JP2009250345A - ねじ装置及びそのナットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ軸又はナットの交換が可能であり、エッジロードが発生するのを防止できるねじ装置を提供する。
【解決手段】本発明のねじ装置は、外周面に螺旋状の転動体転走溝１ａが形成されるねじ軸１と、内周面にねじ軸１の転動体転走溝１ａに対向する螺旋状の負荷転動体転走溝２ａが形成されるナット２と、ねじ軸１の転動体転走溝１ａとナット２の負荷転動体転走溝２ａとの間に介在される複数の転動体３と、を備える。ナット２からねじ軸１を抜いたとき、ナット２から複数の転動体３が脱落しないように、ナット２の負荷転動体転走溝２ａの両側の縁４が転動体３を抱え込む。
【選択図】図４

Description

本発明は、ねじ軸の外周面に形成された螺旋状の転動体転走溝とナットの内周面に形成された螺旋状の負荷転動体転走溝との間に、転がり運動可能に複数の転動体を介在させたねじ装置、及びねじ装置のナットの製造方法に関する。

ボールねじは、ねじ軸のボール転走溝とナットの負荷ボール転走溝とを同一位置に合わせ、それで生じた溝の中に複数のボールを入れ、ナットにボールを循環させるための循環部材を取り付けたものである。ナットに対してねじ軸を相対的に回転させると、これらの間に介在されるボールが転がり運動する。ねじ軸とナットとの間に複数のボールを介在させることで、ナットに対してねじ軸を回転させる際の摩擦を低減できるという利点がある。

ところで、ボールスプラインにおいては、スプライン軸に対してスプライン外筒を交換できる製品が開発されている。スプライン外筒には、ボールが脱落しないように保持される。ボールねじにおいても、ねじ軸及びナットのいずれか一方のみを交換できる製品が望まれている。もし、ねじ軸及びナットのいずれか一方のみを交換できれば、ボールねじを機械装置に組み付けたまま壊れたねじ軸又はナットを交換することができる。

しかし、ナットからねじ軸を抜いたとき、又はねじ軸からナットを外したとき、ねじ軸とナットとの間に介在されるボールが脱落しては、ねじ軸又はナットを交換することが困難なものとなる。ボールの脱落を防止するため、特許文献１には、ナットの内面にボールを保持する円筒状の保持器を取り付けたボールねじが開示されている。保持器には、ナットの負荷ボール転走溝に対向する螺旋状のスリットが形成される。保持器のスリットの両側の縁がボールを抱え込んでボールが脱落するのを防止する。
特開平６−２８８４５８号公報

しかし、特許文献１に記載のボールねじにあっては、保持器の肉厚の分だけ、ナットの肉厚が薄くなり、ナットの内周面に形成される負荷ボール転走溝の深さも浅くなってしまう。負荷ボール転走溝の深さが浅くなると、ボールに荷重がかかったとき、ボールと負荷ボール転走溝との接触面積が増え、ボールにエッジロードが発生するおそれがある。すなわち、ボールが負荷ボール転走溝の縁に乗り上げ、ボールに局所的な大きな荷重が作用するおそれがある。ボールにエッジロードが作用するとボールの寿命に悪影響を及ぼすので、ボールねじの使用範囲が、エッジロードが発生しない負荷荷重の小さい範囲に限られてしまう。

しかも、特許文献１に記載のボールねじにあっては、ナットに保持器を取り付けるのにあたって、取り付けるための孔や溝を加工し、ねじや止め輪を用いてナットに保持器を取り付ける必要があるので、ナットの組立てが複雑になるという問題もある。

そこで本発明は、ねじ軸又はナットの交換が可能であり、エッジロードが発生しにくいねじ装置及びそのナットの製造方法を提供することを目的とする。

以下、本発明について説明する。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、外周面に螺旋状の転動体転走溝が形成されるねじ軸と、内周面に前記ねじ軸の転動体転走溝に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝が形成されるナットと、前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間に介在される複数の転動体と、を備え、前記ナットから前記ねじ軸を抜いたとき、前記ナットから前記複数の転動体が脱落しないように、前記ナットの前記負荷転動体転走溝の両側の縁が前記転動体を抱え込むねじ装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のねじ装置において、前記転動体はボールであり、前記ナットの前記負荷転動体転走溝の深さは、前記ボールの半径よりも深く、かつ、前記ナットの前記負荷転動体転走溝の両側の縁の間の幅は、前記ボールの直径よりも小さいことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のねじ装置において、前記ナットは、ロウで前記ナットのワックスモデルを作成するワックスモデル作成工程と、前記ナットの前記ワックスモデルに鋳型の素材となる耐火材を塗布して鋳型を作成する鋳型作成工程と、 前記鋳型の内部のロウを熱で溶かして取り除くロウ除去工程と、前記鋳型の内部にできた空洞に溶融金属を流し込む注湯工程と、前記鋳型を取り除く鋳型除去工程と、を経て製造されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のねじ装置において、前記ワックスモデル作成工程は、前記ナットの前記ワックスモデルを軸線に沿って二分割した一対の原型半体を金型で成形する原型半体成形工程と、前記ナットの前記負荷転動体転走溝の両側の縁に対応する螺旋状の原型部品を金型で成形する原型部品成形工程と、前記一対の原型半体と前記原型部品とを結合する結合工程と、を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、外周面に螺旋状の転動体転走溝が形成されるねじ軸と、内周面に前記ねじ軸の転動体転走溝に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝が形成されるナットと、前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間に介在される複数の転動体と、を備え、前記ねじ軸から前記ナットを外したとき、前記ねじ軸から前記複数の転動体が脱落しないように、前記ねじ軸の前記転動体転走溝の両側の縁が前記転動体を抱え込むねじ装置である。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のねじ装置において、前記転動体はボールであり、前記ねじ軸の前記転動体転走溝の深さは、前記ボールの半径よりも深く、かつ、前記ねじ軸の前記転動体転走溝の両側の縁の間の幅は、前記ボールの直径よりも小さいことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載のねじ装置において、前記ねじ軸は、ロウで前記ねじ軸のワックスモデルを作成するワックスモデル作成工程と、前記ねじ軸の前記ワックスモデルに鋳型の素材となる耐火材を塗布して鋳型を作成する鋳型作成工程と、前記鋳型の内部のロウを熱で溶かして取り除くロウ除去工程と、前記鋳型の内部にできた空洞に溶融金属を流し込む注湯工程と、前記鋳型を取り除く鋳型除去工程と、を経て製造されることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、外周面に螺旋状の転動体転走溝が形成されるねじ軸と、内周面に前記ねじ軸の転動体転走溝に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝が形成されるナットと、前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間に介在される複数の転動体と、を備えるねじ装置のナットの製造方法において、前記ナットから前記ねじ軸を抜いたとき、前記ナットから前記複数の転動体が脱落することなく、前記ナットの前記負荷転動体転走溝の両側の縁で前記転動体を抱え込むことができるように、ロウで前記ナットのワックスモデルを作成するワックスモデル作成工程と、前記ナットの前記ワックスモデルに鋳型の素材となる耐火材を塗布する鋳型作成工程と、前記鋳型の内部のロウを熱で溶かして取り除くロウ除去工程と、前記鋳型の内部にできた空洞に溶融金属を流し込む注湯工程と、前記鋳型を取り除く鋳型除去工程と、を備えるねじ装置のナットの製造方法である。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のねじ装置のナットの製造方法において、前記ワックスモデル作成工程は、前記ナットの前記ワックスモデルを軸線に沿って二分割した一対の原型半体を金型で成形する原型半体成形工程と、前記ナットの前記負荷転動体転走溝の両側の縁に対応する螺旋状の原型部品を金型で成形する原型部品成形工程と、前記一対の原型半体と前記原型部品とを結合する結合工程と、を備えることを特徴とする。

ナットの負荷転動体転走溝の両側の縁が転動体を抱え込み保持するので、ナットからねじ軸を抜いてもナットから転動体が脱落することがない。このため、ナット又はねじ軸を交換することが容易になる。また、ナットの負荷転動体転走溝の形状自体が転動体を抱え込む形状になっているので、転動体がナットの負荷転動体転走溝の縁に乗り上げてエッジロードが発生するおそれもなくなるし、ナットに転動体を保持するための保持器を取り付ける必要もなくなる。

ねじ軸の転動体転走溝の両側の縁が転動体を抱え込み保持するので、ねじ軸からナットを外してもねじ軸から転動体が脱落することがない。このため、ナット又はねじ軸を交換することが容易になる。また、ねじ軸の転動体転走溝の形状自体が転動体を抱え込む形状になっているので、転動体がナットの転動体転走溝の縁に乗り上げてエッジロードが発生するおそれもなくなるし、ねじ軸に転動体を保持するための別部材の取り付ける必要もなくなる。

図１は、本発明の第一の実施形態のボールねじ（ねじ装置）の斜視図を示す。ボールねじは、外周面に転動体転走溝として螺旋状のボール転走溝１ａが形成されたねじ軸１と、内周面にボール転走溝１ａに対向する負荷ボール転走溝として螺旋状の負荷ボール転走溝２ａ（図３参照）が形成されるナット２と、を備える。ねじ軸１のボール転走溝１ａとナット２の負荷ボール転走溝２ａとの間の負荷転走路には、転動体として複数のボール３（図３参照）が転がり運動可能に配列される。

図２及び図３は、ねじ軸１から外したナット２を示す。図２はナット２の斜視図を、図３はナット２の断面図を示す。ナット２の外周には、機械部品に取り付けるためのフランジ２ｂが形成される。ナット２には、ねじ軸１が貫通する貫通穴が形成され、この貫通穴によってナットには、円筒の内周面２ｃが形成される。ナット２の内周面２ｃには、所定のリードを持つ螺旋状の負荷ボール転走溝２ａが形成される。負荷ボール転走溝２ａは、ナット２の軸線方向の一方の端面から他方の端面まで至る。ボール３は負荷ボール転走溝２ａの全長に配列・収容されるか、又は負荷ボール転走溝２ａの一部（負荷ボール転走溝２ａの一巻き又は数巻き）にのみ配列・収容される。この実施形態のボールねじは、循環構造を持たない有限ストロークのボールねじである。ナット２の材質は特に限定されるものではなく、鋼等の金属でも樹脂でもよい。

ねじ軸１のボール転走溝１ａとナット２の負荷ボール転走溝２ａとの間に挟まれるボール３は、その中心が螺旋状のボール中心線軌道２ｄ（ＢＣＤ：ball circular diameter）に沿って移動する。図２及び図３中、一転鎖線が螺旋状のボールの中心線軌道２ｄ（ＢＣＤ：ball circular diameter）を示す。

図４は、図３のIV部詳細図を示す。ナット２の負荷ボール転走溝２ａは、ナット２からねじ軸１を抜いてもボール３が脱落しないように、ボール３を抱え込み保持する形状に形成される。ナット２からねじ軸１を抜いたとき、ナット２の負荷ボール転走溝２ａの両側の縁４（負荷ボール転走溝の開口端）がボール３を抱え込む。負荷ボール転走溝２ａの両側の縁４は、負荷ボール転走溝２ａを構成する他の部分（例えば底部）と同じ材質で一体に形成される。

図５は、ナット２の負荷ボール転走溝２ａの溝直角断面形状（負荷ボール転走溝２ａが伸びる方向と直交する面内での断面形状）を示す。図５（Ｂ）が本実施形態の負荷ボール転走溝２ａの断面形状を示し、図５（Ａ）が比較例である従来の負荷ボール転走溝５の断面形状を示す。図５（Ｂ）に示されるように、負荷ボール転走溝２ａの深さＤ（負荷ボール転走溝２ａの底から開口端までの距離）は、ボール３の半径よりも深い。言い換えれば、負荷ボール転走溝２ａの両側の縁４は、ボール３の中心線軌道２ｄよりもナット２の内側（図５（Ｂ）では上側）に配置される。そして、負荷ボール転走溝２ａの両側の縁４の間の幅Ｗは、ボール３の直径よりも小さい。したがって、負荷ボール転走溝２ａは、ボールの周囲の５０％を超える範囲を囲む。

負荷ボール転走溝２ａの断面形状は、ボール３と負荷ボール転走溝２ａとが一点で接触する、単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状に形成されるか、又はボール３と負荷ボール転走溝２ａとが二点で接触する、二つの円弧を組み合わせたゴシックアーチ溝形状に形成される。いずれの場合でも、負荷ボール転走溝２ａの曲率半径はボール３の半径よりもわずかに大きい。

図５（Ａ）に示されるように、ナット２の内周面にボールが落下するのを防止する保持器７を取り付けた場合、保持器７の厚みの分だけ負荷ボール転走溝５の深さも浅くならざるを得ない。負荷ボール転走溝５の深さが浅いと、ボール３に荷重がかかったとき、ボール３と負荷ボール転走溝５との接触面積が増え、ボール３が負荷ボール転走溝５の縁５ａに乗り上げ、ボール３にエッジロードが発生するおそれがある。これに対し、図５（Ｂ）に示されるように、ナット２の負荷ボール転走溝２ａの形状自体がボールを抱え込む形状になっていれば、ボール３がナット２の負荷ボール転走溝２ａの縁に乗り上げることはなく、したがってエッジロードが発生するおそれもなくなる。

図６は、ナット２にねじ軸１を挿入したボールねじの断面図を示す。ナット２の軸線方向の両端面には、凹部８が形成される。凹部８には、ボール３が負荷ボール転走溝２ａに沿って移動するのを止めるストッパ９、及びねじ軸１とナット２との間のすきまをシールするシール部材１０が設けられる。本実施例の組み立て工程を説明する。まず、ボール３はナット２の軸線方向の端面から負荷ボール転走溝２ａ内に詰められる。ボール３を負荷ボール転走溝２ａ内に詰めた後、ナット２の軸線方向の端面に開口する負荷ボール転走溝２ａはストッパ９で塞がれる。ストッパ９は、ナット２の軸線方向の端面に開口する負荷ボール転走溝２ａからのボール３の飛び出しを防止する。その後、ナット２にねじ軸１を挿入する。

ボール３がナット２の負荷ボール転走溝２ａの一部に配列・収容されている場合、ナット２に対してねじ軸１を相対的に回転させると、ボール３がねじ軸１のボール転走溝１ａとナット２の負荷ボール転走溝２ａとの間を転がり運動する。図６では、負荷ボール転走溝２ａの左半分に充填されたボール３が負荷ボール転走溝２ａの右半分の空間へ移動する。ボール３はストッパ９に当たるまで負荷ボール転走溝２ａを移動する。ボール３は転がり運動するので、ナット２に対してねじ軸１を回転させる際の摩擦を低減できる。ボール３がストッパ９に当たった後、さらにねじ軸１を回転させると、ボール３はすべりを伴いながらナット２内で自転する。

ボール３がナット２の負荷ボール転走溝２ａの全長に配列・収容されている場合、ねじ軸１をナット２に対して相対的に回転させると、ボール３はナット２に対する相対的な位置を変化させることなく、ナット２内ですべりを伴いながら自転する。ボール３の自転によって、ナット２に対してねじ軸１を回転させる際の摩擦を低減できる。

図７は、ナットの製造工程図を示す。ナットはロストワックス法を用いた以下の工程を経て製造される。まず、ロウでナットのワックスモデルを作成する。ワックスモデルは完成品のナットと同一の形状に作成される。ワックスモデルは、図８ないし図１０に示されるワックスモデルを軸線に沿って二分割された原型半体１１と、図１１に示されるナット２の負荷ボール転走溝２ａの両側の縁４に対応する螺旋状の原型部品１２と、から構成される。原型半体１１及び原型部品１２のいずれも金型１３ａ，１３ｂ又は１４ａ，１４ｂ１４ｃで成形される（Ｓ１）。負荷ボール転走溝２ａの両側の縁４はアンダーカットになっているので、金型で成形することができない。このため、負荷ボール転走溝２ａの両側の縁４に対応する螺旋状の原型部品１２が必要になる。螺旋状の原型部品１２を成形するにあたっては、上型１４ａと下型１４ｂの他に円柱状のスライド金型１４ｃが必要になる。

次に、図１２に示されるように、一対の原型半体１１と原型部品１２を組み立ててワックスモデルを作成する（Ｓ２）。図１２には、一つの原型半体１１と原型部品１２を結合させた状態が示されている。ワックスモデルの形状は、最終的なナット２の形状と等しい。図１２では、内側の原型部品１２がボール３を抱え込む形状に示されていないが、実際には内側の原型部品１２は、外側の原型半体１１と協働してボール３を抱え込む形状に形成される。図１３の（ａ）は、負荷ボール転走溝２ａに対応する原型半体１１の部分断面図を示し、図１３の（ｂ）は、原型半体１１に原型部品１２を結合させた状態を示す。原型部品１２は原型半体１１と協働してボール３を抱え込む形状を形成する。

次に、ワックスモデルに鋳型の素材となる耐火材、コーティング材を塗布し、乾燥させて、鋳型を作成する（Ｓ３）。ワックスモデルの周囲は鋳型１５で覆われる（図１３（ｃ）参照）。

次に、鋳型１５の内部のロウを熱で溶かして取り除く（Ｓ４）。そして、鋳型１５を高温で焼き固めて（焼成して）、鋳型１５に強度を持たせる（Ｓ５）。

次に、鋳型１５の内部にできた空洞に溶融金属を流し込む（Ｓ６）。溶融金属が固まった後、鋳型１５を除去する（Ｓ７）。最後に必要に応じて後処理を施す（Ｓ８）。後処理として、例えばナット２の負荷ボール転走溝２ａに研削加工を施してもよい。研削加工によって負荷ボール転走溝２ａの表面粗さを低減することができれば、ボールねじを精密にしたり、ボールねじの寿命を延ばしたり、負荷荷重を向上したりすることができる。こうして、図１３（ｄ）に示されるナットを製作することができる。

ロストワックス法を用いれば、アンダーカットになる負荷ボール転走溝２ａを容易に製造することが可能になる。収縮率を考慮してワックスモデルを作成すれば、複雑な形状のナットを一体化して鋳造する事が出来るため、機械加工の行程を減らすことができ、コストダウンを図れる。

図１４ないし図２１は、本発明の第二の実施形態のボールねじを示す。図１４はナットの一部を切り欠いたボールねじの斜視図を示す。なお、この図１４には、ねじ軸２１とナット２２との間に配列されたボール２３の一部のみが示されている。

ねじ軸２１の外周面には、所定のリードを持つ二条の螺旋状のボール転走溝２１ａ，２１ｂが形成される。ボール転走溝２１ａ，２１ｂの溝直角断面形状は、単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状、又は二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成される。ねじ軸２１の外周面において、互いに隣接するボール転走溝２１ａとボール転走溝２１ｂとの間には、ねじ軸の山部２１ｃが形成されている。

図１５及び図１６はナット２２の断面図を示す。ナット２２はねじ軸２１が挿通される貫通孔を有して略円筒状に形成されている。ナット２２の内周面２４には、ねじ軸２１のボール転走溝２１ａ，２１ｂと対向する二条の螺旋状の負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂが形成される。負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂの溝直角断面形状は、サーキュラーアーク溝形状又はゴシックアーチ溝形状に形成される。

負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂの両側の縁２６は、図４に示される負荷ボール転走溝２ａと同様に、ナット２２からねじ軸２１を抜いたとき、ナット２２からボール２３が脱落しないようにボール２３を抱え込む。負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂの深さは、ボール２３の半径よりも深く、負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂの幅は、ボール２３の直径よりも小さい。負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂがアンダーカットになるので、ナット２２は第一の実施形態のボールねじのナット２と同様にロストワックス法によって製造される。

上述のように、ナット２２の内周面には、二条の螺旋状の負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂが形成される。ナット２２の内周面には、二条の螺旋状の負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂに沿って（一定の距離を開けて）二条の無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂが形成される。無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂの深さは、負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂよりも深く、無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂの幅は、ボール３の直径よりも僅かに大きい。ボール３は無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂ内で荷重を負荷することはなく、後続のボール３に押されながら無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂを移動する。

無負荷ボール戻し溝２７ａは負荷ボール転走溝２２ａと一対をなしていて、無負荷ボール戻し溝２７ｂは負荷ボール転走溝２２ｂと一対をなしている。ナット２２の内周面には、負荷ボール転走溝２２ａ、無負荷ボール戻し溝２７ａ、負荷ボール転走溝２２ｂ、無負荷ボール戻し溝２７ｂが軸方向に順番に形成される。無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂは、ねじ軸２１のボール転走溝２１ａとボール転走溝２１ｂとの間の山部２１ｃに対向する。無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂ内に配列・収容されるボール２３は、ねじ軸２１の山部２１ｃに接し、これにより無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂ内にボール２３が保持される。すなわち、無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂとねじ軸２１の山部２１ｃとの協働により、無負荷ボール通路が構成される。

ナット２２の内周面には、その軸方向の両端付近に略Ｕ字形の方向転換溝２８が形成されている。一対の方向転換溝２８は、負荷ボール転走溝２２ａの長さ方向の両端部と無負荷ボール戻し溝２７ａの両端部とを接続する。二条の負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂ及び無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂが形成された本実施形態では、合計四箇所に方向転換溝２８が形勢される。なお、ナット２２の負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂが二条ではなく、一条の場合には、方向転換溝２８はナットの内周面の二箇所に形成されることになる。

この方向転換溝２８は負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂの端部から無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂの端部まで段差なく連続的に形成されており、負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂの端部から無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂの端部へ接近するにつれて徐々に深くなるように形成されている。図１７は、負荷ボール転走溝２２ａを転動し終えたボール２３が方向転換溝２８に進入し、かかる方向転換溝２８に誘導されてねじ軸２１のボール転走溝２１ａから離脱する様子を示す。負荷ボール転走溝２２ａを転動するボール２３は、かかる負荷ボール転走溝２２ａと方向転換溝２８との接続部位に到達すると、方向転換溝２８の深さが徐々に深くなることから、次第に荷重から解放される。荷重から解放されたボール２３は後続のボール２３に押されるようにしてそのままねじ軸２１のボール転走溝２１ａ内を進行する。このとき、方向転換溝２８がボール２３をボール転走溝２１ａの側方へ寄せていくので、かかるボール２３はボール転走溝２１ａを這い上がり、ねじ軸２１の山部２１ｃにまで持ち上げられる。そして、ナット２２の方向転換溝２８に完全に収容される。方向転換溝２８は略Ｕ字状の軌道を有していることから、方向転換溝２８内に収容されたボール２３はその移動方向を反転させ、無負荷ボール戻し溝２７ａに進入する。ボール２３は、無負荷ボール戻し溝２７ａでは、負荷ボール転走溝２２ａとは逆の方向に移動する。この無負荷ボール戻し溝２７ａにおいてボール２３は無負荷状態であり、後続のボール２３に押されるようにして無負荷ボール戻し溝２７ａを移動する。無負荷ボール戻し溝２７ａを通過したボール２３は、方向転換溝２８で再び進行方向を反転させ、負荷ボール転走溝２２ａ内に進入する。ボール２３がねじ軸２１のボール転走溝２１ａとナット２２の負荷ボール転走溝２２ａとの間の負荷ボール転走路に進入するとき、ボール２３はねじ軸２１の山部２１ｃからボール転走溝２１ａに這い降りる。方向転換溝２８と負荷ボール転走溝２２ａとの接続部位において負荷ボール転走溝２２ａの深さが徐々に浅くなると、ボール２３の荷重状態が無負荷から負荷へ移行する。

このボールねじでは、方向転換溝２８がナット２２の負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂの端部と無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂの端部とを接続することにより、閉ループの無限循環路が構成される。

図１８は方向転換溝及びその前後におけるボールの軌道を示した平面図である。領域Ａは負荷ボール転走路におけるボールの軌跡を示す。この領域Ａにおいて、ボール２３はねじ軸２１のボール転走溝２１ａとナット２２の負荷ボール転走溝２２ａとの間で荷重を受けながら転がり運動する。領域Ｅは、無負荷ボール戻し溝２７ａにおけるボール２３の軌跡を示す。領域Ｅにおいて、ボール２３はねじ軸２１の山部２１ｃとナット２２の無負荷ボール戻し溝２７ａとの間を無負荷状態で移動する。領域Ｂ，Ｃ及びＤは、方向転換溝２８におけるボールの軌跡を示す。領域Ｂ及びＤの軌跡は所定曲率の曲線状に形成され、領域Ｃの軌跡は領域Ｂ及びＤの曲線状軌跡と滑らかに繋がる直線状に形成される。領域Ｂはねじ軸２１のボール転走溝２１ａからボール２３を離脱させるボール偏向領域である。領域Ｄはねじ軸２１の山部２１ｃに乗り上げたボール２３を無負荷ボール戻し溝２７ａに導くボール旋回領域である。領域Ｃはボール偏向領域Ｂとボール旋回領域Ｄを接続するボール受け渡し領域である。

図１９は、無限循環路をねじ軸２１の周囲に模式的に表した図である。網点の領域は無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂ及び方向転換溝２８から構成される無負荷ボールの軌道５０を、縞模様の領域は負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂによって構成される負荷ボールの軌道５１を表す。この図に表されるように、本発明のボールねじでは、負荷ボールの軌道５１と無負荷ボールの軌道５０が多条ねじの如くねじ軸２１の周囲に形成されている。なお、図１９はねじ軸２１のボール転走溝２１ａ，２１ｂが二条ねじとして形成されている場合を示している。ねじ軸２１のボール転走溝２１ａが一条のみの場合には、ねじ軸２１の周囲に形成されるボール２３の無限循環路は図２０のようになる。

以上のように構成されたボールねじにおいては、ナット２２の無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂが、ねじ軸２１の隣接するボール転走溝２１ａとボール転走溝２１ｂとの間の山部２１ｃと対向する。隣接するボール転走溝２１ａとボール転走溝２１ｂとの間隔、すなわち前記山部２１ｃの幅はボール２３の直径よりも大きいことが必要であるから、本実施形態のボールねじは大リードのボールねじに好適である。

ナット２２の内周面に負荷ボール転走溝２２ａ，２２ｂ、無負荷ボール戻し溝２７ａ，２７ｂ及び方向転換溝２８を形成することで、循環部材を装着しなくても、ナット２２に無限循環路を形成することができる。ねじ軸２１、ナット２２及びボール２３の三部品でボールねじを構成することができるので、部品点数を削減することができる。

図２１は本発明の第三の実施形態のボールねじを示す。ナット３２にボール３３を抱え込む形状の負荷ボール転走溝３２ａが形成される点は、上記第一及び第二の実施形態のボールねじと同様である。この実施形態では、ナット３２の負荷ボール転走溝３２ａとねじ軸３１のボール転走溝３１ａとの間を転がるボール３３を循環部材であるリターンパイプ３４で循環させている。リターンパイプ３４には、負荷ボール転走溝３２ａの一端と他端を接続する無負荷ボール戻し路３５が形成される。

図２２ないし図２４は、本発明の第四の実施形態のボールねじのねじ軸を示す。上記第一から第三の実施形態のボールねじにおいては、ナットの負荷ボール転走溝がボールを抱え込む形状に形成されている。これに対して、本実施形態のボールねじにおいては、ねじ軸４１のボール転走溝４１ａがボールを抱え込む形状に形成される。そして、ねじ軸４１からナットを外したとき、ねじ軸４１から複数のボールが脱落しないように、ねじ軸４１のボール転走溝４１ａの両側の縁４２がボールを抱え込む。

図２２はねじ軸４１の斜視図を示す。ねじ軸４１の外周面には、負荷転動体転走溝として螺旋状のボール転走溝４１ａが形成される。ねじ軸４１のボール転走溝４１ａはボールを抱え込むことができるように深溝に形成される。図２３はねじ軸４１の断面図を示し、図２４は図２３のIIXIV部詳細図を示す。ねじ軸４１のボール転走溝４１ａの深さＤは、ボール４３の半径よりも深い。また、ねじ軸４１のボール転走溝４１ａの両側の縁４２の間の幅Ｗは、ボール４３の直径よりも小さい。

ねじ軸４１のボール転走溝４１ａはアンダーカットになるので、ねじ軸４１はロストワックス法によって製造される。具体的には、ねじ軸３１は、ロウでねじ軸のワックスモデルを作成するワックスモデル作成工程と、ねじ軸３１のワックスモデルに鋳型の素材となる耐火材を塗布する鋳型作成工程と、鋳型の内部のロウを熱で溶かして取り除くロウ除去工程と、鋳型の内部にできた空洞に溶融金属を流し込む注湯工程と、鋳型を取り除く鋳型除去工程と、を経て製造される。

ボール４３はねじ軸４１の軸線方向の端面からボール転走溝４１ａ内に詰められる。ねじ軸４１の軸線方向の両端には、ボール４３がボール転走溝４１ａに沿って移動するのを止めるストッパ（図示せず）が設けられる。この実施形態のねじ軸４１には、ボールを循環させるためのボール戻し路が形成されていない。このため、ねじ軸４１はナットのストロークが有限のボールねじに使用される。

図２５及び図２６は、本発明の第五の実施形態のボールねじのねじ軸６１を示す。この実施形態のねじ軸６１は、第四の実施形態のねじ軸と同様に、ボール転走溝６１ａがボールを抱え込む形状に形成される。すなわち、ねじ軸４１からナットをはずしたとき、ボール転走溝６１ａの両側の縁６２がねじ軸６１からボール６３が脱落するのを防止する。

この実施形態では、ねじ軸６１にボール６３を循環させるためのボール戻し路が形成される。ボール戻し路は、ねじ軸６１の軸線方向に伸びる転動体戻し穴であるボール戻し穴６４と、ボール戻し穴６４の軸線方向の両端部とボール転走溝６１ａの長さ方向の両端部とを接続する一対の連結穴６５とから構成される。連結穴６５はボール戻し穴６４から半径方向にねじ軸６１の外周面まで伸びる。ボール戻し穴６４及び連結穴６５は、例えばドリルによる穴加工によって形成される。ボール戻し穴６４の両端部は一対のプラグ６７で塞がれる。

ねじ軸６１の外周面の螺旋状のボール転走溝６１ａを転がるボール６３は、連結穴６５からねじ軸６１の中心に向かって落ち込む。その後、ねじ軸６１の中心に開けられたボール戻し穴６４に進入し、ボール戻し穴６４を経由した後、反対側の連結穴６５からねじ軸６１の外周面のボール転走溝６１ａに戻される。ボール６３の循環ができるように、ボール転走溝６１ａ及びボール戻し路はボール６３で満たされている。

ナットでボールを循環させる場合、ナットに循環部材の取付けのための孔を加工したり、ナットの負荷ボール転走溝に負荷域から無負荷域にスムーズにボールを移行させるための面取りを施したりする必要がある。ねじ軸６１でボールを循環させることで、ナットの加工が容易になる。

なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施形態に具体化できる。例えば、転動体にはボールの替わりにローラを用いることができる。

ナットの負荷ボール転走溝、及びねじ軸のボール転走溝は、ロストワックス法の替わりに切削加工によって形成されてもよい。この場合、切削工具にはアンダーカットに適した特殊な工具が使用される。

ナットをロストワックス法によって製造する際、ナットのワックスモデルを幾つかのロウ部品に分けずに、一部品から作成してもよい。この場合、負荷ボール転走溝に対応する部分がアンダーカットになっているので、螺旋状の金型を用い、ワックスモデルから螺旋状の金型をねじりながら抜く必要がある。

本発明の第一の実施形態のボールねじの斜視図 ナットの斜視図 ナットの断面図 図３のIV部拡大図 ナットの負荷ボール転走溝の断面図（図中（Ａ）が従来例を示し、（Ｂ）が本発明例を示す） ボールねじの断面図 ナットの製造工程図 金型によって成形されるワックスモデル（原型半体）を示す斜視図 金型によって成形されるワックスモデル（原型半体）を示す斜視図 金型によって成形されるワックスモデル（原型半体）を示す斜視図 金型によって成形されるワックスモデル（螺旋状の原型部品）を示す斜視図 原型半体と原型部品を結合したワックスモデルを示す図 ロストワックス法の工程図 本発明の第二の実施形態のボールねじの斜視図 ナットの断面図 図１５のXVI- XVI線断面図 負荷ボール転走溝と無負荷ボール戻し溝との間のボールの移動状態を示す拡大断面図 方向転換溝及びその前後におけるボールの軌道を示した平面図 ボールの無限循環路をねじ軸の周囲に模式的に示した斜視図 負荷ボール転走溝が１条の場合のボール無限循環路をねじ軸の周囲に模式的に示した斜視図 本発明の第三の実施形態のボールねじの斜視図 発明の第四の実施形態のボールねじのねじ軸の斜視図 ねじ軸の断面図 図２３のIIXIV部拡大図 本発明の第五の実施形態のボールねじのねじ軸の斜視図 ねじ軸の断面図

符号の説明

１…ねじ軸，１ａ…ボール転走溝（転動体転走溝），２…ナット，２ａ…負荷ボール転走溝，３…ボール，４…縁，９…ストッパ，１１…原型半体，１２…原型部品，１５…鋳型，２１…ねじ軸，２１ａ，２１ｂ…ボール転走溝（転動体転走溝），２１ｃ…山部，２２…ナット，２２ａ，２２ｂ…負荷ボール転走溝（負荷転動体転走溝），２３…ボール，２６…縁，２７ａ，２７ｂ…無負荷ボール戻し溝（無負荷転動体戻し溝），２８…方向転換溝，３１ａ…ボール転走溝（転動体転走溝），３１…ねじ軸，３２…ナット，３２ａ…負荷ボール転走溝（負荷転動体転走溝），３３…ボール，３４…リターンパイプ（循環部材），３５…無負荷ボール路（無負荷転動体戻し路），４１…ねじ軸，４１ａ…ボール転走溝（転動体転走溝），４２…縁，４３…ボール，６１…ねじ軸，６１ａ…ボール転走溝，６２…縁，６３…ボール，６４…ボール戻し穴（転動体戻し穴），６５…連結穴

Claims (9)

1. 外周面に螺旋状の転動体転走溝が形成されるねじ軸と、
   内周面に前記ねじ軸の転動体転走溝に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝が形成されるナットと、
   前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間に介在される複数の転動体と、を備え、
   前記ナットから前記ねじ軸を抜いたとき、前記ナットから前記複数の転動体が脱落しないように、前記ナットの前記負荷転動体転走溝の両側の縁が前記転動体を抱え込むねじ装置。
2. 前記転動体はボールであり、
   前記ナットの前記負荷転動体転走溝の深さは、前記ボールの半径よりも深く、かつ、前記ナットの前記負荷転動体転走溝の両側の縁の間の幅は、前記ボールの直径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のねじ装置。
3. 前記ナットは、
   ロウで前記ナットのワックスモデルを作成するワックスモデル作成工程と、
   前記ナットの前記ワックスモデルに鋳型の素材となる耐火材を塗布して鋳型を作成する鋳型作成工程と、
   前記鋳型の内部のロウを熱で溶かして取り除くロウ除去工程と、
   前記鋳型の内部にできた空洞に溶融金属を流し込む注湯工程と、
   前記鋳型を取り除く鋳型除去工程と、を経て製造されることを特徴とする請求項１又は２に記載のねじ装置。
4. 前記ワックスモデル作成工程は、
   前記ナットの前記ワックスモデルを軸線に沿って二分割した一対の原型半体を金型で成形する原型半体成形工程と、
   前記ナットの前記負荷転動体転走溝の両側の縁に対応する螺旋状の原型部品を金型で成形する原型部品成形工程と、
   前記一対の原型半体と前記原型部品とを結合する結合工程と、を備えることを特徴とする請求項３に記載のねじ装置。
5. 外周面に螺旋状の転動体転走溝が形成されるねじ軸と、
   内周面に前記ねじ軸の転動体転走溝に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝が形成されるナットと、
   前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間に介在される複数の転動体と、を備え、
   前記ねじ軸から前記ナットを外したとき、前記ねじ軸から前記複数の転動体が脱落しないように、前記ねじ軸の前記転動体転走溝の両側の縁が前記転動体を抱え込むねじ装置。
6. 前記転動体はボールであり、
   前記ねじ軸の前記転動体転走溝の深さは、前記ボールの半径よりも深く、かつ、前記ねじ軸の前記転動体転走溝の両側の縁の間の幅は、前記ボールの直径よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載のねじ装置。
7. 前記ねじ軸は、
   ロウで前記ねじ軸のワックスモデルを作成するワックスモデル作成工程と、
   前記ねじ軸の前記ワックスモデルに鋳型の素材となる耐火材を塗布して鋳型を作成する鋳型作成工程と、
   前記鋳型の内部のロウを熱で溶かして取り除くロウ除去工程と、
   前記鋳型の内部にできた空洞に溶融金属を流し込む注湯工程と、
   前記鋳型を取り除く鋳型除去工程と、を経て製造されることを特徴とする請求項５又は６に記載のねじ装置。
8. 外周面に螺旋状の転動体転走溝が形成されるねじ軸と、内周面に前記ねじ軸の転動体転走溝に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝が形成されるナットと、前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間に介在される複数の転動体と、を備えるねじ装置のナットの製造方法において、
   前記ナットから前記ねじ軸を抜いたとき、前記ナットから前記複数の転動体が脱落することなく、前記ナットの前記負荷転動体転走溝の両側の縁で前記転動体を抱え込むことができるように、ロウで前記ナットのワックスモデルを作成するワックスモデル作成工程と、
   前記ナットの前記ワックスモデルに鋳型の素材となる耐火材を塗布する鋳型作成工程と、
   前記鋳型の内部のロウを熱で溶かして取り除くロウ除去工程と、
   前記鋳型の内部にできた空洞に溶融金属を流し込む注湯工程と、
   前記鋳型を取り除く鋳型除去工程と、を備えるねじ装置のナットの製造方法。
9. 前記ワックスモデル作成工程は、
   前記ナットの前記ワックスモデルを軸線に沿って二分割した一対の原型半体を金型で成形する原型半体成形工程と、
   前記ナットの前記負荷転動体転走溝の両側の縁に対応する螺旋状の原型部品を金型で成形する原型部品成形工程と、
   前記一対の原型半体と前記原型部品とを結合する結合工程と、を備えることを特徴とする請求項８に記載のねじ装置のナットの製造方法。

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