JP2010236602A - ボールねじスプライン - Google Patents

Abstract

【課題】スプライン軸の全長に対するボールねじナットのストローク量を十分に確保しつつも、かかるスプライン軸の全長を短縮して極限まで小型化することが可能なボールねじスプラインを提供する。
【解決手段】ねじ軸と、多数のボールを介してねじ軸に螺合するボールねじナットと、このボールねじナットの外側に多数のボールを介して組みつけられ上記ボールねじナットの軸方向に往復自在なスプラインナットとを備え、前記ボールねじナットは同一外径で一体に形成されたねじ部及び延設部を有し、ねじ部の内周面にはねじ軸側のボール転動溝と相まってボールの負荷通路を形成する負荷転動溝と、隣合う負荷転動溝を連結して上記ねじ軸の周囲一巻き分の無限循環路を形成するボール戻し通路とが形成され、前記ボールねじナットの外周面にはねじ部と延設部とにわたって上記スプラインナット用のボール転動溝が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータの駆動により所望のストローク量を得ることが可能な電動アクチュエータ等に利用されるボールねじスプラインに関する。

例えば、この種のボールねじスプラインを利用した電動アクチュエータとしては、特開平１１−３０３９６６号公報に開示されるものが知られている。かかるボールねじスプラインは筒状のシリンダと、このシリンダの一端に配置されるスプラインナットと、前記シリンダの中空部内に配置されると共に前記スプラインナットによって案内される中空状のスプライン軸と、このスプライン軸の中空部内に配置されるねじ軸とから構成されている。

前記ねじ軸の外周面にはボールが転動するねじ溝が螺旋状に形成される一方、このねじ軸は前記シリンダの一端に固定されたモータによって回転駆動される。一方、前記スプライン軸の一端はボールナット部となっており、その内周面には前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が形成され、多数のボールを介してねじ軸に螺合している。

また、前記スプライン軸の外周面には軸方向に沿って複数条のボール転走溝が形成され、前記スプラインナットは前記ボール転走溝を転走する多数のボールを介して前記スプライン軸に組みつけられている。

前記スプライン軸のボールナット部に対してボールの無限循環路を形成するため、かかるスプライン軸の一端部の外周面には切欠平面部が形成されており、この切欠平面部には前記ボールナット部のねじ溝の一端まで転走してきたボールを当該ねじ溝の他端に戻すためのリターンチューブが固定されている。このリターンチューブは前記スプライン軸の外周面から半径方向外側に突出しており、このため前記スプライン軸の外周面に形成されたボール転走溝はボールナット部と重ならない範囲で設けられている。

以上の構成からなる電動アクチュエータでは、前記モータによってねじ軸を回転させると、前記シリンダに固定されたスプラインナットがスプライン軸の回り止めとして機能していることから、前記ねじ軸に螺合したスプライン軸がねじ軸の回転に応じて軸方向へ移動することになる。すなわち、ねじ軸の回転量に応じたストローク量がスプライン軸に与えられる。

特開平１１−３０３９６６号公報

しかし、説明してきたようなボールねじスプラインでは、前記スプライン軸の外周面からボールナット部のリターンチューブが突出しているので、前記スプラインナットはスプライン軸のボールナット部上には移動不能である。すなわち、前記スプラインナットはスプライン軸の全長にわたって移動することができず、スプライン軸のストローク量に比べてスプライン軸の全長を長く設定する必要があった。このことは、前記ボールねじスプラインを利用した電動アクチュエータの大型化を招いていた。

本発明はこのような課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、スプライン軸の全長に対するボールねじナットのストローク量を十分に確保しつつも、かかるスプライン軸の全長を短縮させて電動アクチュエータ全体を極限まで小型化することが可能なボールねじスプラインを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明のボールねじスプラインは、外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、略円筒状に形成され、多数のボールを介して上記ねじ軸に螺合するボールねじナットと、このボールねじナットの外側に多数のボールを介して組みつけられると共に当該ボールの無限循環路を有し、上記ボールねじナットの軸方向に往復自在なスプラインナットとを備えている。

前記ボールねじナットは同一外径で一体に形成されたねじ部及び延設部を有し、上記ねじ部の内周面には、上記ねじ軸側のボール転動溝と対向して当該ボール転動溝と相まってボールの負荷通路を形成する負荷転動溝と、隣合う負荷転動溝を連結して上記ねじ軸の周囲一巻き分の無限循環路を形成するボール戻し通路とが形成されている。

前記ボールねじナットの外周面には、上記ねじ部と延設部とにわたって上記スプラインナット用のボール転動溝が形成され、このスプラインナット用のボール転動溝は上記ボールねじナットの周方向に関し上記ボール戻し通路と重ならない位置に形成されている。

このような本発明のボールねじスプラインによれば、前記ボールねじナットのねじ部及び延設部が同一外径で一体に形成され、更に、かかるねじ部の内周面にボール戻し通路が形成されていることから、ボールの無限循環路を構成する部材が当該ボールねじナットの外周面から突出することがない。このため、前記スプラインナットはボールねじナットの全長にわたって移動することができる。すなわち、ボールねじナットの全長に応じた前記ボールねじナットのストローク量を確保することが可能となる。これにより、本発明のボールねじスプラインを利用した電動アクチュエータの小型化を図ることができる。

本発明のボールねじスプラインの側面図である。 図１に示すボールねじスプラインの正面図である。 ボールねじナットの一部を切り欠いた側面断面図である。 ボールねじナットの外周面を示す平面図である。 ボール戻し部材の外観を示す正面図である。 ボール戻し部材の底面図である。 図１に示すスプラインナットの一部を切り欠いた斜視図である。

以下、添付図面に沿って本発明のボールねじスプラインを詳細に説明する。

図１及び図２は本発明を適用したボールねじスプラインの一例を示すものであり、図１は側面図、図２は正面図である。

このボールねじスプライン１は、ねじ軸２と、略円筒状に形成されると共にこのねじ軸２に多数のボール５を介して螺合されるボールねじナット３と、略円筒状に形成されると共に多数のボール６を介して前記ボールねじナット３の外側に組みつけられるスプラインナット４とから構成されている。

前記ねじ軸２はボール転動溝２０を有しており、このボール転動溝２０は当該ねじ軸２の外周面に沿って所定のリードで螺旋状に形成されている。ここで、リードとはねじ軸２が１回転する際に、前記ボール転動溝２０がねじ軸２の軸方向に進行する距離である。また、ねじ軸２の各ボール転動溝２０の間に山部２１が形成されている。

図３及び図４はボールねじナットを示すものであり、図３はその一部を切り欠いた側面断面図、図４は外周面を示す平面図である。

このボールねじナット３は同一外径で一体に形成されたねじ部３１と延設部３２とから構成されており、これらねじ部３１及び延設部３２は共に前記ねじ軸２が貫通する貫通孔を有している。かかるねじ部３１の内周面にはねじ軸２のボール転動溝２０に対向する負荷転動溝３３が螺旋状に形成されている。この負荷転動溝３３とねじ軸２のボール転動溝２０とが互いに対向することにより、ボール５が荷重を負荷しながらねじ軸２の周囲を転動する螺旋状の負荷通路が形成されることになる。

一方、前記ボールねじナット３のねじ部３１には、後述するボール戻し部材７が装着される長孔状の挿入孔３４が設けられている。図２に示すように、この挿入孔３４は前記ボールねじナット３の周方向に対して１２０度毎に等間隔に配置されており、また、図３に示すように、ボールねじナット３の軸方向に沿って二つの挿入孔３４が直列に設けられている。すなわち、ボールねじナット３のねじ部３１の外周面には６つの挿入孔３４が設けられている。また、前記挿入孔３４の長手方向の両縁には前記ボール戻し部材７を係止する段部３４ａ、３４ａが形成されている。

尚、図３は断面図のため、ボールねじナット３に対して４つの挿入孔３４のみが描かれているが、他の２つの挿入孔３４は図３の紙面手前側に位置しているため、描かれていない。

図５及び図６は前記ボール戻し部材７を示すものであり、図５はその外観を示す正面図、図６はその底面図である。

このボール戻し部材７は前記挿入孔３４に合致にした外形を有しており、Ｓ字状に形成されたボール戻し通路７１を有するボール戻し部７ａと、前記挿入孔３４の段部３４ａ、３４ａに対応する凸部７２、７２を有する嵌合部７ｂとから構成されている。かかる嵌合部７ｂは前記ボール戻し部材７がボールねじナット３の挿入孔３４に装着された際に、ボールねじナット３の外周面に突出することなく、完全に収容されるように形成されている（図２参照）。

前記ボール戻し部７ａのボール戻し通路７１はＳ字状に形成されており、前記ボール戻し部材７に向かってねじ軸２のボール転動溝２０を転走してきたボール５の進行方向を変化させ、前記ねじ軸２の山部２１を乗り越えさせて、１リード分前のボール転動溝２０に戻すように構成されている。前記ボール戻し部材７がボールねじナット３の挿入孔３４に装着されると、当該ボール戻し部材７のボール戻し通路７１と前記ねじ軸２の周囲に形成された負荷通路によって、図1に示されるようなねじ軸２の周囲一巻分のボール５の無限循環路が完成することになる。そして、当該ボールねじナット３とねじ軸２との間に相対的な回転運動が生じると、ボール５が前記無限循環路の内部を循環し、前記ボールねじナット３がねじ軸２の軸方向へ移動することになる。

一方、前記ボールねじナット３の外周面には前記挿入孔３４を避けるようにして前記スプラインナット４用のボール転動溝３５が軸方向に沿って６条設けられている（図４参照）。これらボール転動溝３５は２条一組でボールねじナット３の周方向に１２０度毎に配置されている。換言すれば、前記ボールねじナット３ではその周方向に関して、前記ボール戻し部材７の挿入孔３４とスプラインナット４用のボール転動溝３５が交互に配置されるようになっている（図２参照）。このスプラインナット４用のボール転動溝３５はボールねじナット３のねじ部３１及び延設部３２にわたって、すなわち、ボールねじナット３の全長にわたって形成されている。

図７は図１に示されたスプラインナット４の一部を切り欠いた斜視図である。このスプラインナット４はナット本体４１と、当該スプラインナット４を機械装置に固定するためのフランジ部４２とから構成されている。これらナット本体４１とフランジ部４２は共に前記ボールねじナット３が貫通する貫通孔を有している。このフランジ部４２にはスプラインナット４を固定する際に利用されるボルト孔が形成されている。

前記スプラインナット４のナット本体４１は、ボール６が無限循環する無限循環路４３をボールねじナット３に面した貫通孔の内周面に有している。この無限循環路４３は、前記ボールねじナット３の外周面に形成されたスプラインナット４用のボール転動溝３５と対向する負荷直線溝と、この負荷直線溝と平行に形成された無負荷直線溝と、これら負荷直線溝と無負荷直線溝との間でボール６の転走方向を１８０度転換させると共にこれら溝の間でボール６を往来させるボール偏向溝とから構成されている。この無限循環路４３はその全域においてボールねじナット３に向けて開放されており、無限循環路４３に配列されたボール６はボールねじナット３と面した状態で当該無限循環路４３内を循環する。

前記無限循環路４３内を荷重を負荷しながら転走するボール６に対しては予圧が与えられており、ボールねじナット３とスプラインナット４との間のバックラッシュが排除され、スプラインナット４からボールねじナット３へ回転トルクを伝達する際も、かかるボールねじナット３を円滑に且つ精度良く軸方向へ進退させることができるように構成されている。

ここで、図２では示されているスプラインナット４用のボール転動溝３５は２条で一対となるように形成されているが、前記スプラインナット４とボールねじナット３との間を転走するボール６に対しては予圧が与えられる状態であればよく、かかるスプラインナット４用のボール転動溝３５を対となるように形成せずに、単一のスプラインナット４用のボール転動溝３５として形成することもできる。

以上のように構成された本発明のボールねじスプライン１は、例えば、電動モータの駆動により所望のストローク量を得ることが可能な電動アクチュエータに利用される。その場合、前記ねじ軸２の他端に電動モータを連結させて当該ねじ軸２に回転駆動を与える一方、前記スプラインナット４をボルト等で前記電動アクチュエータのハウジングに固定して使用される。この場合、ねじ軸２に回転を与えると前記ボールねじナット３はスプラインナット４により周方向に回り止めされているので、かかるボールねじナット３がねじ軸２の回転量に応じて移動するようになる。これにより、前記電動アクチュエータに所望のストローク量を与えることができる。

そして、本発明のボールねじスプライン１によれば、前記ボール戻し部材７がボールねじナット３の外周面から突出することなく前記挿入孔３４に装着されているので、従来のボールねじスプラインの如く、前記スプラインナット４の移動がねじ部３１のボール戻し部材７により阻害されることがなく、かかるスプラインナット４はボールねじナット３の全長にわたって移動することが可能となる。すなわち、このボールねじナット３の全長に応じたボールねじナット３のストローク量を確保することが可能となる。それに伴って、本発明のボールねじスプラインを利用した電動アクチュエータの小型化を図ることができる。

なお、前述したボールねじスプラインの使用例はあくまで一例であって、例えば、前記ねじ軸２に回転駆動を与えずに、前記スプラインナット４に対して回転駆動手段を設けて回転駆動を与え、それによって前記ボールねじナットにスパイラル運動を与えることも可能である。

１…ボールねじスプライン、２…ねじ軸、２０…ボール転動溝、３…ボールねじナット、３１…ねじ部、３２…延設部、３３…負荷転動溝、３４…挿入孔、３５…スプラインナット用のボール転動溝、４…スプラインナット、４３…ボールの無限循環路、５、６…ボール、７…ボール戻し部材、７１…ボール戻し通路

Claims (3)

1. 外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、略円筒状に形成され、多数のボールを介して上記ねじ軸に螺合するボールねじナットと、このボールねじナットの外側に多数のボールを介して組みつけられると共に当該ボールの無限循環路を有し、上記ボールねじナットの軸方向に往復自在なスプラインナットとを備え、
   上記ボールねじナットは同一外径で一体に形成されたねじ部及び延設部を有し、
   上記ねじ部の内周面には、上記ねじ軸側のボール転動溝と対向して当該ボール転動溝と相まってボールの負荷通路を形成する負荷転動溝と、隣合う負荷転動溝を連結して上記ねじ軸の周囲一巻き分の無限循環路を形成するボール戻し通路とが形成され、
   上記ボールねじナットの外周面には、上記ねじ部と延設部とにわたって上記スプラインナット用のボール転動溝が形成され、このスプラインナット用のボール転動溝は上記ボールねじナットの周方向に関し上記ボール戻し通路と重ならない位置に形成されていることを特徴とするボールねじスプライン。
2. 上記ボールねじナットが複数の無限循環路を備え、各無限循環路に対応した複数のボール戻し通路は当該ボールねじナットの周方向に等間隔で配置され、
   上記スプラインナット用のボール転動溝は等間隔に配置されたボール戻し通路の間に位置していることを特徴とする請求項１記載のボールねじスプライン。
3. 上記ボール戻し通路は戻し部材に形成され、
   上記ボールねじナットには当該戻し部材を装着する貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のボールねじスプライン。

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