JP2012062924A

JP2012062924A - ボールねじ装置

Info

Publication number: JP2012062924A
Application number: JP2010205858A
Authority: JP
Inventors: Naoto Nishiwaki; 直人西脇
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2012-03-29

Abstract

【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】循環コマ３０のバイパス路の中間通路近傍に供給穴３７を設け、その大きさはボール外径の５０％以下とする。循環コマ３０の背面３３には配管継手４０aを接続し、もう一方の図示しない配管継手は図示しない油脂供給ポンプに集中接続され、油脂が配管４１を通して供給穴３７から連続して供給される。これにより、無限循環回路内部は常に油膜が形成された低摩擦状態となり、ボールに対する摩擦の影響が低下するため、ボール詰まり現象の発生が押さえられ、作動トルク変動が低減される。
【選択図】図４

Description

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。

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。

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７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。

特開２００３−３１４６５８号公報

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。

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。

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。

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、前記循環コマは前記ボール循環回路へ油脂を連続して供給する機能を有していることを特徴とする。

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。

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。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。循環コマの斜視図を示すものである。循環コマの構造図を示すものである。本発明に係る循環コマの配置を示すものである。本発明のボールねじの使用方法を示すものである。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。

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。

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。

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。

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。

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３８とからなる。

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３８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。

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３８へ入る。中間通路３８へ入ったボールＢは、中間通路３８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。

前述のように、循環コマ３０のバイパス路３２はＳ字形状とＵ字形状を組み合わせた複雑な通路形状であって曲がりＲが厳しく、その通路幅はボール外径よりもわずかに大きく設定されているためボールＢが通過する際にそこでチドリ配列となることがあり、またバイパス路３２はナット１１２の内側へ開いた状態にあるためバイパス路３２を通過するボールＢとねじ軸１１４とが接触する場合がある。これらの厳しい条件によって、ボールＢが循環コマ３０のバイパス路３２を通過する際には、その運動が不規則となり易い。また、ボールＢが無限循環回路２４内を連なって通過する際にはボールＢはその前後に配置されたボールと接触しており、接触部における摩擦の影響から運動を互いに規制し合っており、これもボールＢの不規則な運動の原因となっている。

循環コマ３０内におけるボールＢの不規則な運動は、無限循環回路２４内におけるボール詰まりを発生させ、作動トルク変動の要因となっている。

循環コマ３０のバイパス路３２の中間通路３８近傍に供給穴３７を設け、その大きさはボールＢ外径の５０％以下とする。循環コマ３０の背面３３には配管継手４０aを接続し、もう一方の図示しない配管継手４０ｂは図示しない油脂供給ポンプに集中接続され、油脂が配管４１を通して供給穴３７から連続して供給される。これにより、無限循環回路２４内部は常に油膜が形成された低摩擦状態となり、ボールＢに対する摩擦の影響が低下するため、ボール詰まり現象の発生が押さえられ、作動トルク変動が低減される。

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。

そして複数の循環コマ３０は図５に模式的に示す様に全てナット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。

ボールねじ１１０は図６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。

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。

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。

本発明のボールねじ装置によれば、無限循環回路内部へ常に油脂を供給することでボール循環回路における摩擦抵抗が低減されるためボールの詰まりの発生が抑えられる。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。

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。

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４０a 配管継手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

Claims

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、前記循環コマは前記ボール循環回路へ油脂を連続して供給する機能を有していることを特徴とするボールねじ装置。