(57)【要約】【課題】ボールねじ溝のピッチが小さい場合やボールねじ溝が多条ねじ溝である場合でもボール循環部材のタング部の厚さを厚くしてタング部の強度を向上させることのできるボールねじを提供する。【解決手段】ボール循環部材１８の戻し通路入出口形成部１８２と嵌合するナット１２の循環部材挿入孔をボールねじ溝１４の長手方向に沿って長円形状に形成し、ボール循環部材１８のタング部１８３の厚さを厚くしても循環部材挿入孔がボールねじ溝１４と干渉しないようにする。また、ボールねじ溝１４の長手方向に沿うタング部１８３の厚さをボール１５の直径に対して１／２以上とする。【選択図】図２
2006002812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸と、このねじ軸の外周面に形成されたボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸のボールねじ溝と前記ナットのボールねじ溝との間に設けられた多数のボールと、前記ねじ軸またはナットの回転運動に伴って前記ねじ軸とナットのボールねじ溝間を転動するボールを前記ナットの外部で循環させるための樹脂製ボール循環部材とを備え、前記ボール循環部材が前記ねじ軸とナットのボールねじ溝間を転動するボールを該ボールの中心軌道円と接する接線の方向にすくい上げるタング部と、前記ボールを循環させるためのボール戻し通路と、このボール戻し通路の入出口部を形成する一対の戻し通路入出口形成部とを有し、かつ前記ナットが前記戻し通路入出口形成部と嵌合する循環部材挿入孔を有するボールねじであって、
前記循環部材挿入孔が前記ボールねじ溝の長手方向に沿って長円形状に形成され、かつ前記ボールねじ溝の長さ方向に沿う前記タング部の厚さが前記ボールの直径に対して１／２以上であることを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
前記タング部の形状を前記ねじ軸のボールねじ溝とほぼ同形状に形成したことを特徴とする請求項１記載のボールねじ。
【請求項３】
前記ねじ軸のボールねじ溝からすくい上げられる前記ボールのすくい上げ点と前記ねじ軸の中心とを通る直線が前記循環部材挿入孔の中心線と交差する角度を４５°〜８０°としたことを特徴とする請求項１又は２記載のボールねじ。
【請求項４】
前記ボール戻し通路は、前記ボールの直径に対して１／２以上の長さを有する直線通路部を両端部に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボールねじに係り、特に、転動体としてのボールをボール中心軌道円の接線方向にすくい上げてナットの外部で循環させる方式のボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種産業機械の送り機構などでは、回転運動を直線運動に変換する装置として、チューブ循環方式のボールねじが使用されている。しかし、このようなボールねじは、ボールを循環させる部材として金属製の循環チューブを使用し、この循環チューブの端部に設けたタング部でボールをナットの外部にすくい上げているため、循環チューブのタング部にボールが衝突したときに振動や騒音等が発生するという難点がある。
【０００３】
そこで、ボールを循環させる部材として樹脂製のボール循環部材を用い、ねじ軸とナットのボールねじ溝間を転動するボールをボール循環部材のタング部によりボールの中心軌道円と接する接線の方向にすくい上げてナットの外部で循環させる方式（以下、「接線すくい上げ方式」という）のボールねじが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２３２４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなボールねじは、前述したチューブ循環方式のものと比較して振動や騒音等の発生を抑制することができるが、近年ではボールねじの高速化や耐久寿命の向上が要求されているため、これらの要求を満たすためには、ボール循環部材のタング部の厚さ（ボールねじ溝の長手方向に沿う厚さ）を厚くし、タング部の強度を向上させる必要がある。しかしながら、タング部の厚さを厚くするとナットに形成された循環部材挿入孔の孔径が大きくなり、ナットのボールねじ溝と干渉してしまうため、ボールねじ溝のピッチが小さい場合やボールねじ溝が多条ねじ溝である場合には、タング部の厚さを厚くすることが困難であった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、ボールねじ溝のピッチが小さい場合やボールねじ溝が多条ねじ溝である場合でもボール循環部材のタング部の厚さを厚くしてタング部の強度を向上させることのできるボールねじを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ねじ軸と、このねじ軸の外周面に形成されたボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸のボールねじ溝と前記ナットのボールねじ溝との間に設けられた多数のボールと、前記ねじ軸またはナットの回転運動に伴って前記ねじ軸とナットのボールねじ溝間を転動するボールを前記ナットの外部で循環させるための樹脂製ボール循環部材とを備え、前記ボール循環部材が前記ねじ軸とナットのボールねじ溝間を転動するボールを該ボールの中心軌道円と接する接線の方向にすくい上げるタング部と、前記ボールを循環させるためのボール戻し通路と、このボール戻し通路の入出口部を形成する一対の戻し通路入出口形成部とを有し、かつ前記ナットが前記戻し通路入出口形成部と嵌合する循環部材挿入孔を有するボールねじであって、前記循環部材挿入孔が前記ボールねじ溝の長手方向に沿って長円形状に形成され、かつ前記ボールねじ溝の長さ方向に沿う前記タング部の厚さが前記ボールの直径に対して１／２以上であることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のボールねじにおいて、前記タング部の形状を前記ねじ軸のボールねじ溝とほぼ同形状に形成したことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のボールねじにおいて、前記ねじ軸のボールねじ溝からすくい上げられる前記ボールのすくい上げ点と前記ねじ軸の中心とを通る直線が前記循環部材挿入孔の中心線と交差する角度を４５°〜８０°としたことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載のボールねじにおいて、前記ボール戻し通路は、前記ボールの直径に対して１／２以上の長さを有する直線通路部を両端部に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明では、循環部材挿入孔をボールねじ溝の長手方向に沿って長円形状に形成したことで、ボール循環部材のタング部の厚さを厚くしても循環部材挿入孔がボールねじ溝と干渉することを防止できるので、ボールねじ溝のピッチが小さい場合やボールねじ溝が多条ねじ溝である場合でもボール循環部材のタング部の厚さを厚くしてタング部の強度を向上させることができる。また、ボールねじ溝の長さ方向に沿うタング部の厚さをボールの直径に対して１／２以上としたことで、タングの破損を防止し且つボールねじの高速化を図ることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明では、タング部の形状をねじ軸のボールねじ溝とほぼ同形状に形成し、タング部をねじ軸のボールねじ溝と隙間を持って配置することにより、タング部がボールからの圧力を受けて、仮にねじ軸のボールねじ溝に接触しても、面積が広く面圧が低く抑えられるため、タング部の破損を防止することができる。
【０００９】
請求項３記載の発明では、ねじ軸のボールねじ溝からすくい上げられるボールのすくい上げ点とねじ軸の中心とを通る直線が循環部材挿入孔の中心線と交差する角度を４５°〜８０°としたことで、ボールの見かけのすくい上げ角度が１０°〜４５°となる。これにより、循環部材挿入孔をナットのボールねじ溝と干渉せずに孔明け加工することができる。
【００１０】
請求項４記載の発明では、ボール戻し通路の両端部に形成された直線通路部の長さをボールの直径に対して１／２以上としたことで、ボールが不連続（すくい上げ部付近のガタ）部分を直線運動となって移動するため、段差への衝突が少なくなり、騒音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明に係るボールねじの一実施形態を図１〜図５に示す。図１において、符号１１はねじ軸、１２はナットを示しており、ねじ軸１１の外周面にはボールねじ溝１３が形成されている。このボールねじ溝１３はナット１２の内周面に形成されたボールねじ溝１４（図２参照）と対向しており、これらの両ボールねじ溝１３，１４間には、転動体としてのボール１５が多数設けられている。これらのボール１５はねじ軸１１またはナット１２の回転運動に伴ってボールねじ溝１３，１４の溝面を転動するようになっており、ナット１２の外周面に形成された平面部１６には、ボールねじ溝１３，１４間を転動するボール１５をナット１２の外部で循環させるための樹脂製ボール循環部材１８が二本のビス１７によって取り付けられている。なお、大径のボールを使用する場合や高速用途に使用されるボールねじの場合は、カバーを兼ねた金属製の押えで樹脂製ボール循環部材１８を固定してもよい。
【００１２】
ボール循環部材１８はボール戻し通路１８１（図２参照）と、このボール戻し通路１８１の入出口部を形成する一対の戻し通路入出口形成部１８２（図３参照）とを有しており、ボールねじ溝１３，１４間を転動したボール１５はボール循環部材１８のボール戻し通路１８１を通って元の位置に戻るようになっている。
また、ボール循環部材１８は、ボールねじ溝１３，１４間を転動するボール１５をその中心軌道円Ｃ（図２参照）と接する接線の方向にすくい上げる一対のタング部１８３（図３参照）を有している。このタング部１８３はねじ軸側ボールねじ溝１３との間に間隙が形成されるように戻し通路入出口形成部１８２の先端部に設けられており、ボールねじ溝１４の長手方向に沿うタング部１８３の厚さｔ（図３参照）は、ボール１５の直径に対して１／２以上となっている。また、タング部１８３はその幅方向に沿う断面形状がねじ軸１１のボールねじ溝１３とほぼ同形状に形成され、ボールねじ溝１３と隙間を持って配置されている。
【００１３】
ナット１２はボール循環部材１８の戻し通路入出口形成部１８２と嵌合する循環部材挿入孔１９ａ，１９ｂ（図５参照）を有しており、これらの循環部材挿入孔１９ａ，１９ｂは、ボールねじ溝１４との干渉を避けるために、ボールねじ溝１４の長手方向に沿って長円形状に形成されている。
ボール１５は図２に示すボールすくい上げ点Ｐでねじ軸１１のボールねじ溝１３からすくい上げられるようになっており、このボールすくい上げ点Ｐとねじ軸１１の中心１１ｏとを通る直線Ａは、循環部材挿入孔１９ａ，１９ｂの中心線ＣＬとα＝４５°〜８０°の角度で交差している。
【００１４】
ボール戻し通路１８１は両端部分に直線通路部１８１ａ（図３参照）を有しており、この直線通路部１８１ａの長さＬはボール１５の直径に対して１／２以上となっている。
なお、ボール循環部材１８は二つの樹脂成形部材２０（図３参照）から形成され、各樹脂成形部材２０には、ボール戻し通路１８１を形成するボール戻し通路形成溝２１が設けられている。
【００１５】
このように構成されるボールねじでは、循環部材挿入孔１９ａ，１９ｂがボールねじ溝１４の長手方向に沿って長円形状に形成されているため、ボール循環部材１８のタング部１８３の厚さを厚くしても循環部材挿入孔１９ａ，１９ｂがボールねじ溝１４と干渉することを防止できる。したがって、ボールねじ溝１４のピッチが小さい場合やボールねじ溝１４が多条ねじ溝である場合でもボール循環部材１８のタング部１８３の厚さを厚くしてタング部１８３の強度を向上させることができ、ボールねじの高速化および耐久寿命の向上を図ることができる。
また、上述した実施形態ではボールねじ溝１４の長手方向に沿うタング部１８３の厚さｔをボール１５の直径に対して１／２以上としたことで、タングの破損を防止し且つボールねじの高速化を図ることができる。
【００１６】
図６に、タング部の厚さｔがｔ＝0.1Ｄa（Ｄa：ボール直径），0.2Ｄa，0.3Ｄa，0.4Ｄa，のボールねじ（軸径63mm、リード16mm）を使用して、タング部先端の疵の深さをボールねじ回転速度：3200min-1、ナット走行距離：１kmの試験条件で測定したときの結果を示す。
図６の試験結果から、ボールねじの回転速度が高速でタング部の厚さが薄い場合は、タング部の先端に疵が発生した。一方、タング部の厚さが厚い場合はタング部の先端に疵が発生し難くなり、タング部の厚さｔがｔ＝0.5Ｄａ以上になると、タング部の先端に疵がほとんど発生しないことが判明した。これは、タング部の厚さが厚くなるに従ってタング部の強度が向上し、ねじ軸などに接触したときにタング部が広い面積で接触するため、疵などの影響が出難いためと考えられる。通常の回転速度（例えば1600min-1）では、タング部の厚さｔが0.2mm程度から疵も見られなかった。
【００１７】
上述した通り、高速での使用による循環部品の振動などによって、あるいは偏荷重によるボールの詰まりなどによって稀ではあるが、タング先端がねじ軸に競る可能性がある。このとき、タング形状をねじ軸のボールねじ溝とほぼ同形状とし、さらにタングの厚さｔを大きくとることにより、樹脂と鉄とが接触した場合のダメージを小さくすることができる。
【００１８】
さらに、上述した実施形態では、タング部１８３の形状をねじ軸１１のボールねじ溝１３とほぼ同形状に形成し、タング部１８３をねじ軸１１のボールねじ溝１３と隙間を持って配置することにより、タング部１８３がボール１５からの圧力を受けて、仮にねじ軸１１のボールねじ溝１３に接触しても、面積が広く面圧が低く抑えられるため、タング部１８３の破損を防止することができる。また、タング部１８３がねじ軸１１に接触した場合のダメージを小さくすることができる。
【００１９】
また、ボール１５のボールすくい上げ点Ｐとねじ軸１１の中心１１ｏとを通る直線Ａが循環部材挿入孔１９ａ，１９ｂの中心線ＣＬと交差する角度αを４５°〜８０°としたことで、ボール１５の見かけのすくい上げ角度γがγ＝１０°〜４５°となる。これにより、循環部材挿入孔１９ａ，１９ｂをナット１２のボールねじ溝１４と干渉せずに孔明け加工することができる。この場合、タング部の長さも長円形状であれば、長くとれることになる。
【００２０】
見かけのすくい上げ角度（ねじ軸の中心を通り、循環部材挿入孔の中心線と直交する直線と、ボールすくい上げ点とねじ軸中心を通る直線との角度）が２０°以上であれば、現在使用されているボールねじ（特に、射出成形機用途などの大ボール径）で、循環部材挿入孔をナットのボールねじ溝と干渉しないで孔明け加工することができる。それ以下であると、ナットのボールねじ溝と干渉し、ナットやボール循環部材の肉厚を十分な肉厚に確保することが困難となる。また、見かけのすくい上げ角度が４５°以上になると、上方への変換角度が大きくなるため、ボール循環経路として成り立ち難い。このため、長円形状の循環部材挿入孔をナットのボールねじ溝と干渉しないで孔明け加工するためには、１０°〜４５°の見かけのすくい上げ角度が必要となる。循環部材挿入孔を長円形状とし、長円形状全体をタング部とすることで、タング部の強度を高めることができる。樹脂材の引けなどの影響でタング部の厚さを厚くできない場合は、肉盗みを設けてもよいが、タング部の形状をリブ形状として、タング部の厚さを確保することが望ましい。
【００２１】
さらにまた、ボール戻し通路１８１の両端部分に形成された直線通路部１８１ａの長さＬをボール１５の直径に対して１／２以上としたことで、ボール１５が不連続（すくい上げ部付近のガタ）部分を直線運動となってボールが移動するため、段差への衝突が少なくなり、騒音を低減することができる。
【００２２】
すなわち、ボールねじの場合、接線すくい上げであっても負荷圏（ねじ軸とナットのボールねじ溝に囲まれた領域）から循環経路（循環部品内）に入るとき、部品間のつなぎ目がどうしても発生する。接線すくい上げの場合、タングへの衝突は入射角が０°に近く、衝突力は小さいが、ねじ軸のボールねじ溝からタング先端へ乗り移る時、段差としては存在する。接線すくい上げの場合、すくい上げポイント後、できるだけ長く直線区間があったほうが望ましいが、循環部品は反対側へボールを返すことが目的であり、ボールねじとしての外形寸法も必要以上に大きくできないため、あまり長い直線経路は取れない。しかし、接線すくい上げの効果を出すためには、段差の存在する範囲（タングが先端部を乗り越えるまで）は、最低限直線経路で設計する必要がある。提案する接線すくい上げの場合、タングの先端はすくい上げポイントからボール径の０．５倍程度の位置に存在する。このため、最低限、ストレート部をボール径の０．５倍以上にすることが最低限必要条件である。
なお、本発明は上述した実施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で種々の変更が実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るボールねじの平面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図１に示す樹脂製ボール循環部材の斜視図である。
【図４】図３の樹脂製ボール循環部材に形成されたボール戻し通路を示す図である。
【図５】図１に示すナットの平面図である。
【図６】タング部の厚さとタング部先端の疵の深さとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１１  ねじ軸
１２  ナット
１３，１４  ボールねじ溝
１５  ボール
１７  ビス
１８  ボール循環部材
１８１  ボール戻し通路
１８１ａ  直線通路部
１８２  戻し通路入出口形成部
１８３  タング部
１９ａ，１９ｂ  循環部材挿入孔
【図１】
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【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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