JP4651167B2

JP4651167B2 - リターンチューブ式ボールねじ

Info

Publication number: JP4651167B2
Application number: JP2000251276A
Authority: JP
Inventors: 嗣人中関; 英樹田本
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2020-08-22
Also published as: JP2002061731A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械等に使用されるリターンチューブ式ボールねじに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に従来のリターンチューブ式ボールねじは、図４（ａ）から（ｃ）に示すように、ねじ軸１の周りに所要数のボール２を充填してナット３を嵌合し、上記ナット３のねじ溝転走面４の両端部をリターンチューブ５により連通さて循環通路６を形成し、該循環通路６に上記ボール２を収納するようにしている。ボール２は、図示のように総負荷玉型の他、スペーサボール介在型、保持器介在型がある。
【０００３】
上記のリターンチューブ５は図４（ｃ）に示すように、コの字形に屈曲され、その両端部に差込み部７が形成される。差込み部７の内側に舌部８が形成され、その舌部８に対向した対向部９が形成される。対向部９は図示のように舌部８より長く延び出す場合、或いは舌部８より短い場合もある。上記のリターンチューブ５は、ナット３の外部に露出する部分においてチューブ押さえ１１により押さえられる。
【０００４】
上記構造のリターンチューブ式ボールねじは、ねじ軸１とナット３の相対的な直線運動に伴いボール２が循環通路６を無限に転動循環する。
【０００５】
このようなリターンチューブ式ボールねじにおいては、循環通路６内においてボール２が引っかかることなくスムーズに流れることが重要な技術的観点となっている。
【０００６】
このため、従来においては、ボール２の引っかかりがリターンチューブ５の差込み部７において生じやすいことから、もっぱら差込み部７の形状を工夫する手段が採られてきた（例えば、特開２０００−１８３５９号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リターンチューブ５の差込み部７の形状を工夫するという従来の手段は、コストアップにつながる不利があるとともに、ボールの引っかかり現象が多く出現したり、時には出現しなかったりするなど性能が安定しない問題があった。このため、もっと容易にしかも確実にボール２の詰まりによる引っかかり現象を緩和抑制する手段を見出す必要があった。
【０００８】
そこで、本願の発明者らは、ボール２の引っかかり現象を定性的、定量的に分析した。
【０００９】
先ず、定性的な分析を図５に基づいて説明する。図５（ａ）から（ｃ）は、リターンチューブ５の出口側において連続したNo.1からNo.3の３個のボール２の１個分の移動状況を示している。入口側においては、出口側とは逆に図５（ｃ）から（ａ）の順に移動することになる。
【００１０】
図５（ａ）のNo.2のボール２に着目すると、舌部８の下端から半分だけ下方に露出した状態にある。この状態からねじ軸１の回転が進むと、該ボール２の中心は舌部８の先端より下方に移動する。図５（ｂ）の状態になると、該ボール２の移動可能な空間が広がり、ねじ溝転走面４の内側（同図の左方）に存在する小ポケット１２に落ち込む。図５（ｃ）においては、該ボール２はその小ポケット１２から外れ、ねじ溝転走面４に沿って移動する。
【００１１】
図５（ａ）において、ねじ軸１の中心Ｏに原点をもつ直交座標（Ｘ、Ｙ）を定め、前記のNo.2のボール２の前後に並んだNo.1とNo.3のボール２の各中心を結んだ線分のＹ軸方向の長さをＬ1 とし、同様に図５（ｂ）において同じくNo.1から３の各中心を結んだ線分のＹ軸方向の長さをＬ2 とする。図５（ｂ）の場合は、No.2のボール２が内側に移動している分だけ上記線分の長さが小さくなっているから、Ｌ1 ＞Ｌ2 の関係にある。図５（ｃ）においては、Ｌ1 に実質的に等しい。
【００１２】
いま、No.1とNo.3のボール２に着目すると、これらのボール２はその間にNo.2のボール２を挟んだ状態で一定速度で移動している途中で、図５（ｂ）の状態で中心間の距離がＬ1 からＬ2 に変化し、図５（ｃ）でもとの状態に戻る。Ｌ1 ＞Ｌ2 であるから、No.2のボール２は図５（ａ）の状態から（ｃ）の状態に移動する途中で、その速度が一時的に低下することになる。
【００１３】
この関係を前述の図４（ｂ）において見ると、ボール２がリターンチューブ５に入る入口側（図の左側）の部分が前述の図５（ａ）に相当し、出口側（図の右側）側が同じく図５（ｂ）に相当する。即ち、連続した３個のボール２間の中心距離が、入口側ではＬ1 、出口側ではＬ2 （Ｌ1 ＞Ｌ2 ）となる状態がある。この状態においては、前述のように、循環通路６の中心線上におけるボール２の速度が、入口側の方が相対的に速く、出口側の方が相対的に遅いことになる。
【００１４】
入口側と出口側でこのような速度差が生じると、リターンチューブ５内でボール２が詰まり、リターンチューブ式ボールねじに特有の引っかかり現象が発生することになる。
【００１５】
なお、舌部８と対向した対向部９の長さは、上記の分析に影響を与えない。
【００１６】
次に、前記の図５（ａ）から（ｃ）と、図６の速度変動図に基づいて定量的な分析を説明する。図６は、No.2のボール２について、図５（ａ）から（ｃ）に１個分だけ移動する間の速度変動を実測し、その速度変動率（定常速度に対する実速度の比率）のカーブＡを、ねじ軸１の回転角度との関係で表したものである。
途中急激に速度が落ち込んでいる部分が、図５（ｂ）の状態である。
【００１７】
一方、入口側においては、図５（ａ）を入口側と見て、同図（ｃ）から（ａ）の状態にボール２が１個分上方へ移動した場合を示していると見ることができる。このときのボール２の速度変動率の変化は、図６（ａ）を右から左に見たものと同様の形状となる。図６（ｂ）に入口側の速度変動率のカーブＢを示す。
【００１８】
上記の図６（ａ）と図６（ｂ）を重ねると、図６（ｃ）のようになり、入口側と出口側の速度変動率を同時に示すものとなる。図６（ｃ）において※を付して示した２部分が、出口側が遅く、入口側が速い領域となり、これらの部分における速度変動差の絶対値の大きさが引っかかり現象の原因となると考えられる。
【００１９】
この図６（ｃ）の初期状態（回転角０の時点）は、出口側が図５（ａ）の状態，入口側が図５（ｃ）であることから、リターンチューブ５の舌部８間に存在するボール２の数は整数個である。この場合も、舌部８と対向部９の長さは、上記の分析に影響を与えない。
【００２０】
この発明は、以上のような定性的、定量的な分析結果に基づき、リターンチューブの差込み部の形状等を変えることなく、簡易な手段でボールの引っかかり現象を緩和抑制することを課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、前記のリターンチューブ５の舌部８間に存在するボール２の数を（整数＋α）個に設定したのである。但し、０．２≦α≦０．６、望ましくはα＝０．５である。
【００２２】
このように設定すると、前記の図６（ａ）及び図６（ｃ）において、一点鎖線で示すように出口側のカーブＡの位相を右方向へα個分だけずらした状態となる。その状態を図６（ａ）及び図６（ｃ）においてＡ’で示す。図６（ｃ）から分かるように、※の部分における速度変動率の絶対値の差が小さくなる。これにより、ボール２の引っかかり現象が緩和抑制され、円滑に流れる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図１から図３に基づいて説明する。図１に示した第１実施形態のボールねじの基本構造は、前述した従来例のものと変わらない。即ち、ねじ軸１の周りに所要数のボール２を総負荷玉型に充填してナット３を嵌合し、上記ナット３のねじ溝転走面４の両端部をリターンチューブ５により連通さて循環通路６を形成し、該循環通路６に上記ボール２をすき間無く突き合わせて収納するようにしている。上記のリターンチューブ５は図１（ｃ）に示すように、コの字形に屈曲されその両端部の差込み部７は、内側に舌部８が形成され、外側にはその舌部８に対向してこれより長く延び出した対向部９が形成される。上記のリターンチューブ５は、ナット３の外部に露出する部分においてチューブ押さえ１１により押さえられる。対向部９が舌部８より短い場合があることも従来と同じである。
【００２４】
上記構造のリターン式ボールねじは、ねじ軸１とナット３の相対的な直線運動に伴いボール２が循環通路６を無限に転動循環する。
【００２５】
従来と相違する点は、リターンチューブ５の長さとボール２の数の関係が、従来例の場合は、特別な考慮を払われていなかったが、この実施形態の場合は、リターンチューブ５の両端部の舌部８間の範囲内に、（整数個＋α）個のボール２が入るように設計されている。即ち、前記の図６（ａ）及び（ｃ）の出口側のカーブＡの位相をα個分だけ内側に移動した状態となり、入側・出側の速度差が小さくなる。
【００２６】
上記のαは、後述の実験結果から、０．２から０．６、望ましくは０．５に設定される。αをこのように選定することにより、リターンチューブ５の入口側と出口側におけるボール２の移動速度の差が小さくなり、ボール２の引っかかり現象が緩和抑制されることになる。
【００２７】
図２（ａ）に示した第２実施形態は、負荷ボール２の間にスペーサボール２’を介在したスペーサ介在型のリターンチューブ式ボールねじである。ボール２、２’の大きさ、及び数は前述の第１実施形態の総負荷玉型と同じであり、従って、リターンチューブ５の両端部の舌部８間の範囲内に、（整数＋α）個のボール２、２’が入るように設計され、同様の作用・効果がある。
【００２８】
図２（ｂ）に示した第３実施形態は、保持器１３によりボール２を一定間隔に保持した保持器介在型のリターンチューブ式ボールねじである。この場合においても、ボール２が舌部８下方の小ポケット１２に落ち込むことがあるので、総負荷玉型の場合と同様の現象が発生する。この場合も同様の対策、即ち両端部の舌部８間に（整数＋α）個のボール２を介在させるようにしている。
【００２９】
【実験例】
図１に示した総負荷玉型のリターンチューブ式ボールねじを用い、そのリターンチューブ５の長さを変えて、その両端び舌部８間に入り得るボール２の数を変化させて、引っかかり回数を計測した。その結果を図３に示す。（Ｎ（整数）＋α）の式において、αが０．５の場合に最も低い数値を示した。αを０．５個に設定することが難しい場合は、０．２≦α≦０．６の範囲で適宜選択することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、この発明は、従来格別な意識を持たずに設計されていた、チューブの長さ（詳しくは、両端部の舌部先端間の長さ）と、その間に収納されるボールの数に一定の関係、即ち（整数＋α）（０．２≦α≦０．６）という特定の数値関係に設定することにより、図３の実験結果からも明かなように、顕著な効果を発揮することができたものである。これにより、リターンチューブの差込み部の形状を変えることなく、ボールの流れを一層スムーズにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）第１実施形態の平面図
（ｂ）（ａ）図のｂ−ｂ線の一部断面図
（ｃ）同上のリターンチューブの斜視図
【図２】（ａ）第２実施形態の一部断面図
（ｂ）第３実施形態の一部断面図
【図３】実験結果のグラフ
【図４】（ａ）従来例の平面図
（ｂ）（ａ）図のｂ−ｂ線の一部断面図
（ｃ）同上のリターンチューブの斜視図
【図５】（ａ）〜（ｃ）従来例のリターンチューブ出口側又は入口側の部分断面図
【図６（ａ）】速度変動図
【図６（ｂ）】速度変動図
【図６（ｃ）】速度変動図
【符号の説明】
１ねじ軸
２ボール
３内輪
４ねじ溝転走面
５リターンチューブ
６循環通路
７差込み部
８舌部
９対向部
１１チューブ押さえ
１２小ポケット
１３保持器

Claims

ねじ軸の周りに所要数のボールを介してナットを嵌合し、上記ナットのねじ溝転走面の両端部をリターンチューブにより連通させて循環通路を形成し、該循環通路に上記ボールを総負荷玉型に収納したリターンチューブ式ボールねじにおいて、上記リターンチューブの両端部内側の舌部間に収納する上記ボールの数を（整数＋α）個（但し、０．２≦α≦０．６）に設定したことを特徴とするリターンチューブ式ボールねじ。
上記のαが０．５であることを特徴とする請求項１に記載のリターンチューブ式ボールねじ。