JP2007232130A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじ装置のねじ軸に付着したグリースの飛散を抑制する手段を提供する。
【解決手段】外周面に螺旋状の軸軌道溝３を形成したねじ軸２と、内周面に軸軌道溝３に対向するナット軌道溝５を形成したナット４と、軸軌道溝３とナット軌道溝４とを螺合させる複数のボール７と、ナットの両端部に配置され、ねじ軸とナットの間をシールする非接触シール８とを備えたボールねじ装置１において、非接触シール８の軸方向の外側に、ねじ軸２の半径方向の周囲を覆う飛散防止カバー１１を設け、軸軌道溝３のリードをＬとし、ナット４の定常移動速度をＶとし、ナット４の停止から定常移動速度Ｖに達するまでの平均加速度をαとし、単位をｍｍとしたときに、飛散防止カバー１１のカバー長Ｘを、Ｘ ≧ Ｖ^２／（２α）＋Ｌとする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、工作機械や産業機械、半導体製造装置、精密機械、電動射出成形機、電動プレス成形機等の機械装置の移動台の位置決め用や搬送用等の直線移動機構の駆動や動力伝達用に用いられるボールねじ装置に関する。

ボールねじ装置は、ストロークの開始点とストローク長とが決まっている用途に用いられる場合がある。例えば、電動射出成形機の型締め軸や射出軸に用いられるボールねじ装置の場合は、同じ製品を成形している間は、ねじ軸を回転させてナットが決められた同じストローク範囲を往復移動し、ストローク端でナットが停止したときに、シールで掻き集められたグリースが回転を停止したねじ軸の外周面や軸軌道溝に堆積することがあり、ねじ軸が再び逆方向に回転し始めると、ねじ軸のストローク端に堆積したグリースがねじ軸の回転による遠心力で半径方向に飛散することがある。

このことは、ねじ軸を高速（例えば１０００ｒｐｍ）で回転させた場合に特に顕著になる。
このようなグリースの飛散を防止するために、従来のボールねじ装置は、ねじ軸の外周面に螺旋状に形成した軸軌道溝と、ナットの内周面に形成した軸軌道溝に対向するナット軌道溝とを複数のボールを介して螺合させ、ボールを循環させながら対向配置されたナット軌道溝と軸軌道溝とにより形成される負荷路を転動するボールによりナットに加えられた荷重を支持してねじ軸の回転運動をナットの直線運動に変換し、ナットの軸方向の両端部のねじ軸との間に設けた非接触シールの外側にそれぞれ接触シールを離間させて配置し、非接触シールと接触シールとの間の空間に非接触シールから押し出されたグリースを空間に設けた廃油穴から外部に排出している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−８３４１８号公報（第２頁段落００１０−第３頁段落００１６、第１図）

しかしながら、上述した従来の技術においては、非接触シールから空間に押し出されたグリースを、ねじ軸との間を接触シールでシールして空間に設けた廃油穴から外部に排出しているため、接触シールで拭き取ることができなかったグリースの油分の油膜がねじ軸の外周面や軸軌道溝に付着し、この状態で決められたストローク範囲をナットが往復移動すると、そのストローク端に接触シールにより掻き集められたグリースが少ないながらも堆積し、堆積したグリースがねじ軸の回転による遠心力で半径方向に飛散することがあるという問題がある。

なお、ナットの両端に非接触シールのみが配置されたボールねじ装置の場合は、ストローク端に堆積するグリース量が多くなり、飛散するグリースの量が増大して周囲環境が汚染されてしまうという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、ボールねじ装置のねじ軸に付着したグリースの飛散を抑制する手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットと、前記軸軌道溝とナット軌道溝とを螺合させる複数のボールと、前記ナットの両端部に配置され、前記ねじ軸とナットの間をシールするシール部材とを備えたボールねじ装置において、前記シール部材の軸方向の外側に、前記ねじ軸の半径方向の周囲を覆う飛散防止カバーを設け、前記軸軌道溝のリードをＬとし、前記ナットの定常移動速度をＶとし、前記ナットの停止から定常移動速度Ｖに達するまでの平均加速度をαとし、単位をｍｍとしたときに、前記飛散防止カバーのカバー長Ｘを、Ｘ ≧ Ｖ^２／（２α）＋Ｌとしたことを特徴とする。

これにより、本発明は、ねじ軸のストローク端に堆積し半径方向への飛散するグリースの大部分を飛散防止カバーの内周面で捕捉することができ、ねじ軸に付着したグリースの飛散を抑制して周囲環境を清浄に保つことができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明によるボールねじ装置の実施例について説明する。

図１は実施例のボールねじ装置の断面を示す説明図、図２は実施例の非接触シールの断面を示す説明図、図３は実施例の飛散防止カバーの断面を示す説明図である。
図１において、１はボールねじ装置である。
２はボールねじ装置１のねじ軸であり、合金鋼等の鋼材で製作された棒状部材であって、その外周面には略半円弧状断面形状の軸軌道溝３が所定のリードＬで螺旋状に形成されている。

４はボールねじ装置１のナットであり、合金鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、その内周面には軸軌道溝３と対向する略半円弧状断面形状のナット軌道溝５が軸軌道溝３と同じリードＬで形成されている。
６はフランジ部であり、ナット４の外周部の一方の端部に設けられ、図示しない機械装置の移動台にボルト等により固定される。

７はボールであり、合金鋼等の鋼材で製作された球体であって、対向配置された軸軌道溝３とナット軌道溝５とで形成される負荷路を転動してねじ軸２とナット４とを螺合させる。
８はシール部材としての非接触シールであり、図２に示すように、樹脂材料や金属材料等で形成された環状部材であって、その内周面がねじ軸２の外周面に遊嵌し、内周面に形成された螺旋状突起部９が軸軌道溝３に遊嵌してラビリンスシールを形成しており、ナット４の内周面の軸方向の両端部に配置され、ナット４とねじ軸２との間をシールしてナット４の外部からの塵埃等の異物の侵入を防止する機能を有している。

１１は飛散防止カバーであり、図３に示すように、樹脂材料や金属材料等で形成されたねじ軸２の半径方向の周囲を覆う円筒状部材であって、両側の非接触シール８の軸方向の外側に配置されており、その側壁には、側壁を半径方向に貫通する貫通排出部としての円形の排出穴１２がねじ軸２の半径方向の直下、つまりねじ軸２の垂直方向の下方に形成されている。

本実施例の飛散防止カバー１１には、円形の排出穴１２が軸方向に２つ直列に形成されている。
この飛散防止カバー１１は、その内周面を非接触シール８の外周面に嵌合させ、その外周面をナット４の両端面に設けられた取付穴１４に嵌合させて、ナット４の半径方向に設けられた複数のねじ穴１５に螺合する止めねじ１６により非接触シール８と共にナット４の両端部に固定されている。

上記の負荷路の両端部は、図示しないリターンチューブにより連通されて循環路が形成され、この循環路には、複数のボール７と所定の量のグリースが封入され、軸軌道溝３とナット軌道溝６とがボール７を介して螺合し、ねじ軸２の回転に伴ってボール７が循環路を循環しながら負荷路を転動するボール７がナット４に加えられた荷重を往復動自在に支持してナット４がねじ軸２の軸方向に沿った直線往復移動可能に支持され、ねじ軸２の回転運動がナット４の直線運動に変換される。

上記の構成のボールねじ装置１の飛散防止カバー１１の適切なカバー長Ｘ（図４に示す非接触シール８の軸方向の外側端面から飛散防止カバー１１の先端までの軸方向長さをいう。）を求めるために、上記のボールねじ装置１を用いて、ねじ軸２に付着したグリースの半径方向への飛散状況を試験した。試験条件は以下の通りである。
ねじ軸２の外周面の直径（ねじ軸外径Ｄａという。）：φ６３ｍｍ
軸軌道溝３のリードＬ：２０ｍｍ
グリース：リューベ株式会社製、製品番号ＮＳ−２
グリース動粘度：１４５Ｐａ・ｓ（０℃、せん断率１０／ｓ時）
ストローク範囲でのナット４の定常移動速度Ｖ：３３３ｍｍ／ｓ（図５参照。ねじ軸２の回転速度：１０００ｒｐｍ）
ナット４の停止から定常移動速度Ｖに達するまでの平均加速度α：０．２Ｇ＝１９６０ｍｍ／ｓ^２（Ｇは重力加速度）
この試験により、
（ａ）ねじ軸２のストローク端には、図６に示すようにグリースが堆積し、その堆積幅Ｗａは上記のグリースの場合に５ｍｍである。

（ｂ）ストローク端に堆積したグリースの油分は、ねじ軸２の外周面に薄く広がるが、その幅はおおよそ１リードＬ以内である。（軸軌道溝３を越えない。）
（ｃ）ストローク端に堆積したグリースおよびその油分は、図７に示すようにねじ軸２の回転による遠心力により半径方向に飛散するが、その大部分（約９０％）は、ナット４の停止から定常移動速度Ｖに達するまでの加速区間で飛散する。

（ｄ）半径方向に飛散したグリースは、図７に示すように飛散防止カバー１１の内周面に当たって潰れるが、その範囲は１リードＬ以内である。（（ｂ）に示すねじ軸２での広がりと合せ１リードＬ以内に収まる。）
（ｅ）飛散防止カバー１１の内周面に付着したグリースのねじ軸２への再付着を防止するためには、ねじ軸２と飛散防止カバー１１とを同軸に配置した場合に、飛散防止カバー１１の内周面の直径（カバー内径Ｄｂという。）をねじ軸外径Ｄａより６ｍｍ大きく、つまり半径方向隙間を３ｍｍ以上とすることが必要である。
との知見が得られた。

上記の知見に基づけば、飛散防止カバー１１のカバー長Ｘ（単位：ｍｍ）は、
Ｘ ≧ Ｖ^２／（２α）＋Ｌ ・・・・・・・・・・・・・（１）
とすることが望ましい。
すなわち、加速区間におけるナット４の加速距離Ｋは、加速終了までの時間をＴ（図５参照）とすると、
Ｋ＝Ｔ・Ｖ／２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
また、ナット４の定常移動速度Ｖは、
Ｖ＝α・Ｔ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
であるので、（３）式から求めた時間Ｔを（２）式に代入すると、
Ｋ＝Ｖ^２／（２α） ・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
が得られる。

従って、この加速区間におけるナット４の加速距離Ｋと、グリースの油分の広がり幅１リードＬ分とを加えた値以上の軸方向長さをカバー長Ｘとした飛散防止カバー１１でねじ軸２の半径方向を覆えば、図７に矢印Ｂで示した移動方向にナット４が移動したとしても、半径方向に飛散するグリース（油分を含む）の大部分を飛散防止カバー１１の内周面で捕捉することができる。

上記の試験条件の場合に、（１）式を用いて得られた飛散防止カバー１１のカバー長Ｘは４８．２ｍｍであるので、カバー長Ｘ＝５０ｍｍの飛散防止カバー１１をナット４の両端に配置して、上記と同じ試験条件で試験した結果、グリースの全飛散量の９０％以上を捕捉することができた。
また、カバー内径Ｄｂとねじ軸外径Ｄａとの径方向隙間は、３ｍｍ以上とすることが望ましい。飛散防止カバー１１の内周面に付着したグリースのねじ軸２への再付着を防止することができるからである。

上記のようにして、飛散防止カバー１１補足されたグリースは、図７に示すように飛散防止カバー１１の内周面の円周方向の全周に渡って付着し、自重により飛散防止カバー１１の内周面を伝わって飛散防止カバー１１の下方に移動し、ねじ軸２の垂直方向の下方に形成された排出穴１２から順次に落下してオイルパン等に回収される。
これにより、飛散防止カバー１１の内周面に付着したグリースがねじ軸２との間を満たしてしまうことがなくなり、飛散防止カバー１１によるグリースの飛散防止効果を長期に維持することができる。

以上説明したように、本実施例では、前記ナットの両端部に配置された非接触シールの軸方向の外側に、ねじ軸の半径方向の周囲を覆う飛散防止カバーを設け、この飛散防止カバーのカバー長Ｘを、軸軌道溝のリードをＬとし、ナットの定常移動速度をＶとし、ナットの停止から定常移動速度Ｖに達するまでの平均加速度をαとしたときに、Ｘ ≧ Ｖ^２／（２α）＋Ｌとしたことによって、ねじ軸のストローク端に堆積し半径方向への飛散するグリースの大部分を飛散防止カバーの内周面で捕捉することができ、ねじ軸に付着したグリースの飛散を抑制して周囲環境を清浄に保つことができる。

また、飛散防止カバーの側壁に、ねじ軸の直下に配置した排出穴を設けたことによって、飛散防止カバーの内周面に付着したグリースをボールねじ装置の下方に容易に排出することができ、グリースがねじ軸との間を満たすことを防止して飛散防止カバーによるグリースの飛散防止効果を長期に維持することができる。
なお、本実施例においては、シール部材を非接触シールとして説明したが、シール部材を接触シールとしてもよい。このようにすれば、ねじ軸のストローク端に堆積するグリースの量を低減することができ、グリースの飛散量を更に低減して周囲環境を更に清浄に保つことができる。

また、本実施例においては、シール部材と飛散防止カバーとを別に設けるとして説明したが、シール部材と飛散防止カバーとを一体に形成するようにしてもよい。このようにすればシール部材と飛散防止カバーとの製作コストを低減することができる。
更に、シール部材をナットの片側端部のみに設けるボールねじ装置の場合は、その側のみに飛散防止カバーを設けるようにすれば足りる。

更に、本実施例においては、飛散防止カバーの取付はナットの半径方向に形成したねじ穴に螺合する止めねじにより行うとして説明したが、図８ないし図１０に示す取付方法を用いてもよい。
図８に示す取付方法は、飛散防止カバー１１のナット４側に半径方向内側に延在する鍔部２１を設け、この鍔部２１をボルト２２によりナット４の端面に取付けた例である。

図９に示す取付方法は、飛散防止カバー１１の内周面をナット４の外周面に嵌合させ、その嵌合端をボルト２２によりナット４の端部に取付けた例である。
図１０に示す取付方法は、エンドキャップ２５をナット４の両端部に設けたボールねじ装置１の場合に、そのエンドキャップ２５の軸方向の外側の端面に、図８で示した飛散防止カバー１１を同様にして取付けた例である。

更に、本実施例においては、飛散防止カバーに設ける貫通排出穴は、円形の排出穴を軸方向に２つ直列にして形成するとして説明したが、図１１、図１２に示す形態であってもよい。
図１１に示す貫通排出穴は、図８に示した飛散防止カバー１１のねじ軸２の半径方向の直下に、軸方向に沿った長穴２７として形成した例である。

図１２に示す貫通排出穴は、図８に示した飛散防止カバー１１のねじ軸２の半径方向の直下に、軸方向に沿った切欠き部２８として形成した例であり、その一端が飛散防止カバー１１の先端に開口し、他端を半円弧としたすり割り状に形成されている。この場合に切欠き部２８を飛散防止カバー１１の軸方向の全長に渡って切欠いて形成するようにしてもよい。

更に、本実施例においては、飛散防止カバーは、樹脂材料や金属材料で形成するとして説明したが、飛散防止カバーをスポンジやフェルト等の油分を吸収する油分吸収材３０を用いて形成しても、図１３に示すように図３、図８等に示した飛散防止カバー１１を油分吸収材３０で内張りするようにしてもよい。この油分吸収材３０で飛散防止カバー１１を内張りした場合には、内張り後の油分吸収材３０の内径を上記のカバー内径Ｄｂと同じ内径にする。

このように油分吸収材３０を用いれば、グリースから分離した油分を効率よく吸い取ることができ、飛散防止カバー１１による飛散防止効果を更に高めることができる。
更に、本実施例においては、飛散防止カバーは、ねじ軸の半径方向の周囲を覆う円筒であるとして説明したが、ねじ軸の半径方向の周囲を覆う蛇腹形状やテレスコピックパイプ形状等の軸方向に伸縮可能な円形断面形状を有する伸縮部材３２を飛散防止カバーとして用いてもよい。この場合に伸縮部材３２を図１４に示す蛇腹形状とした場合には、蛇腹形状の小径Ｄｓを上記のカバー内径Ｄｂと同じ直径にし、カバー長Ｘは自然状態における軸方向長さに設定すると共に、円形の排出穴１２をねじ軸２の直下に、軸方向に沿って蛇腹形状の山毎に直列に形成する。

このように伸縮部材３２を用いれば、ストローク端で他の部位（例えばストッパ）と衝突しても自身が収縮するので、ねじ軸２の長さを短縮してもナット４のストローク範囲を上記実施例と同様の範囲とすることができ、ボールねじ装置１の小型化を図ることができる。更に加速区間で加わる平均加速度αにより軸方向長さが伸びる程度に柔軟性のある部材で構成することによれば、飛散防止カバーによる飛散防止効果を更に高めることができる。

上記実施例においては、
また、上記実施例においては、リターンチューブやエンドキャップを用いてボールを循環させるチューブ式やエンドキャップ式の循環方式を用いたボールねじ装置に本発明を適用した場合を例に説明したが、こま式やデフレクタ式等とした循環方式のボールねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。

実施例のボールねじ装置の断面を示す説明図 実施例の非接触シールの断面を示す説明図 実施例の飛散防止カバーの断面を示す説明図 実施例の飛散防止カバーの寸法関係を示す説明図 実施例のボールねじ装置の移動速度のサイクルを示す説明図 実施例のねじ軸のストローク端におけるグリースの堆積状態を示す説明図 実施例のストローク端に堆積したグリースの飛散状態を示す説明図 実施例の飛散防止カバーの取付方法の他の形態を示す説明図 実施例の飛散防止カバーの取付方法の他の形態を示す説明図 実施例の飛散防止カバーの取付方法の他の形態を示す説明図 実施例の飛散防止カバーの貫通排出穴の他の形態を示す説明図 実施例の飛散防止カバーの貫通排出穴の他の形態を示す説明図 実施例の飛散防止カバーの他の形態を示す説明図 実施例の飛散防止カバーの他の形態を示す説明図

符号の説明

１ ボールねじ装置
２ ねじ軸
３ 軸軌道溝
４ ナット
５ ナット軌道溝
６ フランジ部
７ ボール
８ 非接触シール
９ 螺旋状突起部
１１ 飛散防止カバー
１２ 排出穴
１４ 取付穴
１５ ねじ穴
１６ 止めねじ
２１ 鍔部
２２ ボルト
２５ エンドキャップ
２７ 長穴
２８ 切欠き部
３０ 油分吸収材
３２ 伸縮部材

Claims (8)

1. 外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットと、前記軸軌道溝とナット軌道溝とを螺合させる複数のボールと、前記ナットの両端部または片側端部に配置され、前記ねじ軸とナットの間をシールするシール部材とを備えたボールねじ装置において、
   前記シール部材の軸方向の外側に、前記ねじ軸の半径方向の周囲を覆う飛散防止カバーを設け、
   前記軸軌道溝のリードをＬとし、前記ナットの定常移動速度をＶとし、前記ナットの停止から定常移動速度Ｖに達するまでの平均加速度をαとし、単位をｍｍとしたときに、前記飛散防止カバーのカバー長Ｘを、
   Ｘ ≧ Ｖ^２／（２α）＋Ｌ
   としたことを特徴とするボールねじ装置。
2. 請求項１において、
   前記シール部材が、非接触シールであることを特徴とするボールねじ装置。
3. 請求項１において、
   前記シール部材が、接触シールであることを特徴とするボールねじ装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
   前記飛散防止カバーが、円筒形状であることを特徴とするボールねじ装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
   前記飛散防止カバーを、円形断面形状を有する軸方向に伸縮可能な伸縮部材としたことを特徴とするボールねじ装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
   前記飛散防止カバーが、油分を吸収する油分吸収材で形成されていることを特徴とするボールねじ装置。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
   前記飛散防止カバーが、油分を吸収する油分吸収材で内張りされていることを特徴とするボールねじ装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項において、
   前記飛散防止カバーの側壁に、該側壁を半径方向に貫通する貫通排出部を設け、
   該貫通排出部を、前記ねじ軸の直下に配置したことを特徴とするボールねじ装置。

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