| 【発明の名称】 |
ボールねじ機構 |
| 【発明者】 |
【氏名】大久保 努
【氏名】中沢 健志
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| 【要約】 |
【課題】リテーニングピースの循環路内壁への干渉を防止して、負荷ボールを安定して循環させることにより、トルク変動を防止すると共に、リテーニングピースの摩耗を防止して耐久性を向上すること。
【解決手段】隣接する負荷ボール５間に、負荷ボール５に夫々対面する２個の凹面１１を有するリテーニングピース１０が配置されている。このリテーニングピース１０は、負荷ボール５の外径寸法の０．５倍以上の外径寸法を有している。さらに、リテーニングピース１０は、ねじ溝循環路およびチューブ循環路を通過するとき、これらねじ溝循環路およびチューブ循環路の内壁に接触しないような外径寸法を有するか、または、負荷ボールの外径寸法の０．９倍以下の外径寸法を有している。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】ねじ軸の外周面及びナットの内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝が形成され、双方のねじ溝により形成された螺旋状のねじ溝循環路内に多数の負荷ボールが転動自在に配置され、このねじ溝循環路に、ねじ溝循環路から取り出された負荷ボールを再びねじ溝循環路に戻すためのリターン循環路が連接されたボールねじ機構において、隣接する負荷ボール間に、負荷ボールに夫々対面する２個の凹面を有するリテーニングピースが配置され、このリテーニングピースは、負荷ボールの外径寸法の０．５倍以上の外径寸法を有し、且つリテーニングピースは、ねじ溝循環路およびリターン循環路を通過するとき、これらねじ溝循環路およびリターン循環路の内壁に接触しないような外径寸法を有することを特徴とするボールねじ機構。
【請求項２】ねじ軸の外周面及びナットの内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝が形成され、双方のねじ溝により形成された螺旋状のねじ溝循環路内に多数の負荷ボールが転動自在に配置され、このねじ溝循環路に、ねじ溝循環路から取り出された負荷ボールを再びねじ溝循環路に戻すためのリターン循環路が連接されたボールねじ機構において、隣接する負荷ボール間に、負荷ボールに夫々対面する２個の凹面を有するリテーニングピースが配置され、このリテーニングピースは、負荷ボールの外径寸法の０．５倍以上０．９倍以下の外径寸法を有することを特徴とするボールねじ機構。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、負荷ボール間にリテーニングピースを配置しても、負荷ボール数の減少を極力少なく抑えて負荷容量や剛性の低減を招来することがなく、しかも、負荷ボールとリテーニングピースとの摩擦を極めて小さくして、リテーニングピースの循環性を向上すると共に、負荷ボール同士のせりあいによる作動性の悪化、騒音の発生、発生音質の悪化、および負荷ボールの摩擦・損傷を防止したボールねじ機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】ボールねじ機構では、図９に示すように、ねじ軸１の外周面及びナット２の内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝３，４が形成され、双方のねじ溝３，４により形成された螺旋状のねじ溝循環路内に多数の負荷ボール５が転動自在に配置されている。ねじ軸１とナット２を相対的に回転させて一方を軸方向に移動させると、多数の負荷ボール５の転動を介してねじ軸１とナット２が滑らかに相対螺旋運動するようになっている。
【０００３】このようなボールねじ機構では、負荷ボール５がねじ溝３，４内に密に配置されており、個々のねじ溝３，４内を同方向に転動するが、その際、隣接する負荷ボール５，５同士の接触点では、互いに逆方向に転動する負荷ボール５が接触して、相互に転動を妨げる結果、この接触点ですべりを生じる。その結果、負荷ボール５の自由な転動が妨げられ、負荷ボール５の作動性が悪化され、負荷ボール５の摩擦・損傷が生起され、トルク変動が生起されるといったこと、騒音が大きくなるといった種々の問題がある。
【０００４】このような問題に対処するため、図１０に示すように、負荷ボール５の間に、負荷ボール５より数十μｍ径の小さいスペーサボール６が介在され、これにより、負荷ボール５のすべりを防止し、負荷ボール５の作動性を改善し摩擦・損傷を抑制して、トルク変動等を防止している。
【０００５】しかしながら、この図１０に開示されたボールねじ機構では、負荷ボール５の個数が例えば１０個であるのに対し、スペーサボール６の個数も例えば１０個であり、図９の場合と比べると、負荷ボール５同士の間隔が離れ、負荷ボール５の個数が約半分になってしまい、ボールねじ機構の負荷容量が減少し、剛性が低下するといったことがある。
【０００６】このようなことから、図１１に示すように、隣接する負荷ボール５間に、負荷ボール５に夫々対面する２個の凹面１１を有するリテーニングピース１０が介装されることも知られている。そのため、負荷ボール５は、リテーニングピース１０の凹面１１に接触しながら、螺旋状のねじ溝３，４内を良好に循環することができる。したがって、スペーサの形状を従来のスペーサボールに比べて薄くできるため、負荷ボール数の減少を少なく抑えることができ、負荷容量や剛性の低減を招来するといったことがない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１に開示されたボールねじ機構では、リテーニングピース１０の外径寸法と、負荷ボール５の外径寸法との関係が必ずしも適切に考慮されていないため、リテーニングピース１０が螺旋状のねじ溝循環路やチューブ循環路を通過する時に、これら循環路の内壁に干渉するといった虞れがあり、その結果、干渉により、負荷ボール５を安定して循環させることができず、トルク変動が発生するといったこと、または、リテーニングピース１０が摩耗するといったことがある。
【０００８】本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、リテーニングピースの循環路内壁への干渉を防止して、負荷ボールを安定して循環させることにより、トルク変動を防止することができると共に、リテーニングピースの摩耗を防止して耐久性を向上することができるボールねじ機構を提供することを目的する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係るボールねじ機構は、ねじ軸の外周面及びナットの内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝が形成され、双方のねじ溝により形成された螺旋状のねじ溝循環路内に多数の負荷ボールが転動自在に配置され、このねじ溝循環路に、ねじ溝循環路から取り出された負荷ボールを再びねじ溝循環路に戻すためのリターン循環路が連接されたボールねじ機構において、隣接する負荷ボール間に、負荷ボールに夫々対面する２個の凹面を有するリテーニングピースが配置され、このリテーニングピースは、負荷ボールの外径寸法の０．５倍以上の外径寸法を有し、且つリテーニングピースは、ねじ溝循環路およびリターン循環路を通過するとき、これらねじ溝循環路およびリターン循環路の内壁に接触しないような外径寸法を有することを特徴とする。また本発明の請求項２に係るボールねじ機構は、ねじ軸の外周面及びナットの内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝が形成され、双方のねじ溝により形成された螺旋状のねじ溝循環路内に多数の負荷ボールが転動自在に配置され、このねじ溝循環路に、ねじ溝循環路から取り出された負荷ボールを再びねじ溝循環路に戻すためのリターン循環路が連接されたボールねじ機構において、隣接する負荷ボール間に、負荷ボールに夫々対面する２個の凹面を有するリテーニングピースが配置され、このリテーニングピースは、負荷ボールの外径寸法の０．５倍以上０．９倍以下の外径寸法を有することを特徴とするボールねじ機構を特徴とする。
【００１０】このように、本発明によれば、第１の条件として、リテーニングピースは、負荷ボールの外径寸法の０．５倍以上の外径寸法を有している。これは、基本的には、リテーニングピースが負荷ボールの径の半分以下である場合には、リテーニングピースが隣接する負荷ボール間から持ち上がらず、リテーニングピースとしての役目を果たせないからである。
【００１１】第２の条件として、リテーニングピースは、ねじ溝循環路およびリターン循環路を通過するとき、これらねじ溝循環路およびリターン循環路の内壁に接触しないような外径寸法を有するか、または、負荷ボールの外径寸法の０．９倍以下の外径寸法を有している。これは、基本的には、負荷ボールを安定して循環させるためには、負荷ボールの凹面保持代（鋼球保持代）が大きい方が好ましく、そのためには、リテーニングピースは、その外径が大きくなるが、大きくなり過ぎると、種々の曲率を有するねじ溝循環路およびリターン循環路の内壁に干渉し、作動性が悪化することになる。このようなことから、均衡をとって、リテーニングピースの外径は、極力大きくしながら、循環路内壁に干渉しない程度に抑えている。
【００１２】このように、本発明によれば、隣接する負荷ボール間に、負荷ボールに夫々対面する２個の凹面を有するリテーニングピースが配置されているため、負荷ボール間にリテーニングピースを配置しても、負荷ボール数の減少を極力少なく抑えて負荷容量や剛性の低減を招来することがなく、しかも、負荷ボールとリテーニングピースとの摩擦を極めて小さくして、リテーニングピースの循環性を向上すると共に、負荷ボール同士のせりあいによる作動性の悪化、騒音の発生、発生音質の悪化、および負荷ボールの摩擦・損傷を防止することができる。
【００１３】加えて、リテーニングピースの外径寸法と、負荷ボールの外径寸法との関係を適切に考慮しているため、リテーニングピースの循環路内壁への干渉を防止して、負荷ボールを安定して循環させることができ、これにより、トルク変動を防止することができると共に、リテーニングピースの摩耗を防止して耐久性を向上することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係るボールねじ機構を図面を参照しつつ説明する。
【００１５】本実施の形態の説明の前に、図８を参照して、負荷ボールとリテーニングピースの個数、およびこれらの隙間の関係について説明する。
【００１６】図８（ａ）は、本発明の第２実施の形態に係るボールねじ機構の原理を説明する図であり、図８（ｂ）は、リテーニングピースの断面図である。
【００１７】図８（ａ）に示すように、ねじ溝３，４により形成された螺旋状の循環路内に挿入した全てのボール５と全てのリテーニングピース１０とを一方に寄せ集めたと仮定したとき、先頭に当たる負荷ボール（ＬＥＡＤ−Ｂ）と最後尾に当たるリテーニングピース（ＴＡＩＬ−Ｓ）との間にできた隙間を総隙間と規定し、この総隙間の間隔（Ｓ１）が零より大きく（即ち、Ｓ１＞０）、且つ最後尾に当たる１個のリテーニングピース（ＴＡＩＬ−Ｓ）を除去したと仮定したとき、先頭の負荷ボール（ＬＥＡＤ−Ｂ）と最後尾の負荷ボール（ＴＡＩＬ−Ｂ）との隙間の間隔（Ｓ２）がリテーニングピースの径（ｄｓ、図８（ｂ）参照）の０．８倍より小さく（即ち、Ｓ２＜０．８×ｄｓ）なるように、負荷ボール５とリテーニングピース１０の個数が設定されている。
【００１８】このように、循環路の総隙間の間隔（Ｓ１）が、Ｓ１＞０に設定され、且つ、１個のリテーニングピース（ＴＡＩＬ−Ｓ）を除去したときの、先頭の負荷ボール（ＬＥＡＤ−Ｂ）と最後尾の負荷ボール（ＴＡＩＬ−Ｂ）との隙間の間隔（Ｓ２）が、Ｓ２＜０．８×ｄｓに設定されている。そのため、循環路内の隙間が大き過ぎてリテーニングピース１０が循環路内で倒れることがないと共に、この循環路内の隙間が小さ過ぎて負荷ボール５とリテーニングピース１０の摩擦により作動不良を招来するといったことがなく、この循環路内の隙間（Ｓ１，Ｓ２）が適切に設定されていることから、循環路内でリテーニングピース１０が約６０°以上に倒れることがなく、良好な作動性を維持することができる。
【００１９】次に、本実施の形態では、上述したような条件を考慮して、リテーニングピースの外径寸法や形状を規定している。
【００２０】図１は、本発明の実施の形態に係るボールねじ機構の模式図であり、図２は、隙間が存在する場合におけるリテーニングピースと負荷ボールの状態を示す模式図であり、図３は、リテーニングピースの側面形状を示す模式図であり、図４（ａ）は、リテーニングピースの外径寸法（ｄｓ）が負荷ボールの外径寸法（Ｄｗ）の０．５倍以上の場合の模式図であり、図４（ｂ）は、リテーニングピースの外径寸法（ｄｓ）が負荷ボールの外径寸法（Ｄｗ）の０．５倍以下の場合の模式図であり、図５は、変形例に係るリテーニングピースを示す模式図である。
【００２１】本実施の形態では、第１の条件として、リテーニングピース１０は、負荷ボール５の外径寸法の０．５倍以上の外径寸法を有している。
【００２２】これは、リテーニングピース入りのボールねじ機構では、上記のように総隙間が存在するため、全てのリテーニングピース１０が完全に隣接する負荷ボール５間に拘束されるわけではなく、幾つかのリテーニングピース１０は、循環路内で、図２に示すように、フリーの状態（隙間が存在する状態）となる。このような隙間が存在する状態から通常の負荷ボール５間にリテーニングピース１０が保持された状態に復帰するためには、図４（ａ）に示すように、リテーニングピース１０は、負荷ボール５の外径寸法の０．５倍以上の外径寸法を有している必要がある。別言すれば、循環路に、負荷ボール５→リテーニングピース１０→負荷ボール５と並べた場合、リテーニングピース１０の高さが負荷ボール５の中心を結んだ線上より上にないと、図４（ｂ）に示すように、リテーニングピース１０を通常位置に持ち上げる力が働かず、リテーニングピース１０としての役目を果たせないからである。
【００２３】次に、本実施の形態では、第２の条件として、リテーニングピース１０は、ねじ溝循環路およびチューブ循環路を通過するとき、これらねじ溝循環路およびチューブ循環路の内壁に接触しないような外径寸法を有するか、または、負荷ボール５の外径寸法の０．９倍以下の外径寸法を有している。
【００２４】（イ）この第２の条件の理由の一つとして、負荷ボール５のための凹面保持代（鋼球保持代、図３）を確保するため、リテーニングピース１０の外径はできるだけ大きくする必要がある。
【００２５】すなわち、リテーニングピース１０を隣接する負荷ボール５間に保持した状態で安定して循環させるためには、負荷ボール５のための凹面保持代（鋼球保持代、図３）を大きくとる必要がある。しかし、この凹面保持代（鋼球保持代）を大きくするためには、リテーニングピースの外径が大きくなるからである。
【００２６】（ロ）第２の条件の理由の二つ目として、リテーニングピース１０が種々の曲率を有する循環路の内壁に干渉しないようにする必要がある。
【００２７】すなわち、チューブ式ボールねじ機構の場合、負荷を受けるねじ溝循環路と、負荷ボールを戻すためのチューブ循環路（リターン循環路）があるが、ねじ溝循環路は、所定の曲率を有していると共に、チューブ循環路は、図１に示すように、曲げ部１２やボール掬い上げ部１３において、それぞれ、所定の曲率を有している。このような種々の曲率を有する循環路において、リテーニングピース１０が循環路の内壁に干渉しないようにする必要がある。例えば、図１に、リテーニングピース１０の連続した軌跡を示すように、リテーニングピース１０が内壁に干渉することなく、ボール掬い上げ部１３を通過するようにする必要がある。
【００２８】このように、第２の条件では、負荷ボール５を安定して循環させるためには、負荷ボール５の凹面保持代（鋼球保持代、図３）が大きい方が好ましく、そのためには、リテーニングピース１０は、その外径が大きくなるが、大きくなり過ぎると、種々の曲率を有するねじ溝循環路およびリターン循環路の内壁に干渉し、作動性が悪化することになる。このようなことから、均衡をとって、リテーニングピース１０の外径は、極力大きくしながら、循環路内壁に干渉しない程度に抑えている。すなわち、第２の条件を「リテーニングピース１０は、ねじ溝循環路およびチューブ循環路を通過するとき、これらねじ溝循環路およびチューブ循環路の内壁に接触しないような外径寸法を有するか、または、負荷ボール５の外径寸法の０．９倍以下の外径寸法を有している」に規定している。
【００２９】次に、図１ないし図４に示すように、リテーニングピース１０の形状に関しては、負荷ボール５に夫々対面する２個の凹面１１を有しており、径方向の外周面は、平坦に形成されている。これにより、リテーニングピース１０は、ねじ溝循環路およびチューブ循環路の内壁に干渉することなく、これらねじ溝循環路およびチューブ循環路を通過することができる。
【００３０】また、リテーニングピース１０の形状に関しては、図５に示すように、径方向の外周面は、三角の凹状形状に形成してあってもよい。この場合には、リテーニングピース１０の外径寸法を小さくしたのと同じ効果を得ることができ、凹面保持代（鋼球保持代）を大きくとったまま、チューブ循環路における曲げ部１２やボール掬い上げ部１３での干渉を避けることができる。
【００３１】さらに、図１に示すように、チューブ循環路における曲げ部１２の曲げＲを、以下のように設定してもよい。
【００３２】Ｒ≒（ＢＣＤ−Ｄｗ）／２ここで、ＢＣＤは、負荷ボールピッチ円直径、Ｄｗは、負荷ボールの外径寸法であり、（ＢＣＤ−Ｄｗ）は、みぞ底径である。このように、チューブ循環路における曲げ部１２の曲げＲを比較的大きく設定することにより、リテーニングピース１０の曲げ部１２での干渉を避けることができ、リテーニングピース１０を安定して循環させることができる。
【００３３】なお、負荷ボール５間の距離が長くなると、循環路における曲げ部を通過する場合に、リテーニングピース１０の外径寸法を大きくしたのと同じ傾向になる。ここでは、負荷ボール５間の距離を負荷ボール５の外径の１．３倍以下とすることにより、リテーニングピース１０の外径寸法を前記の範囲に収めることで前記の効果を期待できる。
【００３４】なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【００３５】
【実施例】図１は、負荷ボール（鋼球）径が３．１７５であり、ボールねじ軸径がφ３２ｍｍであり、リードが５ｍｍであるボールねじ機構に、リテーニングピース１０を挿入した場合の軸方向と直交する断面でのリテーニングピース１０の挿入状態を示す。この場合のリテーニングピース１０は、その外径が負荷ボール５の外径の９０％であり、負荷ボール５間の距離は、負荷ボール５の外径の１１５％である。この図１からわかるように、所定曲率のねじ溝循環路、および、チューブ循環路における曲げ部１２やボール掬い上げ部１３において、リテーニングピース１０がそれらの内壁に干渉しないのが分かる。このような状態の場合、実際のトルク特性、リテーニングピースの耐久性について問題のない実験結果が得られている。
【００３６】また、図６は、従来に係り、リテーニングピースの外径寸法が負荷ボールの外径寸法の０．９５倍である場合のトルク特性の実験結果を示すグラフである。この場合には、リテーニングピース１０がチューブ循環路の曲げ部１２等に干渉するため、リテーニングピース１０が曲げ部１２を通過する周期でトルク上昇（ヒゲ）が見られる。
【００３７】さらに、図７は、本発明に係り、リテーニングピースの外径寸法が負荷ボールの外径寸法の０．９倍である場合のトルク特性の実験結果を示すグラフである。この場合には、リテーニングピース１０がチューブ循環路の曲げ部１２等に干渉せず、リテーニングピース１０が曲げ部１２を通過する際のトルク上昇（ヒゲ）も生起されず、トルク特性が改善されているのが分かる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、隣接する負荷ボール間に、負荷ボールに夫々対面する２個の凹面を有するリテーニングピースが配置されているため、負荷ボール間にリテーニングピースを配置しても、負荷ボール数の減少を極力少なく抑えて負荷容量や剛性の低減を招来することがなく、しかも、負荷ボールとリテーニングピースとの摩擦を極めて小さくして、リテーニングピースの循環性を向上すると共に、負荷ボール同士のせりあいによる作動性の悪化、騒音の発生、発生音質の悪化、および負荷ボールの摩擦・損傷を防止することができる。
【００３９】加えて、リテーニングピースの外径寸法と、負荷ボールの外径寸法との関係を適切に考慮しているため、リテーニングピースの循環路内壁への干渉を防止して、負荷ボールを安定して循環させることができ、これにより、トルク変動を防止することができると共に、リテーニングピースの摩耗を防止して耐久性を向上することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２０４
【氏名又は名称】日本精工株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月２２日（１９９９．１０．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７９１９
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 義雄 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１２４１７２（Ｐ２００１−１２４１７２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月８日（２００１．５．８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３０１４７３ |
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