特許 7600831 ボールねじ用シール及びボールねじ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】ボールねじ用シール及びボールねじ

(51)【国際特許分類】

   F16H 25/24 20060101AFI20241210BHJP

   F16H 25/22 20060101ALI20241210BHJP

   F16C 31/04 20060101ALI20241210BHJP

   F16C 33/76 20060101ALI20241210BHJP

   F16J 15/16 20060101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

F16H25/24 M

F16H25/22 Z

F16H25/24 N

F16C31/04

F16C33/76 Z

F16J15/16 B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021062107

(22)【出願日】2021-03-31

(65)【公開番号】P2022157718

(43)【公開日】2022-10-14

【審査請求日】2023-10-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 俊郎

【審査官】鷲巣 直哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１８０７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１２４６０２１８（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０００－２３０６１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ ２５／２４

Ｆ１６Ｈ ２５／２２

Ｆ１６Ｃ ３１／０４

Ｆ１６Ｃ ３３／７６

Ｆ１６Ｊ １５／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中央部にねじ軸が貫通する孔を有し、前記孔の縁部が前記ねじ軸を締め付ける締め代部となっている環状のボールねじ用シールであって、
前記締め代部は、
前記ねじ軸の外周面に接触する外周面接触部と、
前記ねじ軸のねじ溝の底面に接触するねじ溝接触部と、
を有し、
前記外周面接触部は、
締め代の大きさが第１所定量に設定された締め代一定部と、
前記締め代一定部の両端から延びて前記ねじ溝接触部と連続し、前記締め代の大きさが周方向に移動するにつれて変化する一対の締め代変化部と、
を有し、
前記ねじ溝接触部の前記締め代の大きさは、前記第１所定量よりも大きい第２所定量に設定され、
前記締め代変化部の前記締め代の大きさは、前記締め代一定部から前記ねじ溝接触部に向かうにつれて前記第１所定量から前記第２所定量に増加する
ボールねじ用シール。

【請求項2】

一対の前記締め代変化部は、前記外周面接触部において周方向に占める割合が同じであり、
前記ねじ溝接触部の周方向の中間点と、前記ねじ軸の軸心と、を通過する仮想線を基準として線対称となっている
請求項１に記載のボールねじ用シール。

【請求項3】

筒状のナットと、
前記ナットを貫通するねじ軸と、
前記ナットのねじ溝と、前記ねじ軸のねじ溝と、の間に配置された複数のボールと、
前記ナットの端面に装着される請求項１又は請求項２に記載のボールねじ用シールと、
を備えるボールねじ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボールねじ用シール及びボールねじに関する。

【背景技術】

【0002】

ボールねじは、筒状のナットと、ナットを貫通するねじ軸と、ナットの内部に配置された複数のボールと、を備える。下記特許文献１のボールねじでは、ナットの両端面に、ボールねじ用シールが取り付けられている。このボールねじ用シールは、ナットとねじ軸との間を封止している。これにより、ナットの内部に異物が侵入し難くなる。さらには、ナットの内部のグリースが外部に流出し難くなる。以下、ボールねじ用シールを単にシール又はボールねじ用のシールと称することがある。

【0003】

シールは、中央部にねじ軸が貫通する孔が設けられ、環状を成している。シールの外周部は、ナットの端面に取り付けられる。シールの内周部は、ナットとねじ軸との間を封止している。そして、シールの孔の縁部は、ねじ軸と接触し、ねじ軸を締め付ける締め代部となっている。また、ねじ軸の外周面にねじ溝が設けられていることから、締め代部は、ねじ軸の外周面に接触する外周面接触部と、ねじ溝の底面に接触するねじ溝接触部と、を有する。そして、この締め代部によれば、ねじ軸等の製造誤差や、シールの取り付け誤差があっても、シールがねじ軸に接触するようになり、異物が侵入し難くなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５-２１４４０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

シールは、異物の通過率が低いことが望まれている。実際に、シールを通過する異物の多くは、ねじ溝に付着した異物である。これは、シールをナットに取り付け、シールでねじ軸を締め付けると、シールに皺が発生する。この皺は、シールの周方向のうちねじ溝接触部と重なることが多い。ねじ溝接触部に発生した皺は、ねじ溝接触部を変形させ、ねじ溝接触部の一部に隙間が生じる。そして、ねじ溝に付着する異物がねじ溝接触部の隙間を通過するからである。これに対し、締め代部の全周に亘って締め代を大きし、ねじ溝接触部の隙間が生じ難くすることが考えられるが、ねじ軸の摺動性が大きく低下してしまう。

【0006】

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、異物の通過率を大きく下げることができ、一方で、ねじ軸の摺動性の低下を低く抑えることができるボールねじ用シール及びボールねじを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するため、本開示の一態様に係るボールねじ用シールは、中央部にねじ軸が貫通する孔を有し、前記孔の縁部が前記ねじ軸を締め付ける締め代部となっている環状のボールねじ用シールであって、前記締め代部は、前記ねじ軸の外周面に接触する外周面接触部と、前記ねじ軸のねじ溝の底面に接触するねじ溝接触部と、を有し、前記外周面接触部は、締め代の大きさが第１所定量に設定された締め代一定部と、前記締め代一定部の両端から延びて前記ねじ溝接触部と連続し、前記締め代の大きさが周方向に移動するにつれて変化する一対の締め代変化部と、を有し、前記ねじ溝接触部の前記締め代の大きさは、前記第１所定量よりも大きい第２所定量に設定され、前記締め代変化部の前記締め代の大きさは、前記締め代一定部から前記ねじ溝接触部に向かうにつれて前記第１所定量から前記第２所定量に増加する。

【0008】

締め代の大きさに関し第１所定値を基準と考えた場合、ねじ溝接触部の締め代は第２所定値と大きい。これにより、ねじ溝接触部とねじ溝の底面との間に隙間が生じ難く、ねじ溝に対するシール性が向上する。また、ねじ溝は、従来技術によれば、シールを通過する異物が最も多く分布する部分である。とすると、本開示のシールによれば、シールを通過する異物の量が大きく低減する。以上から、異物の通過率を大きく低減させることができる。

【0009】

一方で、締め代部のうち、ねじ溝接触部のみの締め代を大きくした場合、ねじ溝接触部と隣り合う外周面接触部の周方向の両端部は、ねじ溝の底面に接触するねじ溝接触部により持ち上げられる。この結果、外周面接触部の周方向の両端部は、ねじ溝の外周面から浮いてしまい、隙間が生じてしまう。本開示のボールねじ用シールによれば、外周面接触部の周方向の両端部には、締め代一定部からねじ溝接触部に近づくにつれて締め代が大きくなる締め代変化部が設けられている。このため、外周面接触部の周方向の両端部が外周面から浮いてしまう、ということが回避される。さらに、締め代部のうち締め代が第１所定値よりも大きい部分は全体の一部（ねじ溝接触部と締め代変化部）に限定されている。このため、ねじ軸の摺動性の低下を低く抑えることができる。

【0010】

上記のボールねじ用シールの一態様として、一対の前記締め代変化部は、前記外周面接触部において周方向に占める割合が同じであり、前記ねじ溝接触部の周方向の中間点と、前記ねじ軸の軸心と、を通過する仮想線を基準として線対称となっていることが好ましい。

【0011】

これによれば、ボールねじ用シールを表裏反転させても同一形状であり、利便性が高い。

【0012】

また、本開示の一態様に係るボールねじは、筒状のナットと、前記ナットを貫通するねじ軸と、前記ナットのねじ溝と、前記ねじ軸のねじ溝と、の間に配置された複数のボールと、前記ナットの端面に装着される上記のボールねじ用シールと、を備える。

【0013】

本開示のボールねじによれば、シールを通過する異物の量が大きく低減する。また、シールの外周面接触部の周方向の両端部が外周面から浮いてしまう、ということが回避されている。さらに、ねじ軸の摺動性の低下が低く抑えられている。

【発明の効果】

【0014】

本開示のボールねじ用シール及びボールねじは、異物の通過率を大きく下げることができ、一方で、ねじ軸の摺動性の低下を低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、ナットをボールねじの軸心に沿って切ったボールねじの断面図である。

【図2】図２は、実施形態１に係るボールねじ用シールの正面図である。

【図3】図３は、図２のボールねじ用シールの一部を拡大した拡大図である。

【図4】図４は、実施形態２に係るボールねじ用シールの正面図である。

【図5】図５は、実施例１、比較例１、比較例２、及び比較例３について異物の通過率の測定結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

【0017】

図１は、ナットをボールねじの軸心に沿って切ったボールねじの断面図である。図２は、実施形態１に係るボールねじ用シールの正面図である。図３は、図２のボールねじ用シールの一部を拡大した拡大図である。実施形態１のシール１０を説明する前に、シール１０が装着されるボールねじ１について説明する。

【0018】

（実施形態１）
図１に示すように、ボールねじ１は、円筒状のナット２と、ナット２を貫通するねじ軸３と、ナット２の内部に配置される複数のボール４と、を備える。ナット２の内周面２ａには、第１ねじ溝５が設けられている。ねじ軸３の外周面３ａには、第１ねじ溝５に対応する第２ねじ溝６が設けられている。ボール４は、第１ねじ溝５と第２ねじ溝６との間に配置されている。なお、第２ねじ溝６は、単にねじ溝と呼ばれることがある。

【0019】

ナット２がねじ軸３の軸心Ｘを中心に回転すると、各ボール４が転動し、ねじ軸３が軸心Ｘに沿った方向に移動する。ナット２の両端面２ｂには、凹部２ｃが設けられている。凹部２ｃの内部には、シール１０と、環状のスペーサ７と、複数のボルト８と、が設けられている。スペーサ７は、環状を成し、全周がシール１０と接触している。そして、ボルト８の締め付けにより、シール１０の全周がスペーサ７に締め付けられ、シール１０がナット２に取り付けられる。

【0020】

次に図２を参照しながら実施形態１のシールを説明する。なお、図２の仮想円Ｃ１は、ナット２の内周面２ａを示している。仮想円Ｃ２は、ねじ軸３を、軸心Ｘを垂線とする平面で切った場合の外形線である。なお、仮想円Ｃ２の一部は、径方向内側に向かって円弧状に突出する仮想円弧部Ｃ３となっている。この仮想円弧部Ｃ３は、第２ねじ溝６の底面を示している。さらに、仮想線Ｌ１、Ｌ２は、外周面接触部１５とねじ溝接触部１６との境界と、軸心Ｘと、を通る線である。仮想線Ｌ３、Ｌ４は、締め代一定部１７と締め代変化部１８、１９との境界と、軸心Ｘと、を通る線である。仮想線Ｌ５は、ねじ溝接触部１６の周方向の中間点１６ａと、軸心Ｘと、を通る線である。

【0021】

図２に示すように、シール１０は、中央部に孔１１が設けられており、環状を成している。シール１０は、樹脂材料又はゴムにより製造されている。シール１０の外形は、軸心Ｘを中心に円形状となっている。シール１０は、仮想円Ｃ１よりも径方向外側に位置する外周部１２と、仮想円Ｃ１と仮想円Ｃ２との間に位置する内周部１３と、内周部１３よりも径方向内側に突出する締め代部１４と、を備える。

【0022】

外周部１２は、シール１０をナット２に装着する場合、スペーサ７とナット２との間に挟み込まれる部位である。また、外周部１２には、ボルト８の軸部が貫通するボルト孔１２ａが複数設けられている。なお、シール１０において、ボルト孔１２ａの数、周方向の位置は、実施形態１に示す例に限定されない。

【0023】

内周部１３は、ナット２とねじ軸３との間を封止する部位である。内周部１３は、軸心Ｘを中心に円弧状を成す円弧部１３ａと、円弧部１３ａよりも径方向内側に突出する突出部１３ｂと、を有している。円弧部１３ａは、ナット２とねじ軸３の外周面３ａとの間を封止する。突出部１３ｂは、ナット２と第２ねじ溝６の底面６ａとの間を封止する。なお、ねじ軸３等に製造誤差がない場合や、ナット２に対してシール１０の取り付け誤差がない場合、内周部１３の径方向内端は、ねじ軸３の外形線（仮想円Ｃ２参照）と重なる。

【0024】

締め代部１４は、シール１０の孔１１の縁部により形成されており、ねじ軸３の外周を締め付けている。締め代部１４は、ねじ軸３の外周面３ａに接触する外周面接触部１５と、第２ねじ溝６の底面６ａに接触するねじ溝接触部１６と、を備える。

【0025】

外周面接触部１５は、締め代の大きさが周方向に一定である締め代一定部１７と、締め代の大きさが周方向に変化する一対の締め代変化部１８、１９と、を備える。一対の締め代変化部１８、１９は、締め代一定部１７の両端から延びてねじ溝接触部１６と連続している。つまり、一対の締め代変化部１８、１９は、締め代一定部１７とねじ溝接触部１６との間に介在している。また、シール１０は、仮想線Ｌ５を基準として、線対称に形成されている。よって、一対の締め代変化部１８、１９の構成は共通し、代表例として締め代変化部１８を説明し、締め代変化部１９の説明を省略する。

【0026】

締め代一定部１７は、ねじ軸３の外周面３ａであって、第２ねじ溝６から周方向に離隔した部分に接触している。締め代変化部１８は、ねじ軸３の外周面３ａであって、第２ねじ溝６と周方向に隣り合う部分に接触する。

【0027】

図３に示すように、締め代一定部１７の締め代の大きさＬ１は、第１所定値に設定されている。ねじ溝接触部１６の締め代の大きさＬ２は、第２所定値に設定されている。この第２所定値βは、第１所定値αよりも大きい。よって、ねじ溝接触部１６に皺が発生し、ねじ溝接触部１６が変形した場合であっても、ねじ溝接触部１６と第２ねじ溝６の底面６ａとの間に隙間が生じ難い。そのほか、ねじ溝接触部１６の締め代が大きくなっているため、ねじ溝接触部１６と第２ねじ溝６の底面６ａとの接触により、隣り合う外周面接触部１５の周方向の両端部（締め代変化部１８、１９）が径方向外側に持ち上がり易い。

【0028】

締め代変化部１８の締め代の大きさＬ３は、締め代一定部１７と連続する一端部１８ａからねじ溝接触部１６と連続する他端部１８ｂに向かうにつれて、第１所定値から第２所定値に増加している。つまり、締め代変化部１８は、一端部１８ａから他端部１８ｂに向かうにつれて径方向内側に突出する突出量が増加している。よって、ねじ溝接触部１６によって締め代変化部１８が持ち上げられたとしても、締め代変化部１８とねじ軸３の外周面３ａとの間に隙間が生じ難い。

【0029】

締め代一定部１７よりも締め代が大きい締め代変化部の割合を低減できるため、ねじ軸の摺動性が大きく低下することを抑制できる。

【0030】

次にシール１０の作用効果について説明する。実施形態１のシール１０によれば、ねじ溝接触部１６により第２ねじ溝６に対するシール性が向上している。また、第２ねじ溝６は、従来技術によれば、シール１０を通過する異物の多くが付着している部分である。よって、実施形態１のシール１０によれば、第２ねじ溝６に付着してシール１０を通過する異物の量が大きく低減する。以上から、実施形態１のシール１０の異物の通過率は、大きく下がっている。

【0031】

一方で、締め代部１４のうち締め代が第１所定値よりも大きい部分は全体の一部（ねじ溝接触部１６と締め代変化部１８、１９）に限定されている。このため、ねじ軸３の摺動性の低下は小さく抑えられている。

【0032】

以上で説明したように、実施形態１のボールねじ用のシール１０は、中央部にねじ軸３が貫通する孔１１を有し、孔１１の縁部がねじ軸３を締め付ける締め代部１４となっている環状のボールねじ用のシール１０である。締め代部１４は、ねじ軸３の外周面３ａに接触する外周面接触部１５と、ねじ軸のねじ溝の底面に接触するねじ溝接触部１６と、を有している。外周面接触部１５は、締め代の大きさＬ１が第１所定量に設定された締め代一定部１７と、締め代一定部１７の両端から延びてねじ溝接触部１６と連続し、締め代の大きさＬ３が周方向に移動するにつれて変化する一対の締め代変化部１８、１９と、を有している。ねじ溝接触部１６の締め代の大きさＬ２は、第１所定量よりも大きい第２所定量に設定されている。締め代変化部１８、１９の締め代の大きさＬ３は、締め代一定部１７からねじ溝接触部１６に向かうにつれて第１所定量から第２所定量に増加する。

【0033】

これによれば、第２ねじ溝６に対するシール性が向上しており、異物の通過率が大きく下がる。また、締め代が増加している部分は全体の一部であり、ねじ軸３の摺動性の低下は低く抑えられている。さらに、ねじ溝接触部１６によって締め代変化部１８、１９は持ち上げられるもの、締め代がねじ溝接触部に向かうにつれて増加している。よって、締め代変化部１８、１９とねじ軸３の外周面３ａとの間には、隙間が生じ難く、異物が通過し難い。

【0034】

実施形態１のボールねじ用のシール１０は、一対の締め代変化部１８、１９は、外周面接触部１５において周方向に占める割合が同じであり、ねじ溝接触部１６の周方向の中間点１６ａと、ねじ軸３の軸心Ｘと、を通過する仮想線Ｌ５を基準として線対称となっている。これによれば、シールを表裏反転させても同一形状であり、利便性が高い。

【0035】

（実施形態２）
図４は、実施形態２に係るボールねじ用シールの正面図である。なお、以下の説明においては、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。実施形態２のボールねじ用のシール１０Ａは、締め代変化部１９Ａの角度θ３が締め代変化部１８Ａの角度θ２より大きい点で、実施形態２のボールねじ用のシール１０と相違する。つまり、実施形態２のボールねじ用のシール１０Ａによれば、仮想線を基準として線対称となっていない。しかしながら、この実施形態２のボールねじ用のシール１０Ａによっても、ねじ軸３の摺動性の低下を低く抑えつつ、異物の通過率を大きく下げることができる。

【0036】

（実施例）
実施例１、比較例１、比較例２、及び比較例３について異物の通過率の試験を行った。実施例１は、実施形態１に示すシール１０である。実施例１の締め代一定部１７の締め代の大きさは、αｍｍである。実施例１のねじ溝接触部１６の締め代の大きさは、α×２ｍｍである。実施例１の締め代変化部１８、１９は、ねじ溝接触部１６に近づくにつれて締め代の大きさがαｍｍからα×２ｍｍに増加している。締め代変化部１８、１９の角度θ２、θ３は、１０°である。比較例１は、外周部１２を備えているものの、内周部１３と締め代部１４を備えていないシールである。よって、比較例１は、ねじ軸の外周との間に環状の隙間が生じている。比較例２は、外周部１２と内周部１３とを備え、締め代部１４を備えていないシールである。比較例３は、外周部１２と内周部１３と締め代部１４とを備えるシールである。また、比較例３の締め代部の大きさは、αｍｍであり、全周に亘って均一に形成されている。

【0037】

試験方法は、異物を含んだ潤滑油を、ねじ軸であってナットの外部に露出している部分の外周に塗布した。なお、異物は、２００μｍ以下のスパッタ粉である。そして、ナットを回転させ、ねじ軸において潤滑油が塗布された部分がシールを通過するように、ねじ軸を往復運動させた。そして、ねじ軸に付着している異物の量を測定し、どのくらいの割合で残ったかを算出した。なお、測定方法として、シール通過前の状態とシール通過後の状態を撮像し、付着量を測定した。図５は、実施例１、比較例１、比較例２、及び比較例３について異物の通過率の測定結果を示すグラフである。測定結果について図５に示す。

【0038】

実施例１は、異物の通過率が１３％であった。比較例１は、異物の通過率が５０％であった。比較例２は、異物の通過率が１８％であった。比較例３は、異物の通過率が２４％であった。考察すると、比較例２よりも比較例３の方が異物の通過率が高いのは、比較例３のシールは締め代を有しているために変形してしまい、第２ねじ溝に付着する異物が通過したものと考える。また、実施例１においても、締め代部を有しているものの、ねじ溝接触部１６の締め代が大きく、かつ、締め代変化部１８、１９を有していることから、比較例３よりも異物の通過率が大きく低下したと考える。

【符号の説明】

【0039】

１ ボールねじ
２ ナット
３ ねじ軸
３ａ 外周面
４ ボール
５ 第１ねじ溝（ねじ溝）
６ 第２ねじ溝（ねじ溝）
６ａ 底面
７ スペーサ
８ ボルト
１０、１０Ａ シール（ボールねじ用シール）
１１ 孔
１２ 外周部
１３ 内周部
１４ 締め代部
１５ 外周面接触部
１６ ねじ溝接触部
１７ 締め代一定部
１８、１９ 締め代変化部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】