JP2013015213A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】 ボール喪失時にナットを制動する制動ピースをリードの異なるボールねじ間で共用できるボールねじを提供する。
【解決手段】 ボール１１の喪失が起こった場合、ねじ軸４の雄ねじ溝２とナット７の雌ねじ溝５との係合が断たれ、ナット７および被駆動部材４１が重力によって落下しようとする。ところが、ナット７が下方に若干量移動すると、係止ポール３２の先端３２ａが間隙Ｓ１をもって対峙していた雄ねじ溝２に当接し、先端３２ａに沿って雄ねじ溝２の内周が滑ることでねじ軸４が図中右方に移動する。すると、ねじ軸４のランド３が間隙Ｓ２をもって対峙していた円弧状凸部３３の係止面３４に当接して係止され、制動リング３０とねじ軸４との相対動が係止ポール３２によって阻止される。これにより、ねじ軸４に対するナット７の軸方向移動が起こらなくなり、ナット７および被駆動部材４１が確実に制動される。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ボール喪失時にナットを自動的に制動するボールねじに係り、詳しくは、制動に供される制動ピースをリードの異なるボールねじ間で共用化させる技術に関する。

ボールねじは、産業機械やロボット等に用いられる機械要素であり、外周面に雄ねじ溝を有するねじ軸と、内周に雌ねじ溝を有するナットと、雄ねじ溝と雌ねじ溝とによって画成された転走路に収容された多数のボール（通常は鋼球）とを備え、高い動力伝達効率と位置精度とをもって回転運動の直線運動への変換（あるいは、直線運動の回転運動への変換）を行う。ボールねじではボールを循環させる循環通路を設ける必要があり、この循環通路を形成するために循環パイプやデフレクタ等の循環部品が採用されている。ところで、循環部品は、ねじ止めや圧入によってナットに一体化されているが、外力が加わること等によって脱落する可能性がある。そして、循環部品が脱落してボールが一度に失われると、ねじ軸とナットとの係合が解かれてボールねじを組み込んだ装置が予期しない作動（被駆動体の落下等）を起こす虞があった。

そこで、ボールの喪失時にナットを自動的に制動するボールねじとして、雌ねじ山を有する安全ナットをナットの端部に取り付け、ボールの喪失時に安全ナットの雌ねじ山がねじ軸の雌ねじ溝に衝合することにより、ねじ軸に対してナットが自動的に制動されるもの（特許文献１，２参照）や、雌ねじ山の代わりとなるコイル状のストッパリングをナットの雌ねじ溝の端部に固着させたもの（特許文献３参照）、特許文献１，２と同様の雌ねじ山をナット自体に形成したもの（特許文献４参照）、複数のスリットを有する円筒状の制動ハウジングと、この制動ハウジングを縮径方向に付勢するばねリングとをナットの一端に取り付けたもの（特許文献５参照）等が提案されている。

特開平１１−８２６６５号公報 実用新案登録第３０７４７２０号公報 特開２０００−１８３６１号公報 特開平１１−１７３３９４号公報 特開２００４−３５３７２５号公報

上述した特許文献１〜３のボールねじでは、安全ナットの雌ねじ山やストッパリングとしてねじ軸の雄ねじ溝に対応するもの（すなわち、同一のリードを有するもの）が必要となることで、以下に述べる問題が生じていた。一般に、ボールねじでは、同一径でありながら、要求仕様の相違によってリードの異なる多種のねじ軸が用いられるが、この場合にボールねじ間で安全ナットやストッパリングを共用することができなくなる。特許文献１，２の安全ナットは、ボールねじの付随部品であるため、ＭＩＭ（Metal Injection Molding：金属粉末射出成形）法やロストワックス法等によって安価に製造することが望ましいが、リードの相違に対応するものがそれぞれ必要になると、安全ナット用の成形型の製作コストが非常に高くなる。また、特許文献３のストッパリングについても、リードが異なるナット間では安全ナットと同様に共用できないため、その製造や管理が煩雑になる。

一方、特許文献４のボールねじでは、単一のナットに雌ねじ溝と雌ねじ山とを同軸に形成するが、このような加工を行うことは現実的には難しく、例え可能であったとしても段取り等が非常に煩雑となる。また、特許文献５のボールねじでは、端部に制動ハウジングが付加されることでナットの全長が長くなり、ボールねじが組み込まれる装置の体格が大きくなること等が避けられない。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、ボール喪失時にナットを制動する制動ピースをリードの異なるボールねじ間で共用できるボールねじを提供することを目的とする。

本発明の第１の側面では、外周面に雄ねじ溝（２）が形成されたねじ軸（４）と、内周に当該雄ねじ溝に対向する雌ねじ溝（５）が形成されたナット（７）と、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝とからなる転走路（８）に収容された複数のボール（１１）と、前記ナットに固着され、前記ボールの喪失時における前記ねじ軸と当該ナットとの相対動を抑制する制動ピース（３０）とを備えたボールねじ（１）であって、前記制動ピースは、その先端（３２ａ）が前記雄ねじ溝に進入するとともに当該先端が当該雄ねじ溝に所定の間隙をもって対峙する係止ポール（３２）と、前記係止ポールとは異なる位置で前記ねじ軸のランド（３）に所定の間隙をもって対峙する係止面（３４）とを有し、前記係止ポールの先端は、当該係止ポールの軸心を回動中心として、単体では前記雄ねじ溝内で所定角度をもって回動可能な形状に形成された。

また、本発明の第２の側面では、前記係止ポールの先端は、前記雄ねじ溝の円弧径（Ｒｓ）よりも小さい半径（Ｒｐ）を有する半球状に形成された。

また、本発明の第３の側面では、前記制動ピースが前記ナットに締結される円環状の本体部（３１）を有し、前記係止ポールが前記本体部の内周に突設され、前記係止面が前記本体部の内周に形成された。

また、本発明の第４の側面では、前記本体部の内周には前記ねじ軸の軸方向視で円弧状を呈する円弧状凸部（３３）が少なくとも１つ突設され、前記係止面が当該円弧状凸部に形成された。

本発明の第１の側面によれば、ボールの喪失が生じた場合、係止ポールの先端が雄ねじ溝に係合する一方、係止面がランドに当接することによりねじ軸とナットとの相対動が抑制される。また、係止ポールの先端が係止ポールの軸心を回動中心として、単体では雄ねじ溝内で回動可能な形状に形成されているため、リードが異なっていても、外径や雄ねじ溝の幅が同一であるねじ軸に対しては、同一の制動ピースを用いることができる。また、第２の側面によれば、ねじ軸のリードが異なっていても、ボール喪失時に係止ポールと雄ねじ溝とが同一かつ強固な係合状態をもって係合する。また、第３の側面によれば、大きな荷重が掛かっても係止ポールと係止面との開きが起こりにくくなり、確実な制動が実現される。また、第４の側面によれば、本体部における円弧状凸部が形成されていない部位がグリース溜まりとして機能し、ボールねじの良好な潤滑を長期間にわたって維持できる。

実施形態に係るボールねじの要部斜視図である。 実施形態に係るボールねじの分解斜視図である。 実施形態に係る制動リングの斜視図である。 実施形態に係るボールねじの要部縦断面図である。 実施形態に係るボールねじの通常時における作動を示す縦断面図である。 実施形態に係るボールねじのボール喪失時における作動を示す縦断面図である。 実施形態に係る制動リングをリードの異なるねじ軸を有するボールねじに用いた状態を示す縦断面図である。 制動リングの一部変形例を示す斜視図である。 制動リングの一部変形例を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明を適用したボールねじの一実施形態を詳細に説明する。なお、実施形態の説明にあたっては、図１中に前後を矢印で示し、位置や方向をこれらに沿って表記する。

≪実施形態の構成≫
図１〜図３に示すように、本実施形態のボールねじ１は、雄ねじ溝２およびランド３が外周に形成されたねじ軸４と、雄ねじ溝２に対応する雌ねじ溝５が内周に形成されるとともに軸方向中央の外周にフランジ６を有するナット７と、雄ねじ溝２と雌ねじ溝５とによって画成された転走路８に収容された多数個のボール１１と、ナット７の前後端にスクリュー１２によって締結された一対のデフレクタ１３と、ナット７の前端面にスクリュー１２によって締結された制動リング３０（制動ピース）と、ナット７の後端面および制動リング３０の前端面にスクリュー１５によって締結された一対のグリース保持器１６とから構成されている。

図２，図３に示すように、グリース保持器１６は、薄鋼板プレス成型品のインナカバー１７およびアウタカバー１８内に樹脂製のリップシール１９を２枚内装したものであり、リップシール１９の内周端がねじ軸４の雄ねじ溝２やランド３に摺接することにより、ボールねじ１に封入されたグリース２０の漏出を防止する。

制動リング３０は、ＭＩＭ法やロストワックス法によって製造されており、図４に示すように、円環状を呈する本体部３１と、本体部３１の内周に突設された円柱状の係止ポール３２と、係止ポール３２と対向する位置（回転位相が１８０°ずれた位置）で本体部３１の内周に突設された円弧状凸部３３とを有しており、円弧状凸部３３の内周が係止面３４となっている。係止ポール３２の先端３２ａは、その半径Ｒｐが雄ねじ溝２の円弧径Ｒｓよりも若干小さい半球状を呈しており、ボールねじ１の組立状態において、図３に示すように、ねじ軸４の雄ねじ溝２にごく小さい間隙Ｓ１（例えば、０．２ｍｍ程度）をもって対峙している。一方、係止面３４も、ボールねじ１の組立状態において、図３に示すように、ごく小さい間隙Ｓ２（例えば、０．２ｍｍ程度）をもって、ねじ軸４のランド３に対峙している。係止ポール３２の先端３２ａは、その半径Ｒｐが雄ねじ溝２の円弧径Ｒｓよりも若干小さい半球状を呈していることから、係止ポール３２の軸心Ｃｐを回動中心として、単体では雄ねじ溝２内で３６０°の角度範囲で回動可能となっている。

≪実施形態の作用≫
ボールねじ１は、産業機械やロボット等に直線駆動機構の要素として組み込まれ、図５に示すように、ナット７のフランジ６が被駆動部材４１の端面に締結され、ねじ軸４がモータや減速器等からなる図示しない回転駆動装置に連結される。そして、回転駆動装置によってねじ軸４が回転駆動されると、雄ねじ溝２と雌ねじ溝５とがボール１１を介して螺合していることにより、ナット７の螺進に伴って図５中で上方あるいは下方に被駆動部材４１が直進駆動される。この際、図４に示すように、係止ポール３２の先端３２ａと雄ねじ溝２との間に間隙Ｓ１が存在し、係止面３４とランド３との間に間隙Ｓ２が存在するため、ボールねじ１の作動が制動リング３０によって阻害されることがない。なお、本実施形態では、制動リング３０における本体部３１の内周に１つの円弧状凸部３３が突設されているが、内周の残部がグリース溜まり３５となることにより、制動リング３０を持たないものに較べて封入されるグリース２０の量が多くなってボールねじ１の耐久性が向上する。

（ボール喪失時）
さて、ボールねじ１では、デフレクタ１３の脱落等によってボール１１の喪失が生じた場合、図６に示すように、ねじ軸４の雄ねじ溝２とナット７の雌ねじ溝５との係合が断たれ、ナット７および被駆動部材４１が重力によって落下しようとする。ところが、本実施形態の場合、ナット７が下方に若干量移動すると、係止ポール３２の先端３２ａが間隙Ｓ１をもって対峙していた雄ねじ溝２に衝合し、先端３２ａに沿って雄ねじ溝２の内周が滑ることでねじ軸４が図中右方に移動する。すると、ねじ軸４のランド３が間隙Ｓ２をもって対峙していた円弧状凸部３３の係止面３４に当接して係止され、制動リング３０とねじ軸４との相対動が係止ポール３２によって阻止される。これにより、ねじ軸４に対するナット７の軸方向移動が起こらなくなり、ナット７および被駆動部材４１が確実に制動される（すなわち、落下が防止される）。

一方、本実施形態の制動リング３０は、係止ポール３２の先端３２ａが半球状に形成されている（すなわち、係止ポール３２の軸心Ｃｐを回動中心として、単体では雄ねじ溝２内で３６０°の角度範囲で回動可能となっている）ため、雄ねじ溝２の円弧径が略同一であれば、図７（ａ）に示すように、ねじ軸４の雄ねじ溝２のリードが比較的小さいボールねじ１にも採用可能であるし、図７（ｂ）に示すように、ねじ軸４の雄ねじ溝２のリードが比較的大きいボールねじ１にも採用可能である。そして、どちらの場合も、ボール１１の喪失時においては、係止ポール３２の先端３２ａと円弧状凸部３３の係止面３４（図７（ａ），（ｂ）には示さず）とを介して制動リング３０とねじ軸４とが係合し、ナット７および被駆動部材４１が確実に制動される。本実施形態では、このように、ねじ軸４のリードに応じて多数の制動リング３０を用意する必要が無くなるため、成形金型の削減等による製造コストの低減が図れる他、在庫や製造における管理も容易となる。

（制動リングの一部変形例）
図８に示す一部変形例の制動リング３０は、本体部３１の内周に一対の円弧状凸部３３を有し、これら円弧状凸部３３の内周が係止面３４となっている。この一部変形例では、ボール１１の喪失時において、３箇所（係止ポール３２の先端３２ａおよび２つの円弧状凸部３３の係止面３４）で制動リング３０とねじ軸４とが係合するため、ナット７がねじ軸４に対して傾斜しにくくなって安定した制動が実現される。また、実施形態と同様に、本体部３１の内周における円弧状凸部３３が設けられていない部位がグリース溜まり３５，３６となるため、制動リング３０を持たないものに較べて封入されるグリース２０の量が多くなってボールねじ１の耐久性が向上する。

図９に示す一部変形例の制動リング３０は、円弧状凸部を有しておらず、本体部３１の内周全体が係止面３４となっている。この一部変形例では、実施形態や上述の一部変形例に較べて本体部３１の強度や剛性が高くなるため、被駆動部材の重量が大きい場合にも制動リング３０の変形等が起こりにくくなる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態や一部変形例ではボールねじの一端にのみ制動リングを取り付けるようにしたが、両端に制動リングを取り付けるようにしてもよい。また、上記実施形態や一部変形例では本体部の内周に円弧状凸部を１つあるいは２つ設けるようにしたが、３つ以上の円弧状凸部を設けるようにしてもよい。また、上記実施形態や一部変形例では係止ポールの先端を半球状としたが、係止ポールの軸心を回動中心として、単体では雄ねじ溝に対して所定角度（例えば、９０°）をもって回動可能であれば、係止ポールの先端は、半楕円体状や長円体状等としてもよいし、直方体状や六角柱状等としてもよい。その他、ボールねじの具体的構造や各構成部材の具体的形状等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

１ ボールねじ
２ 雄ねじ溝
３ ランド
４ ねじ軸
５ 雌ねじ溝
７ ナット
８ 転走路
１１ ボール
３０ 制動リング
３１ 本体部
３２ 係止ポール
３２ａ 先端
３３ 円弧状凸部
３４ 係止面
Ｃｐ 係止ポールの軸心
Ｒｐ 係止ポール先端部の半径
Ｒｓ 雄ねじ溝の円弧径
Ｓ１ 係止ポールの先端と雄ねじ溝との間隙
Ｓ２ 係止面とねじ軸のランドとの間隙

Claims (4)

1. 外周面に雄ねじ溝が形成されたねじ軸と、
   内周に当該雄ねじ溝に対向する雌ねじ溝が形成されたナットと、
   前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝とからなる転走路に収容された複数のボールと、
   前記ナットに固着され、前記ボールの喪失時における前記ねじ軸と当該ナットとの相対動を抑制する制動ピースとを備えたボールねじであって、
   前記制動ピースは、
   その先端が前記雄ねじ溝に進入するとともに当該先端が当該雄ねじ溝に所定の間隙をもって対峙する係止ポールと、
   前記係止ポールとは異なる位置で前記ねじ軸のランドに所定の間隙をもって対峙する係止面とを有し、
   前記係止ポールの先端は、当該係止ポールの軸心を回動中心として、単体では前記雄ねじ溝内で所定角度をもって回動可能な形状に形成されたことを特徴とするボールねじ。
2. 前記係止ポールの先端は、前記雄ねじ溝の円弧径よりも小さい半径を有する半球状に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載されたボールねじ。
3. 前記制動ピースが前記ナットに締結される円環状の本体部を有し、
   前記係止ポールが前記本体部の内周に突設され、前記係止面が前記本体部の内周に形成されたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載されたボールねじ。
4. 前記本体部の内周には前記ねじ軸の軸方向視で円弧状を呈する円弧状凸部が少なくとも１つ突設され、前記係止面が当該円弧状凸部に形成されたことを特徴とする、請求項３に記載されたボールねじ。

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