JP2014031845A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールナット内の余分なグリースをねじ軸の遠心力が作用しにくい位置で外部に取り出す。
【解決手段】ボールねじ装置において、シール３の筒状部３２にその軸方向に延びるすり割り３４を設けるとともに、前記シール３の内側の面にナット２の内部２５と前記すり割り３４とを繋ぐグリース用経路３６を長さ寸法Ｅにわたって設けて、内部２５のグリースをすり割り３４に円滑に導く。
【選択図】 図１

Description

この発明は、すり割り付きのシールを備えたボールねじ装置に関する。

従来のこの種のシールを備えたボールねじ装置としては特許文献１に記載されたものがある。このものは、ねじ軸のねじ溝と係合するシールのねじ溝の山を内周に備えたシールがボールナットの端面に装着されていて、前記ボールナットから軸方向外側に露出する筒状部は、その筒状部の軸方向に延びる複数本のすり割りで周方向に分割されている。このすり割りの長さは、ねじ軸のリードの０．７倍以上にしている。このすり割りは、ねじ軸の直径方向の線に対して、ねじ軸が右ねじのときに筒状部の外側端面から見て時計方向に傾斜しており、またこのすり割りは、同文献１の図７、８の例ではねじ軸の軸線に対して同ねじ軸のリード角を規定するねじ山の接線とは反対の方向に傾斜している。かかるシールの筒状部は外周からガータスプリングで締め付けられて、ねじ軸の外周に密着されている。そこで、このボールねじでは、ねじ軸の回転により相対的にボールナットが軸方向に移動すると、露出されたねじ軸の外周に付着していた異物がすり割りにより形成されたシールのエッジ部で削り取られる。その異物は続いてすり割りにより形成された傾斜面に沿って遠心方向に掻き出されるようになっている。

第３６９２６７７号特許掲載公報

上記の従来技術は、他の従来技術も同様であるが、外部からの異物がねじ軸からボールナット内に入り込むのを防止する技術である。そして、すり割りの形状や傾きが前記のように設定されているから、それなりに、異物がボールナット内に入り込むことは抑制されていた。しかしながら、これらの従来技術では、ボールナット内のグリースが漏れ出して、露出したねじ軸の外周に付着したままになることには対処されていないという不具合がある。つまり、露出したねじ軸の外周におけるグリースの層が一定の膜厚を超えると、ねじ軸の高速回転による遠心力によりグリースが飛散して、周囲の機器やボールネジが組み込まれた装置により製造され又は処理される製品を汚染するという不具合がある。

このため、従来技術ではグリースをボールナット内に閉じ込めるために、ガータスプリングなどを用いた接触式シールでボールナット内を密封して対処してきた。しかし、この対処方法でも、ねじ軸外周のグリース膜厚が増大してグリースが飛散することもあり、また、グリースをボールナット内に閉じ込めておくと、ボールナット内へのグリース補給時にボールナット内から古いグリースを排出するための排出穴を設ける必要がある。この排出穴はねじ軸の端部の、通常運転中にはボールナットの往復範囲外にある位置に開設して、運転休止中にボールナットをこの位置まで移動させたうえ、ボールナット内からグリースを排出穴経由で外部に排出するものである。このため、ねじ軸の径が小さいときには充分な径のある排出穴を開設することができないし、またちょう度が２９５以下の、所謂固いグリースでは前記排出が困難になるからボールナット内に使用するには無理がある。このように、前記従来の技術では、使用するグリースのちょう度や、ねじ軸の径などに制約があるという不具合もある。

そこで、この発明は、ボールナット内の余分なグリースを、露出したねじ軸の外周に一定以上の膜厚で残ることを防止しつつ、ねじ軸の遠心力が作用しにくい位置で外部に円滑に取り出すことにより、前記の不具合を解消することを目的としている。

この発明の第１の態様のボールねじ装置は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸の外側にあり前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を内周面に有して両ねじ溝間に負荷領域を形成するボールナットと、前記負荷領域内に転動可能に装填される多数のボールと、前記ねじ軸の外周を囲み且つ内側に前記ねじ軸のねじ溝に入り込むシールのねじ溝の山を有して前記ボールナットの端部に取り付けられ前記ボールナットの軸方向外側に露出する筒状部を有するシールと、を備えたボールねじ装置において、前記シールの筒状部にその軸方向に延びるすり割りを設けるとともに、前記シールの内側の面にナットの内部と前記すり割りとを繋ぐグリース用経路を備えたことを特徴とする。ここで、ナットの内部とは、ボールナットの内側において、ボールナットの端部に取り付けられたシールよりもナットの軸方向中心側の空間をいう。また、ボールナットの両端にシールが取り付けられている場合には、ボールナットの内側において、両シールのナットへの取り付け座面の間の空間をいう。

このボールねじ装置により、グリース用経路を経てボールナット内部の余分なグリースがシールのすり割りに円滑に案内されるから、このグリースはシールの筒状部外面に円滑に排出される。
また、第２の態様のボールねじ装置は、前記第１の態様において、前記グリース用経路は、前記シールの内側の面に前記ボールナット側の端部から前記すり割りに至るまで座ぐりを施し、この座ぐりを施した部分の内径をシールの谷径よりも大きくして形成したことを特徴とする。このボールねじ装置によれば、グリース用経路の、軸に直角方向の断面が大きいから、グリースの前記移動がさらに円滑になる。また、グリース用経路の外側を規定する形状が円筒形であって構造が簡単であるため成型が容易になる。

また、第３の態様のボールねじ装置は、前記第１又は第２の態様において、前記シールのすり割りを、前記ねじ軸の直径方向の線に対して、前記ねじ軸が右ねじのときに前記筒状部の外側端面から見て半時計方向に、また前記ねじ軸が左ねじのときに前記筒状部の外側端面から見て時計方向に傾斜させたことを特徴とする。このボールねじ装置によれば、すり割りの前記傾斜により形成されたシールのエッジ部により、ねじ軸表面のグリースが掻き取られてすり割りの外方へ案内されるから、グリースが筒状部外面に円滑に排出される。

さらに、第４の態様のボールねじ装置は、前記第１から第３のいずれかの態様において、前記シールのすり割りを、前記ねじ軸の軸線に対して、ねじ軸のねじのリード角を規定するねじ軸の山の接線に沿う方向に傾斜させたことを特徴とする。このボールねじ装置によれば、すり割りを介して筒状部の外側に出るグリース量が、すり割りにおけるボールナット側の位置で多くなり、したがってねじ軸外面に残留したまま想定外にシール外に出るグリース量が少なくなる。

この発明によれば、ボールナットの内部にあったグリースがねじ軸に付着したまま外部に出されようとするときにグリース用経路を介してボールナット内部のグリースが円滑にすり割りに到達し、すり割りを経て筒状部外周に容易に排出される。このため、ボールナット内の余分なグリースが、ねじ軸の遠心力が作用しにくい位置で外部に容易に取り出されるから、周囲に飛散することがない。

実施形態を示すもので、一部を断面した側面図。 図１を軸方向から見た正面図。 図２の一部の拡大図。 すり割りの図３におけるＡ矢視図。 シールを筒状部の端面側から見た立体モデル図。 シールを外周方向から見た立体モデル図。 図５をＹ−Ｙ線で切断し、図６のＺ方向からの４５°斜視図。 グリースが掻き取られる初期の状態を示す図であり、（ａ）は図２と同様の正面図。（ｂ）は図１と同様の側面図。 掻き取られたグリースがすり割り内から筒状部外周に出てきた状態を示す図であり、（ａ）は図２と同様の正面図。（ｂ）は図１と同様の側面図。 掻き取られたグリースが筒状部外周に溜まってきた状態を示す図であり、（ａ）は図２と同様の正面図。（ｂ）は図１と同様の側面図。 掻き取られたグリースが筒状部外周から下方に垂れ落ちた状態を示す図であり、（ａ）は図２と同様の正面図。（ｂ）は図１と同様の側面図。 グリースの垂れ落ちる範囲を示す図であり、（ａ）は平面図。（ｂ）は側面図。 グリースの飛散試験結果を示すグラフ。

図１以下には、本発明のボールねじ装置の一実施形態が示されている。このボールねじ装置は、外周面に螺旋状のねじ溝１１を有するねじ軸１と、このねじ軸１の外側にあり前記ねじ溝１１に対応する螺旋状のねじ溝２２を内周面に有して両ねじ溝１１、２２間に負荷領域を形成するボールナット２と、前記負荷領域内に転動可能に装填される多数のボール６と、前記ねじ軸１の外周を囲み且つ内側に前記ねじ軸１のねじ溝１１に入り込むシールのねじ溝の山３１を有して前記ボールナット２の端部に取り付けられ前記ボールナット２の軸方向外側に露出する筒状部３２を有するシール３とを備えている。

ねじ軸１の隣合うねじ溝１１どうしの間には、雄ねじにおけるねじ山に相当するねじ軸の山１２が形成され、シール３には前記ねじ軸の山１２が入り込むねじ溝の谷３５が形成される。
ねじ軸１は、ボールねじ装置が設置される機台５（図１１、１２）に回転自在に軸支され、且つモータ等の回転駆動源（図示しない）に連結されている。また、ボールナット２には、そのフランジ２１を介して、このボールねじ装置により進退駆動される移動テーブル等の移動体（図示しない）が装着され、よって、ねじ軸１の回転によりボールナット２を介して前記移動体を進退駆動するようになっている。また、シール３はそのフランジ３３において、ボールナット２の軸方向両端に形成された座ぐり面２３、２４にそれぞれ個別に取り付けられて着座している。ボールナット２の内側において前記両座ぐり面２３、２４間の空間でボールナット２の内部２５を形成している。この内部２５が本発明のボールナットの内部に相当する。

前記ねじ軸１の外面とシール３の内面との間、すなわち、ねじ軸１のねじ溝１１とシール３のねじ溝の山３１との間、及びねじ軸１のねじ山１２とシール３のねじ溝の谷３５との間には隙間４が設けられており、この隙間４は０．３ｍｍ以下であることが望ましい。この実施形態では、前記隙間４を０．２ｍｍとしている。
またシール３の筒状部３２には、その軸方向の外端部から軸方向に延びるすり割り３４を設けている。このすり割り３４の数は、筒状部３２の円周方向に等間隔に６箇所設けられているが、その数は後述の各機能を考慮して他の数とすることも可能である。前記すり割り３４は、ねじ軸１の直径方向の線Ｌ１に対して、前記ねじ軸１が右ねじのときに前記筒状部３２の外側端面から前記ねじ軸１の軸方向に見て半時計方向に角度βを以て傾斜させてある（図２）。図示のねじ軸１は右ねじであり、図２は図１の左側のシール３を図１の左方から見た状態を示している。なお、図１の右側のシール３を図１の右方から見ても図２のシール３と同一に表れる。また、ねじ軸１が左ねじの場合には、すり割り３４の前記傾斜角度βは前記右ねじの場合とは逆に、線Ｌ１に対して時計方向に傾斜させることになる。

また、前記シール３のすり割り３４は、ねじ軸１の軸線Ｘに対して角度αをもって傾斜させてある。この各度αの方向は、前記軸線Ｘよりも前記ねじ軸１のねじ山１２のつる巻き線の接線Ｌ２に沿う方向に傾斜している（図１）。なお前記接線Ｌ２と前記軸線Ｘに直角な面Ｐとのなす角度がねじのリード角γである。したがって、前記接線Ｌ２は、リード角γとの関係で定義すれば、ねじ軸１のねじのリード角γを規定するねじ軸１のねじ山１２の接線であるということができる。そこで、前記すり割り３４は、前記ねじ軸１の軸線Ｘに対して、ねじ軸１のねじのリード角γを規定するねじ山１２の接線Ｌ２に沿う方向に傾斜させたと表現することができる。

また、前記シール３のすり割り３４は、前記の角度α、βの各傾斜の方向にいずれも同一の幅寸法で形成されているから、すり割り３４の内側の対向する２つの面３４１、３４２（図３、４）は相互に平行な面をなしていて、各面３４１、３４２も前記角度α、βで傾斜している。そのため、対向する２面（３４１、３４２）のうち、軸１の回転方向の側にある面３４２では、シール３の筒状部３２の内面との角度が鋭角になって、ここにエッジ部３４３を形成している。

さらに、前記シール３の内側の面には、前記ボールナット２の内部２５と、シール３のすり割り３４とを繋ぐグリース用経路３６が形成されている。このグリース用経路３６は、ボールナット２の前記内部２５をはじめとするボールナット２とねじ軸１との間からシール３のすり割り３４にグリースを導くための経路である。このため、グリース用経路３６は、前記内部２５と少なくともいずれかのすり割り３４とを連通させる溝状の経路がシール３の内側の面に形成されていればよい。また、前記内部２５と各すり割り３４の複数又は全部とを連通させる複数の経路でも勿論よい。

この実施形態においては、グリース用経路３６は、シール３の内側の面に座ぐりが施されて形成されている。具体的には、前記ボールナット２の両端の座面２３、２４に着座する端部から前記すり割り３４に至るまでの間でシール３の内側面を円筒状に座ぐっている。この座ぐりにより形成されたグリース用経路３６の内径は、シール３の谷径よりも大きくしている。したがって、このグリース用経路３６の径方向の厚みは、ねじ軸１の外面とシール３の内面との間の前記隙間４より大きくなっている。

さらに、このグリース用経路３６は、前記の通りに各すり割り３４に連通するために、シール３のナット２側の端面（ナット２の座面２３、２４に着座している各端面）から軸方向外側の端面に向けて長さＥ（図１）にわたって形成されている。一方、すり割り３４のナット２側の端部は、シール３のナット２側の前記端面から軸方向外側の端面に向けて長さＦ（図１）の位置にある。そして前記の両長さＥ，Ｆの大きさの関係はＥ＞Ｆの関係にある。このため、グリース用経路３６と各すり割り３４とは、ねじ軸１の軸方向における一部が、ねじ軸１の径方向に重複している。かくしてグリース用経路３６と各すり割り３４とは連通しているから、ナット２の内部２５は、前記隙間４より大きいねじ軸１との隙間をもつグリース用経路３６を介して各すり割り３４に通じていることになる。

ボールネジ装置の運転時には、前記ボールナット２とねじ軸１との間で、ボールナット２の前記内部２５にグリースを充填した状態で運転する。このグリースのちょう度は２９５以下としているが、２９５を超えるちょう度のものを使用することができるのは勿論である。ここで、例えば、ねじ軸１を図１において左から右方向に見て回転方向Ｂに左回転させると、ボールナット２は図１において右方向に移動する。このボールナット２の移動は、ボールナット２内部２５のグリースを、シール３の筒状部３２内面とねじ軸１との間の隙間４から、ねじ軸１表面に一定の膜厚となって残留させながら行なわれる。

ここで、前記グリースは前記内部２５からグリース用経路３６を経て前記隙間４に至る。グリース用経路３６はシール３の内側面に座ぐりを施してシール３の内径をシール３の谷径よりも大にして形成されているため、ねじ軸１との間の隙間が大になっている。そのため、内部２５のグリースはすり割り３４や隙間４に向けてここを円滑に通過することになる。

このとき、ボールナット２内からねじ軸１表面に付着して外部に出ようとするグリースは、シール３の筒状部３２において掻き取られるため、ねじ軸１表面に残るグリースは前記の膜厚を超えることはない。シール３によるグリースの掻き取りについて図３を用いて説明すると次のようになる。すなわち、ねじ軸１表面にあって隙間４の厚みを超える量のグリースは、ねじ軸１の回転により相対的にねじ軸１方向に移動するボールナット２から、その内部２５にあったグリースがねじ軸１表面に付着したまま残留して外部に出されようとする。このときに、シール３の筒状部３２の、すり割り３４によって形成されたシール３のエッジ部３４３により、前記の外部に出されようとするグリースが掻き取られる。その掻き取られたグリースは、続いてすり割り３４により形成された傾斜面２４２に沿って遠心方向に押し出されて筒状部３２の外周にまで至る。

前記のエッジ部３４３により掻き取られたグリースは、図５〜８に連続して図示するように外部に排出される。図８〜１１において、いずれも（ａ）は図２と同じ方向から見た正面図、（ｂ）は図１と同じ方向から見た側面図であり、図８ではねじ軸１の回転開始直後の状態でありボールナット内のグリースＧが漏れ始めている。ここではグリースＧはすり割り３４内のボールナットに近い側から徐々に押し出される。

続いて、図９では、さらにボールナットがねじ軸１上を図において右方に移動し、ボールナット内のグリースＧが押し出されて筒状部３２の外面にも溜まり始める。ここではすり割り３４のうちボールナット側（フランジ３３側）の端部から多く出て、筒状部３２の外端部側になるにつれて溜まる量が少なくなる。よって、ねじ軸１上に残留して想定外に外部に出るグリース量が減少する。ボールナット側から見てすり割り３４の始まる側からグリースＧが多く出るため、すり割り３４の前記傾斜角度αが大きくなるほど、グリースＧをボールナット側に寄せて外部に出すというすり割り３４の効果が大になる。ただし、前記効果を出すためには傾斜角度αは９０度未満でなければならない。

図１０の状態に至ると、すり割り３４から押し出されたグリースＧ量がシール３の円筒部３２外周で円周方向に連なる量となり、自重により筒状部３２の下側に移動を始めている。続いて、図１１においては、グリースＧが自重に耐えられなくなり、機台５上面に落下している。こうして、ボールナット２内の余分なグリースＧは外部に排出されるが、その排出されるのは、シール３の筒状部３２というグリースＧに遠心力が作用しない場所である。このため、グリースＧが遠心力により周囲に飛散することがなく、この飛散とは関わりのないねじ軸１の下方に自重で滴るように落下する。したがってグリースＧの飛散による弊害は生じない。

こうして、シール３のすり割り３４により余分なグリースＧが機台５上に落下されるのは、ボールナット２が移動する際にその後側になるシール３からである。したがって図１〜１１の場合は、ねじ軸１が図１の左から右を見て左回りしたときに、ボールナット２は図１において右方向に移動し、そのときの後側になる図１において左側のシール３からグリースＧが落下するものである。したがって、ねじ軸１が逆方向に回転すると、ボールナット２は図１において左方向に移動し、そのときの後側になる図１の右側のシール３からグリースが同様に落下する。

図１２はボールナット２の向きが図１１までとは左右逆になっているが、ねじ軸１の正転と逆転が繰り返されてボールナット２がねじ軸１に沿って左右に往復したときにグリースＧが機台５上へ落下する状態を示す図である。ここで、機台５に落下するグリースＧは自重により落下するだけであって、遠心力などの別の力は作用していないから、機台５上に落下するグリースＧの位置は、平面視でボールナット２の軌跡の幅φＤ内に収まり、これの外側にまで飛散したり落下することは殆どない。

かくして、ボールナット２内に充填されたグリースの余分な量は積極的に外部に出されて自重により落下される。このため、ねじ軸１に付着した余分なグリースが遠心力によって飛散することが抑制され、よって、周辺機器などが飛散したグリースにより汚染されることが抑制される。また、運転開始後の早い時期にボールナット内のグリースが適正量になるため、ボールねじ装置の所定時間の運転ごとに行なわれる給脂時には、ボールナット２内に残存するグリース量は計算通りに殆ど減少していることになる。このため残存する古いグリースを排出する必要性も減少するから、ねじ軸１にグリースの排出穴を設ける必要性も少なくなり、またちょう度の低いグリースを使用することが可能になる。

図１３は、この実施形態におけるグリースの飛散試験結果を示すグラフである。ここではねじ軸１を高速回転させてボールナット２を往復運動させることにより、前記特許文献１に記載の従来のシール（一般シール）と本実施形態のシール（発明品）とで飛散グリースの総重量（飛散量）比較を行なった。その結果が図１３に示される通りであり、本実施形態のシールは従来のシールに比べてグリース飛散量は１／３以下になっており、さらにサチレートするまでの時間も半減していることが分かる。

なお、前記の実施形態は、ねじ軸１が右ねじの場合を例示して説明したが、ねじ軸１は左ねじであってもよいことは勿論である。この場合には、前記の通りに図２に表れるすり割り３４の角度βが図２とは逆になるし、また、図１における接線Ｌ２と角度αも図１において軸線Ｘ−Ｘの下側に線対称に表れる。
また前記の実施形態では、グリース用経路３６として、シール３の内面の全周を長さ寸法Ｅにわたって座ぐったが、シール３の内面に長さ寸法Ｅにわたって溝を切削してもよい。この溝は前記内部２５とすり割り３４とを繋ぐものであれば１本でもよいし、複数のすり割り３４に個別に繋がる複数のものでもよい。これらの場合の溝の底の位置は、グリースが通過する空間を確保するためにシール谷３５の位置よりもねじ軸１の軸心から外方にあるものとする。

１ ねじ軸
１１ ねじ溝
１２ ねじ溝の山
２ ボールナット
２２ ねじ溝
２３、２４ 座ぐり面
２５ ボールナット内部
３ シール
３１ シールのねじ溝の山
３２ 筒状部
３４ すり割り
３４１ すり割りの面
３４２ すり割りの面
３４３ エッジ部
３５ シールのねじ溝の谷
３６ グリース用経路
４ 隙間
６ ボール

Claims (4)

1. 外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸の外側にあり前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を内周面に有して両ねじ溝間に負荷領域を形成するボールナットと、前記負荷領域内に転動可能に装填される多数のボールと、前記ねじ軸の外周を囲み且つ内側に前記ねじ軸のねじ溝に入り込むシールのねじ溝の山を有して前記ボールナットの端部に取り付けられ前記ボールナットの軸方向外側に露出する筒状部を有するシールと、を備えたボールねじ装置において、
   前記シールの筒状部にその軸方向に延びるすり割りを設けるとともに、前記シールの内側の面にナットの内部と前記すり割りとを繋ぐグリース用経路を備えたことを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記シールの内側の面に前記ボールナット側の端部から前記すり割りに至るまで座ぐりを施し、この座ぐりを施した部分の内径をシールの谷径よりも大きくして前記グリース用経路を形成したことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
3. 前記シールのすり割りを、前記ねじ軸の直径方向の線に対して、前記ねじ軸が右ねじのときに前記筒状部の外側端面から見て半時計方向に、また前記ねじ軸が左ねじのときに前記筒状部の外側端面から見て時計方向に傾斜させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のボールねじ装置。
4. 前記シールのすり割りを、前記ねじ軸の軸線に対して、ねじ軸のねじのリード角を規定するねじ軸のねじ山の接線に沿う方向に傾斜させたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のボールねじ装置。
   

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