| 【発明の名称】 |
ボールねじ装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】関矢 礼明
【氏名】丸山 大介
【氏名】家久 俊之
【氏名】宮口 和男
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| 【要約】 |
【課題】ボールをよりスムーズに循環運動させることができ、かつ、耐久性が高いボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ボールねじ装置１Ａは、ねじ軸１と、ナット２と、複数のボール８を含んでいる。互いに対向するねじ軸１のボールねじ溝１ａと、ナット２のボールねじ溝２ａとによって、ボール転動路３が構成されている。ナット２に、ボール転動路３の一部と他の一部とを連通させる接続路６が設けられている。接続路６とボール転動路３とによって、無端状に連通するボール循環路７が構成されている。各ボール８は、ボール循環路７内において無端状に配列されている。ボール転動路３を構成するナット２のねじ溝２ａと接続路６との接続部分の角部が削り取られることにより、ねじ溝２ａの一部に、滑らかに連続する加工処理部１１が形成されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】外周面にボールねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸の外周に嵌合され、内周面にねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を有するナットと、互いに対向するねじ軸のボールねじ溝とナットのボールねじ溝とで構成されたボール転動路と、ナットに設けられ、前記ボール転動路の一部と他の一部とを連通させた接続路と、この接続路と前記ボール転動路とで構成された無端状に連通するボール循環路と、このボール循環路内に無端状に配列するように収容された複数のボールとを備えるボールねじ装置において、前記ボール転動路と接続路との接続部分の角部を削り取ることによって滑らかな形状に加工してなる加工処理部を有することを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】前記加工処理部は、前記接続路から前記各ねじ溝間に入るボールの進入方向に関して、前記ねじ溝間の距離が次第に小さくなる形状をなし、この加工処理部は前記接続路の端から前記ナットの周方向に延びかつ前記角部からナットの周方向に９０°を越えない範囲に形成されている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】前記加工処理部は、前記接続路から前記各ねじ溝間に入るボールの進入方向に関して、前記ねじ溝間の距離が次第に小さくなる形状をなし、この加工処理部の切込み量を、前記ナットの径方向に関して前記ボールの直径の４００分の１から１０分の１の範囲としたことを特徴とする請求項１または２記載のボールねじ装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、各種の機器の送り機構等に用いられるボールねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ボールねじ装置は回転運動を直線運動に変換する機械要素で、外周面にボールねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸の外周に嵌合し、内周面にねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝が形成されたナットとを備えている。
【０００３】互いに対向するねじ軸のボールねじ溝とナットのボールねじ溝とで螺旋状のボール転動路が構成され、このボール転動路の互いに離間した一部と他の一部とがナットに設けられた接続路により接続されて互いに連通し、これらボール転動路と接続路とで無端状のボール循環路が構成され、このボール循環路内に鋼、セラミック、プラスチック、樹脂等の材料で形成された多数のボールが無端状に連続して配列するように収容されている。
【０００４】そしてねじ軸の回転動作時にその動力がねじ軸とナットとの間のボールを介してナットに伝達されてナットがねじ軸の軸方向に移動し、この移動に応じて各ボールがボール循環路内を無限循環し、このようなボールの無限循環によりねじ軸の回転に応じるナットの軸方向の移動が円滑に精度よく行なわれるようになっている。
【０００５】さらに図面を挙げて具体的に説明すると、図６に従来のチューブ方式のボールねじ装置１００の断面が模式的に示されており、ねじ軸１の外周にナット２が装着されている。ねじ軸１の外周面にはボールねじ溝１ａが形成され、ナット２の内周面にはねじ軸１のボールねじ溝１ａに対向する螺旋状のボールねじ溝２ａが形成されている。そして互いに対向するねじ軸１のボールねじ溝１ａとナット２のボールねじ溝２ａとで螺旋状のボール転動路３が構成されている。
【０００６】ナット２の周壁には透孔４ａ，４ｂが形成され、これら透孔４ａ，４ｂがチューブ５で接続されている。このチューブ５はナット２の外周部に配置され、その両端部が透孔４ａ，４ｂ内に挿入されている。そしてこれら透孔４ａ，４ｂとチューブ５とでボール転動路３の互いに離れた一部と他の一部とを接続して連通させる接続路６が構成されている。
【０００７】これによりボール転動路３が接続路６を介して無端状に連通し、この無端状に連通する通路がボール循環路７であり、このボール循環路７内に無端状に連続して配列するように鋼、セラミック、プラスチック、樹脂等の材料で形成された多数のボール８が収容され、これらボール８がねじ軸１の回転時にボール循環路７内を転動して無限循環するようになっている。
【０００８】このボールねじ装置１００において、ねじ軸１に対してナット２が例えば矢印Ｒで示す方向に回転すると、各ボール８は、ねじ溝１ａに沿って矢印Ｒ方向に転動する。ここでボール８の移動速度がナット２の回転速度よりも遅いため、ナット２に対して各ボール８は、チューブ５から一方の透孔４ａを通ってナット２のねじ溝２ａに向かって移動する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のボールねじ装置１００においては、ボール転動路３と接続路６との接続部分、すなわちナット２のボールねじ溝２ａと接続路６との境界の部分が図６に示すように角部１０となっており、このためボール循環路７を循環するボール８のスムーズな循環運動がその角部１０により妨げられ、作動性や耐久性が低下するという問題がある。
【００１０】一方、ボールねじ装置１００に外部荷重が作用したとき、ねじ軸１のボールねじ溝１ａとボール８との間、およびナット２のボールねじ溝２ａとボール８との間のＨｅｒｔｚ接触と、ボール８自体の弾性変形により、ねじ溝１ａ，２ａ間の距離が狭まった状態となる。この状態を、この明細書では弾性接近と称することにする。
【００１１】弾性接近が生じている状態で、無負荷圏であるチューブ５内から、負荷圏であるねじ溝１ａ，２ａ間にボール８が入ることになる。ここでねじ溝１ａ，２ａ間の距離が狭まっていると、そのままではボール８がねじ溝１ａ，２ａ間に入ることができない。このため先行するボール８は、後続のボール８によって押されることにより、ねじ溝１ａ，２ａ間に入ることになる。
【００１２】従来、ボールねじ溝２ａは、ナット２の内周全体にわたって、ボール８の中心径に基いて連続加工されている。このため、前述の外部荷重が作用したとき、ボールねじ溝１ａ，２ａどうしがナット２の内周全体にわたって同等に接近することになる。その結果、ボール８がチューブ５からボールねじ溝１ａ，２ａに入った瞬間にボール８が急激に圧縮される。
【００１３】例えば直径１００ｍｍ，リード２５ｍｍ，ボール直径１９．０５ｍｍのボールねじ装置において、荷重で負荷されたときに、ねじ溝間の弾性接近量が５０μｍにも達することがある。つまり、ボールが無負荷圏から負荷圏に入る際に、５０μｍ圧縮される。このため、特に荷重が大きい場合に、以下に述べるような問題を生じる懸念があった。
【００１４】（１）ボールねじ溝２ａとチューブ５の端との間の角部１０に応力が集中し、そこを起点にして剥離（flaking）が発生する。
（２）角部１０付近でボール８が詰まりやすくなり、ボール８が円滑に循環することができなくなる。
（３）ボール８がチューブ５からボールねじ溝２ａに入る際に、先行するボール８が後続のボール８によって押されることで、ボールが損傷したり、摩耗する。その際に生じる摩耗粉は、ボールねじ装置の耐久性を低下させる原因となる。
【００１５】この発明はこのような点に着目してなされたもので、その目的とするところはボールをよりスムーズに循環運動させて作動性を良好に保ち、耐久性を高めることができるボールねじ装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明はこのような目的を達成するために、外周面にボールねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸の外周に嵌合され、内周面にねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を有するナットと、互いに対向するねじ軸のボールねじ溝とナットのボールねじ溝とで構成されたボール転動路と、ナットに設けられ、前記ボール転動路の一部と他の一部とを連通させた接続路と、この接続路と前記ボール転動路とで構成された無端状に連通するボール循環路と、このボール循環路内に無端状に配列するように収容された複数のボールとを備えるボールねじ装置において、前記ボール転動路と接続路との接続部分の角部を削り取ることによって滑らかな形状に加工してなる加工処理部を有している。
【００１７】クラウニング加工などによって形成される前記加工処理部は、前記接続路から前記各ねじ溝間に入るボールの進入方向に関して、前記ねじ溝間の距離が次第に小さくなるテーパ状をなし、この加工処理部は前記接続路の端から前記ナットの周方向に延びかつ前記角部からナットの周方向に９０°を越えない範囲に形成されているとよい。こうすることにより、ボールが接続路からボール転動路に入る際に、ボールが徐々に圧縮され、ボールねじ溝に応力集中が生じることが回避される。加工処理部が前記角部からナットの周方向に９０°の範囲を越えると、ボールねじ装置の負荷容量が減少するため、最大でも前記角部から９０°の範囲とする。
【００１８】加工処理部の切り込み量は、ボールねじ溝の前記弾性接近量よりも多くすることが望ましい。具体的にはナットの径方向に関してボールの直径の４００分の１から１０分の１までの範囲にするとよい。削り量がボール直径の４００分の１以下では、ボールの移動が円滑でなくなり、前記課題を解決することができない。切り込み量がボール直径の１０分の１を越えると、ボールねじ装置の作動性が悪化する。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の第１の実施形態について、図１（Ａ）と図３を参照して説明する。図１（Ａ）は、この発明の第１の実施形態に係るチューブ方式のボールねじ装置１Ａの要部を示している。図１（Ｂ）には比較のために従来のチューブ方式のボールねじ装置１００のその対応部分の構造を示してある。
【００２０】図１（Ａ）と図３に示されるように、ねじ軸１の外周にナット２が装着されている。ねじ軸１の外周面にボールねじ溝１ａが形成されている。ナット２の内周面には、ねじ軸１のボールねじ溝１ａに対向する螺旋状のボールねじ溝２ａが形成されている。そして互いに対向するねじ軸１のボールねじ溝１ａとナット２のボールねじ溝２ａとで、螺旋状のボール転動路３が構成されている。
【００２１】ナット２の周壁には透孔４ａ，４ｂが形成され、これら透孔４ａ，４ｂがチューブ５で接続されている。このチューブ５はナット２の外周部に配置され、その両端部が透孔４ａ，４ｂ内に挿入されている。そしてこれら透孔４ａ，４ｂとチューブ５とでボール転動路３の互いに離れた一部と他の一部とを接続して連通させる接続路６が構成されている。
【００２２】これによりボール転動路３が接続路６を介して無端状に連通し、この無端状に連通する通路がボール循環路７である。このボール循環路７内に、無端状に連続して配列するように鋼、セラミック、プラスチック、樹脂等の材料で形成された多数のボール８が収容され、これらボール８がねじ軸１の回転時にボール循環路７内を転動して無限循環するようになっている。
【００２３】このボールねじ装置１Ａにおいて、ねじ軸１に対してナット２が例えば矢印Ｒで示す方向に回転すると、各ボール８は、ねじ溝１ａに沿って矢印Ｒ方向に転動する。ここでボール８の移動速度がナット２の回転速度よりも遅いため、ナット２に対して各ボール８は、チューブ５から一方の透孔４ａを通ってナット２のねじ溝２ａに向かって移動する。
【００２４】図１（Ｂ）に示された従来のボールねじ装置１００は、ボール転動路３と接続路６との接続部分に角部１０が生じている。これに対し、図１（Ａ）に示す本発明のボールねじ装置１Ａは、その製作段階において前記角部１０を削り取ることにより、平坦でかつ滑らかな形状の加工処理部１１を形成している。この加工処理部１１は、ナット２のボールねじ溝２ａと接続路６との境界の部分に、ナット２の周方向に長さＬにわたり、砥石等を用いた面取り加工によって形成されている。
【００２５】このような構成においては、ボール転動路３と接続路６とが滑らかに連続し、したがって製作されたボールねじ装置１Ａの作動初期段階からボール８がボール循環路７をスムーズに循環する。このため、ボールねじ装置１Ａの作動初期段階からボール８やボール循環路７の摩耗がほとんど生じることがなく、作動性が良好に保たれ、耐久性も高めることができる。
【００２６】図２（Ａ）はこの発明の第２の実施形態に係るチューブ方式のボールねじ装置１Ｂの要部の構造を示している。図２（Ｂ）には比較のために従来のチューブ方式のボールねじ装置１００のその対応部分の構造を示してある。図２（Ａ）に示された第２の実施形態のボールねじ装置１Ｂの構成は、ナット２の内面に形成される加工処理１２以外は第１の実施形態のボールねじ装置１Ａと同様である。このため第２の実施形態のボールねじ装置１Ｂに関し、第１の実施形態のボールねじ装置１Ａと共通する箇所には、第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
【００２７】第２の実施形態のボールねじ装置１Ｂは、従来のボールねじ装置１００におけるボール転動路３と接続路６との接続部分の角部１０に対応する部分を含む比較的長い領域の部分を、例えば砥石等の研磨手段を用いるクラウニング加工によって緩やかな円弧状に削り取ることにより、滑らかな加工処理部１２を形成している。
【００２８】図４に示すように、加工処理部１２は接続路６の端Ｃからナット２の周方向に延びている。この加工処理部１２は、接続路６から各ねじ溝１ａ，２ａ間に入るボール８の進入方向に関して、ねじ溝１ａ，２ａ間の距離が次第に小さくなるようなテーパ状をなしている。この加工処理部１２は、接続路６の端Ｃからナット２の周方向に延び、かつ、角部１２から周方向に９０°を越えない範囲に形成されている。
【００２９】このような加工処理部１２を設けたことにより、ボール８がねじ溝１ａ，２ａ間に入りやすくなり、しかもボール８の進行にしたがってボール８が徐々に圧縮されるため、ねじ溝２ａに応力集中が生じることが回避される。加工処理部１２の長さがナット２の周方向に９０°を越えると、ボールねじ装置１Ｂの負荷容量が減少するため、最大でも角部１０から９０°の範囲とする。
【００３０】加工処理部１２の削り量（図５に示す切り込み量Ｈ）は、前述した理由によりボールねじ溝１ａ，２ａの前記弾性接近量よりも多くしている。すなわち、切り込み量Ｈは、ナット２の径方向に関してボール８の直径の４００分の１から１０分の１までの範囲とする。
【００３１】このような構成においても、ボール転動路３と接続路６とが滑らかにつながるため、製作直後におけるボールねじ装置１Ｂの作動初期段階からボール８がボール循環路７内をスムーズに循環する。このためボールねじ装置１Ｂの作動初期段階からボール８やボール循環路７の摩耗が抑制され、良好な作動性が得られるとともに、耐久性を高めることができる。
【００３２】なお、この発明は、チューブ５によって接続路６を構成するチューブ方式のボールねじ装置以外に、接続路用のこまを用いる内部循環式のボールねじ装置や、エンドキャップに接続路を形成したボールねじ装置にも同様に適用することが可能である。要するに本発明のボールねじ装置は、ナットに設ける接続路とボールねじ溝との間の角部を削り取ることによって、滑らかに連続する加工処理部を形成すればよい。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、ボール転動路と接続路との接続部分に前記加工処理部を形成したことによって、ボールねじ装置の製作初期段階からボールがスムーズに循環する。この発明のボールねじ装置は作動性が良好であり、耐久性を高めることができる。また、接続路内部の無負荷圏からねじ溝間の負荷圏にボールが入りやすくなるため、ボールどうしの接触による損傷や摩耗を抑制することができる。
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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１２年８月２３日（２０００．８．２３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外５名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１４１０１９（Ｐ２００１−１４１０１９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月２５日（２００１．５．２５） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２５２６０２（Ｐ２０００−２５２６０２） |
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