JP2003314653A

JP2003314653A - ボールねじ

Info

Publication number: JP2003314653A
Application number: JP2002121077A
Authority: JP
Inventors: Eiji Hayashi; 栄治林
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ボール転動路を転動したボールがボール循環
路に入る際にボール循環路内面に衝突することを防止し
て低騒音化および低振動化を図ることのできるボールね
じを提供する。【解決手段】ボール循環路形成部材の方向変更部１７
２，１７３をナット１３に貫設された方向変更部挿入孔
２１，２２に挿入してボール循環路１８を形成したボー
ルねじにおいて、ボール循環路形成部材とボール転動路
１６との境目部分において、ボール循環路内面１８ａの
一部をボール転動路１６を転動するボール１５の外形軌
跡面１５ａの一部と一致させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転運動を直線運
動に或は直線運動を回転運動に変換する手段として工作
機械等に用いられるボールねじに関する。

【０００２】

【従来の技術】ボールねじのボールを循環させる方式に
は、外部循環方式と内部循環方式とがあり、前者の方式
としては、例えば、ボール循環部品としてリタ一ンチュ
ープを使用したリターンチューブ式ボールねじが知られ
ている。このリターンチューブ式ボールねじは、エンド
キャップ式ボールねじのように、ナットの内部にボール
循環路を形成しなくてもよいため、構造の簡素化やコス
トの低減等を図ることができるが、ねじ軸とナットの両
ボールねじ溝間に形成されたボール転動路を転動するボ
ールをリターンチューブのタング部に衝突させてボール
の進行方向をねじ軸の軸方向に対して直角方向に変更し
ているため、騒音の発生やボール及びリターンチューブ
のタング部の損傷等を引き起こす可能性がある。

【０００３】そこで、タング部へのポールの衝突を回避
するために、図１４に示されるように、ボールＢの掬い
上げ角度を小さくしてポールを循環させる方式のボール
ねじか提案されている。ここで、ボールの掬い上げ角度
とは、図１５に示されるように、ねじ軸ＢＳとナットＮ
の両ボールねじ溝間を転動するボールＢの中心軌道Ｌ _B
とリターンチューブＴの中心線Ｌ_Tとの交点Ｐ_Cにおける
中心軌道Ｌ_Bの接線Ｌ_Pと、リターンチューブＴの中心線
Ｌ_Tとのなす角度αをいう。例えば、掬い上げ角度αが
０°となる場合とは、前記接線Ｌ_Pと前記中心線Ｌ_Tとが
なす角度が０°であり、この場合の掬い上げは、所謂、
接線掬い上げと呼ばれるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リター
ンチューブ等のボール循環路形成部材内に形成されるボ
ール循環路の孔径は、ボールの詰まり現象等を回避する
ために、通常、ボールの直径よりも例えば１．１〜１．
２倍程度大きく形成されている。このため、ボールの掬
い上げ角度を０°にすると、ナットに形成されたボール
ねじ溝とボール循環路との接続部分に図１４に示すよう
な段部Ｓが生じ、この段部Ｓによってボールがボール循
環路の内面に衝突する可能性がある。特に、高速運転時
には、ボール転動路からボール循環路に入ったボールが
遠心力のため、上記段部によってボール循環路の内面に
衝突し、騒音や振動の発生原因となる可能性があった。

【０００５】また、このような課題をリターンチューブ
式ボールねじで解決しようとした場合には、構造が複雑
になったり、加工が困難であったり、部品点数が多くな
るなどの問題があった。そこで本発明は、このような問
題点に着目してなされたものであり、ボール転動路を転
動したボールがボール循環路に入る際にボール循環路内
面に衝突することを防止して低騒音化および低振動化を
図ることのできるボールねじを提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のボールねじは、外周面に第１のボールね
じ溝を有するねじ軸と、このねじ軸の外周面と対向する
内周面に第２のボールねじ溝を有するナットと、前記第
１及び第２のボールねじ溝間に形成されたボール転動路
を転動する多数のボールと、前記ボール転動路を転動す
るボールの進行方向を変更する方向変更部を有するボー
ル循環路形成部材とを備えてボール循環路を形成したボ
ールねじであって、前記ボール循環路形成部材と前記ボ
ール転動路との境目部分において、前記ボール循環路内
面の一部を、前記ボール転動路を転動する前記ボールの
外形軌跡面の一部と一致させたことを特徴とする。

【０００７】このような構成であると、ボールの掬い上
げ角度を小さくしても、また高速回転時もボール転動路
を転動したボールがボール循環路に入る際にボール循環
路内面に衝突することを防止できるので、ボールねじの
低騒音化と低振動化を図ることができる。この場合、請
求項２記載の発明のように、ボール循環路の中心線はボ
ール転動路との境目部分でねじ軸の軸方向と直角方向に
対して第１及び第２のボールねじ溝のリード角分だけ傾
斜していることが望ましく、このような構成とすること
により、ボール転動路からボール循環路にボールが入る
際にボール循環路の内面にボールが衝突することをさら
に防止することができる。

【０００８】また、請求項３記載の発明のように、ボー
ルの掬い上げ角度を０〜１５°にしたボールねじにおい
ては、方向変更部へのボールの衝突角度を小さくし、衝
突を和らげることができるという効果が得られる。さら
に、請求項４記載の発明のように、各ボール間に保持ピ
ースまたはその連結体を設けることにより、ボール同士
の衝突や競り合いに起因する騒音の発生やボールの摩耗
等を抑制することができるとともに、保持ピースまたは
その連結体の引っ掛かりを防止できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１乃至図１０は本発明の第１の
実施形態を示すもので、図１は本発明の第１の実施形態
に係るボールねじ１０の側面図である。同図に示される
ように、本発明の第１の実施形態に係るボールねじ１０
はねじ軸１１を備えており、このねじ軸１１の外周面に
は第１のポールねじ溝１２が形成されている。また、ボ
ールねじ１０は円筒状のナット１３を備えており、この
ナット１３の内周面には第２のボールねじ溝１４（図２
参照）が形成されている。

【００１０】上記第１及び第２のポールねじ溝１２，１
４は互いに対向しており、これらの両ボールねじ溝１
２，１４間には、図２に示されるように、転動体として
の多数のボール１５が配設されている。これらのボール
１５はねじ軸１１又はナット１３の一方が軸芯回りに回
転するとボールねじ溝１２，１４間に形成された螺旋状
のボール転動路１６（図３参照）を転動するようになっ
ており、ボール転動路１６を転動した各ボール１５は、
ボール循環路形成部材１７によりナット１３の外部に形
成されたボール循環路１８を通って元の位置に戻される
ようになっている。

【００１１】ボール循環路形成部材１７は、図４乃至図
６に示されるように、プレート状のボール戻し部１７１
を有しており、このボール戻し部１７１は取付ネジ１
９，２０（図１参照）によりナット１３の側面に取り付
けられている。また、ボール循環路形成部材１７はボー
ル転動路１６を転動するボール１５の進行方向を変更す
る柱状の方向変更部１７２，１７３を有しており、これ
らの方向変更部１７２，１７３はナット１３に貫設され
た方向変更部挿入孔２１，２２（図３参照）に挿入され
ている。

【００１２】図７は図２のＡ部を拡大して示す図であ
り、同図に示されるように、ボール循環路形成部材１７
内に形成されたボール循環路１８の両端部分はその中心
線Ｌ₁₈をねじ軸１１の軸方向と直角方向に対してボール
ねじ溝１２，１４のリード角θ分だけ傾斜させて方向変
更部１７２，１７３内に形成されている。図８は図７の
VIII−VIII線に沿う矢視断面図であり、同図に示される
ように、ボール１５がボール循環路１８からボール転動
路１６に戻される際には、ボール１５がボールねじ溝１
４の肩部１４ａに衝突する可能性があるので、本実施形
態では図８中斜線で示される部分に面取りが施されてい
る。また、ナット１３の内周面に形成されたボールねじ
溝１４の溝面中央部には、研削時の逃げ溝２５が形成さ
れている。さらに、ボール循環路１８の内面１８ａの一
部とボール転動路１６を転動するボール１５の外形軌跡
面１５ａの一部は、ボール転動路１６とボール循環路１
８との境目部でＰ_O点で一致している。なお、図８中Ｃ
Ｐはボール１５とボールねじ溝１４との接触点、Ｏ₁₅は
ボール１５の中心軌跡、Ｏ₁₈はボ−ル循環路１８の中
心、Ｐ_Oはねじ軸１１上のボール１５の最も外側となる
点で、ボール１５とボール循環路１８の接触点を示して
いる。

【００１３】図９は図２のＢ部を拡大して示す図であ
り、同図に示されるように、各ボール１５間には保持ピ
ース２４が設けられている。この保持ピース２４はボー
ル１５の直径よりも小さい直径で円盤状に形成されてお
り、各保持ピース２４の両端面には、図１０に示される
ように、転動体接触面２４ａ，２４ｂが形成されてい
る。

【００１４】図１１は図３のＣ部を拡大して示す図であ
り、同図に示されるように、ボール１５の直径をｄｗ、
ボール循環路１８の孔径をｄ、ボール転動路１６を転動
するボール１５の中心Ｏ₁₅からねじ軸１１の中心Ｏ₁₁ま
での距離をＤとすると、前記方向変更部挿入孔２１，２
２は、ボール循環路１８の中心線Ｌ₁₈がねじ軸１１の中
心Ｏ₁₁からＤ−（（ｄ−ｄｗ）／２）の距離だけ離れた
地点Ｏ₁₈に位置するようにナット１３内に貫設されてい
る。また、ボール循環路１８はポール１５の掬い上げ角
度αがα＝０〜１５°となる角度で方向変更部１７２，
１７３内に形成されている。

【００１５】このように、ボール循環路１８の中心線Ｌ
₁₈がねじ軸１１の中心Ｏ₁₁からＤ−（（ｄ−ｄｗ）／
２）の距離だけ離れた地点に位置するように方向変更部
挿入孔２１，２２をナット１３に設けると、ボール転動
路１６とボール循環路１８との境目部においてボール循
環路内面１８ａの一部がボール転動路１６を転動するボ
ール１５の外形軌跡面１５ａの一部とＰ_O点にて一致す
る。これにより、ボール転動路１６を転動したボール１
５がボール循環路１８に入る際にボール転動路１６とボ
ール循環路１８との境目部分で不安定な状態となり、遠
心力によりボール循環路１８の内面に衝突したりするこ
とがないので、ボールねじ１０の低騒音化と低振動化を
図ることができる。

【００１６】また、上述した実施形態では、方向変更部
１７２，１７３内のボール循環路１８の中心線Ｌ₁₈がね
じ軸１１の軸方向と直角方向に対してボールねじ溝１
２，１４のリード角θ分だけ傾斜しているため、ボール
転動路１６からボール循環路１８にボール１５が入る際
にボール循環路１８の内面にボール１５が衝突すること
をさらに防止することができる。

【００１７】さらに、上述した実施形態ではボール１５
の掬い上げ角度αをα＝０〜１５°としたボールねじに
て実現したことにより、方向変更部１７２，１７３への
ボール１５の衝突を和らげることができる。また、上述
した実施形態では各ボール１５間に保持ピース２４を設
けたことにより、ボール同士の衝突や競り合いが保持ピ
ース２４によって回避されるため、騒音の発生やボール
の摩耗等を防止することができる。さらに、第２のボー
ルねじ溝１４とボール循環路１８との接続部分でボール
１５が不連続に移動し難くなっているため、保持ピース
２４の引っ掛かりを防止できる。

【００１８】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。たとえば、上述した第１の実施形態
ではボール１８の遠心力のみを考慮してボール外形軌跡
面１５ａとボール循環路内面１８ａをＰ_O点で一致させ
たが、軸方向のボール１５の慣性を考慮してボール外形
軌跡面１５ａのＰ₁点で一致させてもよい。また、ボー
ル循環路形成部材１７のボール戻し部１７１をプレート
状に形成したが、図１２及び図１３に示す第２の実施形
態のように、ボ一ル循環路形成部材１７の方向変更部１
７２，１７３をデフレクターピースとし、またボール戻
し部１７１を管状に形成したものでもよいし、あるいは
ボ一ル循環路形成部材全体を管状に形成したものでもよ
い。

【００１９】また、上述した第１の実施形態では保持ピ
ース２４を各ボール間に各々独立して設けたが、保持ピ
ース同士が連結された連結体を用いてもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、ボール転動路を転動したボールがボール循環路
に入る際にボール循環路内面に衝突することを防止して
ボールねじの低騒音化および低振動化を図ることができ
る。請求項２の発明に係るボールねじによれば、上述し
た効果に加え、ボール転動路からボール循環路にボール
が入る際にボール循環路の内面にボールが衝突すること
をさらに防止することができる。

【００２１】請求項３の発明に係るボールねじによれ
ば、請求項１に係る発明の効果に加え、方向変更部への
ボールの衝突を和らげることができるという効果が得ら
れる。請求項４の発明に係るボールねじによれば、請求
項１に係る発明の効果に加え、ボール同士の衝突や競り
合いに起因する騒音の発生やボールの摩耗等を抑制する
ことができるとともに、保持ピース又はその連結体の引
っ掛かりを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るボールねじの側面図
である。

【図２】図１に示すボールねじの軸方向断面図である。

【図３】図１に示すボールねじの径方向断面図である。

【図４】図１に示すボール循環路形成部材の平面図であ
る。

【図５】図４に示すボール循環路形成部材の側面図であ
る。

【図６】図４に示すボール循環路形成部材の背面図であ
る。

【図７】図２のＡ部を拡大して示す図である。

【図８】図７のVIII−VIII線に沿う矢視断面図である。

【図９】図２のＢ部を拡大して示す図である。

【図１０】図９に示す保持ピースの断面図である。

【図１１】図３のＣ部を拡大して示す図である。

【図１２】本発明の第２の実施形態に係るボールねじの
側面図である。

【図１３】図１２に示すボールねじの断面図である。

【図１４】ボールの掬い上げ角度を０°にした場合のリ
ターンチューブ式ボールねじの断面図である。

【図１５】ボールの掬い上げ角度を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１０ボールねじ１１ねじ軸１２第１のボールねじ溝１３ナット１４第２のボールねじ溝１４ａ肩部１５ボール１５ａボール転動路を転動するボールの外形軌跡面１６ボール転動路１７ボール循環路形成部材１７１ボール戻し部１７２，１７３方向変更部１８ボール循環路１８ａボール循環路内面１９，２０取付ネジ２１，２２方向変更部挿入孔２４保持ピース２４ａ，２４ｂ転動体接触面２５逃げ溝

【手続補正書】

【提出日】平成１４年４月２６日（２００２．４．２
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】図１１は図３のＣ部を拡大して示す図であ
り、同図に示されるように、ボール１５の直径をｄｗ、
ボール循環路１８の孔径をｄ、ボール転動路１６を転動
するボール１５の中心Ｏ₁₅からねじ軸１１の中心Ｏ₁₁ま
での距離をＤとすると、前記方向変更部挿入孔２１，２
２は、ボール循環路１８の中心線Ｌ₁₈がねじ軸１１の中
心Ｏ₁₁からＤ−（（ｄ−ｄｗ）／２）の距離だけ離れた
地点Ｏ₁₈に位置するようにナット１３内に貫設されてい
る。また、ボール循環路１８はボール１５の掬い上げ角
度αがα＝０〜１５°となる角度で方向変更部１７２，
１７３内に形成されている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１４】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１５】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周面に第１のボールねじ溝を有するね
じ軸と、このねじ軸の外周面と対向する内周面に第２の
ボールねじ溝を有するナットと、前記第１及び第２のボ
ールねじ溝間に形成されたボール転動路を転動する多数
のボールと、前記ボール転動路を転動するボールの進行
方向を変更する方向変更部を有するボール循環路形成部
材とを備えてボール循環路を形成したボールねじであっ
て、前記ボール循環路形成部材と前記ボール転動路との境目
部分において、前記ボール循環路内面の一部を、前記ボ
ール転動路を転動する前記ボールの外形軌跡面の一部と
一致させたことを特徴とするボールねじ。
【請求項２】前記ボール循環路の中心線は、前記ボー
ル転動路との境目部分で前記ねじ軸の軸方向と直角方向
に対して前記第１及び第２のボールねじ溝のリード角分
だけ傾斜していることを特徴とする請求項１記載のボー
ルねじ。
【請求項３】請求項１又は２記載のボールねじにおい
て、前記ボールの掬い上げ角度が０〜１５°であること
を特徴とするボールねじ。
【請求項４】前記各ボール間に保持ピース又はその連
結体を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
か１項記載のボールねじ。