JP2006009836A

JP2006009836A - ボールねじ装置

Info

Publication number: JP2006009836A
Application number: JP2004184191A
Authority: JP
Inventors: Masahito Kato; 将人加藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2006-01-12
Also published as: CN100427802C; US20060016284A1; CN1712755A; DE102005028679A1

Abstract

【課題】ねじ軸またはナットを高速で回転させた場合でも良好な音響性能を得ることのできるボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ボール１６の直径をＤw、ナット１３に形成されたボール戻り用貫通路１７の直径をＤ₁としたとき、ボール戻り用貫通路１７は、（Ｄ₁−Ｄw）≦0.1Ｄwが成立するようにナット１３に形成されている。また、ボール１６の直径をＤw、ボール転向部材１８に形成されたボール転向路１９の直径をＤ₂としたとき、ボール転向路１９は、（Ｄ₂−Ｄw）≦0.1Ｄwが成立するようにボール転向部材１８に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転運動を直線運動に変換するボールねじ装置の改良に関する。

工作機械の送り機構などで使用されるボールねじ装置は、ねじ軸と、このねじ軸の外周面に形成されたボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内周面に有するナットと、このナットとねじ軸のボールねじ溝間に形成されたボール負荷転動路をねじ軸またはナットの回転運動に伴って転動する多数のボールとを備えて構成されている。
このようなボールねじ装置のナットは例えばねじ軸の回転によりボールがボール負荷転動路を転動するとねじ軸の軸方向に相対直線運動するが、ナットの相対的直線運動を継続させるためには、ボール負荷転動路を転動したボールを循環させてボール負荷転動路を繰り返し転動させる必要がある。しかし、ボールを循環させる部品として、ボール循環チューブを使用したボールねじ装置では、ボールの公転速度が大きくなるにつれて騒音や振動などが発生し易くなるなどの問題がある。

そこで、ボールを循環させるためのボール戻り用貫通路をねじ軸の軸方向に沿ってナットに形成するとともに、ボール負荷転動路とボール戻り用貫通路の双方に連通するボール転向路を有するボール転向部材をナットの両端部に設けたものが提案されている（特許文献１参照）。
実用新案登録第３０３４０５２号明細書

このようなボールねじ装置では、ボール循環チューブを使用したものと比較して騒音や振動等の発生を抑制することができるが、ボール戻り用貫通路の直径がボールの直径に対して大き過ぎるとボール戻り用貫通路でのボールの遊び（ボール戻り用貫通路とボールとの隙間量）が大きくなる。このため、ボール戻り用貫通路内でボールの配列が千鳥状になり易くなり、ねじ軸またはナットを高速で回転させるとボール戻り用貫通路内のボールがボール戻り用貫通路の内面に衝突しながら進行するため、音響性能が低下するという問題があった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、ねじ軸またはナットを高速で回転させた場合でも良好な音響性能を得ることのできるボールねじ装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、ねじ軸と、このねじ軸の外周面に形成されたボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸と前記ナットのボールねじ溝間に形成されたボール負荷転動路を前記ねじ軸または前記ナットの回転運動に伴って転動する多数のボールとを備えてなり、かつ前記ボールを循環させるためのボール戻り用貫通路を前記ねじ軸の軸方向に沿って前記ナットに形成するとともに、前記ボール負荷転動路と前記ボール戻り用貫通路の双方に連通するボール転向路を有するボール転向部材を前記ナットの両端部に設けたボールねじ装置において、前記ボールの直径をＤw、前記ボール戻り用貫通路の直径をＤ₁としたとき、Ｄ₁−ＤwをＤwの３％以上１０％以下としたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載のボールねじ装置において、前記ボールの直径をＤw、前記ボール転向路の直径をＤ₂としたとき、Ｄ₂−ＤwをＤwの１０％以下としたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２記載のボールねじ装置において、前記ボールより軟質の材料からなるスペーサを隣り合うボール間に配置したことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３記載のボールねじ装置において、前記スペーサが前記ボールより小さい直径で円板状に形成されていることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項３記載のボールねじ装置において、前記スペーサが前記ボールより小さい直径で球状に形成されていることを特徴とする。

本発明に係るボールねじ装置によれば、ボールの直径をＤw、ボール戻り用貫通路の直径をＤ₁としたとき、Ｄ₁−ＤwをＤwの３％以上１０％以下としたことにより、ボール戻り用貫通路内でボールの配列が千鳥状になることが大幅に低減されるため、ねじ軸またはナットを高速で回転させた場合でも良好な音響性能を得ることができる。また、ボール戻り用貫通路内でボールの競合いが発生することを抑制できるので、ボールねじ装置の作動性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置の断面図である。同図において、符号１１は本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置のねじ軸であって、このねじ軸１１の外周面にはボールねじ溝１２が形成されている。また、符号１３はねじ軸１１のボールねじ溝１２と対向するボールねじ溝１４を内周面に有するナットであって、このナット１３のボールねじ溝１４とねじ軸１１のボールねじ溝１２との間には、ボールねじ溝１２，１４間に形成された螺旋状のボール負荷転動路１５をねじ軸１１又はナット１３の回転運動に伴って転動する多数のボール１６が設けられている。

ナット１３には、ボール負荷転動路１５を転動したボール１６を循環させるためのボール戻り用貫通路１７がねじ軸１１の軸方向に沿って形成されているとともに、ボール転向部材１８がナット１３の両端部に組み込まれている。このボール転向部材１８は合成樹脂から形成されており、各ボール転向部材１８には、ボール負荷転動路１５およびボール戻り用貫通路１７の双方に連通するボール転向路１９（図２参照）が形成されている。

ボール１６は例えば鉄鋼材料で形成されており、各ボール１６の間には、ボール１６より軟質の材料（例えば合成樹脂等）からなるスペーサ２０が設けられている。このスペーサ２０はボール１６より小さい直径で円板状に形成されており、各スペーサ２０の両端には、凹球面部２１（図３参照）がボール１６の直径より大きい曲率で形成されている。なお、凹球面部２１の中央部には貫通孔２２が設けられている。

ボール戻り用貫通路１７は、ボール１６の直径をＤw、ボール戻り用貫通路１７の直径をＤ₁とすると、次式（１）が成り立つようにナット１３に形成されている。
（Ｄ₁−Ｄw）≦0.1Ｄw ‥‥（１）
また、ボール転向路１９は、ボール１６の直径をＤw、ボール転向路１９の直径をＤ₂とすると、次式（２）が成り立つようにボール転向部材１８に形成されている。
（Ｄ₂−Ｄw）≦0.1Ｄw ‥‥（２）

上述のように、ボール１６の直径をＤw、ボール戻り用貫通路１７の直径をＤ₁としたとき、Ｄ₁−ＤwをＤwの１０％以下としたことにより、ボール戻り用貫通路１７内でのボール１６の遊びが小さくなる。これにより、ボール１６の配列がボール戻り用貫通路１７内で千鳥状になることが大幅に低減されるため、ねじ軸１１またはナット１３を高速で回転させた場合でも良好な音響性能を得ることができる。また、ボール戻り用貫通路１７内でボール１６の競合いが発生することを抑制できるので、ボールねじ装置の作動性を向上させることができる。

また、上述した実施形態ではボール１６の直径をＤw、ボール転向路１９の直径をＤ₂としたとき、Ｄ₂−ＤwをＤwの１０％以下としたことにより、ボール転向路１９内でのボール１６の遊びが小さくなり、ボール１６の配列がボール転向路１９内で千鳥状になることが大幅に低減されるため、ねじ軸１１またはナット１３を高速で回転させた場合でも良好な音響性能を得ることができる。また、ボール転向路１９内でボール１６の競合いが発生することを抑制できるので、ボールねじ装置の作動性を向上させることができる。

さらに、上述した実施形態ではボール１６より軟質の材料からなるスペーサ２０を隣り合うボール１６，１６間に配置したことで、後続のボールが先行のボールに衝突することを防止できるので、ボール同士の衝突による騒音や振動等の発生を抑制することができる。
上述した効果を確認するために、本発明者は、ねじ軸の軸芯から400mmの高さ位置にマイクロフォンを設置し、使用試験機名：ＮＳＫ製ボールねじ音響測定試験機、予圧荷重：1800Ｎ、試験荷重（加速度荷重）：1800Ｎ、最高回転数：3000min^-1、ストローク800mm、潤滑：ＶＧ♯68（出光興産）の試験条件でボールねじ装置の音響測定試験を行った。その試験結果を図４に示す。なお、試験用ボールねじ装置としては、ＮＳＫ製ボールねじ（呼び番：40×12×1000−Ｃ５）を使用した。

図４において、横軸はボール戻り用貫通路１７とボール１６及びボール転向路１９とボール１６との隙間量Ｓ（＝Ｄ₁−Ｄw、Ｄ₂−Ｄw）を示し、縦軸は従来のボールねじ装置を作動させたときの音圧を１とした場合の音響比率を示している。また、ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＰ３は上述した仕様のボールねじ装置を使用して音響測定試験を実施した結果を示している。

図４に示されるように、隙間量ＳがＤw／８を超えると音響比率が大きく低下するが、隙間量ＳがＤw／８以下、好ましくはＤw／１０以下の場合には音響比率の低下が小さいことがわかる。したがって、ボール戻り用貫通路１７とボール１６及びボール転向路１９とボール１６との隙間量ＳをＤw／８以下、好ましくはＤw／１０以下にすることで、騒音や振動をさらに低く抑えることができる。

また、隙間量ＳがＤwの３％未満であるとボール転向部材１８とナット１３との取付け誤差によってボール１６の引っ掛かりが生じてくるので、隙間量ＳをＤwの３％以上１０％以下とすることが好ましい。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。たとえば、上述した第１の実施形態ではスペーサ２０をボール１６より小さい直径で円板状に形成したが、図５に示す第２の実施形態のように、スペーサ２０をボール１６より小さい直径で球状に形成してもよい。

本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置の断面図である。図１に示すボール転向部材の斜視図である。図１に示すスペーサの断面図である。ボールとボール戻り用貫通路との隙間量とボールねじの音響レベルとの関係を示す図である。本発明の第２の実施形態に係るボールねじ装置の断面図である。

符号の説明

１１ねじ軸
１２，１４ボールねじ溝
１３ナット
１５ボール負荷転動路
１６ボール
１７ボール戻り用貫通路
１８ボール転向部材
１９ボール転向路
２０スペーサ

Claims

ねじ軸と、このねじ軸の外周面に形成されたボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸と前記ナットのボールねじ溝間に形成されたボール負荷転動路を前記ねじ軸または前記ナットの回転運動に伴って転動する多数のボールとを備えてなり、かつ前記ボールを循環させるためのボール戻り用貫通路を前記ねじ軸の軸方向に沿って前記ナットに形成するとともに、前記ボール負荷転動路と前記ボール戻り用貫通路の双方に連通するボール転向路を有するボール転向部材を前記ナットの両端部に設けたボールねじ装置において、
前記ボールの直径をＤw、前記ボール戻り用貫通路の直径をＤ₁としたとき、Ｄ₁−ＤwをＤwの３％以上１０％以下としたことを特徴とするボールねじ装置。
前記ボールの直径をＤw、前記ボール転向路の直径をＤ₂としたとき、Ｄ₂−ＤwをＤwの１０％以下としたことを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
前記ボールより軟質の材料からなるスペーサを隣り合うボール間に配置したことを特徴とする請求項１又は２記載のボールねじ装置。
前記スペーサは、前記ボールより小さい直径で円板状に形成されていることを特徴とする請求項３記載のボールねじ装置。
前記スペーサは、前記ボールより小さい直径で球状に形成されていることを特徴とする請求項３記載のボールねじ装置。