JP5037323B2 - ボールねじ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば産業機械等に用いられるボールねじ装置に関するものである。

ボールねじ装置は、図８に示すようにねじ軸１の外周面及びねじ軸１の外側に位置するボールナット２の内周面に、互いに対向する螺旋状の軸ねじ溝３、ナットねじ溝４を形成し、双方のねじ溝３、４により形成される螺旋状のボール負荷転動路５内に、多数のボール６が転動自在に配置されている。そして、ねじ軸１とボールナット２を相対回転させると、ボール６の転動を介して、ねじ軸１とボールナット２が滑らかに、しかも正確に相対的に螺旋運動をするようになっている。

このようなボールねじ装置のボールナット２には、ボール６をボール負荷転動路５の一端で掬い上げて他端に送ることによって、ボール６を循環させるボール循環路７が備えられている。即ち、ボール６はボール負荷転動路５内を移動し、ねじ軸１の回りを複数回通過してから、ボール負荷転動路５の一端、つまりボール循環路７の端部とボール負荷転動路５との接合部で循環駒８ａを介してボール循環路７内に掬い上げられる。掬い上げられたボール６はボール循環路７内を通って、ボール循環路７の他方の端部から循環駒８ｂを介してボール負荷転動路５の他端に戻される。

図９は従来例の接合部の断面図を示し、循環駒８ａ、８ｂのボール案内通路、ボール循環路７は非負荷領域であるから、これらの内径はねじ軸１とボールナット２の両ねじ溝３、４から成るボール負荷転動路５よりも大きくされている。従って、図９（ａ）に示すように循環駒８とボール負荷転動路５の接合部１０には段差１１が生じ、ボール６が循環駒８からボール負荷転動路５に移動する際に、この段差１１に衝突しボールねじ装置を駆動した際の騒音や振動の原因となっている。

また、ねじ軸１とボールナット２が逆回転すると、（ｂ）に示すようにボール６は接合部１０においてボール負荷転動路５から循環駒８を介してボール循環路７に移動する。このとき、ボールねじ装置が低速で駆動されている場合は、ボール６は循環駒８の内壁面１２によって掬い上げられ、ボールナット２内のボール循環路７内に移動する。

また、ボールねじ装置が高速で駆動されている場合には、ボール６は接合部１０からボール負荷転動路５の接線方向Ｔ、つまり循環駒８の内壁面１２の軸線と同じ方向に飛び出すため、循環駒８の内壁面１２に衝突することがなく、内壁面１２に摩耗を発生させることもない。

しかし図９（ａ）のようなボール６の移動により、段差１１は使用中にボール６の衝突により摩耗し、図１０に示すような傾斜部１３が自然に形成されることになる。その際に発生する摩耗粉は、ボールねじ装置の耐久性を低下させる原因ともなる。そこで、これらの問題を解消するために、特許文献１、２が提案されている。

特許文献１では、ボール負荷転動路５からリターンチューブボール循環路に入り込む間際のナットねじ溝、及びリターンチューブから負荷転動路５に入り込むナットねじ溝を、リターンチューブ側に向けて徐々に溝形状が広がるように、テーパ状に削り込んで段差の解消を図っている。

特許文献２では、ボール負荷転動路５とボール循環路７との接合部のボールナット側のねじ溝には、クラウニング加工部がボールの直径の０．１〜１％程度の加工量で形成されている。

特開２００１−２５４８００号公報 特開２００５−１８０６５５号公報

特許文献１、２のように、テーパ部やクラウニング加工によって傾斜部を設ける方法によれば、ボール循環路７のボール６がボール負荷転動路５に移動する際の図９に示す段差１１の問題は解消できる。

また、図１１に示すようにテーパ部やクラウニング加工によって傾斜部１４を設けると、ボール６がボール負荷転動路５から循環駒８を介してボール循環路７に入る際には、ボール６が傾斜部１４に沿って移動してボール循環路７の内壁面１２に衝突し、内壁面１２の摩耗を生じさせるという新たな課題が生ずる。

また、循環駒８の内壁面１２の摩耗を解消する方法としては、特許文献３が提案されている。つまり、内壁面１２から両ねじ溝３、４間の負荷領域にかけて、ねじ軸１の材質よりも柔軟な緩衝材がボールナット２側のボール６の拘束面に配置されている。

特許文献４には、内壁面１２を循環駒８の材質の強度よりも高強度の高強度材により形成したり、径方向の内面に剥離防止用プレートを装着して、プレート面をボール走行面とし剥離摩耗を防止している。

つまり、特許文献１、２によって、循環駒８とボール負荷転動路５の接合部１０の段差１１を解消することはできるが、ボール循環路７の内壁面１２の摩耗を解消するためには、特許文献３、４を併せて採用しなければならず、新たな部品の追加によるコストアップや、循環駒８の材質に制限を受けるなどの問題点を有している。

特開２００５−８３５２２号公報 特開２００４−３４０２２０号公報

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、ボールをより円滑に循環させ、振動、騒音を抑えることができ、かつ通路に摩耗等が発生することを防止し、耐久性が高いボールねじ装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るボールねじ装置は、外周面に軸ねじ溝を形成したねじ軸と、該ねじ軸の外側に位置し前記軸ねじ溝と対向するナットねじ溝を有するボールナットとを備え、前記ねじ軸と前記ボールナットとの相対回転に伴って前記両ねじ溝間のボール負荷転動路でボールを転動移動させ、前記ボール負荷転動路の内径よりも大きい内径を有し前記ボールを循環させるボール循環路を設け、前記ボール負荷転動路と前記ボール循環路との間を２個所において連通し内部にボール案内通路を有する循環部材を設けたボールねじ装置において、前記ボールナットと前記循環部材の接合部において、前記ボールナットには、前記ナットねじ溝から傾斜して径を外側に拡大する傾斜部と、該傾斜部に連接し前記循環部材のボール案内通路に滑らかに繋がる平坦部とから成る緩衝部を設け、前記平坦部は前記傾斜部の始点である負荷解放点Ｐにおける前記ねじ溝の接線方向Ｔに対して軸中心方向側に傾斜させたことを特徴とする。

本発明に係るボールねじ装置によれば、ボールナットと循環部材との接合部のボールナット側に、ボールの衝撃を和らげる緩衝部を形成することで、接合部に摩耗等が発生しなくなる。

また、ボールによる衝突点を従来の循環部材からボールナットに形成した緩衝部へと移行できるので、耐久性の向上及び低騒音化を図ることができる。

本発明を図１〜図６に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は実施例１のボールナットと循環駒の分解斜視図、図２はボールナットと循環駒との接合部の横断面図、図３はその斜視図である。なお、ボールねじ装置のねじ軸１と、ボールナット２と、ボール６から成る要部構造は図８と同様であり、図８と同じ部材は同じ符号を用いている。

ボールナット２の両端部の２個所には切欠部２１が設けられ、この切欠部２１には循環部材である循環駒２２が組込まれ、それぞれ取付ねじ２３によって固定されている。なお、ボールナット２の両端の循環駒２２は同形状とされ、同等の機能を有している。一方の循環駒２２は、ボール負荷転動路５に連通し、ボール負荷転動路５からボール６を掬い上げ、ボールナット２に内部に軸方向に貫通し形成されたボール循環路７を経て、他方の循環駒２２に転動移動するようになっている。

このため、循環駒２２はその内部にボール案内通路を有し、このボール案内通路はボール負荷転動路５からボール６を掬い上げる掬上部２４と、この掬上部２４からボール６をボール循環路７に案内するボール転向部２５とを有している。なお、２６はボールナット２を固定するためのフランジである。

上述したようにボール循環路７、ボール案内通路の内径は、ボール負荷転動路５の径よりも大きくなっている。また、循環駒２２は形状が複雑なため、ロストワックスによって成型された金属製又は金型によって成型された合成樹脂製とされている。

図４はねじ軸１とボールナット２と循環駒２２との接合部２７の横断面図を示している。この接合部２７において、ボールナット２のナットねじ溝４の径を外側に拡大することにより、循環駒２２の掬上部２４の端部と合致している。即ち、ナットねじ溝４において、その径を拡大のために変化を始める負荷開放点Ｐとナットねじ溝４の端面近くの間は傾斜部２８とされ、傾斜部２８の終点とボールナット２の端部との間は平坦部２９とされ、平坦部２９の端部と循環駒２２の掬上部２４は合致して直線状に滑らかに繋がれている。つまり、ボールナット２に形成した平坦部２９のナットねじ溝４の軸方向から見た断面形状は、循環駒２２の掬上部２４の入口形状と部分的に一致している。

負荷開放点Ｐにおいて、ボール６に対するボール負荷転動路５の負荷が開放され、ボール６がボール負荷転動路５から接線方向Ｔに飛び出すようにされ、傾斜部２８はボール６が飛び出す接線方向Ｔに対して同一又は軸外径方向に傾斜し、傾斜部２８に連接された平坦部２９は、接線方向Ｔに対して相対的に軸中心方向に傾斜している。なお、負荷開放点Ｐが通るボール負荷転動路５の円は実際には１つの円弧、又は２つの円弧を合わせた形状とされている。

作動中に、ボール６は負荷開放点Ｐからボール負荷転動路５の接線方向Ｔに飛び出し、傾斜部２８を通過する。この際に、傾斜部２８の傾斜が接線方向Ｔと同一であればボール６は傾斜部２８に接触するが、傾斜部２８の傾斜が軸外径方向に傾斜しているので、ボール６は傾斜部２８を飛び越えて傾斜部２８に接触することはない。

傾斜部２８上を通過したボール６は平坦部２９に移動するが、平坦部２９は接線方向Ｔに対して軸中心方向に傾斜しているため、ボール６は平坦部２９に衝突することとなる。つまり、従来は図９（ｂ）に示すように接線方向Ｔへ飛び出したボール６が、直接に循環駒２２の掬上部２４に衝突していたが、本実施例においては、図４に示すように衝突点をボールナット２に形成した平坦部２９に移行させている。

従って、循環駒２２にロストワックスに用いられるような鋳造性に優れた材料や、機械的強度の低い合成樹脂など、ボールナット２よりも強度の低い材料を使用したとしても、循環駒２２は材料の制限を受けることもなく、更に新たな部品を追加することなく、摩耗を防止することが可能となる。

また、図５は変形例の説明図であり、傾斜部２８は平坦部２９に連結する側を大径とし、負荷開放点Ｐ側を小径とし軸平行断面がテーパ状としてもよい。（ａ）、（ｂ）に示すように平坦部２９と傾斜部２８、負荷開放点Ｐの何れか一方の連結部分を曲面で連結することもできる。或いは、（ｃ）に示すようにこれらの連結部分を曲面で連結し、軸平行断面をＳ字状としてもよい。

更に、平坦部２９の表面のみをチッ化処理等により硬度を高くしてもよく、これにより耐摩耗性を向上させることができると共に、ナットねじ溝４全体へのチッ化処理を施さなくてもよいため、コスト削減が可能となる。

図６は実施例２の所謂チューブタイプの縦断面図、図７は横断面図を示し、ボール循環路３１を有するリターンチューブ３２の両端に循環部材が一体的に設けられている。

ボール６はリターンチューブ３２の端部に形成された循環部材である掬上部３３によって、ボール負荷転動路５から掬い上げられ、リターンチューブ３２内のボール循環路３１内を転動移動し、他方の掬上部から再びボール負荷転動路５へと戻されるようになっている。

更に、実施例１と同様にボールナット２には、ボール６がボール負荷転動路５の接線方向Ｔに飛び出す負荷開放点Ｐと、ボール６が飛び出す接線方向Ｔに対して同一又は軸外径方向へ傾斜した傾斜部３４と、傾斜部３４に連接され掬上部３３と部分的に合致する平坦部３５とが形成されている。

ボール６はボールナット２の負荷開放点Ｐから接線方向Ｔに飛び出し傾斜部３４を通過する。傾斜部３４を通過したボール６は平坦部３５に移動し、ボール６は平坦部３５に衝突し、リターンチューブ３２の掬上部３３に衝突することはない。

従って、ボールナット２よりも強度の低い材料をリターンチューブ３２に使用しても、材料の制限を受けることもなく、新たな部品を追加することなく、リターンチューブ３２の摩耗を防止することができる。

ボールナットと循環駒の分解斜視図である。 接合部の横断面図である。 接合部の斜視図である。 接合部の横断面図である。 変形例の接合部の説明図である。 実施例２の縦断面図である。 横断面図である。 ボールねじ装置の縦断面図である。 従来例の接合部の断面図である。 従来例の接合部の断面図である。 従来例の接合部の断面図である。

符号の説明

１ ねじ軸
２ ボールナット
３ 軸ねじ溝
４ ナットねじ溝
５ ボール負荷転動路
６ ボール
７、３１ ボール循環路
２１ 切欠部
２２ 循環駒
２４、３３ ボール掬上部
２５ ボール転向路
２７ 接合部
２８、３４ 傾斜部
２９、３５ 平坦部
３２ リターンチューブ
Ｐ 負荷開放点

Claims (4)

1. 外周面に軸ねじ溝を形成したねじ軸と、該ねじ軸の外側に位置し前記軸ねじ溝と対向するナットねじ溝を有するボールナットとを備え、前記ねじ軸と前記ボールナットとの相対回転に伴って前記両ねじ溝間のボール負荷転動路でボールを転動移動させ、前記ボール負荷転動路の内径よりも大きい内径を有し前記ボールを循環させるボール循環路を設け、前記ボール負荷転動路と前記ボール循環路との間を２個所において連通し内部にボール案内通路を有する循環部材を設けたボールねじ装置において、前記ボールナットと前記循環部材の接合部において、前記ボールナットには、前記ナットねじ溝から傾斜して径を外側に拡大する傾斜部と、該傾斜部に連接し前記循環部材のボール案内通路に滑らかに繋がる平坦部とから成る緩衝部を設け、前記平坦部は前記傾斜部の始点である負荷解放点Ｐにおける前記ねじ溝の接線方向Ｔに対して軸中心方向側に傾斜させたことを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記ボール循環路は前記ボールナットに形成した請求項１に記載のボールねじ装置。
3. 前記ボールナットの両端部に切欠部を設け、これらの切欠部に前記循環部材を組込んだことを特徴とする請求項２に記載のボールねじ装置。
4. 前記ボール循環路を有するリターンチューブの両端に、前記循環部材を一体的に設けたことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。

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