JP2008057576A - 直線運動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑剤補給時にシール部材と内方部材との間に潤滑剤の流れを集中させ、内方部材の外周面に付着した劣化した潤滑剤や異物を潤滑剤により効率よく洗い流すことが可能な直線運動装置を提供する。
【解決手段】直線運動装置１は、外面に転動体転動溝７を有する内方部材２と、内方部材２の外側に配置され、内面に内方部材２の転動体転動溝７に対向する転動体転動溝８を有する外方部材３と、内方部材２の転動体転動溝７と外方部材３の転動体転動溝８との間に転動自在に配置される複数の転動体９と、内方部材２と外方部材３との間をシールするシール部材４と、内方部材２と外方部材３との間に充填される潤滑剤と、潤滑剤を補給する補給口１６とを備え、外方部材３とシール部材４との間からの潤滑剤の漏出を防止するシール手段５を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじ、リニアガイド、ボールスプライン等の直線運動装置に関し、特に、内方部材の外周面に付着した異物を、内方部材と外方部材との間に充填された潤滑剤により効率よく洗い流すことが可能な直線運動装置に関する。

従来、装置内への異物の侵入を防止するシール部材を備えた直線運動装置の発明として、例えば図５に記載のボールねじが知られている（特許文献１参照）。
図５に示すボールねじ４０は、ねじ軸４１の外周面に形成したねじ溝４２と、ボールナット４３の内周面に形成したねじ溝４４の間に複数のボール４５を介在させ、ねじ軸４１の回転動力をボール４５を介してボールナット４３に伝達し、ボールナット４３を軸方向に移動させるものである。また、ボールナット４３の両端部に設けられた嵌合部４７には、ねじ軸４１に付着する異物がボールナット４３内に巻き込まれることを防止するため、ボールナット４３とねじ軸４１との間の隙間を小さくするラビリンスシール４６が配設されている。ここで、ラビリンスシール４６は、ねじ軸４１の外周面と所定の隙間を保ってボールナット４３に配設されている。さらに、ボールナット４３の端面には、潤滑剤補給路７１を介してねじ軸４１とボールナット４３との間に外部から潤滑剤を補給可能なグリースニップル７０が配設されている。

そして、ボールねじ４０によれば、ラビリンスシール４６がねじ軸４２とボールナット４３との間を極小とすることにより、ねじ溝４２からのボールねじ１内部への異物の侵入及び潤滑剤のボールねじ４１外部への漏れを低減することを可能としている。
また、従来、装置内への異物の侵入を防止するシール部材を備えた直線運動装置の発明として、図６に記載のボールねじが知られている。

図６に示すボールねじ５０は、特許文献１に係るボールねじ４０と基本構成は同様であるが、ラビリンスシール４６は、ラビリンスシール４６を嵌合部４７に嵌挿後、ボールナット４３の各端部の内周面に形成された係止凹部５２に、略Ｃ形の弾性部材により形成された止め輪５１を係止することで、ボールナット４３に設置されている。
そして、ボールねじ５０によれば、ボールねじ４０と同様の効果を奏するとともに、ボールナット４３へのラビリンスシール４６の設置を容易に行うことを可能としている。

さらに、従来、装置内への異物の侵入を防止するシール部材を備えた直線運動装置の発明として、図７に記載のボールねじが知られている。
図７に示すボールねじ６０は、外周面に螺旋状の転動体転動溝（図示せず）が形成されたねじ軸６１と、内周面にねじ軸６１の転動体転動溝に対向する転動体転動溝（図示せず）が形成されたナット６２と、両転動体転動溝間に転動自在に配設された転動体（図示せず）と、ナット６２の各端部に止めねじ６９により固定されるシールハウジング６５とを備えている。また、シールハウジング６５には、内周部に潤滑剤供給部材６４が配設され、端面に接触シール６７が止めねじ６６により固定されている。さらに、ナット６２の端面には、潤滑剤補給路７１を介してねじ軸６１とナット６２との間に外部から潤滑剤を補給可能なグリースニップル７０が配設されている。

そして、ボールねじ６０によれば、ナット６２に対するシール部材６３の着脱を容易とすることで、接触シール６７及び潤滑剤供給部材６４の交換を容易に行うことを可能としている。
特開平１０−３０７０４号公報

ラビリンスシールは相対運動する直線運動装置に摺接せず設置されるため、摩擦力が生じないシールとして多用されているが、その隙間より小径の異物を排除する機能を有していないことより、その取り付け部の隙間に対し考慮されていなかった。
たとえば、図５に示すボールねじ４０及び図６に示すボールねじ５０においては、ラビリンスシール４６を止めねじ４９又は止め輪５１によりボールナット４３に設置するが、一般的にボールナット４３の嵌合部４７とラビリンスシール４６との間には寸法公差があるため、ラビリンスシール４６の外面とボールナット４３の内面との間に隙間を有している。

この状態でボールねじ４０，５０を一定時間稼動した後にグリースニップル７０より潤滑剤を補給すると、ボールナット４３の内部に残留している古い潤滑剤が押し出され、補給された潤滑剤に入れ替わるが、その際古い潤滑剤は、ねじ軸４１とラビリンスシール４６との隙間だけでなく、ラビリンスシール４６の外面とボールナット４３の内面との隙間からも排出されることとなる。

そして、ボールナット４３内部の劣化した潤滑剤や異物は、相対運動をするねじ軸４１とラビリンスシール４６との間に多く溜まるが、ボールナット４３とラビリンスシール４６との隙間からの潤滑剤の排出は、ラビリンスシール４６の内端面とねじ軸４１の外周面との間からの潤滑剤の排出を阻害し、結果、劣化した潤滑剤や異物の排出が十分に行われないという問題がある。

また、図７に示すボールねじ６０においても同様に、ナット６２に対する接触シール６７及び潤滑剤供給部材６４の取り付けを容易にする必要上、シールハウジング６５の嵌合部６８とこれが嵌挿するナット６２との間には寸法公差に伴う隙間が生じることにより、図５に示すボールねじ４０と同一の問題がある。

本発明は上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、シール部材と内方部材との摺接部以外からの潤滑剤の漏出を防止することで潤滑剤補給時にシール部材と内方部材との間に潤滑剤の流れを集中させ、内方部材の外周面に付着した劣化した潤滑剤や異物を潤滑剤により効率よく洗い流すことが可能な直線運動装置を提供することにある。
なお、潤滑剤の補給とは、連続的な自動給油、間欠的な自動給油及び手動給油のいずれも含むもので、小径の異物が多い環境では連続的な自動給油が適し、小径の異物が少ない環境では手動給油が適している。

本発明のうち請求項１に係る直線運動装置は、外面に転動体転動溝を有する内方部材と、前記内方部材の外側に配置され、内面に前記内方部材の転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有する外方部材と、前記内方部材の転動体転動溝と前記外方部材の転動体転動溝との間に転動自在に配置される複数の転動体と、前記内方部材と前記外方部材との間をシールするシール部材と、前記内方部材と前記外方部材との間に充填される潤滑剤と、前記内方部材と前記外方部材との間に外部から前記潤滑剤を補給する補給口とを備えてなる直線運動装置において、
前記外方部材と前記シール部材との間からの前記潤滑剤の漏出を防止するシール手段を備えることを特徴とする。

また、本発明のうち請求項２に係る直線運動装置は、請求項１記載の直線運動装置において、前記シール手段は、前記潤滑剤により膨潤する素材により形成されていることを特徴とする。
また、本発明のうち請求項３に係る直線運動装置は、請求項１記載の直線運動装置において、前記シール手段は、前記潤滑剤により膨潤する素材により形成された２枚の膨潤性シートと、前記両膨潤性シート間に介装される薄板状の芯材とから３層に形成され、前記芯材は、前記膨潤性シートと比較して曲げ剛性が高く、かつ前記潤滑剤により膨潤しない又は膨潤しにくい素材により形成されていることを特徴とする。
さらに、本発明のうち請求項４に係る直線運動装置は、請求項１記載の直線運動装置において、前記シール手段は、前記潤滑剤に対して粘性の高い流体であることを特徴とする。

本願請求項１乃至４のうちいずれか１項に係る直線運動装置によれば、外方部材と前記シール部材との間からの前記潤滑剤の漏出を防止するシール手段を備える構成により、シール部材と内方部材との間以外からの潤滑剤の漏出を防止し、補給潤滑剤の流れをシール部材と内方部材との間に集中させることにより、内方部材の外周面に付着した異物を潤滑剤により効率よく洗い流すことが可能となる。さらに、補給潤滑剤の排出口がシール部材と内方部材との間のみとなることにより、外方部材内部の潤滑剤の流れが整流化され、古い潤滑剤が流れに従い効率的に排出されるため、潤滑剤の補給量を減らすことができる。

以下、本発明の第一実施形態に係る直線運動装置を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第一実施形態に係るボールねじの平面図である。図２はシール手段の断面図である。図３は本発明の第一実施形態に係るボールねじの変形例の平面図である。
なお、本発明に係る直線運動装置は、ボールねじ、リニアガイド、ボールスプライン等に構成可能であり、本実施形態においては、本発明に係る直線運動装置を非接触型シールを備えたボールねじとして構成した場合を例にして説明する。
ボールねじ（直線運動装置）１は、図１に示すように、直線状に延びるねじ軸（内方部材）２と、ねじ軸２が嵌挿されるナット（外方部材）３と、ナット３の各端部に設置される２組のシール部材４及びシール手段５とを備えている。
ねじ軸２は、円柱状に形成されている。ねじ軸２の外周面には、螺旋状の転動体転動溝７が形成されている。

ナット３は、円筒状に形成されている。ナット３の内周面には、ねじ軸２の嵌挿時にねじ軸２の転動体転動溝７と対向する螺旋状の転動体転動溝８が形成されている。ナット３の各端面には、円環状の嵌合凹部１０が形成されているとともに、嵌合凹部１０の周面には、複数のねじ孔１１が螺設されている。また、ナット３の外周面には、潤滑剤補給路１５を介してナット３の内部と連通するグリースニップル（補給口）１６が配設されている。

そして、ねじ軸２とナット３とは、ねじ軸２にナット３を嵌挿した状態で、転動体転動溝７と転動体転動溝８との間に多数の転動体９を転動自在に組み込むとともに、ねじ軸２とナット３との間にグリース、潤滑油等の潤滑剤が充填されることにより組み合わされる。また、ねじ軸２とナット３との間に充填される潤滑剤は、ナット３のグリースニップル１６から新しい潤滑剤を注入することにより外部から補給可能となっている。

各シール部材４は、本実施形態においては、ねじ軸２と非接触である円環状のラビリンスシールとして形成されている。そして、シール部材４は、ナット３の嵌合凹部１０内に嵌挿され、ナット３のねじ孔１１に螺合される止めねじ１２により、ナット３に設置される。
各シール手段５は、円環のシート状に形成されている。また、シール手段５は、図２に示すように、２枚の膨潤性シート１３と、両膨潤性シート１３間に介装される芯材１４とから３層に形成されている。

各膨潤性シート１３は、シリコンゴムシート等、ねじ軸２とナット３との間に充填されている潤滑剤により膨潤する素材により形成されている。
芯材１４は、金属の薄板、ポリアセタール系の樹脂材、ポリイミド系の樹脂材等、膨潤性シート１３と比較して曲げ剛性が高く、かつ潤滑剤により膨潤しない又は膨潤しにくい素材により形成されている。

そして、シール手段５は、ナット３の嵌合凹部１０内において、シール部材４の側面とナット３の嵌合凹部１０の内側面との間に嵌挿されることで、ナット３とシール部材４との間からの潤滑剤の漏出を防止可能に備えられている。
ここで、本実施形態においては、シール部材４は、止めねじ１２により嵌合凹部１０内に設置されているが、図３に示すように、シール部材４を嵌合凹部１０に嵌挿後、ナット３の各端部の内周面に形成された係止凹部１７に、略Ｃ形の弾性部材により形成された止め輪１８を係止することにより設置する構成としても構わない。

次に、ボールねじ１の作用について説明する。
ボールねじ１は、ねじ軸２とナット３とが組み合わされた状態において、ねじ軸２又はナット３の回転運動に伴って、転動体９が転動体転動溝７，８上を転動することにより、ねじ軸２とナット３とが軸方向へ相対的に移動可能となっている。
そして、ねじ軸２とナット３との相対移動時においては、シール部材４がねじ軸２とナット３との隙間が極小となるようにシールすることにより、ねじ軸２とナット３との間への塵埃等の異物の侵入を防止することを可能としている。

ここで、ボールねじ１では、一定時間稼動することにより、ねじ軸２とナット３との間に充填された潤滑剤の減少及び劣化が発生するため、潤滑剤の補給を行う必要がある。
ボールねじ１への潤滑剤の補給は、潤滑剤をナット３のグリースニップル１６及び潤滑剤補給路１５を介してねじ軸２とナット３との間へ充填することにより行われる。
そして、ねじ軸２とナット３との間に潤滑剤が補給されると、ナット３の内部に残留している古い潤滑剤がねじ軸２とシール部材４との隙間から押し出され、補給された新しい潤滑剤に入れ替わる。この場合、ナット３内部の劣化した潤滑剤や異物は、ねじ軸２とシール部材４との間に多く溜まることとなる。
ここで、一般的に、ナット３の嵌合凹部１０とこれに嵌挿されるシール部材４との間には寸法公差があるため、嵌合凹部１０とシール部材４との間には隙間を有している。

そこで、ボールねじ１においては、ナット３の嵌合凹部１０内において、シール部材４の側面とナット３嵌合凹部１０の内側面との間にシール手段５が嵌挿されている。そして、シール手段５は、ボールねじ１の作動時において、シール手段５の膨潤性シート１３が、ねじ軸２とナット３との間に充填された潤滑剤を吸収して膨潤することにより、シール部材４の側面とナット３嵌合凹部１０の内側面との間を密接にシールすることとなる。なお、シール手段５においては、膨潤性シート１３の膨潤により、シール部材４の側面及びナット３嵌合凹部１０の内側面が多少粗い場合においても両者を密接にシールすることが可能となる。

これにより、ボールねじ１によれば、ボールねじ１への潤滑剤の補給時に、ナット３とシール部材４との間からの潤滑剤の漏出を防止することが可能となり、その結果、補給された潤滑剤の流れをシール部材４とねじ軸２との間に集中させることにより、ねじ軸２の外周面に付着した異物を潤滑剤により効率よく洗い流すことが可能となる。
さらに、ボールねじ１によれば、補給された潤滑剤の排出口がシール部材４とねじ軸２との間のみとなることにより、ナット３内部の潤滑剤の流れが整流化され、古い潤滑剤が流れに従い効率的に排出されるため、潤滑剤の補給量を減らすことができる。

次に、本発明の第二実施形態に係る直線運動装置を図面を参照して説明する。
図４は本発明の第二実施形態に係るボールねじの構成図である。
なお、本実施形態においては、本発明に係る直線運動装置を接触型シールを備えたボールねじとして構成した場合を例にして説明する。
本実施形態に係るボールねじ２０の基本構成は、ボールねじ１と同様であるため、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
ボールねじ２０は、図３に示すように、ねじ軸２と、ねじ軸２が嵌挿されるナット２３と、ナット２３の各端部に設置される２組のシール部材２４及びシール手段２５とを備えている。
ナット２３の基本的構成は、ナット３と同様であるが、ナット２３の各端面には、略円筒状の嵌合凸部２７が形成されている。

シール部材２４は、ナット２３の各端部に止めねじ３９により固定されるシールハウジング３０と、シールハウジング３０の内周部に配設される潤滑剤供給部材３１と、シールハウジング３０の端面に止めねじ３７により固定される接触シール３３とを備えてなる。
シールハウジング３０は、略円筒状に形成されている。シールハウジング３０の両端面のうち一方には、ナット２３の嵌合凸部２７が嵌挿される、円環状の嵌合凹部３４が形成されている。また、シールハウジング３０の両端面のうち他方には、止めねじ３７が螺合される複数のねじ孔３５が螺設されている。また、シールハウジング３０の嵌合凹部３４の周面には、止めねじ３９が螺合される複数のねじ孔３８が螺設されている。

潤滑剤供給部材３１は、潤滑剤含有ポリマからなり、潤滑剤が経時的に徐々に滲み出すことで、ねじ軸２とナット２３との間に潤滑剤を充填可能に形成されている。
接触シール３３は、樹脂により円環状に形成されている。また、接触シール３３の側面には、止めねじ３７が螺合される複数のねじ孔３６が螺設されている。
シール手段２５の基本的構成は、シール手段５と同様である。そして、シール手段２５は、円環状に形成されたシール手段２５にナット２３の嵌合凸部２７が嵌挿され、ナット２３の端面とシールハウジング３０の前記一方の端面との間に設置されることで、ナット２３とシール部材２４との間からの潤滑剤の漏出を防止可能に備えられている。

次に、ボールねじ２０の作用について説明する。
ボールねじ２０においては、ねじ軸２とナット２３との相対移動時に、シール部材２４の接触シール３３の内端部がねじ軸２の外周面に摺接することにより、ねじ軸２とナット２３との間への塵埃等の異物の侵入を防止することを可能としている。
ここで、ボールねじ２０でも、ボールねじ１と同様に、一定時間稼動後にナット３のグリースニップル１６から潤滑剤を注入し、ねじ軸２とナット２３との間へ潤滑剤の補給を行う必要がある。

そして、ねじ軸２とナット２３との間に潤滑剤が補給されると、ナット２３の内部に残留している古い潤滑剤がねじ軸２と接触シール３３との間から押し出され、補給された新しい潤滑剤に入れ替わる。この場合、ナット３内部の劣化した潤滑剤や異物は、ねじ軸２と接触シール３３との間に多く溜まることとなる。
ここで、一般的に、ナット２３に対する接触シール３３及び潤滑剤供給部材３１の取り付けを容易にする必要上、シールハウジング３０の嵌合凹部３４とこれに嵌挿されるナット２３の嵌合凸部２７との間には寸法公差があるため、嵌合凹部３４とナット２３との間には隙間を有している。

そこで、ボールねじ２０においては、ナット２３の端面とシールハウジング３０の前記一方の端面との間にシール手段２５が設置されている。そして、ボールねじ２０の作動時において、シール手段２５の膨潤性シート１３が潤滑剤を吸収して膨潤することにより、ナット２３の端面とシールハウジング３０の前記一方の端面との間を密接にシールすることが可能になる。

これにより、ボールねじ２０によれば、ボールねじ２０への潤滑剤の補給時に、ナット２３とシール部材２４との間からの潤滑剤の漏出を防止することが可能となり、その結果、補給された潤滑剤の流れを接触シール３３とねじ軸２との間に集中させることにより、ねじ軸２の外周面に付着した異物を潤滑剤により効率よく洗い流すことが可能となる。
さらに、ボールねじ２０によれば、補給された潤滑剤の排出口が接触シール３３とねじ軸２との間のみとなることにより、ナット２３内部の潤滑剤の流れが整流化され、古い潤滑剤が流れに従い効率的に排出されるため、潤滑剤の補給量を減らすことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態においては、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、本発明の第一及び第二実施形態においては、本発明に係るシール手段を、円環のシート状のシール手段５，２５として構成しているが、本発明に係るシール手段として流体を用いる構成としても構わない。

この場合、ボールねじ１におけるシール部材４の側面とナット３嵌合凹部１０の内側面との間又は、ボールねじ２０におけるナット２３の端面とシールハウジング３０の前記一方の端面との間に流体が充填される。そして、充填される流体としては、シリコングリース、コーキング剤等、ねじ軸２とナット３，２３との間に充填される潤滑剤に対して粘性の高い流体が用いられる。
また、本発明の第一及び第二実施形態においては、本発明に係る直線運動装置をボールねじとして構成しているが、リニアガイド、ボールスプライン、その他の直線運動装置として構成することも可能である。

本発明の第一実施形態に係るボールねじの平面図である。 シール手段の断面図である。 本発明の第一実施形態に係るボールねじの変形例の平面図である。 本発明の第二実施形態に係るボールねじの構成図である。 特許文献１に係るボールねじの構成図である。 従来のボールねじの構成図である。 従来のボールねじの構成図である。

符号の説明

１ ボールねじ
２ ねじ軸
３ ナット
４ シール部材
５ シール手段
７ 転動体転動溝
８ 転動体転動溝
９ 転動体
１０ 嵌合凹部
１１ ねじ孔
１２ 止めねじ
１３ 膨潤性シート
１４ 芯材
１５ 潤滑剤補給路
１６ グリースニップル
１７ 係止凹部
１８ 止め輪
２０ ボールねじ
２３ ナット
２４ シール部材
２５ シール手段
２７ 嵌合凸部
３０ シールハウジング
３１ 潤滑剤供給部材
３３ 接触シール
３４ 嵌合凹部
３５ ねじ孔
３６ ねじ孔
３７ 止めねじ
３８ ねじ孔
３９ 止めねじ
４０ ボールねじ
４１ ねじ軸
４２ ねじ溝
４３ ボールナット
４４ ねじ溝
４５ ボール
４６ ラビリンスシール
４７ 嵌合部
４８ 貫通穴
４９ 止めねじ
５０ ボールねじ
５１ 止め輪
５２ 係止凹部
６０ ボールねじ
６１ ねじ軸
６２ ナット
６３ シール部材
６４ 潤滑剤供給部材
６５ シールハウジング
６６ 止めねじ
６７ 接触シール
６８ 嵌合部
６９ 止めねじ
７０ グリースニップル
７１ 潤滑剤補給路

Claims (4)

1. 外面に転動体転動溝を有する内方部材と、前記内方部材の外側に配置され、内面に前記内方部材の転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有する外方部材と、前記内方部材の転動体転動溝と前記外方部材の転動体転動溝との間に転動自在に配置される複数の転動体と、前記内方部材と前記外方部材との間をシールするシール部材と、前記内方部材と前記外方部材との間に充填される潤滑剤と、前記内方部材と前記外方部材との間に外部から前記潤滑剤を補給する補給口とを備えてなる直線運動装置において、
   前記外方部材と前記シール部材との間からの前記潤滑剤の漏出を防止するシール手段を備えることを特徴とする直線運動装置。
2. 前記シール手段は、前記潤滑剤により膨潤する素材により形成されていることを特徴とする請求項１記載の直線運動装置。
3. 前記シール手段は、前記潤滑剤により膨潤する素材により形成された２枚の膨潤性シートと、前記両膨潤性シート間に介装される薄板状の芯材とから３層に形成され、前記芯材は、前記膨潤性シートと比較して曲げ剛性が高く、かつ前記潤滑剤により膨潤しない又は膨潤しにくい素材により形成されていることを特徴とする請求項１記載の直線運動装置。
4. 前記シール手段は、前記潤滑剤に対して粘性の高い流体であることを特徴とする請求項１項記載の直線運動装置。

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