JP2003166616A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ねじ軸とナット部材との重合領域でボールを転
動循環させるタイプのボールねじ装置において、ボール
群の転動循環動作を円滑化する。 【解決手段】非回転かつ軸心方向不動のねじ軸３に対し
てナット部材２を回転可能かつ軸心方向移動可能に配置
したボールねじ装置１において、ねじ軸３に約１巻きの
ねじ溝３１ａ，３１ｂを軸方向隣り合わせに２つ設け、
この２つのねじ溝３１ａ，３１ｂをボール循環溝３３，
３４によりそれぞれ独立した閉ループにしてボール４群
を転動循環させる構造とし、ボール循環溝３３，３４の
全体を径方向で緩やかに波打つ形状にしたうえで、ねじ
軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂとボール循環溝３３，３４
との連接部分を極端に鋭いエッジのたたない形状にして
いる。これにより、ねじ溝３１ａ，３１ｂとボール循環
溝３３，３４との間におけるボール４の出入りが円滑に
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボール群を循環さ
せる循環タイプのボールねじ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ボールねじ装置では、ねじ軸
とナット部材との伸縮動作に関係なく、それらの各ねじ
溝内に介装されるボール群の抜け出しを防止するため
に、ねじ軸のねじ溝とナット部材のねじ溝とで形成する
ボール通路の両端を連通連結して閉ループとし、ボール
群を前記閉ループ内で転動循環させることが考えられて
いる。

【０００３】このようなボール循環には、一般的に、リ
ターンチューブや、循環こまなどが用いられるが、以下
では、リターンチューブに比べてコンパクトな循環こま
を例に挙げて説明する。

【０００４】一般的に、上記循環こまは、ねじ溝におけ
る約１巻きの上流側と下流側とを連通連結させて、前記
ねじ溝の下流のボール群をねじ山（ランド部）を乗り越
えさせて上流へ戻すものであり、例えばナット部材に径
方向に貫通形成される貫通孔に対して嵌入された状態で
接着剤にて固定される。

【０００５】この循環こまの内径側の面には、ねじ溝の
約１巻きの下流側から上流側へねじ山（ランド部）を乗
り越えさせて戻すように蛇行した形状のボール循環溝が
設けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、循環
こまという外付け部品を用いる必要があるとともに、循
環こま取付用の貫通孔をナット部材に設ける必要がある
ために、コストが嵩む結果になっている。

【０００７】なお、上記従来例では、ねじ溝の約２巻き
をそれぞれ閉ループにする場合、２つの循環こまを用い
る必要があり、循環こまそのものの部品コスト、循環こ
ま取付用の貫通孔の加工コスト、取り付けコストなどが
さらに嵩むことが指摘される。しかも、循環こまをナッ
ト部材の貫通孔に対してそれぞれ取り付けるときに、ボ
ール循環溝とねじ溝との連接部分を高精度に位置合わせ
するために、極めて面倒で手間のかかる位置決め作業が
必要になるが、それを２度も行わなければならないな
ど、製造コストが嵩む他、万一の位置ずれが起こりうる
など品質低下をもたらす原因にもなる。

【０００８】これに対して、本願出願人は、従来例で説
明した循環こまを用いずに、例えばねじ軸に例えば約１
巻きのねじ溝を軸心方向隣り合わせに２つ設けるととも
に、この２つのねじ溝の個々をそれぞれ独立した閉ルー
プとするボール循環溝を設けており、この２つの独立し
た閉ループ内でボール群を転動循環させる構造を提案し
ている。このような構造について、さらなる研究を進め
ている過程において、ボールの転動循環を円滑にするう
えで、改良の余地があることを見出した。

【０００９】このような事情に鑑み、本発明は、ねじ軸
とナット部材との重合領域でボールを転動循環させるタ
イプのボールねじ装置において、ボール群の転動循環動
作を円滑化することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のボールねじ装置
は、請求項１に示すように、ナット部材の内周面に設け
られるねじ溝とねじ軸の外周面に設けられるねじ溝との
間に複数のボールが介装され、前記ナット部材とねじ軸
との間でトルクを推力に変換させたり、推力をトルクに
変換させたりする構成であって、前記ねじ軸に、約１巻
きのねじ溝が少なくとも１つ設けられているとともに、
この約１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉
ループとするためのボール循環溝が設けられており、前
記ボール循環溝は、そのボール転動方向中間領域で径方
向内側に沈み込むように湾曲し、また、ボール転動方向
両端側領域で径方向外側に膨らむように湾曲した形状と
されており、さらに、前記ボール循環溝のボール転動方
向両端側領域を転動するボールの中心の軌跡と、前記ね
じ軸のねじ溝を転動するボールの中心の軌跡とが、所定
の角度をもって交差されている。

【００１１】本発明のボールねじ装置は、請求項２に示
すように、ナット部材の内周面に設けられるねじ溝とね
じ軸の外周面に設けられるねじ溝との間に複数のボール
が介装され、前記ナット部材とねじ軸との間でトルクを
推力に変換させたり、推力をトルクに変換させたりする
構成であって、前記ナット部材とねじ軸とを最大に引き
離した最大伸張状態で軸心方向所定長さの重合領域が確
保されていて、前記ねじ軸の前記重合領域の外周面に約
１巻きのねじ溝が２つまたはそれ以上設けられていると
ともに、当該ねじ溝個々の下流と上流とを個別に連通連
結して閉ループとするためのボール循環溝が前記ねじ溝
と同数設けられており、前記ボール循環溝は、そのボー
ル転動方向中間領域で径方向内側に沈み込むように湾曲
し、また、ボール転動方向両端側領域で径方向外側に膨
らむように湾曲した形状とされており、さらに、前記ボ
ール循環溝のボール転動方向両端側領域を転動するボー
ルの中心の軌跡と、前記ねじ軸のねじ溝を転動するボー
ルの中心の軌跡とが、所定の角度をもって交差されてい
る。

【００１２】本発明のボールねじ装置は、請求項３に示
すように、上記請求項１または２において、前記。

【００１３】本発明のボールねじ装置は、請求項４に示
すように、上記請求項２または３において、前記複数の
ボール循環溝が、ほぼ同一位相にかつ軸心方向で隣り合
わせに配設されている。

【００１４】本発明のボールねじ装置は、請求項５に示
すように、上記請求項１から４のいずれかにおいて、前
記転動方向に隣り合う各ボールを離隔させた状態で回転
可能に保持する保持器リングを有し、この保持器リング
が、前記ねじ軸に対して軸心方向に位置決めされた状態
で相対回転可能に取り付けられている。

【００１５】なお、上記構成において、「約１巻き」の
「約」とは、後の実施形態の説明に引用する図面に示す
ように、１巻きに満たないということを表している。

【００１６】要するに、請求項１の発明では、ねじ軸に
設けた約１巻きのねじ溝を閉ループとするにあたって、
従来例で説明した循環こまの替わりに、ねじ軸のねじ山
にボール循環溝を設けることにより、従来例に比べて製
造コストを低減できるようにした構造を前提にして、ボ
ール循環溝の全体を径方向で緩やかに波打つ形状にする
とともに、ねじ軸のねじ溝とボール循環溝との連接部分
を極端に鋭いエッジのたたない形状にしている。これに
より、ねじ軸のねじ溝とボール循環溝との間をボールが
出入りする過程においてボールの径方向での変位量が小
さく抑えられるとともに、ボール循環溝からねじ溝、ね
じ溝からボール循環溝へのボールの運動ベクトル方向に
特異点がないため、それぞれの遷移点にてボールの衝突
現象が発生せずに済み、ねじ軸のねじ溝とボール循環溝
との間でボールが円滑に出入りするようになる。

【００１７】また、請求項２の発明は、上記請求項１と
異なり、ねじ軸に対して約１巻きのねじ溝を２つまたは
それ以上設けて、当該ねじ溝をそれと同数のボール循環
溝でもって個別の独立した閉ループとする構成を特定し
ているから、上記請求項１と同様の作用に加えて、ボー
ルが必ずナット部材とねじ軸との重合領域に存在するこ
とになり、ボール抜け出しを確実に阻止できるようにな
る。

【００１８】また、請求項３の発明は、上記請求項１ま
たは２の構成を前提にして、ねじ軸のねじ溝とボール循
環溝との交差角度を特定したものであり、上記請求項１
または２の作用が確実に得られるようになる。

【００１９】また、請求項４の発明は、上記請求項２ま
たは３の構成を前提にして、ボール循環溝をほぼ同一位
相にかつ軸心方向で隣り合わせに配置しているから、例
えば複数巻きのねじ溝を軸心方向に詰めて配置できるよ
うになって、軸心方向での占有面積を縮小するうえで有
利となる。

【００２０】また、請求項５の発明は、上記請求項１か
ら４のいずれかの構成を前提にして、保持器リングでも
ってボール個々の干渉を防ぐようにしているから、ボー
ルの挙動を安定化する。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の詳細について図面に示す
実施形態を参照して詳細に説明する。

【００２２】図１から図６に本発明の実施形態１を示し
ている。図１は、ボールねじ装置の縦断面図、図２は、
ボールねじ装置の分解斜視図、図３は、図１のボール循
環経路を模式的に示す側面図、図４は、図３のボール循
環経路の正面図、図５は、ねじ軸のボール循環溝を展開
して示す平面図、図６は、図５のボール循環溝の断面図
である。

【００２３】図例のボールねじ装置１では、ナット部材
２と、ねじ軸３と、複数のボール４とを備えており、ナ
ット部材２とねじ軸３との対向面間でボール４群を循環
させるようになっている。

【００２４】ナット部材２には、その一方軸端から他方
軸端まで連続する１本のねじ溝２１が形成されている。
また、ねじ軸３には、軸心方向途中領域に互いに独立し
た２つのねじ溝３１ａ，３１ｂが軸方向隣り合わせに形
成されている。このねじ溝３１ａ，３１ｂは、それぞれ
１巻きに満たない長さになっている。これらナット部材
２のねじ溝２１とねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂと
は、互いに同じリード角に設定されている。これら両ね
じ溝２１，３１ａ，３１ｂの断面形状は、ゴシックアー
ク形状とされているが、半円形状とすることもできる。

【００２５】そして、ねじ軸３の軸心方向で隣り合う２
つのねじ溝３１ａ，３１ｂの間に存在するねじ山（ラン
ド部）３２には、２つのねじ溝３１ａ，３１ｂを個別に
閉ループとするボール循環溝３３，３４が設けられてい
る。この２つのボール循環溝３３，３４は、それぞれ、
２つのねじ溝３１ａ，３１ｂの上流側と下流側とを個別
に連通連結するものであり、２つのねじ溝３１ａ，３１
ｂの下流のボール４群を内径側へ沈みこませてナット部
材２のねじ山（ランド部）２２を乗り越えさせて上流へ
戻すように蛇行した形状になっている。つまり、前記閉
ループにした２つのねじ溝３１ａ，３１ｂ内に配置され
るボール４群がそれぞれ独立して転動循環されるように
なっている。この２つのボール循環溝３３，３４の断面
形状は、半円形状とされているが、ゴシックアーク形状
とすることもできる。

【００２６】また、ねじ溝３の軸方向両端側の外周面に
は、それぞれ周溝が設けられており、この２つの周溝に
対して止め輪７がそれぞれ係合されている。この止め輪
７の外径寸法は、ナット部材２の内径寸法よりも大きく
設定されており、この止め輪７でもってナット部材２の
軸方向移動ストロークを制限するようになっている。

【００２７】なお、上記ナット部材２は、例えば回転自
在に支持され、上記ねじ軸３は、非回転かつ軸心方向不
動に取り付けられている。そして、上記ナット部材２を
回転させると、このナット部材２が、図１の二点鎖線で
示すように２つの止め輪７の間でねじ軸３上を軸方向に
スライドすることになる。

【００２８】この実施形態１では、各ねじ溝３１ａ，３
１ｂとボール循環溝３３，３４との間におけるボール４
の出入りを円滑にするために、ボール循環溝３３，３４
の形状や、ねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂとボール循
環溝３３，３４との連接部分の形状を工夫している。

【００２９】そもそも、各ねじ溝３１ａ，３１ｂとボー
ル循環溝３３，３４との間におけるボール４の出入りを
円滑にすることだけに着目すると、ボール循環溝３３，
３４の円周方向での長さ、つまり図４に示す占有角度θ
を大きくすればよい。しかし、ボール循環溝３３，３４
に位置するボール４は、スラスト荷重やラジアル荷重を
受けることができないので、ボール循環溝３３，３４の
円周方向での長さ、つまり図４に示す占有角度θを小さ
くするのが好ましい。このような点を考慮して、ボール
循環溝３３，３４を設計する必要がある。

【００３０】具体的に、上記ボール循環溝３３，３４の
形状について、そこを転動するボール４の中心の軌跡Ｃ
で説明する。

【００３１】（ａ）まず、図５に示す角度αを４５〜６
０度に設定する。この角度αとは、ねじ軸３の回転軸線
Ｏに対して、ボール循環溝３３，３４のボール転動方向
中間領域を転動するボール４の中心の軌跡Ｃの傾き角の
ことである。

【００３２】この傾き角αは大きく（６０度を越える
値）すればする程、ボール循環溝３３，３４の周方向で
の長さが長くなり、これに対応して図４に示す占有角度
θが大きくなるので、ボール４に作用する転がり抵抗が
小さくなってボール４の動作円滑性が向上する反面、ス
ラスト荷重やラジアル荷重などを負担する容量、つまり
負荷容量が低下してしまう。これとは逆に、傾き角αを
小さく（４５度未満の値）すればする程、ボール循環溝
３３，３４の占有角度θが小さくなるので、負荷容量が
向上する反面、ボール４に作用する転がり抵抗が大きく
なってボール４の動作円滑性が低下してしまう。

【００３３】このように傾き角αを大きくすれば、ボー
ル４の動作円滑性が向上するが、ボール循環溝３３，３
４の占有角度θが大きくなって負荷容量が低減すること
を考慮して、上述したように傾き角αを可及的に小さく
する方向で上記範囲内に規定することによって、ボール
循環溝３３，３４の占有角度θを可及的に小さくして、
負荷容量を高めるようにしている。

【００３４】（ｂ）次に、ねじ軸３のねじ溝３１ａ，３
１ｂとボール循環溝３３，３４とを可及的に緩やかに連
接する。つまり、図５に示すように、ねじ軸３のねじ溝
３１ａ，３１ｂとボール循環溝３３，３４との連接部分
を転動するボール４の中心の軌跡Ｃを、ボール４の直径
ｒに対して１．８倍以上の曲率半径Ｒに設定された曲線
にする。

【００３５】このようにすれば、ボール４がボール循環
溝３３，３４に入るときや、ボール循環溝３３，３４か
ら出るときの方向転換過程において、ボール４に作用す
る転がり抵抗を可及的に小さくすることができる。その
ため、ボール４が軸心方向で蛇行して転がる動作を滑ら
かにできるようになって、耐摩耗性の向上にも貢献でき
る。

【００３６】（ｃ）図６に示すように、ボール循環溝３
３，３４は、そのボール４の転動方向の中間領域を径方
向で沈み込むように湾曲した形状（凹曲形状）に、ま
た、ボール転動方向の両端側領域で径方向外側に膨らむ
ように湾曲した形状（凸曲形状）になっているが、この
ボール循環溝３３，３４のボール転動方向両端側領域を
転動するボール４の中心の軌跡Ｃと、ねじ軸３のねじ溝
３１ａ，３１ｂを転動するボール４の中心の軌跡Ｃと
が、所定の角度βをもって交差されている。

【００３７】つまり、上記角度βは、図６に示すよう
に、０度よりも大きく、３０度以下、好ましくは２０度
以下に設定する。この角度βは、第１接線Ｙと第２接線
Ｚとの交差角度のことである。第１接線Ｙは、ねじ溝３
１ａ，３１ｂを転動するボール４の中心の軌跡Ｃで作る
大円弧Ｒ１に関して、ボール循環溝３３，３４の両端部
分を転動するボール４の中心の軌跡Ｃで作る小円弧Ｒ２
との交点Ｋで得ている。また、第２接線Ｚは、上記小円
弧Ｒ２に関して上記交点Ｋで得ている。

【００３８】なお、上記大円弧Ｒ１の曲率中心Ｐ１から
交点Ｋを通る直線Ｇ上に、上記小円弧Ｒ２の曲率中心Ｐ
２を配置すれば、上記交差角度βが０度になる。

【００３９】このように、上記交差角度βを所定角度範
囲に設定していれば、ねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂ
とボール循環溝３３，３４との間をボール４が出入りす
る過程においてボール４の径方向での変位量を小さくす
ることができるので、ボール４の出入りが円滑になる。

【００４０】ちなみに、上記交差角度βを３０度よりも
大きく設定すると、ボール循環溝３３，３４とねじ溝３
１ａ，３１ｂとの連接部分の勾配が急峻になり、ボール
４がボール循環溝３３，３４を転動する過程においてボ
ール４の径方向での変位量が大きくなるので、好ましく
ない。しかも、前記ねじ軸３は、ボール循環溝３３，３
４とねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂを形成してから焼
入れして、研磨仕上げまたは研削仕上げするのである
が、特に、研磨工程では下記するような点で好ましくな
い。そもそも、上記研磨工程では、研磨工具をねじ軸３
のねじ溝３１ａ，３１ｂに接触させた状態でねじ軸３を
回転させるようにするので、研磨工具が、ねじ軸３のね
じ溝３１ａ，３１ｂに接するものの、ボール循環溝３
３，３４に接触しない状態になるから、ボール循環溝３
３，３４を研磨できなくなる。このような事情により、
上記交差角度βを３０度よりも大きく設定した場合に
は、ねじ溝３１ａ，３１ｂとボール循環溝３３，３４と
の連接部分の頂部が先鋭に尖ってしまう。しかし、交差
角度βを３０度以下に設定すれば、ボール循環溝３３，
３４とねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂとの連接部分の
頂部が極力先鋭に尖らないようにできる。要するに、交
差角度βは、上記研磨工程で、ボール循環溝３３，３４
とねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂとの連接部分に極端
に鋭いエッジを作らないための条件にもなる。

【００４１】以上、（ａ）〜（ｃ）で説明したように、
ボール循環溝３３，３４の占有角度θ、つまり荷重を負
担できない領域を可及的に小さくすることにより、負荷
容量を可及的に高めるようにしたうえで、ボール循環溝
３３，３４を転動するボール４に作用する転がり抵抗を
可及的に小さくすることにより、ボール４の転がりを可
及的に滑らかにさせるようにしている。これにより、ボ
ールねじ装置において、負荷容量と動作円滑性をバラン
スよく両立させることができる。

【００４２】図７から図１３に本発明の実施形態２を示
している。図７は、ボールねじ装置の縦断面図、図８
は、図７の状態からナット部材を軸心方向一方へ移動さ
せた状態を示す縦断面図、図９は、図７のボールねじ装
置の分解斜視図、図１０は、図７のボールねじ装置にお
いて一部を断面にした平面図、図１１は、図１０の（１
１）−（１１）線断面の矢視図、図１２は、図７のボー
ル循環経路を模式的に示す側面図、図１３は、図７のボ
ール循環経路の正面図である。

【００４３】図例のボールねじ装置１では、ナット部材
２と、ねじ軸３と、複数のボール４と、保持器リング５
とを備えており、ナット部材２とねじ軸３との対向面間
でボール４群を循環させるようになっている。

【００４４】ナット部材２には、その一方軸端から他方
軸端まで連続する１本のねじ溝２１が形成されている。
また、ねじ軸３には、軸心方向途中領域に互いに独立し
た２つのねじ溝３１ａ，３１ｂが軸方向隣り合わせに形
成されている。このねじ溝３１ａ，３１ｂは、それぞれ
１巻きよりも短い長さ、つまり約１巻きの長さになって
いる。これらナット部材２のねじ溝２１とねじ軸３のね
じ溝３１ａ，３１ｂとは、互いに同じリード角に設定さ
れており、これら両ねじ溝２１，３１ａ，３１ｂの断面
形状は、ゴシックアーク形状とされているが、半円形状
とすることもできる。

【００４５】ところで、この実施形態では、ナット部材
２とねじ軸３とを最大に引き離した最大伸張状態で軸心
方向所定長さの重合領域を確保して、ねじ軸３における
前記重合領域の外周面にそれぞれ約１巻きのねじ溝３１
ａ，３１ｂを軸方向隣り合わせに２つ設けており、この
ねじ溝３１ａ，３１ｂ個々の下流と上流とをボール循環
溝３３，３４で個別に連通連結して閉ループとし、この
閉ループにした２つのねじ溝３１ａ，３１ｂ内に配置さ
れるボール４群をそれぞれ独立して転動循環させるよう
にしている。

【００４６】具体的に、ねじ軸３の軸心方向で隣り合う
２つのねじ溝３１ａ，３１ｂの間に存在するねじ山（ラ
ンド部）３２には、２つのねじ溝３１ａ，３１ｂを個別
に閉ループとするボール循環溝３３，３４が設けられて
いる。この２つのボール循環溝３３，３４は、それぞ
れ、２つのねじ溝３１ａ，３１ｂの上流側と下流側とを
個別に連通連結するものであり、２つのねじ溝３１ａ，
３１ｂの下流のボール４群を内径側へ沈みこませてナッ
ト部材２のねじ山（ランド部）２２を乗り越えさせて上
流へ戻すように蛇行した形状になっている。この２つの
ボール循環溝３３，３４の断面形状は、ゴシックアーク
形状とされているが、半円形状とすることもできる。

【００４７】保持器リング５は、複数のボール４それぞ
れを円周等間隔に離隔配置して回転可能に保持するもの
である。この保持器リング５は、薄肉の円筒部材からな
り、その円周数ヶ所には、軸心方向に沿う長孔形状のボ
ールポケット５１が設けられており、このボールポケッ
ト５１に対してそれぞれ２つずつボール４が収納され
る。しかも、ボールポケット５１の径方向内外での開口
寸法は、ボール４の直径よりも大に設定されており、ボ
ール４が径方向内外に余裕をもって通るようになってい
る。

【００４８】また、上記保持器リング５は、ねじ軸３の
外径側に対して軸心方向でほぼ不動に位置決めされた状
態で、かつ相対回転可能な状態で取り付けられている。
そのために、ねじ軸３の自由端側に縮径部３５を、ま
た、保持器リング５の一端に径方向内向きのフランジ５
２をそれぞれ設け、ねじ軸３の縮径部３５に対して保持
器リング５のフランジ５２をはめ込み、さらにねじ軸３
の縮径部３５に設けてある周溝に対して止め輪７を係合
させている。但し、止め輪７は、ねじ軸３の縮径部３５
とねじ溝２１の形成部分との境にできる段壁面３６から
離れた位置に取り付けられていて、これら止め輪７と段
壁面３６との間に対して保持器リング５のフランジ５２
が軸心方向に若干の遊びを持つ状態で配置されている。
これにより、保持器リング５が、ねじ軸３に対して軸心
方向ほぼ不動で、相対回転が許容される状態になる。

【００４９】なお、上記保持器リング５は、ねじ軸３で
回転案内されるようになっている。そのために、図７に
示すように、保持器リング５とねじ軸３との間の内径隙
間Ｘ１を、保持器リング５とナット部材２との間の外径
隙間Ｘ２よりも小さく設定している。ちなみに、内径隙
間Ｘ１は、例えば０．１〜０．４ｍｍに設定するのが好
ましい。なお、保持器リング５のガイドとするねじ軸３
の外周面は、通常、真円度０．１、面粗さ１．６Ｒａに
加工されている。

【００５０】なお、上記ナット部材２は、ブラケット８
に対して一体的に結合されている。このブラケット８
は、図示しないモータなどの回転動力源が減速歯車を介
して噛合されるとともに、図示しない転がり軸受を介し
て前記ねじ軸３の中心孔に挿通される図示しない支軸に
対して回転自在に支持される。また、上記ねじ軸３は、
図示しないケースなどの固定部分に対して非回転かつ軸
心方向不動に取り付けられ、このねじ軸３に対して上記
ナット部材２が回転可能かつ軸心方向移動可能に配置さ
れる。

【００５１】上記ブラケット８は、上半分の断面がほぼ
逆向きコ字形の金属材で形成されている。つまり、この
ブラケット８は、径方向内外に同心状に設けられる内筒
部８１および外筒部８２の軸心方向一端側を連接した形
状である。内筒部８１は、ねじ軸３の中心孔内に非接触
状態で配置されて上記支軸に対して転がり軸受を介して
支持される。また、外筒部８２は、ナット部材２の軸心
方向一端側の領域外周に一体的に嵌合されており、図９
に示すように、外筒部８２の付け根側の内周面に設けら
れるセレーション８３とナット部材２の嵌入方向奥側の
外周面に設けられるセレーション２３とを嵌合すること
により、ブラケット８とナット部材２とを周方向で一体
的に結合するようになっている。この外筒部８２の外周
面には、樹脂製のギヤ９が一体に成形されている。

【００５２】この実施形態２でも、ボール循環溝３３，
３４の形状や、ねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂとボー
ル循環溝３３，３４との連接部分の形状を、上記実施形
態１と同様に、ボール循環溝３３，３４の占有角度θ、
つまり荷重を負担できない領域を可及的に小さくするこ
とにより、負荷容量を可及的に高めるようにしたうえ
で、ボール循環溝３３，３４を転動するボール４に作用
する転がり抵抗を可及的に小さくすることにより、ボー
ル４の転がりを可及的に滑らかにさせるようにしてい
る。これにより、ボールねじ装置１において、負荷容量
と動作円滑性をバランスよく両立させることができる。

【００５３】ところで、上述したボールねじ装置１の組
み立て手順について、説明する。まず、ねじ軸３に対し
て保持器リング５を取り付けてから、保持器リング５の
ボールポケット５１に対して、それを埋め尽くす状態に
グリースを塗布しておいて、このボールポケット５１に
対して必要数のボール４を入れる。ここでのグリース
は、ボール４が自重落下しない粘性を有するものとさ
れ、このグリースでもってボール４がボールポケット５
１内に保持される。このようにしてから、保持器リング
５をねじ軸３に対して回さないようにした状態で、ナッ
ト部材２に組み込む。

【００５４】次に、上述したボールねじ装置１の動作を
説明する。まず、図示しないモータを駆動することによ
りブラケット８およびナット部材２を回転させると、こ
のナット部材２自身が回転しながらねじ軸３に沿って軸
心方向一方へ向けて直線的に移動させられることによっ
て、例えば図７に示す状態から図８に示す状態になる。
一方、上記モータを前記と逆回転方向に駆動すると、ナ
ット部材２が前述と逆向きに回転しながら軸心方向他方
へ向けて移動させられることによって、例えば図８に示
す状態から図７に示す状態になる。

【００５５】このように、ナット部材２を軸心方向に往
復移動させることにより、ナット部材２とねじ軸３とが
軸心方向で重合する範囲が大小変化するが、ねじ軸３に
おいてボール循環溝３３，３４により個別に閉ループと
したねじ軸３の２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂ内でそれ
ぞれボール群４が保持器リング５にガイドされながら転
動循環することにより、ナット部材２の螺旋運動が円滑
にガイドされるとともに、ナット部材２が所定の移動ス
トローク範囲を往復移動する過程において、ボール４が
抜け出す現象を確実に防止できるようになる。

【００５６】ところで、上記実施形態２では、保持器リ
ング５を、高精度に加工されたねじ軸３の外周面でもっ
て回転案内させる形態にしているから、ナット部材２を
軸心方向に往復移動させる過程において、保持器リング
５そのものの回転振れを抑制することができるととも
に、保持器リング５がボール４に対して干渉することを
回避させることができて、ボール４が滑って進み遅れす
る現象が発生しにくくなるなど、ボール４の挙動やナッ
ト部材２の動作円滑化に大きく貢献できるようになる。

【００５７】以上説明した実施形態１，２では、ボール
循環溝３３，３４そのものの形状や、ボール循環溝３
３，３４とねじ溝３１ａ，３１ｂとの連接部分の形状を
工夫しているから、ねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂと
ボール循環溝３３，３４との間におけるボール４の出入
りが円滑となり、ナット部材２の動作円滑化に大きく貢
献できるようになる。

【００５８】また、上述したが、図３や図１２に示すよ
うに、２つのボール循環溝３３，３４をほぼ同一位相に
かつ軸心方向隣り合わせに設けていれば、ねじ軸３の２
つのねじ溝３１ａ，３１ｂを軸心方向に詰めて配置でき
るようになって、軸心方向での占有面積を縮小するうえ
で有利となる。但し、この場合、ボール循環溝３３，３
４に位置するボール４は、ラジアル荷重やアキシャル荷
重を受けることができないので、２つのボール循環溝３
３，３４を周方向および軸心方向で接近して設けると、
円周上の所定角度範囲に荷重無負担領域ができることに
なる。しかしながら、上記実施形態のように、ナット部
材２およびねじ軸３の軸心方向寸法を短くしたうえで外
径寸法を大きく設定していれば、図４や図１３に示すよ
うに、円周上においてボール循環溝３３，３４が存在す
る領域の角度θ範囲が小さくて済むとともにボール循環
溝３３，３４内に位置するボール４の数が少なくて済む
から、荷重負担能力の低下を抑制できて、実用上支障な
いものとなる。

【００５９】この他、ナット部材２に対して、従来例の
ようなリターンチューブや循環こまを付設する必要がな
いとともに、ナット部材２に対して、従来周知のエンド
キャップを用いてボール循環を行う構造のように軸方向
に貫通するボール循環通路を形成する必要がないから、
ナット部材２の肉厚を薄くすることができるとともに、
ボールねじ装置１全体の外径寸法を小さくできる点で有
利である。

【００６０】さらに、ねじ軸３において、その軸方向途
中の所定長さ範囲にのみ、２つのねじ溝３１ａ，３１ｂ
を設けているだけであって、軸方向両端側にねじ溝を設
けていないから、ねじ軸３の軸方向両端側における内径
部分および外径部分の形状を任意に設計できるなど、設
計自由度を高めることができる。例えば図示しないが、
ねじ軸３の軸方向両端側にねじ溝を設けていないから、
ねじ軸３の少なくとも軸方向一端側を十分な強度を確保
したうえで、薄肉にして、軽量化できる。また、例えば
図示しないが、ねじ軸３の少なくとも軸方向一端側の外
径を小径にして、この小径部分をケースなどに支持させ
ることができる。さらに、図示しないが、図１や図７に
示したような止め輪７の替わりに、ねじ軸３の少なくと
も軸方向一端側の外径を大径にしたり、あるいは、ねじ
軸３の軸方向一端側の外径を大径にして、ねじ軸３の軸
方向他端側に上記止め輪７を取り付けるようにしたりす
ることができる。

【００６１】なお、本発明は上述した実施形態のみに限
定されるものではなく、いろいろな応用や変形が考えら
れる。

【００６２】（１）上記実施形態１のボールねじ装置１
において、上記実施形態２で示したような保持器リング
５を用いてもよい。

【００６３】（２）上記実施形態１，２のボールねじ装
置１において、ねじ軸３に約１巻きのねじ溝３１ａを１
つ形成し、このねじ溝３１ａを１つのボール循環溝３３
で閉ループとすることができる。この場合、例えば図１
４に示すように、ねじ軸３のねじ溝３１ａおよびボール
循環溝３３の断面形状と、ナット部材２のねじ溝２１の
断面形状をゴシックアーク形状とすれば、ボール４がナ
ット部材２のねじ溝２１とねじ軸３のねじ溝３１ａとに
対して４点接触させることができるので、ナット部材２
に対してモーメント荷重が作用したときでもナット部材
２の傾きを抑制できるようになる。また、例えば図１５
に示すように、約１巻きのねじ溝３１ａおよびボール循
環溝３３の断面形状を半円形状にする場合には、このね
じ溝３１ａに対して軸方向で離れた領域で、ナット部材
２とねじ軸３との対向環状空間の少なくとも軸方向一端
側に、メタルや樹脂ブッシュなどの円筒形のすべり軸受
１５を介装するのが好ましい。このようにすれば、ナッ
ト部材２に対してモーメント荷重が作用したときでもナ
ット部材２の傾きを抑制できるようになる。

【００６４】（３）上記実施形態１，２では、ねじ軸３
の外周面に対して直接ボール循環溝３３，３４を形成し
ているが、例えば図１６に示すように、ねじ軸３におい
てボール循環溝３３，３４を形成する領域に凹部３８を
設ける一方で、ボール循環溝３３，３４を形成したブロ
ック１１を用意し、このブロック１１を前記凹部３８に
嵌合装着する形態とすることができる。この場合、ねじ
軸３よりもはるかに小さなブロック１１に対してボール
循環溝３３，３４を形成すればいいから、ねじ軸３の外
周面にボール循環溝３３，３４を形成する場合に比べ
て、ボール循環溝３３，３４を得るための加工作業を簡
単に行うことができるようになる。しかも、ボール循環
溝３３，３４が摩耗あるいは破損したときにはブロック
１１のみを交換すればよくなる。なお、上記凹部３８は
貫通孔にしてもよい。

【００６５】ところで、上記ボールねじ装置１について
は、ナット部材２またはねじ軸３の一方を回転させるこ
とで他方を軸心方向に移動させる使用形態、あるいはナ
ット部材２またはねじ軸３の一方を軸心方向に移動させ
ることで他方を回転させる使用形態にすることができ
る。前者の使用形態については、トルクを推力に変換す
る正効率と言い、後者の使用形態については、推力をト
ルクに変換する逆効率と言う。以下で、正効率での使用
形態に係る４パターン（Ａ−１〜Ａ−４）と、逆効率で
の使用形態に係る４パターン（Ｂ−１〜Ｂ−４）を説明
する。

【００６６】（Ａ−１）上記実施形態で説明したよう
に、ナット部材２を回転させながら軸心方向に移動させ
る。この場合、ねじ軸３を非回転かつ軸心方向不動にし
ておいて、ナット部材２を回転駆動させればよい。

【００６７】（Ａ−２）ナット部材２を回転させずに軸
心方向に移動させる。この場合、ねじ軸３を軸心方向不
動にする一方で、ナット部材２を非回転にしておいて、
ねじ軸３を回転駆動させればよい。

【００６８】（Ａ−３）ねじ軸３を回転させながら軸心
方向に移動させることができる。この場合、ナット部材
２を非回転かつ軸心方向不動にしておいて、ねじ軸３を
回転駆動させればよい。

【００６９】（Ａ−４）ねじ軸３を回転させずに軸心方
向に移動させる。この場合、ねじ軸３を非回転にする一
方で、ナット部材２を軸心方向不動にしておいて、ナッ
ト部材２を回転駆動させればよい。

【００７０】（Ｂ−１）ナット部材２を軸心方向不動で
回転させる。この場合、ナット部材２を軸心方向不動に
する一方で、ねじ軸３を非回転にしておいて、ねじ軸３
を軸心方向に移動させればよい。

【００７１】（Ｂ−２）ナット部材２を軸心方向に移動
させながら回転させる。この場合、ねじ軸３を軸心方向
不動かつ非回転にしておいて、ナット部材２を軸心方向
に移動させればよい。

【００７２】（Ｂ−３）ねじ軸３を軸心方向不動で回転
させる。この場合、ねじ軸３を軸心方向不動にする一方
で、ナット部材２を非回転にしておいて、ナット部材２
を軸心方向に移動させればよい。

【００７３】（Ｂ−４）ねじ軸３を軸心方向に移動させ
ながら回転させる。この場合、ナット部材２を軸心方向
不動かつ非回転にしておいて、ねじ軸３を軸心方向に移
動させればよい。

【００７４】

【発明の効果】請求項１の発明に係るボールねじ装置
は、ねじ軸に設けてある少なくとも約１巻きのねじ溝を
閉ループとするにあたって、従来例で説明した循環こま
を用いずに、ねじ軸のねじ山にボール循環溝を設けるこ
とにより、従来例に比べて製造コストを低減できるよう
にした構造を前提にして、ボール循環溝の全体を径方向
で緩やかに波打つ形状にするとともに、ねじ軸のねじ溝
とボール循環溝との連接部分を極端に鋭いエッジのたた
ない形状にしているから、ねじ軸のねじ溝とボール循環
溝との間でボールが円滑に出入りするようになり、ボー
ルの挙動を安定化できて、ナット部材の動作円滑化に大
きく貢献できるようになる。

【００７５】また、請求項２の発明では、上記請求項１
と異なり、ねじ軸に対して約１巻きのねじ溝を２つまた
はそれ以上設けて、このねじ溝をそれと同数のボール循
環溝でもって個別の独立した閉ループとしている構成を
特定しているから、上記請求項１の効果に加えて、ボー
ルが必ずナット部材とねじ軸との重合領域に存在するこ
とになり、ボール抜け出しを確実に阻止できるようにな
る。

【００７６】また、請求項３の発明は、上記請求項１ま
たは２の構成を前提にして、ねじ軸のねじ溝とボール循
環溝との交差角度を特定したものであり、上記請求項１
または２の作用、効果が確実に得られるようになり、好
ましい。

【００７７】また、請求項４の発明は、上記請求項２ま
たは３の構成を前提にして、ボール循環溝を軸心方向隣
り合わせでほぼ同一位相に配置しているから、例えば互
いに独立した複数のねじ溝を軸心方向に詰めて配置でき
るようになって、軸心方向での占有面積を縮小するうえ
で有利となり、コンパクト化に貢献できる。

【００７８】また、請求項５の発明は、上記請求項１か
ら４のいずれかの構成を前提にして、保持器リングでも
ってボール個々の干渉を防ぐようにしているから、ボー
ルが滑って進み遅れする現象が発生しにくくなるなど、
ボールの挙動を安定化する上で有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るボールねじ装置の縦
断面図

【図２】図１のボールねじ装置の分解斜視図

【図３】図１のボール循環経路を模式的に示す側面図

【図４】図３のボール循環経路の正面図

【図５】ねじ軸のボール循環溝を展開して示す平面図

【図６】図５のボール循環溝の断面図

【図７】本発明の実施形態２に係るボールねじ装置の縦
断面図

【図８】図７の状態からナット部材を軸心方向一方へ移
動させた状態を示す縦断面図

【図９】図７のボールねじ装置の分解斜視図

【図１０】図７のボールねじ装置において一部を断面に
した平面図

【図１１】図１０の（１１）−（１１）線断面の矢視図

【図１２】図７のボール循環経路を模式的に示す側面図

【図１３】図７のボール循環経路の正面図

【図１４】本発明の他の実施形態で、図１に対応する図

【図１５】本発明の他の実施形態で、図１に対応する図

【図１６】本発明の他の実施形態で、ねじ軸の斜視図

【符号の説明】

１ ボールねじ装置 ２ ナット部材 ２１ ナット部材のねじ溝 ３ ねじ軸 ３１ａ，３１ｂ ねじ軸のねじ溝 ３３，３４ ねじ軸のボール循環溝 ４ ボール ５ 保持器リング ５１ ボールポケット

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ナット部材の内周面に設けられるねじ溝と
   ねじ軸の外周面に設けられるねじ溝との間に複数のボー
   ルが介装され、前記ナット部材とねじ軸との間でトルク
   を推力に変換させたり、推力をトルクに変換させたりす
   る構成のボールねじ装置であって、 前記ねじ軸に、約１巻きのねじ溝が少なくとも１つ設け
   られているとともに、この約１巻きのねじ溝の下流と上
   流とを連通連結して閉ループとするためのボール循環溝
   が設けられており、 前記ボール循環溝は、そのボール転動方向中間領域で径
   方向内側に沈み込むように湾曲し、また、ボール転動方
   向両端側領域で径方向外側に膨らむように湾曲した形状
   とされており、 さらに、前記ボール循環溝のボール転動方向両端側領域
   を転動するボールの中心の軌跡と、前記ねじ軸のねじ溝
   を転動するボールの中心の軌跡とが、所定の角度をもっ
   て交差されていることを特徴とするボールねじ装置。
2. 【請求項２】ナット部材の内周面に設けられるねじ溝と
   ねじ軸の外周面に設けられるねじ溝との間に複数のボー
   ルが介装され、前記ナット部材とねじ軸との間でトルク
   を推力に変換させたり、推力をトルクに変換させたりす
   る構成のボールねじ装置であって、 前記ナット部材とねじ軸とを最大に引き離した最大伸張
   状態で軸心方向所定長さの重合領域が確保されていて、 前記ねじ軸の前記重合領域の外周面に約１巻きのねじ溝
   が２つまたはそれ以上設けられているとともに、当該ね
   じ溝個々の下流と上流とを個別に連通連結して閉ループ
   とするためのボール循環溝が前記ねじ溝と同数設けられ
   ており、 前記ボール循環溝は、そのボール転動方向中間領域で径
   方向内側に沈み込むように湾曲し、また、ボール転動方
   向両端側領域で径方向外側に膨らむように湾曲した形状
   とされており、 さらに、前記ボール循環溝のボール転動方向両端側領域
   を転動するボールの中心の軌跡と、前記ねじ軸のねじ溝
   を転動するボールの中心の軌跡とが、所定の角度をもっ
   て交差されていることを特徴とするボールねじ装置。
3. 【請求項３】請求項１または２のボールねじ装置におい
   て、 前記ねじ溝を転動するボールの中心の軌跡で作る大円弧
   に関して前記ボール循環溝の両端側領域を転動するボー
   ルの中心の軌跡で作る小円弧との交点で得た第１接線
   と、上記小円弧に関して上記交点で得た第２接線との交
   差角度が、０度よりも大きく、３０度以下に設定されて
   いることを特徴とするボールねじ装置。
4. 【請求項４】請求項２または３のボールねじ装置におい
   て、 前記複数のボール循環溝が、ほぼ同一位相にかつ軸心方
   向で隣り合わせに配設されていることを特徴とするボー
   ルねじ装置。
5. 【請求項５】請求項１から４のいずれかのボールねじ装
   置において、 前記転動方向に隣り合う各ボールを離隔させた状態で回
   転可能に保持する保持器リングを有し、この保持器リン
   グが、前記ねじ軸に対して軸心方向に位置決めされた状
   態で相対回転可能に取り付けられていることを特徴とす
   るボールねじ装置。