JP2007040471A - ボールねじ用循環部品押え具およびボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】プレス加工中に生じる割れを抑制するとともに、転動体循環路に必要な肉厚を確保し得るボールねじ用循環部品押え具およびこれを備えるボールねじを提供する。
【解決手段】このボールねじ１０は、外部循環方式のボールねじであり、負荷領域に転動可能に装填される複数のボール１５を前記負荷領域の一端側から掬い上げて他端側に戻す転動体循環路２３を内部に有する循環部品１７が、ナット１４の外側から装着されている。さらに、その循環部品１７を覆うようにしてナット１４に固定可能にプレス成形される金属製の循環部品押え具３０を備えている。そして、この循環部品押え具３０の内周面は、その長手方向での両隅が、二つ以上のそれぞれ異なる半径をもつ凹曲面が連続してなる曲面にそれぞれ成形されており、各曲面での二つ以上の凹曲面は、長手方向端部側の凹曲面の半径に比べて、長手方向内側の凹曲面の半径の方が大きな径になっている。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば各種産業機械等に用いられるボールねじに係り、特に、そのボールねじ用循環部品押え具およびこれを備えるボールねじに関する。

この種のボールねじとしては、外部循環方式が知られている。
外部循環方式のボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸を有しており、このねじ軸に相対移動可能に外嵌してナットが装着されている。ナットは、ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有しており、これら両ねじ溝間の負荷領域に複数の転動体が転動可能に装填される。そして、その転動体を無限循環させるために、ナットの外側から略コ字状をなすチューブ状の循環部品が装着される。この循環部品には、その内部に、負荷領域を転動する転動体を、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から掬い上げて他方に戻す転動体循環路が形成されており、これにより転動体を無限循環可能になっている。

ここで、この種のボールねじでは、近年、そ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っている。これにより、循環部品やねじ溝（ねじ溝の両肩部など含む）が破損することで高速化への妨げとなる。
そこで、本願出願人は、このような課題を解決し得るボールねじとして先に特許文献１に記載の技術を提案した。

すなわち、特許文献１に記載の技術では、従来一般に金属製のチューブによって形成されていた循環部品を樹脂製とし、その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いる。さらに、この循環部品を、循環部品押え具によって全体を覆うようにしてナットに固定可能に構成している。なお、このボールねじ用循環部品押え具は、循環部品の長手方向に沿って横断面略Ｕ字状をなしており、その内周面の長手方向での両隅が、一の半径をもつ曲面にそれぞれ成形されている。

この特許文献１に記載の技術によれば、循環部品を用いて、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ているので、その内部を循環する転動体の振動や騒音を抑制することができる。また、循環部品押え具によって循環部品をナットに確実、且つ容易に固定することができる。そして、循環部品押え具は循環部品全体を覆うようにしているので、外部への潤滑剤等の飛散や内部への異物の侵入が防止される。
特開２００５−１５５８８７号公報

しかしながら、例えば上記特許文献１に記載の技術では、ボールねじ用循環部品押え具は、その内周面の長手方向での両隅が、一の半径をもつ曲面に成形されており、その半径が比較的小さいので、プレス成形の際に、各隅に応力が過度に発生し、加工中に割れが生じてしまうという問題があった。
一方、このような加工中に生じる割れを抑制するために、その各隅を、より半径の大きい曲面に成形することも考えられるが、この場合、その大きくした分だけ循環部品の肉厚が薄くなるので、転動体循環路に必要な肉厚が犠牲となり、課題を解決する上では未だ検討の余地がある。
そこで、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って、プレス加工中に生じる割れを抑制するとともに、転動体循環路に必要な肉厚を確保し得るボールねじ用循環部品押え具およびこれを備えるボールねじを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸に相対移動可能に外嵌してそのねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、これら両ねじ溝間の負荷領域に転動可能に装填される複数の転動体と、ナットの外側から装着されて前記負荷領域を転動する転動体を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から掬い上げて他方に戻す転動体循環路を内部に有する循環部品と、を備えるボールねじに用いられ、前記循環部品を覆うようにしてナットに固定可能にプレス成形される金属製の循環部品押え具であって、前記循環部品押え具の内周面は、その長手方向での両隅が、二つ以上のそれぞれ異なる半径をもつ凹曲面が長手方向に連続してなる曲面にそれぞれ成形されており、各曲面での二つ以上の凹曲面は、長手方向端部側の凹曲面の半径に比べて、長手方向内側の凹曲面の半径の方が大きな径になっていることを特徴としている。
ここで、前記循環部品は、樹脂製、あるいは焼結金属などで成形してもよい。

また、本発明は、この本発明に係るボールねじ用循環部品押え具を備えるボールねじであることを特徴としている。
本発明によれば、ボールねじ用循環部品押え具は、その内周面の長手方向での両隅を、複数の曲面を組み合わせて形成したので、一の半径をもつ曲面で形成したものに比べて、両隅での絞り深さが最大となる範囲を少なくすることができる。そのため、プレス加工時に発生する応力を小さくして、プレス加工中に生じる割れを抑制することができるとともに、プレス加工後の残留応力を小さくすることができる。

そして、各曲面での二つ以上の凹曲面は、長手方向端部側の凹曲面の半径に比べて、長手方向内側の凹曲面の半径の方が大きな径になっているので、一の半径をもつ曲面で形成したものと両隅での絞り深さが最大となる範囲を同じ位置にした場合、ボールが循環部品に衝突する、約４５°付近での肉厚を径方向外側に、より厚くすることができる。したがって、一の半径をもつ曲面で形成したものに比べて、転動体循環路に必要な肉厚を確保することができる。

本発明によれば、プレス加工中に生じる割れを抑制するとともに、転動体循環路に必要な肉厚を確保し得るボールねじ用循環部品押え具およびこれを備えるボールねじを提供することができる。

以下、本発明に係るボールねじ用循環部品押え具（以下、単に「押え具」ともいう）およびこれを備えるボールねじの一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係るボールねじ用循環部品押え具を備えるボールねじの一実施形態を説明するための概略構成図であり、同図（ａ）はそのナット部分を軸線を含む断面で示す正面図、同図（ｂ）は平面図である。

同図に示すように、このボールねじ１０は、外周面に螺旋状のねじ溝１１を有するねじ軸１２を備えており、このねじ軸１２に、そのねじ溝１１に対応する螺旋状のねじ溝１３を内周面に有するナット１４が外側から嵌合している。
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構成している。そして、この負荷領域には、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（またはナット１４）の回転により、ナット１４（またはねじ軸１２）がボール１５の転動を介して軸方向に相対移動可能になっている。

ナット１４には、その側面の一部に平坦面１６が形成されており、この平坦面１６には、前記負荷領域に連通する二個一組の長孔状の循環孔２０が穿孔されている。そして、この平坦面１６には、例えば同図（ｂ）に示すように、おおむね軸方向に沿って二つに分割された部材をその分割面で互いに合わせて構成された合成樹脂製の循環部品１７が取り付けられている。なお、循環部品１７は、合成樹脂製に限定されず、例えば、焼結金属等、金属製とすることができる。

図２に、この循環部品１７を斜視図にて示す。
この循環部品１７は、同図に示すように、本体部１８と、その本体部１８の下面側に設けられた一対の脚部１９と、を備えて構成されている。一対の脚部１９は、ねじ軸１２の軸方向に対して略直角方向にそれぞれ延びており、さらに、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。そして、これら一対の脚部１９は、略柱状またはブロック状等に形成されており、その外形形状は前記二個一組の長孔状の循環孔２０にそれぞれ嵌合可能に形成されている。

さらに、この循環部品１７の各脚部１９の内部には、ねじ軸１２の略接線方向で、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（またはボール戻し）通路２１が脚部１９の外周面に対して傾斜して形成されている。そして、図１（ａ）に示すように、本体部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およびボール通路２２によって、前記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路２３を循環部品１７内に形成している。
ここで、このボールねじ１０では、図１に示すように、循環部品１７の脚部１９をナット１４の循環孔２０に嵌め込んだ状態で、その循環部品１７を金属製の押え具３０を用いてナット１４に固定している。

次に、この押え具３０についてより詳しく説明する。
この押え具３０は、図１、図３および図４に示すように、金属製の板材に、プレス機による絞り成形を施して製作されている。
詳しくは、この押え具３０は、図３に示すように、循環部品１７の、ナット１４の側面に露出する部分の略全域（この例では循環部品１７の本体部１８の全域）を覆うようにして嵌め込み可能なキャップ部３１を備えている。このキャップ部３１は、循環部品１７の長手方向に沿って横断面略Ｕ字状をなしている。そして、そのキャップ部３１の幅方向両側には、フランジ部３２がそれぞれ設けられており、各フランジ部３２には、ねじ挿通孔３３がそれぞれ貫通形成されている。そして、これらキャップ部３１およびフランジ部３２がプレス成形によって一体に形成されている。

これにより、この押え具３０は、図１（ｂ）に示すように、そのキャップ部３１を循環部品１７の本体部１８を覆うように嵌め込み、この状態で、ねじ挿通孔３３に挿通したねじ４０をナット１４の平坦面１６に設けたねじ孔（図示せず）に締め付けることにより、循環部品１７をナット１４に固定可能になっている。
なお、この押え具３０には、図３に示すように、循環部品１７と接して、その循環部品１７を押える部分とナット１４側にねじ止めにて固定されるフランジ部３２部分との間に、補強用のリブ３８を設けている。この補強用のリブ３８によって、仮に、転動体循環路２３に詰まったボール１５が循環部品１７を押し上げようとした場合等に、ねじ挿通孔３３の周辺の板が曲がることによる循環部品１７の浮き上がりを防止ないし抑制可能になっている。

ここで、この押え具３０は、図４に示すように、そのキャップ部３１の内周面３４の長手方向での両隅３５が、二つのそれぞれ異なる半径をもつ凹曲面が連続してなる曲面にそれぞれ成形されている。なお、これら両隅３５は、共に構成が同様であるので、一方について説明し、他方の説明は適宜省略する。
詳しくは、図４（ｂ）に拡大図示するように、この隅３５は、長手方向端部側の凹曲面として、第一の半径Ｒ１をもつ第一の曲面Ｓ１を有しており、さらに、その第一の曲面Ｓ１に対し、長手方向内側の凹曲面として、第二の半径Ｒ２をもつ第二の曲面Ｓ２を有して形成されている。ここで、長手方向端部側の凹曲面と長手方向内側の凹曲面とは、第一の曲面Ｓ１の第一の半径Ｒ１に比べて、第二の曲面Ｓ２の第二の半径Ｒ２の方が大きな径になっている。そして、これら第一の曲面Ｓ１と第二の曲面Ｓ２とは、それぞれの凹曲面が長手方向に連続してなる一の曲面となるように一体にプレス成形されている。

ここで、上記第一の曲面Ｓ１と第二の曲面Ｓ２との関係として、例えば従来の単一円弧による長手方向での両隅部分の半径をＲとするとき、第一の半径Ｒ１を、Ｒ１≧Ｒとし、第二の半径Ｒ２を、Ｒ２＞Ｒ１とすれば好適である。なお、押え具３０の側面と上面とのなす角度をα°（図４（ａ）参照）、第一の半径Ｒ１および第二の半径Ｒ２の境界点での接線と押え具３０の上面とのなす角度をθ°（図４（ｂ）参照）とするとき、本実施形態において、Ｒ１／Ｔ＝４．９２、Ｒ２／Ｒ１＝３．９７、α＝９０°、θ＝３０°である。

次に、このボールねじ用循環部品押え具３０およびこれを備えるボールねじ１０の作用・効果について説明する。
このボールねじ１０は、その循環部品１７を合成樹脂製（あるいは焼結金属等、金属製）とし、その両端部にナット１４の循環孔２０に嵌合される脚部１９を設け、各脚部１９内にボールすくい上げ通路２１がそれぞれ脚部１９の外周面に対して傾斜して形成されているので、接線方向且つリード角方向のボール１５のすくい上げ可能とし、小リードや多条ねじのように小ピッチのねじ溝に対しても適応することができる。

そして、このボールねじ１０によれば、押え具３０が、循環部品１７を覆うようにしてナット１４に固定しているので、万一、ボール１５が循環不良を起こした場合等に、ボール１５が循環部品１７を内部から押して循環部品１７の合わせ目を押し広げようとしても、合わせ目が開くのを防止ないし抑制することができる。
また、循環部品１７の略全域をキャップ部３１が覆っているので、循環部品１７の内部から外部に放出される音を遮音して、騒音を低減することもできる。さらに、外部への潤滑剤等の飛散や内部への異物の侵入が防止される。

さらに、このボールねじ１０によれば、押え具３０は、そのキャップ部３１の内周面の長手方向での両隅を、複数の曲面を組み合わせて形成したので、一の半径をもつ曲面で形成したものに比べて、両隅での絞り深さが最大となる範囲を少なくすることができる。
すなわち、上述の関係で長手方向での両隅部分を構成すれば、図４（ｂ）に示すように、第一の半径Ｒ１の範囲を、α°から（α−θ）°に減らすことができる。つまり、いま、押え具３０の板厚をＴとすると、その板材をプレス加工によって塑性変形させた際、長手方向に切断した断面形状において、内壁と外壁との変形後の長さの差を、Ｔ×π×α／１８０からＴ×π×（α−θ）／１８０に減らすことができる。

例えば、図５に示すように、両隅部分を一の半径Ｒをもつ比較的小さな曲面で形成した場合のものと比べ、最大絞り深さＰｍａｘの範囲を、開始点Ｐ１から開始点Ｐ２に範囲ＰＷだけ移動させることができる。これにより、範囲ＰＷでの絞り深さＰを、最大絞り深さＰｍａｘより少なくすることができる。そのため、プレス加工による両隅部分での応力を低減することができる。したがって、加工中の割れを防止ないし抑制することができる。

さらに、このボールねじ１０によれば、押え具３０は、各曲面での二つ以上の凹曲面を、長手方向端部側の凹曲面の半径、つまり第一の半径Ｒ１に比べて、長手方向内側の凹曲面の半径である第二の半径Ｒ２の方を大きな径にしている。これにより、例えば、図５に示すように、両隅部分を半径Ｒ３をもつ比較的大きな一の曲面で形成した場合のものと比べ、最大絞り深さＰｍａｘの開始点Ｐ２を本実施形態と同じ点に設定したとき、本実施形態によれば、ボール１５が循環部品１７内の転動体循環路２３に強く衝突する、約４５°付近での肉厚を径方向外側に、より厚くすることができる。つまり、このボールねじ１０によれば、同図の例で、一の半径Ｒ３での確保可能な肉厚２２ｔに比べ、さらに肉厚２２ｓ分だけ循環部品１７の壁面の厚さを増すことができる。したがって、一の半径をもつ曲面で形成したものに比べて、転動体循環路２３に必要な肉厚をより確保することができる。

以上説明したように、本発明に係るボールねじ用循環部品押え具３０およびこれを備えるボールねじ１０によれば、プレス加工中に生じる両隅３５での割れを抑制するとともに、転動体循環路２３に必要な肉厚を確保し得るボールねじ用循環部品押え具およびこれを備えるボールねじを提供することができる。
なお、本発明に係るボールねじ用循環部品押え具およびこれを備えるボールねじは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、キャップ部３１の内周面３４の長手方向での両隅３５は、二つのそれぞれ異なる半径をもつ凹曲面が長手方向に連続してなる曲面にそれぞれ成形されており、長手方向端部側の第一の半径Ｒ１と長手方向内側の第二の半径Ｒ２とを、Ｒ２＞Ｒ１とした例で説明したが、これに限定されず、その長手方向での両隅が、二つ以上のそれぞれ異なる半径をもつ凹曲面が長手方向に連続してなる曲面にそれぞれ成形されていればよい。例えば、図６に変形例を示すように、両隅３５を、Ｒ１，Ｒ２，Ｒｎ，Ｒｎ＋１（但し、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒｎ＞Ｒｎ＋１）とし、これらの各凹曲面が長手方向に連続してなる曲面で成形することができる。ここで、上記実施形態との対応において、その半径の最小値Ｒｍｉｎは、Ｒｍｉｎ＝Ｔ×４．９２とすれば好適に形成できる。また、この変形例では、Ｒ１，Ｒ２，Ｒｎ，Ｒｎ＋１の四つの半径を例に示したが、より細かくして、実質的にＲｍｉｎ＝Ｔ×４．９２から無限大まで連続的に変化する曲面で成形してもよい。このような構成であっても、各連続的に変化する曲面での二つ以上の凹曲面を、長手方向端部側の凹曲面の半径に比べて、長手方向内側の凹曲面の半径の方が大きな径になっていれば、プレス加工中に生じる両隅３５での割れを抑制するとともに、転動体循環路２３に必要な肉厚を確保することができる。

また、上記実施形態では、押え具３０の側面と上面とのなす角度αは、α＝９０°、つまり、押え具３０の側面がナット１４の平坦面１６に対し垂直になっており、押え具３０の上面と平坦面１６とは平行になっている例で説明したが、これに限定されず、押え具３０の側面は平坦面１６に垂直でなくてもよい。また、その上面と平坦面１６とについても平行に限定されるものではない。

本発明に係るボールねじ用循環部品押え具を備えるボールねじの一実施形態を説明するための概略構成図であり、同図（ａ）はそのナット部分を断面で示す正面図、同図（ｂ）は平面図である。 本発明に係るボールねじ用循環部品を説明する斜視図である。 本発明に係るボールねじ用循環部品押え具を説明する斜視図であり、同図（ａ）は循環部品を覆う部分を外側から外観した図、また、同図（ｂ）は循環部品を覆う部分を内周面側から外観した図である。 本発明に係るボールねじ用循環部品押え具を説明する図であり、同図（ａ）はその正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）でのＦ部の拡大図である。 本発明に係るボールねじ用循環部品押え具の作用を説明する図である。 本発明に係るボールねじ用循環部品押え具の変形例を説明する図である。

符号の説明

１０ ボールねじ
１１ （ねじ軸の）ねじ溝
１２ ねじ軸
１３ （ナットの）ねじ溝
１４ ナット
１５ ボール（転動体）
１６ 平坦面
１７ 循環部品
１８ 本体部
１９ 脚部
２０ 循環孔
２１ ボールすくい上げ通路
２２ ボール通路
２３ 転動体循環路
３０ 押え具（循環部品押え具）
３１ キャップ部
３２ フランジ部
３３ ねじ挿通孔
３４ 内周面
３５ （長手方向での）隅
３８ リブ
４０ ねじ

Claims (2)

1. 外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸に相対移動可能に外嵌してそのねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、これら両ねじ溝間の負荷領域に転動可能に装填される複数の転動体と、ナットの外側から装着されて前記負荷領域を転動する転動体を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から掬い上げて他方に戻す転動体循環路を内部に有する循環部品と、を備えるボールねじに用いられ、前記循環部品を覆うようにしてナットに固定可能にプレス成形される金属製の循環部品押え具であって、
   前記循環部品押え具の内周面は、その長手方向での両隅が、二つ以上のそれぞれ異なる半径をもつ凹曲面が長手方向に連続してなる曲面にそれぞれ成形されており、各曲面での二つ以上の凹曲面は、長手方向端部側の凹曲面の半径に比べて、長手方向内側の凹曲面の半径の方が大きな径になっていることを特徴とするボールねじ用循環部品押え具。
2. 請求項１に記載のボールねじ用循環部品押え具を備えることを特徴とするボールねじ。

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