JP2003329099A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボール循環チューブ内で生じるボールの経路
変動やボールの競り合い等によって生じるトルク変動や
トルク上昇を回避すると共に、ボール循環チューブから
負荷軌道内へのボールの進入をスムーズに行えるように
して作動性の向上および寿命の延長を図る。 【解決手段】 外周面に螺旋状のねじ溝２を有するねじ
軸３と、該ねじ溝２に対応するねじ溝４を内周面に有し
てねじ軸３に遊嵌されるボールナット６と、両ねじ溝
２，４間に転動可能に装填された多数のボール５と、両
ねじ溝２，４間を転動するボール５を無限循環させるべ
くボールナット６に固定されるボール循環チューブ１０
とを備えたボールねじ装置において、ボール循環チュー
ブ１０の断面形状を楕円とし、該楕円断面の楕円率を軸
方向に変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置、
射出成型機、産業用ロボット等の各種の機器の送り機構
等に用いられるボールねじ装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来のこの種のボールねじ装置として
は、例えば図７に示すものが知られている。このボール
ねじ装置１は、外周面に螺旋状のねじ溝２を有して軸方
向に延びるねじ軸３に、内周面に螺旋状のねじ溝４を有
するボールナット６が遊嵌されている。 【０００３】ボールナット６のねじ溝４とねじ軸３のね
じ溝２とは互いに対向して両者の間に螺旋状通路を形成
しており、該螺旋状通路には転動体としての多数のボー
ル５が転動可能に装填されている。そして、ねじ軸３の
回転により、ボールナット６がボール５の転動を介して
直線移動するようになっている。なお、ボールナット６
が直線移動する際には、ボール５が両ねじ溝２、４で形
成される螺旋状通路を転動しつつ移動するが、ボールナ
ット６を継続して移動させていくためには、ボール５を
無限循環させる必要がある。 【０００４】このため、例えばボールナット６の外周面
の一部を平坦面にしてこの平坦部に両ねじ溝２、４に連
通する２個一組の孔７をねじ軸３を跨ぐように形成し、
この一組の孔７にコ字状のボール循環チューブ８の両端
を嵌め込むことにより、両ねじ溝２、４間の螺旋状通路
とボール循環チューブ８によってボール５の無限循環経
路を構成している。 【０００５】ところで、このボール循環チューブ８の断
面形状は、図８〜図１０に示すように、入口部から出口
部まで真円とされており、図８ような循環経路を構成し
た場合には、直線部では千鳥状態、曲線部では外側に沿
ってボール５がチューブ内を移動することになる。した
がって、ボール循環チューブ８の直線部から曲線部又は
曲線部から直線部にボール５が移動する際に、ボール５
の経路変動が生じてボール同士の競り合いが生じ、トル
ク変動の原因となっていた。また、ボール循環チューブ
８の曲線部では、ボール同士が経路の外側に沿って一列
に並んでしまうためにボール同士が競り合い、トルク上
昇の原因となっていた。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ところで、以上の問題
の解決を試みたものに、本出願人等が先に提案した特願
２００１−２１７１６２号明細書に記載の技術がある。
この技術では、ボール循環チューブの軸線と直交する方
向のボールの動き量がさらにこれと直交する方向の動き
量よりも大きくなる形状（楕円形状等）としているた
め、直線部、曲線部にかかわらず、ボールがチューブ断
面の長手方向に千鳥状態で配置される。したがって、ボ
ール同士は互いに競り合うことなく、転がりながらスム
ーズに循環路内を通過することができる。 【０００７】しかしながら、特願２００１−２１７１６
２号明細書に記載されたボール循環チューブでは、図１
１に示すように、ボール循環チューブの出口部の形状
が、面積の広い楕円形状（図１１（ｂ））から急に真円
形状（図１１（ａ））となるため、ボール循環チューブ
から負荷軌道内へボールが進入する際に該ボールがねじ
軸やボールナットのランド部の肩に衝突し易いといった
問題がある。 【０００８】本発明はこのような不都合を解消するため
になされたものであり、ボール循環チューブ内で生じる
ボールの経路変動やボール同士の競り合い等によって生
じるトルク変動やトルク上昇を回避することができるの
は勿論のこと、ボール循環チューブから負荷軌道内への
ボールの進入をスムーズに行えるようにして作動性の向
上および寿命の延長を図ることができるボールねじ装置
を提供することを目的とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明は、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応するねじ溝を
内周面に有して前記ねじ軸に遊嵌されるボールナット
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
るべく前記ボールナットに固定されるボール循環チュー
ブとを備えたボールねじ装置において、前記ボール循環
チューブの断面形状を楕円とし、該楕円断面の楕円率を
軸方向に変化させたことを特徴とする。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例で
あるボールねじ装置のボール循環チューブを説明するた
めの説明的断面図、図２は図１のボール循環チューブの
入口部から出口部にかけて軸方向の複数箇所で径方向に
沿って切断した断面図、図３（ａ）は図１のボール循環
チューブの出口部の縦断面図、図３（ｂ）は入口部の縦
断面図、図４はボール循環チューブの変形例を説明する
ための説明的断面図、図５は図４のボール循環チューブ
の入口部から出口部にかけて軸方向の複数箇所で径方向
に沿って切断した断面図、図６（ａ）は図４のボール循
環チューブの出口部の縦断面図、図６（ｂ）は入口部の
縦断面図である。なお、この実施の形態では、図７で説
明したボールねじ装置に対して、ボール循環チューブが
相違するだけであるため、ボール循環チューブについて
のみ説明する。 【００１１】図１〜図３に示すように、このボール循環
チューブ１０のチューブ断面は軸方向の略中央部が楕円
形状となっており、チューブ両端の出口部および入口部
に行くに従って次第（連続的或いは段階的を含む）に楕
円率（短軸長さに対する長軸長さの比）が下がり、チュ
ーブ両端の出口部および入口部の断面形状は真円形状と
なっている。 【００１２】従来（図８〜図１０参照）の断面真円形状
で形成されているボール循環チューブ８では、チューブ
内を連なるボール５が直線部では千鳥状態となるが、曲
線部では千鳥状態にならないため、ボール同士の競り合
いが避けられない。これに対して、この実施の形態で
は、ボール循環チューブ１０のチューブ内径を楕円形状
としているために、直線部、曲線部にかかわらず、ボー
ル５がチューブ断面の長手方向に千鳥状態で配置されて
ボールの競り合いが回避され、これにより、ボール循環
チューブ内で生じるボールの経路変動やボールの競り合
い等によって生じるトルク変動やトルク上昇を回避する
ことができる。 【００１３】また、ボール循環チューブ１０の楕円断面
は軸方向の略中央部からチューブ両端の出口部および入
口部に行くに従って楕円率は徐々に小さくなり、出口部
および入口部では断面が真円形状となるため、ボール循
環チューブ１０から負荷軌道内へボール５が進入する際
に該ボール５がねじ軸やボールナットのランド部の肩に
衝突するのを回避することができ、これにより、ボール
循環チューブ１０から負荷軌道内へのボール５の進入が
スムーズに行われ、作動性の向上および寿命の延長を図
ることができる。 【００１４】なお、ボール循環チューブ１０の内径は、
ボール５やチューブの製作誤差を吸収するために、ボー
ル直径よりも若干大きくする必要があり、この実施の形
態では、ボール循環チューブ１０の断面形状が楕円とな
るため、楕円の直径の一番小さくなる部分、すなわち楕
円の短軸の長さ（直径）をボール直径の１．１倍以上と
している。一方、長軸側は、短軸の２倍を越えると、ボ
ールがボール循環チューブ１０内で２列に配置されるこ
ととなるのでこれ以下となることが不可欠となる。した
がって、短軸に対する長軸の比は１．５以下とし、ボー
ル循環チューブ１０の内径に対するボール径の比は０．
８〜０．９９としている。 【００１５】また、ボール循環チューブ１０の材質は、
従来用いられている金属材料や樹脂材料等が適用でき
る。ここで、ボール循環チューブ１０内を移動するボー
ル５はチューブ内を競り合うことなく転がりながら移動
するため、チューブにかかる荷重やチューブ表面の摩擦
は従来のものよりも小さくなる。したがって、この実施
の形態のボール循環チューブ１０では、樹脂材料を用い
ても強度的に十分に耐えることができ、これにより、加
工が容易になって複雑な形状のチューブを低コストで製
作することができると同時にチューブ内で発生する騒音
を低減することができる。 【００１６】更に、ボール循環チューブ１０のボール５
の掬い上げ方法としては、タングを用いる場合や、タン
グを用いないで接線方向に掬い上げる場合、リード方向
に掬い上げる場合など、様々な方法を適用することがで
きる。なお、上記実施の形態のボール循環チューブ１０
では、チューブの肉厚が一定で、外径断面は内径断面と
同様の楕円から真円に近づく形状となっているが、これ
に代えて、外径断面は真円のままで、内径断面のみを徐
々に変化させるような加工を施してもよい。 【００１７】図４〜図６にボール循環チューブの変形例
を示す。このボール循環チューブ２０は、入口部の断面
形状が楕円になっており、この楕円断面は出口部に向か
うに従って徐々に楕円率が減少し、出口部で断面が真円
形状になっている。通常のボールねじ装置の用途では、
ボールナットはねじ軸に沿って往復移動するため、往
路、復路の行程の変化に応じて、ボール循環チューブの
入口部は出口部に、出口部は入口部に変化する。したが
って、通常は、上記実施の形態のようにボール循環チュ
ーブの中央部に基点として出口部側および入口側を対象
な形状とするが、ボールねじ装置の用途によっては、一
方の方向に動く場合のみに高い性能が必要になることが
ある。例えば射出成形機等にボールねじ装置を使用する
場合、部材を押し付ける方向には高負荷になるが、部材
を戻すときは大荷重が作用しない。したがって、一方向
に対して、ボールねじ装置の特に高い性能が要求され
る。 【００１８】このボール循環チューブ２０は、このよう
な一方向のみに高い性能が要求されるボールねじ装置に
組み込むものであり、出口部において断面を真円形状に
する効果は、上記実施の形態と同様であるが、該ボール
循環チューブ２０では入口部において断面積を大きくし
ているため、、負荷軌道からボール循環チューブ２０内
へのボール５の進入をよりスムーズにすることができ
る。 【００１９】 【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
のボールねじ装置によれば、ボール循環チューブ内で生
じるボールの経路変動やボールの競り合い等によって生
じるトルク変動やトルク上昇を回避することができると
共に、ボール循環チューブから負荷軌道内へのボールの
進入をスムーズに行うことができるので、作動性の向上
および寿命の延長を図ることができるという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態の一例であるボールねじ装
置のボール循環チューブを説明するための説明的断面図
である。 【図２】図１のボール循環チューブの入口部から出口部
にかけて軸方向の複数箇所で径方向に沿って切断した断
面図である。 【図３】（ａ）は図１のボール循環チューブの出口部の
縦断面図、（ｂ）は入口部の縦断面図である。 【図４】ボール循環チューブの変形例を説明するための
説明的断面図である。 【図５】図４のボール循環チューブの入口部から出口部
にかけて軸方向の複数箇所で径方向に沿って切断した断
面図である。 【図６】（ａ）は図４のボール循環チューブの出口部の
縦断面図、（ｂ）は入口部の縦断面図である。 【図７】ボールねじ装置を説明するための説明的断面図
である。 【図８】従来のボールねじ装置のボール循環チューブを
説明するための説明的断面図である。 【図９】図８のボール循環チューブの入口部から出口部
にかけて軸方向の複数箇所で径方向に沿って切断した断
面図である。 【図１０】（ａ）は図９のボール循環チューブの出口部
の縦断面図、（ｂ）は入口部の縦断面図である。 【図１１】従来の問題点を説明するための説明的断面図
であり、（ａ）はボール循環チューブの出口部の真円形
状部分の断面図、（ｂ）は出口部の楕円形状部分の断面
図である。 【符号の説明】 ２…ねじ溝 ３…ねじ軸 ４…ねじ溝 ５…ボール ６…ボールナット １０，２０…ボール循環チューブ

Claims (1)

1. 【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応するねじ溝を内周面に有し
   て前記ねじ軸に遊嵌されるボールナットと、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べく前記ボー
   ルナットに固定されるボール循環チューブとを備えたボ
   ールねじ装置において、 前記ボール循環チューブの断面形状を楕円とし、該楕円
   断面の楕円率を軸方向に変化させたことを特徴とするボ
   ールねじ装置。