JP5821926B2 - ボールねじ装置用シール - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじ装置に用いられるシールに関する。

従来より、回転運動を直線運動に変換する機構として、ボールねじ装置が知られている。ボールねじ装置は、外周面に螺旋状の転動溝が形成されたねじ軸と、内周面にねじ軸の転動溝と対向する螺旋状の転動溝が形成されたナットとを備える。該ナットは両転動溝間に介装された多数のボールを介してねじ軸の外周側に螺合され、ねじ軸を回転させることによりねじ軸の軸方向に移動させることができるようになっている。そして、このようなボールねじ装置においては、ナットの軸方向の両端部に、シール部材（以下、シールということがある。）が設けられることが多い。このシール部材は、ナットに外嵌され、ナットとねじ軸との間への外部からの塵芥等の侵入を防止し、かつナットとねじ軸との間に介在する潤滑剤の外部への漏出を防止している。

ここで、ねじ軸の外周面には転動溝が形成されているため、軸方向と垂直な方向のねじ軸の断面形状は、単純な円形ではない。したがって、シール部材の形状精度の誤差、あるいは取り付け誤差によって、ねじ軸とシール部材との間に隙間が発生し易く、これを防ぐためにシール部材の精度の管理及び調整に多大な労力が掛かってしまう。ねじ軸に対するシール部材の締め代を大きく形成すれば、形状精度の誤差や取り付け誤差を吸収し、このような隙間の発生を抑えることができるが、同時にねじ軸に対するシール部材の接触圧力が高くなる。すなわち、ねじ軸に対するシール部材の摩擦抵抗が増大してしまう。そうすると、ボールねじ装置の作動性が悪くなるおそれがある。また、摩擦による発熱が増えることで、ボールねじ装置による位置決め精度が低下する一因になる。

そこで、潤滑剤の密封性を向上させるために、内周面を、ねじ軸の断面形状（転動溝に接触する範囲及び転動溝間のランド部に接触する範囲）に類似する非円形状にしたシール部材が提案されている（特許文献１及び特許文献２参照）。さらに、ねじ軸の転動溝をゴシックアーク形状（非単一円弧）にした場合にも密封性を満足するように、シール部材の内周側の先端部（リップ）の形状を球状にして、ボールねじ装置の動作中のシール性も高める技術も提案されている。

特開平９−３０３５１７号公報 特開２００６−３００１９２号公報

上述したように、従来のシール部材は、その内周形状や、内周側の先端部の形状を検討するなど、シール部材の形状によって解決する傾向にある。
しかしながら、シール部材をナットに配置して、ねじ軸と位相を合わせる作業は大変手間が掛かるため、シール部材の内周面の形状を非円形とした結果、シール部材の取付誤差や取付不良が発生することがあった。

具体的には、作業者がシール部材の内周面の非円形形状を見極めるのは困難であり、シール部材をねじ軸と組み合わせたときの位相の正確性は作業者の感覚に頼っていた。
したがって、シール部材の取付誤差や取付不良は、シール部材の損傷や、グリースの漏れなど潤滑不良を引き起こす可能性があるため、改善する余地があった。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、シール部材の損傷や、グリースの漏れを抑えることができるボールねじ装置用シールを提供することにある。

上記目的を達成するためのボールねじ装置用シールのある態様は、軸方向に延び、外周面に螺旋状の転動溝が設けられたねじ軸と、
上記転動溝に対向する転動溝を内周面に有し、該転動溝と上記ねじ軸の転動溝との間に配置された複数のボールを介して上記ねじ軸に螺合する円筒状のナットとを有するボールねじ装置に設けられ、
上記ナットの内径側に設けられ、内周縁部が上記ねじ軸の外周面に摺接することにより上記ナットと上記ねじ軸との隙間をシールする環状のボールねじ装置用シールであって、
前記軸方向の少なくとも一方の端面には、前記ねじ軸の前記転動溝、又は該転動溝間のランド部に摺接する前記内周縁部に対応する箇所に、
周方向に２８０°以下で、径方向の寸法が周方向に漸増し、かつ漸減して前記軸方向に突出又は凹んだガイド部が設けられ、
前記ガイド部の径方向の幅の最小値を前記ねじ軸の外径の１／２０以内とした。

ここで、上記ボールねじ装置用シールにおいては、上記ガイド部が、上記シール部材の上記軸方向の両端面に設けられてもよい。
また、上記ボールねじ装置用シールにおいては、上記ガイド部が、上記ねじ軸の周方向に連続して設けられてもよい。
また、上記ボールねじ装置用シールにおいては、上記ガイド部が、上記ねじ軸の周方向に複数列設されてもよい。

本発明によれば、シール部材の損傷や、グリースの漏れを抑えることができるボールねじ装置用シールを提供することができる。

ボールねじ装置用シールのある実施形態におけるボールねじ装置の構成を示す要部の部分断面図である。 ボールねじ装置用シールのある実施形態における構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。 ボールねじ装置用シールのある実施形態における内周縁の形状を説明する図であり、（ａ）はねじ軸の断面図、（ｂ）はねじ軸の断面図、（ｃ）は本実施形態のシール部材の正面図、（ｄ）は従来のシール部材の正面図である。 ボールねじ装置用シールの他の実施形態における構成を示す図であり、（ａ）〜（ｆ）は部分断面図である。 ボールねじ装置用シールの他の実施形態における接近量を説明する図である。

以下、本発明に係るボールねじ装置用シールの実施形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書においては、ねじ軸が延びる長手方向を軸方向とし、軸方向と直交する方向を径方向とする。また、これらの方向は、ナット及びシール部材については、ねじ軸に組み付けられた状態において同様とする。
図１は、ボールねじ装置用シールのある実施形態における構成を示す要部の部分断面図である。

（ボールねじ装置の構成）
図１に示すように、本実施形態のボールねじ装置用シールは、ねじ軸１０と、ナット２０と、ボール３０とを備えたボールねじ装置１に設けられる。ナット２０は、ねじ軸１０に所定の隙間をもって嵌められ、略円筒状をなすナット２０の内径はねじ軸１０の外径よりも大きい。

ねじ軸１０の外周面には、断面が略半円形状をなす螺旋状の転動溝１１が設けられている。また、ナット２０の内周面には、転動溝１１と同じリードで断面が略半円形状をなす螺旋状の転動溝２１が設けられている。これらの半円形状はいずれもボール３０の半径よりも大きい曲率半径をなす。そして、これらの転動溝１１，２１で形成される断面略円状の軌道内にボール３０が転動可能に介装され、ナット２０はこれらのボール３０を介してねじ軸１０に螺合されている。このような構成をなすことによって、ボールねじ装置は、ねじ軸１０を回転させることにより、ナット２０をねじ軸１０の軸方向に移動させることができる。

（ボールねじ装置用シール）
ナット２０の軸方向の両端部には、それぞれシール部材取り付け用の円形の凹部２２が形成されている（図１には一方側の凹部２２のみ図示）。各凹部２２の内径側には、ねじ軸１０に外嵌しナット２０とねじ軸１０との間隙をシールするための環状のシール部材４０が設けられている。

図２は、シール部材４０の構成を示す図であり、（ａ）は正面図（ねじ軸１０の軸方向から見た外観図）、（ｂ）は図２（ａ）の２ｂ−２ｂ線に沿う断面図である。
図２（ａ），（ｂ）に示すように、シール部材４０は、外径側の環状の芯材４１と、芯材４１の内周側に固定された環状の本体部４２と、本体部４２の内径部から径方向内方に突出して形成されたリップ部４３とを有する。リップ部４３は、周方向の全周に亘って形成されている。リップ部４３の内径側は開口部となっており、該開口部にねじ軸１０が挿通される。

芯材４１は、金属や硬質の合成樹脂からなり、円形に形成されている。芯材４１には径方向内方に突出する凸部４１ａが形成され、本体部４２の外周面には、この凸部４１ａに対応する凹部４２ａが形成され、これら凸部４１ａと凹部４２ａとが嵌合することにより芯材４１に本体部４２が固定されている。本体部４２及びリップ部４３は、エラストマーやゴム等の軟弾性材料から形成されている。本体部４２及びリップ部４３は同一材料から一体に形成されている。このように構成されたシール部材４０は、芯材４１の外周面側がナット２０の凹部２２の内周面に嵌合されることによりナット２０に固定されている。

リップ部４３は、図２（ｂ）に示すように、本体部４２の内径部からナット２０の軸方向外方に向かって傾斜して延在するシール片４４と、シール片４４の内径側端部に形成された摺接部４５とから構成されている。摺接部（内周縁部）４５はねじ軸１０の外周面に摺接する部分である。
シール片４４は、円錐台の側面部の形状と類似した形状に形成され、周方向の全周に亘って形成されている。摺接部４５の断面形状は略円形に形成され、シール片４４の内径側端部の全周に亘って形成されている。したがって、摺接部４５は、略環状に連続する円環部を形成している。シール部材４０は、リップ部４３の摺接部４５がねじ軸１０の外周面に摺接することにより、ナット２０とねじ軸１０との間隙をシールしている。特に、摺接部４５の断面形状を略円形とすることにより、摺接部４５のねじ軸１０との接触位置（例えばねじ軸１０の転動溝１１内における転動溝１１の溝面との接触位置）に関わらず、摺接部４５とねじ軸１０との接触状態を一定に保つことができる。

摺接部４５の断面の径寸法は、図２（ｂ）に示すように、シール片４４の内径側端部の厚さ寸法よりも大きく形成されている。このように形成することにより、ねじ軸１０に対して摺動している状態における摺接部４５の変形を抑制している。また、摺接部４５の断面の径寸法は、ねじ軸１０の転動溝１１の幅寸法よりも小さく形成されている。このように形成することにより、摺接部４５のねじ軸１０との接触面積を小さくし、ねじ軸１０に対するシール部材４０の摩擦抵抗を小さく抑えている。

リップ部４３を図１に示す方向、すなわちナット２０の軸方向（ねじ軸１０の軸方向と同義）の外方に向かって傾斜させて、シール部材４０を配置することにより、ナット２０とねじ軸１０との間隙への外部からの塵芥等の侵入を効果的に防止している。なお、リップ部４３を本体部４２からナット２０の軸方向の内方に向かって傾斜させて、シール部材４０を配置すれば、ナット２０とねじ軸１０との間に潤滑剤を介在させた場合に、潤滑剤の漏出を効果的に防止することができる。

図２（ａ）に示すように、シール部材４０の内周縁を軸方向から見た形状、すなわちリップ部４３の摺接部４５を軸方向から見た形状は、径方向外方に凸の円弧を複数組み合わせた非円形形状（略真円とは異なる円形形状）となっている。隣り合う円弧同士は滑らかに連続している。なお、以下の説明において、リップ部４３の摺接部４５を軸方向から見た形状のことを、「シール部材４０の内周縁の形状」という。

［シール部材の内周縁の形状］
ここで、シール部材４０の内周縁の形状を、図３（ａ）〜（ｄ）を参照してさらに詳しく説明する。図３は、本実施形態のシール部材４０の内周縁の形状を説明する図であり、（ａ）はねじ軸の断面図、（ｂ）はねじ軸の断面図、（ｃ）は本実施形態のシール部材の正面図、（ｄ）は従来のシール部材の正面図である。図３（ｃ）に示すように、シール部材４０の内周縁の形状は、芯材４１がなす円形状に比べて少しずつずれているため、シール部材４０のどの部分がねじ軸１０の転動溝１１に当接する部分かが判別しにくい。

ここで、シール部材４０をねじ軸１０の端部１０ａ（図３（ｂ）参照）から挿入する場合、シール部材４０の内周とねじ軸１０の断面の位相とを合わせて挿入しないとシール部材４０を無理やりねじ軸１０に押込むことになる。これは、シール部材４０の損傷につながる。図３（ｄ）に示すような従来のシール部材１４０では、シール部材４０の内周とねじ軸１０の断面の位相とを合わせるための目印となり得るものがないため、ねじ軸１０に対してシール部材１４０を挿入する際の正確な位相合わせは困難であった。なお、図３（ｄ）において、符号１４１，１４２，１４３は、それぞれ、図２（ａ）及び図３（ｃ）における「芯材４１」、「本体部４２」、「リップ部４３」に対応する部材である。

そこで、本実施形態のシール部材４０では、図２（ｂ），図３（ｃ）に示すように、ねじ軸１０の転動溝１１、又は該転動溝１１，１１間のランド部１２に摺接する内周縁部（摺接部４５）に対応するガイド部５０を設けた。このガイド部５０は、図２（ａ）においてハッチング表示された部分である。
このガイド部５０は、シール部材４０の軸方向（ねじ軸１０の軸方向と平行）の少なくとも一方の端面（図２（ｂ）では一方の端面のみ）に設けられ、その端面に対して上記軸方向に突出又は凹んだ形状で設けられる。例えば、ねじ軸１０の転動溝１１に対応するガイド部５０が設けられる範囲は、シール部材４０の周方向に２８０°以下であり、好ましくは、図２（ａ）に示すように、シール部材４０の周方向に２４０°以下である。

以上説明したように、転動溝１１に対応して設けられたガイド部５０をシール部材４０に設けることにより、作業者は軸方向からガイド部５０を視認しながらねじ軸１０とシール部材４０との位相合せを容易かつ確実に行うことができる。また、軸方向からガイド部５０を視認しながらシール部材４０をねじ軸１０に正確な位相で装着するので、シール部材４０を破損する可能性が低くなる。その結果、シール部材の損傷や、取付誤差や取付不良がなくなり、ボールねじ装置が作動しているときのグリース漏れやガタツキ、騒音などを低減することができる。
なお、このガイド部５０は、シール部材４０（本体部４２）に一体形成で意図約に形成するものとし、例えば、芯材４１と本体部４２とのつなぎ目が結果的にガイド部５０と同様の機能を有する目印になったとしても、それはガイド部ではないものとする。

（他の実施形態）
次に、本発明に係るボールねじ装置用シールの他の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態の説明では、シール部材４０の軸方向の少なくとも一方の端面に、ねじ軸１０の転動溝１１又はランド部１２に摺接する内周縁部に対応する箇所にガイド部が設けられていることを前提に、ガイド部５０の形状が異なるだけである。よって、上述の実施形態と同様の構成、作用、及び効果については説明を省略する。

図４は、ボールねじ装置用シールの他の実施形態における構成を示す図であり、（ａ）〜（ｆ）はシール部材の内周面がねじ軸１０と接触する部分の断面図である。
上述の実施形態では、図２（ｂ）に示すように、本体部４２の内周側に凹部を形成することによってガイド部５０としたが、シール部材４０に設けられるガイド部５０の態様は、図４（ａ）〜（ｆ）に示すような態様でもよい。

具体的には、図４（ａ）に示すように、本体部４２の外周側に凹部を形成することによってガイド部５０とする態様でもよい。また、図４（ｂ）に示すように、本体部４２の中央部付近に凹部（溝形状）を形成することによってガイド部５０とする態様でもよい。また、図４（ｃ）に示すように、本体部４２の中央部付近に凸部を形成することによってガイド部５０とする態様でもよい。

また、図４（ｄ），（ｅ）に示すように、本体部４２の軸方向の両端面４２ｂ，４２ｃに凹部（切り欠き）を形成することによってガイド部５０とする態様でもよい。この態様は、図２（ｂ）や図４（ａ）〜（ｃ）に示すガイド部５０が、本体部４２の軸方向（ねじ軸１０の軸方向と平行）の一方の端面４２ｂのみに設けられた態様に対するものである。このように、本体部４２の軸方向の両端面４２ｂ，４２ｃにガイド部５０を設けることによって、シール部材４０の軸方向の設置向きを考慮しなくてよいので、シール部材４０の汎用性が高まるという効果を奏する。なお、図４（ｄ）に示す態様は、図２（ｂ）に示すガイド部５０の態様を本体部４２の軸方向の両端面４２ｂ，４２ｃにおいて組み合わせた態様である。また、図４（ｅ）に示す態様は、図２（ｂ）に示すガイド部５０の態様と、図４（ａ）に示すガイド部５０の態様とを本体部４２の軸方向の両端面４２ｂ，４２ｃにおいて組み合わせた態様である。

また、図４（ｅ）に示すように、本体部４２の軸方向の一方の端面４２ｂに、目視可能な微小な突起を形成することによってガイド部５０とする態様でもよい。
また、上述の実施形態では、ガイド部５０を転動溝１１を基準として本体部４２に設けたが、ランド部１２を基準として設けても同様の効果を奏する。

さらに、シール部材４０に設けられるガイド部５０の態様としては、軸方向のどちらかに凹形状又は凸形状のガイド部５０を設けてもよいし、ガイド部５０を周方向に連続するように設けてもよいし、複数の分断されたガイド部５０が周方向に列をなして設けられてもよい。
これにより、目視では明確になり得なかったシール部材４０の非円形状、並びに転動溝１１及びランド部１２との位置合わせ箇所が明確になり、シール部材４０をねじ軸１０に挿入する際の位相合わせが容易になる。

［接近量］
ここで、例えば、図２（ｂ）に示すガイド部５０は、シール部材４０の内周縁部（摺接部４５）の形状と同形状になっているが、ガイド部５０は、必ずしもシール部材４０の内周縁に接するように設けられる必要はない。ガイド部５０とシール部材４０の内周縁との間隔の最小値（接近量）ｄは、図５に示すように、ねじ軸１０の外径の１／２０以内であることが好ましい。

本実施形態のボールねじ装置用シールは、例えば、アクチュエータ等に用いられるボールねじ装置に好適である。
以上、本発明に係るボールねじ装置用シールについて説明したが、本発明に係るボールねじ装置用シールは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。例えば、本発明に係るボールねじ装置用シールは、上記ボールねじ装置の代わりにローラねじ装置に用いられるシール部材としてもよい。

１０ ねじ軸
１１ 転動溝
２０ ナット
２１ 転動溝
３０ ボール（転動体）
４０ シール部材
５０ ガイド部

Claims (4)

1. 軸方向に延び、外周面に螺旋状の転動溝が設けられたねじ軸と、
   前記転動溝に対向する転動溝を内周面に有し、該転動溝と前記ねじ軸の転動溝との間に配置された複数のボールを介して前記ねじ軸に螺合する円筒状のナットとを有するボールねじ装置に設けられ、
   前記ナットの内径側に設けられ、内周縁部が前記ねじ軸の外周面に摺接することにより前記ナットと前記ねじ軸との隙間をシールする環状のボールねじ装置用シールであって、
   前記軸方向の少なくとも一方の端面には、前記ねじ軸の前記転動溝、又は該転動溝間のランド部に摺接する前記内周縁部に対応する箇所に、
   周方向に２８０°以下で、径方向の寸法が周方向に漸増し、かつ漸減して前記軸方向に突出又は凹んだガイド部が設けられ、
   前記ガイド部の径方向の幅の最小値を前記ねじ軸の外径の１／２０以内としたことを特徴とするボールねじ装置用シール。
2. 前記ガイド部が、前記シール部材の前記軸方向の両端面に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置用シール。
3. 前記ガイド部が、前記ねじ軸の周方向に連続して設けられ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装置用シール。
4. 前記ガイド部が、前記ねじ軸の周方向に複数列設され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装置用シール。

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