JP2017211042A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】ナットに冷却機構を備えたボールねじとして、冷却液がナット外部を循環する外部配管を無くすことで冷却機能を高めるとともに、外部温度の影響を受けないことでナットの円周方向で均一な冷却がなされるボールねじを提供することにある。【解決手段】内周面に螺旋溝が形成されたナット１と、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸２とナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道溝の間に配置されたボールとを備えたボールねじであって、ナット１の軸方向全体に貫通し、円周方向に等間隔で形成された複数の冷却用貫通孔１２ａ〜１２ｄと、ナット端面に位置し、冷却用貫通孔１２ａ〜１２ｄと連通する冷却液循環溝３２ａ、３２ｂを内部に備えた冷却媒体用溝付面板３２と、冷却媒体が冷却媒体用溝付面板３２から漏れることを防止する密封用面板３６とを備える。【選択図】図１

Description

この発明はボールねじに関する。

ボールねじは、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道溝の間に配置されたボールと、を備えている。
工作機械、射出成形機、半導体素子製造装置等の精密送り機構として使用されるボールねじは、高温になると、ねじ軸やナットの熱変形により、ボールの負荷分布異常や作動性の悪化が生じて、送り機構としての位置決め精度等に影響を及ぼすため、冷却した状態で使用されている。

特許文献１には、図５に示すように、ボールねじの冷却方法として、ナット１０を軸方向に貫通する複数の冷却用貫通孔５２ａ〜５２ｄが円周方向に等間隔で形成され、冷却用貫通孔５２ａ〜５２ｄに冷却媒質を通してナット１０を冷却することが記載されている。
ここで、特許文献１に記載のボールねじのように、ボールの循環をナット１０の軸方向端面に形成した凹部に取り付けたエンドデフレクタにより行うエンドデフレクタ循環方式の場合、ナット端面のエンドデフレクタを避けて複数の冷却用貫通孔５２ａ〜５２ｄを形成している。そして、ナット１０のフランジ５１が形成されていない側では、継手部材６２ａと継手部材６２ｂとをナット１０の外部にある配管６６で連結し、継手部材６２ｃと継手部材６２ｄとを外部にある配管６７で連結する、外部配管が設けられている。

特開２０１１−０１７４１９号公報

しかし、このような外部配管による構造では、冷却液がナット外部を循環する部分があるため、ナット内部を循環した場合に比べ、冷却されるナット部分が短くなり全体的な冷却能力が低くなる。
さらに、外部配管は周辺の温度の影響を受け易いので、ナットの円周方向で均一な冷却がなされずに温度勾配が発生し、ナットの真円度が低下して歪みが生じる恐れがある。

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、ナットに冷却機構を備えたボールねじとして、冷却液がナット外部を循環する外部配管を無くすことで冷却機能を高めるとともに、また、外部温度の影響を受けないことで、ナットの円周方向でさらに均一な冷却がなされるボールねじを提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明のボールねじは、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道溝の間に配置されたボールと、を備えたボールねじであって、前記ナットの軸方向全体に貫通し、円周方向に等間隔で形成された複数の冷却用貫通孔と、前記ナット端面に位置し、前記冷却用貫通孔と連通する冷却液循環溝を内部に備えた冷却媒体用溝付面板と、冷却媒体が前記冷却媒体用溝付面板から漏れることを防止する密封用面板と、を備えることを特徴とする。
本発明において、前記冷却用貫通孔と前記冷却液循環溝との繋ぎ部分がＲ形状であることを特徴とする。

本発明のボールねじによれば、冷却液がナット外部を循環する外部配管を無くすことで冷却機能を高めるとともに、また、外部温度の影響を受けないことで、ナットが円周方向で均一に冷却されるため、ナットの熱変形が抑制され、ボールの負荷分布異常や作動性の悪化を防ぐことができる。

発明の第一実施形態に相当するボールねじを示す正面図である。 発明の第一実施形態の冷却液循環溝付面板の略断面図である。 発明の第二実施形態の変形例に相当するボールねじを示す正面図である。 図３の点線で囲った円部分（符号Ａ）の拡大図である。 従来技術のボールねじを示す正面図である。

以下、この発明の実施形態について説明する。
［第一実施形態］
図１、２を用いて、第一実施形態のボールねじを説明する
この実施形態のボ−ルねじは、いわゆるエンドデフレクタ方式（内部循環方式）のボールねじであって、図１に示すように、ナット１と、ねじ軸２と、図示しないボールと、冷却媒体用溝付面板３２と、密封用面板３６と、を備えている。ナット１の内周面には螺旋溝が形成され、ねじ軸２の外周面にも螺旋溝が形成されている。ナット１の螺旋溝とねじ軸２の螺旋溝で形成される軌道溝の間には、図示しないボールが配置されている。また、ナット１の軸方向一端にはフランジ１１が形成されている。

エンドデフレクタ方式（内部循環方式）とは、ナット１の両端に形成されたエンドデフレクタでボールをすくい上げ、ナット内部を軸方向に貫通にするボール循環孔を通過して、再び軌道溝に戻す循環方式である。

ねじ軸２は、ねじ軸２の軸方向に沿って、ナット１を移動案内するためのものである。図示はしないが、外周面の全長にわたって、ボールの半径と略同じ曲率半径を有する断面半円形の螺旋溝が形成されている。
また、ナット１の軸方向一端には、フランジ１１が形成され、当該螺旋溝でボールの軌道が形成される。そして、装填された複数個のボールがこの軌道内を転動自在に転動し、ナット１は、ねじ軸２に対して相対的に直線移動する。

すなわち、ねじ軸２が回転すると、複数個のボールを介して螺合したナット１は、ねじ軸２の軸線方向に直線移動し、ボールは転動して軌道溝内を前進する。前進し、螺旋の一端側に達したボールは、ナット１の両端に組み込まれたエンドデフレクタですくい上げられ、内部の貫通穴を通過して再び螺旋溝に戻され再び循環することになる。

また、本実施形態では、ナット１には、軸方向に貫通する４本の冷却用貫通孔１２ａ〜１２ｄが、円周方向に等間隔で形成されている（図１参照。）。冷却用貫通孔の数が多いほど冷却効果を高めることができるが、ナットの機械的強度が低下し、加工コストも嵩むことになる。一方、冷却用貫通孔が２本と少ない場合は、円周方向に等間隔に配置されていても、配置間隔が大きいため、温度勾配が発生してナットが楕円状に熱変形しやすくなる。

冷却媒体用溝付面板３２は、中空の円板状でフランジ１１が形成されていない側のナット端面に設けられ、冷却媒体用溝付面板３２の内部に備えた冷却媒体用溝３２ａと、ナット１の円周方向で冷却用貫通孔１２ｂと冷却用貫通孔１２ｃとが接続している。また、冷却用貫通孔１２ａと冷却用貫通孔１２ｄとには、冷却媒体用溝付面板３２の内部に備えた冷却媒体用溝３２ｂと接続している。

冷却媒体用溝３２ａは、図２に示すように、冷却媒体用溝付面板３２の円板状に沿って円弧状に形成され、その両端には冷却用貫通孔１２ｂと冷却用貫通孔１２ｃと連通する丸い孔が設けられている。なお、同様に、冷却用貫通孔１２ａと冷却用貫通孔１２ｄと連通する冷却媒体用溝３２ｂが設けられているが、図２においては省略している。

密封用面板３６は、冷却媒体用溝付面板３２よりも小径な円板状に形成され、冷却媒体を冷却媒体用溝付面板３２から漏れることを防止するために、冷却媒体用溝付面板３２の片端に設けられている。

次に、ナット１の冷却動作について、図１を用いて説明する。ただし、各継手部材３１ｄは、図面上、ねじ軸２の背面に位置し、正面から見えないため示していない。
図１に示すように、ナット１の各冷却用貫通孔１２ａ〜１２ｄの両端に、各継手部材３１ａ〜３１ｄと、冷却媒体用溝３２ａ、３２ｂが連結された状態となる。そして、フランジ１１側の継手部材３１ａと継手部材３１ｄとを配管３３で連結する。フランジ１１側の継手部材３１ｂに冷却液導入用配管３４を接続する。フランジ１１側の継手部材３１ｃに冷却液排出用配管３５を接続する。ナット１のフランジ１１側では、冷却用貫通孔１２ａと冷却用貫通孔１２ｄとを冷却媒体用溝付面板３２の冷却媒体用溝３２ｂで連通し、冷却用貫通孔１２ｂと冷却用貫通孔１２ｃと冷却媒体用溝付面板３２の冷却媒体用溝３２ａで連通する。

そして、冷却液導入用配管３４から導入された冷却液は、継手部材３１ｂ→ナット１の冷却用貫通孔１２ｂ→冷却媒体用溝３２ａ→ナット１の冷却用貫通孔１２ｃ→継手部材３１ａ→配管３３→継手部材３１ｄ（図示無し）→ナット１の冷却用貫通孔１２ｄ→冷却媒体用溝３２ｂ→ナット１の冷却用貫通孔１２ａ→継手部材３１ｃ→冷却液排出用配管３５の順に流れる。この冷却液の流れによりナット１が全体的に冷却される。

したがって、この実施形態のボールねじによれば、冷却液がナット外部を循環する外部配管を備える構造ではなく、ナットと一体となっている冷却媒体用溝を循環する構造であるため冷却機能を高めるとともに、また、外部温度の影響を受けないことでナットの円周方向で均一な冷却がなされるため、ナット１の熱変形が抑制され、ボールの負荷分布異常や作動性の悪化を防ぐことができる。

［第二実施形態］
また、第一の実施形態の変形例として第二実施形態を図３に示す。第二実施形態は、第一実施形態のナット１やフランジ１１側の各継手部材３１ａ〜３１ｄについては同様の構成であるので、ここでの説明は省略し、相異する構成についてのみ説明する。
図３に示すように、冷却用貫通孔１２ｂと冷却媒体用溝３２ａとの繋ぎ部分、冷却用貫通孔１２ｃ冷却媒体用溝３２ａとの繋ぎ部分、冷却用貫通孔１２ｄと冷却媒体用溝３２ｂとの繋ぎ部分、冷却用貫通孔１２ａと冷却媒体用溝３２ｂとの繋ぎ部分、にはＲ形状（符号３２ｃ（Ｒ）の矢印先）に面取りがされている。

図４は、図３の点線で囲った円部分（符号Ａ）の拡大部分で、繋ぎ部分３２ｃを拡大した図面である。図４において、冷却用貫通孔１２ａと冷却媒体用溝付面板３２の冷却媒体用溝３２ｂの繋ぎ部分にはＲ形状（符号３２ｃ（Ｒ）の矢印先）が形成されている。本実施形態では、冷却用貫通孔１２ａと冷却媒体用溝３２ｂと同じ径で、冷却用貫通孔１２ａの半径の円状の面取りがなされている。これにより、冷却液の流れの抵抗が少なくなることで、冷却媒体の圧力損失を低減することができる。

なお、その繋ぎ部分３２ｃの面取りは、冷却液の流れの抵抗が少なくなる形状を有するものであればよく、面取りの形状は本実施形態のＲ形状に限定解釈されるものではない。

１ ナット
１１ フランジ
１２ａ〜１２ｄ 冷却用貫通孔
２ ねじ軸
３１ａ〜３１ｄ 継手部材
３２ 冷却媒体用溝付面板
３２ａ〜３２ｂ 冷却媒体用溝
３２ｃ Ｒ形状
３３ 配管
３４ 冷却液導入用配管
３５ 冷却液排出用配管
３６ 密封用面板

Claims (2)

1. 内周面に螺旋溝が形成されたナットと、
   外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、
   前記ナットの螺旋溝と前記ねじ軸の螺旋溝で形成される軌道溝の間に配置されたボールと、
   を備えたボールねじであって、
   前記ナットの軸方向全体に貫通し、円周方向に等間隔で形成された複数の冷却用貫通孔と、
   前記ナット端面に位置し、前記冷却用貫通孔と連通する冷却液循環溝を内部に備えた冷却媒体用溝付面板と、
   冷却媒体が前記冷却媒体用溝付面板から漏れることを防止する密封用面板と、を備えることを特徴とするボールねじ。
2. 前記冷却用貫通孔と前記冷却液循環溝との繋ぎ部分がＲ形状であることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。

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