JP5141183B2 - ボールスプライン付きボールねじ - Google Patents

Description

この発明は、ボールスプライン付きボールねじに関する。

ボールスプライン付きボールねじとして、ねじみぞおよび軸方向にのびる複数の直線状スプラインみぞが互いに交差するように外周面に形成されたねじ軸と、ねじ軸が通されてねじ軸のねじみぞに対応するねじ用ボール循環路が形成されたねじ用ナットと、ねじ用ナットのねじ用ボール循環路に配設された複数のねじ用ボールと、ねじ軸が通されてねじ軸のスプラインみぞに対応するスプライン用ボール循環路が形成されたスプライン用ナットと、スプライン用ナットのスプライン用ボール循環路に配設された複数のスプライン用ボールとを備えているものが知られている（特許文献１参照）。
特開平６−３００１０６号公報

上記のような従来のボールスプライン付きボールねじでは、ボールスプラインは、負荷容量を確保するために、総ボールとされており、このため、ボールが循環する際に隣り合うボール間の衝突音が大きいという問題があった。

衝突音低減方法として、通常ボールよりも小径のスペーサボールを通常ボールと交互に配置することが知られているが、これを上記のボールスプライン付きボールねじに適用した場合には、負荷容量の低下が大きくなることから、衝突音の低減と負荷容量の確保とを両立させることが課題となっている。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、衝突音の低減と負荷容量の確保とを両立させることができるボールスプライン付きボールねじを提供することにある。

この発明によるボールスプライン付きボールねじは、ねじみぞおよび軸方向にのびる複数の直線状スプラインみぞが互いに交差するように外周面に形成されたねじ軸と、ねじ軸が通されてねじ軸のねじみぞに対応するねじ用ボール循環路が形成されたねじ用ナットと、ねじ用ナットのねじ用ボール循環路に配設された複数のねじ用ボールと、ねじ軸が通されてねじ軸のスプラインみぞに対応するスプライン用ボール循環路が形成されたスプライン用ナットと、スプライン用ナットのスプライン用ボール循環路に配設された複数のスプライン用ボールとを備えているボールスプライン付きボールねじにおいて、複数のスプライン用ボール中に小径のスペーサボールが含まれており、スペーサボールは、ねじみぞのリード長さにほぼ合致するピッチで配置されており、スペーサボールが交差部にあるときには、負荷を受けることができるボールの数は、スペーサボール無しのものと全く同じとなり、スペーサボールが非交差部にあるときには、負荷を受けることができるボールの数は、スペーサボール無しのものより１リード長さに付き１つだけ少なくなることを特徴とするものである。

スペーサボールは、通常ボール（径が２〜５ｍｍ程度）よりも若干（径にして０．１〜０．５ｍｍ程度）小さいものとされる。これにより、トルクによる弾性変形でボールの通路が狭くなった場合でも、スペーサボールと通路との間にすきまが確保されることで、隣り合うボール間の衝突音が緩和される。

ねじみぞとスプラインみぞとが交差しているボールスプライン付きボールねじにおいては、交差部にあるスプライン用ボールは、トルクを負担することができないので、負荷容量には寄与できないものとなっている。衝突音を低減するには、スペーサボールを通常ボールと交互に配置することがベストであるが、このようにすると、スペーサボールがトルクを負荷できないため、負荷容量が大幅に低下してしまう。スペーサボールのピッチがねじみぞのリード長さにちょうど等しい場合、スペーサボールが交差部にあるときには、負荷を受けることができるボールの数は、スペーサボール無しのものと全く同じとなり、スペーサボールが非交差部にあるときには、負荷を受けることができるボールの数は、スペーサボール無しのものより１リード長さに付き１つだけ少なくなる（２つ以上少なくなることはない）。この結果、スペーサボール無しのものを基準にして、負荷容量を確保しつつ、衝突音を低減することができる。スペーサボールのピッチをねじみぞのリード長さにちょうど等しくできない場合、負荷を受けることができるボールの数がスペーサボール無しのものより１リード長さに付き２つ以上少なくなることはないという条件を維持して、スペーサボールのピッチが調整される。

負荷容量重視の場合、スペーサボールのピッチをねじみぞのリード長さにほぼ合致するピッチの整数倍（２倍、３倍、４倍など）のピッチとしてもよい。

この発明のボールスプライン付きボールねじによれば、上記のように、負荷を受けることができるボールの数がスペーサボール無しのものより１リード長さに付き２つ以上少なくなることはなく、これにより、衝突音の低減と負荷容量の確保とを高いレベルで両立させることができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。以下の説明において、図１の左右を左右とする。

図１に示すように、ボールスプライン付きボールねじ(1)は、ねじみぞ(2a)およびスプラインみぞ(2b)が設けられたねじ軸(2)と、ねじ軸(2)が通されてねじ軸(2)のねじみぞ(2a)に対応するねじ用ボール循環路が形成されたねじ用ナット(3)と、ねじ用ナット(3)のねじ用ボール循環路に配設された複数のねじ用ボール(4)と、ねじ軸(2)が通されてねじ軸(2)のスプラインみぞ(2b)に対応するスプライン用ボール循環路が形成されたスプライン用ナット(6)と、スプライン用ナット(6)のスプライン用ボール循環路に配設された複数のスプライン用ボール(7)とを備えている。

ねじ軸(2)は、横断面円形で左右方向にのびる鋼製の中実軸であり、ねじ軸(2)の外周面に、１条のねじみぞ（おねじみぞ）(2a)と、軸方向（左右方向）にのびる複数の直線状スプラインみぞ(2b)が形成されている。ねじみぞ(2a)とスプラインみぞ(2b)とは、互いに交差するように形成されており、これにより、ボールスプライン付きボールねじ(1)の軸方向長さが短いものとされている。

ねじ用ナット(3)およびスプライン用ナット(6)は、それぞれ略円筒状の金属製とされて、ねじ軸(2)の外周に径方向に若干の隙間をあけてはめられている。

ねじ用ボール(4)およびスプライン用ボール(7)は、隣り合うもの同士が接触する総ボールの形態で使用されており、これにより、ねじみぞ(2a)とスプラインみぞ(2b)とが互いに交差するように形成されていることに伴う負荷容量の低下が防止されている。一方、総ボールの形態で使用されていることにより、スプライン用ボール(7)同士が接触することで衝突音が発生し、騒音増加要因となっている。

このボールスプライン付きボールねじ(1)では、以下の構成により、負荷容量と騒音低減とが両立させられている。

すなわち、図２に示すように、複数のスプライン用ボールとして、通常ボール(7)と、これよりも小径のスペーサボール(17)とが使用されており、スペーサボール(17)は、ねじみぞ(2a)のリード長さＬにちょうど等しいピッチで配置されている。

したがって、スペーサボール(17)は、図２（ａ）に示すように、ねじみぞ(2a)とスプラインみぞ(2b)との交差部(2c)とその隣の交差部(2c)との間すなわち１リード長さＬに、１つ存在しており、図２（ｂ）に示すように、あるスペーサボール(17)がちょうど交差部(2c)にあるときには、他のスペーサボール(17)も交差部(2c)にある。図２（ｂ）のように、スペーサボール(17)が交差部(2c)にあるときには、これを通常ボール(7)に置き換えても、交差部(2c)のボール(7)(17)は負荷を受けることができないことから、負荷を受けることができるボールの数は、スペーサボール無しのものと全く同じとなっている。図２（ａ）のように、スペーサボール(17)が交差部(2c)にない（非交差部にある）ときには、負荷を受けることができるボールの数は、スペーサボール無しのものより１リード長さＬに付き１つだけ少なくなくなっている（２つ以上少なくなることはない）。

スペーサボール（小径ボール）(17)を使用した場合の負荷容量と衝突音との関係は、図３に示すようになっており、スペーサボール（小径ボール）(17)の配置間隔を大きくすると、負荷容量が大幅に低下する。上記のように、スペーサボール(17)が交差部(2c)にあるときの負荷容量がスペーサボール無しのものとおなじにすることで、負荷を受けるボールの数については、スペーサボールを交互に配置したもの≫上記構成のもの≧スペーサボール無しのものとすることができ、スペーサボール無しのものを基準にして、負荷容量を確保しつつ、衝突音を低減することができる。

スペーサボール(17)のピッチをねじみぞ(2a)のリード長さＬにちょうど等しくできない場合、負荷を受けることができるボールの数がスペーサボール無しのものより１リード長さに付き２つ以上少なくなることはないという条件を維持して、スペーサボール(17)のピッチが調整される。例えば、図２よりもリード長さＬが短い場合、通常ボール(7)の径（必要に応じてスペーサボール(17)の径も）を小さくしてスペーサボール(17)のピッチをねじみぞ(2a)のリード長さＬにちょうど等しく保つようにしてももちろんよいが、通常ボール(7)およびスペーサボール(17)は、変更せずに同じもの（同じ径のもの）を使用するようにしてもよい。図２よりもねじみぞ(2a)のリード長さＬが長い場合、通常ボール(7)の径（必要に応じてスペーサボール(17)の径も）を大きくしてスペーサボール(17)のピッチをねじみぞ(2a)のリード長さＬにちょうど等しく保つようにすることができ、通常ボール(7)およびスペーサボール(17)を同じもの（同じ径のもの）とする場合には、通常ボール(7)の数を１つ増やすことで、スペーサボール(17)のピッチが大きくされる。

また、ねじみぞ(2a)のリード長さＬが小さくて、１リード長さに３個未満のボール(7)(17)しか入らない場合や、１リード長さに３個以上のボール(7)(17)が入る場合でも、負荷容量を重視したい場合には、スペーサボール(17)のピッチをねじみぞ(2a)のリード長さＬの２倍または３倍以上にほぼ合致させるようにしてもよい。

上記のボールスプライン付きボールねじ(1)は、たとえば、スプライン用ナット(6)を軸方向の一定位置に回転も移動もしないように固定し、ねじ用ナット(3)を軸方向の一定位置において回転はするが移動はしないように支持した状態でアクチュエータとして使用される。この状態で、ねじ用ナット(3)を回転させることにより、ねじ軸(2)がスプライン用ナット(6)を案内にして、回転はせずに、軸方向に直線移動する。このボールスプライン付きボールねじ(1)は、また、ねじ用ナット(3)にモータを接続し、ねじ軸が直進移動する形態で使用されることもある。

図１は、この発明のボールねじ装置の１実施形態を示す縦断面図である。 図２は、図１の要部の拡大図である。 図３は、スペーサボール（小径ボール）を使用したときの負荷容量と衝突音との関係を模式的に示す図である。

符号の説明

(1) ボールスプライン付きボールねじ
(2) ねじ軸
(2a) ねじみぞ
(2b) スプラインみぞ
(3) ねじ用ナット
(4) ねじ用ボール
(6) スプライン用ナット
(7) スプライン用通常ボール
(17) スプライン用スペーサボール

Claims (1)

1. ねじみぞおよび軸方向にのびる複数の直線状スプラインみぞが互いに交差するように外周面に形成されたねじ軸と、ねじ軸が通されてねじ軸のねじみぞに対応するねじ用ボール循環路が形成されたねじ用ナットと、ねじ用ナットのねじ用ボール循環路に配設された複数のねじ用ボールと、ねじ軸が通されてねじ軸のスプラインみぞに対応するスプライン用ボール循環路が形成されたスプライン用ナットと、スプライン用ナットのスプライン用ボール循環路に配設された複数のスプライン用ボールとを備えているボールスプライン付きボールねじにおいて、
   複数のスプライン用ボール中に小径のスペーサボールが含まれており、スペーサボールは、ねじみぞのリード長さにほぼ合致するピッチで配置されており、スペーサボールが交差部にあるときには、負荷を受けることができるボールの数は、スペーサボール無しのものと全く同じとなり、スペーサボールが非交差部にあるときには、負荷を受けることができるボールの数は、スペーサボール無しのものより１リード長さに付き１つだけ少なくなることを特徴とするボールスプライン付きボールねじ。

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