JP2012112432A - リターンチューブ及びその製造方法、並びにボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】高速化かつ低コスト化を実現したボールねじ用リターンチューブ及びその製造方法、並びにボールねじを提供する。
【解決手段】ボール３０の軌道方向に沿って分割された２つのチューブ片からなり、ボールねじ１のボール３０が走行する転動溝１１，２１に接する方向に両端が曲げられたリターンチューブ及びボールねじ用リターンチューブを作製する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじ、並びにボールねじのボール戻し経路を構成するリターンチューブ及びその製造方法に関する。

ボールねじは、内周面に転動溝が形成されたナットと、外周面に転動溝が形成されたねじ軸と、ナットの転動溝とねじ軸の転動溝とで形成される軌道の間に配置されたボールと、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動する装置である。ボールねじのボール戻し経路としては、組み立てが容易である点から、リターンチューブ方式を採用することが多い。

リターンチューブを有するボールねじ１００の従来例を図４に示す。図４は、ボールねじ１００のリターンチューブ１４０が配置されている部分を、ナット１０１及びねじ軸１０２の転動溝１０１ａ，１０２ａ（ボール１０３の軌道Ｋ）に沿って切断した部分断面図である。ナット１０１にはリターンチューブ１４０の先端を挿入するチューブ取付穴１１１が形成されている。

リターンチューブ１４０の先端の形状は、例えば図５に示すように、チューブ断面円の周方向で半分以上の範囲が、チューブ軸方向に垂直なベースラインＬに沿った端面１４１となっていて、それ以外の部分が、ベースラインＬから舌状に突出するタング１４２となっている。リターンチューブ１４０は、その先端をナット１０１のチューブ取付穴１１１に挿入し、タング１４２の先端をねじ軸１０２の転動溝１０２ａ内に配置し、端面１４１をチューブ取付穴１１１の座面１１１ａに当てることで取り付けられている。これにより、軌道Ｋ内のボール１０３は、タング１４２に衝突してすくい上げられて、リターンチューブ１４０内に導かれる。
このようなリターンチューブを備えたボールねじにおいては、高速回転が要求される工作機械などに用いられる場合、タング部の強度を上げるか、タング部に加わる力を減少させる構成を採用することで対応してきた。しかし、タング部の強度を上げる方法は、材質の改良や、板厚を厚くする結果、コストアップは避けられなかった。

そこで、タング部に加わる力を減少させる構成として、負荷部（軌道Ｋ）で螺旋上を運動するボールを接線方向にすくい上げる構成を有し、無限軌道の負荷領域と無負荷領域との間で行なわれるボールの授受を円滑にするリターンチューブを有するボールねじが提案されている（特許文献１参照）。このボールねじは、図６（ａ），（ｂ）に示すように、転動溝２０５が形成されたねじ軸２０１と、このねじ軸２０１の転動溝２０５にボール２１１を介して内周面に形成された負荷転動溝２０６に螺合するナット部材２０２と、このナット部材２０２に取り付けられるボール循環用管状体（チューブ体）２０３と、ナット部材２０２及びボール循環用管状体２０３に形成された無限軌道内を走行するボール連結体２０４とを備える。

特開平１１−５１０４９号公報

しかしながら、特許文献１のボールねじは、接線方向に曲げたチューブ体２０３をコの字状からねじったＺ型にすることによって、ナット２０２に設けられた嵌合穴２０８の形状が複雑になり、製造コストを上げる要因となっていた。
加えて、特許文献１に記載されたボールねじにおいては、以下の（１）及び（２）に示す問題点があった。
（１）循環部品がいくつかの部品で形成されており（一対の管ピース２１５とこれら一対の管ピース２１５の間を連通連結するチューブ体２０３）組合せ部に段差ができたり、全体をナット２０２に固定するのにコストがかかる。
（２）循環部品の始端、終端が螺旋に接する場合、当該循環部品を捩った結果、これらの始端、終端の外径形状は円筒ではない場合が多く、これに対応するナット穴を複雑な形状とする必要が生じ、コストがかかる。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、高速化かつ低コスト化を実現したリターンチューブ及びその製造方法、並びにボールねじを提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の請求項１に係るリターンチューブは、内周面に転動溝が形成されたナットと、外周面に転動溝が形成されたねじ軸と、ナットの転動溝とねじ軸の転動溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじの、前記ボール戻し経路を構成するリターンチューブであって、
ボールの軌道方向に沿って分割された２つのチューブ片からなり、
該チューブ片の各々が、金属製のチューブ母材をプレス加工することにより作製され、
前記リターンチューブの２つの先端部のそれぞれを、前記ねじ軸の転動溝の接線方向に開口させたことを特徴としている。

請求項１に係る発明によれば、リターンチューブの各先端部をボールねじの転動溝の接線方向に開口させる形状としたので、軌道におけるボールの挙動をスムーズにし、高速化を実現したボールねじ用リターンチューブを提供することができる。
また、リターンチューブをボールの軌道方向に沿って分割した２つのチューブ片から構成し、従来のように切削加工ではなく、金属プレスでチューブ片を作製するため、製造コストを低くすることができる。
また、リターンチューブの形状が円筒形状を保つので、リターンチューブが嵌合するナットのチューブ取付穴の形状を複雑な形状とする必要がなく、コストを低減することができる。
したがって、高速化かつ低コスト化を実現したボールねじ用リターンチューブを提供することができる。

また、請求項２に係る発明は、内周面に転動溝が形成されたナットと、外周面に転動溝が形成されたねじ軸と、前記ナットの転動溝と前記ねじ軸の転動溝とで形成される軌道の間に配置されたボールと、該ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじの、前記ボール戻し経路を構成するリターンチューブの製造方法であって、
該チューブ片の各々が、金属製のチューブ母材をプレス加工することにより作製され、
ボールの軌道方向に沿って分割された２つのチューブ片の各々を、金属製のチューブ母材を、前記２つのチューブ片を重ね合わせて構成される前記リターンチューブの２つの先端部のそれぞれが前記ねじ軸の転動溝の接線方向に開口するように捩られてプレス加工することにより作製されたことを特徴としている。

請求項２に係る発明によれば、リターンチューブをボールの軌道方向に沿って分割した２つのチューブ片から構成し、従来のように切削加工ではなく、金属プレスでチューブ片を作製するため、製造コストを低くすることができる。
また、リターンチューブをボールの軌道方向に沿って分割した２つのチューブ片からプレス加工で製造するので、リターンチューブの端部の形状が円筒形状とすることが容易であるので、リターンチューブが嵌合するナットのチューブ取付穴の形状を複雑な形状とする必要がなく、コストを低減することができる。

また、請求項３に係る発明は、内周面に転動溝が形成されたナットと、外周面に転動溝が形成されたねじ軸と、ナットの転動溝とねじ軸の転動溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじであって、
前記ボール戻し経路がリターンチューブで構成され、
該リターンチューブの２つの先端部を前記ナットの２つのチューブ取付穴にそれぞれ挿入し、チューブ軸方向に垂直なベースラインから舌状に突出するタングの先端部を前記ねじ軸の転動溝内に配置し、前記先端部のそれぞれが前記チューブ取付穴の座面に当てて取り付けられたボールねじにおいて、
該リターンチューブが、ボールの軌道方向に沿って分割された２つのチューブ片からなり、
該チューブ片の各々が、金属製のチューブ母材をプレス加工することにより作製され、
前記２つの先端部のそれぞれを、前記ねじ軸の転動溝の接線方向に開口させたことを特徴としている。

請求項３に係る発明によれば、リターンチューブの各先端部をボールねじの転動溝の接線方向に開口させる形状としたので、軌道におけるボールの挙動をスムーズにし、高速化を実現したボールねじを提供することができる。
また、リターンチューブをボールの軌道方向に沿って分割した２つのチューブ片から構成し、従来のように切削加工ではなく、金属プレスでチューブ片を作製するため、製造コストを低くすることができる。
また、リターンチューブの形状が円筒形状を保つので、リターンチューブが嵌合するナットのチューブ取付穴の形状を複雑な形状とする必要がなく、コストを低減することができる。
したがって、高速化かつ低コスト化を実現したボールねじを提供することができる。

また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載のボールねじにおいて、前記ナットのチューブ取付穴が片側テーパ形状をなし、かつ、前記チューブ取付穴の座面が、前記リターンチューブの外径とほぼ同径であることを特徴としている。
請求項４に係る発明によれば、チューブ取付穴を片側テーパ形状にしたので、チューブ取付穴の製造コストを下げることができると共に、循環部品の位置合わせを容易にすることができる。

本発明によれば、高速化かつ低コスト化を実現したリターンチューブ及びその製造方法、並びにボールねじを提供することができる。

本発明に係るボールねじの一実施形態における構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の１ｂ−１ｂ線に沿う断面図である。 本発明に係るリターンチューブの一実施形態におけるチューブ片の構成を示す斜視図である。 本発明に係るボールねじの一実施形態におけるチューブ取付穴の構成を示す概略図である。 リターンチューブを有するボールねじの従来例を示す図であり、ナット及びねじ軸の転動溝（ボールの軌道）に沿って切断した断面図である。 リターンチューブの先端部の形状を説明する側面図である。 特許文献１に記載された、リターンチューブを有するボールねじの従来例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はリターンチューブが取り付けられる部分の断面図である。

以下、本発明に係るリターンチューブ及びその製造方法、並びにボールねじの一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係るボールねじの一実施形態における構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の１ｂ−１ｂ線に沿う断面図である。図２は、本発明に係るリターンチューブの一実施形態におけるチューブ片の構成を示す斜視図である。また、図３は、本発明に係るボールねじの一実施形態におけるチューブ取付穴の構成を示す概略図である。

＜ボールねじ＞
図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態のボールねじ１は、外周面１０ａに螺旋状の転動溝（軌道面）１１を有するねじ軸１０と、内周面２０ａに螺旋状の転動溝（軌道面）２１を有するナット２０と、これらの転動溝１１，２１間に形成されるボール転動路に転動自在に配置される複数のボール（転動体）３０とを備えている。
ナット２０の外周面２０ｂには、切り欠き部２２が設けられている。この切り欠き部２２には、ボール転動路の一端側から他端側にボール３０を循環させるリターンチューブ４０がチューブ押さえ５０により固定されている。

ナット２０の軸方向一端には、ナット２０をテーブル等に固定するためのフランジ６０が設けられている。また、フランジ６０とねじ軸１０との間、及びナット２０の軸方向他端部とねじ軸１０との間は、防塵用シール７０で閉塞されている。そして、ボール３０が転動することにより、ナット２０がねじ軸１０に対して相対的に直動するようになっている。

＜リターンチューブ＞
リターンチューブ４０は、図示していないが、両先端部がそれぞれ円筒形状をなし、転動溝１１の接線方向に開口するように形成されている。そして、リターンチューブ４０は、ボール３０の軌道方向に沿って２つに分割されたチューブ片４１，４１からなる。チューブ片４１は、金属製のチューブ母材をプレス加工することにより作製される。

各チューブ片４１，４１は、前述したように、両先端部がそれぞれ円筒形状をなし、転動溝１１の接線方向に開口するように形成されたリターンチューブ４０を、ボール３０の軌道方向に沿って分割した形状をなす。すなわち、各チューブ片４１，４１は、リターンチューブ４０を分割した分割面において互いに対称的な形状をなす。また、図２に示すように、各チューブ片４１，４１は、チューブ片４１内のボール３０の軌道Ｒを、一方の先端４１ａ側の軌道Ｒ_１と他方の先端４１ｂ側の軌道Ｒ_２と、中間の軌道Ｒ_３とに分けた場合、一方の先端側の軌道Ｒ_１が形成される平面αと、他方の先端側の軌道Ｒ_２が形成される平面βとが、中間の軌道Ｒ_３を軸として捩れるように形成されている。したがって、各チューブ片４１，４１は、金属製のチューブ母材に対して、平面αと平面βとが中間の軌道Ｒ_３を軸として捩れるようにプレス加工されて作製される。なお、各チューブ片４１，４１は、金属製のチューブ母材に対して、軌道Ｒ_１と軌道Ｒ_２と軌道Ｒ_３とが同一平面上になるようにプレス加工した後、軌道Ｒ_１を含む平面αと軌道Ｒ_２を含む平面βとを中間の軌道Ｒ_３を軸として捩って作製してもよい。

このように形成されたチューブ片４１，４１を重ね合わせてなるリターンチューブ４０は、図３に示すように、ナット２０のチューブ取付穴２３に挿入され、転動溝１１，２１によって形成される軌道Ｋと段差が少なくするように固定される。そして、チューブ取付穴２３に固定されたリターンチューブ４０は、プレス加工等で作製されたチューブ押さえ５０によって固定される（図１（ｂ）参照）。このようにして、リターンチューブ４０の位置がずれないように固定し、かつ、２つのチューブ片４１，４１が分割しないようにチューブ押さえ５０によって固定される。

ここで、チューブ取付穴２３は、リターンチューブ４０における軌道Ｒ_３に対する軌道Ｒ_１及び軌道Ｒ_２の傾きに合わせて片側テーパ形状をなし、かつ、チューブ取付穴２３の座面２３ａの外径が、リターンチューブ４０の先端部４１ａ（４１ｂ）の外径とほぼ同径であるように、座面２３ａ又は先端部４１ａ（４１ｂ）の外径が設定されることが好ましい。
チューブ取付穴２３の形状をこのようにすることにより、ねじられたリターンチューブ４０でもナット２０の外周面２０ｂから挿入することが可能である。

また、チューブ取付穴２３の座面２３ａを、リターンチューブ４０の先端部４１ａ（４１ｂ）の外径とほぼ同径とすることで、リターンチューブ４０の位置を適正かつ容易に固定することができる。
また、チューブ取付穴２３を片側テーパ形状に加工することは、チューブ取付穴２３の深さ方向にボールエンドミルをずらすことで作製でき、５軸加工のような特殊加工が必要ないため、生産性が向上する。なお、チューブ取付穴２３を両側テーパ形状に加工するとチューブ取付穴２３の口径が大きくなり、リターンチューブ４０を適正に固定できないことがある。

以上説明したように、本発明に係るボールねじによれば、チューブをボールの軌道方向に沿って分割された２つのチューブ片から構成し、チューブの各先端部をボールねじの転動溝の接線方向に開口させたので、高速化かつ低コスト化を実現したボールねじ用リターンチューブを提供することができる。特に、本発明に係るボールねじは、工作機械などで、高速回転が必要なボールねじや、寿命（基本定格荷重）が必要とされ、ナットの巻き数が大きく、回路を分割しなければならないボールねじに好適に使用できる。

また、従来のように、切削加工によってリターンチューブを作製しないので、コストダウンを実現したリターンチューブを提供することができる。
以上、本発明に係るリターンチューブ及びその製造方法、並びにボールねじの実施形態について説明したが、本発明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。

１ ボールねじ
１０ ねじ軸
１１ 転動溝
２０ ナット
２０ａ 外周面
２１ 転動溝
３０ ボール（転動体）
４１ チューブ片

Claims (4)

1. 内周面に転動溝が形成されたナットと、外周面に転動溝が形成されたねじ軸と、前記ナットの転動溝と前記ねじ軸の転動溝とで形成される軌道の間に配置されたボールと、該ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじの、前記ボール戻し経路を構成するリターンチューブであって、
   ボールの軌道方向に沿って分割された２つのチューブ片からなり、
   該チューブ片の各々が、金属製のチューブ母材をプレス加工することにより作製され、
   前記リターンチューブの２つの先端部のそれぞれを、前記ねじ軸の転動溝の接線方向に開口させたことを特徴とするリターンチューブ。
2. 内周面に転動溝が形成されたナットと、外周面に転動溝が形成されたねじ軸と、前記ナットの転動溝と前記ねじ軸の転動溝とで形成される軌道の間に配置されたボールと、該ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじの、前記ボール戻し経路を構成するリターンチューブの製造方法であって、
   該チューブ片の各々が、金属製のチューブ母材をプレス加工することにより作製され、
   ボールの軌道方向に沿って分割された２つのチューブ片の各々を、金属製のチューブ母材を、前記２つのチューブ片を重ね合わせて構成される前記リターンチューブの２つの先端部のそれぞれが前記ねじ軸の転動溝の接線方向に開口するように捩られてプレス加工することにより作製されたことを特徴とするリターンチューブの製造方法。
3. 内周面に転動溝が形成されたナットと、外周面に転動溝が形成されたねじ軸と、ナットの転動溝とねじ軸の転動溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじであって、
   前記ボール戻し経路がリターンチューブで構成され、
   該リターンチューブの２つの先端部を前記ナットの２つのチューブ取付穴にそれぞれ挿入し、チューブ軸方向に垂直なベースラインから舌状に突出するタングの先端部を前記ねじ軸の転動溝内に配置し、前記先端部のそれぞれが前記チューブ取付穴の座面に当てて取り付けられたボールねじにおいて、
   該リターンチューブが、ボールの軌道方向に沿って分割された２つのチューブ片からなり、
   該チューブ片の各々が、金属製のチューブ母材をプレス加工することにより作製され、
   前記２つの先端部のそれぞれを、前記ねじ軸の転動溝の接線方向に開口させたことを特徴とするボールねじ。
4. 前記ナットのチューブ取付穴が片側テーパ形状をなし、かつ、前記チューブ取付穴の座面がチューブの外径とほぼ同径であることを特徴とする請求項３に記載のボールねじ。

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