JP2005083520A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 循環部品の最も強度の弱いタング部の根元の強度を向上させることにより、高速化と長寿命化を実現する。
【解決手段】 ボールねじ装置のナットの端部に嵌合される循環こま８におけるボール循環溝８ｂのタング部８ａ近傍の溝山付け根部８１をボールの直径の１０〜５０％でＲ面取りすることにより、タング部８ａの根元部８２をＲ形状とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種産業機械等に用いられるボールねじ装置に関する。

従来のこの種のボールねじ装置としては、例えば図１２及び図１３に示すものが知られている。
このボールねじ装置１は、外周面に螺旋状のねじ溝２を有して軸方向に延びるねじ軸３に、内周面に該ねじ溝２に対応する螺旋状のねじ溝４を有するナット６が螺合されている。ナット６のねじ溝４とねじ軸３のねじ溝２とは互いに対向して両者の間に負荷軌道を形成しており、該負荷軌道には転動体としての多数のボール５が転動可能に装填されている。

ナット６の壁部には軸方向に貫通するボール戻し通路７が形成されており、また、ナット６の両端部にはボール戻し通路７の端部が開口する切欠き９がそれぞれ形成されている。該切欠き９には、前記ボール戻し通路７と前記両ねじ溝２，４間の負荷軌道とを連通するための循環こま８が嵌合固定されている。
循環こま８は、図１３〜図１５に示すように、前記ボール戻し通路７と前記両ねじ溝２，４間の負荷軌道との間を連通する湾曲状のボール循環溝８ｂが形成されており、該ボール循環溝８ｂの先端にはねじ軸３のねじ溝２に挿入されて両ねじ溝２，４間の負荷軌道を転動するボール５をすくい上げるタング部８ａが突出形成されている。

ボール循環溝８ｂと、前記切欠き９の径方向内面に設けられたボール径より幅広のボール走行面とによってボール５の循環通路を形成しており、この循環通路と、前記両ねじ溝２，４間の負荷軌道および前記ボール戻し通路７とによってボール５の無限循環通路を形成している。
そして、ねじ軸３（又はナット６）の回転により、ナット６（又はねじ軸３）がボール５の転動を介して軸方向に移動するようになっている（例えば特許文献１参照）。
特公平１−２７３０３号公報

上記従来のボールねじ装置においては、図１５に示す循環こま８のタング部８ａをボール５の進入方向から見ると、その直角断面形状は図１６に示すようになる。
各図から判るように、タング部８ａの根元部分には鋭角な切欠きができており、ボールねじ装置の高速回転時等でタング部８ａに繰り返し荷重が負荷されると、この切欠き部分が、応力集中により破損の基点となり、高速化を妨げる原因になっている。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、循環部品の最も強度の弱いタング部の根元の強度を向上させることにより、高速化と長寿命化を実現することができるボールねじ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有すると共に軸方向に貫通するボール戻し通路を有し、且つ両端部に前記ボール戻し通路の端部が開口する切欠きを有して前記ねじ軸に螺合されるナットと、前記両ねじ溝間と前記ボール戻し通路とを連通させるボール循環通路を前記切欠きと共に形成するボール循環溝を有して該切欠きに嵌合固定されると共に、該ボール循環溝の先端にボールすくい上げ用のタング部が突出形成された循環こまと、前記両ねじ溝間、前記ボール循環通路および前記ボール戻し通路を転動しつつ循環可能に配設された多数のボールとを備えたボールねじ装置において、前記タング部の根元部をＲ形状としたことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記ボール循環溝の前記タング部近傍の溝山の付け根部を前記ボールの直径の１０〜５０％でＲ面取りすることにより、前記タング部の根元部をＲ形状としたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を内周面に有して前記ねじ軸に螺合されるナットと、前記両ねじ溝間に転動可能に装填された多数のボールと、該ボールを無限循環させるべく前記ナットの外周部に形成された孔に端部が嵌合される略コ字状のボール循環部材とを備えたボールねじ装置において、
前記ボール循環部材は、両端部に前記ナットの前記孔に嵌合される脚部を有し、各脚部内に前記ボールをすくい上げる通路及び戻す通路がそれぞれ前記脚部の外周面に対して傾斜して形成されると共に、前記ボールすくい上げ通路及び前記ボール戻し通路の各先端にそれぞれ前記ボールをすくい上げるタング部が突出形成されたサイドキャップであり、
且つ前記サイドキャップは点対称で軸方向に沿って二つに分割された一対のサイドキャップ分割部材を分割面で互いに接合して構成され、更に、一方のサイドキャップ分割部材の分割面が他方のサイドキャップ分割部材の前記タング部と略平行な対向面とされていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、循環こまのタング部の根元部をＲ形状としているので、高速回転時等でタング部に繰り返し荷重が負荷された際に該根元部での応力集中が抑制され、これにより、タング部の強度が相対的に向上して、ボールねじ装置の高速化と長寿命化を実現することができる。
請求項２の発明では、請求項１の発明に加えて、循環こまにおけるボール循環溝のタング部近傍の溝山の付け根部をボール直径の１０〜５０％でＲ面取りすることで、タング部の幅を小さくすることなく、該タング部の根元部をＲ形状とすることができる。
請求項３の発明では、一方のサイドキャップ分割部材の分割面が他方のサイドキャップ分割部材のタング部と略平行な対向面とされることで、タング部の根元部分に実際には力が加わらないことになるため、タング部の強度が相対的に強度が向上して、ボールねじ装置の高速化と長寿命化を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。
図１は本発明の第１の態様の実施の形態の一例であるボールねじ装置の循環こまを示す斜視図、図２は図１に示す循環こまのタング部をボールの進入方向から見た直角断面形状を示す図である。なお、この実施の形態は、既に図１２〜図１６で説明した従来のボールねじ装置に対して循環こまが相違するだけであるため、符号を流用して相違点についてのみ説明する。

本発明の第１の態様の実施の形態であるボールねじ装置は、循環こま８におけるボール循環溝８ｂのタング部８ａ近傍の溝山付け根部８１をボール５の直径Ｄｗの１０〜５０％（本例では２０％Ｄｗ）でＲ面取りすることにより、タング部８ａの根元部８２をＲ形状としている。
このように、循環こま８のタング部８ａの根元部８２をＲ形状とすることにより、高速回転時等でタング部８ａに繰り返し荷重が負荷された際に該根元部８２での応力集中が抑制され、この結果、タング部８ａの強度が相対的に向上してボールねじ装置の高速化と長寿命化を実現することができる。

また、ボール循環溝８ｂのタング部８ａ近傍の溝山付根部８１をボール５直径Ｄｗの１０〜５０％でＲ面取りすることで、タング部８ａの根元部８２をＲ形状にしているので、タング部８ａの幅を小さくすることなく、該根元部８２にＲ形状を形成することができる。
なお、前記溝山付根部８１の面取りＲが５０％Ｄｗを超えると、一般のねじ軸３のねじ溝２の場合、該ねじ溝２と干渉してしまうので注意が必要であるが、ねじ溝２側をＲ面取りして前記干渉を避けることで、前記溝山付根部８１の面取りＲが５０％Ｄｗを超えるようにしてもよい。

次に、図３〜図１１を参照して、本発明の第２の態様の実施の形態の一例であるボールねじ装置を説明する。
図３は本発明の第２の態様の実施の形態の一例であるボールねじ装置を説明するための説明図、図４は図３の径方向断面図、図５はサイドキャップ装着前のナットの平面図、図６は図４の上方から見た図、図７はサイドキャップを点対称で分割したサイドキャップ分割部材を示す図、図８は図７の矢印Ａ方向から見た図、図９は図７の矢印Ｂ方向から見た図、図１０は図７の矢印Ｃ方向から見た図、図１１は図７の矢印Ｄ方向から見た図である。

本発明の第２の態様の実施の形態の一例であるボールねじ装置１０は、図３及び図４に示すように、外周面に螺旋状のねじ溝１１を有するねじ軸１２に、内周面にねじ溝１１に対応する螺旋状のねじ溝１３を有するナット１４が嵌合されており、ナット１４のねじ溝１３とねじ軸１２のねじ溝１１とは互いに対向して両者の間に螺旋状の負荷軌道を形成している。

該負荷軌道には転動体としての多数のボール１５が転動可能に装填されており、ねじ軸１２（又はナット１４）の回転により、ナット１４（又はねじ軸１２）がボール１５の転動を介して軸方向に移動するようになっている。
ナット１４の外周面の一部には平坦面１４ａが形成されており、該平坦面１４ａには、例えば、図４〜図９に示すように、点対称で軸方向に沿って二つに分割された一対のサイドキャップ分割部材２３を分割面で互いに接合して構成されたサイドキャップ１７が例えばねじ１８等の固定手段によって固定されている。なお、サイドキャップ分割部材２３は樹脂成形等により製作される。

サイドキャップ１７は、キャップ本体１７ａと、該キャップ本体１７ａの下面側に設けられてねじ軸１２の軸方向に対して直角方向に延びる柱状又はブロック状等の一対の脚部１９とを備えており、一対の脚部１９は、ねじ軸１２の軸方向に互いに離間し、且つねじ軸１２の径方向に互いに離間して配置されている。
これらの脚部１９は前記両ねじ溝１１，１３間の負荷軌道に連通してナット１４の平坦面１４ａに穿孔された二個一組の長孔状の孔２０（図５参照）に嵌合されており、かかる嵌合状態で前記キャップ本体１７ａがナット１４にねじ１８等の固定手段によって固定されている。なお、この実施の形態では、ナット１４の平坦面１４ａに穿孔される孔２０は、その長手方向を前記両ねじ溝１１，１３のリード角方向に向けて形成されている。

また、サイドキャップ１７の各脚部１９の内部には、ねじ軸１２の接線方向で、且つ両ねじ溝１１，１３のリード角と一致する方向に延びるボールすくい上げ（又はボール戻し）通路２１が形成されていると共に、各ボールすくい上げ（又はボール戻し）通路２１の先端にはそれぞれボールすくい上げ用のタング部２１ａが突出形成され、キャップ本体１７ａの内部には各ボールすくい上げ通路２１間を接続するボール通路２２が形成されている。

そして、これらの各ボールすくい上げ通路２１及びボール通路２２によって、前記両ねじ溝１１，１３間の軸方向の一方（又は他方）の負荷軌道を転動するボール１５をタング部２１ａですくい上げて軸方向の他方（又は一方）の負荷軌道に戻すボール循環路をサイドキャップ１７内に形成している。
このサイドキャップ式ボールねじ装置１０が従来の循環チューブ式ボールねじ装置と異なる点としては、一対の脚部１９をナット１４の平坦面１４ａに形成した孔２０にほとんど隙間なく、単純にはめ込みながら、脚部１９の内部に形成するボールすくい上げ通路２１の方向を脚部１９の外周面に対して傾けることが可能な点である。

このため、ナット１４の平坦面１４ａには、従来の循環チューブ式ボールねじ装置のように、ねじ軸１２に対して垂直方向に孔２０を加工しておき、この孔２０に単純にサイドキャップ１７の脚部１９をはめ込む構造としながら、脚部１９内に形成したボールすくい上げ通路２１のボール１５の進行方向をねじ軸１２の接線方向で、且つ両ねじ溝１１，１３のリード角と一致する方向に傾けることが可能となり、これにより、ナット１４の加工が簡単で、且つボール１５のすくい上げ通路及び戻し通路の設計的自由度の向上を図ることができる。

ここで、この実施の形態では、点対称で軸方向に沿って二つに分割された一対のサイドキャップ分割部材２３の内の一方のサイドキャップ分割部材２３の分割面（接合面）が他方のサイドキャップ分割部材２３のタング部２１ａと略平行な対向面とされている。
即ち、図９及び図１１で示すサイドキャップ分割部材２３を一方のサイドキャップ分割部材２３とすると、左側のタング部２１ａが他方のサイドキャップ分割部材２３の分割面に略平行に対向配置され、右側の脚部１９の先端の分割面が他方のサイドキャップ分割部材２３のタング部２１ａに略平行に対向配置されている。

こうすることで、図９及び図１１のタング部２１ａの両側に残る細い突出部２１ｂ，２１ｃがほぼ同じ形状となり、この突出部２１ｂ，２１ｃはナット１４や他の部分に拘束されていない部分である。このため、タング部２１ａには応力が加わるが、この突出部２１ｂ，２１ｃの部分は自由であるので、タング部２１ａの根元部８３には応力は加わらないことになる。つまり、今まで、問題としていたタング部２１ａの根元部分が無いことになり、これにより、タング部２１ａの強度が相対的に向上して、ボールねじ装置の高速化と長寿命化を実現することができる。

なお、タング部２１ａの根元部８３に適当なＲをつけて、小さく残った突出部２１ｂ，２１ｃは取り除くことも可能である。この場合、タング部２１ａに加わる力はタング部２１ａの背面側の肉厚で受けなければならないため、タング部２１ａ背面の肉厚を厚くするなどの対策が必要である。タング部２１ａ背面側を長くして、強度を稼ぐことが有効である。

本発明の第１の態様の実施の形態の一例であるボールねじ装置の循環こまを示す斜視図である。 図１に示す循環こまのタング部をボールの進入方向から見た直角断面形状を示す図である。 本発明の第２の態様の実施の形態であるボールねじ装置を説明するための説明図である。 図３の径方向断面図である。 サイドキャップ装着前のナットの平面図である。 図４の上方から見た図である。 サイドキャップを点対称で分割したサイドキャップ分割部材を示す図である。 図７の矢印Ａ方向から見た図である。 図７の矢印Ｂ方向から見た図である。 図７の矢印Ｃ方向から見た図である。 図７の矢印Ｄ方向から見た図である。 従来のボールねじ装置を軸方向から見た説明図である。 図１２の右側面図で一部に図１２のＸ−Ｘ線断面図を示す図である。 従来の循環こまの一例を示す図であり、（ｂ）は正面図、（ａ）は（ｂ）の左側面図、（ｃ）は（ｂ）の右側面図、（ｄ）は（ｂ）の背面図である。 図１４に示す循環こまの斜視図である。 図１５に示す循環こまのタング部をボールの進入方向から見た直角断面形状を示す図である。

符号の説明

２ ねじ溝
３ ねじ軸
４ ねじ溝
５ ボール
６ ナット
７ ボール戻し通路
８ 循環こま
８ａ タング部
８ｂ ボール循環溝
９ 切欠き
８１ 溝山の付け根部
８２ 根元部
１１ ねじ溝
１２ ねじ軸
１３ ねじ溝
１４ ナット
１５ ボール
１７ サイドキャップ
１９ 脚部
２０ 孔
２１ ボールすくい上げ通路（ボール戻し通路）
２１ａ タング部
２３ サイドキャップ分割部材

Claims (3)

1. 外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有すると共に軸方向に貫通するボール戻し通路を有し、且つ両端部に前記ボール戻し通路の端部が開口する切欠きを有して前記ねじ軸に螺合されるナットと、前記両ねじ溝間と前記ボール戻し通路とを連通させるボール循環通路を前記切欠きと共に形成するボール循環溝を有して該切欠きに嵌合固定されると共に、該ボール循環溝の先端にボールすくい上げ用のタング部が突出形成された循環こまと、前記両ねじ溝間、前記ボール循環通路および前記ボール戻し通路を転動しつつ循環可能に配設された多数のボールとを備えたボールねじ装置において、前記タング部の根元部をＲ形状としたことを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記ボール循環溝の前記タング部近傍の溝山の付け根部を前記ボールの直径の１０〜５０％でＲ面取りすることにより、前記タング部の根元部をＲ形状としたことを特徴とする請求項１に記載したボールねじ装置。
3. 外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を内周面に有して前記ねじ軸に螺合されるナットと、前記両ねじ溝間に転動可能に装填された多数のボールと、該ボールを無限循環させるべく前記ナットの外周部に形成された孔に端部が嵌合される略コ字状のボール循環部材とを備えたボールねじ装置において、
   前記ボール循環部材は、両端部に前記ナットの前記孔に嵌合される脚部を有し、各脚部内に前記ボールをすくい上げる通路及び戻す通路がそれぞれ前記脚部の外周面に対して傾斜して形成されると共に、前記ボールすくい上げ通路及び前記ボール戻し通路の各先端にそれぞれ前記ボールをすくい上げるタング部が突出形成されたサイドキャップであり、
   且つ前記サイドキャップは点対称で軸方向に沿って二つに分割された一対のサイドキャップ分割部材を分割面で互いに接合して構成され、更に、一方のサイドキャップ分割部材の分割面が他方のサイドキャップ分割部材の前記タング部と略平行な対向面とされていることを特徴とするボールねじ装置。

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