に起因して、ねじ軸１とシール部材４との接触面圧が意図せずして大きくなり、ボールねじ装置の使用中にねじ軸１が熱膨張するといった不都合が想定される。このため、シール部材４はねじ軸１を基準として製作されており、ナット部材２の取付溝２４の内径に対しては公差を有している。従って、シール部材４を取付溝２４に嵌合させると、かかるシール部材４の外周面、すなわち前記突条４４の先端面と取付溝２４の内周面との間に公差に対応した隙間が生じることになる。この隙間の大きさは取付溝２４の内径の大きさによって異なったものとなる。

前述の如くシール部材４はナット部材２の両端において隙間なくねじ軸１の表面と面接触しているので、かかるねじ軸１が回転すると、ナット部材２の内部でねじ軸１の表面に付着していた潤滑剤はシール部材４によって掻き取られ、掻き取られた潤滑剤はシール部材４を伝わってナット部材１と該シール部材４の隙間に流動する。

しかし、外周面に複数のスロット４５が形成されたシール部材４をナット部材２の取付溝２４に収容すると、シール部材４の外周面に設けられた各突条４４が取付溝２４の内周面と対向することで、ナット部材２とシール部材４との間に複数の微小オリフィスが構成され、かかるオリフィスによってナット部材２とシール部材４との隙間に入り込んできた潤滑剤の圧力は減じられることになる。このため、複数の微小オリフィスが繰り返し設けられていることで、ナット部材２の内部から外部へ流出する潤滑剤の圧力は次第に減じられ、結果的にシール部材４とナット部材２との隙間から潤滑剤が外部へ漏出するのを可及的に防止することができるものである。

これは所謂ラビリンスシールと同じ効果であり、それ故、図３に示すシール部材４は、ねじ軸１に対しては接触式シール、ナット部材２に対しては非接触のラビリンスシールとして機能し、それによってナット部材２の内部から外部へ潤滑剤が漏出するのを効果的に防止している。

尚、この第１実施例のシール部材４において、その外周面に形成される突条４４の形状は図４に示すような断面矩形状のものに限られず、ナット部材の取付溝と相まって微小オリフィスを形成し得るものであれば、その形状は適宜変更して差し支えない。

次に、図５は本発明のシール部材の第２実施例を示すものである。このシール部材６は前記シール部材４と同様にリング状に形成され、その中心には前記ねじ軸１が挿通される貫通孔６０が形成されている。かかる貫通孔６０を囲むシール部材６の内周面にはねじ軸１のボール転動溝１１に嵌合する突部６２が螺旋状に形成されており、前記貫通孔６０にねじ軸１を適合させると、シール部材６の内周面とねじ軸１の表面が隙間なく面接触するようになっている。また、シール部材６の円周上の一カ所には半径方向に傾斜してスリットが形成されており、シール部材６を前記スリットにおいて拡開させるようにしてねじ軸１に適合させることができ、シール部材６が適度な圧接力でねじ軸１を締めつけるように構成されている。

この第２実施例のシール部材６の外周面には突条は形成されておらず、かかる外周面は滑らかな週面となっている。もっとも、シール部材６をナット部材２の取付溝２４に嵌合させると、かかるシール部材６の外周面と取付溝２４の内周面との間に公差に対応した隙間が生じる点は第１実施例と同じである。

また、シール部材６の軸方向の一側面には円筒壁６３が軸方向へ延びるようにして立設されており、かかる円筒壁６３はシール部材６の貫通孔６０を外径側から取り囲んでいる。

このように構成されたシール部材６は、前記円筒壁６３を先頭にしてナット部材２の取付溝２４に収容される。図６は前記シール部材６を取付溝２４に収容した状態を示す拡大図である。シール部材６は前記取付溝２４に嵌合し、前記止め輪５によって該取付溝２４内に係止される。前記止め輪５はバネ性を具備しており、円周方向に等配された複数の係止爪５０を取付溝２４の入り口近傍に形成された係止溝２５に引っ掛けることにより、シール部材６を取付溝２４内の奥に向けて付勢し、該取付溝２４内に固定する。すなわち、止め輪５をナット部材２の係止溝２５に嵌合させることにより、シール部材６の円筒壁６３の先端がナット部材２の取付溝２４の最深部の側壁２６に突き当たるようになっている。

前記円筒壁６３は薄く形成されているので、その先端の面積は小さく、かかる円筒壁６３の先端を取付溝２４の側壁２６に突き当てると、両者の接触面圧は高くなり、円筒壁６３の先端をナット部材２に対して確実に密着させることができる。これにより、シール部材６によってねじ軸１から掻き取られた潤滑剤がシール部材６とナット部材２との隙間から外部へ漏出するのを可及的に防止することができる。

前記円筒壁６３の先端とナット部材２との間のシール性を良好なものにするためには、前記円筒壁６３の先端部を厚さが徐々に薄くなるリップ状に形成し、かかるリップ部を取付溝２４の側壁２６に圧接させるのが好ましい。

Claims (6)

1. ボールを介してねじ軸とナット部材とが互いに螺合したボールねじ装置に使用され、かかるナット部材に装着されると共に、前記ねじ軸の外周面に面接触し、これらナット部材とねじ軸との隙間を密封するシール部材であって、
   リング状に形成されると共に、その外周面には周方向に沿って延びる複数の突条が形成され、
   前記ねじ軸を囲むようにして前記ナット部材の軸方向端面に形成された取付溝に収容されると共に、前記突条の先端面と前記取付溝の内周面とが隙間を介して対向し、当該隙間が微小オリフィスを形成し、
   前記ナット部材に固定された止め輪によって該ナット部材に係止されることを特徴とするシール部材。
2. 前記突条はシール部材の外周面に複数のスロットを形成することで設けられていることを特徴とする請求項１記載のシール部材。
3. 外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、多数のボールを介して前記ねじ軸に螺合するナット部材と、前記ねじ軸を囲むように前記ナット部材の軸方向端面に形成された取付溝に収容されると共に、前記ねじ軸の外周面に面接触し、前記ナット部材とねじ軸との隙間を密封するシール部材とを備えたボールねじ装置において、
   前記シール部材は、請求項１記載のシール部材であることを特徴とするボールねじ装置。
4. ボールを介してねじ軸とナット部材とが互いに螺合したボールねじ装置に使用され、かかるナット部材に装着されると共に、前記ねじ軸の外周面に面接触し、これらナット部材とねじ軸との隙間を密封するシール部材であって、
   リング状に形成されると共に、その軸方向の一側面には円筒壁が立設され、
   前記ねじ軸を囲むようにして前記ナット部材の軸方向端面に形成された取付溝に収容され、外周面と前記取付溝の内周面との間に隙間が形成される一方、前記円筒壁の先端がナット部材の取付溝の側壁に突き当てられ、
   前記ナット部材に固定された止め輪によって該ナット部材に係止されることを特徴とするシール部材。
5. 前記ナット部材に突き当てられる円筒壁の先端部にシールリップ部が設けられていることを特徴とする請求項４記載のシール部材。
6. 外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、多数のボールを介して前記ねじ軸に螺合するナット部材と、前記ねじ軸を囲むように前記ナット部材の軸方向端面に形成された取付溝に収容されると共に、前記ねじ軸の外周面に面接触し、前記ナット部材とねじ軸との隙間を密封するシール部材とを備えたボールねじ装置において、
   前記シール部材は請求項４記載のシール部材であり、軸方向へ付勢された状態で前記取付溝に収容されていることを特徴とするボールねじ装置。

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