JP2006226304A - ボールねじ装置及び同装置用ベアリング・ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】スペーサ及びボールの組み込みが容易で、生産効率の向上、製造コストの低減及び故障発生率の低減を可能にする。
【解決手段】ナットに半径方向に貫通する長孔を、ボール転走溝の軸線に対する傾角と等しい傾角をもってナットの互いに反対側に設け、各長孔に、前記ボール転走溝よりも大きな曲率を有する円弧形のボール転走路を備えたホルダと、ナットのボール転走溝の径よりも大きい径を有する環状ベルトにスペーサとボールを交互に配置してなる回転体とからなり、その回転体の一部がホルダのボール転走路に嵌合されているベアリング・ユニットを、回転体の、ホルダのボール転走路に嵌合されていない部分の円弧の中心がナットのボール転走溝の軸線と合致するまで挿入し、ナットの外周にカラーを嵌合して長孔を密封し、ナットにねじ軸を回転体に保持されているボールを介して螺合した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外周に螺旋状のボール転走溝を有するねじ軸と、そのねじ軸に多数のボール（鋼球）を介して螺合するナット（雌ねじ体）とから構成されているボールねじ装置に関する。

ボールねじ装置は、モータの回転運動を直線運動に変換して伝達するものであり、主として、モータの回転量に応じた直線運動量をテーブル等の可動体に与える目的で使用される。

ボールがねじ軸のボール転走溝を転走するとき、隣接するボールが相互に擦れ合うことにより摩擦音を発生するのを防止するため、公知のボールねじ装置では、隣接するボールの間にボールを相互に離間するプラスチック製のスペーサ（仕切板）を取り付けている（例えば、特許文献１及び２参照）。
特開2000-355278号公報 特開2001-99257号公報

特許文献１に記載されたボールねじ装置のスペーサは、前後二つの厚肉保持部の間に薄板屈曲部を接続して構成され、前後の厚肉保持部の間に一つのボールを保持して一つの回転体ユニットを構成している。そして、ねじ軸が螺合されるナットに前記薄板彎曲部の収納が可能な螺旋状のボール転走溝が設けられ、そのナットにボール循環路の一部を構成する帰還管がナットの外側を迂回するように設けられるほか、ナットにボール転走溝からナット外周の一部に連通するように形成された複数の挿入孔から回転体ユニットとボールとを交互にねじ軸とナットの間に挿入することにより、多数のボールが等間隔をもってボール循環路を転走するように構成されている。

また、特許文献２に記載されたボールねじ装置のスペーサは、梯子状の連結体の各横部材に一体に設けたスペーサの間にボールを挟持した状態で連結体を形成し、その連結体をナットの壁面に設けた挿入口から螺旋状のボール転走溝に引き込み、ナットの壁面に設けた取出口から連結体を引き出してスペーサ及びボールから分離するとともに、スペーサ及びボールを交互に帰還管の中に進入させることにより、多数のボールが等間隔をもってボール循環路を転走するように構成されている。

従って、特許文献１のボールねじ装置は、ナットに孔を設けて帰還管を取り付けるので構造が複雑でかつ手間がかかり、回転体ユニットとボールをボール循環路の中に交互に挿入しなければならないので手間がかかる。従って、生産に時間と手間が掛かり、製造コストが高くなり、量産に不向きである。また、ボール循環路は、螺旋状のボール転走溝と門型の帰還管とで構成されて屈曲部を有するため、スペーサとボールがボール循環路内を円滑に転送するのは困難であり、摩擦抵抗が大きく、ボールねじ装置の故障率が高いという問題がある。

また、特許文献２のものは、梯子状の連結体をナットの挿入口から螺旋状のボール転走溝に挿入する際に、連結体の先端が円滑にボール転走溝に進入できない。さらに、連結体を取出口から引き出しながら分離されるボール及びスペーサがナット外側に門型に延出する帰還管に円滑順調に転走できないとともに、防音性能が低いという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボールを相互に離間した状態で保持するスペーサを備えてボール同士の接触摩擦音の発生を防止したボールねじ装置において、スペーサ及びボールのナットへの組み込みが容易にでき、生産効率の向上及び製造コストの低減を可能にするとともに、スペーサの故障発生率の低減を可能にすることにある。

上記の目的を達成するため、本発明に係るボールねじ装置は、ナットと、ベアリング・ユニットと、ねじ軸と、カラーとを有する。ナットは、その周壁にナットの中心軸線と直交する半径方向に貫通する長孔が、ボール転走溝の中心軸線に対する傾角と等しい傾角をもって前記ナットの中心軸線に関して互いに反対側に設けられ、各長孔にベアリング・ユニットが埋め込まれている。ベアリング・ユニットは、前記ボール転走溝の曲率よりも大きな曲率を有する円弧形のボール転走路を備えたホルダと、前記ナットのボール転走溝の径よりも大きい径を有する環状のベルトにスペーサとそのスペーサにより回転自在に挟持されたボールを円周方向に交互に配置してなる回転体とからなり、その回転体の一部が前記ホルダのボール転走路に挿通されている。そして、回転体の前記ホルダのボール転走路に嵌合されていない部分の円弧の中心がナットのボール転走溝の中心軸線と合致するまで挿入されている。前記長孔はナットの外周にカラーを嵌合して密封されている。前記ナットにねじ軸が、前記ベアリング・ユニットの回転体に保持されているボールを介して螺合してある（請求項１）。

上記構成により、ベアリング・ユニットをナットの長孔に挿入し、そのナットにカラーを嵌合するだけで、ホルダと回転体とによりボール無限転走路が形成され、スペーサとボールが等間隔をもって保持される。ベアリング・ユニットのベルトは長軸がナットのボール転走溝の径よりも大きい楕円形を構成するので、ベルトにねじ軸を容易に挿通することができる。ベルトの、ホルダのボール転走路に嵌合されていない部分のボールはナットのボール転走溝とねじ軸のボール転走溝を転走する。ナットにカラーが嵌合されるので、ベアリング・ユニットのナットからの脱出が防止され、かつ、ねじ軸とボールの接触音が漏れ出ることが阻止される。

ナットの長孔及びベアリング・ユニットは、複数対設けられることが望ましい（請求項２）。
これにより、ねじ軸とナットとの螺合状態の安定性が高められる。

本発明によるボールねじ装置のベアリング・ユニットのホルダは、ベルトの内側に配置される内殻体と、ベルトの外側に配置される外殻体を結合して、その間にボール転送路を形成したもの、又は、ベルトの幅方向に二分割された二つの殻体を結合して、その間にボール転送路を形成したものとすることがよい（請求項３）。
上記の構造とすることにより、ホルダの製作及びホルダへのボールとスペーサの取付が容易に行うことができる。

ベアリング・ユニットのホルダは、その両端部に設けた突起をナットの長孔の底部に設けた凹部に弾力的に嵌合してナットに固定されることが望ましい（請求項４）。
上記の構成により、ホルダをナットの長孔に単に押し込むだけで、所定位置に固定される。

請求項１の発明によれば、ベアリング・ユニットをナットの長孔に挿入し、そのナットにカラーを嵌合するだけで、回転体とホルダによりボール無限転走路が形成され、スペーサとボールが等間隔をもって保持される。また、回転体のベルトは長軸がナットのボール転走溝の径よりも大きい楕円形を構成するので、これにねじ軸を容易に挿通することができる。従って、ボールとスペーサの等間隔保持を容易に行うことができ、無騒音ボールねじ装置の生産効率の向上、製造コストの低減が可能である。そして、ナットにカラーが嵌合されて、長孔が密封されるので、故障発生率が著しく低減され、ベアリング・ユニットのナットからの脱出が防止されるとともに、ねじ軸とボールの接触音が漏れ出ることが阻止されるから、高速回転時にも静寂なボールねじ装置の提供が可能である。

請求項２の発明によれば、ナットの長孔及びベアリング・ユニットは複数対設けられるので、ねじ軸とナットとの螺合状態の安定性が高められる。

請求項３の発明によれば、ホルダは、ベルトの内側に配置される内殻体とベルトの外側に配置される外殻体を結合してその間にボール転送路を形成したもの、又は、ベルトの幅方向に二分割された二つの殻体を結合してその間にボール転送路を形成したものであるから、ホルダの製作及びホルダへのボールとスペーサの取付が容易に行うことができ、製造コストの低減に資する。

請求項４の発明によれば、ベアリング・ユニットのホルダは、その両端部に設けた突起をナットの長孔の底部に設けた凹部に弾力的に嵌合してナットに固定されるので、ホルダをナットの長孔に単に押し込むだけで所定位置に固定することができる。

請求項５の発明によれば、ベアリング・ユニットの製造が容易であり、請求項１ないし４のいずれかのボールねじ装置のベアリング・ユニットに万一故障が発生しても、それのみを容易に交換することができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は本発明のボールねじ装置の一例の分解斜視図、図２は同装置の組立後の透視斜視図、図３は同縦断面図、図４は図３のＸ−Ｘ線断面図、図５はベアリング・ユニットの特にホルダの構成を示す分解斜視図、図６は同ベアリング・ユニットの組立後の斜視図、図７は図６のＹ−Ｙ線断面図、図８はベアリング・ユニットのナットへの取付方法を示す断面図、図９はホルダの他の例を示す斜視図である。

本発明のボールねじ装置は、ナット１０、ねじ軸２０、ナット１０に挿入される少なくとも１対のベアリング・ユニット３０、２枚のシール４０、４１及びカラー５０より構成されている。

以下に、各構成部材について詳細に説明する。
ナット１０の外形はスリーブ状である。図示の例では、ナットの一端に外向きフランジ１１が設けてあり、そのフランジに複数の孔１２が設けてある。この孔はナットを図示されていないテーブルなどの可動体に固定するためのボルトを通すためのものである。ナット１０には、その中央部を貫通する孔１３が設けられ、その孔にボール転走溝１４（図３参照）からなるボール転走溝が設けられている。

ナット１０の外周壁には、孔１３の中心軸線に直交する方向に、その中心軸線に対してボール転走溝１４の中心軸線に対する傾角と等しい傾角をもって延びる長孔１５が、孔１３の中心軸線に関して互いに反対側に少なくとも一対、図１及び図３に図示の例では上下２対、設けられている。各長孔１５はナット外周壁の互いに反対側の一面において外部から孔１３まで貫通しているが、反対面は閉鎖されている。そして、その一対の長孔は孔１３の中心軸線方向に若干離間されている。長孔を少なくとも１対設ける趣旨は、後述されるように、ねじ軸２０に対するボールの接触安定性を高めることにあるから、例えば、長孔が上側に２個で、下側に１個の場合あるいは上側に１子、下側に２個の場合も、少なくとも１対の概念に含まれる。

図４は、本発明のより良い実施例を示している。すなわち、長孔１５の底部の両側に凹部１６を設けてある。この凹部１６は、後述されるように、ベアリング・ユニット３０を長孔１５から挿入して取付けた後、ベアリング・ユニット３０の構成部材の一つであるホルダの外殻体３３の底部に設けた突起３３３を挿入して位置決めするために備えてある。

図３に示すように、本実施例のナット１０には、孔１３の前後端縁にそれぞれリング溝17を設け、これにシール４０、４１を挿入して、両端のシール４０、４１でナットのボール転走溝を閉じるとともに、これに潤滑油を注入して、ボール32の転走をより順調に行えるように構成されている。シール４０、４１の中央部の孔42は、ねじ軸２０を挿入するために備えてある。

カラー５０は、ナット１０の外部に嵌め込み、長孔１５を密封して、長孔からの塵埃の侵入・ボールとねじ軸の接触音などの騒音漏出の防止を図っている。

図３，４に示す実施例では、ナット１０の互いに反対側の位置に長孔１５を設け、その長孔１５にベアリング・ユニット３０を挿入している。各ベアリング・ユニット３０は、ボールをスペーサにより等間隔をもって保持するものであり、そのボールとナット１０のボール転走溝１４及びねじ軸２０の外周に設けられたボール転走溝２１とを係合させる。ただし、各ベアリング・ユニット３０は、ねじ軸２０の円周の半分のみに係合するので、一対のベアリング・ユニット３０を互いに反対側に配置することで、それらの一対のベアリング・ユニット３０のボールが定位置でねじ軸の全周のボール転走溝２１に係合することとなる。

ベアリング・ユニット３０は、図５，６に示すように、環状のベルト３１の幅方向中央にスペーサ３１２を所定間隔を持って固着し、各スペーサの間にボール３２を回転自在に挟持して構成された回転体３０Ａと、その回転体をベルトの長手方向に回転自在に保持するホルダ３０Ｂとを有している。ベルト３１の径は、ナット１０の孔１３の径よりも、また、ねじ軸２０の外径よりも大きい。従って、そのベルト３１の中にねじ軸２０を容易に通すことができる。

ホルダ３０Ｂは、環状の回転体３０Ａの一部の円弧部分の外側を覆うほぼＵ字形の外殻体３３と、同回転体の同円弧部分の内側を覆う内殻体３４とを、両殻体に設けた連結片３３２，３４２で結合して構成されている。ホルダは、合成樹脂製である場合は、熱溶着により外殻体３３と内殻体３４とを一体的に結合可能である。外殻体３３の内面に形成された円弧状溝３３１と、内殻体３４の外面に形成され円弧状溝３４１とでボール転走路が構成されている。こうして、回転体３０Ａは、その円周方向の一部分がホルダ３０Ｂのボール転走路内に回転可能に収容されており、ボール３２がボール転走路を循環的に転走することができるようにっている。

ベルト３１は、両側に端縁３１１を有し、その両側の端縁の間に複数のスペーサ３１２を連結してあり、スペーサの間にボール３２を挿入してある。ボールをスペーサの間より抜け落ちないように保持させるため、スペーサのボールを挟持する面は球状凹面に形成されている。また、ベルト３１はねじ軸２０を楕円状に取り巻くように径を大きくしてあるので、ボール３２が循環転走する際に応力集中の現象が起きず、かつ、ボール転走の円滑度が向上する。

図５，７に示された例では、ベルト３１の内外に外殻体３３と内殻体３４を連結片３３２、３４２で結合することによりホルダ３０Ｂが構成されているが、これに限定されることはなく、例えば、図９に示すように、ベルト１の一部を上下から覆う上殻体３３と、下殻体３４とを同様の方法で結合して構成することもできる。

図８は、上記ベアリング・ユニット３０を上記ナット１０に取り付ける方法を示す。すなわち、ベアリング・ユニット３０をナット１０の長孔１５に挿入するとき、ベアリング・ユニット３０の外殻体３３に両側から圧力を加えて、外殻体の二つの末端部を近寄せた上、ナット１０の長孔１５に押し入れる。外殻体３３の端部の突起３３３が長孔１５底部両側に設けた凹部１６に位置的に合致すると、外殻体３３の弾性復元力によりその突起が長孔１５底部両側に設けた凹部１６に挿入し、位置固定の目的を果たす。ベアリング・ユニット３０がこの所定位置に止められた時は、ベルト３０の下部が半円の円弧状に形成される。

このようにして、少なくとも一対のベアリング・ユニット３０を互いに反対側に設けた長孔１５に埋め込むと、すべてのベアリング・ユニット３０がねじ軸２０の外周部を完全に取り巻くとともに、各ベアリング・ユニット３０の回転体のねじ軸の軸線に対する傾角は、ナット１０のボール転走溝１４のねじ軸の軸線に対する傾角、及びねじ軸２０のボール転走溝２１のねじ軸の軸線に対する傾角と合致する。従って、ベルトの各ボール３２はナット１０のボール転走溝１４及びねじ軸２０のボール転走溝２１を同時に転走する。

上述した実施例においては、長孔１５がナットの上部と下部に１８０°間隔をもって設けられた例が示されているが、同じの発想原理に基づいて、ナットの円周角度を等分して例えば１２０°間隔(三等分)、９０°間隔(四等分)、その他の等間隔をもって長孔を設ける場合も、同一の効果が得られるので、本発明の範疇に包含される。

本発明のボールねじ装置の一例の分解斜視図。 同装置の組立後の透視斜視図。 図２のＸ−Ｘ線断面図。 図３のＹ−Ｙ線断面図。 ベアリング・ユニットの構成を示す分解斜視図。 同ベアリング・ユニットの組立後の斜視図。 図６のＺ−Ｚ線断面図。 ベアリング・ユニットのナットへの取付方法を示す断面図。 ホルダの他の例を示す斜視図。

符号の説明

１０ ナット
１３ 孔
１４ ナットのボール転走溝
１５ 長孔
２０ ねじ軸
２１ ねじ軸のボール転走溝
３０ ベアリング・ユニット
３０Ａ 回転体
３０Ｂ ホルダ
３１ ベルト
３２ ボール
３１２ スペーサ
３３ 外殻体
３４ 内殻体

Claims (5)

1. ナットの周壁にそのナットの中心軸線と直交する半径方向に貫通する長孔を、前記ナットのボール転走溝の前記中心軸線に対する傾角と等しい傾角をもって前記ナットの中心軸線に関して互いに反対側に設け、各長孔に、前記ボール転走溝の曲率よりも大きな曲率を有する円弧形のボール転走路を備えたホルダと、前記ナットのボール転走溝の径よりも大きい径を有する環状のベルトにスペーサとそのスペーサにより回転自在に挟持されたボールを円周方向に交互に配置してなる回転体とからなり、その回転体の一部が前記ホルダのボール転走路に挿通されているベアリング・ユニットを、前記回転体の前記ホルダのボール転走路に挿通されていない部分の円弧の中心が前記ナットのボール転走溝の中心軸線と合致するまで挿入し、前記ナットの外周にカラーを嵌合して前記長孔を密封し、前記ナットにねじ軸を前記ベアリング・ユニットの回転体に保持されているボールを介して螺合してあることを特徴とするボールねじ装置。
2. ナットの長孔及びベアリング・ユニットは、複数対設けられることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
3. ベアリング・ユニットのホルダは、ベルトの内側に配置される内殻体とベルトの外側に配置される外殻体を結合してその間にボール転走路を形成したもの、又は、ベルトの幅方向に二分割された二つの殻体を結合してその間にボール転走路を形成したものであることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
4. ベアリング・ユニットのホルダは、その両端部に設けた突起をナットの長孔の底部に設けた凹部に弾力的に嵌合して、ナットに固定されることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
5. ナットのボール転走溝の曲率よりも大きな曲率を有する円弧形のボール転走路を備えたホルダと、前記ナットのボール転走溝の径よりも大きい径を有する環状のベルトにスペーサとそのスペーサにより回転自在に挟持されたボールを円周方向に交互に配置してなる回転体とを有し、前記回転体の円弧の一部が前記ホルダのボール転走路に嵌合されて構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のボールねじ装置用ベアリング・ユニット。

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