JP4725339B2 - ボールねじ装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械や産業機械、精密機械等の機械装置の移動台の位置決め用や搬送用等の直線移動機構の駆動に用いられるボールねじ装置に関し、特に縦配置とされたボールねじ装置に関する。

従来のボールねじ装置は、ねじ軸の外周面に螺旋状に形成した軸軌道溝と、ナットの内周面に形成した軸軌道溝に対向するナット軌道溝とを複数のボールを介して螺合させ、ナットの軸方向の両端部に潤滑剤含有材により形成された潤滑リングを配置して軸軌道溝およびナット軌道溝に潤滑油を供給している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−４２７９６号公報（第３頁段落０００８−第４頁段落００１５、第５図）

しかしながら、上述した従来の技術においては、ナットの軸方向の両端部に潤滑剤含有材により形成された潤滑リングを配置して軸軌道溝およびナット軌道溝に潤滑油を供給しているため、ボールねじ装置のねじ軸の軸芯を水平に配置した場合は、滲み出した潤滑油がナット軌道溝に溜るのでナットから外部に潤滑油が漏れ出す虞は少ないが、５軸の工作機械のＺ軸等の垂直軸を駆動するボールねじ装置のように、ねじ軸を縦配置（ねじ軸の軸芯を垂直、または垂直から３０度以内の範囲の垂直に近い状態に配置した状態をいう。）にした場合は、潤滑油がねじ軸を伝わってナットの下方に漏れ出し、回転するねじ軸から周囲に飛散した潤滑油により周囲環境が汚染される虞があるという問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、縦配置としたボールねじ装置のナットからの潤滑油の漏れを防止して周囲環境の潤滑油による汚染を防止する手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットと、前記軸軌道溝とナット軌道溝とを螺合させる複数のボールと、前記ナットの軸方向の両端部に配置され、潤滑剤含有材により形成された潤滑リングとを備え、前記ねじ軸を縦配置に設置したボールねじ装置において、前記潤滑リングの上方の端面に、上方に開口を有する有底の油溜りを設けると共に、縦配置とされたナットの下端部に配置された前記潤滑リングの軸方向の外側に、前記ねじ軸の外周面および軸軌道溝に摺接するシール体を設けたことを特徴とする。

これにより、本発明は、ねじ軸を伝わって下方に流れる潤滑油をねじ軸の外周面および軸軌道溝に摺接する接触シールであるシール体により確実に封止することができ、潤滑油のナットの下方への漏れを防止して周囲環境の潤滑油による汚染を防止することができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明によるボールねじ装置の実施例について説明する。

図１は実施例１のボールねじ装置の断面を示す説明図、図２は図１のＡ方向から見たシール体の矢視図を示す説明図である。
図１において、１はボールねじ装置である。本実施例のボールねじ装置１は、ねじ軸２の軸芯ＣＬを垂直にした縦配置に設置されている。
ねじ軸２は、合金鋼等の鋼材で製作された棒状部材であって、その外周面には略半円弧状断面形状の軸軌道溝３が所定のリードで螺旋状に形成されている。

４はボールねじ装置１のナットであり、合金鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、その内周面には軸軌道溝３と対向する略半円弧状断面形状のナット軌道溝５が軸軌道溝３と同じリードで形成されている。
６はフランジ部であり、ナット４の外周部の一方の端部に設けられ、フランジ部６に設けられた図示しないボルト穴等により図示しない機械装置の移動台にボルト等で固定される。

７はボールであり、合金鋼等の鋼材で製作された球体であって、対向配置された軸軌道溝３とナット軌道溝５とで形成される負荷路を転動してねじ軸２とナット４とを螺合させる。
８は潤滑リングであり、潤滑剤含有材を射出成形等の成形手段により成形して製作された円環状部材であって、その内周面はねじ軸２の外周面に摺接し、その外周面を、ナット４の軸方向の両側の端部に形成されたリング取付穴９に嵌合させてナット４の両端部に配置されている。

潤滑リング８に用いる潤滑剤含有材は、例えば潤滑剤含有ポリマであり、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系の合成樹脂に、ポリα−オレフィン油等のパラフィン系炭化水素油やエーテル油、エステル油等の潤滑剤を単独または複数混合して混ぜ合わせた原料を樹脂の融点以上に加熱して溶融した後に冷却して固化させたものであり、潤滑リング８の内周面の摺接による摩擦熱等で潤滑油が滲み出すように形成されている。

１１はシール体であり、合金鋼等の板材で製作された芯金のねじ軸２側に、天然ゴムや合成ゴム等の弾性を有するゴム材料で、ナット４の軸方向の外側に向かって縮小する円錐台形状に形成されたリップ部１２が設けられており、図２に示すように、そのドーナツ板状に形成された鍔部１３の円周方向には、所定のピッチ円直径、角度ピッチで取付ボルト１４を挿通させるシール取付穴１５が複数形成されている。

本実施例のシール取付穴１５は、１２０度等配に３箇所形成されている。
１７はシール取付板であり、合金鋼等の鋼材で製作されたナット４の外周面の直径と同等の外径を有し、ねじ軸２の外周面の直径より大きい内径を有するドーナツ板状部材であって、その軸方向の一方の端面には、シール体１１の鍔部１３の外周面が嵌合する嵌合穴１８が形成されており、嵌合穴１８の底面には取付ボルト１４を螺合させるねじ穴がシール体１１のシール取付穴１５と同じピッチ円直径、角度ピッチで設けられている。

また、シール取付板１７の他方の端面には、ナット４のリング取付穴９に嵌合する嵌合部１９が形成されており、この嵌合部１９を下方のリング取付穴９に圧入等により嵌合させて下方の潤滑リング８の軸方向外側に配置される。
シール体１１のリップ部１２の先端の内周縁１２ａは、ナット４の下方の端部に設置されたシール取付板１７の嵌合穴１８にその鍔部１３の外周面を嵌合させて取付ボルト１４により取付けられたときに、図２に示すように、内周縁１２ａが摺接するねじ軸２の部位の軸直角断面（ねじ軸２の軸芯ＣＬが鉛直線となる断面をいう。）の形状に近似する形状に所定のシール代を持たせた形状に形成されており、ねじ軸２の外周面および軸軌道溝３に確実に密着するように形成されている。

これにより、シール体１１が、そのリップ部１２の内周縁１２ａをねじ軸２の外周面および軸軌道溝３に摺接させた接触式シールとして機能する。
上記の軸軌道溝３とナット軌道溝５とで形成される負荷路の両端部は、図示しない連通路としてのリターンチューブにより連通されて循環路が形成され、この循環路には複数のボール７が装填され、軸軌道溝３とナット軌道溝５とがボール７を介して螺合し、ねじ軸２の回転に伴ってボール７が循環路を循環し、負荷路を転動するボール７が潤滑リング８から滲み出した潤滑油により潤滑されながらナット４に加えられた荷重を往復動自在に支持してナット４がねじ軸２の長手方向に沿った直線往復移動可能に支持され、ねじ軸２の回転運動がナット４の直線運動に変換される。

このとき、ナット４の下方の潤滑リング８の外側に配置されたシール体１１は、その内周縁１２ａをねじ軸２の軸直角断面に近似する形状としてねじ軸２の外周面および軸軌道溝３に確実に密着しているので、潤滑リング８から滲み出した潤滑油を縦配置とされたナット４の内部に保持することができると共に、ナット４の外側、つまり下方への潤滑油の漏洩を防止することができる。

以上説明したように、本実施例では、ねじ軸を縦配置に設置したボールねじ装置のナットの軸方向の両端部に潤滑剤含有材により形成された潤滑リングを配置し、ナットの下端部に配置された潤滑リングの軸方向の外側に、ねじ軸の外周面および軸軌道溝に摺接するシール体を設けたことによって、ねじ軸を伝わって下方に流れる潤滑油をねじ軸の外周面および軸軌道溝に摺接する接触シールであるシール体により確実に封止することができ、潤滑油のナットの下方への漏れを防止して周囲環境の潤滑油による汚染を防止することができる。

図３は実施例２の潤滑リングの上面を示す説明図、図４は実施例２の潤滑リングの断面を示す説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図３、図４において、２１は潤滑リングであり、上記実施例１の潤滑リング８と同様の材料で製作され、同様の内周面および外周面を有する円環状部材であって、その一方の端面には、油溜りとしての有底の溜り穴２２が所定のピッチ円直径、角度ピッチで複数形成されており、負荷路を転動するボール７に供給されると同種の潤滑油が貯留される。

本実施例の溜り穴２２を有する潤滑リング２１は、溜り穴２２の開口を上方にして縦配置にされたナット２の上方のリング取付穴９、または上方および下方のリング取付穴９にその外周面を嵌合させて配置される。
このように、潤滑リングに上方に開口を有する潤滑油の溜り穴を設ければ、上記実施例１と同様の効果に加えて、溜り穴に貯留した潤滑油を潤滑リングに滲み込ませることができ、潤滑リングの潤滑油供給機能の長寿命化を図ることができる。

なお、油溜りの形態は、上記に限らず、図５、図６に示す形態、または図７、図８に示す形態であってもよい。
図５、図６に示す潤滑リング２１には、その一方の端面に、潤滑油を貯留するための油溜りとしての有底の溜り溝２４が円周方向の全周に渡って形成されており、その開口を上方にして縦配置にされたナット２の上方のリング取付穴９、または上方および下方のリング取付穴９にその外周面を嵌合させて配置される。

このように、潤滑リングに上方に開口を有する潤滑油の溜り溝を設けても、上記と同様の効果を得ることができる。
図７、図８に示す潤滑リング２１には、その実部に、潤滑油を貯留するための油溜りとしての円環状の中空部２６が円周方向の全周に渡って形成されており、縦配置にされたナット２の上方のリング取付穴９、または上方および下方のリング取付穴９にその外周面を嵌合させて配置される。

このように、潤滑リングに潤滑油を貯留するの中空部を設けても、上記と同様の効果を得ることができる。
なお、図３ないし図６に示す潤滑リング２１のように、上方に開口を有する溜り穴２２や溜り溝２４を有する潤滑リング２１をナット４の上端部に配置すれば、溜り穴２２や溜り溝２４に貯留した潤滑油が減少した場合に、潤滑油を容易に補給することができ、潤滑リング２１の潤滑油供給機能の更なる長寿命化を図ることができる。

上記各実施例においては、潤滑リングを形成する潤滑剤含有材は潤滑剤含有ポリマであるとして説明したが、多孔質の樹脂材料または金属材料に潤滑油を含浸させたものであってもよい。
また、上記各実施例においては、潤滑リングは円環状に一体に形成するとして説明したが、実施例１および実施例２の図３、図４に示す潤滑リングの場合は、半円筒状に分割したリング片を２つ組合せてもよく、円環の一部にスリットを設けて軸直角方向の断面形状をＣ字状に形成してもよい。この場合に、バネ鋼等の鋼線をコイル状に成形し、これを輪状にしたガータスプリングを設けて、半円筒状またはＣ字状にした潤滑リングの外周面に設けた嵌合溝に嵌め込んでねじ軸の外周面をガータスプリングの付勢力で押圧してねじ軸２の外周面に摺接させるとよい。

更に、上記各実施例においては、ボールねじ装置のねじ軸を回転させてナットを軸方向に移動させるとして説明したが、ナットを回転させてねじ軸を軸方向に移動させる形式のボールねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。この場合に実施例１および実施例２の図７、図８に示す潤滑リングを用いれば、ナットを回転させたとしても、潤滑油が周囲に飛散することはない。

更に、上記各実施例においては、リターンチューブを連通路としてボールを循環させるチューブ式の循環方式を用いたボールねじ装置に本発明を適用した場合を例に説明したが、連通路は前記に限らず、連通路をこま式やエンドキャップ式、デフレクタ式等とした循環方式のボールねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。

実施例１のボールねじ装置の断面を示す説明図 図１のＡ方向から見たシール体の矢視図を示す説明図 実施例２の潤滑リングの上面を示す説明図 実施例２の潤滑リングの断面を示す説明図 実施例２の他の形態１の潤滑リングの上面を示す説明図 実施例２の他の形態１の潤滑リングの断面を示す説明図 実施例２の他の形態２の潤滑リングの上面を示す説明図 実施例２の他の形態２の潤滑リングの断面を示す説明図

符号の説明

１ ボールねじ装置
２ ねじ軸
３ 軸軌道溝
４ ナット
５ ナット軌道溝
６ フランジ部
７ ボール
８、２１ 潤滑リング
９ リング取付穴
１１ シール体
１２ リップ部
１２ａ 内周縁
１３ 鍔部
１４ 取付ボルト
１５ シール取付穴
１７ シール取付板
１８ 嵌合穴
１９ 嵌合部
２２ 溜り穴
２４ 溜り溝
２６ 中空部

Claims (2)

1. 外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットと、前記軸軌道溝とナット軌道溝とを螺合させる複数のボールと、前記ナットの軸方向の両端部に配置され、潤滑剤含有材により形成された潤滑リングとを備え、前記ねじ軸を縦配置に設置したボールねじ装置において、
   前記潤滑リングの上方の端面に、上方に開口を有する有底の油溜りを設けると共に、縦配置とされたナットの下端部に配置された前記潤滑リングの軸方向の外側に、前記ねじ軸の外周面および軸軌道溝に摺接するシール体を設けたことを特徴とするボールねじ装置。
2. 請求項１において、
   前記油溜りに、潤滑剤を予め貯留しておくことを特徴とする直動装置。

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