JP5087926B2 - ボールねじ装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種送り装置に用いられるボールねじ、特に工作機械用等の高い負荷容量を要するボールねじに関する。

従来から、工作機械などで用いられるボールねじ装置では、負荷転動路内を転動しつつ移動するボールを無限循環させるために、循環チューブによってボールの戻り通路を形成し、負荷転動路と戻り通路とからボールの無限循環路を形成している場合が多い。しかし、循環チューブによってボールの戻り通路を形成したボールねじ装置では、負荷転動路から戻り通路へボールをすくい上げる際に、循環チューブの端部に形成されたタング部にボールが衝突するため、騒音や振動が発生し易いという問題がある。

この問題を解消するために考案されたボールねじ装置として、例えば特許文献１に記載のものがある。このボールねじ装置は、図３に示すように、ナット２の両端部に一対のエンドデフレクタ６を備えており、このエンドデフレクタ６によって負荷転動路８からすくい上げられたボールを、ナット２に形成された直線状の戻り通路１０に導入することにより、ボールを無限循環させるものである。このボールねじ装置は、ボールが負荷転動路８から戻り通路１０に移動するときに、エンドデフレクタ６によって、ねじ軸の接線方向にボールをすくい上げている。このため、エンドデフレクタ６のボールすくい上げ部において生じるボールの衝突力が低減されており、作動速度の高速化が可能となっているとともに、騒音及び振動の発生が低減されている。
実用新案登録第３０３４０５２号公報

また、ボールねじ装置には、負荷転動路内に装填されるボールに対して予圧を付与する場合が多い。負荷転動路内に装填されるボールに対して予圧を付与する構成としては、図４に示すようなものがある。このボールねじ装置１は、一本のねじ軸４に対して、二つのナット２ａ，２ｂが螺合している。ナット２ａ，２ｂは、ねじ軸４の軸方向に沿って連結されており、ナット２ａとナット２ｂとの対向する端面間には間座１２が介装されている。そして、間座１２によって、負荷転動路内に装填されているボールに対して二点接触予圧を付与している。

しかしながら、特許文献１に記載のボールねじ装置では、ボールを無限循環させる際に、一対のエンドデフレクタ６のうち一方によってボールをすくい上げ、このすくい上げたボールを、戻り通路１０を通じて一対のエンドデフレクタ６のうち他方から負荷転動路８に戻している。このため、ボールねじ装置の負荷容量を向上させるために、負荷転動路８内に装填されるボール数を増加させると、一回路中に装填されるボール数が増加することとなり、ボール同士の競り合いが生じやすくなってしまう。したがって、負荷転動路８内でボールの詰まりが発生しやすくなるため、ボールねじ装置の作動性及び耐久性が低下してしまう。

また、図４に示したボールねじ装置１では、ナット２ａとナット２ｂとの対向する端面間に間座１２を介装することによって、負荷転動路内に装填されているボールに対して二点接触予圧を付与している。このため、四点接触予圧（オーバーサイズ予圧）によって、負荷転動路内に装填されているボールに対して予圧を付与する場合と比較して、連結したナット２ａ，２ｂの軸方向長さが増大してしまい、ボールねじ装置１が大型化してしまう。

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、１回路中の負荷転動路内に装填されるボール数を増加させずに負荷容量を向上させることが可能であり、作動性及び耐久性の向上が可能となるとともに、コンパクト化が可能なボールねじ装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のうち、請求項１に記載した発明は、螺旋状のねじ軸側ボール転動溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸側ボール転動溝に対向するナット側ボール転動溝を内周面に有するナットと、前記両ボール転動溝間に形成される負荷転動路内に転動自在に装填される多数のボールと、を備え、
前記ナットに、一方の端部から前記負荷転動路内を移動する前記ボールを前記ねじ軸の接線方向にすくい上げ、他方の端部から前記すくい上げたボールを前記負荷転動路内へ戻すエンドデフレクタを備えたボールねじ装置であって、
前記ナットを、対向する端面同士が接するように前記ねじ軸の中心軸に沿って複数個連結し、
前記複数個のナットは、それぞれ前記負荷転動路と前記エンドデフレクタとから形成される無限循環路を有し、
前記複数個のナットは、前記連結されるナットの外周面に設けられるキーにより固定されるか、又は、前記連結されるナットにフランジを設け、フランジを合わせて固定され、
前記負荷転動路内に装填される多数のボールに対して四点接触予圧が均等に付与されるように、前記複数個のナットのそれぞれの前記負荷転動路内に前記ボールよりも大径のオーバーサイズボールを配置したことを特徴とするものである。

本発明によると、ボールねじ装置を作動させる際に、負荷転動路内を転動しつつ移動する多数のボールを、エンドデフレクタの一方の端部からねじ軸の接線方向にすくい上げるため、エンドデフレクタのボールすくい上げ部において生じるボールの衝突力が低減される。
また、エンドデフレクタを備えたナットをねじ軸の軸方向に沿って複数個連結しているため、負荷転動路内に装填されるボール数を増やすことなく、ボールねじ装置の負荷容量を向上させることが可能となる。

さらに、複数個のナットを、ナット同士の対向する端面同士が、間座等を介せず直接接するように、ねじ軸の中心軸に沿って連結しても良い。連結した複数個のナットの軸方向長さが増大することがなく、ボールねじ装置のコンパクト化が可能となる。

さらに、連結した複数個のナットの軸方向長さを増大させずに、ボールねじ装置の負荷容量を向上させることが可能となる。
また、請求項２に記載の発明は、複数個のナットを連結した状態でナット側ボール転動溝を加工することにより、一つのナットの負荷転動路内に装填されるボールに対して四点接触予圧を付与する際と同様の方法を用いて、複数個のナットの負荷転動路内に装填されるボールに対して四点接触予圧を付与することが可能となるため、ボールねじ装置の生産性を向上させることが可能となる。

本発明によれば、１回路中の負荷転動路内に装填されるボール数を増加させずにボールねじ装置の負荷容量を向上させることが可能であり、ボールねじ装置の作動性及び耐久性の向上が可能となるとともに、ボールねじ装置のコンパクト化が可能となる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、図１を参照して本発明の実施形態の構成を説明する。なお、図３及び図４と同様の構成については、同一符号を付して説明する。
本実施形態のボールねじ装置は、螺旋状のねじ軸側ボール転動溝を外周面に有するねじ軸と、ねじ軸側ボール転動溝と対向するナット側ボール転動溝を内周面に有するナットと、両ボール転動溝間に形成される負荷転動路内に転動自在に装填される多数のボールとを備えている。

ナットは、図４に示した従来のボールねじ装置と同様に、一方の端部から負荷転動路内を移動するボールをねじ軸の接線方向にすくい上げ、他方の端部からすくい上げたボールを負荷転動路内へ戻すエンドデフレクタを備えている。
そして、ねじ軸に対して相対的にナットが回転することにより、ボールの転動を介してナットが軸方向に移動する構成となっている。

図１に示すように、本実施形態のボールねじ装置１は、一本のねじ軸４に対して、二つのナット２ａ，２ｂが螺合しており、これらのナット２ａ，２ｂは、互いの対向する端面同士が接している状態で、ねじ軸４の軸方向に沿って連結されている。
また、ナット２ａ及びナット２ｂとねじ軸４との間に形成される負荷転動路内のうち少なくとも一方には、ボールよりも大径のオーバーサイズボールが配置されている。オーバーサイズボールは、ナット２ａ，２ｂとねじ軸４との間に形成される各負荷転動路内に装填されている多数のボールに対して、四点接触予圧が均等に付与されるように配置されている。

次に、上記の構成を備えたボールねじ装置１の作用・効果等を説明する。
ねじ軸４に対して相対的にナット２ａ，２ｂが回転することにより、ボールの転動を介してナット２ａ，２ｂが軸方向に移動すると、各負荷転動路内に装填されている多数のボールは、各負荷転動路内を転動しつつ移動する。そして、各負荷転動路内を転動しつつ移動する多数のボールは、エンドデフレクタの一方の端部からねじ軸４の接線方向にすくい上げられて、エンドデフレクタ内を他方の端部へ向かって移動し、エンドデフレクタの他方の端部から各負荷転動路内へ戻る。すなわち、ねじ軸４に対して相対的にナット２ａ，２ｂが回転すると、各負荷転動路内に装填されている多数のボールは、負荷転動路とエンドデフレクタとから形成される無限循環路を無限循環する。

したがって、本実施形態のボールねじ装置１であれば、ねじ軸４に対して相対的にナット２ａ，２ｂが回転することにより、ボールの転動を介してナット２ａ，２ｂが軸方向に移動すると、各負荷転動路内を転動しつつ移動するボールが、エンドデフレクタの一方の端部においてねじ軸４の接線方向にすくい上げられる。このため、エンドデフレクタのボールすくい上げ部において生じるボールの衝突力が低減され、騒音及び振動の発生が低減されるため、ボールねじ装置１の作動速度の高速化が可能となるとともに、ボールねじ装置１の耐久性及び作動性を向上させることが可能となる。

また、二つのナット２ａ，２ｂを、ねじ軸４の軸方向に沿って連結しているため、１回路中の負荷転動路内に装填されるボール数を増やすことなく、ボールねじ装置１の負荷容量を向上させることが可能となる。
さらに、二つのナット２ａ，２ｂを、互いに対向する端面同士が、間座等を介せず直接接している状態で、ねじ軸４の軸方向に沿って連結しているため、これらの連結したナット２ａ，２ｂの軸方向長さが増大することが防止され、ボールねじ装置１のコンパクト化が可能となる。

また、一つのナット２の負荷転動路内に装填される多数のボールに対して、四点接触予圧を付与する際と同様の方法を用いて、連結した二つのナット２ａ，２ｂの各負荷転動路内に装填される多数のボールに対して、四点接触予圧を付与することが可能となるため、ボールねじ装置１の生産性を向上させることが可能となる。
なお、本実施形態のボールねじ装置１では、二つのナット２ａ，２ｂを連結しているものについて説明したが、これに限定されるものではなく、図２に示すように、三つのナット２ａ〜２ｃを連結してもよい。この場合、ボールねじ装置１の負荷容量が更に向上する。また、四つ以上のナットを連結してもよい。

また、本実施形態のボールねじ装置１では、負荷転動路内に装填されている多数のボールに対して四点接触予圧を付与する方法として、負荷転動路内にボールよりも大径のオーバーサイズボールを配置する方法を用いているが、四点接触予圧を付与する方法は、これに限定されるものでない。すなわち、例えば、先にオーバーサイズボールのボール径を決めておき、その後、ねじ軸側ボール転動溝又はナット側ボール転動溝を、ボール径に合わせて加工することにより、負荷転動路内に装填されている多数のボールに対して四点接触予圧を付与する構成としてもよい。また、複数個のナットを連結した状態でナット側ボール転動溝を、ボール径の決定より先に仕上げることにより、複数個のナットの負荷転動路内に装填されるボールに対して四点接触予圧を付与する構成としてもよい。この場合、連結した複数個のナットを一体化した一つのナットとして扱うことが可能となるため、連結した複数個のナットの軸方向長さを増大させずに、ボールねじ装置の負荷容量を向上させることが可能となる。

また、負荷転動路内に装填されている多数のボールに対して付与する予圧は、四点接触予圧に限定されるものではなく、二点接触予圧であってもよい。この場合、連結された複数個のナットの軸方向長さが増大することのない二点接触予圧を付与する方法、例えば、ねじ軸側ボール転動溝とナット側ボール転動溝とのリードに差を生じさせる方法によって、各負荷転動路内に装填されている多数のボールに対して二点接触予圧を付与することが出来る。

また、図５は、２個のナットをフランジなしで位置決めキーにより結合した例である。位置決めキーは、片側のナットにボルト等で固定されている。この固定によれば、ナットの外径を小さくすることが出来る。

また、図６は、２個のナットのフランジを合わせて固定した例である。図６（ａ）はねじ軸方向に対し垂直方向から、図６（ｂ）はねじ軸方向に対し平行方向から、それぞれ見た図である。この固定によれば、ナットを固定するフランジが２個のナットの中央に位置することにより、図１の実施例に比べて、両方のナットの軸方向剛性が均一となり、ナットの転動溝に加わる荷重も均一となるため、より高剛性で長寿命となる。

さらに、図７は、２個のナットのフランジ間に皿ばねを間挿してばね与圧を付与する例である。図７（ａ）はねじ軸方向に対し垂直方向から、図７（ｂ）はねじ軸方向に対し平行方向から、それぞれ見た図である。この固定によれば、２個のナットの微小な転動溝の位相の誤差をばねが吸収するので、個々のボールに掛かる負荷がより均一になり、エンドデフレクタによるボール衝突力の低減効果と合わせて、作動性の良いボールねじとなる。

本発明の実施形態におけるボールねじ装置を示す図である。 本発明の実施形態の変形例におけるボールねじ装置を示す図である。 従来のボールねじ装置に備えられているエンドデフレクタの構成図である。 従来のボールねじ装置を示す図である。 ２個のナットをフランジなしで位置決めキーにより結合した例である。 ２個のナットのフランジを合わせて固定した例である。 ２個のナットのフランジ間に皿ばねを間挿してばね与圧を付与する例である。

符号の説明

１ ボールねじ装置
２ ナット
４ ねじ軸
６ エンドデフレクタ
８ 負荷転動路
１０ 戻り通路
１２ 間座

Claims (2)

1. 螺旋状のねじ軸側ボール転動溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸側ボール転動溝に対向するナット側ボール転動溝を内周面に有するナットと、前記両ボール転動溝間に形成される負荷転動路内に転動自在に装填される多数のボールと、を備え、
   前記ナットに、一方の端部から前記負荷転動路内を移動する前記ボールを前記ねじ軸の接線方向にすくい上げ、他方の端部から前記すくい上げたボールを前記負荷転動路内へ戻すエンドデフレクタを備えたボールねじ装置であって、
   前記ナットを、対向する端面同士が接するように前記ねじ軸の中心軸に沿って複数個連結し、
   前記複数個のナットは、それぞれ前記負荷転動路と前記エンドデフレクタとから形成される無限循環路を有し、
   前記複数個のナットは、前記連結されるナットの外周面に設けられるキーにより固定されるか、又は、前記連結されるナットにフランジを設け、フランジを合わせて固定され、
   前記負荷転動路内に装填される多数のボールに対して四点接触予圧が均等に付与されるように、前記複数個のナットのそれぞれの前記負荷転動路内に前記ボールよりも大径のオーバーサイズボールを配置したことを特徴とするボールねじ装置。
2. 複数個のナットを連結した状態でボール転送溝を加工した請求項１に記載したボールねじ装置を製造するボールねじ製造方法。

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