JP2006038216A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボール戻し通路分割部材の分割面同士を合せて形成されたボール戻し通路内でボールの詰まり現象が発生することを抑制することのできるボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ボール戻し部材のボール戻し通路をボールの戻り方向に沿って分割するボール戻し通路分割部材１７の分割面１７ａと該分割面１７ａに形成されたボール戻し溝１８との境界部に、ボールの直径に対し０．１〜０．６の面取り幅を有する面取り加工部２０を形成し、分割面１７ａ同士の位置ずれによる突起部がボール戻し通路内に発生するのを抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転運動を直線運動に変換する装置として工作機械などで用いられるボールねじ装置に関する。

工作機械などで用いられるボールねじ装置は、ねじ軸及びナットのボールねじ溝間に形成された螺旋状のボール転動路を転動するボールを戻す部材として、従来、図１４に示すような金属製のボール戻しチューブ１を使用し、このボール戻しチューブ１のタング部１ａでボールをナットのボールねじ溝からすくい上げてボール戻しチューブ１内に導入している場合が多い。

このようなボールねじ装置は、ボール転動路を転動するボールを無限に循環させることが可能であるが、ボール転動路を転動するボールがボール戻しチューブのタング部に衝突した際に振動や騒音が発生し、高速耐久性の低下を招き易いという問題がある。そこで、かかる問題を解決するために、例えば図１５ないし図１９に示すようなボールねじ装置が提案されている（特願２００３−１５１２９号参照）。

図１５に示すボールねじ装置はねじ軸３と、このねじ軸３の外径面に形成されたボールねじ溝５ｓと対向するボールねじ溝５ｎ（図１６参照）を内径面に有するナット４とを備えており、ボールねじ溝５ｓとボールねじ溝５ｎとの間には多数のボール６が装填されている。これらのボール６はボールねじ溝５ｓ，５ｎ間に形成された螺旋状のボール転動路をねじ軸３またはナット４の回転運動に伴って転動するようになっており、ナット４の外径面に形成された平面部４ａ（図１７参照）には、ボール転動路を転動したボール６を戻すボール戻し部材９が二本のビス８によって取り付けられている。

ボール戻し部材９は合成樹脂材からなり、このボール戻し部材９の内部にはボール戻し通路１０（図１６参照）が形成されている。また、ボール戻し部材９はナット４の側面部に固定されるプレート状の本体部１１（図１７参照）と、この本体部１１からナット４の内径面に向けて突設された円筒状のボールすくい上げ１２ａ，１２ｂとからなり、ナット４の側面部（平面部４ａ）には、上記ボールすくい上げ１２ａ，１２ｂと嵌合するボール戻し孔が形成されている。さらに、ボール戻し部材９はボール戻し通路１０の入口部と出口部にタング部１４（図１９参照）を夫々有しており、ボールねじ溝５ｓ，５ｎを転動するボール６は上記タング部１４によりボール６の中心軌道円１５（図１７参照）と接する接線１６に沿って且つナット４の軸方向に対しボールねじ溝５ｎのリード角だけ傾斜した方向にすくい上げられるようになっている。

また、ボール戻し部材９は樹脂材を射出成形してなる一対のボール戻し通路分割部材１７（図１５参照）から構成されている。これらのボール戻し通路分割部材１７はボール６の戻り方向に沿ってボール戻し通路１０を分割する分割面１７ａ（図１８参照）を夫々有しており、各ボール戻し通路分割部材１７の分割面１７ａには、断面形状が半円形状のボール戻し溝１８（図１９参照）が形成されている。

このようなボールねじ装置によると、ボールねじ溝５ｓ，５ｎを転動するボール６はボール戻し部材９に設けられたタング部１４によってボール中心軌道円１５と接する接線１６に沿って且つナット４の軸方向に対しボールねじ溝５ｎのリード角だけ傾斜した方向にすくい上げられる。したがって、ナットの軸方向に対して垂直な方向にボールをすくい上げて循環させる方式のものに比べ、振動や騒音の発生を抑制でき、ボールねじ装置の高速耐久性を高めることができる。

しかしながら、上述したボールねじ装置では、一方のボール戻し通路分割部材１７に形成された分割面１７ａと他方のボール戻し通路分割部材１７に形成された分割面１７ａとを合せてボール戻し通路１０が形成されている。このため、分割面１７ａ同士を合せたときに分割面１７ａ同士の位置がボール戻し溝１８の幅方向にずれていると、ボール６の転がり運動を阻害する突起部１９（図２０参照）がボール戻し通路１０内に発生し、ボール戻し通路１０内でボール６の詰まり現象が発生し易くなるという問題があった。

また、ボール戻し通路分割部材１７を樹脂成形したときにボール戻し溝１８が図２１に示す破線の形状から実線の形状に変形してしまうこともある。このため、ボール戻し溝１８の幅ｗがボール６の直径よりも狭くなってしまい、ボール戻し通路１０内でボール６の詰まり現象が発生し易くな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あり、ボール戻し通路分割部材の分割面同士を合せて形成されたボール戻し通路内でボールの詰まり現象が発生することを抑制す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ものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明に係るボールねじ装置は、外径面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内径面に有するナットと、前記ねじ軸及び前記ナットのボールねじ溝間に形成された螺旋状のボール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、前記ボール転動路を転動したボールを戻すためのボール戻し通路を有する樹脂製ボール戻し部材とを備え、前記ボールの戻り方向に沿って前記ボール戻し通路を分割する分割面を夫々有する一対のボール戻し通路分割部材から前記ボール戻し部材を構成したボールねじ装置であって、前記ボール戻し通路分割部材の分割面と該分割面に形成されたボール戻し溝との境界部に面取り加工部を形成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、前記面取り加工部の面取り幅を前記ボールの直径に対して０．１〜０．６としたことを特徴とする。
請求項３の発明に係るボールねじ装置は、外径面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内径面に有するナットと、前記ねじ軸及び前記ナットのボールねじ溝間に形成された螺旋状のボール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、前記ボール転動路を転動したボールを戻すためのボール戻し通路を有する樹脂製ボール戻し部材とを備え、前記ボールの戻り方向に沿って前記ボール戻し通路を分割する分割面を夫々有する一対のボール戻し通路分割部材から前記ボール戻し部材を構成したボールねじ装置であって、前記ボール戻し通路分割部材の分割面に形成されたボール戻し溝の幅を前記ボールの直径よりも大きくし、ボール戻し溝の幅をボールの直径に対して１．０２〜１．５としたことを特徴とする。

請求項４の発明に係るボールねじ装置は、外径面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内径面に有するナットと、前記ねじ軸及び前記ナットのボールねじ溝間に形成された螺旋状のボール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、前記ボール転動路を転動した前記ボールを元の位置に戻すボール戻し部材とを備えたボールねじ装置であって、前記ボール戻し部材が樹脂成形された二つのボール循環部材から構成され、かつ前記ボール循環部材の合せ面に前記ボールの戻し通路を形成するボール戻し溝が形成されているとともに、前記ボール戻し通路の幅方向に沿う断面が概ね長方形もしくは隅部に円弧部を有する長方形の形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４記載のボールねじ装置において、前記ボール戻し溝の幅を前記ボール戻し溝の深さの２倍以上としたことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項４又は５項記載のボールねじ装置において、前記ボール戻し溝の深さを前記ボールの直径の０．５０１倍〜０．７５倍としたことを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項４記載のボールねじ装置において、前記ボール戻し溝の幅が前記ボール戻し通路の中心から前記ボール戻し溝の深さの２倍以上であることを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項４又は７記載のボールねじ装置において、前記ボール戻し溝の深さの和が前記ボールの直径の１．０２倍〜１．５倍であることを特徴とする。

請求項１及び２の発明に係るボールねじ装置によれば、ボール戻し通路分割部材の分割面と該分割面に形成されたボール戻し溝との境界部に面取り加工部を形成したことにより、一方のボール戻し通路分割部材に形成された分割面の位置と他方のボール戻し通路分割部材に形成された分割面の位置がボール戻し溝の幅方向に多少ずれていてもボールの転がり運動を阻害するような突起部がボール戻し通路内に生じ難くなるので、ボール戻し通路分割部材の分割面同士を合せて形成されたボール戻し通路内でボールの詰まり現象が発生することを抑制することができる。

請求項３の発明に係るボールねじ装置によれば、ボール戻し通路分割部材の分割面に形成されたボール戻し溝の幅をボールの直径よりも大きくし、ボール戻し溝の幅をボールの直径に対して１．０２〜１．５としたことにより、ボール戻し通路分割部材の樹脂成形時にボール戻し溝が多少変形してもボール戻し通路の幅がボールの直径よりも狭くなってしまうことがないので、ボールの詰まり現象がボール戻し通路内で発生することを抑制することができる。
請求項４〜８の発明によれば、ボール循環部材の合せ面同士を合わせたときに合せ面の間に多少の位置ずれが生じてもボール戻し通路内に発生した凸部にボールが引っ掛かるようなことがなくなるので、ボールを円滑に循環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。なお、図１７ないし図２１に示したものと同一の部分には同一の符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。
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側面図で、同図に示すように、ボール戻し部材９は樹脂材を射出成形してなる一対のボール戻し通路分割部材１７から構成されている。このボール戻し通路分割部材１７はボールの戻り方向に沿ってボール戻し通路１０を分割する分割面１７ａ（図２参照）を夫々有しており、各ボール戻し通路分割部材１７の分割面１７ａにはボール戻し溝１８（図３参照）が形成されている。

ボール戻し溝１８はその横断面が円弧状となるようにボール戻し通路分割部材１７の分割面１７ａに形成されており、ボール戻し通路分割部材１７の分割面１７ａとボール戻し溝１８との境界部には、図３に示すように、平面状の面取り加工部２０が形成されている。この面取り加工部２０はボールの直径をＤａとすると、０．１Ｄａ〜０．６Ｄａ程度の面取り幅Ａでボール戻し通路分割部材１７の分割面１７ａとボール戻し溝１８との境界部に形成されている。
ここで、面取り加工部２０の面取り幅Ａを０．１Ｄａ〜０．６Ｄａとした理由は、面取り幅Ａが０．１Ｄａを下回ると面取りの効果が十分に得られなくなり、０．６Ｄａを上回るとボール戻し溝が大きくなるばかりで、それ以上の効果が望めないためである。

上述した本発明の第１の実施形態では、ボール戻し通路分割部材１７の分割面１７ａとボール戻し溝１８との境界部に面取り加工部２０を形成したことで、図４に示すように、ボール戻し通路分割部材１７に形成された分割面１７ａ同士の位置がボール戻し溝１８の幅方向に多少ずれていても、ボール６の転がり運動を阻害するような突起部がボール戻し通路１０内に生じ難くなるので、ボール戻し通路分割部材１７の分割面１７ａ同士を合せて形成されたボール戻し通路１０内でボール６の詰まり現象が発生することを抑制することができる。
なお、上述した実施の形態では、ボール戻し通路分割部材１７の分割面１７ａとボール戻し溝１８との境界部に平面状の面取り加工部２０を形成したが、面取り加工部２０の形状を円弧形状としてもよい。

次に、図５ないし図８を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。
図５に示すように、本発明の第２の実施形態に係るボールねじ装置のボール戻し部材９は、樹脂材を射出成形してなる一対のボール戻し通路分割部材１７から構成されている。このボール戻し通路分割部材１７はボールの戻り方向に沿ってボール戻し通路１０を分割する分割面１７ａ（図６参照）を夫々有しており、各ボール戻し通路分割部材１７の分割面１７ａには長円形状のボール戻し溝１８（図７参照）が形成されている。

ボール戻し溝１８は、ボール６の直径をＤａとすると、０．５１Ｄａ〜０．７Ｄａ程度の深さｄと１．０２Ｄａ〜１．５Ｄａ程度の幅ｗでボール戻し通路分割部材１７の分割面１７ａに形成されている。
ここで、ボール戻し溝１８の幅ｗを１．０２Ｄａ〜１．５Ｄａとした理由は、幅ｗが１．０２Ｄａを下回ると形状誤差やボール戻し溝のずれによって循環不良を起こし易くなり、１．５Ｄａを上回ると循環路の幅が大きくなり過ぎる他、ボール同士が互い違いに大きくずれて並び、ボール同士の押し合う力が循環部品（ボール戻し部材）を内側から押す力として作用してしまい、循環路の摩耗等を起こし易くなるためである。

このように、ボール戻し溝１８の幅ｗをボール６の直径Ｄａに対し１．０２〜１．５とすることで、ボール戻し通路分割部材１７の樹脂成形時にボール戻し溝１８が多少変形してもボール戻し通路１０の幅がボール６の直径よりも狭くなってしまうことがないので、ボール６の詰まり現象がボール戻し通路１０内で発生することを抑制することができる。
また、図８に示すように、ボール戻し通路分割部材１７に形成された分割面１７ａ同士の位置がボール戻し溝１８の幅方向に多少ずれていても、ボール６の転がり運動を阻害するような突起部がボール戻し通路１０内に生じ難くなる。
なお、上述した第２の実施形態では、ボール戻し通路分割部材１７の分割面１７ａに形成されるボール戻し溝１８の横断面形状を長円形状としたが、長円形状に限定されるものではなく、例えば図９に示す第３の実施形態のように、ボール戻し溝１８の横断面形状を長方形状としてもよい。

次に、図１０〜図１２を参照して本発明の第４の実施形態について説明する。
図１０は本発明の第４の実施形態に係るボールねじ装置の概略構成を示す側面図であり、同図に示すように、第４の実施形態に係るボールねじ装置は、ねじ軸３及びナット４等を備えている。上記ナット４はねじ軸３の外周面に形成されたボールねじ溝５ｓと対向するボールねじ溝（図示せず）を内周面に有しており、これら両ボールねじ溝間に組み込まれたボール６は例えばねじ軸３が軸芯回りに回転すると、ねじ軸側ボールねじ溝５ｓとナット側ボールねじ溝との間に形成された螺旋状のボール転動路を転動するようになっている。そして、ボール転動路を転動したボール６はボール戻し部材９の内部に形成されたボール戻し通路１０を通って元の位置に戻されるようになっている。

ボール戻し部材９は樹脂成形された二つのボール循環部材２１から構成されており、これらボール循環部材２１の合せ面２１ａ（図１１参照）には、ボール戻し通路１０を形成するボール戻し溝２２がそれぞれ形成されている。
ボール戻し溝２２はその幅方向に沿う断面が概ね長方形もしくは隅部に円弧部Ｒを有する長方形の形状に形成されており、その深さをｍｄとすると、ボール戻し溝２２の幅ｂｍはｂｍ＝２ｍｄ〜２．４ｍｄ程度となっている。また、ボール６の直径をｄｗとすると、ボール戻し溝２２の深さｍｄはｍｄ＝０．５０１ｄｗ〜０．７５ｄｗとなっている。

このように構成されるボールねじ装置では、ボール戻し溝２２の幅方向に沿う断面形状を概ね長方形もしくは隅部に円弧部を有する長方形の形状としたことにより、図１２に示すように、ボール循環部材２１の合せ面２１ａ同士を合わせたときに合せ面２１ａの間に多少の位置ずれが生じてもボール戻し通路１０内に発生した凸部２３にボール６が引っ掛かるようなことがなくなるので、ボール６を円滑に循環させることができる。特に、ボール戻し溝２２の幅をｂｍ、ボール戻し通路の中心からのボール戻し溝２２の深さをｍｄとしたとき、両者の比をｂｍ／ｍｄ＝２〜２．４にしたことにより、ボール循環部材２１の大型化や戻し路１０の壁の厚さの減少を最小限に留めながらボール６をより円滑に循環させることができる。

上述した第４の実施形態において、二つのボール戻し溝２２の深さの和をボール６の直径ｄｗの１．０２〜１．５倍とした理由は、以下の通りである。
すなわち、図１３に示すように、二つのボール戻し溝２２Ａ，２２Ｂの深さは一定とは限らないが、二つのボール循環部材２１を合わせたときに向かい合う二つのボール戻し溝２２Ａ，２２Ｂの深さの和（ｍｄ_Ａ＋ｍｄ_Ｂ）はボール６の直径よりも大きい必要がある。しかし、この寸法は大き過ぎてもボール循環部材２１の大型化や戻し路１０の壁の厚さの減少を招く他、ボール６が戻し通路１０内で移動する幅が大きくなり過ぎ、その結果、循環不良を招くことがある。そこで、二つのボール戻し溝２２Ａ，２２Ｂの深さｍｄ_Ａ，ｍｄ_Ｂの和をボール６の直径ｄｗの１．０２〜１．５倍にすることによって、これらの悪影響を最小限に留めることができる。

本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置の側面図である。 図１に示すボール戻し部材の平面図である。 図２のIII−III断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置の作用効果を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係るボールねじ装置の側面図である。 図５に示すボール戻し部材の平面図である。 図６のVII−VII断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るボールねじ装置の作用効果を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態を説明するためのボール戻し溝の断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るボールねじ装置の側面図である。 図１０のXI−XI断面図である。 図１０に示すボールねじ装置の作用を説明するための図である。 ボール戻し溝の形状及び寸法の説明図である。 ボール戻しチューブの側面図である。 ボールねじ装置の側面図である。 図１５に示すボールねじ装置の軸方向断面図である。 図１５に示すボールねじ装置の径方向断面図である。 図１５に示すボール戻し部材の平面図である。 図１５に示すボール戻し部材の側面図である。 図１５に示すボールねじ装置の問題点を説明するための図である。 図１５に示すボールねじ装置の問題点を説明するための図である。

符号の説明

３ ねじ軸
４ ナット
５ｓ，５ｎ ボールねじ溝
６ ボール
８ ビス
９ ボール戻し部材
１０ ボール戻し通路
１１ 本体部
１２ａ，１２ｂ ボールすくい上げ部
１４ タング
１５ ボールの中心軌道円
１７ ボール戻し通路分割部材
１７ａ 分割面
１８ ボール戻し溝
１９ 突起部
２０ 面取り加工部
２１ ボール循環部材
２１ａ 合せ面
２２ ボール戻し溝

Claims (8)

1. 外径面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内径面に有するナットと、前記ねじ軸及び前記ナットのボールねじ溝間に形成された螺旋状のボール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、前記ボール転動路を転動したボールを戻すためのボール戻し通路を有する樹脂製ボール戻し部材とを備え、前記ボールの戻り方向に沿って前記ボール戻し通路を分割する分割面を夫々有する一対のボール戻し通路分割部材から前記ボール戻し部材を構成したボールねじ装置であって、
   前記ボール戻し通路分割部材の分割面と該分割面に形成されたボール戻し溝との境界部に面取り加工部を形成したことを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記面取り加工部の面取り幅を前記ボールの直径に対して０．１〜０．６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。
3. 外径面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内径面に有するナットと、前記ねじ軸及び前記ナットのボールねじ溝間に形成された螺旋状のボール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、前記ボール転動路を転動したボールを戻すためのボール戻し通路を有する樹脂製ボール戻し部材とを備え、前記ボールの戻り方向に沿って前記ボール戻し通路を分割する分割面を夫々有する一対のボール戻し通路分割部材から前記ボール戻し部材を構成したボールねじ装置であって、
   前記ボール戻し通路分割部材の分割面に形成されたボール戻し溝の幅を前記ボールの直径よりも大きくし、前記ボール戻し溝の幅を前記ボールの直径に対して１．０２〜１．５としたことを特徴とするボールねじ装置。
4. 外径面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内径面に有するナットと、前記ねじ軸及び前記ナットのボールねじ溝間に形成された螺旋状のボール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、前記ボール転動路を転動した前記ボールを元の位置に戻すボール戻し部材とを備えたボールねじ装置であって、前記ボール戻し部材が樹脂成形された二つのボール循環部材から構成され、かつ前記ボール循環部材の合せ面に前記ボールの戻し通路を形成するボール戻し溝が形成されているとともに、前記ボール戻し通路の幅方向に沿う断面が概ね長方形もしくは隅部に円弧部を有する長方形の形状に形成されていることを特徴とするボールねじ装置。
5. 請求項４記載のボールねじ装置において、前記ボール戻し溝の幅を前記ボール戻し溝の深さの２倍以上としたことを特徴とするボールねじ装置。
6. 請求項４又は５記載のボールねじ装置において、前記ボール戻し溝の深さを前記ボールの直径の０．５０１倍〜０．７５倍としたことを特徴とするボールねじ装置。
7. 請求項４記載のボールねじ装置において、前記ボール戻し溝の幅が前記ボール戻し通路の中心から前記ボール戻し溝の深さの２倍以上であることを特徴とするボールねじ装置。
8. 請求項４又は７記載のボールねじ装置において、前記ボール戻し溝の深さの和が前記ボールの直径の１．０２倍〜１．５倍であることを特徴とするボールねじ装置。

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