JP2009014127A

JP2009014127A - ボールねじ

Info

Publication number: JP2009014127A
Application number: JP2007177904A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Fukada; 茂生深田; Manki Fukuoka; 万貴福岡; Yasuyuki Tamura; 保幸田村; Shigeyuki Motohashi; 茂之本橋
Original assignee: Nidec Tosok Corp; Shinshu University NUC
Current assignee: Shinshu University NUC; Nidec Powertrain Systems Corp
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2009-01-22

Abstract

【課題】差動特性を維持しつつコンパクト化を可能としたボールねじを提供する。
【解決手段】ボールねじ１をねじ軸１１と差動ナット１２とナット１３とで構成する。ねじ軸１１の外周面に第一ねじ部２１を設け、差動ナット１２の内周面に第一ねじ部２１に対向した第二ねじ部３１を設ける。第一ねじ部２１と第二ねじ部３１間に内側リテーナ４１を配設し、内側リテーナ４１のボール保持穴４２に内側ボール５１を回転自在に位置決めする。差動ナット１２の外周面に第三ねじ部６１を設け、ナット１３の内周面に第三ねじ部６１に対向する第四ねじ部６２を設ける。第三ねじ部６１と第四ねじ部６２間に外側リテーナ７１を配設し、外側リテーナ７１のボール保持穴に外側ボール８１を回転自在に位置決めする。
【選択図】図１

Description

本発明は、差動構造を備えたボールねじに関する。

従来、微少なストローク量を得る際には、図３に示すように、差動構造を備えたボールねじ８０１が用いられている。

このボールねじ８０１は、シャフト８１１を備えており、該シャフト８１１の一方側には、第一ボールねじ部８１２が設けられている。また、前記シャフト８１１の他方側には、第二ボールねじ部８１３が設けられており、前記第一ボールねじ部８１２を構成する第一ナット８１４のリードと、前記第二ボールねじ部８１３を構成する第二ナット８１５のリードとは、異なる値に設定されている。

これにより、前記第一ナット８１４のリードと第二ナット８１５のリードとの差をストローク量として得られるように構成されている。

しかしながら、このようなボールねじ８０１にあっては、差動ストロークに対して全長が長いという問題があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、差動特性を維持しつつコンパクト化を可能としたボールねじを提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために本発明の請求項１のボールねじにあっては、差動構造を備えたボールねじにおいて、外周面に第一ねじ部が設けられたねじ軸と、該ねじ軸の前記第一ねじ部に沿って転動する内側ボールと、前記ねじ軸の外周部に配置された状態で前記第一ねじ部に対向する第二ねじ部が内周面に設けられ該第二ねじ部及び前記第一ねじ部間に前記内側ボールを転動自在に保持する差動ナットと、該差動ナットの外周面に設けられた第三ねじ部に沿って転動する外側ボールと、前記差動ナットの外周部に配置された状態で前記第三ねじ部に対向する第四ねじ部が内周面に設けられ前記第三及び第四ねじ部間に前記外側ボールを転動自在に保持するナットと、を備えるとともに、前記第一及び第二ねじ部のピッチで定まる内側リードと、前記第三及び第四ねじ部のピッチで定まる外側リードとを異なる値に設定した。

すなわち、このボールねじにおいては、ねじ軸の外側に内側ボールを介して設けられた差動ナットと、該差動ナットの外側に外側ボールを介して設けられたナットとからなる二重構造によって差動構造が構成される。

また、請求項２のボールねじにおいては、前記ねじ軸の前記第一ねじ部及び前記差動ナットの前記第二ねじ部間に配設され前記内側ボールを回転自在に位置決めする内側リテーナと、前記差動ナットの前記第三ねじ部及び前記ナットの前記第四ねじ部間に配設され前記外側ボールを回転自在に位置決めする外側リテーナと、をさらに備えている。

すなわち、前記ねじ軸の第一ねじ部と前記差動ナットの第二ねじ部間に配置された前記内側ボールは、内側リテーナによって回転自在に位置決めされる。

また、前記差動ナットの第三ねじ部と前記ナットの第四ねじ部間に配置された前記外側ボールは、外側リテーナによって回転自在に位置決めされる。

以上説明したように本発明の請求項１のボールねじにあっては、ねじ軸と同軸上に設けられた差動ナット及び該差動ナットの外側に設けられたナットからなる二重構造によって差動構造を構成することができる。

このため、シャフトの一方側に第一ボールねじ部を設けるとともに、他方側に第二ボールねじ部を設ける必要があった従来と比較して、差動ストロークに対する全長を短くすることができる。

したがって、差動特性を維持しつつコンパクト化を図ることができる。また、このコンパクト化に伴って、軽量化を図ることができる。

また、請求項２のボールねじにおいては、前記ねじ軸の第一ねじ部と前記差動ナットの第二ねじ部間に配置された前記内側ボールを内側リテーナによって回転自在に位置決めするとともに、前記差動ナットの第三ねじ部と前記ナットの第四ねじ部間に配置された前記外側ボールを外側リテーナによって回転自在に位置決めすることができる。

このとき、前記内側ボールが、前記ねじ軸の第一ねじ部と前記差動ナットの第二ねじ部とに沿って転動するとともに、前記外側ボールが、前記差動ナットの第三ねじ部と前記ナットの第四ねじ部とに沿って転動することにより、その差動ストロークを得ることができる。このため、前記各ボールを循環させる為の循環経路を対応する箇所に設けて差動構造を構成する場合と比較して、低コスト化を図ることができる。

また、前記各ボールを循環させる為の循環経路を備えたボールねじと比較して、ボールが循環経路を出入りする際に生じ得る振動を無くすことができる。これにより、スムーズな移動が可能となるとともに、位置決め精度を高めることができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に従って説明する。図１は、本実施の形態にかかるボールねじ１を示す図であり、該ボールねじ１は、差動構造を備えている。

すなわち、このボールねじ１は、ねじ軸１１と、該ねじ軸１１の外周部に設けられた差動ナット１２と、該差動ナット１２の外周部に設けられたナット１３とで構成されており、前記ねじ軸１１と前記差動ナット１２と前記ナット１３とは、同軸上に配置されている。

前記ねじ軸１１は、円柱状に形成されており、当該ねじ軸１１の外周面には、第一ねじ部２１が基端側に設けられている。

前記差動ナット１２は、円筒状に形成されており、この差動ナット１２の内周面には、当該差動ナット１２を前記ねじ軸１１に外嵌した状態で、前記ねじ軸１１の前記第一ねじ部２１に対向する第二ねじ部３１が先端側に設けられている。

前記ねじ軸１１の外周面に設けられた前記第一ねじ部２１と、前記差動ナット１２の内周面に設けられた第二ねじ部３１との間には、図２にも示すように、円筒状の内側リテーナ４１が配設されており、該内側リテーナ４１には、複数のボール保持穴４２，・・・が螺旋状に配列されている。

各ボール保持穴４２，・・・には、図１の（ａ）及び（ｂ）に示したように、球状の内側ボール５１，・・・が回転自在に位置決めされており、この内側リテーナ４１を、前記ねじ軸１１の前記第一ねじ部２１と前記差動ナット１２の前記第二ねじ部３１との間に配置した状態で、前記各内側ボール５１，・・・は、前記第一ねじ部２１のねじ溝に沿って転動自在に配置されるとともに、前記第二ねじ部３１のねじ溝に転動自在に配置されるように構成されている。これにより、前記各内側ボール５１は、隣接した内側ボール５１，５１との間隔が前記内側リテーナ４１によって維持された状態で、前記ねじ軸１１と前記差動ナット１２との間に転動自在に保持されている。

前記差動ナット１２の外周面には、第三ねじ部６１が先端側に設けられており、前記ナット１３の内周面には、当該ナット１３を前記差動ナット１２の先端部に外嵌した状態で、該差動ナット１２の前記第三ねじ部６１に対向する部位に第四ねじ部６２が設けられている。

前記差動ナット１２の外周面に設けられた前記第三ねじ部６１と、前記ナット１３の内周面に設けられた前記第四ねじ部６２との間には、図２に示した前記内側リテーナ４１と同形状の円筒状の外側リテーナ７１が配設されており、該外側リテーナ７１にも、複数のボール保持穴が螺旋状に配列されている。

前記外側リテーナ７１の前記各ボール保持穴にも、図１の（ａ）及び（ｂ）に示したように、球状の外側ボール８１，・・・が回転自在に位置決めされており、この外側リテーナ７１を、前記差動ナット１２の前記第三ねじ部６１と前記ナット１３の前記第四ねじ部６２との間に配置した状態で、前記各外側ボール８１，・・・は、前記第三ねじ部６１のねじ溝に沿って転動自在に配置されるとともに、前記第四ねじ部６２のねじ溝に沿って転動自在に配置されるように構成されている。これにより、前記各外側ボール８１，・・・は、隣接した外側ボール８１，８１との間隔が前記外側リテーナ７１によって維持された状態で、前記差動ナット１２と前記ナット１３との間に転動自在に保持されている。

前記ねじ軸１１に設けられた前記第一ねじ部２１におけるねじ溝のピッチと、前記差動ナット１２に設けられた前記第二ねじ部３１におけるねじ溝のピッチとは、同寸法に設定されており、この寸法によって、前記ねじ軸１１に対して前記差動ナット１２を一回転させた際の前記ねじ軸１１と前記差動ナット１２との軸方向への相対的な移動距離を示す内側リード９１が設定されている。

また、前記差動ナット１２に設けられた前記第三ねじ部６１におけるねじ溝のピッチと、前記ナット１３に設けられた前記第四ねじ部６２におけるねじ溝のピッチとは、同寸法に設定されており、この寸法によって、前記ナット１３に対して前記差動ナット１２を一回転させた際の該差動ナット１２と前記ナット１３との軸方向への相対的な移動距離を示す外側リード１０１が設定されている。

前記内側リード９１の値を「Ｐ」とすると、前記外側リード１０１の値は、前記内側リード９１より僅かに短い「Ｐ−Δ」に設定されている。

これにより、例えば軸方向へ移動可能なモータを前記差動ナット１２に接続するとともに、前記ナット１３のフランジ１０２を対象箇所に固定した際には、前記モータで前記差動ナット１２を一回転する毎に、固定された前記ナット１３に対して前記差動ナット１２が軸方向へ前記外側リード１０１の値「Ｐ−Δ」分移動するとともに、この差動ナット１２に対して前記ねじ軸１１が前記内側リード９１の値「Ｐ」分前記差動ナット１２と逆方向へ移動するように構成されており、前記ねじ軸１１は、固定された前記ナット１３に対して前記内側リード９１の値「Ｐ」から前記外側リード１０１の値「Ｐ」を減算した微少な差動距離「Δ」分、軸方向へ移動するように構成されている。

なお、ここでは前記差動ナット１２にモータを接続し、前記ナット１３を固定して、前記ねじ軸１１を固定された前記ナット１３に対して前記差動距離「Δ」軸方向へ移動する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、他の利用形態も可能である。

以上の構成にかかる本実施の形態のボールねじ１にあっては、前記ねじ軸１１の外側に内側ボール５１，・・・を介して設けられた差動ナット１２と、該差動ナット１２の外側に外側ボール８１，・・・を介して設けられたナット１３とを、前記ねじ軸１１と同軸上に配置した二重構造によって差動構造を構成することができる。

このため、シャフトの一方側に第一ボールねじ部を設けるとともに、他方側に第二ボールねじ部を設ける必要があった従来のボールねじと比較して、差動ストロークに対する全長を短くすることができる。

また、前記ねじ軸１１の第一ねじ部２１と、前記差動ナット１２の第二ねじ部３１間に配置された内側リテーナ４１によって前記内側ボール５１，・・・を回転自在に位置決めするとともに、前記差動ナット１２の第三ねじ部６１と前記ナット１３の第四ねじ部６２間に配置された外側リテーナ７１によって前記外側ボール８１，・・・を回転自在に位置決めすることができる。

このとき、前記内側ボール５１，・・・が、前記ねじ軸１１の第一ねじ部２１と前記差動ナット１２の第二ねじ部３１とのねじ溝に沿って転動するとともに、前記外側ボール８１，・・・が、前記差動ナット１２の第三ねじ部６１と前記ナット１３の第四ねじ部６２とのねじ溝に沿って転動することにより、その差動ストロークを得ることができる。このため、前記各ボール５１，・・・、８１，・・・を循環させる為の循環経路を対応箇所に設けて差動構造を構成する場合と比較して、低コスト化を図ることができる。

また、前記各ボール５１，・・・、８１，・・・を循環させる為の循環経路を備えたボールねじと比較して、ボールが循環経路を出入りする際に生じ得る振動を無くすことができる。これにより、スムーズな移動が可能となるとともに、位置決め精度を高めることができる。

このように、本実施の形態では、前記各ボール５１，・・・、８１，・・・を循環させる循環部品を持たず前記各リテーナ４１，７１を備えた差動式のボールねじ１とすることでスムーズな移動を可能としたが、前記各リテーナ４１，７１を備えない通常の循環方式を使用することでも差動式のボールねじの機能を得ることができる。

この場合、前記外側ボール８１，・・・の循環方式として、チューブ方式、こま方式、リターンガイド方式を採用することができるが、これに限るものではない。

また、前記内側ボール５１，・・・の循環方式としては、こま方式、エンドキャップ方式を採用することができるが、これに限るものではない。

上記の場合の循環する各ボール５１，・・・、８１，・・・は、同一寸法のボールを挿入する必要はなく、負荷ボールと若干小さいボールを交互又はある割合で挿入することも可能である。

また、本実施の形態では、前記内側リード９１を「Ｐ」とした場合の外側リード１０１を「Ｐ−Δ」とした場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、以下の使用形態がある。
（１）内側リード「Ｐ」の場合、外側リード「Ｐ＋Δ」
（２）外側リード「Ｐ」の場合、内側リード「Ｐ−Δ」
（３）外側リード「Ｐ」の場合、内側リード「Ｐ＋Δ」

本発明の一実施の形態を示す図で、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は要部の縦断面の状態を示す説明図である。同実施の形態の内側リテーナを示す側面図である。従来のボールねじを示す側面図である。

符号の説明

１ボールねじ
１１ねじ軸
１２差動ナット
１３ナット
２１第一ねじ部
３１第二ねじ部
４１内側リテーナ
５１内側ボール
６１第三ねじ部
６２第四ねじ部
７１外側リテーナ
８１外側ボール
９１内側リード
１０１外側リード

Claims

差動構造を備えたボールねじにおいて、
外周面に第一ねじ部が設けられたねじ軸と、
該ねじ軸の前記第一ねじ部に沿って転動する内側ボールと、
前記ねじ軸の外周部に配置された状態で前記第一ねじ部に対向する第二ねじ部が内周面に設けられ該第二ねじ部及び前記第一ねじ部間に前記内側ボールを転動自在に保持する差動ナットと、
該差動ナットの外周面に設けられた第三ねじ部に沿って転動する外側ボールと、
前記差動ナットの外周部に配置された状態で前記第三ねじ部に対向する第四ねじ部が内周面に設けられ前記第三及び第四ねじ部間に前記外側ボールを転動自在に保持するナットと、を備えるとともに、
前記第一及び第二ねじ部のピッチで定まる内側リードと、前記第三及び第四ねじ部のピッチで定まる外側リードとを異なる値に設定したことを特徴とするボールねじ。
前記ねじ軸の前記第一ねじ部及び前記差動ナットの前記第二ねじ部間に配設され前記内側ボールを回転自在に位置決めする内側リテーナと、
前記差動ナットの前記第三ねじ部及び前記ナットの前記第四ねじ部間に配設され前記外側ボールを回転自在に位置決めする外側リテーナと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のボールねじ。