JP2006125580A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 循環部品の大型化を招くことなく、ボール循環経路の曲げＲ寸法を大きくできると共に、循環部品の強度低下を防止できるボールねじ装置を提供する。
【解決手段】 循環部品１７が、ナット１４の循環孔２０に嵌合される一対の脚部１９と、該一対の脚部１９を接続する本体１８とを具備するボールねじ装置１０において、循環部品１７のボール循環経路２１の内周側における脚部１９と本体１８との間に増肉部３０を設ける。また、循環孔２０のナット１４の外周側の開口縁の一部に循環部品１７の増肉部３０に対応する逃げ部４０を設ける。
【選択図】 図６

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１２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負荷を受ける螺旋軌道を形成しており、該螺旋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。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の周方向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間に連通する一対の循環孔７をナット６の軸線に対して略直交する方向に穿孔して、この一対の循環孔７に略コ字状をなすチューブ状の循環部品８の両端をねじ軸３を跨ぐように嵌め込むことにより、両ねじ溝２，４間の螺旋軌道に沿って公転するボール５を循環部品８の一方の端部から掬い上げてナット６の外部に導き、他方の端部から前記螺旋軌道に戻すボール循環経路９（図１３参照）を循環部品８の内部に形成している。

ところで、このようなチューブ式の循環部品では、ナット６の側面方向からボール５をナット６のねじ溝４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、最近のボールねじ装置の高回転化に伴って、ボールが循環部品に衝突するスピードが速くなって衝突エネルギーが大きくなると、循環部品やねじ溝（ねじ溝の両肩部など含む）が破損して高速化への妨げとなる
そこで、ボール５のスムースな掬い上げを実現するために、樹脂製の循環部品（図示せず）を２つ割れとして、ナット６の循環孔７に嵌合された循環部品の脚部内の循環経路の中心軸線を両ねじ溝２，４の接線方向及びリード角方向に略一致（螺旋軌道の接線方向と略一致）するように配置したものが提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）

米国特許第２８５１８９７号公報 特開２００４−１５６７６７号公報

ところで、上記特許文献１及び２記載のボールねじ装置においては、循環部品のボール循環経路内でのボール５の方向変換時のスムースな転動を確保して該ボール循環経路内の摩耗等を防止するためには、ボール循環経路の湾曲部の曲げＲ寸法は極力大きいことが望ましい。
しかしながら、図１３（ａ）に示すように、ボール循環経路９の曲げＲ寸法が小さい状態から図１３（ｂ）に示すように、単純に曲げＲ寸法を大きくすることは、循環部品８の大型化を招き、スペース効率が悪い。なお、図において符号８ｂは循環部品８のナット４の平坦面との接触面を示す。

また、循環部品８の形状を変更することなく、曲げＲ寸法を大きくしたり、ボール循環経路９をねじ軸３側に寄せる場合には、循環部品８の大型化を免れることができるが、一方で循環部品８のボール循環経路９の内周側の角隅部８ａの肉厚が局部的に薄くなって循環部品８の強度低下や樹脂射出成形時の変形等を招くことがある。
さらに場合によっては、図１３（ｃ）に示すように、ボール循環経路９が循環部品８からはみ出すことになり、結局、ボール循環経路９の曲げＲ寸法を大きくすることは難しいという問題がある。
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、循環部品の大型化を招くことなく、ボール循環経路の曲げＲ寸法を大きくすることができると共に、循環部品の強度低下を防止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、該ねじ軸の前記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、前記両ねじ溝間の螺旋軌道に転動可能に装填された多数のボールと、前記螺旋軌道を転動する前記ボールを、前記ナットの周方向の側面に該ナットの軸線に対して略直交する方向に穿孔された一対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螺旋軌道に戻すボール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、
該循環部品が、前記ナットの前記循環孔に嵌合される一対の脚部と、該一対の脚部を接続する本体とを具備するボールねじ装置において、
前記循環部品の前記ボール循環経路の内周側における前記脚部と前記本体との間に増肉部を設け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、前記循環孔の前記ナットの外周側の開口縁の一部に前記循環部品の増肉部に対応する逃げ部を設けたことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項２において、前記逃げ部を、前記循環孔の前記ナットの外周側の開口縁の一部に該循環孔の軸線と略同一方向からざぐり加工を施して形成したことを特徴とする。

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、前記脚部内の前記ボール循環経路が前記循環孔の軸線に対して傾斜して形成され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、互いに隣り合う各ボール間に保持ピースを介装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、前記循環部品を、前記ボール循環経路の略経路方向に沿って２つ以上に分割したことを特徴とする。

本発明によれば、循環部品の前記ボール循環経路の内周側における脚部と本体との間に増肉部を設けているので、循環部品の大型化を招くことなく、ボール循環経路の曲げＲ寸法を大きくすることができると共に、循環部品の強度低下を防止することができる。
また、循環孔のナットの外周側の開口縁の一部に循環部品の増肉部に対応する逃げ部を設けることで、循環部品の増肉部とナットとの干渉を確実に防止することができる。

この場合、前記逃げ部を、循環孔のナットの外周側の開口縁の一部に該循環孔の軸線と略同一方向からざぐり加工を施して形成することで、ナット側の加工コストを最小限に押えることができる。
更に、循環部品の脚部内のボール循環経路が循環孔の軸線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ボールのすくい上げを容易に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は本発明の実施の形態の一例であるボールねじ装置の平面図、図２は図１の右側面図、図３は循環部品の分割体の斜視図、図４は増肉部を設けていない分割体を示す図、図５及び図６は増肉部を設けた分割体を示す図、図７はナットを平坦面側から見た平面図、図８は図７のＸ−Ｘ線断面図、図９はナットを平坦面側から見た平面図、図１０は図９のＸ−Ｘ線断面図、図１１は保持ピースを説明するための図である。

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及び図２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負荷圏の螺旋軌道を形成している。
該螺旋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の周方向の側面の一部には平坦面１４ａが形成されており、該平坦面１４ａには内部にボール循環経路２１（図３参照）を有する循環部品１７が押え具２４を介して止めねじ２３等によって取り付けられている。
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を接続する本体１８とを備えている。

この循環部品１７は、図３に示すように、例えばボール循環経路２１の略経路方向に沿って点対称で２つに分割された分割体１７ａを分割面で互いに接合して構成され、分割体１７ａの分割面にはボール循環経路２１を構成する循環溝２２が形成されている。これにより、循環部品１７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。
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。

各脚部１９内のボール循環経路２１の先端には、両ねじ溝１１，１３間の螺旋軌道を転動するボール１５をねじ溝１１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掬い上げるタング部１９ａが設けられている。
これらの脚部１９は前記両ねじ溝１１，１３間の螺旋軌道に連通してナット１４の平坦面１４ａにねじ軸１２の軸線に対して略直交する方向に穿孔された一対の円形又は長円形状の循環孔２０に嵌合されている。

そして、この循環部品１７によって、前記両ねじ溝１１，１３間の螺旋軌道を転動するボール１５を一方の脚部１９から掬い上げてナット１４外部の本体１８内に導き、他方の脚部１９から前記螺旋軌道に戻すボールの無限循環軌道を形成している。
この循環部品１７が図１２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１４ａ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の内部のボール循環経路２１の方向を循環孔２０の軸線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、従来のボールねじ装置のように、ねじ軸１２の軸線に対して略垂直方向に循環孔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循環経路２１内のボール１５の進行方向をねじ溝１１の接線方向で、且つ両ねじ溝１１，１３のリード角方向と略一致する方向に傾けることが可能となる。

これにより、ナット１４の加工が簡単で、且つボール１５のすくい上げ通路の設計的自由度の向上を図ることができる。
ところで、上述したように、循環部品１７のボール循環経路２１内でのボール１５の方向変換時のスムースな転動を確保して該ボール循環経路２１内の摩耗等を防止するためには、ボール循環経路２１の湾曲部の曲げＲ寸法を極力大きくする必要がある。

この場合、何の対策も施さないと、図４に示すように、循環部品１７のボール循環経路２１の内周側における脚部１９と本体１８との間の隅肉部８ａの肉厚が局部的に薄くなり、この薄肉部分に応力集中しやすくなって循環部品１７の強度が低下してしまうほか、循環部品１７を樹脂の射出成形にて製作した場合には、肉厚が局部的に違うことから成形時の変形を招き、部品の形状精度が低下する問題が生じる。

そこで、この実施の形態では、図５及び図６に示すように、循環部品１７のボール循環経路２１の内周側における脚部１９と本体１８との間に増肉部３０を設けることによって、循環部品１７の強度低下や樹脂射出成形時の変形等を防止している。なお、増肉部３０はＲ形状でもよいし、直線断面を持つ形状等でもよい。
また、循環部品１７に前記増肉部３０を設けた場合、循環部品１７とナット１４との干渉を確実に防止するためには、図７に示すように、ナット１４側に増肉部３０を逃げるための逃げ部４０を設ける必要がある。

この逃げ部４０の形状例を図８に示す。
図８の例は、ナット１４をエンドミルにて加工後、エンドミルを循環孔２０のナット１４の外周側の開口縁の一部に対して循環部品１７の増肉部３０の方向（図７のＸ−Ｘの方向）へと円弧状（図８（ａ）参照）や斜面状（図８（ｂ）参照）、あるいは循環部品１７の増肉部３０の形状に沿って移動して加工（図示せず）することで、ナット１４側に循環部品１７の増肉部３０に対応する逃げ部４０を設けている。但し、このような加工方法はナット１４の加工コストが割高になる傾向がある。

図９及び図１０を参照して、ナット１４の加工コストを低く押えることができる逃げ部４０の加工方法を説明する。
ここでは、循環部品１７の増肉部３０を逃げる逃げ部４０を、循環孔２０のナット１４の外周側の開口縁の一部に該循環孔２０の軸線と略同一方向から単純にざぐり加工を施すことにより形成している。
逃げ部４０のざぐり形状例を図１０に示す。
逃げ部４０のざぐり形状は、図１０（ａ）に示すような平面ざぐり形状でもよいし、図１０（ｂ）に示すような円錐穴のざぐり形状でもよく、あるいは図１０（ｃ）に示すようにボールエンドミルや特殊形状工具を用いてのざぐり形状や循環部品１７の増肉部３０の形状に沿ったざぐり形状（図示せず）としてもよい。また、図示は省略するが、ザグリ工具の形状は円錐台形状等でもよい。

このように、循環孔２０のナット１４の外周側の開口縁の一部に該循環孔２０の軸線と略同一方向から単純にざぐり加工を施すことにより、容易に且つ低コストで循環部品１７の増肉部３０を逃げるための逃げ部４０をナット１４に加工することができる。
このようにこの実施の形態では、循環部品１７のボール循環経路２１の内周側における脚部１９と本体１８との間に増肉部３０を設けているので、循環部品１７の大型化を招くことなく、ボール循環経路２１の曲げＲ寸法を大きくすることができると共に、循環部品１７の強度低下や樹脂射出成形時の変形等を防止することができる。

また、循環孔２０のナット１４の外周側の開口縁の一部に循環部品１７の増肉部３０に対応する逃げ部４０を設けているので、循環部品１７の増肉部３０とナット１４との干渉を確実に防止することができる。
更に、前記逃げ部４０を、循環孔２０のナット１４の外周側の開口縁の一部に該循環孔２０の軸線と略同一方向からざぐり加工を施して形成することで、ナット１４側の加工コストを最小限に押えることができる。

更に、循環部品１７の脚部１９内のボール循環経路２１が循環孔２０の軸線に対して傾斜して形成されているので、略接線方向で、且つ略リード角方向のボール１５のすくい上げを容易に実現することができる。
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、循環部品１７を押え具２４を介してナット１４の平坦面１４ａに固定しているが、押え具２４を用いずに循環部品１７をナット１４の平坦面１４ａに止めねじ等によって直接固定してもよい。

また、前記螺旋軌道を転動する多数のボール１５の各ボール１５間に、駆動時のボール同士の衝突や接触を無くしてボール１５の損傷防止や低騒音化を図るべく、図１１に示すように、該ボール１５に対向する両側面にそれぞれ円弧状の凹面を有する保持ピース１００を介装してもよい。
なお、保持ピースは各ボール１５間に個別に介装するタイプ、各保持ピースが互いに連結されたタイプのどちらでもよい。
その他、上記実施の形態において例示したねじ溝、ねじ軸、ナット、ボール、循環孔、ボール循環経路、循環部品、脚部、本体、増肉部、逃げ部、保持ピース等の材質，形状，寸法，形態，数，配置個所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

本発明の実施の形態の一例であるボールねじ装置の平面図である。 図１の右側面図である。 循環部品の分割体の斜視図である。 増肉部を設けていない分割体を示す図である。 増肉部を設けた分割体を示す図で、（ａ）はナットの平坦面方向から見た図、（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。 図５（ｂ）の拡大図である。 ナットを平坦面側から見た平面図である。 図７のＸ−Ｘ線断面図で、（ａ）は逃げ部の形状の一例を示す図、（ｂ）は逃げ部の形状の変形例を示す図である。 ナットを平坦面側から見た平面図である。 図９のＸ−Ｘ線断面図で、（ａ）はざぐり加工によって形成された逃げ部の一例を示す図、（ｂ）及び（ｃ）は逃げ部の形状の変形例を示す図である。 保持ピースを説明するための図である。 従来のチューブ循環式ボールねじ装置の一例を示す断面図である。 従来の循環部品の不具合を説明するための説明図で、（ａ）はボール循環経路の曲げＲ寸法が小さい例を示す図、（ｂ）はボール循環経路の曲げＲ寸法を単純に大きくした例を示す図、（ｃ）はボール循環経路が循環部品からはみ出した状態を示す図である。

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
１７ａ 分割体
１８ 本体
１９ 脚部
２０ 循環孔
２１ ボール循環経路
３０ 増肉部
４０ 逃げ部
１００ 保持ピース

Claims (6)

1. 外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸の前記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、前記両ねじ溝間の螺旋軌道に転動可能に装填された多数のボールと、前記螺旋軌道を転動する前記ボールを、前記ナットの周方向の側面に該ナットの軸線に対して略直交する方向に穿孔された一対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螺旋軌道に戻すボール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、
   該循環部品が、前記ナットの前記循環孔に嵌合される一対の脚部と、該一対の脚部を接続する本体とを具備するボールねじ装置において、
   前記循環部品の前記ボール循環経路の内周側における前記脚部と前記本体との間に増肉部を設けたことを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記循環孔の前記ナットの外周側の開口縁の一部に前記循環部品の増肉部に対応する逃げ部を設け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. 前記逃げ部を、前記循環孔の前記ナットの外周側の開口縁の一部に該循環孔の軸線と略同一方向からざぐり加工を施して形成したことを特徴とする請求項２に記載したボールねじ装置。
4. 前記脚部内の前記ボール循環経路が前記循環孔の軸線に対して傾斜して形成され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. 互いに隣り合う各ボール間に保持ピースを介装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のボールねじ装置。
6. 前記循環部品を、前記ボール循環経路の略経路方向に沿って２つ以上に分割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のボールねじ装置。

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