JP5807380B2 - ボールねじ - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじに関するものであり、特にボールねじ軸の軸線方向端部からシール部材を当該ボールねじ軸の外周に嵌め被せてボールねじナットの軸線方向端部に取付けて使用する場合に好適なものである。

ボールねじは、ボールねじ軸に雄ボールねじ溝を形成すると共に、ボールねじナットに雌ボールねじ溝を形成し、それら雌雄ボールねじ溝間にボール（転動体）を介装し、ボールが転動することにより滑らかな回転−直動運動を可能とするものである。ボールと雌雄ボールねじ溝との間に異物が介入すると滑らかな回転−直動運動を確保できないので、例えばボールねじナットの軸線方向端部にシール部材を取付け、シール外周部の内周に設けられたシールリップの内側先端部を雄ボールねじ溝の内部を含めてボールねじ軸の外形面に接触させ、もって異物の侵入を防止する場合もある。同様に、ボールねじナットの軸線方向端部にシール部材を取付け、例えばボールねじナットの内部に供給された潤滑剤の外部への漏れを防止し、内部に密封する場合もある。

このようなシール部材をボールねじナットの軸線方向端部に取付ける際、ボールねじ軸の軸線方向端部からシール部材を外周に嵌め被せて押し込む場合がある。そのため、例えば薄板状で弾性を有するシール部材の径方向にすり割りを設け、このすり割りからシール部材を押し開いてボールねじ軸の外周に嵌め被せるようにするものがある。また、下記特許文献１では、ボールねじナットの雄ボールねじ溝の外周エッジに面取りを施すようにしている。

特開２００６−３００１９２号公報

しかしながら、すり割りから押し開いてボールねじ軸の外周に嵌め被せたシール部材はボールねじナットに取付けられた後もすり割り部分が開いており、シール性が不完全である。また、前記特許文献１に記載されるボールねじでは、雄ボールねじ溝の不完全ねじ部にはエッジが残存するため、ボールねじ軸の軸線方向端部に不完全ねじ部が存在する場合、シール部材をボールねじ軸の軸線方向端部から当該ボールねじ軸の外周面に嵌め被せるとき、シール部材が損傷しやすい。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、シール部材によるシール性が良好で且つシール部材をボールねじ軸の外周に軸線方向端部から嵌め被せやすいボールねじを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のボールねじは、ボールねじ軸に形成された雄ボールねじ溝とボールねじナットに形成された雌ボールねじ溝との間に複数のボールを介装し、ボールねじ軸のボールねじ軸線方向端部から当該ボールねじ軸の外周に嵌め被せたシール部材をボールねじナットのボールねじ軸線方向端部に取付け、前記シール部材のシール外周部の内側のシールリップの内側先端部がボールねじ軸の外形面に接触するボールねじであって、前記シール部材が嵌め被せられる経過中のボールねじ軸の最大外周長さをＬｂ、前記シールリップの内側先端部の内周長さをＬｓとした場合、前記シール部材は、前記ボールねじ軸の外周に嵌め被せる前はＬｂ＞Ｌｓで、当該ボールねじ軸の外周に嵌め被せている間はＬｂ≦Ｌｓとなる弾性を有することを特徴とするものである。

また、前記シールリップを内装する内穴が形成された補強心材をシール部材のシール外周部に設ける場合であって、前記心材の内穴輪郭に内接する最大内接円直径をＤｆｍａｘ、前記シール部材が嵌め被せられる経過中のボールねじ軸の最大直径をＤｂ、シールリップの厚さをｔｓとした場合、Ｄｆｍａｘ＞Ｄｂ＋２ｔｓを満たすことを特徴とするものである。

また、前記ボールねじ軸の雄ボールねじ溝の不完全ねじ部に面取りを施したことを特徴とするものである。
また、前記シール部材が外周に嵌め被せられるボールねじ軸の面取りを含まない端面の直径Ｄｂは前記シールリップの内側先端部の最大直径Ｄｓｍａｘよりも大きいことを特徴とするものである。
また、前記シール部材が外周に嵌め被せられるボールねじ軸の端面と雄ボールねじ溝とのエッジ部に面取りを施したことを特徴とするものである。

而して、本発明のボールねじによれば、シール部材が嵌め被せられる経過中のボールねじ軸の最大外周長さをＬｂ、シールリップの内側先端部の内周長さをＬｓとした場合、シール部材は、ボールねじ軸の外周に嵌め被せる前はＬｂ＞Ｌｓで、当該ボールねじ軸の外周に嵌め被せている間はＬｂ≦Ｌｓとなる弾性を有する構成としたため、シール部材をボールねじ軸の外周に軸線方向端部から嵌め被せやすく、シール部材に径方向のすり割りを設ける必要のないことからシール性がよい。

また、シールリップを内装する内穴が形成された補強心材をシール部材のシール外周部に設ける場合に、心材の内穴輪郭に内接する最大内接円直径をＤｆｍａｘ、シール部材が嵌め被せられる経過中のボールねじ軸の最大直径をＤｂ、シールリップの厚さをｔｓとした場合、Ｄｆｍａｘ＞Ｄｂ＋２ｔｓを満たすこととしたため、シールリップを損傷することなく、シール部材をボールねじ軸の外周に軸線方向端部から嵌め被せやすい。

また、ボールねじ軸の雄ボールねじ溝の不完全ねじ部に面取りを施したことにより、シール部材をボールねじ軸の軸線方向端部から嵌め被せたときにシールリップが損傷しにくい。
また、シール部材が外周に嵌め被せられるボールねじ軸の面取りを含まない端面の直径Ｄｂをシールリップの内側先端部の最大直径Ｄｓｍａｘよりも大きくしたことにより、シール部材の損傷を抑制防止することができる。

また、シール部材が外周に嵌め被せられるボールねじ軸の端面と雄ボールねじ溝とのエッジ部に面取りを施したことにより、シール部材をボールねじ軸の外周に軸線方向端部から嵌め被せた場合でもシールリップが損傷しにくい。

本発明のボールねじの第１実施形態を示す構成図である。 図１のボールねじ軸とシール部材の詳細図である。 図１のシール部材のシール外周部に補強心材を設ける場合の詳細図である。 図１のボールねじ軸の詳細図である。 図１のボールねじ軸とシール部材の詳細図である。 本発明のボールねじの第２実施形態を示す構成図である。 図６のボールねじ軸とシール部材の詳細図である。 従来のシール部材の詳細図である。 従来のボールねじ軸とシール部材の詳細図である。 従来のボールねじ軸とシール部材の詳細図である。

次に、本発明のボールねじの実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示すボールねじの構成図であり、図１ａは左側面図、図１ｂは正面図である。図中の符号１はボールねじ軸、符号２はボールねじナットであり、ボールねじ軸１には雄ボールねじ溝３が、ボールねじナット２には図示しない雌ボールねじ溝が形成され、雄ボールねじ３と雌ボールねじ溝の間に図示しない複数のボールが介装されている。例えばボールねじナット２の回転を規制しながらボールねじ軸１を回転するとボールねじナット２が直動する。このとき、雄ボールねじ溝３と雌ボールねじ溝間に介装されているボールが転動するため、滑らかな回転−直動運動が達成される。

本実施形態のボールねじ軸１は、図１ｂの右方端部にフランジ４が形成されており、ボールねじナット２をボールねじ軸１の図１ｂの左方端部から組付けた後、シール部材５をボールねじ軸１の外周に図１ｂの軸線方向左方端部から同図の矢印方向、即ち右方に嵌め被せてボールねじナット２の軸線方向左方端部のシール収納部６に取付ける。また、ボールねじ軸１の雄ボールねじ溝３形成部の軸線方向図示両端部では、雄ボールねじ溝３が所謂切り上がっていて、雄ボールねじ溝３のない、ボールねじ軸１の外周面そのものの部分や、雄ボールねじ溝３の不完全ねじ部９が存在する。なお、図１ｂのボールねじナット２の軸線方向右方端部のシール収納部６内には予め図示しないシール部材が取付けられている。また、図中の符号７は雌雄ボールねじ溝を潤滑するための潤滑油の給油穴、符号８は排油穴である。

図２は、図１のボールねじ軸１とシール部材５の詳細図であり、図２ａは左側面図、図２ｂは正面図である。本実施形態のシール部材５は、例えば図２に示すように、シール外周部１０と、その内側のシールリップ１１が同一素材からなる。シール部材５の素材としてはゴムやエラストマーが挙げられる。本実施形態のような薄板状のシール部材５がボールねじナット２の軸線方向端部に取付けられる場合、シール部材５のシールリップ１１の内側先端部が対向するボールねじ軸１の外形は、ボールねじ軸１自体の外周面であったり、雄ボールねじ溝３の溝内であったり、溝底であったりする。そのため、シールリップ１１の内側先端部は、例えば図２ａに実線で示すような形状をしている。なお、図２ａの最も内側の実線の円は便宜的に雄ボールねじ溝３の溝底を示し、図２ａの破線の円はボールねじ軸１の外周面を示す。

例えば図２ａに示すシールリップ１１の場合、雄ボールねじ溝３の溝内に接触する部分が、ボールねじ軸１の外周面に接触する部分よりも内側に張り出しているので、シール部材５をボールねじ軸１の外周に軸線方向図示左方端部から嵌め被せる場合には、雄ボールねじ溝３の内部に接触する部分の方がボールねじ軸１の外周面に接触する部分よりも大きく変形する。なお、シール部材５がシール性を発揮するためには、シール部材５をボールねじ軸１の外周に嵌め被せた後、シールリップ１１の内側先端部が少し変形してボールねじ軸１の外形面に所定の弾性力で接触する必要がある。このシールリップ１２の変形代が、例えば図２ｂのボールねじ軸１の外周面とのオーバーラップ部分であり、本実施形態ではしめ代とも記す。

本実施形態では、シールリップ１２の内側先端部の内周長さをＬｓ、シール部材５が嵌め被せられる経過中のボールねじ軸１の最大外周長さ（ボールねじ軸１の外周面及び雄ボールねじ溝３の溝内面を含む）をＬｂとしたとき、シールリップ１２の内側先端部は前記しめ代を有するので、シール部材５をボールねじ軸１の外周に嵌め被せる前はＬｂ＞Ｌｓが満たされなければならない。一方、シール部材５をボールねじ軸１の外周に嵌め被せている間は、シール部材５の弾性がＬｂ≦Ｌｓを満たすようにシールリップ１１の内側先端部が弾性変形範囲内で伸びればシール部材５が塑性変形したり、シールリップ１１が損傷したりすることがない。

図８は、従来のボールねじ軸１とシール部材５の詳細であり、図８ａは左側面図、図８ｂは正面図、図８ｃはボールねじ軸１の外周に嵌め被せているときのシール部材５の右側面図である。なお、本実施形態と同等の構成には同等の符号を用いた。この従来のシール部材５には径方向にすり割り１０１が設けられており、シール部材５をボールねじ軸１の外周面に嵌め被せる際には、図８ｃに示すように、シール部材５をすり割り１０１から押し開く。前述したように、シール部材５のシールリップ１１の内側先端部にはしめ代があるので、シール部材５をボールねじ軸１の外周に嵌め被せた後も、厳密にはすり割り１０１は僅かに開いたままであり、シール性が不完全である。これに対し、本実施形態のシール部材５にはすり割りが不要であることからシール性に優れる。

図３は、シール部材５のシール外周部１０に補強心材１２を設ける場合の変形例であり、図３ａは左側面図、図３ｂは正面図、図３ｃはシール部材５をボールねじ軸１の外周に嵌め被せた後の心材１２の内穴１３とボールねじ軸１の外周面の状態説明図、図３ｄはシール部材５をボールねじ軸１の外周に嵌め被せているときの心材１２の内穴１３とボールねじ軸１の外周面の状態説明図である。心材１２は、シールリップ１１と同一素材であっても、別素材であってもよいが、心材であるからシールリップ１１よりも強度の高いことが望まれる。心材１２の内部には、シールリップ１１を内装する（両者が同一素材である場合は両者の接続部に相当する）内穴１３が設けられている。

例えば、シール部材５をボールねじ軸１の外周に嵌め被せた後、当該シール部材５をボールねじナット２の軸線方向端部に取付けると、図３ｃに示すように、シール部材５とボールねじ軸１は同心となり、心材１２の内穴１３がボールねじ軸１の外周面とオーバーラップする場合もある。しかしながら、シール部材５をボールねじ軸１の外周に嵌め被せているときには、図３ｄのように、シール部材５とボールねじ軸１が同心である必要はない。前述のように、心材１２はシールリップ１１よりも強度が高いので、シール部材５をボールねじ軸１の外周に嵌め被せているときに心材１２は変形しない、或いは変形しにくい。そこで、図３ｄに示すように、心材１２の内穴１３の輪郭に内接する最大内接円１４の直径をＤｆｍａｘ、シール部材５が嵌め被せられる経過中のボールねじ軸１の最大直径をＤｂ、シールリップ１２の厚さをｔｓとした場合、Ｄｆｍａｘ＞Ｄｂ＋２ｔｓを満たせば、シールリップ１２が心材１２の内穴１３とボールねじ軸１の外周面の間に挟まってしまうことがなく、従ってシールリップ１２を損傷することなく、シール部材５をボールねじ軸１の外周に嵌め被せやすい。

図４は本実施形態のボールねじ軸１の詳細図であり、図４ａは正面図、図４ｂは雄ボールねじ溝３の不完全ねじ部９の縦断面図である。図４ｂの雄ボールねじ溝３の縦断面図は、完全ねじ部と不完全ねじ部９の複数の縦断面図を積層状態に示している。本実施形態では、雄ボールねじ溝３の完全ねじ部だけでなく、不完全ねじ部９にも、ボールねじ軸１の外周面、所謂ランド部にできるエッジ部にＲ面取り１５を施した。面取り１５はＲ面取りに限らず、Ｃ面取りなどであってもよい。前記特許文献２には、雄ボールねじ溝３に面取りを施すことは記載されているが、雄ボールねじ溝３の不完全ねじ部９に面取りを施すことは記載されていない。実質的に、雄ボールねじ溝３に面取りを施す場合には、雄ボールねじ溝３と面取りを同時に加工する総型の切削用チップや砥石を用いて加工するが、不完全ねじ部では、これらの加工具の面取り部がワークであるボールねじ軸１の外周面、つまりランド部から離れてしまうため、面取り加工ができない。本実施形態では、個別の加工具を用いて、この雄ボールねじ溝３の不完全ねじ部９にも面取り１５を設けることにより、ボールねじ軸１の外周に軸線方向端部から嵌め被せられるシール部材５のシールリップ１１が不完全ねじ部９を通過する際の損傷を抑制防止することができる。

図５は、本実施形態のボールねじ軸１とシール部材５の詳細図であり、図５ａは図２と同等のシール部材５をボールねじ軸１の外周に嵌め被せている状態の説明図、図５ｂは図２のシール部材５の変形例をボールねじ軸１の外周に嵌め被せている状態の説明図である。本実施形態では、シール部材５はボールねじ軸１のうちの雄ボールねじ溝３が形成されている部分に嵌め被せられるのであるが、本実施形態では、この雄ボールねじ溝３形成部のボールねじ軸１に対するシール部材５のしめ代よりも当該雄ボールねじ溝３形成部のボールねじ軸１の軸線方向端面の面取り１６を小さくした。本実施形態のシール部材５は、シールリップ１１の内側先端部の径方向対向部が互いにボールねじ軸１の外周面に接触する部分も存在するので、ボールねじ軸１に対するシール部材５のしめ代よりもボールねじ軸１の軸線方向端面の面取り１６を小さくするためには、シール部材５が外周に嵌め被せられるボールねじ軸１の面取りを含まない端面の直径Ｄｂをシールリップ１１の内側先端部の最大直径Ｄｓｍａｘよりも大きくしなければならない。

図５ｂは、シール部材５のシールリップ１１が軸線方向図示右方に傾斜している、換言すればシール部材５の嵌め込み方向に傾斜している変形例であるが、この場合も含めて、シール部材５が外周に嵌め被せられるボールねじ軸１の面取りを含まない端面の直径Ｄｂをシールリップ１１の内側先端部の最大直径Ｄｓｍａｘよりも大きくすることにより、ボールねじ軸１に対するシール部材５のしめ代よりもボールねじ軸１の軸線方向端面の面取り１６を小さくすると、シールリップ１１の内側先端部が全周にわたって同時に変形する。このとき、前述のようにシールリップ１１の内側先端部の一部がその他の部分に対して内側に張り出しているような場合でも、シール部材５の中心とボールねじ軸１の中心をずらしてシール部材５をボールねじ軸１の外周に嵌め被せればよいので、シールリップ１１の変形量は局所的に大きくなったり小さくなったりすることがなく、シールリップ１１の内側先端部は、どの部分もシール部材５の嵌め込み方向と反対側に変形する。このようにシールリップ１１の内側先端部がシール部材５の嵌め込み方向と反対側に変形すれば、その変形量が弾性変形範囲を超えることがなく、従ってボールねじ軸１の外周に嵌め被せたシール部材５をボールねじナット２の軸線方向端部に取付けた後は、シールリップ１１は所定のしめ代でボールねじ軸１の外形面に接触する。

図９は、従来のボールねじ軸１とシール部材５の詳細図であり、図９ａは図２と同等のシール部材５をボールねじ軸１の外周に嵌め被せている状態の説明図、図９ｂは図２のシール部材５の変形例をボールねじ軸１の外周に嵌め被せている状態の説明図である。なお、同等の構成には同等の符号を用いた。また、図９ｂは、前記図５ｂと同様のシールリップ１１の変形例である。この従来例は、例えばシール部材５が外周に嵌め被せられるボールねじ軸１の面取りを含まない端面の直径Ｄｂをシールリップ１１の内側先端部の最大直径Ｄｓｍａｘよりも小さくすることにより、ボールねじ軸１に対するシール部材５のしめ代よりもボールねじ軸１の軸線方向端面の面取り１０２を大きくしたものである。

このようにボールねじ軸１に対するシール部材５のしめ代よりもボールねじ軸１の軸線方向端面の面取り１０２を大きくすると、例えば他の部分よりも内側に張り出したシールリップ１１の内側先端部はシール部材５を嵌め被せるボールねじ軸１の端面に接触しても、そのほかの部分は面取り１０２に位置して接触していないといった状態が生じる。その状態からシール部材５をボールねじ軸１の外周に嵌め被せると、シールリップ１１の最初にボールねじ軸１の端面に接触した部分のみが大きく変形し、そのほかの部分が変形しない（図９ｂ）場合や、変形方向が逆向きになる（図９ａ）場合がある。このような場合、何れもシールリップ１１の変形量が局所的に大きくなり、著しい場合には弾性変形範囲を超えて塑性変形したり損傷したりすることもある。そして、シールリップ１１が塑性変形したり損傷したりしてしまうと、当然ながらシール性が悪化してしまう。

本実施形態では、シール部材５が外周に嵌め被せられるボールねじ軸１の面取りを含まない端面の直径Ｄｂをシールリップ１１の内側先端部の最大直径Ｄｓｍａｘよりも大きくすることにより、ボールねじ軸１に対するシール部材５のしめ代よりもボールねじ軸１の軸線方向端面の面取り１６を小さくすることで、シールリップ１１の内側先端部の変形量が局所的に大きくなるのを回避し、もってシールリップ１１の塑性変形や損傷を抑制防止することができる。

図６は、本発明のボールねじの第２実施形態を示す正面図である。本実施形態では、ボールねじ軸１の雄ボールねじ溝３形成部の軸線方向図示左方端部に当該雄ボールねじ溝３が所謂切り通っている例である。このようにボールねじ軸１の軸線方向端部におるボールねじ溝３が切り通っている場合、図１０の従来例に示すように、シール部材５が外周に嵌め被せられるボールねじ軸１の端面に雄ボールねじ溝３のエッジ部が残っており、このエッジ部にシール部材５が接触してシールリップ１１が損傷することがあった。本実施形態では、図７に示すように、シール部材５が外周に嵌め被せられるボールねじ軸１の端面と雄ボールねじ溝３とのエッジ部に面取り１７を施し、シールリップ１１の損傷を抑制防止する構成とした。なお、面取り１７は、Ｃ面取りやＲ面取りが望ましいが、例えばグラインダなどによりエッジ部を除去してなだらかな形状としてもよい。

このように前記各実施形態のボールねじでは、シール部材５が嵌め被せられる経過中のボールねじ軸１の最大外周長さをＬｂ、シールリップ１１の内側先端部の内周長さをＬｓとした場合、シール部材５は、ボールねじ軸１の外周に嵌め被せる前はＬｂ＞Ｌｓで、当該ボールねじ軸１の外周に嵌め被せている間はＬｂ≦Ｌｓとなる弾性を有することとしたため、シール部材５をボールねじ軸１の外周に軸線方向端部から嵌め被せやすく、シール部材５に径方向のすり割りを設ける必要のないことからシール性がよい。

また、シールリップ１１を内装する内穴１３が形成された補強心材１２をシール部材５のシール外周部１０に設ける場合に、心材１２の内穴１３輪郭に内接する最大内接円１４の直径をＤｆｍａｘ、シール部材５が嵌め被せられる経過中のボールねじ軸１の最大直径をＤｂ、シールリップ１１の厚さをｔｓとした場合、Ｄｆｍａｘ＞Ｄｂ＋２ｔｓを満たすことにより、シールリップ１１を損傷することなく、シール部材５をボールねじ軸１の外周に軸線方向端部から嵌め被せやすい。

また、ボールねじ軸１の雄ボールねじ溝３の不完全ねじ部９に面取り１５を施したことにより、シール部材５をボールねじ軸１の軸線方向端部から嵌め被せたときにシールリップ１１が損傷しにくい。
また、シール部材５が外周に嵌め被せられるボールねじ軸１の面取り１６を含まない端面の直径Ｄｂをシールリップ１１の内側先端部の最大直径Ｄｓｍａｘよりも大きくしたことにより、シール部材５の損傷を抑制防止することができる。

また、シール部材５が外周に嵌め被せられるボールねじ軸１の端面と雄ボールねじ溝３とのエッジ部に面取り１７を施したことにより、シール部材５をボールねじ軸１の外周に軸線方向端部から嵌め被せた場合でもシールリップ１１が損傷しにくい。

１はボールねじ軸
２はボールねじナット
３は雄ボールねじ溝
４はフランジ
５はシール部材
６はシール収納部
７は給油穴
８は排油穴
９は不完全ねじ部
１０はシール外周部
１１はシールリップ
１２は心材
１３は内穴
１４は内接円
１５、１６、１７は面取り

Claims (4)

1. ボールねじ軸に形成された雄ボールねじ溝とボールねじナットに形成された雌ボールねじ溝との間に複数のボールを介装し、ボールねじ軸のボールねじ軸線方向端部から当該ボールねじ軸の外周に嵌め被せたシール部材をボールねじナットのボールねじ軸線方向端部に取付け、前記シール部材のシール外周部の内側のシールリップの内側先端部がボールねじ軸の外形面に接触するボールねじであって、前記シール部材が嵌め被せられる経過中のボールねじ軸の最大外周長さをＬｂ、前記シールリップの内側先端部の内周長さをＬｓとした場合、前記シール部材は、前記ボールねじ軸の外周に嵌め被せる前はＬｂ＞Ｌｓで、当該ボールねじ軸の外周に嵌め被せている間はＬｂ≦Ｌｓとなる弾性を有し、前記シール部材が外周に嵌め被せられるボールねじ軸の面取りを含まない端面の直径Ｄｂは前記シールリップの内側先端部の最大直径Ｄｓｍａｘよりも大きいことを特徴とするボールねじ。
2. 前記シールリップを内装する内穴が形成された補強心材をシール部材のシール外周部に設ける場合であって、前記心材の内穴輪郭に内接する最大内接円直径をＤｆｍａｘ、前記シール部材が嵌め被せられる経過中のボールねじ軸の最大直径をＤｂ、シールリップの厚さをｔｓとした場合、Ｄｆｍａｘ＞Ｄｂ＋２ｔｓを満たすことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記ボールねじ軸の雄ボールねじ溝の不完全ねじ部に面取りを施したことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ。
4. 前記シール部材が外周に嵌め被せられるボールねじ軸の端面と雄ボールねじ溝とのエッジ部に面取りを施したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のボールねじ。

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