JP2024057418A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじのトルクを増大させることなく良好な封止性能を有し、ボールねじの防塵性能と潤滑剤保持性能を併せ持ったボールねじを提供する。【解決手段】ナット３０の少なくとも軸方向一端部には、ねじ軸２０とナット３０との間の径方向隙間を封止する封止部材４０が設けられる。封止部材４０は、ねじ軸２０のねじ溝２１と対向する螺旋状のリップ部４２を有するリング状部材４１と、リング状部材４１の周方向の一部に設けられ、ねじ軸２０のねじ溝２１に弾性的に押圧されてねじ溝２１に嵌合する摺接部４６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじに関し、特に、射出成型機、プレス機、工作機械などに適用可能なボールねじに関する。

従来、回転運動を直線運動に変換するボールねじは、一般的に、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットとを備え、ねじ軸及びナットの両ねじ溝間には、ねじ軸またはナットの回転運動に伴って転動する多数のボールが装填されている。

例えば、工作機械で使用されるボールねじは、ナット内に切削屑などの粉塵が侵入するとボールの転がり運動が阻害されるため、ナット内に粉塵が侵入することを防止する必要がある。また、例えば射出成型機で使用されるボールねじは、グリース潤滑される場合が多く、グリースをナット内部に保持する機能が求められる。

特許文献１には、ねじ軸のねじ溝に沿った螺旋型防塵リップ部を持つ円筒状ワイパーシールをナットの端部に装着し、シール外周面をリング状ガータースプリングで押圧して螺旋型防塵リップ部をねじ溝に全面接触させてナット内への粉塵の侵入防止と潤滑剤保持を図ったボールねじが記載されている。

特開２００７－２５５６６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のボールねじは、ねじ軸のねじ溝に沿ったシールの螺旋型防塵リップ部が、ねじ軸のねじ溝の全周に接触するため摩擦力が大きく、ボールねじのトルクが増大すると共に発熱が生じ、ボールねじの位置決め精度に悪影響を与える虞がある。また、ガータースプリングのばね力は一定のため、ガータースプリングのばね力が弱いと、シールが膨潤したときにシールとねじ溝の間に隙間ができてシール性が低下する虞がある。またガータースプリングのばね力が強いと、螺旋型防塵リップ部が強い力でねじ溝に接触してトルク増大や発熱の原因となる。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボールねじのトルクを増大させることなく良好な封止性能を有し、防塵性能と潤滑剤保持性能を併せ持ったボールねじを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
[１] 外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、前記ねじ軸のねじ溝と前記ナットのねじ溝とで形成される負荷軌道を転動する複数のボールとを備えるボールねじであって、
前記ナットの少なくとも軸方向一端部に設けられて、前記ねじ軸と前記ナットとの間の径方向隙間を封止する封止部材を備え、
前記封止部材は、前記ねじ軸のねじ溝と対向する螺旋状のリップ部を内周面に有するリング状部材と、前記リング状部材の周方向の一部に設けられ、前記ねじ軸のねじ溝に弾性的に押圧されて前記ねじ溝に嵌合する摺接部と、を備える、ボールねじ。

本発明のボールねじによれば、ボールねじのトルクを増大させることなく、ねじ軸とナットとの間の径方向隙間を封止して、防塵性能及び潤滑剤保持性能を併せ持つことができる。

本発明の第１実施形態に係るボールねじの断面図である。 図1に示すボールねじからねじ軸を削除して示す側面図である。 封止部材の分解斜視図である。 図３に示す封止部材の側面図である。 封止片を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。 変形例の封止片を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。 他の変形例の封止片を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。 さらに他の変形例の封止片を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。 本発明の第２実施形態に係るボールねじの上面図である。 図９に示すボールねじのＡ－Ａ断面図である。 図９に示すボールねじからねじ軸を削除して示す側面図である。 本発明の第３実施形態に係る封止部材の断面図である。

以下、本発明に係るボールねじの各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１～図４に示すように、本実施形態のボールねじ１０は、外周面に螺旋状のねじ溝２１を有して軸方向に延びるねじ軸２０と、該ねじ軸２０のねじ溝２１に対応する螺旋状のねじ溝３１を内周面に有するナット３０と、ねじ軸２０とナット３０との間の径方向隙間を封止する封止部材４０と、を備える。

ねじ軸２０のねじ溝２１とナット３０のねじ溝３１とは互いに対向し、両者の間に転動体としての多数のボール２６が転動可能に装填されている。ねじ軸２０のねじ溝２１とナット３０のねじ溝３１とは、負荷軌道２５を形成する。

ナット３０は、軸方向一端部側にフランジ部３２が形成されると共に、軸方向両端部には、ねじ溝３１より大きな内径を有する円形凹部３３が、ねじ溝３１と同芯に形成されている。フランジ部３２は、図示しない機械装置の移動台等に取付ボルト等で固定される。

ナット３０には、円形凹部３３に開口する位置で、外周面まで径方向に貫通する雌ねじ部３４が設けられている。さらに、ナット３０には、雌ねじ部３４に対してそれぞれ９０°離れた位相に、後述する止めネジ１１を固定するための雌ねじ３５ａ、３５ｂが形成されている（図２参照）。

円形凹部３３には、封止部材４０が嵌合装着される。封止部材４０は、円形凹部３３に半径寸法で０．０５ｍｍ～０．５ｍｍの微小隙間を介して嵌合することが好ましい。これにより、封止部材４０が熱膨張した際にナット外径側に逃げて、該熱膨張による寸法変化を吸収することができる。

また、負荷軌道２５の両端部には、循環駒や循環チューブ等によって構成される不図示のボール戻し通路が接続され、該ボール戻し通路と負荷軌道２５とでボール２６の無限循環通路を形成している。無限循環通路には、所定の量の潤滑剤（例えば、グリース）と共に複数のボール２６が装填されている。

封止部材４０は、リング状部材４１と封止片４５とコイルばね１２とを備える。リング状部材４１は、ねじ軸２０のねじ溝２１と同じピッチを有し、内周面に設けられ、ねじ軸２０のねじ溝２１と対向する螺旋状のリップ部４２と、周方向の一部に設けられ、径方向に貫通する径方向孔４３を備える。螺旋状のリップ部４２は、ねじ軸２０のねじ溝２１と略同じ断面形状を有する螺旋状の突部であり、ねじ溝２１に例えば、０．０５mm～２ｍｍの隙間を持って非接触で嵌まり込む。

封止片４５は、図５も参照して、全体が略円柱状の部材であり、リング状部材４１の径方向孔４３内を径方向に移動自在に配置される。封止片４５は、円柱状の本体部４７と、該本体部４７から連続形成されてねじ軸２０のねじ溝２１に嵌合する摺接部４６とが一体に設けられている。

ボール２６の転動方向から見た摺接部４６の先端４６ａの形状は（図５（ａ））、ねじ軸２０のねじ溝２１の断面形状と同じ形状（例えば、ゴシックアーチ形状）になっている。また、ボール２６の転動方向と直交する方向から見た摺接部４６の先端４６ａの形状は（図５（ｂ））、ねじ軸２０のねじ溝２１の曲率と同じ曲率の円弧となっている。即ち、摺接部４６は、その先端４６ａがねじ軸２０のねじ溝２１に対して隙間なく全面接触する。

また、図１に示すように、リング状部材４１の軸方向幅ｂは、ねじ軸２０のねじ溝２１の軸方向幅Ｌの１．２倍以上（ｂ≧１．２Ｌ）であり、さらに封止片４５の径φａの１．２５倍以上（ｂ≧１．２５ａ）とするのがよい。これにより、封止部材４０によって安定した封止性能が得られる。

封止片４５は、エンジニアリングプラスチックなどの合成樹脂製や黄銅などの鋼材よりも柔らかい金属製とすることが好ましい。

このようなリング状部材４１をナット３０に組み付ける際には、ナット３０の円形凹部３３に嵌合配置した後、リング状部材４１を円形凹部３３内で回転させて、リング状部材４１の径方向孔４３とナット３０の雌ねじ部３４とを同心に配置する。そして、ナット３０の雌ねじ３５ａ、３５ｂに止めネジ１１を螺合してリング状部材４１をナット３０に固定する。止めネジ１１は、ナット３０に対するリング状部材４１の周方向位置を規定すると共に、リング状部材４１の径方向移動を拘束してリング状部材４１とねじ軸２０とが接触することを防止する。

そして、封止片４５の摺接部４６をねじ軸２０のねじ溝２１に嵌合させながら封止片４５をリング状部材４１の径方向孔４３に挿入し、さらに弾性部材であるコイルばね１２を径方向孔４３に挿入して、ナット３０の雌ねじ部３４に螺合させた雄ねじ１３でコイルばね１２を圧縮する。

これにより、封止片４５の摺接部４６は、コイルばね１２の弾性力により弾性的に押圧されてねじ軸２０のねじ溝２１に接触して嵌合し、ねじ軸２０とナット３０との間の径方向隙間が、封止片４５により封止される。封止片４５のねじ溝２１に対する押圧力は、雄ねじ１３によるコイルばね１２の圧縮量を調整することで変更することができる。換言すれば、雄ねじ１３によりボールねじ１０のトルクをコントロールすることができる。

このようにして組立てられたボールねじ１０は、ねじ軸２０（又はナット３０）の回転に伴ってボール２６が無限循環路を循環し、負荷軌道２５を転動するボール２６が潤滑剤で潤滑されながらナット３０（又はねじ軸２０）をねじ軸２０の軸方向に直線往復移動させる。

その際、封止片４５の摺接部４６が、ねじ軸２０のねじ溝２１の全面に亘って摺接しているので、外部からナット３０内への異物の侵入が防止される。また、ナット３０からの潤滑剤の漏れが防止され、長期間に亘って潤滑剤がナット３０の内部に保持される。

図６は、変形例の封止片を示す。本変形例の封止片４５は、略半円板状の摺接部４６が円柱状の本体部４７の径方向略中央部から突出して略Ｔ字形に形成されている。本変形例の封止片４５によれば、摺接部４６の先端４６ａとねじ軸２０のねじ溝２１との接触面積を低減することで摩擦抵抗が少なくなり、ボールねじ１０のトルクを小さくできる。

図７は、他の変形例の封止片を示す。本変形例の封止片４５は、略矩形状に形成された本体部４７の両端部から略半円板状の摺接部４６が、ボール２６の転動方向に二又状に分かれて突出形成されている。これにより、ねじ軸２０のねじ溝２１は、２つの摺接部４６によりボール２６の転動方向の２箇所で封止されるので、封止性能がさらに向上する。また、摺接部４６の先端４６ａとねじ軸２０のねじ溝２１との接触面積が低減し、摩擦抵抗が少なくなってボールねじ１０のトルクを小さくできる。この場合、リング状部材４１の径方向孔４３の形状も略矩形状に形成される。

図８は、さらに他の変形例の封止片を示す。本変形例の封止片４５は、略矩形状に形成された本体部４７の略中央部から略半円板状の摺接部４６が突出形成されて略Ｔ字形に形成されている。本変形例の封止片４５においても、摺接部４６の先端４６ａとねじ軸２０のねじ溝２１との接触面積が低減し、摩擦抵抗が少なくなってボールねじ１０のトルクを小さくできる。

以上説明したように、本実施形態のボールねじ１０は、ねじ軸２０のねじ溝２１とリング状部材４１の螺旋状のリップ部４２は接触しておらず、封止片４５の摺接部４６だけが、コイルばね１２の弾性力によりねじ溝２１に接触してねじ軸２０のねじ溝２１とナット３０との間の径方向隙間を封止しているので、封止片４５によるボールねじ１０のトルク増大を最小限に抑制できる。これにより、ボールねじ１０のトルクを増大させることなく、ナット３０内に切削屑などの粉塵が侵入することが防止できると共に、潤滑剤をナット３０の内部に保持できる。従って、ボールねじ１０の防塵性能及び潤滑剤保持性能が向上する。

また、摺接部４６とねじ溝２１との接触力は、雄ねじ１３により調整できるので、ボールねじ１０のトルクコントロールが可能となる。さらに、摺接部４６が摩耗した場合には、雄ねじ１３及びコイルばね１２を取り外して封止片４５を容易に交換することができ、メンテナンス性が向上する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態のボールねじについて図９～図１１を参照して説明する。
本実施形態のボールねじ１０は、ナット３０の軸方向両端部に設けられた円形凹部３３内に一対の封止部材４０が嵌合配置されている。各封止部材４０のリング状部材４１の軸方向幅ｂは、第１実施形態のボールねじ１０（図１参照）と比較して略２倍の幅寸法を有し、螺旋状のリップ部４２が２リード以上に亘ってねじ軸２０のねじ溝２１に０．０５mm～２ｍｍの隙間を介して嵌合する。

また、各リング状部材４１には、径方向に貫通する一対の径方向孔４３が、異なる軸方向位置に、１８０°位相を異ならせて形成されている。それぞれの径方向孔４３には、摺接部４６がねじ軸２０のねじ溝２１に接触して摺接する封止片４５、封止片４５をねじ溝２１方向に押圧するコイルばね１２及び雄ねじ１３が配設されている。

本実施形態のボールねじ１０は、軸方向片側について２箇所、合計４箇所に設けられた封止片４５によって、ねじ軸２０とナット３０との間の径方向隙間が封止されるので、封止性能がさらに向上する。なお、封止片４５の個数は２つに限定されず、それ以上であってもよく、また周方向位相も任意の位相に設定できる。

上述した内容以外のその他の部分については、第１実施形態のボールねじ１０と同様であるため、第１実施形態と同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態のボールねじについて、図１２を参照して説明する。
本実施形態のボールねじ１０の封止部材４０では、摺接部４６は、弾性変形可能な薄肉部４９で接続されてリング状部材４１と一体に形成されている。摺接部４６は、薄肉部４９が弾性変形してねじ軸２０のねじ溝２１に接触し、ねじ軸２０とナット３０との間の径方向隙間を封止する。
本実施形態のボールねじ１０によれば、封止部材４０を一体に形成することで部品点数を削減することができ、製造コストの削減が可能となる。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、前記ねじ軸のねじ溝と前記ナットのねじ溝とで形成される負荷軌道を転動する複数のボールとを備えるボールねじであって、
前記ナットの少なくとも軸方向一端部に設けられて、前記ねじ軸と前記ナットとの間の径方向隙間を封止する封止部材を備え、
前記封止部材は、前記ねじ軸のねじ溝と対向する螺旋状のリップ部を内周面に有するリング状部材と、前記リング状部材の周方向の一部に設けられ、前記ねじ軸のねじ溝に弾性的に押圧されて前記ねじ溝に嵌合する摺接部と、を備える、ボールねじ。
この構成によれば、ボールねじのトルクを増大させることなく、ねじ軸とナットとの間の径方向隙間を封止して、防塵性能及び潤滑剤保持性能を併せ持つことができる。

（２） 前記リング状部材は、径方向に貫通する少なくとも１つの径方向孔を周方向の一部に備え、
前記径方向孔には、前記摺接部を有する封止片が移動自在に配置され、
前記封止片の摺接部は、前記径方向孔に挿入される弾性部材の弾性力により前記ねじ軸のねじ溝に弾性的に押圧されて前記ねじ溝に嵌合する、（１）に記載のボールねじ。
この構成によれば、封止片を弾性部材の弾性力によりねじ軸のねじ溝に弾性的に押圧してねじ軸とナットとの間の径方向隙間を確実に封止できる。

（３） 前記ナットは、前記リング状部材の前記径方向孔と同心に配置される雌ねじ部を有し、前記弾性部材の弾性力は、前記雌ねじ部に螺合する雄ねじにより調整可能である、（２）に記載のボールねじ。
この構成によれば、雄ねじにより弾性部材の弾性力を調整することで、ボールねじのトルクをコントロールできる。

（４） 前記摺接部は、弾性変形可能な薄肉部で接続されて前記リング状部材と一体に形成される、（１）に記載のボールねじ。

（５） 前記リング状部材の軸方向幅は、前記ねじ軸の前記ねじ溝の軸方向幅の１．２倍以上である、（１）～（４）のいずれかに記載のボールねじ。
この構成によれば、確実にねじ軸とナットとの間の径方向隙間を封止できる。

（６） 前記リング状部材の前記リップ部と前記ねじ軸の前記ねじ溝間の隙間は、０．０５～２ｍｍである、（１）～（５）のいずれかに記載のボールねじ。
この構成によれば、リング状部材のリップ部とねじ軸のねじ溝とが接触することがないので、ボールねじのトルクが増大する虞がない。
できる。

１０ ボールねじ
１２ コイルばね（弾性部材）
１３ 雄ねじ
２０ ねじ軸
２１ ねじ溝
２５ 負荷軌道
２６ ボール
３０ ナット
３１ ねじ溝
３４ 雌ねじ部
４０ 封止部材
４１ リング状部材
４２ リップ部
４３ 径方向孔
４５ 封止片
４６ 摺接部
４９ 薄肉部
ｂ リング状部材の軸方向幅
Ｌ ねじ溝の軸方向幅

Claims (6)

1. 外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、前記ねじ軸のねじ溝と前記ナットのねじ溝とで形成される負荷軌道を転動する複数のボールとを備えるボールねじであって、
   前記ナットの少なくとも軸方向一端部に設けられて、前記ねじ軸と前記ナットとの間の径方向隙間を封止する封止部材を備え、
   前記封止部材は、前記ねじ軸のねじ溝と対向する螺旋状のリップ部を内周面に有するリング状部材と、前記リング状部材の周方向の一部に設けられ、前記ねじ軸のねじ溝に弾性的に押圧されて前記ねじ溝に嵌合する摺接部と、を備える、ボールねじ。
2. 前記リング状部材は、径方向に貫通する少なくとも１つの径方向孔を周方向の一部に備え、
   前記径方向孔には、前記摺接部を有する封止片が移動自在に配置され、
   前記封止片の摺接部は、前記径方向孔に挿入される弾性部材の弾性力により前記ねじ軸のねじ溝に弾性的に押圧されて前記ねじ溝に嵌合する、請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記ナットは、前記リング状部材の前記径方向孔と同心に配置される雌ねじ部を有し、前記弾性部材の弾性力は、前記雌ねじ部に螺合する雄ねじにより調整可能である、請求項２に記載のボールねじ。
4. 前記摺接部は、弾性変形可能な薄肉部で接続されて前記リング状部材と一体に形成される、請求項１に記載のボールねじ。
5. 前記リング状部材の軸方向幅は、前記ねじ軸の前記ねじ溝の軸方向幅の１．２倍以上である、請求項１～４のいずれか１項に記載のボールねじ。
6. 前記リング状部材の前記リップ部と前記ねじ軸の前記ねじ溝間の隙間は、０．０５～２ｍｍである、請求項１～４のいずれか１項に記載のボールねじ。

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