JP2019203591A - ボールねじ用循環部品の製造方法及びボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】ボールがナットと循環部品との間の境界部を通過する際に発生する振動や騒音を抑制することができるボールねじ用循環部品の製造方法及びボールねじを提供する。【解決手段】ナット２０のボール戻し通路４２が形成される位置に、ボール戻し通路４２の形状が写し取られた、成形治具５０のボール戻し通路成形部５１を配置する工程と、ボール戻し通路成形部５１を含んで形成される空間に、接着剤、又は硬化性樹脂６１を流し込んで硬化させて、ボール戻し通路４２を有する循環こま４０を形成する工程と、成形治具５０をナット２０から取り外す工程と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ボールねじ用循環部品の製造方法及びボールねじに関する。

ボールねじは、内部に形成される無限循環路内を複数のボールが循環することで、回転運動を直線運動に変換する装置であり、工作機械、射出成形機、半導体製造装置などに広く用いられている。ボールねじのボールの循環方式としては、例えば、こま式、エンドキャップ方式、エンドデフレクタ方式などが挙げられる。

こま式のボールねじでは、ボールがねじ軸の外径を乗り越えながら循環する。また、ボールねじのナットは、一般的に、金属や樹脂などを用いて製作され、ボール戻し通路を有するこまを、ナットに組み付けて接着剤などで固定してボールを循環させており、構造上、ナットの外径をコンパクトにできる。

一方、こま式のボールねじでは、こまのボール戻し通路とナットのボール溝との境界部の段差が大きくなる場合があり、該段差をボールが通過するときに振動が発生したり、トルクが局所的に上昇するなどの問題が懸念されている。また、こまが接着材などで固定されるため、段差の調整や、こまの再組み付けなども困難である課題があった。

特許文献１に記載の駒式ボールねじでは、ナットのねじ溝に接合する駒部材の両端部に別体の弾性部材からなる緩衝部材を装着し、ナットのねじ溝とこまのボール循環溝との接合部の段差をボールが通過することによって発生する騒音および振動を低減させている。

特開２００４−１３８１７９号公報

特許文献１に記載されているボールねじは、駒部材のボール循環溝とナットのボール溝との間に緩衝部材を挿入することで段差による悪影響の低減を図っているが、部品点数の増加に加えて、駒部材のボール循環溝とナットのボール溝との間の段差を根本的に解消できていない。また、緩衝部材の組み込みスペースが必要となり、ナット外径が大径化する可能性があり、改善の余地があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボールがナットと循環部品との間の境界部を通過する際に発生する振動や騒音を抑制することができるボールねじ用循環部品の製造方法及びボールねじを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 内周面に螺旋状のねじ溝が形成されるナットに、該ねじ溝に接続されるボール戻し通路を有する循環部品を設置するためのボールねじ用循環部品の製造方法であって、
前記循環部品のボール戻し通路が形成される位置に、前記ボール戻し通路の形状が写し取られた、成形治具のボール戻し通路成形部を配置する工程と、
前記ボール戻し通路成形部を含んで形成される空間に、接着剤、又は硬化性樹脂を流し込んで硬化させ、該空間に、前記ボール戻し通路を有する循環部品を形成する工程と、
前記成形治具を前記ナットから取り外す工程と、
を備えることを特徴とするボールねじ用循環部品の製造方法。
（２） 前記循環部品は、径方向に貫通する前記ナットの貫通孔内に成形される循環こまであって、
前記成形治具は、外周面の円周方向の一部に前記ボール戻し通路成形部が形成される部分を備えて軸状に形成され、
前記成形治具は、前記ボール戻し通路が形成される位置に前記ボール戻し通路成形部が配置されるように、前記ナットの内部に挿入され、
前記接着剤、又は前記硬化性樹脂は、前記ボール戻し通路成形部及び前記貫通孔によって形成される空間に流し込んで硬化されることを特徴とする、（１）に記載のボールねじ用循環部品の製造方法。
（３） 前記成形治具は、前記ボール戻し通路成形部と連続し、前記ねじ溝の形状が写し取られたねじ溝嵌合部をさらに備え、
前記成形時には、前記ねじ溝嵌合部を前記ナットのねじ溝に嵌合させることで、前記ボール戻し通路が形成される位置に前記ボール戻し通路成形部が配置されることを特徴とする、（２）に記載のボールねじ用循環部品の製造方法。
（４） 前記貫通孔の側面には、凹溝が形成されることを特徴とする（２）又は（３）に記載のボールねじ用循環部品の製造方法。
（５） 前記硬化性樹脂は、エポキシ系樹脂、又は２液性のエポキシ系樹脂であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のボールねじ用循環部品の製造方法。
（６） 外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
前記ねじ軸の周囲に配置され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
対向する両ねじ溝により形成される転走路内に収容される複数のボールと、
前記ナットに取り付けられ、前記転走路の一端から他端へと循環させるためのボール戻し通路を有する循環部品と、
を備えるボールねじであって、
前記循環部品は、接着剤、又は硬化性樹脂からなることを特徴とするボールねじ。
（７） 前記循環部品は、径方向に貫通する前記ナットの貫通孔内に成形される循環こまであって、
前記貫通孔の側面には、凹溝が形成され、
該凹溝には、前記接着剤、又は硬化性樹脂が充填されることを特徴とする（６）に記載のボールねじ。
（８） 前記硬化性樹脂は、エポキシ系樹脂、又は２液性のエポキシ系樹脂であることを特徴とする（６）又は（７）に記載のボールねじ。

本発明のボールねじ用循環部品の製造方法及びボールねじによれば、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝により形成される転走路内に収容される複数のボールを、転走路の一端から他端へと循環させるためのボール戻し通路を有する循環部品は、ボール戻し通路が形成される位置に、ボール戻し通路の形状が写し取られた成形治具のボール戻し通路成形部を配置し、ボール戻し通路成形部を含んで形成される空間に、接着剤、又は硬化性樹脂を流し込んで硬化させて循環部品を形成した後、成形治具をナットから取り外して形成されるので、ナットのねじ溝と循環部品のボール戻し通路との間の境界部を段差なく形成することができ、これによりボールがナットと循環部品との間の境界部を通過する際に発生する振動や騒音を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係るボールねじの斜視図である。 図１のボールねじのナットの製造手順を示す説明図である。 第２実施形態のボールねじのナットの斜視図である。 （ａ）は、第１変形例のボールねじのナットの斜視図であり、（ｂ）は、第２変形例のボールねじのナットの斜視図である。

以下、本発明に係る各実施形態のボールねじ用循環部品の製造方法及びボールねじを図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態の内部循環方式のボールねじ１は、工作機械や産業機械等の搬送や精密位置決めに用いられるものであり、特に、金型加工などの高精度の加工に用いられる高精度工作機械に好適に用いられる。

このボールねじ１は、ねじ軸１０と、ナット２０と、複数のボール３０と、複数の循環こま４０と、を備えて構成されている。ねじ軸１０は、中心軸ＣＬを中心とした円筒形状に形成され、その外周面に所定のリードを有する螺旋状の第１ねじ溝１１が形成されている。

ナット２０は、略円筒状をなし、その内径はねじ軸１０の外径よりも大きく形成されており、ねじ軸１０に所定の隙間をもって外嵌している。ナット２０の一端部には、案内対象と結合するためのフランジ２５が設けられている。ナット２０の内周面には、ねじ軸１０の第１ねじ溝１１と等しいリードを有し、第１ねじ溝１１と対向する第２ねじ溝２１が形成されている。そして、ねじ軸１０の第１ねじ溝１１とナット２０の第２ねじ溝２１とによって断面略円形状の不図示の転動路が形成されている。この転動路内に複数のボール３０が転動可能に充填配置されている。

また、ナット２０には、ボール３０を手前の転動路に戻すための循環部品である複数の循環こま４０が装着されている。この循環こま４０は、以下に説明する製造方法によって、接着剤、又は硬化性樹脂から構成されている。各循環こま４０の内面には、転動路の一端と一巻き手前の転動路の他端とを連結する略Ｓ字型のボール戻し通路４２が形成されている。このボール戻し通路４２により、各循環こま４０に向かって転動路を転がってくるボール３０をねじ軸１０の径方向にすくい上げ、さらに、ねじ軸１０のねじ山１２を乗り越えさせ、一巻き手前（一リード手前）の転動路に戻すことでボール３０を循環可能にしている。

そして、このボール戻し通路４２及び転動路によってねじ軸１０の外側に略円環状の不図示の無限循環路が形成される。これにより、ナット２０に対するねじ軸１０の相対的な回転に伴って、複数のボール３０が無限循環路内を無限循環することによって、ナット２０とねじ軸１０とがねじ軸１０の軸方向に相対的に直線運動することが可能となる。

次に、第２ねじ溝２１とボール戻し通路４２を備えるナット２０の製造方法について、図２を参照して説明する。本実施形態のナット２０の製造方法は、ボール戻し通路４２が形成された循環こま４０を、成形冶具５０を用いてナット２０に一体に成型して、第２ねじ溝２１とボール戻し通路４２との境界部が段差なくつながるように、ナット２０に設置する方法である。

図２（ａ）に示すように、まず、成形冶具５０をナット２０の内側に挿入する。ナット２０は、上述したように、フランジ２５を有するナット２０の内周面に第２ねじ溝２１が形成され、また、ボール戻し通路４２が形成される位置に径方向に貫通する丸孔からなる貫通孔２３が形成されている。

成形冶具５０は、ボール戻し通路４２を成形するためのボール戻し通路成形部５１及び第２ねじ溝２１と嵌合可能なねじ溝嵌合部５２を有する半円柱状部５３と、成形冶具５０を操作するために該半円柱状部５３から延設された把持部５４とを備えて軸状に形成される。

ボール戻し通路成形部５１は、ボール戻し通路４２の形状が写し取られ、ねじ溝嵌合部５２は、貫通孔２３周辺の第２ねじ溝２１の形状が写し取られ、いずれも半円柱状部５３の外周面に凸状に形成されている。ボール戻し通路成形部５１とねじ溝嵌合部５２とは、段差なく滑らかに接続されている。
また、ボール戻し通路成形部５１以外の貫通孔２３に対応する円形の周辺部分５５は、循環こま４０のボール戻し通路４２以外の内面に対応して形成されている。

このように、成形冶具５０の半円柱状部５３は、貫通孔２３周辺の内周面形状に対応して形成されており、また、ナット２０に形成された第２ねじ溝２１の内径側で軸方向及び径方向に移動可能なように、ナット２０の内径より小さい。なお、本実施形態の半円柱状部５３の形状は、貫通孔２３周辺の内周面形状に対応するものであれば、これに限らず、半円柱状よりも小さくても良いし、或いは、円柱状であってもよい。

そして、成形冶具５０の半円柱状部５３をナット２０の内側に挿入した後、さらに外径方向に移動させて、ねじ溝嵌合部５２をナット２０の第２ねじ溝２１に嵌合させ、ボール戻し通路成形部５１を貫通孔２３のボール戻し通路４２が形成される位置に位置決めする。

このように、ねじ溝嵌合部５２を第２ねじ溝２１に嵌合することで、ナット２０に対するボール戻し通路成形部５１の位置が正確に位置決めされる。また同時に、貫通孔２３の底部が成形冶具５０のボール戻し通路成形部５１及び周辺部分５５で閉鎖されて、上方に開放された空間である凹部２６が形成される。

次いで、図２（ｂ）に示すように、予め容器６０内に準備した接着剤、或いは硬化性樹脂６１を凹部２６に流し込み、硬化させる。そして、接着剤、或いは硬化性樹脂６１が十分に硬化した後、ナット２０から成形冶具５０を取り外すことで、ボール戻し通路４２を有する循環こま（ボールねじ用循環部品）４０が、貫通孔２３に固着されて形成される。

このように、循環こま４０は、ねじ溝嵌合部５２と段差なく滑らかに接続された成形冶具５０のボール戻し通路成形部５１によって成形されるので、ボール戻し通路４２と第２ねじ溝２１との境界部に段差が生じることがなく、滑らかな転動面を有するナット２０が製作される。

なお、硬化性樹脂６１としては、強度や成形性の観点からエポキシ樹脂や２液性のエポキシ樹脂とするのが好ましい。

以上説明したように、本実施形態のボールねじ用循環部品の製造方法及びボールねじよれば、ねじ軸１０の第１ねじ溝１１とナット２０の第２ねじ溝２１により形成される転走路内に収容される複数のボール３０を、転走路の一端から他端へと循環させるためのボール戻し通路４２を有する循環こま４０は、ボール戻し通路４２が形成される位置に、ボール戻し通路４２の形状が写し取られた成形治具５０のボール戻し通路成形部５１を配置し、ボール戻し通路成形部５１を含んで形成される貫通孔２３内に、接着剤、又は硬化性樹脂６１を流し込んで硬化させて循環こま４０を形成した後、成形治具５０をナット２０から取り外すことで形成されるので、ナット２０の第２ねじ溝２１と循環こま４０のボール戻し通路４２との境界部を段差なく形成することができ、これにより、ボール３０がナット２０と循環こま４０との間の境界部を通過する際に発生する振動や騒音を抑制することができる。また、ボール３０が第２ねじ溝２１とボール戻し通路４２との境界部を通過する際の振動やトルクの局所的な上昇を抑制できる。

さらに、循環こま４０がナット２０に接着して形成されるので、従来のボールねじと比較して循環こま４０を固定するためスペースが不要となり、ナット２０の外径を小さくすることができる。

また、貫通孔２３は、丸孔であるので、加工が容易であり、コストダウンや品質管理が容易となる。

また、硬化性樹脂は、エポキシ系樹脂、又は２液性のエポキシ系樹脂であるので、強度を確保しつつ、機械精度よくボール戻し通路４２を成形できる。

また、成形治具５０は、ボール戻し通路成形部５１と連続し、第２ねじ溝２１の形状が写し取られたねじ溝嵌合部５２をさらに備え、成形時には、ねじ溝嵌合部５２をナット２０の第２ねじ溝２１に嵌合させることで、ボール戻し通路４２が形成される位置にボール戻し通路成形部５１が配置されるので、ボール戻し通路成形部５１を精度よく位置決めすることができ、第２ねじ溝２１とボール戻し通路４２との境界部に段差のない滑らかな面を形成できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るボールねじ用循環部品の製造方法及びボールねじについて、図３を参照して説明する。第２実施形態では、貫通孔２３の側面に凹溝２４が形成されている点において第１実施形態のナット２０と異なる。その他の部分については、成形冶具５０も含めて、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

第２実施形態では、凹溝２４が貫通孔２３の内周面の周方向に沿って、１８０度位相間隔で一対（図では、一方のみ図示）形成されている。そして、本実施形態の製造方法においても、貫通孔２３の底部がボール戻し通路成形部５１及び周辺部分５５により閉鎖された凹部２６に接着剤、或いは硬化性樹脂６１を流し込んで硬化させる（図２参照）。接着剤、或いは硬化性樹脂６１は、貫通孔２３の側面に形成された凹溝２４にも充填されて硬化するので、循環こま４０が接着剤の接着力に加えて機械的にもナット２０に固着される。これにより、貫通孔２３と循環こま４０との固定力が高まり、貫通孔２３からのこま外れを防止できる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態と同様である。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、貫通孔２３を円孔としているが、図４（ａ）に示す変形例のように、貫通孔２３Ａは、ナット２０の中心軸ＣＬに対して傾斜する、換言すれば、ボール戻し通路４２の軸方向に長軸を有する長孔として形成されてもよい。この場合、成形治具５０の周辺部分５５も、貫通孔２３Ａに対応する長孔形状となる。
また、図４（ｂ）に示す変形例のように、貫通孔２３Ａの側面に一対の凹溝２４Ａ（図では、一方のみ図示）が形成されてもよい。
また、上記実施形態及び変形例では、循環部品を循環こまとするこま式のボールねじについて説明したが、これに限定されず、循環部品をエンドキャップやエンドデフレクタとするエンドキャップ式やエンドデフレクタ式のボールねじにも同様に適用できる。

１ ボールねじ
１０ ねじ軸
１１ 第１ねじ溝（ねじ溝）
２０ ナット
２１ 第２ねじ溝（ねじ溝）
２３，２３Ａ 貫通孔
２４，２４Ａ 凹溝
２６ 凹部（空間）
３０ ボール
４０ 循環こま（循環部品）
４２ ボール戻し通路
５０ 成形冶具
５１ ボール戻し通路成形部
５２ ねじ溝嵌合部
６１ 接着剤又は硬化性樹脂

Claims (8)

1. 内周面に螺旋状のねじ溝が形成されるナットに、該ねじ溝に接続されるボール戻し通路を有する循環部品を設置するためのボールねじ用循環部品の製造方法であって、
   前記循環部品のボール戻し通路が形成される位置に、前記ボール戻し通路の形状が写し取られた、成形治具のボール戻し通路成形部を配置する工程と、
   前記ボール戻し通路成形部を含んで形成される空間に、接着剤、又は硬化性樹脂を流し込んで硬化させ、該空間に、前記ボール戻し通路を有する循環部品を形成する工程と、
   前記成形治具を前記ナットから取り外す工程と、
   を備えることを特徴とするボールねじ用循環部品の製造方法。
2. 前記循環部品は、径方向に貫通する前記ナットの貫通孔内に成形される循環こまであって、
   前記成形治具は、外周面の円周方向の一部に前記ボール戻し通路成形部が形成される部分を備えて軸状に形成され、
   前記成形治具は、前記ボール戻し通路が形成される位置に前記ボール戻し通路成形部が配置されるように、前記ナットの内部に挿入され、
   前記接着剤、又は前記硬化性樹脂は、前記ボール戻し通路成形部及び前記貫通孔によって形成される空間に流し込んで硬化されることを特徴とする、請求項１に記載のボールねじ用循環部品の製造方法。
3. 前記成形治具は、前記ボール戻し通路成形部と連続し、前記ねじ溝の形状が写し取られたねじ溝嵌合部をさらに備え、
   前記成形時には、前記ねじ溝嵌合部を前記ナットのねじ溝に嵌合させることで、前記ボール戻し通路が形成される位置に前記ボール戻し通路成形部が配置されることを特徴とする、請求項２に記載のボールねじ用循環部品の製造方法。
4. 前記貫通孔の側面には、凹溝が形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載のボールねじ用循環部品の製造方法。
5. 前記硬化性樹脂は、エポキシ系樹脂、又は２液性のエポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のボールねじ用循環部品の製造方法。
6. 外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
   前記ねじ軸の周囲に配置され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
   対向する両ねじ溝により形成される転走路内に収容される複数のボールと、
   前記ナットに取り付けられ、前記転走路の一端から他端へと循環させるためのボール戻し通路を有する循環部品と、
   を備えるボールねじであって、
   前記循環部品は、接着剤、又は硬化性樹脂からなることを特徴とするボールねじ。
7. 前記循環部品は、径方向に貫通する前記ナットの貫通孔内に成形される循環こまであって、
   前記貫通孔の側面には、凹溝が形成され、
   該凹溝には、前記接着剤、又は硬化性樹脂が充填されることを特徴とする請求項６に記載のボールねじ。
8. 前記硬化性樹脂は、エポキシ系樹脂、又は２液性のエポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項６又は７に記載のボールねじ。

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