JP4662396B2

JP4662396B2 - 有限ストロークボールねじ装置

Info

Publication number: JP4662396B2
Application number: JP2000390411A
Authority: JP
Inventors: 勝人今井
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: JP2002188704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールを介してねじ軸とナット部材とが螺合し、例えば該ねじ軸の回転運動をナット部材の直線運動に変換するボールねじ装置に係り、ボールを無限循環させることなくねじ軸とナット部材との相対運動を行う有限ストロークボールねじ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の有限ストロークボールねじ装置としては、図１に示す縦断面構成のものがある。有限ストロークボールねじ装置は、ねじ軸１０１と該ねじ軸１０１に外嵌されるナット部材１０３を具備し、ねじ軸１０１の外周面１０１ａには螺旋溝１０２が形成され、ナット部材１０３の内周面１０３ａには螺旋溝１０４が形成されている。これら両螺旋溝１０２と１０４の間に複数のボール１０５、１０５、・・が保持器１０６を介して回転自在に介装されている。
【０００３】
保持器１０６は、上記ねじ軸１０１の外周面１０１ａとナット部材１０３の内周面１０３ａ間に介装される薄肉円筒状のものである。該保持器１０６には、ボール１０５、１０５、・・を保持するためのボール保持穴１０７、１０７、・・が設けられており、これらボール保持穴１０７、１０７、・・は両螺旋溝１０２、１０４の螺旋経路に沿って所定間隔をもって配設されている。ねじ軸１０１とナット部材１０３の相対的回転運動により、ボール１０５，１０５，・・がそれぞれ軌道である両螺旋溝１０２，１０４に沿って移動しながら、ナット部材１０３は図１の実線で示される位置と仮想線で示される位置との間で作動ストロークＬ分だけ移動することになる。
【０００４】
上記構成の有限ストロークボールねじ装置はボール１０５、１０５、・・を保持するボール保持穴１０７、１０７、・・を備えた保持器１０６が設けられているから、ねじ軸とナット部材１０３との相対的回転運動により、ボール１０５、１０５、・・がその軌道である螺旋溝１０２、１０４に沿って移動する際、保持器１０６のボール保持穴１０７、１０７、・・に保持された状態で転動する。
【０００５】
上記構成の有限ストロークボールねじ装置は、各ボール１０５が一定の間隔を保たれて相互の接触が防止されて、ボールねじ作動性が良好に保たれ、各ボール１０５、１０５、・・は保持器１０６に形成されたボール保持穴１０７、１０７、・・に保持されているだけであるから、装置の動作時の遠心力でボール１０５、１０５、・・が飛び出すおそれがあった。また、ボール保持器１０６内に保持されている潤滑剤が動作時に飛散したり、各ボール１０５の露出面が大きいため塵埃の付着が大きくナット部材１０３内に多くの塵埃が入り込む等の問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点を除去し、装置の動作時に遠心力によるボールの飛び出しを確実に防止できると共に、ボール保持器内に充填された潤滑剤の飛散が少なく、且つナット部材に入り込む塵埃の量を少なくできる有限ストロークボールねじ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決しようとする手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、外周面に螺旋状のボール転走溝が形成されたねじ軸と、該ねじ軸が貫通する貫通孔を有すると共に該貫通孔の内周面にねじ軸の螺旋状のボール転走溝と対向する螺旋状のボール転走溝が形成されたナット部材と、ねじ軸のボール転走溝とナット部材のボール転走溝との間で転動する複数のボールと、薄肉円筒状に形成されてねじ軸とナット部材との間に介装されると共に一部がナット部材の外側に突出し更にボールの各々が挿入されるボール保持穴を有しボールを所定の間隔で整列させるボール保持器とを具備する有限ストロークボールねじ装置において、ボール保持器はその円筒外周面にナット部材の螺旋状のボール転走溝に対応して複数のボール保持穴が所定間隔で螺旋状に配置形成され、ボール保持穴間に両端にボールが外方に離脱しないように保持摺接する凹球面状の受面を有する間座部が形成され、該間座部のボールの整列方向に対して直角の断面形状が円弧であり、ねじ軸上でのボールのピッチ円直径に対し、ボール保持器の間座部のボールが摺接する凹球面状の受面のピッチ円直径が小さく設定され、凹球面状の受面の半径がボール半径より大きく設定されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の有限ストロークボールねじ装置において、ボールのナット部材のボール転走溝に対する接触角が略４０度に設定され、間座部の半径がボール半径の７４.３％以上に設定されたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１及び２に記載の発明は上記のように、ボール保持器はその円筒外周面にナット部材の螺旋状のボール転走溝に対応して複数のボール保持穴が所定間隔で形成され、ボール保持穴間に両端にボールが外方向に離脱しないように保持摺接する凹球面状の受面を有する間座部が形成されるので、装置作動中の遠心力によるボールの飛び出しを該間座部の受け面で確実に阻止できると共に、装置作動中にボール保持器内に充填されている潤滑油の飛散が少なくなる。また、ねじ軸上でのボールのピッチ円直径に対し、ボール保持器の間座部のボールが摺接する凹球面状の受面のピッチ円直径が小さく設定され、凹球面状の受面の半径がボール半径より大きく設定されているので、ボールが締め付けられ、振動によりボールが遊ぶことなく、騒音の発生がなくなる。
【００１０】
また、間座部のボール受け面が凹球面状となっていることから、ボールの保持器からの露出面積が小さく、付着する塵埃量が少ない。また、ボール保持穴の縁部が鋭利となるから、ボール表面に付着した塵埃もこの鋭利な縁部で効果的に除去できる。従って、ナット部材内に入り込む塵埃の量が少なくなる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の有限ストロークボールねじ装置において、ナット部材の端部にシール部材を設け、該シール部材のリップ部が間座部及びボールの表面に滑らかに接するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は上記のように、ナット部材の端部にリップ部が間座部及びボールの表面に滑らかに接するシール部材を設けたので、ボールがナット部材内に入る際に塵埃を効果的に除去することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図２は本発明に係る有限ストロークボールねじ装置の構造例を示す縦断面図、図３はボールを保持する保持器の構造を示す外観斜視図である。本有限ストロークボールねじ装置は、ねじ軸１０とナット部材２０を具備する。ねじ軸１０及びナット部材２０は、通常は金属を素材として形成される。ねじ軸１０の外周面に螺旋状のボール転走溝１１が形成され、ナット部材２０には該ねじ軸１０が貫通する貫通孔２１が形成されると共に、該貫通孔２１の内周面には前記ボール転走溝１１に対向する螺旋状のボール転走溝２２が形成されている。
【００１６】
ねじ軸１０とナット部材２０との間には、一部がナット部材２０の外側に突出するボール保持器４０が介装されている。該ボール保持器４０は、材質として好ましくは合成樹脂が使用され、図３に示すように薄肉の円筒状で、その外周に前記ナット部材２０のボール転走溝２２に対応して半円柱状の突条部４１が形成されている。また、ボール保持器４０には、突条部４１に沿ってねじ軸１０のボール転走溝１１とナット部材２０のボール転走溝２２との間で転動するボール３０の各々が挿入される複数のボール保持穴４２が所定の間隔で配設されている。また、ボール保持穴４２とボール保持穴４２の間は間座部４３となっている。
【００１７】
図４はボール保持器４０の端部を示す図であり、図５は図４のＡ−Ａ断面（ボール保持穴４２の配列方向直角断面）を示す図、図６は図４のＢ−Ｂ断面（ボール保持穴４２の配列方向断面）を示す図である。図示するように突条部４１の先端部は案内突条４４となっており、間座部４３と間座部４３の間にはボール保持穴４２が形成されているから、該間座部４３の両端にはボール３０が摺接する凹球面状のボール受面４３ａを有し、該間座部４３のボール３０の整列方向に対して直角な断面形状は図５に示すように半径Ｒ１の円弧となっている。
【００１８】
また、間座部４３の円弧の半径Ｒ１はボール３０の半径Ｒ３以下（Ｒ１＜Ｒ３）となっている。このようにＲ１＜Ｒ３とすることにより、ボール保持穴４２の縁（図６のＣ、Ｃ部分参照）が鋭利となり、ボール３０の表面に付着した塵埃が効果的に掻き取られる。
【００１９】
ねじ軸１０上でのボール３０のピッチ円直径（理論値）に対し、ボール保持器４０の間座部４３のボールが摺接する凹球面状のボール受面４３ａのピッチ円直径（各凹球面の中心Ｏを通る円の直径）を小さく設定している。これにより、ボール３０が締め付けられ、振動によりボール３０が遊ぶことなく、騒音が発生しない。
【００２０】
また、上記のようにボール保持器４０の突条部４１の先端部が案内突条４４となっていることにより、ボール保持器４０をナット部材２０に嵌め込む作業が容易となる。即ち組立性が良好となる。
【００２１】
また、ボール保持器４０は、ボール３０をボール保持器４０の内側から挿入するので、図６に示すようにボール３０と接触面（凹球面状のボール受面４３ａ）の半径Ｒ２はボール３０の半径Ｒ３より若干大きい（Ｒ３＜Ｒ２）とすると共にボール保持穴４２の開口縁から該接触面まではストレート部４５となっている。このようにＲ３＜Ｒ２とし、ボール保持穴４２の開口縁から該接触面までをストレート部４５とすることにより、ボール保持穴４２の角部では図６のＤに示すように僅かな隙間を有し、適度に潤滑剤を供給すると共に、過剰に潤滑剤が持ち出されることを防止できる。
【００２２】
ボール保持器４０の移動方向に沿うボール３０の列が、ボール保持器４０の軸心に対して図３に示すように緩い螺旋を描いている。このようにボール保持器４０の移動方向に沿うボール３０の列が、緩い螺旋を描いていることにより、負荷容量が常に一定となる。因みに、ボール３０の列をボール保持器４０の軸心と平行にすると、ボール列→非ボール列の繰返しとなり、負荷容量が変動する。
【００２３】
図７は本発明に係る有限ストロークボールねじ装置の構造例を示す縦断面図である。本有限ストロークボールねじ装置が図１の有限ストロークボールねじ装置と相違する点は、ナット部材２０の両端部にシール部材５２を座金５１を介在させてビス５３により取り付けた構成のシール部５０が設けられている点であり、他は同一構造である。シール部材５２は図８にその正面構成を示すように円環状のゴム材等の柔軟性を有する材料からなり、そのリップ部（内周縁部）がボール３０及びボール保持器４０の表面に滑らかに接触するようになっている。
【００２４】
上記のようにナット部材２０の両端部にシール部材５２のリップ部がボール３０及びボール保持器４０の表面に滑らかに接触するシール部５０を設けることにより、ボール３０がナット部材２０内に入る際に塵埃を効果的に除去することができ、防塵性の優れた有限ストロークボールねじ装置となる。
【００２５】
ボール保持器４０の間座部４３の半径Ｒ１は上記のように、ボール３０の半径Ｒ３以下（Ｒ１＜Ｒ３）となるようにするが、その最小限界は、ボール３０の半径Ｒ３の７４．３％とする。その理由を以下に述べる。
【００２６】
ボール保持器４０のボール保持穴４２のボール受面４３ａの半径Ｒ２をボール３０の半径Ｒ３と略同一寸法とすると、またボール保持器４０のボール保持穴４２の配列方向（ボール３０の整列方向）の直角断面での間座部４３の形状がボール３０と同心の円弧形とすると、ボール保持穴４２の開口部は連続した曲線となる。該開口部でのボール保持穴４２の配列方向の曲率を無視すれば前述の開口部の縁部曲線は円弧であり、この範囲ではボール保持穴４２のボール受面４３ａは一様にボール３０と接触する。
【００２７】
従来の一般に用いられている「爪を出す方法のボール保持器」や「台形断面を有するボール保持器」では、接触部が点であったり、角を有するため、部分的な潤滑剤の掻き落しやごみの集積が起こり、ボールを損傷するが、上記のようにボール保持穴４２の開口部の縁部曲線が円弧である場合のボールとの接触では上記のような問題は発生しない。
【００２８】
ボール保持穴４２のボール受面４３ａの円弧範囲としては、ボール３０がボール保持穴４２の配列方向、即ちボール３０の整列方向に転走した際に、ねじ軸１０及びナット部材２０と接する部分を保護する必要があり、ボール３０とボール転走溝１１、２２の接触角を４０°程度とすれば、図９に示すように、概ね９０°の範囲を保護する必要がある。図９の直線Ｅ、Ｆはボール３０の転走により形成される点ｅ、ｆのボール３０上の軌跡で、この位置はボール３０の直径とナット部材２０の内径差及びボール３０の整列方向に直角断面内の間座部４３の半径Ｒ１で決定され、ボール保持穴４２のボール受面４３ａのボール３０への接触範囲を９０°とすると下限は下記の通りとなる。
【００２９】
図１０はボール保持穴４２部分のボール３０の整列方向の直角断面を示す図である。図１０において、２０ａはナット部材２０の内面、３１は中心Ｏを通る線（ナット部材２０の内面２０ａに平行な線）、１０ａはねじ軸１０の外面をそれぞれ示す。ここで、ねじ軸１０の外径φ１＝３２、ナット部材２０の内径φ２＝３５．２、ボール保持器の内径φ３＝３３．７５、ボール３０の直径φ４＝２×Ｒ３＝６．３５とすると、間座部４３の半径Ｒ１は、
Ｒ１≧〔｛Ｒ３／（２）^1/2｝²＋｛（φ２−φ３）／２｝²〕^1/2
Ｒ１≧〔（２．２４５０６４１）²＋（０．７２５）²〕
Ｒ１≧２．３５９２２３９
となり、ボール３０の半径Ｒ３の７４．３％以上となる。即ち、間座部の半径Ｒ１はボール３０の半径Ｒ３以下で且つ該半径の７４.３％以上に設定するとよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上、説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００３１】
請求項１及び２に記載の発明によれば、ボール保持器はその外周面にボールの整列方向に対して直角な断面形状が円弧であるボールが摺接する凹球面状の受け面を有する間座部を有するので、装置作動時の遠心力による飛び出しを該間座部の受け面で確実に阻止できると共に、装置作動時に保持器内に充填されている潤滑剤の飛散が少なくなる。また、ねじ軸上でのボールのピッチ円直径に対し、ボール保持器の間座部のボールが摺接する凹球面状の受け面のピッチ円直径を小さく設定したので、ボールが締め付けられ、振動によりボールが遊ぶことなく、騒音が発生しない。
【００３２】
また、間座部のボール受け面が凹球面状となっていることから、ボールの保持器からの露出面積が小さく、付着する塵埃量が少ない。また、ボール保持穴の縁部が鋭利となるから、ボール表面に付着した塵埃もこの鋭利な縁部で効果的に除去できる。従って、ナット部材内に入り込む塵埃の量が少なくなる。
【００３４】
請求項３に記載の発明によれば、ナット部材の端部にリップ部が間座部及びボールの表面に滑らかに接するシール部材を設けたので、ボールがナット部材内に入る際に塵埃を効果的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の有限ストロークボールねじ装置の構造例を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る有限ストロークボールねじ装置の構造例を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係る有限ストロークボールねじ装置のボール保持器の構造例を示す外観図である。
【図４】図３のボール保持器の端部外観図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】本発明に係る有限ストロークボールねじ装置の構造例を示す縦断面図である。
【図８】図７のシール部の正面図である。
【図９】ボール保持穴部分のボールの整列方向の直角断面を示す図である。
【図１０】ボール保持穴部分のボールの整列方向の直角断面を示す図である。
【符号の説明】
１０ねじ軸
１１ボール転走溝
２０ナット部材
２１貫通孔
２２ボール転走溝
３０ボール
４０ボール保持器
４１突条部
４２ボール保持穴
４３間座部
４４案内突条
４５ストレート部
５０シール部
５１座金
５２シール部材
５３ビス

Claims

外周面に螺旋状のボール転走溝が形成されたねじ軸と、該ねじ軸が貫通する貫通孔を有すると共に該貫通孔の内周面に前記ねじ軸の螺旋状のボール転走溝と対向する螺旋状のボール転走溝が形成されたナット部材と、前記ねじ軸のボール転走溝と前記ナット部材のボール転走溝との間で転動する複数のボールと、薄肉円筒状に形成されて前記ねじ軸とナット部材との間に介装されると共に一部が前記ナット部材の外側に突出し更に前記ボールの各々が挿入されるボール保持穴を有し前記ボールを所定の間隔で整列させるボール保持器とを具備する有限ストロークボールねじ装置において、
前記ボール保持器はその円筒外周面に前記ナット部材の螺旋状のボール転走溝に対応して複数のボール保持穴が所定間隔で螺旋状に配置形成され、前記ボール保持穴間に両端に前記ボールが外方に離脱しないように保持摺接する凹球面状の受面を有する間座部が形成され、該間座部の前記ボールの整列方向に対して直角の断面形状が円弧であり、前記ねじ軸上での前記ボールのピッチ円直径に対し、前記ボール保持器の間座部の前記ボールが摺接する凹球面状の受面のピッチ円直径が小さく設定され、前記凹球面状の受面の半径が前記ボール半径より大きく設定されていることを特徴とする有限ストロークボールねじ装置。
請求項１に記載の有限ストロークボールねじ装置において、前記ボールの前記ナット部材のボール転走溝に対する接触角が略４０度に設定され、前記間座部の半径が前記ボール半径の７４．３％以上に設定されたことを特徴とする有限ストロークボールねじ装置。
請求項１又は２に記載の有限ストロークボールねじ装置において、前記ナット部材の端部にシール部材を設け、該シール部材のリップ部が前記間座部及びボールの表面に滑らかに接するようにしたことを特徴とする有限ストロークボールねじ装置。