JP4953821B2 - ねじ装置 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、ねじ軸とナットとの間に転がり運動可能に転動体を介在させたねじ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ねじ軸とナットとの間に転がり運動可能にボールを介在させたボールねじは、すべり接触するねじに比べて、ナットに対してねじ軸を回転させる際の摩擦係数を低減できるので、工作機械の位置決め機構、送り機構、あるいは自動車のステアリングギヤ等の多様な分野で実用化されている。
【0003】
ボールねじのナットは、ボールの循環方式によりリターンパイプ式、デフレクタ式、エンドキャップ式に分類される。リターンパイプ式のナットは、最も一般的なナットで、ボールの循環にリターンパイプを使用する。リターンパイプによりボールは、ねじ軸よりすくい上げられてリターンパイプの中を通りもとの位置に戻り循環する。デフレクタ式のナットは、コンパクトなナットである。デフレクタによりボールは進行方向を変えられ、ねじ軸の外周面を乗り越えてもとの位置に戻り循環する。エンドキャップ方式のナットは、高速送りに適したナットである。エンドキャップによりボールはねじ軸よりすくい上げられ、ナットの貫通穴を通りもとの位置に戻り循環する。エンドキャップ式のボールねじについては、特許文献1に開示されている。
【特許文献1】
国際公開第WO2003/021133号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、これらのボールねじのナットにおいては、ナットの内部をボールが循環する際に音が発生するという問題がある。従来のボールねじの遮音技術としては、例えばボール間にリテーナを介在させ、ボール同士が接触するのを防止する技術が知られている。
【0005】
ボールを循環させるためにボールの循環経路には、ボールを方向転換させるターン部が設けられる。ボールはターン部の壁面に接触して音を発生する。ボール間にリテーナを介在させただけでは、ボール同士の接触を防止することはできるが、ボールがターン部に接触することにより発生する音を低減させることができず、不十分な遮音対策であった。特にリターンパイプ式のナットでは、ターン部が形成されるリターンパイプが外部に露出するので、露出したリターンパイプから音が発生し易い。またデフレクタ式のナットでも、ターン部が形成されるデフレクタが外部に露出するので、同様の問題を有する。
[0006]
そこで本発明は、ねじ装置の内部から発生する音を遮断することができるねじ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
[0007]
以下、本発明について説明する。本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。
【0008】
上記課題を解決するために請求項1の発明は、外周面に螺旋状の転動体転走溝(1a)が形成されるねじ軸(1)と、内周面に前記ねじ軸(1)の前記転動体転走溝(1a)に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝(2a)が形成されると共に、前記負荷転動体転走溝(2a)と前記ねじ軸(1)の前記転動体転走溝(1a)との間の負荷転動体転走路(10)を転がる転動体(3)を戻す転動体戻し通路(6)が内部に設けられるナット本体(2)と、前記ナット本体(2)の端面に形成される凹部に取り付けられ、前記負荷転動体転走路(10)と前記転動体戻し通路(6)とを接続する方向転換路(5)が形成される循環部材(9)と、前記ナット本体(2)の端面に取り付けられ、前記循環部材(9)が外部に露出しないように前記循環部材(9)を覆って前記循環部材(9)から発生する音を低減すると共に内周面が前記ねじ軸(1)に接触する遮音部材(11)と、前記ねじ軸(1)が貫通する貫通孔(13a)を有し、前記ナット本体(2)に取り付けられる蓋部材(13)と、を備え、前記遮音部材(11)が前記蓋部材(13)と前記ナット本体(2)との間に挟まれることを特徴とする。
[0009]
請求項2の発明は、請求項1に記載のねじ装置において、前記遮音部材(11)は、潤滑剤が含漬される自己潤滑材料からなることを特徴とする。
[0010]
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載のねじ装置において、前記遮音部材(11)は、前記循環部材(9)に接触することを特徴とする。
[0011]
請求項4の発明は、請求項1ないし3いずれかに記載のねじ装置において、前記循環部材(9)が取り付けられた前記ナット本体(2)に前記遮音部材(11)を介して取り付けられ、前記ねじ軸(1)が貫通する貫通孔(13a)を有する蓋部材(13)を備え、前記蓋部材(13)は、エラストマが混合された樹脂からなることを特徴とする。
[0012]
請求項5の発明は、請求項1ないし4いずれかに記載のねじ装置において、前記循環部材(9)は、エラストマが混合された樹脂からなることを特徴とする。
[0013]
請求項6の発明は、請求項1ないし5いずれかに記載のねじ装置において、前記転動体(3)間にはリテーナ(4)が介在され、前記転動体(3)はセラミック製であり、前記ねじ軸(1)には軸線方向に伸びる中空部が形成され、該中空部には振動吸収体(15)としてセラミックス材料が充填されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
請求項1の発明によれば、循環部材及び転動体戻し通路が外部に露出し難い所謂エンドキャップ式のナットを採用し、しかも循環部材を遮音部材で覆うので、循環部材の方向転換路(ターン部)で発生する音を効果的に遮音することができ、低騒音のねじ装置が得られる。また、遮音部材はねじ軸に接触しているので、遮音部材とねじ軸との間に発生する隙間から音が外に漏れることもない。
【0017】
請求項2の発明によれば、遮音部材がねじ軸に接触しても、自己潤滑材料からなる遮音部材がねじ軸に対して滑らかに滑る。
【0018】
請求項3の発明によれば、遮音部材を循環部材と接触させることで、循環部材から発生する音をより低減できる。
【0019】
請求項4の発明によれば、エラストマが混合された樹脂からなる蓋部材が音を吸収するので、ねじ装置から発生する音をより低減することができる。
【0020】
請求項5の発明によれば、転動体が接触する循環部材をエラストマが混合された樹脂で製造することで、転動体と循環部材が接触する際に循環部材から発生する音を低減することができる。
【0021】
請求項6の発明によれば、転動体をセラミック製にすることで、転動体から発生する音を低減することができ、転動体間にリテーナを介在させることで転動体同士の接触を防止でき、またねじ軸にセラミック材料を充填することでねじ軸から発生する音を低減することができる。したがって、より低騒音のねじ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の一実施形態におけるボールねじの斜視図。
【図2】ねじ軸の斜視図。
【図3】ナット本体を示す図(図(A)はナット本体の軸線方向に沿った断面図を示し、図(B)はナット本体の軸線方向から見たナット本体の正面図を示す)。
【図4】ナット本体及び循環部材の斜視図。
【図5】循環部材の詳細図(内周側と外周側を分離した状態)。
【図6】循環部材の詳細図(内周側と外周側を結合した状態)。
【図7】負荷ボール転走路、円弧状の方向転換路及び直線状のボール戻し通路を循環するボールの軌道を示す図(図(A)は負荷ボール転走路を移動するボールの軌道(ねじ軸の軸線方向からみた状態)を示し、図(B)は全体の無限循環路を循環するボールの軌道を示す(ねじ軸の側方からみた状態))。
【図8】ボールの掬い方向を示す図(図(A)はねじ軸の軸線方向から見た状態を示し、図(B)はねじ軸の側方から見た状態を示す。
【図9】遮音部材を示す正面図。
【図10】蓋部材を示す図(図(A)は正面図を示し、図(B)は図(A)のX-X線断面図を示す)。
【図11】遮音部材を設ける場合(プレートあり)と設けない場合(プレートなし)とで、騒音レベルを比較したグラフ。
【図12】蓋部材に標準品(トレカ)を使用した場合と、低騒音材(エラストマが混合された樹脂)を使用した場合とで、騒音レベルを比較したグラフ。
【符号の説明】
【0025】
1a…ボール転走溝(転動体転走溝)
1…ねじ軸
2…ナット本体
2b…端面
2a…負荷ボール転走溝(負荷転動体転走溝)
3…ボール(転動体)
4…リテーナ
5…方向転換路
6…ボール戻し通路
8…凹部
9…循環部材
10…負荷ボール転走路(負荷転動体転走路)
11…遮音部材
13…蓋部材
13a…貫通孔
14…ねじ軸本体
15…振動吸収体
【発明を実施するための最良の形態】
【0026】
図1は、本発明の一実施形態におけるねじ装置としてのボールねじの斜視図を示す。ボールねじは、外周面に螺旋状の転動体転走溝としてのボール転走溝1aが形成されたねじ軸1と、内周面にボール転走溝1aに対向する螺旋状の負荷転動体転走溝としての負荷ボール転走溝2aが形成されるナット本体2とを備える。ねじ軸1のボール転走溝1aとナット本体2の負荷ボール転走溝2aとの間には、転動体として複数のボール3が配列される。ボール3間にはボール3同士の接触を防止するリテーナ4が介在される。
【0027】
ナット本体2をねじ軸1に対して相対的に回転させると、複数のボール3がボール転走溝1aと負荷ボール転走溝2aとの間の負荷ボール転走路10を転がる。負荷ボール転走路10の一端まで転がったボール3は方向転換路5で掬い上げられ、転動体戻し通路としてのボール戻し通路6を経由して元の位置に戻される。
【0028】
ナット本体2の内部には、ナット本体2の軸線と平行に伸びる貫通孔17が形成される。この貫通孔17にパイプ体(図示せず)が挿入され、パイプ体の内部に軸線方向に伸びるボール戻し通路6が形成される。
【0029】
ナット本体2の軸線方向の両端面には、凹部8(図3も参照)が形成され、該凹部8に方向転換路5を構成する循環部材9が取付けられる。方向転換路5は、負荷ボール転走路とボール戻し通路6を接続する円弧状の軌道を有する。循環部材9は、ねじ軸1のボール転走溝1aを転がるボール3を掬い上げ、方向転換路5を通過させた後、ボール戻し通路6へと導く。循環部材9はボルト等の締結手段でナット本体2の端面に結合される。
【0030】
ナット本体2の端面には、循環部材9を覆うと共に内周面の全体がねじ軸1に接触する遮音部材11が取り付けられる。遮音部材11は、ナット本体2の端面2b及び循環部材9に密着する。遮音部材11の外形はナット本体2の外形と略等しい。
【0031】
蓋部材13は、間に遮音部材11を挟んだ状態でナット本体2に取り付けられる。蓋部材13はねじ軸1が貫通する孔を有し、ねじ軸1に接触することがない。蓋部材13と遮音部材11との間の空隙部13cには、異物を除去するために並びにナット本体2の内部から潤滑剤が漏れるのを防止するために、ラビリンスシール又はワイパリング(リング状シール部材)が組み込まれる。
【0032】
この実施形態では、循環部材9及び転動体戻し通路6が外部に露出しない所謂エンドキャップ式のナットを採用しているので、リターンパイプ式のナットやデフレクタ式のナットに比べ、そもそもナット自体から音が発生し難い。しかも循環部材9を遮音部材11で覆うので、循環部材9の方向転換路5で発生する音を効果的に遮音することができる。また遮音部材11はねじ軸1に接触しているので、遮音部材11とねじ軸1との間に発生する隙間から音が外に漏れることもない。
【0033】
以下、ねじ軸1、ナット本体2、循環部材9、遮音部材11、蓋部材13について、順番に詳述する。
【0034】
図2はねじ軸1を示す。ねじ軸1の外周には所定のリードを有する螺旋状のボール転走溝1aが形成される。この実施形態では、許容荷重を増加させ、且つナット本体2の全長を短くするためにボール転走溝1aの条数を2条に設定している。また2条のボール転走溝に合わせて上述の循環部材9及びパイプ体を2つ設けている。勿論ボール転走溝1aの条数は一条、二条、三条等様々に設定することができる。
【0035】
ねじ軸1は、中空部を備えた金属製のねじ軸本体14と、かかる中空部を隙間なく満たす振動吸収体15としてのセラミックス材料とから構成される。振動吸収体15は、粉体、粒状体又は流動体の状態でねじ軸本体14の中空部内に充填され、かかる中空部内で中空部に合致した形状に成形される。
【0036】
本実施形態では、水硬性粉体及び非水硬性粉体を主成分とする水硬性組成物(商品名:ジーマ、住友セメント製)をねじ軸本体14の中空部内に加圧充填し、これを水熱合成することでセラミックス材料からなる振動吸収体15をねじ軸本体14と一体化する。ここで水硬性粉体とは水により硬化する粉体を意味し、例えば、珪酸カルシウム化合物粉体、カルシウムアルミネート化合物粉体、カルシウムフルオロアルミネート化合物粉体、カルシウムサルファアルミネート化合物粉体、カルシウムアルミノフェライト化合物粉体、リン酸カルシウム化合物粉体、半水又は無水石膏粉体、自硬性を有する生石灰粉体、これら粉体の2種類以上の混合物粉体が例示でき、この代表例として、例えば、ポルトランドセメントのような粉体を挙げることができる。
【0037】
また、非水硬性粉体とは、単体では水と接触しても硬化することのない粉体を意味するが、アルカリ性もしくは酸性状態、あるいは高圧蒸気雰囲気において、その成分が溶出し、他の既溶出成分と反応して生成物を形成する粉体も含む。このような非水硬性粉体を添加することによって、成形体の成形時の充填率を高め、得られる成形体の空隙率を減少することが可能になり、成形体の寸法安定率を向上することができる。非水硬性粉体の代表例としては、例えば、水酸化カルシウム粉体、二水石膏粉末、炭酸化カルシウム粉体、スラグ粉末、フライアッシュ、珪石粉末、粘土粉末、シリカフューム粉末等を挙げることができる。
【0038】
このようにねじ軸1にセラミック材料を充填することで、ねじ軸1から発生する音を低減することができる。
【0039】
図3はナット本体2を示す。図3(A)はナット本体2の軸線方向に沿った断面図を示し、図3(B)はナット本体2の軸線方向から見たナット本体2の正面図を示す。ナット本体2の内周面にはねじ軸1のボール転走溝1aに対向する螺旋状の負荷ボール転走溝2aが形成される。またナット本体2には、ナット本体2の軸線方向に伸びる貫通孔17が形成される。貫通孔17は中央部17aが小径に形成され、中央部の両側の両端部17bが中央部17aよりも僅かに大径に形成される。貫通孔17の中央部17aにパイプ体が挿入され、両端部17bに循環部材9が挿入される。ナット本体2の軸線方向の端面には、循環部材9をナット本体2に取付けるための凹部8が形成される。パイプ体及び循環部材9はボール転走溝1aの条数と等しい数(この実施形態では2組)設けられ、2条のボール転走溝1aそれぞれを転がるボール3を循環させる。
【0040】
図4はナット本体2及び循環部材9の斜視図を示す。上述したようにナット本体2の端面2bには凹部8が形成され、凹部8に循環部材9が取り付けられる。
【0041】
図5及び図6は、循環部材9の詳細図を示す。循環部材9は、方向転換路5の中心で内周側20と外周側24とに2分割される。循環部材9の内周側20は、断面半円状の方向転換路5が形成される本体部22と、ナット本体2の端面に取付けられるフランジ部21とを有する。本体部22には、負荷ボール転走路10からボール3を掬い上げる掬上げ部23が形成される。掬い上げ部23は、ねじ軸1のボール転走溝1aに向かって突出していて、これにより掬上げ部23の強度を確保している。掬上げ部23は、螺旋状の負荷ボール転走路10を転がるボール3を接線方向に掬い上げる。
【0042】
循環部材9の外周側24は、断面半円状の方向転換路5が形成される本体部25と、フランジ部26とを有する。循環部材9の内周側20と外周側24を組み合わせることで、断面円形状の方向転換路5が形成される。方向転換路5は円弧状の軌道を有する。掬上げ部23で負荷ボール転走路10の接線方向に救い上げられたボール3は、方向転換路5で方向転換し、円弧状の起動に沿って移動する。方向転換路5の一端5aは無負荷ボール戻し通路6を構成するパイプ体に接続される。
【0043】
図7は螺旋状の負荷ボール転走路10、円弧状の方向転換路5及び直線状のボール戻し通路6を循環するボール3の軌道を示す。図(A)は負荷ボール転走路10を移動するボール3の軌道(ねじ軸1の軸線方向からみた状態)を示し、図(B)は全体の無限循環路を循環するボール3の軌道を示す(ねじ軸1の側方からみた状態)。負荷ボール転走路10でのボール3の軌道は、半径BCD/2の螺旋状になる。ボール戻し通路6でのボール3の軌道は、ねじ軸1の軸線1cに平行な直線になる。方向転換路5でのボール3の軌道は、曲率半径Rの円弧になる。これら負荷ボール転走路10、方向転換路5及び無負荷戻し通
路6の繋ぎ目では、ボール3の軌道の接線方向が連続になっている。これによりこれらの繋ぎが滑らかになる。
【0044】
循環部材9は、エラストマが混合された樹脂からなる。循環部材9は、エラストマのペレットと樹脂例えばナイロンのペレットを配合し、これらを溶融した後、射出成形することで製造される。
【0045】
循環部材9はボール3を掬ったり、ボール3の方向転換をさせたりするので、循環部材9とボール3との接触音が大きくなり易い。ボール3が接触する循環部材9をエラストマが混合された樹脂で製造することで、ボール3と循環部材9が接触する際に循環部材9から発生する音を低減することができる。
【0046】
図8は、ボール3の掬い方向を示す。図8(A)に示されるように、ねじ軸1の軸線方向から見た状態において、ボール3は負荷ボール転走路10の円形状に軌道の接線方向に掬われる。また図8(B)に示されるように、ねじ軸1の側方から見た状態において、ボール3はリード角に一致させた方向に掬われる。
【0047】
図9は遮音部材11を示す。遮音部材11は、薄い円盤状に形成される。ねじ軸1の軸線方向に直交する断面は、真円でない異形の円形状になる。ねじ軸の軸線方向の位置が異なっても同一の断面形状である。遮音部材11には、中心部分にねじ軸1の軸線方向に直交する断面形状に合わせた、真円でない異形の円形状の孔が形成される。これにより遮音部材11の内周とねじ軸1の外周とを接触させることができる。遮音部材11をねじ軸1の軸線方向に移動させると、遮音部材11はねじ軸1に対して回転する。遮音部材11をナット本体2に確実に密着することができるように、遮音部材11には周方向に伸びる長孔12が形成される。この長孔12を蓋部材13をナット本体2取り付けるための取付けねじが貫通する。
【0048】
なおこの実施形態では、遮音部材11の内径をねじ軸1の直角断面形状に一致させ、隙間が無い状態にしているが、音を遮断するという目的が達成できれば、加工上の公差の点から、遮音部材11とねじ軸1との間には僅かな隙間があってもよい。
【0049】
遮音部材11は潤滑剤を含漬した自己潤滑材料からなる。自己潤滑材料には、繊維状の部材に潤滑剤を含漬させたLaCS(THK社の登録商標)、ゴムを加硫するときに潤滑剤を浸み込ませて潤滑剤とゴムとを同時成形した含油ゴム(例えば含油HNBR)、フェルトに潤滑剤を含漬させた含油フェルト等を挙げることができる。遮音部材11とねじ軸1との接触面には、遮音部材11自らが所有する潤滑剤が供給される。また、遮音部材11には音を吸収するために軟らかい材料が使用される。遮音部材11の厚みは、取付けスペースの制約から例えば1.5mm以下に設定される。また、剛性の観点から遮音部材11の厚みは、LaCS及び含油フェルトの場合は1mm以上、含油ゴムの場合は0.3mm以上に設定される。
【0050】
図10は蓋部材13を示す。蓋部材13には、ねじ軸1が貫通する貫通孔13aが形成される。貫通孔13aの内径φdはねじ軸1の外形よりも大きく、蓋部材13とねじ軸1との間には僅かな隙間が空く。蓋部材13は遮音部材11に密着する密着部13bと、シール収容部13cとを有する。ねじ等の結合手段で蓋部材13をナット本体2に結合すると、遮音部材11が蓋部材13とナット本体2との間に挟まれる。
【0051】
蓋部材13は、エラストマが混合された樹脂からなる。蓋部材13は、エラストマのペレットと樹脂例えばナイロンのペレットを配合し、これらを溶融した後、射出成形することで製造される。
【0052】
エラストマが混合された樹脂からなる蓋部材13が、音を吸収するので、ボールねじから発生する音を低減することができる。
【0053】
またボール3をセラミック製にすることで、ボール3から発生する音を低減することができ、ボール3間にリテーナ4を介在させることでボール3同士の接触を防止できる。
【0054】
なお本発明は、上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更可能である。遮音部材、蓋部材、循環部材のどれか一つを上記実施形態の構成にすれば、音を低減する効果があるので、残りを従来通りの構成とすることも可能である。転動体にはボールの替わりにローラを用いてもよい。
【0055】
図11は、遮音部材11を設ける場合(プレートあり)と設けない場合(プレートなし)とで、騒音レベルを比較したグラフである。遮音部材11には含油ゴム製のものを用いた。ボールねじの試験装置から1m離れたところで、ボールねじを作動させたときの騒音と、ボールねじを作動させないときの暗騒音とを測定し、これらの測定値から騒音レベルを求めた。遮音部材11を設けることにより、1.6dBA減少できることがわかる。
【0056】
図12は、蓋部材13に標準品(トレカ)を使用した場合と、低騒音材(エラストマが混合された樹脂)を使用した場合とで、騒音レベルを比較したグラフである。このグラフでは、両方の場合で遮音部材は設けられていない。蓋部材13に低騒音材を使用することにより、騒音レベルを3.1dBA減少できることがわかる。
【0057】
本明細書は、2004年10月29日出願の特願2004−316586に基づく。この内容は、すべてここに含めておく。
Claims (6)
- 外周面に螺旋状の転動体転走溝が形成されるねじ軸と、
内周面に前記ねじ軸の前記転動体転走溝に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝が形成されると共に、前記負荷転動体転走溝と前記ねじ軸の前記転動体転走溝との間の負荷転動体転走路を転がる転動体を戻す転動体戻し通路が内部に設けられるナット本体と、
前記ナット本体の端面に形成される凹部に取り付けられ、前記負荷転動体転走路と前記転動体戻し通路とを接続する方向転換路が形成される循環部材と、
前記ナット本体の端面に取り付けられ、前記循環部材が外部に露出しないように前記循環部材を覆って前記循環部材から発生する音を低減すると共に内周面が前記ねじ軸に接触する遮音部材と、
前記ねじ軸が貫通する貫通孔を有し、前記ナット本体に取り付けられる蓋部材と、を備え、
前記遮音部材が前記蓋部材と前記ナット本体との間に挟まれることを特徴とするねじ装置。 - 前記遮音部材は、潤滑剤が含漬される自己潤滑材料からなることを特徴とする請求項1に記載のねじ装置。
- 前記遮音部材は、前記循環部材に接触することを特徴とする請求項1又は2に記載のねじ装置。
- 前記循環部材が取り付けられた前記ナット本体に前記遮音部材を介して取り付けられ、前記ねじ軸が貫通する貫通孔を有する蓋部材を備え、
前記蓋部材は、エラストマが混合された樹脂からなることを特徴とする請求項1ないし3いずれかに記載のねじ装置。 - 前記循環部材は、エラストマが混合された樹脂からなることを特徴とする請求項1ないし4いずれかに記載のねじ装置。
- 前記転動体間にはリテーナが介在され、
前記転動体はセラミック製であり、
前記ねじ軸には軸線方向に伸びる中空部が形成され、該中空部には振動吸収体としてセラミックス材料が充填されていることを特徴とする請求項1ないし5いずれかに記載のねじ装置。
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