(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、前記ボール転動溝に対向する螺旋状のボール転動溝を内周面に有するとともにボール循環案内部材が装着されたボールナットと、前記両ボール転動溝間と前記ボール循環案内部材内に介挿された複数個のボールと、前記ボールナットの軸方向両端部に装着されたシール部材とからなるボールねじにおいて、
前記ボールナットには、前記内周面の前記両シール部材近傍に開口を有する潤滑剤循環路が設けられており、
前記両シール部材によって閉塞された前記ボールナットの内部と前記潤滑剤循環路内に潤滑剤が封入され、
前記潤滑剤が、前記ボールの転動公転によって前記潤滑剤循環路の一方の開口内に押し込まれ、他方の開口内から前記ボールナットの内部に押し出されることを特徴とする、
ボールねじ。
【請求項２】
外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、前記ボール転動溝に対向する螺旋状のボール転動溝を内周面に有するとともにボール循環案内部材が装着されたボールナットと、前記両ボール転動溝間と前記ボール循環案内部材内に介挿された複数個のボールと、前記ボールナットの軸方向両端部に装着されたシール部材とからなるボールねじにおいて、
前記ボールナットには、１回路ごとに該１回路を挟む一対の開口を前記内周面に有する潤滑剤循環路が設けられており、
前記両シール部材によって閉塞された前記ボールナットの内部と前記潤滑剤循環路内に潤滑剤が封入され、
前記潤滑剤が、前記ボールの転動公転によって前記潤滑剤循環路の一方の開口内に押し込まれ、他方の開口内から前記ボールナットの内部に押し出されることを特徴とする、
ボールねじ。
【請求項３】
外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、前記ボール転動溝に対向する螺旋状のボール転動溝を内周面に有するとともにボール循環案内部材が装着されたボールナットと、前記両ボール転動溝間と前記ボール循環案内部材内に介挿された複数個のボールと、前記ボールナットの軸方向両端部に装着されたシール部材とからなるボールねじにおいて、
前記ボールナットには、前記内周面の前記両シール部材近傍に開口を有する第１の潤滑剤循環路と、１回路ごとに該１回路を挟む一対の開口を前記内周面に有する第２の潤滑剤循環路とが設けられており、
前記両シール部材によって閉塞された前記ボールナットの内部と前記第１及び第２の潤滑剤循環路内に潤滑剤が封入され、
前記潤滑剤が、前記ボールの転動公転によって前記第１、第２の潤滑剤循環路の一方の開口内に押し込まれ、他方の開口内から前記ボールナットの内部に押し出されることを特徴とする、
ボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、グリース又はオイル（以下、「潤滑剤」という。）を用いるボールねじに関し、特に、電動式射出成形機の駆動装置又は電動式プレス機の駆動装置等に用いられるボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械及び一般産業機械等の送りねじとして、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、ねじ軸のボール転動溝に対向する螺旋状のボール転動溝を内周面に有するとともにボール循環案内部材（リターンチューブ、こま、エンドキャップ又はガイドプレート）が装着されたボールナットと、両ボール転動溝間とボール循環案内部材内に介挿された複数個のボールと、ボールナットの軸方向両端部に装着されたシール部材とからなるボールねじが用いられている。また、両シール部材によって閉塞されたボールナットの内部（ねじ軸の外周面とボールナットの内周面が形成する空間）には、通常、潤滑剤が封入されている（例えば、実公昭３８−７７２５号公報参照）。
【０００３】
なお、
（１）このようなボールねじにおいては、一般に、ねじ軸及びボールナットの材質としてクロムモリブデン鋼ＳＣＭ４１５Ｈ又はＳＣＭ４２０Ｈ（ JIS G 4105）が用いられ、浸炭焼入れ及び焼戻しによって表面硬さはＨＲＣ５８〜６２とされている。また、軸方向荷重を支承するボールとしては、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２（ JIS G 4805 ）からなる玉軸受用鋼球（ JIS B 1501 ）が用いられている。
（２）シール部材として、内周面がねじ軸のボール転動溝に適合する雌ねじ形状に成形加工された接触形若しくは非接触形ワイパシール、又は、内周面がねじ軸のボール転動溝の軸直角断面形状に対応した形状に成形加工されたリップシールが用いられている（例えば、（株）工業調査会発行  井澤實著「ボールねじ応用技術」初版（1993．5．20）第１３１〜１３６頁参照）。
（３）潤滑剤をボールナットの内部に充填すると、潤滑剤の攪拌抵抗によってボールねじの動摩擦トルクが増大して異常に発熱する。このため、潤滑剤の封入量は、ボールナットの内部容積の１／３〜１／２が目安とされている。
【０００４】
ところで、近年、省エネルギー性及び環境のクリーン性の観点から、電動式射出成形機の駆動装置又は電動式プレス機の駆動装置等の、従来は油圧シリンダを用いていた「短いストロークで駆動され且つ瞬間的に高負荷が加わる用途」にボールねじが多用されるようになっている。
【０００５】
しかし、この短いストローク（特に、ストロークがボールナットの全長よりも短い仕様）で駆動され且つ瞬間的に高負荷が加わる用途では、
▲１▼ ねじ軸及びボールナットの両ボール転動溝とボールとの接触面の間に、２０００ＭＰａ以上の瞬間的な高面圧が繰返し作用する。
▲２▼ ボールナットの内部に封入された潤滑剤は、ボールねじの揺動運動（微小送りによる繰返し運動）、すなわち、ボールの繰返し転動公転によってボールナットの両端部に押しやられ、その一部がボールの押出力によってシール部材から外部に漏出する。特に、潤滑剤としてグリースを用いた場合は、グリースがボールナットの両端部に滞留したままの状態になる。このため、潤滑を必要とする両ボール転動溝とボール間の潤滑剤の絶対量が不足して、両ボール転動溝とボールの接触面における油膜が上記▲１▼の高面圧によって破断されやすくなり、両ボール転動溝（特に、ねじ軸のボール転動溝）が早期に損傷する。
という問題があった。
なお、シール部材として、前述の接触形ワイパシール又はリップシールを用いたとしても、ボールの押出力による潤滑剤の漏出を完全に防止することはできない。
【０００６】
このような問題の対応策として、ボールナットに潤滑剤供給孔を設け、この潤滑剤供給孔からボールナットの内部に潤滑剤が間欠的又は連続的に補給されている（例えば、特開２０００−５２３９４号公報の図２参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、潤滑剤をボールナットの内部に間欠的又は連続的に補給しても、前述したように、潤滑剤はボールの繰返し転動公転によってボールナットの両端部に押しやられ、その一部がボールの押出力によってシール部材から外部に漏出する。このため、多量の潤滑剤を常に補給しなければならない。すなわち、省エネルギー性及び環境のクリーン性という電動化の趣旨に反して、多量の潤滑剤を消費するとともに、潤滑剤を垂れ流す状態になって周辺の環境を汚染するという問題があった。
【０００８】
本発明は、従来のボールねじの有するこのような問題に着目してなされたものであり、ボールナットの内部に多量の潤滑剤を間欠的又は連続的に補給する必要がなく、且つ、シール部材から外部への潤滑剤の漏出量が従来のものより少ないボールねじを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の請求項１に係るボールねじは、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、前記ボール転動溝に対向する螺旋状のボール転動溝を内周面に有するとともにボール循環案内部材が装着されたボールナットと、前記両ボール転動溝間と前記ボール循環案内部材内に介挿された複数個のボールと、前記ボールナットの軸方向両端部に装着されたシール部材とからなるボールねじにおいて、前記ボールナットには、前記内周面の前記両シール部材近傍に開口を有する潤滑剤循環路が設けられており、前記両シール部材によって閉塞された前記ボールナットの内部と前記潤滑剤循環路内に潤滑剤が封入され、前記潤滑剤が、前記ボールの転動公転によって前記潤滑剤循環路の一方の開口内に押し込まれ、他方の開口内から前記ボールナットの内部に押し出されることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に係るボールねじは、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、前記ボール転動溝に対向する螺旋状のボール転動溝を内周面に有するとともにボール循環案内部材が装着されたボールナットと、前記両ボール転動溝間と前記ボール循環案内部材内に介挿された複数個のボールと、前記ボールナットの軸方向両端部に装着されたシール部材とからなるボールねじにおいて、前記ボールナットには、１回路ごとに該１回路を挟む一対の開口を前記内周面に有する潤滑剤循環路が設けられており、前記両シール部材によって閉塞された前記ボールナットの内部と前記潤滑剤循環路内に潤滑剤が封入され、前記潤滑剤が、前記ボールの転動公転によって前記潤滑剤循環路の一方の開口内に押し込まれ、他方の開口内から前記ボールナットの内部に押し出されることを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項３に係るボールねじは、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、前記ボール転動溝に対向する螺旋状のボール転動溝を内周面に有するとともにボール循環案内部材が装着されたボールナットと、前記両ボール転動溝間と前記ボール循環案内部材内に介挿された複数個のボールと、前記ボールナットの軸方向両端部に装着されたシール部材とからなるボールねじにおいて、前記ボールナットには、前記内周面の前記両シール部材近傍に開口を有する第１の潤滑剤循環路と、１回路ごとに該１回路を挟む一対の開口を前記内周面に有する第２の潤滑剤循環路とが設けられており、前記両シール部材によって閉塞された前記ボールナットの内部と前記第１及び第２の潤滑剤循環路内に潤滑剤が封入され、前記潤滑剤が、前記ボールの転動公転によって前記第１、第２の潤滑剤循環路の一方の開口内に押し込まれ、他方の開口内から前記ボールナットの内部に押し出されることを特徴とする。
【００１２】
なお、請求項１乃至３に記載の文言「ボールナットの内部」とは、前述したように、ねじ軸の外周面とボールナットの内周面が形成する空間をいう。また、請求項２及び３に記載の文言「１回路」とは、後述するように、ボールが介挿される両ボール転動溝間とボール循環案内部材内とからなる１閉回路をいう。
【作用】
【００１３】
本発明の請求項１に係るボールねじによれば、ボールの転動公転によってボールナットの一方の端部に押しやられた潤滑剤は、ボールの押出力によってシール部材近傍の開口内に押し込まれる。そうすると、潤滑剤循環路内に封入されている潤滑剤が、他方のシール部材近傍の開口内からボールナットの内部に押し出される（ボールねじが反転する際も同様である。）。このため、潤滑剤を押し出すための圧力が分散されるから、シール部材から外部への潤滑剤の漏出量は従来のものより減少する。
【００１４】
請求項２に係るボールねじによれば、１回路ごとに、ボールの転動公転によって潤滑剤が一方の開口内に押し込まれる。そうすると、潤滑剤循環路内に封入されている潤滑剤が、他方の開口内からボールナットの内部に押し出される。このため、潤滑剤がボールナットの端部に押しやられたとしても、潤滑剤を押し出すための圧力が低下しているから、シール部材から外部への潤滑剤の漏出量は従来のものより減少する。
【００１５】
請求項３に係るボールねじは、請求項１の構成と請求項２の構成を組み合わせたものである。従って、請求項３に係るボールねじによれば、シール部材から外部への潤滑剤の漏出量は従来のものよりさらに減少する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明におけるボールねじの実施形態を説明する。なお、例示するボールねじは、総有効巻数（１回路における有効巻数×回路数）が２．５×２巻のリターンチューブ式ボールねじである。ここで、１回路、有効巻数及び回路数とは、それぞれ、ボールが介挿される両ボール転動溝間とボール循環案内部材（リターンチューブ）内とからなる１閉回路、１回路中のボールがねじ軸の周りを幾巻しているかを示す数、及び、１回路が幾列組み込まれているかを示す数をいう。
【００１７】
図１乃至図３に、本発明の第１の実施の形態を示す。
ねじ軸１の外周面には、螺旋状のボール転動溝５が形成されている。ねじ軸１が挿通されるボールナット２の内周面には、ボール転動溝５に対向する螺旋状のボール転動溝６が形成されている。また、ボールナット２には、ほぼコ字状のリターンチューブ７，７が装着されている。具体的に述べると、ボールナット２の外周面には平坦な切欠面１６が形成されており、この切欠面１６に貫設された挿通孔（図示せず。）にリターンチューブ７の両脚部が挿脱可能に差し込まれ、押え部材１７と小ねじ１８とによって切欠面１６上に固定されている。このリターンチューブ７内と両ボール転動溝５，６間とからなる１回路ごとに、複数個のボール３，３が介挿されている。ボールナット２の軸方向両端部には、シール部材４，４が装着されている。具体的に述べると、ボールナット２の両端部には凹部１９，１９が形成されており、この凹部１９，１９に内周面がボール転動溝５に適合する雌ねじ形状に成形加工された接触形ワイパシール４，４が嵌着されている。このワイパシール４は、前述の実公昭３８−７７２５号公報に示されるように、別体としてボールナット２に装着してもよい。また、ワイパシール４の替わりに、リップシールを用いてもよい。なお、符号２０，２１は、それぞれ、ボールナット２をハウジング（図示せず。）に取付けるためのフランジ部及びねじ挿通孔を示す。
【００１８】
また、ボールナット２の肉厚内には、内周面の両シール部材４，４近傍にそれぞれ開口９，１０を有する軸方向に直角な穿通孔１１，１２と、この穿通孔１１，１２に連通する軸方向の穿通孔１３とからなり、埋栓１５と後述のニップル１４によって閉空間とされた潤滑剤循環路８が設けられている。この潤滑剤循環路８内と両シール部材４，４によって閉塞されたボールナット２の内部（ねじ軸１の外周面とボールナット２の内周面が形成する空間）に、潤滑剤Ｇが封入されている。具体的に述べると、潤滑剤Ｇは、潤滑剤充填路８内に充填されるとともにボールナット２の内部容積の約１／２を占めるように封入されている。穿通孔１２のボールナット外周面側には、潤滑剤Ｇを補給するためのニップル１４が螺着されている。
【００１９】
なお、この第１の実施の形態および後述の第２乃至第５の実施の形態において、ボールナット２の内部に潤滑剤Ｇを充填させる場合は、ねじ軸１に軸方向の中空穴（図示せず。）を貫設して、この中空穴内に温度制御された液体又は空気を循環させることによってボールねじを強制冷却する。また、ニップル１４の位置は例示であって、この位置に限定されるものではない。
【００２０】
第１の実施の形態の作用を説明する。
ボールねじの揺動運動、すなわち、ボール３の繰返し転動公転によってボールナット２の一方の端部に押しやられた潤滑剤Ｇは、ボール３の押出力によってシール部材４近傍の開口１０（又は９）内に押し込まれる。そうすると、潤滑剤循環路８内に充填されている潤滑剤Ｇが、他方のシール部材４近傍の開口９（又は１０）内からボールナット２の内部に押し出される。このため、潤滑剤Ｇを押し出すための圧力が分散されるから、シール部材４から外部への潤滑剤Ｇの漏出量は従来のものより減少する。
【００２１】
なお、潤滑剤Ｇが劣化した場合は、ボールナット２から両シール部材４，４を抜脱して劣化した潤滑剤Ｇを除去し、ボールナット２の内部と潤滑剤循環路８内を洗浄する。その後、シール部材４，４をボールナット２に装着して、ニップル１４から新たな潤滑剤Ｇをボールナット２の内部と潤滑剤循環路８内に供給封入すればよい。
【００２２】
図４に、本発明の第２の実施の形態を示す。この第２の実施の形態は、上述の第１の実施の形態の変形態様である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
上述の第１の実施の形態との相違点は、ボールナット２の肉厚内に軸方向の穿通孔１３を設ける替わりに、その一方の端部がフランジ部２０に設けた軸方向の穿通孔４３に嵌挿される真直なパイプ２２と、このパイプ２２の他方の端部と連接連通するほぼＬ字状のパイプ２３をクランプ２４によってボールナット２の外周面に装着したことである（可撓性の材質とした場合は、バイプ２２，２３を一体としてもよい。）。すなわち、潤滑剤循環路８は、穿通孔１１，１２とパイプ２２，２３内とから形成されている。また、潤滑剤循環路８に対して円周方向に位相を１８０°ずらせたボールナット２のほぼ中央位置に、軸方向に直角な穿通孔２５が設けられている。この穿通孔２５のボールナット外周面側に、潤滑剤Ｇを充填供給するためのニップル１４が螺着されている。
なお、作用は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００２３】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。なお、前述の第１の実施の形態と同一又は相当部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
図５に示すように、ボールナット２の肉厚内には、左側の１回路を挟む一対の開口２７，２８を内周面に有する軸方向に直角な穿通孔２９，３０と、この穿通孔２９，３０に連通する軸方向の穿通孔３１とからなる潤滑剤循環路２６が設けられている。また、潤滑剤循環路２６に対して円周方向に位相を１８０°ずらせた位置に、右側の１回路を挟む一対の開口３３，３４を内周面に有する軸方向に直角な穿通孔３５，３６（開口３４はシール部材４近傍に位置している。）と、この穿通孔３５，３６に連通する軸方向の穿通孔３７とからなる潤滑剤循環路３２が設けられている。この潤滑剤循環路２６，３２内と両シール部材４，４によって閉塞されたボールナット２の内部に、潤滑剤Ｇが封入されている。具体的に述べると、潤滑剤Ｇは、潤滑剤循環路２６，３２内に充填されるとともにボールナット２内部の空間容積の約１／２を占めるように封入されている。さらに、穿通孔３５のボールナット外周面側に、潤滑剤Ｇを補給するためのニップル１４が螺着されている。なお、図６（第３の実施の形態の変形態様）に示すように、潤滑剤循環路２６の開口２７をシール部材４近傍に設けることが好ましい。
【００２４】
第３の実施の形態の作用を説明する。
１回路ごとに、ボール３の転動公転によって潤滑剤Ｇが一方の開口２８，３４（又は２７，３３）内に押し込まれる。そうすると、潤滑剤循環路２６，３２内に充填されている潤滑剤Ｇが、他方の開口２７，３３（又は２８，３４）内からボールナット２の内部に押し出される。このため、潤滑剤Ｇを押し出すための圧力が低下しているから、シール部材４から外部への潤滑剤Ｇの漏出量は従来のものより減少する。
【００２５】
なお、ボールねじの回路数が３以上の場合は、１回路ごとに当該１回路を挟む一対の開口を内周面に有する潤滑剤循環路を、円周方向に３６０°／Ｎ（Ｎは回路数）ずつ位相をずらした位置に設けることが好ましい。この場合、ボールナットの両端に位置する潤滑剤循環路の一方の開口をシール部材の近傍に設けることがより好ましい。
【００２６】
図７に、本発明の第４の実施の形態を示す。この第４の実施の形態も、上述の第３の実施の形態の変形態様である。なお、第３の実施の形態と同一又は相当部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
上述の第３の実施の形態との相違点は、ボールナット２の肉厚内に軸方向の穿通孔３１，３７を設ける替わりに、ほぼコ字状のパイプ３８，３９をそれぞれクランプ４１，４２によってボールナット２の外周面に装着したことである。すなわち、潤滑剤循環路２６，３２は、それぞれ、穿通孔２９，３０とパイプ３８内、及び穿通孔３５，３６とパイプ３９内とから形成されている。また、穿通孔３６に連通する軸方向の穿通孔４０が設けられ、そのボールナット端面側に潤滑剤を補給するためのニップル１４が螺着されている。
なお、作用は第３の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００２７】
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する（図示せず。）。
この第５の実施の形態は、前述の第１又は第２の実施の形態と第３又は第４の実施の形態を組合わせたものである。すなわち、ボールナット２には、内周面の両シール部材４，４近傍に開口９，１０を有する第１の潤滑剤循環路８（図２及び図４参照）と、１回路ごとに当該１回路を挟む一対の開口２７，２８；３３，３４を内周面に有する第２の潤滑剤循環路２６，３２（図５乃至図７参照）が設けられている。そして、両シール部材４，４によって閉塞されたボールナット２の内部と、第１及び第２の潤滑剤循環路８；２６，３２内に潤滑剤Ｇが封入されている。具体的に述べると、潤滑剤Ｇは、第１及び第２の潤滑剤循環路８；２６，３２内に充填されるとともにボールナット２内部の空間容積の約１／２を占めるように封入されている。なお、第２の潤滑剤循環路２６，３２は、リターンチューブ７，７と第１の潤滑剤循環路８に干渉しない円周方向に位相をずらせた位置に設けられる。
【００２８】
第５の実施の形態の作用を説明する。
第１の潤滑剤循環路８と第２の潤滑剤循環路２６，３２によって潤滑剤Ｇを押し出すための圧力が分散低下しているから、シール部材４から外部への潤滑剤Ｇの漏出量は従来のものよりさらに減少する。
【００２９】
上述の実施の形態はリターンチューブ式ボールねじについて例示したが、ボール循環案内部材として「こま」、「エンドキャップ」又は「ガイドプレート」を用いたボールねじに対しても本発明を適用することができることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係るボールねじによれば、ボールの転動公転によってボールナットの一方の端部に押しやられた潤滑剤は、ボールの押出力によってシール部材近傍の開口内に押し込まれる。そうすると、潤滑剤循環路内に充填されている潤滑剤が、他方のシール部材近傍の開口内からボールナットの内部に押し出される（ボールねじが反転する際も同様である。）。このため、潤滑剤を押し出すための圧力が分散されるから、シール部材から外部への潤滑剤の漏出量は従来のものより減少する。また、従来のボールねじのように、ボールナットの内部に多量の潤滑剤を間欠的又は連続的に補給する必要がない。
【００３１】
請求項２に係るボールねじによれば、１回路ごとに、ボールの転動公転によって潤滑剤が一方の開口内に押し込まれる。そうすると、潤滑剤循環路内に充填されている潤滑剤が、他方の開口内からボールナットの内部に押し出される。このため、潤滑剤がボールナットの端部に押しやられたとしても、潤滑剤を押し出すための圧力が低下しているから、シール部材から外部への潤滑剤の漏出量は従来のものより減少する。また、従来のボールねじのように、ボールナットの内部に多量の潤滑剤を間欠的又は連続的に補給する必要がない。
【００３２】
請求項３に係るボールねじは、請求項１の構成と請求項２の構成を組み合わせたものである。従って、請求項３に係るボールねじによれば、シール部材から外部への潤滑剤の漏出量は従来のものよりさらに減少する。また、従来のボールねじのように、ボールナットの内部に多量の潤滑剤を間欠的又は連続的に補給する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態の平面図。
【図２】  図１のボールナットを１８０°反転させた状態の縦断面図。
【図３】  図２の右側面図。
【図４】  本発明の第２の実施形態の縦断面図。
【図５】  本発明の第３の実施形態の縦断面図。
【図６】  本発明の第３の実施形態の縦断面図。
【図７】  本発明の第４の実施形態の縦断面図。
【符号の説明】
１              ねじ軸
２              ボールナット
３              ボール
４              シール部材
５，６          ボール転動溝
７              ボール循環案内部材（リターンチューブ）
８，２６，３２  潤滑剤循環路
９，１０，２７，２８，３３，３４  開口
Ｇ              潤滑剤
【図１】
0004001735.tif 000002
【図２】
0004001735.tif 000003
【図３】
0004001735.tif 000004
【図４】
0004001735.tif 000005
【図５】
0004001735.tif 000006
【図６】
0004001735.tif 000007
【図７】
0004001735.tif 000008