JP2007303591A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】デフレクタのボール管路表面の劣化を抑制防止する。
【解決手段】２つの半割部材１４に同じ曲率半径ｒの断面円弧形状の転動溝１５を形成し、この転動溝１５同士を組合せてボール管路、即ち連結路１０を構成する場合、各転動溝１５の内周面から遠い側に当該転動溝１５の曲率半径ｒの中心を連結路１０の中心からずらすことによって当該連結路１０の断面形状を真円とせず、半割部材１４の合わせ面部分にボール８が接触すること自体を回避し、エッジロードによる過大面圧の発生を回避する。転動溝１５の曲率半径ｒをボール８の直径Ｄｗの０．５２〜０．６０倍とし、且つ転動溝１５の曲率半径ｒの中心と連結路１０の中心とのずれ量をボール８の直径Ｄｗの０．０２〜０．０４倍、ずれ量の最小値を０．０１ｍｍ以上として、半割部材１４の合わせ面部分にボール８が接触しないようにする。
【選択図】図５

Description

本発明は、多数のボールをねじ軸とナットとの間のボール転動路で転動させてねじ軸又はナットを回転移動するボールねじに関するものである。

一般に、ボールねじは、外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のボール転動溝と対向する螺旋状のボール転動溝を有するナットと、前記ねじ軸及びナットのボール転動溝間のボール転動路を当該ねじ軸又はナットの回転運動に伴って転動する多数のボールと、前記ボールの転がり方向を変更してボール戻し路に送給し且つボール戻し路からボールをボール転動路に戻すボール循環路とを備えて構成される。ボールの循環方式としては、例えばＵ字状のボール戻しチューブを用いてボールを循環させる方式（以下、チューブ循環方式と称す）などがある。

ところで、転動路内のボールは、負荷分布のバラツキ等により、個々のボールと溝との接触角に相違があり、これによりボール交点速度にバラツキが発生し、ボール同士が擦れ合う競い合いが発生する。ボール転動路とボール循環路とで構成される１回路が長くなると、競い合うボール数が増加するため、強い擦れ合いが生じ、ボール寿命や作動トルクに悪影響が出る場合がある。従って、１回路中のボール数が多すぎることは好ましくない。

ボールねじの総ボール数は負荷条件によって決定されるので、ボール数が多い場合には、２回路以上に分離することが有効である。前述したチューブ循環方式ボールねじでも、回路を複数化することは広く行われているが、チューブ循環方式ボールねじでは、ナット外部にボール戻しチューブを配設するため、ナットの外径が大きくなるとか、チューブ内のボールの通過音が外部に漏れやすい、といった欠点がある。

そこで、下記特許文献１に記載されるボールねじでは、ナットの内部にボール戻し路を形成し、ボール転動路からボールを掬い上げる部位及びボール転動路にボールを戻す部位に、一般にデフレクタと呼ばれる循環部品を取付け、この循環部品でボール転動路のボールを掬い上げてボール戻し路に送給し、循環部材を介してボール戻し路からボール転動路にボールを戻すようにしてボール循環路を形成し、このボール循環路をナット内に２つ設けて２回路構成とすることで回路の長さを短くし、回路中のボール数を低減している。
欧州特許第１４７１２８６号

ところで、デフレクタと呼ばれる循環部品には、ボール戻し路にボールを送球する、又はボール転動路にボールを戻すための管路が必要である。このような管路を循環部品に形成する場合、例えば２つの部材の合わせ面に、例えば断面半円弧形状の円弧溝を形成し、これらの円弧溝を組合せて管路とすることが考えられる。しかしながら、この管路のうち、２つの部材の合わせ面部分にボールが接触すると、所謂エッジロードによる過大面圧が発生し、管路表面の劣化が早期に進行する恐れがある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、循環部品の管路表面の劣化を抑制防止することが可能なボールねじを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に係るボールねじは、外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のボール転動溝と対向する螺旋状のボール転動溝を有するナットと、前記ねじ軸及びナットのボール転動溝間のボール転動路を当該ねじ軸又はナットの回転運動に伴って転動する多数のボールと、前記ボールの転がり方向を変更してボール戻し路に送給し且つボール戻し路からボールをボール転動路に戻すボール循環路とを備え、前記ボール転動路からボールを掬い上げる部分又はボール転動路にボールを戻す部分には、２以上の部材を組合せて形成される管路を通じてボールをボール戻し路に送給するか又はボール転動路にボールを戻すための循環部材を備えたボールねじにおいて、前記循環部品の管路の断面形状が真円でなく、且つ各循環部品の接合部にボールが当接しないことを特徴とするものである。

また、本発明のうち請求項２に係るボールねじは、前記請求項１の発明において、前記循環部品を構成する２以上の部材に同じ曲率半径の断面円弧形状の円弧溝を形成し、この円弧溝同士を組合せて前記管路を構成する場合、各円弧溝の内周面から遠い側に当該円弧溝の半径の中心を管路の中心からずらすことによって当該管路の断面形状が真円でないことを特徴とするものである。
また、本発明のうち請求項３に係るボールねじは、前記請求項２の発明において、前記円弧溝の曲率半径をボールの直径の０．５２〜０．６０倍とし、且つ円弧溝の半径の中心と管路の中心とのずれ量をボールの直径の０．０２〜０．０４倍とし、且つずれ量の最小値は０．１ｍｍ以上としたことを特徴とするものである。

而して、本発明のうち請求項１に係るボールねじによれば、外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、ねじ軸のボール転動溝と対向する螺旋状のボール転動溝を有するナットと、ねじ軸及びナットのボール転動溝間のボール転動路を当該ねじ軸又はナットの回転運動に伴って転動する多数のボールと、ボールの転がり方向を変更してボール戻し路に送給し且つボール戻し路からボールをボール転動路に戻すボール循環路とを備え、ボール転動路からボールを掬い上げる部分又はボール転動路にボールを戻す部分には、２以上の部材を組合せて形成される管路を通じてボールをボール戻し路に送給するか又はボール転動路にボールを戻すための循環部材を備えたボールねじにおいて、循環部品の管路の断面形状が真円でなく、且つ各循環部品の接合部にボールが当接しないこととしたため、循環部品を構成する部材の合わせ面部分にボールが接触して過大面圧が発生するのを回避することが可能となり、これにより管路表面の劣化を抑制防止することが可能となる。

また、本発明のうち請求項２に係るボールねじによれば、循環部品を構成する２以上の部材に同じ曲率半径の断面円弧形状の円弧溝を形成し、この円弧溝同士を組合せて管路を構成する場合、各円弧溝の内周面から遠い側に当該円弧溝の半径の中心を管路の中心からずらすことによって当該管路の断面形状が真円でないこととしたため、循環部品を構成する部材の合わせ面部分にボールが接触すること自体を回避することが可能となり、過大面圧が発生しないので管路表面の劣化を確実に抑制防止することができる。

また、本発明のうち請求項３に係るボールねじによれば、円弧溝の曲率半径をボールの直径の０．５２〜０．６０倍とし、且つ円弧溝の半径の中心と管路の中心とのずれ量をボールの直径の０．０２〜０．０４倍とし、且つずれ量の最小値は０．１ｍｍ以上としたため、循環部品を構成する部材の合わせ面部分にボールが接触することがなく、過大面圧の発生及び管路表面の劣化をより一層確実に抑制防止することができる。

次に、本発明のボールねじの第１実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のボールねじの概略構成図であり、図２は、本実施形態のボールねじのボール循環路を示す縦断面図であり、図１では、ねじ軸の表記を省略している。ねじ軸１の外周面には、断面がほぼ半円形のボール転動溝２が螺旋状に形成されており、これに対向するナット３の内周面にも、断面がほぼ半円形のボール転動溝４が螺旋状に形成されており、このねじ軸１のボール転動溝２とナット３のボール転動溝４との間にボール転動路５が形成される。なお、ナット３の図示右方端部には、取付用フランジ６が形成されており、そのフランジ６に、例えばボルトなどを挿通するための貫通孔７が等角度で開設されている。

このボール転動路５には、ねじ軸１又はナット２の回転運動に伴って転動するボール８が多数配設されている。また、ナット３の内部には、ボール転動路５のボール８を掬い上げて再びボール転動路５に戻すためのボール戻し路９が形成されている。本実施形態では、図２に明示するように、ナット３の軸線方向の図示左方端部から同軸線方向中央部にかけてと、ナット３の軸線方向図示右方端部から同軸線方向中央部にかけての２カ所に、ナットの軸線方向と平行なボール戻し路９が形成されており、それらは互いにナット３の周方向にずらしてある。

夫々のボール戻し路９の端部は、夫々、ボール転動路に向かう連結路１０が形成され、この連結路１０、ボール戻し路９でボールの循環路１１が形成される。このボール循環路１１の連結路１０は、図１に明らかなように、ボール転動路５からボール８を掬い上げてボール戻し路９に送給する部分と、ボール戻し路９からボール８をボール転動路５に戻す部分とで角度（位相）が異なる。即ち、ナット３の軸線方向と平行なボール戻し路９にスムーズにボール８を送給し、ボール戻し路９からスムーズにボール８をボール転動路５に戻すためには、ボール転動路５の接線方向にボール８を送給し、ボール転動路５の接線方向にボール８を戻すようにする必要がある。このような機能を要求される連結路１０は、前述したデフレクタ１２，１３と呼ばれる循環部品で構成されており、このデフレクタ１２，１３は、ボール転動路５からボール８を掬い上げる又はボール転動路５にボール８を戻す機能を有する。

この２つのボール循環路１１のうち、ナット３の軸線方向端部でボール転動路５からボール８を掬い上げる部分又はボール転動路５にボール８を戻す部分には、前記特許文献１に記載されるデフレクタ１２、即ち循環部品が取付けられている。このデフレクタ１２は、前述したようにナット３の軸線方向に向けて凹部を形成し、そこに、ナット３の軸線方向に沿って差し込むようにして取付けられている（以下、このデフレクタ１２をエンドデフレクタ１２とも称する）。ちなみに、ナット３の軸線方向端部でのエンドデフレクタ１２の差し込み方向は、ボール戻し路９と同じくナット３の軸線方向と平行であり、その差し込み凹部の加工は容易、且つ高精度である。

一方、２つのボール循環路１１のうち、ナット３の軸線方向中央部でボール転動路５からボール８を掬い上げる部分又はボール転動路５にボール８を戻す部分には、本実施形態独自のデフレクタ１３、即ち循環部品が取付けられている。このデフレクタ１３は、例えば図３に示すように、ナット３の径方向に向けて凹部１４を形成し、そこに、ナット３の径方向に沿って差し込むようにして取付けられている（以下、このデフレクタ１３をミドルデフレクタ１３とも称する）。ちなみに、図１に明らかなように、ナット３の軸線方向中央部でのミドルデフレクタ１３の差し込み方向は同一方向になっており、その差し込み凹部の加工は容易、且つ高精度である。

この本実施形態独自の循環部品、即ちミドルデフレクタ１３は、例えば図３、図４に示すように、単一曲率半径からなる断面ほぼ半円弧形状の転動溝（円弧溝）１５が形成された２つの半割部材１４を組合せて連結路（管路）１０が形成されるようにし、この管路をボール８が通過するようにしてある。このうち、ねじ軸１側の部材には、当該ねじ軸１のボール転動路２に接触又は近接してボール８を滑らかに掬い上げる又はボール８を滑らかに転動路５に戻すためのタング部１６と、その両側の側壁部１７とが形成されている。但し、本実施形態の半割部材１４に形成される転動溝１５は、完全な半円弧形状ではなく、半円弧に少し足りない、ほぼ半円弧形状である。そうでないと、２つの半割部材１４を組合せてできる連結路（管路）１０が真円になってしまう。本実施形態では、ミドルデフレクタ１３の連結路（管路）１０が真円でないことを特徴としている。

なお、２つの半割部材１４を組合せると、ミドルデフレクタ１３の外形は円筒形状又はほぼ円筒形状になる。この２つの半割部材１４の組合せからなる外形円筒形状又はほぼ円筒形状のミドルデフレクタ１３を、ナット３の径方向に形成された差し込み孔１８に差し込み、その外側に図示しないプレートを被せ、それをボルトでナット３に固定する。

図５には、本実施形態の２つの半割部材１４の組合せからなるミドルデフレクタ１３の縦断面図を示す。この実施形態は、半割部材１４のほぼ半円弧形状の転動溝１５の曲率半径ｒの中心と、同じくほぼ半円弧形状の外形の曲率半径Ｒの中心とが一致している。しかしながら、ミドルデフレクタ１３の中心、即ち連結路１０の中心とはずれている。重要なのは転動溝１５の曲率半径ｒの中心がミドルデフレクタ１３の中心からずれている点で、且つ転動溝１５の内周面から遠い側にずれていることである。本実施形態では、転動溝１５の曲率半径ｒを、ボール８の直径Ｄｗの０．５２〜０．６０倍とし、転動溝１５の曲率半径ｒの中心とミドルデフレクタ１３の中心とのずれ量を、ボール８の直径Ｄｗの０．０２〜０．０４倍とした。図から明らかなように、本実施形態では、転動溝１５の内周面から遠い側に、当該転動溝１５の曲率半径ｒの中心をミドルデフレクタ１３の中心からずらし、且つ転動溝１５の曲率半径ｒを、ボール８の直径Ｄｗの０．５２〜０．６０倍とし、転動溝１５の曲率半径ｒの中心とミドルデフレクタ１３の中心とのずれ量を、ボール８の直径Ｄｗの０．０２〜０．０４倍とすることにより、ボール８は半割部材１４の合わせ面部分で接触しない。

図６ａには、転動溝１５の曲率半径ｒの中心がミドルデフレクタ１３の中心に一致している例を示す。このように転動溝１５の曲率半径ｒの中心がミドルデフレクタ１３の中心に一致していると、ボール８は半割部材１４の合わせ面部分で接触するが、このような場合には、所謂エッジロードと呼ばれる過大面圧は発生しにくい。しかしながら、例えば図６ｂに示すように、例えば製品形状のばらつきなどにより転動溝１５の曲率半径ｒの中心が当該転動溝１５の内周面に近い側にずれ、当該転動溝１５が断面半円弧形状より深いものになると、半割部材１４の合わせ面部分が連結路（管路）１０の内側に突出するので、この突出部分にボール８が接触するとエッジロードによる過大面圧が発生し、連結路（管路）１０の表面劣化が促進される。製品形状のばらつきは不可避的に発生するものであることより、従来の真円を狙い値とした半割部材は、この問題を内在していた。

このように、本実施形態のボールねじによれば、外周面に螺旋状のボール転動溝２が形成されたねじ軸１と、ねじ軸１のボール転動溝２と対向する螺旋状のボール転動溝４を有するナット３と、ねじ軸１及びナット３のボール転動溝２，４間のボール転動路５を当該ねじ軸１又はナット３の回転運動に伴って転動する多数のボール８と、ボール８の転がり方向を変更してボール戻し路９に送給し且つボール戻し路９からボール８をボール転動路５に戻すボール循環路１１とを備え、ボール転動路５からボール８を掬い上げる部分又はボール転動路５にボール８を戻す部分には、２つの半割部材１４を組合せて形成される連結路（管路）１０を通じてボール８をボール戻し路９に送給するか又はボール転動路５にボール８を戻すためのミドルデフレクタ（循環部材）１３を備えたボールねじにおいて、ミドルデフレクタ（循環部品）１３の連結路（管路）１０の断面形状が真円でなく、且つ各ミドルデフレクタ（循環部品）１３の接合部にボール８が当接しないこととしたため、ミドルデフレクタ（循環部品）１３を構成する半割部材１４の合わせ面部分にボール８が接触して過大面圧が発生するのを回避することが可能となり、これにより連結路（管路）１０の表面の劣化を抑制防止することが可能となる。

また、ミドルデフレクタ（循環部品）１３を構成する２つの半割部材１４に同じ曲率半径ｒの断面円弧形状の転動溝（円弧溝）１５を形成し、この転動溝（円弧溝）１５同士を組合せて連結路（管路）１０を構成する場合、各転動溝（円弧溝）１５の内周面から遠い側に当該転動溝（円弧溝）１５の曲率半径ｒの中心をミドルデフレクタ１３，即ち連結路（管路）１０の中心からずらすことによって当該連結路（管路）１０の断面形状が真円でないこととしたため、ミドルデフレクタ（循環部品）１３を構成する半割部材１４の合わせ面部分にボール８が接触すること自体を回避することが可能となり、過大面圧が発生しないので連結路（管路）１０の表面の劣化を確実に抑制防止することができる。

また、転動溝（円弧溝）１５の曲率半径ｒをボール８の直径Ｄｗの０．５２〜０．６０倍とし、且つ転動溝（円弧溝）１５の曲率半径ｒの中心とミドルデフレクタ１３，即ち連結路（管路）１０の中心とのずれ量をボール８の直径Ｄｗの０．０２〜０．０４倍とし、且つずれ量の最小値は０．１ｍｍ以上としたため、ミドルデフレクタ（循環部品）１３を構成する半割部材１４の合わせ面部分にボール８が接触することがなく、過大面圧の発生及び連結路（管路）１０の表面の劣化をより一層確実に抑制防止することができる。

図７には、本発明のボールねじにおけるミドルデフレクタ１３の第２実施形態を示す。前記第１実施形態では、半割部材１４のほぼ半円弧形状の転動溝１５の曲率半径ｒの中心と、同じくほぼ半円弧形状の外形の曲率半径Ｒの中心とが一致し、ミドルデフレクタ１３の中心とはずれているものについて説明したが、本実施形態では、ほぼ半円弧形状の半割部材１４の外形の曲率半径Ｒの中心とミドルデフレクタ１３の中心、即ち連結路１０とが一致し、半割部材１４のほぼ半円弧形状の転動溝１５の曲率半径ｒの中心だけがずれている。つまり、ミドルデフレクタ１３の中心、即ち連結路１０の中心と半割部材１４のほぼ半円弧形状の転動溝１５の曲率半径ｒの中心とが、当該転動溝１５の内周面から通りが和にずれていれば、ボール８は、半割部材１４の合わせ面部分で接触せず、エッジロードの発生がなく、連結路１０も劣化しにくい。

なお、前記実施形態では、ミドルデフレクタ１３を２つの半割部材１４で構成したが、本発明のミドルデフレクタは２以上の部材の組合せであれば幾つの部材を用いてもよい。
また、前記実施形態では、本発明のボールねじをミドルデフレクタにのみ展開したが、エンドデフレクタを始め、あらゆる部位のデフレクタ又は分割タイプのチューブに適用することができる。
また、循環部品を構成する部材は、樹脂に限らず、金属製であってもよいし、また削り出し品、成形品、プレス品など、製造方法を問わない。

本発明のボールねじの第１実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図である。 図１のボールねじのボール循環路を示す縦断面図である。 図１のナットの軸線方向中央部に用いられているミドルデフレクタの一例を示す部材平面図である。 図３のミドルデフレクタをナットのボール循環路の連結路に組付けた状態の縦断面図である。 ミドルデフレクタの縦断面図である。 従来のデフレクタの縦断面図である。 本発明のボールねじの第２実施形態を示すミドルデフレクタの縦断面図である。

符号の説明

１はねじ軸
２はボール転動溝
３はナット
４はボール転動溝
５はボール転動路
６はフランジ
７は貫通孔
８はボール
９はボール戻し路
１０は連結路
１１はボール循環路
１２はエンドデフレクタ（循環部品）
１３はミドルデフレクタ（循環部品）
１４は半割部材
１５は転動溝
１６はタング部
１７は側壁部
１８は差し込み孔

Claims (3)

1. 外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のボール転動溝と対向する螺旋状のボール転動溝を有するナットと、前記ねじ軸及びナットのボール転動溝間のボール転動路を当該ねじ軸又はナットの回転運動に伴って転動する多数のボールと、前記ボールの転がり方向を変更してボール戻し路に送給し且つボール戻し路からボールをボール転動路に戻すボール循環路とを備え、前記ボール転動路からボールを掬い上げる部分又はボール転動路にボールを戻す部分には、２以上の部材を組合せて形成される管路を通じてボールをボール戻し路に送給するか又はボール転動路にボールを戻すための循環部材を備えたボールねじにおいて、前記循環部品の管路の断面形状が真円でなく、且つ各循環部品の接合部にボールが当接しないことを特徴とするボールねじ。
2. 前記循環部品を構成する２以上の部材に同じ曲率半径の断面円弧形状の円弧溝を形成し、この円弧溝同士を組合せて前記管路を構成する場合、各円弧溝の内周面から遠い側に当該円弧溝の半径の中心を管路の中心からずらすことによって当該管路の断面形状が真円でないことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記円弧溝の曲率半径をボールの直径の０．５２〜０．６０倍とし、且つ円弧溝の半径の中心と管路の中心とのずれ量をボールの直径の０．０２〜０．０４倍とし、且つずれ量の最小値は０．１ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項２に記載のボールねじ。

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