JP2012037063A - 直動ねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直動ねじ装置としてのボールねじ装置に供給した新たなグリースを、主にボールが転動する負荷路に供給する手段を提供する。
【解決手段】外周面に螺旋状の軸軌道溝４を形成したねじ軸３と、内周面に軸軌道溝４に対向するナット軌道溝６を形成したナット５と、軸軌道溝４とナット軌道溝６とで形成される負荷路と、該負荷路を転動する複数のボール２とを備えた直動ねじ装置としてのボールねじ装置１において、ナット軌道溝６の間のランド部５ａと、軸軌道溝４の間のランド部３ａとの間の半径方向隙間をＳとし、ボール２の直径をＤｗとしたときに、半径方向隙間Ｓを、０ ＜ Ｓ ≦ ０．１Ｄｗの範囲とする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、工作機械やプレス機械、射出成形機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や動力伝達用に用いられるボールねじ装置やローラねじ装置等の直動ねじ装置に関する。

従来の直動ねじ装置としてのボールねじ装置は、外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成した一対のナット部分を間座により連結したナットとを複数のボールを介して螺合させ、ナットの両端部に接触シールを装着し、対向配置されたナット軌道溝と軸軌道溝とにより形成される負荷路の両端をナットに設けたリターンチューブにより連通して２つの循環路を形成し、それぞれの循環路によりボールを循環させながらねじ軸の回転運動をナットの直線運動に変換して構成され、ねじ軸を回転させながら、ナットの一端に設けたフランジ部に形成されたグリースの補給穴から新たなグリースを加圧供給し、ナットの他端に設けた接触シールの隙間から劣化グリースを押出して、ナット内部の潤滑剤保持空間に存在している劣化グリースを新たなグリースに交換している（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１１−１１８０１７号公報（第２頁段落００１１−第３頁段落００１６、第２図）

一般に、軸軌道溝やナット軌道溝の加工は、加工代を減少させるために、荷重を受けたときの接触楕円がランド部（軸軌道溝間のねじ軸の外周面、またはナット軌道溝間のナットの内周面をいう。）に、はみ出さない範囲でランド部の直径をねじ軸の場合は小さく、ナットの場合は大きくして、軸軌道溝やナット軌道溝を比較的浅い溝に形成することが行われており、ねじ軸のランド部とナットのランド部との間の半径方向隙間は、ボールの直径の２０％程度にされている。

しかしながら、上述した従来の技術においては、ナット内部の潤滑剤保持空間に存在しているグリースを一端から他端に押出してグリースの交換を行っているため、ねじ軸のランド部とナットのランド部との間の、ボールの直径の２０％程度とされた比較的大きい半径方向隙間にもグリースが流入し、ランド部の間に存在するグリースは負荷路を転動するボールの潤滑には利用され難く、供給したグリースに無駄が生ずるという問題がある。

そこで、本発明は、ボールねじ装置等の直動ねじ装置に供給した新たなグリースを、主に転動体が転動する負荷路に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負荷路と、該負荷路を転動する複数の転動体とを備えた直動ねじ装置において、前記ナット軌道溝間のランド部と、前記軸軌道溝間のランド部との間の半径方向隙間をＳとし、前記転動体の直径をＤｗとしたときに、前記半径方向隙間Ｓを
０ ＜ Ｓ ≦ ０．１Ｄｗの範囲としたことを特徴とする。

これにより、本発明は、ナットランド部と軸ランド部との間の半径方向隙間へのグリースの充填を抑制して、ナットの内部に供給された新たなグリースを、主に負荷路に供給することができ、必要最小限のグリースの補給で、負荷路を転動するボールを有効に潤滑することができるという効果が得られる。

実施例１のボールねじ装置の断面を示す説明図 実施例１のヘリカルスペーサを示す斜視図 実施例１のヘリカルスペーサの取付状態を示す説明図 実施例２のボールねじ装置の断面を示す説明図 実施例２の潤滑剤の供給状態を示す説明図 実施例３のボールねじ装置の断面を示す説明図

以下に、図面を参照して本発明による直動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は実施例１のヘリカルスペーサを示す斜視図、図３は実施例１のヘリカルスペーサの取付状態を示す説明図である。
図１において、１は直動ねじ装置としてのボールねじ装置である。
２はボールねじ装置１の転動体としてのボールであり、合金鋼等の鋼材で製作された球体である。

３はボールねじ装置１のねじ軸であり、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２つの円弧凹面を略Ｖ字状に配置して構成されたゴシックアーク形状の溝である軸軌道溝４が所定のリードで螺旋状に形成され、軸軌道溝４の間に、ねじ軸３の外周面である螺旋状のランド部（軸ランド部３ａという。）が形成されている。
５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、２つの円弧凹面を略Ｖ字状に配置して構成されたゴシックアーク形状の溝であるナット軌道溝６が軸軌道溝４と対向して軸軌道溝４と同じリードで形成され、ナット軌道溝６の間に、ナット５の内周面である螺旋状のランド部（ナットランド部５ａという。）が形成されている。

本実施例のナットランド部５ａと、軸ランド部３ａとの半径方向隙間Ｓは、ボール２の直径をＤｗとしたときに、Ｓ＝０．２Ｄｗ程度に設定されている。
７は研削逃げ溝であり、ゴシックアーク形状の軸軌道溝４およびナット軌道溝６を研削加工により形成するために、軸軌道溝４およびナット軌道溝６の溝底に設けられた逃げ溝であって、螺旋状の軸軌道溝４およびナット軌道溝６の全長に渡って設けられている。

８はフランジ部であり、ナット５の外周部の一方の端部に設けられ、フランジ部８に設けられた取付ボルト穴８ａにより図示しない機械装置の移動台に取付ボルト等で固定される。
９はボールねじ装置１の連通部材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２が通過可能な内径を有する略Ｕ字形に曲折した管であって、ナット５の外周面の一部を軸方向と平行に切欠いた平面５ｂに設けられたナット軌道溝６に達する穴にその端部が嵌合してナット軌道溝６に連通しており、図示しないチューブ固定具等によりナット５に固定される。

これにより、軸軌道溝４とナット軌道溝６とにより形成される負荷路の両端部はリターンチューブ９の内径として形成された連通路により連通され、ボール２が循環する循環路が形成される。
本実施例の循環路は、ねじ軸３の軸方向に２箇所形成されている。
１０はシール部材としての高密封シールであり、合金鋼等の板材で製作された芯金と、この芯金に焼付けや接着等の接合手段で接合された、合成ゴムや合成樹脂等の弾性を有する弾性材で製作されたシール体とにより形成された円環状部材であって、ナット５の軸方向の両端部に取付けられており、そのシール体のリップ部１１の先端は、ナット５の両端部に取付けられたときに、内周縁が摺接するねじ軸３の部位の軸直角断面（ねじ軸３の軸芯が鉛直線となる断面をいう。）の形状に所定のシール代を持たせた相似形状に形成され、ねじ軸３の外周面３ａおよび／もしくは軸軌道溝４の円弧凹面で形成されるねじ軸３の外表面に内周縁が摺接して接触式シールとして機能する。

１３は潤滑剤供給穴であり、ナット５の外周面からナット５を半径方向に貫通して負荷路を構成するナット軌道溝６の溝底の研削逃げ溝７の底面に開口する穴であって、その外周面側には配管用めねじ等を形成した注入アダプタ１４がねじ止めされており、それぞれの循環路に潤滑剤としてのグリースを注入するために用いられる。
１６は潤滑剤排出穴であり、ナット５のフランジ部８と反対側の端部に設けられた高密封シール１０とその近傍の循環路との間に、ナット５を半径方向に貫通して形成されており、ねじ軸３を回転させたときに、ナット５の内部に存在するグリースをナット５の半径方向に導いて外部に排出する機能を有している。

１８は螺旋状部材としてのヘリカルスペーサであり、図２に示すように、樹脂材料または金属材料からなる矩形断面の薄板を、ナット軌道溝６の溝筋に沿った螺旋状に成形して形成され、その内径はねじ軸３の軸ランド部３ａの外径に遊嵌するように、その外径はナット５のナットランド部５ａの内径と同等に形成され、その矩形断面のナット軌道溝６の溝筋と直交する方向（溝直交方向という。）の幅は、負荷路を形成するナット軌道溝６を転動するボール２間の溝直交方向の距離より狭くなるように形成されている。

また、ヘリカルスペーサ１８は、その幅方向の中央部で、その巻方向の中央部に設けられたねじ穴１９（図２参照）に、図３に示すように、ナット５を半径方向に挿通させたボルト２０を螺合させて締結することにより、回転方向および軸方向の自由度を拘束された状態でナットランド部５ａに取付けられる。
なお、ヘリカルスペーサ１８の取付方法は、ナット５の外周面から半径方向に挿入した取付棒の先端を、ねじ穴１９と同様の位置に設けた嵌合穴に嵌合させ、回転方向および軸方向の自由度を拘束した状態でナットランド部５ａに取付けるようにしてもよい。

上記の循環路には、複数のボール２が装填されると共に、潤滑剤供給穴１３からと所定の量のグリースが負荷路に注入され、ねじ軸３を回転させることによってボール２が循環路を循環し、負荷路を転動するボール２がグリースにより潤滑されながらナット５に加えられた荷重を往復動自在に支持して、ナット５をねじ軸３の軸方向に沿って直線的に往復移動させ、ねじ軸３の回転運動がナット５の直線運動に変換され、ボールねじ装置１が直動ねじ装置として機能する。

このボールねじ装置１の作動のときに、図示しない自動給脂装置から供給されたグリースが潤滑剤供給穴１３から間欠的に負荷路に自動補給され、劣化したグリースは、ねじ軸３の回転に伴って、潤滑剤供給穴１３から離れた位置に配置された潤滑剤排出穴１６からナット５の外部に排出される。
このとき、本実施例のナット５のナットランド部５ａには、軸ランド部３ａとの間の半径方向隙間Ｓを塞ぐヘリカルスペーサ１８が取付けられているので、ナットランド部５ａと軸ランド部３ａとの間の半径方向隙間Ｓへのグリースの流入を抑制して、潤滑剤供給穴１３から供給された新たなグリースを、主に負荷路に配分することができ、ボール２の潤滑に利用できないグリースの無駄な補給を排除して、必要最小限のグリースの補給で、負荷路を転動するボール２を有効に潤滑することができる。

また、グリースが、潤滑剤供給穴１３から直接負荷路に供給されるので、ナット５に加えられた荷重を支持するボール２にグリースを直接作用させることができ、負荷路を転動するボール２の潤滑効率を高めることができる。
更に、ナット５の両端部には、ねじ軸３の外表面に摺接するリップ部１１を有する高密封シール１０が取付けられているので、ナット５の外部からの塵埃等の異物の侵入を防止することができると共に、ナット５の端面からのグリースの漏洩を防止することができる。

このように、本実施例のボールねじ装置１においては、ヘリカルスペーサ１８により半径方向隙間Ｓへのグリースの流入を抑制しながら、劣化したグリースを潤滑剤排出穴１６から排出するので、負荷路に新たなグリースを常に存在させることができ、必要最小限のグリースの補給により、ボールねじ装置１の寿命の延長や、磨耗の低減を図ることができる。

以上説明したように、本実施例では、ボールねじ装置のナットのナットランド部に、軸ランド部に遊嵌する、ナット軌道溝の溝筋に沿ったヘリカルスペーサを設けたことによって、ナットランド部と軸ランド部との間の半径方向隙間Ｓへのグリースの流入を抑制して、ナットの内部に供給された新たなグリースを主に負荷路に供給することができ、必要最小限のグリースの補給で、負荷路を転動するボールを有効に潤滑することができる。

なお、本実施例においては、潤滑剤供給穴には潤滑剤としてのグリースを供給するとして説明したが、潤滑剤としての潤滑油等を供給するようにしてもよい。

図４は実施例２のボールねじ装置の断面を示す説明図、図５は実施例２の潤滑剤の供給状態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。
本実施例のボールねじ装置１には、図４に示すように、上記実施例１のヘリカルスペーサ１８に代えて、螺旋状部材としてのヘリカルチューブ２５が設けられている。

ヘリカルチューブ２５は、樹脂材料または金属材料で形成されたチューブを、ナット軌道溝６の溝筋に沿った螺旋状に成形して形成され、その内径はねじ軸３の軸ランド部３ａの外径に遊嵌するように、その外径はナット５のナットランド部５ａの内径と同等に形成され、ナットランド部５ａの溝直交方向の中央部に配置されている。
２６は供給口であり、ナット５外周面から半径方向に、ナットランド部５ａへ貫通する挿入穴２７に挿入された、ヘリカルチューブ２５と同様の材料で形成された直管状のチューブであって、ヘリカルチューブ２５の巻方向の中央部でヘリカルチューブ２５と接続しており、ヘリカルチューブ２５の中空穴２８（図５参照）にグリースを供給すると共に、ヘリカルチューブ２５を回転方向および軸方向の自由度を拘束した状態でナットランド部５ａに取付ける機能を有している。

図５において、２９は吐出穴であり、ヘリカルチューブ２５の外周面から溝直交方向に中空穴２８へ貫通する穴であって、その開口はナット軌道溝６の方向に向けられており、ナット軌道溝６と軸軌道溝４とで形成される負荷路の方向へ、図５に網掛けを付して示したグリースを供給する機能を備えており、ヘリカルチューブ２５の巻方向に沿って等間隔に複数設けられている。

このようなヘリカルチューブ２５を設けたボールねじ装置１は、その作動のときに図示しない自動給脂装置から供給口２６に間欠的に自動補給されたグリースが、吐出穴２９から負荷路に供給され、劣化したグリースは、ねじ軸３の回転に伴って、潤滑剤排出穴１６からナット５の外部に排出される。
このとき、本実施例のナット５のナットランド部５ａには、ヘリカルチューブ２５が取付けられているので、負荷路を転動するボール２により押出されてナットランド部５ａと軸ランド部３ａとの間の半径方向隙間Ｓへ流入したグリースを、吐出穴２９から噴出させた新たなグリースでナット軌道溝６や軸軌道溝４に押戻すことができ、半径方向隙間Ｓへのグリースの流入を抑制して、供給口２６から供給された新たなグリースを、主に負荷路に配分することができ、必要最小限のグリースの補給で、負荷路を転動するボール２を有効に潤滑することができる。

また、グリースが、ヘリカルチューブ２５の吐出穴２９から直接負荷路に供給されるので、ナット５に加えられた荷重を支持するボール２にグリースを直接作用させることができ、負荷路を転動するボール２の潤滑効率を高めることができる。
更に、ナット５の両端部には、ねじ軸３の外表面に摺接するリップ部１１を有する高密封シール１０が取付けられているので、ナット５の外部からの塵埃等の異物の侵入を防止することができると共に、ナット５の端面からのグリースの漏洩を防止することができる。

このように、本実施例のボールねじ装置１においては、ヘリカルチューブ２５により半径方向隙間Ｓへのグリースの流入を抑制しながら、劣化したグリースを潤滑剤排出穴１６から排出するので、負荷路に新たなグリースを常に存在させることができ、必要最小限のグリースの補給により、ボールねじ装置１の寿命の延長や、磨耗の低減を図ることができる。

以上説明したように、本実施例では、ボールねじ装置のナットのナットランド部に、軸ランド部に遊嵌する、ナット軌道溝の溝筋に沿ったヘリカルチューブを設けたことによって、負荷路を転動するボールによりナットランド部と軸ランド部との間の半径方向隙間Ｓへ押出されたグリースを、吐出穴から噴出させた新たなグリースによりナット軌道溝や軸軌道溝へ押戻すことができ、半径方向隙間Ｓへのグリースの流入を抑制して、ナットの内部に供給された新たなグリースを主に負荷路に供給することが可能になり、必要最小限のグリースの補給で、負荷路を転動するボールを有効に潤滑することができる。

なお、本実施例においては、吐出穴はヘリカルチューブの巻方向に、等間隔に複数設けるとして説明したが、１箇所以上に設けるようにすれば足りる。
また、本実施例においては、グリースの供給口は、ヘリカルチューブの巻方向の中央部に設けるとして説明したが、複数箇所に設けるようにしても、中央部以外の位置に設けるようにしてもよく、潤滑剤排出穴の反対側の端部に設けるようにしてもよい。

更に、本実施例においては、供給口には潤滑剤としてのグリースを供給するとして説明したが、潤滑剤としての潤滑油や、加圧空気に潤滑油の粒子を分散させたオイルミスト等を供給するようにしてもよい。
更に、本実施例においては、ヘリカルチューブ２５の供給口２６にはグリースを供給するとして説明したが、ナット５に、上記実施例１で説明した潤滑剤供給穴１３を設けておき、供給口２６に加圧空気を供給して、負荷路を転動するボール２により半径方向隙間Ｓに押出されたグリースを吐出穴２９から噴出させた空気によりナット軌道溝６や軸軌道溝４へ押戻すようにしてもよい。このようにしても上記と同様の効果を得ることができる。

この場合に、ヘリカルチューブ２５を樹脂材料等の弾性材料で形成し、吐出口２９、およびヘリカルチューブ２５の両端部の開口を塞いで、中空穴２８に空気を供給し、その空気を加圧、減圧してヘリカルチューブ２５を軸ランド部３ａに干渉しない程度に伸縮させて、負荷路を転動するボール２により半径方向隙間Ｓに押出されたグリースをナット軌道溝６や軸軌道溝４へ押戻すようにしてもよい。このようにすれば、半径方向隙間Ｓの空間容積を変化させて、上記と同様の効果を得ることができる。

図６は実施例３のボールねじ装置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。
本実施例は、軸ランド部３ａと、ナットランド部５ａとの間の半径方向隙間Ｓを、上記実施例１および実施例２の半径方向隙間Ｓ（＝０．２Ｄｗ程度）より狭くしたものである。

この場合に、半径方向隙間Ｓを、０＜Ｓ≦０．１Ｄｗの範囲とすれば、半径方向隙間Ｓを実施例１のヘリカルスペーサ１８等で塞がなくても、ナットランド部５ａと軸ランド部３ａとの間の半径方向隙間Ｓへのグリースの流入を抑制して、ナット５の内部に供給されたグリースを主に負荷路に配分することができ、必要最小限のグリースの補給で、負荷路を転動するボール２を有効に潤滑することができる。

以上説明したように、本実施例では、ナットランド部と軸ランド部との間の半径方向隙間Ｓを、０＜Ｓ≦０．１Ｄｗの範囲としたことによって、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
なお、上記各実施例においては、循環路が２箇所に設けられたボールねじ装置を例に説明したが、循環路が１箇所のボールねじ装置の場合も同様である。

また、上記各実施例においては、ナット内部へのグリースの供給は自動給脂装置により間欠的に行うとして説明したが、自動給脂装置により連続的に供給するようにしてもよく、グリースガンを用いた手動給脂であってもよい。
また、上記各実施例においては、リターンチューブにより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、エンドキャップ式やデフレクタ式等の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。

更に、上記各実施例においては、直動ねじ装置は、転動体をボールとしたボールねじ装置であるとして説明したが、直動ねじ装置は前記に限らず、転動体を円柱状のローラとしたローラねじ装置であってもよい。

１ ボールねじ装置
２ ボール
３ ねじ軸
３ａ 軸ランド部
４ 軸軌道溝
５ ナット
５ａ ナットランド部
５ｂ 平面
６ ナット軌道溝
７ 研削逃げ溝
８ フランジ部
８ａ 取付ボルト穴
９ リターンチューブ
１０ 高密封シール
１１ リップ部
１３ 潤滑剤供給穴
１４ 注入アダプタ
１６ 潤滑剤排出穴
１８ ヘリカルスペーサ
１９ ねじ穴
２０ ボルト
２５ ヘリカルチューブ
２６ 供給口
２７ 挿入穴
２８ 中空穴
２９ 吐出穴

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で形成される負荷路と、該負荷路を転動する複数の転動体とを備えた直動ねじ装置において、
   前記ナット軌道溝間のランド部と、前記軸軌道溝間のランド部との間の半径方向隙間をＳとし、前記転動体の直径をＤｗとしたときに、前記半径方向隙間Ｓを
   ０ ＜ Ｓ ≦ ０．１Ｄｗ
   の範囲としたことを特徴とする直動ねじ装置。
2. 請求項１において、
   前記ナットの両端部に、前記ねじ軸の外表面に摺接するリップ部を有するシール部材を設けたことを特徴とする直動ねじ装置。

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