JP2017058004A

JP2017058004A - ボールねじ

Info

Publication number: JP2017058004A
Application number: JP2015185797A
Authority: JP
Inventors: 晋平山本; Shinpei Yamamoto; 精二鈴木; Seiji Suzuki
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2035-09-18
Also published as: JP6589504B2

Abstract

【課題】冷却及び潤滑を別々の機構を用いることなく、ナットを大型化せず、冷却効率の高いボールねじを提供する。【解決手段】ボールねじ１は、ねじ軸１０と、ナット２０と、転動体３０と、シール部材４０と、溝部５０と、排出穴５１と、給油穴６０とを有する。溝部５０は、円環状をなし、ナット２０の内周面２０ａにおける複数のシール部材４０のそれぞれの内側に複数形成される。排出穴５１は、溝部５０に連通し、ナット２０の外周面２０ｂに径方向に貫通する。給油穴６０は、ナット２０の螺旋溝２１とナット２０の外周面２０ｂに径方向に貫通し、軸方向における複数の溝部５０，５０間に形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじに関し、特に工作機械等に用いられるボールねじに関する。

従来より、ねじ軸と、複数の転動体（例えば、ボール）を介して上記ねじ軸に螺合するナットとを有し、上記ねじ軸と上記ナットとが相対的に回転可能とされたボールねじが用いられている。このボールねじにおいては、回転時に上記ねじ軸と上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。

このような冷却手段が設けられたボールねじとしては、特許文献１に開示されている技術がある。この特許文献１に記載された技術は、軸方向に沿ってナットに設けた冷却流路に冷却媒質を通し、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、特許文献１に記載の技術においては、ナット内に冷却媒質を循環させるため、ナットに冷却流路を加工する必要がある。そのため、軸方向の寸法が長いナットにおいては冷却流路の加工が困難になる。
また、上記冷却流路は、ボール（転動体）が転動する負荷循環路の径方向外側に設けられるため、ナットの外径が大きくなる。
さらに、特許文献１に記載の技術では、冷却及び潤滑を別々の機構にて行うため、潤滑及び冷却の両方に循環用の設備が必要となる。

本発明は上記課題に着目してなされたものであり、その目的は、冷却及び潤滑を別々の機構を用いることなく、ナットを大型化せず、冷却効率の高いボールねじを提供することにある。

上記目的を達成するためのボールねじのある態様は、軸方向に延び、外周面に螺旋状の螺旋溝が設けられたねじ軸と、
上記螺旋溝に対向する螺旋溝を内周面に有し、該螺旋溝と上記ねじ軸の螺旋溝との間に配置された複数のボールを介して上記ねじ軸に螺合する円筒状のナットと、
上記ナットの軸方向の両端部に設けられ、円環形状をなして上記ねじ軸の外周面と上記ナットの内周面との間に介装されるシール部材と、
上記ナットの内周面における上記シール部材の内側に複数形成された円環状の溝部と、
該溝部に連通し、上記ナットの外周面に径方向に貫通する排出穴と、
上記ナットの螺旋溝と上記ナットの外周面に径方向に貫通し、上記軸方向における上記複数の溝部間に形成された給油穴とを有する。

ここで、上記ボールねじにおいては、上記排出穴が更に内側に複数設けられてもよい。
また、上記ボールねじにおいては、上記給油穴が、上記ナットの軸方向における中央部よりも上記複数のシール部材の何れかに近く設けられ、上記給油穴の設置位置に基づいて、上記排出穴が更に設けられてもよい。

また、上記ボールねじにおいては、上記ナットの内周面における上記シール部材の内側に複数形成された円環状のエアーポケットと、
該エアーポケットに連通し、上記ナットの外周面に径方向に貫通する空気穴が設けられてもよい。
また、上記ボールねじにおいては、上記シール部材がラビリンスシールであり、上記排出穴に吸引装置を接続してもよい。

本発明の一態様によれば、冷却及び潤滑を別々の機構を用いることなく、ナットを大型化せず、冷却効率の高いボールねじを提供することができる。

ボールねじの第１実施形態における構成を示す図であり、（ａ）は軸方向に沿う断面図、（ｂ）は軸方向から見た側面図である。ボールねじの第２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。ボールねじの第３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。ボールねじの第４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。ボールねじの第５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。

以下、ボールねじの実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、ボールねじの第１実施形態における構成を示す図であり、（ａ）は軸方向に沿う断面図、（ｂ）は軸方向から見た側面図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態のボールねじ１は、ねじ軸１０と、ナット２０と、複数の転動体（例えば、ボール）３０と、シール部材４０と、溝部５０と、排出穴５１と、給油穴６０とを有する。

＜ナット＞
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２０Ａと、該本体部２０Ａの端部に径方向に拡設されたフランジ部２０Ｂとを有する。
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螺旋溝１１に対向するように螺旋溝２１が形成されている。これら螺旋溝１１，２１は、ゴシックアーチ状をなすことが好ましい。
そして、螺旋溝１１と螺旋溝２１との間に配設された複数の転動体３０により、ねじ軸１０とナット２０とが螺合している。このようにして、螺旋溝１１と螺旋溝２１とによって形成された負荷転動路において転動体３０が転動可能とされ、ねじ軸１０とナット２０とが軸方向に相対移動可能とされる。

＜シール部材＞
また、ナット２０の軸方向の両端部には、ナット２０の内周面２０ａとねじ軸１０の外周面１０ａ（螺旋溝１１を含む）との間の環状の間隙をシールする接触型のシール部材４０がそれぞれ介装されている。このシール部材４０は、ねじ軸１０の外周面１０ａに対して、所定の間隙を有して非接触となるようナット２０の内周面２０ａに設置される。
ここで、シール部材４０のねじ軸１０に対する締め代は、０．１〜０．３ｍｍが好ましい。

＜溝部＞
ナット２０の内周面２０ａには、複数のシール部材４０のそれぞれの内側に、シール部材４０に対応して１つずつ、円環状の溝部５０が設けられている。すなわち、シール部材４０が、ナット２０の軸方向の両端部に１つずつ、１対設けられている場合、それぞれのシール部材４０，４０に対応して１つずつ、１対の溝部５０Ａ，５０Ｂが設けられる。
ここで、上記「内側」とは、シール部材４０を基準としてナット２０の端部側を「外側」とした場合の反対側を指す。すなわち、シール部材４０が、ナット２０の軸方向の両端部に１つずつ、１対設けられている場合、溝部５０Ａ，５０Ｂは、シール部材４０，４０に軸方向で挟まれるように設けられる。

＜排出穴＞
排出穴５１は、溝部５０に連通し、ナット２０の外周面２０ｂに径方向に貫通するように設けられる。すなわち、排出穴５１は、ナット２０の内周面２０ａに開口する溝部５０を介してナット２０の内周面２０ａと外周面２０ｂとを貫通するように設けられる。
排出穴５１は、後述する給油穴６０に注入され、ねじ軸１０とナット２０との間で潤滑及び冷却を担う潤滑油を排出する機能を有する。
なお、本実施形態に用いられる潤滑油の動粘度は、迅速な冷却機能を考慮して、１５〜１００ｍｍ^２／ｓが好ましい。また、本実施形態に用いられる潤滑油は、ＩＳＯ粘度分類が「ＶＧ３２」〜「ＶＧ２２０」の範囲内である潤滑油であることが好ましい。

ここで、溝部５０に対応して軸方向に１対設けられる排出穴５１Ａ，５１Ｂは、図１（ｂ）に示すように、軸方向から見てナット２０の周方向における２４０°／３６０°の範囲に設けられることが好ましい。そして、排出穴５１Ａ，５１Ｂは、軸方向から見て同位相に設置されることがより好ましい。

＜給油穴＞
給油穴６０は、ナット２０の螺旋溝２１とナット２０の外周面２０ｂに径方向に貫通し、上記軸方向における複数の溝部５０Ａ，５０Ｂ間に形成される。
この給油穴６０は、上記軸方向におけるナット２０の中間部近傍に設けられることが好ましい。このように、給油穴６０をナット２０の軸方向における中央付近に設けることで、給油穴６０から供給された潤滑油が軸方向に離れる向きにバランスよく流れ込む効果を奏する。そのため、潤滑油を給油穴６０に多量に流し込むことが可能となり、潤滑と同時に高い冷却効果と異物排出とを実現することができる。

また、給油穴６０は、図１（ｂ）に示すように、軸方向から見てナット２０の周方向における１２０°／３６０°の範囲（図中、ハッチング部分）に設けられることが好ましい。そして、給油穴６０は、軸方向から見て排出穴５１と反対側に設置されることがより好ましい。
さらに、給油穴６０は、ナット２０の螺旋溝２１に「逃げ溝」が形成される場合、この「逃げ溝」に対応して設けられることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態によれば、ナット２０の両端部をシール部材４０，４０でねじ軸１０とともに密封し、排出穴５１に連通する溝部５０を設けたことにより、多量の潤滑油を流し込んでも排出可能である。
このように、多量の潤滑油を流し込んでも排出可能な構成としたので、ナット２０内に多量の潤滑油を供給することができる。その結果、ボールねじ１の冷却、潤滑と、ナット２０内の異物の排出とを同時に行うことができる。これにより、冷却のための部材を設ける必要がなく、ボールねじをコンパクトにすることができ、製造コストも抑えることができる。
したがって、冷却及び潤滑を別々の機構を用いることなく、ナットを大型化せず、冷却効率の高いボールねじを提供することができる。

また、給油穴６０を軸方向の中央付近に設けることで、軸方向のそれぞれの向きに潤滑油が流れ込み、潤滑油がナット内にバランスよく給油される構造となっている。
また、潤滑油を冷却に用いるため、ボールねじ１の発熱しやすい部分を潤滑油で直接冷却することができ、高い冷却効果を奏する。
さらに、潤滑剤を多量に流すため、ナット２０内の異物を洗い出すことも可能である。

（第２実施形態）
次に、ボールねじの第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、上述した第１実施形態と同様の部材及び部位には、同じ符号を付し、その重複する説明は省略する。すなわち、本実施形態は、上記第１実施形態と同等の構造のボールねじにおいて、排出穴の態様を変更したものである。

図２は、ボールねじの第２実施形態の構成を示す軸方向に沿う断面図である。
図２に示すように、本実施形態のボールねじは、密封仕様のシール部材４０，４０を装着したナット２０の溝部５０Ａ，５０Ｂのそれぞれの内側にさらに複数の溝部５０Ｃ，５０Ｄを設けている。そして、それら溝部５０Ｃ，５０Ｄには、それぞれナット２０の外周面２０ｂに貫通する排出穴５１Ｃ，５１Ｄが連通している。

このような構成をなすことにより、第１実施形態より排出能力が高くなり、より多くの潤滑油を供給することが可能である。その結果、より高い冷却効果、及び異物排出効果を備えたボールねじを提供することができる。

（第３実施形態）
次に、ボールねじの第３実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、上述した第１実施形態と同様の部材及び部位には、同じ符号を付し、その重複する説明は省略する。すなわち、本実施形態は、上記第１実施形態と同等の構造のボールねじにおいて、給油穴、溝部、及び排出穴の態様を変更したものである。

図３は、ボールねじの第３実施形態の構成を示す軸方向に沿う断面図である。
図３に示すように、本実施形態のボールねじは、給油穴６０の設置位置が、ナット２０の軸方向における中央部よりも複数のシール部材４０，４０の何れかに近く設けられている。そして、この給油穴６０の偏った設置位置に伴って、溝部５０Ｃ及びこれに連通する排出穴５１Ｃを軸方向に同様に偏った側に設けた。溝部５０及び排出穴５１の個数は１つだけではなく、複数でもよい。

このような構成をなすことにより、給油穴６０をナット２０の軸方向の中央付近に設けられない場合においても、偏りのない潤滑油の排出が可能となり、高い冷却効果と異物排出が可能である。

（第４実施形態）
次に、ボールねじの第４実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、上述した第１実施形態と同様の部材及び部位には、同じ符号を付し、その重複する説明は省略する。すなわち、本実施形態は、上記第１実施形態と同等の構造のボールねじにおいて、空気穴を更に設けた態様としたものである。

図４は、ボールねじの第４実施形態の構成を示す軸方向に沿う断面図である。
図４に示すように、本実施形態のボールねじは、ナット２０の内周面２０ａにおけるシール部材４０，４０の内側に円環状のエアーポケット７０Ａ，７０Ｂを複数設けた。
そして、これらエアーポケット７０Ａ，７０Ｂにそれぞれ連通し、ナット２０の外周面２０ｂに径方向に貫通する空気穴７１Ａ，７１Ｂが設けられている。ここで、空気穴７１Ａ，７１Ｂの外側は微小なすきまｓとし、内側は通常のすきまとすることが好ましい。また、空気穴７１の一つとして、ナット２０の内周面２０ａのランド部と、ナット２０の外周面とを貫通する空気穴７１Ｃが設けられてもよい。

このような構成をなすことにより、空気の圧力により、潤滑油の排出能力がより高まる効果を奏する。また、ナット２０の外側を微小なすきまｓ、ナット２０の内側をエアーポケット７０（７０Ａ，７０Ｂ）とすることで、空気がナット２０の内側に流れ、ナット２０の端部からの潤滑油の漏れを防ぐことができる。

（第５実施形態）
次に、ボールねじの第５実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、上述した第１実施形態と同様の部材及び部位には、同じ符号を付し、その重複する説明は省略する。すなわち、本実施形態は、上記第１実施形態と同等の構造のボールねじにおいて、シール部材の態様を変更したものである。

図５は、ボールねじの第５実施形態の構成を示す軸方向に沿う断面図である。
図５に示すように、本実施形態のボールねじは、ナット２０に設けられた排出穴５１に図示しない吸引装置を接続し、吸引する態様をなしている。この吸引装置による吸引は、給油穴６０における給油量より、若干多く潤滑油を吸引することで、排出能力が高まる。そのため、図５に示すように、シール部材としてラビリンスシール４１を採用したときにおいても高い冷却効果、異物排出効果が得られる。

以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例又は実施形態も網羅すると解すべきである。

１ボールねじ
１０ねじ軸
１０ａ（ねじ軸の）外周面
１１（ねじ軸の）螺旋溝
２０ナット
２０ａ（ナットの）内周面
２０ｂ（ナットの）外周面
２１（ナットの）螺旋溝
３０転動体（ボール）
４０シール部材
５０溝部
５１排出穴
６０給油穴
７０エアーポケット
７１空気穴

Claims

軸方向に延び、外周面に螺旋状の螺旋溝が設けられたねじ軸と、
前記螺旋溝に対向する螺旋溝を内周面に有し、該螺旋溝と前記ねじ軸の螺旋溝との間に配置された複数のボールを介して前記ねじ軸に螺合する円筒状のナットと、
前記ナットの軸方向の両端部に設けられ、円環形状をなして前記ねじ軸の外周面と前記ナットの内周面との間に介装されるシール部材と、
前記ナットの内周面における前記シール部材の内側に複数形成された円環状の溝部と、
該溝部に連通し、前記ナットの外周面に径方向に貫通する排出穴と、
前記ナットの螺旋溝と前記ナットの外周面に径方向に貫通し、前記軸方向における前記複数の溝部間に形成された給油穴とを有することを特徴とするボールねじ。
前記排出穴が更に内側に複数設けられた請求項１に記載のボールねじ。
前記給油穴が、前記ナットの軸方向における中央部よりも前記複数のシール部材の何れかに近く設けられ、前記給油穴の設置位置に基づいて、前記排出穴が更に設けられる請求項１又は２に記載のボールねじ。
前記ナットの内周面における前記シール部材の内側に複数形成された円環状のエアーポケットと、
該エアーポケットに連通し、前記ナットの外周面に径方向に貫通する空気穴が設けられた請求項１〜３の何れか一項に記載のボールねじ。
前記シール部材がラビリンスシールであり、前記排出穴に吸引装置を接続した請求項１〜４の何れか一項に記載のボールねじ。