JP4985844B2

JP4985844B2 - ボールねじ装置およびその製造方法

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Publication number: JP4985844B2
Application number: JP2010266655A
Authority: JP
Inventors: 大輔黒岩; 吉章矢野; 雅弘信朝
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2026-08-11
Also published as: JP2011043244A

Description

本発明は、例えばステアリング装置や重量物移動用装置、加工用機械、精密位置決め装置などの機械要素として不可欠なボールねじ装置およびボールねじ装置の製造方法に関するものである。

係るボールねじ装置は、螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸をナットに挿通し、そのねじ溝を転動循環する複数のボールによってナットとねじ軸相互の相対移動をスムーズにするものであるが、運転中のボールねじ装置内に粉塵や切削粉などの異物が侵入すると、そのねじ溝面の摩耗を促進したり、あるいは圧痕を生じたりして異常な振動や騒音を発生し、ボールねじ本来の精度や性能を劣化させるだけでなく、ときには破損に至る事例も見受けられる。

そのため、このようなボールねじ装置に対して外部からの異物の侵入を防ぐためには、従来からそのナット端部にフェルトワイパーシールやラビリンスシールを設けたり、ねじ軸全体を蛇腹などの種々のカバーで覆ってしまう方法、あるいはそれらの併用する方法などが一般的に用いられている。
また、最近では以下の特許文献１などに示すように、リップシールなどと称される接触シールをナットの端面に取り付けたものも用いられるようになってきており、これによって従来よりも防塵性能に優れ、しかもシール部の摩擦トルクの発生も少ないといった優れた長所を発揮できることが知られている。

すなわち、このリップシールは、例えば、ポリエステルエラストマやポリビニルクロライドなどの可撓性材料からなる厚さ１ｍｍ程度のドーナツ盤形のシール部材であり、その内径面がねじ軸表面およびそのねじ溝表面に常に密着することでナットとねじ軸との隙間を完全に塞いでその部分からの粉塵や切削粉などの異物の侵入を確実に防止するようにしている。

そして、例えば図１６および図１７に示すように、このようなドーナツ盤形の接触シールＳは、ねじ軸１０が貫通するボールナット２０の端面に取り付けられる固定キャップＣのフランジＦ面に、押さえ板Ｌなどを介して複数（図では４つ）の固定ねじＰによって取り付けられるようになっている。
また、さらにナット２０とねじ軸１０などとの潤滑性を向上させる場合には、この固定キャップＣをさらにその軸方向に延長させてその内側に潤滑剤を染み込ませたリング状の含油部材４０を嵌め込むようにしたボールねじ装置も多く用いられている。

特開２００２−７０９７９号公報

ところで、このように厚さが１ｍｍ程度のドーナツ盤形の可撓性の接触シールを用いる場合には、この接触シールをねじ軸に対して精度良く取り付ける必要があるが、従来ではねじ軸にナットを取り付けた後で、その固定キャップの外側から手作業で取り付け位置を調整するようにしている。
しかしながら、このような取り付け方法では、ナットとねじ軸を組み合わせた後の工程となるため、工数がかかる上に作業者の熟練度により品質にバラツキが生じるといった問題があった。

また、この固定キャップは、丸棒からの削り出しによって形成されているため、材料の８０〜９０％が屑となってしまい、材料の無駄が多いなどといった問題もある。
そこで、本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、その主な目的は、接触シールをねじ軸に対して容易かつ精度良く取り付けることができる新規なボールねじ装置およびその製造方法を提供するものである。

前記課題を解決するために請求項１の発明は、
ねじ軸が貫通するナット端面にシール体を備えたボールねじ装置であって、前記シール体は、前記ねじ軸を貫通すると共にその内周面が当該ねじ軸表面に密着するドーナツ盤形の接触シールと、当該接触シールを前記ナットの端部に取り付けるための固定キャップとからなり、かつ、当該固定キャップは、前記ナット端面に取り付けられる筒状のキャップ本体と、当該キャップ本体の端部から径方向内方に連続するフランジ面と、周縁部が直角に盛り上がったドーナツ盤状に形成され、その内径が前記接触シールの外径と同一とされ、前記周縁部の内部に前記接触シールを嵌合させて取り付けるキャップ部材とを有し、当該接触シールを取り付けたキャップ部材を前記フランジ面の外側に嵌め込んでなることを特徴とするボールねじ装置である。

また、請求項２の発明は、
請求項１に記載のボールねじ装置の製造方法において、周縁部が直角に盛り上がったドーナツ盤状に形成され、その内径が前記接触シールの外径と同一とされたキャップ部材の前記周縁部の内部に前記接触シールを嵌合させて取り付け、
前記接触シールを嵌合したキャップ部材を、前記周縁部が前記固定キャップのフランジ面に対向する向きで前記フランジ面の外側に嵌合させて前記接触シールを前記固定キャップに取り付けて前記シール体を形成した後、
当該シール体に、前記ナットを備えたねじ軸を貫通させて、前記固定キャップの前記フランジ面の反対の端部内周面を前記ナット端面の印ろう部に嵌合して取り付けることを特徴とするボールねじ装置の製造方法である。

本発明によれば、請求項１に示すように、前記接触シールを嵌合したキャップ部材を前記固定キャップのフランジ面の外側に嵌合して前記接触シールを前記固定キャップに取り付けて前記シール体を形成したため、固定キャップと接触シールの同芯度を容易に確保できる。
そして、このような接触シールを備えたシール体を前記ナットを備えたねじ軸を貫通させてそのシール体を前記ナット端面の印ろう部に嵌合して取り付けることで、容易かつ精度良く接触シールをねじ軸に対して取り付けることができる。

これにより、ナットとねじ軸とを組み合わせた後の接触シールの位置調整などの作業が不要となる。
また、このシール体の固定キャップをプレス成形することにより、削り出し成形のような無駄な削り屑などが発生しなくなる。また、この固定キャップの筒状のキャップ本体を簡単にテーパ状に成形することができるため、接触シールをその内部に嵌合して押し込むだけでその接触シールの外径面が締め付けられてガタのない取り付けが可能となる。

また、プレスにより薄肉部材での成形が可能となるので、ナット端面の印ろう部への嵌合もその固定キャップの径方向の弾性変形を利用してガタのない組み付けが可能となる。
また、さらにその固定キャップ内の接触シールと前記ナット端面との間にリング状の含油部材を嵌遊させることで、十分な潤滑性を長期に亘って発揮することができる。

第１の実施の形態に係るボールねじ装置を示す断面図である。第１の実施の形態に係るボールねじ装置を示す正面図である。（Ａ）は第１の実施の形態に係る含油部材を示す断面図、（Ｂ）はその正面図である。（Ａ）は第１の実施の形態に係る固定キャップを示す断面図、（Ｂ）はその正面図である。（Ａ）は第１の実施の形態に係る接触シールを示す断面図、（Ｂ）はその正面図である。（Ａ）は第１の実施の形態に係る押さえ板を示す断面図、（Ｂ）はその正面図である。第１の実施の形態に係るボールねじ装置の変形例を示す断面図である。第１の実施の形態に係るボールねじ装置の変形例を示す断面図である。図８に示すボールねじ装置の正面図である。第１の実施の形態に係るボールねじ装置の変形例を示す断面図である。図１０に示すボールねじ装置の正面図である。第２の実施の形態に係るボールねじ装置を示す断面図である。第２の実施の形態に係るボールねじ装置を示す正面図である。第２の実施の形態に係るボールねじ装置の変形例を示す断面図である。第２の実施の形態に係るボールねじ装置の変形例を示す断面図である。従来のボールねじ装置の一例を示す断面図である。従来のボールねじ装置の一例を示す正面図である。

次に、本発明に係るボールねじ装置１００およびその製造方法の実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１〜図６は、本発明に係るボールねじ装置１００の第１の実施の形態を示したものである。
先ず、図１および図２に示すように、このボールねじ装置１００は、表面に複数のボールＢが転動する螺旋状のねじ溝１１が形成されたロッド状のねじ軸１０と、このねじ軸１０が螺合して貫通するナット２０と、このナット２０の端面をシールするためのシール体３０とから主に構成されている。

そして、さらにこのシール体３０は、このねじ軸１０とナット２０との隙間をシールするための接触シール３１と、この接触シール３１をそのナット２０の端部に取り付けるための固定キャップ３２と、この部分に潤滑油などを供給するための含油部材４０とから主に構成されている。
先ず、この固定キャップ３２は、図４に示すようにねじ軸１０よりも十分に径大な筒状のキャップ本体３３と、このキャップ本体３３の端部から径方向内方（ねじ軸１０方向）に直角に連続するフランジ面３４とから構成されており、図１に示すようにこのフランジ面３４の内側に接触シール３１が取り付けられると共に、その反対の端部内周面が前記ナット２０端面から突出する印ろう部２１に嵌合され、その嵌合部外周側からねじ込まれる４つのキャップ固定ねじ２２、２２、２２、２２によってその印ろう部２１に固定されるようになっている。そして、この固定キャップ３２は、そのキャップ本体３３とフランジ面３４がプレス成形により一体成形されている。

一方、接触シール３１は、図５に示すように従来のものと同様にポリエステルエラストマやポリビニルクロライドなどの可撓性材料からなる厚さ１ｍｍ程度のドーナツ盤形をしており、前記ねじ軸１０を貫通すると共にその内周面がそのねじ軸１０の表面に密着することでねじ軸１０とナット２０との隙間を塞ぐように機能するようになっている。
また、さらにこの接触シール３１は、その外径が固定キャップ３２の内径とほぼ同一となっており、前記固定キャップ３２内に嵌め入れただけで両者の中心の芯合わせが容易かつ確実に行われるようになっている。

そして、この接触シール３１は、図６に示すようなこれよりやや径小なドーナツ盤形に形成された押さえ板３６によってその固定キャップ３２のフランジ面３４の内側に押さえ付けられ、４つの固定ボルト３５、３５、３５、３５によってその部分に固定されるようになっている。
なお、図５（Ｂ）に示すようにこの接触シール３１の内周面は、その一部（図では内周面上部）が前記ねじ軸１０のねじ溝１１の表面に接するようになっていることから、完全な真円形ではなく、ねじ溝１１内で隙間が発生しないようにその部分は径方向内方にややはみ出した形状となっている。また、図示する符号３１ａは、各固定ボルト３５が通過するボルト穴である。

他方、含油部材４０は、図３に示すように潤滑油を吸収保持するリング状に形成された材料から構成されており、このシール体３０を通過するねじ軸１０表面に潤滑剤を供給して適度な潤滑性を発揮するようになっている。なお、図１および図３に示すように、この含油部材４０の端面には凹部４１が形成されており、この凹部４１に接触シール３１を固定するための固定ボルト３５、３５、３５、３５のボルト頭が嵌め込まれることによってねじ軸１０との共回りが規制されるようになっている。

そして、このような構成したシール体３０を備えた本発明のボールねじ装置１００にあっては、シール体３０の一部を構成する固定キャップ３２内にドーナツ盤形の接触シール３１を嵌合してその固定キャップ３２のフランジ面３４の内側に取り付けるようにしたため、固定キャップ３２と接触シール３１の芯合わせを容易かつ確実に行うことができる。
そして、このような接触シール３１を備えたシール体３０を前記ナット２０を備えたねじ軸１０を貫通させてそのナット２０端面の印ろう部２１に嵌合して取り付けることで、容易かつ精度良く接触シール３１をねじ軸１０に対して取り付けることができる。

これにより、ナット２０とねじ軸１０とを組み合わせた後の接触シール３１の位置調整などの作業が不要となるため、作業員ごとの品質のバラツキなどを解消できると共にその組み立て作業を効率良く行うことが可能となる。
また、このシール体３０の固定キャップ３２はその形状がいずれの部位においても均一であるため、プレス成形によって一体成形することが可能となるため、従来の削り出し成形のような無駄な削り屑なども発生しなくなる。

また、この固定キャップ３２をプレスによって形成するに際しては、その筒状のキャップ本体３３を容易にテーパ状に成形することができるため、接触シール３１をその内部に嵌合して押し込むだけでその接触シール３１の外径面が締め付けられてガタのない取り付けが可能となる。
また、プレスにより薄肉部材での成形が可能となるので、ナット２０端面の印ろう部２１への嵌合もその固定キャップ３２の径方向の弾性変形を利用してガタのない組み付けが可能となる。

また、さらにその固定キャップ３２内の接触シール３１とナット２０端面との間にリング状の含油部材４０を嵌遊させることで、十分な潤滑性を長期に亘って発揮することができる。
なお、本実施の形態では、シール体３０の固定キャップ３２内に、リング状の含油部材４０を備えた例で説明したが、他の手段により潤滑油が十分に確保できる場合には、図７に示すようにこの含油部材４０を省略しても良く、この場合は、そのシール体３０の大きさをコンパクトにすることが可能となる。

また、本実施の形態の変形例として、図８および図９に示すように、接触シール３１を固定するための固定ボルト３５、３５、３５、３５を固定キャップ３２のフランジ面３４側からねじ込むようにしたり、あるいは図１０および図１１に示すようにキャップ本体３３側から含油部材４０側に固定ボルト３７、３７を貫通させてその共回り防止するようにしても良い。

次に、図１２および図１３は、本発明に係るボールねじ装置１００の第２の実施の形態を示したものである。
図示するように、このボールねじ装置１００は、ねじ軸１０が螺合して貫通するナット２０の端面をシールするためのシール体３０として、前述したようなドーナツ盤形の接触シール３１を前述した固定キャップ３２のフランジ面３４の外側にキャップ部材３８によって取り付けるようにしたものである。

すなわち、このキャップ部材３８は、図１３に示すようにその周縁部が直角に盛り上がったドーナツ盤状に形成されており、その内径が前記の接触シール３１の外径と同一となっている。従って、その内部にその接触シール３１を嵌め込むだけで容易に両者の芯合わせが行われるようになっている。
そして、図１２に示すように、前記固定キャップ３２の角部には、前述したナット２０の印ろう部２１に機能的に相当するリング状の嵌合溝３９が形成されており、この嵌合溝３９に対して前記キャップ部材３８の周縁部が嵌め込まれるようになっている。

従って、図１２に示すようにこのキャップ部材３８を固定キャップ３２の角部に嵌め合わせることで、キャップ部材３８と固定キャップ３２との芯合わせ、ひいてはキャップ部材３８に嵌め込まれた接触シール３１とねじ軸１０との芯合わせが容易かつ確実に行われるようになっている。
これにより、前記第１の実施の形態と同様にナット２０とねじ軸１０間を確実にシールすることができることは勿論、その接触シール３１の組込み工数の削減や組込み精度のバラツキなどといった不都合を解消できる。

なお、図中４０は、前述した含油部材であり、このキャップ部材３８を接触シール３１と共に固定キャップ３２側に固定する固定ボルト３５によって共回りを防止される他、図１４に示すようにキャップ本体３３側から貫通する固定ボルト３７、３７によって共回りを防止されたり、あるいは図１５に示すように場合によっては省略した構成であっても良い。

１００…ボールねじ
１０…ねじ軸
２０…ナット
２１…印ろう部
３０…シール体
３１…接触シール
３２…固定キャップ
３３…キャップ本体
３４…フランジ面
３６…押さえ板
３８…キャップ部材
４０…含油部材
Ｂ…ボール

Claims

ねじ軸が貫通するナット端面にシール体を備えたボールねじ装置であって、
前記シール体は、
前記ねじ軸を貫通すると共にその内周面が当該ねじ軸表面に密着するドーナツ盤形の接触シールと、当該接触シールを前記ナットの端部に取り付けるための固定キャップとからなり、
かつ、当該固定キャップは、前記ナット端面に取り付けられる筒状のキャップ本体と、当該キャップ本体の端部から径方向内方に連続するフランジ面と、周縁部が直角に盛り上がったドーナツ盤状に形成され、その内径が前記接触シールの外径と同一とされ、前記周縁部の内部に前記接触シールを嵌合させて取り付けるキャップ部材とを有し、当該接触シールを取り付けたキャップ部材を前記フランジ面の外側に嵌め込んでなることを特徴とするボールねじ装置。
請求項１に記載のボールねじ装置の製造方法において、
周縁部が直角に盛り上がったドーナツ盤状に形成され、その内径が前記接触シールの外径と同一とされたキャップ部材の前記周縁部の内部に前記接触シールを嵌合させて取り付け、
前記接触シールを嵌合したキャップ部材を、前記周縁部が前記固定キャップのフランジ面に対向する向きで前記フランジ面の外側に嵌合させて前記接触シールを前記固定キャップに取り付けて前記シール体を形成した後、
当該シール体に、前記ナットを備えたねじ軸を貫通させて、前記固定キャップの前記フランジ面の反対の端部内周面を前記ナット端面の印ろう部に嵌合して取り付けることを特徴とするボールねじ装置の製造方法。