JP2004116688A

JP2004116688A - ボールねじ

Info

Publication number: JP2004116688A
Application number: JP2002282070A
Authority: JP
Inventors: Hideki Tamoto; 田本　英樹; Takashi Yamamoto; 山本　隆士
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】循環路の転走路との接続部におけるボールの挙動が安定してボールの詰まりが抑制でき、かつ循環路の通過に伴うボールの早期摩耗を防止することのできるボールねじを提供する。
【解決手段】ガイドプレート式のボールねじにおいて、循環路１２の転走路８との接続部１０を、ねじ溝６，７の接線方向でかつリード角βの方向とする。ガイドプレート５のボール循環溝９を略直線形状とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高速運転の用途や、各種の機器、例えば射出成形機やプレス機、工作機械等に用いられるガイドプレート形式のボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールねじにおいて、ねじ軸とナットのねじ溝間で形成される転走路のボールは、ナットに設けられた循環路を通って転走路に戻される。この循環路の形式によって、ボールねじは、ガイドプレート式や、その他種々の形式に分類されている。いずれの形式においても、ボールが循環路と転走路の間を行き来する際に、ボールが不安定な挙動を起こし、ボールの流れに速度変動が生じてボール詰まり易くなる現象がある。ボール詰まりが生じると、トルクむらを招き、また位置決め精度が低下する。
ガイドプレート形式のボールねじにおいて、このボールの詰まりを解消するものとして、循環路の転走路との接続部を、ねじ溝の接線方向でかつリード角方向に設定したものがある（例えば、特許文献１）。このようにリード角方向に設定した場合、循環路の両端の方向が１８０°逆になることに対応して、ガイドプレートに設けられる循環路は略Ｓ字状に形成される。これにより、循環路の全体を滑らかな曲線経路としてボールを通過し易くする。ガイドプレートのナットへの取付けは、止めねじで行われる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１４９４０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように循環路を略Ｓ字状に形成した場合、循環路に変曲点が存在するため、高速運転時はこの変曲点の部分が早期に摩耗するという問題があることがわかった。
また、ガイドプレートは、止めねじのみでナットに固定されているため、ガイドプレートに形成される止めねじの挿通孔の遊び分だけ、組立時にガイドプレートが動くことができる。このため、組立時にガイドプレートの循環路とナットのボール通過孔の間にずれが生じ、ボールの円滑な循環を妨げる恐れがある。
【０００５】
この発明の目的は、循環路の転走路との接続部におけるボールの挙動が安定してボールの詰まりが抑制でき、かつ循環路の通過に伴うボールの早期摩耗を防止することのできるボールねじを提供することである。
この発明の他の目的は、ガイドプレートのボール循環溝とナットのボール通過孔間のずれを無くすことができて、ボールの循環がより一層円滑に得られるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明のボールねじは、ねじ軸の外径面と、このねじ軸の外周に遊嵌するナットの内径面とに、互いに対向するねじ溝が形成され、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝間で形成される転走路内に複数のボールが介在し、上記ナットに取付けられたガイドプレートのボール循環溝とナットとの間に上記ボールが通過する循環路が形成され、この循環路の両端が上記転走路に接続され、その接続部に上記転走路のボールを上記循環路に掬い上げる手段を有するボールねじにおいて、上記循環路の転走路との接続部を、ねじ溝の接線方向で、かつリード角方向とし、上記ボール循環溝を略直線形状としたことを特徴とする。
この構成によると、循環路のねじ溝との接続部が、ねじ溝の接線方向でかつリード角方向に合致して設定されているので、接続部において、ボールはねじ軸の径方向についても、またリード角方向についても挙動が安定する。そのため、ボールの流れの速度変更によるボール詰まりが抑制される。また、ガイドプレートの循環路を構成するボール循環溝を略直線形状とし、変曲点を無くしたため、高速運転時でも循環路の早期摩耗を防ぐことができる。循環路の接続部がリード角方向であるため、循環路の略直線状の部分と接続部との間で急な曲がり部分が生じるが、この曲がり部分は曲がり方向が一定であり、曲がり方向の逆転部分である変曲点は生じないため、早期摩耗の問題が生じない。
なお、上記ねじ溝の接線方向は、詳しくは、ねじ軸とナットのねじ溝間に形成された転走路におけるボール軌道中心径となる円の接線方向このことであり、上記の円は、ボールねじ中心軸に対して垂直な平面におけるボール軌道中心の投影形状となる円である。
【０００７】
この発明において、ガイドプレートとナットとに、互いに嵌合する凸部または凹部を設けても良い。その場合に、ガイドプレートとナットとを、上記凸部および凹部の嵌合と止めねじとで固定しても良い。凸部と凹部のいずれをガイドプレート側に設けても良い。
このようにガイドプレートとナットとを凸部と凹部とで嵌合させると、組立時にガイドプレートのボール循環溝とナットの上記接続部となるボール通過孔との間でずれが生じることを防げる。このため、循環路内の上記ずれによる段差等でボールの循環が妨げられることがなく、ボールの循環がより一層円滑に行える。凸部と凹部とを嵌合させた上で、止めねじで固定する場合は、凸部と凹部とでずれのないように位置関係を決定した上で、止めねじによるガイドプレートとナットとの結合が行え、簡単な作業で組立てることができる。
【０００８】
上記の凸部および凹部の形成に代えて、または上記凸部および凹部の形成に加えて、ガイドプレートとナットとに、互いに整合するピン嵌合孔を設け、これらピン嵌合孔に渡ってピンを嵌合させ、ガイドプレートとナットとを、上記ピンの嵌合と止めねじとで固定しても良い。この場合も、ガイドプレートとナットとを位置の決定状態で止めねじにより固定することができ、ガイドプレートのボール循環溝とナットの上記接続部となるボール通過孔との位置ずれを無くし、ボールの円滑な循環が行える。
【０００９】
この発明において、ナットに上記接続部を構成するボール通過孔を設け、このボール通過孔が底面に開口した嵌合用の凹部を設け、この凹部に嵌合する凸部をガイドプレートに設け、この凸部に、上記循環路の内面の一部を形成するガイド面を設けても良い。
このように、ガイドプレートに設けた凸部にガイド面を設けると、循環路の接続部と略直線の部分の間で生じる曲がり部分を構成する面の全体ないし略全体をガイドプレートに設けることができ、この急な曲がり部分の途中にガイドプレートとナットとの分割部分が生じることが無くせる。このため、循環路におけるボールの流れがより一層円滑に得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図８と共に説明する。図１に示すように、このボールねじ１は、ねじ軸２と、このねじ軸２の外周に遊嵌するナット３と、複数のボール４とを備え、ナット３にはガイドプレート５が取付けられる。ナット３は、円筒状に形成されたナット本体３ａと、その一端に設けられたフランジ３ｂを有する。ねじ軸２は、その外径面に螺旋状のねじ溝６を有する。ナット３は、内径面にねじ軸２のねじ溝６と対向する螺旋状のねじ溝７が形成されている。ボール４は、ねじ軸２のねじ溝６とナット３のねじ溝７との間に形成された螺旋状の転走路８内に、連なり状態で転動自在に収容される。
【００１１】
ガイドプレート５は、ナット３の外周の一部に形成した平坦面部３ａａに固定されて、ナット３と共に円筒状の組立部品を構成する。ガイドプレート５の裏面には、ボール４が通過するボール循環溝９が図８のように形成されている。ボール循環溝９は、略直線形状とされている。このボール循環溝９は、ナット３で溝開口部が蓋されることにより、孔状の循環路１２（図３）を形成する。この実施形態ではナット３にもボール循環溝９と対向して溝１９が形成され（図７）、両溝９，１９が合わさってボール４の通過する循環路１２を形成する。なお、ナット３の溝１９は必ずしも設けなくても良く、その場合、ガイドプレート５のボール循環溝９を、ボールの通過が可能な深さに形成する。
ガイドプレート５のボール循環溝９は、図８のように２本が軸方向に並んで設けられ、それぞれが別の循環路１２を構成する。各循環路１２と上記転走路８とで、一連のボール周回経路１４が構成される。したがって、この実施形態では２つのボール周回経路１４（図１）が形成されている。なお、このボール周回経路１４は一つとしても、３つ以上としても良い。
【００１２】
循環路１２の両端は、ねじ軸２とナット３間の転走路８に接続される接続部１０となっている。接続部１０は、ナット３に形成されたボール通過孔１０ａにより主に形成される。
図３，図４に示すように、ナット３のねじ溝７内には、転走路８のボール４を循環路１２に掬い上げるボール拾い上げ手段１１が配置されている。ボール拾い上げ手段１１は、デフレクタ部材からなり、一部がナット３のねじ溝７内に嵌合してナット３に固定され、残り部分がねじ軸２のねじ溝６に嵌まり込む。このデフレクタ部材からなるボール拾い上げ手段１１は、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように螺旋の一部を成す部材であり、その固定は、例えば取付孔１１ｂの部分で固定ねじ（図示せず）等により行われる。ボール拾い上げ手段１１の端面１１ａはナット３のボール通過孔１０ａの内面に滑らかに続く傾斜面とされ、ボール通過孔１０ａと同じ傾斜角度を持つ。ボール拾い上げ手段１１の端面１１ａは、ボール４の半径よりも若干大きな半径の円弧状の断面形状とされている。上記ボール拾い上げ手段１１は、循環路１２の両側の接続部１０に対してそれぞれ別のものが設けられる。
【００１３】
循環路１２の各接続部１０の延びる方向、つまりボール通過孔１０ａの延びる方向は、ねじ溝６，７の接線方向Ｔ（図４）で、かつねじ溝６，７のリード角β（図２）の方向に設定されている。ねじ溝６，７の接線方向Ｔは、詳しくは、ねじ溝６，７間に形成された転走路８におけるボール軌道中心径となる円の接線方向のことであり、上記の円は、ボールねじ中心軸に対して垂直な平面における転走路８のボール軌道中心の投影形状となる円である。
【００１４】
ナット３には、ボール通過孔１０ａに続く嵌合用の凹部１７を設け、この凹部１７に嵌合する凸部１８がガイドプレート５に設けられている。この凸部１８に、循環路１２の内面の一部を形成するガイド面１６が設けられる。ガイド面１６は、上記のように方向の定められたボール通過孔１０ａから、直線状のボール循環溝９に滑らかに続く曲面とされており、図５（Ａ）に示すように横断面において円弧状に湾曲し、かつ同図（Ｂ）のように縦断面においても円弧状に湾曲した面とされている。循環路１２における凸部１８のガイド面１６と対向する内面部分は、ナット３のボール通過孔１０ａに続く循環路形成面１０ｂからなる。
【００１５】
ガイドプレート５の上記各凸部１８は、外周の一部が上記ガイド面１６となる異形断面の柱状に形成されている。ナット３の上記凹部１７は、ガイドプレート５の凸部１８が、ナット軸方向に対しては略隙間なく嵌合する形状，大きさ、ナット幅方向の中間側に対しても略隙間なく嵌合する形状，大きさとされ、ナット幅方向の外側に対しては開放された形状となっている。ガイドプレート５は、軸方向に対しては、各凸部１８がナット３の凹部１７に嵌まることで位置決めされ、ナット幅方向に対しては、両側の凸部１８がナット３の凹部１７に嵌まって中央側への移動が阻止されることで、幅方向両側へ移動が生じないように位置決めされる。ガイドプレート５のナット３への固定は、この凸部１８と凹部１７との嵌合による位置決め状態で、ガイドプレート５に設けられた取付孔２１（図８）に挿通された止めねじ（図示せず）をナット３のねじ孔２２（図７）にねじ込むことで行われる。
【００１６】
この構成のボールねじ１によると、循環路１２の転走路８との接続部１０が、ねじ溝６，７の接線方向Ｔでかつリード角βの方向に合致して設定されているため、接続部１０において、ボール４はねじ軸２の径方向についても、またリード角βの方向についても挙動が安定する。そのため、ボール４の流れの速度変更によるボール詰まりが抑制される。これにより、トルクむらがなく、高位置決め精度のボールねじ１とすることができる。
また、ガイドプレート５の循環路１２を構成するボール循環溝９を略直線形状とし、変曲点を無くしたため、高速運転時でも循環路１２の早期摩耗を防ぐことができる。循環路１２の接続部１０がリード角方向であるため、循環路１２の略直線状の部分と接続部１０との間で急な曲がり部分が生じるが、この曲がり部分は同じ方向への曲がりであり、曲がり方向の逆転部分である変曲点は生じないため、早期摩耗の問題が生じない。
また、この実施形態では、ガイドプレート５をナット３に対して、凹部１７と凸部１８とで嵌合させた状態で止めねじにより固定するようにしたため、止めねじとその挿通用の取付孔２１間の遊びの問題なく、凹部１７と凸部１８との嵌合による位置決め状態で止めねじによる固定が行われる。そのため、ガイドプレート５のボール循環溝９とナット３のボール通過孔１０ａとの間でずれが生じることが防げ、ずれによる段差等でボール４の循環が妨げられることがなく、ボール４の循環がより一層円滑に行える。
さらに、このガイドプレート５に設けた凸部１８に、循環路１２の内面の一部を形成するガイド面１６を設けたため、単なる平板状のガイドプレートに形成する場合と異なり、湾曲したガイド面１６を形成する箇所が厚くできて、ガイド面１６の全体を継ぎ目のない面とできる。すなわち、循環路１２の内面における接続部１０と略直線状のボール循環溝９の間で生じる急な曲がり部分の全体を、ガイドプレート５に設けることができる。そのため、この曲がり部分の途中にガイドプレート５とナット３との分割部分が生じることが無く、分割部分の段差の問題がなくて、循環路１２におけるボール４の流れがより一層円滑に得られる。
【００１７】
なお、第１の実施形態において、図９に示すように、ガイドプレート５とナット３とに、互いの位置関係を決めるピン孔を設け、両ピン孔に渡って嵌合するピン２３を設けても良い。
このようにピン２３を嵌合させた場合、ガイドプレート５とナット３との位置関係を決定した上で、止めねじ２４によるガイドプレート５の固定が行えるため、組立時にガイドプレート５のボール循環溝９とナット３のボール通過孔１０ａ（図５）との間にずれが生じることを、より一層確実に防止することができる。
【００１８】
図１０ないし図１２は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、ナット３のガイドプレート５が重なる面における幅方向の中央に、長手方向に沿う凸部３１を設け、ガイドプレート５の裏面に、ナット３の凸部３１が嵌合する溝状の凹部３２を設けている。換言すれば、ナット３のガイドプレート５が重なる面における幅方向の両端を、軸方向に延びる凹部１７Ａとし、ガイドプレート５の裏面の幅方向両端に、ナット３の幅方向両端の凹部１７Ａに嵌合する凸部１８Ａを設けている。この凸部１８Ａに、循環路１２の内面の一部を形成するガイド面１６を設けている。また、ガイドプレート５とナット３とに、互いの位置関係を決めるピン孔２４，２５を設け、両ピン孔２４，２５に渡って嵌合するピン２３を設けている。これらピン孔２４，２５およびピン２３は、省略しても良い。この実施形態におけるその他の構成は、図１ないし図８に示す第１の実施形態と同じである。
このように、ガイドプレート５の幅方向両端に軸方向の全長に延びる凸部１８Ａを設け、ナット３の凹部１７Ａと嵌合させるようにした場合は、第１の実施形態のような局部的な凸部１８および凹部１７を設ける場合に比べて、ガイドプレート５およびナット３を簡素な形状とできる。その他の効果は第１の実施形態と同じである。
【００１９】
【発明の効果】
この発明はガイドプレート式のボールねじにおいて、循環路の転走路との接続部を、ねじ溝の接線方向でかつリード角方向とし、ガイドプレートのボール循環溝を略直線形状としたため、循環路の転走路との接続部におけるボールの挙動が安定してボールの詰まりが抑制でき、かつ循環路の通過時に生じるボールの早期摩耗を防止することができる。
ガイドプレートとナットとに互いに嵌合する凸部または凹部を設けた場合や、ガイドプレートとナットとにピン嵌合孔を設けてピンを嵌合させた場合は、組立時におけるガイドプレートのボール循環溝とナットのボール通過孔間のずれを無くすことができて、ボールの循環がより一層円滑に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態におけるボールねじの正面図である。
【図２】同ボールねじの平面図である。
【図３】同ボールねじにおける部分横断面図である。
【図４】図３の一部の拡大図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ同ボールねじにおける循環路の接続部を示す横断面図および縦断面図である。
【図６】その掬い上げ手段の側面図および平面図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は同ボールねじにおけるナットの平面図、（Ｂ）は同ナットの部分横断面図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ同ボールねじにおけるガイドプレートの裏面図および倒立状態で示す断面図である。
【図９】この発明の他の実施形態にかかるボールねじの平面図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態にかかるボールねじの平面図である。
【図１１】そのナットの平面図である。
【図１２】（Ａ），（Ｂ）はそのガイドプレートの側面図および裏面図である。
【符号の説明】
１…ボールねじ
２…ねじ軸
３…ナット
４…ボール
５…ガイドプレート
６，７…ねじ溝
８…転走路
９…ボール循環溝
１０…接続部
１０ａ…ボール通過孔
１１…ボール拾い上げ手段
１２…循環路
１６…ガイド面
１７，１７Ａ…凹部
１８，１８Ａ…凸部
２３…ピン

Claims

ねじ軸の外径面と、このねじ軸の外周に遊嵌するナットの内径面とに、互いに対向するねじ溝が形成され、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝間で形成される転走路内に複数のボールが介在し、上記ナットに取付けられたガイドプレートのボール循環溝とナットとの間に上記ボールが通過する循環路が形成され、この循環路の両端が上記転走路に接続され、その接続部に上記転走路のボールを上記循環路に掬い上げる手段を有するボールねじにおいて、
上記循環路の転走路との接続部を、ねじ溝の接線方向で、かつリード角方向とし、上記ボール循環溝を略直線形状としたことを特徴とするボールねじ。
請求項１において、ガイドプレートとナットとに、互いに嵌合する凸部または凹部を設け、ガイドプレートとナットとを、上記凸部および凹部の嵌合と止めねじとで固定したボールねじ。
請求項１または請求項２において、ガイドプレートとナットとに、互いに整合するピン嵌合孔を設け、これらピン嵌合孔に渡ってピンを嵌合させ、ガイドプレートとナットとを、上記ピンの嵌合と止めねじとで固定したボールねじ。
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、ナットに上記接続部を構成するボール通過孔を設け、このボール通過孔が底面に開口した嵌合用の凹部を設け、この凹部に嵌合する凸部をガイドプレートに設け、この凸部に、上記循環路の内面の一部を形成するガイド面を設けたボールねじ。