JP6065136B2 - ボールねじ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ナットの端部にシール部材を備えるボールねじ装置に関する。

図１５には、ボールねじ装置のナットの端部に取り付けられているシール部材５０の構成例を示す。図１５に示すように、シール部材５０は、略円環形状の本体部５１の内周側に、ボールねじ装置のねじ軸の外周面と摺動するリップ部５２が形成されている。
ここで、樹脂成形されて本体部５１の肉厚が２ｍｍ以下であるような変形しやすいシール部材５０では、ナット端部への固定時に変形すると所望の性能を発揮できない恐れがある。よって、シール部材５０の固定時の変形を抑えるため、シール部材に対して圧縮力（軸方向の力）以外の固定力を極力加えないこと、固定力を周方向で均一に加えかつ細やかに調整できること、等の条件を満たすことが望ましい。

ここで、特許文献１には、ナットにおける面板座面に対してシール部材をクリアランスΔβ突出させることで、シール部材の固定力をクリアランスΔβで管理する技術が開示されている。さらに、特許文献１には、シール部材の位置ずれを防止するために面板におけるシール部材との接触部位に突起を設ける技術が開示されている。
また、特許文献２にも、面板におけるシール部材との接触部位に突起を設ける技術が開示されている。
また、特許文献３には、シール部材と面板とをボルトで共締めしてこれらをナットに固定する技術が開示されている。

特開２００８−３０９１７３号公報 特開平１１−１６６６０８号公報 実開平２−７１１５６号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術だと、クリアランスΔβが０．１ｍｍ変化するだけでもシール部材の固定力が大きく変化してしまう。そのため、樹脂成形などによってシール部材の寸法安定性が良くない場合、固定力が大きくなってシール部材に大きな圧縮力が発生するとともに面板が大きく撓む恐れがある。よって、剛性が低く形状が変形しやすいシール部材をこのような技術によって固定すると、シール部材５０は、図１６の（ａ）から（ｂ）への変化として示すように面板６０とともに変形する可能性がある。

また、このような問題を解決するために面板を薄くして面板の剛性を小さくことも考えられるが、この場合、面板が歪みやすくなるため、面板におけるボルト付近とその他の領域とでシール部材の固定力に大きな差が出てしまう。この場合、シール部材の固定力を周方向で均一にできなくなってしまう。
また、ボルトの締付け力でシール部材の固定力を管理することも考えられるが、この場合、ボルトを締切らないため、面板を止める各ボルトの締込み力を互いに等しくすることが難しく、シール部材を均一な力で固定できない恐れがある。

また、面板に突起を設けた場合、シール部材と面板の突起との接触部位に力が集中するため、面板に突起によってシール部材が変形してしまう恐れがある。また、面板に突起を設けるために余計なコストの増加につながる。そして、特許文献２でも、これらと同様な問題が生じる。
ここで、シール部材側に固定用の爪（突起）を設けることも考えられるが、シール部材が複雑な形状となるためにコストが増加してしまう。さらに、シール部材を樹脂成形する場合に肉厚を一定にできないためにシール部材が歪んでしまう恐れがある。

また、特許文献３に開示の技術は、シール部材の固定力を小さく抑えようとするとボルトの締め付け力を小さくする必要があり、そのことがボルトの緩みにつながるため、現実的ではない。
また、ボルトの貫通孔を設けるスペースのないシール部材には、特許文献３に開示の技術を適用することができない。よって、図１５に示す構成例のシール部材を特許文献３に開示の技術で固定しようとすると、図１７に示すように、シール部材５０には、ボルトの貫通孔５５を形成するための肉厚部５４を外周部に形成し、さらに、固定時に位相調整できるように貫通孔５５を長孔に形成する必要がある。この場合、シール部材５０には、製造上のデメリットが増えることになる。

本発明は、前述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、シール部材の固定力を均一にし、低剛性のシール部材の変形や破損のリスクを低減し、かつシール部材をコンパクトで単純な形状にすることである。

前記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に係るボールねじ装置は、螺旋状の転動体転動溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸が挿通され螺旋状の転動体転動溝が内周面に形成されたナットと、前記ねじ軸の転動体転動溝及び前記ナットの転動体転動溝が対向して形成される転動体通路を転動する複数の転動体と、を有するボールねじ装置において、前記ナットの両端に設けた収容部と、円環形状の本体部の内周側に前記ねじ軸の外周面と摺動する摺動部を有し前記収容部に収容されるシール部材と、前記シール部材の外径と同等又はそれ以下の外径を有する円環形状をなし前記シール部材に対し前記ねじ軸の軸端側に位置して前記収容部に収容される面板と、低剛性の材料で形成され前記面板の外周側に取り付けられた際に前記面板における前記ねじ軸の軸端側の側面の外周部との接触部位が予め設定された量変形しつつ前記ねじ軸の軸方向の力によって前記面板をシール部材に対して押し付ける複数の固定用部材と、を有し、前記面板には、外周部における前記固定用部材との接触部位に、径方向で凹となる溝が形成されることを特徴とする。

また、本発明のうち請求項２に係るボールねじ装置は、請求項１に係るボールねじ装置において、前記固定用部材の剛性は、前記面板において前記外周部の前記固定用部材が接触する部位の剛性よりも小さいことを特徴とする。

本発明のうち請求項１に係るボールねじ装置によれば、各固定用部材が変形量を互いに等しくすることができることで、面板全体に均等な力を作用させて面板をシール部材に押し付けることができる。
また、本発明のうち請求項１に係るボールねじ装置によれば、固定用部材のねじ軸の軸方向の力によってシール部材をその座面に垂直な方向の力で固定できるため、そのシール部材が低剛性のものであっても、そのシール部材の変形や破損のリスクを低減できる。

また、本発明のうち請求項１に係るボールねじ装置によれば、シール部材に該シール部材をナットに固定するための固定用孔を設ける必要がないため、シール部材をコンパクトで単純な形状にできる。よって、本発明のうち請求項１に係るボールねじ装置によれば、例えば、単純化によって生産性の改善が期待できる。
また、本発明のうち請求項２に係るボールねじ装置によれば、面板側を変形させてしまうのを防止して各固定用部材が確実に変形量を互いに等しくできることで、面板全体に確実に均等な力を作用させて面板をシール部材に押し付けることができる。

また、本発明のうち請求項１に係るボールねじ装置によれば、シール部材の本体部の中心寄りに固定用部材を位置させることができることで、固定用部材のねじ軸の軸方向の力をシール部材の本体部の中心位置又はその近傍に作用させることができる。これにより、本発明のうち請求項１に係るボールねじ装置では、本体部が径方向にずれてしまうのを防止できる。

第１の実施形態のボールねじ装置の構成例を示す断面図である。 第１の実施形態におけるナットの端部詳細を示す断面図である。 第１の実施形態のボールねじ装置の正面図である。 止めねじと面板との接触部位の詳細を示す図である。 止めねじによって面板を固定する際の止めねじと面板との関係を示す図である。 外周に溝を設けた面板を備えたボールねじ装置を示す図である。 外周に溝を設けた面板の例を示す正面図である。 面板に止めねじから加わる力を示す図であって、（ａ）は外周に溝を設けた場合を示す図であり、（ｂ）は外周に溝を設けていない場合を示す図である。 止めねじによる固定箇所を周方向で等間隔に４箇所設けた構成例を示す図である。 ２つのシール部材を収容部内に重ねて備える構成例を示す断面図である。 シール部材及び面板を収容したケースをナットの端部に取り付けた構成例を示す断面図である。 第２の実施形態のボールねじ装置の構成例を示す図である。 第２の実施形態における作用等の説明に使用する図である。 第２の実施形態において外周に溝を設けた面板を備えた例を示す図である。 シール部材の構成例を示す図である。 従来における問題点の説明に使用する図である。 外周部にボルトの貫通孔及び貫通孔を形成するための肉厚部が形成されたシール部材の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態を説明する。
第１の実施形態は、本発明を適用したボールねじ装置である。

（構成）
図１乃至図３は、第１の実施形態のボールねじ装置１の構成例を示す図である。図１は、ボールねじ装置１を側方からみた断面図である。また、図２は、ボールねじ装置１におけるナット２０の端部詳細を示す断面図である。また、図３は、ボールねじ装置１の正面図である。
図１乃至図３に示すように、このボールねじ装置１は、ねじ軸１０、ナット２０及びボール３０を備えている。

ねじ軸１０は、略円柱の棒状体であり、外周面には、雌ねじ状（螺旋状）のボールねじ装置溝が形成されている。これに対応して、ナット２０は、略円筒形状をなし、内周面には、ねじ軸１０のボールねじ装置溝に径方向で対向する位置に不図示の雌ねじ状（螺旋状）のボールねじ装置溝が形成されている。このナット２０のボールねじ装置溝とねじ軸１０のボールねじ装置溝とによって、ナット２０とねじ軸１０との間には、ボール３０が転動する螺旋状転動体通路４０が形成されている。また、ナット２０には、螺旋状転動体通路４０に潤滑油を注入するための潤滑剤注入路２１が形成されている。そして、ナット２０には、両端部それぞれに、シール部材５０と該シール部材５０をナット２０の端部に
固定するための面板６０とが取り付けられている。

シール部材５０は、略円環形状の本体部５１の内周側に、ねじ軸１０の外周面と摺動するリップ部５２が形成されている。
面板６０も、略円環形状をなしている。この面板６０の内径は、シール部材５０のリップ部５２の内径よりも若干大きく、外径は、シール部材５０（本体部５１）の外径より若干大きい。この面板６０は、全周にわたってシール部材５０の本体部５１と接触する。ここで、面板６０におけるシール部材５０の本体部５１との対向側面に凹部を設けるなどして、面板６０とシール部材５０の本体部５１とを部分的に接触させても良い。

これらシール部材５０及び面板６０は、ナット２０の両端部に形成されている収容部２２に、ねじ軸１０の軸端（以下、単に軸端という。）側に面板６０が位置されるように収容されるとともに、止めねじ７０によって固定されている。
収容部２２は、ナット２０においてボールねじ装置溝が形成されている内周面部位よりも大きい内周径を有している。この収容部２２の周壁２３には、止めねじ取り付け用孔２３ａが形成されている。詳しくは、周壁２３には、収容部２２に収容されている面板６０の軸端に向く側面６０ａの位置に対して軸端側に距離Ｌ１だけオフセットされた位置に止めねじ取り付け用孔２３ａが形成されている。また、図３に示すように、止めねじ取り付け用孔２３ａは、ナット２０の端部２３において周方向で等間隔に形成されている。

止めねじ７０は、とがり先の止めねじ７０であり、止めねじ取り付け用孔２３ａに螺合し取り付けられている。面板６０の軸端側に向く側面６０ａの外周部がこの止めねじ７０の先端部７０ａに当たることで、シール部材５０が、この面板６０とともに収容部２２に収容され固定される。
次に、止めねじ７０によって面板６０を固定する構造、作用等を図４及び図５を参照しつつ説明する。

図４は、止めねじ７０と面板６０との接触部位の詳細を示す図である。図５は、止めねじ７０によって面板６０を固定する際の止めねじ７０と面板６０との関係を示す図である。
図４に示すように、止めねじ７０は、収容部２２内に収容された面板６０の軸端側に向く側面６０ａの外周部に先端部７０ａが当たっている。この状態で、止めねじ７０の先端部７０ａがくさびとして作用して面板６０を径方向、軸方向及び周方向の３方向に押し付けることで、シール部材５０が該面板６０とともに収容部２２に固定される。ここで、止めねじ７０の先端部７０ａが面板６０との接触部位を押す力は、矢印Ｒで示す径方向成分及び矢印Ｘで示す軸方向成分に分割され、径方向成分の力は面板６０によって全て受けられる。そのため、シール部材５０が面板６０を介して止めねじ７０から受ける力は、止めねじ７０からの軸方向成分の力だけとなる。よって、シール部材５０は、その軸方向成分の力がその座面に垂直な方向の力として作用し固定される。

また、図５に示すように、面板６０を固定するために止めねじ７０を押し込んでいくと、止めねじ７０の先端部７０ａが面板６０の側面６０ａの外周部に食い込む。しかし、止めねじ７０の先端部７０ａと略円筒形状の本体部７０ｂとの境界の段部７０ｃが該止めねじ７０の押し込み量を規制するストッパーとして機能するため、止めねじ７０は、面板６０の外周部に一定量以上食い込まなくなる。よって、各止めねじ７０について面板６０の外周部への食い込み量（押し込み量）が一定量に保たれることで、各止めねじ７０による固定力を等しくできる。すなわち、シール部材５０の周方向で均等に力を加えてシール部材７０を固定できる。

また、例えば、シール部材５０の座面５３から止めねじ７０までの距離Ｌ２を変化させることで食い込み量を変化させて止めねじ７０による固定力を変化させることができる。そのため、距離Ｌ２を調整することで、止めねじ７０による固定力を簡単に調整できる。例えば、距離Ｌ２の調整は、収容部２２の周壁２３に設けた止めねじ取り付け用孔２３ａのナット２０の軸方向位置（例えば前記距離Ｌ１）を調整することで行う。
なお、前述の実施形態において、止めねじ７０は、例えば、固定用部材を構成する。また、止めねじ７０の先端部７０ａは、例えば、押付部を構成する。また、止めねじ７０の段部７０ｃは、例えば、規制部を構成する。

（第１の実施形態の変形例）
本発明の第１の実施形態について説明したが、第１の実施形態はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
すなわち、本実施形態では、面板６０の外周部における止めねじ７０との接触部位に溝を設けることもできる。図６及び図７は、その場合の面板６０の例を示す図である。ここで、図６（ａ）は、側方からみた断面図であり、図６（ｂ）及び図７は正面図である。

図６及び図７に示すように、止めねじ７０の配置に対応して、面板６０の外周面に周方向で等間隔に、径方向で凹となる溝６１を３箇所設けることができる。
図８（ａ）には、そのように溝６１を設けた面板６０に止めねじ７０から加わる力を示し、図８（ｂ）には、そのような溝６１を設けていない面板６０に止めねじ７０から加わる力を示す。

図８（ｂ）に示すように、溝６１がない面板６０の場合、止めねじ７０と面板６０の外周部との接触位置が径方向においてシール部材５０の外周位置相当となり、その結果、止めねじ７０が面板６０を押す矢印Ｘで示す軸方向成分の力が、面板６０の最外周部、すなわち、シール部材５０の最外周部に作用するようになる。これにより、シール部材５０には、矢印Ｆ方向の回転力が発生するようになる。そのため、シール部材５０は、この回転力によって収容部２２内でずれてしまう恐れがある。

これに対して、図８（ａ）に示すように、面板６０の外周に溝６１を設けることで、止めねじ７０と面板６０の外周部との接触部位が径方向で中心側に移動し、その結果、止めねじ７０が面板６０を押す矢印Ｘで示す軸方向成分の力は、シール部材５０の本体部５１の中央又はその付近、すなわち、シール部材５０の本体部５１の固定座面の中央又はその付近に加わるようになる。これにより、シール部材５０は、前述の回転力によって収容部２２内でずれてしまうのを防止できる。

また、本実施形態では、止めねじ７０による固定箇所は３箇所に限定されるものではない。図９は、その構成例を示す図である。ここで、図９（ａ）は、側方からみた断面図であり、図９（ｂ）は、正面図である。図９に示すように、本実施形態の変形例では、止めねじ７０による固定箇所を周方向で等間隔に４箇所設けることもできる。また、このような構成にした場合、この止めねじ７０の配置に対応して、面板６０の外周部に形成する前述の溝６１を４箇所にすることもできる。

また、本実施形態では、１つのシール部材５０を備えることに限定されるものではなく、２つ以上のシール部材５０を備えることもできる。図１０は、その構成例である、２つのシール部材５０を収容部２２内に重ねて備える構成を示す図である。このような構成とした場合、シール部材５０はより変形しやすくなる。
また、本実施形態では、シール部材５０、面板６０、及びこれらを収容した収容部をユニットとしてナット２０に取り付けることができる。図１１は、その構成例を示す図である。
図１１に示すように、実施形態の変形例では、前述のナット２０において収容部２２が形成されている端部形状と同様な形状を有するケース８０を、ナット２０の端部にボルト８１によって取り付ける。

ここで、ケース８０は、全体として略円環形状をなし、内周にねじ軸１０を挿通する挿通孔が形成されている。ケース８０には、前述のナット２０の端部形状と同様の収容部８０ｂが形成されている。これにより、シール部材５０及び面板６０は、面板６０が軸端側に位置され周壁の止めねじ取り付け用孔８０ｃに螺合する止めねじ７０によって該収容部２２に固定される。
また、本実施形態では、面板６０の外径をシール部材５０の外径よりも小さくすることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を説明する。
第２の実施形態も、本発明を適用したボールねじ装置である。なお、第２の実施形態において第１の実施形態と同様な構成については同一の符号を付して説明する。
この第２の実施形態では、ナット２０の軸方向に取り付けたボルトによって面板６０を固定している。
図１２は、第２の実施形態のボールねじ装置におけるナット２０の端部詳細を示す図である。ここで、図１２（ａ）は、側方からみた断面図であり、図１２（ｂ）は、正面図である。

図１２に示すように、第２の実施形態では、ナット２０における収容部２２の周壁２３に対し軸方向に取り付けたボルト９１によって、該ボルト９１が挿通されたワッシャ９２を介して面板６０を固定している。ここで、ナット２０の収容部２２の周壁２３には、軸方向に延びるボルト取り付け用孔２３ｂが形成され、ワッシャ９２が取り付けられたボルトがそのボルト取り付け用孔２３ｂと螺合している。これにより、面板６０は、その外周部がワッシャ９２によって押さえ付けられて固定される。ここで、ワッシャ９２は、低剛性材料によって形成されているものを用いている。詳しくは、ワッシャ９２の剛性は、該ワッシャ９２によって押さえ付けられる面板６０の外周部の剛性よりも小さい。

また、第２の実施形態のボールねじ装置１のその他の構成は、第１の実施形態のボールねじ装置１の構成と同様である。
次に、このようなワッシャ付きのボルト９１によって面板６０を固定する構造、作用等を説明する。
第２の実施形態では、シール部材５０が面板６０を介してボルト９１（ワッシャ９２）から受ける力は、主として、ボルト９１（ワッシャ９２）が面板６０を押す軸方向成分の力となる。

ここで、図１３には、ボルト９１をナット２０に取り付ける際の様子を示す。
図１３に示すように、収容部２２の軸方向の幅は、シール部材５０の厚さと面板６０の厚さとを加算した合計厚さよりも狭くなっている。よって、ナット２０の軸方向において、ワッシャ９２の座面９２ａに接触することとなる収容部２２の周壁２３の軸方向端面２３ａに対して面板６０の側面６０ａが突出する構造になっている。そのため、図１３（ａ）に示すように面板６０の側面６０ａへのワッシャ９２の接触時の該面板６０の側面６０ａと該ワッシャ９２の座面９２ａとの間に形成される隙間Ｌ３によって、図１３（ｂ）に示すように、ワッシャ９２において面板６０の側面６０ａに接触している外周部９２ｂは、低剛性ということもあり、ボルト９１を完全に締め付けた際に変形する。このとき、ボルト９１による固定力は、その変形量（変形量に起因する弾性力）に依存するものとなる。

よって、ボルト９１を完全に締め付けたとしても、前述の隙間Ｌ３分しかワッシャ９２が変形しないため、各ボルト９１による固定力を等しくできる。
また、収容部２２の軸方向幅やシール部材５０と面板６０との合計厚さを調整して前述の隙間Ｌ３を調整することで、ボルト９１による固定力を簡単に調整できる。さらに、ワッシャ９２の剛性やワッシャ９２と面板６０との接触量を調整することで、ボルト９１による固定力を簡単に調整できる。例えば、ワッシャ９２の厚さや径を調整することで、ワッシャ９２の剛性を調整でき、ワッシャ９２の径を調整することで、ワッシャ９２と面板６０との接触量を調整できる。

（第２の実施形態の変形例）
本発明の第２の実施形態について説明したが、第２の実施形態はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
すなわち、第２の実施形態では、第１の実施形態の変形例と同様に、面板６０の外周部におけるワッシャ９２との接触部位に溝６２を設けることもできる。図１４は、その場合の面板６０の例を示す図である。ここで、図１４（ａ）は、側方からみた断面図であり、図１４（ｂ）は、正面図である。図１４に示すように、ボルト９１の配置に対応して、面板６０の外周に周方向で等間隔に溝６２を３箇所設けることができる。

これにより、ワッシャ９２と面板６０の外周部との接触部位が径方向で中心側に移動し、その結果、ワッシャ９２が面板６０を押す軸方向成分の力は、シール部材５０の本体部５１の中央又はその付近、すなわち、シール部材５０の本体部５１の固定座画の中央又はその付近に加わるようになる。これにより、シール部材５０は、回転力によって収容部２２内でずれてしまうのを防止できる。

１ ボールねじ装置
１０ ねじ軸
２０ ナット
２２ 収容部
４０ ボール
７０ 止めねじ
７０ａ 先端部
７０ｃ 段部

Claims (2)

1. 螺旋状の転動体転動溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸が挿通され螺旋状の転動体転動溝が内周面に形成されたナットと、前記ねじ軸の転動体転動溝及び前記ナットの転動体転動溝が対向して形成される転動体通路を転動する複数の転動体と、を有するボールねじ装置において、
   前記ナットの両端に設けた収容部と、円環形状の本体部の内周側に前記ねじ軸の外周面と摺動する摺動部を有し前記収容部に収容されるシール部材と、前記シール部材の外径と同等又はそれ以下の外径を有する円環形状をなし前記シール部材に対し前記ねじ軸の軸端側に位置して前記収容部に収容される面板と、低剛性の材料で形成され前記面板の外周側に取り付けられた際に前記面板における前記ねじ軸の軸端側の側面の外周部との接触部位が予め設定された量変形しつつ前記ねじ軸の軸方向の力によって前記面板をシール部材に対して押し付ける複数の固定用部材と、を有し、
   前記面板には、外周部における前記固定用部材との接触部位に、径方向で凹となる溝が形成されることを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記固定用部材の剛性は、前記面板において前記外周部の前記固定用部材が接触する部位の剛性よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。

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