JP5700127B2 - 転がりねじ用シール及び転がりねじ - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじやローラねじ等の転がりねじにおいてねじ軸周面を密封する転がりねじ用シールに関し、またそのシールを備えた転がりねじに関する。

従来、ボールねじやローラねじ等の転がりねじにおいては、ナットとねじ軸との間を密封する転がりねじ用シールが用いられている。その目的は、ねじ軸とナットのねじ溝部を塵芥等の侵入から保護し、またナット内部に供給されている潤滑油脂類を保持・密封する等にある。

このような転がりねじ用シールはナットの軸方向両端に設けられていて、そのリップ先端がねじ軸のねじ溝内に摺接するようになっている。ここで、シールのリップ部を軸方向に対して垂直に径方向内方へ延在させると、リップ部９０は図１３に示すような挙動をする。すなわち、ナットとねじ軸の相対運動に伴い、リップ部９０先端とねじ軸９１表面との摩擦によって、リップ部９０先端に対して、ねじ軸が移動する向きの力がかかり、リップ部９０がたわむことになる。このようにしてリップ部９０がたわむ方向は、異物などのシール対象がリップ部９０を押し上げシールを通過し易くする方向である。このため、このようなシールにおいては、軸方向のいずれの向きに対しても高いシール性能は得られない。
そこで、従来の転がりねじ用シールにおいては、リップ部を軸方向に垂直な面に対して傾斜を持たせることが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１３３９４４号公報

しかしながら、シールのリップ部を特許文献１に記載されるように軸方向に垂直な面に対して傾斜させると、図１４に示すように、リップ部２０の側面がねじ軸の溝部４０におけるランド端部３０に接触するという不具合がある。こうなると、接触部を支点としてリップ部２０がさらに傾斜するから、リップ先端２０ａが溝部４０の面から浮いてしまうという現象が発生する。この場合、リップ部２０先端２０ａが溝部４０から浮くのでシール性が損なわれ、シール対象（例えば異物）の通過が容易になり、作動性能の悪化や寿命の短縮化など、転がりねじの性能に悪影響を及ぼす。

このような問題に鑑みて、本発明は、ねじ軸の軸方向に垂直な面に対して傾斜させたリップの利点を維持しつつ、ねじ軸との意図しない接触を防止することができる転がりねじ用シール及びそれを利用した転がりねじを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、転がりねじのナットに固定される円環部と、この円環部の内側に連続して転がりねじのねじ軸に摺接するリップ部と、を有する転がりねじ用シールにおいて、前記リップ部は、前記円環部の内側に連続して形成されて前記ねじ軸の軸方向に垂直な面に対して傾斜している傾斜部と、その傾斜部における前記円環部から遠くの側に屈曲点を介して連続して前記傾斜角が小さくなる向きに屈曲して前記ねじ軸に摺接する屈曲部と
を有し、
前記屈曲部の長さは、前記傾斜部の長さに比して短く、かつ前記ねじ軸の溝部におけるランド端部に接触しない長さとされた転がりねじ用シールである。

本発明の第２の態様は、前記第１の態様において、前記屈曲部はねじ軸の軸方向に対して垂直をなすようにしてもよい。
本発明の第３の態様は、前記第１又は第２の態様において、前記屈曲部の径方向の長さを、取り付け対象となる転がりねじの転動体の直径の０．５％以上で３０％以下の範囲内にするとよい。

本発明の第４の態様は、前記第１ないし第３の態様のいずれか１つの態様において、転がりねじ用シールを、軟弾性部材で構成することができる。
本発明の第５の態様は、前記第１ないし第３のいずれか１つの態様において、前記リップ部における屈曲部の軸方向たわみ剛性を、前記リップ部における傾斜部のたわみ剛性よりも大きくするとよい。
本発明の第６の態様は、前記した第１ないし第５の態様の転がりねじ用シールを備えた転がりねじとするものである。

本発明によれば、ねじ軸の軸方向と垂直な面に対して傾斜させたリップ部の利点を維持しつつ、リップ部の側面がねじ軸のランド部に接触することを防止することができるようになったから、リップ部の先端がねじ軸の溝から離れないようにしてシール性能の向上を図ることができる。

本願の第１実施形態を示すねじ軸の軸方向の断面図である。 本願の第２実施形態を示すねじ軸の軸方向の断面図である。 図２の先端部長さを説明するねじ軸の軸方向の断面図である。 本願の第３実施形態を示すねじ軸の軸方向の断面図である。 本願の第４実施形態を示すねじ軸の軸方向の断面図である。 本願の第５実施形態を示すねじ軸の軸方向の断面図である。 本願の第６の実施形態を示すねじ軸の軸方向の断面図である。 本願の第７の実施形態を示すねじ軸の軸方向の断面図である。 （ａ）転がりねじ用シール全体を示す立面図である。（ｂ）転がりねじ用シール全体を示す断面図である。 転がりねじ用シールを循環チューブ方式のボールねじ機構に取り付けた状態を示す軸方向の断面図である。 リップ部のランド端部側に突起部を設けた参考例を示す断面図である。 リップ屈曲部先端の円弧形状表面とねじ軸表面によって画成されるくさび状空間を示す断面図である。 従来例を示す図であり、ねじ軸方向に対して垂直な方向に延びるリップの説明図である。 特許文献１に記載の例を示す図であり、軸方向に垂直な方向に対して傾斜したリップ部がランド端部に接触している様子を示すねじ軸方向の断面図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
この実施形態の転がりねじ用シールは転がりねじに用いるものである。転がりねじとは、回転運動を直線運動に変換する機構であって、ボールねじやローラねじ等をいう。転がりねじ機構は、外周にねじ溝を備えたねじ軸に、内周にねじ溝を備えたナット（雌ねじ部材）を、ボール又はローラを介して螺合させたものである。そこで、ねじ軸を回転させることにより、ナットを軸線方向へ移動させる。なお、逆にナットを回転させることによりねじ軸を進退させるものもある。

かかる転がりねじの一例として、図１０を参照しつつ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ねじ溝１ａを外周に有する軸部材である。ナット２は、ねじ軸１のねじ溝１ａに対応するねじ溝２ａを内周に有する円筒形の部材である。図示されていないが、ナット２の上面からねじ溝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、そのねじ溝１ａがナットのねじ溝２ａと対向するように配置され、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との一方が相対回転運動を行うと、ボール３の次の運動を伴いながら他方が軸方向に進退運動をする。つまり、ボール３は、ねじ溝１ａ、２ａ間に形成された転送路に沿って転動し、ボール循環チューブ４の端部に至る。ここでボール３はタング部（不図示）に案内されて転送路から前記チューブにすくい上げられて同チューブ４内に導かれ、そのチューブ内を通って反対端より転送路に戻るという循環を繰り返す。

ナット２の両端部には、転がりねじ用シール５が備えられ、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。転がりねじ用シール５は、固定ねじによりナット２に取り付けられている。
この転がりねじ用シール５は、図９に示す形状をしている。図９（ａ）は、転がりねじ用シール全体を示す立面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。図９において、リップ部１７は、一例として、後述する第３実施形態の形状を採用しているが、転がりねじ用シール５には図１ないし図８を用いて説明する第１ないし第７実施形態のリップ形状が適用される。

転がりねじ用シール５は、図９に示すように、全体として、前記ねじ軸１を通すための孔部を中央に設けたドーナツ状をしている。この転がりねじ用シール５は、ナット２の端部に嵌装され固定ねじによってナット端面に固定される円環部１６と、円環部１６の内周面から径方向内方へ延在し、ねじ軸に摺接するリップ部１７とから構成されている。
円環部１６は、ゴムやエラストマーなどの軟弾性部材から成る弾性部８と、弾性部８のナット側に配置され、鋼などの金属から成る芯金９とから構成されており、弾性部８と芯金９は接着されている。芯金９を備えることで転がりねじ用シール５は一定形状を保ち易くなる。

芯金９には、ナットに固定するための固定ねじを通すねじ孔部１０が３箇所設けられており、これに対応して、弾性部８には切欠き部１１が３箇所設けられている。このようにして、ねじ固定の際にねじ頭部とナット端部との間に弾性部８を介さずに、芯金９を直接ナットにねじ固定できるようにすることでより強固な固定を可能としている。
リップ部１７は、ゴムやエラストマーなどの軟弾性部材から成り、前記円環部１６の弾性部８と一体に形成されている。軟弾性部材であれば、ナットに外力が加わる等によってリップ部７のねじ軸への押し付け量が変化した場合においても、弾性変形することで安定したシール性能を発揮することが出来る。

リップ部１７の内周部である先端は、ねじ軸のねじ溝とランド部に隙間なく一定の押し付け力によって摺接することができるように、ねじ軸の断面に近い形状としている。したがって、ねじ溝に摺接する部分は中心点から近く、ランド部に摺接する部分は中心点から遠くなるように形成されている。リップ部１７の平面形状は、ねじ軸に形成されたねじ溝のピッチや形状等に応じて種々変更可能である。
円環部１６の内周面もリップ部１７の形状に合わせた形状をしている。したがって、リップ部７の径方向の長さは全周に渡って一定である。これにより、全周に渡って一定の押し付け力でシールすることが可能となる。

以下、転がりねじ用シール５に適用されるリップ部１７のねじ軸方向の断面形状について説明する。なお、断面形状は、全周に渡って以下の各実施形態のいずれかの断面形状とするのが良い。しかし、ねじ軸との意図しない接触を防止するという目的を達成するためには、ねじ軸のねじ溝と接触する部分のみ、以下の断面形状とすれば良い。その場合、それ以外の部分については、径方向の全長に渡って一定の傾斜角を持たせたリップ形状としても良いし、その他の形状としても良い。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る転がりねじ用シール５は図１に示される。すなわち、シール５は、円環部１６と、その内側のリップ部１７と含み、そのリップ部１７が円環部１６の径方向内側に連続する傾斜部１１２と、そこから屈曲してさらに径方向内側に延びる屈曲部１１３とから構成されている。屈曲部１１３の先端１１３ａの断面形状は円弧形状である。この円弧形状とすることで、摺接するねじ軸表面の接触角がシール性能に与える影響を小さくすることができる。屈曲点１５が傾斜部１１２と屈曲部１１３との境をなす。

傾斜部１１２は、ねじ軸１の軸方向に垂直な面に対して傾斜角を有しており、屈曲部１１３は屈曲点１５で屈折して傾斜角を小さくする方向に延びている。好ましくは、前記の傾斜角をゼロにしてねじ軸１の軸方向に対して垂直をなすようにしている。このような構成とすることで、リップ部１７がねじ軸１のランド３０端部を避けるようにして、その先端１１３ａをねじ溝１ａ内に接触させるため、図１４に示すような意図しない接触によるシール性能の低下を防ぐことができる。

また、傾斜部１１２を設けると、リップ部１７全体を軸方向に垂直な方向に伸ばした場合と比較して、径方向外方（図１において上方）へ向かう力に対しての剛性が低くなる。このため、転がりねじに外力がかかり、リップ部１７のねじ軸１に対する押し付け量が不均一になってもリップ部１７が追従することができる。これによって、シールトルクが上昇するのを防ぎ、安定したシール性能を発揮することが出来る。

さらに、傾斜部１１２を設けると、傾斜部１１２の先端側（図１において左側）からねじ軸が螺入する場合の剛性が、傾斜部１１２の根元側（図１において右側）からねじ軸が螺入する場合の剛性よりも高くなる。このため、後者に比べて前者の方がリップ部１７の屈曲部１１３をねじ軸１に押し付ける力が強くなり、シール性が高いこととなる。このようにシールに方向性を持たせることで、効率的なシールが可能となる。例えば、外部からの塵芥の侵入を防ぎたい場合には、リップ部１７の屈曲部がナットの外側に位置するように配置する。また、ナット内部からのグリースの漏出を防ぎたい場合には、リップ部１７の屈曲部１１３がナットの内側に位置するように配置する。これらのことで、シールトルクを抑えながらシールの目的を達成することができる。

さらに、傾斜したリップ部１７がねじ軸１のランド端部３０と意図しない接触をするのを避ける方法としては、図１１に示すものも考えられる。つまり、リップ部１７のランド端部側に突起部１１０を設ける等、リップ部１７の形状を特殊な形状とすることである。しかし、このような手段を採用した場合、リップ部１７の設計に制約が多くなり、設計の自由度が低下する。リップ部１７の形状は防塵性、密封性、耐久性などシールの特性に大きく影響する部分であるため、図１１のように突起部１１０を設けることは設計の自由度という観点からは望ましい形状とはいえない。本願発明のようにリップ部１７が途中で屈曲して傾斜部１１２と屈曲部１１３とを有する構成とすることで、リップ部１７の形状の制約が無くなる。その結果、後述する実施形態のように、用途に合わせて様々な屈曲部の形状を採用することが可能となる。

さらに、図１４に示すようにリップ部２０全体を傾斜させる場合には、傾斜角を大きくするほどランド部３０での干渉が起きやすくなる為、傾斜角の設計にも制約が生じるという欠点がある。これに対して、図１の第１実施形態のようにリップ部１７が傾斜部１１２と屈曲部１１３とを有する構成とすることで、傾斜角の設計の自由度も増加する。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る転がりねじ用シール５は、図２に示す通りである。ここでリップ部１７は、円環部１６からその径方向内側に延びる傾斜部１１２と、その内側の屈曲点１５で屈曲してさらに径方向内側に延びる屈曲部１１３とから構成されている。屈曲部１１３における先端１１３ａの断面形状は円弧形状である。

この第２実施形態の前記第１実施形態との違いは、屈曲部１１３の長さが傾斜部１１２の長さに比して短いことにあり、また屈曲部１１３の長さが転がりねじに用いる転動体の直径に比して短いことである。本願において「屈曲部長さ」又は「屈曲部の長さ」の定義を説明するための図が図３であり、ここにおいて符号１４で示すのが前記長さである。この長さ１４（屈曲部長さ又は屈曲部の長さ）はリップ部１７の屈曲点１５から先端１１３ａまでの、ねじ軸の軸方向と垂直な方向の長さと定義する。また、ここでいう「屈曲点１５」とは、リップ部１７の屈曲する２つの側面のうち、谷折りになる側面が屈曲した点をいうものと定義する。よって、この屈曲点１５から先端１１３ａまでの部分が本願において屈曲部１１３である。

屈曲部長さ１４は、転がりねじの転動体の直径の０．５％以上で３０％以下の範囲とすることが好ましい。この下限値を下回ると、長さ１４が短いためねじ軸のランド端部との意図しない接触を避けることが困難となる。逆に上限値を上回ると、ねじ軸表面との摩擦によってリップ部１７にねじ軸方向の力が加わったときに、図１３に示す傾斜角を持たないリップ９０に似たたわみが生じるため、傾斜部１１２を有する利点を発揮しにくい。したがって、屈曲部長さ１４は、ランド端部との意図しない接触を避けることができる範囲でできるだけ短い方が良い。なお、先端１１３ａの断面形状は、後述の図５、図６の例などのように前記円弧状でなくてもよいのは勿論である。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る転がりねじ用シール５は図４に示すとおりである。ここでリップ部１７は、円環部１６から径方向内側に延びる傾斜部１１２と、そこからさらに同方向に延びる屈曲部１１３とから構成されている。屈曲部１１３における先端１１３ａの断面形状は円弧形状である。

この実施形態の、前記第１、第２実施形態との違いは、屈曲部１１３を先端１１３ａへ向かうにつれて細くし、先端１１３ａの円弧形状の径を小さくしたことにある。先端１１３ａを円弧形状にした場合、摺接するねじ軸表面の接触角がシール性能に及ぼす影響を小さくすることができるというメリットがある。しかし、この場合、その摺接部に注目すると、図１２に示すように、その先端１１３ａの円弧形状表面１２０とねじ軸表面１２１とによって、くさび状空間１２２が画成されることとなり、このくさび状空間１２２があると異物が詰まり易くなる。そして、詰まった異物がやがてシールを押しのけてシールを通過することも生じ得る。そこで、本第３実施形態においては、先端の円弧形状の径を小さくすることにより、図１２におけるくさび状の空間１２２を小さくして異物が詰まりにくいものとしている。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る転がりねじ用シールは図５に示す通りである。すなわちシール５のリップ部１７は、円環部１６から延びる傾斜部１１２と、そこから屈曲してさらに延びる屈曲部１１３とから構成されている。
この第４実施形態の、前記第１ないし第３実施形態との違いは、屈曲部１１３の断面形状を尖らせた形状にして、先端１１３ａがねじ溝の面に線接触するようにしたことにある。これにより、円弧状の場合と比較して異物がリップ端部とねじ軸表面との間の隙間に入り込んでシールを通過することを防ぐことが可能となり、より高いシール性能を発揮することができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態に係る転がりねじ用シールは図６に示す通りである。すなわちそのシール５のリップ部１７は、円環部１６から延びる傾斜部１１２と、そこからさらに延びる屈曲部１１３とから構成されている。
この実施形態の、第１ないし第４実施形態との違いは、屈曲部１１３の断面形状を多角形状にしたことにある。これにより、円弧形状の場合と比較して異物がリップ端部とねじ軸表面との間のくさび状の隙間に入り込んでシールを通過することを防ぐことが可能となる。また、先端１１３ａを尖らせた場合と比較して、摺接するねじ軸表面の接触角がシール性能に及ぼす影響を小さくすることができるというメリットがある。

（第６実施形態）
ここで、シール５のリップ部１７における傾斜部１１２の径方向内側に屈曲部１１３を設けると次の事態を生じる可能性がある。つまり図１３を用いて前記したように、平板からなるシールと同様に屈曲部１１３のたわみ方向が管理できずに傾斜をつける意味がなくなる可能性も残る。そこで、図２、図３のように屈曲部１１３の長さが傾斜部１１の長さ又はここで使用される転動体の直径に比して小さく、且つ屈曲部１１３の厚みが傾斜部１１２の厚みと同一であれば、屈曲部１１３のたわみ剛性は傾斜部１１２に比して大きく、したがって屈曲部１１３でのたわみは無視できるほどに小さくなる。

これを示したのが第６の実施形態を示す図７であり、ここではリップ部１７を傾斜部１１２のみにした場合と同じ効果が期待でき、傾斜部１１２を形成したことの利点は維持される。よって、屈曲部１１３の剛性は少なくとも傾斜部１１２の剛性より大きいことが望ましい。

（第７実施形態）
図８は、本発明の第７の実施形態である。ここでは、屈曲部１１３のたわみ剛性を傾斜部１１２よりも大きくする手段として、図７のものに代えて屈曲部１１３の厚み寸法を同一材料からなる傾斜部１１２よりも大にしたものである。なお、屈曲部１１３のたわみ剛性を傾斜部１１２よりも大きくする手段としては、屈曲部１１３の材質を剛性の大なものにしたり、屈曲部１１３に別の部材を付加するなど、部材の剛性を大にするための他の周知手段を採用することもできるのは勿論である。
以上のように、本発明によれば、ねじ軸方向と垂直な方向に対して傾斜させたリップの利点を維持しつつ、ねじ軸との意図しない接触を防止することができる転がりねじ用シール及びこれを利用した転がりねじを提供することができる。

１ ねじ軸
１ａ ねじ溝（ねじ軸）
２ ナット
２ａ ねじ溝（ナット）
３ ボール
４ 循環チューブ
５ 転がりねじ用シール
８ 弾性部
９ 芯金部
１０ ねじ孔部
１１ 切欠き部
１４ 屈曲部長さ
１５ 屈曲点
１６ 円環部
１７ リップ部
９０ リップ部
９１ ねじ軸
１１０ 突起部
１１２ 傾斜部
１１３ 屈曲部
１１３ａ 先端
１２０ 円弧形状表面
１２１ ねじ軸表面
１２２ くさび状空間

Claims (6)

1. 転がりねじのナットに固定される円環部と、
   この円環部の内側に連続して転がりねじのねじ軸に摺接するリップ部と、
   を有する転がりねじ用シールにおいて、
   前記リップ部は、
   前記円環部の内側に連続して形成されて前記ねじ軸の軸方向に垂直な面に対して傾斜している傾斜部と、
   その傾斜部における前記円環部から遠くの側に屈曲点を介して連続して前記傾斜角が小さくなる向きに屈曲して前記ねじ軸に摺接する屈曲部と
   を有し、
   前記屈曲部の長さは、前記傾斜部の長さに比して短く、かつ前記ねじ軸の溝部におけるランド端部に接触しない長さとされたことを特徴とする転がりねじ用シール。
2. 前記屈曲部はねじ軸の軸方向に対して垂直をなすことを特徴とする請求項１に記載の転がりねじ用シール。
3. 前記屈曲部の径方向の長さを、取り付け対象となる転がりねじの転動体の直径の０．５％以上で３０％以下の範囲内にしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がりねじ用シール。
4. 軟弾性部材で構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の転がりねじ用シール。
5. 前記リップ部における屈曲部の軸方向たわみ剛性を、前記リップ部における傾斜部のたわみ剛性よりも大きくしたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の転がりねじ用シール。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の転がりねじ用シールを備えたことを特徴とする転がりねじ。

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