JP5499674B2

JP5499674B2 - ボールねじ用リターンチューブ、ボールねじ

Info

Publication number: JP5499674B2
Application number: JP2009281777A
Authority: JP
Inventors: 雅弘信朝; 将人加藤; 淳二水口
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2029-12-11
Also published as: JP2011122688A

Description

この発明は、ボールねじのボール戻し経路を構成するリターンチューブに関する。

ボールねじは、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動する装置である。ボールねじのボール戻し経路としては、組み立てが容易である点から、リターンチューブ方式を採用することが多い。

リターンチューブを有するボールねじの従来例を図４に示す。この図は、ボールねじのリターンチューブ４０が配置されている部分を、ナット１およびねじ軸２の螺旋溝１ａ，２ａ（ボール３の軌道Ｋ）に沿って切断した部分断面図である。ナット１にはリターンチューブ４０の先端を挿入するチューブ取り付け穴１１が形成されている。
リターンチューブ４０の先端の形状は、例えば図５に示すように、チューブ断面円の周方向で半分以上の範囲が、チューブ軸方向に垂直なベースラインＬに沿った端面４１となっていて、それ以外の部分が、ベースラインＬから舌状に突出するタング４２となっている。リターンチューブ４０は、その先端をナット１のチューブ取り付け穴１１に挿入し、タング４２の先端をねじ軸２の螺旋溝２ａ内に配置し、端面４１をチューブ取り付け穴１１の座面１１ａに当てることで取り付けられている。これにより、軌道Ｋ内のボール３は、タング４２に衝突してすくい上げられて、リターンチューブ４０内に導かれる。

下記の特許文献１には、リターンチューブを有するボールねじに関して、騒音を少なくしながら作動性よくボールを循環させるために、タングの先端形状とねじ軸の螺旋溝の形状を工夫することが提案されている。具体的には、図６に示すように、タング４２の先端に突出部４２ｂを設けるとともに、この突出部４２ｂを接触させない逃げ溝２ｂをねじ軸２の螺旋溝２ａに形成している。また、ボールねじの使用中にリターンチューブ４０のタングの幅方向両端（端面との境界部）が、ねじ軸２のねじ溝肩に当たらないようにする逃げ部４３を、応力集中を防止するためにＲ状に形成することも記載されている。
ボールねじの高速回転性を示すパラメータとして、ボールピッチ円径ｄ_m（ｍｍ）と回転速度ｎ（ｍｉｎ^-1）との積で表される「ｄ_mｎ値」がある。上述のように、応力集中を低減するためのＲ状の逃げ部４３を形成することで、このボールねじの限界ｄ_mｎ値を上げることができる。

しかし、Ｒ状の逃げ部４３を設けた場合の限界ｄ_mｎ値は、リターンチューブの材質や厚さ、タングの形状、Ｒ状逃げ部の曲率半径などで変わるため一概には言えないが、ボールねじの許容ｄ_mｎ値に安全率を加味して推測すると１８〜２０万程度となる。すなわち、ｄ_mｎ値が例えば１８〜２０万以上となる高速回転の場合には、逃げ部４３を図７のように深いＵ字状に形成しても、応力集中の緩和が不十分となってタング４２に疲労破壊が生じる恐れがある。
なお、図７において、タング４２の両端のＵ字状の逃げ部４３は、ねじ軸の螺旋溝の溝肩を避けるために、一方が他方より深く形成されている。

特開２００３−２６９５６８号公報

この発明の課題は、ボール戻し経路がリターンチューブで構成されたボールねじにおいて、高速回転の場合でも、リターンチューブ先端のタング幅方向両端への応力集中が回避され、タングに破損が生じないようにすることである。

上記課題を解決するために、この発明は、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじの、前記ボール戻し経路を構成するリターンチューブであり、先端の形状は、チューブ断面円の周方向で半分以上となる範囲が、チューブ軸方向に垂直なベースラインに沿った端面となっていて、それ以外の部分が、ベースラインから舌状に突出するタングとなっており、先端を前記ナットのチューブ取り付け穴に挿入し、タングの先端を前記ねじ軸の螺旋溝内に配置し、前記端面を前記チューブ取り付け穴の前記ナットの内部に形成された座面に当てて取り付けられるリターンチューブにおいて、前記タングの前記ベースラインからの突出長さが、前記ボールの直径より大きく、前記タングの両側面の前記端面との境界部分は円弧面状であり、前記円弧の半径は前記ボールの半径より大きく、前記タングは、突出側に向けて両側面間の寸法が連続的に減少する形状を有し、前記タングの両側面間の寸法の最大値が前記ボールの直径より大きく、前記タングの両側面は、前記端面から滑らかに連続してタングの突出側だけに延びていることを特徴とする。

この発明のボールねじ用リターンチューブは、タングの両側面が前記ベースラインに沿った端面からタングの突出側だけに延びていることから、先端のタングと前記端面との境界に凹部が存在しないため、高速回転の場合でも、ボールがタングに衝突した時のタングの幅方向両端への応力集中が回避される。
また、前記タングのチューブ軸方向のベースラインからの突出長さが、前記ボールの直径より大きいため、ボールねじの使用時に、タングがねじ軸のねじ溝肩に当たらないようにすることができる。

この発明のボールねじは、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじであって、前記ボール戻し経路がリターンチューブで構成され、先端の形状は、チューブ断面円の周方向で半分以上となる範囲が、チューブ軸方向に垂直なベースラインに沿った端面となっていて、それ以外の部分が、ベースラインから舌状に突出するタングとなっており、前記タングの前記ベースラインからの突出長さが、前記ボールの直径より大きく、前記タングの両側面の前記端面との境界部分は円弧面状であり、前記円弧の半径は前記ボールの半径より大きく、前記タングは、突出側に向けて両側面間の寸法が連続的に減少する形状を有し、前記タングの両側面間の寸法の最大値が前記ボールの直径より大きく、前記タングの両側面は、前記端面から滑らかに連続してタングの突出側だけに延びているリターンチューブが、先端を前記ナットのチューブ取り付け穴に挿入し、タングの先端を前記ねじ軸の螺旋溝内に配置し、前記端面を前記チューブ取り付け穴の前記ナットの内部に形成された座面に当てて取り付けられていることを特徴とする。

この発明のボールねじ用リターンチューブによれば、高速回転の場合でも、リターンチューブ先端のタング幅方向両端への応力集中が回避され、タングに破損が生じないようにできる。

この発明の実施形態に相当するリターンチューブの先端部を示す斜視図である。ボールねじに取り付けられた状態の図１のリターンチューブを、ねじ軸の溝直角断面で示した図である。図１のリターンチューブが取り付けられているボールねじの一部（リターンチューブが配置されている部分）を、ナットおよびねじ軸の螺旋溝（ボールの軌道）に沿って切断した部分断面図である。リターンチューブを有するボールねじの従来例を示す図であって、ナットおよびねじ軸の螺旋溝（ボールの軌道）に沿って切断した部分断面図である。リターンチューブの先端部の形状を説明する図である。特許文献１に記載された、リターンチューブのタングの先端形状とねじ軸の螺旋溝の形状を示す図である。リターンチューブのタングの幅方向両端に、深いＵ字状の逃げ部を設けた例を示す斜視図である。

以下、この発明の実施形態について説明する。
図１は、この実施形態のリターンチューブの先端部を示す斜視図であり、先端部側を上に向けた図になっている。図２は、このリターンチューブがボールねじに取り付けられた状態を、ねじ軸の溝直角断面で示している。
図３に示すように、この実施形態のボールねじは、内周面に螺旋溝１ａが形成されたナット１と、外周面に螺旋溝２ａが形成されたねじ軸２と、ナット１の螺旋溝１ａとねじ軸２の螺旋溝２ａで形成される軌道Ｋの間に配置されたボール３と、ボール３を軌道の終点から始点に戻すリターンチューブ４を備えている。軌道Ｋ内をボール３が転動することでナット１がねじ軸２に対して相対移動する。

リターンチューブ４の先端部は、図２に示すように、チューブ軸方向に垂直なベースラインＬに沿った端面４１と、ベースラインＬから舌状に突出するタング４２とからなり、タング４２のベースラインＬからの突出長さが、ボール３の直径の１．４倍程度となっている。また、図１に示すように、このリターンチューブ４は、タング４２の両側面４２ａが端面４１から滑らかに連続してタング４２の突出側だけに延びていて、図７のリターンチューブ４０が有するような逃げ部４３を有さない。

図３に示すように、リターンチューブ４は、先端をナット１のチューブ取り付け穴１１に挿入し、タング４２の先端をねじ軸２の螺旋溝２ａ内に配置し、端面４１をチューブ取り付け穴１１の座面１１ａに当てて取り付けられている。
ナット１のチューブ取り付け穴１１の形状は、リターンチューブ４の先端部の形状に合わせてある。チューブ取り付け穴１１の座面（リターンチューブ４の端面４１を受ける面）１１ａは、リターンチューブ４のタング４２が長い分だけ、従来例（図４）よりも上側に配置されている。

この実施形態のリターンチューブ４と図７のリターンチューブ４０について有限要素法（ＦＥＭ）による応力解析を行った結果、この実施形態のリターンチューブ４は、図７のリターンチューブ４０よりも、先端部（タングとその周辺部）の最大応力値が約４０％低い値となった。よって、この実施形態のリターンチューブ４を有するボールねじは、回転速度が高速の場合でも、タング４２に破損が生じないようにすることができる。

１ナット
１ａ螺旋溝
１１チューブ取り付け穴
１１ａチューブ取り付け穴の座面
２ねじ軸
２ａ螺旋溝
３ボール
４リターンチューブ
４０リターンチューブ
４１端面
４２タング
４２ａタングの側面
４３逃げ部
Ｋ軌道
Ｌチューブ軸方向に垂直なベースライン

Claims

内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじの、前記ボール戻し経路を構成するリターンチューブであり、
先端の形状は、チューブ断面円の周方向で半分以上となる範囲が、チューブ軸方向に垂直なベースラインに沿った端面となっていて、それ以外の部分が、ベースラインから舌状に突出するタングとなっており、先端を前記ナットのチューブ取り付け穴に挿入し、タングの先端を前記ねじ軸の螺旋溝内に配置し、前記端面を前記チューブ取り付け穴の前記ナットの内部に形成された座面に当てて取り付けられるリターンチューブにおいて、
前記タングの前記ベースラインからの突出長さが、前記ボールの直径より大きく、
前記タングの両側面の前記端面との境界部分は円弧面状であり、前記円弧の半径は前記ボールの半径より大きく、
前記タングは、突出側に向けて両側面間の寸法が連続的に減少する形状を有し、
前記タングの両側面間の寸法の最大値が前記ボールの直径より大きく、
前記タングの両側面は、前記端面から滑らかに連続してタングの突出側だけに延びていることを特徴とするボールねじ用リターンチューブ。
内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじであって、
前記ボール戻し経路がリターンチューブで構成され、
先端の形状は、チューブ断面円の周方向で半分以上となる範囲が、チューブ軸方向に垂直なベースラインに沿った端面となっていて、それ以外の部分が、ベースラインから舌状に突出するタングとなっており、前記タングの前記ベースラインからの突出長さが、前記ボールの直径より大きく、前記タングの両側面の前記端面との境界部分は円弧面状であり、前記円弧の半径は前記ボールの半径より大きく、前記タングは、突出側に向けて両側面間の寸法が連続的に減少する形状を有し、前記タングの両側面間の寸法の最大値が前記ボールの直径より大きく、前記タングの両側面は、前記端面から滑らかに連続してタングの突出側だけに延びているリターンチューブが、
先端を前記ナットのチューブ取り付け穴に挿入し、タングの先端を前記ねじ軸の螺旋溝内に配置し、前記端面を前記チューブ取り付け穴の前記ナットの内部に形成された座面に当てて取り付けられていることを特徴とするボールねじ。