JP2006070997A - 有限ストロークボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールケージがストッパ部材に突き当たっても、かかるストッパ部材に対し過度に大きな力が作用することがなく、ストッパ部材のナット部材に対する取付強度を低下させることが可能であり、また、ボールケージがストッパ部材と噛み込んでしまうことがなく、ナット部材に対するねじ軸の正転、逆転を円滑に繰り返すことが可能な有限ストロークボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ねじ軸１とナット部材３との隙間に設けられて螺旋状の負荷転動通路内のボール２を所定間隔で整列させるボールケージ５とを備え、前記ナット部材３の貫通穴の両端には前記負荷転動通路内におけるボール２の転動方向に面した係止面４２を有する一対のストッパ部材４を装着する一方、前記ボールケージ５にはストッパ部材４の係止面４２に対向する係止受け面５３ａを形成し、これら係止面４２と係止受け面５３ａの接触によってボールケージ５の移動域を制限した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ボールを介してねじ軸とナット部材とが螺合し、例えば上記ねじ軸の回転運動をナット部材の直線運動に変換するボールねじ装置に係り、詳細には、上記ボールを無限循環させることなくねじ軸とナット部材との相対運動を行う有限ストロークボールねじ装置に関する。

特開２００２−１６１９６１号公報 特開２００２−１８８７０３号公報 特開２００３−０２８２６１号公報 一般に、ボールねじ装置は、外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸が挿通される中空部を有して円筒状に形成されると共に、内周面にはねじ軸のボール転動溝と対向する螺旋状の負荷転動溝が形成されたナット部材と、前記ねじ軸のボール転動溝とナット部材の負荷転動溝で囲まれた負荷通路の内部を荷重を負荷しながら転動する複数のボールとから構成されており、ねじ軸の回転運動をナット部材の直線運動に、あるいはナット部材の回転運動をねじ軸の直線運動に変換し得るようになっている。

このような構成のボールねじ装置には、所謂無限ストロークタイプのものと、所謂有限ストロークタイプのものとが存在する。前者のボールねじ装置は前記負荷通路の一端から他端へボールを循環させるめたの無負荷通路を有し、ボールを無限循環させることで理論上はナット部材をねじ軸に対して制限なく移動させることが可能である。しかし、リターンチューブやデフレクタによって前記無負荷通路をナット部材に具備させなければならず、後者の有限ストロークタイプに比べてナット部材の構造が複雑となり、生産コストが嵩み易い。

一方、後者の有限ストロークタイプのボールねじ装置は、前記負荷通路の両端を閉塞することにより、ボールが負荷通路の内部を往復する範囲内でのみナット部材をねじ軸上で移動させることが可能である。前者の無限ストロークタイフよりも構造が簡単で且つ安価であることから、ナット部材を短いストローク量で繰り返し往復運動させるような用途に多用されている。

従来、この種の有限ストロークタイプのボールねじ装置としては、特開２００２−１６１９６１号公報、特開２００２−１８８７０３号公報、特開２００３−０２８２６１号公報等に開示されるものが知られている。いずれのボールねじ装置においても、ナット部材とねじ軸との隙間にはボールケージが設けられており、負荷通路内を転動する各ボールはこのボールケージによって互いに接触することなく所定の間隔をおいて負荷通路内に配列されている。このボールケージはねじ軸の周囲に遊嵌する円筒状に形成されると共に、ボールを収容する保持孔が内周面と外周面を貫通するようにして多数形成されており、ボールは前記保持孔の内部で自由に回転しうるようになっている。また、ボールケージの軸方向長さは前記ナット部材の軸方向長さよりも短く設定されており、ナット部材に対してねじ軸が回転すると、前記ボールケージがボールと共にねじ軸の周囲を螺旋状に回転しながらナット部材の内部を軸方向へ移動する。ナット部材の軸方向の両端にはボールケージを係止するためのストッパ部材が設けられており、ナット部材の内部を軸方向へ進行したボールケージが前記ストッパ部材に突き当たって係止されると、負荷通路内のボールはボールケージに拘束されてそれ以上は転動し得ないことから、これによってねじ軸に対するナット部材の軸方向へのストローク量が制限されるように構成されている。

これら従来の有限ストロークボールねじ装置においては、前記ストッパ部材がナット部材の軸方向の端面に固定されたリング状の板材であり、このストッパ部材におけるボールケージの係止面はナット部材の軸方向と直交している。一方、このストッパ部材によって係止されるボールケージはボールと共に螺旋状に回転しながらナット部材の軸方向へ進行している。このため、ボールケージの端面がストッパ部材の係止面に接触した後も、ナット部材に対してねじ軸を回転させ続けると、ボールケージは軸方向への移動を係止された状態で周方向へ回転しようとし、ボールケージの端面がストッパ部材に対して強く擦り付けられることになる。すなわち、ボルトに対してナットを締結した際に、ボルト頭部とナットとの間に作用する力と同様に大きな力が、ストッパ部材とボールケージとの間に作用することになる。

このことから、前記ストッパ部材は堅牢でなければならず、また、ナット部材に対する取り付けも強固に行わなければならなかった。また、ボールケージのがストッパ部材によって完全に係止されるまでねじ軸又はナット部材を回転させると、ボールケージの端面とストッパ部材の係止面との間に大きな摩擦力が作用してしまうことから、ボールねじ又はナット部材を逆転させようとしても、ボールケージとストッパ部材とが噛み込んでロックしてしまい、逆転させることができなくなってしまう可能性もある。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ボールケージがストッパ部材に突き当たっても、かかるストッパ部材に対し過度に大きな力が作用することがなく、その分だけストッパ部材のナット部材に対する取付強度を低下させることが可能であり、また、ボールケージがストッパ部材と噛み込んでロックしてしまうことがなく、ナット部材に対するねじ軸の正転、逆転を円滑に繰り返すことが可能な有限ストロークボールねじ装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の有限ストロークボールねじ装置は、ねじ軸と、このねじ軸が挿通する貫通穴を有すると共に多数のボールを介して前記ねじ軸に螺合するナット部材と、前記ボールがねじ軸とナット部材との間で荷重を負荷しながら転動する負荷転動通路と、前記ねじ軸の外周面とナット部材の内周面との隙間に設けられて前記負荷転動通路内のボールを所定間隔で整列させるボールケージとを備え、 前記ナット部材の貫通穴の両端には前記負荷転動通路内におけるボールの転動方向に面した係止面を有する一対のストッパ部材を装着する一方、前記ボールケージにはストッパ部材の係止面に対向する係止受け面を形成し、これら係止面と係止受け面の接触によって前記ねじ軸とナット部材との隙間におけるボールケージの移動域を制限したものである。

ボールケージはナット部材とねじ軸との隙間において螺旋状に進行するが、この進行方向は負荷転動通路内におけるボールの進行方向なので、このようにストッパ部材に具備されたボールケージの係止面をボールの転動方向に向けて形成する一方、ボールケージにはストッパ部材の係止面に対向する係止受け面を形成し、これら係止面と係止受け面の接触によって前記ねじ軸とナット部材との隙間におけるボールケージの移動を制限するように構成すれば、ストッパ部材の係止面はボールケージの螺旋状の動きを正面から受け止めて、かかるボールケージの動きを係止することが可能となる。これにより、ストッパ部材に対してボールケージわ締め付けるような力が発生することなく、ボールケージとの接触によってストッパ部材に作用する力を軽減することが可能となる。従って、その分だけストッパ部材の強度を低下させることが可能となり、また、ナット部材に対するストッパ部材の固定も簡易化することが可能となり、ボールねじの製作コストの削減を図ることが可能となる。

また、ストッパ部材に対してボールケージわ締め付けるような力が発生しないので、ボールケージがストッパ部材に突き当たった後に強引にねじ軸又はナット部材を回転させても、ストッパ部材とボールケージが噛み込んでロックしてしまうことがなく、ねじ軸又はナット部材を容易に逆転させることが可能となる。すなわち、ねじ軸に対するナット部材の正転及び逆転を円滑に繰り返すことが可能となる。

以下、添付図面に沿って本発明の有限ストロークボールねじ装置を詳細に説明する。

図１は本発明を適用したボールねじ装置の一例を示す切欠き斜視図である。このボールねじ装置は、外周面に螺旋状のボール転動溝１０が形成されたねじ軸１と、多数のボール２を介してこのねじ軸１に螺合するナット部材３とを備えており、例えば、ねじ軸１を回転させることにより、前記ナット部材３がねじ軸１の周囲を軸方向へ移動するように構成されている。

前記ナット部材３は中空部を備えて略円筒形状に形成されており、外周面の一部には該ナット部材３をテーブル等の可動部材へ固定するためのフランジ部３０が突設されている。このフランジ部３０には固定ボルトを挿通させるためのボルト孔（図示せず）が開設されている。また、このナット部材３の内周面には、軸方向の両端に位置するようにして大内径部３２が形成される一方、この大内径部３２に挟まれるようにして小内径部３３が形成されている。後者の小内径部３３には前記ねじ軸１のボール転動溝１０と相対向する螺旋状の負荷転動溝３４が形成されており、これらナット部材３の負荷転動溝３４とねじ軸１のボール転動溝１０との間を前記ボール２が荷重を負荷しながら転動するようになっている。すなわち、ねじ軸１のボール転動溝１０とナット部材３の負荷転動溝３４とが互いに対向することにより、多数のボール２が転動する螺旋状の負荷転動通路３５が形成されている。従って、ナット部材３に対してねじ軸１を回転させると、負荷転動通路３５内に収容されたボール２がナット部材３とねじ軸１との間に作用する荷重を負荷しながら転動し、ナット部材３がねじ軸１の回転方向に応じて軸方向のいずれか一方へ向けて直線的に移動するようになっている。

また、前記ねじ軸１とナット部材３との隙間には円筒状のボールケージ５が設けられている。このボールケージ５の内径は前記ねじ軸１の外径よりも僅かに大きい一方、その外径は前記ナット部材３の小内径部３３の内径よりも僅かに小さく、かかるボールケージ５はねじ軸１及びナット部材３に対して僅かに隙間を保持している。このボールケージ５にはボール２の直径よりも僅かに大きな内径の保持孔５０が所定の間隔をおいて多数貫通形成されており、前記負荷転動通路３５を転動するボール２が各保持孔５０に一つずつ収容されるようになっている。これにより、個々のボールは負荷転動通路を転動する前後のボールと接触することなく、これらボールと間隔を保ちながら該負荷転動通路を転動することになり、負荷転動通路内におけるボールの転動を円滑に行うことができるようになっている。尚、図１では、ボールケージに形成された複数の保持孔のうちの２つにのみボールが収容されており、他の保持孔にはボールが収容されていないが、実際には総ての保持孔にボールが収容されている。

図２は前記ボールケージ５の展開図である。このボールケージ５は金属薄板のプレス加工によって形成されており、プレス加工後の金属薄板を湾曲させ、側辺５１ａと５１ｂを接合することにより、円筒状のボールケージ５が完成するようになっている。ボール２はねじ軸１のボール転動溝１０とナット部材３の負荷転動溝３４により形成された負荷転動通路３５を転動することから、ボールケージ５の周方向（紙面上下方向）に関する保持孔５０の列ｍは、ねじ軸１の軸方向ｏに垂直な法線ｎに対して角度θで傾斜している。この角度θはねじ軸１におけるボール転動溝１０のリード角と合致している。そして、側辺５１ａ，５１ｂを接合して円筒状のボールケージ５を完成させると、保持孔５０がボールケージ５の周囲で螺旋状に配列されるようになっている。尚、このボールケージは金属薄板をプレス加工することで安価に製作することが可能であるが、必ずしも金属薄板から形成する必要はなく、合成樹脂の型成形によって形成することも可能である。

このボールケージ５における軸方向の前後両端辺５２ａ，５２ｂは、ボールケージ５の周方向における保持孔５０の配列方向と平行に、換言すればボール２が転動する負荷転動通路３５に沿って形成されている。また、このボールケージ５には、螺旋状に配列された保持孔５０の両端に隣接して、一対の係止受け面５３ａ，５３ｂが形成されている。この係止受け面５３ａ，５３ｂは前記端辺５２ａ，５２ｂと直交し、負荷転動通路３５内におけるボール２の転動方向に面しており、換言すれば、ねじ軸１の軸方向ｏに対してリード角θで傾斜している。別の見方をすれば、ボールケージ５の軸方向の両端部を前記負荷転動通路３５に沿って切り欠くことで、前記係止受け面５３ａ，５３ｂが形成されているということができる。

このように構成されたボールケージ５は、保持孔５０に収容したボール２が負荷転動通路３５を転動すると、ねじ軸１とナット部材３との間でボール２と共に負荷転動通路に沿って螺旋状に回転しながら、ねじ軸１の軸方向へ進行することになる。

一方、ナット部材３の軸方向の両端に位置する大内径部３２には、前記ボールケージの移動範囲を制限するストッパ部材４が夫々装着されている。このストッパ部材４は、前記ねじ軸１が挿通される中空部を有してリング状に形成された固定ベース部４０と、この固定ベース部４０から突出した係止作用部４１とから構成されており、前記固定ベース部４０をナット部材３の大内径部３２に嵌合させることにより、ナット部材３に装着されるようになっている。前記係止作用部４１は前記負荷転動通路３５の断面に略合致した形状に形成されており、固定ベース部４０の面から螺旋状に突出している。従って、固定ベース部４０をナット部材３の大内径部３２に嵌合させる際に、かかる係止作用部４１が負荷転動通路３５の端部を閉塞するようにして該負荷転動通路３５に挿入されるようになっている。

このストッパ部材４には固定ベース部４０から負荷転動通路３５の断面形状に合致した係止作用部４１が突出していることから、その形状が複雑であり、合成樹脂の射出成形によって形成している。もっとも、安価に形成することができるのであれば、他の材料や製法によって形成しても差し支えない。

また、この係止作用部４１の先端には、負荷転動通路３５内におけるボール２の転動方向に面した係止面４２が形成されており、前記ボールケージ５がねじ軸とナット部材の隙間を螺旋状に進行してきた際に、この係止面４２がかかるボールケージ５に形成された係止受け面５３ａ，５３ｂを受け止めるように構成されている。このため、図３に示すように、ボールケージ５がねじ軸１の軸心ｏの周りを矢線Ａに沿って螺旋状に進行すると、ボールケージ５に形成された係止受け面５３ｂがストッパ部材４の係止作用部４１の先端に形成された係止面４２に突き当たり、ボールケージ５の進行が係止される。また、これとは逆に、図４に示すように、ボールケージ５がねじ軸１の軸心ｏの周りを矢線Ａに沿って螺旋状に進行すると、ボールケージ５に形成された係止受け面５３ａが逆側に装着されたストッパ部材４に形成された係止面４２に突き当たり、ボールケージ５の進行が係止される。

このストッパ部材４は、例えばナット部材３の大内径部３２の内周面に止め輪（図示せず）を嵌合させることにより、かかる大内径部３２に固定されている。ストッパ部材４の固定方法としてはこれ以外にも、ねじ止めや接着等、ストッパ部材４を大内径部に確実に固定できる任意の手法を採ることができる。

前述のように、ストッパ部材４の係止面４２は負荷転動通路３５内におけるボール２の転動方向に面して形成されており、また、ボールケージ５の係止受け面５３ａ，５３ｂも負荷転動通路３５内におけるボール２の転動方向に面して形成されている。従って、ストッパ部材４がボールケージ５を係止する際には、かかるストッパ部材４の係止面４２が負荷転動通路３５に沿って螺旋状に進行するボールケージ５を正面から受け止めて係止することになる。また、図３及び図４に示されるように、ストッパ部材４の係止面４２とボールケージ５の係止受け面５３ａ，５３ｂが接触した状態において、ボールケージ５の端辺５２ａ又は５２ｂとストッパ部材４の固定ベース部４０及び係止作用部４１との間には隙間が形成されるようになっている。

このため、本発明のボールねじ装置によれば、ボールケージ５がストッパ部材４によって係止された後に、引き続いてナット部材３またはねじ軸１を同一方向へ回転させても、ボールケージ５をストッパ部材４に対して締め付けるような力が発生せず、ストッパ部材に対してこれを破損させるような無理な力が作用するのを可及的に防止することができるものである。また、ストッパ部材４に対して過度に大きな力が作用しないことから、かかるストッパ部材４それ自体は合成樹脂の如く強度の弱い材料から形成することも可能であり、加えて、ストッパ部材のナット部材に対する固定も従来に比べて簡易なものにすることが可能である。従って、板状のストッパ部材によってボールケージの端辺を受け止めていた従来のボールねじ装置よりも、安価に製作することが可能となる。

また、ボールケージ５がストッパ部材４に突き当たっている状態でねじ軸又はナット部材を過度に回転させても、ボールケージ５をストッパ部材４に対して締め付けるような力が発生しないことから、ボールケージ５がストッパ部材４に締めつけられてロックしてしまうことがなく、ねじ軸１又はナット部材３を逆転させれば、ボールケージ５は直ちにストッパ部材４から離間し、ボール２と共に逆方向へ螺旋状に進行することになる。これにより、ねじ軸１又はナット部材３の正転及び逆転を円滑に繰り返すことが可能となる。

本発明を適用した有限ストロークボールねじ装置の実施例を示す切欠き斜視図である。 実施例に係るボールケージの展開図である。 ストッパ部材によるボールケージの係止状態を示す図である。 図３の状態からボールケージが逆方向へ移動した際の、ストッパ部材によるボールケージの係止状態を示す図である。

符号の説明

１…ねじ軸、２…ボール、３…ナット部材、４…ストッパ部材、５…ボールケージ、４１…係止作用部、４２…係止面、５３ａ，５３ｂ…係止受け面、１０…ボール転動溝、３４…負荷転動溝、３５…負荷転動通路

Claims (5)

1. ねじ軸と、このねじ軸が挿通する貫通穴を有すると共に多数のボールを介して前記ねじ軸に螺合するナット部材と、前記ボールがねじ軸とナット部材との間で荷重を負荷しながら転動する負荷転動通路と、前記ねじ軸の外周面とナット部材の内周面との隙間に設けられて前記負荷転動通路内のボールを所定間隔で整列させるボールケージとを備えたボールねじ装置において、
   前記ナット部材の貫通穴の両端には前記負荷転動通路内におけるボールの転動方向に面した係止面を有する一対のストッパ部材を装着する一方、前記ボールケージにはストッパ部材の係止面に対向する係止受け面を形成し、これら係止面と係止受け面の接触によって前記ねじ軸とナット部材との隙間におけるボールケージの移動域を制限したことを特徴とする有限ストロークボールねじ装置。
2. 前記ストッパ部材は、ナット部材の貫通穴の開口縁に固定されるリング状のベース部と、このベース部から突設されて前記負荷転動通路に挿入される係止作用部とを備え、かかる係止作用部の先端に前記係止面が形成されていることを特徴とする請求項１記載の有限ストロークボールねじ装置。
3. ストッパ部材の係止面とボールケージの係止受け面が接触した際に、前記ベース部材及び係止作用部とボールケージとの間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項２記載の有限ストロークボールねじ装置。
4. 前記ボールケージは円筒状に形成され、軸方向の両端部を端面から前記負荷転動通路に沿って切り欠くことで前記係止受け面を形成していることを特徴とする請求項１記載の有限ストロークボールねじ装置。
5. 前記ボールケージは、プレス加工によって前記係止受け面が形成された金属薄板を円筒状に湾曲させて形成されていることを特徴とする請求項４記載の有限ストロークボールねじ装置。

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