(57)【要約】【課題】  ナットのボールねじ溝端へのボールの衝突を最小限に抑えることで、騒音や振動を小さくすると共に、衝突によるボールやナットのボールねじ溝端のダメージを回避する。【解決手段】  ボール循環路形成部材の方向変更部１７２，１７３をナット１３に貫設された方向変更部挿入孔２１，２２に挿入してボール循環路１８を形成したボールねじにおいて、第２のボールねじ溝１４に対するボール循環路１８の位置を、該ボール循環路１８の中心線Ｌ18とボール１５のすくい上げ点Ｏ15とが交差する位置からボール循環路１８の内面が前記すくい上げ点Ｏ15にあるボール１５の外形軌跡面１５ａと接する位置までの範囲に配置する。【選択図】      図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に第１のボールねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸の外周面と対向する内周面に第２のボールねじ溝を有するナットと、前記第１及び第２のボールねじ溝間に形成されたボール転動路を転動する多数のボールと、前記ボール転動路を転動するボールの進行方向を変更する方向変更部を有するボール循環路形成部材とを備えてボール循環路を形成したボールねじであって、
前記第２のボールねじ溝に対する前記ボール循環路の位置を、該ボール循環路の中心線と前記ボールのすくい上げ点とが交差する位置から前記ボール循環路の内面が前記すくい上げ点にある前記ボールの外形軌跡面と接する位置までの範囲に配置したことを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
前記ボール循環路の中心線は、前記ボール転動路との境目部分で前記ねじ軸の軸方向と直角方向に対して前記第１及び第２のボールねじ溝のリード角分だけ傾斜していることを特徴とする請求項１に記載したボールねじ。
【請求項３】
前記ボールの掬い上げ角度が０〜１５°であることを特徴とする請求項１又は２記載に記載したボールねじ。
【請求項４】
前記各ボール間に保持ピース又はその連結体を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載したボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじのボールを循環させる方式には、外部循環方式と内部循環方式とがあり、前者の方式としては、例えば、ボール循環部品としてリタ一ンチューブを使用したリターンチューブ式ボールねじが知られている。このリターンチューブ式ボールねじは、エンドキャップ式ボールねじのように、ナットの内部にボール循環路を形成しなくてもよいため、構造の簡素化やコストの低減等を図ることができるが、ねじ軸とナットの両ボールねじ溝間に形成されたボール転動路を転動するボールをリターンチューブのタング部に衝突させてボールの進行方向をねじ軸の軸方向に対して直角方向に変更しているため、騒音の発生やボール及びリターンチューブのタング部の損傷等を引き起こす可能性がある。
【０００３】
そこで、タング部へのボールの衝突を回避するために、図１６に示すように、ボールＢの掬い上げ角度を小さくしてボールを循環させる方式のボールねじが提案されている。
ここで、ボールの掬い上げ角度とは、図１７に示すように、ねじ軸ＢＳとナットＮの両ボールねじ溝間を転動するボールＢの中心軌道ＬB とリターンチューブＴの中心線ＬT との交点ＰC における中心軌道ＬB の接線ＬP と、リターンチューブＴの中心線ＬT とのなす角度αをいう。例えば、掬い上げ角度αが０°となる場合とは、前記接線ＬP と前記中心線ＬT とがなす角度が０°であり、この場合の掬い上げは、所謂、接線掬い上げと呼ばれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、リターンチューブ等のボール循環路形成部材内に形成されるボール循環路の孔径は、ボールの詰まり現象等を回避するために、通常、ボールの直径よりも若干大きく形成されている。このため、ボールの掬い上げ角度を０°にすると、ナットに形成されたボールねじ溝の端部に図１６に示すような段部Ｓが生じ、この段部Ｓにボールが衝突する可能性がある。特に、高速運転時には、ボールに大きな遠心力が作用するため、ボールが上記段部Ｓに衝突するエネルギーが大きくなり、騒音や振動の発生原因となる可能性がある。
【０００５】
また、このような問題をリターンチューブ式ボールねじで解決しようとした場合には、構造が複雑になったり、加工が困難であったり、部品点数が多くなる等の問題がある。
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、ナットのボールねじ溝端へのボールの衝突を最小限に抑えることで、騒音や振動を小さくすることができると共に、衝突によるボールやナットのボールねじ溝端のダメージを回避することができるボールねじ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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外周面に第１のボールねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸の外周面と対向する内周面に第２のボールねじ溝を有するナットと、前記第１及び第２のボールねじ溝間に形成されたボール転動路を転動する多数のボールと、前記ボール転動路を転動するボールの進行方向を変更する方向変更部を有するボール循環路形成部材とを備えてボール循環路を形成したボールねじであって、
前記第２のボールねじ溝に対する前記ボール循環路の位置を、該ボール循環路の中心線と前記ボールのすくい上げ点とが交差する位置から前記ボール循環路の内面が前記すくい上げ点にある前記ボールの外形軌跡面と接する位置までの範囲に配置したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記ボール循環路の中心線は、前記ボール転動路との境目部分で前記ねじ軸の軸方向と直角方向に対して前記第１及び第２のボールねじ溝のリード角分だけ傾斜していることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記ボールの掬い上げ角度が０〜１５°であることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記各ボール間に保持ピース又はその連結体を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、第２のボールねじ溝に対するボール循環路の位置を、該ボール循環路の中心線とボールのすくい上げ点とが交差する位置からボール循環路の内面が前記すくい上げ点にあるボールの外形軌跡面と接する位置までの範囲に配置することで、ボールの掬い上げ角度を小さくした場合や高速運転の場合においても、ナットのボールねじ溝端へのボールの衝突を最小限に抑えることができるので、騒音や振動を小さくすることができると共に、衝突によるボールやナットのボールねじ溝端のダメージを回避することができる。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１の発明に加えて、ボール転動路からボール循環路にボールが入る際にナットのボールねじ溝端へのボールの衝突をより効果的に防止することができる。
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明に加えて、方向変更部へのボールの衝突を和らげることができる。
請求項４の発明では、請求項１〜３のいずれか一向に記載の発明に加えて、ボール同士の衝突や競り合いに起因する騒音の発生やボールの摩耗等を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の一例であるボールねじの平面図、図２は図１に示すボールねじの軸方向断面図、図３は図１に示すボールねじの径方向断面図、図４はボール循環路形成部材を示す図、図５は図４に示すボール循環路形成部材の側面図、図６は図４に示すボール循環路形成部材の背面図、図７は方向変更部を示す図で、図２のＡ部を拡大して示す断面図、図８は各ボール間に保持ピースを介装した状態を示す図で、図２のＢ部を拡大して示す断面図、図９は図８に示す保持ピースの断面図、図１０は図７のＤ−Ｄ線断面図におけるＸの値を説明するための説明図、図１１はＸの値が本発明範囲にある図７のＤ−Ｄ線断面図、図１２はＸの値が本発明範囲にある図３のＣ部を拡大して示す図、図１３はＸの値を変化させた場合の各ＴＰの騒音レベルを比較した結果を示すグラフ図、図１４及び図１５は本発明の他の実施形態に係るボールねじを説明するための図である。
【００１１】
本発明の実施形態の一例であるボールねじ１０は、図１〜図３に示すように、ねじ軸１１を備えており、このねじ軸１１の外周面には第１のボールねじ溝１２が形成されている。また、ボールねじ１０は円筒状のナット１３を備えており、このナット１３の内周面には第２のボールねじ溝１４（図２参照）が形成されている。
上記第１及び第２のボールねじ溝１２，１４は互いに対向しており、これらの両ボールねじ溝１２，１４間には、図２に示すように、転動体としての多数のボール１５が配設されている。これらのボール１５はねじ軸１１又はナット１３の一方が軸芯回りに回転するとボールねじ溝１２，１４間に形成された螺旋状のボール転動路１６（図３参照）を転動するようになっており、ボール転動路１６を転動した各ボール１５は、ボール循環路形成部材１７によりナット１３の外部に形成されたボール循環路１８を通って元の位置に戻されるようになっている。
【００１２】
ボール循環路形成部材１７は、図４〜図６に示すように、プレート状のボール戻し部１７１を有しており、このボール戻し部１７１は取付ネジ１９，２０（図１参照）によりナット１３の側面に取り付けられている。また、ボール循環路形成部材１７はボール転動路１６を転動するボール１５の進行方向を変更する柱状の方向変更部１７２，１７３を有しており、これらの方向変更部１７２，１７３はナット１３に貫設された方向変更部挿入孔２１，２２（図３参照）に挿入されている。
【００１３】
図７は図２のＡ部を拡大して示す図であり、ボール循環路形成部材１７内に形成されたボール循環路１８の両端部分はその中心線Ｌ18をねじ軸１１の軸方向と直交する方向に対してボールねじ溝１２，１４のリード角θ分だけ傾斜させて方向変更部１７２，１７３内に形成されている。
図８は図２のＢ部を拡大して示す図であり、各ボール１５間には保持ピース２４が設けられている。この保持ピース２４はボール１５の直径よりも小さい直径で円盤状に形成されており、各保持ピース２４の両端面には、図９に示すように、転動体接触面２４ａ，２４ｂが形成されている。
【００１４】
図１０は図７のＤ−Ｄ線断面におけるボール循環路１８とナット１３の第２のボールねじ溝１４との位置関係を示したものであり、図中Ｏ15はボール１５のすくい上げ点、Ｏ18はボ−ル循環路１８の中心点である。なお、本発明でいうボール１５のすくい上げ点Ｏ15とは、ボール１５がボール転動路１６からすくい上げの際にボール循環路１８の方向へ離れる位置でのボール１５の中心点、あるいはボール１５がボール循環路１８からボール転動路１６に戻る際に、ボール循環路１８からボール転動路１６にボール１５が戻る位置での該ボール１５の中心点をいう。
【００１５】
ここで、本実施形態では、図１０を参照して、すくい上げ点Ｏ15を基準として、該すくい上げ点Ｏ15からボ−ル循環路１８の中心点Ｏ18までの距離をＸ（第２のボールねじ溝１４側を＋、第２のボールねじ溝１４から離間する側を−）とした場合に、図１１及び図１２に示すように、第２のボールねじ溝１４に対するボール循環路１８の位置を、該ボール循環路１８の中心線Ｌ18とボール１５のすくい上げ点Ｏ15とが交差する位置であるＸ＝０からボール循環路１８の内面が前記すくい上げ点Ｏ15にあるボール１５の外形軌跡面１５ａと接する位置（Ｐ0 点）であるＸ＝（ｄｗ−ｄ）／２までの範囲に配置しており、具体的にはＸ＝（ｄｗ−ｄ）／２＝−０．１ｍｍに設定している。但し、ｄｗ：ボール１５の直径、ｄ：ボール循環路１８の直径、ｄｗ＜ｄとする。
【００１６】
また、図１１に示すように、ボール１５がボール循環路１８からボール転動路１６に戻される際には、ボール１５が第２のボールねじ溝１４の肩部１４ａに衝突する可能性があるので、本実施形態では図１１中斜線で示す部分に面取りが施されている。また、ナット１３の内周面に形成された第２のボールねじ溝１４の溝面中央部には、研削時の逃げ溝２５が形成されている。
なお、図１１中Ｃp はボール１５と第２のボールねじ溝１４との接触点を示している。また、図１２に示すように、ボール循環路１８はボール１５の掬い上げ角度αがα＝０〜１５°となる角度で方向変更部１７２，１７３内に形成されている。
【００１７】
図１３にＸの値を変化させた場合の各ボールねじの騒音レベルを比較した結果を示す。なお、試験用のボールねじはＴＰ１とＴＰ２を用意し、回転速度を２４００〜４０００ｍｉｎ-1の間で変化させて試験を行った。なお、ＴＰ１とＴＰ２は仕様が同一で個体が異なるものとする。
図１３から判るように、Ｘの値が−０．１〜０ｍｍの範囲で、騒音が小さくなっている。今回試験したボールねじについて、Ｘ＝−０．１ｍｍのときの第２のボールねじ溝１４に対するボール循環路１８の位置関係は図１１及び図１２に示すようになる。各図から、Ｘ＝−０．１ｍｍとなるのは、上述したように、第２のボールねじ溝１４に対するボール循環路１８の位置が、ボール循環路１８の内面が前記すくい上げ点Ｏ15にあるボール１５の外形軌跡面１５ａと接する位置（Ｐ0 点）である。
【００１８】
一方、Ｘ＝０ｍｍのときとは、図１２において、第２のボールねじ溝１４に対するボール循環路１８の位置が、ボール循環路１８の中心線Ｌ18とボール１５のすくい上げ点Ｏ15とが交差（図１１ではＯ15とＯ18とが一致）する位置である。
ここで、Ｘが０を超えた場合は、ボール循環路１８から第２のボールねじ溝１４にボール１５が入る際、第２のボールねじ溝１４端の段差が大きくなるので、この段差にボールが衝突して、騒音の原因になると考えられる。また、Ｘが０．１未満の場合は、ボール１５をすくい上げる際にボール１５の一部がボール循環路１８からはみ出した状態となり、ボール循環路形成部材１７の端にボール１５が衝突して、騒音が大きくなったと考えられる。
【００１９】
このようにこの実施の形態では、第２のボールねじ溝１４に対するボール循環路１８の位置を、該ボール循環路１８の中心線Ｌ18とボール１５のすくい上げ点Ｏ15とが交差する位置からボール循環路１８の内面が前記すくい上げ点Ｏ15にあるボール１５の外形軌跡面１５ａと接する位置（Ｐ0 点）までの範囲に配置しているので、ボール１５の掬い上げ角度を小さくした場合や高速運転の場合においても、ナット１３の第２のボールねじ溝１４端へのボール１５の衝突を最小限に抑えることができる。この結果、騒音や振動を小さくすることができると共に、衝突によるボール１５やナット１３の第２のボールねじ溝１４端のダメージを回避することができる。
【００２０】
また、上述した実施形態では、方向変更部１７２，１７３内のボール循環路１８の中心線Ｌ18がねじ軸１１の軸方向と直角方向に対してボールねじ溝１２，１４のリード角θ分だけ傾斜しているため、ボール転動路１６からボール循環路１８にボール１５が入る際にナット１３の第２のボールねじ溝１４端へのボール１５の衝突をより効果的に防止することができる。
【００２１】
さらに、上述した実施形態ではボール１５の掬い上げ角度αをα＝０〜１５°としたボールねじにて実現したことにより、方向変更部１７２，１７３へのボール１５の衝突を和らげることができる。
また、上述した実施形態では各ボール１５間に保持ピース２４を設けたことにより、ボール同士の衝突や競り合いが保持ピース２４によって回避されるため、騒音の発生やボールの摩耗等を防止することができる。
【００２２】
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い。たとえば、上述した第１の実施形態では、ボール循環路形成部材１７のボール戻し部１７１をプレート状に形成したが、図１４及び図１５に示すように、ボ一ル循環路形成部材１７の方向変更部１７２，１７３をデフレクターピースとし、またボール戻し部１７１を管状に形成したものでもよいし、あるいはボ一ル循環路形成部材全体を管状に形成したものでもよい。
また、上述した第１の実施形態では保持ピース２４を各ボール間に各々独立して設けたが、保持ピース同士が連結された連結体を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態の一例であるボールねじの平面図である。
【図２】図１に示すボールねじの軸方向断面図である。
【図３】図１に示すボールねじの径方向断面図である。
【図４】図１に示すボール循環路形成部材を示す図である。
【図５】図４に示すボール循環路形成部材の側面図である。
【図６】図４に示すボール循環路形成部材の背面図である。
【図７】方向変更部を示す図で、図２のＡ部を拡大して示す断面図である。
【図８】各ボール間に保持ピースを介装した状態を示す図で、図２のＢ部を拡大して示す断面図である。
【図９】図８に示す保持ピースの断面図である。
【図１０】図７のＤ−Ｄ線断面図におけるＸの値を説明するための説明図である。
【図１１】Ｘの値が本発明範囲にある図７のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１２】Ｘの値が本発明範囲にある図３のＣ部を拡大して示す図である。
【図１３】Ｘの値を変化させた場合の各ＴＰの騒音レベルを比較した結果を示すグラフ図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係るボールねじの軸方向断面図である。
【図１５】図１４に示すボールねじの径方向断面図である。
【図１６】ボールの掬い上げ角度を０°にした場合のリターンチューブ式ボールねじの断面図である。
【図１７】ボールの掬い上げ角度を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０    ボールねじ
１１    ねじ軸
１２    第１のボールねじ溝
１３    ナット
１４    第２のボールねじ溝
１４ａ    肩部
１５    ボール
１５ａ  ボール転動路を転動するボールの外形軌跡面
１６    ボール転動路
１７    ボール循環路形成部材
１７１    ボール戻し部
１７２，１７３    方向変更部
１８    ボール循環路
１９，２０    取付ネジ
２１，２２    方向変更部挿入孔
２４    保持ピース
２４ａ，２４ｂ    転動体接触面
２５    逃げ溝
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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