JP2013231456A

JP2013231456A - ボールねじ

Info

Publication number: JP2013231456A
Application number: JP2012102830A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Iwasaki; 喜実岩崎
Original assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Current assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-11-14

Abstract

【課題】構成部品点数の削減や組立作業性の向上等を実現したエンドデフレクタ式のボールねじを提供する。
【解決手段】エンドデフレクタ２１の内周側には、ナット側ねじ溝４に連続する螺旋形状の係合溝３１が形成されている。コイルばね４０は、ばね鋼線を素材とした１巻き弱の長さのコイリング成形品であり、ナット側ねじ溝４と同一のリードとナット側ねじ溝４に緊密に嵌合する外径とを有している。組立作業者は、図９（ａ）に示すようにコイルばね４０を縮径させた状態でナット７の端部から挿入し、図９（ｂ）に示すようにエンドデフレクタ２１の係合溝３１に端部が嵌り込む位置でコイルばね４０を開放する。これにより、コイルばね４０がナット側ねじ溝４とエンドデフレクタ２１の係合溝３１とに跨って嵌合し、エンドデフレクタ２１がナット７に対して軸方向で確実に固定される。
【選択図】図９

Description

本発明は、樹脂製のエンドデフレクタをナットの端部に備えたボールねじに係り、詳しくは構成部品点数の削減や組立作業性の向上等を実現する技術に関する。

ボールねじは、外周面にねじ軸側ねじ溝を有するねじ軸と、内周面にナット側ねじ溝を有するナットと、ねじ軸側ねじ溝とナット側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、高い伝達効率と精度とをもって回転運動を直線運動に変換する機械要素である。ボールねじではボールを循環させる循環通路がナット側に設けられるが、この循環通路の一部をエンドデフレクタ（端部循環こま）によって構成するエンドデフレクタ式のボールねじが存在する（特許文献１参照）。エンドデフレクタ式のボールねじは、ナットに軸方向に沿った貫通孔を穿設するとともに、ナットの両端面にエンドデフレクタをそれぞれ装着したもので、一方のエンドデフレクタに形成された戻し溝によってナットの一端側からボールをすくい上げ、貫通孔および他方のエンドデフレクタを介してナットの他端側にボールを戻す構造となっている。

ボールねじのエンドデフレクタとしては、金属（軸受鋼等）を素材とするもの（ロストワックス成形品や粉末冶金成形品）も存在するが、樹脂を素材とするもの（通常は、射出成形品）が広く採用されている（特許文献２〜４参照）。樹脂製のエンドデフレクタが組み込まれたボールねじは、金属製のエンドデフレクタを用いたものに較べ、製造コストや重量が削減される他、エンドデフレクタとボールとの衝突音（すなわち、運転騒音）も低く抑えられる。

特開２００７−２４３０５号公報特開２０１１−２４１８５２号公報特開２００７−４０４６９号公報特許４３３５２２２号公報

エンドデフレクタをナットの端部に固定する方法としては、特許文献１に記載されたねじ（ボルト）による締結、特許文献２に記載された接着剤による接着、特許文献３に記載された突起とスリットとの係合、特許文献４に記載されたリテーナリングによる係止等が存在する。しかしながら、ボルトによる固定方法は、ナットに対するねじ孔加工や構成部品点数の増大によって製品コストが上昇する他、機械的強度が比較的低い樹脂製エンドデフレクタの固定には適していなかった。また、接着剤による固定方法は、接着剤の塗布量等を厳密に管理する必要があるだけでなく、耐久性や信頼性を長期間にわたって確保することが難しかった。また、突起とスリットとの係合による固定方法は、ナット側にスリットあるいは突起を設ける必要があるとともに、エンドデフレクタのねじ軸側部分を係止することが難しかった。そして、リテーナリングによる固定方法は、ナットに対するリテーナリング保持溝の加工や構成部品点数の増大によって製品コストが上昇する他、リテーナリング保持溝のためにナットの全長が長くなる問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、構成部品点数の削減や組立作業性の向上等を実現したエンドデフレクタ式の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、ねじ軸側ねじ溝（２）が外周面に形成されたねじ軸（３）と、円筒状を呈し、内周面に前記ねじ軸側ねじ溝に対向するように形成されて前記ねじ軸側ねじ溝とともに転送路（８）を画成するナット側ねじ溝（４）、内周面と外周面との間に軸心と略平行に穿設されたボール戻し孔（１５）、および、当該ナット側ねじ溝に連続するとともに当該ボール戻し孔の軸方向端が開口するように両端面に凹設されたエンドデフレクタ保持凹部（６）を有するナット（７）と、前記ナットの端面側から前記エンドデフレクタ保持凹部に嵌挿され、前記転走路と前記ボール戻し孔との間で当該ボールの受け渡しを行うガイド部（２３）を有するエンドデフレクタ（２１）と、前記転走路、前記ボール戻し孔および前記ガイド部に収容された複数のボール（９）と、前記エンドデフレクタと前記エンドデフレクタ保持凹部との軸方向相対動を規制する係止部材（４０）とを備えたボールねじであって、前記係止部材は、前記ナット側ねじ溝に所定の弾発力をもって嵌り込むコイルばねであり、前記エンドデフレクタの内周には、前記コイルばねの一端が嵌り込む係合溝（３１）が形成された。

また、本発明の第２の側面では、前記エンドデフレクタが樹脂を素材とし、前記エンドデフレクタ保持凹部に設けられた係止凹部（１７）に弾発係合する係止凸部（２５）が当該エンドデフレクタの外周に形成された。

また、本発明の第３の側面では、前記エンドデフレクタには、前記係止凸部の内側に弾性変形を容易にするためのスリット（２６）が形成された

また、本発明の第４の側面では、前記エンドデフレクタには、前記コイルばねの一端を係止する係止部（３２）が設けられた。

本発明の第１の側面によれば、ナット側ねじ溝とエンドデフレクタとにコイルばねを係合させる比較的簡単な構成を採りながら、エンドデフレクタの脱落が効果的に抑制される。また、第２の側面によれば、エンドデフレクタとエンドデフレクタ保持凹部とが確実に係合し、エンドデフレクタの脱落がより効果的に抑制される。また、第３の側面によれば、エンドデフレクタのエンドデフレクタ保持凹部への嵌挿が容易となり、ボールねじの生産性が向上する。また、第４の側面によれば、係止部に係止されることにより、運転時におけるコイルばねの移動や脱落等が効果的に防止される。

実施形態に係るボールねじの斜視図である。実施形態に係るボールねじの縦断面図である。実施形態に係るボールねじの分解斜視図である。エンドデフレクタおよびエンドデフレクタ保持凹部を示す斜視図である。エンドデフレクタの斜め下方から見た斜視図である。エンドデフレクタの斜め後方から見た斜視図である。エンドデフレクタの要部縦断図である。実施形態に係るエンドデフレクタの組付工程を示す図である。実施形態に係るエンドデフレクタの組付工程を示す図である。参考例に係るボールねじの斜視図である。参考例に係るボールねじの分解斜視図である。参考例に係るエンドデフレクタの組付工程を示す図である。

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と参考例とを詳細に説明する。なお、実施形態におけるエンドデフレクタおよびエンドデフレクタ収納凹部の説明にあたっては、図４中に上下・左右を矢印で示して位置や方向をこれらに沿って表記する。

［実施形態］
≪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、所定のリードを有するねじ軸側ねじ溝２が外周に形成されたねじ軸３、ねじ軸側ねじ溝２に対応するナット側ねじ溝４（図２，図３参照）が内周に形成されるとともにエンドデフレクタ保持凹部６が両端面にそれぞれ開口する円筒状のナット７、ねじ軸側ねじ溝２とナット側ねじ溝４によって画成された転走路８（図２参照）や後述するナット７のボール戻し孔１５等に収容された多数個のボール９（鋼球：図２，図３参照）、両エンドデフレクタ保持凹部６に嵌挿されたエンドデフレクタ２１、および、エンドデフレクタ２１を両エンドデフレクタ保持凹部６に固定するためのコイルばね４０（係止部材）から構成されている。本実施形態の場合、ねじ軸３はステンレス鋼を素材とする転造成形品であり、ナット７およびエンドデフレクタ２１が樹脂を素材とする射出成形品であるが、ねじ軸３の素材としてステンレス鋼以外のもの（樹脂や軸受鋼等）を用いてもよいし、転造成形以外の加工方法（射出成形や切削加工等）で製造してもよい。なお、ナット７の外周には矩形のフランジ１０が設けられており、このフランジ１０に被駆動部材（図示せず）が取り付けられる。

図２に示すように、ナット７には、エンドデフレクタ保持凹部６の底面６ａに開口するボール戻し孔１５と、ボール戻し孔１５と同心で半円弧状断面の位置決め凹部１６とが形成されている。図４に示すように、エンドデフレクタ保持凹部６は、軸方向視で両端面が内周側に窄まった略円弧状を呈するとともに、ナット側ねじ溝４に連続するように内周側が開放されている。エンドデフレクタ保持凹部６の外側内壁６ｂには矩形の係止凹部１７（図８参照）が設けられており、この係止凹部１７にエンドデフレクタ２１側の係止凸部２５（後述）が係合する。

図４，図５に示すように、エンドデフレクタ２１は、ナット７のエンドデフレクタ保持凹部６に緊密に嵌合する略円弧状を呈している。ナット７の下部には、転走路８からボール９を掬い上げる（あるいは、転走路８にボール９を戻す）タング２２と、転走路８とボール戻し孔１５との間でボール９を受け渡すガイド溝２３（ガイド部）と、ナット７の位置決め凹部１６に嵌合する半円弧状断面の位置決め凸部２４とが形成されている。図６，図７に示すように、エンドデフレクタ２１の外周面２１ａには、エンドデフレクタ保持凹部６の係止凹部１７に嵌入する係止凸部２５が形成されており、この係止凸部２５の下部はエンドデフレクタ保持凹部６へのエンドデフレクタ２１の挿入を容易にすべく傾斜面２５ａとなっている。また、エンドデフレクタ２１には、係止凸部２５が比較的容易に内側に撓むように、係止凸部２５の内周側にスリット２６が形成されている。そして、エンドデフレクタ２１の内周側には、ナット側ねじ溝４に連続する螺旋形状の係合溝３１と、コイルばね４０の端部を係止する係止部３２とが形成されている。

コイルばね４０は、ばね鋼線を素材とした１巻き弱の長さのコイリング成形品であり、ナット側ねじ溝４と同一のリードとナット側ねじ溝４に緊密に嵌合する外径とを有している。なお、本実施形態では、コイルばね４０として中実のばね鋼線を素材としたものを用いたが、組付時の作業性を向上させるべく、中空のばね鋼線や樹脂棒を素材とするものを採用してもよい。

≪実施形態の作用≫
ボールねじ１は、工作機械や３次元測定機等に直線駆動機構の要素として組み込まれ、ナット７のフランジ１０が被駆動部材の端面に締結され、ねじ軸３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３が回転駆動されると、ねじ軸側ねじ溝２とナット側ねじ溝４とがボール９を介して螺合していることにより、ナット７の螺進に伴って被駆動部材が直進駆動される。ボール９は、ねじ軸側ねじ溝２とナット側ねじ溝４とで画成された転走路８の一端から一方のエンドデフレクタ２１によって掬い上げられた後、ボール戻し孔１５を経由して他方のエンドデフレクタ２１から転走路８の他端に戻される。

＜エンドデフレクタの組み付け＞
次に、図４，図８，図９を参照し、本実施形態に係るエンドデフレクタ２１の組付工程を説明する。本実施形態では、組立作業者は、ナット７にエンドデフレクタ２１を組み付けるにあたり、図４に矢印で示すように、先ずエンドデフレクタ保持凹部６にエンドデフレクタ２１を上方から嵌入させる。この際、平面視でエンドデフレクタ２１の外形とエンドデフレクタ保持凹部６の外形とが略同一（ともに円弧状）であるため、エンドデフレクタ２１は、エンドデフレクタ保持凹部６にずれることなく進入し、図８（ａ）に示すように、傾斜面２５ａがエンドデフレクタ保持凹部６の外周面に圧接し係止凸部２５が内周側に弾性変形する。この際、内周側にスリット２６が存在するために係止凸部２５が比較的容易に弾性変形し、エンドデフレクタ２１のエンドデフレクタ保持凹部６への挿入に要する力が軽減される。そして、エンドデフレクタ２１をエンドデフレクタ保持凹部６の底面に当接するまで嵌入させると、図８（ｂ）に示すように、係止凸部２５がその弾性反発力によって原位置に復帰して係止凹部１７に嵌入する。

組立作業者は、次に、図９（ａ）に示すようにコイルばね４０を縮径させた状態でナット７の端部から挿入し、図９（ｂ）に示すようにエンドデフレクタ２１の係合溝３１に端部が嵌り込む位置でコイルばね４０を開放する。これにより、コイルばね４０がナット側ねじ溝４とエンドデフレクタ２１の係合溝３１とに跨って嵌合し、上述した係止凸部２５と係止凹部１７との係合もあいまって、エンドデフレクタ２１がナット７に対して軸方向で確実に固定される。また、コイルばね４０は、その端部が係止部３２によって係止されるため、長期間にわたる運転が行われても初期位置からのずれや脱落等が起こることがない。

組立作業者は、ナット７の両端へのエンドデフレクタ２１の組み付けを完了すると、ねじ軸側ねじ溝２の谷径より外径が若干小さい図示しないスリーブ（通常は、鋼丸棒）をナット７に挿入しながら、ナット側ねじ溝４とスリーブとの間やボール戻し孔１５にボール９を充填する（流し込む）。次に、組立作業者は、スリーブの端面にねじ軸３の端面を突き当てた状態でナット７を回転させ、スリーブから転走路８にボール９を移動させることでボールねじ１を完成させる。なお、組立作業者は、一方のエンドデフレクタ２１をナット７に組み付け、ねじ軸３にナット７をねじ込んでボール９を充填した後、ねじ軸３の軸端にナット７を位置させた状態で他方のエンドデフレクタ２１をナット７に組み付ける手順でボールねじ１を製造してもよい。

［参考例］
次に図１０〜図１２を参照して参考例を説明する。なお、参考例については、上述した実施形態と同一の機能を有する部材に同一の符号を付して重複する説明を省略する。

≪参考例の構成≫
図１０，図１１に示すように、参考例のボールねじ１は、上述した実施形態とは異なり、ナット７の外周に嵌着するリングばね５０によってエンドデフレクタ２１を固定する構造となっている。参考例の場合、エンドデフレクタ保持凹部６はナット７の外周側と内周側を連通させるかたちで形成されており、エンドデフレクタ保持凹部６に嵌合した状態では、エンドデフレクタ２１の外周面２１ａがナット７の外周面７ａと面一となる。ナット７の外周面７ａにはリング溝５１が形成されており、このリング溝５１にリングばね５０が弾性をもって嵌り込む。また、エンドデフレクタ２１の外周面２１ａには、ナット７側のリング溝５１と対応する位置に一対のリング溝５２，５３が形成されており、これらリング溝５２，５３にリングばね５０の両端がそれぞれ嵌り込む。また、エンドデフレクタ２１の周方向端部には軸方向に延在する一対の係止突起５５，５６が設けられる一方、エンドデフレクタ保持凹部６にはこれら係止突起５５，５６が嵌入する係止凹部５７，５８が設けられている。なお、リングばね５０は、ばね鋼線を素材としており、その内径がリング溝５１の内径より有意に小さく設定されている。

≪参考例の作用≫
参考例において、組立作業者は、図１２（ａ）に示すように、先ずナット７の端面側からエンドデフレクタ２１をエンドデフレクタ保持凹部６に嵌入させた後、図１２（ｂ）に示すように、リングばね５０を拡げてナット７およびエンドデフレクタ２１のリング溝５１〜５３に嵌着させる。これにより、エンドデフレクタ２１は、ナット７に対し、係止突起５５，５６と係止凹部５７，５８との係合によって径方向で固定される一方、リングばね５０によって軸方向でも固定される。

このように、実施形態や参考例では、軸方向からエンドデフレクタ２１をナット７のエンドデフレクタ保持凹部６に嵌挿させた後、コイルばね４０やリングばね５０を嵌め込むだけでエンドデフレクタ２１をナット７に固定できるため、ボールねじ１の構成部品点数の削減や組立作業性の向上を実現することができる。また、エンドデフレクタ２１およびナット７がともに樹脂製であるため、ボールねじ１が軽量かつ低コストとなるとともに、ボール９がエンドデフレクタ２１（ガイド溝２３）やナット７（ボール戻し孔１５）と衝突することによる駆動騒音も抑制される。

以上で実施形態や参考例の説明を終えるが、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、上記実施形態は樹脂製のナットおよびエンドデフレクタを備えたボールねじに本発明を適用したものであるが、本発明は金属製のナットやエンドデフレクタを備えたボールねじにも当然に適用可能である。その他、エンドデフレクタやコイルばね、リングばね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ねじ軸側ねじ溝
３ねじ軸
４ナット側ねじ溝
６エンドデフレクタ保持凹部
７ナット
８転走路
９ボール
１５ボール戻し孔
１７係止凹部
２１エンドデフレクタ
２３ガイド溝（ガイド部）
２５係止凸部
２６スリット
４０コイルばね（係止部材）
５０リングばね
５１〜５３リング溝

Claims

ねじ軸側ねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、
円筒状を呈し、内周面に前記ねじ軸側ねじ溝に対向するように形成されて前記ねじ軸側ねじ溝とともに転送路を画成するナット側ねじ溝、内周面と外周面との間に軸心と略平行に穿設されたボール戻し孔、および、当該ナット側ねじ溝に連続するとともに当該ボール戻し孔の軸方向端が開口するように両端面に凹設されたエンドデフレクタ保持凹部を有するナットと、
前記ナットの端面側から前記エンドデフレクタ保持凹部に嵌挿され、前記転走路と前記ボール戻し孔との間で当該ボールの受け渡しを行うガイド部を有するエンドデフレクタと、
前記転走路、前記ボール戻し孔および前記ガイド部に収容された複数のボールと、
前記エンドデフレクタと前記エンドデフレクタ保持凹部との軸方向相対動を規制する係止部材と
を備えたボールねじであって、
前記係止部材は、前記ナット側ねじ溝に所定の弾発力をもって嵌り込むコイルばねであり、
前記エンドデフレクタの内周には、前記コイルばねの一端が嵌り込む係合溝が形成されたことを特徴とするボールねじ。
前記エンドデフレクタが樹脂を素材とし、前記エンドデフレクタ保持凹部に設けられた係止凹部に弾発係合する係止凸部が当該エンドデフレクタの外周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。
前記エンドデフレクタには、前記係止凸部の内側に弾性変形を容易にするためのスリットが形成されたことを特徴とする、請求項２に記載されたボールねじ。
前記エンドデフレクタには、前記コイルばねの一端を係止する係止部が設けられたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたボールねじ。