WO2012081143A1

WO2012081143A1 - ボールねじ装置

Info

Publication number: WO2012081143A1
Application number: PCT/JP2011/004405
Authority: WO
Inventors: 一成宮崎
Original assignee: 日本精工株式会社
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2012-06-21
Also published as: CN102656388A; US20130255420A1; CN102656388B; JP5637218B2; EP2487388A4; EP2487388A1; EP2487388B1; US8746102B2; JPWO2012081143A1

Abstract

　高速運転時においても循環部品の損傷を低減するボールねじ装置を提供する。そのために、循環部品（４０）が、ボール（３０）を螺旋軌道の接線方向に略一致する方向に掬い上げるタング部（４４）を有する一対の脚部（４１，４１）と、該一対の脚部（４１，４１）を接続する本体（４２）とを備え、ボール（３０）の中心軌跡径Ｒｂと、ナット（２０）の内径Ｒｎと、タング部（４４）の反対側の内径Ｒｔとが、Ｒｂ≦Ｒｔ≦Ｒｎを満たす。

Description

ボールねじ装置

　本発明は、例えば工作機械や射出成型機等の各種機械装置に用いられるボールねじ装置に関し、特に、チューブ状の循環部品を備えたボールねじ装置に関する。

　従来のこの種のボールねじ装置としては、特許文献１に記載されたボールねじ装置が開示されている。特許文献１に開示されたボールねじ装置は、ボール（転動体）のスムーズな掬い上げを実現するために、樹脂製の循環部品（図示せず）を２つに分割して、ナットの循環孔に嵌合された循環部品の脚部内の循環経路の中心軸線を両ねじ溝の接線方向及びリード角方向に略一致（螺旋軌道の接線方向と略一致）するように配置されている。

　しかしながら、特許文献１に開示されたボールねじ装置は、循環部品が、ボール循環経路の中心軸線に沿って径方向に２つに分割されているため、ボールを掬い上げるタング部までも分割されてしまい、タング部の強度低下が懸念される。
　そこで、このようなタング部の分割による強度低下を回避するために、特許文献２に記載のボールねじ装置が開示されている。

　図５は、特許文献２に記載された従来のボールねじ装置の循環部品の分割体を示す斜視図であり、（ａ）は、当該分割体を一方の向きから見た斜視図、（ｂ）は（ａ）とは反対側の他方の向きから見た斜視図である。
　図５（ａ），（ｂ）に示すように、特許文献２に開示されたボールねじ装置の循環部品１４０は、ボール循環経路Ｒの経路方向に沿って点対称で二つに分割された２つの分割体１４０ａ，１４０ａから構成されている。すなわち、２つの分割体１４０ａ，１４０ａは、ボール循環経路Ｒを構成する循環溝１４３がそれぞれ形成された分割面Ａ，Ｂ，Ｃで互いに接合されて循環部品１４０を構成している。そして、各分割体１４０ａ，１４０ａは、それぞれ、一対の脚部１４１，１４１と、該一対の脚部１４１，１４１を接続する本体１４２とを備えてなる。

　これら一対の脚部１４１，１４１は、ボールねじ装置のねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とによって形成された螺旋軌道に連通するように、ボールねじ装置のナットの軸線に対して略直交する方向に穿孔された一対の循環孔（図示せず）に嵌合される。そして、分割体１４０ａの一対の脚部１４１，１４１のうちの一方の脚部１４１の先端には、上記螺旋軌道Ｋを転動するボールを上記螺旋軌道の接線方向に略一致する方向に掬い上げるためのタング部１４４が形成されている。また、分割体１４０ａの一対の脚部１４１，１４１のうちの他方の脚部１４１（タング部１４４が設けられていない側の脚部１４１）の先端には、ねじ軸（図示せず）と接触しないように逃げ部１４５が形成されている。

米国特許第２８５１８９７号公報特開２００６－１２５５７８号公報

　しかしながら、特許文献２のボールねじ装置に記載された循環部品は、ボール循環経路Ｒとほぼ直交する面で分割されているため、ナットの内周面における循環部品のボール出入り口付近では、タング部の反対側の分割面がナットから飛び出している。この循環部品の飛び出し部分は、ボールの保持や、ボールが衝突することによるナットの損傷を防ぐためにはある程度許容されるべきものである。しかし、この循環部品の飛び出し量が多いと、ナットのバックアップがないために、ボールねじ装置の高速運転時には、ボールがボール循環経路Ｒ内で千鳥状に配列することによる繰り返し荷重によって、循環部品が損傷するおそれがあった。
　そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、高速運転時においても循環部品の損傷を低減するボールねじ装置を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明のある実施形態のボールねじ装置は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸の上記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を内周面に有して上記ねじ軸に螺合されるナットと、上記両ねじ溝間の螺旋軌道に転動可能に装填された多数のボールと、上記螺旋軌道を転動する上記ボールを、上記ナットの周方向の側面に該ナットの軸線に対して略直交する方向に穿孔された一対の循環孔の内の一方の循環孔から該ナットの外部に導き、他方の循環孔から上記螺旋軌道に戻すボール循環経路を内部に形成すべく上記各循環孔に両端部が嵌合された循環部品とを備え、
　上記循環部品は、両端部に上記ナットの上記循環孔に嵌合されると共に、各先端に上記螺旋軌道を転動する上記ボールを該螺旋軌道の接線方向に略一致する方向に掬い上げるタング部を有する一対の脚部と、該一対の脚部を接続する本体とを備え、
　上記ボールの中心軌跡径Ｒｂと、上記ナットの内径Ｒｎと、上記タング部の反対側の内径Ｒｔとが、下記式（１）を満たす。
　Ｒｂ≦Ｒｔ≦Ｒｎ・・・・・・・・・・・・式（１）
　また、前記タング部の反対側の内径Ｒｔで形成される面は、円弧状（曲面形状）とされてもよい。なお、少なくともボール循環経路側の面が円弧状とされれば、上記面の全面が円弧状とされなくてもよい。

　本発明のある実施形態のボールねじ装置によれば、内径Ｒｔのナットの内径部からの飛び出し量を適正にすることができるので、高速運転時においても循環部品の損傷を低減するボールねじ装置を提供することができる。

ボールねじ装置のある実施形態における平面図である。図１の右側面図である。（ａ）はボールねじ装置のある実施形態における循環部品の分割体を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＺ－Ｚ断面矢視図である。ボールねじ装置のある実施形態におけるナットと循環部品との位置関係を示す断面図である。従来のボールねじ装置の循環部品の分割体を示す斜視図であり、（ａ）は、当該分割体を一方の向きから見た斜視図、（ｂ）は（ａ）とは反対側の他方の向きから見た分割体の斜視図である。

　以下、ボールねじ装置のある実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、ボールねじ装置のある実施形態における平面図である。図２は図１の右側面図である。図３（ａ）はボールねじ装置のある実施形態における循環部品の分割体を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＺ－Ｚ断面矢視図である。図４はボールねじ装置のある実施形態におけるナットと循環部品との位置関係を示す断面図である。

＜ボールねじ装置の構成＞
　図１及び図２に示すように、ボールねじ装置１は、外周面に螺旋状のねじ溝１１を有するねじ軸１０に、内周面にねじ溝１１に対応する螺旋状のねじ溝２１を有するナット２０が嵌合されており、ナット２０のねじ溝２１とねじ軸１０のねじ溝１１とは互いに対向して両者の間に負荷を受ける螺旋軌道Ｋを形成している。

　螺旋軌道Ｋには転動体としての多数のボール３０が転動可能に装填されており、ねじ軸１０又はナット２０の回転により、ナット２０又はねじ軸１０がボール３０の転動を介して軸方向に移動するようになっている。
　ナット２０の周面の一部には、平坦面２０ａが形成されており、該平坦面２０ａには循環部品４０が押え具５０を介して例えば止めねじ６０等によって固定されている。

　循環部品４０は、図３（ａ）に示すように、ボール循環経路Ｒの経路方向に沿って点対称で二つに分割された２つの分割体４０ａ，４０ａから構成されている。すなわち、２つの分割体４０ａ，４０ａは、ボール循環経路Ｒを構成する循環溝４３がそれぞれ形成された分割面Ａ，Ｂ，Ｃで互いに接合されて循環部品４０を構成している。そして、各分割体４０ａ，４０ａは、それぞれ、一対の脚部４１，４１と、該一対の脚部４１，４１を接続する本体４２とを備えてなる。

　これにより、同一形状の２つの分割体４０ａを分割面Ａ，Ｂ，Ｃで接合することで容易に循環部品４０を組み立てることができると共に、分割体４０ａの成形型も一種類で済むためコスト低減を図ることができる。なお、本実施形態では、循環部品４０を２つ配置して２つの循環回路Ｒを形成している。
　一対の脚部４１は、ねじ軸１０の軸方向に互いに離間し、且つねじ軸１０の径方向に互いに離間して配置されており、各脚部４１の先端には、ねじ溝１１，２１間の螺旋軌道を転動するボール３０を螺旋軌道の接線方向に略一致する方向に掬い上げるタング部４４が設けられている。

　これら一対の脚部４１，４１は、図２に示すように、ねじ溝１１，２１間の螺旋軌道Ｋに連通してナット２０の平坦面２０ａに該ナット２０の軸線に対して略直交する方向に穿孔された一対の循環孔２２に嵌合されている。一対の循環孔２２は、その軸心をねじ軸１０の軸線から互いに反対方向に同一寸法離間させて配置されている。なお、分割体４０ａのタング部４４が設けられていない側の脚部４１の先端はねじ軸１０と接触しないように逃げ部４５（図３（ａ）参照）が形成されている。
　そして、この循環部品４０によって、ねじ溝１１，２１間の螺旋軌道Ｋを転動するボール３０を一方の脚部４１から掬い上げてナット２０外部の本体４２内に導き、他方の脚部４１から螺旋軌道Ｋに戻すボールの無限循環軌道を形成している。

　また、循環部品４０内のボール循環経路Ｒは、図２に示すように、一対の脚部４１，４１のうちの一方の脚部４１のタング部４４によって螺旋軌道Ｋから掬い上げたボール３０の進行方向をナット２０の外部側の方向で、且つ循環孔２２の軸線方向に対して略一致又は所定の角度を持った方向に導く第１の湾曲部Ｒ１と、該第１の湾曲部Ｒ１を通過したボール３０を他方の脚部４１の方向へと導く第２の湾曲部Ｒ２と、該第２の湾曲部Ｒ２を通過したボール３０を、本体４２を介して他方の脚部４１の内部へと導く第３の湾曲部Ｒ３と、該第３の湾曲部Ｒ３を通過したボール３０を他方の脚部４１のタング部４４の位置に導く第４の湾曲部Ｒ４とを有している。

　また、循環部品４０は、一対の脚部４１の各タング部４４を避けた位置でボール循環経路Ｒの経路方向に沿って点対称で２つに分割される。具体的には、図３（ａ）に示すように、循環部品４０（分割体４０ａ）の分割面の内の脚部４１を分割する第１の分割面Ａ及び第１の分割面Ｃが、第１の湾曲部Ｒ１及び第４の湾曲部Ｒ４におけるボール循環経路Ｒの中心線を含む平面（各湾曲部においてボール循環経路Ｒの中心線の法線群を含む平面：図２の紙面に沿う面）と略直交するように分割されている。そして、循環部品４０（分割体４０ａ）の分割面の内の本体４２を分割する第２の分割面Ｂが、第２の湾曲部Ｒ２及び第３の湾曲部Ｒ３におけるボール循環経路Ｒの中心線を含む平面（各湾曲部においてボール循環経路Ｒの中心線の法線群を含む平面：図２の紙面に沿う面）と略直交するように分割されている。ここで、「ボール循環経路Ｒの中心線」とは、ボール循環経路Ｒ内でのボール３０の中心の軌跡（図２におけるボール中心軌跡７３）である。

　ここで、図４に示すように、本実施形態のボールねじ装置の循環部品４０は、ボール３０の中心軌跡径Ｒｂと、ナット２０の内径Ｒｎと、タング部４４の反対側の内径Ｒｔとが、下記式（１）を満たす。
　Ｒｂ≦Ｒｔ≦Ｒｎ・・・・・・・・・・・・式（１）
　なお、ボール３０の中心軌跡径Ｒｂとは、ねじ軸１０の回転軸中心Ｓ０からボール循環経路Ｒ内での各ボール３０の中心の軌跡（図２におけるボール中心軌跡７３）までの距離である。また、ナット２０の内径Ｒｎとは、ねじ軸１０の回転軸中心Ｓ０からナット２０の内周面２０ｂ（図２参照）までの距離である。また、タング部４４の反対側の内径Ｒｔとは、ねじ軸１０の回転軸中心Ｓ０から、脚部４１におけるタング部４４と反対側でボール３０を拘束する循環溝４３の曲面状の内面４６（図３（ａ）参照）までの距離である。内面４６は、すなわち、一方の分割体４０ａの脚部４１における循環溝４３において、他方の分割体４０ａのタング部４４に対向する面である。

　ここで、図３（ｂ）に示すように、逃げ部４５の内面（タング部４４の反対側の内径Ｒｔで形成される面）４６の断面形状は、円弧状（曲面形状）とされてもよい。なお、内面４６のうち、少なくともボール循環経路Ｒ側の面が円弧状とされれば、内面４６の全面が円弧状とされなくてもよい。このように、内面４６の断面形状を円弧状とすることにより、内面４６の断面形状が平面とされた場合に比べて、内面４６に角ばった部分がなくなるので、逃げ部４５にボールが衝突したときに応力集中が生じることを防ぐという効果がある。その結果、高速運転時における循環部品の損傷を低減する効果がさらに向上する。

　以下、図２及び図３（ａ），（ｂ）を参照して、本実施形態におけるボール循環経路Ｒ内でのボールの動きについて説明する。なお、図２において、符号７０は一方の脚部のボール掬い上げ位置、７１は他方の脚部のボール掬い上げ位置、７２はボール循環経路Ｒの中間点、７３はボール循環経路Ｒ内でのボール中心軌跡、Ｋは螺旋軌道（負荷圏）でのボール中心軌跡である。ここで、ボール３０が一方の脚部４１側で掬い上げられる場合には、ボール掬い上げ位置７１がボール戻し位置として機能し、ボール３０が他方の脚部４１側で掬い上げられる場合には、ボール掬い上げ位置７０がボール戻し位置として機能する。）以下、ボール３０が一方の脚部４１側で掬い上げられる場合について説明する。

　まず、図２に示すように、循環部品４０内のボール循環経路Ｒにおいて、ボール３０の進行に沿って説明する。ここでは、ねじ軸１０は、図２に示すように、その軸方向からの矢視図で時計方向に回転しているとする。
　負荷圏である螺旋軌道においてねじ溝１１，２１間を転動していたボール３０は、一方の脚部４１のボール掬い上げ位置７０にてタング部４４によって螺旋軌道の略接線方向に掬い上げられて螺旋軌道から外れ、ボール循環経路Ｒ内に進入する。

　ボール掬い上げ位置７０からボール循環経路Ｒに進入したボール３０は、ボール循環経路Ｒ内の第１の湾曲部Ｒ１に沿ってその進行方向を循環孔２２の軸線方向と略同一方向、即ち、循環部品４０の本体４２の方向へと向きを変える。
　第１の湾曲部Ｒ１を通過して循環部品４０の本体４２の方向へ進行するボール３０は、第２の湾曲部Ｒ２によって他方の脚部４１の方向へと向きを変え、その後、循環部品４０の本体４２内のボール循環経路Ｒを通って該ボール循環経路Ｒの中間点７２へと達する。

　ボール循環経路Ｒの中間点７２から第３の湾曲部Ｒ３及び第４の湾曲部Ｒ４、更に他方の脚部４１のボール掬い上げ位置７１へ達するまでの循環経路は、一方のボール掬い上げ位置７０からボール循環経路Ｒの中間点７２までの経路の点対称形状となる。
　このように、上記式（１）を満たすことにより、内径Ｒｔのナットの内径部からの飛び出し量を適正にすることができるので、高速運転時においても循環部品の損傷を低減するボールねじ装置を提供することができる。

　また、ナット２０の循環孔２２は丸孔でもよいが、長円形や楕円形等の幅寸法よりも長さ寸法が大きい穴で、その長手方向がねじ溝１１，２１間の螺旋軌道に略沿った方向であることが好ましい。
　このような循環孔２２とすることで、リードが小さいボールねじ装置や多条のボールねじ装置のように互いに隣り合うねじ溝２１が近接したボールねじ装置でも、循環孔２２が隣接する負荷圏のねじ溝２１に干渉するのを防止することができる。

　なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
　例えば、上記実施の形態では、循環部品４０を、押え具５０を介してナット２０の平坦面２０ａに固定しているが、押え具５０を用いずに循環部品４０をナット２０の平坦面２０ａに止めねじ等によって直接固定してもよい。
　その他、上記実施の形態において例示したねじ溝、ねじ軸、ナット、ボール、循環孔、ボール循環経路、循環部品、タング部、脚部、本体、第１の湾曲部、第２の湾曲部、第３の湾曲部、第４の湾曲部等の材質，形状，寸法，形態，数，配置個所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

　１　ボールねじ装置
　１０　ねじ軸
　１１　ねじ溝
　２０　ナット
　２１　ねじ溝
　２２　循環孔
　３０　ボール
　４０　循環部品
　４１　脚部
　４２　本体
　Ｒ　ボール循環経路

Claims

　外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸の前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を内周面に有して前記ねじ軸に螺合されるナットと、前記両ねじ溝間の螺旋軌道に転動可能に装填された多数のボールと、前記螺旋軌道を転動する前記ボールを、前記ナットの周方向の側面に該ナットの軸線に対して略直交する方向に穿孔された一対の循環孔の内の一方の循環孔から該ナットの外部に導き、他方の循環孔から前記螺旋軌道に戻すボール循環経路を内部に形成すべく前記各循環孔に両端部が嵌合された循環部品とを備え、
　前記循環部品は、両端部に前記ナットの前記循環孔に嵌合されると共に、各先端に前記螺旋軌道を転動する前記ボールを該螺旋軌道の接線方向に略一致する方向に掬い上げるタング部を有する一対の脚部と、該一対の脚部を接続する本体とを備え、
　前記ボールの中心軌跡径Ｒｂと、前記ナットの内径Ｒｎと、前記タング部の反対側の内径Ｒｔとが、下記式（１）を満たすことを特徴とするボールねじ装置。
　Ｒｂ≦Ｒｔ≦Ｒｎ・・・・・・・・・・・・式（１）
　前記タング部の反対側の内径Ｒｔで形成される面が円弧状であることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。