(57)【要約】【課題】ねじ溝間の間隔が狭い小リードねじや、多条ねじにも好適に用いることができると共に、作動性および耐久性に優れたボールねじ装置を提供する。【解決手段】ねじ軸１３のねじ溝１２とナット１６のねじ溝１４との間に形成されて多数のボール１５が転動する負荷軌道とナット１６のボール戻し通路１７とを連通させるボール循環溝２１を有してナット１６の端面に嵌合される循環こま４０を備え、ボール循環溝２１の先端に、前記ねじ溝１２に嵌合されて両ねじ溝１２，１４間を転動するボール１５を掬い上げるタング部２０を具備するボールねじ装置３０において、循環こま４０におけるタング部２０を含むボール循環溝２１のナット１６の軸方向内側部分を切除する。【選択図】　　　図１
2004036831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有すると共に軸方向に貫通するボール戻し通路を有して前記ねじ軸に遊嵌されるナットと、前記両ねじ溝間と前記ボール戻し通路とを連通させるボール循環路を有して前記ナットの端面に嵌合される循環こまと、前記両ねじ溝間、前記ボール戻し通路および前記ボール循環路を転動しつつ循環可能に装填された多数のボールとを備え、前記ボール循環路の先端に、前記ねじ軸のねじ溝に嵌合されて前記両ねじ溝間を転動する前記ボールを掬い上げるタング部を具備するボールねじ装置において、
前記循環こまにおける前記タング部を含む前記ボール循環路の前記ナットの軸方向内側部分を切除し、この切除した部分の該ボール循環路の一部としての代わりを、前記ナット側に設けられたねじ溝で行うことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
前記循環こまの前記ボール循環路以外に突起を設けると共に、前記ナットに該突起が嵌合される凹部を設けたことを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
【請求項３】
前記タング部の前記ねじ軸のねじ溝側を向く背面部の該ねじ溝に沿う長さを前記ボールの径寸法の１．５倍以上１０倍以下としたことを特徴とする請求項１又は２記載のボールねじ装置。
【請求項４】
外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有すると共に軸方向に貫通するボール戻し通路を有して前記ねじ軸に遊嵌されるナットと、前記両ねじ溝間と前記ボール戻し通路とを連通させるボール循環路を有して前記ナットの端面に嵌合される循環こまと、前記両ねじ溝間、前記ボール戻し通路および前記ボール循環路を転動しつつ循環可能に装填された多数のボールとを備え、前記ボール循環路の先端に、前記ねじ軸のねじ溝に嵌合されて前記両ねじ溝間を転動する前記ボールを掬い上げるタング部を具備するボールねじ装置において、
前記タング部の前記ねじ軸のねじ溝側を向く背面部の基端側の断面積より該タング部の先端の断面積を小さくし、且つ、前記タング部の先端を該ねじ軸のねじ溝に非接触としたことを特徴とするボールねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば産業機械等に用いられ、特に、高剛性、高寿命、高速送りおよび低騒音が要求される場合に好適なボールねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のボールねじ装置としては、例えば図９および図１０に示すものが知られている（ドイツ実用新案公報ＤＥ２４３７４９７参照）。
このボールねじ装置１０は、外周面に螺旋状のねじ溝１２を有して軸方向に延びるねじ軸１３に、内周面に前記ねじ軸１３のねじ溝１２に対応するねじ溝１４を有するナット１６が嵌合されており、ナット１６のねじ溝１４とねじ軸１３のねじ溝１２とは互いに対向して両者の間に螺旋状の負荷軌道を形成している。該負荷軌道には転動体としての多数のボール１５が転動可能に装填されており、ねじ軸１３（又はナット１６）の回転により、ナット１６（又はねじ軸１６）がボール１５の転動を介して軸方向に移動するようになっている。
【０００３】
ところで、ナット１６（又はねじ軸１３）が軸方向に移動する際には、ボール１５が両ねじ溝１２，１４で形成される螺旋状の負荷軌道を転動しつつ移動するが、ナット１６（又はねじ軸１３）を継続して移動させていくためには、ボール１５を無限循環させる必要がある。
ボールを無限循環させる方式としては、循環チューブ式やエンドキャップ式等が一般的であるが、コンパクトタイプのボールねじ装置では、ナット１６に軸方向に貫通するボール戻し通路１７を形成すると共に、ナット１６の端面に切欠き１９を形成して該切欠き１９に該ボール戻し通路１７と前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道とを連通する循環こま１８を嵌合して該循環こま１８をナット１６にねじ止めや止め輪等により固定している。
【０００４】
循環こま１８は、例えば合成樹脂の成形品からなり、図１１および図１２に示すように、前記ボール戻し通路１７と前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道との間を連通する湾曲状のボール循環溝（ボール循環路）２１と、該ボール循環溝２１の先端に設けられ、ねじ軸１３のねじ溝１２に嵌合されて前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道を転動するボール１５を掬い上げるタング部２０とを備えている。そして、タング部２０を含むボール循環溝２１、前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道および前記ボール戻し通路１７によってボール１５の無限循環通路を形成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のボールねじ装置においては、循環こま１８をナット１６の端面側から切欠き１９に軸方向に押し込んで嵌合するため、タング部２０を含むボール循環溝２１のナット１６の軸方向の両側には肉部が設けられ、該両側の肉部の端面は軸線に直角方向に沿う面となって互いに平行とされている。
【０００６】
しかしながら、循環こま１８のこのような形状とすると、ねじ溝間の間隔が狭い小リードねじや、多条ねじの場合には、図１３に示すように、循環こま１８のナット１６の軸方向の内側部分の肉部にボール１５が干渉することになるため、適応が困難となり、また、同様の理由で、ボール径を大きくして動定格荷重を増すことも困難になる。
【０００７】
更に、小リードねじに適応するため、循環こま１８の幅Ｂ（図１２（ａ）参照）を短くすると、ボール循環溝２１のボール１５をボール戻し通路１７に導く経路の曲げＲ（図１２（ｂ）参照）が小さくなるため、ボール１５が急激に曲げられて装置の作動性や耐久性に間題が生じるおそれがある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、ねじ溝間の間隔が狭い小リードねじや、多条ねじにも好適に用いることができると共に、作動性および耐久性に優れたボールねじ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有すると共に軸方向に貫通するボール戻し通路を有して前記ねじ軸に遊嵌されるナットと、前記両ねじ溝間と前記ボール戻し通路とを連通させるボール循環路を有して前記ナットの端面に嵌合される循環こまと、前記両ねじ溝間、前記ボール戻し通路および前記ボール循環路を転動しつつ循環可能に装填された多数のボールとを備え、前記ボール循環路の先端に、前記ねじ軸のねじ溝に嵌合されて前記両ねじ溝間を転動する前記ボールを掬い上げるタング部を具備するボールねじ装置において、前記循環こまにおける前記タング部を含む前記ボール循環路の前記ナットの軸方向内側部分を切除し、この切除した部分の該ボール循環路の一部としての代わりを、前記ナット側に設けられたねじ溝で行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記循環こまの前記ボール循環路以外に突起を設けると共に、前記ナットに該突起が嵌合される凹部を設けたことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記タング部の前記ねじ軸のねじ溝側を向く背面部の該ねじ溝に沿う長さを前記ボールの径寸法の１．５倍以上１０倍以下としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有すると共に軸方向に貫通するボール戻し通路を有して前記ねじ軸に遊嵌されるナットと、前記両ねじ溝間と前記ボール戻し通路とを連通させるボール循環路を有して前記ナットの端面に嵌合される循環こまと、前記両ねじ溝間、前記ボール戻し通路および前記ボール循環路を転動しつつ循環可能に装填された多数のボールとを備え、前記ボール循環路の先端に、前記ねじ軸のねじ溝に嵌合されて前記両ねじ溝間を転動する前記ボールを掬い上げるタング部を具備するボールねじ装置において、
前記タング部の前記ねじ軸のねじ溝側を向く背面部の基端側の断面積より該タング部の先端の断面積を小さくし、且つ、前記タング部の先端を該ねじ軸のねじ溝に非接触としたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態の一例であるボールねじ装置を軸方向から見た説明図、図２（ａ）は図１の右側面図で一部に図１のＸ−Ｘ線断面図を示す図、図２（ｂ）は図２（ａ）の循環こまの装着前の状態を示す図、図３は循環こまを示す図で（ｂ）は正面図、（ａ）は（ｂ）の左側面図、（ｃ）は（ｂ）の右側面図、図４は図３の循環こまの斜視図で、（ａ）はタング部の背面側から見た図、（ｂ）はボール循環溝側から見た図、図５は本発明の作用効果を説明するための説明図、図６はタング部背面長さＬ／ボール径Ｄｗと音響エネルギー比との関係を示すグラフ図、図７は循環こまの変形例を示す斜視図、図８はタング部先端形状とタング部基端側背面形状との違いを説明するための説明的断面図である。なお、図９および図１０に示した従来例と重複する部分については、各図に同一符号を付して説明する。
【００１２】
図１および図２に示すように、このボールねじ装置３０は、外周面に螺旋状のねじ溝１２を有して軸方向に延びるねじ軸１３に、内周面に前記ねじ溝１２に対応するねじ溝１４を有するナット１６が嵌合されている。
ナット１６のねじ溝１４とねじ軸１３のねじ溝１２とは互いに対向して両者の間に螺旋状の負荷軌道を形成しており、該負荷軌道には転動体としての多数のボール１５が転動可能に装填されている。そして、ねじ軸１３（又はナット１６）の回転により、ナット１６（又はねじ軸１３）がボール１５の転動を介して軸方向に移動するようになっている。
【００１３】
なお、前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道を転動する多数のボール１５の各ボール１５間に、駆動時のボール同士の衝突音を無くして低騒音化を図るべく、該ボール１５に対向する両側面にそれぞれ円弧状等の凹面を有する保持ピースを介装してもよい。この保持ピースは各ボール１５間に個別に介装するタイプ、各保持ピースが互いに連結されたタイプのどちらでもよい。
【００１４】
ナット１６の壁部には軸方向に貫通するボール戻し通路１７が穿設されており、また、ナット１６の両端面には図３および図４に示す循環こま４０が所定の締め代をもって嵌合される切欠き４１が前記ボール戻し通路１７および前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道に連通して形成されている。
循環こま４０は、例えば合成樹脂の成形品からなり、図３および図４に示すように、前記ボール戻し通路１７と前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道との間を連通する湾曲状のボール循環溝（ボール循環路）２１と、該ボール循環溝２１の先端に設けられ、ねじ軸１３のねじ溝１２に嵌合されて両ねじ溝間１２，１４の負荷軌道を転動するボール１５を掬い上げるタング部２０とを備えている。タング部２０、ボール循環溝２１、前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道および前記ボール戻し通路１７によってボール１５の無限循環通路を形成している。
【００１５】
そして、循環こま４０を切欠き４１に嵌合固定した状態においては、循環こま４０は切欠き４１内で径方向および周方向に拘束されている。
ここで、この実施の形態では、タング部２０を含むボール循環溝２１のナット１６の軸方向の外側には肉部が設けられて該肉部の端面は軸線に直角方向に沿う面とされ、タング部２０を含むボール循環溝２１のナット１６の軸方向の内側部分の肉部は切除されている。
【００１６】
これにより、ねじ溝間の間隔が狭い小リードねじや、多条ねじの場合においても、図５に模式的に示すように、ボール１５が循環こま４０に干渉するのを回避することができ、この結果、ねじ溝間の間隔が狭い小リードねじや、多条ねじの場合にも好適に用いることができると共に、ボール径を大きくして動定格荷重を増すことも可能になり、更には、装置の作動性や耐久性も優れたものとすることができる。
【００１７】
因みに、本実施形態では、ボール径／ねじ溝ピッチが０．８程度まで対応できるようになり、ねじ軸径４０ｍｍ、リード３０ｍｍ、２条ねじの場合、従来の循環こま１８では、ボール径は５．５ｍｍ程度までしか対応できなかったのに対し、本実施形態の循環こま４０では、ボール径は７．１４ｍｍ程度まで対応できることが確認された。これにより、動定格荷重は４３７００Ｎから６１０００Ｎまで４０％程度大きくすることができ、寿命を従来の２．７倍程度に向上できる。
【００１８】
なお、この実施の形態では、循環こま４０のタング部２０を含むボール循環溝２１のナット１６の軸方向の内側部分の肉部を切除し、この切除した部分の該ボール循環溝２１の一部としての代わりに、ナット１６側にナット１６のねじ溝１４から連続した案内用のねじ溝（図２（ｂ）参照）を形成して該案内用ねじ溝と循環こま４０のボール循環溝２１とによってタング部２０で掬い上げたボール１５をボール戻し通路１７に導くようにしている。
【００１９】
この案内用ねじ溝は、ナット１６のねじ溝１４とボール戻し通路１７とを結ぶなめらかな経路とすることが望ましい。また、案内用ねじ溝とナット１６のねじ溝（螺旋経路）１４とのつなぎ目は、極力、段差をなくすことが望ましい。この段差の大きさは、掬い上げ角度や循環経路径の関係から決める必要があるが、ボール径の３％以下（φ６．３５ｍｍの鋼球で０．２ｍｍ以下の段差）とすると低騒音化が図れて有利である。
【００２０】
また、循環こま４０は両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道からボール１５を掬い上げてナット１６のボール戻し通路１７までボール１５の運動方向を変えることが主目的であるため、循環こま４０はボール１５が方向転換する反力を受けて回転力を受ける。従って、この回転力に対抗するための固定力が必要となる。
この実施の形態では、上述したように、循環こま４０のタング部２０を含むボール循環溝２１のナット１６の軸方向の内側部分の肉部を切除しているため、かかる固定力を得るために、タング部２０の背面部をねじ軸１３のねじ溝１２に軽接触若しくは微すきまで配置すると共に、循環こま４０のナット１６の端面側にナット１６の周方向に延びる帯状の突出片（突起）５０を設けて該突出片５０をナット１６の端面に設けた凹部５１に所定の締め代で嵌合している。
【００２１】
ここで、タング部２０の背面部とは、ボール１５を掬い上げるためにねじ軸１３のねじ溝１２にせり出した部分の該ねじ溝１２の溝面を向く側を含み、ねじ溝１２に沿って形成された該ねじ溝１２と略同等形状の部分をいう。なお、循環こま４０の回転方向ではタング部２０の背面部のねじ溝１２への軽接触若しくは微すき間での配置により回転方向固定し、ねじ溝方向にも固定するため、循環こま４０に上記突出片５０を設ける。
【００２２】
また、タング部２０の背面部での固定力が重要となるが、この場合、タング部背面部のねじ軸１３のねじ溝１２とのすき間をボール径Ｄｗの１〜１０％とすることが好ましく、循環こま４０の熱膨張などを考慮するとボール径の３〜５％とすることが最適である。
更に、タング部２０の背面部のねじ溝１２に沿う長さＬ（図４（ａ）参照）も重要となる。ボール１５を掬い上げるためには、チューブ循環式のボールねじ装置のチューブタングと同様に、タング部２０先端の厚さはボール径の３０％程度あればよいが、本実施形態では、タング部２０の背面部をねじ軸１３のねじ溝１２に沿って延ばし、このタング部２０の背面部をねじ溝１２に軽接触若しくは微すきまになるようにすることにより、循環こま４０が回転しないように固定している。
【００２３】
このとき、タング部２０の背面部のねじ溝１２に沿う長さＬは、ボール径の１　．５　倍〜１０倍程度がよい。図６にタング部背面部の長さＬ／ボール径Ｄｗと音響エネルギー比との関係を示す。
音響試験は、測定ストロークの中心で軸心から高さ４００ｍｍの位置のマイクロフォンで音圧を測定した。なお、測定はＡフィルターを用いている。また、図６の縦軸はタング部背面部の長さＬ／ボール径Ｄｗが１のときの音響エネルギー比を１とした相対値で表示した。
【００２４】
試験条件は以下の通りである。
試験ボールねじ装置：呼び番　日本精工株式会社製　ＮＳＫボールねじ４０×４０×１０００Ｃ５（ボール径７／３２インチ）
試験機名：日本精工株式会社製、ボールねじ音響測定試験機
予圧荷重：５００Ｎ
試験荷重（加速度荷重）：７５０〜１５００Ｎ
最高回転速度：３０００ｍｉｎ−１
ストローク：５００ｍｍ
潤滑：油　ＶＧ＃６８
図６から明らかなように、タング部背面部の長さＬ／ボール径Ｄｗが１．５未満でタング部背面部長さＬが短いと騒音が大きくなり、タング部背面部の長さＬがボール径Ｄｗの１．５倍以上では騒音が大幅に低下しているのが判る。但し、１０倍以上としてもナットの長さが長くなるだけで効果は変わらないので、１．５倍以上１０倍以下が望ましい。
【００２５】
なお、小リードのボールねじ装置の場合、このタング部背面部の長さＬ／ボール径Ｄｗの値は比較的容易に大きくとることができる。また、ねじ溝間ピッチが小さい場合、図７に示すように、ナット１６の端面側でタング部背面部が嵌合されたねじ溝１２に隣接するねじ溝１２に嵌合される凸部６０を循環こま４０に設けて固定力を増すようにしてもよい。このことは多条ねじの場合も同様であり、多条ねじの場合は使用していない隣接ピッチのねじ溝１２を使用できる。
【００２６】
更に、ボール１５をねじ軸１３のねじ溝１２からスムースに掬い上げるためにはタング部２０の先端形状が重要となる。本実施形態では、ボールねじ装置の駆動時にタング部２０の先端がねじ軸１３のねじ溝１２と接触して破損するのを回避するため、タング部２０の先端がねじ溝１２と接触しないようにしており、具体的には、図８に示すように、タング部２０の先端の溝直角断面の面積をタング部２０の基端側の背面部の溝直角断面の面積より小さくしてタング部２０先端が直接ねじ溝１２に当たらないようにしている。つまり、タング部２０の基端側の背面部がねじ溝１２に接触しても、タング部２０先端はねじ溝１２に当たらない構造にしている。
【００２７】
但し、タング部２０先端がねじ溝１２に接近していることがボール１５を掬い上げるためには重要であり、これが低騒音化につながるため、タング部２０の先端の長さはタング部２０の背面部より長くてもよい。この場合も、タング部２０の先端がねじ溝１２に直接当たって破損しないように、タング部２０の背面部の断面形状を考慮することが必要である。
【００２８】
なお、本発明のボールねじ装置のねじ軸、ナット、循環こま、突起および凹部等の構成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。
【００２９】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、ねじ溝間の間隔が狭い小リードねじや、多条ねじの場合においても、ボールが循環こまに干渉するのを回避することができるので、ねじ溝間の間隔が狭い小リードねじや、多条ねじの場合にも好適に用いることができると共に、ボール径を大きくして動定格荷重を増すことも可能になり、更には、装置の作動性や耐久性も優れたものとす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】
【図１】本発明の実施の形態の一例であるボールねじ装置を軸方向から見た説明図である。
【図２】（ａ）は図１の右側面図で一部に図１のＸ−Ｘ線断面図を示す図、（ｂ）は（ａ）の循環こまの装着前の状態を示す図、
【図３】循環こまの一例を示す図であり、（ｂ）は正面図、（ａ）は（ｂ）の左側面図、（ｃ）は（ｂ）の右側面図である。
【図４】図３の循環こまの斜視図であり、（ａ）はタング部の背面側から見た図、（ｂ）はボール循環溝側から見た図である。
【図５】本発明の作用効果を説明するための説明図である。
【図６】タング部背面長さＬ／ボール径Ｄｗと音響エネルギー比との関係を示すグラフ図である。
【図７】循環こまの変形例を示す斜視図である。
【図８】タング部先端形状とタング部基端側背面形状との違いを説明するための説明的断面図である。
【図９】従来のボールねじ装置を軸方向から見た説明図である。
【図１０】図９の右側面図で一部に図９のＸ−Ｘ線断面図を示す図である。
【図１１】従来の循環こまの一例を示す図であり、（ｂ）は正面図、（ａ）は（ｂ）の左側面図、（ｃ）は（ｂ）の右側面図である。
【図１２】図１１の循環こまの斜視図であり、（ａ）はタング部の背面側から見た図、（ｂ）はボール循環溝側から見た図である。
【図１３】従来の問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１２…ねじ溝（ねじ軸側）
１３…ねじ軸
１４…ねじ溝（ナット側）
１５…ボール
１６…ナット
１７…ボール戻し通路
２０…タング部
２１…ボール循環溝（ボール循環路）
３０…ボールねじ装置
４０…循環こま
４１…切欠き
５０…突出片（突起）
５１…凹部
【図１】
2004036831.tif 000003
【図２】
2004036831.tif 000004
【図３】
2004036831.tif 000005
【図４】
2004036831.tif 000006
【図５】
2004036831.tif 000007
【図６】
2004036831.tif 000008
【図７】
2004036831.tif 000009
【図８】
2004036831.tif 000010
【図９】
2004036831.tif 000011
【図１０】
2004036831.tif 000012
【図１１】
2004036831.tif 000013
【図１２】
2004036831.tif 000014
【図１３】
2004036831.tif 000015