JP5919769B2 - ボールねじ装置 - Google Patents

Description

本発明は、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。

しかし、このような接触シールはねじ軸に対して完全に密封して設けられているわけではないので、ナットの内部には、外部から接触シール越しに微細な異物が侵入することがある。また、ボールねじ装置（ナット）の内部から摩耗粉が発生することもある。
そこで、外部から接触シール越しに侵入する微細な異物や摩耗粉を低減するための技術が特許文献１及び特許文献２に開示されている。すなわち、特許文献１には、シールとねじ軸との密着性を高めるために、シールリップ部材に磁石を設け、この磁石によって、ボールねじ（ナット）の内部で発生した摩耗粉を吸着する技術が開示されている。また、特許文献２には、ナット内のボールとボールとの間に、異物吸着部を有するセパレータを配置する技術が開示されている。これによって、ナットの外部からシール越しに浸入した微細な異物を吸着し、異物がボールねじの溝とボールとの間に侵入して噛み込みや早期摩耗を起こすことを防止できる。

特開２００８−１３３９４４号公報 特開２００９−２８７６８３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、吸着した摩耗粉を逃がさない工夫がないため、グリースアップ時など、シールリップに負荷がかかった際に、吸着した摩耗粉が磁石部から離散する可能性がある。すなわち、ボールねじ装置の早期の摩耗を引き起こす可能性があるという点で改善の余地があった。
また、特許文献２に記載の技術は、ボールねじの溝とボールとの間に異物が浸入した後でなければ異物を吸着できないため、若干の摩耗が生じる可能性があるという点で改善の余地があった。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、シール越しにナットの内部に侵入した異物や、ナットの内部で発生した摩耗粉を効率的に捕獲することが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の請求項１に係る発明は、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、
前記ナットの軸方向の両端面部に、前記ねじ軸と前記ナットとの間の隙間をシールするシールが少なくとも一対設けられ、
前記ナットの外周面と内周面とを貫通して前記ナットの内部に供給された潤滑油を排出するための潤滑剤排出孔が設けられ、
最内側の前記一対のシール間に設けられた前記潤滑剤排出孔には、前記潤滑剤排出孔に連通する貫通孔を有する本体部と、該本体部の先端部に設けられ、前記ねじ溝に摺接する吸着部とを有する異物吸着部材が取り付けられ、
前記異物吸着部材の本体部の先端部と、前記吸着部との間に、磁石が設けられたことを特徴としている。

また、請求項２係る発明は、請求項１に記載のボールねじ装置において、前記吸着部が、前記ねじ軸のランド部に摺接するフランジ部を有することを特徴としている。
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のボールねじ装置において、前記シールが前記ナットの軸方向の端面部の少なくともいずれかに複数設置されていることを特徴としている。

本発明によれば、異物を吸着する異物吸着部材をシールの内側に設置したので、シール越しにナットの内部に侵入した異物や、ナットの内部で発生した摩耗粉を効率的に捕獲することができる。

本発明に係るボールねじ装置の第１の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。 本発明に係るボールねじ装置の第１の実施形態における構成を示す正面図である。 本発明に係るボールねじ装置の第１の実施形態における異物吸着部材の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 本発明に係るボールねじ装置の第１の実施形態における異物吸着部材の他の態様を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 本発明に係るボールねじ装置の第２の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、本発明に係るボールねじ装置の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態のボールねじの構成を示す軸方向に沿う断面図である。また、図２は、本実施形態のボールねじ装置の構成を示す正面図である。また、図３は、本実施形態のボールねじ装置の異物吸着部材の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
図１に示すように、本実施形態のボールねじ装置１は、ねじ軸１０と、ナット２０と、複数のボール３０とを有する。
ねじ軸１０は螺旋状のボール転動溝１１を外周面に有しており、ねじ軸１０の外周に設けられたナット２０の内周面には、螺旋状のボール転動溝２１がボール転動溝１１と同じリードで形成されている。

ボール転動溝１１，２１は互いに対向しており、これらボール転動溝１１，２１の間に設けられた複数のボール３０はねじ軸１０がナット２０に対して相対回転することによってボール転動溝１１，２１の間を転動するようになっている。そして、ボール転動溝１１，２１の間を転動したボール３０は例えばナット２０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。これらボール転動溝１１，２１の間及びボールリターンチューブが転動路を形成している。

＜シール＞
ナット２０は潤滑剤供給孔２２を軸方向の中央部に有しており、この潤滑剤供給孔２２からナット２０の内部に潤滑剤が供給されるようになっている。なお、潤滑剤供給孔２２は、潤滑剤が潤滑剤供給孔２２からねじ軸１０のボール転動溝１１の底部に向かって供給されるように設けられる。
また、ナット２０は端面部２０ａ，２０ａを有しており、これらの端面部２０ａ，２０ａに形成された円形状の凹部２４内には、ねじ軸１０に接触してねじ軸１０とナット２０との間の隙間をシールする（接触）シール４０が設けられている。このシール４０は、例えば、防塵用シール４１と、潤滑剤密封用シール４２とからなる。

防塵用シール４１は、潤滑剤密封用シール４２よりもナット２０の端面部２０ａ側に配置されている。また、防塵用シール４１は円環状の金属板を円筒状にプレス成形してなる芯金４１ａ（図１及び図２参照）を有しており、この芯金４１ａ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４１ｂがねじ軸１０の表面に接触するように芯金４１ａの全周に亘って固着されている。また、防塵用シール４１は、塵埃が外部から侵入しないように、弾性シール片４１ｂが外方に屈曲して設けられている。すなわち、ナット２０の両端面部２０ａ，２０ａにそれぞれ設けられた１対の防塵用シール４１は、互いにリップの屈曲が背くように設置されている。

一方、潤滑剤密封用シール４２は、防塵用シール４１よりもナット２０の内方に配置されている。また、潤滑剤密封用シール４２は金属板を円環状にプレス成形してなる芯金４２ａ（図１参照）を有しており、この芯金４２ａには、環状の弾性シール片４２ｂが芯金４２ａと同軸に固着されている。この弾性シール片４２ｂは厚さ１ｍｍ程度の樹脂製プレートから形成されており、防塵用シール４１の弾性シール片４１ｂよりも軸方向剛性が大きくなっている。また、潤滑剤密封用シール４２は、潤滑剤が外部に漏れないように、弾性シール片４２ｂが内方に屈曲して設けられている。すなわち、ナット２０の両端面部２０ａ，２０ａにそれぞれ設けられた１対の潤滑剤密封用シール４２は、互いにリップの屈曲が向き合うように設置されている。

＜潤滑剤排出孔＞
また、本実施形態のボールねじ装置１には、ナット２０の外周面と内周面とを貫通して、ナット２０の内部に供給された潤滑油を排出するための潤滑剤排出孔２３が１つ以上設けられている。この潤滑剤排出孔２３の内周面にはねじ溝が形成されている。
本実施形態のボールねじ装置１に設けられる潤滑剤排出孔２３の位置としては、図２に示すように、ナット２０の径方向における潤滑剤供給孔２２の正対位置が好ましい（図２に潤滑剤排出孔２３Ａとして示す。）。

また、本実施形態のボールねじ装置１に潤滑剤排出孔２３が複数設けられる場合には、図２に示すように、ナット２０の径方向における潤滑剤供給孔２２の正対位置に設けられた潤滑剤排出孔２３（２３Ａ）を基準として、ナット２０の周方向に角度（θ）をつけて設けることが好ましい。この角度（θ）としては、±４５°以内が好ましい。図２に、θ＝±４５°としたときの潤滑剤排出孔２３Ｂ，２３Ｃを示す。前述のように、潤滑剤排出孔２３の設置位置は、ナット２０の径方向における潤滑剤供給孔２２の正対位置が特に好ましいが、ナット２０を収めるハウジングのレイアウト、他部品との干渉によって、ナット２０の軸方向から見て角度（θ）をつけた配置となることがある。
さらに、本実施形態のボールねじ１において、潤滑剤排出孔２３は、少なくとも一対のシール間、すなわち潤滑剤密封用シール４２，４２間に設けられる。そして、必要に応じてそれ以外の箇所に設けられてもよい。

＜異物吸着部材＞
また、本実施形態のボールねじ装置１は、潤滑剤排出孔２３に取り付けられる異物吸着部材５０を有する。
異物吸着部材５０は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、本体部５１と、該本体部５１の先端部に設けられた吸着部５２とを有する。
［本体部］
本体部５１は、貫通孔５１ａが形成された管状をなしている。本体部５１の外周面には、潤滑剤排出孔２３の内周面に螺合するねじ部５１ｂが形成されている。
また、貫通孔５１ａは、本体部５１の先端部（吸着部５２が設けられる側の端部）において、端面５１ｃに穿孔された複数の貫通孔５１ｄによって構成されている。貫通孔５１ｄは、例えば、端面５１ｃを放射状に穿孔するように複数設けられる（図３（ａ），（ｂ）参照）。

さらに、貫通孔５１ａは、本体部５１（異物吸着部材５０）が潤滑剤排出孔２３に取り付けられた際に、潤滑剤排出孔２３に連通する。
ここで、図３（ａ），（ｂ）に示すように、本体部５１の先端部と、吸着部５２との間には、必要に応じて、磁石５３が設けられてもよい。磁石５３には、貫通孔５１ｄに連通して、貫通孔５１ｄと共に本体部５１の貫通孔５１ａを構成する貫通孔５３ａが設けられている（図３（ｂ）参照）。貫通孔５３ａの径は、貫通孔５１ａの径よりも小さく設定される。なお、この磁石５３は、潤滑剤の量が多く、排出される潤滑剤が十分である場合はなくてもよい。

［吸着部］
吸着部５２は、網目構造をなす材料や多孔性材料からなり、本体部５１の先端部を覆うように設けられる。吸着部５２の材料としては、例えば、フェルト、不織布、ファイバーネットなどが挙げられる。
吸着部５２は、本体部５１（異物吸着部材５０）が潤滑剤排出孔２３に取り付けられた際に、ねじ軸１０のボール転動溝１１の底部に摺接する。ここで、ボール転動溝１１が、いわゆるゴシックアーク形状で形成された場合、ボール３０とボール転動溝１１との接触角は一般的に４５°である。そして、異物吸着部材５０は、吸着部５２がボール転動溝１１に対して±２０°の幅の範囲で接触するように設置されている。なお、吸着部５２は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、ボール転動溝１１に非接触としてもよいが、排出される潤滑剤が少ない場合や、潤滑剤がグリースの揚合は、吸着を接触させた方が異物を除去する性能は向上する。このように吸着部５２がねじ軸１０のボール転動溝１１に接触するように異物吸着部材５０を潤滑剤排出孔２３に取り付けることによって、吸着部５２のボール転動溝１１に対する接触面積が少なく、発熱などを最小限にすることができる。

このような構成において、ナット２０の内部に供給された潤滑剤は、シール４０で画成されたナット２０の内部で、ボール３０が転動路を転動する際の摩擦を低減するように潤滑した後、ナット２０に形成された潤滑剤排出孔２３に取り付けられた異物吸着部材５０の貫通孔５１ａを通ってナット２０の外部に排出される。
このように、本実施形態のボールねじ装置１は、シール４０で画成されたナット２０の内部、すなわち、対をなす潤滑剤密封用シール４１，４１の内側に異物吸着部材５０を装着することによって、初期のならし運転で発生した摩耗粉を吸着部５２に吸着させ、ナット２０の内部を清浄にすることができる。

また、本実施形態のボールねじ装置１は、シール４０と異物吸着部材５０とを別部品としているため、異物吸着部材５０のみを簡単に交換することができ、吸着した摩耗粉が離散する前に廃棄することができる。その結果、摩耗粉の吸着しすぎによる吸着能力の低下を避けることができる。また、磁石５３の周辺を不織布やスポンジなどの網目構造の吸着部５２で覆うことによって、磁石５３に接近する異物を絡めとって、離散し難くすることができる。

＜異物吸着部材の他の態様＞
ここで、本実施形態のボールねじ装置における異物吸着部材の他の態様について、図４を参照して説明する。図４は、本発明のボールねじ装置における異物吸着部材の他の態様を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
図４（ａ），（ｂ）に示すように、異物吸着部材５０の吸着部５２の形状は、ねじ軸１０のボール転動溝１１に摺接する形状にとどまらず、ランド部（ボール転動溝１１間のねじ軸１０の外周面１０ａ）１２に摺接するフランジ部５４が設けられてもよい。このような構成を採用することによって、ランド部１２に付着した異物も異物吸着部材５０によって吸着することができ、異物の除去をより確実にすることができる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明に係るボールねじ装置の第２の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。なお、本実施形態は、上述した第１の実施形態に対して、異物吸着部材が設置される潤滑剤排出孔の位置が相違するだけであるので、上述した第１の実施形態と同様の構成については説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
図５に示すように、本実施形態のボールねじ装置１は、防塵用シール４１とそのさらに外側に設置されたシール４０（防塵用シール１）との間に設けられた潤滑剤排出孔２３（２３Ｄ）に異物吸収部材５０が取り付けられている。

このような構成を採用することにより、上述の第１の実施形態と同様に、潤滑剤密封用シール４２よりもナット２０の内側に異物吸着部材５０が取り付けられたので、初期のならし運転で発生した摩耗粉を吸着部５２に吸着させ、ナット２０の内部を清浄にすることができる。また、異物吸着部材５０が防塵用シール４１の内側に設置されたことによって、ナット２０の内部に侵入した微量の異物を吸着し、ボールねじ装置１の早期破損を防止することができる。

特に、防塵用シール４１と防塵用シール４１との間に異物吸収部材５０を装着することにより、異物吸着効果が著しく高くなる。これは、外側の防塵用シール４１を通過したものの、内側の防塵用シール４１によって掃きとられた異物が、ナット２０の反転時に内側の防塵用シール４１のストロ−クエンド部に集中して溜まるため、異物吸着部材５０が、このストロ−クエンド部を通過する際に簡単に掃きとって吸着することができるためである。
なお、図４に示したように、潤滑剤密封用シール４２も接触シールであるため、上記と同じような作用をなしている。よって、防塵用シール４１を一つ削減し、防塵用シール４１と潤滑剤密封用シール４２との間に異物吸着部材５０を装着しても同様な効果が得られる。

以上説明したように、本実施形態のボールねじ装置１では、シール４０で画成されたナット２０の内部、すなわち、対をなす潤滑剤密封用シール４１，４１の内側に異物吸着部材５０を装着することによって、シール越しにナットの内部に侵入した異物や、ナットの内部で発生した摩耗粉を効率的に捕獲することができる。
なお、本発明に係るボールねじ装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。例えば、上述の実施形態では、シールを、ねじ軸に接触（摺接）する接触シールとしたが、非接触のシールでもよい。

１ ボールねじ装置
１０ ねじ軸
１１ ボール転動溝
１２ ランド部
２０ ナット
２１ ボール転動溝
２２ 潤滑剤供給孔
２３ 潤滑剤排出孔
３０ ボール
４０ シール
４１ 防塵用シール
４２ 潤滑剤密封用シール
５０ 異物吸着部材
５１ 本体部
５１ａ 貫通孔
５２ 吸着部
５３ 磁石
５４ フランジ部

Claims (3)

1. 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、
   前記ナットの軸方向の両端面部に、前記ねじ軸と前記ナットとの間の隙間をシールするシールが少なくとも一対設けられ、
   前記ナットの外周面と内周面とを貫通して前記ナットの内部に供給された潤滑油を排出するための潤滑剤排出孔が設けられ、
   最内側の前記一対のシール間に設けられた前記潤滑剤排出孔には、前記潤滑剤排出孔に連通する貫通孔を有する本体部と、該本体部の先端部に設けられ、前記ねじ溝に摺接する吸着部とを有する異物吸着部材が取り付けられ、
   前記異物吸着部材の本体部の先端部と、前記吸着部との間に、磁石が設けられたことを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記吸着部が、前記ねじ軸のランド部に摺接するフランジ部を有することを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
3. 前記シールが前記ナットの軸方向の端面部の少なくともいずれかに複数設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ装置。

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