JP2012082901A

JP2012082901A - ボールねじ

Info

Publication number: JP2012082901A
Application number: JP2010229804A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Kuroiwa; 大輔黒岩
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-04-26

Abstract

【課題】ボールねじの軸方向を左右方向に向けボール戻し経路をねじ軸の上側に配置して使用した場合に、ボール同士の競り合いを防止し、ボールの滑らかな転動を確保する。
【解決手段】直線路１１の湾曲路４１側に円柱状の凹部１３を設け、ボール通過穴６を有するボール送り出し部材５を配置する。ボール通過穴６の内径をボール３の直径より小さくする突出部６１を、ボール通過穴６の直径方向外側に弾性変形可能に設ける。ナット１の進行方向と反対側の端部では、直線路１１からボール送り出し部材５にボール３が移動し、移動してきたボール３は、ボール送り出し部材５の突出部６１に接触して一旦停止する。次に、突出部６１がボール３に押されて弾性変形して、可動片５３が外側に開いた後、元に戻ろうとする力で、ボール３が湾曲路４１へ送り出される。これにより、複数のボール３が、湾曲路４１に一つ一つ隙間を開けて送り出される。
【選択図】図５

Description

この発明は、ボール戻し経路に特徴を有するボールねじに関する。

ボールねじは、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動する装置である。
ボールねじのボール戻し経路は、ナットの内部に形成される場合と外部に形成される場合がある。ナットの内部に形成される場合は、例えば、図７および８に示すように、ナット１に、軸方向に延びる貫通穴からなる直線路１１を設け、その両端部に凹部１２を形成し、この凹部１２にエンドデフレクタ４を配置する。エンドデフレクタ４には、直線路１１と軌道を接続する湾曲路４１が形成されている。直線路１１と湾曲路４１で構成されるボール戻し経路と、ナット１の螺旋溝１ａとねじ軸２の螺旋溝２ａとで形成される軌道とにより、ボール３の循環経路が形成されている。ボール３は、軌道内では負荷状態で転動し、ボール戻し経路内では無負荷状態で転動する。

ボール３は、軌道内を転動した後に、軌道の終点からボール戻し経路に入って軌道の始点に戻されることで、循環経路内を循環する。循環経路内に配置するボール３の数は、ボール３の直径の合計長さが循環経路の長さより短くなるように設定されている。つまり、循環経路内でボール３間に隙間が生じている。
ボールねじは、多くの場合、軸方向を水平方向に向けて使用される。その際に、ボール戻し経路は、ねじ軸２の上側に配置される場合（図８）と、ねじ軸２の下側に配置される場合（図９）がある。

図８に示すように、ボール戻し経路（直線路１１と湾曲路４１）がねじ軸２の上側に配置される場合は、重力の作用により、軌道（螺旋溝１ａ，２ａ間）内にボール３が密集しやすくなる。これに伴って、特に、低速回転時や潤滑が不十分である場合などに、軌道内でボール３同士の競り合いが生じて、ボール３の滑らかな転動が阻害される可能性がある。

図９に示すように、ボール戻し経路（直線路１１と湾曲路４１）がねじ軸２の下側に配置される場合は、重力の作用により、ボール３がボール戻し経路内に密集し、軌道（螺旋溝１ａ，２ａ間）内ではボール３同士の間に隙間が生じるため、上述のような問題は生じない。
下記の特許文献１には、ボール戻し経路（連通路）の軌道（負荷路）との接続部に、ボール（転動体）の移動を制限する拘束機構を設けることで、上述のボール同士の競り合いを防止する提案がなされている。拘束機構の形成方法としては、連通路の内面に弾性突起や狭窄部を設ける方法、連通路の外側に磁石を設ける方法などが記載されている。

特開２００８−１７５２２９号公報

特許文献１に記載された拘束機構の形成方法には、ボールねじの軸方向を左右方向に向け、ボール戻し経路をねじ軸の上側に配置して使用した場合に、軌道内でのボール同士の競り合いを防止するという点で改善の余地がある。
この発明の課題は、軸方向を左右方向に向け、ボール戻し経路をねじ軸の上側に配置して使用した場合に、軌道内でのボール同士の競り合いが防止され、ボールの滑らかな転動が確保できるボールねじを提供することである。

上記課題を解決するために、この発明のボールねじは、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじであって、前記ボール戻し経路は、ナットの内部に形成され、ナットの軸方向に延びる直線路と、その両端に接続された湾曲路とからなり、軸方向を左右方向に向け、前記直線路をねじ軸の上側に配置して使用され、前記直線路の前記湾曲路側の部分に、前記ナットの外周面を円形の開口とする円柱状の凹部が形成され、前記凹部に、下記の構成(1) 〜(4) を満たすボール送り出し部材が配置されていることを特徴とする。

(1) 前記凹部に嵌まる円柱体からなる。
(2) 前記円柱体の径方向に貫通し、前記直線路を構成するボール通過穴を有する。
(3) 前記ボール通過穴の内面に、前記ボール通過穴の内側の直径を前記ボールの直径より小さくする突出部が、前記ボール通過穴の直径方向外側に弾性変形可能に形成されている。
(4) 前記突出部の弾性変形により、ボールを湾曲路側へ送り出すものである。

この発明のボールねじによれば、ナットの前記凹部に前記ボール送り出し部材が配置されていることにより、ナットの進行方向と反対側に配置されているボール送り出し部材で、前記直線路から移動してきたボールは、前記ボール送り出し部材のボール通過穴に入り、前記突出部に接触して一旦停止した後、前記突出部がボールに押されて弾性変形して外側に開いた後に元に戻ろうとする力で、前記湾曲路側へ送り出される。
これにより、前記直線路から移動してきた複数のボールが、前記湾曲路に一つ一つ隙間を開けて送り出されるため、軌道内にボールが密集することが抑制される。

この発明のボールねじによれば、軸方向を左右方向に向け、ボール戻し経路をねじ軸の上側に配置して使用した場合に、軌道内でのボール同士の競り合いが抑制され、ボールの滑らかな転動が確保される。

この発明の実施形態に相当するボールねじを示す断面図である。図１のボールねじのナットにおけるボール送り出し部材の取付凹部を示す断面図であって、（ａ）は図１の右側部分の軸方向に沿った断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＢ矢視図である。図１のボールねじで使用するボール送り出し部材を示す斜視図である。図１のボールねじで使用するボール送り出し部材を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は（ａ）のＡ矢視図、（ｅ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｆ）は（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。ナットにボール送り出し部材が取り付けられた状態を示す図であって、（ａ）はボール戻し経路におけるボールの動きを説明する軸方向に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図である。ボール送り出し部材の動きを説明する図である。ボール戻し経路がナットの内部に形成されている従来のボールねじのナットを示す斜視図である。ボール戻し経路がナットの内部に形成されている従来のボールねじを、軸方向を水平方向に向け、ボール戻し経路をねじ軸の上側に配置した状態を示す断面図である。ボール戻し経路がナットの内部に形成されている従来のボールねじを、軸方向を水平方向に向け、ボール戻し経路をねじ軸の下側に配置した状態を示す断面図である。

以下、この発明の実施形態について説明する。
図１はこの実施形態のボールねじを示す断面図である。
このボールねじは、ナット１と、ねじ軸２と、ボール３と、エンドデフレクタ４と、ボール送り出し部材５で構成されている。ナット１の内周面に螺旋溝１ａが形成され、ねじ軸２の外周面に螺旋溝２ａが形成されている。ナット１の螺旋溝１ａとねじ軸２の螺旋溝２ａにより、ボール３が負荷状態で転動する軌道が形成される。エンドデフレクタ４には、直線路１１と軌道を接続する湾曲路４１が形成されている。

ナット１には、また、軸方向に延びる貫通穴からなる直線路１１が形成され、その両端部に、エンドデフレクタ４を配置する凹部１２が形成されている。また、図２（ａ）に示すように、直線路１１の凹部１２に近い側に、ボール送り出し部材５を配置する凹部１３が形成されている。図２（ｂ）および（ｃ）に示すように、凹部１３はナット１の外周面を円形の開口とする円柱状に形成されている。また、凹部１３には、ボール送り出し部材５の抜け止め用窪み１３ａが形成されている。

ボール送り出し部材５は、図３および４に示すように、円柱状の凹部１３に嵌まる円柱体からなる。ボール送り出し部材５をなす円柱体の軸方向一端面（上面）５１は、ナット１の外周円と同心で径が少し小さい円弧面に形成されている。軸方向他端面（下面）５２は平面状である。ボール送り出し部材５には、円柱体の径方向に貫通するボール通過穴６が形成されている。

ボール通過穴６の内面に突出部６１が形成されている。ボール通過穴６の直径ｄ₆は、突出部６１が形成されている部分を除いて、直線路１１の直径ｄ₁₁と同じである。突出部６１が形成されている部分の直径ｄ₆₁はボール３の直径ｄ₃より小さい。
ボール送り出し部材５をなす円柱体の下端部に、所定幅（直径ｄ₆より小さい）の可動片５３が形成されている。突出部６１は、この可動片５３の上面に形成されている。この可動片５３により、突出部６１がボール通過穴６の直径方向外側に弾性変形可能になっている。

可動片５３は、円柱体の軸方向で下面５２からボール通過穴６に達する切り込み５２ａにより、ボール通過穴６の長さ方向一端から中心位置までの範囲で、円柱体から分離されている。また、円柱体の下面５２側の切り込み５２ｂにより、可動片５３の下面５３ａが円柱体の下面５２より高くなっている。
ボール送り出し部材５には、さらに、円柱体の外周面より外側に突出する一対の爪部７が、ボール通過穴６の長さ方向と直交する配置で、円柱体の上面５１より少し下の位置に形成されている。各爪部７とこれに連続する円柱体の外周部７１は、円柱体の上面５１側から軸方向に沿って入る切り込み５１ａにより、ボール通過穴６の中心より少し下の位置まで、円柱体の中央部分７２から分離されている。

切り込み５１ａによる中央部分７２と爪部７との隙間Ｗ１は、爪部７の円柱体からの突出寸法Ｗ２より少し大きい。よって、両爪部７を中央部分７２側に弾性変形させることで、両爪部７による外径を円柱体の外径より小さくできる。ナット１の凹部１３に設けた窪み１３ａは、この爪部７が嵌まる形状になっている。
ボール送り出し部材５は、例えば、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレンを用いた射出成形により作製できる。

このボール送り出し部材５を、図２に示すように、ボール通過穴６の長さ方向の突出部６１が形成されている側をエンドデフレクタ４側に向け、両爪部７を中央部分７２側に弾性変形させながら、ナット１の外周側から凹部１３内に挿入する。その結果、図５に示すように、爪部７の外周部が凹部１３の窪み１３ａに入り、ボール通過穴６が直線路１１と連通する。すなわち、ボール通過穴６が、ナット１に形成されている直線路１１とともにボール戻し経路の直線路を構成する。

これにより、このボールねじのボール戻し経路は、ナット１に形成されている直線路１１と、ナット１の凹部１３に配置されたボール送り出し部材５のボール通過穴６と、ナット１の凹部１２に配置されたエンドデフレクタ４の湾曲路４１とで形成される。図５のラインＬは、ねじ軸２の外周面の位置を示す。
このボールねじを、ねじ軸２を水平方向に向け、直線路１１をねじ軸２の上側に配置して使用する。その際に、ナット１の進行方向と反対側の端部では、直線路１１からボール送り出し部材５にボール３が移動する。

そして、移動してきたボール３は、図６（ａ）に示すように、先ず、ボール送り出し部材５のボール通過穴６の突出部６１に接触して一旦停止する。次に、図６（ｂ）に示すように、突出部６１がボール３に押されて弾性変形して、可動片５３が外側に開く。
これに伴って、ボール３がボール通過穴６の突出部６１の位置を通過する際に、可動片５３が元の位置に戻ろうとする。この可動片５３が元に戻ろうとする力で、図６（ｃ）に示すように、ボール３がボール通過穴６から湾曲路４１側へ送り出される。また、次のボール３が突出部６１に接触して一旦停止する。

これにより、直線路１１から移動してきた複数のボール３が、湾曲路４１に一つ一つ隙間を開けて送り出され、湾曲路４１の上下方向に延びる部分を一気に通り抜けるため、軌道（螺旋溝２ａ）内にボール３が密集することが抑制される。図５の二点鎖線は、ボール３とナット１の螺旋溝との接触予想線である。
なお、この実施形態のボールねじでは、ナット１に形成された直線路１１の両端に対する湾曲路の接続を、湾曲路４１を有するエンドデフレクタ４をナット１の凹部１４に配置することで行っているが、これに代えて、湾曲路４１を有するエンドキャップをナット１の軸方向両端部に取り付けることで行ってもよい。

１ナット
１ａナットの螺旋溝
１１直線路
１２エンドデフレクタを配置する凹部
１３ボール送り出し部材を配置する凹部
２ねじ軸
２ａねじ軸の螺旋溝
３ボール
４エンドデフレクタ
４１湾曲路
５ボール送り出し部材
５１ボール送り出し部材の上面
５１ａ切り込み
５２ボール送り出し部材の下面
５２ａ切り込み
５２ｂ切り込み
５３可動片
５３ａ可動片の下面
６ボール通過穴
６１突出部
７爪部
７１円柱体の外周部
７２円柱体の中央部分
ｄ₁₁ 直線路の断面円の直径
ｄ₃ ボールの直径
ｄ₆ ボール通過穴の直径
ｄ₆₁ 突出部の直径

Claims

内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道の間に配置されたボールと、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備え、前記軌道内をボールが転動することで前記ナットがねじ軸に対して相対移動するボールねじであって、
前記ボール戻し経路は、ナットの内部に形成され、ナットの軸方向に延びる直線路と、その両端に接続された湾曲路とからなり、
軸方向を左右方向に向け、前記直線路をねじ軸の上側に配置して使用され、
前記直線路の前記湾曲路側の部分に、前記ナットの外周面を円形の開口とする円柱状の凹部が形成され、
前記凹部に、
前記凹部に嵌まる円柱体からなり、
前記円柱体の径方向に貫通し、前記直線路を構成するボール通過穴を有し、
前記ボール通過穴の内面に、前記ボール通過穴の内側の直径を前記ボールの直径より小さくする突出部が、前記ボール通過穴の直径方向外側に弾性変形可能に形成され、
前記突出部の弾性変形によりボールを湾曲路側へ送り出すボール送り出し部材が、配置されていることを特徴とするボールねじ。