JP2015113975A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】コマがナットの貫通穴から抜け落ちにくく、コマの取付に係る作業時間が短いコマ式ボールねじを提供する。
【解決手段】コマ４は、ボール戻し路４１の幅方向両側部に、ナット２の内周面の貫通穴の周縁部２ａに係合する係合部４２を有し、ボール戻し路４１の背面部４１ａにナット２の径方向外側に突出する軸部４３を有する。ナット２の貫通穴２２は、コマ４を嵌合する嵌合穴２３と凹部２４とからなる。凹部２４は、ナット２の径方向で嵌合穴２３より外側に、ボール戻し路４１に沿った方向と垂直な方向で嵌合穴２３の両側に配置されている。コマ４は、ナット２の内周面側から嵌合穴２３に挿入され、外周面側から凹部２４にスピードワッシャ（ばね状の止め部材）６が挿入される。スピードワッシャ６の内側爪部６１が軸部４３と噛み合い、外側爪部６２が凹部２４の底面２４ａに押し当てられる。
【選択図】図５

Description

この発明は、ボール戻し路を形成する部品としてコマを有するボールねじに関する。

ボールねじは、ねじ軸とナットと複数のボールを有する。ねじ軸はナット内に配置されている。ねじ軸の螺旋溝とナットの螺旋溝とでボールの転動路が形成される。ナットは、ボールを転動路の終点から始点に戻すボール戻し路を備えている。ボールは、転動路とボール戻し路内とからなる循環経路内に配置されている。ボールねじは、循環経路を循環し転動路内で転動（負荷状態で回転しながら移動）するボールを介して、ねじ軸とナットとが相対移動する装置である。ボール戻し路は、ナットにリターンチューブやコマを取り付けることで形成される。

ボール戻し路を形成する部品としてコマを有するコマ式ボールねじでは、コマはナットを径方向に貫通する貫通穴内に取り付けられている。従来より、コマ式ボールねじにおいては、貫通内でのコマの位置を保持するために、例えば別部材を使ったり、カシメなどの作業を行って、貫通穴内にコマを固定している。また、作業時間やコストの低減を目的として、ナットの貫通穴に対するコマの取り付け構造に関する提案がなされている。

特許文献１には、ボールねじ装置の組立に要する作業時間を短縮すると共に製造コストを削減することを目的として、コマにナットの貫通穴に対する突縁と爪部を設けることが記載されている。
具体的には、ナットの貫通穴（コマ取付穴）として長穴である嵌合穴を形成し、ナット外周部で嵌合穴の長手方向の両端部を長手方向に切欠いて、係止面を設けている。コマには、ナットの嵌合穴に嵌合する嵌合部の長手方向の両端部に、嵌合部から長手方向に突出する突縁を設けている。

また、コマには、嵌合部の長手方向に沿った両側で嵌合部から短手方向に突出する爪部を形成し、この爪部にナットの内周面に係合する係合面を設けている。そして、コマの突縁をコマ取付穴の係止面に係止させ、爪部の係合面をナットの内周面に係合させることにより、ナットにコマを取付けている。

特開２００７−１５４９７４号公報

特許文献１のコマの取り付け構造においては、コマをナットの外周側からコマ取付穴に挿入し、コマに設けた突縁および爪部とコマ取付穴の係止面およびナットの内周面とを、それぞれナットの径方向で接触させている。そのため、ボール戻し路内のボールがコマを押し上げる力が、コマの突縁および爪部とナットとの接触部に入力され、ナットの径方向内側に係止されている係止部に破損が生じるおそれがある。

また、使用中の振動や、ボールの押し上げ力で生じるコマの撓みにより、コマの係止部（突縁および爪部）がナットから外れるおそれもある。よって、特許文献１のコマの取り付け構造においても、実際には、コマを係止部でナットと結合した後に、コマ取付穴に接着剤を入れて硬化させる必要があるため、コマの取付に係る作業時間が長い。
この発明の課題は、コマがナットの貫通穴から抜け落ちにくく、コマの取付に係る作業時間が短いコマ式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、この発明の一態様は、下記の構成(1) 〜(5) と(6) または(7) とを有するボールねじである。
(1) ねじ軸と、ナットと、複数のボールを有し、前記ねじ軸は前記ナットを貫通する。前記ねじ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝とにより、前記ボールが転動する転動路が形成されている。前記ナットは、前記ボールを前記転動路の終点から始点に戻すボール戻し路が形成されたコマを有する。前記コマは前記ナットを径方向に貫通する貫通穴内に配置されている。前記ボールは、前記転動路内と前記ボール戻し路内に配置されている。前記転動路内で転動する前記ボールを介して、前記ねじ軸と前記ナットとが相対移動するボールねじである。

(2) 前記コマは、前記ボール戻し路の幅方向両側部に、前記ナットの内周面の前記貫通穴の周縁部に係合する係合部を有する。
(3) 前記コマは、前記ボール戻し路の背面部に前記ナットの径方向外側に突出する軸部を有する。
(4) 前記貫通穴は、前記ナットの内周部側に形成されて前記コマを嵌合する嵌合穴と、前記嵌合穴より前記ナットの径方向外側に形成された凹部とからなり、前記凹部は、前記ボール戻し路に沿った方向と垂直な方向で前記嵌合穴の両側に配置されている。

(5) 前記コマは、前記ナットの内周面側から前記嵌合穴に挿入されて、前記係合部が前記内周面に係合されている。
(6) 内側爪部と外側部を有するばね状の止め部材を用いて以下の状態とすることにより、前記コマが前記嵌合穴に固定されている。前記ナットの外周面側から前記凹部に挿入された前記止め部材により、前記内側爪部が前記軸部と噛み合い、前記外側部が前記凹部の底面に押し当てられている。前記止め部材としては、スピードワッシャとスピードナットが挙げられる。

(7) 内側爪部と外側爪部を有するばね状の止め部材を用いて以下の状態とすることにより、前記コマが前記嵌合穴に固定されている。前記ナットの外周面側から前記凹部に挿入された前記止め部材により、前記内側爪部が前記軸部と噛み合い、前記外側爪部が前記凹部の底面に押し当てられている。前記止め部材としてはスピードワッシャが挙げられる。
この態様のボールねじによれば、コマに軸部を設け、内側爪部と外側部または外側爪部とを有する止め部材を用いて前記構成(6) または(7) の状態にすることで、コマがナットの嵌合穴（貫通穴）に固定されているため、特許文献１に記載されたボールねじと比較して、使用中にコマがナットの貫通穴から抜け落ちにくい。また、コマが接着剤でナットの貫通穴に固定されたボールねじと比較して、コマの取付に係る作業時間が短くなる。
この態様のボールねじが前記構成(1) 〜(5) と(7) を有する場合は、下記の構成(8) および(9) をさらに有することで、前記止め部材が前記貫通穴内で回転しない構造となるため好ましい。

(8) 前記コマの前記背面部は、前記凹部の底面より前記ナットの径方向内側に位置する。つまり、前記嵌合穴の前記ナットの径方向寸法が、前記コマの前記係合部の前記ナットに対する係合面から前記背面部の外端面までの同寸法より大きく形成されている。
(9) 前記ナットの外周面側から前記凹部に挿入された前記止め部材により、前記内側爪部が前記軸部と噛み合い、前記外側爪部の一部が前記凹部の底面を押し、前記外側爪部の他の部分が前記嵌合穴に食い込んでいる。

この発明のボールねじは、特許文献１に記載されたボールねじと比較して、使用中にコマがナットの貫通穴から抜け落ちにくく、コマが接着剤でナットの貫通穴に固定されたボールねじと比較して、コマの取付に係る作業時間が短い。

実施形態のボールねじを説明する図であって、ナットを断面にした概略構成図である。 実施形態のボールねじを構成するコマを各方向から見た図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はナットの内周面側に配置される面を示す図、（ｃ）はナットの軸方向に垂直な面に沿って配置される面を示す図、（ｄ）はナットの外周面側に配置される面を示す図である。 第１実施形態のボールねじを構成する止め部材を示す平面図（ａ）と、そのＡ−Ａ断面図（ｂ）である。 第１実施形態のボールねじにおけるコマの取り付け部を、ナットの外周側から見た図である。 図４のＡ−Ａ断面図（コマは側面図）である。 図４のＢ−Ｂ断面図（コマは側面図）である。 第１実施形態のボールねじにおけるコマの取り付け部を、ナットの内周側から見た図である。 第２実施形態のボールねじを構成する止め部材を示す平面図（ａ）と、そのＡ−Ａ断面図（ｂ）である。 第２実施形態のボールねじを構成するナットの貫通穴を、ナットの外周側から見た図である。 第２実施形態のボールねじにおけるコマの取り付け部を、ナットの外周側から見た図である。 図１０のＢ−Ｂ断面図（コマは側面図）である。 第２実施形態のボールねじにおけるコマの取り付け部を、ナットの内周側から見た図である。

以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明はこの実施形態に限定されない。
［第１実施形態］
図１に示すように、この実施形態のボールねじは、ねじ軸１、ナット２、複数のボール３、複数のコマ（ボール戻し路４１が形成されている部品）４、一対のシール５、複数のスピードワッシャ（止め部材）６を有する。ねじ軸１の外周面とナット２の内周面に、螺旋溝１１，２１が形成されている。ねじ軸１はナット２を貫通している。

図１に示すように、ナット２は、円筒部２Ａの軸方向一端にフランジ部２Ｂを有する。ナット２の円筒部２Ａは、径方向に貫通する貫通穴２２を有する。貫通穴２２は、ナットの内周部側に形成されてコマ４を嵌合する嵌合穴２３と、嵌合穴２３よりナット２の径方向外側に形成された凹部２４とからなる。
ねじ軸１の螺旋溝１１とナット２の螺旋溝２１とにより、ボール３が転動する転動路が形成される。ボール３は、転動路とコマ４のボール戻し路４１とからなる循環経路（図１に一点鎖線で表示）内に配置されている。コマ４は、ナット２の貫通穴２２の嵌合穴２３に配置され、凹部２４に配置されたスピードワッシャ６で嵌合穴２３に固定されている。ボール３は、転動路内で負荷転動し循環経路内を循環する。ボール３を介してねじ軸１とナット２が相対移動する。

図２に示すように、コマ４は略長円柱状に形成され、ボール戻し路４１が形成された本体４０と、一対の突起（係合部）４２と、軸部４３とからなる。本体４０をなす略長円柱の一方の底面４０ａに、ボール戻し路４１をなすＳ字状溝が形成されている。一対の突起４２は、ボール戻し路４１の幅方向両側部に形成されている。両突起４２は、ナット２の内周面２ａ（図５）の貫通穴２２の周縁部に接触する曲面（係合面）４２ａを有する。

本体４０をなす略長円柱の他方の底面が、ボール戻し路４１の背面部４１ａの外面となる。背面部４１ａの外面は、主外面４０ｂと一対の傾斜面４０ｃとからなる。主外面４０ｂは、取付状態でナット２の径方向Ｋに対して垂直な面であり、ボール戻し路４１のボール進行方向中央部に形成されている。一対の傾斜面４０ｃは、主外面４０ｂからボール戻し路４１のボール出入り口側にそれぞれ傾斜する。

軸部４３は、ボール戻し路４１の背面部４１ａの主外面４０ｂの中心から垂直に（取付状態でナット２の径方向Ｋに沿うように）突出している。軸部４３の外周面はねじ加工されている。
コマ４の本体４０および突起４２はＰＰＳ（合成樹脂）製で、軸部４３はＳ３５Ｃ（金属）製である。コマ４は、本体４０および突起４２に対応する凹部が形成された金型に、軸部４３を配置して、ＰＰＳを射出成形することにより製造できる。

図３に示すように、スピードワッシャ６は、バネ鋼からなり中心に円穴６０ａを有する円板の内周部と外周部に、それぞれ複数のスリット６０ｂ，６０ｃが形成され、外周部が軸方向一端側に曲げられた部品（皿ばねの内周部と外周部に複数のスリットを有する形状の部品）である。この例で、スピードワッシャ６は、６個の内側爪６１と１８個の外側爪６２を有する。

図４に示すように、嵌合穴２３は、コマ４の本体４０の形状に対応させた長円形の平面形状を有する。凹部２４は、弓形の平面形状を有し、ボール戻し路４１に沿った方向Ｈと垂直な方向で嵌合穴２３の両側に配置されている。凹部２４の弓形をなす円弧は、スピードワッシャ６の外周円と同心でこの外周円より径が大きな円の一部である。
図５に示すように、凹部２４の底面２４ａはナット２の径方向Ｋに垂直な面である。また、嵌合穴２３のナット２の径方向寸法は、コマ４の突起４２の曲面４２ａから背面部４１ａの主外面（外端面）４０ｂまでの同寸法より大きい。

ボールねじを組み立てる際には、先ず、ナット２の内周面側から嵌合穴２３にコマ４を入れ、突起４２の曲面４２ａをナット２の内周面（軸方向で隣り合う螺旋溝２１の間の部分）２ａに接触させる。この状態で、図５および図６に示すように、コマ４の背面部４１ａの主外面（ナット２の径方向の最も外側に配置される面）４０ｂが、凹部２４の底面２４ａよりナット２の径方向内側に位置する。

次に、治具によりコマ４をナット２の径方向外側に押し付けた状態で、スピードワッシャ６をナット２の外周面側から凹部２４に挿入し、スピードワッシャ６の円穴６０ａをコマ４の軸部４３に嵌めて、スピードワッシャ６をナット２の径方向内側に押し込む。これにより、内側爪部６１が軸部４３と噛み合い、外側爪部６２の一部６２ａが凹部２４の底面２４ａを押し、外側爪部６２の他の部分６２ｂが嵌合穴２３内に食い込んで、コマ４の背面部４１ａに接触する。

このようにして、コマ４がナット２に固定される。その結果、図７に示すように、ナット２の螺旋溝２１とコマ４のボール戻し路４１が接続される。また、外側爪部６２ｂが嵌合穴２３内に食い込むことで、スピードワッシャ６が貫通穴２２内で回転しない。
次に、仮軸を用いてボール３とねじ軸１をナット２に組み付ける。
この実施形態のボールねじは、上述のように、スピードワッシャ６を用いてコマ４を取り付けることで、特許文献１のボールねじと比較して、コマ４がナット２の貫通穴２２から抜け落ちにくい。また、接着剤を使用してコマ４を固定する方法と比較して、コマ４の取付に係る作業時間が短い。

［第２実施形態］
この実施形態のボールねじは、第１実施形態で使用したスピードワッシャ６に代えて、図８に示すスピードナット７を使用して、コマ４をナット２の貫通穴２２に取り付けている。また、図９に示すように、貫通穴２２を構成する凹部２４Ａの平面形状が半長円形である。これ以外の点は第１実施形態のボールねじと同じである。

図８に示すように、スピードナット（止め部材）７は、バネ鋼からなる長方形の板の長辺方向中心部に一対の内側爪部７１を有する。一対の内側爪部７１は、それぞれ板面の一方の面から斜めに突出している。一対の内側爪部７１の互いに対向する部分がＶ字状の切欠き部７０ａとなっている。また、スピードナット７の長辺方向の両端部（止め部材の外側部）７２が、板面の他方の面側に曲がっている。

また、ナット２の貫通穴２２を構成する凹部２４Ａの平面形状をなす半長円の直径Ｔ（図９）は、スピードナット７の短辺の寸法より僅かに大きい。
ボールねじを組み立てる際には、先ず、第１実施形態と同様に、ナット２の内周面側から嵌合穴２３にコマ４を入れ、突起４２の曲面４２ａをナット２の内周面（軸方向で隣り合う螺旋溝２１の間の部分）２ａに接触させる。

次に、治具によりコマ４をナット２の径方向外側に押し付けた状態で、スピードナット７をナット２の外周面側から凹部２４Ａに挿入して、図１０および図１１に示すように、スピードナット７の一対の切欠き部７０ａをコマ４の軸部４３に嵌めて、スピードナット７をナット２の径方向内側に押し込む。これにより、内側爪部７１が軸部４３と噛み合い、両端部７２が凹部２４Ａの底面２４ａに押し付けられる。

このようにして、コマ４がナット２に固定される。その結果、図１２に示すように、ナット２の螺旋溝２１とコマ４のボール戻し路４１が接続される。また、スピードナット７の両端部７２が僅かな隙間で凹部２４Ａに嵌まっているため、スピードナット７が凹部２４Ａ内で回転しない。
次に、仮軸を用いてボール３とねじ軸１をナット２に組み付ける。

この実施形態のボールねじは、上述のように、スピードナット７を用いてコマ４を取り付けることで、特許文献１のボールねじと比較して、コマ４がナット２の貫通穴２２から抜け落ちにくい。また、接着剤を使用してコマ４を固定する方法と比較して、コマ４の取付に係る作業時間が短い。
なお、上記各実施形態では、コマ４の軸部４３の外周面がねじ加工されているが、軸方向に垂直なローレット加工がなされていてもよい。

また、コマ４の本体４０および突起４２をなす合成樹脂としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）以外に、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、６ナイロン、４，６ナイロン、６，６ナイロン等が挙げられる。また、これらの合成樹脂にガラス繊維、チタン酸カリウム繊維等からなる強化材が混合された樹脂組成物でコマ４の本体４０および突起４２を形成してもよい。

また、コマ４の本体４０および突起４２は金属製でもよく、例えば「ＪＩＳ Ｚ ２５５０」に記載された焼結金属材料の純鉄系などで形成することができる。
また、軸部４３をなす金属としては、Ｓ３５Ｃなどの機械構造用炭素鋼を使用することが好ましい。

１ ねじ軸
１１ ねじ軸の螺旋溝
２ ナット
２ａ ナットの内周面
２Ａ ナットの円筒部
２Ｂ ナットのフランジ部
２１ ナットの螺旋溝
２２ ナットの貫通穴
２３ 嵌合穴
２４ 凹部
２４ａ 凹部の底面
３ ボール
４ コマ
４０ 本体
４０ａ 本体をなす略長円柱の一方の底面
４０ｂ 主外面（背面部の外面、背面部の外端面）
４０ｃ 傾斜面（背面部の外面）
４１ ボール戻し路
４１ａ ボール戻し路の背面部
４２ 突起（係合部）
４２ａ 突起の曲面（係合面）
４３ 軸部
５ シール
６ スピードワッシャ（止め部材）
６０ａ 円穴
６０ｂ，６０ｃ スリット
６１ 内周爪部
６２ 外周爪部
７ スピードナット（止め部材）
７０ａ 切欠き部
７１ 内側爪部
７２ 長辺方向の両端部（止め部材の外側部）
Ｈ ボール戻し路に沿った方向
Ｋ ナットの径方向
Ｔ 凹部２４Ａの平面形状をなす半長円の直径

Claims (3)

1. ねじ軸と、ナットと、複数のボールを有し、
   前記ねじ軸は前記ナットを貫通し、
   前記ねじ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝とにより、前記ボールが転動する転動路が形成され、
   前記ナットは、前記ボールを前記転動路の終点から始点に戻すボール戻し路が形成されたコマを有し、
   前記コマは前記ナットを径方向に貫通する貫通穴内に配置され、
   前記ボールは、前記転動路内と前記ボール戻し路内に配置され、
   前記転動路内で転動する前記ボールを介して、前記ねじ軸と前記ナットとが相対移動するボールねじにおいて、
   前記コマは、前記ボール戻し路の幅方向両側部に、前記ナットの内周面の前記貫通穴の周縁部に係合する係合部を有し、
   前記コマは、前記ボール戻し路の背面部に前記ナットの径方向外側に突出する軸部を有し、
   前記貫通穴は、前記ナットの内周部側に形成されて前記コマを嵌合する嵌合穴と、前記嵌合穴より前記ナットの径方向外側に形成された凹部とからなり、前記凹部は、前記ボール戻し路に沿った方向と垂直な方向で前記嵌合穴の両側に配置され、
   前記コマは、前記ナットの内周面側から前記嵌合穴に挿入されて、前記係合部が前記内周面に係合され、
   内側爪部と外側部を有するばね状の止め部材を用い、前記ナットの外周面側から前記凹部に挿入された前記止め部材により、前記内側爪部が前記軸部と噛み合い、前記外側部が前記凹部の底面に押し当てられて、前記コマが前記嵌合穴に固定されていることを特徴とするボールねじ。
2. 前記止め部材の前記外側部に外側爪部を有し、
   前記ナットの外周面側から前記凹部に挿入された前記止め部材により、前記内側爪部が前記軸部と噛み合い、前記外側爪部が前記凹部の底面に押し当てられて、前記コマが前記嵌合穴に固定されている請求項１記載のボールねじ。
3. 前記コマの前記背面部は、前記凹部の底面より前記ナットの径方向内側に位置し、
   前記ナットの外周面側から前記凹部に挿入された前記止め部材により、前記内側爪部が前記軸部と噛み合い、前記外側爪部の一部が前記凹部の底面を押し、前記外側爪部の他の部分が前記嵌合穴に食い込んでいる請求項２記載のボールねじ。

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