JP2001027299A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ねじ軸全体の温度制御を的確に行うことが可
能であると共に、潤滑と異物洗浄を行うことが可能なボ
ールねじ装置を提供する。 【解決手段】 軸心部が中空に形成されると共に、外周
面にボールねじ溝１１が形成されたねじ軸２と、ねじ軸
２のボールねじ溝１１に対向するボールねじ溝２４が内
周面に形成されたナット３と、両ボールねじ溝１１及び
２４の間に転動可能に配置された複数のボール４と、を
備え、ねじ軸２は、中空部１２と外周面とを連通する連
通路１４及び１６を有し、中空部１２に供給されると共
に、温度制御された流体を、連通路１４及び１６を介し
て外周面に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、工作機械、搬送機
械、測定機器などの高精度位置決め送りに使用されるボ
ールねじ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に使用されるボールねじ装置は、
外周面に螺旋状のボールねじ溝が形成されたねじ軸と、
このねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝が内
周面に形成されたナットと、これらの両ボールねじ溝の
間に転動可能に配置された複数のボールと、を備えて構
成されている。

【０００３】このボールねじ装置が作動する際には、ボ
ールは前記両ボールねじ溝に囲まれた螺旋状空間内を転
動し、ナットに形成したボール循環路を経て螺旋溝空間
を乗り越え、元に戻る循環移動を繰り返す。このような
ボールの螺旋循環運動を介して、ねじ軸とナットとの相
対的な直線作動が行われる。

【０００４】このようなボールねじ装置では、ボールの
循環運動を円滑に行わせるため、ナット内部にグリース
または潤滑油などの潤滑剤を予め塗布もしくは充填する
か、あるいは潤滑剤を供給装置によって供給している。

【０００５】また、従来のボールねじ装置には、当該ボ
ールねじ装置の作動中に発生する熱により、ねじ軸が伸
縮することを防止する目的で、前記ねじ軸の軸心部に冷
却液が供給される中空部を形成したものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のボールねじ装置は、潤滑剤がねじ軸の外周面からの
み供給される構造を有しており、潤滑と異物洗浄、及び
温度制御を目的とする内部噴出構造を有するものではな
かった。

【０００７】また、前記従来のボールねじ装置は、ねじ
軸の内部に形成された中空部に冷却液を供給する構造を
備えている。このため、ねじ軸全体の温度制御を行う上
で、ねじ軸の軸心付近は良好に冷却されるが、外周面に
向かうにしたがって、熱の伝達速度が遅くなり、ねじ軸
表面（外周面）の温度上昇を的確に制御することができ
ない虞がある。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点を解決
することを課題とするものであり、ねじ軸全体の温度制
御を的確に行うことが可能であると共に、潤滑と異物洗
浄を行うことが可能なボールねじ装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、軸心部が中空に形成されると共に、外周面
にボールねじ溝が形成されたねじ軸と、当該ねじ軸のボ
ールねじ溝に対向するボールねじ溝が内周面に形成され
たナットと、前記両ボールねじ溝の間に転動可能に配置
された複数のボールと、を備えたボールねじ装置であっ
て、前記ねじ軸は、前記中空部と外周面とを連通する連
通路を有し、前記中空部に供給されると共に、温度制御
された流体を、前記連通路を介して前記外周面に供給す
るボールねじ装置を提供するものである。

【００１０】この構成を備えたボールねじ装置は、温度
制御された流体として潤滑剤を使用した場合、この潤滑
剤（流体）は、ねじ軸の軸心部に形成された中空部から
前記連通路を通って、ねじ軸の外周面であるねじ溝の底
部やねじ軸の外径面に供給される。この供給の過程にお
いて、温度制御された潤滑剤は、ねじ軸の軸心部、ねじ
軸の外周面、及び前記軸心部と外周面にゆきわたる。

【００１１】また、本発明に係るボールねじ装置は、前
記連通路を複数備えることができる。この構成によっ
て、さらに前記作用を向上させることができる。

【００１２】ここで、中空部に供給された潤滑剤は、ね
じ軸全体の熱変位を安定させる。また、連通路及びねじ
軸の外周面に供給された潤滑剤は、ナットの回転によ
り、ねじ軸全体に潤滑剤の膜を形成し、ボールねじ装置
の作動に伴う発熱を取り除く。また、これと同時に、ね
じ軸の外周面に存在する異物を洗浄する。さらに、余剰
となった潤滑剤は、ねじ軸より滴下、もしくは流出す
る。

【００１３】また、同時にねじ軸の外周面から噴出した
潤滑剤は、ナットの内周面に供給され、ナットの内周面
の潤滑及び冷却と、ボール循環部の洗浄を行い、ナット
の端部から排出される。

【００１４】また、本発明に係るボールねじ装置は、前
記ねじ軸表面から流出する潤滑剤やナットの両端から流
出する潤滑剤を回収可能な回収装置をさらに備えること
ができる。

【００１５】そしてまた、この回収装置は、前記回収さ
れた潤滑剤を貯蔵する潤滑剤タンクを備えることができ
る。

【００１６】さらにまた、前記潤滑剤タンクには、前記
回収された潤滑剤を濾過する濾過装置を接続することが
できる。この濾過された潤滑剤は、前記中空部に再び供
給することができる。

【００１７】また、前記中空部には、ねじ軸内の内部圧
力を調整するドレーンバルブを接続することができる。
このドレーンバルブは、連通路から供給される潤滑剤の
供給量（供給圧力）を調整することができる。

【００１８】そしてまた、前記ナットは、内周部が常に
１個以上の連通路と対向（例えば、接触）しており、供
給された潤滑剤の圧力（流量）により、潤滑、冷却、洗
浄及び異物排出を行うことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る実施の形態に
ついて、図面を参照して説明する。

【００２０】図１は、本発明の実施の形態に係るボール
ねじ装置の概要を示す側面図、図２は、図１に示すボー
ルねじ装置の一部を拡大した断面図である。

【００２１】図１及び図２に示すように、本実施の形態
に係るボールねじ装置１は、例えば、工作機械、搬送機
械、測定機器などの高精度位置決め送りに使用される。
このボールねじ装置１は、外周面にボールねじ溝１１が
形成されたねじ軸２と、ねじ軸２に対して相対的に直線
移動可能に取り付けられたナット３と、ねじ軸２とナッ
ト３との間に配置された複数のボール４を備えて構成さ
れている。

【００２２】ねじ軸２の外周面には、ほぼ全長に亘っ
て、螺旋状のボールねじ溝１１が形成されている。この
ねじ軸２の軸心部には、その全長に亘って中空部１２が
形成されている。ただし、図１に示す右側の端部は、栓
３５で塞がれている。また、ねじ軸２には、中空部１２
と、ボールねじ溝１１の底部１３とを連通させる連通路
１４が複数形成されている。さらに、ねじ軸２には、中
空部１２と、ねじ軸２の外径部１５（すなわち、ねじ山
部分）とを連通させる連通路１６が複数形成されてい
る。

【００２３】また、ねじ軸２は、両端が軸受１７及び１
８によって回転可能に支持されている。ねじ軸２の軸受
１８側の最端部には、ねじ軸２を駆動させる駆動プーリ
１９が設けられている。一方、ねじ軸２の軸受１７が設
けられている最端部には、ロータリージョイント２０が
接続されており、このロータリージョイント２０を介し
て、図示しない潤滑剤タンクから中空部１２内に潤滑剤
が供給される。

【００２４】ロータリージョイント２０は、標準精密中
空ボールねじの冷却媒体の専用ジョイントとして一般的
に市販されているシールユニットであり、前記潤滑剤が
流入される流入パイプ２０ａと、流入パイプ２０ａから
の潤滑剤の浸入を阻止するシール２０ｂと、シール２０
ｂを収容するシールハウジング２０ｃを備えて構成され
ている。シール２０ｂの内周面とねじ軸２の外周面は、
ねじ軸２の回転により摺動し合う。

【００２５】また、ねじ軸２の軸受１８側の端部近傍に
は、中空部１２に供給された余剰の潤滑剤を排出するた
めの排出側シール部２１が設けられている。この排出側
シール部２１は、潤滑剤を排出する排出パイプ２１ａ
と、潤滑剤の浸入を阻止するシール２１ｂと、シール２
１ｂを収容するシールハウジング２０ｃを備えて構成さ
れている。

【００２６】この排出パイプ２１ａには、中空部１２、
連通路１４及び１６の内部圧力を調整するドレーンバル
ブ２２が接続されている。このドレーンバルブ２２は、
連通路１４及び１６から供給される潤滑剤の供給量（供
給圧力）を調整する。

【００２７】なお、このねじ軸２は、軸受１７及び１８
を介して機台２３に支持されている。

【００２８】ナット３は、ねじ軸２を内包するように、
ねじ軸２に配置されており、ねじ軸２の回転によって、
ねじ軸２の軸心方向に移動する。このナット３は、その
内周面に、ねじ軸２に形成されたボールねじ溝１１に対
向する螺旋状のボールねじ溝２４が形成されている。

【００２９】ボール４は、鋼球からなり、ボールねじ溝
１１及び２４との間に転動可能に配置されている。

【００３０】また、ボールねじ装置１は、ねじ軸２の表
面（外周面）から流出する潤滑剤やナット３の両端から
流出する潤滑剤を回収可能な図示しない回収装置が接続
されている。

【００３１】潤滑剤は、予め所定の温度となるよう温度
制御がなされている。この潤滑剤の温度は、ボールねじ
装置１の種類や、使用状況、環境温度などによって任意
に設定することができる。例えば、装置周辺の雰囲気温
度が２０℃の条件では、１９℃〜２１℃程度に設定する
ことが望ましい。

【００３２】なお、符号２５は、テーブルである。テー
ブル２５は、図示しない案内装置に案内され、機台２３
に対し、ねじ軸２の軸方向に往復移動可能に支持されて
いる。また、ナット３は、テーブル２５と一体に移動可
能に構成されている。

【００３３】次に、本実施の形態に係るボールねじ装置
１の具体的動作について、図面を参照して説明する。

【００３４】先ず、駆動プーリ１９を駆動させて、ねじ
軸２を回転させる。この回転に伴って、ボール４はボー
ルねじ溝１１及び２４に囲まれた螺旋状空間内を転動
し、ナット３に形成したボール循環路を経て螺旋溝空間
を乗り越え、元に戻る循環移動を繰り返す。このような
ボール４の螺旋循環運動を介して、ナット３は、ねじ軸
２の軸心方向に移動する。

【００３５】この時、ねじ軸２の中空部１２には、ロー
タリージョイント２０を介して潤滑剤が供給され、この
潤滑剤は、連通路１４及び１６を介して、ボールねじ溝
１１の底部１３と、ねじ軸２の外径部１５に供給され
る。ここで、この潤滑剤は、前述したように低温に設定
されているため、潤滑剤の役割を果たすと共に、冷却剤
の役割も果たす。この時、中空部１２、連通路１４及び
１６の内部圧力は、ドレーンバルブ２２によって調整さ
れている。

【００３６】ねじ軸２の回転と、ナット３の移動によ
り、連通路１４及び１６から供給された（噴出された）
潤滑剤は、ナット３の内周面に供給され、ナット３の潤
滑及び冷却と、ボール循環部の洗浄を行い、ナット３の
端部から排出される。

【００３７】この排出された余剰の潤滑剤は、図示しな
い回収装置に回収され、濾過装置によって濾過されて再
び、中空部１２に供給される。

【００３８】このように、冷却剤としての役割を備えた
潤滑剤は、先ず、中空部１２にて、ねじ軸２全体の熱変
位を安定させる。また、連通路１４及び１６と、ねじ軸
２の外周面に供給された潤滑剤は、ナット３の回転によ
り、ねじ軸２全体に膜を形成し、ボールねじ装置１の作
動に伴う発熱を効率よく取り除くことができる。

【００３９】また、これと同時に、ねじ軸２の外周面、
ナット３の内周面の潤滑・洗浄を行うことができる。

【００４０】また、連通路１４から噴出される潤滑剤
は、ボールねじ溝１１の底部近傍から外方へ向けて流れ
るので、ボールの洗浄及び冷却を効率的に行うことがで
きる。

【００４１】なお、中空部１２の径の大きさや、連通路
１４及び１６の径の大きさ及び設置数などは、ボールね
じ装置１の種類や、使用状況、環境温度などによって任
意に設定することができる。

【００４２】また、本実施の形態では、ボールねじ溝１
１の底部１３と、ねじ軸２の外径部１５に、連通路１４
及び１６の開口部をそれぞれ配置した場合について説明
したが、これに限らず、連通路１４及び１６は、中空部
１２とねじ軸２の外周面（外表面）とを連通することが
できれば、他の部分に前記開口部を形成してもよいこと
は勿論である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るボー
ルねじ装置は、ねじ軸が、その軸心部に形成された中空
部と外周面とを連通する連通路を有し、前記中空部に供
給されると共に、温度制御された流体を、前記連通路を
介して前記外周面に供給する構成を備えているため、前
記流体を、ねじ軸の軸心部、ねじ軸の外周面、及び前記
軸心部と外周面にゆきわたせることができる。この結
果、ねじ軸全体の温度制御を的確に行うことが可能であ
ると共に、潤滑と異物洗浄を行うことが可能なボールね
じ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るボールねじ装置の概
要を示す側面図である。

【図２】図１に示すボールねじ装置の一部を拡大した断
面図である。

【符号の説明】

１ ボールねじ装置 ２ ねじ軸 ３ ナット ４ ボール １１ ねじ溝 １２ 中空部 １４、１６ 連通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸心部が中空に形成されると共に、外周
   面にボールねじ溝が形成されたねじ軸と、当該ねじ軸の
   ボールねじ溝に対向するボールねじ溝が内周面に形成さ
   れたナットと、前記両ボールねじ溝の間に転動可能に配
   置された複数のボールと、を備えたボールねじ装置であ
   って、 前記ねじ軸は、前記中空部と外周面とを連通する連通路
   を有し、前記中空部に供給されると共に、温度制御され
   た流体を、前記連通路を介して前記外周面に供給するボ
   ールねじ装置。