JP4023325B2 - ボールねじ装置およびボールねじ装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボール群をねじ軸にて循環させるねじ軸循環型のボールねじ装置およびボールねじ装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内筒部材の螺旋状の軌道溝と、外筒部材の螺旋状の軌道溝との間にボールを介装してなるボールねじ装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ボールが転接する螺旋状の軌道溝の軌道底に沿って溝が形成され、当該溝内にはボールと軌道溝との間の潤滑を確保するために潤滑性組成物が充填されている。
【０００４】
また、ねじ軸の外周面に形成した閉ループの軌道溝と、ねじ軸に外嵌したナット部材の内周面に形成した螺旋状の軌道溝との間にボールを介装してなるねじ軸循環型のボールねじ装置が提案されている。
【０００５】
ねじ軸循環型のボールねじ装置においても、ボールと軌道溝との間の潤滑を確保するために、軌道溝の軌道底に沿って潤滑性組成物を充填した溝が形成される。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２０６６２０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ねじ軸循環型のボールねじ装置においては、常時ボールが転接し、潤滑性組成物が必要となるねじ軸の軌道溝の軌道底に、潤滑性組成物を充填した溝が形成される。
【０００８】
ねじ軸の軌道溝は閉ループであり、軌道溝の途中には循環路が形成されている。潤滑性組成物を充填する溝は、この循環路を避けて形成される。このため、ボールと循環路との間にて潤滑不良を起こす恐れがあった。
【０００９】
また、ねじ軸の軌道溝はエンドミルにて行なわれており、循環路を含む軌道溝を加工した後、潤滑性組成物を充填する溝を、別工程にて循環路を避けて軌道底に加工している。このため、加工工程が増え、製造に手間がかかり加工コストが高くなるという問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外周面に閉ループの軌道溝を有したねじ軸と、前記ねじ軸に外嵌され内周面に螺旋状の軌道溝を有したナット部材と、前記ねじ軸の軌道溝とナット部材の軌道溝との間に介装されたボール群とを含むねじ軸循環型のボールねじ装置において、前記ねじ軸の閉ループとなる軌道溝の循環路を含む全周に渡って、その軌道底にグリース溜り溝を形成している。
【００１１】
また、本願発明に係るボールねじ装置は、前記ねじ軸の循環路を含む軌道は、内周面がゴシックアーチ状に形成され、グリース溜り溝は、循環路の軌道底において幅寸法ＬＷ、深さ寸法ＬＨの断面矩形に形成され、ボールが循環路の内周面の最も軌道底よりにて接触する際の、循環路の内周面とボールとの接触楕円の中心とボール中心を通る直線と、ボール中心と循環路の幅方向中心とを通る直線との間の角度をθとすると、ＬＷ＜Ｂｄ・Ｓｉｎθ−２・Ｂ・ＣｏｓθおよびＬＨ＜（１／４）・Ｂｄを満たすことが好ましい。
また、本願発明に係るボールねじ装置の製造方法は、前記軌道溝と前記グリース溜り溝とをエンドミルを用いて同時に加工することが好ましい。
【００１２】
本発明のボールねじ装置によると、ねじ軸の軌道溝において、循環路も含む全周に渡ってその軌道底にグリース溜りを形成するので、ボールと循環路との間の潤滑を確保できる。本発明のボールねじ装置の製造方法として、エンドミルにて軌道溝を加工する際に、グリース溜り溝も同時に加工できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係るボールねじ装置を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１および図２は本実施形態のボールねじ装置の全体断面図、図３はそのボールねじ装置の分解斜視図、図４は樹脂歯車を成形したブラケットの正面図、図５は図４の樹脂歯車を除いた状態のＶ−Ｖ断面図、図６はねじ軸の循環路を模式的に示した側面図、図７はねじ軸の循環路の断面図である。
【００１５】
本発明の歯車装置が適用されるボールねじ装置１は、軸方向に一対のフランジを有するプーリ２における当該フランジ間の軸方向離隔距離を変更することで、プーリ２に巻掛られるベルト３の巻掛径を変更するために用いられる。
【００１６】
プーリ２は、回転軸４に軸心回りに回転一体に設けられる第一フランジ５と、回転軸４に軸心回りに回転一体かつ軸方向に沿って摺動自在に配置される第二フランジ６とを備える。
【００１７】
ボールねじ装置１は、ブラケット１０、合成樹脂製の樹脂歯車２０、ボールねじ３０を有する。
【００１８】
ブラケット１０は、薄肉鋼板をプレス加工することによって円筒形状に形成されている。
【００１９】
ブラケット１０は、内筒部１１と、この内筒部１１の軸方向一方側から内筒部１１の内周面に沿って重ねるように軸方向途中まで折返し形成された折返し筒部１２と、この折返し筒部１２の軸方向他方側端部から径方向内方に向けて折曲形成された隔壁１３と、内筒部１１の軸方向他方側端部から径方向外方に向けて折曲形成された環状部１４と、環状部１４の径方向外端から軸方向一方側に向けて折曲形成された外筒部１５とを備え、板金をプレス加工することによって製造されても、充分な剛性が得られる。
【００２０】
隔壁１３は、折返し筒部１２の円周方向等配位置に複数箇所形成されている。また、隔壁１３のうちの一個は、その先端部がさらに軸方向一方側に向けて折曲された折曲部１６が形成されている。
【００２１】
樹脂歯車２０は、外筒部１５に射出成形により一体的に形成され、ブラケット１０と樹脂歯車２０とが軸心回りに回転一体に設けられている。
【００２２】
樹脂歯車２０の外周端には、不図示の回転動力源から駆動力が伝達されて回転する減速歯車７の歯部７ａが噛合される歯部２１が形成されている。
【００２３】
ボールねじ３０は、保持器を有しない総ボール型のボールねじであり、ブラケット１０の軸方向一方側内周面に軸心回りに回転一体に嵌合される円筒状のナット部材３１を有する。このナット部材３１の端面に、各隔壁１３と嵌合する切欠き３２が形成され、これら各切欠き３２と隔壁１３とが軸方向で嵌合することにより、ナット部材３１がブラケット１０に軸心回りに確実に回転一体な構成となっている。ナット部材３１は、その切欠端面が隔壁１３の軸方向一方側端面に当接されている。ナット部材３１の内周面に、両端部間で連続した所定のリード角を有する一条の螺旋状の軌道溝３３が形成されている。
【００２４】
ボールねじ３０は、ナット部材３１の内径側に配置される円筒状のねじ軸３４を有する。ねじ軸３４は、図示しない所定の支持装置でもって軸心回りに非回転に支持されるとともに、軸方向に不動に支持されている。ねじ軸３４は、外周面に、互いに平行でそれぞれ独立の閉ループとした所定のリード角を有する２条の軌道溝３５を有する。各軌道溝３５は、所定のリード角を有する軌道溝の端部どうしをリード角と異なる角度をもって連続させるボールの循環路３６を有し、この循環路３６によって各軌道溝３５は別個に閉ループとされる。
【００２５】
これら循環路３６は、それぞれの軌道溝３５の上流側と下流側とを連通する部分である。すなわち、これら循環路３６は、各軌道溝３５の下流側に位置するボール３７をねじ軸３４の内径側に沈みこませて上流へ戻すよう、軌道溝３５の他の部分に比べて深く形成されるとともに蛇行した形状に形成されている。これにより、軌道溝３５に嵌合するボール３７をそれぞれ独立して転動循環させる構成となっている。
【００２６】
ねじ軸３４の軸方向他方側開口の外周面の一部が、所定周長を有するよう円周方向に沿って切欠かれ、当該切欠部３９と隔壁１３の折曲部１６とで、ナット部材３１が軸心回りに必要以上に回転するのを防止するためのストッパが構成される。
【００２７】
ねじ軸３４の内周面一方側に、転がり軸受（アンギュラ玉軸受）４０が嵌着されている。転がり軸受４０は、ねじ軸３４に嵌着された外輪部材４１と、回転軸４が挿通する内輪部材４２と、外輪部材４１と内輪部材４２との間に転動自在に配置された複数個の玉４３とを備える。
【００２８】
ブラケット１０の内周面他方側に、転がり軸受（アンギュラ玉軸受）５０が嵌着されている。転がり軸受５０は、ブラケット１０の内周面に嵌着される軸受部材としての外輪部材５１と、回転軸４に軸心回りに回転一体に組付けられるとともに第二フランジ６に一体形成された筒軸６ａの外周面に嵌着される内輪部材５２と、外輪部材５１および内輪部材５２の間に転動自在に配置された複数個の玉５３とを備える。転がり軸受５０における外輪部材５１の側面は、隔壁１３の側面に当接している。
【００２９】
ねじ軸３４の軌道溝３５の軌道底において、循環路３６を含む全周に渡ってグリース溜り溝３８が形成されている。
【００３０】
図７は循環路３６部分におけるねじ軸３４の断面図を示しており、循環路３６の軌道底に形成されたグリース溜り溝３８について詳細に説明する。なお、軌道溝３５の循環路３６以外の部分においても、循環路３６部分のグリース溜り溝３８に連続して同形状にグリース溜り溝が形成されている。
【００３１】
図７において、循環路３６を含む軌道溝３５は、内周面がゴシックアーチ状に形成されており、グリース溜り溝３８は、循環路３６の軌道底において幅寸法ＬＷ，深さ寸法ＬＨの断面矩形に形成されている。
【００３２】
Ａは、ボール３７が循環路３６の内周面の最も軌道底寄りにて接触する際の、循環路３６の内周面とボール３７との接触楕円を示している。この場合における作用線の接触角をθとする。すなわち、接触楕円Ａは、ボール３７の接触角に影響する因子（例えば、ラジアル隙間、軌道曲率など）を考慮した上で、最大負荷時のボール３７の接触楕円である。
【００３３】
また、ボール３７の直径をＢｄ、接触楕円Ａの長半径をＢとすると、グリース溜り溝３８の幅寸法ＬＷは、グリース溜り溝３８が接触楕円Ａに重ならない範囲に位置することを条件として、
ＬＷ＜Ｂｄ・Ｓｉｎθ−２・Ｃ
となり、ここで
Ｃ≒Ｂ・Ｃｏｓθ
とすると、
ＬＷ＜Ｂｄ・Ｓｉｎθ−２・Ｂ・Ｃｏｓθ…（１）
となる。なお、グリース溜り３８の幅寸法ＬＷを小さくし過ぎると、十分な量のグリースを充填できなくなるため、少なくとも十分なグリース量を確保できる幅寸法に設定されている。
【００３４】
また、グリース溜り溝３８の深さ寸法ＬＨは、ねじ軸３４の強度を考慮して決定される。すなわち、グリース溜り溝３８を深くし過ぎるとねじ軸３４の厚みが薄くなって曲げ強度が低下するため、
ＬＨ＜（１／４）・Ｂｄ…（２）
を満たすように決定される。なお、グリース溜り溝３８を浅くし過ぎると、十分な量のグリースを充填できなくなるため、少なくとも十分なグリース量を確保できる深さに設定されている。
【００３５】
グリース溜り溝３８に充填するグリースとしては、例えば、ウレア系グリースが用いられる。
【００３６】
図１は、ボールねじ３０が最も縮んで第一フランジ５と第二フランジ６とが軸方向に最も隔離した状態であり、ベルト３の巻掛径が小さい状態である。この状態では、切欠部３９の当接面に折曲部１６が当接し、ナット部材３１の回転が防止された状態にある。
【００３７】
上記状態から減速歯車７が軸心回りに回転して歯部７ａが回転すると、減速歯車７の回転とともに樹脂歯車２０が軸心回りに回転する。樹脂歯車２０の回転に伴なって、ブラケット１０ならびにナット部材３１が、ねじ軸３４の回りに回転すると共に、図２に示すように、軸方向（図の左方）に移動する。これにより、ブラケット１０に一体成形された樹脂歯車２０も軸方向に移動する。そして、第一フランジ５および第二フランジ６の径方向内方部位どうしが軸方向で当接した時点で、ナット部材１３は軸方向の移動を停止し、ベルト３はフランジ５，６間を拡径するようにせり上がり巻掛径が最大となる。
【００３８】
再び、ベルト３の巻掛径を小さくする場合は、上記と反対方向の回転力を減速歯車７から樹脂歯車２０に対して付与することで、ナット部材３１は軸方向（図の右方）に移動し、図１のように、切欠部３９の当接面に折曲部１６が当接した時点で、ナット部材３１は軸方向の移動を停止する。
【００３９】
このように構成されたボールねじ装置１によると、ねじ軸３４の軌道溝３５において、循環路３６も含む全周の軌道底にグリース溜り溝３８を形成したので、ボール３７と循環路３６との間の潤滑を確保でき、しかもエンドミルにて軌道溝３５を加工する際に、先端がグリース溜り溝の形状をしたエンドミルを用いることで、軌道溝３５の加工と同時にグリース溜り溝３８も加工でき、加工性に優れ、加工コストの低減が図れる。
【００４０】
グリース溜り溝３８を循環路３６にも形成したので、グリースの量が増え、グリース寿命が向上する。
【００４１】
グリース溜り溝３８の幅寸法ＬＨを式（１）に示す値に設定したことにより、グリース溜り溝３８はボール３７と軌道溝３５（循環路３６を含む）の内周面との接触楕円から外れた位置に形成され、グリース溜り溝３８に充填したグリースがボール３７との接触によって寿命が低下するのを防止できる。
【００４２】
グリース溜り溝３８の深さ寸法ＬＨを式（２）に示す値に設定したことにより、十分なグリース量を確保しながら、ねじ軸３４の肉厚を確保して十分な強度が得られる。
【００４３】
グリース溜り溝３８がねじ軸３４の軌道溝３５の全周に渡って形成されており、かつ、グリース寿命が向上することで、潤滑性が向上し、軌道溝３３，３５の内部の発熱を低減できる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のボールねじ装置によると、ボールと循環路との間の潤滑を確保でき、しかもねじ軸の軌道溝の溝加工とグリース溜り溝の加工が同時に行えるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態における歯車装置の使用状態を示すボールねじ装置の全体断面図
【図２】 本発明の実施形態における歯車装置の使用状態を示すボールねじ装置の全体断面図
【図３】 図１のボールねじ装置の分解斜視図
【図４】 本発明の実施形態を示す樹脂歯車を成形したブラケットの正面図
【図５】 図４の樹脂歯車を除いた状態のＶ−Ｖ断面図
【図６】 ねじ軸の循環路を模式的に示した側面図
【図７】 ねじ軸の循環路の断面図
【符号の説明】
１ ボールねじ装置
１０ ブラケット
２０ 樹脂歯車
３０ ボールねじ
３１ ナット部材
３３ 螺旋状の軌道溝
３４ ねじ軸
３５ 閉ループの軌道溝
３６ 循環路
３７ ボール
３８ グリース溜り溝

Claims (3)

1. 外周面に閉ループの軌道溝を有したねじ軸と、前記ねじ軸に外嵌され内周面に螺旋状の軌道溝を有したナット部材と、前記ねじ軸の軌道溝とナット部材の軌道溝との間に介装されたボール群とを含むねじ軸循環型のボールねじ装置において、
   前記ねじ軸の閉ループとなる軌道溝の循環路を含む全周に渡って、その軌道底にグリース溜り溝を形成している、ことを特徴とするボールねじ装置。
2. 請求項１に記載のボールねじ装置において、
   前記ねじ軸の循環路を含む軌道は、内周面がゴシックアーチ状に形成され、グリース溜り溝は、循環路の軌道底において幅寸法ＬＷ、深さ寸法ＬＨの断面矩形に形成され、ボールが循環路の内周面の最も軌道底よりにて接触する際の、循環路の内周面とボールとの接触楕円の中心とボール中心を通る直線と、ボール中心と循環路の幅方向中心とを通る直線との間の角度をθとすると、ＬＷ＜Ｂｄ・Ｓｉｎθ−２・Ｂ・ＣｏｓθおよびＬＨ＜（１／４）・Ｂｄを満たす、ことを特徴とするボールねじ装置。
3. 請求項１または２に記載のボールねじ装置の製造方法であって、
   前記軌道溝と前記グリース溜り溝とをエンドミルを用いて同時に加工する、ことを特徴とするボールねじ装置の製造方法。

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