JP2001193815A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】比較的簡便な構成を採りながら、塵埃の侵入防
止や密封型シールの耐久性向上等を実現したボールねじ
装置を提供する。 【解決手段】本実施形態では、ねじ軸５の加工にあたっ
て、総形砥石３５により雄ねじ溝３と縁部面取り２３と
が同時に研削加工され、これにより、従来装置に存在し
た雄ねじ溝３と縁部面取り２３との間の微小突起等がま
ったく生じなくなった。これにより、ねじ軸５と摺接す
る密封型シール３１のリップ部２９の摩耗が殆ど無視し
得るものとなる他、雄ねじ溝３の溝底に逃げ溝も設けら
れていないことも相俟って、塵埃等が密封型シール３１
を通過してボールナット９内に侵入することもなくな
り、ボールナット９内の潤滑環境が長期に亘って良好に
保たれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業ロボット等に
採用されるボールねじ装置に係り、詳しくは耐久性の向
上等を図る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業ロボット等に組み込まれて回転運動
を直線運動に変換する装置として、ボールねじ装置が従
来より知られている。ボールねじ装置は、外周にねじ溝
が形成されたねじ軸と内周にねじ溝が形成されたボール
ナットとの間に多数個のボールを介在させ、ねじ軸を電
動モータ等で回転させることによってボールナット（お
よび、ボールナットが装着された部材）をねじ軸の軸線
に沿って移動させるものである。

【０００３】図６は、従来のボールねじ装置の一例を示
す要部縦断面図である。同図に示したように、ボールね
じ装置１は、円弧状の横断面を有する雄ねじ溝３が外周
に形成されたねじ軸５と、ねじ軸５の雄ねじ溝３に対応
する雌ねじ溝７が内周面に形成されたボールナット９
と、多数個のボール１１等から構成されている。ボール
ナット９には、その外面と雌ねじ溝７とを連通する連通
路（図示せず）が形成されており、これら連通路に仮想
線で示した略Ｕ字形状のボール循環チューブ（仮想線で
示す）１３の端部がそれぞれ嵌挿されている。ボール１
１は、雄ねじ溝３と雌ねじ溝７との間に転動自在に介装
されると共に、ボール循環チューブ１３内にも所定個数
が収容されている。図７（図６中のＢ部拡大断面図）に
示したように、雄ねじ溝３には、その溝底に研削加工を
容易にするための逃げ溝５１が形成されると共に、ラン
ド部２１との間に縁部面取り（この例では、４５゜直線
面取り）２３が施されている。

【０００４】このボールねじ装置１では、ねじ軸５がボ
ールナット９に対して相対回転した場合、ボール１１を
介した螺進作用により、ボールナット９がねじ軸５の軸
線に沿って移動する。この際、ボール１１は、雄ねじ溝
３と雌ねじ溝７とにより画成された転走路３７を転動
し、ボール循環チューブ１３の一端部に形成されたタン
グ部（図示せず）に案内されて転走路３７からすくい上
げられてボール循環チューブ１３内に導かれる。ボール
循環チューブ１３内に導かれたボール１１は、ボール循
環チューブ１３を通過した後にその他端部から転走路３
７に戻り、これによりボール１１が循環することにな
る。

【０００５】ところで、ボールねじ装置においては、送
り精度を確保するため、雄ねじ溝３、雌ねじ溝７および
ボール１１の寸法精度は厳重に管理されている。したが
って、ねじ軸５とボールナット９との間に塵埃等の異物
が侵入した場合、ボールねじ装置の作動不良がもたらさ
れたり、各部材の摩耗によって装置寿命が低下する虞が
生じる。そこで、ボールナット９の両端部にはねじ軸５
の横断面形状に対応する内周形状のリップ部２９を有し
た密封型シール３１が取り付けられ、ボールナット９内
への異物の侵入が防止されている。図中、符号３３で示
した部材は、密封型シール３１をボールナット９に固定
するためのリテーナ（図示例では、Ｃ型止め輪）であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のボール
ねじ装置では、塵埃の侵入を確実に防止することが難し
い他、密封型シール３１の耐久性が低い等の問題があっ
た。例えば、一般にねじ軸５の雄ねじ溝３は図８に示し
たように側面がゴシックアーチ状に成形された砥石６１
によって研削されるが縁部面取り２３は雄ねじ溝３の研
削に先だち研削加工によって形成される。したがって雄
ねじ溝３と縁部面取り２３の加工が別行程であるという
ことと、ねじ軸５が一般に長尺であることも災いして、
ねじ軸５に雄ねじ溝３と縁部面取り２３を形成しても互
いの位置がずれ易くねじ軸５の全長に亘って雄ねじ溝３
と縁部面取り２３の正確な形状を確保するのが困難であ
った。したがって密封型シールのリップ内周部をねじ軸
５の軸芯と直角に切断した断面形状に製作してもねじ軸
の雄ねじ溝３と縁部面取り２３がずれることによってリ
ップ内周部との間にすき間が生じそこから異物が侵入し
てしまいボールねじ装置の寿命の低下を来たすという問
題があった。また、ねじ軸５の雄ねじ溝３には研削加工
を容易にするための逃げ溝５１が形成されているため、
塵埃がこの逃げ溝５１を通過してボールナット９内に侵
入する虞もあった。

【０００７】一方、両ねじ溝３，７とボール１１との間
には、通常グリース等の潤滑剤が封入されており、転接
面の摩耗や摩擦による加熱等が防止されるようになって
いる。ところが、グリース等は、温度や、水分、異物、
摩耗粉等の影響により、比較的短期間で潤滑剤としての
機能が低下するため、定期的にその捕給が必要となる。
そこで、潤滑剤の補給作業の省力化や効率化を図るた
め、自動潤滑剤補給装置が開発されている。しかしなが
ら、この種の補給装置は複雑・高価であり、また給脂の
ための配管等も新たに設置しなくてはならず、設備コス
トの大幅な増大が余儀なくされる。更に、補給装置の点
検・保守作業も必要となるため、メンテナンス性が悪化
する問題もあった。

【０００８】本発明は、上記状況に鑑みなされたもので
あり、比較的簡便な構成を採りながら、塵埃の侵入防止
や密封型シールの耐久性向上等を実現したボールねじ装
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】上述の目的を達成すべ
く、請求項１の発明では、外周面に雄ねじ溝を有するね
じ軸と、内周面に雌ねじ溝を有するボールナットとを当
該雄ねじ溝と当該雌ねじ溝とにより画成された転走路中
を転動する多数のボールを介して螺合させ、前記ねじ軸
と前記ボールナットとをそれらの相対回転により当該ね
じ軸の軸線方向に相対移動させるボールねじ装置であっ
て、前記ボールナットの端部に前記ねじ軸に摺接する密
封型シールを設けると共に、前記雄ねじ溝の縁部面取り
を当該雄ねじ溝と同時に加工したものを提案する。この
発明では、例えば、総形研削砥石を用いることによって
縁部面取りを雄ねじ溝と同時に成形し、両者の間に位置
ずれを生じさせないようにする。これにより、密封型シ
ールによる異物の侵入防止がより確実に行われる。

【００１０】また、請求項２の発明では、外周面に雄ね
じ溝を有するねじ軸と、内周面に雌ねじ溝を有するボー
ルナットとを当該雄ねじ溝と当該雌ねじ溝とにより画成
された転走路中を転動する多数のボールを介して螺合さ
せ、前記ねじ軸と前記ボールナットとをそれらの相対回
転により当該ねじ軸の軸線方向に相対移動させるボール
ねじ装置であって、前記ボールナットの端部に前記ねじ
軸に摺接する密封型シールを設けると共に、前記雄ねじ
溝には研削加工用の逃げ溝を設けないものを提案する。
この発明では、異物が通過する逃げ溝が存在しないた
め、密封型シールによる異物の侵入防止がより確実に行
われる。

【００１１】また、請求項３の発明では、請求項１また
は２のボールねじ装置において、前記密封型シールは、
耐摩耗特性に優れたゴムまたはプラスチックスを素材と
して用いたものを提案する。この発明では、ねじ軸との
摺動による密封型シールの摩耗が抑制され、長期に亘る
異物の侵入防止が実現される。

【００１２】また、請求項４の発明では、外周面に雄ね
じ溝を有するねじ軸と、内周面に雌ねじ溝を有するボー
ルナットとを当該雄ねじ溝と当該雌ねじ溝とにより画成
された転走路中を転動する多数のボールを介して螺合さ
せ、前記ねじ軸と前記ボールナットとをそれらの相対回
転により当該ねじ軸の軸線方向に相対移動させるボール
ねじ装置であって、前記ボールナットの端部と前記ボー
ルナットの内部におけるボール非通過空間との少なくと
も一方に前記ねじ軸に摺接する潤滑剤含有ポリマ部材を
取り付け、当該潤滑剤含有ポリマ部材の外側に前記ねじ
軸に摺接する密封型シールを設けたものを提案する。こ
の発明では、潤滑剤含有ポリマ部材から滲出した潤滑剤
によりねじ軸の潤滑が長期間に亘って行われると共に、
密封型シールにより異物の侵入や潤滑剤の漏出が防止さ
れる。また、潤滑剤含有ポリマ部材から滲出した潤滑剤
が密封型シールのリップ部にも行き渡りリップ部の摩耗
が低減され長期にわたって異物の侵入が防止できるとと
もにリップ部の摺動抵抗が低減される。

【００１３】また、請求項５の発明では、請求項４のボ
ールねじ装置において、前記雄ねじ溝の縁部面取りを当
該雄ねじ溝と同時に加工したものを提案する。この発明
では、例えば、総形研削砥石を用いることによって縁部
面取りを雄ねじ溝と同時に成形し、両者の間に位置ずれ
を生じさせないようにする。これにより、密封型シール
による異物の侵入防止がより確実に行われる。

【００１４】また、請求項６の発明では、請求項４また
は５のボールねじ装置において、前記雄ねじ溝には研削
加工用の逃げ溝を設けないものを提案する。この発明で
は、異物が通過する逃げ溝が存在しないため、密封型シ
ールによる異物の侵入防止がより確実に行われる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るボール
ねじ装置を示す要部縦断面図である。同図に示したよう
に、ボールねじ装置１は、円弧状の横断面を有する雄ね
じ溝３が外周に形成されたねじ軸５と、ねじ軸５の雄ね
じ溝３に対応する雌ねじ溝７が内周面に形成されたボー
ルナット９と、多数個のボール１１等から構成されてい
る。ボールナット９には、その上面と雌ねじ溝７とを連
通する一対の連通路（図示せず）が形成されており、こ
れら連通路に仮想線で示した略Ｕ字形状のボール循環チ
ューブ（仮想線で示す）１３の端部がそれぞれ嵌挿され
ている。ボール１１は、雄ねじ溝３と雌ねじ溝７との間
に転動自在に介装されると共に、ボール循環チューブ１
３内にも所定個数が収容されている。

【００１６】本実施形態の雄ねじ溝７には、図２（図１
中のＡ部拡大断面図）に示したように、ランド部２１と
の間に縁部面取り（本実施形態では、Ｒ面取り）２３が
施されているが、溝底には従来装置にあった逃げ溝が設
けられていない。また、ボールナット９の両端部にはね
じ軸５の横断面形状に対応する内周形状のリップ部２９
を有した密封型シール３１が取り付けられ、ボールナッ
ト９内への異物の侵入が防止されている。密封型シール
３１は、一対の金属製リング間にリップ部２９を構成す
る摺接環を介装させたもので、本実施形態では、摺接環
の素材としてフッ素ゴムや熱可塑性エラストマー等の耐
摩耗特性に優れたゴムまたはプラスチックスが用いられ
ている。図１中、符号３３で示した部材は、密封型シー
ル３１をボールナット９に固定するためのリテーナ（図
示例では、Ｃ型止め輪）である。

【００１７】本実施形態では、ねじ軸５の加工にあたっ
て、図３に示したように、総形砥石３５により雄ねじ溝
３と縁部面取り２３とが同時に研削加工され、これによ
り、従来装置に存在した雄ねじ溝３と縁部面取り２３と
の位置ずれが生じなくなった。

【００１８】以下、第１実施形態の作用を述べる。本実
施形態のボールねじ装置１においても、ねじ軸５がボー
ルナット９に対して相対回転した場合、ボール１１を介
した螺進作用により、ボールナット９がねじ軸５の軸線
に沿って移動する。この際、ボール１１は、雄ねじ溝３
と雌ねじ溝７とにより画成された転走路３７を転動し、
ボール循環チューブ１３の一端部に形成されたタング部
（図示せず）に案内されて転走路３７からすくい上げら
れてボール循環チューブ１３内に導かれる。ボール循環
チューブ１３内に導かれたボール１１は、ボール循環チ
ューブ１３を通過した後にその他端部から転走路３７に
戻り、これによりボール１１が循環することになる。

【００１９】ボールねじ装置１の作動時において、ねじ
軸５の雄ねじ溝３やランド部２１は密封型シール３１の
リップ部２９と連続的に摺接する。ところが、本実施形
態の場合、雄ねじ溝３と縁部面取り２３との間に位置ず
れが存在しないため、密封型シールのリップ部とねじ軸
の縁部面取り部との間のすき間が生じなくなった。その
ため、長期に亘ってボールナット内への異物の侵入を防
止できる。また、摺接環の素材として耐摩耗特性に優れ
たゴムやプラスチックスが用いられているので、長期に
亘る運転が行われてもリップ部２９の摩耗が殆ど無視し
得るものとなる。

【００２０】一方、本実施形態では、雄ねじ溝３と縁部
面取り２３との間に位置ずれがない他、雄ねじ溝３の溝
底に逃げ溝も設けられていないため、塵埃等が密封型シ
ール３１を通過してボールナット９内に侵入することも
きわめて少なく、ボールナット９内の潤滑環境が長期に
亘って良好に保たれる。

【００２１】図４は、第２実施形態に係るボールねじ装
置を示す要部縦断面図である。本実施形態においても、
ねじ軸５の雄ねじ溝３とランド部２１との間に同時加工
による縁部面取りが施されること等、その全体的な構成
は第１実施形態と略同一であるが、更にボールナット９
内に左右一対の潤滑剤含有ポリマ部材４１が嵌挿されて
いる。潤滑剤含有ポリマ部材４１は、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン等の
基本的に同じ化学構造を有するポリオレフィン系樹脂の
群から選定された合成樹脂に、潤滑剤としてポリα−オ
レフィン油のようなパラフィン系炭化水素油、ナフテン
系炭化水素油、鉱油、ジアルキルジフェニルエーテル油
のようなエーテル油、フタル酸エステルのようなエステ
ル油等の何れか単独若しくは混合油の形で混ぜて調製し
た原料を、樹脂の融点以上で加熱して可塑化し、その後
冷却することで固形状にしたものであり、潤滑剤の中に
予め酸化防止剤、錆止め剤、摩耗防止剤、あわ消し剤、
極圧剤等の各種添加剤を加えたものでもよい。

【００２２】潤滑剤含有ポリマ部材４１の外周には細い
環状溝４３が形成されており、潤滑剤含有ポリマ部材４
１は、この環状溝４３に外嵌したガータスプリング４５
によって一定の押圧力でねじ軸５の外周に押圧されるた
め、長期間の運転によりその内周面が摩耗しても、ねじ
軸５との適切な接触が保たれ良好な潤滑が確保されるよ
うになっている。

【００２３】本実施形態のボールねじ装置１では、密封
型シール３１によりボールナット９外への潤滑剤の漏洩
やボールナット９内への異物の侵入がきわめて少なく、
ボールねじの寿命が大幅に延長される。また、密封型シ
ール３１は、潤滑剤含有ポリマ部材４１からしみ出た潤
滑剤により常に潤滑されるため、リップ部等の摩耗や破
損が殆ど生じることがなく、極めて高い耐久性が確保さ
れる。

【００２４】以上で、具体的な実施の形態についての説
明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られ
るものではない。例えば、上記実施形態では、雄ねじ溝
とランド部との間の縁部面取りをＲ面取りとしたが、４
５゜面取り等の直線面取りを施すようにしてもよい。ま
た、第２実施形態では、潤滑剤含有ポリマ部材をボール
ねじのランド部にのみ摺接させるようにボールナット９
内に左右一対の潤滑剤含有ポリマ部材を設けたが、潤滑
剤含有ポリマ部材を一つのみ設けるようにしたり、図５
に示したように、潤滑剤含有ポリマ部材４１にねじ軸５
の雄ねじ溝３にも一部摺接する突出部４７を形成するよ
うにしてもよく、これらの場合にも第２実施形態とほぼ
同様の効果を得ることができる。また、潤滑剤含有ポリ
マ部材の配置や固定方法を始め、ボールねじの具体的構
造等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれ
ば適宜変更可能である。

【００２５】

【発明の効果】請求項１のボールねじ装置によれば、外
周面に雄ねじ溝を有するねじ軸と、内周面に雌ねじ溝を
有するボールナットとを当該雄ねじ溝と当該雌ねじ溝と
により画成された転走路中を転動する多数のボールを介
して螺合させ、前記ねじ軸と前記ボールナットとをそれ
らの相対回転により当該ねじ軸の軸線方向に相対移動さ
せるボールねじ装置であって、前記ボールナットの端部
に前記ねじ軸に摺接する密封型シールを設けると共に、
前記雄ねじ溝の縁部面取りを当該雄ねじ溝と同時に加工
するようにしたため、縁部面取りと雄ねじ溝との間に位
置ずれが生じなくなり、密封型シールによる異物の侵入
防止がより確実に行われる。

【００２６】また、請求項２のボールねじ装置によれ
ば、外周面に雄ねじ溝を有するねじ軸と、内周面に雌ね
じ溝を有するボールナットとを当該雄ねじ溝と当該雌ね
じ溝とにより画成された転走路中を転動する多数のボー
ルを介して螺合させ、前記ねじ軸と前記ボールナットと
をそれらの相対回転により当該ねじ軸の軸線方向に相対
移動させるボールねじ装置であって、前記ボールナット
の端部に前記ねじ軸に摺接する密封型シールを設けると
共に、前記雄ねじ溝には研削加工用の逃げ溝を設けない
ようにしたため、密封型シールによる異物の侵入防止が
より確実に行われる。

【００２７】また、請求項４のボールねじ装置によれ
ば、外周面に雄ねじ溝を有するねじ軸と、内周面に雌ね
じ溝を有するボールナットとを当該雄ねじ溝と当該雌ね
じ溝とにより画成された転走路中を転動する多数のボー
ルを介して螺合させ、前記ねじ軸と前記ボールナットと
をそれらの相対回転により当該ねじ軸の軸線方向に相対
移動させるボールねじ装置であって、前記ボールナット
の端部と前記ボールナットの内部におけるボール非通過
空間との少なくとも一方に前記ねじ軸に摺接する潤滑剤
含有ポリマ部材を取り付け、当該潤滑剤含有ポリマ部材
の外側に前記ねじ軸に摺接する密封型シールを設けるよ
うにしたため、潤滑剤含有ポリマ部材から滲出した潤滑
剤によりねじ軸の潤滑が長期間に亘って行われると共
に、密封型シールにより異物の侵入や潤滑剤の漏出が防
止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るボールねじ装置を示す要部
縦断面図である。

【図２】図１中のＡ部拡大断面図である。

【図３】第１実施形態での雄ねじ溝と縁部面取りとの加
工形態を示す説明図である。

【図４】第２実施形態に係るボールねじ装置を示す要部
縦断面図である。

【図５】第２実施形態の一部変形例を示す要部縦断面図
である。

【図６】従来のボールねじ装置を示す要部縦断面図であ
る。

【図７】図６中のＢ部拡大断面図である。

【図８】従来装置における雄ねじ溝の加工形態を示す説
明図である。

【図９】従来装置における縁部面取りの加工形態を示す
説明図である。

【符号の説明】

１‥‥ボールねじ装置 ３‥‥雄ねじ溝 ５‥‥ねじ軸 ７‥‥雌ねじ溝 ９‥‥ボールナット １１‥‥ボール １３‥‥ボール循環チューブ ２１‥‥ランド部 ２３‥‥縁部面取り ２９‥‥リップ部 ３１‥‥密封型シール ３５‥‥総形砥石 ３７‥‥転走路 ４１‥‥潤滑剤含有ポリマ部材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周面に雄ねじ溝を有するねじ軸と、内周
   面に雌ねじ溝を有するボールナットとを当該雄ねじ溝と
   当該雌ねじ溝とにより画成された転走路中を転動する多
   数のボールを介して螺合させ、前記ねじ軸と前記ボール
   ナットとをそれらの相対回転により当該ねじ軸の軸線方
   向に相対移動させるボールねじ装置であって、前記ボー
   ルナットの端部に前記ねじ軸に摺接する密封型シールを
   設けると共に、前記雄ねじ溝の縁部面取りを当該雄ねじ
   溝と同時に加工したことを特徴とするボールねじ装置。
2. 【請求項２】外周面に雄ねじ溝を有するねじ軸と、内周
   面に雌ねじ溝を有するボールナットとを当該雄ねじ溝と
   当該雌ねじ溝とにより画成された転走路中を転動する多
   数のボールを介して螺合させ、前記ねじ軸と前記ボール
   ナットとをそれらの相対回転により当該ねじ軸の軸線方
   向に相対移動させるボールねじ装置であって、前記ボー
   ルナットの端部に前記ねじ軸に摺接する密封型シールを
   設けると共に、前記雄ねじ溝には研削加工用の逃げ溝を
   設けないことを特徴とするボールねじ装置。
3. 【請求項３】前記密封型シールは、耐摩耗特性に優れた
   ゴムまたはプラスチックスを素材として用いたものであ
   ることを特徴とする、請求項１または２記載のボールね
   じ装置。
4. 【請求項４】外周面に雄ねじ溝を有するねじ軸と、内周
   面に雌ねじ溝を有するボールナットとを当該雄ねじ溝と
   当該雌ねじ溝とにより画成された転走路中を転動する多
   数のボールを介して螺合させ、前記ねじ軸と前記ボール
   ナットとをそれらの相対回転により当該ねじ軸の軸線方
   向に相対移動させるボールねじ装置であって、前記ボー
   ルナットの端部と前記ボールナットの内部におけるボー
   ル非通過空間との少なくとも一方に前記ねじ軸に摺接す
   る潤滑剤含有ポリマ部材を取り付け、当該潤滑剤含有ポ
   リマ部材の外側に前記ねじ軸に摺接する密封型シールを
   設けたことを特徴とするボールねじ装置。
5. 【請求項５】前記雄ねじ溝の縁部面取りを当該雄ねじ溝
   と同時に加工したことを特徴とする、請求項４記載のボ
   ールねじ装置。
6. 【請求項６】前記雄ねじ溝には研削加工用の逃げ溝を設
   けないことを特徴とする、請求項４または５記載のボー
   ルねじ装置。