JP4927682B2 - 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

本発明は、ボールねじ装置およびボールねじ装置の製造方法に係り、特に、従来技術に比して加工工程の削減と加工コストの低減を図ることのできる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ものである。

一般に、ボールねじ装置は、外周面に所定のリード角から成る螺旋状のボール転走溝が形成されたねじ軸と、ねじ軸が貫通する貫通孔を有するとともに当該貫通孔の内周面にボール転走溝と相対向する螺旋状の負荷転走溝が形成されたナット部材と、ボール転走溝と負荷転走溝とが協働して形成する負荷転走路に対して転動自在に設置される複数のボールと、を有して構成されている。そして、ナット部材には、負荷転走路の両端部に接続する無負荷転走路が形成されており、負荷転走路と無負荷転走路とで構成される無限軌道内を複数のボールが無限循環することによって、ねじ軸の軸方向に沿ったナット部材の相対的な往復回転運動が実現されている（この種のボールねじ装置を開示する先行技術文献として、例えば、下記特許文献１〜３等が存在する）。

このような無限軌道を有するボールねじ装置にあっては、ボールが負荷域である負荷転走路から無負荷域である無負荷転走路へと移行する箇所でボールをスムースに循環させる必要があることから、ナット部材に形成された負荷転走溝の両端部には、緩面加工が施されていた。この緩面加工が施されることによって負荷転走路と無負荷転走路との境界位置での段差が解消され、負荷域と無負荷域との間でのボールのスムースな移行が実現され、案内精度の向上が可能となる。そして、従来の緩面加工は、特殊な緩面カッターを用意するとともに、その製造工程においては緩面加工工程を設けることが必須となっていた。

特開平１１−５１１４５号公報 実開平５−３７１５号公報 国際公開第２００３／０２１１３３号パンフレット

しかしながら、上述した緩面カッターを用いた従来の緩面加工工程は、高い製造コストがかかるとともに長い加工時間を要するものであった。そこで、従来の緩面加工に代わる低コストで加工時間の少ない技術の実現が望まれていた。特に、ボールエンドミルなどの一般的な加工工具を用いて緩面加工を実現できれば、ボールねじ装置のあらゆる型番に対して容易に適用できることから好適である。

本発明は、上述した課題の存在に鑑みて成されたものであって、その目的は、特殊な緩面カッターを用いた従来の緩面加工技術に代わる技術を提案することによって、ボールねじ装置の案内精度を維持しながらも製造コストや加工時間の低減を可能とする新しい緩面加工技術を提供することにある。

本発明に係るボールねじ装置は、外周面に所定のリード角から成る螺旋状のボール転走溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸が貫通する貫通孔を有するとともに当該貫通孔の内周面に前記ボール転走溝と相対向する螺旋状の負荷転走溝が形成されたナット部材と、前記ボール転走溝と前記負荷転走溝とが協働して形成する負荷転走路に対して転動自在に設置される複数のボールと、を有するボールねじ装置であって、前記負荷転走溝の端部形状が、前記負荷転走溝のリード角と同一のリード角を有するとともに、前記負荷転走溝の螺旋方向とは逆方向の螺旋を描く軌道に沿って移動する工具によって加工形成されたものであることを特徴とする。

本発明に係るボールねじ装置において、前記ナット部材は、前記負荷転走路の両端部に接続して前記複数のボールを無限循環させる無負荷転走路を有し、前記ボールが負荷域である前記負荷転走路から無負荷域である前記無負荷転走路へと移行する箇所を点Ａとしたときに、前記負荷転走溝の端部形状は、前記ナット部材の軸方向の外方側から前記点Ａまでの間が、前記負荷転走溝の螺旋方向とは逆方向の螺旋を描く軌道に沿って移動する工具によって加工形成され、前記点Ａに達した以降が、前記負荷転走溝の螺旋軌道の延長線に沿うように前記ナット部材の軸方向の外方側に直線的に移動する工具によって加工形成されたものであることとすることができる。

本発明に係るボールねじ装置の製造方法は、外周面に所定のリード角から成る螺旋状のボール転走溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸が貫通する貫通孔を有するとともに当該貫通孔の内周面に前記ボール転走溝と相対向する螺旋状の負荷転走溝が形成されたナット部材と、前記ボール転走溝と前記負荷転走溝とが協働して形成する負荷転走路に対して転動自在に設置される複数のボールと、を有するボールねじ装置の製造方法であって、前記負荷転走溝のリード角と同一のリード角を有するとともに、前記負荷転走溝の螺旋方向とは逆方向の螺旋を描く軌道に沿って工具を移動させることにより、当該工具にて前記負荷転走溝の端部を加工形成させることを特徴とする。

本発明に係るボールねじ装置の製造方法において、前記ナット部材は、前記負荷転走路の両端部に接続して前記複数のボールを無限循環させる無負荷転走路を有して構成されており、前記ボールが負荷域である前記負荷転走路から無負荷域である前記無負荷転走路へと移行する箇所を点Ａとしたときに、前記ナット部材の軸方向の外方側から前記点Ａまでの間では、前記負荷転走溝の螺旋方向とは逆方向の螺旋を描く軌道に沿って工具を移動させ、前記点Ａに達した後には、前記負荷転走溝の螺旋軌道の延長線に沿うように前記ナット部材の軸方向の外方側に直線的に工具を移動させることにより、前記負荷転走溝の端部を加工形成させることとすることができる。

また、本発明に係るボールねじ装置の製造方法において、前記工具は、ボールエンドミルであることとすることができる。

本発明によれば、ボールエンドミルといった汎用の加工工具を用いて緩面加工を行うことができる。したがって、ボールねじ装置の案内精度を維持しながらも、従来技術に比べて製造コストや加工時間の低減を実現した新たなボールねじ装置およびボールねじ装置の製造方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、本実施形態の説明では、説明の容易化のために、本発明の要部であるナット部材に形成された負荷転走溝の端部近傍の部材のみを図示して説明するが、本発明を適用可能なボールねじ装置のその他の構成部材については、公知のあらゆる形態のものを適用可能であることを付記しておく。

図１は、本実施形態に係るナット部材１０の要部を示す斜視透視図であり、図２は、本実施形態に係るボールねじ装置の製造方法を説明するための図１に対応した図である。

本実施形態に係るナット部材１０は、概略円筒形状にて形成された部材であり、その構成材料には硬度の高い金属材料が採用されている。中央部を貫通して設けられる貫通孔１１は、図示しないねじ軸を導通できるように形成されたものである。貫通孔１１の内周面には、螺旋状の負荷転走溝１２が形成されている。この負荷転走溝１２は、不図示のねじ軸の外周面に所定のリード角を持って形成された螺旋状のボール転走溝と相対向する形状を有して形成されており、これらボール転走溝と負荷転走溝１２とが協働して負荷転走路を形成することとなる。このように形成された負荷転走路に対しては、転動自在な状態で複数のボール（不図示）が設置され、例えば、ねじ軸をその軸線を回転中心として回転運動のみさせると、ナット部材１０はねじ軸の軸線方向に沿って往復運動することとなる。

また、図１に示すナット部材１０は、上記複数のボール（不図示）が無限に循環可能な無限ストロークのボールねじ装置に用いられるものであり、ナット部材１０には、長手方向に貫通して形成される無負荷戻し路１３が形成されている。負荷転走溝１２と無負荷戻し路１３は、図示しない方向転換路によってその両端部を連通連結されており、これにより負荷転走路、無負荷戻し路１３、および一対の方向転換路（不図示）から成る無限循環路が完成している。なお、無限循環路を循環するボールは、負荷転走路内では負荷を受け、無負荷戻し路１３および一対の方向転換路（不図示）から成る無負荷転走路内では無負荷の状態で循環を行うこととなる。

ちなみに、図１にて例示したナット部材１０には、負荷転走溝１２と無負荷戻し路１３とがそれぞれ２条ずつ形成されており、このようなナット部材１０を用いたボールねじ装置は、２条列の無限循環路を有するものである。ただし、本発明を適用可能なボールねじ装置はこのような形態には限られず、あらゆる条数の無限循環路を有することができる。

また、負荷転走溝１２と無負荷戻し路１３とを連通連結する方向転換路の形成方式については、主にエンドキャップを用いた内部循環方式を用いることを想定しているが、外部循環方式やコマ方式といったその他の方式であっても適用可能である。

そして、本実施形態に係るナット部材１０の特徴的な点として、負荷転走溝１２の端部形状およびその製造方法を挙げることができる。すなわち、図１において示すように、本実施形態に係る負荷転走溝１２の端部形状は、符号２１および符号２２にて示される２つの研削加工面にて構成されたものである。そこで、次に、図２を用いることによって、本実施形態に係る負荷転走溝１２の端部形状２１，２２の製造方法について、説明を行う。

図２において、符号αは、負荷転走溝１２を転走するボールの中心点の軌道を描いたものであり、所定のリード角を持った螺旋軌道として表すことができる。符号βは、負荷転走溝１２の螺旋軌道αに続いて形成される不図示の方向転換路の中心点の軌道を描いたものである。螺旋軌道αと軌道βの交点である点Ａは、不図示のボールが負荷域である負荷転走路から無負荷域である無負荷転走路へと移行する箇所を示している。符号γは、方向転換路に続いて形成される無負荷戻し路１３の中心点の軌道を描いたものである。つまり、本実施形態に係るボールねじ装置に設置される複数のボールは、α→β→γ→β→α→・・・といった順で各転走路内を転走することとなる。

そして、負荷転走溝１２の端部形状２１，２２を形成する際には、まず、ナット部材１０の軸方向の外方側から点Ａまでの間において、負荷転走溝１２のリード角と同一のリード角を有するとともに、負荷転走溝１２の螺旋方向とは逆方向の螺旋を描く軌道δに沿って工具を移動させることにより、符号２１で示される領域の端部形状を研削加工する。

次に、工具が点Ａに達すると、負荷転走溝１２の螺旋軌道αの延長線に沿うようにナット部材１０の軸方向の外方側に直線的に延びる軌道εに沿って工具を移動させ、符号２２で示される領域の端部形状を研削加工する。このように、逆螺旋軌道を描く軌道δに沿って点Ａまで工具を移動させ、点Ａに到達した後には螺旋軌道αの接線方向に延びる軌道εに沿って工具を移動・退避させることにより、負荷転走溝１２の端部形状２１，２２が完成するのである。

なお、軌道δに沿って移動する工具の研削加工開始点については、軌道δ上に位置するとともに工具動作時においてナット部材１０と接触しない位置が最も合理的で好適な場所となる。ただし、この研削加工開始点については、工作機械や加工環境、あるいはナット部材１０の形状等に応じて任意の場所に設定することができる。また、軌道εに沿って移動する工具の研削加工終了点についても同様の思想で決定することができ、軌道ε上を移動する動作中の工具がナット部材１０と接触しない位置に来たときに研削加工終了としてもよいし、その他の条件に応じて任意の場所に設定することができる。

また、上述した本実施形態に係るボールねじ装置の製造方法に用いられる工具としては、例えばボールエンドミルが好適であり、かかる製造方法によって、安価で短時間に負荷転走溝１２の端部形状２１，２２を形成することが可能となる。

続いて、図３乃至図３Ｉを用いて、本実施形態に係るボールねじ装置の製造方法によって形成された負荷転走溝１２の端部形状２１，２２の詳細について説明する。ここで、図３は、負荷転走溝１２の端部形状２１，２２とボールとの関係を説明するための図であり、図３Ａ乃至図３Ｉは、図３において矢印Ｂの方向にボールが移動したときの端部形状とボールとの位置関係を示した図であり、負荷転走溝１２に対する垂直方向の断面を示している。なお、図３Ａ乃至図３Ｉでは、ボール３１の外形を一点鎖線にて示しており、その周りに無負荷域となる方向転換路と無負荷戻し路１３との径を仮想線として二点鎖線（以下、符号１３’と記す）にて示しており、工具により加工を受けた端部形状２１，２２の箇所を破線で示している。

図３Ａは、ボール３１が負荷転走溝１２上を転走しており、未だ端部形状２１の位置に到達していない状態を示している。図３Ａの状態からさらにボール３１が転走すると、図３Ａにおけるボール３１の紙面上方、すなわちナット部材１０の軸方向外方側の負荷転走溝１２に、加工を受けた端部形状２１が現れる（図３Ｂ参照）。そして、ボール３１がナット部材１０の軸方向外方側に向けて転走するに従って、さらに加工を受けた端部形状２１の面積が拡大していくこととなる（図３Ｃ乃至図３Ｅ参照）。そして、ボール３１が負荷域と無負荷域との境界点である点Ａに到達したとき、加工を受けた負荷転走溝１２の端部形状は、符号２１の領域から符号２２の領域へと変わるので、ボール３１が接触する転走路は、ついに端部形状２２のみとなる（図３Ｆ）。その後、端部形状２２は、方向転換路の形状と一致するように加工を受けていくので、端部形状２２と方向転換路の径の仮想線１３’とは徐々に近づき（図３Ｇ乃至図３Ｈ）、最後には一致する（図３Ｉ）。このとき、ボール３１は完全に加工を受けた負荷転走溝１２の端部形状２２を抜けて方向転換路内に進入しているが、図３Ａ乃至図３Ｉからも明らかな通り、負荷転走溝１２の端部形状２１，２２による作用効果によって、負荷域から無負荷域へのスムースなボール３１の循環運動が実現されている。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本実施形態に係るナット部材の要部を示す斜視透視図である。 本実施形態に係るボールねじ装置の製造方法を説明するための図１に対応した図である。 負荷転走溝の端部形状とボールとの関係を説明するための図である。 図３において矢印Ｂの方向にボールが移動したときの端部形状とボールとの位置関係を示した図であり、負荷転走溝に対する垂直方向の断面を示している。 図３において矢印Ｂの方向にボールが移動したときの端部形状とボールとの位置関係を示した図であり、負荷転走溝に対する垂直方向の断面を示している。 図３において矢印Ｂの方向にボールが移動したときの端部形状とボールとの位置関係を示した図であり、負荷転走溝に対する垂直方向の断面を示している。 図３において矢印Ｂの方向にボールが移動したときの端部形状とボールとの位置関係を示した図であり、負荷転走溝に対する垂直方向の断面を示している。 図３において矢印Ｂの方向にボールが移動したときの端部形状とボールとの位置関係を示した図であり、負荷転走溝に対する垂直方向の断面を示している。 図３において矢印Ｂの方向にボールが移動したときの端部形状とボールとの位置関係を示した図であり、負荷転走溝に対する垂直方向の断面を示している。 図３において矢印Ｂの方向にボールが移動したときの端部形状とボールとの位置関係を示した図であり、負荷転走溝に対する垂直方向の断面を示している。 図３において矢印Ｂの方向にボールが移動したときの端部形状とボールとの位置関係を示した図であり、負荷転走溝に対する垂直方向の断面を示している。 図３において矢印Ｂの方向にボールが移動したときの端部形状とボールとの位置関係を示した図であり、負荷転走溝に対する垂直方向の断面を示している。

符号の説明

１０ ナット部材、１１ 貫通孔、１２ 負荷転走溝、１３ 無負荷戻し路、１３’ 仮想線、２１，２２ 端部形状、３１ ボール。

Claims (5)

1. 外周面に所定のリード角から成る螺旋状のボール転走溝が形成されたねじ軸と、
   前記ねじ軸が貫通する貫通孔を有するとともに当該貫通孔の内周面に前記ボール転走溝と相対向する螺旋状の負荷転走溝が形成されたナット部材と、
   前記ボール転走溝と前記負荷転走溝とが協働して形成する負荷転走路に対して転動自在に設置される複数のボールと、
   を有するボールねじ装置において、
   前記負荷転走溝の端部形状が、前記負荷転走溝のリード角と同一のリード角を有するとともに、前記負荷転走溝の螺旋方向とは逆方向の螺旋を描く軌道に沿って移動する工具によって加工形成されたものであ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、
   前記ナット部材は、前記負荷転走路の両端部に接続して前記複数のボールを無限循環させる無負荷転走路を有し、
   前記ボールが負荷域である前記負荷転走路から無負荷域である前記無負荷転走路へと移行する箇所を点Ａとしたときに、
   前記負荷転走溝の端部形状は、
   前記ナット部材の軸方向の外方側から前記点Ａまでの間が、前記負荷転走溝の螺旋方向とは逆方向の螺旋を描く軌道に沿って移動する工具によって加工形成され、
   前記点Ａに達した以降が、前記負荷転走溝の螺旋軌道の延長線に沿うように前記ナット部材の軸方向の外方側に直線的に移動する工具によって加工形成されたものであることを特徴とするボールねじ装置。
3. 外周面に所定のリード角から成る螺旋状のボール転走溝が形成されたねじ軸と、
   前記ねじ軸が貫通する貫通孔を有するとともに当該貫通孔の内周面に前記ボール転走溝と相対向する螺旋状の負荷転走溝が形成されたナット部材と、
   前記ボール転走溝と前記負荷転走溝とが協働して形成する負荷転走路に対して転動自在に設置される複数のボールと、
   を有するボールねじ装置の製造方法であって、
   前記負荷転走溝のリード角と同一のリード角を有するとともに、前記負荷転走溝の螺旋方向とは逆方向の螺旋を描く軌道に沿って工具を移動させることにより、当該工具にて前記負荷転走溝の端部を加工形成させることを特徴とするボールねじ装置の製造方法。
4. 請求項３に記載のボールねじ装置の製造方法において、
   前記ナット部材は、前記負荷転走路の両端部に接続して前記複数のボールを無限循環させる無負荷転走路を有して構成されており、
   前記ボールが負荷域である前記負荷転走路から無負荷域である前記無負荷転走路へと移行する箇所を点Ａとしたときに、
   前記ナット部材の軸方向の外方側から前記点Ａまでの間では、前記負荷転走溝の螺旋方向とは逆方向の螺旋を描く軌道に沿って工具を移動させ、前記点Ａに達した後には、前記負荷転走溝の螺旋軌道の延長線に沿うように前記ナット部材の軸方向の外方側に直線的に工具を移動させることにより、前記負荷転走溝の端部を加工形成させることを特徴とするボールねじ装置の製造方法。
5. 請求項３又は４に記載のボールねじ装置の製造方法において、
   前記工具は、ボールエンドミルであ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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