JP2004156704A

JP2004156704A - ボールねじ機構及びボールねじ潤滑装置

Info

Publication number: JP2004156704A
Application number: JP2002322983A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kudo; 善昭工藤
Original assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Current assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】従来、ボールナットの両端に設けるシールリングの穴は、螺旋溝を有していた。螺旋溝であるから、潤滑用オイルが漏れやすく、シール性が低かった。
【解決手段】図（ａ）はねじ軸２３の側面図であり、ねじ軸２３の中心軸線４１に直交する面４２で切断した断面をｂ−ｂ線断面として、（ｂ）に示した。符号４５が切断面の輪郭に相当する、いびつな円であり、このいびつな円４５にシールリングの穴を倣わせた。
【効果】シールリングの穴は螺旋溝ではないので、潤滑用オイルの漏れが少なくなる。すなわち、オイル潤滑型ボールねじ機構においてシール性を高めることができる。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半円断面の螺旋溝を有するねじ軸と、このねじ軸にボールを介して取付けたボールナットとからなるボールねじ機構のオイルシール技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボールねじ機構の潤滑は主としてグリースが用いられてきた。グリースは粘度が高く隙間からの漏れが少ないので、シール構造はダストシール程度の簡単なもので済ますことができる。
しかし、近年の生産性向上の要求により、回転数を高めるとグリース潤滑では発熱量が増大し、その対策が求められる。
【０００３】
対策の一つとして、潤滑をオイル潤滑に変更することが有力である。オイルや循環させることにより、容易に冷却させることができるからである。
具体的には、本出願人は、先に特願２００１−２０２５６３でオイル潤滑型ボールねじ機構の潤滑を提案し、同願書に添付した図３により、シール材４７、４７をボールナット２２の両端に設けることを提案した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の出願明細書段落番号［００２１］に明示したとおりに、「ねじ軸２３のねじ溝４８が螺旋であるためシール材４７、４７には不可避的な隙間が発生する。そのため、オイルは漏れる。」という課題は残る。
すなわち、グリースに比較してオイルは粘度が低いため、僅かな隙間でも流れ出る。このように、オイル潤滑にはグリース潤滑に無いシールの困難さがある。オイル潤滑の採用を促すには、シール構造の改善が不可欠となる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、オイル潤滑を前提としたボールねじ機構において、よりシール性の優れたシール構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１のボールねじ機構は、半円断面の螺旋溝を有するねじ軸と、このねじ軸にボールを介して取付けたボールナットと、このボールナットの内に潤滑用オイルを供給するためにボールナットに開けたオイル供給路と、このオイル供給路を介して供給したオイルが漏れぬようにボールナットの両端に設けたシールリングとからなるボールねじ機構であって、シールリングの穴は、ねじ軸を中心軸線に直交する面で切断した切断面の輪郭に相当する非正円形の穴であることを特徴とする。
【０００７】
シールリングの穴を、ねじ軸を中心軸線に直交する面で切断した切断面の輪郭に合わせた。この結果、シールリングの穴には螺旋溝を設ける必要が無くなる。螺旋溝がオイル漏れの原因であったから、螺旋溝を設けなければオイル漏れを減少させることができる。
すなわち、請求項１によれば、オイル潤滑型ボールねじ機構におけるシール性を格段に高めることができる。
【０００８】
請求項２のボールねじ機構は、螺旋溝の底は滑らかな円弧に仕上げるとともに、ねじ軸の外径面と螺旋溝とが交わるコーナーはアール面取り仕上げを施したことを特徴とする。
【０００９】
シールリングは非回転部材で、これに摺接するねじ軸は回転部材であるため、シールリングの穴は螺旋溝の全て及びねじ軸の外径面の全てに接触する。そのため螺旋溝の底に研磨逃げ溝があると完全にシールすることが困難であることのほか、研磨逃げ溝によってシールリングに傷をつけることがあった。
請求項２では、螺旋溝の底を滑らかな円弧に仕上げることで、シールリングに傷が付くことを防止することにした。
【００１０】
また、ねじ軸の外径面と螺旋溝とが交わるコーナーは、ボールが接触しないため、従来は糸面取りと称する簡単な面取りで済ませていた。
請求項２では、ねじ軸の外径面と螺旋溝とが交わるコーナーを、アール面取りすることで、シールリングに傷が付くことを防止することにした。
すなわち、請求項２によれば、シールリングの寿命を適正に保つことができる。
【００１１】
請求項３のボールねじ潤滑装置は、請求項１又は請求項２記載のボールねじ機構と、このボールねじ機構からオイルを回収するとともに回収したオイルを浄化し、ポンプで加圧してボールねじ機構へ供給するオイル循環機構と、からなる。
【００１２】
オイルを循環させる間にオイルを冷却することができる。オイルを浄化することにより、鉄粉などの異物を除くことができ、ボールねじ機構の寿命を延ばすことができる。
【００１３】
請求項４のボールねじ潤滑装置は、請求項１又は請求項２記載のボールねじ機構と、このボールねじ機構からオイルを回収するとともに回収したオイルを浄化し、ポンプで加圧してボールねじ機構へ供給するオイル循環機構と、ねじ軸が停止しているときにはポンプを停止させるポンプ運転制御部と、からなる。
【００１４】
ボールねじ機構が動いてる間だけ、ポンプを運転することで、ポンプ運転に掛かるランニングコストを低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００１６】
図１は本発明に係るボールねじ機構を備えた射出機構の側面図であり、射出機構１０は、加熱筒１１と、この加熱筒１１の基部に設けたフランジ部１２と、このフランジ部１２に対向して配置した基盤１３と、これらのフランジ部１２と基盤１３とに渡したガイドバー１４・・・（・・・は複数を示す。以下同じ）と、これらのガイドバー１４・・・に移動可能に取付けたスライド板１５と、このスライド板１５にベアリング１６を介して取付けた保持板１７と、この保持板１７に一体的に取付けたプーリ１８並びにスクリュー２０と、前記プーリ１８を介してスクリュー２０を回すためにスライド板１５に取付けたスクリュー回転モータ２１と、スライド板１５の図右に取付けたボールナット２２と、このボールナット２２に捩じ込んだねじ軸２３と、このねじ軸２３を前記基盤１３に回転可能に支えるベアリング２４と、ねじ軸２３を回すために基盤１３に取付けたスクリュー移動モータ２５と、からなる。
【００１７】
なお、射出工程では、スクリュー移動モータ２５を始動し、プーリ２６、ベルト２７及びプーリ２８を介してねじ軸２３を高速で回す。すると、ボールナット２２とともに、スライド板１５、保持板１７、プーリ１８、スクリュー回転モータ２１及びスクリュー２０が高速で移動する。
【００１８】
そして、この射出機構１０は、ボールナット２２の下方にオイルパン５５を配置し、ねじ軸２３の露出部分にカバー５６を被せ、ボールナット２２にオイル供給管５７を接続する。
なお、本発明は１本のスクリュー２１当り２本のねじ軸２３を備えた２軸ボール型射出機構に適用することもできる。
【００１９】
図２は図１の２−２線断面図であり、ボールナット２２の上部にオイルの入口５８、下部にオイルの出口５９があり、この様なボールナット２２を含むねじ軸２３を逆Ｕ字断面のカバー５６で覆い、このカバー５６の内面を伝わって落ちるオイルを含め、オイルの出口５９から落下するオイルをオイルパン５５で受けるようにしたことを示す。オイルパン５５にはマグネット６０、ドレーンプラブ６１及びオイル回収管６２を備える。オイルパン５５の底に溜まった金属粉５３は大部分がマグネット６０に吸着され、残部はオイル５２とともにドレーンプラグ６１を開けることにより、排出させることができる。
【００２０】
図３は本発明に係るボールねじ潤滑構造の断面図兼作用図であり、このボールねじ潤滑構造は、ボールナット２２上部にオイルの供給路６３を開けると共にこの供給路６３にオイル供給管５７を接続し、ボールナット２２下部にオイルの排出路６４を開けると共にこの排出路６４の下方にオイルパン５５を配置し、オイルパン５５から回収したオイルをポンプ６５によりオイル供給管５７へ戻すことで、ボールねじ機構３０の潤滑をなすことを特徴とする。
【００２１】
６６・・・は盲栓であり、通孔に圧入して、通孔の一部を塞ぐことで、オイルの吹出しを防止する。オイルの供給路６３の形状を工夫することにより盲栓６６・・・を省くことはできる。オイルの排出路６４も同様である。
【００２２】
ボールねじ機構３０は、半円断面の螺旋溝を有するねじ軸２３と、このねじ軸２３にボール３１・・・を介して取付けたボールナット２２と、このボールナット２２の内にオイルを供給するためにボールナット２２に開けたオイル供給路６３と、このオイル供給路６３を介して供給したオイルが漏れぬようにボールナット２２の両端に設けたシールリング３３、３３とからなる
【００２３】
オイルパン５５に溜まったオイル５２は、オイル回収管６２を通じてタンク６７に溜め、このタンク６７に溜めたオイルを第１フィルター６８を介してポンプ６５で汲み上げ、第２フィルター７０で更に浄化し、オイル供給管５７を通じてオイルの供給路６３に圧送する。すると、オイルはボール３１・・・及びねじ溝４８に至る。潤滑後に、オイルはオイルの排出路６４を通じてオイルの出口５９から流れ出て、オイルパン５５へ落下する。
【００２４】
すなわち、本発明の電動射出機は、ボールねじ機構３０と、このボールねじ機構３０からオイルを回収するとともに回収したオイルを浄化し、ポンプ６５で加圧してボールねじ機構３０へ供給するオイル循環機構７２を備える。
【００２５】
さらには、ポンプ６５にポンプ運転制御部７３を付設し、このポンプ運転制御部７３がねじ軸停止信号を受けたときにポンプ６５を連動して停止させるようにすることが望ましい。
すなわち、別の形態では本発明の電動射出機は、ボールねじ機構３０と、このボールねじ機構３０からオイルを回収するとともに回収したオイルを浄化し、ポンプ６５で加圧してボールねじ機構３０へ供給するオイル循環機構７２と、ねじ軸３０が停止しているときにはポンプ６５を停止させるポンプ運転制御部７３を備える。
【００２６】
また射出工程では、ねじ軸２３を高速で回すため、露出部分のねじ軸２３に付着しているオイルがラジアル方向へ飛散する。しかし、カバー５６があるため、実害はない。加えて、オイルと共にタンク６７に至った金属粉５３はタンク６７の底に沈むため、容易に回収できる。
【００２７】
以上に述べた実施例によれば、ボールねじの潤滑をオイルで実施するため、仮に金属粉が発生しても、この金属粉がオイルケース、オイルパン若しくはタンクの底に溜まる。その結果、金属粉がボールやねじ溝に至ってボールやねじ溝を摩耗するという不具合の発生を抑えることができる。しかし、金属粉の発生は少ないに越したことはない。
【００２８】
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係るセパレータリングの説明図である。
（ａ）は比較例図であり、ねじ軸２３とボールナット２２との間にボール３１，３１が介在する。ねじ軸２３が高速で回るとボール３１，３１同士が衝突したり擦れあうことから、ボール３１の表面が剥離したり摩耗する虞れがある。
【００２９】
（ｂ）は実施例であり、ボール３１の外径より僅かに小さな外径のリング（セパレータリング）６９をボール３１，３１間に介在させることで、ボール同士３１，３１が接触しないようにする。これにより、金属粉の発生を大いに抑えることができる。
【００３０】
セパレータリング６９の採用により金属粉の発生量を抑え、且つ潤滑材をオイルにすれば、僅かに発生した金属粉を確実にオイルの底に溜めることができ、セパレータリング６９とオイル潤滑との相乗効果により、ボールねじの寿命を５年以上、使用条件によっては１０年に延ばすことができる。
【００３１】
図５は本発明のボールねじ機構に採用したシールリングの断面図であり、シールリング３３は、芯金３４の入ったＬ字断面の樹脂３５（又はラバー）からなり、ボールナット２２に嵌合した後に、押え板３６で固定されるリングである。ただし、シールリング３３は、部位によって径方向の幅Ｗ１、Ｗ２が異なる。
【００３２】
すなわち、シールリング３３の外径円３７はねじ軸２３の中心軸線を中心とする正円であるが、穴３８はいびつな円の非正円穴である。
なお、３９はシール性を高めるために延ばした圧縮代であり、作図の都合で実線で示したが、正しくは圧縮される若しくは撓むため圧縮代３９が図のようになることはない。
【００３３】
図６は本発明に係るシールリングの穴（いびつな円の非正円穴）の説明図である。
（ａ）はねじ軸２３の側面図であり、ねじ軸２３の中心軸線４１に直交する面４２で切断した断面をｂ−ｂ線断面とする。
【００３４】
（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図であり、細線で示した４３はねじ軸２３のねじの谷の径（半径＝ｒ１）であり、同じく細線で示した３７はねじ軸２３の外径円（半径＝ｒ２）である。
【００３５】
図にｘｙ軸を入れ、便宜上、ｙ軸の＋軸に「０」、ｘ軸の−軸に「９０」、ｙ軸の−軸に「１８０」、ｘ軸の＋軸に「２７０」のごとく、方位を示す目印を加入した。
【００３６】
０方位を最小半径、１８０方位を最大半径、具体的には０方位で半径ｒ１、１８０方位で半径ｒ２、９０方位及び２７０方位で（ｒ１＋ｒ２）／２となるように、半径を徐々に変更することで、実線で示すいびつな円４５を描くことができる。このいびつな円４５は、切断面の輪郭に相当する非正円である。このようないびつな円４５に前記圧縮代（図５、符号３９参照）を加えたものがシールリングの穴３８（図５参照）となる。
【００３７】
なお、圧縮代はシールリングの材質や硬さやねじ軸の回転数などを考慮して決定するが、ここでは、圧縮代を無視して、いびつな円４５＝シールリングの穴３８と考える。
【００３８】
ねじ軸２３を回転させても、ｂ−ｂ線における断面形状は変化しない。そのため、シールリングの穴をいびつな円４５に倣わせておけば、シール性を発揮させることができる。ただし、ねじ軸２３は回転体であり、シールリングは固定物であるから、（ａ）に示すとおりに、シールリングはねじ軸２３の外周面から螺旋溝の底まで接触する。そこで、次に説明する対策が極めて有効となる。
【００３９】
図７（ａ）、（ｂ）は従来の代表的な螺旋溝の断面図、（ｃ）は本発明に係る螺旋溝の断面図である。
（ａ）は従来の代表的な螺旋溝１０１を示し、この螺旋溝１０１の底に研磨逃げ溝１０２と称する溝を設けることが、普通に行われている。
【００４０】
ボール１０３は、螺旋溝１０１に全面的に当るのではなく、Ｖ字をなす左右の受け面１０４、１０４で受けられる。これらの受け面１０４、１０４から離れた部位に研磨逃げ溝１０２を設けることは差し支えない。研磨逃げ溝１０２を設けることにより、螺旋溝１０１の研磨加工が容易になり、研磨工数を削減することができる。
【００４１】
（ｂ）は（ａ）からボール１０３を除いた、螺旋溝１０１だけの断面図であり、螺旋溝１０１の底に研磨逃げ溝１０２があり、外径面１０５と螺旋溝１０１との交わる部位（コーナー）に角部１０６、１０６があることを示す。角部１０６、１０６は、ボール１０３と接触する部位ではないので、一般に糸面取り取りと称する軽度な加工のみが施され、アール面取りが施されることはない。
【００４２】
（ｂ）の断面の螺旋溝１０１に、本発明のシールリングを取付けると、このシールリングは螺旋溝１０１の底から外周面１０５までのどこかに接触する。するとシールリングは、角部１０６や研磨逃げ溝１０２といった鋭利な箇所で削られることになり、摩耗が激しくなり、寿命が短くなる。
【００４３】
（ｃ）は本発明により改良した螺旋溝７５の断面図であり、螺旋溝７５の底面は半径Ｒ１の滑らかな円弧に仕上げるとともに、ねじ軸２３の外径面７６と螺旋溝７５とが交わるコーナーは半径Ｒ２、Ｒ２のアール面取り仕上げを施した。
この処置の結果、ねじ軸２３の何処にも鋭利な箇所が無くなり、シールリングが痛む虞が無くなり、シールリングの寿命を延ばすことができるようになった。
【００４４】
尚、本発明のボールねじ機構及びボールねじ潤滑装置は、射出機構のボールねじに好適であるが、その他の用途に用いられるボールねじに広く適用することは差し支えない。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、シールリングの穴を、ねじ軸を中心軸線に直交する面で切断した切断面の輪郭に合わせた。この結果、シールリングの穴には螺旋溝を設ける必要が無くなる。螺旋溝がオイル漏れの原因であったから、螺旋溝を設けなければオイル漏れを減少させることができる。
すなわち、請求項１によれば、オイル潤滑型ボールねじ機構におけるシール性を格段に高めることができる。
【００４６】
請求項２のボールねじ機構は、螺旋溝の底は滑らかな円弧に仕上げるとともに、ねじ軸の外径面と螺旋溝とが交わるコーナーはアール面取り仕上げを施したことを特徴とする。
【００４７】
シールリングは非回転部材で、これに摺接するねじ軸は回転部材であるため、シールリングの穴は螺旋溝の全て及びねじ軸の外径面の全てに接触する。そのため螺旋溝の底に研磨逃げ溝があると完全にシールすることが困難であることのほか、研磨逃げ溝によってシールリングに傷をつけることがあった。
請求項２では、螺旋溝の底を滑らかな円弧に仕上げることで、シールリングに傷が付くことを防止することにした。
【００４８】
また、ねじ軸の外径面と螺旋溝とが交わるコーナーは、ボールが接触しないため、従来は糸面取りと称する簡単な面取りで済ませていた。
請求項２では、ねじ軸の外径面と螺旋溝とが交わるコーナーを、アール面取りすることで、シールリングに傷が付くことを防止することにした。
すなわち、請求項２によれば、シールリングの寿命を適正に保つことができる。
【００４９】
請求項３のボールねじ潤滑装置は、請求項１又は請求項２記載のボールねじ機構と、このボールねじ機構からオイルを回収するとともに回収したオイルを浄化し、ポンプで加圧してボールねじ機構へ供給するオイル循環機構と、からなる。
【００５０】
オイルを循環させる間にオイルを冷却することができる。オイルを浄化することにより、鉄粉などの異物を除くことができ、ボールねじ機構の寿命を延ばすことができる。
【００５１】
請求項４のボールねじ潤滑装置は、請求項１又は請求項２記載のボールねじ機構と、このボールねじ機構からオイルを回収するとともに回収したオイルを浄化し、ポンプで加圧してボールねじ機構へ供給するオイル循環機構と、ねじ軸が停止しているときにはポンプを停止させるポンプ運転制御部と、からなる。
【００５２】
ボールねじ機構が動いてる間だけ、ポンプを運転することで、ポンプ運転に掛かるランニングコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボールねじ機構を備えた射出機構の側面図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】本発明に係るボールねじ潤滑構造の断面図兼作用図
【図４】本発明に係るセパレータリングの説明図
【図５】本発明のボールねじ機構に採用したシールリングの断面図
【図６】本発明に係るシールリングの穴、いびつな円の非正円穴の説明図
【図７】（ａ）、（ｂ）は従来の代表的な螺旋溝の断面図、（ｃ）は本発明に係る螺旋溝の断面図
【符号の説明】
１０…射出機構、２２…ボールナット、２３…ねじ軸、３０…ボールねじ機構、３１…ボール、３３…シールリング、３８…シールリングの穴、４１…ねじ軸の中心線、４２…ねじ軸の中心軸線に直交する面、４５…いびつな円、６３…オイル供給路、６５…ポンプ、６８、７０…フィルター、７２…オイル循環機構、７３…ポンプ運転制御部、７５…螺旋溝、７６…外径面、Ｒ１…螺旋溝の底の仕上げアール、Ｒ２…外径面と螺旋溝とが交わるコーナーに施した面取りの半径。

Claims

半円断面の螺旋溝を有するねじ軸と、このねじ軸にボールを介して取付けたボールナットと、このボールナットの内に潤滑用オイルを供給するためにボールナットに開けたオイル供給路と、このオイル供給路を介して供給したオイルが漏れぬように前記ボールナットの両端に設けたシールリングとからなるボールねじ機構であって、
前記シールリングの穴は、前記ねじ軸を中心軸線に直交する面で切断した切断面の輪郭に相当する非正円形の穴であることを特徴とするボールねじ機構。
前記螺旋溝の底は滑らかな円弧に仕上げるとともに、ねじ軸の外径面と螺旋溝とが交わるコーナーはアール面取り仕上げを施したことを特徴とする請求項１記載のボールねじ機構。
請求項１又は請求項２記載のボールねじ機構と、このボールねじ機構からオイルを回収するとともに回収したオイルを浄化し、ポンプで加圧してボールねじ機構へ供給するオイル循環機構と、からなるボールねじ潤滑装置。
請求項１又は請求項２記載のボールねじ機構と、このボールねじ機構からオイルを回収するとともに回収したオイルを浄化し、ポンプで加圧してボールねじ機構へ供給するオイル循環機構と、前記ねじ軸が停止しているときには前記ポンプを停止させるポンプ運転制御部と、からなるボールねじ潤滑装置。