(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6252135
(24)【登録日】2017年12月8日
(45)【発行日】2017年12月27日
(54)【発明の名称】ボールねじ及びそれに用いられるシール
(51)【国際特許分類】
F16H 25/24 20060101AFI20171218BHJP
F16H 25/22 20060101ALI20171218BHJP
【FI】
F16H25/24 N
F16H25/24 L
F16H25/22 Z
【請求項の数】6
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2013-246341(P2013-246341)
(22)【出願日】2013年11月28日
(65)【公開番号】特開2015-105663(P2015-105663A)
(43)【公開日】2015年6月8日
【審査請求日】2016年11月24日
(73)【特許権者】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100105854
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 一
(74)【代理人】
【識別番号】100116012
【弁理士】
【氏名又は名称】宮坂 徹
(72)【発明者】
【氏名】宮崎 一成
(72)【発明者】
【氏名】丸山 大介
【審査官】
星名 真幸
(56)【参考文献】
【文献】
特開平10−205605(JP,A)
【文献】
特開平10−299854(JP,A)
【文献】
特開2007−255661(JP,A)
【文献】
特開2007−232051(JP,A)
【文献】
特開2000−145916(JP,A)
【文献】
特開2007−309428(JP,A)
【文献】
米国特許出願公開第2007/0227278(US,A1)
【文献】
独国特許出願公開第102006014359(DE,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16H 25/24
F16H 25/22
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、前記筒状部にその軸方向に延び、かつ前記ねじ軸の直径方向の線に対して、前記ねじ軸が右ねじのときに前記筒状部の外側端面から見て反時計回りに、また前記ねじ軸が左ねじのときに前記筒状部の外側端面から見て時計回りに傾斜させ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。
【請求項2】
前記シールのすり割りを、前記ねじ軸の軸線に対して、ねじ軸のねじのリード角を規定するねじ軸の外周面に形成された螺旋溝に沿う方向に傾斜させた請求項1に記載のボールねじ。
【請求項3】
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又は2に記載のボールねじ。
【請求項4】
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、前記筒状部にその軸方向に延び、かつ前記ねじ軸の直径方向の線に対して、前記ねじ軸が右ねじのときに前記筒状部の外側端面から見て反時計回りに、また前記ねじ軸が左ねじのときに前記筒状部の外側端面から見て時計回りに傾斜させたすり割りとを有することを特徴とするシール。
【請求項5】
前記すり割りが、前記ねじ軸の軸線に対して、ねじ軸のリード角を規定するねじ軸の外周面に形成された螺旋溝に沿う方向に傾斜させた請求項4に記載のシール。
【請求項6】
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4又は5に記載のシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第3692677号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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
記筒状部にその軸方向に延び、かつ上記ねじ軸の直径方向の線に対して、上記ねじ軸が右ねじのときに上記筒状部の外側端面から見て反時計回りに、また上記ねじ軸が左ねじのときに上記筒状部の外側端面から見て時計回りに傾斜させ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。
【0007】
また、上記ボールねじにおいては、上記シールのすり割りを、上記ねじ軸の軸線に対して、ねじ軸のねじのリード角を規定するねじ軸の外周面に形成された螺旋溝に沿う方向に傾斜させてもよい。
【0008】
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。
【0009】
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、上記筒状部にその軸方向に延び、かつ上記ねじ軸の直径方向の線に対して、上記ねじ軸が右ねじのときに上記筒状部の外側端面から見て反時計回りに、また上記ねじ軸が左ねじのときに上記筒状部の外側端面から見て時計回りに傾斜させたすり割りとを有する。
【0010】
また、上記シールにおいては、上記すり割りが、上記ねじ軸の軸線に対して、ねじ軸のリード角を規定するねじ軸の外周面に形成された螺旋溝に沿う方向に傾斜させてもよい。
【0011】
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。
【発明の効果】
【0012】
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ができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】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。
【
図2】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。
【
図3】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6】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。
【
図7】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。
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
<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の移動方向の端部のうち、少なくとも一方の端部にシール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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
[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。
【0020】
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な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がすきまの寸法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。
【0021】
[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延びるすり割り34が設けられている。このすり割り34は、ねじ軸10の直径方向の線に対して、ねじ軸10が右ねじのときに筒状部32の外側端面から見て反時計回りに傾斜させて設けられる。一方、ねじ軸10が左ねじのときには、筒状部32の外側端面から見て時計回りに傾斜させて設けられる。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
また、シール30のすり割り34は、ねじ軸10の軸線Xに対して角度αをもって傾斜させてある。この角度αの方向は、軸線Xよりもねじ軸10の外周面に形成された螺旋溝に沿う方向に傾斜している(
図1参照)。なお接線L2と軸線Xに直角な面Pとのなす角度がねじのリード角γである。したがって、接線L2は、リード角γとの関係で定義すれば、ねじ軸10のねじのリード角γを規定するねじ軸10の外周面に形成された螺旋溝であるということができる。そこで、すり割り34は、ねじ軸10の軸線Xに対して、ねじ軸10のねじのリード角γを規定するねじ軸10の外周面に形成された螺旋溝に沿う方向に傾斜させたと表現することができる。
【0025】
また、すり割り34は、角度α、βの各傾斜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α、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。
【0026】
(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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
(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。
【0031】
(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。
【0032】
(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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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とは逆になるし、また、
図1における接線L2と角度αも
図1において軸線X−Xの下側に線対称に表れる。
【符号の説明】
【0039】
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