JP2012077905A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダブルナット予圧ボールねじを効率的に冷却でき、かつナットから冷却媒体の漏れを防止することができるボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ねじ軸１０と、転動体４０を介してねじ軸１０に螺合する複数のナット２０，３０と、該ナット２０，３０間に配置される間座５０とを有し、該間座５０によって、転動体４０が、予圧方向を引張り方向として２点接触状態で予圧を付与されるボールねじ装置１である。ナット２０，３０及び間座５０には循環路２５，３２及び第２の貫通穴５２が形成され、これらに冷却媒体が供給されて冷却手段を構成する。循環路２５，３２と第２の貫通穴５２との間には密封手段７０が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじ装置に関し、特に、ナットを冷却可能なボールねじ装置に関する。

従来より、ねじ軸と、複数の転動体（例えば、ボール）を介して前記ねじ軸に螺合するナットとを有し、前記ねじ軸と前記ナットとが相対的に回転可能とされたボールねじ装置が用いられている。このボールねじ装置においては、回転時に前記ねじ軸と前記ナットとの間で点接触又は面接触による摩擦熱が生じるため、その摩擦熱を冷却する冷却手段が設けられることがあった。

従来のボールねじ装置における冷却手段の設置方式としては、冷却対象を前記ねじ軸として前記ねじ軸に前記冷却手段を設ける軸心冷却方式と、冷却対象を前記ナットとして前記ナットに前記冷却手段を設けるナット冷却方式とが挙げられる。
ここで、軸心冷却は、ねじ軸を中空にして、前記ねじ軸内に冷却媒体を流す構成であるため、大型・長尺のボールねじ装置に採用するにあたっては、ねじ軸に中空穴を空けるために要するコストが問題となり、ナット冷却方式が採用されることが多い。
ナット冷却方式を採用したねじ装置としては、特許文献１に示されているものがある。具体的には、軸方向に沿ってナットに設けた循環路に冷却媒体を通し、該ナットを冷却する技術である。

特開２００２−３１０２５８号公報

しかしながら、近年の大型・長尺のボールねじ装置の主流は、ダブルナット予圧を採用したボールねじ装置であり、特許文献１に開示されたねじ装置を適用しても、複数のナットを効率的に冷却し、かつ冷却媒体の漏れも防止することが難しいという問題があった。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、ダブルナット予圧ボールねじを効率的に冷却でき、かつナットから冷却媒体の漏れを防止することができるボールねじ装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の請求項１に係るボールねじ装置は、一のねじ軸と、複数の転動体を介して前記ねじ軸に螺合する複数のナットと、軸方向に配列された前記複数のナット間に配置される間座と、前記ナットを冷却する冷却手段とを備え、
前記転動体が、予圧方向を引張り方向として２点接触状態で予圧を付与され、
前記冷却手段が、前記複数のナットの少なくとも一のナットの軸方向に沿って形成された循環路及び該循環路に対応して前記間座に形成された貫通穴を含み、
前記複数のナットの少なくとも一のナットに形成された前記循環路の一方の開口部と、前記間座に形成された前記貫通穴の一方の開口部との間に生じるすきまを密封する密封手段が設けられることを特徴としている。

また、本発明の請求項２に係るボールねじ装置は、請求項１に記載のボールねじ装置において、前記密封手段は、前記複数のナットの少なくとも一のナットの前記間座との接触面における前記循環路の一方の開口部を囲むように形成された第１の収容部と、該第１の収容部に収容された円環状の弾性部材とを有することを特徴としている。
また、本発明の請求項３に係るボールねじ装置は、請求項１又は２に記載のボールねじ装置において、前記密封手段は、前記間座の、前記複数のナットの少なくとも一のナットとの接触面における前記循環路の一方の開口部を囲むように形成された第２の収容部と、該第２の収容部に収容された円環状の弾性部材とを有することを特徴としている。
また、本発明の請求項４に係るボールねじ装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のボールねじ装置において、前記複数のナットを互いに固定する固定部材を有することを特徴としている。

本発明の請求項１に係るボールねじ装置によれば、ダブルナット予圧が付与され、複数のナットに形成された循環路と、間座を貫通する貫通穴とを繋ぐことで複数のナットを同時に冷却でき、間座の貫通穴の開口部とナットの循環路の開口部との間に密着部材を設けることで冷却媒体の漏れを防止することができる。したがって、ダブルナット予圧ボールねじを効率的に冷却でき、かつナットから冷却媒体の漏れを防止することができるボールねじ装置を提供することができる。

本発明に係るボールねじ装置の第１の実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。 本発明に係るボールねじ装置の第１の実施形態における構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は図１の２ｂ−２ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は図１の２ｃ−２ｃ線に沿う断面図であり、（ｄ）は、第２のナットの他方の端部側の構成を示す斜視図である。 本発明に係るボールねじ装置の第２の実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。 本発明に係るボールねじ装置の第３の実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。 本発明に係るボールねじ装置の第４の実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。 本発明に係るボールねじ装置の第５の実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係るボールねじ装置の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るボールねじ装置の第１の実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。図２は、本発明に係るボールねじ装置の第１の実施形態における構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は図１の２ｂ−２ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は図１の２ｃ−２ｃ線に沿う断面図であり、（ｄ）は、第２のナットの他方の端部側の構成を示す斜視図である。
図１に示すように、本実施形態のボールねじ装置１は、ねじ軸１０と、複数のナット（第１のナット２０，第２のナット３０）と、複数の転動体（例えば、ボール）４０と、間座５０と、冷却手段６０とを有する。

＜ナット＞
第１のナット２０は、ねじ軸１０の外径より大きい内径で筒状に形成された本体部２１と、該本体部２１の端部に径方向に拡設されたフランジ部２２とを有する。一方、第２のナット３０は、ねじ軸１０の外径より大きい内径で筒状に形成された本体部３１からなる。
第１のナット２０の内周面２０ａには、ねじ軸１０の外周面１０ａに螺旋状に形成されたねじ溝１０ｂに対向するようにねじ溝２０ｂが形成されている。また、第２のナット３０の内周面３０ａにも、ねじ軸１０の外周面１０ａに螺旋状に形成されたねじ溝１０ｂに対向するようにねじ溝３０ｂが形成されている。そして、ねじ溝２０ｂとねじ溝３０ｂとの間に配設された複数の転動体４０により、ねじ軸１０と、ねじ軸１０の軸方向に配列された第１のナット２０及び第２のナット３０とが螺合している。このようにして、ねじ溝１０ｂとねじ溝２０ｂ，３０ｂとによって形成された転動路において転動体４０が転動可能とされ、ねじ軸１０と第１のナット２０及び第２のナット３０とが軸方向に相対移動可能とされる。

＜間座＞
図１及び図２（ｂ）に示すように、間座５０は、第１のナット２０及び第２のナット３０の内径とほぼ同じ内径の第１の貫通穴５１を有して円環状をなす部材である。間座５０は、その第１の貫通穴５１にねじ軸１０を遊嵌させるようにして第１のナット２０と第２のナット３０との間に配設されて、第１のナット２０と第２のナット３０との相対回転を阻止する。

具体的には、図１に示すように、第１のナット２０には、フランジ部２２が形成されていない側の本体部２１の面２１ａに軸方向に形成された複数の固定溝（例えば、ねじ溝）２７が形成され、第２ナット３０には、間座５０に対向する側の本体部３１の面３１ａに軸方向に形成された複数の固定溝（例えば、ねじ溝）３４が形成される。そして、図２（ｂ）に示すように、間座５０には、貫通穴５３が固定溝２７，３４に対応して複数形成されている。これら複数の貫通穴５３と、固定溝２７，３４とが固定部材（図示せず）によって固定される（図１参照）。

＜ダブルナット予圧＞
ここで、間座５０が第１のナット２０と第２のナット３０との間に設けられることによって、第１のナット２０及び第２のナット３０のそれぞれのねじ溝２０ｂ，３０ｂと、ボールねじ１０のねじ溝１０ｂとの間に組み込まれる複数の転動体４０に予圧荷重Ｆ_a0で２点接触状態の予圧が与えられている。なお、予圧方向は引張り方向である。
このように、本発明に係るボールねじ装置１では、引張方向の２点接触予圧をナット２０に与えることにより、ナット２０，３０を冷却することによる予圧トルクの増大を打ち消し、効率的にナット２０，３０を冷却することができる。

＜冷却手段＞
第１のナット２０（本体部２１）には、軸方向に沿って形成された循環路２５が形成されている。また、同様に、第２のナット３０（本体部３１）には、軸方向に沿って形成された循環路３２が形成されている。これら循環路２５，３２のそれぞれの一方の端部は、第１のナット２０における間座５０に対向する面２１ａ、及び第２のナット３０における間座５０に対向する面３１ａに開口している。また、循環路２５の他方の端部には、各循環路２５を連結する連結路２６が形成されている。同様に、循環路３２の他方の端部には、各循環路３２を連結する連結路３３が形成されている（図１及び図２（ｃ）参照）。ここで、図２（ｄ）に示すように、第２のナット３０の他方の端部に形成された連結路３３にガスケットＧが嵌められて、このガスケットＧを固定する固定用面板３６が第２のナット３０の他方の端部に取り付けられる。固定用面板３６は、例えば、ボルトなどで第２のナット３０に固定される。このようにして、第２のナット３０の他方の端部側における冷却液を循環させるための回路が形成されている。

また、図２（ｂ）に示すように、間座５０には、第１のナット２０及び第２のナット３０における間座５０に対向する面２１ａ，３１ａに開口部が形成された複数の循環路２５に対応した第２の貫通穴５２が複数形成されている。
ここで、第１のナット２０における間座５０に対向する面２１ａにおける各循環路２５の一方の端部（開口部）の位相（面２１ａにおける位置）と、間座５０に形成される各第２の貫通穴５２の位相（面５０ａ，５０ｂにおける位置）と、第２のナット３０における間座５０に対向する面３１ａにおける各循環路３２の一方の端部（開口部）の位相（面３１ａにおける位置）とは全て一致して形成される。

また、循環路２５の一方の端部側には、フランジ部２２の一端部に開口する冷却媒体供給口２３及び冷却媒体排出口２４が循環路２５に連結して形成されている（図１及び図２（ａ）参照）。
これら冷却媒体供給口２３及び冷却媒体排出口２４、循環路２５，３２、連結路２６，３３、及び間座５０に形成された第２の貫通穴５２が、冷却媒体の通路として用いられる。

そして、冷却媒体供給口２３及び冷却媒体排出口２４は、図示しない循環装置に接続されている。循環装置は、上記冷却媒体の通路内で冷却媒体を循環させるための機器である。また、循環装置は、冷却媒体排出口２４から戻ってきた冷却媒体を再び冷却する冷却手段も備える。この循環装置及び上記冷却媒体の通路（冷却媒体供給口２３、冷却媒体排出口２４、循環路２５，３２、連結路２６，３２、及び第２の貫通穴５２）が冷却手段６０を構成する。このように、図示しない循環装置によって上記冷却媒体の通路内を冷却媒体が循環することによって、第１のナット２０及び第２のナット３０が冷却される。

具体的には、冷却媒体供給口２３から供給された冷却媒体（一般には油か水）は、冷却媒体供給口２３に接続された循環路２５を通り、この循環路２５と同位相に設けられた間座５０の第２の貫通穴５２を経て第２のナット３０内に移動する。第２のナット３０の他の端部に達した冷却媒体は、第２のナット３０の他方の端部に設けた連結路３３に案内されて位相を変えて循環路３２を通り、第２のナット３０から第１のナット２０の循環路２５に移動する。第１のナット２０の他方の端部においても冷却媒体は連結路２６に案内されて位相を変え、循環路２５を通り、再び第２のナット３０に移動する。これらの工程を複数回繰り返して、第１のナット２０の冷却媒体排出口２４から冷却媒体が排出される。
この排出された冷却媒体は、循環装置内の冷却手段（図示せず）によって冷却され、再び冷却媒体供給口２３から第１のナット２０及び第２のナット３０内に供給することでボールねじ１の温度を制御することができる。

＜密封手段＞
図１に示すように、第１のナット２０及び第２のナット３０と、間座５０との間には、密封手段７０が設けられている。具体的には、第１のナット２０及び第２のナット３０のそれぞれの間座５０との接触面２１ａ，３１ａに、循環路２５，３２の一方（接触面２１ａ，３１ａ側）の開口部を囲むように第１の収容部２８，３５が形成されている。そして、第１の収容部２８，３５には、循環路２５，３２を囲む円環状の弾性部材７１が設置されている。弾性部材７１は、例えば、Ｏリング等である。密封手段７０は、第１の収容部２８，３５と弾性部材７１とを有してなる。このようにして第１のナット２０及び第２のナット３０と、間座５０との間に密封手段７０が設けられることにより、この部分から冷却媒体が漏れない構造となっている。なお、間座５０との密封状態が十分であれば、密封手段７０は、第１のナット２０及び第２のナット３０のいずれかであってもよく、第１の収容部２８，３５の両方が必ず設けられなくともよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して以下に説明する。本実施形態に係るボールねじ装置は、密封手段の構成が前述の第１の実施形態と異なるだけであるので、第１の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。
図３は、本発明に係るボールねじ装置の第２の実施形態を示す図である。図３に示すように、本実施形態は、間座５０とナット２０，３０との間に設置される密封手段７０を間座５０側に形成したことを特徴とする。具体的には、間座５０における第１のナット２０に対向する一方の面５０ａ、及び間座５０における第２のナット３０に対向する他方の面５０ｂのそれぞれに、第２の貫通穴５２の一方の開口部分を囲むように第２の収容部（凹部）５４が形成され、これら第２の収容部５４に弾性部材（例えば、Ｏリング等）７１が設置されている。密封手段７０は、第２の収容部５４と弾性部材７１とを有してなる。なお、第１のナット２０及び第２のナット３０のいずれか一方でとの密封状態が十分であれば、密封手段７０は、一方の面５０ａ及び他方の面５０ｂのいずれかの面に設けられればよく、第２の収容部５４，５４が両面５０ａ，５０ｂの両面に必ず設けられなくともよい。
このように、密封手段７０を間座５０側に形成したことにより、例えば、間座５０側に第２の収容部５４を形成すればいいので、従来のナットをそのまま用いることができ、製造コストを低減させることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図面を参照して以下に説明する。本実施形態に係るボールねじ装置は、第２のナット３０の形態、及び第１のナット２０と第２のナット３０とを互いに固定する構成が前述の第１の実施形態と異なるだけであるので、第１の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。

図４は、本発明に係るボールねじ装置の第３の実施形態を示す図である。図４に示すように、本実施形態は、間座５０を介してナット２０，３０を互いに軸方向で固定する固定部材８０を有する。具体的には、第２のナット３０の間座５０に対向する側にフランジ部３７が形成されており、このフランジ部３７には、フランジ部３７を軸方向に貫通する複数の貫通穴３８が形成される。また、間座５０には、複数の貫通穴３８に対応して、間座５０を軸方向に貫通する複数の貫通穴５５が形成される。さらに、第１のナット２０の間座５０に対向する側の本体部２１の面２１ａには、複数の貫通穴３８，５５と同軸となるように形成された複数のねじ穴２７が軸方向に形成される。そして、これら複数の貫通穴３８，５５と、ねじ穴２７とが固定具（例えば、ねじ）８１，８１によって固定される。本実施形態では、これら固定具８１，８１が固定部材８０を構成する。

また、前述の第１の実施形態と同様に、間座５０における第１のナット２０に対向する一方の面５０ａ、及び間座５０における第２のナット３０に対向する他方の面５０ｂのそれぞれに、密封手段７０を構成する弾性部材（例えば、Ｏリング等）７１が設置されている。なお、密封手段７０の構成は、前述の第２の実施形態のように変更されてもよい。
ここで、ボールねじ装置は、悪条件での使用や、長期間の運転によって、ボールやボール溝が摩耗することによって予圧が抜けてしまうことがある。その場合、第１のナット２０と、第２のナット３０と、間座５０との間には隙間が生じ、弾性部材（例えば、Ｏリング等）７１による冷却回路の密閉性を失いかねない。
そこで、本実施形態のように、間座５０を介してナット２０，３０が互いに軸方向に固定部材８０で締結されていることにより、弾性部材７１による冷却回路の密閉性を維持することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図面を参照して以下に説明する。本実施形態に係るボールねじ装置は、第１のナット２０と第２のナット３０とを互いに固定する構成が前述の第１の実施形態と異なるだけであるので、第１の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。

図５は、本発明に係るボールねじ装置の第４の実施形態を示す図である。図５に示すように、本実施形態も、ナット２０，３０を互いに固定する固定部材８０を有する。具体的には、第１のナット２０の本体部２１の周面２１ｂに、間座５０に対向する側の本体部２１の面２１ａに連通するキー溝２９が軸方向に沿って形成されている。また、第２のナット３０の本体部３１の周面３１ｂにおいてキー溝２９に対応する位置に、キー溝３９が軸方向に沿って形成されている。キー溝３９も、キー溝２９と同様に間座５０に対向する側の本体部３１の面３１ａに連通している。さらに、間座５０の周面５０ｃにも、キー溝２９，３９に対応する位置にキー溝５６が形成されている。キー溝２９，３９，５６には、軸方向に列設されたキー溝２９，３９，５６に嵌合可能に形成されたキー８２が嵌合されている。そして、このキー８２は、固定具（例えば、ねじ）８３，８３によって本体部２１の周面２１ｂ及び本体部３１の周面３１ｂに形成されたねじ穴（図示せず）にそれぞれ固定されている。本実施形態では、キー溝２９，３９，５６、キー８２、及び固定具８３，８３が固定部材８０を構成する。なお、本実施形態においては、キー８２が嵌合するキー溝は、少なくとも周面２１ｂ，３１ｂに形成されるキー溝２９，３９であればよい。また、前述の第３の実施形態においても、本実施形態と同様に、周面２１ｂに形成されたキー溝２９に対応するように、フランジ部３７の周面３７ａにキー溝３７ｂが形成され、キー溝２９，３７ｂに嵌合可能に形成されたキー８２が嵌合されてもよい（図４参照）。そして、このキー８２は、固定具（例えば、ねじ）８３によって周面２１ｂに形成されたねじ穴（図示せず）に固定される。
本実施形態においても、ナット２０，３０が互いに固定部材８０で締結されていることにより、悪条件での使用や、長期間の運転に起因して生じうる弾性部材７１による冷却回路の密閉性の低下を防ぐことができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について、図面を参照して以下に説明する。本実施形態に係るボールねじ装置は、第１のナット２０と第２のナット３０とを互いに固定する構成が前述の第１の実施形態と異なるだけであるので、第１の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。

図６は、本発明に係るボールねじ装置の第５の実施形態を示す図である。図６に示すように、本実施形態も、ナット２０，３０を互いに固定する固定部材８０を有する。具体的には、長尺状の非弾性部材からなる第１の固定具８４が、本体部２１の周面２１ｂに形成されたねじ穴（図示せず）に第２の固定具（例えば、ねじ）８５で固定され、本体部３１の周面３１ｂに形成された穴部（図示せず）に第３の固定具８６で固定されている。第３の固定具８６は、当該第３の固定具８６自身の径方向にバネ作用を生じせしめる固定具であり、例えば、スプリングピンである。本実施形態では、第１の固定具８４、第２の固定具８５、及び第３の固定具８６が固定部材８０を構成する。

本実施形態においても、ナット２０，３０が互いに固定部材８０で締結されていることにより、悪条件での使用や、長期間の運転に起因して生じうる弾性部材７１による冷却回路の密閉性の低下を防ぐことができる。特に、径方向にバネ作用を生じせしめる第３の固定具８６を用いてナット２０，３０を軸方向に拘束するため、前述の第３の実施形態及び第４の実施形態よりも低廉な製造コストで強固な固定機構を提供することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。例えば、弾性部材を収容する収容部は、間座の一方の面側では、ナット（第１のナット又は第２のナット）に形成され、間座の他方の面側では、間座に形成されてもよい。また、弾性部材は、ナット側に設けることがより好ましい。これは、予圧量を間座の厚さで調整するために、間座側に弾性部材を設置すると、予圧調整（間座加工）のたびに弾性部材を着脱する煩わしさを解消できる利点があるからである。

１ ボールねじ装置
１０ ねじ軸
２０ 第１のナット
２５ 循環路
２８ 第１の収容部
３０ 第２のナット
３１ 本体部
３２ 循環路
３５ 第１の収容部
４０ 転動体
５０ 間座
５１ 貫通穴
５２ 貫通穴
５４ 第２の収容部
６０ 冷却手段
７０ 密封手段
８０ 固定部材

Claims (4)

1. 一のねじ軸と、複数の転動体を介して前記ねじ軸に螺合する複数のナットと、軸方向に配列された前記複数のナット間に配置される間座と、前記ナットを冷却する冷却手段とを備え、
   前記転動体が、予圧方向を引張り方向として２点接触状態で予圧を付与され、
   前記冷却手段が、前記複数のナットの少なくとも一のナット軸方向に沿って形成された循環路及び該循環路に対応して前記間座に形成された貫通穴を含み、
   前記複数のナットの少なくとも一のナットに形成された前記循環路の一方の開口部と、前記間座に形成された前記貫通穴の一方の開口部との間に生じるすきまを密封する密封手段が設けられることを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記密封手段は、前記複数のナットの少なくとも一のナットの前記間座との接触面における前記貫通穴の一方の開口部を囲むように形成された第１の収容部と、該第１の収容部に収容された円環状の弾性部材とを有することを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
3. 前記密封手段は、前記間座の、前記複数のナットの少なくとも一のナットとの接触面における前記貫通穴の一方の開口部を囲むように形成された第２の収容部と、該第２の収容部に収容された円環状の弾性部材とを有す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装置。
4. 前記複数のナットを互いに固定する固定部材を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のボールねじ装置。

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