(57)【要約】【課題】循環路を循環するボールを保持する保持ベルトを円滑に案内して、ボールねじ装置の寿命を向上させる手段を提供する。【解決手段】ボールねじ装置１に、その循環路を循環するボール２をそれぞれ保持するポケット穴１５と、ボール２の間に配置された間座部１６とを有する保持ベルト１３を設けると共に、連通路１０に保持ベルト１３の両側の側縁部１４ａを案内する２条のガイド溝１８を設け、この２条のガイド溝１８の、連通路１０の接続部におけるそれぞれの開口を、負荷路を転動するボール２の螺旋状の転動経路中心線Ｃｆと、曲折した連通路１０を移動するボールの移動経路中心線Ｃｉとの両側の接続点Ｓを中心として、ねじ軸３の外周面とナット５の内周面との間の隙間と平行に配置し、それぞれのガイド溝１８を、両側の接続点Ｓの間の移動経路中心線Ｃｉ上の中央点Ｐを対称点とし、保持ベルト１３のベルト中心線Ｃｂを移動経路中心線Ｃｆに一致させた状態で、点対称に形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、
内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットと、
前記軸軌道溝とナット軌道溝とで形成される螺旋状の負荷路と、
前記負荷路の両端を連通する曲折した連通路と、
前記負荷路と前記連通路とで形成される循環路を循環する複数のボールと、
前記連通路と前記負荷路との両方の接続部に形成され、前記負荷路と前記連通路との間で前記ボールを受け渡すタング部と、を備えたボールねじ装置において、
前記循環路を循環するボールをそれぞれ保持するポケット穴と、該ポケット穴に保持された隣合うボールの間に配置された間座部とを有する保持ベルトを設けると共に、連通路に、前記保持ベルトの長手方向に沿った両側の側縁部を案内する２条のガイド溝を設け、
前記２条のガイド溝を、前記負荷路を転動するボールの螺旋状の転動経路中心線と、前記曲折した連通路を移動するボールの移動経路中心線との両側の接続点の間の、前記移動経路中心線上の中央点を対称点とし、前記保持ベルトの長手方向に沿ったベルト中心線を前記移動経路中心線に一致させて、点対称に形成したことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記２条のガイド溝の、前記連通路の接続部におけるそれぞれの開口を、前記接続点を中心として、前記ねじ軸の外周面と前記ナットの内周面との間の隙間と平行に配置したことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記２条のガイド溝の長さの差が、前記ボールの直径以下の長さの差となるように形成されていることを特徴とするボールねじ装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記保持ベルトが、エラストマで形成されていることを特徴とするボールねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械や産業機械、電動射出成形機等の機械装置の移動台の位置決め用や搬送用等の直線移動機構の駆動や動力伝達用に用いられるボールねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の保持器を持たない総ボール仕様のボールねじ装置においては、負荷路を転動するボールに競り合いが生じ、高荷重用として用いる場合に、その作動特性や寿命に影響を及ぼしていた。
これは、ボールねじ装置がリターンチューブ等の連通部材を持つことにより、循環路内のボール間の充填隙間が１箇所に片寄り、ボール間の充填隙間がなくなってボール同士が競り合うことや、軸軌道溝やナット軌道溝の真円度誤差により、ボールの公転速度がそれぞれ異なる結果、ボール同士が干渉することが要因となっている。
【０００３】
つまり、ボールねじ装置においては、それぞれのボールが独立して、他のボールや保持器に接触しないで、僅かな隙間を持って転動すれば、最良の作動特性や長寿命を得られることになる。
このため、ボール間に保持ピースを挿入することが行われているが、保持ピースを挿入した場合は、ボール同士の金属接触をなくして傷の発生を防止できるため、高荷重用として用いるボールねじ装置の長寿命化に有効であるが、保持ピースは循環路、特に充填隙間が１箇所に片寄りやすい連通部材の連通路内で倒れないように、ボールを用いて保持しなければならないため、循環路内にボールを充填隙間がほとんどない状態で充填しなければならず、ボールと保持ピースが部分的に押し合いを起し、作動特性等に影響を及ぼす場合がある。
【０００４】
また、この充填隙間が、水分等による膨潤や、熱によるボールや保持ピースの伸縮等で変化し、保持ピースの倒れが懸念されるため、これらの環境下で用いる場合には、充填隙間の管理に十分な注意を払う必要がある。
このボールと保持ピースの充填隙間を維持するためには、保持ピースは、それ自身で姿勢を保つ必要があり、保持ピースをベルトで繋ぎ合わせることが行われている。
【０００５】
このような保持ピースをベルトで繋ぎ合わせたチェーン型保持器を備えた従来のボールねじ装置は、ねじ軸の外周面に螺旋状に形成した軸軌道溝と、ナットの内周面に形成した軸軌道溝に対向するナット軌道溝とを複数のボールを介して螺合させ、対向配置された軸軌道溝とナット軌道溝とで形成される螺旋状の負荷路の両端を、エンドキャップに設けた方向転換路とナットの設けた戻り路で形成される連通路で連通させて循環路を形成し、その連通路と負荷路との接続部の一方で負荷路からボールを掬上げ、他方で負荷路に戻しながら循環路内のボールを循環させて構成し、柔軟な材料で形成された４本のベルト部材でボールの球面を４等分するように保持し、ボール間に保持ピースとしての間座部を配置したボールチェーンを設け、このボールチェーンの長手方向に沿った各ベルト部材の側縁部を、負荷路においては、ねじ軸の外周面とナットの内周面の隙間と、軸軌道溝とナット軌道溝の溝底にそれぞれ設けた逃げ溝とに収容し、連通路のおいては、連通路に設けた４条の案内溝に案内させて、循環路内のボールをボールチェーンに保持させて循環させている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１６９６５３号公報（第３頁段落００１３−００１７、第４頁段落００２７−００３４、第１図、第２図、第７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の技術においては、間座部が４本のベルト部材で繋がっているため、間座部に倒れが生ずることはなく、各ボールとこれを保持するベルト部材との間に充填隙間が形成されるため、作動特性を向上させることには有効であるが、ボールの４方にベルト部材を等分に配置しているため、この十字状に配置された２対のベルと部材の１対が、負荷路においては、軸軌道溝とナット軌道溝との溝底に設けられた逃げ溝を通過し、連通路の方向転換路においては、その曲げ部の内Ｒ側と外Ｒ側に形成された案内溝に案内されて通過するため、負荷路においては、軸軌道溝とナット軌道溝の溝底に設けられたそれぞれの逃げ溝の経路長さが異なり、連通路の方向転換路においては、その曲げ部の内Ｒ側と外Ｒ側に形成されたそれぞれの案内溝の経路長さが異なり、それぞれの溝に案内されるベルト部材に経路長さの相違に起因して、外側のベルト部材に無理な引張応力が、内側のベルト部材に無理な圧縮応力が生じ、ベルト部材に無理な繰返応力が作用して、その寿命を低下させる他、作動特性も低下させるという問題がある。
【０００８】
また、通常、連通路と負荷路との両側の接続部には、負荷路から連通路へボールを円滑に掬い上げるために、軸軌道溝に遊嵌させた薄い先端を有するタング部が設けられるが、従来のボールチェーンでは、ベルト部材が十字状に配置されているため、連通路において、４つの内の少なくとも一つのベルト部材の側縁部を案内する案内溝を、タング部を２分するように、またはタング部を斜め目に横切るように形成しなければならず、タング部の強度が低下してボールねじ装置の寿命を低下させるという問題がある。
【０００９】
このことは、高速で運転されるボールねじ装置の場合に、特に顕著になる。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、循環路を循環するボールを保持する保持ベルトを円滑に案内して、ボールねじ装置の寿命を向上させる手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットと、前記軸軌道溝とナット軌道溝とで形成される螺旋状の負荷路と、前記負荷路の両端を連通する曲折した連通路と、前記負荷路と前記連通路とで形成される循環路を循環する複数のボールと、前記連通路と前記負荷路との両方の接続部に形成され、前記負荷路と前記連通路との間で前記ボールを受け渡すタング部と、を備えたボールねじ装置において、前記循環路を循環するボールをそれぞれ保持するポケット穴と、該ポケット穴に保持された隣合うボールの間に配置された間座部とを有する保持ベルトを設けると共に、連通路に、前記保持ベルトの長手方向に沿った両側の側縁部を案内する２条のガイド溝を設け、前記２条のガイド溝を、前記負荷路を転動するボールの螺旋状の転動経路中心線と、前記曲折した連通路を移動するボールの移動経路中心線との両側の接続点の間の、前記移動経路中心線上の中央点を対称点とし、前記保持ベルトの長手方向に沿ったベルト中心線を前記移動経路中心線に一致させて、点対称に形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
これにより、本発明は、２条のガイド溝の長さを、それぞれ同じ長さに形成することができ、保持ベルトの側縁部がガイド溝に案内されて連通路を通過するときの保持ベルトの通過を円滑にすることができると共に、保持ベルトに無理な引張応力や圧縮応力による繰返応力が作用することを防止して保持ベルトの破損を防止することができ、ボールねじ装置の作動特性を向上させながら、その寿命を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例のボールねじ装置の断面を示す説明図
【図２】実施例のリターンチューブの分割片を示す斜視図
【図３】実施例の保持ベルトを示す斜視図
【図４】実施例の保持ベルトの連通路におけるベルト部の上面を示す説明図
【図５】図４の矢印Ａ方向から見た矢視を示す説明図
【図６】実施例の保持ベルトの連通路におけるベルト部の形状を示す斜視図
【図７】実施例の保持ベルトの連通路におけるベルト部の形状の他の形態を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照して本発明によるボールねじ装置の実施例について説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は実施例のボールねじ装置の断面を示す説明図、図２は実施例のリターンチューブの分割片を示す斜視図、図３は実施例の保持ベルトを示す斜視図である。
図１において、１はボールねじ装置である。
２はボールねじ装置１の転動体としてのボールであり、合金鋼等の鋼材で製作された球体である。
【００１５】
３はボールねじ装置１のねじ軸であり、合金鋼等の鋼材で製作された棒状部材であって、その外周面には、円弧状断面形状の軸軌道溝４が所定のリードで螺旋状に形成されている。
５はボールねじ装置１のナットであり、合金鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、その内周面には、軸軌道溝４と対向する円弧状断面形状のナット軌道溝６が軸軌道溝４と同じリードで形成されており、その外周部の一方の端部には、ナット５を図示しない機械装置の移動台にボルト等で固定するためのフランジ部７が設けられている。
【００１６】
上記の対向配置された軸軌道溝４とナット軌道溝６とにより、螺旋状の負荷路が形成される。
９はボールねじ装置１の連通部材としてのリターンチューブであり、鋼材や樹脂材料等で製作され、ボール２が通過可能な内径として形成された連通路１０を有し、２箇所に曲折部を有する略Ｕ字形に曲折した管であって、ナット５の外周面の一部を軸方向と平行に切欠いた平面５ａに設けられたナット軌道溝６に達する嵌合穴にその両端の直管部が嵌合してナット軌道溝６に連通しており、ナット５の平面５ａに小ねじ等で締結される。
【００１７】
本実施例のリターンチューブ９は、図２に示すように、曲折した連通路１０を移動するボール２のＵ字状の移動経路中心線Ｃｉ（図１参照）を含む面で半割りにされた、樹脂材料からなる同形状の２つの分割片９ａを組合せて形成され、そのリターンチューブ９の連通路１０両端部の負荷路との接続部には、端面の一部をそれぞれ負荷路を転動するボール２の移動方向の下流側および上流側を塞き止めるように軸軌道溝４の溝底の近傍まで伸長させ、それを軸軌道溝４と遊嵌させたタング部１１が形成されている。
【００１８】
このリターンチューブ９の端部に形成されたタング部１１により、負荷路と連通路１０との間でボール２を円滑に受け渡し、つまりタング部１１の一方で負荷路を転動したボール２をリターンチューブ９の連通路１０へ円滑に掬い上げ、他方で連通路１０を通過したボール２を負荷路へ円滑に導いて、負荷路の両端部が、リターンチューブ９の連通路１０と滑らかに連通され、ボール２が循環する循環路が形成される。
【００１９】
１３は保持ベルトであり、高い弾性を有し、柔軟に変形する樹脂材料であるエラストマにより形成された平板からなる、循環路の経路長と同等の長さを有する長尺のベルト部材であって、図３に示すように、そのねじ軸３の外周面とナット５の内周面との間の隙間より薄い板厚のベルト部１４を厚さ方向に貫通し、循環路を循環するボール２をそれぞれ遊嵌させて保持するポケット穴１５と、このポケット穴１５に保持された隣合うボール２の間に配置された円盤状の間座部１６とを有している。
【００２０】
間座部１６は、その両側の端面に、ボール２の半径より大きい半径で形成された有底の球状凹面１６ａがそれぞれ形成されており、隣合うボール２の間に配置されてボール２同士の接触を防止する機能を有している。
本実施例の保持ベルト１３のベルト部１４の長手方向に沿った両側の側縁部１４ａは、負荷路においては、ねじ軸３の外周面とナット５の内周面との間の隙間を通過するように、負荷路を転動するボール２の螺旋状の転動経路中心線Ｃｆ（図１参照）と保持ベルト１３のベルト部１４の長手方向に沿ったベルト中心線Ｃｂ（図３参照）とを一致させて、図１に示すように平面巻きのコイル状に巻かれた状態で配置される。
【００２１】
また、連通路１０においては、図２に示す、それぞれの分割片９ａに形成されたガイド溝１８を組合せた２条のガイド溝１８に遊嵌した状態で配置される。
このような、ガイド溝１８は、図４、図５に示す保持ベルト１３のベルト部１４の側縁部１４ａに沿って形成される。
すなわち、曲折した連通路１０の移動経路中心線Ｃｉと同じ長さ、つまり両側の側縁部１４ａの長さが移動経路中心線Ｃｉと同じ長さの短冊状のベルト部１４を仮定し、負荷路と連通路１０との両側の接続部における、負荷路の転動経路中心線Ｃｆと、連通路１０の移動経路中心線Ｃｉとの接続点Ｓ（図５参照）において、図４に示すように、その一の端部の平面を、一方の接続点Ｓを中心にして、ねじ軸３の外周面とナット５の内周面との間の隙間と平行に、かつ端部の端面をねじ軸３の軸方向と平行に配置し、他の端部の平面を、負荷路を構成する軸軌道溝４のピッチ分（図４の例では２ピッチ半）軸方向にずれた位置にある他方の接続点Ｓを中心に前記と同様に配置したベルト部１４を想定する（この状態のベルト部１４の半分の斜視図を図６に示す。）。
【００２２】
これにより、保持ベルト１３のベルト中心線Ｃｂと移動経路中心線Ｃｉとを一致させた状態で、両側の接続点Ｓの間の、移動経路中心線Ｃｉ上の幾何学的な中央点Ｐを対称点として、ベルト中心線Ｃｂ周りに負荷路を構成するピッチ数に応じて捻られた点対称のベルト部１４が想定され、そのベルト部１４の両側の同じ長さの側縁部１４ａに沿って、負荷路と連通路１０との接続部におけるそれぞれの開口を、接続点Ｓを中心としてねじ軸３の外周面とナット５の内周面との間の隙間と平行に配置した２条のガイド溝１８が形成される。
【００２３】
また、ガイド溝１８の開口の角部、および保持ベルト１３の先端および後端には、それぞれ面取が設けられており、これらの部品が移動時に継ぎ目に引っ掛からないように構成されている。
このように構成された循環路には、保持ベルト１３のポケット穴１５に間座部１６により隔置されて保持された複数のボール２と所定の量の潤滑剤、例えばグリースが封入され、ねじ軸３を回転させることによって、側縁部１４ａを連通路１０のガイド溝１８およびねじ軸３の外周面とナット５の内周面との間の隙間に案内された保持ベルト１３に保持されたボール２が循環路を循環し、負荷路を転動するボール２がナット５に加えられた荷重を往復動自在に支持しながらナット５を軸方向に移動させ、ねじ軸３の回転運動がナット５の直線運動に変換される。
【００２４】
このとき、本実施例の連通路１０に形成された２条のガイド溝１８は、上記の構成により同じ長さに形成されているので、保持ベルト１３のベルト部１４の側縁部１４ａがガイド溝１８やねじ軸３とナット５との隙間に案内されて連通路１０や負荷路を通過するときに、ベルト部に無理な引張応力や圧縮応力による繰返応力が作用することはなく、ベルト部１４の破損を防止して、その寿命を向上させることができると共に、ガイド溝１８に案内される保持ベルト１３の側縁部１４ａの通過を円滑にして、ボールねじ装置１の作動特性を向上させることができる。
【００２５】
また、本実施例の保持ベルト１３は、高い弾性を有するエラストマで形成されているので、例え連通路１０において捻られ、負荷路においてコイル状に曲げられてとしても、その捻りや曲げに柔軟に適応して、これらに伴う応力を低減することができ、保持ベルト１３の寿命を向上させることができると共に、ガイド溝１８に案内される保持ベルト１３の側縁部１４ａの通過をより円滑にして、ボールねじ装置１の作動特性を向上させることができる他、ポケット穴１５へのボール２の挿入を容易に行うことができる。
【００２６】
この場合に、ベルト部１４の厚さをボール２の直径の０．３倍以下にすれば、ベルト部１５の移動を円滑なものにすることができる。
更に、本実施例のガイド溝１８は、連通路１０の負荷路との接続部における開口を、接続点Ｓを中心としてねじ軸３の外周面とナット５の内周面との間の隙間と平行に配置してあるので、ガイド溝１８を、接続部に形成されたタング部１１の掬い面と平行に配置することができ、タング部１１の掬い面にガイド溝１８が形成されることはなく、タング部１１の強度低下を防止して、その破損を防止することができる。
【００２７】
以上説明したように、本実施例では、ボールねじ装置に、その循環路を循環するボールをそれぞれ保持するポケット穴と、ポケット穴に保持された隣合うボールの間に配置された間座部とを有する保持ベルトを設けると共に、連通路に保持ベルトの長手方向に沿った両側の側縁部を案内する２条のガイド溝を設け、この２条のガイド溝の、連通路の接続部におけるそれぞれの開口を、負荷路を転動するボールの螺旋状の転動経路中心線Ｃｆと、曲折した連通路を移動するボールの移動経路中心線Ｃｉとの両側の接続点Ｓを中心として、ねじ軸の外周面とナットの内周面との間の隙間と平行に配置し、それぞれのガイド溝を、両側の接続点Ｓの間の移動経路中心線Ｃｉ上の中央点Ｐを対称点とし、保持ベルトの長手方向に沿ったベルト中心線Ｃｂを移動経路中心線Ｃｆに一致させた状態で、点対称に形成したことによって、２条のガイド溝の長さを、それぞれ同じ長さに形成することができ、保持ベルトの側縁部がガイド溝に案内されて連通路を通過するときの保持ベルトの通過を円滑にすることができると共に、保持ベルトに無理な引張応力や圧縮応力による繰返応力が作用することを防止して保持ベルトの破損を防止することができ、ボールねじ装置の作動特性を向上させながら、その寿命を向上させることができる。
【００２８】
また、保持ベルトをエラストマで形成するようにしたことによって、その高弾性を利用して、保持ベルトに加えられる捻りや曲げに伴う応力を低減することができ、保持ベルトの寿命を向上させることができると共に、ガイド溝に案内される保持ベルトの側縁部の通過をより円滑にしてボールねじ装置の作動特性を向上させることができる。
なお、上記実施例においては、連通路における保持ベルトのベルト部は、移動経路中心線Ｃｉ上の中央点Ｐを対称点として、ベルト中心線Ｃｂ周りに負荷路を構成するピッチ数に応じて捻られた点対称に形成されるとして説明したが、図７に示すように、ベルト中心線Ｃｂ周りに片側で１回、両側で２回捻りを加えて形成するようにしてもよい。要はベルト中心線Ｃｂ周りにベルト部を捻るのであれば、捻る回数に制限はない。
【００２９】
また、上記実施例においては、保持ベルトは１本であるとして説明したが、循環路の経路長さに応じて、２以上に分割するようにしてもよい。このようにしても、本発明のガイド溝は負荷路と連通路を滑らかに接続しているので、保持ベルトの先端がガイド溝から外れる危険性はない。
更に、上記実施例においては、ガイド溝は連通路を通過する保持ベルトの側縁部の全長に渡って設けるとして説明したが、保持ベルトの側縁部の経路を案内する程度に部分的に設けるようにしてもよい。この場合にガイド溝の長さは、実際のガイド溝が形成されていない空間を含めた長さ、つまり連通路を通過する保持ベルトの側縁部の経路長さと同等の長さになる。
【００３０】
更に、上記実施例においては、リターンチューブを連通路としてボールを循環させるチューブ式の循環方式を用いたボールねじ装置に本発明を適用した場合を例に説明したが、連通路をこま式やエンドキャップ式、デフレクタ式等とした循環方式のボールねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。
更に、上記各実施例においては、ボールねじ装置のねじ軸を回転させてナットを軸方向に移動させるとして説明したが、ナットを回転させてねじ軸を軸方向に移動させる形式のボールねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１    ボールねじ装置
２    ボール
３    ねじ軸
４    軸軌道溝
５    ナット
５ａ  平面
６    ナット軌道溝
７    フランジ部
９    リターンチューブ
９ａ  分割片
１０  連通路
１１  タング部
１３  保持ベルト
１４  ベルト部
１４ａ  側縁部
１５  ポケット穴
１６  間座部
１６ａ  球状凹面
【図１】
2010190384.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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