JP5056973B2 - ボールねじ装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械や鍛造装置、プレス機械、射出成形機、加締め圧入機等の機械装置の主軸の移動機構等に用いられる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により形成された負荷路に複数のボールを転動させてねじ軸とナットとを軸方向の相対移動可能に構成し、ねじ軸の軸芯に沿って形成した軸方向給油孔と連通すると共に軸軌道溝に開口する半径方向の複数の給油孔を設けてボールねじ装置に潤滑剤を供給している（例えば、特許文献１参照。）。

一方、従来油圧シリンダを用いて高荷重、短ストロークで駆動されていた鍛造装置やプレス機械、射出成形機等の機械装置の主軸を電気モータ等とボールねじ装置を組合せ回転するねじ軸によりナットを移動させて電動化する場合には、ボールねじ装置に初期に封入した潤滑剤だけでは潤滑が不十分となるため、定期的に潤滑剤を補給する必要がある。

特開２００３−２６９５６９号公報（第３頁段落００１２−段落００１３、第１図）

しかしながら、上述した従来の技術においては、ねじ軸に設けた軸方向給油孔に連通する給油孔によって潤滑剤を負荷路に供給しているため、ねじ軸を回転させてナットを移動させる形式のボールねじ装置に用いた場合、ねじ軸の軸方向給油孔の供給口に潤滑油を供給するためには複雑な機構を要し、給油の信頼性を確保することが困難になるという問題がある。

また、比較的短いストローク、例えばナットの移動量が一つの循環路の軸軌道溝のリードの半分以下のストロークでの往復移動に用いられるボールねじ装置であっては、ナット内に封入した潤滑剤がナットの中で攪拌され難く、負荷路以外の部位（ねじ軸の外周面とナットの内周面との間の隙間等）に排除された潤滑剤が負荷路に戻る機会が少なくなり、固化しやすくなるという問題がある。

このことは、外部から負荷路に潤滑剤を補充する場合に、固化した潤滑剤に妨げられて新たな潤滑剤が負荷路に供給され難くなるという結果をもたらす。
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、回転するねじ軸によりナットを移動させる形式のボールねじ装置においても、容易かつ確実に負荷路に潤滑剤を供給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ゴシックアーク溝であ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で形成される複数の負荷路と、前記各負荷路の両端部をそれぞれ連結した複数の循環路と、前記循環路を循環する複数のボールとを備え、前記ねじ軸を回転させて前記ナットを軸方向に移動させる形式であって、前記軸軌道溝と前記ナット軌道溝とを前記ボールを介して螺合させたときに予圧が付与されように構成されたボールねじ装置において、前記ナット軌道溝のナット溝底部の、前記ナット軌道溝を転動するボールの転動面以外の領域に、前記ナット溝底部に沿って形成された螺旋状の溝である潤滑剤溜りを形成し、前記複数の循環路の各負荷路に、それぞれの前記ナット溝底部の前記潤滑剤溜りに形成された開口と前記開口に１対１で連通する一つの供給口とを有すると共に、前記潤滑剤溜りの溝幅と同等の内径を有する潤滑剤供給孔を設け、前記各供給口に、潤滑剤の供給間隔および１回毎の供給量を制御する機能を有する制御装置を備えた潤滑剤供給装置からそれぞれ潤滑剤を供給することを特徴とする。

これにより、本発明は、回転しないナットから負荷路に潤滑剤を直接供給することができ、回転するねじ軸によりナットを移動させる形式のボールねじ装置においても、容易かつ確実に負荷路に潤滑剤を供給することができるという効果が得られる。

実施例１のボールねじ装置を示す側面図 図１のＡ部を示す部分拡大断面図 実施例１の潤滑剤供給孔の他の形態を示す部分拡大断面図 実施例２のボールねじ装置を示す側面図

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のボールねじ装置を示す側面図、図２は図１のＡ部を示す部分拡大断面図である。
なお、図２は実施例１の潤滑剤供給口をその中心軸に沿った断面として示してある。
図１において、１はボールねじ装置である。
２はボールねじ装置１のねじ軸であり、合金鋼や炭素鋼等の鋼材で製作された棒状部材であって、その外周面の軸方向の一部には図２に示す２つの円弧３ａ、３ｂを略Ｖ字状に配置して構成されたゴシックアーク溝である軸軌道溝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、合金鋼や炭素鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、その内周面には図２に示す２つの円弧５ａ、５ｂを略Ｖ字状に配置して構成されたゴシックアーク溝であるナット軌道溝５が軸軌道溝３と同じリードで形成されている。
６はボールであり、合金鋼等の鋼材またはセラミック材等で製作された球体であって、軸軌道溝３とナット軌道溝５の間を転動してねじ軸２とナット４を螺合させる。

本実施例のボール６は、図２に示すようにゴシックアーク溝である軸軌道溝３とナット軌道溝５により形成される略四角形断面の負荷路に内接する球の直径より大きい直径を有するオーバーサイズのボールであって、対向する軸軌道溝３とナット軌道溝５とがボール６を介して螺合したときに各ゴシックアーク溝の円弧３ａ、３ｂ、５ａ、５ｂをそれぞれ押圧してボールねじ装置１に適切な予圧が付与されるように構成されている。

７は連結路としてのリターンチューブであり、鋼材や樹脂材料等で製作され、ボール６が循環できる内径を有する略Ｕ字形に曲折した管であって、ナット４の外周面の一部を軸方向に切欠いた平面４ａに設けられた穴にその端部が嵌合して、ナット４に形成されたナット軌道溝５の両端部を連結する。
８はチューブ固定具であり、鋼材や樹脂材料等で製作された固定具であって、ボルト等の締結手段によりリターンチューブ７をナット４の平面４ａに締結して固定する。

本実施例のリターンチューブ７は４箇所設けられており、ねじ軸２の軸軌道溝３とこれに対向するナット４の４箇所のナット軌道溝５により形成される４箇所の螺旋状の負荷路をそれぞれ連結して直列に配置された４つの循環路が形成される。
１０はフランジ部であり、ナット４の外周部に設けられ、フランジ部１０に設けたボルト孔等により、電動加締め圧入機等の機械装置のねじ軸２の軸方向に移動する主軸を固定した図示しないブラケット等がボルト等で取付けられ、ナット４の回転を停止させる。

１１はラビリンスシールであり、ねじ軸２の螺旋状の軸軌道溝３に小さな隙間を介して螺合する図示しないラビリンス部を有しており、ナット４の外部からの塵埃の侵入および内部からの潤滑剤の漏洩を防止する。
１２ａ、１２ｂはストッパであり、ねじ軸２の一部に形成された軸軌道溝３の両端部に配置され、ナット４の軸方向の移動を制限する機能を有しており、ねじ軸２の一方の端部に位置するストッパ１２ａはナット４を軸軌道溝３に螺合させた後にボルト等により固定される。

なお、ストッパ１２ｂはねじ軸２と一体に成形するようにしてもよく、止めねじ等を用いて固定するようにしてもよい。
１３は嵌合軸部であり、ねじ軸２の他方の端部に設けられ、電気モータとのカップリングや駆動ギア列のギア等が嵌合してキー等により取付けられ、ねじ軸２を回転させる駆動源からの動力が伝達される。

１５は潤滑剤供給孔であり、図２に示すようにナット４の外周面１６からナット４を半径方向に貫通してナット軌道溝５のナット溝底部１７に開口する孔であって、その外周面１６側には配管用めねじ等を形成した供給口１８が設けられている。
１９は潤滑剤溜りであり、ナット溝底部１７の潤滑剤供給孔１５の開口部を潤滑剤供給孔１５の内径より大きい内径で潤滑剤供給孔１５の中心軸方向に掘り込んだ座ぐり状の凹部であって、ナット軌道溝５に潤滑剤を保持しておく機能を有している。

本実施例の潤滑剤供給孔１５は、ボールねじ装置１の４つの負荷路に各２箇所、合計８箇所設けられている。
なお、本実施例のナット４の外周面１６には、機械装置の主軸等を固定するブラケット等は設置されておらず、ブラケット等は図１においてフランジ部１０の右側に取付けられる。

上記の潤滑剤供給孔１５の開口や潤滑剤溜り１９は、ナット溝底部１７の負荷路を転動するボール６の転動面（予圧および荷重によってボール６と軸軌道溝３およびナット軌道溝５との間の押圧部に弾性変形により生じる楕円形の接触面の溝方向に沿った軌跡をいう。）以外の領域に形成されており、ボール６の損傷および潤滑剤供給孔１５の開口や潤滑剤溜り１９に過大な応力が発生して破損等が生じることがない。

上記のそれぞれの循環路には複数のボール６と所定の量の潤滑剤、例えばグリースが封入される。これにより軸軌道溝３とナット軌道溝５とがボール６を介して螺合し、ねじ軸２を回転させることによってボール６が循環路を循環しながら負荷路を転動してナット４を軸方向に移動させ、ねじ軸２の回転運動が回転を停止されたナット４の直線運動に変換され、ボールねじ装置１が直動装置として機能する。

このようなボールねじ装置１は高荷重、短ストロークの電動加締め圧入機等の機械装置の主軸の移動機構として機械装置に装着され、各潤滑剤供給孔１５の供給口１８には図示しない潤滑剤供給装置、例えばボールねじ装置１の稼動状況に応じて潤滑剤の供給間隔や１回毎の供給量等を制御する機能を有する制御装置を備えた潤滑剤供給装置からのフレキシブルチューブ等の潤滑剤供給路がその配管用めねじを利用して接続される。

そして、定期的または機械装置の稼動状況に応じて適切な量の潤滑剤が、回転しないナット４のナット軌道溝５のナット溝底部１７の各潤滑剤供給孔１５の開口から直接負荷路に供給され、潤滑剤溜り１９に保持された潤滑剤により安定した潤滑状態が維持される。
また、負荷路に潤滑剤を直接供給するので、外部から潤滑剤を供給する場合に較べて潤滑剤の供給量の低減を図ることができる。

なお、本実施例では高荷重、短ストロークの機械装置に適用するボールねじ装置１として潤滑剤供給孔１５を各負荷路に２箇所設けるとして説明したが、潤滑剤供給孔１５の数は適用する機械装置の荷重の高低、ストロークの長短に応じて設定すればよい。少なくとも一つの潤滑剤供給孔１５が負荷路のナット溝底部１７に開口していれば、必要な潤滑剤を負荷路に確実に供給することが可能になる。

以上説明したように、本実施例では、ナットに設けた少なくとも一つの潤滑剤供給孔を負荷路を形成するナット軌道溝のナット溝底部に開口するようにしたことによって、回転しないナットから負荷路に潤滑剤を直接供給することができ、回転するねじ軸によりナットを移動させる形式のボールねじ装置においても、容易かつ確実に負荷路に潤滑剤を供給することができる。

また、潤滑剤供給孔のナット溝底部の開口部に潤滑剤溜りを設けたことによって、潤滑剤溜りに潤滑剤を保持することができ、負荷路における潤滑剤の供給の安定化を図ることがことができる。
更に、ナット軌道溝を転動するボールの転動面以外の領域に潤滑剤供給孔の開口や潤滑剤溜りを形成したことによって、ボールが直接潤滑剤供給孔の開口や潤滑剤溜りを転動することがなく、ボールの損傷および潤滑剤供給孔の開口や潤滑剤溜りの過大な応力による破損等を防止することができる。

上記の潤滑剤溜り１９は以下のように形成してもよい。
図３は実施例１の潤滑剤供給孔の他の形態を示す部分拡大断面図である。
図３において、２１は潤滑剤溜りであり、ナット４のナット溝底部１７に形成されたナット軌道溝５に沿った螺旋状の溝であり、ナット４に設けた潤滑剤供給孔１５と連通している。

なお、本形態の潤滑剤溜り２１はナット軌道溝５を研削加工により成形するときにナット溝底部１７に設ける研削逃げ溝を潤滑剤溜り２１として機能させる適切な幅や深さに設定して潤滑剤溜り２１を形成するようにしてもよい。
このように潤滑剤溜り２１を螺旋状のナット軌道溝５のナット溝底部１７の全長に渡って設けるようにすれば、潤滑剤を負荷路の全長に渡って保持することができ、負荷路における潤滑剤の供給の安定化を更に図ることができる。

なお、ナット軌道溝をゴシックアーク溝として説明したが、ナット軌道溝を１つの円弧で形成してボールの外径に近い半径とした場合には、上記実施例および他の形態で示した潤滑剤溜りは上記の効果に加えて、ボールによる潤滑剤供給孔の開口の閉塞を防止する機能を発揮することができる。

図４は実施例２のボールねじ装置を示す側面図である。
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。
本実施例のボールねじ装置１は、ナット４の外周面１６に機械装置の主軸等を固定するブラケット等が略全面に渡って嵌合する取付方法により機械装置に装着される。
図４において、３１は潤滑剤供給孔であり、ナット４の端面に形成された供給口１８からナット４の軸方向と平行に穿孔された主供給通路３２と、この主供給通路３２に連通し、ナット４の外周面１６からナット４を半径方向に貫通してナット軌道溝５のナット溝底部１７に開口する分岐供給通路３３とにより構成されている。

なお、潤滑剤供給孔３１の分岐供給通路３３のナット溝底部１７の開口は上記実施例１と同様に形成されている。
分岐供給通路３３のナット４の外周面１６側には外周面１６から突出せず、主供給通路３２と分岐供給通路３３の連通部を塞がない長さの埋め栓３４が圧入等により埋め込まれ、潤滑剤の外部への漏洩を防止している。

本実施例のボールねじ装置１のねじ軸２には２条の軸軌道溝３が形成され、これに螺合するナット４にも２条の軸軌道溝３にそれぞれ対向する２条のナット軌道溝５が形成されており、これらにより形成される並列配置された２つの負荷路をそれぞれ連結するリターンチューブ７が設けられて２つの循環路が形成されている。
本実施例の潤滑剤供給孔３１は、ボールねじ装置１の２つの負荷路に各１箇所、合計２箇所設けられており、ナット４の端面にはそれぞれの潤滑剤供給孔３１に潤滑剤を供給するために２箇所の供給口１８が設けられている。

なお、本実施例の潤滑剤供給孔３１のナット溝底部１７の開口部に、実施例１と同様の潤滑剤溜り１９や他の形態と同様の潤滑剤溜り２１を形成すれば上記と同様の効果を得ることができる。
このようなボールねじ装置１は高荷重で比較的長いストロークを要する電動射出成形機等の機械装置の主軸の移動機構として機械装置に装着され、各潤滑剤供給孔３１の供給口１８には実施例１と同様に図示しない潤滑剤供給装置からの潤滑剤供給路が接続される。

そして、定期的または機械装置の稼動状況に応じて供給口１８に供給された適切な量の潤滑剤が、回転しないナット４の主供給通路３２と分岐供給通路３３を経由してナット軌道溝５のナット溝底部１７の潤滑剤供給孔３１の開口から直接負荷路に供給される。
以上説明したように、本実施例では、上記実施例１と同様の効果に加えて、ナットの端面に潤滑剤供給孔の供給口を形成し、主供給通路と分岐供給通路３３を経由して潤滑剤を負荷路に供給するようにしたことによって、ナットの外周面がボールねじ装置の取付方法により外部に開放されていない場合においても、回転しないナットから負荷路に潤滑剤を直接供給することができ、潤滑剤を負荷路に容易かつ確実に供給することができる。

なお、本実施例の潤滑剤供給孔を実施例１のように複数の負荷路が直列に配置されているボールねじ装置のナットに形成する場合には１本の主供給通路からそれぞれの負荷路のナット溝底部に開口する複数の分岐供給通路を設けるようにすればよい。このようにすれば実施例１のボールねじ装置においてナットの外周面が外部に開放されていない場合においても本実施例と同様に潤滑剤を負荷路に容易かつ確実に供給することができる。

また、上記各実施例においては、リターンチューブを連結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、連結路は上記に限らず連結路をこま式やエンドキャップ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。

１ ボールねじ装置
２ ねじ軸
３ 軸軌道溝
３ａ、３ｂ、５ａ、５ｂ 円弧
４ ナット
４ａ 平面
５ ナット軌道溝
６ ボール
７ リターンチューブ
８ チューブ固定具
１０ フランジ部
１１ ラビリンスシール
１２ａ、１２ｂ ストッパ
１３ 嵌合軸部
１５、３１ 潤滑剤供給孔
１６ 外周面
１７ ナット溝底部
１８ 供給口
１９、２１ 潤滑剤溜り
３２ 主供給通路
３３ 分岐供給通路
３４ 埋め栓

Claims (6)

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ゴシックアーク溝であ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で形成される複数の負荷路と、前記各負荷路の両端部をそれぞれ連結した複数の循環路と、前記循環路を循環する複数のボールとを備え、前記ねじ軸を回転させて前記ナットを軸方向に移動させる形式であって、前記軸軌道溝と前記ナット軌道溝とを前記ボールを介して螺合させたときに予圧が付与されるように構成されたボールねじ装置において、
   前記ナット軌道溝のナット溝底部の、前記ナット軌道溝を転動するボールの転動面以外の領域に、前記ナット溝底部に沿って形成された螺旋状の溝である潤滑剤溜りを形成し、
   前記複数の循環路の各負荷路に、それぞれの前記ナット溝底部の前記潤滑剤溜りに形成された開口と前記開口に１対１で連通する一つの供給口とを有すると共に、前記潤滑剤溜りの溝幅と同等の内径を有する潤滑剤供給孔を設け、
   前記各供給口に、潤滑剤の供給間隔および１回毎の供給量を制御する機能を有する制御装置を備えた潤滑剤供給装置からそれぞれ潤滑剤を供給することを特徴とするボールねじ装置。
2. 請求項１において、
   前記潤滑剤溜りが、前記ナット軌道溝を研削加工により成形するときの研削逃げ溝であることを特徴とするボールねじ装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記ナットの往復移動の移動量が、一つの前記循環路の前記軸軌道溝のリードの半分以下であることを特徴とするボールねじ装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
   前記潤滑剤供給孔の供給口を、前記ナットの外周面に配置したことを特徴とするボールねじ装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
   前記潤滑剤供給孔の供給口を、前記ナットの端面に配置したことを特徴とするボールねじ装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
   前記ナットの軸方向の両端部にラビリンスシールを設けたことを特徴とするボールねじ装置。

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