JPH11241755A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ねじ軸回転方式の作動であっても、危険速度域
に達したときのボールナット内でのラジアル荷重の発生
を抑えて、疲れ寿命の低下を伴うことなく高速作動を可
能とすることができるボールねじ装置を提供する。 【解決手段】外周面にボールねじ溝１ａが形成されたね
じ軸１と、このねじ軸１の外周に嵌合し、内周面にねじ
軸１のボールねじ溝１ａに対向するボールねじ溝２ａが
形成されたボールナット２と、ねじ軸１のボールねじ溝
１ａとボールナット２のボールねじ溝２ａとの間に嵌合
挿入された多数のボール３とを備えるボールねじ装置に
おいて、前記ボールナット２に、ねじ軸１のランド部ｂ
に点接触あるいは線接触する回転自在なローラ５を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種機器の送り機
構等に用いられるボールねじ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボールねじ装置は回転運動を直線運動に
変換する機械要素で、外周面にボールねじ溝が形成され
たねじ軸と、このねじ軸の外周に嵌合し、内周面にねじ
軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝が形成された
ボールナットと、ねじ軸のボールねじ溝とボールナット
のボールねじ溝との間に嵌合挿入された多数のボールと
で構成されている。そしてねじ軸とボールナットとの相
対的な螺旋回転動作で回転運動が直線運動に変換され
る。

【０００３】このようなボールねじ装置においては、そ
の作動時にねじ軸のラジアル方向の固有振動数と回転振
動力とが共振現象を起こすような状況のときをいわゆる
危険速度としており、この危険速度に達すると、ねじ軸
が大きく振動し、ボールナット内のラジアル荷重が増大
し、疲れ寿命が低下してしまう。

【０００４】この危険速度に達するときの対策として、
本出願人は特開平７―２９３６５９号に示す技術を提案
している。この技術は、ねじ軸を中空状とし、その中空
穴内に棒状の制振質量体を挿入し、この制振質量体をね
じ軸の中空内に介在する二個以上の保持環で支持するこ
とを基本としている。

【０００５】このボールねじ装置は、ボールナット回転
方式での使用を対象としていて、ボールナットの回転に
伴ってねじ軸に加わる微小振動の振動数が危険速度域と
なった場合に、ねじ軸とこのねじ軸の中空穴内の制振質
量体との干渉でその振動を減衰させて通常の危険速度を
越えるような高速作動を可能にしている。そしてこのよ
うな構造においては、危険速度に達したときのねじ軸の
過大な振動が抑えられるからボールナット内に発生する
ラジアル荷重が抑えられ、このため疲れ寿命の低下を防
止することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ねじ軸を中
空状とし、その中空穴内に制振質量体を挿入した構造で
あると、その構造上、ボールナット回転方式での使用が
可能だけで、ねじ軸回転方式での使用が困難である。

【０００７】本発明はこのような点に着目してなされた
もので、その目的とするところは、ねじ軸回転方式の作
動であっても、危険速度域に達したときのボールナット
内でのラジアル荷重の発生を抑えて、疲れ寿命の低下を
伴うことなく高速作動を可能とすることができるボール
ねじ装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような目的
を達成するために、外周面にボールねじ溝が形成された
ねじ軸と、このねじ軸の外周に嵌合し、内周面にねじ軸
のボールねじ溝に対向するボールねじ溝が形成されたボ
ールナットと、ねじ軸のボールねじ溝とボールナットの
ボールねじ溝との間に嵌合挿入された多数のボールとを
備えるボールねじ装置において、前記ボールナットに、
ねじ軸のランド部に点接触あるいは線接触する回転自在
なローラを設けるようにしたものである。

【０００９】ローラはボールナットの両側に設けること
が好ましく、さらにそのローラはねじ軸の外周に均等的
に配置するようにボールナットの両側に複数ずつ設ける
ことが好ましい。

【００１０】このボールねじ装置がその作動時に危険速
度域に達すると、ねじ軸が振動して撓むが、このねじ軸
がボールナットに設けられたローラにより強固に支持さ
れるため、ボールナット内ではその撓みが抑えられる。
したがってボールナット内のボールはラジアル荷重を受
けずに済み、危険速度域に達してねじ軸が振動する状態
となっても疲れ寿命の低下を伴うことなく使用すること
ができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１にはボールねじ装置をそ
の軸方向の直角方向から見た側面図を、図２にはボール
ねじ装置をその軸方向から見た正面図をそれぞれ示して
ある。

【００１２】このボールねじ装置は、ねじ軸１およびこ
のねじ軸１の外周に回転自在に嵌合したボールナット２
を備えている。ねじ軸１の外周面には螺旋状にボールね
じ溝１ａが形成され、またボールナット２の内周面には
ねじ軸１のボールねじ溝１ａに対向するボールねじ溝２
ａが形成されている。

【００１３】互いに対向したねじ軸１のボールねじ溝１
ａとボールナット２のボールねじ溝２ａとの間には多数
の鋼製のボール３が嵌合挿入され、これらボール３を介
してねじ軸１とボールナット２との相対的な螺旋回転運
動が可能となっている。なお、図には示していないが、
ボールナット２にはその螺旋回転運動時にボール３を無
限循環させるための循環路が設けられている。

【００１４】ボールナット２の両端側の端面には、それ
ぞれ支軸４を介して円筒型のローラ５が三つずつねじ軸
１の外周に均等的に配置するように設けられている。各
ローラ５はねじ軸１におけるボールねじ溝１ａの相互間
のランド部１ｂに強く接触し、この接触でねじ軸１がボ
ールナット２に対して強固に支持されている。

【００１５】すなわち、図３に示すように、ボールナッ
ト２のボールねじ溝２ａとボール３との間のその半径方
向の隙間をａ、ねじ軸１のボールねじ溝１ａとボール３
との間のその半径方向の隙間をｂ、ねじ軸１のランド部
１ｂとローラ５との間の隙間をｃとしたときに、（ａ＋
ｂ）≧（２×ｃ）の関係が常に成り立つように設定され
ている。

【００１６】そして各ローラ５の回転軸線はねじ軸１の
軸線に対して傾斜しており、したがって各ローラ５の周
面はねじ軸１のランド部１ｂに点接触で接触する状態と
なっている。

【００１７】ローラ５を回転自在に支持した各支軸４は
ボールナット２の端面に取り付けられているが、その取
り付けの手段としては、図４（Ａ）に示すようにねじ込
みによる手段、あるいは図４（Ｂ）に示すように圧入に
よる手段等を適宜採用することができる。

【００１８】また、支軸４に対するローラ５の支持手段
としては、図５（Ａ）に示すようにボール軸受構造を用
いる手段、あるいは図５（Ｂ）に示すように円筒ころ軸
受構造を用いる手段、さらには図５（Ｃ）に示すように
滑り軸受構造を用いる手段等を採用することができる。

【００１９】このように構成されたボールねじ装置は、
その作動時にねじ軸１が回転し、このねじ軸１でボール
ナット２がねじ軸１の軸方向に沿う直線運動をする。こ
の作動時に、ボールねじ装置が危険速度域に達するとね
じ軸１が振動して撓むが、ここでねじ軸１はボールナッ
ト２の両端側に設けられた各ローラ５によりボールナッ
ト２に対して強固に支持されており、このためボールナ
ット２内のねじ軸１の部分ではそのローラ５による支持
力で撓みが抑えられる。

【００２０】図６（Ａ）には、本発明におけるボールね
じ装置が危険速度域に達したときのねじ軸１の撓みの状
態を示してあり、ＣＬがねじ軸１の静止時の軸心、Ｌａ
がねじ軸１が撓んだときの軸心である。

【００２１】図６（Ｂ）には、ローラ５を備えていない
ボールねじ装置が危険速度域に達したときのねじ軸１の
撓みの状態を示してあり、ＣＬがねじ軸１の静止時の軸
心、Ｌｂがねじ軸１が撓んだときの軸心である。

【００２２】ローラ５を備えていないボールねじ装置に
おいては、図６（Ｂ）に示すように危険速度域に達した
ときのねじ軸１の撓みはボールナット２の内部の部分を
含む全体に亘って生じる。このため、ボールナット２内
のボール３はねじ軸１の撓みによりボールナット２の中
心からボールナット２の端面に向かって徐々にラジアル
荷重を受けることになり、特にボールナット２の端面の
部分では局所的に過大なラジアル荷重を受ける。

【００２３】これに対し、本発明のボールねじ装置にお
いては、危険速度域に達すると、ねじ軸１が振動して撓
むが、このねじ軸１がボールナット２の両端側に設けら
れた各ローラ５によりボールナット２に対して強固に支
持されているから、図６（Ａ）の軸線Ｌａで示すように
ボールナット２内の部分では撓みが抑えられる。

【００２４】したがって、ボールナット２内のボール３
はラジアル荷重を受けずに済み、危険速度域に達してね
じ軸１が振動する状態でも疲れ寿命を招くことなく使用
することができる。

【００２５】また、ローラ５はねじ軸１のボールねじ溝
１ａを避けたランド部１ｂに接触しているものであり、
したがってねじ軸１の精度や寿命等に影響が及ぶような
ことがない。

【００２６】なお、前記実施形態においては、ローラ５
として円筒型のローラを用いたが、図７に示すように、
周面が内側に円弧状に湾曲する鼓型のローラ５を用いる
ことも可能である。そしてこの場合には、ローラ５の軸
方向をねじ軸１の軸方向に対して傾斜させ、かつ周面の
湾曲の曲率半径を適宜選定することにより、ローラ５の
周面をねじ軸１のランド部１ｂに線接触させることが可
能である。

【００２７】ローラ５の周面とねじ軸１のランド部１ｂ
とが線接触すると、ねじ軸１をより安定して支持するこ
とができるとともに、そのローラ５の周面およびねじ軸
１のランド部１ｂの摩耗を軽減することができる利点が
ある。

【００２８】さらに、鼓型のローラ５を用いる場合、図
８に示すように、ローラ５がねじ軸１のボールねじ溝１
ａを跨ぎ、そのボールねじ溝１ａの両側のランド部１ｂ
にローラ５の周面が線接触するように配置させることも
可能で、この場合においても、ねじ軸１を安定して支持
することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明のボールねじ
装置によれば、ねじ軸回転方式で使用して危険速度域に
達したときに、ボールナット内でのねじ軸の撓みをその
ボールナットに設けたローラで抑えることができ、した
がってボールナット内でのラジアル荷重の発生を抑えて
疲れ寿命の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るボールねじ装置の側
面図。

【図２】そのボールねじ装置の正面図。

【図３】ねじ軸とローラとの間の隙間関係を説明するた
めの図。

【図４】ローラ支持用の支軸の取り付け構造の例を示す
断面図。

【図５】ローラの支持構造の例を示す断面図。

【図６】ボールねじ装置が危険速度域に達したときのね
じ軸の撓みの状態を、ローラを備える本発明のボールね
じ装置とローラを備えないボールねじ装置とで比較して
示す図。

【図７】鼓型のローラを用いた例を示す図。

【図８】ねじ軸のボールねじ溝を跨ぐように、そのねじ
軸に鼓型のローラを接触させた例を示す図。

【符号の説明】

１…ねじ軸 １ａ…ボールねじ溝 １ｂ…ランド部 ２…ボールナット ２ａ…ボールねじ溝 ３…ボール ４…支軸 ５…ローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周面にボールねじ溝が形成されたねじ軸
   と、このねじ軸の外周に嵌合し、内周面にねじ軸のボー
   ルねじ溝に対向するボールねじ溝が形成されたボールナ
   ットと、ねじ軸のボールねじ溝とボールナットのボール
   ねじ溝との間に嵌合挿入された多数のボールとを備える
   ボールねじ装置において、 前記ボールナットに、ねじ軸のランド部に点接触あるい
   は線接触する回転自在なローラを設けたことを特徴とす
   るボールねじ装置。