JP4931779B2 - エンドキャップ式ボールねじ - Google Patents
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従来、エンドキャップ3のボール方向転換溝20は、その最大深さをH、及びボールナット2の肉厚部に設けたボール戻し通路5の孔径をEとしたとき(図14乃至図16参照)、E≧H になるようにボールナット対向面3cに刻設されている。なお、この場合の「最大深さH」とは、ボールナット2のエンドキャップ対向面2cに当接するボールナット対向面3cからの最大溝深さをいう。
ここで、図13は、最大深さHが孔径Eに等しいボール方向転換溝20を、孔径Eと同径のボールエンドミル(以下、「BEM」という。)22を用いて機械加工する場合を示している。詳説すると、BEM中心軌跡21は、ねじ軸1の外周面1bに螺刻されたねじ溝1a(図18参照)、及びボールナット2の内周面2bにねじ溝1aに対向するように螺刻されたねじ溝2aのリード角θと同勾配の直線部21aと、当該直線部21aに連接連続するリード角0°の直線部21bと、当該直線部21bに連接連続する単一円弧部21cとからなる。そして、このBEM中心軌跡21に沿ってBEM22を移動させることにより、ボール方向転換溝20が創成される。
(1)三次元の複雑な形状を有するボール方向転換溝20の機械加工はコスト高になるため、エンドキャップ3の材質を合成樹脂にして低コストで量産可能な射出成形するのが一般的である。
(2)孔径Eはボール4の球径D(図17参照)より大きいが(E>D)、孔径Eと球径Dとの差は小さ過ぎても大き過ぎてもボール4の滑らかな循環を阻害する。このため、実験及び経験からEの値が設定されている。
(3)エンドキャップ3の肉厚T(図12参照)は、最大深さHとの差が大きいほど好ましい。しかし、最大深さHとの差が大き過ぎると、ボールナット2の両エンドキャップ対向面2c,2cにエンドキャップ3のボールナット対向面3c,3cを当接したとき(図17参照)の全長が長くなり過ぎる。また、上述の射出成形の場合は、反りが大きくなる。このため、許容される全長及び反りの程度を考慮して、Tの値が設定されている。
(4)図11及び図12中の符号30は、前記の特許文献1記載の第4図及び第5図と同様に、エンドキャップ3の内周面3bに設けられ且つねじ軸1のねじ溝1a内に遊嵌する突条部を示し(図18参照)、その先端30aはボール4の掬上げ部である。また、符号31及び32は、それぞれ、ボール方向転換溝20を後述のボールナット2のボール方向転換溝23に位置決めするため位置決め突起部、及びボールナット2のエンドキャップ対向面2cにエンドキャップ3のボールナット対向面3cを小ねじ(図示せず。)で当接固着するためのねじ挿通孔を示す。
また、このボール方向転換溝に、前記の特許文献2に記載されているように、ボール4がねじ溝1aから離脱を開始して完全に離脱し終えるまでに生じるねじ溝2aとの干渉を避けるための逃げ部を設ける必要がある。さらに、ボール4とボールナット2のエンドキャップ対向面2cとの干渉を避けるための逃げ部を設ける必要もある。
そして、図17に示すように、ボール方向転換溝20とボール方向転換溝23とが相俟って、対向する両ねじ溝1a(図示せず。),2aとボール戻し通路5とを連通させるボール方向転換路が構成される。
なお、図14及び図15中の符号33,34及び35は、それぞれ、エンドキャップ3に設けた位置決め突起部31の嵌合孔、エンドキャップ3のボールナット対向面3cをボールナット2のエンドキャップ対向面2cに当接固着するためのねじ孔、及びボールねじのボールナット2をナットハウジング(図示せず。)に取付けるためのねじ挿通孔を示す。
特許文献3に記載のエンドキャップ301,302及びボールナット101は、上述の形態と異なっている。詳説すると、ボールナット101の両端面に、それぞれ、凸部111〜114によって挟まれた凹部115〜118が形成されている。これらの凹部115〜118に、ボール戻り通路106〜109が開口すると共にボール方向転換溝126が形成されている。また、凹部115〜118に嵌合当接するエンドキャップ301,302の凸部311〜314に、深さが一定でリード角0°のボール方向転換溝303〜310が形成されている。なお、溝深さの値についての記載はないが、幾何学的にボール戻り通路106〜109の孔径と同値と考えられる。
そして、ボール方向転換溝303〜310とボールナット101のボール方向転換溝126とが相俟って、対向するねじ軸201のねじ溝及びボールナット101のねじ溝102〜105、すなわち凹部115〜118を挟む凸部111〜114の両側面119,120の一方の側面(「段部」と記載されている。)120に開口するねじ溝102〜105と、ボール戻し通路106〜109とを連通させるボール方向転換路が構成される。
ボールナット2の材質として、クロムモリブデン鋼、例えばSCM420等の金属材料を用いるのが一般的である。このため、ボール方向転換溝23は、BEM22による機械加工で創成せざるを得ない。しかし、ボール方向転換溝23は、図15及び図16に示したように、三次元の複雑な形状を有している。しかも、ボールナット2の両端面に形成しなければならないから、コスト高になることは避けられない。
また、エンドキャップ式ボールねじ(但し、エンドキャップ3の材質を合成樹脂とする。)の高速化に伴い、図17に模式的に示したように、対向する両ねじ溝1a(図示せず。),2a間から連続して高速排出されたボール4(玉軸受用鋼球( JIS B 1501 )を用いるのが一般的である。)は、ボール方向転換溝20,23からなるボール方向転換路内で、ボール方向転換溝20に衝突した後、蛇行しながら方向転換を繰り返す。このため、
(1)ボール方向転換溝20が損傷し、この損傷部にボール4が食い込んでボール4の詰り現象が生じる蓋然性がある。また、最悪の場合は、損傷部からエンドキャップ3が破損してボール4が飛び出す蓋然性もある。
(2)ボール4がボール方向転換路内を通過する際の方向転換路通過音が増大する。この方向転換路通過音の増大に伴い、ボール(鋼球)4と金属製のボール方向転換溝7との金属擦過音、すなわち耳障りな音質が顕著になる。
なお、エンドキャップ3の材質を金属材料とした場合、損傷部が破損する蓋然性は低くなるが、金属衝突音が増大すると共に金属摩過音、すなわち耳障りな音質が顕著になる。
対向するねじ軸201のねじ溝及びボールナット101のねじ溝102〜105、すなわち凹部115〜118を挟む凸部111〜114の両側面119,120の一方の側面120に開口するねじ溝102〜105間から連続して高速排出されたボール(鋼球)110は、深さが一定のボール方向転換溝303〜310内でリード角θ(説明の便宜上「θ」と表記する。)の方向からリード角0°の方向に急転換する。そして、ボール方向転換溝303〜310の円弧部とボールナット101のボール方向転換溝126とによって、ボール110はボール戻り通路106〜109内に送出される。
このため、ボール110は、滑らかに方向転換しにくい。また、エンドキャップ301,302の材質を合成樹脂とした場合、ボール110の詰り現象やボール方向転換溝303〜310が破損する蓋然性は、一般的な形態と比べて極めて高くなる。
また、高速化に伴うエンドキャップのボール方向転換溝の損傷を軽減することができるエンドキャップ式ボールねじを提供することを目的としている。
さらに、高速化に伴う方向転換路通過音を低減するとともに、耳障りな音質でないエンドキャップ式ボールねじを提供することを目的としている。
図1及び図2に示すように、ボールナット2の両端面に、それぞれ、ボール戻り通路5が開口する凹部6と、この凹部6を挟む両側面7a,7bの一方の側面7aにねじ溝2aが開口する凸部7が対称の位置に形成されている(一方の端面のみを示し、他方の端面の図示は省略する。)。
また、図3乃至図5に示すように、エンドキャップ3のボールナット対向面に、ボールナット2の凹部6に嵌合当接する凸部8と、凸部7に嵌合する凹部9が形成されている。この凸部8に、ボール方向転換溝10が刻設されている。なお、後述の理由から、凹部9の底面9cの凸部8近傍にボール方向転換溝10の一部が形成される。
ボール方向転換溝(ボール方向転換路)10は、その最大深さをH、及びボール戻り通路5の孔径をEとしたとき、E<H<2E になるように凸部8に形成されている。なお、この場合の「最大深さH」とは、凹部6のエンドキャップ凸部対向面(ボール戻り通路5の開口面)6cに当接するボールナット凹部対向面8cからの最大溝深さをいう。
ここで、上述の E<H<2E になるようにした理由を説明する。ボールナット2の両端面に従来のようなボール方向転換溝を設けないようにするためには、少なくとも E<H であることが必要である。次に、図5及び図8に示すように、対向するねじ軸1のねじ溝1a(図示せず。)、及びボールナット2のねじ溝2a(凸部7の側面7aに開口するねじ溝2a)間から排出されたボール4は、ボール方向転換溝10の直線部、すなわち対向する両ねじ溝1a,2aのリード角θと同勾配の直線部内に進入した後、方向転換をしてボールナット2の肉厚部の所定の位置に設けられたボール戻り通路5内に送出されなければならない。一方、ボールナット2の外径(符号を付さず。)及びエンドキャップ3の肉厚Tは、従来のものと同様に、予めその値が定められている。そうすると、幾何学的に H<2E であることが必要となる。
図5は、BEM12を用いて機械加工する場合を示している。このBEM12は、図13に示したBEM22とは異なり、その球径がボール戻り通路5の孔径Eと同径であり、かつ、シャンク径Sがボール4の球径Dより小さい、すなわち E>D>S になるような形状を有している。このような形状にした理由は、BEM22を用いた場合、ボール方向転換溝10の容積が過大になり、このボール方向転換溝10内にボール4が堆積してボール4の詰り現象が生じるからである。
また、ボールエンドミル12の中心軌跡11は、対向する両ねじ溝1a,2aのリード角θと同勾配の直線部11aと、この直線部11aに連接連続する半径Rの単一円弧部11bとからなるようにしている。
次に、加工順序は、螺旋状のボールピッチ円径(「ボール中心円径」ともいう。)上に位置するようにしたBEM12の中心を、BEM12の球部が凸部8の側面8aに接するまで所定の角度だけ移動させる(図示せず。)。その後、球部が側面8aに接したときのBEM12の中心を始点として、中心軌跡11に沿ってBEM12を移動させることにより、ボール方向転換溝10が創成される。この加工の際、凹部9の底面9cの凸部8近傍、すなわち側面8a近傍にボール方向転換溝10の一部が形成される。
なお、エンドキャップ式ボールねじの高速化に対応するため、ボール掬上げ部30aは、半径0.2〜0.4mmのR形状としている(図3参照)。
(1)ボール4を包摂して滑らかに方向転換をすることができるから、方向転換路通過音は従来のものより低減する。また、ボール(鋼球)4と合成樹脂製のボール方向転換溝(ボール方向転換路)6との擦過音のみとなるから、従来の金属擦過音、すなわち耳障りな音質(段落0009参照)が解消される。
(2)三次元の複雑な形状を有するボール方向転換溝6の機械加工は、コスト高になる。しかし、エンドキャップ3を、例えば、図3の5−5線に沿った分割体にすれば(図示せず。)、射出成形が可能となる。
ねじ諸元
ねじ軸径 : 20mm,リード : 40mm,条数 : 4
鋼球径 : 3.175mm
両図から、本実施の形態は、従来のものより3〜6dB(A)低くなっていることが分かる。
ボール方向転換溝(ボール方向転換路)13は、第1の実施の形態と同様に、その最大深さHとボール戻り通路5の孔径E(BEM12の球径でもある。)との関係が、E<H<2E になるように凸部8に刻設されている。
第1の実施の形態との差異は、対向する両ねじ溝1a,2aのリード角θと同勾配の直線部14aから半径Rの単一円弧部14eへ徐々に変化する緩和曲線部(円弧部14b,14c及び14d)を挿入したことである。この中心軌跡に沿ってボールエンドミル8を移動させることにより、ボール方向転換溝6が創成される。
そして、このようなボール方向転換溝(ボール方向転換路)13にすることによって、エンドキャップ式ボールねじが高速仕様の場合、対向する両ねじ溝1a,2a間から連続して高速排出されたボール4がボール方向転換溝13に衝突を繰り返す際の衝撃が緩和されるとともに、ボール4は滑らかに方向転換をすることができる。
1a ねじ溝
2 ボールナット
2a ねじ溝
3 エンドキャップ
4 ボール
5 ボール戻り通路
6 ボールナットの凹部
7 ボールナットの凸部
8 エンドキャップの凸部
10 ボール方向転換溝
E ボール戻り通路の孔径
H ボール方向転換溝の最大深さ
θ リード角
Claims (4)
- 外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、内周面に前記ねじ溝に対向するねじ溝を有すると共に肉厚部に軸方向の貫通孔からなるボール戻し通路が形成されたボールナットと、前記対向する両ねじ溝と前記ボール戻し通路とを連通させるボール方向転換溝を有して前記ボールナットの両端面に接合された一対のエンドキャップと、前記対向する両ねじ溝間並びにボール戻し通路及びボール方向転換溝内を転動可能に循環する多数のボールとを具え、前記ボールナットの両端面に、それぞれ、前記ボール戻り通路が開口する凹部と、該凹部を挟む両側面の一方に前記ボールナットのねじ溝が開口する凸部を形成するとともに、前記ボールナットの凹部に嵌合当接する前記エンドキャップの凸部に前記ボール方向転換溝が形成されたエンドキャップ式ボールねじにおいて、
前記ボール方向転換溝が、該ボール方向転換溝の最大深さをH、前記ボール戻し通路の孔径をEとしたとき、E<H<2Eであるとともに、前記ボールを包摂する溝直角断面形状であることを特徴とする、
エンドキャップ式ボールねじ。 - 前記ボール方向転換溝が、前記対向する両ねじ溝のリード角と同勾配の直線部と、該直線部に連接連続する単一円弧部とからなる、請求項1のエンドキャップ式ボールねじ。
- 前記ボール方向転換溝が、前記対向する両ねじ溝のリード角と同勾配の直線部と、該直線部に連接連続する緩和曲線部と、該緩和曲線部に連接連続する単一円弧部とからなる、請求項1のエンドキャップ式ボールねじ。
- 前記エンドキャップの材質が合成樹脂である、請求項1から3のいずれかのエンドキャップ式ボールねじ。
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