JP2004068988A

JP2004068988A - ボールねじ

Info

Publication number: JP2004068988A
Application number: JP2002231790A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nobutomo; 信朝　雅弘
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】簡便な手段により、エアオイルによる充分な潤滑効果を発揮し得るボールねじを提供することにある。
【解決手段】ねじ軸２１の螺旋溝２２とナット２３の螺旋溝２４との間にボール２５を配してねじ軸２１とナット２３間で回転動力を軸方向推力に変換するボールねじにおいて、ナット２３の端部のインロー部２８に嵌着されたシール部材２６の外径面に、潤滑剤が導入される環状溝３１を周方向に沿って形成し、その環状溝３１に連通して、シール部材２６の内側端面３５にナット内部のボール転走部３３と対向させて開口し、かつ、外部から導入された潤滑剤をボール転走部３３へ向けて噴射するノズル孔３２を形成する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、各種スライド装置などの産業機械に使用され、ねじ軸とナット間にボールを配して両者間で回転動力を軸方向推力に変換するボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ボールねじは、工作機械や半導体製造装置などの様々な産業機械に利用されている。この種のボールねじには、エアオイル潤滑で駆動されるものがあり、例えば図４（ａ）（ｂ）および図５に示すようにねじ軸１の外周面に設けた螺旋溝２と、ナット３の内周面に設けた螺旋溝４との間に複数のボール５を配し、ねじ軸１の回転動力をボール５を介してナット３の軸方向推力に変換してそのナット３を直動させたり、あるいは逆に、ナット３の回転動力をボール５を介してねじ軸１の軸方向推力に変換してそのねじ軸１を直動させる。
【０００３】
このボールねじでは、ナット３の内部に充填した潤滑剤の漏出、または、外部からの加工物の破片やゴミなどの異物の侵入を防止するため、ナット３の両端部に弾性材料からなるシール部材６を装着した構造を具備する。図５は、ナット３の両端部にシール部材６を装着した従来構造例を示す。このボールねじは、ねじ軸１の螺旋溝２に嵌合する突部７を内径面に形成した環状のシール部材６を、ナット３の端部に形成されたインロー部８に配設したシール構造を具備する。
【０００４】
このシール構造を具備したボールねじは、エアと油を混合させたエアオイルで駆動部分を潤滑するようにしている。このボールねじの内部にエアオイルを供給する構造として、ナット３の一端部に設けられたフランジ部９に給油孔１０を径方向に沿って形成する。そのフランジ部９の外径面に開口する給油孔１０の一端は、図示しないエアオイル供給源に接続され、その給油孔１０の他端は、ナット３の内径面に形成された凹段部１１に開口する。
【０００５】
外部のエアオイル供給源から給油孔１０に供給されたエアオイルは、その給油孔１０を通して径方向からねじ軸１の外表面、つまり螺旋溝２に吹き付けられ、その後、ナット３の内部に拡散することにより、駆動部分であるボール５とねじ軸１およびナット３間を潤滑するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来のボールねじでは、ナット３の端部に設けられたフランジ部９の給油孔１０からエアオイルをナット３の内部に供給するようにしている。この給油孔１０は、通常、フランジ部９の円周方向一箇所に形成され、また、エアオイルは、その給油孔１０により径方向からねじ軸１の螺旋溝２の外表面に吹き付けられることになる。
【０００７】
しかしながら、給油孔１０からエアオイルが吹き付けられる箇所は、ねじ軸１の螺旋溝２において転走するボール５が存在しない部分であるため、そのねじ軸１の螺旋溝２に吹き付けられたエアオイルは、油が分離してその吹き付けられた部位に付着し、螺旋溝２にボール５が存在するボール転走部には油分の少なくなったエアオイルが拡散することになって、エアオイルによる充分な潤滑効果を得ることが困難になる。
【０００８】
例えば、ナット３の移動ストロークが長い場合には、給油孔１０から吹き付けられたエアオイルから分離した油が付着する螺旋溝２をボール５が通過していくために潤滑効果を発揮することもあるが、特に、ねじ軸１のリードの数分の一程度の短いストロークでねじ軸１が揺動する場合には、油が付着した螺旋溝２をボール５が通過しないことがあるので、エアオイルによる充分な潤滑効果を得ることが困難である。
【０００９】
また、給油孔１０のナット内部への開口部近傍には、シール部材６が配置されていることから、そのシール部材６とねじ軸１との隙間や、シール部材６とナット３との隙間からエアオイルが外部に漏れる量が多く、エアオイルの供給が最も必要なボール転走部にエアオイルを充分に供給することが困難になるという問題もあった。
【００１０】
さらに、エアオイルの供給は、前述した潤滑効果だけでなく、その冷却作用によりねじ軸１の伸びを抑制して位置決め精度の向上が図れる効果も発揮し得る。そのため、ナット３の円周方向一箇所からねじ軸１の螺旋溝２の外表面にエアオイルを吹き付けていたのでは、そのエアオイルが直接的に吹き付けられたねじ軸１の外表面のみが冷却されやすく、他の部分に比べて冷却される割合が高くなる。その結果、ねじ軸１の温度分布、特に円周方向の温度分布の均一性が損なわれ、ねじ軸１の曲がりやリードの不均一を招来して位置決め精度不良や曲がりによる振動などの不具合が発生する。
【００１１】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、簡便な手段により、エアオイルによる充分な潤滑効果を発揮し得るボールねじを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、ねじ軸の螺旋溝とナットの螺旋溝との間にボールを配してねじ軸とナット間で回転動力を軸方向推力に変換するボールねじにおいて、前記ナットの端部に設けられたシール部材に、その内側端面にナット内部のボール転走部と対向させて開口し、かつ、外部から導入された潤滑剤を前記ボール転走部へ向けて噴射するノズル孔を形成したことを特徴とする。ここで、シール部材の内側端面とは、ナット内部に向かって露呈する面を意味する。また、ボール転走部とは、ボールねじの駆動部分であり、ねじ軸の螺旋溝およびナットの螺旋溝との間でボールが摺接する部位、特にねじ軸の螺旋溝にボールが存在する部位を意味する。
【００１３】
本発明では、シール部材の内側端面にナット内部のボール転走部と対向させて開口するノズル孔を形成したことにより、外部から導入された潤滑剤をシール部材のノズル孔からボール転走部へ向けて噴射することができるので、潤滑剤をボール転走部に直接的かつ確実に供給することができる。その結果、ボールねじに導入された潤滑剤の大部分を最も必要なボール転走部に供給できるので、潤滑剤の使用量を必要最小限に抑えることができる。
【００１４】
また、潤滑剤をナット内部へ供給するノズル孔を、潤滑剤の漏出または異物の侵入を防止するためのシール部材に形成したことにより、シングルナットタイプのボールねじにおける潤滑剤供給構造として適用可能である。なお、前述したシングルナットタイプとは、単一のナットを具備した構造のボールねじであるが、その他、二つのナットを軸方向に間座を介して連結した構造を具備したダブルナットタイプにも適用可能である。
【００１５】
外部から潤滑剤をナット内部に導入するため、ナットの端部に給油孔を設けた構造の場合、前記ナット端部のインロー部に嵌着されたシール部材の外径面に、潤滑剤が導入される環状溝を周方向に沿って形成し、その環状溝に前記ノズル孔を連設した構造が実現容易である。このようにすれば、シール部材の外径面に形成された環状溝は、シール部材がインロー部で潤滑剤の環状通路となり、この環状通路を介してノズル孔から潤滑剤をボール転走部に噴射させる。
【００１６】
前記ノズル孔は、シール部材の内側端面で円周方向に沿って複数配置されていることが望ましい。このように複数のノズル孔をシール部材の円周方向に沿って配置すれば、複数個のボールがナットとねじ軸間で円周方向に沿って環状配置されていることに対応することから、潤滑剤を供給する対象であるボール転走部に均等に潤滑剤を供給することができる。
【００１７】
前述したようにノズル孔を複数配置する場合、前記ノズル孔のそれぞれは、潤滑剤の噴射量が均一となるような開口径を有することが望ましい。潤滑剤が各ノズル孔に導入される箇所からそれら各ノズル孔の開口部までの通路長さが各ノズル孔について異なるため、これを補正することを目的として、潤滑剤の噴射量が均一となるような開口径とすれば、潤滑剤をボール転走部に円周方向で均等に供給することができる。
【００１８】
なお、前記シール部材は、その外径面に配されたＯリングを介してナットの端部に装着された構造とすることが望ましい。このようにすれば、少なくともシール部材とナットとの隙間から潤滑剤が外部に漏れることを抑制することができ、その分、ボール転走部への潤滑剤の供給が充分となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１および図２（ａ）（ｂ）は本発明に係るボールねじの実施形態を示す。なお、以下の実施形態は、単一のナットを具備したシングルナットタイプのボールねじであるが、二つのナットを軸方向に間座を介して連結した構造を具備したダブルナットタイプにも適用可能である。
【００２０】
この実施形態におけるボールねじは、ねじ軸２１の外周面に設けた螺旋溝２２とナット２３の内周面に設けた螺旋溝２４との間に複数のボール２５を配した構造を具備し、ねじ軸２１の回転動力をボール２５を介してナット２３の軸方向推力に変換してそのナット２３を直動させたり、あるいは逆に、ナット２３の回転動力をボール２５を介してねじ軸２１の軸方向推力に変換してそのねじ軸２１を直動させる。このボールねじでは、ナット２３の内部に充填した潤滑剤の漏出、または、外部からの加工物の破片やゴミ等の異物の侵入を防止するシール部材２６をナット２３の両端部に組み付けている。
【００２１】
このシール部材２６は、ねじ軸２１の螺旋溝２２に嵌合する突部２７を内径面に形成した環状をなし、ナット２３の端部に形成されたインロー部２８に圧入などの適宜の固定手段により装着した構造を具備する。シール部材２６は、例えば樹脂材またはフッ素ゴム等のゴム材、あるいは、固形潤滑剤例えばプラスチックグリースからなる弾性材料で形成されている。プラスチックグリースは、例えばポリエチレン１〜９５重量％、好ましくは３０重量％以上と石鹸または非石鹸増稠の潤滑グリース９９〜５重量％との混合物を加熱して固形化したものである。あるいは、上記成分に、油の滲み出しを抑制するための添加物を１〜５０重量％加える場合もある。
【００２２】
このシール構造を具備したボールねじは、駆動部分の潤滑剤としてエアと油を混合させたエアオイルを使用する。このボールねじの内部にエアオイルを供給する構造として、ナット２３の一端部に設けられたフランジ部２９に給油孔３０を径方向に沿って形成する。そのフランジ部２９の外径面に開口する給油孔３０の一端は、図示しないエアオイル供給源に接続され、その給油孔３０の他端は、ナット２３の端部に形成されたインロー部２８の内径面に開口する。なお、前述した給油孔３０は、ナット２３のフランジ部２９の円周方向一箇所に設けているが、複数箇所に設けてもよい。
【００２３】
ナット２３のインロー部２８に装着されたシール部材２６は、インロー部２８の内径面と接合する外径面に、前記給油孔３０と連通する環状溝３１を周方向に沿って形成し、その環状溝３１に細径のノズル孔３２をほぼ軸方向に沿って連設する。前述した環状溝３１は、エアオイルが通過するのに十分な断面積を有する。このノズル孔３２は、一端が環状溝３１の底部側面に開口し、その他端がシール部材２６の内側端面にナット２３内部のボール転走部３３と対向するように開口する。
【００２４】
ここで、ボール転走部３３は、ボールねじの駆動部分であり、ねじ軸２１の螺旋溝２２およびナット２３の螺旋溝２４との間でボール２５が摺接する部位、特にねじ軸２１の螺旋溝２２にボール２５が存在する部位である。また、ノズル孔３２をボール転走部３３、例えばボール２５と対向させるため、図示のボールねじの場合、シール部材２６の内側端面３５に開口する側を、環状溝３１と連通する側よりもナット軸方向に対して軸心に向けて若干傾斜するように形成する。
【００２５】
ノズル孔３２は、図３に示すようにシール部材２６の内側端面３５で円周方向等間隔に複数配置されている。このように複数のノズル孔３２をシール部材２６の円周方向等間隔に配置したことにより、複数個のボール２５がナット２３とねじ軸２１間で円周方向に沿って環状配置されていることに対応することから、エアオイルを供給する対象であるボール転走部３３に均等にエアオイルを供給することができる。
【００２６】
なお、複数のノズル孔３２を配置する場合、ノズル孔３２のそれぞれは、エアオイルの噴射量が均一となるような開口径を有する必要がある。つまり、これらノズル孔３２に導入されるエアオイルは、環状溝３１を介してナット２３のフランジ部２９に設けられた給油孔３０から供給されるため、その給油孔３０から環状溝３１を介して各ノズル孔３２までのエアオイル経路の距離が各ノズル孔３２ごとに異なる。その結果、給油孔３０から近い位置（例えば図３上方位置）にあるノズル孔３２と遠い位置（例えば図３下方位置）にあるノズル孔３２とでエアオイルの噴射量が異なることになるため、これを補正する必要がある。そこで、各ノズル孔３２について、エアオイルの噴射量が均一となるように開口径を設定する。例えば、給油孔３０から近い位置にあるノズル孔３２よりも遠い位置にあるノズル孔３２の開口径を大きくする。これにより、エアオイルをボール転走部３３に円周方向で均等に供給することができる。
【００２７】
また、シール部材２６は、その外径面で環状溝３１の両側に配された二つのＯリング３４を介してナット２３の端部のインロー部２８に装着されている。これにより、少なくともシール部材２６とナット２３との隙間からエアオイルが外部に漏れることを抑制することができ、その分、ボール転走部３３へのエアオイルの供給が充分となる。
【００２８】
外部から給油孔３０に供給されたエアオイルは、シール部材２６の環状溝３１を介してノズル孔３２からボール転走部３３へ向けて噴射される。これにより、エアオイルをボール転走部３３に直接的かつ確実に供給することができる。その結果、外部から給油孔３０に供給されるエアオイルの大部分を最も必要なボール転走部３３に供給できるので、エアオイルの使用量を必要最小限に抑えることができる。
【００２９】
また、ナット２３の駆動範囲がナット２３の軸方向長さ以下の非常に短いストロークである場合や、ねじ軸２１のリードの数分の一程度の短いストロークでねじ軸２１が揺動する場合でも、エアオイルをボール転走部３３に直接的に供給しているので、エアオイルによる充分な潤滑効果を得ることができる。
【００３０】
さらに、エアオイルの供給は、前述した潤滑効果だけでなく、その冷却作用によりねじ軸２１の伸びを抑制して位置決め精度の向上が図れる効果も発揮し得る。前述したようにエアオイルをボール転走部３３に均一に吹き付けているので、ねじ軸２１を均等に冷却することができ、その結果、ねじ軸２１の温度分布、特に円周方向の温度分布の均一性が得られ、位置決め精度不良、曲がりやリード変動による振動、偏荷重などの不具合を防止できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、シール部材の内側端面にナット内部のボール転走部と対向させて開口するノズル孔を形成したことにより、外部から導入された潤滑剤をシール部材のノズル孔からボール転走部へ向けて噴射することができるので、潤滑剤をボール転走部に直接的かつ確実に供給することができる。その結果、ボールねじに導入された潤滑剤の大部分を最も必要なボール転走部に供給できるので、潤滑剤の使用量を必要最小限に抑えることができる。また、潤滑剤をナット内部へ供給するノズル孔を、潤滑剤の漏出または異物の侵入を防止するためのシール部材に形成したことにより、シングルナットタイプのボールねじにおける潤滑剤供給構造として適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボールねじの実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図２】（ａ）は図１のボールねじを示す側面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【図３】図１のシール部材の内側側面を示す側面図である。
【図４】（ａ）はボールねじの従来例を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【図５】ボールねじの従来例を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
２１　ねじ軸
２２，２４　螺旋溝
２３　ナット
２５　ボール
２６　シール部材
２８　インロー部
３０　給油孔
３１　環状溝
３２　ノズル孔
３３　ボール転走部
３４　Ｏリング

Claims

ねじ軸の螺旋溝とナットの螺旋溝との間にボールを配してねじ軸とナット間で回転動力を軸方向推力に変換するボールねじにおいて、前記ナットの端部に設けられたシール部材に、その内側端面にナット内部のボール転走部と対向させて開口し、かつ、外部から導入された潤滑剤を前記ボール転走部へ向けて噴射するノズル孔を形成したことを特徴とするボールねじ。
前記ナット端部のインロー部に嵌着されたシール部材の外径面に、潤滑剤が導入される環状溝を周方向に沿って形成し、その環状溝に前記ノズル孔を連設したことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
前記ノズル孔は、シール部材の内側端面で円周方向に沿って複数配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ。
前記ノズル孔のそれぞれは、潤滑剤の噴射量が均一となるような開口径を有することを特徴とする請求項３に記載のボールねじ。
前記シール部材は、その外径面に配されたＯリングを介してナットの端部に装着されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のボールねじ。