JP2005083522A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ボールすくい上げ部付近でのボールの自由度を拘束してねじ軸やナットに剥離や摩耗が生じるの防止すると共に、振動や騒音を低減する。
【解決手段】 外周面にねじ溝１１を有するねじ軸１２と、該ねじ溝１１に対応するねじ溝１３を内周面に有してねじ軸１２に螺合されるナット１４と、両ねじ溝１１，１３間の負荷領域に転動可能に装填された多数のボール１５と、負荷領域を転動するボール１５を無限循環させるべくナット１４の外周部に形成された孔２０に端部が嵌合される略コ字状のサイドキャップ１７とを備えたボールねじ装置において、ボールすくい上げ点から両ねじ溝１１，１３間の負荷領域にかけてねじ軸１２の材質より柔軟な緩衝材３０をナット１４側のボール１５の拘束面に配置する。
【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５に示すように、チューブ循環式のボールねじ装置が知られている。このボールねじ装置１は、外周面に螺旋状のねじ溝２を有するねじ軸３に、内周面にねじ溝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螺旋状の負荷領域を形成しており、該負荷領域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。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。
また、ナット６の外周面の一部は平坦面とされ、この平坦面に両ねじ溝２、４間に連通する２個一組の孔７をねじ軸３を跨ぐように形成して、この一組の孔７にボール循環部材の一例としての略コ字状の循環チューブ８の両端を嵌め込むことにより、両ねじ溝２、４間の負荷領域に沿って公転するボール５を該負荷領域の途中から循環チューブ８ですくい上げて元の負荷軌道に戻し、これにより、ボール５を無限循環させるようにしている。

ところで、上記従来のボールねじ装置においては、循環チューブ８の端部領域Ａ１と両ねじ溝２、４間の負荷領域Ｃ１との間につなぎ部分の領域Ｂ１が存在する。また、両ねじ溝２、４間の負荷領域Ｃ１以外の循環経路Ａ１，Ｂ１では、ボール５が経路との間にある程度のすき間（経路径−ボール径）を持って循環している。
このすきまの量は、特に、ボール５がねじ軸３のねじ溝２から循環チューブ８の端部側に離れるボールすくい上げ点（Ｂ１領域に存在）付近では、ねじ軸３、ナット６及び循環チューブ８の相対位置関係で、循環チューブ８内でのすき間量と相違する。
図６を参照して、ボール５が循環チューブ８内を通って両ねじ溝２、４間の負荷領域Ｃ１に戻る過程を説明する。

図６に示すように、ボール５は循環チューブ８の端部領域Ａ１からつなぎ部分の領域Ｂ１を通ってボールねじ装置としての負荷を受け持つ両ねじ溝２、４間の負荷領域Ｃ１に移動する。
Ａ１の循環チューブ８の端部領域では、ボール５は金属製の循環チューブ８内にあり、ねじ軸３には接触しない。循環チューブ８内の内径はボール５の径に対して３〜１０％程度大きくなっており、このため、ボール５はある程度の自由度（振動）を持って循環チューブ８内を移動している。次に、Ｂ１のつなぎ部分の領域では、ボール５はねじ軸３に接触する可能性があり、しかもボール５は経路との間にすき間を持って移動している。最後に、Ｃ１の負荷領域では、ボール５は両ねじ溝２、４間に拘束されて転動し、ボール５と両ねじ溝２、４との間には完全にすき間はない。

そして、前記つなぎ部分の領域Ｂ１が存在することにより、ナット６の孔７の内面、ねじ軸３の表面がすべて金属で形成されるため、ボール振動が起こると収束しないで、そのまま負荷領域Ｃ１にボール５が移動する。このため、Ｂ１領域やＣ１領域にあるねじ軸３のランド部やナット６の角部に剥離や摩耗が生じやすくなり（図７参照）、また、騒音や振動の原因にもなる。

このため、従来においては、ボールがあたる可能性がある部分の部品に面取りを設けて応力集中を緩和することで、剥離磨耗や騒音の防止対策としていたが、これだと面取りの形状を厳しく管理しなければならない等の問題が生じる。
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、ボールすくい上げ部付近でのボールの自由度を拘束してねじ軸やナットに剥離や摩耗が生じるの防止することができると共に、振動や騒音を低減することができる耐久性に優れた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、前記両ねじ溝間の負荷領域に転動可能に装填された多数のボールと、前記負荷領域を転動する前記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、 前記ボールが前記ねじ軸の前記ねじ溝から前記ボール循環部材側に離れるボールすくい上げ点から前記両ねじ溝間の負荷領域にかけて前記ねじ軸の材質より柔軟な緩衝材を前記ナット側の前記ボールの拘束面に配置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た合成樹脂製のサイドキャップであり、前記脚部の一部を前記緩衝材としたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ボールがボール循環部材の端部領域からつなぎ部分の領域を通ってボールねじ装置としての負荷を受け持つ両ねじ溝間の負荷領域に移動する際に、つなぎ部分の領域のナット側の経路にねじ軸の材質より柔軟な緩衝材が配置されるため、ボールは柔軟な緩衝材に当たったときに運動エネルギーが吸収されて振動が減衰することでボールの自由度が拘束され、この状態で両ねじ溝間の負荷領域に移動する。
この結果、ボールすくい上げ部付近でねじ軸やナットに剥離や摩耗が生じるの防止することができると共に、振動や騒音を低減することができる耐久性に優れたボールねじ装置を提供することができる。
請求項２の発明では、請求項１の発明に加えて、合成樹脂製のサイドキャップの脚部の一部を緩衝材とすることにより、部品点数が削減できると共に、緩衝材とサイドキャップとのつなぎ目をなくすことができる。

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要部断面図、図２はボールがサイドキャップ内を通って両ねじ溝間の負荷領域に戻る過程を説明するための説明図、図３及び図４は本発明の他の実施の形態であるボールねじ装置を説明するための要部断面図である。
本発明の実施の形態の一例であるボールねじ装置１０は、図１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領域を形成している。

該負荷領域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が形成されており、該平坦面には、例えば、点対称で軸方向に沿って二つに分割された部材を分割面で互いに接合して構成された合成樹脂製のサイドキャップ１７が例えばねじ等の固定手段によって固定されている。

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間の負荷領域に連通してナット１４の平坦面に穿孔された二個一組の長孔状の孔２０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のリード角とほぼ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、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）の負荷領域を転動するボール１５をすくい上げて軸方向の他方（又は一方）の負荷領域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、設計上のボールすくい上げ点から両ねじ溝１１，１３間の負荷領域Ｃ２側にかけてサイドキャップ１７の脚部１９のナット１４側の部分をボール一つ分延長することにより、該脚部１９の一部をねじ軸１２の材質より柔軟な緩衝材３０として該緩衝材３０をナット１４側のボール１５の拘束面に配置している。
これにより、図２に示すように、ボール１５がサイドキャップ１７の端部の脚部１９の領域Ａ２からつなぎ部分の領域Ｂ２を通ってボールねじ装置としての負荷を受け持つ両ねじ溝１１，１３間の負荷領域Ｃ２に移動する際に、つなぎ部分の領域Ｂ２のナット１４側の経路にねじ軸１２の材質より柔軟な緩衝材３０が配置されているため、ボール１５は柔軟な緩衝材３０に当たったときに運動エネルギーが吸収されて振動が減衰することでボール１５の自由度が拘束され、この状態で両ねじ溝１１，１３間の負荷領域Ｃ２に移動する。

この結果、ボールすくい上げ部付近でねじ軸１２やナット１４に剥離や摩耗が生じるの防止することができると共に、振動や騒音を低減することができる耐久性に優れたボールねじ装置を提供することができる。
また、サイドキャップ１７の脚部１９の一部を緩衝材３０としているので、部品点数が削減できると共に、領域Ａ２と領域Ｂ２とのつなぎ目をなくすことができる。
なお、サイドキャップ１７は合成樹脂製の成形品であるため、設計的な自由度があることから、図２を参照して、Ｂ２領域での脚部１９のナット１４側のボール１５の拘束面をテーパ状としてボール１５と経路とのすき間量を段階的に小さくすることで、負荷領域Ｃ２でのナット１４のねじ溝１３との段差を小さくすることができ、また、Ｂ２領域での脚部１９のナット１４側のボール１５の拘束面とねじ軸１２のねじ溝１１との間に挟まったボール１５が予圧状態となっても良い。

更に、サイドキャップ１７の脚部１９に設けられた緩衝材３０は、ねじ軸１２のねじ溝１１の螺旋に沿って配置されるが、この場合、ボール１５の中心が理想螺旋を通るようにする。また、ナット１４側の孔２０をナット１４のねじ溝１３の螺旋方向に長い長孔とすれば、緩衝材３０の範囲は長くすることができる。この場合、緩衝材３０はボールねじ装置としての負荷は受けられないため、ボールねじ装置としての負荷容量の確保のために螺旋方向にボール１５の直径の２個以下の長さとすることが望ましい。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態では、ボール循環部材としてサイドキャップを例に採ったが、これに限定されず、図３及び図４に示すように、ボール循環部材として循環チューブ８を用いた場合に本発明を適用してもよい。図３及び図４では、既に図５で説明したボールねじ装置の符号を流用するが、図３はすくい上げ角を持った例、図４は接線すくい上げの場合である。いずれの場合もボールすくい上げ点から両ねじ溝２，４間の負荷領域Ｃ１にかけてねじ軸３の材質より柔軟な緩衝材３０をナット６側のボール５の拘束面に配置することで、上記実施の形態と略同様の作用効果を得ることができる。

本発明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要部断面図である。 ボールがサイドキャップ内を通って両ねじ溝間の負荷領域に戻る過程を説明するための説明図である。 本発明の他の実施の形態であるボールねじ装置を説明するための要部断面図である。 本発明の他の実施の形態であるボールねじ装置を説明するための要部断面図である。 従来のボールねじ装置を説明するための要部断面図である。 ボールが循環チューブ内を通って両ねじ溝間の負荷領域に戻る過程を説明するための説明図である。 ねじ軸のランド部の剥離、摩耗を説明するための説明図である。

符号の説明

１０ ボールねじ装置
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（ボール循環部材）
１９ 脚部
２０ 孔
２１ ボールすくい上げ通路
３０ 緩衝材

Claims (2)

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、前記両ねじ溝間の負荷領域に転動可能に装填された多数のボールと、前記負荷領域を転動する前記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、
   前記ボールが前記ねじ軸の前記ねじ溝から前記ボール循環部材側に離れるボールすくい上げ点から前記両ねじ溝間の負荷領域にかけて前記ねじ軸の材質より柔軟な緩衝材を前記ナット側の前記ボールの拘束面に配置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た合成樹脂製のサイドキャップであり、前記脚部の一部を前記緩衝材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。

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