JP2004169740A

JP2004169740A - ボールねじ

Info

Publication number: JP2004169740A
Application number: JP2002333192A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Tateishi; 康司立石
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-11-18
Also published as: JP4459525B2

Abstract

【課題】低コストで、かつ、ラジアル荷重およびモーメント荷重に対する負荷能力を増大し、耐久性を向上させたボールねじを提供することを目的としている。
【解決手段】外周面に螺旋状のねじ溝４を形成したねじ軸２と、このねじ軸２に外嵌し、内周面に螺旋状のねじ溝５を形成したナット３と、対向する両ねじ溝４、５により形成された転動路に収容した複数のボール６と、ナット３のねじ溝５を連結する駒部材８とを備えたボールねじ１において、駒部材８を、ナット３の両端部で、かつ、モーメント荷重が発生する方向に対して円周方向に略９０°傾けてそれぞれ配設することにより、ナット３の中央部分のボールを廃止することができる。これにより、低コストで、かつ、ボールねじ１のラジアル荷重およびモーメント荷重に対する負荷能力を増大し、耐久性を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじ、特にスラスト荷重だけでなく、ラジアル荷重やモーメント荷重が作用するボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的にボールねじは、主として純スラスト荷重のみを負荷する構造になっている。したがって、このボールねじにラジアル荷重やモーメント荷重が直接ナットやねじ軸に負荷された場合、内部の荷重負荷分布にアンバランスが生じる。すなわち、図５（ａ）に示すように、ねじ軸６１にモーメント荷重が負荷された場合、ナット６２の両端における一部のボール（図中●）にその負荷が集中して接触面圧が増大し、早期の剥離や摩耗による短寿命化の恐れがある。図５（ｂ）は、（ａ）のＡ側（図中左側）から見た場合の負荷状況、（ｃ）は、Ｂ側（図中右側）から見た場合の負荷状況をそれぞれ示している。ボール循環方式としてリターンチューブ６３を使用した場合、図５（ｃ）に示したように、このリターンチューブ６３が装着されている第４象限（図５（ｂ）では第２象限）は、ほとんど負荷ボールが存在しないため、負荷状況としては非常に厳しくなる。そのため、負荷ボールが多くなるよう、円周方向に対してリターンチューブ６３の位相をシフトすることも可能であるが、図５（ａ）に例示するようなトラニオン軸部６４を有する構造のボールねじにおいては、リターンチューブ６３の位相をシフトさせることはほとんど不可能である。
【０００３】
また、従来、図６に示すように、スラスト荷重に加え、ラジアル荷重およびモーメント荷重にも耐え得るボールねじが知られている。
このボールねじ５０は、外周に螺旋状の主ねじ溝５１が形成されたねじ軸５２と、内周にこの主ねじ溝５１に対応する螺旋状の主ねじ溝５３が形成されたナット５４と、これら主ねじ溝５１、５３の間に収容した多数のボール５５と、ボール５５を循環させる循環部材、例えば、ナット５４の外周に装着されたリターンチューブ（図示せず）を備えている。さらに、ナット５４のランド部５６に形成された副ねじ溝５７に充填される複数のボール５８およびその循環部材（図示せず）を有している。
【０００４】
副ねじ溝５７の曲率半径は、主ねじ溝５３の曲率半径より小さく、したがって、この副ねじ溝５７に充填されるボール５８も主ねじ溝５１、５３間に収容されているボール５５より小さい。このボール５８は、ねじ軸５２のランド部５９に接触し、主としてラジアル荷重を負荷するようになっている。一方、スラスト荷重は主ねじ溝５１、５３間に収容されているボール５５が負荷する。したがって、主ねじ溝５１、５３とボール５５との間にラジアル方向のすきまが存在していても、ナット５４にラジアル方向のガタを生じたり、角振れを生じたりすることはなくなる。さらに、副ねじ溝５７に充填されるボール５８にラジアル方向の予圧を付与することにより、ボールねじ５０の剛性は向上する。
【０００５】
このように、このボールねじ５０は、主ねじ溝５１、５３間の余分な空間、すなわち、ナット５４とねじ軸５２のランド部５６、５９に着目し、この部分に主ねじ溝５１、５３とは別の副ねじ溝５７を設け、この副ねじ溝５７にボール５８を充填することにより、スラスト荷重に加え、ラジアル荷重およびモーメント荷重をも負荷することができるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
実用新案登録第２５４８５９４号公報（第１、２頁、第１、２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来のボールねじ５０において、副ねじ溝５７を形成するため、加工工数だけでなく組立工数が増大してコスト高騰を招来せしめる。さらに、副ねじ溝５７の寸法精度を厳しく規制しないと、本来の主ねじ溝５１、５３部の負荷分布に悪影響を及ぼす。特に、高速領域においては、主ねじ溝５１、５３間を転動するボール５５の作動性への悪影響は避けられない。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、低コストで、かつ、ラジアル荷重およびモーメント荷重に対する負荷能力を増大し、耐久性を向上させたボールねじを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸と、このねじ軸に外嵌し、内周面に螺旋状のねじ溝を形成したナットと、対向する両ねじ溝により形成された転動路に収容した複数のボールと、前記ナットのねじ溝を連結する循環部材とを備えたボールねじにおいて、前記循環部材を、前記ナットの両端部で、かつ、モーメント荷重が発生する方向に対して円周方向に略９０°傾けてそれぞれ配設したものである。
【００１０】
このように、循環部材をナットの両端部、すなわち、最大スパンにて配設すると共に、モーメント荷重が発生する方向に対して円周方向に略９０°傾けてそれぞれ配設することにより、負荷の集中程度を軽減し、ボールとねじ溝間に発生する面圧を可及的に低下させることができる。したがって、低コストで、かつ、ラジアル荷重およびモーメント荷重に対する負荷能力を増大し、耐久性を向上させたボールねじを提供することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明のように、前記循環部材が駒部材であっても良いし、また、請求項３に記載の発明のように、リターンチューブであっても良い。駒部材を採用した場合は、リターンチューブに比べ、モーメント負荷領域における負荷ボールの数を増大させることができる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明のように、前記循環部材がリターンチューブであれば、前記ナットのねじ溝における循環列１．５巻を連結しているのが好ましい。このように、リターンチューブ式の最小巻き数である１．５巻の循環列をナットの両端部に配設することにより、駒部材と同様、効率良くモーメント荷重を負荷することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明のように、前記循環部材を、前記ナットのねじ溝の少なくとも２ピッチ離して配設すれば、モーメント荷重を長いスパンの負荷ボールで受けることができる。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、前記循環部材の循環列にのみボールを収容した。これにより、負荷を受けないナット中央部分のボールを廃止することができるため、ボールねじの作動性を何ら損なうことなく、低コスト化を達成することができる。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、前記循環部材に係るねじ溝のみ、前記ナットの内周面に形成した。これにより、加工工数と組立工数を削減することができ、低コスト化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るボールねじの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るボールねじの実施形態を示す平面図、図２は縦断面図である。
【００１７】
このボールねじ１は、ねじ軸２と、このねじ軸２に外嵌したナット３と、ねじ軸２の外周に形成した螺旋状のねじ溝４と、このねじ溝４に対応しナット３の内周に形成した螺旋状のねじ溝５により形成される転動路内に収容した複数のボール６と、ナット３のねじ溝５を連結する連結溝７を有する駒部材８とで構成されている。ナット３の外周面には、ナット３の軸線に対し直交する一対の円柱状のトラニオン軸部９が互いに反対方向に突設されている。図示しないハウジング等にこのトラニオン軸部９を嵌挿してナット３の回り止めをすると共に、そのトラニオン軸部９でナット３の軸線回りに揺動自在に支持されて使用される。
【００１８】
駒部材８は、トラニオン軸部９の位相からシフトさせ、モーメント荷重が発生する方向に対して円周方向に略９０°傾けて配設されている。駒部材８の連結溝７の深さは、ナット３の駒窓１０に駒部材８を装着した時、ボール６がこの連結溝７内で、ねじ軸２におけるねじ溝４のランド部を乗り越えることができる深さに形成されている。さらに、駒部材８内でのボール軌道空間を確保して駒部材８内を無負荷領域となるように構成されている。
【００１９】
駒部材８により、ナット３の端部のねじ溝５が一巻で循環列が完結しており、この両端部の一巻の循環列でモーメント荷重を負荷している。したがって、モーメント荷重を負荷しない中央部分のねじ溝５にはボール６は収容されていない。ここでは、ボール６を収容しないナット３の中央部分にもねじ溝５を形成しているが、必ずしも形成する必要はなく省略しても良い。このように、本実施形態では、駒部材８を、ナット３の両端部に、トラニオン軸部９の位相からシフトさせ、モーメント荷重が発生する方向に対して円周方向に略９０°傾けて配設したので、この駒部材８における一巻の循環列でモーメント荷重を効率良く負荷することができる。さらに、加工工数と組立工数を格段に削減することができ、低コスト化を図ることができる。
【００２０】
駒部材８はエンドミル等の切削加工により形成することも可能であるが、本実施形態における駒部材８は燒結合金で形成されている。これは、金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形することにより行われる。射出成形に際しては、まず、金属粉と、プラスチックおよびワックスからなるバインダとを混練機で混練し、その混練物をペレット状に造粒する。造粒したペレットは射出成形機のホッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で押し込むことにより成形する。金属粉としては、後に浸炭焼入れ等による硬化処理が可能な材質が好ましく、例えば、炭素（Ｃ）が０．３ｗｔ％、ニッケル（Ｎｉ）が１〜２ｗｔ％、残部が鉄（Ｆｅ）等で構成されるものとする。この種の燒結合金で駒部材８を形成することにより、複雑な溝形状であっても容易に対応することができ、量産に好適である。
【００２１】
図３は、前述したボールねじのモーメント荷重に対する負荷状況を示す説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ側（図中右側）から見た場合の側面図である。本実施形態では、ボール循環方式として駒部材を採用したので、従来のリターンチューブに比べ、図３（ｂ）からも判るように、モーメント荷重が生じる領域、すなわち、第１および第４象限に負荷ボールを増やすことができ、負荷の集中程度を軽減し、ボール６とねじ溝４、５間に発生する面圧を可及的に低下させることができる。また、負荷を受けないナット３の中央部分のボール、さらには、ねじ溝５をも廃止することができるため、ボールねじの作動性を何ら損なうことなく、低コスト化を達成することができる。
【００２２】
図４は、本発明に係るボールねじの他の実施形態を示す縦断面図である。このボールねじ１１は、ねじ軸１２と、このねじ軸１２に外嵌したナット１３と、ねじ軸１２の外周に形成した螺旋状のねじ溝１４と、このねじ溝１４に対応しナット１３の内周に形成した螺旋状のねじ溝１５により形成される転動路内に収容した複数のボール１６と、ナット１３のねじ溝１５を連結するリターンチューブ１７とで構成されている。リターンチューブ１７は、ナット１３の両端部の循環列１．５巻を連結する循環部を構成している。このリターンチューブ１７は、単一のチューブ押え部材１８によって、ナット１３の外周面に固定ねじ１９を介して締結されている。
【００２３】
本実施形態では、リターンチューブ式の最小巻き数である１．５巻の循環列をナット１３の両端部に配設したので、効率良くモーメント荷重を負荷することができると共に、前述した実施形態と同様、負荷を受けないナット１３の中央部分のボールを廃止することもできるため、リターンチューブ方式のボールねじにおいても、低コストで、かつ、ラジアル荷重およびモーメント荷重に対する負荷能力を増大し、耐久性を向上させたボールねじを提供することができる。
【００２４】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係るボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸と、このねじ軸に外嵌し、内周面に螺旋状のねじ溝を形成したナットと、対向する両ねじ溝により形成された転動路に収容した複数のボールと、前記ナットのねじ溝を連結する循環部材とを備えたボールねじにおいて、前記循環部材を、前記ナットの両端部で、かつ、モーメント荷重が発生する方向に対して円周方向に略９０°傾けてそれぞれ配設したので、負荷の集中程度を軽減し、ボールとねじ溝間に発生する面圧を可及的に低下させることができる。したがって、低コストで、かつ、ラジアル荷重およびモーメント荷重に対する負荷能力を増大し、耐久性を向上させたボールねじを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボールねじの実施形態を示す平面図である。
【図２】同上、縦断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明に係るボールねじのモーメント荷重に対する負荷状況を示す説明図である。
（ｂ）は、（ａ）のＢ側から見た場合の側面図である。
【図４】本発明に係るボールねじの他の実施形態を示す平面図である。
【図５】（ａ）は、従来のボールねじのモーメント荷重に対する負荷状況を示す説明図である。
（ｂ）は、（ａ）のＡ側から見た場合の側面図である。
（ｃ）は、（ａ）のＢ側から見た場合の側面図である。
【図６】従来のボールねじを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１、１１・・・・・・・・・・ボールねじ
２、１２・・・・・・・・・・ねじ軸
３、１３・・・・・・・・・・ナット
４、５、１４、１５・・・・・ねじ溝
６、１６・・・・・・・・・・ボール
７・・・・・・・・・・・・・連結溝
８・・・・・・・・・・・・・駒部材
９・・・・・・・・・・・・・トラニオン軸部
１０・・・・・・・・・・・・駒窓
１７・・・・・・・・・・・・リターンチューブ
１８・・・・・・・・・・・・チューブ押え部材
１９・・・・・・・・・・・・固定ねじ
５０・・・・・・・・・・・・ボールねじ
５１、５３・・・・・・・・・主ねじ溝
５２・・・・・・・・・・・・ねじ軸
５４・・・・・・・・・・・・ナット
５５、５８・・・・・・・・・ボール
５６、５９・・・・・・・・・ランド部
５７・・・・・・・・・・・・副ねじ溝
６１・・・・・・・・・・・・ねじ軸
６２・・・・・・・・・・・・ナット
６３・・・・・・・・・・・・リターンチューブ
６４・・・・・・・・・・・・トラニオン軸部
６５・・・・・・・・・・・・ボール

Claims

外周面に螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸と、このねじ軸に外嵌し、内周面に螺旋状のねじ溝を形成したナットと、対向する両ねじ溝により形成された転動路に収容した複数のボールと、前記ナットのねじ溝を連結する循環部材とを備えたボールねじにおいて、
前記循環部材を、前記ナットの両端部で、かつ、モーメント荷重が発生する方向に対して円周方向に略９０°傾けてそれぞれ配設したことを特徴とするボールねじ。
前記循環部材が駒部材である請求項１に記載のボールねじ。
前記循環部材がリターンチューブである請求項１に記載のボールねじ。
前記リターンチューブが、前記ナットのねじ溝における循環列１．５巻を連結している請求項３に記載のボールねじ。
前記循環部材を、前記ナットのねじ溝の少なくとも２ピッチ離して配設した請求項１乃至４いずれかに記載のボールねじ。
前記循環部材の循環列にのみボールを収容した請求項１乃至５いずれかに記載のボールねじ。
前記循環部材に係るねじ溝のみ、前記ナットの内周面に形成した請求項１乃至５のボールねじ。