JP2017078439A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじの駆動時における騒音及び振動を低減する。【解決手段】ボールねじ１は、ボール転動路３１とボール案内路５１との連結部分５５のナット２０側に、第２螺旋溝２１の延伸方向の終端２１ａよりも内方の位置２１ｂから第２螺旋溝２１の終端２１ａに向かって徐々に第２螺旋溝２１の半径方向の大きさが大きくなるように傾斜した傾斜部２５を有している。【選択図】図４

Description

本発明は、ボールねじに関し、特に、エンドデフレクタ式のボールねじに適用して有効な技術に関するものである。

ボールねじとして、エンドデフレクタ式のボールねじが知られている。このエンドデフレクタ式のボールねじは、ねじ軸の螺旋溝及びナットの螺旋溝により形成されたボール転動路（負荷圏）と、ナットに設けられたボール戻し路（無負荷圏）とをデフレクタに設けられたボール案内路（無負荷圏）で連結し、ボール転動路及びボール戻し路の双方に亘ってボールの移行を行っている。
このエンドデフレクタ式のボールねじは、ナットとデフレクタとが別々の部品で構成されているため、ボール転動路とボール案内路との連結部分（繋ぎ目部分）に段差が生じることがある。特許文献１には、ボールナットと循環部材との接合部において、ナットにナットのねじ溝の径を外側に拡大する緩衝部を設け、ねじ軸及びボールナットの両ねじ溝間のボール負荷転動路と循環部材のボール案内通路との間に段差が生じないようにしたボールねじ装置が開示されている。

特開２００９−１３８９１４号公報

ところで、エンドデフレクタ式のボールねじでは、ナットの螺旋溝はボールの転動を滑らかにするため研削加工方法で形成され、デフレクタは複雑な形状から金型を用いた成形方法で形成される。この研削加工法と成形法とでは、寸法精度が異なるため、ナットにデフレクタを取り付けた時点でボール転動路とボール案内路との連結部分に段差が生じ易い。さらに、ナットの熱処理による変形やボールねじの駆動での発熱による変形も影響する。
ボール転動路とボール案内路との連結部分に生じる段差のうち、ボール案内路側からボール転動路を見てナットの螺旋溝内の側壁部がデフレクタのボール案内路内の側壁部よりもボール案内路の中心軸側に位置するように変位した段差の場合、ボールはボール案内路からボール転動路に移動する際にナットの端部に衝突し、ボールが段差を通過する間隔で騒音及び振動が発生する。また、ボールは段差を乗り越える際にも同様にねじ軸と衝突し、騒音及び振動が発生する要因となる。

そこで、本発明者は、ボール案内路からボール転動路に移動する際のボールの挙動に着目し、本発明をなした。
本発明は上記課題に着目してなされたものであり、その目的は、ボールがボール案内路からボール転動路に移動する際の騒音及び振動を低減することが可能なボールねじを提供することにある。
なお、特許文献１では、ボール転動路からボール案内路に移動する際のボールの挙動に着目し、作動性の改善を重点においている。

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るボールねじは、外周面に第１螺旋溝が設けられたねじ軸と、ねじ軸が貫通する貫通孔の内周面に第１螺旋溝と対向して第２螺旋溝が設けられたナットと、第１螺旋溝及び第２螺旋溝により形成されたボール転動路内を転動する複数のボールと、ボールをボール転動路の始点から終点に戻すボール戻し部とを備えている。そして、ボール戻し部は、ナットに設けられたボール戻し路と、ボール戻し路及びボール転動路の各々に連結され、かつボール戻し路及びボール転動路の双方に亘ってボールの移動を案内するボール案内路が設けられたボール案内部材とを有している。そして、ボール転動路とボール案内路との連結部分のナット側に、第２螺旋溝の延伸方向の終端よりも内方の位置から第２螺旋溝の終端に向かって徐々に第２螺旋溝の半径方向の大きさが大きくなるように傾斜した傾斜部を有している。

本発明の一態様に係るボールねじによれば、ボールがボール案内路からボール転動路に移動する際の騒音及び振動を低減することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るボールねじの概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るボールねじにおいて、ナットとボール案内部材とを示す一部断面斜視図である。 図３に示すボール案内部材の底面側から見た斜視図である。 本発明の一実施形態に係るボールねじにおいて、ボール転動路とボール案内路との連結状態を示す模式図である。 図４の一部を拡大して示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るボールねじにおいて、傾斜部の形状の第１変形例を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るボールねじにおいて、傾斜部の形状の第２変形例を示す模式図である。 従来のボールねじにおいて、ボール転動路とボール案内路との連結状態を示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態に係るボールねじについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るボールねじ１は、外周面に第１螺旋溝１１が設けられたねじ軸１０と、ねじ軸１０が貫通する貫通孔２２の内周面に第２螺旋溝２１が第１螺旋溝１１と対向して設けられたナット２０とを備えている。ねじ軸１０とナット２０とは、ねじ軸１０の外周面とナット２０の内周面とが対向するように同軸に配置されている。
また、本発明の一実施形態に係るボールねじ１は、第１螺旋溝１１及び第２螺旋溝により形成されたボール転動路３１内を転動する複数のボール３０と、ボール３０をボール転動路３１の終点から始点に戻すボール戻し部４０とを備えている。

ねじ軸１０の螺旋溝１１は、ねじ軸１０の外周面を周回しながら、ねじ軸１０の中心軸方向の一端側の端部から他端側の端部に向かって螺旋状に形成されている。ナット２０の第２螺旋溝２１は、ナット２０の内周面を周回しながら、ナット２０の中心軸方向の一端側の端部から他端側の端部に向かって螺旋状に形成されている。
第１螺旋溝１１及び第２螺旋溝２１の各々の断面形状（螺旋溝の延伸方向（長手方向）に直交する断面での形状）は、例えば、いずれも曲率中心の異なる２つの円弧を組み合わせた略Ｖ字状をなすゴシックアーク状である。ただし、単一の円弧からなる曲線状でもよい。

図１及び図２に示すように、ボール戻し部４０は、ナット２０に設けられたボール戻し路４１と、ボール戻し路４１及びボール転動路３１の各々に連結され、かつボール戻し路４１及びボール転動路３１の双方に亘ってボール３０の移動を案内するボール案内路５１が設けられたボール案内部材（デフレクタ）５０とを有している。ボール戻し路４１は、例えばナット２０に設けられた貫通孔で形成され、ナット２０の中心軸方向の一端側の端部から他端側の端部に亘って延伸している。

ボール案内部材５０は、ナット２０の中心軸方向の一端側及び他端側にそれぞれ１つずつ配置され、各々の場所でナット２０に取り付けられている。２つのボール案内部材５０（５０Ａ，５０Ｂ）のうち、一方のボール案内部材５０Ａは、ナット２０の中心軸方向の一端側において、ボール案内路５１の一端側の端部がボール転動路３１の一端側の端部と連結され、ボール案内路５１の他端側の端部がボール戻し路４１の一端側の端部と連結されている。また、他方のボール案内部材５０Ｂは、詳細に図示していないが、ナット２０の中心軸方向の他端側において、ボール案内路５１の一端側の端部がボール転動路３１の他端側の端部と連結され、ボール案内路５１の他端側の端部がボール戻し路４１の他端側の端部と連結されている。

ボール案内部材５０は、図２及び図３に示すように、タング部５１ａを更に有している。このタング部５１ａは、ボール転動路３１内を転動するボール３０をボール転動路３１から掬い上げてボール案内路５１に案内するものである。
複数のボール３は、図１に示すように、ボール転動路３１、ボール戻し路４１及びボール案内路５１の各々の中に配置されている。すなわち、本実施形態のボールねじ１は、ボール転動路３１、ボール戻し路４１及びボール案内路５１により形成された無端状のボール循環経路を有し、このボール循環経路内を複数のボール３０が循環するようになっている。

ボールねじ１において、ボール３０は、ボール転動路３１内を移動しつつねじ軸１０の周りを回ってボール転動路３１の終点に至り、そこでボール転動路３１からボール案内路５１を経由してボール戻し路４１の一方の端部に入る。ボール戻し路４１に入ったボール３０は、ボール戻し路４１内を通ってボール戻し路４１の他方の端部に達し、そこからボール案内路５１を経由してボール転動路３１の始点に戻されるようになっている。
したがって、ボールねじ１は、ねじ軸１０とナット２０とを相対回転運動させると、ボール転動路３１内でのボール３０の転動を介して、ねじ軸１０とナット２０とが中心軸方向に相対直線移動するようになっている。そして、ボール３０は、無端状の循環経路内を無限に循環するようになっているため、ねじ軸１０とナット２０とは継続的に相対直線移動することができる。

図４及び図５に示すように、ボールねじ１は、ボール転動路３１とボール案内路５１との連結部分（ナット２０とボール案内部材５０との連結部分）５５のナット２０側に、第２螺旋溝２１の延伸方向の終端２１ａよりも内方の位置２１ｂから終端２１ａに向かって第２螺旋溝２１の半径方向の大きさが徐々に大きくなるように傾斜した傾斜部２５を有している。この実施形態では、傾斜部２５は、図５に示すように、例えば単一円弧形状で形成されている。この単一円弧形状の傾斜部２５は、第２螺旋溝２１の延伸方向において、内方の位置２１ｂから終端２１ａに向かって第２螺旋溝２１の半径方向の大きさが大きくなるように、砥石を動かしながらクラウニング形状に加工することにより容易に形成することができる。

ねじ軸１０、ナット２０、ボール３０及びボール案内部材５０の各々の素材は特に限定されるものではなく、一般的な材料を使用可能である。ねじ軸１０、ナット２０及びボール３０の各々の材料としては、例えば鋼などの金属やセラミックが挙げられる。また、ボール案内部材５０の材料としては、例えば樹脂や金属が挙げられる。
ねじ軸１０の第１螺旋溝１１及びナット２０の第２螺旋溝２１の各々は、ボールの転動を滑らかにするため、±数μｍの寸法精度で加工が可能な研削加工法で形成されている。一方、ボール案内部材５０は、その複雑な形状から、成形が容易な射出成形法で形成されている。この射出成形法は、±数十μｍの寸法精度で成形が可能であるが、寸法精度が研削加工法よりも低い。

次に、本実施形態のボールねじ１の効果について、従来のボールねじと比較しながら説明する。図８は、従来のボールねじにおいて、ボール転動路１３１とボール案内路１５１との連結状態を示す模式図である。ボール転動路１３１は、ねじ軸１１０の螺旋溝１１１及びナット１２０の螺旋溝１２１により形成されている。ボール案内路１５１はボール案内部材１５０に設けられている。
図８に示すように、従来のボールねじでは、ボール転動路１３１とボール案内路１５１との連結部分（ナット１２０とボール案内部材１５０との連結部分）１５５において、ボール案内部材１５０のボール案内路１５１側からボール転動路１３１を見て、ナット１２０の螺旋溝１２１内の側壁部がボール案内路１５１内の側壁部よりもボール案内路１５１の中心軸側に位置するように変位した段差１６０が生じる。この段差１６０は、ナット１２０の螺旋溝１２１を形成する研削加工方法とボール案内部材１５０を形成する成形方法との寸法精度の違いに起因する。さらに、ナット２０の熱処理による変形やボールねじ１の駆動での発熱による変形も影響する。

このような段差１６０が生じた場合、ボール１３０はボール案内路１５１からボール転動路１３１に移動する際にナット１２０の端部に衝突し、ボール１３０が段差を通過する間隔で騒音及び振動が発生する。また、ボール１３０は段差を乗り越える際にも同様にねじ軸と衝突し、騒音及び振動が発生する要因となる。
これに対し、本実施形態のボールねじ１では、図４及び図５に示すように、ボール転動路３１とボール案内路５１との間の連結部分（ナット２０とボール案内部材５０との連結部分）５５のナット２０側に、第２螺旋溝２１の延伸方向の終端２１ａよりも内方の位置２１ｂから終端２１ａに向かって第２螺旋溝２１の半径方向の大きさが徐々に大きくなるように傾斜した傾斜部２５を有している。この傾斜部２５は、ナット２０の第２螺旋溝２１を形成する研削加工方法とボール案内部材５０を形成する成形方法との寸法精度の違いに起因して生じる段差を緩和若しくは無くすことができる。図５中の点線は、傾斜部２５を設け無かった場合の第２螺旋溝２１内の側壁部を示す。更に、傾斜部２５は、ナット２０の熱処理による変形やボールねじ１の駆動での発熱による変形に起因して生じる段差も緩和若しくは無くすことができる。したがって、本実施形態のボールねじ１は、段差に起因してボール３０がナット２０の端部と衝突する現象や段差を乗り越える際にねじ軸と衝突する現象を実質的に排除することができるので、ボール３０がボール案内路５１からボール転動路３１に移動する際の騒音及び振動を低減することができる。

なお、第２螺旋溝２１の半径方向における内方の位置２１ｂと終端２１ａとの高低差（クラウニング深さ）は、ナット２０の第２螺旋溝２１とボール案内部材５０との寸法精度の差に起因して生じる段差の高低差以上とすることが好ましい。
ここで、本実施形態のボールねじ１及び従来のボールねじにおいて、駆動時の騒音レベル及び振動を測定した結果を表１に示す。

表１から分かるように、騒音レベルは、本実施形態のボールねじ１の方が従来のボールねじと比較して約６ｄＢ(Ａ)低い。また、振動の最大値においても、本実施形態のボールねじ１の方が従来のボールねじと比較して約１／８である。このことから、本実施形態のボールねじ１によれば、ボール３０がボール案内路５１からボール転動路３１に移動する際の騒音及び振動を低減することができることが確かめられた。

なお、ナット２０の中心軸方向の一端側でボール３０がボール案内路５１からボール転動路３１に移動する場合、ナットの中心軸方向の他端側ではボール３０は一端側とは逆にボール転動路３１からボール案内路５１に移動する。この場合、ボール案内部材５０のボール案内路５１側からボール転動路３１を見て、ナット２０の第２螺旋溝２１内の側壁部がボール案内路５１内の側壁部よりもボール案内路５１の中心軸側に位置するように変位した段差が生じていても、ボール転動路３１からボール案内路５１に移動するボール３０はボール案内部材５０の端部（段差）に衝突しないので、ボール３０とボール案内部材５０の端部（段差）との衝突による騒音や振動は発生しない。また、ボール３０は段差を乗り越える際にねじ軸１０と衝突することもないので、ボール３０とねじ軸１０との衝突による騒音や振動も発生しない。

また、ボール転動路３１とボール案内路５１との間の連結部分５５に生じる段差として、ボール転動路３１側からボール案内路５１を見て、ボール案内部材５０のボール案内路５１内の側壁部がナット２０の第２螺旋溝２１内の側壁部よりもボール転動路３１の中心軸側に位置するように変位した段差が生じることもある。この場合、ボール案内路５１からボール転動路３１に移動するボール３０はボール案内部材５０の端部（段差）に衝突しないが、逆にボール転動路３１からボール案内路５１に移動するボール３０はボール案内部材５０の端部（段差）に衝突する。したがって、ボール案内部材５０をナット２０よりも軟質な材料、例えば樹脂など材料で形成することにより、ボール案内部材５０のボール案内路５１内の側壁部がナット２０の第２螺旋溝２１内の側壁部よりもボール転動路３１の中心軸側に位置するように変位した段差が生じる場合においても、ボール３０とボール案内部材５０の端部（段差）との衝突による騒音や振動を抑制することができる。

（第１変形例）
上述の実施形態では、図５に示すように、傾斜部２５を単一円弧形状で形成した場合について説明した。本発明は図５に示す傾斜部２５の形状に限定されるものではなく、図６に示すように、傾斜部２５を直線形状で形成してもよい。この直線形状の傾斜部２５は、第２螺旋溝２１の延伸方向において、内方の位置２１ｂから終端２１ａに向かって第２螺旋溝２１の半径方向の大きさが大きなくなるように、砥石を動かしながら直線形状に加工することによって容易に形成することができる。この場合においても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

（第２変形例）
上述の実施形態では、図５に示すように、単一円弧形状の傾斜部２５をナット２０の端部で終端するように設けた場合について説明した。本発明は図５に示す傾斜部２５の形状に限定されるものではなく、図７に示すように、単一円弧状の傾斜部２５をナット２０及びボール案内部材５０に亘って形成、換言すればボール転動路３１とボール案内路５１との連結部分５５を跨るように形成してもよい。この連結部分５５を跨る単一円弧形状の傾斜部２５は、第２螺旋溝が加工されたナットにボール案内部材５０を取り付けた後、連結部分５５にて砥石を第２螺旋溝の半径方向に動かし、砥石のＲ寸法にてクラウニング形状に加工することにより容易に形成することができる。この場合においても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

以上、本発明を上記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

１…ボールねじ
１０…ねじ軸
１１…第１螺旋溝
２０…ナット
２１…第２螺旋溝
２１ａ…終端，２１ｂ…内方の位置
２２…貫通孔
２５…傾斜部
３０…ボール
３１…ボール転動路
４０…ボール戻し部
４１…ボール戻し路
５０…ボール案内部材
５１…ボール案内路
５５…連結部分

Claims (6)

1. 外周面に第１螺旋溝が設けられたねじ軸と、
   前記ねじ軸が貫通する貫通孔の内周面に前記第１螺旋溝と対向して第２螺旋溝が設けられたナットと、
   前記第１螺旋溝及び前記第２螺旋溝により形成されたボール転動路内を転動する複数のボールと、
   前記ボールを前記ボール転動路の始点から終点に戻すボール戻し部と、
   を備え、
   前記ボール戻し部は、前記ナットに設けられたボール戻し路と、前記ボール戻し路及び前記ボール転動路の各々に連結され、かつ前記ボール戻し路及び前記ボール転動路の双方に亘って前記ボールの移動を案内するボール案内路が設けられたボール案内部材とを有し、
   前記ボール転動路と前記ボール案内路との連結部分の前記ナット側に、前記第２螺旋溝の延伸方向の終端よりも内方の位置から前記第２螺旋溝の終端に向かって徐々に前記第２螺旋溝の半径方向の大きさが大きくなるように傾斜した傾斜部を有しているボールねじ。
2. 前記傾斜部は、単一円弧形状で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記傾斜部は、前記ナット及び前記ボール案内部材に亘って形成されていることを特徴とする請求項２に記載のボールねじ。
4. 前記傾斜部は、直線形状で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
5. 前記ボール案内部材は、前記ナットよりも軟質の材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のボールねじ。
6. 前記ボール転動路内で転動する前記ボールを介して、前記ねじ軸と前記ナットとが相対移動するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のボールねじ。

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