JP2012127385A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじを、構造を複雑化することなく、バックラッシュを解消しうるとともに、装置全体を小型化できるようにする。
【解決手段】螺旋状の雄ねじ溝１が形成されたねじ軸２と、螺旋状の雌ねじ溝３が形成された雌ねじ孔４、平削面１１、および連通孔１２が設けられた第１ナット５と、螺旋状の雌ねじ溝６が形成された雌ねじ孔７、平削面１１、および連通孔１５が設けられた第２ナット８と、平削面１１、１４に当接することにより、第２ナット８を第１ナット５に対して回り止めする平削底面２２ａを有し、内部に、帰還路２５が設けられたリターンガイド２２と、コイルばね状の第１第２閉塞部材１３、１６と、循環経路２６内を循環する複数のボール９と、第１、第２ナット５、８を互いに離れるように付勢する付勢手段２１とを備えるものとする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、送り機構等に用いられるボールねじに関する。

この種のボールねじには、例えば特許文献１に記載されているように、内周面に第１ねじ溝を形成したナットと、外周面に第２ねじ溝を形成したねじ軸と、第１ねじ溝を第２ねじ溝に対向させ、両ねじ溝間に形成した弦巻状溝内に転動自在に収容した複数のボールと、ねじ軸の一端側及び他端側にねじ込まれ、弦巻状溝に沿ったボールの移動範囲を規制するコイル状の規制部材と、ナット内に設けられ、弦巻状溝に連通した１対の縦孔を、水平方向に延出した横孔をもって連通し、移動範囲内に収容された一端側のボールを他端側へ帰還する帰還経路とを備え、ボールが摺動する摺接部分を、潤滑皮膜をもって被覆したものがある。

また、特許文献２に記載されているように、上記ナットに相当する摺動台を、第１摺動台と第２摺動台とに２分割し、それぞれに、ボールの循環経路を設け、一方の摺動台に設けた予圧調整ボルトを他方の摺動台に当接させて、両摺動台に設けたねじ溝間に位相差を設けることにより、循環するボールに予圧を付与し、軸方向のバックラッシュを解消するようにしたものもある。

特開２００４−６０７４２号公報 特開平５−５２２１８号公報

上記特許文献１に記載されているボールねじは、摺接部分における潤滑皮膜が剥離したとき、摺接部分とボールとの隙間が増大するため、弦巻状溝における軸方向すきまによるバックラッシュが発生し、ねじ軸に沿った直線移動の位置決め精度を低下させたり、弦巻状溝と帰還経路における縦孔との間でボールの回転移動を妨げたりする。

このようなバックラッシュを解消するためには、上記特許文献２に示されているように、上記ナットに相当する摺動台を、第１摺動台と第２摺動台とに２分割し、それぞれに、ボールの循環経路を設け、両摺動台に設けたねじ溝間に位相差を設けるのが好ましいが、このようにすると、ボールの循環経路を２系統設けなければならず、構造が複雑化し、装置全体の小型化、特にねじ軸の小径化が図れないという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、構造を複雑化することなく、バックラッシュを解消しうるとともに、ボールが常時円滑に循環することができ、しかも装置全体の小型化、特にねじ軸の小径化が図れるようにしたボールねじを提供することを目的としている。

本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
(１) 外周面に螺旋状の雄ねじ溝が形成されたねじ軸と、内周面に前記ねじ軸の雄ねじ溝と同一ピッチの螺旋状の雌ねじ溝が形成され、かつ前記ねじ軸が挿通する雌ねじ孔を有し、外周面の一部に平削面が形成され、さらに、前記雌ねじ溝の一部から平削面まで貫通する連通孔が設けられた第１ナットと、内周面に前記ねじ軸の雄ねじ溝と同一ピッチの螺旋状の雌ねじ溝が形成され、かつ前記ねじ軸が挿通する雌ねじ孔を有し、外周面の一部に平削面が形成され、さらに、前記雌ねじ溝の一部から平削面まで貫通する連通孔が設けられ、前記第１ナットと当接または近接して配設された第２ナットと、前記第１ナットの平削面に当接するようにして固着され、かつ前記第２ナットの平削面に、ねじ軸の軸線方向に摺動可能として当接することにより、前記第２ナットを前記第１ナットに対して回り止めする平削底面を有し、内部に、前記第１ナットの平削面に開口する連通孔と前記第２ナットの平削面に開口する連通孔とを連通する帰還路が設けられたリターンガイドと、前記第１ナットの雌ねじ溝における連通孔より外側の部分に圧嵌された、拡径習性を有するコイルばね状の第１閉塞部材と、前記第２ナットの雌ねじ溝における連通孔より外側の部分に圧嵌された、拡径習性を有するコイルばね状の第２閉塞部材と、前記第１閉塞部材と第２閉塞部材とによって両端が閉塞された前記ねじ軸の雄ねじ溝と前記第１ナットおよび第２ナットの雌ねじ溝とによって形成される螺旋孔と前記第１ナットの連通孔とリターンガイドの帰還路と前記第２ナットの連通孔とによって形成される循環経路内を循環するようにした複数のボールと、前記第１ナットと第２ナットとの間に設けられ、両ナットがねじ軸の軸線方向に互いに離れるように付勢する付勢手段とを備えるものとする。

このような構成とすると、付勢手段の付勢力により、第１ナット内のボールと第２ナット内のボールとの間に予圧を付与して、バックラッシュを解消させることができ、しかも、ボールの循環経路が１系統だけでよく、構造を簡素化することができるとともに、装置全体の小型化、特にねじ軸の小径化を図ることができる。

(２) 上記(１)項において、リターンガイドにおける帰還路の両端部と、それに連通する第１ナットおよび第２ナットの連通孔との接続部分を、ねじ軸の中心軸線に対して鋭角をなすように傾斜させるか、または湾曲させる。

このような構成とすると、ボールの摩耗等により、リターンガイドと第２ナットとの間に、微小なずれが生じたとしても、ボールは、第２ナットの連通孔とリターンガイドの帰還路との接合部分において停止させられることなく、第２ナットの連通孔からリターンガイドの帰還路へ、またはその逆方向へ、円滑に循環することができる。

(３) 上記(１)または(２)項において、リターンガイドにおける帰還路の両端部と、それに連通する第１ナットおよび第２ナットの連通孔の端部との開口縁を面取りする。

このような構成とすると、ボールの摩耗等により、リターンガイドと第２ナットとの間に、微小なずれが生じたとしても、ボールは、第２ナットの連通孔とリターンガイドの帰還路との接合部分において停止させられることなく、第２ナットの連通孔からリターンガイドの帰還路へ、またはその逆方向へ、さらに円滑に循環することができる。

(４)上記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、各閉塞部材における連通孔側の端面を、前記連通孔の内面と整合する曲面に形成する。

このような構成とすると、ボールは、螺旋孔と連通孔との接合部分において停止させられることなく、円滑に循環することができる。

(５)上記(１)〜(４)項のいずれかにおいて、第１ナットにおける連通孔および第２ナットにおける連通孔を、それらのナットにおける雌ねじ溝に対して接線方向を向くように設ける。

このような構成とすると、連通孔を、螺旋孔に角部のない状態で連設することができるので、ボールは、螺旋孔から連通孔へ、またはその逆方向へ、円滑に循環することができる。

(６)上記(１)〜(５)項のいずれかにおいて、付勢手段を、第１ナットと第２ナットとの対向端面のいずれか一方における、雌ねじ孔を中心とする円周上に等間隔に設けた複数のばね収容孔に収容され、他方の対向端面を一方の対向端面から離れる方向に押動する複数の圧縮コイルばねとする。

このような構成とすると、付勢手段を、簡単な構造とすることができるとともに、第１ナットと第２ナットとの間に、円周方向に均一な付勢力を付与することができ、もって、第１ナット内のボールと第２ナット内のボールとの間に均一な予圧を付与し、バックラッシュを解消することができる。

(７)上記(１)〜(６)項のいずれかにおいて、リターンガイドの先端面を、ねじ軸から離れるにしたがって第１ナットに近づくように傾斜する傾斜面とし、それに対向する第２ナットの対向面をも、同方向に傾斜する傾斜面とする。

このような構成とすると、第２ナットは、その平削面とリターンガイドの平削底面との当接による回り止め作用に加えて、リターンガイドの先端面が第２ナットの傾斜面と当接することにより、リターンガイドに、ひいては第１ナットに、確実に回り止めされる。

本発明によると、構造を複雑化することなく、バックラッシュを解消しうるとともに、ボールが常時円滑に循環することができ、しかも装置全体の小型化、特にねじ軸の小径化が図れるようにしたボールねじを提供することができる。

本発明のボールねじの一実施形態の一部を破断して示す平面図である。 同じく中央縦断正面図である。 図１のIII−III線における縦断面図である。 図１のIV−IV線における縦断面図である。 本発明のボールねじの一実施形態の分解斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１〜図５に示すように、このボールねじは、適宜の支持体(図示略)に中心軸線回りに回転自在に枢支され、外周面に螺旋状の雄ねじ溝１が形成された左右方向を向くねじ軸２と、内周面にねじ軸２の雄ねじ溝１と同一ピッチの螺旋状の雌ねじ溝３が形成され、かつねじ軸２が挿通する雌ねじ孔４を有する第１ナット５と、この第１ナット５の左端面に当接または近接して配設され、内周面にねじ軸２の雄ねじ溝１と同一ピッチの螺旋状の雌ねじ溝６が形成され、かつねじ軸２が挿通する雌ねじ孔７を有する第２ナット８とを備えている。

図２に示すように、第１ナット５と第２ナット８とを、それらの対向端面同士を互いに突き合わせた状態で、それらの雌ねじ孔４、７にねじ軸２を挿入したとき、ねじ軸２の雄ねじ溝１と第１ナット５および第２ナット８の雌ねじ溝３、６とによって、ボール９が挿通しうる螺旋孔１０が形成されるようになっている。

第１ナット５は、筒部５ａの一端に、上記支持体に左右方向に直線移動可能として装着された移動部材(図示略)を取付けるための前後方向に突出する拡幅鍔部５ｂが連設されたものよりなり、筒部５ａの外周面における上部には、拡幅鍔部５ｂの近くから筒部５ａの他端までに至る平削面１１が形成されている。
この第１ナット５における平削面１１の右端には、ねじ軸２の中心軸線と直交する円弧状の起立面１１ａが連設されている。

図２および図３に示すように、第１ナット５の内部には、雌ねじ溝３の一部から雌ねじ溝３の接線方向上向きに平削面１１まで貫通する連通孔１２が設けられている。
この連通孔１２の内径は、螺旋孔１０の内径とほぼ等しく、ボール９の外径よりわずかに大としてある。また、連通孔１２の上端部は、図２および図３に示すように、ねじ軸２の中心軸線およびそれと直交する水平軸線に対して鋭角をなすように傾斜させてある。
なお、連通孔１２の上端開口縁は、わずかに面取りしておくのが好ましい。

第１ナット５の雌ねじ溝３における連通孔１２より外側(図２の右方)の部分には、拡径習性を有するコイルばね状の第１閉塞部材１３が、雌ねじ溝３の内面に圧着するようにして設けられている。
第１閉塞部材１３の線径は、ボール９の線径とほぼ同一としてあり、第１閉塞部材１３の連通孔１２側の端面１３ａは、連通孔１２の内面と整合する曲面に形成してある。

この端面１３ａを形成するには、第１閉塞部材１３の素材となるコイルばねを、その端部が連通孔１２内に位置するようにして雌ねじ溝３内に嵌合した後、連通孔１２内に、その内径とほぼ同径の外径を有するドリル(図示略)を挿入して、上記コイルばねの端部を切削するのがよい。

ほぼ円筒形をなす第２ナット８の外周面の上部には、第１ナット５における平削面１１と同様の平削面１４が、左端近傍から右端にかけて設けられている。この第２ナット８における平削面１４の左端には、ねじ軸２から離れるにしたがって第１ナット５に近づくように傾斜する傾斜面１４ａが形成されている。

図２および図４に示すように、第２ナット８の内部には、雌ねじ溝６の一部から雌ねじ溝６の接線方向上向きに平削面１４まで貫通する連通孔１５が設けられている。
この連通孔１５の内径は、螺旋孔１０の内径とほぼ等しく、ボール９の外径よりわずかに大としてある。また、連通孔１５の上端部は、図２および図４に示すように、ねじ軸２の中心軸線およびそれと直交する水平軸線に対して鋭角をなすように傾斜させてある。
なお、連通孔１５の上端開口縁は、わずかに面取りしておくのが好ましい。

第２ナット８の雌ねじ溝６における連通孔１５より外側(図２の左方)の部分には、拡径習性を有するコイルばね状の第２閉塞部材１６が、雌ねじ溝６の内面に圧着するようにして設けられている。
第２閉塞部材１６の線径は、ボール９の線径とほぼ同一としてあり、第２閉塞部材１６の連通孔１５側の端面１６ａは、連通孔１２の内面と整合する曲面に形成してある。

この端面１６ａを形成するには、第１閉塞部材１３の端面１３ａと同様に、第２閉塞部材１６の素材となるコイルばねを、その端部が連通孔１５内に位置するようにして雌ねじ溝６内に嵌合した後、連通孔１５内に、その内径とほぼ同径の外径を有するドリル(図示略)を挿入して、上記コイルばねの端部を切削するのがよい。

図２および図４に示すように、第２ナット８には、雌ねじ孔７と平行の互いに連続する３個のねじ孔１７とばね収容孔１８とが、雌ねじ孔７を中心とする円周方向に等間隔に設けられている。
各ねじ孔１７は第２ナット８の左端面に開口し、各ねじ孔１７には調節ねじ１９が螺合されている。
ばね収容孔１８には、圧縮コイルばね２０が、その左端が調節ねじ１９の右端に当接し、かつ右端が第１ナット５の左端面に当接して、その左端面を第２ナット８の右端面から離れる方向に押動するように縮設されている。

この３個の圧縮コイルばね２０、調節ねじ１９等により、第１ナット５と第２ナット８との間に設けられ、両ナット５、８がねじ軸２の軸線方向に互いに離れるように付勢する付勢手段２１が形成されている。
この付勢手段２１の付勢力により、第１ナット５内のボール９と第２ナット８内のボール９との間に予圧が付与され、第１ナット５のバックラッシュが解消される。

また、付勢手段２１を上記のような構成とすると、構造を簡素化することができるとともに、第１ナット５と第２ナット８との間に、円周方向に均一な付勢力を付与することができ、もって、第１ナット５内のボール９と第２ナット８内のボール９との間に均一な予圧を付与することができる。

第１ナット５と第２ナット８との外周面における平削面１１、１４を形成することによって円筒形状から欠落した部分には、それを補完する形状をなすリターンガイド２２が嵌合され、そのリターンガイド２２の右端部は、２個のボルト２３、２３をもって、第１ナット５に固着されている。

リターンガイド２２は、第１ナット５の平削面１１と第２ナット８の平削面１４とに当接する平削底面２２ａと、この平削底面２２ａを弦とする円弧状の外周面２２ｂと、第１ナット５における起立面１１ａに当接するようにした基端面２２ｃと、ねじ軸２から離れるにしたがって第１ナットに近づくように傾斜し、第２ナット８の傾斜面１４ａと平行の傾斜面をなす先端面２２ｄとを有している。

リターンガイド２２の平削底面２２ａが、第１ナット５の平削面１１に対して固着され、かつ第２ナット８の平削面１４に対しては、ねじ軸２の軸線方向に摺動可能として当接していることにより、第２ナット８は、第１ナット５に対して回り止めされている。

このボールねじの組付時においては、第１ナット５と第２ナット８とが互いに当接し、かつリターンガイド２２の先端面２２ｄが第２ナット８の傾斜面１４ａと当接するように設定し、このリターンガイド２２の先端面２２ｄと第２ナット８の傾斜面１４ａとの当接によっても、第２ナット８が第１ナット５に対して回り止めされるようにしておくのが好ましい。
しかし、圧縮コイルばね２０の付勢力と、各部の寸法誤差およびボール９の摩耗等により、第２ナット８が第１ナット５に対してねじ軸２の軸線方向に離れたときは、リターンガイド２２の先端面２２ｄは、第２ナット８の傾斜面１４ａから離間する。

リターンガイド２２の平削底面２２ａには、第１ナット５の平削面１１に開口する連通孔１２と、第２ナット８の平削面１５に開口する連通孔１５とを連通する凹溝２４が設けられ、リターンガイド２２の平削底面２２ａを第１ナット５の平削面１１と第２ナット８の平削面１５とに当接させることによって、この凹溝２４と両平削面１１、１５とによって、連通孔１２と連通孔１５とを連通する帰還路２５が形成されている。

この帰還路２５の内径は、ボール９が円滑に循環しうるように、ボール９の外径よりわずかに大とするのが好ましい。
この実施形態では、製作を容易にするため、帰還路２５を凹溝２４によって形成してあるが、リターンガイド２２の内部に、ボール９が円滑に循環しうる孔を穿設して、それを帰還路２５としてもよい。

帰還路２５の両端部と、それに連通する第１ナット５の連通孔１２および第２ナット８の連通孔１５との接続部分は、ねじ軸２の中心軸線に対して鋭角をなすように傾斜させるか、またはなだらかに湾曲させるのが好ましい。
さらに、帰還路２５の両端部と、それに連通する第１ナット５および第２ナット８の連通孔１２、１５の端部との開口縁を僅かに面取りしたり、または開口をねじ軸２の中心軸線方向に僅かに長い長円形とするのが好ましい。
そうすることによって、リターンガイド２２が第１ナット５または第２ナット８に対して、ねじ軸２の中心軸線方向に僅かに位置ずれしても、ボール９は、帰還路２５と連通孔１２、１５との接合部分において停止させられることなく、連通孔１２から帰還路２５を通って連通孔１５へ、またはその逆方向へ、円滑に循環することができる。

かくして、第１閉塞部材１３と第２閉塞部材１６とによって両端が閉塞されたねじ軸２の雄ねじ溝１と第１ナット５および第２ナット８の雌ねじ溝３、６とによって形成される螺旋孔１０と、第１ナット５の連通孔１２と、リターンガイドの帰還路２５と、第２ナット８の連通孔１５とによって循環経路２６が形成され、この循環経路２６内を、複数のボール９が連続して循環させられることにより、ねじ軸２を一方向または他方向へ回転させることによって、第１ナット５に取付けられた移動部材を、支持体に対して、摩擦抵抗がほとんどない状態で、円滑に左右方向に直線移動させることができる。

また、付勢手段２１の付勢力により、第２ナット８は第１ナット５に対して、ねじ軸２の軸線方向に離れるように付勢され、第１ナット５内のボール９と第２ナット８内のボール９との間に、互いに離れようとする予圧が付与され、もって、各部の寸法誤差や摩耗等に基づくバックラッシュが解消される。

さらに、ボール９の循環経路２６は１系統だけでよいので、構造を簡素化することができ、それに伴い、装置全体の小型化、特にねじ軸２の小径化を図ることができる。

本発明のボールねじは、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、付勢手段を、圧縮コイルばね２０に代えて、第１ナット５と第２ナット８との対向端面間に設けた皿ばねとすることもできる。

１ 雄ねじ溝
２ ねじ軸
３ 雌ねじ溝
４ 雌ねじ孔
５ 第１ナット
５ａ筒部
５ｂ拡幅鍔部
６ 雌ねじ溝
７ 雌ねじ孔
８ 第２ナット
９ ボール
１０ 螺旋孔
１１ 平削面
１１ａ起立面
１２ 連通孔
１３ 第１閉塞部材
１３ａ端面
１４ 平削面
１４ａ傾斜面
１５ 連通孔
１６ 第２閉塞部材
１６ａ端面
１７ ねじ孔
１８ ばね収容孔
１９ 調節ねじ
２０ 圧縮コイルばね
２１ 付勢手段
２２ リターンガイド
２２ａ平削底面
２２ｂ外周面
２２ｃ基端面
２２ｄ先端面
２３ ボルト
２４ 凹溝
２５ 帰還路
２６ 循環経路

Claims (7)

1. 外周面に螺旋状の雄ねじ溝が形成されたねじ軸と、
   内周面に前記ねじ軸の雄ねじ溝と同一ピッチの螺旋状の雌ねじ溝が形成され、かつ前記ねじ軸が挿通する雌ねじ孔を有し、外周面の一部に平削面が形成され、さらに、前記雌ねじ溝の一部から平削面まで貫通する連通孔が設けられた第１ナットと、
   内周面に前記ねじ軸の雄ねじ溝と同一ピッチの螺旋状の雌ねじ溝が形成され、かつ前記ねじ軸が挿通する雌ねじ孔を有し、外周面の一部に平削面が形成され、さらに、前記雌ねじ溝の一部から平削面まで貫通する連通孔が設けられ、前記第１ナットと当接または近接して配設された第２ナットと、
   前記第１ナットの平削面に当接するようにして固着され、かつ前記第２ナットの平削面に、ねじ軸の軸線方向に摺動可能として当接することにより、前記第２ナットを前記第１ナットに対して回り止めする平削底面を有し、内部に、前記第１ナットの平削面に開口する連通孔と前記第２ナットの平削面に開口する連通孔とを連通する帰還路が設けられたリターンガイドと、
   前記第１ナットの雌ねじ溝における連通孔より外側の部分に圧嵌された、拡径習性を有するコイルばね状の第１閉塞部材と、
   前記第２ナットの雌ねじ溝における連通孔より外側の部分に圧嵌された、拡径習性を有するコイルばね状の第２閉塞部材と、
   前記第１閉塞部材と第２閉塞部材とによって両端が閉塞された前記ねじ軸の雄ねじ溝と前記第１ナットおよび第２ナットの雌ねじ溝とによって形成される螺旋孔と前記第１ナットの連通孔とリターンガイドの帰還路と前記第２ナットの連通孔とによって形成される循環経路内を循環するようにした複数のボールと、
   前記第１ナットと第２ナットとの間に設けられ、両ナットがねじ軸の軸線方向に互いに離れるように付勢する付勢手段
   とを備えることを特徴とするボールねじ。
2. リターンガイドにおける帰還路の両端部と、それに連通する第１ナットおよび第２ナットの連通孔との接続部分を、ねじ軸の中心軸線に対して鋭角をなすように傾斜させるか、または湾曲させた請求項１記載のボールねじ。
3. リターンガイドにおける帰還路の両端部と、それに連通する第１ナットおよび第２ナットの連通孔の端部との開口縁を面取りした請求項１または２記載のボールねじ。
4. 各閉塞部材における連通孔側の端面を、前記連通孔の内面と整合する曲面に形成した請求項１〜３のいずれかに記載のボールねじ。
5. 第１ナットにおける連通孔および第２ナットにおける連通孔を、それらのナットにおける雌ねじ溝に対して接線方向を向くように設けた請求項１〜４のいずれかに記載のボールねじ。
6. 付勢手段を、第１ナットと第２ナットとの対向端面のいずれか一方における、雌ねじ孔を中心とする円周上に等間隔に設けた複数のばね収容孔に収容され、他方の対向端面を一方の対向端面から離れる方向に押動する複数の圧縮コイルばねとした請求項１〜５のいずれかに記載のボールねじ。
7. リターンガイドの先端面を、ねじ軸から離れるにしたがって第１ナットに近づくように傾斜する傾斜面とし、それに対向する第２ナットの対向面をも、同方向に傾斜する傾斜面とした請求項１〜６のいずれかに記載のボールねじ。

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