JP2018059598A - 循環部品押さえ具及びボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】循環部品の破損やボールの飛び出しを抑制する循環部品押さえ具を提供する。【解決手段】ボール３の循環部品２０は、両端の脚部２１と該両脚部２１の間に配された中間部２２とを有して略Ｃ字状に形成された樹脂製の管状部材である。そして、循環部品２０は、ナット２の外面に開口しナット２の螺旋溝２ａに連通する一対の貫通孔１３に、両脚部２１がナット２の外面側からそれぞれ挿入され、中間部２２がナット２の外面上に位置するようにナット２に取り付けられている。循環部品２０をナット２に固定するための金属製の循環部品押さえ具３０は、循環部品２０の中間部２２の表面のうちナット２の外面から露出する表面を全て覆うように循環部品２０の中間部２２を押さえる中間部押さえ部３２と、循環部品２０の脚部２１の表面のうちナット２の外面から露出する表面を全て覆うように循環部品２０の脚部２１を押さえる脚部押さえ部３１と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は循環部品押さえ具及びボールねじに関する。

射出成形機等に使用されるボールねじは、長年の使用によって螺旋溝に摩耗や剥離が生じて劣化するため、剥離粉等が原因でリターンチューブ等のボールの循環部品内においてボール詰まりが発生しやすくなる。ボール詰まりが発生すると、循環部品に負荷される力が増大するため、循環部品が樹脂製である場合には破損が生じるおそれがある。循環部品が破損すると、破損箇所からボールが外部に飛び出し、ボールねじに動作不良が生じる場合がある。

特許文献１には、樹脂製の循環部品を、ナットからの露出部分を金属製の循環部品押さえ具を用いて覆いつつナットに固定したボールねじが開示されている。特許文献１に開示のボールねじにおいては、循環部品を循環部品押さえ具で覆っているので、循環部品押さえ具で覆われている部分については、破損が生じにくく、破損が生じたとしても循環部品押さえ具によってボールの飛び出しが抑制される。

しかしながら、特許文献１に開示のボールねじにおいては、ボールの循環時に循環部品がナットから浮き上がることを防止する目的で循環部品を循環部品押さえ具で覆っているので、必ずしも循環部品のナットからの露出部分の全てを循環部品押さえ具で覆う必要はない。よって、循環部品押さえ具で覆われていない露出部分に破損が生じるおそれがあり、破損した場合には、破損箇所からのボールの飛び出しが生じて、ボールねじに動作不良が生じるおそれがあった。

特開２００５−１５５８８７号公報

本発明は、循環部品の破損やボールの飛び出しを抑制する循環部品押さえ具、及び、循環部品の破損やボールの飛び出しが抑制され動作不良が生じにくいボールねじを提供することを課題とする。

本発明の一態様に係る循環部品押さえ具は、螺旋溝を外周面に有するねじ軸と、ねじ軸の螺旋溝に対向する螺旋溝を内周面に有するナットと、両螺旋溝により形成されるボール転動路に転動自在に配された複数のボールと、ボールをボール転動路の終点から始点に戻すボール戻し路を有する循環部品と、を備え、循環部品が、両端の脚部と該両脚部の間に配された中間部とを有して略Ｃ字状に形成された樹脂製の管状部材であり、且つ、ナットの外面に開口しナットの螺旋溝に連通する一対の貫通孔に、両脚部がナットの外面側からそれぞれ挿入され、中間部がナットの外面上に位置するようにナットに取り付けられたボールねじに使用され、循環部品をナットに固定するための金属製の循環部品押さえ具であって、循環部品の中間部の表面のうちナットの外面から露出する表面を全て覆うように循環部品の中間部を押さえる中間部押さえ部と、循環部品の脚部の表面のうちナットの外面から露出する表面を全て覆うように循環部品の脚部を押さえる脚部押さえ部と、を備えることを要旨とする。
本発明の他の態様に係るボールねじは、上記一態様に係る循環部品押さえ具を備えることを要旨とする。

本発明に係る循環部品押さえ具は、循環部品の破損やボールの飛び出しを抑制する。本発明に係るボールねじは、循環部品の破損やボールの飛び出しが抑制され動作不良が生じにくい。

本発明の第一実施形態に係るボールねじを軸方向に沿う平面で切断した断面図である。 図１のボールねじの平面図である。 図１のボールねじを軸方向に直交する平面で切断した断面図である。 図１のボールねじに備えられた循環部品押さえ具の斜視図である。 図１のボールねじに備えられた循環部品押さえ具を中間部の端部側から見た図である。 図１のボールねじに備えられた循環部品の斜視図である。 本発明の第二実施形態に係るボールねじの平面図である。 図７のボールねじを軸方向に直交する平面で切断した断面図である。 図７のボールねじに備えられた循環部品押さえ具の斜視図である。 図７のボールねじに備えられた循環部品押さえ具を中間部の端部側から見た図である。 比較例のボールねじを軸方向に直交する平面で切断した断面図である。 図１１のボールねじに備えられた循環部品押さえ具の斜視図である。

本発明の一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、下記の第一及び第二実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は下記の各実施形態に限定されるものではない。さらに、下記の各実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。

〔第一実施形態〕
図１、２、３に示すように、第一実施形態のボールねじは、略円柱状のねじ軸１と、略円筒状のナット２と、複数のボール３、３、・・・と、を有しており、ねじ軸１はナット２を貫通している。

なお、図１は、第一実施形態に係るボールねじを軸方向に沿う平面で切断した断面図であり、ナット２に関しては、ボールねじの軸方向に沿う平面で切断した断面が描かれているが、後述する循環部品２０及び循環部品押さえ具３０に関しては、ボール戻し路１２内を移動するボール３の移動方向に沿う面で切断した断面が描かれている。また、図３は、図１のボールねじを軸方向に直交する平面で切断した断面図であり、ねじ軸１及びナット２に関しては、ボールねじの軸方向に直交する平面で切断した断面が描かれているが、後述する循環部品２０に関しては、ボール戻し路１２内を移動するボール３の移動方向に沿う面で切断した断面が描かれている。後述する図８、１１についても同様である。

ねじ軸１の外周面には螺旋状に連続する螺旋溝１ａが形成され、また、ナット２の内周面には螺旋状に連続する螺旋溝２ａが形成されており、これら両螺旋溝１ａ、２ａが対向して、ボール３が転動する螺旋状のボール転動路１１が形成されている。そして、ボール転動路１１内には複数のボール３が転動自在に配置されている。なお、螺旋溝１ａ、２ａの断面形状（螺旋溝１ａ、２ａの連続方向に直交する平面で切断した場合の断面の形状）は、曲率中心の異なる２つの円弧を組合せた略Ｖ字状をなすゴシックアーク状でもよいし、単一の円弧からなる曲線状でもよい。

さらに、第一実施形態のボールねじは、ボール３をボール転動路１１の終点から始点へ戻し循環させるボール戻し路１２を備えている。すなわち、第一実施形態のボールねじは、図１に示すように、ボール戻し路１２を有する循環部品２０を備えており、循環部品２０がナット２に取り付けられることにより、ボール転動路１１とボール戻し路１２とが連結されて、無端状の循環経路が形成される。

ボール転動路１１内を転動するボール３は、この循環部品２０を通って循環されるようになっている。すなわち、ボール３は、ボール転動路１１内を移動しつつねじ軸１の回りを回ってボール転動路１１の終点に至り、そこでボール転動路１１から循環部品２０内に掬い上げられてボール戻し路１２の一方の端部に入る。ボール戻し路１２に入ったボール３は、循環部品２０のボール戻し路１２内を通ってボール戻し路１２の他方の端部に達し、そこからボール転動路１１の始点に戻されるようになっている。

よって、第一実施形態のボールねじは、ねじ軸１とナット２を相対回転運動させると、ボール転動路１１とボール戻し路１２とからなる循環経路を循環しボール転動路１１内で転動するボール３を介して、ねじ軸１とナット２とが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３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１とナット２とは継続的に相対直線移動することができる。

ここで、循環部品２０について、図１、２、３、６を参照しながら詳細に説明する。循環部品２０は、略同一方向に延びる両端の脚部２１、２１と、該両脚部２１、２１の間に配され両脚部２１、２１と略直角をなす中間部２２と、を有して略Ｃ字状に形成された樹脂製の管状部材である。循環部品２０は、一体的な部材でもよいし、複数の部品を組み立ててなる部材でもよい。例えば、図６に示すように、中間部２２内を移動するボール３の移動方向に沿って二つに分割された部品をその分割面で結合して構成された部材でもよい。

ナット２の外周面の一部は平坦に削られ切り欠かれていて、軸方向に平行な平面部２ｂが形成されている。また、ナット２には、平面部２ｂに開口しボール転動路１１の始点及び終点においてナット２の螺旋溝２ａに連通する一対の貫通孔１３、１３が設けられている。なお、１つのナット２に複数の循環部品２０を取り付けてもよく、その際には、２対以上の貫通孔を設ける。
循環部品２０は、両脚部２１、２１が両貫通孔１３、１３に平面部２ｂ側からそれぞれ挿入され、両貫通孔１３、１３の外に位置する中間部２２が平面部２ｂ上に位置するように、ナット２に取り付けられている。そして、循環部品２０は、金属製の循環部品押さえ具３０に上から押さえられることによって平面部２ｂ上に固定されている。

このとき、両貫通孔１３、１３は、平面部２ｂに直交する方向（図１では下方）に延びているのではなく、平面部２ｂに対して傾斜する方向で且つねじ軸１の外周面の接線方向に延びている。よって、両脚部２１、２１と中間部２２は、完全な直角をなしているのではなく、直角よりも若干大きな角度をなしている。そのため、平面部２ｂ上に固定された循環部品２０の両脚部２１、２１の基端部（中間部２２に接続する部分）の外面の一部は、貫通孔１３、１３から露出している。

次に、循環部品押さえ具３０について、図１〜５を参照しながら詳細に説明する。循環部品押さえ具３０は、循環部品２０の脚部２１の表面のうちナット２の外面（貫通孔１３、１３）から露出する表面を全て覆うように循環部品２０の脚部２１を押さえる脚部押さえ部３１、３１と、循環部品２０の中間部２２の表面のうちナット２の外面（平面部２ｂ）から露出する表面を全て覆うように循環部品２０の中間部２２を押さえる中間部押さえ部３２と、中間部押さえ部３２の幅方向両側にそれぞれ突出して設けられたフランジ部３３、３３と、を備えている。

脚部押さえ部３１は、例えば、中間部押さえ部３２からナット２側に突出するように形成された略板状とすることができる（図３、４、５を参照）。中間部押さえ部３２は、例えば、循環部品２０の外径と略同寸法の内径を有する横断面略Ｕ字状の半管状とすることができる。
平面部２ｂ上に固定された循環部品２０の中間部２２を中間部押さえ部３２内に嵌め込むとともに、脚部押さえ部３１、３１の一方の板面（ナット２側を向く板面）で、貫通孔１３、１３から露出している脚部２１、２１の基端部を押さえるように、循環部品押さえ具３０をナット２の平面部２ｂ上に配置する。そして、この状態で、フランジ部３３、３３をナット２の平面部２ｂに例えばネジ留めする。

これにより、循環部品２０の脚部２１、２１の表面のうちナット２の外面（貫通孔１３、１３）から露出する表面を脚部押さえ部３１、３１が全て覆い、循環部品２０の中間部２２の表面のうちナット２の外面（平面部２ｂ）から露出する表面を中間部押さえ部３２が全て覆った状態で、循環部品押さえ具３０をナット２に固定することができる。このような循環部品押さえ具３０は、例えば、プレス機による絞り成形を金属製の板材に施すことにより製作することができる。

このような第一実施形態のボールねじは、循環部品２０の表面のうちナット２の外面から露出する表面が全て覆われるように、循環部品押さえ具３０で循環部品２０が押さえられているため、ボール詰まりが発生して循環部品２０に負荷される力が増大したとしても、循環部品２０の破損やボール３の飛び出しが抑制され動作不良が生じにくい。
よって、長年の使用によって螺旋溝１ａ、２ａに摩耗や剥離が生じて劣化したとしても、循環部品２０が破損しボールねじに動作不良が生じるまでの期間を延長することができる。循環部品２０が破損してからボールねじに動作不良が発生するまでの期間を延長することができれば、その延長した期間内に新たなボールねじを準備して交換することができるから、ボールねじが使用されている装置を停止させる時間を極力少なくすることができる。

また、脚部２１、２１には、循環部品２０内のボール３がボール転動路１１に押し出される際に、ボール３が押し出される方向とは逆向きの力が作用するので、破損が生じやすい。一方で、中間部２２が中間部押さえ部３２で押さえられていて、脚部２１、２１が押さえられていないと、中間部２２と脚部２１との境界部分にせん断力が発生して脚部２１に破損が生じやすい。第一実施形態のボールねじのように中間部２２と脚部２１の両方が押さえられていれば、上記のような脚部２１の破損が抑制される。

さらに、循環部品２０が、中間部２２内を移動するボール３の移動方向に沿って二つに分割された部品をその分割面で結合して構成された部材であった場合には、ボール詰まりによってボール３が循環部品２０を内側から押して分割面の合わせ目を押し広げようとするが、循環部品２０が循環部品押さえ具３０に押さえられていれば、分割面の合わせ目が開くことが抑制される。

さらに、循環部品２０の表面のほぼ全面がナット２及び循環部品押さえ具３０で覆われているので、循環部品２０から放出される音が遮音され、ボールねじの騒音を低減することもできる。さらに、ボールねじの外部への潤滑剤等の飛散や内部への異物の侵入も、循環部品押さえ具３０によって抑制することができる。
このような第一実施形態のボールねじは、例えば、工作機械、射出成形機、半導体製造装置に好適に使用することができる。

（第一実施形態のボールねじの実施例及び比較例）
ボール詰まりが発生しやすいように、ねじ軸の螺旋溝に剥離が生じて劣化したボールねじを用意して、耐久性試験を行った。脚部押さえ部を有しておらず中間部押さえ部のみ有する循環部品押さえ具で樹脂製の循環部品を固定した比較例のボールねじ（図１１、１２を参照）は、ボールねじを約８万サイクル（７９１６２サイクル）駆動した時点で循環部品が破損し、脚部の基端部からボールの飛び出しが発生した。

これに対して、脚部押さえ部及び中間部押さえ部を有する循環部品押さえ具で樹脂製の循環部品を固定した実施例のボールねじ（図１〜５を参照）は、ボールねじを約５９万サイクル（５８８４７９サイクル）駆動した時点で循環部品及び脚部押さえ部が破損し、脚部の基端部からボールの飛び出しが発生した。
以上の結果から、脚部押さえ部を有する循環部品押さえ具で循環部品を固定すれば、ボールねじは約７．４倍のサイクル数を走行できることが分かる。

〔第二実施形態〕
第二実施形態のボールねじを、図７〜１０を参照しながら詳細に説明する。ただし、第二実施形態のボールねじの構成及び作用効果は、第一実施形態のボールねじとほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。また、図７〜１０においては、図１〜５と同一又は相当する部分には、図１〜５と同一の符号を付してある。

略板状の脚部押さえ部３１は、図７〜１０に示すように、循環部品２０の脚部２１、２１の表面のうちナット２の外面（貫通孔１３、１３）から露出する表面を押さえる面とは反対側の面に、脚部押さえ部３１を補強するリブ３１ａを備えていてもよい。リブ３１ａは例えば板状をなしており、脚部押さえ部３１と中間部押さえ部３２とを連結している。リブ３１ａにより脚部押さえ部３１が補強されていれば、脚部２１、２１の破損がより一層抑制されるので、循環部品２０の破損やボール３の飛び出しがより一層抑制され、ボールねじに動作不良がより一層生じにくい。

１ ねじ軸
１ａ 螺旋溝
２ ナット
２ａ 螺旋溝
２ｂ 平面部
３ ボール
１１ ボール転動路
１２ ボール戻し路
１３ 貫通孔
２０ 循環部品
２１ 脚部
２２ 中間部
３０ 循環部品押さえ具
３１ 脚部押さえ部
３１ａ リブ
３２ 中間部押さえ部

Claims (4)

1. 螺旋溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸の螺旋溝に対向する螺旋溝を内周面に有するナットと、前記両螺旋溝により形成されるボール転動路に転動自在に配された複数のボールと、前記ボールを前記ボール転動路の終点から始点に戻すボール戻し路を有する循環部品と、を備え、前記循環部品が、両端の脚部と該両脚部の間に配された中間部とを有して略Ｃ字状に形成された樹脂製の管状部材であり、且つ、前記ナットの外面に開口し前記ナットの螺旋溝に連通する一対の貫通孔に、前記両脚部が前記ナットの外面側からそれぞれ挿入され、前記中間部が前記ナットの外面上に位置するように前記ナットに取り付けられたボールねじに使用され、前記循環部品を前記ナットに固定するための金属製の循環部品押さえ具であって、
   前記循環部品の中間部の表面のうち前記ナットの外面から露出する表面を全て覆うように前記循環部品の中間部を押さえる中間部押さえ部と、前記循環部品の脚部の表面のうち前記ナットの外面から露出する表面を全て覆うように前記循環部品の脚部を押さえる脚部押さえ部と、を備える循環部品押さえ具。
2. 前記脚部押さえ部は、前記中間部押さえ部に対して前記ナット側に突出している請求項１に記載の循環部品押さえ具。
3. 前記脚部押さえ部は略板状をなしており、前記循環部品の脚部を押さえる面とは反対側の面に、前記脚部押さえ部を補強するリブを備える請求項１又は請求項２に記載の循環部品押さえ具。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の循環部品押さえ具を備えるボールねじ。

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