JP2017078439A - ボールねじ - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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