JPH0669502U - チューブ式ボールねじ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ボールがチューブ舌先部に衝突することな
く、円滑に循環できるリターンチューブを備えた高速回
転仕様のチューブ式ボールねじを開発する。 【構成】 外周にねじ溝１２ａを有し両端を軸受２２で
支持されて回転駆動されるねじ軸１２と、該ねじ軸に外
挿され、内周に前記ねじ軸のねじ溝１２ａに対応するね
じ溝１４ａを有するボールナット１４と、ねじ軸のねじ
溝１２ａとボールナットのねじ溝１４ａとで形成される
ボールナット１４内部の循環路を無限循環する多数のボ
ール１８と、前記ボールナットに設けられ、前記循環路
の終点のボールを循環路の始点に戻すリターンチューブ
１６とからなるチューブ式ボールねじ１０において、リ
ターンチューブ１６を前記ねじ溝のリード角に沿わせて
ボールナット１４に挿入して取り付けた。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、工作機械、精密機器などの運動体、例えば、テーブル、主軸コラ ムなどを案内面に沿って移動させるボールねじに関し、特に無限循環するボール をリターンチューブで外部循環させるチューブ式ボールねじに関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、工作機械のテーブル、コラムなどを案内面に沿って移動させる駆動機 構として、ボールねじが使用されている。図１の概略図に示すように、ボールね じ１０は、外周にねじ溝１２ａを有し、両端を軸受２２で支持されて駆動源（図 示しない）により回転駆動されるねじ軸１２と、このねじ軸１２に外挿され、ね じ軸１２の回転に伴って前後進し、フランジ３２を介して結合されたテーブルな どの運動体３０を案内面（図示しない）に沿って移動させるボールナット１４と から構成されている。ボールナット１４は、後で詳述する図４または図５に示す ように、前記ねじ軸のねじ溝１２ａに対応するねじ溝１４ａを内周に形成し、こ れらのねじ溝１２ａ，１４ａで形成される循環路内に多数の鋼球からなるボール １８を無限循環させている。循環する多数のボール１８がねじ軸１２とボールナ ット１４との間に介在することにより、ねじ軸１２の回転トルクがボールナット １４のスラストに変換され、工作機械の運動体３０を円滑に送り作動する。ボー ルナット１４内部でボール１８を循環させる手段としては、構造が簡単なため保 守が容易で低コストのリターンチューブ５６，５７を使用した外部循環方式が広 く採用されている。

【０００３】 図２は、チューブ式ボールねじの内部機構を示す一部破断斜視図である。図２ の場合、ねじ軸１２が矢印Ｓの方向に回転駆動されると、ボール１８は矢印Ｂの 方向に移動し、ボールナット１４が矢印Ｎの方向に進む。ボール１８は、ボール ナット１４内部の循環路のＰ点からねじ溝１２ａをほぼ１回転半または２回転半 （図２ではほぼ２回転半）回ってから、Ｑ点においてリターンチューブ１６の先 端ですくい上げられ、リターンチューブ１６内を通って、もとのＰ点に戻され、 これをくり返して無限循環する。このリターンチューブ１６をボールナット１４ に取り付ける方法としては、以下に述べる二つの方式が従来行われていた。しか しながら、近年、工作機械の精度が向上して、ボールねじに対する要求仕様も高 くなり、高速回転になってくるに伴って、種々の問題点が生じてきた。

【０００４】 一つは中心すくい方式と呼ばれ、図５に示すような構成を有する。図（Ａ）は ボールねじの軸心を通る水平縦断面図、図（Ｂ）はねじ軸を省略した垂直縦断面 図、図（Ｃ）は図（Ｂ）の矢線で切った横断面図である。ボールナット１４の内 面にねじ溝１４ａが形成され、ねじ軸１２のねじ溝１２ａと接合してボール１８ を循環させる通路を構成する。このように構成された循環路を多数のボール１８ が循環するように、ねじ溝をほぼ１回転半または２回転半回ったところでボール １８を元の位置に戻すためリターンチューブ５６が取り付けられている。リター ンチューブ５６の外側（ねじ溝１４ａ側）先端部５６ａは、図（Ｃ）に示すよう に、ねじ溝１２ａ，１４ａに対してねじ軸１２の軸心を通る水平面Ｌの位置まで 垂直に挿入されている。内側（ねじ溝１２ａ側）の先端部５６ｂ（以下、舌先部 という）はねじ軸１２との干渉をさけるため水平面Ｌより上方に位置する。ボー ルねじ１０の作動中、図（Ａ）のＰ点から右方へ移動してきた多数のボール１８ は、Ｑ点でリターンチューブ５６の舌先部５６ｂ（図（Ｂ），（Ｃ）参照）です くい取られ、リターンチューブ５６の中を通って循環路の始点Ｐに戻される。 しかしながら、舌先部５６ｂは水平面Ｌより上方に位置するため、ねじ溝１２ ａのリード角の進みによりボール１８が舌先部５６ｂの中心を外れて隅部に衝突 し、このため円滑なすくい取りができないという問題があった。さらに、舌先部 ５６ｂがねじ溝１２ａの接線方向に降りてくるので面取り部分が多くシャープエ ッジとなり、ボール１８の衝撃力に弱いという問題があった。

【０００５】 上記の中心すくい方式の欠点を解消するため、図６に示す上すくい方式も採用 されている。図に示されるように、この方式でボールナット１４に取り付けられ ているチューブ５７の外側先端部５７ａは、ねじ軸１２の軸心を通る水平面Ｌよ り上方にずらした位置、すなわち、軸心より角度で２０度前後上がったところに ある。この方式によれば舌先部５７ｂはチューブ外側先端部５７ａとほぼ同じ位 置にあり、ねじ溝のリード角による位相差がなくなり、中心すくい方式の舌先部 ５６ｂにおける偏心およびシャープエッジの問題は解消される。すなわち、リタ ーンチューブ先端において内外ねじ溝のリード角のずれがないので、舌先部５７ ｂの中央にボール１８が進んでくる。しかもリターンチューブ５７の内側先端部 ５７ｂとねじ軸１２との接触範囲が少ないので、舌先部５７ｂの面取りが少なく てすみ、強度を増すことができる。 しかしながら、上すくい方式の場合は、ボール１８の進行方向（軌道円の接線 方向）とリターンチューブ５７の軸方向が一致せず、ボール１８の無理な方向転 換が生じる。このためリターンチューブ５７の入口で回収されるボール１８は、 集中的に舌先部５７ｂに衝突しながら中に入ってくる。したがって舌先部５７ｂ にかかる衝撃荷重が非常に大きくなり、通常のステンレス鋼ではすぐ疲労破壊を 起こす。このため高速回転に対応するには、焼入れ鋼を使用し、熱処理によって 疲労強度を上げることとなり、焼入れ鋼の価格が高く、また熱処理後の歪み取り を要するので、コストアップとなる問題があった。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

したがって、この考案は高速仕様のボールねじとして、ボールがチューブ舌先 部に衝突することなく、円滑に循環できるリターンチューブを備えたチューブ式 ボールねじを低コストで提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記課題は、外周にねじ溝１２ａを有し、両側または片側を軸受２２で支持さ れて回転駆動されるねじ軸１２と、該ねじ軸１２に外挿され、内周に前記ねじ軸 １２のねじ溝１２ａに対応するねじ溝１４ａを有するボールナット１４と、ねじ 軸のねじ溝１２ａとボールナットのねじ溝１４ａとで形成されるボールナット１ ４内部の循環路を無限循環する多数のボール１８と、前記ボールナット１４に設 けられ、前記循環路の終点のボールを循環路の始点に戻すリターンチューブ１６ とからなるチューブ式ボールねじ１０であって、リターンチューブ１６を前記ね じ溝のリード角に沿わせてボールナット１４に挿入して取り付けた本考案のチュ ーブ式ボールねじによって解決できる。

【０００８】

【実施例】

以下、図面に基づいて本考案の実施例を説明する。図１は本考案のボールねじ １０を使用した、工作機械の運動体３０の駆動機構を示す。ボールねじ１０はね じ軸１２とボールナット１４とで構成される。ボールナット１４の内部に多数の 無限循環するボールを含み、リターンチューブ１６で外部循環される。ねじ軸１ ２は外周にねじ溝１２ａを有し、両端を軸受２２によって支持され、ベッド２４ に固定されている。ボールナット１４は取り付けフランジ３２を介して工作機械 の運動体３０（例えばテーブル、主軸コラムなど）に結合されている。なお、図 １に示すボールねじ１０は、２個のボールナット１４を接合してボールとねじ溝 のバックラッシュを除去する方式となっているが、基本的には１個のボールナッ ト１４で機能することができる。したがって、以下の説明は１個のボールナット １４について行う。

【０００９】 図３は、本考案によるリード角傾斜中心すくい方式と呼ばれるリターンチュー ブ取付方式を適用したチューブ式ボールねじを示す。図（Ａ）はボールねじの軸 心を通る水平縦断面図、図（Ｂ）はねじ軸を省略した垂直縦断面図、図（Ｃ）は 図（Ｂ）の矢線で切った横断面図である。本考案のリターンチューブ１６は、ね じ溝１４ａのリード角に沿ってボールナット１４に挿入され、リターンチューブ 先端はねじ軸の軸心を通る水平面Ｌまで挿入されている。この場合、リターンチ ューブ１６の外側先端部１６ａは、軸心を通る水平面Ｌまで挿入されているが、 内側先端部すなわち舌先部１６ｂは図（Ｃ）に見られるようにリード角に沿って 水平面Ｌより上方に位置している。 上記のような取り付け方式で挿入されたリターンチューブ１６を有するボール ねじ１０は、舌先部１６ｂのＲ中心がねじ溝１２ａの中心に一致し、かつボール １８の循環軌道の向きがリターンチューブ１６の中に入るときも緩やかに変えら れる。これにより、ボール１８はリターンチューブ１６の舌先部１６ｂに衝突し なくなり、ボール１８の無限循環が円滑になる。また、衝突による摩擦熱がなく なり、ボールナット１４の発熱が低減できる。さらに、舌先部１６ｂに対するボ ール１８の衝撃荷重がなくなり、従来のような疲労破壊の問題が解消される。し たがって熱処理のため高価な焼入れ鋼を使用する必要がなくなり、通常のステン レス鋼で形成可能になる。この結果、高速回転に対応する信頼性の高いボールね じの実現が低コストで可能になる。 尚、リターンチューブ１６の先端部の挿入位置は、より高速仕様になるほど、 水平面Ｌより角度で数度上がった位置とする方が、ボール１８の高速回転の遠心 力に対応して円滑にリターンチューブ１４にすくい取られる傾向がある。

【００１０】 本考案のリターンチューブ１６は、先端部をねじ軸１２およびボールナット１ ４のねじ溝１２ａ，１４ａのリード角にほぼ沿わせてボールナット１４に挿入す るので、本体部の軸線を基準に両先端部は互いに反対方向を向いている。このた め剛性の高い材料で一体に形成したリターンチューブ１６をボールナット１４の 取り付け孔に挿入するのが困難な場合がある。図４は、本考案の別の実施例で、 分割された部分１７ａ，１７ｂからなるリターンチューブ１６を示す。分割部分 １７ａ，１７ｂを別々にボールナット１４の取り付け孔に挿入した後、分割面を 接合してスリーブなど（図示しない）を外挿して一体化する。これにより、製作 時の取り付け、保守時の着脱が容易なリターンチューブ１６が得られる。

【考案の効果】

以上説明したように、本考案のチューブ式ボールねじは、リターンチューブの ボールナットに対する挿入部をねじ溝のリード角に沿わせて挿入したことにより 、 無限循環するボールがリターンチューブ入口の舌先部に衝突しなくなり、円滑な ボールの循環が可能になる。したがって、高速仕様の要求を満足できるボールね じが得られる。 また、ボールとリターンチューブの衝突によるボールナットの発熱が抑えられ 、 熱による送り機構の歪みがなくなり、工作機械の加工精度への悪影響が解消され る。 さらに、ボールによる舌先部に対する衝撃荷重がなくなり、通常のステンレス 鋼が使用できるので、低コストで信頼性の高い、より高速仕様のボールねじが得 られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】チューブ式ボールねじの実施態様を示す概略図
である。

【図２】チューブ式ボールねじの内部機構を示す一部破
断斜視図である。

【図３】本考案の一実施例の要部を示し、（Ａ）はボー
ルねじの軸心を通る水平縦断面図、（Ｂ）はねじ軸を省
略した垂直縦断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の矢線で切った横
断面図である。

【図４】本考案の別の実施例で、分割された部分からな
るリターンチューブの斜視図である。

【図５】従来の中心すくい方式によるチューブ式ボール
ねじの、図３と同様な断面図である。

【図６】従来の上すくい方式によるチューブ式ボールね
じの、図３と同様な断面図である。

【符号の説明】

１０ チューブ式ボールねじ １２ ねじ軸 １２ａ ねじ溝 １４ ボールナット １４ａ ねじ溝 １６ リターンチューブ １８ ボール ２２ 軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 近藤 孝司 愛知県丹羽郡大口町大字小口字乗船１番地 ヤマザキマザック株式会社工場内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周にねじ溝を有し、両端または片側を
   軸受で支持されて回転駆動されるねじ軸と、該ねじ軸に
   外挿され、内周に前記ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝
   を有するボールナットと、前記ねじ軸のねじ溝と前記ボ
   ールナットのねじ溝とで形成されるボールナット内部の
   循環路を無限循環する多数のボールと、前記ボールナッ
   トに設けられ、前記循環路の終点のボールを循環路の始
   点に戻すリターンチューブとからなるチューブ式ボール
   ねじであって、前記リターンチューブを前記ねじ溝のリ
   ード角に沿わせて前記ボールナットに挿入したことを特
   徴とするチューブ式ボールねじ。
2. 【請求項２】 前記リターンチューブが分割して構成さ
   れた、請求項１に記載のチューブ式ボールねじ。