JP2005351340A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 略接線方向で、且つ略リード角方向の転動体のすくい上げを容易に実現できると共に、大径のボールを用いて高速で運転した場合等にも、循環部品のすくい上げ部周辺を損傷しにくくする。
【解決手段】 ボールねじ装置１０の循環部品１７が、両端部にナット１４の循環孔２０に嵌合される脚部１９を有すると共に、該脚部１９内の転動体１５のすくい上げ通路２１が脚部１９の外周面に対して傾斜して形成され、且つ少なくとも転動体１５のすくい上げ部４１を除く部分を構成する本体３０と、該本体３０と別体とされ、前記すくい上げ部４１を有してねじ溝１１に装着されたデフレクタ４０とを備え、該デフレクタ４０を本体３０より高強度の材料で形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば工作機械や射出成型機等の各種機械装置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４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の側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個一組の循環孔７をねじ軸３を跨ぐように形成して、この一組の循環孔７に略コ字状をなすチューブ状の循環部品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を一方の循環孔７からすくい上げてナット６の外部に導き、他方の循環孔７から前記負荷領域に戻す転動体循環経路を形成している。

ところで、このようなチューブ式の循環部品では、ナットの側面方向からボールをナットのねじ溝から完全に離し、多列化が可能な外部循環方式であるため、特に小リード品の高負荷容量化には好適であるが、ナットの軸線に対して垂直に嵌合されているチューブによってボールをすくい上げるために、ボールが循環部品のすくい上げ部に衝突して騒音や振動の原因になる他、高速運転やボール径の大きなボールねじ装置の運転ではこのすくい上げ部にボールが衝突するエネルギが大きくなり、すくい上げ部が損傷しやすいといった問題がある。

そこで、循環部品によるボールのすくい上げ方向をねじ軸の接線方向で、且つリード角方向に傾けたものとして、ナットの循環孔をねじ軸の接線方向で、且つリード角方向に傾けて加工したものや（例えば特許文献１及び特許文献２参照）、循環部品を合成樹脂製とし、ナットの循環孔に嵌合される循環部品の脚部内に転動体のすくい上げ通路を該脚部の軸線に対して傾けて形成したものが提案されている（例えば特許文献３参照）。
実開昭５９−３９３５２号公報 特開２００２−２７６７６４号公報 特開２００３−２３２４２１号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２においては、ナットの平坦面に対してねじ軸の接線方向で、且つリード角方向に傾けた循環孔を加工する作業が面倒であり、しかも循環孔の加工時に工具がナットのフランジに干渉しやすい等の問題がある。
一方、上記特許文献３では、ナットの平坦面に対して垂直な循環孔を加工することができるので、加工作業が容易であり、また、循環部品を樹脂の射出成型等で生産できるので、生産効率が高い。

しかしながら、上記特許文献３のように、ナットの循環孔に嵌合される循環部品の脚部内に転動体のすくい上げ通路を該脚部の軸線に対して傾けて形成したものであっても、ボールがすくい上げ部の先端（タング部）等に衝突することがあり、この衝突力はチューブ式に比べれば小さいものの、すくい上げ部には比較的大きな力が作用する。特にボール径の大きなボールねじ装置の場合は、ボールの衝突等により循環部品のすくい上げ部にかかる力が大きくなり、すくい上げ部の損傷に繋がる可能性がある。また、樹脂製の循環部品としているため、高温環境下では樹脂部品の強度が低下してすくい上げ部の損傷に繋がる可能性がある。

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、略接線方向で、且つ略リード角方向の転動体のすくい上げを容易に実現することができるのは勿論のこと、大径の転動体を用いて高速で運転した場合等にも、循環部品のすくい上げ部周辺を損傷しにくく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転動体と、前記負荷領域を転動する前記転動体を前記ナットの側面に設けられた二個一組の循環孔の内の一方の循環孔から該ナットの外部に導き、他方の循環孔から前記負荷領域に戻す転動体循環経路を内部に形成すべく前記各循環孔に両端部が嵌合された循環部品とを備えたボールねじ装置において、
前記循環部品は、両端部に前記ナットの前記循環孔に嵌合される脚部を有すると共に、該脚部内の前記転動体のすくい上げ通路が前記脚部の外周面に対して傾斜して形成され、且つ少なくとも前記転動体のすくい上げ部を除く部分を構成する本体と、該本体と別体とされ、前記転動体のすくい上げ部を有して前記ねじ溝に装着されたデフレクタとを備え、該デフレクタを前記本体より高強度の材料で形成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、前記循環部品の前記転動体をすくい上げる方向が前記ねじ軸のねじ溝の略接線方向であることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記循環部品の前記転動体をすくい上げる方向が前記ねじ軸のねじ溝の略リード角方向であることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記循環孔を円形又は長円形とすると共に、前記ナットの軸線に対して直交する方向に形成したことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記本体と前記デフレクタとの接続部付近において、前記デフレクタがすくい上げた前記転動体の軌跡の方向と、前記本体内の前記転動体の軌跡の方向とが略一致するように前記デフレクタの前記すくい上げ部及び前記本体内の前記転動体循環経路を配置したことを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項において、前記デフレクタの前記本体との接続部に面取りを施したことを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか一項において、前記本体の前記デフレクタとの接続部に面取りを施したことを特徴とする。

本発明によれば、循環部品が、両端部にナットの循環孔に嵌合される脚部を有すると共に、該脚部内の転動体のすくい上げ通路が脚部の外周面に対して傾斜して形成されることで、略接線方向で、且つ略リード角方向の転動体のすくい上げを容易に実現することができる。
また、循環部品が、少なくとも転動体のすくい上げ部を除く部分を構成する本体と、該本体と別体とされ、前記前記転動体のすくい上げ部を有して前記ねじ溝に装着されたデフレクタとを備え、該デフレクタを前記本体より高強度の材料で形成することで、大径の転動体を用いて高速で運転した場合等にも、循環部品のすくい上げ部周辺を損傷しにくくすることができる。

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的断面図、図２はデフレクタを示す図、図３は循環部品本体の分割体を示す図である。
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の側面の一部には平坦面が形成されており、該平坦面には循環部品１７が取り付けられ、該循環部品１７は、ねじ軸１２の軸方向に対して略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、一対の脚部１９を連結する連結部１８とを備えている。

一対の脚部１９は、図１では便宜上同一平面状に配置されて描かれているが、実際には、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円形又は長円形状の循環孔２０に嵌合されている。
また、循環部品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のリード角と略一致する方向に延びるボールすくい上げ通路２１が形成され、連結部１８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間の負荷領域を転動するボール１５を二個一組の循環孔２０の内の一方の循環孔２０からすくい上げてナット１４の外部に導き、他方の循環孔２０から前記負荷領域に戻す転動体循環経路を循環部品１７内に形成している。
この循環部品１７が図４に示す従来のボールねじ装置に用いられるチューブ式の循環部品８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循環孔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、従来のボールねじ装置のように、ねじ軸１２に対して垂直方向に循環孔２０を加工しておき、この循環孔２０に単純に循環部品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のリード角方向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２１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、循環部品１７が、少なくともボール１５のすくい上げ部４１を除く部分を構成する本体３０と、該本体３０と別体とされ、ボール１５のすくい上げ部４１を有してねじ溝１１に装着されたデフレクタ４０とを備え、該デフレクタ４０を本体３０より高強度の材料、例えばデフレクタ４０を鋼等の金属製、本体３０を合成樹脂製としている。これにより、大径のボール１５を用いて高速で運転した場合等にも、循環部品１７のすくい上げ部４１の強度が増して該すくい上げ部４１の周辺を損傷しにくくすることができる。

説明の便宜上、デフレクタ４０から説明すると、デフレクタ４０は、図２に示すように、ねじ溝１１に装着されることから正確には螺旋状とされ、且つ略円形断面を持つ棒状とされているが、リードが小さい場合等には、円弧状に曲げた棒状としてもよい。そして、デフレクタ４０の両端部はすくい上げ部４１とされ、該すくい上げ部４１の先端面がすくい上げ面４２とされている。

このすくい上げ面４２は、ねじ軸１２のねじ溝１１に略沿った面であり、このすくい上げ面４２でボール１５はねじ溝１１から略接線方向で、且つ略リード角方向にすくい上げられる。なお、図２において符号４３はデフレクタ４０をナット１４に固定するためのねじ孔である。このようにデフレクタ４０にねじ孔４３を形成して、ナット１４の外側からボルトを通して固定してもよいし、デフレクタ４０にスタッドボルトを固定し、ナット１４の外側からスタッドボルトにナットを締め付けて固定するようにしてもよい。

また、デフレクタ４０をナット１４に固定するボルト或いはナットは、循環部品本体３０をナット１４に固定するためのものと共用してもよい。このようにすることで部品点数の削減が図れる。
本体３０は、例えば軸方向に沿って二つに分割された分割体３０ａを分割面で互いに接合して構成されており、分割体３０ａの一方の端部には、図３に示すように、デフレクタ４０のすくい上げ部４１に接続される溝３１が形成されている。分割体３０ａの分割面には転動体循環経路を構成する循環溝３２が形成されており、これにより、本体３０は樹脂の射出成型等で容易に大量生産可能に形状になっている。

また、本体３０とデフレクタ４０との接続部付近において、デフレクタ４０がすくい上げたボール１５の軌跡の方向と、本体３０内のボール１５の軌跡の方向とが略一致するようにデフレクタ４０のすくい上げ部４１及び本体３０内の前記転動体循環経路を配置しているので、本体３０とデフレクタ４０との接続部付近においてボール１５の進行方向が急激に変化することなく該ボール１５をスムースに通過させることができる。これにより、デフレクタ４０の一方のすくい上げ面４２でねじ溝１１の略接線方向で、且つ略リード角方向にすくい上げられたボール１５をスムーズに循環させ、他方のすくい上げ面４２へ送ることができる。

また、このデフレクタ４０と本体３０をナット１４に組み込んだ際には、本体３０の溝３１にデフレクタ４０の端部が接続される。
この場合、デフレクタ４０のすくい上げ面４２は本体３０の循環溝３２の面とできるだけ段差なく接続されることが望ましいが、デフレクタ４０のすくい上げ面４２と本体３０の循環溝３２との境目には多少の段差ができることやむを得ないので、すくい上げ面４２の角部（循環溝３２との接続部）や循環溝３２の溝３１側の端部（すくい上げ面４２との接続部）に面取り（斜面、Ｒ状）を施してもよい。この面取りを施すことにより、ボール１５がデフレクタ４０のすくい上げ面４２と本体３０の循環溝３２との境目の段差を通過する際に、段差部に衝突して騒音や振動が発生するのを防ぐことができる。

なお、図３では、循環部品１７の本体３０をナット１４に固定するためのねじ止座等は描いていないが、本体３０にねじ止座を設けるようにしてもよい。また、本体３０が樹脂材料の場合には、ねじ止部がクリープ変形してねじが緩む虞れがあるので、金属製の押え具を用いて本体３０をナット１４に固定することが望ましい。この押え具は、板金プレス加工や絞り加工等により製作し、本体３０のナット１４の側面から露出する部分の６０％以上を覆うようにするのが好ましい。

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説明的断面図である。 デフレクタを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａ方向から見た図である。 循環部品本体の分割体を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｂ方向から見た図、（ｃ）は（ａ）の矢印Ｃ方向から見た図、（ｄ）は（ａ）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説明するための要部断面図である。

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 循環部品
１９ 脚部
２０ 循環孔
２１ ボールすくい上げ通路
３０ 本体
４０ デフレクタ
４１ すくい上げ部

Claims (7)

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転動体と、前記負荷領域を転動する前記転動体を前記ナットの側面に設けられた二個一組の循環孔の内の一方の循環孔から該ナットの外部に導き、他方の循環孔から前記負荷領域に戻す転動体循環経路を内部に形成すべく前記各循環孔に両端部が嵌合された循環部品とを備えたボールねじ装置において、
   前記循環部品は、両端部に前記ナットの前記循環孔に嵌合される脚部を有すると共に、該脚部内の前記転動体のすくい上げ通路が前記脚部の外周面に対して傾斜して形成され、且つ少なくとも前記転動体のすくい上げ部を除く部分を構成する本体と、該本体と別体とされ、前記転動体のすくい上げ部を有して前記ねじ溝に装着されたデフレクタとを備え、該デフレクタを前記本体より高強度の材料で形成したことを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記循環部品の前記転動体をすくい上げる方向が前記ねじ軸のねじ溝の略接線方向である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. 前記循環部品の前記転動体をすくい上げる方向が前記ねじ軸のねじ溝の略リード角方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載したボールねじ装置。
4. 前記循環孔を円形又は長円形とすると共に、前記ナットの軸線に対して直交する方向に形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載したボールねじ装置。
5. 前記本体と前記デフレクタとの接続部付近において、前記デフレクタがすくい上げた前記転動体の軌跡の方向と、前記本体内の前記転動体の軌跡の方向とが略一致するように前記デフレクタの前記すくい上げ部及び前記本体内の前記転動体循環経路を配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載したボールねじ装置。
6. 前記デフレクタの前記本体との接続部に面取りを施したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載したボールねじ装置。
7. 前記本体の前記デフレクタとの接続部に面取りを施したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載したボールねじ装置。

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