JP2002181155A

JP2002181155A - ボールねじ

Info

Publication number: JP2002181155A
Application number: JP2000380075A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Okubo; 努大久保
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2002-06-26
Also published as: US20020073794A1; DE10161290A1; US6581489B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ボールねじの振動および騒音を著しく低くす
る。【解決手段】ボール３の掬い上げ位置を基準線Ｂより下
側（または基準線Ｂと略同じ位置）に設けて、掬い上げ
位置の基準線Ｂに対する角度θを例えば−１５°とす
る。チューブ７の立ち上がり部７１の端面を基準線Ｂに
合わせる。立ち上がり部７１の軸線７１ａを、軌道６の
ボール中心軌跡６０に対応する線６０ａよりも外側にす
る。チューブ７の掬い上げ部７３の内面７３ａとナット
２のボール溝５の掬い上げ位置を、ナット２のボール溝
５より外側の面２２で接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボールねじに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ボールねじは、ねじ軸とナットとボール
とで構成された直動装置である。ねじ軸の外周面とナッ
トの内周面には螺旋状の溝が形成されており、これらの
螺旋溝でボールの軌道が形成されている。そして、ボー
ルがこの軌道を負荷状態で転動することにより、ナット
はねじ軸に対して相対的に直線移動する。すなわち、ね
じ軸およびナットの螺旋溝がボール転動溝となってい
る。また、チューブ式ボールねじでは、ボールの循環通
路として、軌道の一端側から他端側にボールを循環させ
るチューブが設けてある。

【０００３】図３はチューブ式ボールねじの従来例を示
す部分断面図である。この図において、１点鎖線Ａは、
掬い上げ位置（ボール３が軌道６内の負荷転動部から外
れる設計上の位置）にあるボール３ａの中心点Ｏ3 と、
このボールねじの軸芯点Ｏとを結ぶ直線である。また、
１点鎖線Ｂは、チューブ７の軌道６からの立ち上がり方
向に垂直で軸芯点Ｏを通る直線（基準線）である。

【０００４】この図に示すように、従来のチューブ式ボ
ールねじでは、ボール３の掬い上げ位置を基準線Ｂより
上側（チューブ７が立ち上がる側）に設けてあり、掬い
上げ位置の基準線Ｂに対する角度（直線Ａと直線Ｂとが
なす角度）θを１５°〜３６°にしてある。また、チュ
ーブ７は、立ち上がり部７１の軸線７１ａと、軌道６の
ボール中心軌跡６０に対応する線６０ａとが一致するよ
うに配置してある。

【０００５】チューブ７の立ち上がり部７１のねじ軸１
側には、ねじ軸１のボール溝４内に入るタング７２が形
成されている。通常、このタング７２はチューブ７の端
面より下側に突出しており、ボール３の進行方向にタン
グ７２が存在する。そのため、掬い上げ位置に達したボ
ール３は、このタング７２に当たって掬い上げられ、ナ
ット２に設けた穴（チューブ７の立ち上がり部７１の内
面に連続するように設けた穴）２１とタング７２との間
を通って、チューブ７内に導かれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のチューブ式ボールねじには以下の問題点がある。ナ
ット２のボール溝５と穴２１との境界点Ｄおよびタング
７２の先端点Ｅで、ボール３の進行方向が変わるため、
これらの点をボール３が通過する際の音が大きい。ま
た、チューブ７に向かうボール３がタング７２に当たる
音や、チューブ７から出たボール３がねじ軸１に当たる
音が大きい。また、タング７２にはボール３の衝突によ
って大きな応力が繰り返し負荷されるため、特に高速回
転時にはタング７２が破損される恐れが有る。

【０００７】したがって、従来のチューブ式ボールねじ
には、振動および騒音を低減することが求められてい
る。従来の対策としては、チューブの厚さを厚くする方
法、熱処理によってタングの強度を高くする方法が採用
されているが、これらの方法では製造コストが高くな
る。本発明は、このような従来技術の問題点に着目して
なされたものであり、従来のボールねじよりも、振動お
よび騒音が効果的に低減されたボールねじを安価に提供
することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、外周面に螺旋状のボール転動溝を有する
ねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナッ
トと、これらのボール転動溝で形成される軌道内に配置
された複数のボールと、軌道の一端側から他端側にボー
ルを循環させるチューブとを備えたボールねじにおい
て、ボールが軌道内の負荷転動部から外れる設計上の位
置（掬い上げ位置）を、チューブの軌道からの立ち上が
り方向に垂直で軸芯点を通る線（基準線）と同じ位置ま
たは略同じ位置（わずかに上側を含む）か、この基準線
より下側（チューブが立ち上がる側の反対側）に設け、
チューブを、立ち上がり部の軸線が軌道のボール中心軌
跡に対応する線より外側（ねじ軸側ではなくナット側）
となるように配置したことを特徴とするボールねじを提
供する。

【０００９】本発明のボールねじにおいては、チューブ
の立ち上がり部のナット側の内面とナットのボール溝の
掬い上げ位置とを、ナットのボール溝より外側（ナット
の径方向外側）の面で接続することが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明の一実施形態に相当するボー
ルねじを示す部分断面図である。この図では、チューブ
が設置されている部分のねじ軸とナットが、部分的に、
ボールねじの軸方向に垂直な面で切断されている。

【００１１】このボールねじは、ねじ軸１とナット２と
ボール３とで構成されている。ねじ軸１の外周面に螺旋
状のボール転動溝４が形成され、ナット２の内周面に螺
旋状のボール転動溝５が形成されている。ナット２内に
あるねじ軸１のボール転動溝４と、ナット２のボール転
動溝５とで、ナット２内にボール３の軌道６が形成され
ている。

【００１２】この図において、１点鎖線Ａは、掬い上げ
位置（ボール３が軌道６内の負荷転動部から外れる設計
上の位置）にあるボール３ａの中心点Ｏ3 と、このボー
ルねじの軸芯点Ｏとを結ぶ直線である。また、１点鎖線
Ｂは、チューブ７の軌道６からの立ち上がり方向に垂直
で軸芯点Ｏを通る直線（基準線）である。この実施形態
のチューブ式ボールねじでは、ボール３の掬い上げ位置
を基準線Ｂより下側（チューブ７が立ち上がる側と反対
側）に設けてあり、掬い上げ位置の基準線Ｂに対する角
度（直線Ａと直線Ｂとがなす角度）θを−１５°
（「−」は基準線Ｂより下側の意味）にしてある。

【００１３】チューブ７の立ち上がり部７１のねじ軸１
側には、ねじ軸１のボール溝４内に入るタング７２が形
成されている。チューブ７の立ち上がり部７１のナット
２側には、タング７２よりも下側に突出する掬い上げ部
７３が形成されている。このチューブ７は、掬い上げ部
７３の端面（立ち上がり部７１の端面）が基準線Ｂに合
うように、さらに、立ち上がり部７１の軸線７１ａが、
軌道６のボール中心軌跡６０に対応する線６０ａよりも
外側（ねじ軸側ではなくナット側）になるように配置さ
れている。

【００１４】また、ナット２には、チューブ７の掬い上
げ部７３の端面が配置される位置（点Ｆ）と、ボール溝
５の掬い上げ位置（点Ｇ）とをほぼ直線的に接続する面
２２が形成されている。この直線はボール溝５の底面を
示す線５１より外側（ナットの径方向外側）に存在す
る。これにより、チューブ７の掬い上げ部７３の内面
（立ち上がり部のナット側の内面）７３ａとナット２の
ボール溝５の掬い上げ位置とが、ナット２のボール溝５
より外側（ナットの径方向外側）の面（掬い上げ面）２
２で接続されている。

【００１５】したがって、この実施形態のボールねじで
は、軌道６を負荷状態で転動して掬い上げ位置に達した
ボール３は、遠心力により掬い上げ面２２に押し付けら
れながら転動し、スムーズにチューブ７の掬い上げ部７
３内に入るため、ボール３がタング７２に衝突すること
が避けられる。また、チューブ７の立ち上がり部７１の
軸線７１ａを、軌道６のボール中心軌跡６０に対応する
線６０ａより外側にしたため、タング７２の近くでボー
ル３がねじ軸１のボール溝４の肩部に衝突することが避
けられる。

【００１６】その結果、この実施形態のボールねじによ
れば、チューブの厚さを厚くしたり、熱処理によってタ
ングの強度を高くしたりすることなく、振動および騒音
が効果的に低減される。また、ボール３がねじ軸１のボ
ール溝４の肩部に衝突し難いため、ボール３やねじ軸１
の寿命が向上する。さらに、チューブを合成樹脂製とす
ることも可能になるため、制振作用やさらなる低騒音化
が期待できる。

【００１７】また、チューブ７の掬い上げ部７３の端面
が基準線Ｂに合うように配置されているため、チューブ
７の曲げ開始点の軸芯点Ｏからの高さＭ１を、図３の場
合（Ｍ２）よりも低くすることができる。これにより、
チューブ７の軸芯点Ｏからの飛び出し量Ｌを同じにした
場合に、チューブ７の曲げ度合を緩やかにする（曲げ部
分の曲率半径を大きくする）ことができるため、チュー
ブ７内でのボール３の移動がスムーズになる。その結
果、さらなる低騒音化および作業性の向上効果が得られ
る。

【００１８】これに対して、図２に示すように、チュー
ブ７の立ち上がり部７１の軸線７１ａと、軌道６のボー
ル中心軌跡６０に対応する線６０ａとが一致している
と、リード角γが大きい場合には、ボール３の掬い上げ
位置を基準線Ｂと一致（θ＝０）させた場合には特に、
タング７２の近くでボール３がねじ軸１のボール溝４の
肩部（斜線部）に衝突し易い。そのため、従来は図３に
示すように、ボール３の掬い上げ位置を基準線Ｂより上
側にしている（θ＝１５°〜３６°）。

【００１９】また、図２のボールねじは、チューブ７の
掬い上げ部７３の端面とボール３の掬い上げ位置とを一
致させているため、チューブ７の内径はボール３の径よ
りも少し大きな径であることから、ナット２のボール溝
５とチューブ７の掬い上げ部７３との境界位置Ｈに段差
が生じ易い。したがって、図１のボールねじと比べて、
掬い上げ位置に達したボール３がスムーズにチューブ７
の掬い上げ部７３内に入り難い。ただし、ボール３の掬
い上げ位置を基準線Ｂと一致（θ＝０）させているた
め、ボール３がタング７２に衝突することは避けられ
る。

【００２０】なお、この実施形態のボールねじ（図１の
ボールねじ）では、掬い上げ面（チューブ７の掬い上げ
部７３の内面７３ａとナット２のボール溝５の掬い上げ
位置とを、ナット２のボール溝５より外側で接続する
面）２２を、点Ｆと点Ｇとをほぼ直線的に接続する面
（平面に近い面）にしているが、この掬い上げ面２２を
これらの点での段差が極力小さくなるように形成するこ
とが好ましい。そのためには、この掬い上げ面２２を、
例えば、点Ｆからはチューブ７の掬い上げ部７３の内面
７３ａに沿った面が延び、点Ｇからはナット２のボール
溝５の接線方向に沿った面が延び、これらの面がスムー
ズな曲面でスムーズに連結されている面に形成すること
が好ましい。

【００２１】また、この実施形態のボールねじでは、チ
ューブ７の掬い上げ部７３の端面を基準線Ｂと一致させ
ているが、この端面が配置される位置とボール溝５の掬
い上げ位置とが、ナット２のボール溝５より外側（ナッ
トの径方向外側）の面で接続されていれば、この端面位
置は基準線Ｂと一致していなくても（基準線Ｂより上で
も下でも）良い。

【００２２】また、チューブ７の立ち上がり部７１の軸
線７１ａが、軌道６のボール中心軌跡６０に対応する線
６０ａよりも外側に配置され、ボール３の掬い上げ位置
が基準線Ｂと一致（θ＝０）しているボールねじ、すな
わち、図２で軸線７１ａが線６０ａよりも外側に配置さ
れたボールねじは、本発明に含まれる。このボールねじ
によれば、タング７２の近くでボール３がねじ軸１のボ
ール溝４の肩部（図２の斜線部）に衝突することが避け
られる。

【００２３】また、このボールねじの場合は、チューブ
７の掬い上げ部７３の端面が配置される位置と、ボール
溝５の掬い上げ位置とが、ナット２のボール溝５より外
側（ナットの径方向外側）の面で接続されていれば、チ
ューブ７の掬い上げ部７３の端面位置を基準線Ｂよりも
上側にしてもよい。また、この実施形態のボールねじで
は、ボール３とボール３の間に、ボール保持面を有する
スペーサ等を介在させることが好ましい。これにより、
ボール３の動きが拘束されるため、掬い上げ位置からチ
ューブ７の立ち上がり部７１に入るまでの間に、ボール
３がジグザグに移動することなく、よりスムーズに移動
できるようになる。

【００２４】また、特に高速回転時に振動および騒音を
著しく低くするためには、鉄鋼製のボールよりもセラミ
ックス製等の比重の小さいボールを用いて、衝撃エネル
ギーを小さくすることが好ましい。この場合、セラミッ
クス製のボール間にスペーサまたは保持器（スペーサを
連結したもの）を介在させると特に有効である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
振動および騒音が著しく低いボールねじが安価に提供さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に相当するボールねじを示
す部分断面図である。

【図２】本発明の比較例に相当するボールねじを示す部
分断面図である。

【図３】チューブ式ボールねじの従来例を示す部分断面
図である。

【符号の説明】

１ねじ軸２ナット２１穴２２掬い上げ面３ボール３ａ掬い上げ位置にあるボール４ねじ軸のボール転動溝５ナットのボール転動溝５１ボール溝５の底面を示す線６軌道６０軌道のボール中心軌跡６０ａ軌道のボール中心軌跡に対応する線７チューブ７１立ち上がり部７２タング７３掬い上げ部７３ａ掬い上げ部の内面（立ち上がり部のナット側の
内面）Ｏボールねじの軸芯点Ｏ3 掬い上げ位置にあるボールの中心点ＡＯ3 とＯとを結ぶ直線Ｂ基準線Ｄナットのボール溝と穴２１との境界点Ｅタングの先端点Ｆチューブの掬い上げ部の端面が配置される位置Ｇナットのボール溝の掬い上げ位置 θ 掬い上げ位置の基準線に対する角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周面に螺旋状のボール転動溝を有する
ねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナッ
トと、これらのボール転動溝で形成される軌道内に配置
された複数のボールと、軌道の一端側から他端側にボー
ルを循環させるチューブとを備えたボールねじにおい
て、ボールが軌道内の負荷転動部から外れる設計上の位置
（掬い上げ位置）を、チューブの軌道からの立ち上がり
方向に垂直で軸芯点を通る線（基準線）と同じ位置また
は略同じ位置か、この基準線より下側（チューブが立ち
上がる側の反対側）に設け、チューブを、立ち上がり部の軸線が軌道のボール中心軌
跡に対応する線より外側（ねじ軸側ではなくナット側）
となるように配置したことを特徴とするボールねじ。
【請求項２】チューブの立ち上がり部のナット側の内
面とナットのボール溝の掬い上げ位置とを、ナットのボ
ール溝より外側（ナットの径方向外側）の面で接続した
ことを特徴とする請求項１記載のボールねじ。