JP5712933B2

JP5712933B2 - ボールねじ

Info

Publication number: JP5712933B2
Application number: JP2011547247A
Authority: JP
Inventors: 勇一桜井
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: EP2360395A4; EP2360395A1; US20120132025A1; CN102171490A; JPWO2011077622A1; WO2011077622A1

Description

本発明は、ボールねじに関し、特に、デフレクターを備えたボールねじに関する。

従来より、ボールねじとしてチューブ循環式ボールねじが一般的に知られている。チューブ循環式ボールねじのチューブのボールの掬い上げ部は、薄肉金属チューブ、又は薄板板金で形成されたチューブの先端を舌片状に加工して形成されている。
しかしなから、この掬い上げ部は、ボールが連続的に衝突するため、ボールも大きくかつ高速でタング部に衝突する高負荷容量でかつ高速型のボールねじでは、掬い上げ部が強度的に不十分となるという問題があった。

この掬い上げ部を改善する先行技術としては、特許文献１に示すボールねじがある。図３〜図５に示すように、このボールねじ（ナット・アセンブリ）１１０は、周面に螺旋状に溝１１４が形成されたねじ１１４と、ナット１１８とを有する。ナット１１８には、溝１１４に対応して螺旋状に溝１２０が形成されている。溝１１４と溝１２０とによって形成される転送路には、複数個のボール１２２が配設される。また、ボール１２２を転送路の終点から始点に戻す循環チューブ１２６が設けられている。そして、このボールねじ（ナット・アセンブリ）１１０は、循環チューブ１２６のタング部（図示せず）の代わりに、デフレクター（ボール転向装置）１３０が設けられている。このデフレクター１３０は、略円形の断面形状を有する棒（通常は鉄材）を鞍形状に曲げた本体１３２とねじ付き柄部分１３４とからなるというものである。

そして、この本体１３２の両端部によってボール１２２を掬い上げるため、タング部のように、高負荷容量でかつ高速型のボールねじの場合にあっても強度的に不十分になるという問題はない、というものである。

特開平４−２２８９６３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたボールねじでは、デフレクターの固定ボルトがデフレクターの中心に１箇所設けられており、デフレクターがボールを掬い上げる時にデフレクターが振動し、固定ボルトが緩んでしまう恐れが有った。
また、この先行技術は、デフレクターのボール掬い上げが平面であり、ボールねじのねじ線に沿った掬い上げになっていない。このため、ボールを掬い上げる時にボールの軌跡が不連続の軌跡となり、騒音の発生や前記掬い上げ部への衝突によるボール表面の傷の発生、タング部の削りとられた微小破片のボール溝への噛み込み等、高速使用には適さないという問題が有った。

本発明は、この様な問題を解消するためになされたものであり、デフレクターの固定ボルトが緩んでしまわないボールねじを提供することを目的としている。
また、本発明は、ボールがデフレクターによってスムーズに掬い上げられて騒音が低減され、かつ高速の使用条件に耐えられるボールねじを提供することを目的としている。

上記課題を解決するための本発明のある実施形態に係るボールねじは、外周面に螺旋状のボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝に対向する螺旋状のボールねじ溝を内周面に有するナットと該ナットのボールねじ溝とねじ軸のボールねじ溝で形成した螺旋状のボール転動路を転動するボールと、前記ナットに設けられ、前記多数のボールが前記ボール転動路を循環するように案内する循環部品とを備え、
前記循環部品は、前記ボールを掬い上げるデフレクターと、前記掬い上げられたボールを再び前記ボール転動路に戻すボール戻し部材とから形成され、前記デフレクターは、その長手方向に沿って設けられた複数の固定部材によって前記ナットに独立して固定され、かつ前記ボール転動路のボールを前記ボール戻し部材に向ってねじ線に沿って掬い上げる形状を有する。

また、本発明の他の実施形態に係るボールねじは、前記デフレクターのボール掬い上げ面と対向する前記ナットの透孔が、前記ボール転動路のボールをボール戻し部材に向ってねじ線に沿って掬い上げる凹曲面形状とされている。
また、本発明の他の実施形態に係るボールねじは、前記デフレクターのボール掬い上げ面が、ボール転動路のボールをボール戻し部材に向ってねじ線に沿って掬い上げる凹曲面形状とされている。
また、本発明の他の実施形態に係るボールねじは、前記デフレクターは樹脂材料で形成されている。

本発明のある実施形態に係るボールねじによれば、デフレクターの固定部材を複数にしたため、デフレクターに振動が発生せず、固定ボルトが緩んでしまわないデフレクター式ボールねじを提供することができる。
本発明の他の実施形態に係るボールねじによれば、ボールがデフレクターによってスムーズに掬い上げられて騒音が低減され、かつ高速の使用条件に耐えられるデフレクター式ボールねじを提供することができる。

ボールねじのボール循環部の構成を示す断面図である。ボルトを挿入したデフレクターの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。特許文献１に記載されたボールねじの構成を示す平面図である。図３の４−４線に沿う断面図である。特許文献１に記載されたデフレクターの構成を示す側面図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係るボールねじの第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１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の外周面には螺旋状のボールねじ溝１ａが形成されており、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。

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がボール戻し部材５で接続されている。このボール戻し部材５は金属製のチューブを略Ｕ字形に折り曲げたものでナット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。
また、ナット２の内周面には、ボール戻し部材５の両端部の位置にその両端部を合わせてデフレクター９が配置され、固定部材であるボルト１１によってナット２に固定されている。

デフレクター９は金属性の断面略楕円形の棒を円弧状に曲げたもので、ボール転動路３内にあるボール８はデフレクター９の両端部によって掬い上げられ、ボール戻し部材５へ導かれる。このボール戻し部材５によってボール８は再びボール転動路３に戻される。このデフレクター９とボール戻し部材５によって循環部品１７が構成されている。
そして、透孔４ａ，４ｂと循環部品１７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。

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。
このボール８がボール循環路７内を無限循環することによって、ナット２がねじ軸１に対してねじ軸１に沿って相対移動することができる。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、デフレクター９には雌ねじ孔１３が２ヶ所形成されており、ナット２に形成された２ヶ所のボルト挿通孔１５に挿通した２本のボルト１１によってデフレクター９がナット２に固定される。
特許文献１に示されたボールねじのデフレクター（ボール転向装置）１３０は、該デフレクター（ボール転向装置）１３０の中心に１箇所設けられた固定ボルトによってナット１１８に固定される。
それに対して本発明のボールねじにおいては、デフレクター９が複数の固定部材（ボルト１１）によってナット２に固定されるので、デフレクター９に振動が発生せず固定部材（ボルト１１）が緩むことはない。

以上、本発明の実施形態においては、デフレクター９の固定方法としてボルト１１を用いて固定した例を示したが、ボルト１１の代わりに特許文献１に示されたデフレクター１３０の様に固定部材としてデフレクターに一体で設けられたねじ付き柄部分１３４にナット（ねじファスナ１３６）を締め付けて固定しても良い。
また、本実施形態では、固定部材としてのボルト１１を２本使用した例を示したが、２本に限らず３本以上であっても良い。

（第２の実施形態）
以下、本発明に係るボールねじの第２の実施形態について図面を参照して説明する。
図１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の外周面には螺旋状のボールねじ溝１ａが形成されており、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。

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がボール戻し部材５で接続されている。このボール戻し部材５は金属製のチューブを略Ｕ字形に折り曲げたものでナット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。
また、ナット２の内周面にはボール戻し部材５の両端部の位置にその両端部を合わせてデフレクター９が配置され、固定部材であるボルト１１によってナット２に固定されている。

デフレクター９は、金属性の断面円形の棒を円弧状に曲げたもので、ボール転動路３内にあるボール８はデフレクター９の両端部によって掬い上げられ、ボール戻し部材５へ導かれる。このボール戻し部材５によってボール８は再びボール転動路３に戻される。このデフレクター９とボール戻し部材５によって循環部品１７が構成されている。
そして、透孔４ａ，４ｂと循環部品１７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。

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。
このボール８が、ボール循環路７内を無限循環することによって、ナット２がねじ軸１に対してねじ軸１に沿って相対移動することができる。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、デフレクター９には雌ねじ孔１３が２ヶ所形成されており、ナット２に形成された２ヶ所のボルト挿通孔１５に挿通した２本のボルト１１によってデフレクター９がナット２に固定される。
特許文献１に示されたボールねじのデフレクター（ボール転向装置）１３０は、該デフレクター（ボール転向装置）１３０の中心に１箇所設けられた固定ボルトによってナット１１８に固定される。

それに対して本発明のボールねじにおいては、デフレクター９が複数の固定部材（ボルト１１）によってナット２に固定されるので、デフレクター９に振動が発生せず固定部材（ボルト１１）が緩むことはない。
デフレクター９の掬い上げ面１９は、図２（ａ）に示す様に、ボール８の掬い上げ方向と直角の断面がボール８の半径より多少大きい曲率半径を有する凹曲面とされている。そしてこの凹曲面は、ボール転動路３から排出されるボール８をねじ線の接線方向に掬い上げる形状とされている。

また、デフレクター９の掬い上げ面１９と対向するナット２の透孔４ａ、４ｂ部分は、デフレクター９の掬い上げ面１９と同様にボール８の掬い上げ方向と直角の断面が、ボール８の半径より多少大きい曲率半径を有する凹曲面とされている。そしてこの凹曲面はボール転動路３から排出されるボール８をねじ線の接線方向に掬い上げる形状とされている。
ここで、ねじ線とはボール転動路３内を移動する螺旋状のボールの中心軌跡をいう。ねじ線の接線方向とは具体的には、図１においてボール転動路３内にあるボール８のピッチ円直径２５の接線方向で、かつ図２（ｂ）に示す様に、ねじ軸１のボールねじ溝１ａのリード角θ分傾いた方向である。

本実施の形態では、デフレクター９の掬い上げ面１９と、この掬い上げ面１９に対向するナット２の透孔４ａ、４ｂの面とを、ボール８の掬い上げ方向と直角の断面がボール８の半径より多少大きい曲率半径を有する凹曲面とし、かつこの凹曲面をボール転動路３から排出されるボール８をねじ線の接線方向に掬い上げる形状とした。しかしながら、ボール８をねじ線の接線方向に掬い上げる凹曲面は少なくともナット２の透孔４ａ、４ｂに設けられていれば良く、デフレクター９の掬い上げ面１９はボール８をねじ線の接線方向に掬い上げる平面であっても良い。

この様に、デフレクター９によってボール転動路３から排出されるボール８がねじ線の接線方向に掬い上げられるので、ボールがスムーズに掬い上げられて騒音が低減され、かつ高速の使用条件に耐えられるデフレクター式ボールねじが得られる。
さらに、デフレクター９が複数の固定部材（ボルト１１）によってナット２に固定されているのに加えて、ボール８がねじ線にそってスムーズに掬い上げられるため、デフレクター９に振動が発生せずより一層固定ボルトが緩むことが防止される。

（第３の実施形態）
以下、本発明に係るボールねじの第３の実施形態について図面を参照して説明する。
図１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の外周面には螺旋状のボールねじ溝１ａが形成されており、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。

デフレクター９は、長手方向と直角の断面が円形で全体が部分円弧状とされ、樹脂材料（例えばポリアセタール樹脂、強化材入りポリアミド樹脂等のエンジニアリングプラスチック）で成型されている。ボール転動路３内にあるボール８はデフレクター９の両端部によって掬い上げられ、ボール戻し部材５へ導かれる。このボール戻し部材５によってボール８は再びボール転動路３に戻される。このデフレクター９とボール戻し部材５によって循環部品１７が構成されている。

そして、透孔４ａ，４ｂと循環部品１７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。
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。
このボール８がボール循環路７内を無限循環することによって、ナット２がねじ軸１に対してねじ軸１に沿って相対移動することができる。

それに対して本発明のボールねじにおいては、デフレクター９が複数の固定部材（ボルト１１）によってナット２に固定されるので、デフレクター９に振動が発生せず固定部材（ボルト１１）が緩むことはない。
デフレクター９の掬い上げ面１９は図２（ａ）に示す様にボール８の掬い上げ方向と直角の断面がボール８の半径より多少大きい曲率半径を有する凹曲面とされている。そしてこの凹曲面はボール転動路３から排出されるボール８をねじ線の接線方向に掬い上げる形状とされている。

また、デフレクター９の掬い上げ面１９と対向するナット２の透孔４ａ、４ｂ部分はデフレクター９の掬い上げ面１９と同様にボール８の掬い上げ方向と直角の断面が、ボール８の半径より多少大きい曲率半径を有する凹曲面とされている。そしてこの凹曲面はボール転動路３から排出されるボール８をねじ線の接線方向に掬い上げる形状とされている。
ここで、ねじ線とはボール転動路３内を移動する螺旋状のボールの中心軌跡をいう。ねじ線の接線方向とは具体的には、図１においてボール転動路３内にあるボール８のピッチ円直径２５の接線方向で、かつ図２（ｂ）に示す様に、ねじ軸１のボールねじ溝１ａのリード角θ分傾いた方向である。

この様に、デフレクター９によってボール転動路３から排出されるボール８がねじ線の接線方向に掬い上げられるので、ボール８がスムーズに掬い上げられて騒音が低減され、かつ高速の使用条件に耐えられるデフレクター式ボールねじが得られる。また、デフレクター９が樹脂材料によって形成されているので、ねじ線の接線方向に掬い上げられるのと相まって更に騒音が低減される。

さらに、デフレクター９が複数の固定部材（ボルト１１）によってナット２に固定されているのに加えて、ボール８がねじ線にそってスムーズに掬い上げられるため、デフレクター９に振動が発生せずより一層固定ボルトが緩むことが防止される。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。

本発明は、循環方式としてデフレクターを備えたボールねじとして、各種機械装置に広く適用できる。

１ねじ軸
１ａボールねじ溝（ねじ軸側）
２ナット
２ａボールねじ溝（ナット側）
３ボール転動路
５ボール戻し部材
８ボール
９デフレクター
１０ボールねじ
１１固定部材（ボルト）
１７循環部品
１９掬い上げ面

Claims

外周面に螺旋状のボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝に対向する螺旋状のボールねじ溝を内周面に有するナットと該ナットのボールねじ溝とねじ軸のボールねじ溝で形成した螺旋状のボール転動路を転動するボールと、前記ナットに設けられ、前記多数のボールが前記ボール転動路を循環するように案内する循環部品とを備え、
前記循環部品は、前記ボールを掬い上げるデフレクターと、前記掬い上げられたボールを再び前記ボール転動路に戻すボール戻し部材とから形成され、前記デフレクターは、その長手方向に沿って設けられた複数の固定部材によって前記ナットに独立して固定され、かつ前記ボール転動路のボールを前記ボール戻し部材に向ってねじ線に沿って掬い上げる形状を有することを特徴とするボールねじ。
前記デフレクターのボール掬い上げ面と対向する前記ナットの透孔は、前記ボール転動路のボールを前記ボール戻し部材に向ってねじ線に沿って掬い上げる凹曲面形状とされていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
前記デフレクターのボール掬い上げ面は、ボール転動路のボールをボール戻し部材に向ってねじ線に沿って掬い上げる凹曲面形状とされてい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。
前記デフレクターは樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のボールねじ。