JP2007107613A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】 作動性及び耐久性の向上が可能なボールねじを提供する。
【解決手段】 ねじ軸側転動溝８を有するねじ軸２と、ねじ軸側転動溝８と対向するナット側転動溝１０を有するナット４と、ナット４に取り付けられる循環部材６とを備え、ねじ軸側転動溝８とナット側転動溝１０との間に形成される負荷転動路１２内に、複数のボール１４が装填されるボールねじ１において、循環部材６を、負荷転動路１２内からボール１４をすくい上げる、又は負荷転動路１２内へボール１４を戻すタング部２２と、タング部２２が負荷転動路１２内からすくい上げた、又は負荷転動路１２内へ戻すボール１４が通過するボール戻し路２４とから形成し、ねじ軸側転動溝８とタング部２２の裏面２２ａとの間に設けた隙間のうち最小隙間Ｃ₁を、ボール１４の直径の１〜１５％の範囲内となるように設定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば、工作機械等で用いられるボールねじに関する。

工作機械等で使用されるボールねじとしては、特許文献１に記載されているようなものが発明されている。このボールねじは、図８に示すように、ねじ軸２と、ねじ軸２の外周側に配置されるナット４とを備えている。
ねじ軸２の外周面には、螺旋状のねじ軸側転動溝８が設けられており、ナット４の内周面には、ねじ軸側転動溝８に対向するナット側転動溝１０が設けられている。そして、ねじ軸側転動溝８とナット側転動溝１０との間に形成される負荷転動路１２には、複数のボール１４が転動自在に装填されている。

また、ナット４の外周面には、負荷転動路１２内を移動するボール１４をすくい上げて負荷転動路１２内へ戻す循環部材６が取り付けられている。循環部材６は、負荷転動路１２内を移動するボール１４をすくい上げる、又は負荷転動路１２内へボール１４を戻すタング部（図示せず）と、タング部が負荷転動路１２内からボール１４をすくい上げる、又は負荷転動路１２内へ戻すボール１４が通過するボール戻し路２４を備えている。

このようなボールねじ１では、負荷転動路１２内を移動するボール１４を、負荷転動路１２の螺旋軌道に沿ってすくい上げ、このすくい上げたボール１４を再び負荷転動路１２へ戻しているため、循環部材６は複雑な形状となる。そのため、循環部材６を大量生産するためには、樹脂材料の成形によって循環部材６を製造することが、循環部材６の作成コストを低減するために好適である。

樹脂材料によって成形された循環部材６は、ボール１４から外力を受けた際に変形しやすい。したがって、樹脂材料によって成形された循環部材６を備えたボールねじ１では、タング部にボール１４が衝突して、ボール１４からの外力がタング部に加わると、タング部が変形してねじ軸側転動溝８に接触するおそれがある。このため、樹脂材料によって成形された循環部材６を備えたボールねじ１では、ねじ軸側転動溝８とタング部との隙間を大きめの隙間に設定することにより、タング部がねじ軸側転動溝８に接触することを防止している。
特開２００４−１５６７６７号公報（図２）

しかしながら、上述したボールねじ１のように、ねじ軸側転動溝８とタング部との隙間を大きめに設定すると、ボールねじ１の使用時に、ボール１４がタング先端部に衝突しやすくなる。このため、ボールねじ１の使用時に発生する騒音や振動が増加するとともに、ボール１４がタング先端部に衝突した際に、ボール１４がタング先端部に加える外力によって、タング部が損傷する危険性が増加する。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、ねじ軸側転動溝とタング部との隙間を適切な隙間に設定することにより、騒音や振動の低減及びタング部の損傷防止を実現し、作動性及び耐久性の向上が可能なボールねじを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のうち、請求項１に記載した発明は、螺旋状のねじ軸側転動溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸側転動溝に対向するナット側転動溝を内周面に有するとともに前記ねじ軸の外周側に配置されるナットと、前記両転動溝間に形成される負荷転動路内に転動自在に装填される複数のボールと、を備え、
前記ナットは、前記負荷転動路内を移動する前記ボールをすくい上げて負荷転動路内へ戻す循環部材を備え、
当該循環部材は、前記負荷転動路内を移動する前記ボールをすくい上げる又は負荷転動路内へボールを戻すタング部と、前記タング部が前記負荷転動路内からすくい上げた前記ボール又は負荷転動路内へ戻すボールが通過するボール戻し路とから形成されるボールねじにおいて、
前記ねじ軸側転動溝と前記タング部との最小隙間は、前記ボールの直径の１％〜１５％の範囲内であることを特徴とするものである。

本発明によると、ねじ軸側転動溝とタング部との最小隙間が、適切な範囲内に設定されるため、ねじ軸側転動溝とタング部との接触によって生じる摩擦等の低減が可能となる。また、ボールからタング部に加わる外力の一部をねじ軸によって受けることが可能となるため、ボールからタング部に加わる外力を低減することが可能となる。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明であって、前記循環部材は、樹脂材料によって成形されていることを特徴とするものである。
本発明によると、循環部材を樹脂材料で成形することにより、ボールが循環部材に衝突した際に、循環部材が弾性変形を生じるため、ボールが循環部材に加える外力によって、循環部材が損傷することが防止される。

本発明によれば、ねじ軸側転動溝とタング部との接触によって生じる摩擦等の低減が可能となるとともに、ボールからタング部に加わる外力の一部をねじ軸によって受けることが可能となるため、騒音や振動の低減及びタング部の損傷防止が可能となる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、図１から図６を参照して本発明の実施形態の構成を説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態のボールねじ１は、ねじ軸２と、ナット４と、循環部材６とを備えている。
ねじ軸２は、螺旋状のねじ軸側転動溝８を外周面に有しており、モータ等の回転動力源（図示せず）に連結されている。

ナット４は、ねじ軸２の外周側に配置され、ねじ軸側転動溝８と対向するナット側転動溝１０を内周面に有している。そして、ねじ軸側転動溝８とナット側転動溝１０との間に形成される負荷転動路１２内には、複数のボール１４が転動自在に装填されている。ナット４の外周面には、循環部材６が取り付けられる循環部材取付け部１６が形成されている。循環部材取付け部１６に取り付けられた循環部材６は、保持部材１８によってナット４の中心軸側に向けて押圧され、保持部材１８は、止めねじ２０によってナット４に固定される。
循環部材６は、全体として略Ｕ字状をなしており、負荷転動路１２内を移動するボール１４を一方の端部からすくい上げ、他方の端部から負荷転動路１２内に戻す。すなわち、負荷転動路１２と循環部材６によって、ボール１４の無限循環路が構成されている。

以下、図３を参照して、循環部材６の構成について説明する。
循環部材６は、図３に示す循環部材片６ａを、二つ組み合わせて形成されている。循環部材片６ａは、樹脂材料によって成形され、略半円筒形状に形成されており、軸方向に沿った数箇所を湾曲させることにより、全体として略Ｕ字状をなしている。循環部材片６ａは、循環部材片６ａの一方の端部に設けられ、負荷転動路１２内からボール１４をすくい上げる、又は負荷転動路１２内へボール１４を戻すタング部２２と、タング部２２が負荷転動路１２内からすくい上げた、又は負荷転動路１２内へ戻すボール１４が通過するボール戻し路２４とから形成されている。タング部２２は、循環部材取付け部１６に循環部材６を取り付けた状態において、タング部２２のうちねじ軸側転動溝８と対向する裏面２２ａと、ねじ軸側転動溝８との間の隙間が、同一または略同一となるように形成されている。

以下、図４を参照して、ねじ軸２とタング部２２との位置関係について説明する。
図４は、循環部材取付け部１６に循環部材６を取り付けた状態における、ねじ軸２とタング部２２との位置関係を示す図である。図中に示されているように、ねじ軸側転動溝８とタング部２２の裏面２２ａとの間には隙間が設けられており、この隙間のうち、ねじ軸側転動溝８と裏面２２ａとの間が最も小さい隙間を、最小隙間Ｃ₁とする。最小隙間Ｃ₁は、ボール１４からの外力がタング部２２に加わっていない状態で、ボール１４の直径の１〜１５％の範囲内となるように設定されている。

以下、図５及び図６を参照して、最小隙間Ｃ₁を、ボール１４からの外力がタング部２２に加わっていない状態で、ボールの直径の１〜１５％の範囲内となるように設定した理由について説明する。
図５に示すように、ボールねじ１を使用していない状態等、ボール１４がタング部２２に衝突していない状態では、ボール１４からの外力がタング部２２に加わっていないため、タング部２２に変形が生じておらず、タング部２２の裏面２２ａは、ねじ軸側転動溝８に接触していない。

このとき、最小隙間Ｃ₁の下限値がボール１４の直径の１％未満に設定されていると、循環部材６の成形時に生じる微小な変形や、ボールねじ１の組立て時に生じる位置ずれ等によって、タング部２２の裏面２２ａが、常にねじ軸側転動溝８に接触した状態となるおそれがある。
したがって、最小隙間Ｃ₁の下限値をボール１４の直径の１％以上に設定することが、タング部２２の裏面２２ａとねじ軸側転動溝８との接触を防止するために好適である。

また、図６に、ボールねじ１を用いて、ボールねじ１の使用時に発生する騒音レベルを測定した結果を示す。なお、本測定試験では、ボール１４として鋼球製のボールを用い、ボール１４の直径は３．９６９ｍｍとした。また、図の横軸は、ねじ軸側転動溝８とタング部２２の裏面２２ａとの最小隙間Ｃ₁を示し、図の縦軸は、ボールねじ１の使用時に発生する騒音レベルを示している。

また、本測定試験では、測定条件として、最小隙間Ｃ₁を０．１ｍｍ単位で変化させた際に、それぞれボールねじ１の使用時に発生する騒音を測定した。さらに、ねじ軸２の毎分回転数は、２４００ｒｐｍ、３２００ｒｐｍ、４０００ｒｐｍの三通りに設定した。
図６中に示されているように、最小隙間Ｃ₁が０．６ｍｍを超えた場合、すなわち、最小隙間Ｃ₁がボール１４の直径の１５％を超えた場合、三通りの回転数の全てにおいて、ボールねじ１の使用時に発生する騒音レベルが急激に上昇する。この原因は、最小隙間Ｃ₁がボール１４の直径の１５％を超えると、ボール１４が、急激にタング部２２に衝突しやすくなるためであると考えられる。

また、図中には示されていないが、騒音と同様に振動を測定した結果も、最小隙間Ｃ₁がボール１４の直径の１５％を超えると、三通りの回転数の全てにおいて、ボールねじ１の使用時に発生する振動が急激に増加する。
したがって、最小隙間Ｃ₁の上限値をボール１４の直径の１５％以下に設定することが、ボールねじ１の使用中に発生する騒音及び振動を低減させるために好適である。

次に、図７を参照して、上記の構成を備えたボールねじ１の作用・効果等を説明する。
回転動力源を駆動させてねじ軸２を回転させると、ねじ軸２の回転に伴って、ナット４がねじ軸２の軸方向に沿って移動する。このとき、負荷転動路１２内に装填されているボール１４は、負荷転動路１２内を転動しながら移動し、一方の循環部材片６ａに備えられたタング部２２によってすくい上げられ、ボール戻し路２４の一方の端部からボール戻し路２４内に入る。ボール戻し路２４内に入ったボール１４は、ボール戻し路２４内を通過して、ボール戻し路２４の他方の端部へ移動し、他方の循環部材片６ａに備えられたタング部２２から負荷転動路１２内へ戻る。

このとき、図７中に示すように、負荷転動路１２内からボール戻し路２４内へ入るボール１４が、タング部２２に衝突する場合がある。タング部２２にボール１４が衝突すると、ボール１４からの外力Ｓ₁がタング部２２に加わり、外力Ｓ₁が加わったタング部２２は、ねじ軸２の中心軸方向に向けて変形して、タング部２２の裏面２２ａがねじ軸側転動溝８に接触する。このとき、ねじ軸側転動溝８とタング部２２の裏面２２ａとの最小隙間Ｃ₁は、ボール１４の直径の１〜１５％の範囲内となるように設定されているため、ねじ軸側転動溝８に接触したタング部２２は、ねじ軸２からの反力Ｓ₂を受けるので、変形が制限される。その結果、タング部２２は、外力Ｓ₁によって変形を生じても、外力Ｓ₁に対抗する反力Ｓ₂によって変形が制限されるため、タング部２２から負荷転動路１２内へ戻るボール１４は、タング部２２によって負荷転動路１２内へ確実に案内される。

したがって、本実施形態のボールねじ１であれば、最小隙間Ｃ₁の下限値がボール１４の直径の１％以上に設定されているため、循環部材６に微小な変形等が生じていても、タング部２２の裏面２２ａが常にねじ軸側転動溝８と接触することが防止される。その結果、ねじ軸側転動溝８とタング部２２との間に生じる摩擦等の発生を防止することが可能となり、ボールねじ１の作動性及び耐久性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態のボールねじ１であれば、隙間Ｃ₁の上限値がボール１４の直径の１５％以下に設定されているため、ボールねじ１の使用時に、ボール１４がタング部２２に衝突する可能性が低下する。その結果、ボールねじ１の使用時に発生する騒音や振動を低減することが可能となり、ボールねじ１の作動性及び耐久性を向上させることが可能となる。

さらに、本実施形態のボールねじ１であれば、隙間Ｃ₁の上限値がボール１４の直径の１５％以下に設定されているため、ボールねじ１の使用時に、ボール１４がタング部２２に衝突しても、タング部２２に加わるボール１４からの外力Ｓ₁が反力Ｓ₂によって低減される。その結果、タング部２２の損傷を防止することが可能となり、ボールねじ１の耐久性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態のボールねじ１であれば、ボールねじ１の使用時に、ボール１４がタング部２２に衝突しても、タング部２２に加わるボール１４からの外力Ｓ₁に対抗する反力Ｓ₂によって、タング部２２の変形が制限される。その結果、タング部２２から負荷転動路１２内へ戻るボール１４は、タング部２２によって負荷転動路１２内へ確実に案内されるため、ボールねじ１の作動性を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態のボールねじ１では、循環部材取付け部１６に取り付けられた循環部材６を、保持部材１８によってナット４の中心軸側に向けて押圧するとともに、保持部材１８を止めねじ２０によってナット４に固定したが、これに限定されるものではない。すなわち、保持部材１８及び止めねじ２０用いることなく、循環部材６を、例えば、循環部材取付け部１６に接着して取り付けてもよい。

また、本実施形態のボールねじ１では、循環部材片６ａを、樹脂材料を成形することによって形成したが、これに限定されるものではなく、循環部材片６ａを、例えば、金属によって成形してもよい。
さらに、本実施形態のボールねじ１では、循環部材６を、二つの循環部材片６ａを組み合わせて形成したが、これに限定されるものではなく、循環部材６を、例えば、一体成形によって形成してもよい。
また、本実施形態のボールねじ１では、ナット４の外周面に循環部材６を取り付けたが、これに限定されるものではなく、ねじ軸側転動溝８とタング部２２との隙間Ｃ₁が適切に設定されていれば、ナット４内に循環部材６が内蔵される構成であってもよい。

本発明のボールねじを示す図である。 本発明のボールねじを示す図である。 循環部材を示す図である。 循環部材とねじ軸との関係を示す図である。 タング部とボールとの接触状態を示す図である。 本発明のボールねじによる騒音レベルの測定結果を示す図である。 ボールねじ使用時のタング部とボールとの接触状態を示す図である。 従来のボールねじを示す図である。

符号の説明

１ ボールねじ
２ ねじ軸
４ ナット
６ 循環部材
８ ねじ軸側転動溝
１０ ナット側転動溝
１２ 負荷転動路
１４ ボール
１６ 循環部材取付け部
１８ 保持部材
２０ 止めねじ
２２ タング部
２４ ボール戻し路
Ｃ₁ タング部とねじ軸側転動溝との隙間
Ｓ₁ 外力
Ｓ₂ 反力

Claims (2)

1. 螺旋状のねじ軸側転動溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸側転動溝に対向するナット側転動溝を内周面に有するとともに前記ねじ軸の外周側に配置されるナットと、前記両転動溝間に形成される負荷転動路内に転動自在に装填される複数のボールと、を備え、
   前記ナットは、前記負荷転動路内を移動する前記ボールをすくい上げて負荷転動路内へ戻す循環部材を備え、
   当該循環部材は、前記負荷転動路内を移動する前記ボールをすくい上げる又は負荷転動路内へボールを戻すタング部と、前記タング部が前記負荷転動路内からすくい上げた前記ボール又は負荷転動路内へ戻すボールが通過するボール戻し路とから形成されるボールねじにおいて、
   前記ねじ軸側転動溝と前記タング部との最小隙間は、前記ボールの直径の１％〜１５％の範囲内であることを特徴とするボールねじ。
2. 前記循環部材は、樹脂材料によって成形されていることを特徴とする請求項１に記載したボールねじ。

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