KR19990062691A

KR19990062691A - 볼나사

Info

Publication number: KR19990062691A
Application number: KR1019980052312A
Authority: KR
Inventors: 이사무 요시다; 마사히로 노부토모; 타카유키 오와다
Original assignee: 이토오 도요아키; 엔티엔 가부시키가이샤
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 1999-07-26
Also published as: US6178839B1; JPH11166608A

Abstract

나사축(1)의 외주에 형성된 나선형상의 나사홈면(1a)과, 볼너트(2)의 내주에 형성된 나선형상의 나사홈면(2a)의 사이에 형성된 나선형상의 순환로에 복수의 볼(3)이 구름순환이 자유롭도록 배치되어 있다. 볼너트(2)의 양단부에 실(seal)장착부(2b)가 설치되고, 그 밀봉부재 장착부(2b)에 고형상(固形狀)의 윤활조성물로 이루어진 밀봉부재(4)가 장착되어, 볼너트(2)의 내부를 밀봉하고 있다. 볼너트(2)의 내부에는, 윤활그리스(G)가 봉입되어 있다.

Description

볼나사

본 발명은, 볼너트 내로의 이물질의 침입이나, 볼너트 내로부터 윤활제유실에 의해 윤활부족이 발생하기 쉬운 환경 하에서 사용되는 볼나사에 관한 것이다.

볼나사의 밀봉장치로서는, 고무 등으로 이루어진 비접촉 밀봉장치를 볼너트의 단부에 장치하는 것이 많지만, 이 경우, 밀봉부재의 내주와 나사축의 나사홈면의 사이에 간격이 있으므로, 사용조건에 따라서는, 이물질침입이나 봉입그리스(grease)의 유실을 억제하는 효과가 부족하여, 볼나사의 기능저하나 수명저하를 초래하는 것이다. 특히, 주위환경온도가 높은 경우나 볼너트의 이동스트로크나 이동속도(나사축의 회전수)가 큰 경우 등, 나쁜 윤활조건 하에서는, 봉입그리스에 의한 윤활유만으로는, 볼과 나사홈면의 접촉부분의 윤활량이 부족할 가능성이 있다.

본 발명의 목적은, 밀봉성의 향상을 도모함과 동시에, 윤활성능의 개선을 도모하고, 상기와 같은 나쁜 윤활조건 하에 있어서, 보다 긴 수명의 볼나사를 제공하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명에서는, 볼너트의 내부에 윤활그리스를 봉입함과 아울러, 이 윤활그리스의 기유(基油)와 동종(同種) 또는 상호작용에 의해 윤활성 저하가 생기지 않는 윤활유를 성분으로 함유하는 고형상(固形狀)의 윤활조성물로 밀봉부재를 형성하고, 이것을 볼너트의 양단부에 장착하고, 그 내주를 나사축의 나사홈면에 미끄러져 맞닿게 한다. 「윤활조성물」은, 합성수지 등의 기본재료조직 중에 윤활유를 성분으로 보유하는 고형상의 것으로, 기본재료 중에 보유된 윤활유성분이 그 표면으로 서서히 계속하여 스며 나온 결과, 유성면(油性面)을 가진다. 「윤활유를 성분으로서 함유한다」는, 기본재료의 매트릭스 중에 윤활유의 상태로 분산 유지되고 있는 상태, 기본재료의 매트릭스 중에 윤활그리스의 상태로 분산 유지되고 있는 상태의 쌍방을 포함한다. 윤활조성물로서는, 예컨대, 특공소63-23239호, 특공소47-3455호에 기재된 조성물을 사용할 수 있다.

이 윤활조성물로 이루어진 밀봉부재를 볼나사의 나사홈면에 미끄러져 맞닿게 하여 볼너트 내를 밀봉하는 것에 의해, 높은 밀봉성이 얻어짐과 동시에, 윤활조성물로부터 나사홈면과 맞닿는 부분에 윤활유성분(보유된 윤활유, 또는 보유된 윤활그리스의 기유(基油))가 서서히 계속적으로 공급되고, 상기 맞닿는 부분의 마찰력이 저하되며, 더욱이, 볼나사의 운전에 따른 나사홈면의 전달이동에 의해 상기 맞닿는 부분으로 공급된 윤활유성분이 볼과의 접촉부분으로 보내지고, 볼너트 내에 있어서의 윤활그리스(봉입그리스)의 윤활기능을 보조한다. 즉, 봉입그리스 양이 볼너트 내의 윤활에 필요한 적당량으로 유지되고 있는 경우는, 봉입그리스에 의한 양호한 윤활기능이 기대되지만, 봉입그리스량은 운전시간의 경과에 따라서 감소하는 것이 불가피하고, 그 경우에도, 봉입그리스량의 감소에 따른 기능 저하 분이 윤활조성물로부터 공급되는 윤활유성분의 윤활기능에 의해 보조되며, 전체적으로 양호한 윤활기능이 긴 시간에 걸쳐 유지된다.

상기와 같이, 윤활조성물로부터 공급되는 윤활유성분은, 밀봉접합부분의 마찰력을 저하시키면서, 봉입그리스의 윤활기능을 보조하는 것이므로, 윤활조성물의 윤활유성분과 봉입그리스의 기유성분은 동종 또는 상호 작용에 의해 윤활성저하가 생기지 않는 것이 바람직하다. 「동종(同種)」으로는, 윤활조성물의 윤활유성분과 봉입그리스의 기유성분이 같은 것 또는 같은 종류의 성분인 것을 의미한다. 또한, 「상호작용에 의해 윤활성저하가 생기지 않는다」라는 것은, 윤활조성물의 윤활유성분과 봉입그리스의 기유성분이, 윤활성의 저하를 야기하는 물리적, 화학적 상호작용을 하지 않는 것을 의미한다. 결국, 윤활기능의 면에서 보아, 양 성분의 상성이 좋다라는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시례를 나타내는 단면도이고,

도 2는 밀봉부재의 정면도이고,

도 3은 밀봉부재 고정부의 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시례에 대하여 설명한다.

도 1에 나타내듯이, 나사축(1)의 외주에 형성된 나선형상의 나사홈면(1a)과, 볼너트(2)의 내주에 형성된 나선형상의 나사홈면(2a)의 사이에 형성된 나선형상의 순환로에 복수의 볼(3)이 회전순환이 가능하게 배치되어 있다. 볼너트(2)의 양단부(도 1은 한 쪽의 단부만을 나타내고 있다)에 밀봉부재 장착부(2b)가 설치되고, 그 밀봉부재 장착부(2b)에 고형상의 윤활조성물로 이루어진 밀봉부재(4)가 장착되며, 볼너트(2)의 내부를 밀봉하고 있다. 볼너트(2)의 내부에는, 윤활그리스(G)가 봉입되어 있다.

도 2에 나타내듯이, 밀봉부재(4)는, 예컨대, 4개의 입구(4a)가 원주등배위치에 있는 4분할 링이고, 그 내주에 나사축(1)의 나사홈면(1a)에 적합하게 미끄러져 맞닿는 접합부(4b)를 가진다.

밀봉부재(4)의 형성재료로 이루어진 고형상의 윤활조성물은, 적어도 상온(20℃) 이상의 온도에서 보유하는 윤활유성분을 표면에 스며들게 하는 성질을 가진 것이 바람직하고, 그와 같은 윤활조성물은, 다음의 방법으로 제조할 수 있다. 예컨대, 소정량의 윤활그리스 또는 윤활유와, 소정량의 초고분자량 폴리올레핀분말을 균일하게 혼합하고, 소정 형상의 형태로 넣고, 초고분자량 폴리올레핀분말의 겔화(gel化)점 이상의 온도에서, 더욱이 윤활그리스를 사용하는 경우는 그 적정점 이하의 온도에서 용융시키고, 상온에서 냉각 고화(固化)하는 것에 의해 얻어진다. 초고분자량 폴리올레핀 분말은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리메틸펜텐, 폴리부텐, 혹은 이들의 공중합체로 이루어진 분말, 또는 각각 단독의 분말을 배합한 혼합분말이고, 각 분말의 분자량은, 점도법에 의해 측정되는 평균분자량이 1×10⁶∼5×10⁶이 되도록 선택된다. 이와 같은 평균분자량의 범위에 있는 폴리올레핀은, 강성 및 보유성(保油性)에 있어서 저분자량의 폴리올레핀보다도 우수하고, 고온으로 가열하여도 거의 유동하지 않는다. 이와 같은 초고분자량 폴리올레핀의 윤활조성물 중의 배합비율은, 95∼1wt%로 한다. 또, 그 양은 조성물로 요구되는 난유도(難油度), 점도 및 경도에 좌우된다. 초고분자량 폴리올레핀의 양이 많을 수록, 소정의 온도로 용융 고화시킨 후의 겔의 경도가 크게 된다.

또한, 배합하는 윤활그리스는, 특히 한정되는 것은 아니고, 금속염 또는 비금속염으로 제조한 윤활그리스로서, 리튬금속염-디에스테르계, 리튬금속염-광유계, 나트륨금속염-광유계, 알루미늄금속염-광유계, 리튬금속염-디에스테르광유계, 비금속염-디에스테르계, 비금속염-광유계, 비금속염-폴리올에스테르계, 리튬금속염-폴리올에스테르계 등의 그리스가 알려져 있다. 배합하는 윤활유도 특히 한정되는 것은 아니고, 디에스테르계, 광유계, 디에스테르광유계, 폴리올에스테르계, 파라핀계 탄화수소유(예컨대, 폴리α-올레핀유), 나프텐계 탄화수소유, 에테르유, 에스테르유 등의 윤활유를 들 수 있다. 또, 윤활유 성분으로서 배합하는 윤활그리스의 기유(基油) 혹은 윤활유는, 볼너트(2)의 내부에 봉입하는 윤활그리스(G)의 기유와 동일하든지 또는 동류성분인 것이 바람직하지만, 윤활성저하를 일으키지 않는 것이라면 다른 것이어도 좋다.

상기한 초고분자량 폴리올레핀의 융점은, 그 평균분자량에 대응하여 변화하므로 일정하진 않지만, 예컨대, 점도법에 의한 평균분자량이 2×10⁶인 것의 융점은 136℃이다. 동 평균분자량의 시판품으로서는, 삼정석유화학공업주식회사제의 「미페론(등록상표)XM-220」 등이 있다.

따라서, 초고분자량 폴리올레핀의 기본재료 중에서 윤활그리스 또는 윤활유를 분산 유지시키기에는, 상기한 재료를 혼합한 후, 초고분자량 폴리올레핀이 겔화(gel化)를 일으키는 온도 이상으로, 다만 윤활그리스를 사용한 경우는 그 적정점 미만의 온도, 예컨대 150∼200℃로 가열한다.

상기와 같은 윤활조성물을 사용하여 소정형상으로 형성된 밀봉부재(4)는, 도 1에 나타내듯이, 그 외주에 탄성부재 예컨대 스프링(5)을 끼운 상태로 볼너트(2)의 밀봉부재 장착부(2b)에 장착되고, 더욱이, 밀봉부재 고정부(6)로 고정된다. 밀봉부재 고정부(6)는, 예컨대, 도 3에 나타내는 것으로, 밀봉부재(4)의 각 분할부분에 대응하는 4개의 누름부(4a)를 원주등배위치에 구비하고, 볼너트(2)의 단면에 나사 멈춤 등의 수단으로 고정된다.

밀봉부재(4)의 각 분할부분은 스프링(5)에 의해 내경 측에 탄성적으로 눌려지고, 그 내주의 접합부(4b)가 나사축(1)의 나사홈면(1a)에 끼워지고, 나사홈면(1a)에 0 이하의 조일 틈으로 접촉된다. 0 이하의 조일 틈이란, 접합부(4b)가 나사홈면(1a)에 조일 틈없이 접촉하고 있는 상태 또는, 접합부(4b)가 나사홈면(1a)에 조일 틈을 가지고 접촉되어 있는 상태를 말한다.

나사축(1)(또는 볼너트(2))이 회전하면, 그 회전동력이 볼(3)을 거쳐 볼너트(2)(또는 나사축(1))에 전달되고, 볼너트(2)(또는 나사축(1))가 축방향으로 이동한다. 그 때, 밀봉부재(4)의 접합부(4b)가 나사축(1)의 나사홈면(1a)에 0이하의 조이는 틈으로 미끄러져 맞닿으므로, 볼너트(2)의 내부에 봉입된 윤활그리스(G)가 외부로 누출되기 어렵고, 또한 외부로부터 이물질이 침입하기도 어렵다. 또한, 밀봉부재(4)의 기본재료조직 내에 보유된 윤활유성분이, 나사홈면(1a)의 맞닿는 부분으로 서서히 계속적으로 스며 나오고, 맞닿은 부분의 마찰력을 저감하므로, 밀봉부재(4)의 마찰이 작게되며, 저토크이다. 더욱이, 밀봉부재(4)로부터 나사홈면(1a)으로 스며 나온 윤활유 성분이, 볼나사의 운전에 따른 나사홈면(1a)의 전달이동에 의해 볼(3)과의 접촉부분으로 운반되고, 윤활그리스(G)의 윤활기능을 보조한다. 그 때문에, 운전시간의 경과에 따라서 윤활그리스(G)의 봉입량이 감소한 경우에도, 봉입량의 감소에 따른 윤활그리스(G)의 기능 저하 분이 밀봉부재(4)로부터 공급되는 윤활성분의 윤활기능에 의해 보조되며, 나쁜 윤활조건 하에 있어서도, 전체로서 양호한 윤활기능이 오랜 시간에 걸쳐서 유지된다. 또한, 밀봉부재(4)를 볼너트(2) 단부의 밀봉부재 장착부(2b)에 장착하는 구성이므로, 기존의 밀봉부재장착 볼나사에 대하여, 밀봉부재의 분리교환을 실시하는 것만으로, 이 실시례의 볼나사를 얻을 수 있다.

또한, 밀봉부재(4)는 도 2에 나타내는 바와 같은 4분할 링에 한정되는 것은 아니고, 3분할 링, 2분할 링, 1분할 링이어도 좋다. 또한, 나사축(1)의 나사홈면(1a)과의 적당한 미끄러짐 접합상태가 얻어진다면, 일체 링이어도 좋다.

본 발명은, 이하의 효과를 가진다.

(1) 봉입그리스량이 볼너트 내의 윤활에 필요한 적당량으로 유지되고 있는 경우는, 봉입그리스에 의해 양호한 윤활기능이 얻어진다. 또한, 운전시간의 경과에 따라서 봉입그리스량이 감소해 온 경우에도, 봉입그리스량의 감소에 따른 기능 저하 분이 밀봉부재에서 공급되는 윤활유성분의 윤활기능에 의해 보조되고, 전체로서 양호한 윤활기능이 오랜 시간에 걸쳐서 유지된다. 따라서, 본 발명의 볼나사는, 좋지 않은 윤활조건 하에서도, 높은 내구수명을 가진다.

(2) 고형상의 윤활조성물로 이루어진 밀봉부재의 내주가 나사축의 나사홈면에 미끄러져 맞닿으므로, 볼너트의 내부에 봉입된 윤활그리스가 외부로 누출되기 어렵고, 또한, 외부로부터의 이물질 침입도 어렵다.

(3) 밀봉부재의 기본재료조직 내에 보유된 윤활유성분이, 나사축의 나사홈면의 맞닿는 부분에 서서히 계속적으로 스며 나오고, 맞닿은 부분의 마찰력을 저하시키므로, 밀봉부재의 마모가 적고, 저토크이다.

Claims

외주에 나선형상의 나사홈면을 형성한 나사축과, 나사축이 관통하는 구멍의 내주에 나선형상의 나사홈면을 형성한 볼너트와, 나사축의 나사홈면과 이것에 대응하는 볼너트의 나사홈면의 사이에 형성된 나선형상의 순환로에 배치된 복수의 볼과, 볼너트의 양단부에 장착되고, 그 내주가 나사축의 나사홈면에 미끄러짐 접합하는 링 형상의 밀봉부재를 구비하고,

상기 볼너트의 내부에 윤활그리스를 봉입함과 아울러, 이 윤활그리스의 기유와 동종 또는 상호작용에 의해 윤활성저하를 방지하는 윤활유를 성분으로 함유하는 고형상의 윤활조성물로 상기 밀봉부재를 형성한 것을 특징으로 하는 볼나사.