JP2008202672A - ボールねじ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボール掬い部及びスペーサ掬い部を有する循環部材において、ボールがボール掬い部に当接したときの応力集中を緩和できるボールねじを提供する。
【解決手段】ボールねじのリターンパイプ３に、リターンパイプ３の内方に向かって徐々に幅が狭くなる切り口の両側の縁でボール転走路を移動するボールに接触し、ボールをリターンパイプ内に掬い上げるボール掬い部１１を形成する。ナットの負荷ボール転走溝に装着されるヨーク９に、ボール転走路を移動するスペーサに接触し、スペーサをボール戻し通路５内に掬い上げるスペーサ掬い部１４を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ねじ軸とナットとの間に転がり運動可能にボールを介在させ、ナットにボールを循環させる循環経路を設けたボールねじ及びその製造方法に関する。

ねじ軸とナットとの間に転がり運動可能にボールを介在させ、ナットにボールを循環させる循環経路を設けたボールねじが知られている。ナットに対してねじ軸を相対的に回転させたとき、ねじ軸とナットとの間に介在されるボールが転がり運動するので、すべり接触するねじに比べて摩擦係数を低減できる。モータの動力を効率よく推力に変換でき、高精度の位置決めもできることから、工作機械、半導体・液晶製造装置、ロボットなどの位置決め機構や、自動車のステアリングなどに多用されている。

ボールねじのナットには、リターンパイプなどのボールを循環させるための循環部材が取り付けられる。循環部材には、ナットの負荷ボール転走溝の一端と他端を接続するボール戻し通路が形成される。

図２５は従来から一般的に用いられているリターンパイプ４１の斜視図を示す。リターンパイプ４１の長さ方向の両端部には、ねじ軸のボール転走溝を転がるボールをリターンパイプ４１内へ掬い上げるボール掬い部４２が設けられる。ボール掬い部４２は、ねじ軸のボール転走溝内に突出できるように舌形状に形成される。ねじ軸のボール転走溝を周方向に移動するボールは、ボール掬い部４２に当接し、リターンパイプ４１内に掬い上げられる。

しかし、従来のリターンパイプのボール掬い部は舌形状に形成されるゆえ、ボールが繰り返し当接したときに根元から破損し易いという問題があった。出願人はこの問題を解決するために、図２６に示されるように、リターンパイプ４３にリターンパイプ４３の内方に向かって徐々に幅が狭くなる切り口を形成し、切り口の両側の縁でボール４５を掬い上げるボール掬い部４４を提案した（特許文献１参照）。ボール掬い部４４は、徐々に幅が狭くなる両側の縁で抱え込むようにボール４５を掬い上げる。ボール掬い部４４とボール４５が二点で接触するし、舌形状の部分もなくなるので、ボール掬い部４４が破損し難くなる。

ボールねじにおいては、ボール同士の接触を防止するために隣接するボール間にスペーサが介在されることがある。ボールとスペーサとの間のすきまが小さいと、ボール間に介在されるスペーサもボールと同一の循環軌道を移動する。しかし、ボールとスペーサとの間にすきまができ、スペーサに自由に動く余裕ができた場合、スペーサが本来の循環軌道から外れ、ボール掬い部４４の両側の縁に引っ掛かってしまうおそれがある。

この問題を解決するために出願人は、図２７に示されるように、スペーサを掬い上げることができるスペーサ掬い部４７をボール掬い部４６と併設したボールねじを提案している（特許文献２）。図２６に示されるリターンパイプと同様に、ボールはボール掬い部４６の切り口の両側の縁に案内されてリターンパイプ内に導かれる。スペーサ掬い部４７は、ボール掬い部４６の切り口の奥に設けられる。ボールを掬い上げるのはあくまでボール掬い部４６であり、スペーサ掬い部４７ではない。スペーサ掬い部４７はボールに当接することなく、循環軌道から外れたスペーサに当接し、スペーサをリターンパイプ内に導く。
特開２０００−１８３５９号公報 特開２００４−２８１９２号公報

ところで、ボールねじにおいては、ボールがボール掬い部に繰り返し当接するので、ボール掬い部に繰り返し荷重が発生する。循環部材にボール掬い部とスペーサ掬い部を併設する場合、ボール掬い部とスペーサ掬い部は一体である。発明者は、有限要素法（ＦＥＭ（finite element method））を用いて、スペーサ掬い部と一体にしたボール掬い部にボールが当接するときの応力を解析した。

その結果、ボール掬い部とスペーサ掬い部を一体にした循環部材においては、ボールがボール掬い部に当接したとき、ボール掬い部とスペーサ掬い部の境目に特有の応力が集中することを知見した。ボールがボール掬い部に当接する回数が多くなったり、ボールの速度が大きくなったりすると、応力集中がボール掬い部とスペーサ掬い部の境目に亀裂を発生させるおそれがある。

そこで本発明は、ボール掬い部及びスペーサ掬い部を有する循環部材において、ボールがボール掬い部に当接したときの応力を緩和できるボールねじ及びその製造方法を提供することを目的とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、外周に螺旋状のボール転走溝(1a)が形成されるねじ軸(1)と、内周に前記ボール転走溝(1a)に対向する螺旋状の負荷ボール転走溝(2a)が形成されるナット(2)と、前記ナット(2)の前記負荷ボール転走溝(2a)の一端と他端を接続するボール戻し通路(5)が形成される循環部材(3)と、前記ねじ軸(1)のボール転走溝(1a)と前記ナット(2)の負荷ボール転走溝(2a)との間のボール転走路(4)、並びに前記循環部材(3)の前記ボール戻し通路(5)に収容される複数のボール(6)と、前記複数のボール(6)間に介在される複数のスペーサ(7)と、を備えるボールねじにおいて、前記循環部材(3)は、前記ボール戻し通路(5)の内方に向かって徐々に幅が狭くなる切り口の両側の縁で前記ボール転走路(4)を移動するボール(6)に接触し、前記ボール(6)を前記ボール戻し通路(5)内に掬い上げるボール掬い部(11)と、前記ボール掬い部(11)とは別体であると共に、前記ボール転走路(4)を移動するスペーサ(7)に接触し、前記スペーサ(7)を前記ボール戻し通路(5)内に掬い上げるスペーサ掬い部(14)と、を有するボールねじである。

請求項２に記載の発明は、外周に螺旋状のボール転走溝(1a)が形成されるねじ軸(1)と、内周に前記ボール転走溝(1a)に対向する螺旋状の負荷ボール転走溝(2a)が形成されるナット(2)と、前記ナット(2)に取り付けられ、前記ナット(2)の前記負荷ボール転走溝(2a)の一端と他端を接続するボール戻し通路(5)が形成されるリターンパイプ(3)と、前記リターンパイプ(3)とは別体であると共に、前記ナット(2)の螺旋状の前記負荷ボール転走溝(2a)内に配置されるヨーク(9)と、前記ねじ軸(1)のボール転走溝(1a)と前記ナット(2)の負荷ボール転走溝(2a)との間のボール転走路(4)、並びに前記ボール戻し通路(5)に収容される複数のボール(6)と、前記複数のボール(6)間に介在される複数のスペーサ(7)と、を備えるボールねじにおいて、前記リターンパイプ(3)は、前記ボール戻し通路(5)の内方に向かって徐々に幅が狭くなる切り口の両側の縁で前記ボール転走路(4)を移動するボール(6)に接触し、前記ボール(6)を前記ボール戻し通路(5)内に掬い上げるボール掬い部(11)を有し、前記ヨーク(9)は、前記ボール転走路(4)を移動するスペーサ(7)に接触し、前記スペーサ(7)をボール戻し通路(5)内に掬い上げるスペーサ掬い部(14)を有するボールねじである。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のボールねじにおいて、前記ボール掬い部(11)と前記スペーサ掬い部(14)との間に、すきまが空けられることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のボールねじにおいて、前記ボール掬い部(11)及び前記スペーサ掬い部(14)が、樹脂製であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のボールねじにおいて、前記ボール掬い部(11)が樹脂製であり、前記スペーサ掬い部(14)が金属製であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、外周に螺旋状のボール転走溝(1a)が形成されるねじ軸(1)と、内周に前記ボール転走溝(1a)に対向する螺旋状の負荷ボール転走溝(2a)が形成されるナット(2)と、前記ナット(2)の前記負荷ボール転走溝(2a)の一端と他端を接続するボール戻し通路が形成される循環部材(21)と、前記ねじ軸(1)のボール転走溝(1a)と前記ナット(2)の負荷ボール転走溝(2a)との間のボール転走路(4)、並びに前記循環部材(21)の前記ボール戻し通路に収容される複数のボール(6)と、前記複数のボール(6)間に介在される複数のスペーサ(7)と、を備えるボールねじにおいて、前記循環部材(21)は、前記ボール戻し通路の内方に向かって徐々に幅が狭くなる切り口の両側の縁で前記ボール転走路(4)を移動するボール(6)に接触し、前記ボール(6)を前記ボール戻し通路内に掬い上げるボール掬い部(22)と、前記ボール掬い部(22)と一体であると共に、前記ボール転走路(4)を移動するスペーサ(7)に接触し、前記スペーサ(7)を前記ボール戻し通路内に掬い上げるスペーサ掬い部(23)と、前記ボール掬い部(22)と前記スペーサ掬い部(23)の境目に設けられる円弧形状の切込み部(25)と、を有するボールねじである。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のボールねじにおいて、前記円弧形状の切込み部(25)の曲率半径は、１．５ｍｍ以下であることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、ねじ軸(1)の外周の螺旋状のボール転走溝(1a)と、ナット(2)の内周の螺旋状の負荷ボール転走溝(2a)との間のボール転走路(4)に複数のボール(6)及び複数のスペーサ(7)を配列し、前記ナット(2)の負荷ボール転走溝(2a)の一端と他端を接続するボール戻し通路(5)が形成されるリターンパイプ(3)を前記ナットに取り付けるボールねじの製造方法において、ナット(2)の内周の負荷ボール転走溝(2a)に、前記ボール転走路(4)を移動するスペーサ(7)に接触し、前記スペーサ(7)を前記ボール戻し通路(5)内に掬い上げるスペーサ掬い部(14)を有するヨーク(9)を装着する工程と、前記ナット(2)の内側に、外周にボール転走溝(1a)を有するねじ軸(1)を挿入する工程と、前記ナット(2)の前記負荷ボール転走溝(2a)と前記ねじ軸(1)の前記ボール転走溝(1a)との間に、複数のボール(6)及び複数のスペーサ(7)を配列する工程と、前記ナット(2)に、前記ボール戻し通路(5)の内方に向かって徐々に幅が狭くなる切り口の両側の縁で前記ボール転走路(4)を移動するボール(6)に接触し、前記ボール(6)を前記ボール戻し通路(5)内に掬い上げるボール掬い部(11)を有すると共に、前記ヨーク(9)とは別体のリターンパイプ(3)を装着する工程と、を備えるボールねじの製造方法である。

ボール掬い部とスペーサ掬い部とが一体だと、ボールがボール掬い部に当接したとき、ボール掬い部とスペーサ掬い部の境目に応力が集中する。ボールがボール掬い部に当接する回数が多くなったり、ボールの速度が大きくなったりすると、この応力がボール掬い部とスペーサ掬い部の境目に亀裂を生じさせるおそれがある。スペーサ掬い部をボール掬い部と別体にすると、ボール掬い部及びスペーサ掬い部それぞれが弾性変形し易くなるから、境目に発生する応力を逃がすことができる。また、ボール掬い部とスペーサ掬い部とを別体にすることで、形状をシンプルにすることができるので、形状加工が容易になる。

ボール掬い部とスペーサ掬い部との間にすきまを空けると、ボール掬い部がより変形し易くなるし、ボールがスペーサ掬い部に当接することもなくなる。

ボール掬い部及びスペーサ掬い部を樹脂製にすると、加工がし易くなり、製造コストを低減することができる。

ボール掬い部を樹脂製にし、スペーサ掬い部を金属製にすると、加工がし易く、かつ強度の高いボールねじが得られる。

ボール掬い部とスペーサ掬い部とが一体の場合でも、ボール掬い部とスペーサ掬い部の境目に円弧形状の切込み部を設けることで、境目が角ばらなくなるので応力集中を緩和できる。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態におけるボールねじの斜視図を示す。ボールねじは、外周に螺旋状のボール転走溝１ａが形成されるねじ軸１と、内周にボール転走溝１ａと対向する螺旋状の負荷ボール転走溝２ａが形成されるナット２と、ナット２に装着されるリターンパイプ３と、を備える。

ねじ軸１の外周面には、一定のリードを備えたボール転走溝１ａが切削または転造加工される。ボール転走溝１ａの断面形状は、ボールの半径よりも若干大きい単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状であるか、又は二つの円弧を組み合わせてなるゴシックアーチ溝形状である。ねじ軸１のボール転走溝１ａをボールが負荷を受けながら転がり運動するので、ねじ軸１の硬さ、表面粗さ、及び寸法精度は注意して製作される。ねじ軸１の材質には、好ましくは軸受け鋼、炭素工具鋼などの焼入れに適した材質が用いられる。ねじ軸１のボール転走溝１ａの表面は、焼入れなどの熱処理を経て所定の硬度に加工される。表面粗さを低減するために、ボール転走溝１ａは研削加工される。

ナット２は略円筒状をなし、例えば、素材を円筒形状に押出し成形し、外径・端面を切削加工することで製造される。ナット２の内周面には、ねじ軸１のボール転走溝１ａに対向する負荷ボール転走溝２ａ（図３参照）が切削または転造加工される。ナット２の材質には、好ましくは軸受け鋼、炭素工具鋼などの焼入れに適した材質が用いられる。ナット２の負荷ボール転走溝２ａの表面は、焼入れなどの熱処理を経て所定の硬度に加工される。表面粗さを低減するために、負荷ボール転走溝２ａは研削加工される。ナットの軸線方向の端部に相手部品に取り付けるためのフランジ２ｂが設けられる。ナット２の外径には、リターンパイプ３を装着するための平取り部２ｃが加工される。ナット２には、リターンパイプの脚部が挿入されるパイプ挿入孔２ｄが一つのリターンパイプ３あたり二つ開けられる。パイプ挿入孔２ｄは、ナット２の外径から内径まで貫通する。

図２に示されるように、ねじ軸１のボール転走溝１ａとナット２の負荷ボール転走溝２ａとの間のボール転走路４、並びにリターンパイプ３内のボール戻し通路５には、複数のボール６及びスペーサ７が収容・配列される。ボール６は一般の軸受けに用いられる転動体と同様に鋼製である。ボール６間には隣接するボール６の接触を防止するスペーサ７が介在される。ボール６が鋼製であるのに対し、スペーサ７は樹脂製である。スペーサ７は略円柱形状であると共に、その進行方向の両端にボール６の形状に合わせた球面状凹部を有する。各スペーサ７は他のスペーサ７から分離していてもよいし、全てのスペーサ７が帯状のバンドを用いて一連に繋げられてもよい。

リターンパイプ３は略門形に形成され（図４参照）、中央部３ａと中央部３ａの両側に設けられた一対の脚部３ｂとを有する。一対の脚部３ｂはナット２のパイプ挿入孔２ｄに挿入される。リターンパイプ３は、ボルト、カバーなどの結合手段によってナット２に取り付けられる。

図３は、ナット２のリターンパイプ側の断面図を示す。リターンパイプ３の内部空間はボールを循環させるためのボール戻し通路５になる。リターンパイプ３のボール戻し通路５は、ナット２の負荷ボール転走溝２ａの一端Ｐ１と数巻き手前の負荷ボール転走溝２ａの他端Ｐ２を接続する。ボール６はナット２の負荷ボール転走溝２ａの一端Ｐ１まで転がった後、リターンパイプ３内に掬い上げられ、ボール戻し通路５を経由した後、再び負荷ボール転走溝２ａの他端Ｐ２に戻される。この実施形態では、リターンパイプ３はナット２の軸線方向に平行に三列設けられる。

ナット２の負荷ボール転走溝２ａのボール６が循環しない領域には、ヨーク９が配置される。ヨーク９は隣接するリターンパイプ３の脚部３ｂ間に設けられ、また軸線方向の最も端に位置するリターンパイプ３の脚部３ｂに対して設けられる。ヨーク９の個数はリターンパイプ３の個数よりも一つ多く、例えば三つのリターンパイプ３に対して四つのヨーク９が設けられる。ヨーク９は、ナット２の負荷ボール転走溝２ａ内に埋め込まれるので、負荷ボール転走溝２ａの形状に合わせた外形形状に形成される。リターンパイプ３間のヨーク９の長さと、軸線方向の端に位置するヨーク９の長さとは等しい。軸線方向の端に位置するヨーク９の長さを、リターンパイプ間のヨーク９の長さよりも短くしてもよい。そうすれば、ナット２の軸線方向の長さを短くすることができる。ヨーク９は樹脂製又は金属製である。ヨーク９にはボール６が衝突することがないから、樹脂製にすることができる。他方、ヨーク９を金属製にすると、より強度を上げることができる。

図４及び図５は、ねじ軸１の軸線方向からみたリターンパイプ３及びヨーク９を示す。図４は金属製のリターンパイプ３を示し、図５は樹脂の成型品のリターンパイプ３を示す。リターンパイプ３の一対の脚部の中心線は、ボール６の螺旋状の軌道の接線方向に配置され、また螺旋状の軌道のリード角に合わせて互いに異なる方向に傾けられている（図６参照）。ボール６をその進行方向に掬い上げるためである。リターンパイプ３の下部には、ボール転走路を移動するボール６をボール戻し通路５へ掬い上げるボール掬い部１１が形成される。樹脂の成形品からなるときは、リターンパイプ３は軸線方向に沿って二分割される。分割位置がボール掬い部を横断しないように、リターンパイプ３は先端までは分割されていない。分割されたリターンパイプは、ボルト、溶着、接着などの結合手段によって結合される。

図６は、リターンパイプ３の斜視図を示す。ボール掬い部１１は、ボール戻し通路５の内方に向かって徐々に幅が狭くなる切り口からなる。図７に示されるように、ボール掬い部１１の下端は、ねじ軸１の中心線を含む水平面内に位置する。ねじ軸１の軸線方向からみたボール掬い部１１の形状は円弧形状に形成される。ボール掬い部１１は、ボール６の軌道中心線Ｓよりもわずかに内側に配置される。ボール掬い部１１の下端は、脚部３ｂの中心線よりもわずかにｈだけ内側に位置する。

図８は、リターンパイプ３の脚部３ｂの断面形状の変化を示す。先端の断面形状を０で示し、上方に向かうにしたがっての断面形状の変化を１から９で示す。脚部３ｂの断面形状は０の位置で、リターンパイプ３の中心線よりも両脇がわずかにｈだけ突出した半円形断面になる。そして、上方に向かうにしたがって（１の位置から１０の位置に進むにしたがって）脚部３ｂの断面形状が円形断面に近づき、切り口の両脇の幅が徐々に狭くなる。

図７に示されるように、ボール６はねじ軸１の周囲を転がり運動し、ねじ軸１の中心線を含む水平面Ｌよりも上方に移動する。図８に示されるように、ボール掬い部１１の両脇の幅Ｗは０の位置から４の位置まではボール６の直径よりも大きい。ねじ軸１の中心線を含む水平面Ｌよりもわずかに上方に移動しただけでは、ボール６はボール掬い部１１の両脇に案内されることなく、ねじ軸１の周囲を転がり運動する。そして、０から４の位置に進むにつれて、脚部３ｂの内周面とボール６の背面とのすきま１３が徐々に大きくなる。

ボール６がさらに上方に移動し、５の位置まで移動したとき、ボール６がボール掬い部１１の両脇に案内されはじめる。ボール掬い部１１の両脇はリターンパイプの上方向に向かって徐々に幅が狭くなるので、６から１０の位置において、ボール６はボール掬い部１１の両側の縁に案内されながら、円形断面のリターンパイプ３内に導かれる。

図９及び図１０はリターンパイプ３及びヨーク９を下方からみた斜視図を示す。リターンパイプ３の長さ方向とヨーク９の長さ方向とは交差する。ヨーク９の長さ方向の両端部には、スペーサ７に接触し、ボール転走路４を移動するスペーサ７を掬い上げてリターンパイプ３内へ導くスペーサ掬い部１４が形成される。スペーサ掬い部１４は、ボール掬い部１１の奥に配置される。スペーサ掬い部１４は、リターンパイプ３の内面の円筒形状とほぼ同一の曲率の窪んだ曲面を有する。

図１１のボール掬い部１１及びスペーサ掬い部１４の断面図に示されるように、スペーサ掬い部１４は、ボール戻し通路５の内周面に対して角度α度傾けられている。角度α度傾けることによって、スペーサ掬い部１４がボール掬い部１１に掬い上げられるボール６に当接することがなくなる。図１２に示されるように、スペーサ掬い部１４はボール６に当接しない替わりにスペーサ７に当接する。スペーサ掬い部１４にスペーサ７が常に当接するというわけではなく、ボール６間の隙間が広がって、かつスペーサ７が軌道から外れようとした場合のみスペーサ７がスペーサ掬い部１４に接触する。

図１３は、ナット２の内部からみたボール掬い部１１及びヨーク９の斜視図を示す。上述したように、リターンパイプ３にはボール掬い部１１が形成される。ボール転走路４を移動するボール６は、ボール戻し通路５の内方に向かって徐々に幅が狭くなる切り口の両側の縁に案内されながらリターンパイプ３内に導かれる。一方、リターンパイプ３とは別体のヨーク９には、スペーサ掬い部１４が形成される。ボール転走路４を移動するスペーサは、スペーサ掬い部１４に案内されながらリターンパイプ内に導かれる。

ボール６はボール掬い部１１とスペーサ掬い部１４の境目１５に当接しながら、ボール掬い部１１に掬い上げられる。ボール掬い部１１とスペーサ掬い部１４が一体の場合、境目１５に応力が集中し、繰り返し荷重によって境目１５に亀裂が発生するおそれがある。ボール掬い部１１が金属製の場合は摩耗が進行するだけですむかもしれないが、ボール掬い部１１が樹脂製の場合は亀裂が発生するおそれがある。スペーサ掬い部１４をボール掬い部１１と別体にすると、ボール掬い部１１及びスペーサ掬い部１４が弾性変形し易くなるから、境目１５に発生する応力を逃がすことができる。

図１０に示されるように、ボール掬い部１１とスペーサ掬い部１４との間には、わずかな例えば０．１〜０．５ｍｍ程度のすきまＷが空けられてもよい。すきまＷを空けると、ボール６がスペーサ掬い部１４に当接しなくなる。ボール掬い部１１単独の場合には亀裂を発生させるような応力が発生しないから、すきまＷを空けることで応力をより緩和できる。

リターンパイプ３にボール掬い部１１及びスペーサ掬い部１４を一体に設けると、リターンパイプ３の軸線方向の端面側からの加工が必要になる。マシニングセンターを使用し、軸線方向に沿って二分割したリターンパイプ３を加工すると、リターンパイプ３の表側、裏側及び端面側の三面の加工が必要になる。端面側からの加工はリターンパイプ３のコストアップを招く。ボール掬い部１１及びスペーサ掬い部１４それぞれを別体にすることで、形状がシンプルになり、リターンパイプ３の表側及び裏側の二面の加工で済む。また、金型を用いてリターンパイプ３を成形するときも、金型をシンプルにすることができる。

ボールねじの組立て方法について説明する。まず、ナット２の内周の負荷ボール転走溝２ａにヨーク９を装着する。図１３に示されるようにヨーク９には、タップ９ａが加工される。ナット２にはヨーク９のタップに対応する貫通孔が空けられている。貫通孔からボルトを挿入し、ヨーク９をナット２の負荷ボール転走溝２ａに仮締めする。

次に、ナット２の内側にねじ軸１を挿入し、ナット２の負荷ボール転走溝２ａとねじ軸１のボール転走溝１ａとの間に複数のボール６及び複数のスペーサ７を交互に配列する。

次に、リターンパイプ３内に複数のボール６及び複数のスペーサ７を交互に配列し、リターンパイプ３の脚部３ｂを下に向けてもリターンパイプ３から複数のボール６及びスペーサ７が落下しないように、リターンパイプ３にグリースなどの潤滑剤を封入する。

リターンパイプ３の脚部３ｂをナット２のパイプ挿入孔２ｄに挿入し、ボルトなどの結合手段を用いてリターンパイプ３をナット２に仮締めする。その後、リターンパイプ３のボール掬い部１１とヨーク９のスペーサ掬い部１４との間にわずかなすきまＷが空くようにこれらの位置を調整し、リターンパイプ３及びヨーク９をナット２に本締めする。

図１４は、リターンパイプの他の例を示す。この例のリターンパイプ２１においては、ボール掬い部２２とスペーサ掬い部２３とが一体に形成される。図１５は比較のための従来のリターンパイプ３１を示す。本発明のリターンパイプ２１と従来のリターンパイプ３１のいずれにも、リターンパイプ２１，３１の内方に向かって徐々に幅が狭くなるボール掬い部２２，３２が形成される。ボール掬い部２２，３２の奥には、スペーサ掬い部２３，３３が一体に形成される。スペーサ掬い部２３，３３は、リターンパイプ２１，３１の内周面に対して傾けられている。スペーサ掬い部２３，３３には、ねじ軸１のボール転走溝１ａとの干渉を避けるための逃げ面２４，３４が形成される。

図１５に示されるように、ボール掬い部３２とスペーサ掬い部３３とが一体の場合、ボール掬い部３２とスペーサ掬い部３３の境目３９に応力が集中する。図１４に示されるように、この例のリターンパイプ２１においては、ボール掬い部２２とスペーサ掬い部２３の境目に円弧形状の切込み部２５を形成し、応力集中を緩和する。

発明者は、ＦＥＭ解析を用いてリターンパイプに発生する応力を算出した。図１６に示されるように、解析モデルは、境目に曲率半径Ｒ１．５ｍｍの切込み部を形成したタイプ１、境目に曲率半径Ｒ２ｍｍの切込み部を形成したタイプ２、境目に曲率半径Ｒ１．０mmの切込み部を形成し、かつスペーサ掬い部をボール掬い部よりも肉厚にしたタイプ３の三種類である。

図１７は解析条件を示す。リターンパイプ２１は中央部２１ａにてナット２にボルト結合されるから、中央部２１ａでＸ，Ｙ，Ｚの変位が固定される。そして、ボール６をボール掬い部２２とスペーサ掬い部２３の境目に配置し、ボール６から境目に０〜７．７２５Ｎの荷重が作用すると条件設定した。

図１８はボール掬い部２２とスペーサ掬い部２３の境目（参照点）に発生する応力のグラフを示す。図１９は境目（参照点）近傍に発生する応力の分布を示す。円弧形状の切込み部２５を設けない場合、ボール掬い部２２とスペーサ掬い部２３の境目が角張った形状になるので、大きな応力が発生した。境目に円弧形状の切込み部２５を設けることで、応力を約半分の２０ＭＰａ程度に低減できた。また解析結果から、曲率半径Ｒを大きくしても、応力が小さくなる傾向は少ないこと、言い換えれば、曲率半径Ｒの大小による応力の変化は小さいことがわかった。スペーサ掬い部２３の肉厚を厚くし、曲率半径Ｒの切込み部２５を設けると、最も応力を小さくすることができた。

また発明者は、円弧形状の切込みの曲率半径をＲ１ｍｍ（図２０）→Ｒ１．５ｍｍ（図２１）→Ｒ２ｍｍ（図２２）→Ｒ３ｍｍ（図２３）と変化させたきのボール掬い部２２及びスペーサ掬い部２３の形状の変化を調べた。図２３に示されるように、曲率半径をＲ３ｍｍにすると、スペーサ掬い部２３に薄肉部Ｐが発生する。図２２に示されるように、曲率半径をＲ２ｍｍにすると、スペーサ掬い部２２の凹凸が大きくなり、そこにスペーサが引っ掛かる可能性がある。図２１に示されるように、曲率半径をＲ１．５ｍｍにすると、Ｒ２ｍｍのときよりもスペーサ掬い部２３の凹凸が小さくなる。図２０に示されるように、曲率半径をＲ１ｍｍにすると、凹凸も生じなくなる。なお、図２４に示されるように、曲率半径をＲ１ｍｍにし、かつスペーサ掬い部２３を肉厚にするとスペーサが引っ掛かり易い形状になる。

すなわち、曲率半径Ｒが１．５ｍｍを超えると、スペーサ掬い部２３に窪みやエッジが発生し、スペーサの引っ掛かりが発生する可能性がある。スペーサ掬い部２３の肉厚を増やし、曲率半径Ｒの切込みをつけた場合も、スペーサが引っ掛かりやすい形状になる。よって、曲率半径Ｒは１．５ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下での切込み部を設け、肉を厚くしないものが、応力集中の緩和、及びスペーサの引っ掛かり防止に効果的である。

本発明の一実施形態におけるボールねじの斜視図 ボール循環経路に配列されるボール及びスペーサの斜視図 ナットのリターンパイプ側の断面図 ねじ軸の軸線方向からみたリターンパイプ及びヨークを示す図（リターンパイプが金属製） ねじ軸の軸線方向からみたリターンパイプ及びヨークを示す図（リターンパイプが樹脂製） リターンパイプの斜視図 リターンパイプへのボールの掬上げ状態を示す図（ねじ軸の軸線と直交する断面図） ターンパイプの脚部の断面形状の変化を示す図 リターンパイプ及びヨークを下方からみた斜視図 リターンパイプ及びヨークの詳細図 ボール掬い部及びスペーサ掬い部の断面図（ボールの掬上げを示す図） ボール掬い部及びスペーサ掬い部の断面図（スペーサの掬上げを示す図） ナットの内部からみたボール掬い部及びヨークの斜視図 リターンパイプの他の例を示す斜視図（本件発明） リターンパイプの他の例を示す斜視図（従来例） ＦＥＭ解析のモデル図 解析条件を示す図 ボール掬い部とスペーサ掬い部の境目（参照点）に発生する応力のグラフ 境目（参照点）近傍に発生する応力の分布 曲率半径をＲ１ｍｍにしたボール掬い部及びスペーサ掬い部を示す斜視図（図中（Ａ）はリターンパイプを反転させた状態を示し、図中（Ｂ）はリターンパイプを下方からみた状態を示す） 曲率半径をＲ１．５ｍｍにしたボール掬い部及びスペーサ掬い部を示す斜視図（図中（Ａ）はリターンパイプを反転させた状態を示し、図中（Ｂ）はリターンパイプを下方からみた状態を示す） 曲率半径をＲ２ｍｍにしたボール掬い部及びスペーサ掬い部を示す斜視図（図中（Ａ）はリターンパイプを反転させた状態を示し、図中（Ｂ）はリターンパイプを下方からみた状態を示す） 曲率半径をＲ３ｍｍにしたボール掬い部及びスペーサ掬い部を示す斜視図（図中（Ａ）はリターンパイプを反転させた状態を示し、図中（Ｂ）はリターンパイプを下方からみた状態を示す） 曲率半径をＲ１ｍｍにし、かつスペーサ掬い部２３を肉厚にしたボール掬い部及びスペーサ掬い部を示す斜視図（図中（Ａ）はリターンパイプを反転させた状態を示し、図中（Ｂ）はリターンパイプを下方からみた状態を示す） 従来のリターンパイプを示す斜視図（舌形状のボール掬い部） 従来のリターンパイプを示す斜視図（切り口形状のボール掬い部） 従来のリターンパイプを示す斜視図（ボール掬い部とスペーサ掬い部の併設）

符号の説明

１ａ…ボール転走溝
１…ねじ軸
２…ナット
２ａ…負荷ボール転走溝
３，２１…リターンパイプ（循環部材）
４…ボール転走路
５…ボール戻し通路
６…ボール
７…スペーサ
９…ヨーク
１１，２２…ボール掬い部
１４，２３…スペーサ掬い部
１５…境目
２５…切込み部

Claims (8)

1. 外周に螺旋状のボール転走溝が形成されるねじ軸と、
   内周に前記ボール転走溝に対向する螺旋状の負荷ボール転走溝が形成されるナットと、
   前記ナットの前記負荷ボール転走溝の一端と他端を接続するボール戻し通路が形成される循環部材と、
   前記ねじ軸のボール転走溝と前記ナットの負荷ボール転走溝との間のボール転走路、並びに前記循環部材の前記ボール戻し通路に収容される複数のボールと、
   前記複数のボール間に介在される複数のスペーサと、を備えるボールねじにおいて、
   前記循環部材は、
   前記ボール戻し通路の内方に向かって徐々に幅が狭くなる切り口の両側の縁で前記ボール転走路を移動するボールに接触し、前記ボールを前記ボール戻し通路内に掬い上げるボール掬い部と、
   前記ボール掬い部とは別体であると共に、前記ボール転走路を移動するスペーサに接触し、前記スペーサを前記ボール戻し通路内に掬い上げるスペーサ掬い部と、を有するボールねじ。
2. 外周に螺旋状のボール転走溝が形成されるねじ軸と、
   内周に前記ボール転走溝に対向する螺旋状の負荷ボール転走溝が形成されるナットと、
   前記ナットに取り付けられ、前記ナットの前記負荷ボール転走溝の一端と他端を接続するボール戻し通路が形成されるリターンパイプと、
   前記リターンパイプとは別体であると共に、前記ナットの螺旋状の前記負荷ボール転走溝内に配置されるヨークと、
   前記ねじ軸のボール転走溝と前記ナットの負荷ボール転走溝との間のボール転走路、並びに前記ボール戻し通路に収容される複数のボールと、
   前記複数のボール間に介在される複数のスペーサと、を備えるボールねじにおいて、
   前記リターンパイプは、前記ボール戻し通路の内方に向かって徐々に幅が狭くなる切り口の両側の縁で前記ボール転走路を移動するボールに接触し、前記ボールを前記ボール戻し通路内に掬い上げるボール掬い部を有し、
   前記ヨークは、前記ボール転走路を移動するスペーサに接触し、前記スペーサをボール戻し通路内に掬い上げるスペーサ掬い部を有するボールねじ。
3. 前記ボール掬い部と前記スペーサ掬い部との間に、すきまが空けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ。
4. 前記ボール掬い部及び前記スペーサ掬い部が、樹脂製であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のボールねじ。
5. 前記ボール掬い部が樹脂製であり、前記スペーサ掬い部が金属製であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のボールねじ。
6. 外周に螺旋状のボール転走溝が形成されるねじ軸と、
   内周に前記ボール転走溝に対向する螺旋状の負荷ボール転走溝が形成されるナットと、
   前記ナットの前記負荷ボール転走溝の一端と他端を接続するボール戻し通路が形成される循環部材と、
   前記ねじ軸のボール転走溝と前記ナットの負荷ボール転走溝との間のボール転走路、並びに前記循環部材の前記ボール戻し通路に収容される複数のボールと、
   前記複数のボール間に介在される複数のスペーサと、を備えるボールねじにおいて、
   前記循環部材は、
   前記ボール戻し通路の内方に向かって徐々に幅が狭くなる切り口の両側の縁で前記ボール転走路を移動するボールに接触し、前記ボールを前記ボール戻し通路内に掬い上げるボール掬い部と、
   前記ボール掬い部と一体であると共に、前記ボール転走路を移動するスペーサに接触し、前記スペーサを前記ボール戻し通路内に掬い上げるスペーサ掬い部と、
   前記ボール掬い部と前記スペーサ掬い部の境目に設けられる円弧形状の切込み部と、を有するボールねじ。
7. 前記円弧形状の切込み部の曲率半径は、１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載のボールねじ。
8. ねじ軸の外周の螺旋状のボール転走溝と、ナットの内周の螺旋状の負荷ボール転走溝との間のボール転走路に複数のボール及び複数のスペーサを配列し、前記ナットの負荷ボール転走溝の一端と他端を接続するボール戻し通路が形成されるリターンパイプを前記ナットに取り付けるボールねじの製造方法において、
   ナットの内周の負荷ボール転走溝に、前記ボール転走路を移動するスペーサに接触し、前記スペーサを前記ボール戻し通路内に掬い上げるスペーサ掬い部を有するヨークを装着する工程と、
   前記ナットの内側に、外周にボール転走溝を有するねじ軸を挿入する工程と、
   前記ナットの前記負荷ボール転走溝と前記ねじ軸の前記ボール転走溝との間に、複数のボール及び複数のスペーサを配列する工程と、
   前記ナットに、前記ボール戻し通路の内方に向かって徐々に幅が狭くなる切り口の両側の縁で前記ボール転走路を移動するボールに接触し、前記ボールを前記ボール戻し通路内に掬い上げるボール掬い部を有すると共に、前記ヨークとは別体のリターンパイプを装着する工程と、を備えるボールねじの製造方法。

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