JP2024089146A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑に寄与しないねじ軸のランド部に溜まるグリースをねじ溝内に戻すとともに、封止部材の縁部にグリースが溜まり難い構造として、長期間にわたって潤滑の安定化を図り、飛散グリース量、ひいては供給グリース量を低減して環境負荷低減に貢献可能なボールねじを提供する。【解決手段】封止部材４０の内周面は、ねじ軸２０のねじ溝２１に隙間を持って嵌合する突条部４２と、ねじ軸２０のランド部２２に隙間を持って嵌合する凹条部４３と、を備える。突条部４２及び凹条部４３には、突条部４２及び凹条部４３を横断するように、ねじ溝２１及びランド部２２に最接近して形成された各最接近部４４ａ，４４ｂをそれぞれ有する。各最接近部４４ａ，４４ｂとねじ溝２１及びランド部２２との各隙間ｃｍｉｎは、最接近部４４ａ，４４ｂの周方向及び軸方向における周囲の各隙間ｃより狭い。【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじに関し、特に、グリースの使用量が制限される環境において好適に利用することができるボールねじに関する。

図７に示すように、回転運動を直線運動に変換するボールねじ１０は、外周面に螺旋状のねじ溝２１が形成されたねじ軸２０と、内周面に螺旋状のねじ溝３１が形成されたナット３０とを備え、ねじ軸２０及びナット３０の両ねじ溝２１、３１間には、ねじ軸２０またはナット３０の回転運動に伴って転動する多数のボール２６が装填されている。

ボールねじ１０は、ねじ軸２０及びナット３０の両ねじ溝２１、３１間をボール２６が滑らかに転動できるように、グリースをナット３０の内部に保持すると共に、外部からの塵埃の侵入を防止することが求められている。このため、一般的に、ナット３０の軸方向端部には、ねじ軸２０とナット３０の間の隙間を封止する封止部材４０が設けられている。

しかし、封止部材４０を設けてもナット３０内のグリースは少しずつ漏れ出すため、外部から適宜グリースを供給しているのが現状である。ねじ軸外径部（ランド部）２２では、ボール２６により押し上げられたグリース５０ａが溜まっており、ナット３０の外に排出されたグリース５０ｂは、ねじ軸２０の回転により飛散してしまう。また、封止部材４０の縁部には、封止部材４０によりねじ軸２０から掻かれたグリース５０ｃが溜まる。これらのグリース５０ａ、５０ｂ、５０ｃは潤滑に関与することができず、実質的に潤滑に寄与するグリースが次第に少なくなる。

特許文献１には、ねじ軸の隣合うねじ溝の各周部間を繋げる円筒面状のランド部に、ナット内周面に干渉しない高さの突起を設け、該突起により潤滑に寄与していないグリースを効果的にねじ溝に戻すようにしたボールねじが開示されている。
また、特許文献２には、ナットの螺旋溝の両端部がナットの軸方向両端に達しない様に形成された縮径部を備えることで、ナットの内部にグリースを保持するようにしたボールねじが開示されている。

特開２００４－２７８７２２号公報 特開２０１７－２１１０４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のボールねじは、ランド部及びナット内周面に付着したグリースをねじ軸のねじ溝に戻すことはできるものの、戻したねじ溝内のグリースは制御されておらず、効率的な潤滑に寄与していない。また、ナット外に排出されたグリースは、軸回転により飛散して無駄に消費される虞がある。
また、特許文献２に記載のボールねじは、ナットの内部にグリースを保持することはできるが、ランド部と縮径部との間にグリースが滞留して、ねじ軸のねじ溝に効率的にグリースを戻すことができない。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、潤滑に寄与しないねじ軸のランド部に溜まるグリースをねじ溝内に戻すとともに、封止部材の縁部にグリースが溜まり難い構造として、長期間にわたって潤滑の安定化を図り、飛散グリース量、ひいては供給グリース量を低減して環境負荷低減に貢献可能なボールねじを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
［１］ 外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向し、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、前記ねじ軸のねじ溝と前記ナットのねじ溝とで形成される負荷軌道を転動する複数のボールと、前記ナットの少なくとも軸方向一端部に設けられて、前記ねじ軸と前記ナットの間の隙間を封止する封止部材と、
を備えるボールねじであって、
前記封止部材は、内周面に形成されて、前記ねじ軸のねじ溝に隙間を持って嵌合する少なくとも１条の突条部と、前記突条部に隣接し、隣り合う前記ねじ軸のねじ溝間のランド部に隙間を持って嵌合する少なくとも１条の凹条部と、を備え、
前記突条部及び前記凹条部は、前記ねじ軸の前記ねじ溝及び前記ランド部に近接するように前記突条部及び前記凹条部を横断して帯状に形成され、且つ、前記封止部材の軸方向両端部よりも軸方向内側に設けられる各最接近部をそれぞれ備え、
前記突条部と前記ねじ軸の前記ねじ溝との隙間に関して、前記突条部の最接近部における前記隙間が、前記突条部の最接近部の周方向及び軸方向における周囲の前記隙間より狭く、
前記凹条部と前記ねじ軸の前記ランド部との隙間に関して、前記凹条部の最接近部における前記隙間が、前記凹条部の最接近部の周方向及び軸方向における周囲の前記隙間より狭い、
ボールねじ。

本発明のボールねじによれば、潤滑に寄与しないねじ軸のランド部に溜まるグリースをねじ溝内に戻すとともに、封止部材の縁部にグリースが溜まり難い構造として、長期間にわたって潤滑の安定化を図り、飛散グリース量、ひいては供給グリース量を低減して環境負荷低減に貢献可能となる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るボールねじの断面図であり、斜線部は、封止部材の内周面に形成された最接近部の位置を示す。 図２Ａは、図１のＡ－Ａ断面図である。 図２Ｂは、図１のＢ－Ｂ断面図である。 図２Ｃは、図１のＣ－Ｃ断面図である。 図３は、封止部材の突条部とねじ溝間の隙間の軸方向変化を示す断面図である。 図４は、封止部材の凹条部とランド部間の隙間の軸方向変化を示す断面図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係るボールねじの断面図であり、斜線部は、封止部材の内周面に形成された最接近部の位置を示す。 図６は、本発明の第３実施形態に係るボールねじの断面図であり、斜線部は、封止部材の内周面に形成された環状の最接近部の位置を示す。 図７は、従来のボールねじにおいて、封止部材の縁部及びランド部に溜まるグリースを示す断面図である。

以下、本発明に係るボールねじの各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１及び図２に示すように、本実施形態のボールねじ１０は、外周面に螺旋状のねじ溝２１を有して軸方向に延びるねじ軸２０と、該ねじ軸２０のねじ溝２１に対応する螺旋状のねじ溝３１を内周面に有するナット３０と、ねじ軸２０とナット３０の隙間を封止する封止部材４０と、を備える。

ねじ軸２０のねじ溝２１とナット３０のねじ溝３１とは、互いに対向して両者の間に負荷軌道２５を形成しており、該負荷軌道２５にはグリースと共に転動体としての多数のボール２６が転動可能に装填されている。これにより、ボールねじ１０は、ねじ軸２０及びナット３０のいずれか一方の回転運動を、ナット３０及びねじ軸２０いずれか他方の直線運動に変換することができる。

ナット３０は、軸方向一端側にフランジ部３２が形成されると共に、少なくとも軸方向一方の端部（図に示す実施形態では左端部）には、円形凹部３３がねじ溝３１と同芯に形成されている。

フランジ部３２は、図示しない機械装置の移動台等に取付ボルト等で固定される。円形凹部３３には、ねじ軸２０とナット３０の間の隙間を封止するための封止部材４０が嵌合装着されている。

また、ナット３０には、負荷軌道２５と連通するボール戻し通路を備えた不図示の循環部品が配設されている。そして、負荷軌道２５とボール戻し通路によってボール２６の無限循環通路が形成される。無限循環通路には、所定の量のグリースと共に複数のボール２６が装填されている。

封止部材４０は、外径部４１がナット３０の円形凹部３３に嵌合固定される。封止部材４０の内周面には、ねじ軸２０のねじ溝２１に隙間を持って嵌合する１条の突条部４２と、ねじ軸２０のランド部２２に隙間を持って嵌合する１条の凹条部４３とが形成されている。ここで、ランド部２２とは、ねじ軸２０のねじ溝２１の隣り合う各周部間を繋げる円筒面状の部分のことである。

封止部材４０の突条部４２及び凹条部４３には、該突条部４２及び凹条部４３の一部を軸方向斜めに横断して（本実施形態では、突条部４２及び凹条部４３と直角に交差して）、ねじ軸２０のねじ溝２１及びランド部２２に最接近する帯状の最接近部４４（図１に斜線部で示す）が連続して形成されている。また、最接近部４４は、封止部材４０の軸方向両端部よりも軸方向内側に設けられる。詳細には、最接近部４４は、ランド部２２に対向して形成された最接近部４４ａと、ねじ軸２０のねじ溝２１に対向して形成された最接近部４４ｂとを有し、最接近部４４ａと最接近部４４ｂは連続して形成されている。

ここで、最接近部４４とは、突条部４２とねじ軸２０のねじ溝２１との隙間ｃ及び凹条部４３とねじ軸２０のランド部２２との隙間ｃが、最接近部４４の周方向及び軸方向における周囲の各隙間ｃより狭くなっている、最小隙間ｃ_ｍｉｎを形成する部分である。
即ち、突条部４２とねじ軸２０のねじ溝２１との隙間ｃに関して、突条部４２の最接近部４４ｂにおける隙間ｃが、突条部４２の最接近部４４ｂの周方向及び軸方向における周囲の隙間ｃより狭い。また、凹条部４３とねじ軸２０のランド部２２との隙間ｃに関して、凹条部４３の最接近部４４ａにおける隙間ｃが、凹条部４３の最接近部４４ａの周方向及び軸方向における周囲の隙間ｃより狭い。

具体的には、図２Ａ～図２Ｃに示すように、封止部材４０の内周面である突条部４２及び凹条部４３の断面形状は、最接近部４４において、ねじ軸２０のねじ溝２１及びランド部２２に対して部分的に接近するように形成されている。これにより、突条部４２とねじ軸２０のねじ溝２１及び凹条部４３とランド部２２との隙間ｃは、最接近部４４において最小隙間ｃ_ｍｉｎとなり、最接近部４４から周方向及び軸方向に離れるに従って漸増するように形成されている。なお、最接近部４４の最小隙間ｃ_ｍｉｎは、上記するように、周方向及び軸方向に離れるに従って漸増するように形成されてもよいが、段差状に増加させるように形成されてもよい。

また、図３に示すように、突条部４２とねじ軸２０のねじ溝２１間の隙間ｃは、ナット３０の軸方向外側から内側に向かって、即ち、軸方向外側から最接近部４４（４４ｂ）に向かって漸減し、最接近部４４において最小隙間ｃ_ｍｉｎとなり、さらに最接近部４４から離れるに従って漸増する。

同様に、図４に示すように、凹条部４３とランド部２２間の隙間ｃは、軸方向外側から最接近部４４（４４ａ）に向かって漸減し、最接近部４４において最小隙間ｃ_ｍｉｎとなり、さらに最接近部４４から離れるに従って漸増する。突条部４２とねじ軸２０のねじ溝２１間の隙間ｃ、及び凹条部４３とランド部２２間の隙間ｃの軸方向変化は、漸減及び漸増に替えて段差状に変化させてもよい。

なお、外部からの異物侵入を考慮する必要がない場合には、突条部４２とねじ軸２０のねじ溝２１間の隙間ｃと、凹条部４３とランド部２２間の隙間ｃはといずれも、軸方向内側よりも軸方向外側において大きくすることができる。

封止部材４０が、その内周面の一部に軸方向斜めに横断する帯状の最接近部４４を備えることで、ボールねじ１０の駆動時にランド部２２に押し上げられたグリースを、凹条部４３の最接近部４４ａで効率的にねじ溝２１に流動させ、さらに最接近部４４に向かって隙間が次第に狭くなる突条部４２の最接近部４４ｂにより、ねじ溝２１に流動させたグリースをねじ軸２０に触れさせることができる。

さらに、最接近部４４を除く突条部４２とねじ軸２０のねじ溝２１間及び最接近部４４を除く凹条部４３とランド部２２間の隙間ｃを大きくすることで、グリースを封止部材４０の縁部で掻き取ることなく隙間ｃ内へ侵入させ、最接近部４４によりねじ軸２０のねじ溝２１へ流動させることができる。

なお、最接近部４４における封止部材４０とねじ溝２１及びランド部２２間の最小隙間ｃ_ｍｉｎの大きさは、グリースの保持性能及び異物の侵入を防ぐため、０．１～０．２ｍｍとするのがよい。ただし、潤滑を重視する場合には、より大きい値とすることもでる。

また、封止部材４０の縁に溜まるグリース５０ｃ（図８参照）に対しては、図１に示すように、ナット３０の軸方向内側におけるねじ軸２０と封止部材４０間の最接近部４４を除く部分の隙間ｃを大きくすることで、ナット３０の軸方向内側では、駆動時にナット内部のグリースを最接近部４４以外の大きな隙間ｃ内に侵入させ、最接近部４４でねじ溝２１へ流動させることができる。

一方、ナット３０の軸方向外側においては、ランド部２２に付着してナット３０外に排出されたグリース５０ｂ（図８参照）は、ねじ軸２０の回転による遠心力の作用により、排出時よりも中央部が多少盛り上がる。そこで、ナット３０の軸方向外側におけるランド部２２と封止部材４０間の隙間ｃを最接近部４４より大きくすることで、その盛り上がったグリースをナット３０外へ掻き出すことなく封止部材４０の内側（隙間）へ侵入させ、最接近部４４でねじ溝２１へ流動させることができる。

これにより、最接近部４４によって、外部に漏れ出たわずかなグリースも再びナット３０内に戻すことができ、また、外部からの大きな異物の侵入も防ぐことができる。さらに、先行技術と比較してコスト、組立性の面でも優れており、また、既存ボールねじにも容易に適用するができる。また、封止部材４０をナット３０の軸方向両端に装着し、ストロークをナット長の半分以上とすれば、駆動領域すべてにおいて、上記した効果を発揮することができる。

以上説明したように、本実施形態のボールねじ１０によれば、ねじ軸２０のランド部２２に溜まるグリースを、封止部材４０により効率的にねじ溝２１内に戻して潤滑に寄与するグリースを増大させ、長期間にわたって潤滑の安定化を図ると共に、飛散グリース量、ひいては供給グリース量を低減して環境負荷を軽減することができる。
また、このように構成された本実施形態のボールねじ１０は、主にグリースの使用量が制限される環境での使用が好適であり、例えば、グリースの供給量削減が望まれる射出成形機における射出軸、締結軸、エジェクタ軸などでより効果的に使用できる。

（第２実施形態）
次に第２実施形態のボールねじ１０について、図５を参照して説明する。なお、第１実施形態のボールねじと同一部分については、同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

第２実施形態のボールねじ１０は、最接近部４４が、突条部４２及び凹条部４３と鋭角で交差して形成されている点において第１実施形態のボールねじ１０と異なる。

本実施形態のボールねじ１０では、最接近部４４が、突条部４２及び凹条部４３と鋭角、即ち、ねじ溝２１のリード角θに対して９０°より小さい角度で交差しているので、ねじ軸２０が回転したとき、ねじ軸２０（ねじ溝２１及びランド部２２）に付着したグリースには、最接近部４４によって図中矢印Ｐで示すように、ナット３０の軸方向内側に向かう大きな力が作用し、より効率的にグリースをねじ溝２１へ流動させることができ、グリースの保持性能が向上する。
なお、本実施形態のように、最接近部４４、即ち、突条部４２の最接近部４４ｂと凹条部４３の最接近部４４ａとが、突条部４２及び凹条部４３と鋭角で交差してそれぞれ形成されている場合には、突条部４２の最接近部４４ｂと凹条部４３の最接近部４４ａが連続でなく、分離して形成されても、同様の効果が期待できる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のボールねじ１０と同様である。

（第３実施形態）
次に第３実施形態のボールねじ１０について、図６を参照して説明する。なお、第１実施形態のボールねじと同一部分については、同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

第３実施形態のボールねじ１０は、最接近部４４が、ねじ軸２０の全周に亘って環状に形成されている点において第１、２実施形態のボールねじ１０と異なる。

ランド部２２に対応して形成される最接近部４４ａ及びねじ溝２１に対応して形成される最接近部４４ｂ、即ち最接近部４４は、ねじ溝２１のリード角θに対して角度をもってねじ軸２０を一周して形成されている。

詳細には、封止部材４０の図中紙面手前側の半周の最接近部４４（図６に左上がり斜線で示す）は、ランド部２２に対応する最接近部４４ａ、ねじ溝２１に対応する最接近部４４ｂ及びランド部２２に対応する最接近部４４ａが連続して形成されており、図中紙面奥側の半周の最接近部４４ａ（図６に右上がり斜線で示す）は、紙面奥側のランド部２２ａの縁に沿って形成されている。これにより、最接近部４４は、ねじ軸２０を一周している。なお、ランド部２２に対応する最接近部４４ａの幅は、ランド部２２の幅以下であることが好ましい。

最接近部４４が、ねじ軸２０を一周して形成されているので、ねじ軸２０の一周に亘ってグリースをねじ溝２１に効率的に流動させることができ、グリースの保持性能がさらに向上すると共に、外部からの異物混入リスクをより低減できる。

尚、本発明は、前述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向し、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、前記ねじ軸のねじ溝と前記ナットのねじ溝とで形成される負荷軌道を転動する複数のボールと、前記ナットの少なくとも軸方向一端部に設けられて、前記ねじ軸と前記ナットの間の隙間を封止する封止部材と、
を備えるボールねじであって、
前記封止部材は、内周面に形成されて、前記ねじ軸のねじ溝に隙間を持って嵌合する少なくとも１条の突条部と、前記突条部に隣接し、隣り合う前記ねじ軸のねじ溝間のランド部に隙間を持って嵌合する少なくとも１条の凹条部と、を備え、
前記突条部及び前記凹条部は、前記ねじ軸の前記ねじ溝及び前記ランド部に近接するように前記突条部及び前記凹条部を横断して帯状に形成され、且つ、前記封止部材の軸方向両端部よりも軸方向内側に設けられる各最接近部をそれぞれ備え、
前記突条部と前記ねじ軸の前記ねじ溝との隙間に関して、前記突条部の最接近部における前記隙間が、前記突条部の最接近部の周方向及び軸方向における周囲の前記隙間より狭く、
前記凹条部と前記ねじ軸の前記ランド部との隙間に関して、前記凹条部の最接近部における前記隙間が、前記凹条部の最接近部の周方向及び軸方向における周囲の前記隙間より狭い、
ボールねじ。
この構成によれば、潤滑に寄与しないねじ軸のランド部に溜まるグリースを、封止部材により効率的にねじ溝内に戻して潤滑に寄与させることができ、長期間にわたって潤滑の安定化を図ると共に、飛散グリース量、ひいては供給グリース量を低減して環境負荷低減に貢献できる。

（２） 前記各最接近部は、前記突条部と前記凹条部に亘って軸方向に連続して形成される、（１）に記載のボールねじ。
この構成によれば、ランド部に溜まるグリースを、効率的にねじ溝内に戻すことができる。

（３） 前記各最接近部と前記突条部及び前記凹条部とは、鋭角で交差する、（１）に記載のボールねじ。
この構成によれば、ランド部に溜まるグリースを、より効率的にねじ溝内に戻すことができる。

（４） 前記各最接近部は、前記突条部と前記凹条部に亘って環状に形成される、（１）～（３）のいずれか１つに記載のボールねじ。
この構成によれば、ねじ軸の全周のランド部に溜まるグリースを、より効率的にねじ溝内に戻すことができる。

１０ ボールねじ
２０ ねじ軸
２１ ねじ溝
２２、２２ａ ランド部
２５ 負荷軌道
２６ ボール
３０ ナット
３１ ねじ溝
４０ 封止部材
４２ 突条部
４３ 凹条部
４４、４４ａ、４４ｂ 最接近部
ｃ_ｍｉｎ 最小隙間（各最接近部とねじ軸のねじ溝又はランド部との隙間）
ｃ 隙間（突条部とねじ軸のねじ溝との隙間、凹条部とねじ軸のランド部との隙間）

Claims (4)

1. 外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向し、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、前記ねじ軸のねじ溝と前記ナットのねじ溝とで形成される負荷軌道を転動する複数のボールと、前記ナットの少なくとも軸方向一端部に設けられて、前記ねじ軸と前記ナットの間の隙間を封止する封止部材と、
   を備えるボールねじであって、
   前記封止部材は、内周面に形成されて、前記ねじ軸のねじ溝に隙間を持って嵌合する少なくとも１条の突条部と、前記突条部に隣接し、隣り合う前記ねじ軸のねじ溝間のランド部に隙間を持って嵌合する少なくとも１条の凹条部と、を備え、
   前記突条部及び前記凹条部は、前記ねじ軸の前記ねじ溝及び前記ランド部に近接するように前記突条部及び前記凹条部を横断して帯状に形成され、且つ、前記封止部材の軸方向両端部よりも軸方向内側に設けられる各最接近部をそれぞれ備え、
   前記突条部と前記ねじ軸の前記ねじ溝との隙間に関して、前記突条部の最接近部における前記隙間が、前記突条部の最接近部の周方向及び軸方向における周囲の前記隙間より狭く、
   前記凹条部と前記ねじ軸の前記ランド部との隙間に関して、前記凹条部の最接近部における前記隙間が、前記凹条部の最接近部の周方向及び軸方向における周囲の前記隙間より狭い、
   ボールねじ。
2. 前記各最接近部は、前記突条部と前記凹条部に亘って軸方向に連続して形成される、請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記各最接近部と前記突条部及び前記凹条部とは、鋭角で交差する、請求項１に記載のボールねじ。
4. 前記各最接近部は、前記突条部と前記凹条部に亘って環状に形成される、請求項１～３のいずれか１項に記載のボールねじ。

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