(57)【要約】【課題】転動するボールにかかる荷重が小さいと共に全体の荷重のバランスが優れ、そしてリターンチューブの耐久性が高いボールねじ機構を提供する。【解決手段】ボールねじ機構（１）においてボールを循環させるリターンチューブ（２）を、一対の脚部（１０、１０）とこれらを接続する連絡部（１１）とから構成する。リターンチューブ（２）内のボール通路（１３）は脚部（１０）内において直線状に形成し、転動軌道（８）の螺旋のリード角（β）に整合し、かつボールねじ（３）の軸方向から見て転動軌道（８）の接線方向に一致するように転動軌道（８）に接続する。ボール通路（１３）と転動軌道（８）の２箇所の接続部（１６、１６）は、ボールねじ（３）の軸方向から見て、中心軸に対して１８０度より小さい位置になるように構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールねじと、該ボールねじに螺合するボールナットと、前記ボールねじと前記ボールナットの間に形成されている螺旋状の転動軌道を転動する複数個のボールと、前記ボールを循環させるリターンチューブとからなるボールねじ機構において、
前記リターンチューブは、一対の脚部とこれらを接続する連絡部とから構成され、前記脚部と前記連絡部内にボール通路が形成され、
前記ボール通路は前記一対の脚部内において直線状に形成され、前記転動軌道の螺旋のリード角に整合し、かつ前記ボールねじの軸方向から見て前記転動軌道の接線方向に一致するように前記転動軌道に接続され、
前記ボール通路と前記転動軌道の２箇所の接続部は、前記ボールねじの軸方向から見て、前記ボールねじの中心軸に対して１８０度より小さい位置になっていることを特徴とするボールねじ機構。
【請求項２】
請求項１に記載のボールねじ機構において、前記ボールナットには前記リターンチューブの前記一対の脚部が挿入される一対のチューブ穴が形成され、該チューブ穴は、前記ボールねじの軸に垂直な方向に幅広の略長穴に形成されていることを特徴とするボールねじ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ機構に関するものであり、具体的にはボールねじとボールナットとの間で転動するボールを所定の位置で掬い上げて他の位置で戻すボール循環用のリターンチューブに特徴を有するボールねじ機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転運動を直線運動に変換する機械部品としてボールねじ機構が周知であり、射出成形機等の工作機械には多数のボールねじ機構が設けられている。ボールねじ機構はボールねじ、このボールねじに螺合するボールナット、ボールねじとボールナットの間を転動する複数個の鋼鉄製のボール等から構成されている。ボールねじの外周面とボールナットの内周面には、断面形状が略半円状を呈するボール転動溝が螺旋状に形成され、ボールねじとボールナットの間にはこれらのボール転動溝によって螺旋状の転動軌道が構成されている。ボールは、ボールナット内に形成されているこの転動軌道に入れられて転動し、ボールねじとボールナットの摩擦を低減している。ボールナットにはリターンチューブが設けられており、ボールはボールナットの所定の位置において転動軌道から掬いあげられ、リターンチューブを通ってボールナットの他の位置において転動軌道内に戻される。従ってボールはボールナット内を循環することになる。
【０００３】
図４の（ア）には軸に垂直な面で切断した従来のボールねじ機構５０が模式的に示されている。ボールねじ機構５０は、ボールねじ５１と、ボールナット５２と、ボール５３、５３、…と、リターンチューブ５４とから構成されている。リターンチューブ５４は内部がボールの通路５５になっており、一対の脚部５７、５７と、これらの脚部５７、５７を繋ぐ連絡部５８とから構成されている。これらの脚部５７、５７は、螺旋状の転動軌道６１に接続されて転動軌道６１からボール５３、５３、…を掬いあげたり戻したりする部分であるが、一方の脚部５７と他方の脚部５７は転動軌道６１への接続箇所が数ピッチ分離れている。数ピッチ分離れているので、軸に垂直な面でボールナット５２を切断するとき、一対の脚部５７、５７は本来同一の断面に現れることはない。しかしながら理解し易いように、図４の（ア）において、これらが軸方向に投影して描かれて、あたかも同一の断面に現れるように示されている。ボールナット５２には、外周面が所定幅で水平に切断されてリターンチューブ取付面５９が形成されている。このリターンチューブ取付面５９にボールナット５２の内周面に連通する２個の穴、すなわち転動軌道６１に連通するチューブ穴６０、６０が開けられている。リターンチューブ５４は、これらのチューブ穴６０、６０にそれぞれの脚部５７、５７が挿入されてボールナット５２に取り付けられている。これによって、リターンチューブ５４の両端の開口部、すなわち脚部５７、５７の開口部は転動軌道６１に連通することになる。
【０００４】
図４の（ア）に示されている従来のボールねじ機構５０において、脚部５７、５７は、転動軌道６１に対して接線方向に配置されている。そして図には示されていないが、脚部５７、５７は、転動軌道６１の螺旋のリード角にも整合している。従ってボール５３、５３、…は、転動軌道６１から滑らかに一方の脚部５７に掬いあげられ、他方の脚部５７から滑らかに転動軌道６１に戻されることになる。ところで転動軌道６１には、リターンチューブ５４によって、ボール５３、５３、…が転動しない非転動区間６２が生じることになる。転動軌道６１は螺旋状に形成されていて前記したように脚部５７、５７は数個のピッチだけ離れているので非転動区間６２は本来２個の部分に分割されている。しかしながら、これらを連続しているものとみなすと、従来のボールねじ機構５０ではこの非転動区間６２は中心角θが略１８０度の扇形の円弧として示すことができる。このように従来のボールネジ機構５０においては、非転動区間６２は略半周分に相当し比較的長い。そうすると転動軌道６１において転動するボール５３、５３、…の個数がその分だけ少なく、ボール５３一個当たりにかかる荷重が大きくなるし、ボールねじ機構５０全体の荷重のバランスにも影響を与える。
【０００５】
そこで、非転動区間６２を短くし、ボール５３一個当たりにかかる荷重を小さくして全体の荷重のバランスを向上させるリターンチューブを備えたボールネジ機構が、特許文献１、２によって提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１２５５８１号公報
【特許文献２】特許第４５２５２３３号公報
【０００７】
特許文献１に記載のボールネジ機構５０’は、図４の（イ）に示されているように、脚部５７’、５７’の間隔が狭いリターンチューブ５４’が設けられている。図４の（イ）において従来のボールねじ機構５０と同様の部材には同一の符号が付されている。特許文献１に記載のリターンチューブ５４’は、脚部５７’、５７’が狭くなっているので、円弧として示される非転動区間６２の扇形の中心角θは１８０度より小さい。すなわち非転動区間６２が短い。従って転動するボール５３、５３、…１個当たりにかかる荷重が小さく、かつボールねじ機構５０’全体の荷重のバランスに優れている。ただし、転動軌道６１からボール５３、５３、…を掬いあげたり供給するタング部６３は転動軌道６１の接線方向に形成する必要があるので、脚部５７’、５７’の間隔を狭くしたことによって、符号６４で示されているように、脚部５７’、５７’が、タング部６３の近傍で大きな曲率で湾曲させる必要がある。
【０００８】
リターンチューブは一般的に樹脂材料から形成されており、ボールの通路に沿って二つ割りされた２個の同じ形状の部品から構成され、これらが接着されて一体化されている。特許文献１に記載のリターンチューブ５４’も２個の同じ形状の部品からなるが、それぞれの部品のタング部６３に相当する部分には切欠が形成されていて強度的に問題がある。そこで特許文献２において、このような切欠が形成されないようなリターンチューブ５４”が提案されている。図４の（ウ）には特許文献２に記載のリターンチューブ５４”を構成する二つ割りの一方の部品６５が示されているが、符号６６で示されているタング部６３”近傍には切欠は形成されていない。部品６５を２個組み合わせるとリターンチューブ５４”が構成されるが、このリターンチューブ５４”を備えたボールねじ機構は、特許文献１に記載のボールねじ機構５０’と実質的に同様に構成され、円弧として示される非転動区間６２の扇形の中心角は１８０度より小さい。従って特許文献２に記載のボールねじ機構も、転動するボール１個当たりにかかる荷重が小さく、かつボールねじ機構全体の荷重のバランスに優れている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載のボールネジ機構５０’も特許文献２に記載のボールネジ機構も、非転動区間６２が短いので、転動するボール１個当たりにかかる荷重が小さく、かつボールねじ機構全体の荷重のバランスに優れている。しかしながら問題も見受けられ、具体的にはリターンチューブ５４に問題が見受けられる。特許文献１、２に記載のリターンチューブ５４は、タング部６３近傍の脚部５７、５７が符号６４で示されているように湾曲しているので、この部分でボール５３、５３、…の進行方向が急激に変化することになる。そうするとタング部６３近傍に強い衝撃荷重がかかり湾曲部分６４において破損しやすいという問題がある。湾曲部分６４が破損しやすいので、この湾曲部分６４を肉厚にすれば強度を高めることができそうであるが、リターンチューブ５４の他の部分に比して、タング部６３近傍は厚肉に形成し難い。タング部６３はボールを掬いあげるために薄肉に形成する必要があるからである。
【００１０】
本発明は、上記したような問題点を解決したボールねじ機構を提供することを目的としており、具体的には、ボールが転動しない非転動区間が十分に短く、従って転動するボール１個当たりにかかる荷重が小さいと共にボールねじ機構全体の荷重のバランスが優れ、そしてリターンチューブの耐久性が高いボールねじ機構を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するために、ボールねじ機構の転動軌道において転動するボールを循環させるリターンチューブは、一対の脚部とこれらを接続する連絡部とから構成し、脚部と連絡部内にボール通路を形成する。このボール通路は一対の脚部内において直線状に形成される。そしてこのボール通路は、転動軌道の螺旋のリード角に整合し、かつボールねじの軸方向から見て転動軌道の接線方向に一致するように転動軌道に接続する。そして本発明においては、ボール通路と転動軌道の２箇所の接続部は、ボールねじの軸方向から見て、ボールねじの中心軸に対して１８０度より小さい位置になるように構成する。
【００１２】
かくして、請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、ボールねじと、該ボールねじに螺合するボールナットと、前記ボールねじと前記ボールナットの間に形成されている螺旋状の転動軌道を転動する複数個のボールと、前記ボールを循環させるリターンチューブとからなるボールねじ機構において、前記リターンチューブは、一対の脚部とこれらを接続する連絡部とから構成され、前記脚部と前記連絡部内にボール通路が形成され、前記ボール通路は前記一対の脚部内において直線状に形成され、前記転動軌道の螺旋のリード角に整合し、かつ前記ボールねじの軸方向から見て前記転動軌道の接線方向に一致するように前記転動軌道に接続され、前記ボール通路と前記転動軌道の２箇所の接続部は、前記ボールねじの軸方向から見て、前記ボールねじの中心軸に対して１８０度より小さい位置になっていることを特徴とするボールねじ機構として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のボールねじ機構において、前記ボールナットには前記リターンチューブの前記一対の脚部が挿入される一対のチューブ穴が形成され、該チューブ穴は、前記ボールねじの軸に垂直な方向に幅広の略長穴に形成されていることを特徴とするボールねじ機構として構成される。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明によると、ボールねじと、該ボールねじに螺合するボールナットと、ボールねじとボールナットの間に形成されている螺旋状の転動軌道を転動する複数個のボールと、ボールを循環させるリターンチューブとからなるボールねじ機構において、リターンチューブは、一対の脚部とこれらを接続する連絡部とから構成され、脚部と連絡部内にボール通路が形成され、ボール通路は一対の脚部内において直線状に形成され、転動軌道の螺旋のリード角に整合し、かつボールねじの軸方向から見て転動軌道の接線方向に一致するように転動軌道に接続されている。そうするとボールを転動軌道から掬いあげるとき、およびボールを転動軌道に戻すとき、ボールは滑らかに移動して脚部に負荷はかからない。脚部は転動軌道に近いので補強するのは難しい部分であるが、このように負荷がかからないのでリターンチューブの耐久性は高い。そしてボール通路と転動軌道の２箇所の接続部は、ボールねじの軸方向から見て、ボールねじの中心軸に対して１８０度より小さい位置になっている。すなわちボールが転動しない非転動区間が短くなっている。従って転動するボール１個当たりにかかる荷重が小さく、ボールねじ機構全体の荷重のバランスも優れている。また他の発明によると、ボールナットにはリターンチューブの一対の脚部が挿入される一対のチューブ穴が形成され、該チューブ穴は、ボールねじの軸に垂直な方向に幅広の略長穴に形成されている。後で説明するように本発明にかかるリターンチューブの両方の脚部に形成されている直線状のボール通路は平行ではなく、互いに斜めになっているが、このようにチューブ穴が長穴になっているのでリターンチューブの脚部をチューブ穴に挿入し易くなっている。すなわちボールねじ機構の組み立てが容易になる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係るボールねじ機構を一部断面で示す斜視図図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るボールねじ機構のリターンチューブを模式的に示す図で、その（ア）はリターンチューブの斜視図、その（イ）、（ウ）はそれぞれボールねじ機構に設けられている状態を示すリターンチューブの側面図、および正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るボールねじ機構のボールナットを模式的に示す図で、その（ア）はボールナットの上面図、その（イ）はボールナットの側面断面図、その（ウ）〜（オ）はボールナットに開けられているチューブ穴の加工方法を説明する側面断面図である。
【図４】従来技術を示す図で、その（ア）は従来のボールねじ機構の側面断面図、その（イ）は特許文献１に記載のボールねじ機構の側面断面図、その（ウ）は特許文献２に記載のリターンチューブを構成する部品の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１には本実施の形態に係るボールねじ機構１が示されているが、リターンチューブ２に沿って切断された状態が描かれている。本実施の形態にかかるボールねじ機構１も、従来のボールねじ機構と同様にボールねじ３、このボールねじ３に螺合するボールナット４、リターンチューブ２、２等から構成されている。ボールねじ３とボールナット４にはそれぞれ螺旋状のボール転動溝６、７が形成されており、これらのボール転動溝６、７によってボールねじ３とボールナット４の間に螺旋状の転動軌道８が構成されている。図１にはボールは描かれていないが、この転動軌道８内に鋼鉄製のボールが入れられて転動し、ボールねじ３とボールナット４の摩擦が低減されると共に、荷重が分散されている。
【００１６】
本実施の形態においてボールナット４には、本実施の形態に係るリターンチューブ２、２、２が３本設けられている。リターンチューブ２は樹脂材料から形成され、図２の（ア）の斜視図に示されているように、一対の脚部１０、１０と、これらの脚部１０、１０を接続する連絡部１１とから構成されている。これらの脚部１０、１０と連絡部１１は中空に形成され、この中空の部分がボールを循環させるボール通路１３になっている。ボール通路１３は、一対の脚部１０、１０内における脚部ボール通路１４、１４と、連絡部１１における連絡部ボール通路１５とからなる。これらの脚部ボール通路１４、１４と連絡部ボール通路１５は接続部分近傍において湾曲し、互いに滑らかに接続されているが、脚部ボール通路１４、１４も連絡部ボール通路１５も他の部分において直線状に形成されている。これによってボール通路１３内を移動するボールは次のようになる。すなわち脚部１０、１０と連絡部１１との接続部分近傍において運動方向が変化し、脚部１０、１０内、および連絡部１１内においては運動方向が変化しない。従ってリターンチューブ２は、脚部１０、１０の先端部から中央部にかけて、および連絡部１１の中央部においてボールの運動量が実質的に変化しないので負荷はかからない。ボールの運動量の変化によって負荷を受ける脚部１０、１０と連絡部１１の接続部分近傍は、肉厚に形成されて補強されている。
【００１７】
図２の（イ）にはボール通路１３と転動軌道８が連通した状態のリターンチューブ２の側面図が示されているが、リターンチューブ２の側方方向からみると、一対の脚部ボール通路１４、１４は、上方に向かって間隔が狭まるように互いに斜めに配置されている。この脚部ボール通路１４、１４の方向は、転動軌道８との接続部１６、１６において転動軌道８の接線方向に略一致している。また図２の（ウ）には、リターンチューブ２の正面図が示され、そしてボールねじ３が点線で描かれているが、脚部ボール通路１４、１４は、ボール転動溝６の螺旋のリード角βに整合する方向に延びている。つまり転動軌道８の螺旋のリード角βに整合している。このように構成されているので、ボールは転動軌道８から一方の脚部ボール通路１４に滑らかに掬いあげられ、他方の脚部ボール通路１４から滑らかに転動軌道８に戻されることになる。
【００１８】
本実施の形態に係るリターンチューブ２は、上述したように一対の脚部ボール通路１４、１４が互いに斜めに配置されているが、脚部１０、１０は幅広に形成され、脚部１０、１０の縁部２０、２０は垂直に形成されて、符号２１、２１で示されている部分は肉厚になっている。このように縁部２０、２０が垂直に形成されているので、リターンチューブ２のボールナット４への組込が容易になっている。なお脚部１０、１０の内側の部分２２、２２は、脚部ボール通路１４、１４に平行に形成されている。すなわち斜めになっている。
【００１９】
本実施の形態に係るボールナット４は、図３の（ア）に示されているように、外周面の上部が切り落とされ、リターンチューブ２が取り付けられるリターンチューブ取付面２５が形成されている。このリターンチューブ取付面２５に、チューブ穴２６、２６、…が明けられてリターンチューブ２の脚部１０、１０が挿入されるようになっている。本実施の形態においてはボールナット４には３本のリターンチューブ２、２、２が設けられるので、チューブ穴２６、２６、…は６個明けられている。チューブ穴２６、２６、…は、ボールねじ３の軸と垂直な方向に長い長穴状を呈している。このように長穴状を呈しているのは、チューブ穴２６、２６、…にリターンチューブ２の脚部１０、１０を差し込むことができるようにするためである。このような形状にする必要性は、リターンチューブ２の一対の脚部ボール通路１４、１４の形状から理解可能である。すなわち一対の脚部ボール通路１４、１４は、ボールねじ３の軸方向から見ると、図２の（イ）に示されているように互いに先端に向かって広がるように形成されている。このような一対の脚部ボール通路１４、１４に合わせて一対の脚部１０、１０が形成されているので、一対の脚部１０、１０を同時に挿入するには、必然的にチューブ穴２６、２６、…は長穴状に形成する必要がある。またチューブ穴２６、２６は、この長穴について短軸方向にも大きめに形成されている。すなわち若干幅広に形成されている。これも一対の脚部ボール通路１４、１４の形状から理解可能である。すなわち一対の脚部ボール通路１４、１４は、ボールねじ３の軸に垂直な方向から見ると、図２の（ウ）に示されているように、先端に向かって相互に近づいているように見える。仮に、このような一対の脚部ボール通路１４、１４と同様にして、脚部１０、１０を先端に向かって相互に近づくように形成し、かつチューブ穴２６、２６、…の穴幅を狭く形成すると、チューブ穴２６、２６、…に一対の脚部１０、１０を挿入することができない。従って、ボールねじ３の軸に垂直な方向から見て、一対の脚部１０、１０は、図２の（ウ）に示されているように、先端に向かって平行に形成し、チューブ穴２６、２６は若干幅広に形成する必要がある。
【００２０】
チューブ穴２６を断面によって説明すると、図３の（イ）に示されているように、チューブ穴２６は、リターンチューブ２の脚部１０の垂直な縁部２０が接する部分２８は垂直になっており、脚部１０の内側の部分２２が接する部分２９は斜めになっている。このような形状のチューブ穴２６、２６、…は本来機械加工が困難である。すなわち、内部に空洞を有する部品に対して穴明加工によって空洞部に達する斜めの穴を形成しようとすると切削工具が空洞の方向に逃げて曲がってしまうので、部分２９の加工はできない。そこで、本実施の形態に係るボールナット４は次のようにして加工されている。すなわち、図３の（ウ）に示されているように、ボールナット４のリターンチューブ取付面２５において、最初に切削工具３１を垂直に下ろして有底の穴３２を明ける。次いで図３の（エ）に示されているように、切削工具３１を垂直に下ろして、この穴３２に連続するように隣に穴３３を明ける。穴３３はボールナット４の内周面に達するようにする。最後に、図３の（オ）に示されているように、切削工具３１を斜めに引き上げて、符号２９に示されている斜めの部分を加工する。このようにしてチューブ穴２６が加工される。
【００２１】
ボールナット４に、３本のリターンチューブ２を挿入し、ボールねじ３とボールナット４とを螺合させボールを転動軌道８に充填すると、本実施の形態に係るボールねじ機構１が組み立てられる。ボールは転動軌道８を転動し、そしてリターンチューブ２、２、２によって所定の位置で掬いあげられて他の位置に戻されるが、転動軌道８にはボールが転動しない区間すなわち非転動区間３５が生じる。図２の（イ）に示されているように、この非転動区間３５はリターンチューブ２でボールが掬いあげられるポイントから戻されるポイントまでの区間に該当する。この非転動区間３５においてはボールが転動しないので、ボールねじ３とボールナット４の間に荷重がかからない。この非転動区間３５が長いと、全体の荷重のバランスに影響を与え、そして他の転動軌道８におけるボールにかかる荷重が大きくなってしまう。ボールねじ３の軸方向からみると、この非転動区間３５はボールねじ３の軸を中心とした扇形の円弧に相当するが、本実施の形態においてこの非転動区間３５は、中心角θが１８０度より小さい扇形の円弧になっている。従って本実施の形態に係るボールねじ機構１は非転動区間３５が短い。従って本実施の形態に係るボールねじ機構１は荷重のバランスに優れ、１個当たりのボールにかかる荷重も比較的小さい。
【００２２】
なおこの非転動区間３５を円弧とする扇形の中心角θは、荷重のバランスを考えると小さい方が有利であると言える。しかしながら中心角θが１２０度より小さくなると、リターンチューブ２、２同士が干渉するという問題がある。すなわち、隣り合う２本のリターンチューブ２、２の、それぞれの脚部１０、１０は隣接しているが、中心角θが１２０度より小さいと、脚部１０、１０同士が互いに干渉してしまう。仮に、干渉を回避しようとすると、それぞれの脚部１０、１０をボールねじ３の１ピッチ分ずらして挿入しなければならなくなり、ボールが転動しない区間が大きくなって不利になる。一方、加工の容易性を考慮すると中心角θは大きい方が有利である。しかしながら、１７５度より大きくすると、一対の脚部１０、１０が挿入できるようにチューブ穴２６、２６をさらに幅広に形成する必要があり、チューブ穴２６、２６と隣り合う転動起動８との間の壁が薄くなってしまう。つまり強度に影響がある。これらの点を考慮すると、好ましい中心角θの角度は１２０〜１７５度と言うことができる。
【００２３】
本実施の形態に係るボールねじ機構１は、リターンチューブ２内に形成されているボール通路１３が脚部１０、１０において直線状になっている。すなわち脚部ボール通路１４、１４が直線状に形成されている。従って脚部１０、１０においてボールの通過に伴う荷重が小さく、リターンチューブ２は耐久性が高い。
【符号の説明】
【００２４】
１    ボールねじ機構                ２    リターンチューブ
３    ボールねじ                    ４    ボールナット
８    転動軌道                    １０    脚部
１１    連絡部                      １３    ボール通路
１４    脚部ボール通路              １５    連絡部ボール通路
２５    リターンチューブ取付面      ２６    チューブ穴
３５    非転動区間
【図１】
2014009790.tif 000003
【図２】
2014009790.tif 000004
【図３】
2014009790.tif 000005
【図４】
2014009790.tif 000006