JP2002021967A - ボールねじの循環構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ナットの負荷圏におけるへたりによるボール
の損傷を原因とする予圧抜け及びボールねじの耐久性の
向上を図る。 【解決手段】 ボールを導いて循環させるボールねじの
ボールねじの循環構造において、ボールねじナットの負
荷圏から循環路への出入口部付近の硬度を転動体の硬度
よりもＨＲＣで１０から４０低く設定したボールねじの
循環構造を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高速、高加減速用の
ボールねじの耐久性に関し、更に詳しくはボールねじの
転動体の耐久性の確保に関し、特にボールねじナットの
精度寿命の向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボールねじの構造は一般に、外周面に螺
旋状のねじ溝を有するねじ軸に、内周面に同じくねじ溝
を有するボールねじナットが多数のボールを介して嵌合
している。ボールねじの駆動時には、ねじ軸とボールね
じナットとに対向して設けられている螺旋状のねじ溝内
を多数のボールが転動しつつ移動する。それらのボール
は、該ナット内を所定の距離だけ移動した後にねじ溝か
ら外れ、戻り路を経てねじ溝の元の位置に戻り再びねじ
溝内を転動するという循環運動を繰り返す。このような
ボールの螺旋循環運動を介して、ねじ軸と該ナットとの
相対的な直線運動が行われる。このボール循環方式には
チューブ循環式、循環駒及びエンドキャップの各方式が
ある。

【０００３】図４はチューブ循環式ボールねじの負荷圏
から循環路への出入口付近の部分拡大図である。ボール
ねじナット２３に挿入されるボール循環チューブ２７か
らのボールがボールねじナット２３とねじ軸２５で形成
される負荷ボール転動空間２９に移動する構造である。
特に、高速、高加減速で使用されるチューブ循環式ボー
ルねじにおいては、チューブ挿入穴によりボールねじナ
ット２３のボール溝の途切れる部分３１の付近（ボール
ねじナットの負荷圏から循環路への出入口付近）にボー
ル（不図示）が衝突して通過することによりボール溝の
途切れる部分３１の付近にへたりを生じる。さらに、ボ
ールチューブのタング部２７ａに対向するボール溝の途
切れる部分３１はエッジを生じているために高速で通過
するボールに損傷を与える。その結果、ボールに摩耗が
生じ剥離を招き予圧抜けを導くことになり、ボールねじ
の精度寿命に著しい影響を与えることがある。

【０００４】前述のように、ボールの衝突により生じた
へたりや、チューブ挿入穴によりボール溝の途切れる部
分３１のエッジによるボールへの損傷から摩耗、そして
剥離という現象により予圧抜けという現象を招くことに
なる。そのためボールの損傷の対策としては、ボール溝
の途切れる部分のエッジをグラインダー等にてバリ採り
・面取りを手加工にて行う方法等が考えられる。しか
し、作業性の確保や一定の品質の維持が困難となりやす
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】請求項１に記載の発明
は、非効率的なグラインダー等による前記バリ採り・面
取りなどの手加工を行うことなく、ボールねじの耐久性
向上を図ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ボールねじナットのボール溝面の途切れる部分（ボ
ールねじナットの負荷圏から循環路への出入口部付近）
の硬度を転動体（ボール）の硬度よりも低くすることを
特徴とする。この構造により、転動体（ボール）への損
傷をなくし、ボールねじの耐久性の向上を図り、予圧抜
けという現象を排除するものである。

【０００７】本発明の態様としては、熱処理前工程にお
いて、チューブ挿入穴によりボールねじナットのボール
溝の途切れる部分近傍のうち、少なくともボールが衝突
する部位を含む領域に予め防炭処理を施し、しかる後、
浸炭熱処理を施すことにより、前記領域の炭素濃度を高
くすることなく、他の高い硬度を必要とする部分の表面
は浸炭処理により炭素濃度を高くするというものであ
る。このような熱処理を施すことにより、ボールねじナ
ットのねじ溝のうち、負荷圏とボール循環部との境の部
分の硬度をボールねじナットのねじ溝のうちの他の部分
の表面部の硬度より低く設定することが可能となる。こ
れより転動体がボールねじナットの負荷圏からボール循
環部への出入口付近に衝突してへたりを生じたり、ある
いは負荷圏とボール循環部との境のエッジ（ボール溝の
途切れる部分）に衝突しても転動体に傷がつくのを防ぐ
ことができる。好ましくは、転動体の損傷を防止するた
めには転動体が衝突するボール溝の途切れる領域の硬度
を転動体の硬度（ＨＲＣ）よりも１０から４０程度低く
する。この差がＨＲＣ１０未満では転動体の損傷防止の
効果が低く、従来と精度寿命の差があまりなくなり逆に
差が４０より大きくなると転動体衝突によるへたりが大
きくなり、転動体の遊びが大きくなり、騒音が大きくな
る。従って、差はＨＲＣ１０から４０が好ましい。さら
に、チューブ循環式ボールねじの場合にはボールねじナ
ットの負荷圏側と反対側の硬度は低くする必要がない。
これはチューブのタング部が設けられているためチュー
ブのエッジがなく転動体がエッジ（ボール溝面の途切れ
る領域）に衝突することがないからである。ここで負荷
圏とはボールねじナットとねじとで形成される負荷ボー
ルの転動領域空間をいい、循環路とはボール循環チュー
ブによって構成される無負荷ボール循環路をいう。

【０００８】別の態様としては、チューブ挿入孔（ボー
ル循環チューブ）のねじ軸に対向する部分に座ぐり穴を
設け、その部分にパイプ部材を挿入し圧入等により固定
する構造である。この場合挿入するパイプ部材の硬度は
転動体の硬度より低くする必要がある。それにより、転
動体がパイプ部材のエッジ（ボール溝研削面の途切れる
部分）に衝突しても転動体に傷がつくのを防ぐことがで
きる。好ましくはパイプ部材の硬度を転動体の硬度（Ｈ
ＲＣ）よりも１０から４０程度低くすることで対処でき
る。具体的には、チューブ循環式ボールねじのチューブ
挿入穴である下穴相当部にＨＲＣ３０程度のパイプ部材
（例えば、ボールチューブ用素材）を挿入する。その
後、ねじ溝面を一体研削加工することでナットの負荷圏
の出入口付近の硬度を低くする。

【０００９】具体的には、請求項１に記載の発明は、内
周面にねじ軸の螺旋状のねじ溝に対向するねじ溝を有し
てねじ軸に嵌合されるボールねじナットと、ねじ軸の螺
旋状のねじ溝とボールねじナットのねじ溝に囲まれた螺
旋状の負荷ボール転動空間と、該負荷ボール転動空間を
転動しつつ前記ボールねじナットに形成したボール循環
路を経て循環移動する多数のボールを備えたボールねじ
の循環構造において、ボールねじナットの負荷圏から循
環路への出入口部付近の硬度を転動体の硬度よりもＨＲ
Ｃで１０から４０低く設定したことを特徴とするボール
ねじの循環構造を提供するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】（例１）図１は本発明のボールね
じの循環構造を示す例１の横断面図である。ボールねじ
ナット３は内周面にねじ軸の螺旋状のねじ溝（不図示）
に対向するねじ溝４を有してねじ軸に嵌合されている円
筒状の部材である。ボールねじナット３のチューブ挿入
穴７ａには、ボール循環チューブ（ボール循環路）７の
端部がそれぞれ嵌挿されている。ボールねじナット内の
穴３ａに挿通されたねじ軸（不図示）は、そのねじ軸の
ねじ溝（不図示）が対向するボールねじナット３のねじ
溝４とで螺旋状の負荷ボール転動空間５を形成してい
る。ボール循環チューブ７及び負荷ボール転動空間５に
は、多数のボール９が転動自在に配されている。これら
のボール９は、ボールねじナット３のねじ溝４とねじ軸
のねじ溝（不図示）に嵌合しており、ボールねじナット
３とねじ軸の相対螺旋運動を可能としている。ボールね
じナット３とねじの相対螺旋運動により、ボール９は負
荷ボール転動空間５に沿って転動する。ボール９は負荷
ボール転動空間５の端部に形成された一方の端部にある
ボール溝研削面の途切れる部分１に衝突して、ねじ溝４
からすくい上げられると同時にボール循環チューブ７内
に導かれる。そして、ボール９はボール循環チューブ７
（ボール循環路）を循環し、ボール循環チューブ７の端
部に形成された他方の端部にあるボール溝研削面の途切
れる部分１に衝突して、負荷ボール転動空間５へ移動す
るという循環を繰り返す。

【００１１】例１では、図１に示すように、ボールねじ
の負荷圏から循環路への出入口付近１の硬度をボール
（転動体）の硬度よりも低くする構造である。具体的に
は、ボールねじナット３の浸炭焼入に先立ちボール溝の
途切れる部分１を含む近傍の部分に防炭処理をすること
により、この部分の硬度を負荷圏の硬度よりも低くした
構造である。ボールねじナット３は、まず切削や転造等
の方法で完成品に近い形状に形成する荒成形工程、ねじ
溝表層部等に必要な硬度を付与する熱処理工程、及びそ
の後必要に応じ行う、ねじ溝等に施す研削加工あるいは
バフ仕上等の仕上加工工程を主な工程として製造され
る。このうちの熱処理工程に含まれる浸炭焼入に先立
ち、前記のように防炭処理を施すことにより、ボール溝
の途切れる部分（防炭部）１は焼入後においてもＨＲＣ
３０程度となるので、ボール（転動体）９の硬度ＨＲＣ
６０〜６４に対して有効な低硬度となる。そのため、ボ
ール溝の途切れる部分１にボール９が衝突し通過するこ
とにより、ボール９が損傷を生じることがない。このよ
うにチューブ挿入穴によりボール溝の途切れる部分１付
近（ボールねじナットの負荷圏の出入口付近）をボール
の硬度より低くすることにより、ボールねじの寿命向上
を図ることができる。

【００１２】（例２）図２は本発明のボールねじの循環
構造を示す例２の横断面図である。図３は本発明のボー
ルねじの循環構造を示す例２の縦断面図である。例２に
おいてもボールねじナット内の穴１３ａに挿通されたね
じ軸（不図示）は、そのねじ軸のねじ溝（不図示）が対
向するボールねじナット１３のねじ溝１４とで螺旋状の
負荷ボール転動空間１５を形成している。またボール循
環チューブ（ボール循環路）１７を介してボール１９を
循環させ、ボールねじナット１３とねじ軸（不図示）に
おける相対螺旋運動を行うという基本的な動作は例１の
場合と同じである。例２では、図２に示す取付挿入部２
０に別部材であるパイプ部材２３を設けるという構造を
採る。詳細は図３に示すように、ボールねじナット１３
の負荷圏の出入口付近に座ぐり穴２１を設けてパイプ部
材２３を挿入し圧入による固定を行う。パイプ部材２３
の固定は熱処理後に行い、その後ナット１３と一体の状
態で研削加工を行う。

【００１３】この構造の場合、パイプ部材２３の硬度は
ＨＲＣ３０程度であり、ボール（転動体）１９の硬度は
ＨＲＣ６０〜６４である。それ故、ボールねじナット１
３では負荷圏の出入口付近の硬度をボール（転動体）１
９の硬度よりも低くする構造となる。その結果、高速で
通過するボール（転動体）１９によってボール溝の途切
れる部分にへたりが生じても、ボール循環チューブ１７
によりボール溝の途切れる部分（ボールねじナットの負
荷圏の出入口付近）をボール（転動体）１９の硬度より
低くしているため、ボール１９への損傷を生じることが
ない。このようにボール溝の途切れる部分（ボールねじ
ナットの負荷圏の出入口付近）をボールの硬度より低く
することにより、ボールねじの精度の寿命向上を図り、
予圧抜けを防止できる。

【００１４】図５及び図６は本発明の第３の例である。
第２の例においてはナット１３のボール負荷圏の出入口
付近に座ぐり穴２１を設けてナット内径側からこの座く
り穴２１にパイプ部材２３を圧入した。第３の例ではチ
ューブ挿入穴の径を広くしてここにナット表面側からパ
イプ材４０を圧入するものである。パイプ部材の硬度は
第２例の場合と同様にＨＲＣ３０程度とする。また、パ
イプ部材４０を圧入後、ナット１３と一体の状態でパイ
プ材端部４１をねじ溝と一体に研削する。図６は、ねじ
溝の研削加工後にボールチューブ１７を挿入した状態を
示す。

【００１５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、ボール
ねじナットの負荷圏の出入口付近を転動体の硬度より低
くする構造であるため、ボールねじナットの負荷圏にへ
たりが生じても負荷圏を高速で通過するボールに損傷を
与えることもない。従って、予圧抜けを防止し、ボール
ねじの耐久性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明のボールねじの循環構造を示す例
１の横断面図である。

【図２】図２は本発明のボールねじの循環構造を示す例
２の横断面図である。

【図３】図３は本発明のボールねじの循環構造を示す例
２の縦断面図である。

【図４】図４はチューブ循環式ボールねじの負荷圏から
循環路への出入口付近の部分拡大図である。

【図５】図５は本発明の第３の例である。

【図６】図５において挿入パイプを加工しボールチュー
ブを挿入した図である。

【符号の説明】

１ ボール溝研削面の途切れる部分（防炭部） ３ ボールねじナット ４ ねじ溝（負荷ボール転動空間） ７ ボール循環チューブ（ボール循環路） ７ａ チューブ挿入穴 ９ ボール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周面にねじ軸の螺旋状のねじ溝に対向
   するねじ溝を有してねじ軸に嵌合されるボールねじナッ
   トと、ねじ軸の螺旋状のねじ溝とボールねじナットのね
   じ溝に囲まれた螺旋状の負荷ボール転動空間と、該負荷
   ボール転動空間を転動しつつ前記ボールねじナットに形
   成したボール循環路を経て循環移動する多数のボールを
   備えたボールねじの循環構造において、ボールねじナッ
   トの負荷圏から循環路への出入口部付近の硬度を転動体
   の硬度よりも低く設定したことを特徴とするボールねじ
   の循環構造。