JP6248580B2 - ボールねじ及びそれに用いられるシール - Google Patents

Description

本発明は、すり割り付きのシール及びそれを備えたボールねじに関する。

すり割り付きのシールを備えたボールねじの例として、特許文献１に開示されたボールねじが挙げられる。このボールねじに設けられるシールは、円筒形状をなす接触シールであり、内周にねじ軸の螺旋溝と係合するシール山を有し、その一部がナットの端面から外側に突出するようにナットに設けられている。また、この突出した部分が複数本のすり割りで分割されている。これらすり割りの長さは、ねじ軸のリードの０．７倍以上になるようにされている。ここで、特許文献１に開示されたボールねじは、軸方向に延びるすり割りとねじ軸線とのなす角をθ１とし、ねじ軸のリード角をθとすると、０＜θ１≦θの関係を満たしている。さらに、すり割りは軸の円周面で垂直方向に対し、θ２傾いている。ナットの外方向からの異物が、軸に接触しているシールの内周面に当たり、θ２の方向へ沿って登り、シール胴部の外周面に掻き出される。その後、ある程度溜まって自然にシール胴部の外周面から自重落下する。

特許第３６９２６７７号公報

しかしながら、特許文献１のボールねじは、シールの内周面とねじ軸の表面とのすきまが均一かつ微小であるため、ねじ軸の表面のグリースを一定の薄さにプレーティングすると同時にシールの端部で掃いてしまうことがある。これにより、シールの端部に余剰グリースが溜まったり、その余剰グリースがねじ軸にも堆積し、ねじ軸の遠心力によって飛散することがあり、改善の余地があった。

本発明は上記課題に着目してなされたものであり、その目的は、ナット内の余分なグリースの堆積や飛散をより効率的に防止するボールねじ及びそれに用いられるシールを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、ねじ軸の遠心力が作用しにくい位置で余分なグリースを外部に取り出す機能をシールが備えればよいことを知見した。
本発明は、本発明者らによる上記知見に基づくものであり、上記課題を解決するためのボールねじのある態様は、ねじ軸と、ナットと、複数のボールとを有し、
上記ねじ軸は上記ナットを貫通し、
上記ねじ軸の外周面に形成された螺旋溝と上記ナットの内周面に形成された螺旋溝とにより、上記ボールが転動する転動路が形成され、
上記ボールは、上記転動路内に配置され、
上記転動路内で転動する上記ボールを介して、上記ナットと上記ねじ軸とが相対移動するボールねじにおいて、
上記ねじ軸の外周を囲み、かつ内側に上記ねじ軸の螺旋溝に入り込むシール山と、上記ナットの軸方向外側に露出する筒状部と、
上記ねじ軸に対して空間を形成するように、この筒状部の内周面に設けられたグリース溜り部と、
このグリース溜り部に連通し、上記筒状部の外周面に開口する排出口と、
この排出口に連通し、上記筒状部に前記ねじ軸の軸線に対して平行に延びたすり割りとを有するシールが、上記ナットの移動方向の端部のうち、少なくとも一方の端部に取り付けられる。

また、上記ボールねじにおいては、上記ねじ軸の外周面と上記シールの内周面との間にすきまが設けられ、上記ねじ軸の螺旋溝と上記シールの内周面とのすきまの寸法が上記ねじ軸のランド部と上記シールの内周面とのすきまの寸法より大きいことが好ましい。それぞれのすきまの寸法は、ねじ軸の径方向の寸法である。なお、上記ねじ軸のランド部と上記シールの内周面とのすきまの寸法は０．３ｍｍ以下であることが好ましい。

また、本発明は、本発明者らによる上記知見に基づくものであり、上記課題を解決するためのシールのある態様は、ねじ軸と、そのねじ軸が貫通するナットと、上記ねじ軸の外周面に形成された螺旋溝と上記ナットの内周面に形成された螺旋溝とにより形成された転動路内を転動するボールとを有して、そのボールを介して、上記ナットと上記ねじ軸とが相対移動するボールねじの両端部に設けられるシールにおいて、
上記ねじ軸の外周を囲み、かつ内側に上記ねじ軸の螺旋溝に入り込むシール山と、上記ナットの軸方向外側に露出する筒状部と、
上記ねじ軸に対して空間を形成するように、この筒状部の内周面に設けられたグリース溜り部と、
このグリース溜り部に連通し、上記筒状部の外周面に開口する排出口と、
この排出口に連通し、上記筒状部に前記ねじ軸の軸線に対して平行に延びたすり割りとを有する。

また、上記シールにおいては、上記ナットに装着した際に、上記ねじ軸の外周面と上記シールの内周面との間にすきまが設けられ、上記ねじ軸の螺旋溝と上記シールの内周面とのすきまの寸法が上記ねじ軸のランド部と上記シールの内周面とのすきまの寸法より大きくなるように上記内周面を形成してもよい。それぞれのすきまの寸法は、ねじ軸の径方向の寸法である。なお、上記ねじ軸のランド部と上記シールの内周面とのすきまの寸法は０．３ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明によれば、ナット内の余分なグリースの堆積や飛散をより効率的に防止し、低コストのボールねじ及びそれに用いられるシールを提供することができる。

本発明のボールねじのある態様における構成を示す一部を切断した側面図である。 本発明のボールねじのある態様におけるシールの構成を示す図であり、（ａ）は軸方向に沿う断面図、（ｂ）はねじ軸との位置関係を示す部分断面図である。 本発明のボールねじのある態様における構成を示す正面図である。 図３の一部の拡大図である。 すり割りの図４におけるＡ矢視図である。 本実施形態のボールねじ及びそれに用いられるシールによってグリースの飛散が抑制されるメカニズムを示した図であり、（ａ）は軸方向に沿う断面図、（ｂ）は、ナットの移動方向前方に位置するシールの作用を示す正面図、（ｃ）は、ナットの移動方向後方に位置するシールの作用を示す背面図である。 本実施形態のボールねじの他の実施形態の構成におけるシールの端部の内周面に面取りを施した態様の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のある実施形態について図面を参照して説明する。
（構成）
図１に示すように、本実施形態のボールねじ１は、ねじ軸１０と、ナット２０と、複数のボール（図示せず）とを有する。
ナット２０は、貫通孔が形成された筒形状（例えば、円筒形状）をなし、この貫通孔にねじ軸１０が貫通するように設置される。
ねじ軸１０の外周面には螺旋溝１１が形成され、ナット２０の内周面にも、螺旋溝１１と同様のリードで螺旋溝（図示せず）が形成される。螺旋溝１１とナット２０の螺旋溝（図示せず）とで複数のボール（図示せず）が転動する転動路が形成される。
そして、このような構成をなすボールねじ１は、上記転動路内に配置されて転動する上記ボールを介して、ナット２０とねじ軸１０とが相対移動可能となっている。

ねじ軸１０は、ボールねじ１が設置される機台（図示せず）に回転自在に軸支され、かつモータ等の回転駆動源（図示しない）に連結されている。また、ナット２０の一方の端部にはフランジ２１が形成され、このフランジ２２を介して、このボールねじ１により進退駆動される移動テーブル等の移動体（図示せず）が装着される。よって、ねじ軸１０の回転によりナット２０を介して上記移動体を進退駆動するようになっている。

＜シール＞
さらに、本実施形態のボールねじ１には、少なくともナット２０の移動方向の後方の端部にシール３０が取り付けられている。ここで、上述したように、ねじ軸１０に対してナット２０が進退移動するボールねじ１にあっては、ナット２０の軸方向（移動方向）の両端にそれぞれ取り付けられていることが好ましい。

このシール３０は、ねじ軸１０の外周面を囲み、かつ内側にねじ軸１０の螺旋溝１１に入り込むシール山３１と、ナット２０の軸方向外側に露出する筒状部３２とを有する。
また、シール３０には、図２（ａ）に示すように、筒状部３２の内周面に、ねじ軸１０に対して空間を形成するようにグリース溜り部３３が設けられている。このグリース溜り部３３は、ナット２０の端部より露出するシール３０の一端部からナット２０内に埋設されるシール３０の他端部に向かって内周面が拡径するように形成される。すなわち、シール３０の一端部の内径がねじ軸１０のランド部１２に接する程度の径となっており、シール３０の他端部の内径がシール３０の一端部の内径よりも拡径されている。

また、シール３０には、グリース溜り部３３に連通し、筒状部３２の外周面に開口する排出口３５が設けられている（図６参照）。
排出口３５は、筒状部３２の軸方向の外端部から軸方向に延びて設けられている。なお、排出口３５の筒状部３２の外周面における開口部の形状はグリース溜り部３３からグリースが押し出されやすいように、円形状が好ましい。

［すきま］
ねじ軸１０の外周面とシール３０の内周面との間にはすきまＳが設けられている。そして、ねじ軸１０の螺旋溝１１（の底部）とシール３０の内周面とのすきまの寸法Ｓ１は、ねじ軸１０の螺旋溝１１，１１間のランド部１２とシール３０の内周面とのすきまの寸法Ｓ２より大きいことが好ましい（図２（ｂ）参照）。それぞれのすきまの寸法Ｓ１，Ｓ２は、ねじ軸１０の径方向の寸法である。なお、すきまの寸法Ｓ２は０．３ｍｍ以下であることが好ましい。

ここで、従来のシールの断面形状は、螺旋溝１１の断面形状がゴシックアーク形状であることに合わせて、すきまの寸法Ｓ１，Ｓ２がほぼ同じになるように均一をゴシックアーク形状となるように形成されていた。これに対し、本実施形態のシールの断面形状は、例えば、単一のＲ形状で形成することにより、すきまの寸法Ｓ１をすきまの寸法Ｓ２より大きくした。
このようにすきまの寸法Ｓ１，Ｓ２を規定することで、ねじ軸１０の表面に付着したグリースがナット２０内に入りやすい形状となる。

［すり割り］
さらに、シール３０の筒状部３２には、その軸方向の外端部から軸方向に沿って延びるすり割り３４が設けられている。
ここで、すり割り３４は、シール３０の周方向における排出口３５の設置位置と同じ位相で設けられ、かつ排出口３５に連通している。

このように、すり割り３４が筒状のシール３０の軸方向に沿って設けられることにより、シール３０の射出成形での製作が容易となり、コスト削減に繋がる。

すり割り３４の数は、筒状部３２の円周方向に等間隔に６箇所設けられているが、その数は、排出口３５の数や、後述の各機能を考慮して他の数とすることも可能である。また、全てのすり割り３４が排出口３５に連通していることが好ましいが、排出口３５に連通しないすり割り３４を設けてもよい。

すり割り３４は、ねじ軸１０の直径方向の線Ｌ１に対して、ねじ軸１０が右ねじのときに筒状部３２の外側端面からねじ軸１０の軸方向に見て反時計回りに角度βを以て傾斜させてある（図３参照）。なお、図３で示したねじ軸１０は右ねじであり、図３は図１の左側のシール３０を図１の左方から見た状態を示している。なお、図１の右側のシール３０を図１の右方から見ても図３のシール３０と同一に表れる。また、ねじ軸１０が左ねじの場合には、すり割り３４の傾斜角度βは右ねじの場合とは逆に、線Ｌ１に対して時計回りに傾斜させることになる。

また、すり割り３４は、角度βの方向にいずれも同一の幅寸法で形成されているから、すり割り３４の内側の対向する２つの面３４ａ、３４ｂ（図４，図５参照）は相互に平行な面をなしていて、各面３４ａ、３４ｂも角度βで傾斜している。そのため、対向する２面（３４ａ、３４ｂ）のうち、ねじ軸１０の回転方向の側にある面３４ｂでは、シール３０の筒状部３２の内周面との角度が鋭角になって、ここにエッジ部３４ｃを形成している。

（動作）
次に、本実施形態のボールねじの動作について図６を参照して説明する。
図６は本実施形態のボールねじ及びそれに用いられるシールによってグリースの飛散が抑制されるメカニズムを示した図であり、（ａ）は軸方向に沿う断面図、（ｂ）は、ナットの移動方向前方に位置するシールの作用を示す正面図、（ｃ）は、ナットの移動方向後方に位置するシールの作用を示す背面図である。
なお、この図６では、ナット２０の移動方向前方に位置するシールをシール３０Ａとし、ナット２０の移動方向後方に位置するシールをシール３０Ｂとして説明する。

まず、ボールねじ１の運転時には、ナット２０とねじ軸１０との間の空間にグリースを充填した状態で運転する。ここで、例えば、ねじ軸１０を図１において左から右方向に見て回転方向Ｂに左回転させると、ナット２０は図１において右方向に移動する。このナット２０の移動は、ナット２０内のグリースを、シール３０の筒状部３２の内周面とねじ軸１０との間のすきまＳから、ねじ軸１０の表面に一定の膜厚となって残留させながら行なわれる。

このとき、ナット２０内からねじ軸１０の表面に付着して外部に出ようとするグリースＧは、シール３０Ｂの筒状部３２において掻き取られると共に、この筒状部３２の反作用により、シール３０Ｂのグリース溜り部３３、排出口３５、及びすり割り３４を経て筒状部３２の外周に排出されるため、ねじ軸１０の表面に残るグリースは上記の膜厚を超えることはない。

そして、グリースＧは以下の(1)〜(5)の流れで誘導されていき、最終的にシール３０Ｂの外周面にグリースを堆積することでねじ軸１０の回転の影響を排除し、グリース飛散を抑制することができる。

(1) まず、図６（ｂ）に示すように、ねじ軸１０上のグリースが、シール３０Ａとねじ軸１０との間のすきまを経てナット２０に巻き込まれる。
(2) 次に、図６（ａ）に示すように、グリースが螺旋溝１１とシール３０Ａとのすきまを経てナット２０内に入る。

(3) 次に、図６（ａ）に示すように、ナット２０内に入ったグリースは、ボールによりランド部１２に押し寄せられる。
(4) 次に、図６（ａ）に示すように、ランド部１２に押し寄せられたグリースが、ねじ軸１０とシール３０Ｂとで形成されたグリース溜り部３３に溜まる。

(5) その後、図６（ａ），（ｃ）に示すように、グリース溜り部３３に溜まったグリースは、シール３０Ｂの排出口３５を経てナット２０から排出され、すり割り３４に沿って誘導され、シール３０Ｂの外周面に堆積する。
このとき、ナット２０内の余分なグリースＧが排出されるシール３０Ｂの外周面は、グリースＧに遠心力が作用しない場所である。このため、グリースＧが遠心力により周囲に飛散することがなく、この飛散とは関わりのないねじ軸１０の下方に自重で滴るように落下する。したがってグリースＧの飛散による弊害は生じない。

こうして、シール３０のすり割り３４により余分なグリースＧが落下するのは、ナット２０が移動する際にその後側になるシール３０Ｂからである。したがって図１〜図７の場合は、ねじ軸１０が図１の左から右を見て左回りしたときに、ナット２０は図１において右方向に移動し、そのときの後側になる図１において左側のシール３０からグリースＧが落下するものである。したがって、ねじ軸１０が逆方向に回転すると、ナット２０は図１において左方向に移動し、そのときの後側になる図１の右側のシール３０からグリースが同様に落下する。

以上説明したように、本実施形態のボールねじは、ナット２０の内部にあったグリースＧが、ナット２０の移動方向の後方端部に設けられたシール３０Ｂのグリース溜り部３３、排出口３５、及びすり割り３４を経て筒状部３２の外周に排出される。このため、ナット２０内の余分なグリースが、ねじ軸１０の遠心力が作用しにくい位置で外部に取り出されるから、周囲に飛散することがない。

特に、すり割り３４とグリース溜り部３３とが連通していることにより、ナットの移動方向の前側に設置されたシール３０は、ねじ軸１０の表面に付着した余剰グリースをナット２０内へ効果的に戻すことができる。そして、すり割り３４を介して余剰グリースをシール３０の外表面へ誘導することで、ナット２０内の潤滑に寄与しない余剰グリースがねじ軸１０に付着することを回避し、グリースの飛散を効果的に抑制することができる。

また、すり割り３４が筒状のシール３０の軸方向に沿って設けられることにより、シール３０の射出成形での製作が容易となり、ボールねじ及びシールのコスト削減に繋がる。

ここで、他の実施形態として、図７に示すように、シール３０の端面３６は、その内径に面取りがなされ、グリースをよりナット２０内へ誘導しやすい形状とされることが好ましい。端面３６ｃの面取りの形状や角度等は、内径側であれば特に制限はない。

本発明のボールねじは、例えば、半導体素子、液晶表示パネル製造装置、及び搬送装置、並びにその他のクリーン環境で使用される装置に用いられるボールねじや、三角ねじ、台形ねじ等のすべりねじに好適である。

以上、本発明に係るボールねじについて説明したが、本発明に係るボールねじ及びそれに用いられるシールは、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。なお、上記実施形態は、ねじ軸１０が右ねじの場合を例示して説明したが、ねじ軸１０は左ねじであってもよいことは勿論である。この場合には、上記の通りに図３に表れるすり割り３４の角度βが図３とは逆になる。

１ ボールねじ
１０ ねじ軸
１１ 螺旋溝
２０ ナット
３０ シール
３１ シール山
３２ 筒状部
３３ グリース溜り部
３４ すり割り
３５ 排出口
Ｓ すきま

Claims (4)

1. ねじ軸と、ナットと、複数のボールとを有し、
   前記ねじ軸は前記ナットを貫通し、
   前記ねじ軸の外周面に形成された螺旋溝と前記ナットの内周面に形成された螺旋溝とにより、前記ボールが転動する転動路が形成され、
   前記ボールは、前記転動路内に配置され、
   前記転動路内で転動する前記ボールを介して、前記ナットと前記ねじ軸とが相対移動するボールねじにおいて、
   前記ねじ軸の外周を囲み、かつ内側に前記ねじ軸の螺旋溝に入り込むシール山と、前記ナットの軸方向外側に露出する筒状部と、
   前記ねじ軸に対して空間を形成するように、この筒状部の内周面に設けられたグリース溜り部と、
   このグリース溜り部に連通し、前記筒状部の外周面に開口する排出口と、
   この排出口に連通し、前記筒状部に前記ねじ軸の軸線に対して平行に延びたすり割りとを有するシールが、前記ナットの移動方向の端部のうち、少なくとも一方の端部に取り付けられたことを特徴とするボールねじ。
2. 前記ねじ軸の外周面と前記シールの内周面との間にすきまが設けられ、前記ねじ軸の螺旋溝と前記シールの内周面とのすきまの寸法が前記ねじ軸のランド部と前記シールの内周面とのすきまの寸法より大きい請求項１に記載のボールねじ。
3. ねじ軸と、そのねじ軸が貫通するナットと、前記ねじ軸の外周面に形成された螺旋溝と前記ナットの内周面に形成された螺旋溝とにより形成された転動路内を転動するボールとを有して、そのボールを介して、前記ナットと前記ねじ軸とが相対移動するボールねじの両端部に設けられるシールにおいて、
   前記ねじ軸の外周を囲み、かつ内側に前記ねじ軸の螺旋溝に入り込むシール山と、前記ナットの軸方向外側に露出する筒状部と、
   前記ねじ軸に対して空間を形成するように、この筒状部の内周面に設けられたグリース溜り部と、
   このグリース溜り部に連通し、前記筒状部の外周面に開口する排出口と、
   この排出口に連通し、前記筒状部に前記ねじ軸の軸線に対して平行に延びたすり割りとを有することを特徴とするシール。
4. 前記ナットに装着した際に、前記ねじ軸の外周面と前記シールの内周面との間にすきまが設けられ、前記ねじ軸の螺旋溝と前記シールの内周面とのすきまの寸法が前記ねじ軸のランド部と前記シールの内周面とのすきまの寸法より大きくなるように前記内周面を形成した請求項３に記載のシール。

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