JP4036066B2 - ボールねじ用ボール循環こま及びボールねじ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじのボールを無限循環させる部品として使用されるボール循環こまの改良に関する
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械の送り装置などで使用されるボールねじは、外周面に螺旋状のボール軌道溝を有するねじ軸と、このねじ軸のボール軌道溝と対向する螺旋状のボール軌道溝を内周面に有する円筒状のナットと、このナットとねじ軸との間に組み込まれた多数のボールとからなり、ねじ軸またはナットの一方を軸回りに回転させると、ねじ軸とナットの両ボール軌道溝間に形成された螺旋状ボール転動路をボールが転動し、これによってナットまたはねじ軸が軸方向に直線運動するようになっている。
【０００３】
このようなボールねじのナットまたはねじ軸を継続的に直線運動させるためには、ボールを無限循環させる必要があるが、ボールを無限循環させる部品として、ボール循環チューブを使用したボールねじでは、ボールの公転速度が大きくなるにつれて騒音や振動などが発生し易くなるなどの問題がある。また、ボール循環チューブをナットに固定するための平面部をナットの外周面に形成する必要があるため、コスト高を招くなどの問題もある。そこで、このような問題を解消するために、ボールを無限循環させる部品として、図６のようなボール循環こま１９を使用したボールねじが下記の特許文献１に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
独国実用新案第ＤＥ２９５０４８号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載のボールねじでは、ボール循環こま１９が樹脂で形成されているため、騒音や振動の発生を抑制することができる。また、チューブ式ボールねじのように、ボール循環チューブをナットに固定するための平面部をナットの外周面に形成する必要がないので、コストの上昇を抑制することができるが、次のような問題点を有していた。すなわち、上述したボールねじでは、図６のようなタング部１９ａをボール循環こま１９に設け、このタング部１９ａでボールを掬い上げてナットに形成されたボール戻し通路に導入しているため、タング部１９ｂの両側に形成されたＶ字状切込み部１９ｂの隅部に応力集中が発生する。このため、切込み部１９ｂの隅部に亀裂等が生じ、ボール循環こま１９の破損に至るおそれがあった。
【０００６】
本発明は上記のような問題点に着目してなされたものであり、切込み部の隅部に応力集中が発生することを抑制して耐久性および信頼性の向上を図ることのできるボールねじ用ボール循環こま及びこれを使用したボールねじを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、外周面に螺旋状のボール軌道溝を有するねじ軸と、前記ボール軌道溝に対応する螺旋状のボール軌道溝を内周面に有し且つ軸方向に貫通するボール戻し通路を有するナットと、前記ねじ軸または前記ナットの相対的な回転運動により前記ボール軌道溝間に形成された螺旋状ボール転動路を転動する多数のボールとを備えてなるボールねじに使用され、前記ボールを前記螺旋状ボール転動路から掬い上げるタング部を有し、前記タング部の両側に形成された切込み部の隅部に応力集中を緩和するためのスリットを設けたボール循環こまであって、前記スリットが円弧状の応力集中緩和面を有し、前記ボールの直径をＤｗ、前記応力集中緩和面の曲率半径をＲとしたとき、前記応力集中緩和面の曲率半径と前記ボールの直径との比を、０．０５＜Ｒ／Ｄｗ＜０．２の範囲内に設定したことを特徴とする。
【０００８】
このような構成によると、切込み部の隅部に発生する応力集中がスリットによって緩和され、切込み部の隅部に亀裂等が発生することを抑制できるので、ボール循環こまの耐久性と信頼性を向上させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１至図４は本発明の一実施形態を示す図であり、図１に示されるように、ボールねじ１０のねじ軸１１の外周面には、螺旋状のボール軌道溝１２が形成されている。このボール軌道溝１２はナット１３の内周面に形成された螺旋状のボール軌道溝１４と対向しており、ねじ軸１１またはナット１３の一方が軸回りに回転すると、ねじ軸１１とナット１３との間に組み込まれた多数のボール１５がボール軌道溝１２，１４間に形成された螺旋状ボール転動路１６を転動するようになっている。
【００１０】
ナット１３には、ボール１５を戻すためのボール戻し通路１７が形成されている。このボール戻し通路１７はナット１３の軸方向に貫通しており、ナット１３の両端部には、螺旋状ボール転動路１６とボール戻し通路１７との間にボール１５のリターン案内路１８を形成するボール循環こま１９が設けられている。
ボール循環こま１９は樹脂を所定の形状に射出成形または切削加工して形成されており、ナット１３の両端面に形成された凹陥部２０（図２参照）に嵌め込まれている。また、ボール循環こま１９はボール１５を螺旋状ボール転動路１６から掬い上げるためのタング部１９ａ（図３及び図４参照）を有しており、このタング部１９ａの両側に形成されたＶ字状切込み部１９ｂの隅部には、応力集中を緩和するためのスリット２１がナット１３の内周面に形成されたボール軌道溝１４のリード角方向に沿って設けられている。
【００１１】
スリット２１は円弧状の応力集中緩和面２１ａ（図４参照）を有しており、ボール１５の直径をＤｗ、応力集中緩和面２１ａの曲率半径をＲとすると、両者の比は０．０６＜Ｒ／Ｄｗ＜０．２の範囲内に設定されている。
上述のように、タング部１９ａの両側に形成された切込み部１９ｂの隅部にスリット２１を設けると、切込み部１９ｂの隅部に発生する応力集中がスリット２１によって緩和される。したがって、切込み部の隅部に亀裂等が発生することを抑制できるので、ボール循環こま１９の耐久性と信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また、上述した実施形態のように、切込み部１９ｂの隅部にスリット２１をボール軌道溝１４のリード角方向に沿って設けると、切込み部の隅部にスリットをねじ軸に対して垂直に設けた場合と比較して、タング部１９ａの削り代が少なくて済むので、タング部１９ａの機械的強度を大幅に低下させることなくボール循環こま１９の耐久性と信頼性を向上させることができる。
【００１３】
次に、ボール１５の直径に対する応力集中緩和面２１ａの曲率半径Ｒ／Ｄｗを０．０５＜Ｒ／Ｄｗ＜０．２の範囲内に設定した理由について表１および図５を参照して説明する。
【００１４】
【表１】

【００１５】
本発明者らは、応力集中緩和面２１ａの曲率半径比Ｒ／Ｄｗが表１に示す通りのボール循環こまＴＰ１〜ＴＰ１４を作成し、これらのボール循環こまＴＰ１〜ＴＰ１４を使用してボールねじの耐久性試験を使用ボールねじ名：ＮＳＫボールねじ（呼び番 ４０×４０×１３００）、使用試験機名：ボールねじ高速耐久試験機、最高回転数：７５００ｍｉｎ^−１、ストローク：１０００ｍｍの試験条件で行った。そして、各ボール循環こまに亀裂が生じるまでの時間を測定し、その測定結果を基に各ボール循環こまの寿命比を評価した。
【００１６】
図５は、ボール循環こまＴＰ１〜ＴＰ１４の寿命比とＲ／Ｄｗとの関係を示す図である。同図から明らかなように、応力集中緩和面２１ａの曲率半径比Ｒ／Ｄｗが０．０５以下になるとボール循環こまの寿命比が５以下の値となり、早期破損に至ることがわかる。これは、応力集中緩和面２１ａの曲率半径比Ｒ／Ｄｗが０．０５以下になると、タング部両側の切込み部の隅部に応力集中が生じ、ボール循環こまに亀裂が生じるためである。
【００１７】
また、応力集中緩和面２１ａの曲率半径比Ｒ／Ｄｗが０．２以上になると、ボール循環こまの寿命比が５以下の値となり、早期破損に至ることがわかる。これは、応力集中緩和面２１ａの曲率半径比Ｒ／Ｄｗが０．２以上になると、タング部の幅寸法が狭くなることによって強度が不足するためである。
したがって、応力集中を緩和してボール循環こまの耐久性を高めるためには、応力集中緩和面２１ａの曲率半径Ｒをボール１５の直径Ｄｗに対して０．０５＜Ｒ／Ｄｗ＜０．２の範囲内に設定すればよいことがわかる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が実施可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、切込み部の隅部に発生する応力集中がスリットによって緩和され、切込み部の隅部に亀裂等が発生することを抑制できるので、ボール循環こまの耐久性と信頼性を向上させることができる。
請求項２の発明によれば、耐久性と信頼性の向上を図ることのできるボールねじを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボール循環こまを備えたボールねじの軸方向断面図である。
【図２】図１に示すナットの正面図である。
【図３】本発明に係るボール循環こまの一実施形態を示す斜視図である。
【図４】図３のボール循環こまを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】ボール循環こまの寿命比と応力集中緩和面の曲率半径比との関係を示す図である。
【図６】従来のボール循環こまを示す図である。
【符号の説明】
１０ ボールねじ
１１ ねじ軸
１２ ボール軌道溝
１３ ナット
１４ ボール軌道溝
１５ ボール
１６ 螺旋状ボール転動路
１７ ボール戻し通路
１８ リターン案内路
１９ ボール循環こま
１９ａ タング部
１９ｂ 切込み部
２０ 凹陥部
２１ スリット
２１ａ 応力集中緩和面

Claims (2)

1. 外周面に螺旋状のボール軌道溝を有するねじ軸と、前記ボール軌道溝に対応する螺旋状のボール軌道溝を内周面に有し且つ軸方向に貫通するボール戻し通路を有するナットと、前記ねじ軸または前記ナットの相対的な回転運動により前記ボール軌道溝間に形成された螺旋状ボール転動路を転動する多数のボールとを備えてなるボールねじに使用され、前記ボールを前記螺旋状ボール転動路から掬い上げるタング部を有し、前記タング部の両側に形成された切込み部の隅部に応力集中を緩和するためのスリットを設けたボール循環こまであって、前記スリットが円弧状の応力集中緩和面を有し、前記ボールの直径をＤｗ、前記応力集中緩和面の曲率半径をＲとしたとき、前記応力集中緩和面の曲率半径と前記ボールの直径との比を、０．０５＜Ｒ／Ｄｗ＜０．２の範囲内に設定したことを特徴とするボール循環こま。
2. 請求項１記載のボール循環こまを備えたことを特徴とするボールねじ。

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