特開 2023-119334 ボールねじ及びそれを用いた工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023119334

(43)【公開日】2023-08-28

(54)【発明の名称】ボールねじ及びそれを用いた工作機械

(51)【国際特許分類】

   F16H 25/22 20060101AFI20230821BHJP

【ＦＩ】

F16H25/22 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022022182

(22)【出願日】2022-02-16

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】武富 樹林

【テーマコード（参考）】

3J062

【Ｆターム（参考）】

3J062AA21

3J062AB22

3J062AC07

3J062BA22

3J062CD04

3J062CD49

3J062CD60

(57)【要約】

【課題】多条のねじ溝を備えたねじ軸とナットの間に適切な予圧量を付与することにより、高剛性を確保できるボールねじ及びそれを用いた工作機械を提供する。
【解決手段】外周面に多条の外周ねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され、内周面に前記外周ねじ溝に対向して多条の内周ねじ溝が形成されたナットと、対向する前記外周ねじ溝と前記内周ねじ溝とにより形成される転動路内に収容される複数のボールと、を有するボールねじは、少なくとも１条の前記外周ねじ溝は、前記ねじ軸における第１の領域と、前記第１の領域に対して前記ねじ軸の軸方向に配置された第２の領域とで、リードが同じであり、少なくとも１条の前記外周ねじ溝は、前記第１の領域と前記第２の領域とで、リードが異なる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周面に多条の外周ねじ溝が形成されたねじ軸と、
前記ねじ軸の周囲に配置され、内周面に前記外周ねじ溝に対向して多条の内周ねじ溝が形成されたナットと、
対向する前記外周ねじ溝と前記内周ねじ溝とにより形成される転動路内に収容される複数のボールと、
を有するボールねじであって、
少なくとも１条の前記外周ねじ溝は、前記ねじ軸における第１の領域と、前記第１の領域に対して前記ねじ軸の軸方向に配置された第２の領域とで、リードが同じであり、
少なくとも１条の前記外周ねじ溝は、前記第１の領域と前記第２の領域とで、リードが異なる、ことを特徴とするボールねじ。

【請求項2】

前記ナットの前記内周ねじ溝のリードは、前記第１の領域における前記外周ねじ溝のリードに等しいことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。

【請求項3】

前記内周ねじ溝のリードは、前記第１の領域および前記第２の領域における前記外周ねじ溝のリードとは異なることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。

【請求項4】

請求項２または３に記載のボールねじを用いた工作機械であって、
前記ナットの前記内周ねじ溝が、前記第２の領域の前記外周ねじ溝に対向するときに、ワークの加工を行うことを特徴とする工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボールねじ及びそれを用いた工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械には、ボールねじやリニアガイド等の直動装置が使用されているが、加工精度を高めるためには、直動装置の高剛性を確保する必要がある。

【0003】

一般的に、ボールねじは、ナットとねじ溝との間のバックラッシを抑制することが容易であり、それにより高剛性を確保できるという利点がある。ボールねじのバックラッシを抑制するために、軸方向すきまを小さく抑えるという手法が通常用いられるが、そのためにナットとねじ溝との間に予圧を付与することが行われる。一方、予圧を付与すると、加工後の早送りの際に発熱が大きくなってしまい、軸が伸びて良好な加工精度が維持できない可能性がある。

【0004】

特許文献１には、ねじ軸の外周面に形成された転動体転動溝のリード、若しくはねじ軸側の転動体ピッチ円径を連続的または部分的に変化させて、ねじ軸とナットとの間に予圧を付与するボールねじが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４－０３６７０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に示す技術は、ねじ軸とナットの間における予圧を調整して、剛性や精度を高める必要がある部分のみに予圧を生じさせることを図っている。

【0007】

しかしながら、特許文献１に示す技術は、１条ねじのボールねじを対象としたものであり、多条ねじのボールねじに適用することは困難である。さらに、特許文献１に示すボールねじにおいては、リードが異なる領域では、ねじ軸１回転当たりのナットの移動量が変化してしまうため、リードの変化に合わせて、ねじ軸回転量を調整しなくてはならず、扱いにくいという問題もある。

【0008】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、多条のねじ溝を備えたねじ軸とナットの間に適切な予圧量を付与することにより、高剛性を確保できるボールねじ及びそれを用いた工作機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のボールねじは、
外周面に多条の外周ねじ溝が形成されたねじ軸と、
前記ねじ軸の周囲に配置され、内周面に前記外周ねじ溝に対向して多条の内周ねじ溝が形成されたナットと、
対向する前記外周ねじ溝と前記内周ねじ溝とにより形成される転動路内に収容される複数のボールと、
を有するボールねじであって、
少なくとも１条の前記外周ねじ溝は、前記ねじ軸における第１の領域と、前記第１の領域に対して前記ねじ軸の軸方向に配置された第２の領域とで、リードが同じであり、
少なくとも１条の前記外周ねじ溝は、前記第１の領域と前記第２の領域とで、リードが異なる、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、多条のねじ溝を備えたねじ軸とナットの間に適切な予圧量を付与することにより、高剛性を確保できるボールねじ及びそれを用いた工作機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、２条のボールねじの断面図である。

【図2】図２は、第１の実施形態にかかるボールねじのねじ軸の側面図である。

【図3】図３は、第１の実施形態にかかるボールねじのねじ軸を、ナットの概略断面とともに示す側面図である。

【図4】図４は、第２の実施形態にかかるボールねじのねじ軸を、ナットの概略断面とともに示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態において、「多条ねじ」とは、１ピッチ間にＮ条（ただしＮは２以上の整数）のねじ溝が形成され、１条ねじと比較してリード（１回転で進む距離）がＮ倍となるものをいう。ここでは、２条ねじを例にとって説明するが、２条ねじに限定されることはない。

【0013】

図１は、本実施形態にかかるボールねじ１００の斜視図である。
ボールねじ１００は、ねじ軸１１と、ねじ軸１１の周囲に配置されるナット１３と、複数のボール１５と、を備える。

【0014】

ねじ軸１１の外周面には、螺旋状の外周ねじ溝１７Ａ，１７Ｂが形成される。外周ねじ溝１７Ａ，１７Ｂは、多条（図示例では２条）のねじ溝である。

【0015】

ナット１３は、ねじ軸１１の周囲に配置される。ナット１３の内周面には、１周未満の周長で螺旋状に形成された内周ねじ溝１９Ａ及び１９Ｂと、これら内周ねじ溝１９Ａ，１９Ｂの両端がそれぞれ連結される循環溝（不図示）と、を有する。

【0016】

内周ねじ溝１９Ａは、ねじ軸１１の外周ねじ溝１７Ａに対応して形成され、内周ねじ溝１９Ｂは、ねじ軸１１の外周ねじ溝１７Ｂに対応して形成される。内周ねじ溝１９Ａ，１９Ｂと外周ねじ溝１７Ａ，１７Ｂとは、それぞれボール１５の半径程度の深さに形成される。外周ねじ溝１７Ａ，１７Ｂと内周ねじ溝１９Ａ，１９Ｂとにより形成される転動路内には、複数のボール１５が収容される。

【0017】

内周ねじ溝１９Ａの両端が循環溝と連結されることで、一本の閉じられた環状の転動溝が形成される。同様に、内周ねじ溝１９Ｂの両端が循環溝と連結されることで、一本の閉じられた環状の転動溝が形成される。つまり、ナット１３は、環状に形成された転動溝を複数有する。

【0018】

内周ねじ溝１９Ａ及び循環溝からなる転動溝と、外周ねじ溝１７Ａとの間には、複数のボール１５が転動自在に収容される循環回路が画成される。また、内周ねじ溝１９Ｂ及び循環溝からなる転動溝と、外周ねじ溝１７Ｂとの間にも、複数のボール１５が転動自在に収容される循環回路が画成される。

【0019】

ナット１３に対するねじ軸１１の相対的な回転に伴って、複数のボール１５が循環回路内を循環することによって、ナット１３をねじ軸１１に対してねじ軸１１の軸方向に相対的に直線運動させることが可能となる。

【0020】

［第１の実施形態］
図２は、第１の実施形態にかかるボールねじ１００のねじ軸１１の側面図であるが、一部ねじ溝のピッチを誇張して示している。図３は、本実施形態にかかるボールねじ１００のねじ軸１１を、ナット１３の概略断面とともに示す側面図である。

【0021】

図２に示すように、ねじ軸１１の軸方向に沿って、境界ＢＤを基点に領域Ｃ（第１の領域）と領域Ｐ（第２の領域）と、が隔てられている。領域Ｃにおける外周ねじ溝１７Ａ、１７ＢのリードはＬであり、ねじ溝のピッチはＬ／２である。これに対し、領域Ｐにおける外周ねじ溝１７Ａのリードは（Ｌ－ｄ）であるが、外周ねじ溝１７ＢのリードはＬのままである。なお、ｄは、０以外の値であって、正値に限られず負値であってもよい。

【0022】

これに対し、ナット１３の内周ねじ溝１９Ａ，１９ＢのリードはＬであり、ねじ溝のピッチはＬ／２である。

【0023】

本実施形態のボールねじ１００によれば、ナット１３がねじ軸１１の領域Ｐに位置する状態では、外周ねじ溝１７ＢのリードＬはナット１３の内周ねじ溝１９ＢのリードＬと等しい一方、外周ねじ溝１７Ａのリード（Ｌ－ｄ）はナット１３の内周ねじ溝１９ＡのリードＬと異なるため、図３に示すようにボール１５を介して、ねじ溝のリード差に応じた予圧（条間オフセット予圧という）Ｆａ０が、ねじ軸１１とナット１３との間に付与される。これにより、ナット剛性が増加し、位置決め精度が向上する。

【0024】

したがって、本実施形態のボールねじ１００を工作機械に適用した場合、ナット１３がねじ軸１１の領域Ｐに位置する状態（領域Ｐの外周ねじ溝１７Ａ、１７Ｂが、内周ねじ溝１９Ａ，１９Ｂにそれぞれ対向する状態）でワークの加工を行うことで、高精度な加工処理を実現できる。

【0025】

一方、ナット１３がねじ軸１１の領域Ｃに位置する状態（すなわちナット１３がねじ軸１１の領域Ｐに位置しない状態）では、外周ねじ溝１７Ａ、１７ＢのリードＬと、内周ねじ溝１９Ａ，１９ＢのリードＬとが等しくなるため、条間オフセット予圧Ｆａ０が消失し、ナット１３の移動時における摩擦熱を軽減できる。

【0026】

したがって、本実施形態のボールねじ１００を工作機械に適用した場合、ナット１３がねじ軸１１の領域Ｃに位置する状態（領域Ｃの外周ねじ溝１７Ａ、１７Ｂが、内周ねじ溝１９Ａ，１９Ｂにそれぞれ対向する状態）で、例えばナット１３の早送り動作等を実現でき、トータルの加工時間の短縮化を図れる。なお、領域Ｃ及び領域Ｐにおいて、外周ねじ溝１７ＢのリードＬは一定であるため、いずれの領域においても、ねじ軸１１の回転に対するナット１３の送り量を不変とすることができる。

【0027】

［第２の実施形態］
図４は、第２の本実施形態にかかるボールねじ１００のねじ軸１１を、ナット１３の概略断面とともに示す側面図である。本実施形態においては、第１の実施形態に対してナット１３のみが異なる。

【0028】

図４に示すように、ねじ軸１１の軸方向に沿って、境界ＢＤを基点に領域Ｃと領域Ｐとが隔てられている。本実施形態においても、領域Ｃにおける外周ねじ溝１７Ａ、１７ＢのリードはＬ（ねじ溝のピッチはＬ／２）である。一方、領域Ｐにおける外周ねじ溝１７Ａのリードは（Ｌ－ｄ）であるが、外周ねじ溝１７ＢのリードはＬである。

【0029】

これに対し、ナット１３の内周ねじ溝１９Ａ，１９Ｂのリードは（Ｌ＋ｄ）であり、ねじ溝のピッチは（Ｌ＋ｄ）／２である。すなわち、ナット１３の内周ねじ溝１９Ａ，１９Ｂのリード（Ｌ＋ｄ）は、領域Ｃにおける外周ねじ溝１７Ａ、１７ＢのリードＬ、並びに領域Ｐにおける外周ねじ溝１７Ａのリード（Ｌ－ｄ）及び外周ねじ溝１７ＢのリードＬと異なる。

【0030】

本実施形態のボールねじ１００によれば、ナット１３がねじ軸１１の領域Ｃに位置する状態では、外周ねじ溝１７Ａ、１７ＢのリードＬと、内周ねじ溝１９Ａ，１９Ｂのリード（Ｌ＋ｄ）が異なるため、図４に示すようにボール１５を介して、ねじ溝のリード差に応じた条間オフセット予圧Ｆａ１が、ねじ軸１１とナット１３との間に付与される。

【0031】

さらにナット１３がねじ軸１１の領域Ｐに位置する状態では、外周ねじ溝１７Ａのリード（Ｌ－ｄ）と、内周ねじ溝１９Ａのリード（Ｌ＋ｄ）と、のリード差がさらに大きく異なるため、図４に示すようにボール１５を介して、領域Ｃにおける条間オフセット予圧Ｆａ１より大きな条間オフセット予圧Ｆａ２が、ねじ軸１１とナット１３との間に付与される。これにより、ナット剛性をさらに増加させることができる。

【0032】

なお、３条以上の外周ねじ溝を有するねじ軸を含むボールねじの場合、領域Ｃにおいて、例えば３条の外周ねじ溝のリードを共通にＬとしたときは、領域Ｐにおいて、少なくとも１条の外周ねじ溝のリードをＬとし、残りの外周ねじ溝のリードを（Ｌ－ｄ）とする。かかる場合、２条以上の外周ねじ溝のリードを（Ｌ－ｄ）とする位置は、軸方向において同じでもよいし、異ならせてもよい。

【0033】

本発明は、上述の実施形態に限定されない。本発明の範囲内において、上述の実施形態の任意の構成要素の変形が可能である。また、上述の実施形態において任意の構成要素の追加または省略が可能である。例えば、本発明は循環コマ式ボールねじ、チューブ式ボールねじ、デフレクタ式ボールねじ、エンドキャップ式ボールねじなど、種々のボールねじに適用できる。

【符号の説明】

【0034】

１００ ボールねじ
１１ ねじ軸
１３ ナット
１７Ａ，１７Ｂ 外周ねじ溝
１９Ａ，１９Ｂ 内周ねじ溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】