JP2005127379A

JP2005127379A - ボールねじ装置

Info

Publication number: JP2005127379A
Application number: JP2003361458A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Mizukami; 敦司水上
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】ボールを循環させる際に発生する騒音レベルを低減することのできるボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ボール１５を循環させるボール循環部材として、溶融型液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料を射出成形して形成されたボール循環部材１７を用いる。ボール循環部材１７は内部構造が多層構造となっているため、ボールとの衝突などで発生した振動が多層構造の層間によって減衰される。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転運動を直線運動に変換する機械部品として、例えば工作機械の送り装置などで使用されるボールねじ装置の改良に関する。

従来、工作機械の送り装置などでは、モータ等の回転運動を直線運動に変換する機械部品として、例えば図１１に示すようなボールねじ装置が使用されている。このボールねじ装置は、ねじ軸１と、ねじ軸１の外径より大径の内径を有するナット２とを備えており、ねじ軸１の外周面にはボールねじ溝３がねじ軸１の一端部から他端部に亘って形成されている。このボールねじ溝３はナット２の内周面に形成されたボールねじ溝４と対向しており、ボールねじ溝３とボールねじ溝４との間には多数のボール５が転動自在に設けられている。これらのボール５はボールねじ溝３，４間に形成された螺旋状のボール転動路６をねじ軸１またはナット２の回転運動に伴って転動するようになっており、ボール５がボール転動路６を転動するとナット２がねじ軸１の軸方向に相対直線運動するようになっている。

このようなボールねじ装置はボール５を無限循環させるためのボール循環チューブ７を備えているため、ナット２をねじ軸１の軸方向に継続して相対直線運動させることができるが、次のような問題点を有していた。すなわち、上述したボールねじ装置ではボール５を金属からなるボール循環チューブ７のタング部に衝突させてボール循環チューブ７内に掬い上げている。このため、ボール５がボール循環チューブ７のタング部に衝突する際に騒音等が発生するという問題があった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、ボールを循環させる際に発生する騒音レベルを低減することのできるボールねじ装置を提供することを課題とするものである。

かかる課題を解決するために、本発明のうち請求項１の発明は、外周面にボールねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸の前記ボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内周面に有するナット、前記ねじ軸およびナットのボールねじ溝間に形成されたボール転動路を前記ねじ軸またはナットの回転運動に伴って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を前記ナットの外部に掬い上げて循環させるためのボール循環部材とを備えたボールねじ装置であって、前記ボール循環部材が前記ボールを該ボールの中心軌道円上に位置するボール掬い上げ点から前記中心軌道円の接線に沿って掬い上げるボール掬い上げ部を有し、かつ溶融型液晶ポリマーを主成分とする材料を射出成形して形成されていることを特徴とする。

本発明のうち請求項２の発明は、外周面にボールねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸の前記ボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内周面に有するナット、前記ねじ軸および前記ナットの両ボールねじ溝間に転動自在に設けられた多数のボールと、前記ナットの軸方向両端部に配置され前記ボールを前記ナットのボールねじ溝から掬い上げるタング部および前記タング部により掬い上げられたボールを前記ナットの内部に形成されたボール戻し通路に案内するボール戻し案内路を有する一対のエンドデフレタとを備えたボールねじ装置であって、前記エンドデフレクタが溶融型液晶ポリマーを主成分とする材料を射出成形して形成されていることを特徴とする。

本発明のうち請求項３の発明は、請求項１又は２記載のボールねじ装置において、前記溶融型液晶ポリマーを主成分とする材料がガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウィスカーのうち少なくとも１種類の充填材を含むことを特徴とする。
本発明のうち請求項４の発明は、請求項３記載のボールねじ装置において、前記充填材の含有量が１０〜４０ｗｔ％であることを特徴とする。

請求項１の発明に係るボールねじ装置では、ボール転動路を転動するボールがボール循環部材のボール掬い上げ部によってボールの中心軌道円上に位置するボール掬い上げ点から中心軌道円の接線に沿って掬い上げられる。これにより、ボールをタング等に衝突させることなく掬い上げることができるので、騒音等の発生を抑えることができる。また、溶融型液晶ポリマーを主成分とする材料を射出成形してボール循環部材を形成したことで、ボール循環部材の内部構造が多層構造となる。これにより、ボールとの衝突によって発生した振動がボール循環部材の内部を伝わるときに多層構造によって減衰されるので、ボールねじ装置全体の騒音を低減することができる。

請求項２の発明に係るボールねじ装置では、溶融型液晶ポリマーを主成分とする材料を射出成形してエンドデフレクタを形成したことで、エンドデフレクタの内部構造が多層構造となる。これにより、ボールとの衝突によって発生した振動がエンドデフレクタの内部を伝わるときに多層構造によって減衰されるので、ボールねじ装置全体の騒音を低減することができる。
請求項３及び４の発明に係るボールねじ装置では、上述した効果に加え、強度や耐摩耗性、耐衝撃性が向上し、ボールとの衝突による破損が防止され、長期に亘って良好な低騒音化を達成することができる。

以下、図１〜図７を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１において、符号１１は本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置のねじ軸、１２はねじ軸１１の外径より大径の内径を有するナットであり、ねじ軸１１の外周面にはボールねじ溝１３がねじ軸１１の一端部から他端部に亘って形成されている。このボールねじ溝１３はナット１２の内周面に形成されたボールねじ溝１４（図２参照）と対向しており、ボールねじ溝１３とボールねじ溝１４との間には多数のボール１５が転動自在に設けられている。これらのボール１５はボールねじ溝１３，１４間に形成された螺旋状のボール転動路１６（図３参照）をねじ軸１１またはナット１２の回転運動に伴って転動するようなっており、ナット１２には、ボール１５を無限循環させるためのボール循環部材１７が組み付けられている。

ボール循環部材１７はナット１２の外径面に形成された平面状の循環部材取付け面１８（図１及び図４参照）に止めネジ１９，２０によって固定される固定面１７１ａ（図６及び図７参照）を有するプレート状の本体部１７１と、この本体部１７１の固定面１７１ａから突出する円柱状の脚部１７２，１７３とで形成されており、本体部１７１及び脚部１７２，１７３の内部には、ボール転動路１６と連通するボール戻し通路１７４が形成されている。なお、ナット１２の循環部材取付け面１８には、ボール循環部材１７の脚部１７２，１７３と嵌合するボール循環孔２１，２２（図４参照）が穿設されている。

ボール循環部材１７の脚部１７２，１７３は先端部にボール掬い上げ部１７６（図６参照）を有しており、従って、ボール転動路１６を転動するボール１５は、図３に示すように、脚部１７２又は１７３のボール掬い上げ部１７６によってボール１５の中心軌道円ＢＣＤ上に位置するボール掬い上げ点Ｐから中心軌道円ＢＣＤの接線Ｔに沿って掬い上げられるようになっている。

ボール循環部材１７は射出成形によって形成されており、その射出成形材料としては、下記の一般式（１）〜（３）で表される溶融型液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料が用いられている。なお、一般式（１）の具体的な材料名としては、住友化学工業（株）製「エコノール（商品名）」、日本石油化学（株）製「ザイダー（商品名）」などを例示することができる。また、一般式（２）の具体的な材料名としては、ポリプラスチック（株）製「ベクトラ（商品名）」を例示でき、一般式（３）の具体的な材料名としては、三菱化学（株）製「ノバキュート（商品名）」、ユニチカ（株）製「ロッドラン（（商品名）」などを例示することができる。

上述のように、ボール循環部材１７をナット１２の循環部材取付け面１９に固定される固定面１７１ａを有する本体部１７１と、この本体部１７１の固定面１７１ａから突出する円柱状の脚部１７２，１７３とで形成し、ボール１５をその中心軌道円ＢＣＤ上に位置するボール掬い上げ点Ｐから中心軌道円ＢＣＤの接線Ｔに沿って掬い上げるボール掬い上げ部１７６をボール循環部材１７の脚部１７２，１７３の先端部に設けたことにより、ボール転動路１６を転動するボール１５が脚部１７２又は１７３のボール掬い上げ部１７６によってボール１５の中心軌道円ＢＣＤ上に位置するボール掬い上げ点Ｐから中心軌道円ＢＣＤの接線Ｔに沿って掬い上げられる。これにより、ボール１５をタング等に衝突させることなく掬い上げることができるので、騒音等の発生を抑えることができる。

次に、ボール循環部材１７の射出成形材料として、溶融型液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料を用いた理由について説明する。
溶融型液晶ポリマー（以下、「液晶ポリマー」という）は、構成される分子が剛値であり、溶融状態においても結晶構造を概ね維持し、絡み合いが小さく、流動時のせん断により配向を示す。つまり、射出成形を行うと、金型付近ではせん断速度が大きく、金型のキャビティ中央部ではせん断速度が小さくなる。このせん断速度の差により液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料は、その内部構造として表面部と内部の形態（モルフォルジ）が異なり、同一材料であるにも拘わらず多層構造になっている。これは、射出成形時に液晶ポリマーが金型内を高速で通過するとき、流動する液晶ポリマーに速度勾配が金型壁面から流動部の厚さ方向中央部に向かって発生し、液晶ポリマーが配向するからである。

従って、ボール循環部材１７の射出成形材料として溶融型液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料を用いたことで、ボール循環部材１７の内部構造が多層構造となり、ボール１５との衝突によって発生した振動がボール循環部材１７の内部を伝わるときに多層構造によって減衰されるので、ボールねじ装置全体の騒音を低減することができる。
次に、図８〜図１０を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。
図８において、符号３１は本発明の第２の実施形態に係るボールねじ装置のねじ軸、３２はねじ軸３１の外径より大径の内径を有するナットであり、ねじ軸３１の外周面にはボールねじ溝３３がねじ軸３１の一端部から他端部に亘って形成されている。このボールねじ溝３３はナット３２の内周面に形成されたボールねじ溝３４と対向しており、ボールねじ溝３３とボールねじ溝３４との間には多数のボール３５が転動自在に設けられている。

ボール３５はボールねじ溝３３，３４間に形成された螺旋状のボール転動路３６をねじ軸３１またはナット３２の回転運動に伴って転動するようになっており、ナット３２の内部には、ボール転動路３６を転動したボール３６を無限循環させるためのボール戻し通路３６が形成されている。このボール戻し通路３６はナット３２の両端面に開口しており、ナット３２の軸方向両端部にはエンドデフレクタ３７が組み込まれている。

エンドデフレクタ３７はタング部３７ａ（図９及び図１０参照）を有しており、ねじ軸３１及びナット３２の両ボールねじ溝３３，３４を転動するボール３５は、エンドデフレクタ３７のタング部３７ａによってナット３２のボールねじ溝３４から掬い上げられるようになっている。また、エンドデフレクタ３７はボール戻し案内路３７ｂ（図８及び図１０参照）を有しており、タング部３７ａによりナット３２のボールねじ溝３４から掬い上げられたボール３５は、エンドデフレクタ３７のボール戻し案内路３７ｂによりナット３２のボール戻し通路３６に案内されて無限循環するようになっている。

エンドデフレクタ３７は射出成形によって形成されており、その射出成形材料としては、上記の一般式（１）〜（３）で表される溶融型液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料が用いられている。
このように、溶融型液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料を射出成形してエンドデフレクタ３７を形成したことで、エンドデフレクタ３７の内部構造が多層構造となり、ボール３５との衝突によって発生した振動がエンドデフレクタ３７の内部を伝わるときに多層構造によって減衰されるので、ボールねじ装置全体の騒音を低減することができる。

なお、本発明は上述した実施例態に限定されるものではない。たとえば、溶融型液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料にガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウィスラー等の補強材を充填材として混入させたものをボール循環部材１７又はエンドデフレクタ３７の射出成形材料として用いてもよい。この中で、炭素繊維およびチタン酸カリウムウィスラーはフィラー自体が制振性を有するため、特に好ましい。これらの充填材を混入することにより、強度や耐摩耗性、耐衝撃性が向上し、ボール等との衝突による破損が防止され、長期に亘って良好な低騒音化を達成できる。
なお、充填材の混入量としては、１０ｗｔ％未満であると上述した強度等の向上があまり見られず、４０ｗｔ％を超えると成形性等が低下する場合があるため、１０〜４０ｗｔ％、好ましくは２０〜３０ｗｔ％が望ましい。
次に、表１及び表２を参照して本発明の実施例について説明する。

表１において、実施例１はボール循環部材１７の射出成形材料としてポリプラスチック（株）製「ベクトラＡ９５０（商品名）：無充填グレート」を用いた実施例、実施例２はボール循環部材１７の射出成形材料としてポリプラスチック（株）製「ベクトラＢ２３０（商品名）：カーボン繊維３０ｗｔ％含有グレート」を用いた実施例である。また、比較例１はボール循環部材１７の射出成形材料としてポリアセタール樹脂を用いた比較例であり、実施例１及び２のボールねじ装置と比較例１のボールねじ装置について、軸径：２５ｍｍ、リード：２５ｍｍ、回転数：２５００ｍｉｎ^-1の試験条件で騒音レベルを測定して比較した。
表１に示されるように、実施例１及び実施例２のボールねじ装置は、比較例１のボールねじ装置に比較して、騒音レベルが低くなっていることがわかる。また、実施例１と実施例２を比較すると、ボール循環部材１７の射出成形材料としてカーボン繊維入りの溶融型液晶ポリマーを使用した実施例２では、騒音レベルがさらに減少することがわかる。

表２において、実施例３はエンドデフレクタ３７の射出成形材料としてポリプラスチック（株）製「ベクトラＡ９５０（商品名）：無充填グレート」を用いた実施例、実施例４はエンドデフレクタ３７の射出成形材料としてポリプラスチック（株）製「ベクトラＢ２３０（商品名）：カーボン繊維３０ｗｔ％含有グレート」を用いた実施例である。また、比較例２はエンドデフレクタ３７の射出成形材料としてポリアセタール樹脂を用いた比較例であり、実施例３及び４のボールねじ装置と比較例２のボールねじ装置について、軸径：３６ｍｍ、リード：２５ｍｍ、回転数：１５００ｍｉｎ^-1の試験条件で騒音レベルを測定して比較した。
表２に示されるように、実施例３及び実施例４のボールねじ装置は、比較例２のボールねじ装置に比較して、騒音レベルが低くなっていることがわかる。また、実施例３と実施例４を比較すると、エンドデフレクタ３７の射出成形材料としてカーボン繊維入りの溶融型液晶ポリマーを使用した実施例４では、騒音レベルがさらに減少することがわかる。

本発明の第１の実施形態に係るボールねじ装置の平面図である。図１のII−II断面図である。図１のIII−III断面図である。図１に示すナットの平面図である。図１に示すボール循環部材の平面図である。図１に示すボール循環部材の側面図である。図１に示すボール循環部材の正面図である。本発明の第２の実施形態に係るボールねじ装置の断面図である。本発明の第２の実施形態に係るボールねじ装置のナットとエンドデフレクタを示す図である。図８に示すエンドデフレクタの斜視図である。従来のボールねじ装置の一例を示す図である。

符号の説明

１，１１，３１ねじ軸
２，１２，３２ナット
３，１３，３３ボールねじ溝
４，１４，３４ボールねじ溝
５，１５，３５ボール
６，１６，３６ボール転動路
７ボール循環チューブ
１７ボール循環部材
１７１本体部
１７２，１７３脚部
１７５ボール戻し通路
１７６ボール掬い上げ部
１８循環部材取付け面
１９，２０止めネジ
２１，２２ボール循環孔
３７エンドデフレクタ
３７ａタング部
３７ｂボール戻し案内路

Claims

外周面にボールねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸の前記ボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内周面に有するナット、前記ねじ軸およびナットのボールねじ溝間に形成されたボール転動路を前記ねじ軸またはナットの回転運動に伴って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を前記ナットの外部に掬い上げて循環させるためのボール循環部材とを備えたボールねじ装置であって、前記ボール循環部材が前記ボールを該ボールの中心軌道円上に位置するボール掬い上げ点から前記中心軌道円の接線に沿って掬い上げるボール掬い上げ部を有し、かつ溶融型液晶ポリマーを主成分とする材料を射出成形して形成されていることを特徴とするボールねじ装置。
外周面にボールねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸の前記ボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内周面に有するナット、前記ねじ軸および前記ナットの両ボールねじ溝間に転動自在に設けられた多数のボールと、前記ナットの軸方向両端部に配置され前記ボールを前記ナットのボールねじ溝から掬い上げるタング部および前記タング部により掬い上げられたボールを前記ナットの内部に形成されたボール戻し通路に案内するボール戻し案内路を有する一対のエンドデフレタとを備えたボールねじ装置であって、前記エンドデフレクタが溶融型液晶ポリマーを主成分とする材料を射出成形して形成されていることを特徴とするボールねじ装置。
前記溶融型液晶ポリマーを主成分とする材料がガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウィスカーのうち少なくとも１種類の充填材を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のボールねじ装置。
前記充填材の含有量が１０〜４０ｗｔ％であることを特徴とする請求項３記載のボールねじ装置。