JP4220018B2 - ボールねじ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじに関し、特に、ねじ軸とナット部材との間に設けられた負荷転走路内を転がるボールを、ナット部材に嵌め込まれたリターンパイプで循環させるボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のボールねじとして、ねじ軸にボール転走溝を形成し、ナット部材にボール転走溝に対向する負荷転走溝を形成し、ボール転走溝及び負荷転走溝との間でボールを転がり運動させる負荷転走路を構成し、このナット部材に嵌め込まれたリターンパイプで負荷転走路の一端と他端を連結し、このリターンパイプで負荷転走路内を転がるボールを一端で掬い上げ他端に戻す無負荷戻し通路を構成したものが提案されている（例えば実開平６−６９５０２号公報参照）。
【０００３】
図９に示したように、リターンパイプの両端開口部には、負荷転走路内に入り込む一対の舌部２ａ，２ｂが形成される。ボールは、ねじ軸の周囲の負荷転走路内を転がり運動した後、舌部２ａ，２ｂに衝突し、掬い上げられ、リターンパイプ内に導入される。そして、ボールは、リターンパイプ１内を循環し、再び負荷転走路に戻される。舌部２ａ，２ｂの両脇には、ねじ軸に形成されたボール転走溝との干渉を避けるべく根元に切り欠き３が設けられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、工作機械等の高速送りの要求に伴い、ボールねじも高速回転されることが多くなってきた。このように、（ねじ軸の１分間あたりの回転数にボールの回転径を掛けた値である）ＤＮ値を上げて、ボールねじを使用した場合、ボールによる衝突力の繰り返しで、応力集中が発生し易い舌部２ａ，２ｂの根元が金属疲労を起こして破損するおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、リターンパイプ両端にボールを衝突させる舌部を有することなく、ボールを掬い上げることができるボールねじを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
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ない。
【０００７】
請求項１の発明は、外周面に螺旋状のボール転走溝（６ａ）を有するねじ軸（６）と、内周面に前記ボール転走溝（６ａ）と対向する螺旋状の負荷転走溝（７ａ）を有するナット部材（７）と、前記ボール転走溝（６ａ）と前記負荷転走溝（７ａ）との間を転動するボール（８・・・）と、前記ナット部材（７）に嵌合され、前記ボール転走溝（６ａ）と前記負荷転走溝（７ａ）との間で形成される負荷転走路の一端と他端を連結し、前記ボール（８・・・）を一端から掬い上げ、他端に戻すリターンパイプ（９，２１）とを備え、前記リターンパイプ（９，２１）はその両端に、徐々に幅が狭くなる切り口（１５）が形成されるボールねじにおいて、前記リターンパイプ（９，２１）の先端の断面形状は、前記リターンパイプ（９，２１）が前記ボール（８・・・）を１８０度より大きな円弧で抱え込むように前記リターンパイプ（９，２１）の中心線よりも両脇にわずかに突出した半円形断面となり、前記リターンパイプ（９，２１）の断面形状は、前記ボール（８・・・）が一端から前記リターンパイプ（９，２１）内へ進む進入方向に沿って、連続的に円形断面に近づくことを特徴とするボールねじにより、上述した課題を解決する。
【０００８】
この発明によれば、リターンパイプ（９，２１）の両端に、徐々に幅が狭くなる切り口（１５）を設けたので、負荷転走路内を転がるボール（８…）は、リターンパイプ（９，２１）の両端内に入り込むと、幅が狭くなる切り口（１５）の両脇で案内される。ボール（８…）は、切り口（１５）の両脇で案内されながら、徐々にリターンパイプ（９，２１）の奥の方に導かれる。このため、従来のように、舌部を有することなくボール（８…）を掬い上げることができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記リターンパイプ（９，２１）の両端側（９ａ，９ｂ）をねじ軸（６）のリード角に合わせて配置したことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、リターンパイプ（９，２１）の両端側をねじ軸（６）のリード角に合わせて配置したので、ボール（８…）は、ねじ軸（６）のリード角方向すなわち進行方向を保ったまま掬い上げられる。したがって、リターンパイプ（９，２１）内にボール（８…）を導入する際、リターンパイプ（９，２１）に強い衝撃が加わるのを防止できる。また、ボール（８…）が進行方向を保ったままリードパイプ（９，２１）に掬い上げられるので、ボール（８…）は、リターンパイプ（９，２１）の切り口（１５）の片側に片寄ることなく、切り口（１５）の両脇でバランス良く掬い上げられる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の発明において、上記リターンパイプ（９，２１）の両端側（９ａ，９ｂ）をボール（８…）の軌道の接線方向へ配置したことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、リターンパイプ（９，２１）でボールを接線方向に掬い上げることができる。ボール（８…）は、その運動方向に沿って流れ込むように、リターンパイプ（９，２１）に掬い上げられる。したがって、ボール（８…）がリターンパイプ（９，２１）の両端に掬い上げられる際の衝撃力を軽減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の一実施形態におけるボールねじ５を示したものである。ボールねじ５は、外周面に螺旋状のボール転走溝６ａを有するねじ軸６と、内周面に前記ボール転走溝６ａと対向する螺旋状の負荷転走溝７ａを有するナット部材７と、ボール転走溝６ａと前記負荷転走溝７ａ間を転動するボール８…とを備える。ねじ軸６のボール転走溝６ａと、ナット部材７の負荷転走溝７ａとの間で負荷転走路が構成される。ナット部材１２には、２つのリターンパイプ９が嵌合される。リターンパイプ９は、負荷転走路の一端と他端を連結して無負荷戻し通路を構成する。リターンパイプ９の両側は折り曲げられ、負荷転走路内に数ピッチの間隔を開けて、嵌入される。リターンパイプ９は、パイプ押え１０によってナット部材７に固定される。
【００１４】
ねじ軸６には、その周囲に螺旋状の一定のリードを備えた略断面半円状のボール転走溝６ａが研削加工または転造加工によって形成される。
【００１５】
ナット部材７は、略円筒状をなし、その端面にボールねじ５を機械等に取付けるためのフランジ１１を備える。ナット部材７の内周面には、ねじ軸６のボール転走溝６ａに対向する略断面半円状の負荷転走溝７ａが形成される。ナット部材７には、その上面が一部平取りされた平面部１６が形成される。平面部１６には、リターンパイプ９の両側が挿入されるリターンパイプ嵌合穴１３が４個所開けられる。このリターンパイプ嵌合穴１３は、負荷転走溝７ａ内まで延びる。
【００１６】
図３乃至図５は、リターンパイプ９を示したものである。図３に示すように、リターンパイプ９は、円形断面をなし、両端側が湾曲される。すなわち、リターンパイプは、一対の脚部９ａ，９ｂ及び水平部９ｃからなる略門型形状に形成される。リターンパイプ９の断面形状は、ボール８…が通る通路断面及び潤滑材が貯溜可能な断面を有すれば、円形に限られず、三角、四角等の非円形断面でもよい。脚部９ａ，９ｂの両端には、切り込みが入れられ、切り口１５はアーチ型になる。切り口１５は、リターンパイプ９の奥方向に向かい徐々に横幅が狭く形成される。
【００１７】
図４に示したように、脚部９ａ，９ｂは、ボール８…の軌道中心線Ｓの接線方向へ配置される。また、脚部９ａ，９ｂの先端は、ねじ軸６の軸心の水平面Ｌの位置まで延びる。脚部９ａ，９ｂへの切り口１５は、ボール８…の軌道中心線Ｓよりも若干内側に形成される。切り口１５の先端は、脚部９ａ，９ｂの中心線Ｄより、わずかにｈだけ内側に位置する。
【００１８】
図５は、脚部９ａ，９ｂの断面形状の変化を示したものである。先端の断面形状を０の位置で示し、上方に向かうにしたがい、断面形状を１から９の位置で示す。脚部９ａ，９ｂの断面形状は０の位置で、リターンパイプ９の中心線Ｄよりも両脇がわずかにｈ寸法だけ突出した半円形断面となる。脚部９ａ，９ｂの断面形状は、上方に向かうにしたがい（１の位置から１０の位置に進むにしたがい）円形断面に近づき、切り口１５の両脇の幅Ｗが徐々に狭くなる。
【００１９】
図４に示したように、ボール８…は、ねじ軸６の周囲を転がり運動し、ねじ軸６の軸心の水平面Ｌより上方に転がり、脚部９ａ，９ｂ内に転がり込む。図５に示したように、切り口１５の両脇の幅Ｗは、０から４の位置までは、ボール８…の直径よりも大きい。このため、ボールは、切り口１５の両脇によって案内されることなく、ねじ軸６の周囲を転がり運動する。０から４の位置に進むにつれ、脚部９ａ，９ｂの内周面とボール８…の背面との隙間２０が僅かずつ大きくなる。ボール８…が、さらに上方に転がり、５の位置まで移動した場合、ボール８…の両端が切り口１５の両脇に案内され始める。切り口１５の両脇は、リターンパイプ９の上方向に向かい徐々に幅が狭くなるため、６から１０の位置で、ボール８…は、切り口１５の両脇に案内されながら、円断面のリターンパイプ９内に導かれる。このように、リターンパイプ９の脚部９ａ，９ｂに切り込みを入れ、切り口１５の両脇を上方に向かい徐々に幅狭になるように形成することで、従来のように舌部を設けなくても、切り口１５の両脇でボール８…を掬い上げることができる。したがって、ボールねじ５を高速回転させ、ＤＮ値を上げて使用することもできる。
【００２０】
また、脚部９ａ，９ｂをボール８…の軌道中心線Ｓの接線方向へ配置したため、ボール８…は、その運動方向に沿って流れ込むように、脚部９ａ，９ｂに掬い上げられる。ボール８…を急激な方向転換することなく掬い上げることができ、ボール８…がリターンパイプ９の脚部９ａ，９ｂに掬い上げられる際の衝撃力を軽減することができる。
【００２１】
図６は、ねじ軸６とリターンパイプ９を示したものである。この図に示すように、リターンパイプ９の脚部９ａ，９ｂは、ねじ軸６のリード角に合わせて傾けて配置される。ボール８…は、ねじ軸６のリード角方向すなわち進行方向を保ったまま、脚部９ａ，９ｂに掬い上げられる。したがって、脚部９ａ，９ｂ内で方向転換する必要なく、脚部９ａ，９ｂに強い衝撃が加わるのを防止できる。また、ボール８…が進行方向を保ったまま脚部９ａ，９ｂに掬い上げられるので、ボール８…は、切り口１５の片側に片寄ることなく、両脇でバランス良く掬い上げられる。
【００２２】
図６及び図７に示すように、ねじ軸６を回転させると、ボール転走溝６ａ内を周方向に軸方向荷重を受けながら転がるボール８…は、脚部９ａの先端で掬い上げられる。掬い上げられたボール８…は、リターンパイプ９内を循環する。そして、ボール８…は、数ピッチ間隔を開けた脚部９ｂから、再びボール転走溝６ａに戻され、循環する。
【００２３】
図８は、他の実施形態におけるリターンパイプ２１を示したものである。このリターンパイプ２１においても、上述のリターンパイプ９と同様に、脚部２１ａ，２１ｂの両端には、切り込みが入れられる。切り口１５は、パイプ内に向かい徐々に横幅が狭くなるよう形成される。このリターンパイプ２１の内面には、パイプ全体に渡って軸方向に延びる一対のガイド溝２２ａ，２２ｂが形成される。ボール８…は、ボール８…同士の相互摩擦を防止すべく帯状のリテーナに所定間隔を開けて回転摺動自在に保持されることがある。一対のガイド溝２２ａ，２２ｂを形成することでリテーナの両側縁を案内することができる。なお、リテーナを介してボール８…が保持される場合は、ボール８…は、切り口１５によって掬われると共に、リテーナがボール８…を引っ張り上げるによっても掬われる。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、リターンパイプの両端に、パイプ内に向かって徐々に幅が狭くなる切り口を設けたので、負荷転走路内を転がるボールは、徐々に幅が狭くなる切り口両脇で案内されながら、リターンパイプの奥の方に導かれる。したがって、従来のように舌部を有することなくボールを掬うことができ、ボールねじのＤＮ値を上げて使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるボールねじの斜視図。
【図２】上記ボールねじのナット部材の斜視図。
【図３】上記ボールねじのリターンパイプの斜視図。
【図４】上記リターンパイプでのボールの掬い上げを示す動作図。
【図５】上記リターンパイプの断面の変化図。
【図６】上記リターンパイプ及びねじ軸を示す側面図。
【図７】上記リターンパイプ及びねじ軸を示す断面図。
【図８】本発明の他の実施形態におけるリターンパイプの斜視図。
【図９】従来のリターンパイプの斜視図。
【符号の説明】
５ ボールねじ
６ ねじ軸
６ａ ボール転走溝
７ ナット部材
７ａ 負荷転走溝
８ ボール
９，２１ リターンパイプ
１５ 切り口

Claims (3)

1. 外周面に螺旋状のボール転走溝を有するねじ軸と、内周面に前記ボール転走溝と対向する螺旋状の負荷転走溝を有するナット部材と、前記ボール転走溝と前記負荷転走溝との間を転動するボールと、前記ナット部材に嵌合され、前記ボール転走溝と前記負荷転走溝との間で形成される負荷転走路の一端と他端を連結し、前記ボールを一端から掬い上げ、他端に戻すリターンパイプとを備え、前記リターンパイプは、その両端に、徐々に幅が狭くなる切り口が形成されるボールねじにおいて、
   前記リターンパイプの先端の断面形状は、前記リターンパイプが前記ボールを１８０度より大きな円弧で抱え込むように前記リターンパイプの中心線よりも両脇にわずかに突出した半円形断面となり、
   前記リターンパイプの断面形状は、前記ボールが一端から前記リターンパイプ内へ進む進入方向に沿って、連続的に円形断面に近づくことを特徴とするボールねじ。
2. 上記リターンパイプの両端側をねじ軸のリード角に合わせるように配置したことを特徴とする請求項１記載のボールねじ。
3. 上記リターンパイプの両端側をボールの軌道の接線方向に配置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。

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