ボールねじ装置

【課題】作動トルク変動を低減することによって作動トルク変動に伴う不具合を解消する。
【解決手段】中間通路３７に沿ってその両側には立壁３９a、３９aが配置され、立壁底３９ｂ、３９ｂまで連続した立壁３９a、３９aが形成されている。立壁３９a、３９aと中間通路３７にて構成される壁部は、その厚みと循環コマ３０の材質及び調質によって適当な弾性を有している。また、中間通路３７の略中央には、適当な範囲の拘束部３８が配置されており、拘束部３８の通路幅はボール外径の９８．５〜９９．０％である。さらに拘束部３８の両入口には緩いテーパーが配置してあって、中間通路３７と拘束部３８とはなめらかに繋がっている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、循環コマ式ボールねじの作動性の向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これには従来より作動トルク変動の低減という課題があった。
【０００３】
この部分の改善の先行技術としては、特開２００３‐３１４６５８号公報に示されたボールねじ装置があり、これは、図８に示す様に循環軌動に配置されるボール７０の個数Ｎを、軸方向に投影したピッチ円Ｃ上に配置可能な最大の数よりも１乃至３個少ない数とし、セパレータ７８の幅はピッチ円Ｃ上にＮ個のボール７０を等間隔に配置した場合のボール７０間の隙間の大きさに設定する。このことによってトルク変動を低減して滑らかに作動するボールねじ装置を得る、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３１４６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この先行技術には、高精度の加工を要求される工作機械に使用されるボールねじとしては下記のような不具合が生じるおそれがある。
【０００６】
近年、高精度のマシニングセンターでの金型加工では金型の加工面に縞模様が発生してしまうという問題が発生し、本発明者はその原因を究明すべく種々の実験を行った。
【０００７】
その実験の中で特開２００３−３１４６５８号公報（特許文献１）に示された様なセパレータ入りのボールねじを使用して実験を行ったが作動トルク変動の低減にはそれ程効果がないことが分った。加工表面の縞模様の発生は作動トルク変動が原因ということが分ってきており、したがって特許文献１に記載のボールねじを採用しても縞模様の発生の低減にはそれ程効果が期待でき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、作動トルク変動を低減して作動トルク変動に伴う不具合を低減できるボールねじ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有して前記ねじ溝に螺合されるナットと、前記両ねじ溝間に転動可能に装填された多数のボールと、前記両ねじ溝間を転動するボールを無限循環させるボール循環回路を形成すべく前記ナットに固定される循環コマを備えたボールねじ装置において、循環コマの中間通路の適当な範囲の通路幅をボール径よりもごく僅か小さくすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、作動トルク変動に伴う不具合、例えば高精度マシニングセンターによる加工物の表面に縞模様が発生することを防止できるという効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】循環コマ式ボールねじの構造を示す斜視図を示す図である。
【図２】循環コマ式ボールねじのナットの部分断面図を示すものである。
【図３】実施例の循環コマの斜視図を示すものである。
【図４】実施例の循環コマ上面図及び側面図を示すものである。
【図５】実施例の循環コマの断面図を示すものである
【図６】本発明に係る循環コマの配置を示すものである。
【図７】本発明のボールねじの使用方法を示すものである。
【図８】特許文献１に記載されているボールねじ機構の循環軌道を軸方向に投影して見た図を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係るボールねじの使用方法の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の対象となる循環コマ式ボールねじの構造を示す斜視図である。図２は循環コマ式ボールねじのナットの部分断面図である。また、図３は循環コマの斜視図である。
【００１３】
図１及び図２に示すように、循環コマ式ボールねじ１１０は、ナット１１２の内周面に循環部品である循環コマ３０を有する。循環コマ３０に設けられたバイパス路３２は、ねじ軸１１４のねじ溝１１６とナット１１２のねじ溝２０が対向してなす螺旋状の転動体軌道溝２２の両端を連結し、無限循環回路２４を構成する。そして、多数のボールＢが無限循環回路２４内に充填されており、ボールＢは無限循環回路２４内を無限循環する。
【００１４】
次に、循環コマ３０の構成を図２及び図３を参照して説明する。循環コマ３０の上面３１は、細長い小判形の面をなし、ナット１１２の内周面をなす曲面に応じた曲率で湾曲しており、ナット１１２の内周面上のねじ山２１と同じ高さ位置にある。そして、循環コマ３０の高さは転動体Ｂの直径の寸法よりも大きな寸法を有している。この上面３１にバイパス路３２をなす溝が形成されており、循環コマ３０の一端にある出入り口３４ａから他端にある出入り口３４ｂまで連なっている。バイパス路３２の断面はＵの字形をなし、バイパス路３２の底は転動体Ｂの球面に対応した曲面からなっている。
【００１５】
また、バイパス路３２は、出入り口３４ａ側にある出入り通路３６ａ、出入り口３４ｂ側にある出入り通路３６ｂ、出入り通路３６ａ及び３６ｂをつなぐ中間通路３７とからなる。
【００１６】
上面３１上で出入り通路３６ａ及び出入り通路３６ｂは大きく湾曲しており、およそＳの字を裏返した形となっている。また、出入り口３４ａが転動体軌動溝２２の一端と連なっており、出入り口３４ｂが転動体軌動溝２２の他端と連なっている。転動体軌動溝２２の一端から他端までは、ねじ軸１１４の外周沿いにほぼ１旋回しており、出入り口３４ａと出入り口３４ｂとの間には、ねじ軸１１４のねじ山１１８及びナットのねじ山２１が各１条存在している。中間通路３７は、出入り口３４ａと出入り口３４ｂとの間にあるねじ山１１８を乗り越えるように、ナット１１２の外周側へ緩やかに湾曲している。
【００１７】
そして、ボールＢは、転動体軌動溝２２の一端へ移動し、出入り口３４ａを通って出入り通路３６ａに入り、出入り通路３６ａにそって進行方向を曲げて中間通路３７へ入る。中間通路３７へ入ったボールＢは、中間通路３７沿いにねじ山１１８を乗り越えて出入り通路３６ｂへ入り、出入り通路３６ｂに沿って進行方向を曲げて進み、出入り口３４ｂを通って転動体軌動溝２２の他端へ戻る。循環コマ式ボールねじ１１０は、かかる転動体軌動溝２２と循環コマ３０内のバイパス路３２とからなる無限循環回路２４を複数有する。
【００１８】
無限循環回路２４内をボールＢが連なって循環する際には、ボールＢはその前後に配置されたボールと接触しながら循環しているため、その運動を互いに規制し合って不規則な動きを起こし、ボール詰まりが発生し易い。ボール詰まり現象は作動トルク変動発生の主要因となっている。
【００１９】
バイパス路３２の略中央に配置される中間通路３７は、両側に出入り通路３６a、３６ｂを有する、略直線で断面U字型の通路である。図５に示す様に、中間通路３７に沿ってその両側には立壁３９a、３９aが配置され、立壁底３９ｂ、３９ｂまで連続した立壁３９a、３９aが形成されている。立壁３９a、３９aと中間通路３７にて構成される壁部は、その厚みと循環コマ３０の材質及び調質によって適当な弾性を有している。
【００２０】
また、中間通路３７の略中央には、適当な範囲の拘束部３８が配置されており、拘束部３８の通路幅はボール外径の９８．５〜９９．０％である。さらに拘束部３８の両入口には緩いテーパーが配置してあって、中間通路３７と拘束部３８とはなめらかに繋がっている。
【００２１】
循環コマ３０の拘束部３８以外のバイパス路３２はボール外径よりもわずかに大きな寸法であるため、バイパス路３２内でボールＢが拘束されることはない。ボールＢが拘束部３８を通過する際には、ボールＢが両側の壁部より圧迫されて、減速もしくは停止してしまう。その際にはボールＢの両側壁部は弾性変形している。
【００２２】
しかし、拘束部３８内で減速もしくは停止してしまったボールＢはその後方のボールから推力を受け続けており、後方推力がボール拘束力よりも大きなため、しだいに拘束部３８から抜け出して、ついには拘束部３８を離脱する。先ほど拘束部３８を離脱したボールＢと、その一つ前に拘束部３８を離脱したボールとの間にはボールＢが拘束部３８内にて停留していた時間に応じた隙間が発生しており、互いにその運動を規制し合うことはない。この動作が各ボールＢにて連続して行われることにより、無限循環回路２４内を循環するボールＢはその前後に配置されたボールとの間に隙間を有するためボール詰まりが発生せず、作動トルク変動が低減できる。
【００２３】
循環コマ３０はナット１１２の内周面上に存在するので、ナット１１２の外径が小さくなり、コンパクトな構造の循環コマ式ボールねじ装置１１０を得ることができる。
【００２４】
そして循環コマ３０はナット１１２の軸方向に位置をずらして周方向に等配に配置されている。図６はナット１１２に循環コマを６個配置した実施形態である。
【００２５】
ボールねじ１１０は図７に示す様に前記ねじ軸１１４を水平方向に配置した状態で両端をサポートユニット５０によって回転自在に且つ軸方向移動不能に支持されている。一方ナット１１２は複数の循環コマ３０をナット１１２の軸方向に位置をずらして周方向に等配に配置した状態で相手部材である移動テーブル５１に固定されている。
【００２６】
ねじ軸１１４はその一方の端部をモーター５２の出力軸に連結され、モーター５２によって回転させられる。
【００２７】
このねじ軸１１４の回転によって、ナット１１２に固定されかつ直動案内装置５３によって案内される移動テーブル５１がねじ軸１１４の長手方向に沿って移動する。
【００２８】
本発明のボールねじ装置によれば無限循環回路２４内をボールＢが連なって循環することがないためボール詰まりが生じない。したがって作動トルク変動が低減され、作動トルク変動に伴う、例えば工作機械の加工物表面に生じる縞模様の発生等の不具合を解消することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、循環コマを備えたボールねじ装置として、各種機械装置に広く適用できる。
【符号の説明】
【００３０】
２０ねじ溝(ナット側)
２４無限循環回路
３０循環コマ
３２バイパス路
３７中間通路
３８拘束部
３９a 立壁
３９b 立壁底
４０カバー
５１移動テーブル
１１２ナット
１１４ねじ軸
１１６ねじ溝(ねじ軸側)
Ｂボール

【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有して前記ねじ溝に螺合されるナットと、前記両ねじ溝間に転動可能に装填された多数のボールと、前記両ねじ溝間を転動するボールを無限循環させるボール循環回路を形成すべく前記ナットに固定される循環コマを備えたボールねじ装置において、循環コマの中間通路の適当な範囲の通路幅をボール径よりもごく僅か小さくすることを特徴とするボールねじ装置。

【図１】