JP5076638B2

JP5076638B2 - ボールねじ装置

Info

Publication number: JP5076638B2
Application number: JP2007135394A
Authority: JP
Inventors: 吉章矢野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2027-05-22
Also published as: JP2008291861A

Description

本発明は、回転運動を直線運動に変換する機械要素として電動射出成形機やプレス機械などで用いられるボールねじ装置に関する。

回転運動を直線運動に変換する機械要素として用いられるボールねじ装置は、一般に、ねじ軸と、このねじ軸の外周に設けられた円筒状のナットとを有しており、ねじ軸の外周面に形成された螺旋状のボール転動溝とナットの内周面に形成された螺旋状のボール転動溝との間に複数のボールが組み込まれている。
このようなボールねじ装置は、ねじ軸の表面に付着した粉塵などの異物がナットの内部に入り込むとボールのスムーズな転がり運動が阻害されることから、芯金の内側周縁部に弾性シール片（「シールリップ」とも言う）を有する接触シールをナットの端面部に装着し、この接触シールの弾性シール片をねじ軸表面に接触させてナットの内部に異物が入り込むのを防止するようにしている場合が多い（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、自動潤滑剤供給装置などからナットの内部に供給された潤滑剤の圧力が接触シールの弾性シール片に作用すると、接触シールの弾性シール片がねじ軸のボール転動溝から離間する方向に変形し、弾性シール片とねじ軸との間に発生した隙間から潤滑剤がナットの外部に漏れ出ることがある。そして、ナットの外部に漏出した潤滑剤がナットのストロークエンド部に溜り、ねじ軸の回転によって周囲に飛散するという問題があった。

また、特許文献２に示されるように、ナットの端部に二つの接触シールを設けた場合は、ねじ軸表面に接触する二つの接触シールによってねじ軸の負荷トルクが上昇し、ボールねじの発熱量が増大するという問題がある。
特開平１０−２５２８５６号公報特開２００５−２７３６８０号公報

本発明は上述した点に着目してなされたものであり、その目的は、ナットの内部に供給された潤滑剤がナットの外部に漏れ出て周囲の飛散することを抑制することのできるボールねじ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明に係るボールねじ装置は、ねじ軸と、該ねじ軸の外周に設けられたナットと、前記ねじ軸の外周面に形成された螺旋状のボール転動溝と前記ナットの内周面に形成された螺旋状のボール転動溝との間に設けられた複数のボールとを具備してなるボールねじ装置において、前記ナットの端面部に円形状の凹部を形成し、該凹部内に前記ねじ軸と前記ナットとの間の隙間をシールする二つのシールを設け、かつ前記二つのシールのうちナットの内方に位置する一方のシールの軸方向剛性を他方のシールの軸方向剛性より大きくするとともに、前記二つのシールのうちナットの内方に位置する一方のシールの軸方向剛性が他方のシールの軸方向剛性より前記ねじ軸の外周面に形成されたボール転動溝のナット側フランクから隔離する領域で大きいことを特徴とする。

このような構成によると、二つのシールのうちナットの内方に位置する一方のシールのシール片が軸方向に撓み難くなり、ねじ軸外周面に形成されたボール転動溝のナット側フランクから離間する領域においても他の領域（シール片がナット側フランクと反対側のフランクと接触する領域）と殆ど変わらない潤滑剤の漏出防止の効果がある。また、二つのシールのうちナットの端面側に位置するシールがねじ軸外周面に形成されたボール転動溝のナット側フランクから離間する領域においても、従来技術に対し作用する潤滑剤の圧力が低減されるので、ナットの端面側に位置するシールからの潤滑剤の漏れを少なくすることができる。さらに、ナットの内方に位置するほうのシールのシール片の撓み量（またはねじ軸表面との隙間）を小さくできるので、全体のシール抵抗を低減できる。

請求項２記載の発明に係るボールねじ装置は、請求項１記載のボールねじ装置において、前記二つのシールのうちナットの端面側に位置する一方のシールの内周縁部が前記二つのシールを位相を一致させて重ね合わせたときに他方のシールの内周縁部より内径側に突出していることを特徴とする。

請求項３記載の発明に係るボールねじ装置は、請求項１または２記載のボールねじ装置において、前記二つのシールのうちナットの端面側に位置する一方のシールが円筒状の芯金を有し、該芯金が前記ナットに形成された潤滑剤排出孔と連通する潤滑剤排出用貫通孔を有することを特徴とする。
請求項４記載の発明に係る電動射出成形機は、請求項１〜３のいずれか一項記載のボールねじ装置を備えたことを特徴とする。

請求項５記載の発明に係るプレス成形機は、請求項１〜３のいずれか一項記載のボールねじ装置を備えたことを特徴とする。

本発明に係るボールねじ装置によれば、ナットの端面部に接触シールを装着したものと比べ、潤滑剤がナットの外部に漏れ難くなる。したがって、ナットの内部に供給された潤滑剤がナットの外部に漏れ出て周囲に飛散することを抑制することができる。また、ナットの凹部内に設けた二つのシールのうちナットの内方に位置する一方のシールのシール片の軸方向剛性を他方のシールのシール片の軸方向剛性より大きくしたことで、シール片をエラストマーやゴムなどの軟質材で形成した場合と比較して、ねじ軸の表面と弾性的に接触する部分が減少する。これにより、ねじ軸に対する接触シールの接触抵抗が軽減されるため、ねじ軸表面に接触する接触シールによってねじ軸の負荷トルクが上昇することを抑制することもできる。

以下、本発明に係るボールねじ装置を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置の軸方向断面図、図２は図１のII−II断面を示す図、図３は図２のIII−III断面を示す図、図４は図１のIV−IV断面を示す図、図５は図４のV−V断面を示す図であり、図１に示されるように、第１の実施形態に係るボールねじ装置は、ねじ軸１、ナット２及び複数のボール５を備えている。

ねじ軸１は螺旋状のボール転動溝３を外周面に有しており、ねじ軸１の外周に設けられたナット２の内周面には、螺旋状のボール転動溝４がボール転動溝３と同じリードで形成されている。
ボール転動溝３，４は互いに対向しており、これらボール転動溝３，４の間に設けられた複数のボール５はねじ軸１がナット２に対して相対回転することによってボール転動溝３，４の間を転動するようになっている。そして、ボール転動溝３，４の間を転動したボール５は例えばナット２に組み付けられたボールリターンチューブ（図示せず）内を通過して元の位置に戻されるようになっている。

ナット２は潤滑剤供給孔６を軸方向の中央部に有しており、この潤滑剤供給孔６からナット２の内部に潤滑剤が供給されるようになっている。また、ナット２は端面部２ａ，２ｂを有しており、これらの端面部２ａ，２ｂに形成された円形状の凹部７内には、ねじ軸１に接触してねじ軸１とナット２との間の隙間をシールする接触シール８，９が設けられている。

接触シール８は、接触シール９よりもナット２の端面側に配置されている。また、接触シール８は円環状の金属板を円筒状にプレス成形してなる芯金８ａ（図２及び図３参照）を有しており、この芯金８ａの内側周縁部には、例えばエラストマーやゴムなどの軟質材からなる弾性シール片８ｂがねじ軸１の表面に接触するように芯金８ａの全周に亘って固着されている。

一方、接触シール９は、接触シール８よりもナット２の内方に配置されている。また、接触シール９は金属板を円環状にプレス成形してなる芯金９ａ（図４及び図５参照）を有しており、この芯金９ａには、環状の弾性シール片９ｂが芯金９ａと同軸に固着されている。この弾性シール片９ｂは厚さ１ｍｍ程度の樹脂製プレートから形成されており、接触シール８の弾性シール片８ｂよりも軸方向剛性が大きくなっている。

接触シール８の芯金８ａはナット２の端面部２ａ，２ｂに形成された凹部７と嵌合する円筒部８ｃを有しており、この円筒部８ｃには、ナット２に形成された潤滑剤排出孔１０（図１参照）と連通する潤滑剤排出用貫通孔１１（図５参照）が穿設されている。
接触シール９の弾性シール片９ｂはナット２の内部に供給された潤滑剤の圧力によってねじ軸１のボール転動溝３から離間する方向に弾性変形する部分の軸方向剛性が接触シール８の弾性シール片８ｂの軸方向剛性より大きくなっている。

接触シール８の弾性シール片８ｂは、接触シール８と接触シール９とを位相を一致させて重ね合わせたときに、その内側周縁部が接触シール９の内側周縁部より内径側に突出している。
なお、ナット２の端面部２ａ，２ｂに形成された凹部７の周面部には複数（四つ）のねじ孔がナット２の周方向に等間隔で穿設されており、これらのねじ孔には、接触シール８，９を凹部７の内部に固定する止め螺子として尖り螺子１２が螺入されている。

このような構成において、ナット２の内部に供給された潤滑剤の圧力によって潤滑剤の漏洩を許容する隙間がねじ軸１と接触シール９との間に発生すると、ねじ軸１と接触シール８との間の隙間からナット２の凹部７内に漏れ出た潤滑剤ｇは、図６に示すように、凹部７内に設けられた接触シール８，９のうち接触シール８によってねじ軸１の表面から除去される。そして、接触シール８によってねじ軸１の表面から除去された潤滑剤ｇは芯金８ａの円筒部８ｃに設けられた潤滑剤排出用貫通孔１１を通り、ナット２に形成された潤滑剤排出孔１０からナット２の外部に排出される。

したがって、上述した第１の実施形態では、ナットの端面部に接触シールを装着したものと比べ、潤滑剤がナット２の外部に漏れ難くなるので、ナット２の内部に供給された潤滑剤がナット２の外部に漏れ出て周囲に飛散することを抑制することができる。
また、ナット２の凹部７内に設けた二つの接触シール８，９のうちナット２の内方に位置する一方の接触シール（接触シール９）の弾性シール片９ｂの軸方向剛性を他方の接触シール（接触シール８）の弾性シール片８ｂの軸方向剛性より大きくしたことで、弾性シール片９ｂをエラストマーやゴムなどの軟質材で形成した場合と比較して、ねじ軸１の表面と弾性的に接触する部分が減少する。これにより、ねじ軸１に対する接触シールの接触抵抗が軽減されるため、ねじ軸表面に接触する接触シール８，９によってねじ軸１の負荷トルクが上昇することを抑制することもできる。

さらに、上述した第１の実施形態では、ナット２に形成された潤滑剤排出孔１０と連通する潤滑剤排出用貫通孔１１を芯金８ａの円筒部８ｃに設けたことで、接触シール８の弾性シール片８ｂによってねじ軸１の表面から取り除かれた潤滑剤が潤滑剤排出用貫通孔１１及び潤滑剤排出孔１０を経てナット２の外部に排出されるため、ねじ軸１と接触シール８の弾性シール片８ｂとの間に発生した隙間から漏れ出た潤滑剤が接触シール８と接触シール９との間に溜ることもなく、接触シール８と接触シール９との間に溜まった潤滑剤によって潤滑剤の漏出を許容する隙間がねじ軸１と接触シール８との間に発生することを防止することもできる。

なお、上述した第１の実施形態では、接触シール９よりもナット２の内方に位置するシールとして接触型のシールを例示したが、例えばねじ軸表面との間に０．３ｍｍ以下の隙間を持つ非接触型のシールを用いてもよい。また、接触シール９の弾性シール片９ｂの材質として樹脂を例示したが、エラストマー、ゴム、金属などであってもよい。

本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置の軸方向断面図である。図１のII−II断面を示す図である。図２のIII−III断面を示す図である。図３のIV−IV断面を示す図である。図４のV−V断面を示す図である。本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置の作用効果を説明するための図である。

符号の説明

１ねじ軸
２ナット
３，４ボール転動溝
５ボール
６潤滑剤供給孔
７凹部
８，９接触シール
８ａ，９ａ芯金
８ｂ，９ｂ弾性シール片
８ｃ円筒部
１０潤滑剤排出孔
１１潤滑剤排出用貫通孔

Claims

ねじ軸と、該ねじ軸の外周に設けられたナットと、前記ねじ軸の外周面に形成された螺旋状のボール転動溝と前記ナットの内周面に形成された螺旋状のボール転動溝との間に設けられた複数のボールとを具備してなるボールねじ装置において、
前記ナットの端面部に円形状の凹部を形成し、該凹部内に前記ねじ軸と前記ナットとの間の隙間をシールする二つのシールを設け、かつ前記二つのシールのうちナットの内方に位置する一方のシールの軸方向剛性を他方のシールの軸方向剛性より大きくするとともに、
前記二つのシールのうちナットの内方に位置する一方のシールの軸方向剛性が他方のシールの軸方向剛性より前記ねじ軸の外周面に形成されたボール転動溝のナット側フランクから隔離する領域で大きいことを特徴とするボールねじ装置。
請求項１記載のボールねじ装置において、前記二つのシールのうちナットの端面側に位置する一方のシールの内周縁部が前記二つのシールを位相を一致させて重ね合わせたときに他方のシールの内周縁部より内径側に突出していることを特徴とするボールねじ装置。
請求項１または２記載のボールねじ装置において、前記二つのシールのうちナットの端面側に位置する一方のシールが円筒状の芯金を有し、該芯金が前記ナットに形成された潤滑剤排出孔と連通する潤滑剤排出用貫通孔を有することを特徴とするボールねじ装置。
請求項１〜３のいずれか一項記載のボールねじ装置を備えたことを特徴とする電動射出成形機。
請求項１〜３のいずれか一項記載のボールねじ装置を備えたことを特徴とするプレス成形機。