JP2016211606A - ボールねじ用ナット及びボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性や動作精度を確保できる非循環式のボールねじを実現する。
【解決手段】本発明のボールねじ用ナットは、螺旋状のリード溝１０ａ〜１０ｄを備えたリードスクリュー１０に装着されるボールねじ用ナット２０であって、前記リード溝１０ａ〜１０ｄに嵌合するボール２３と、該ボール２３を転動可能に保持する保持孔２１ａ，２１ｂを備えた筒状の保持部２１Ａを有する保持体２１と、該保持体２１の前記保持部２１Ａの外周面上において前記保持体２１には軸線方向に位置が拘束されない態様で装着され、前記保持孔２１ａ，２１ｂに保持される前記ボール２３が嵌合する単一の周回状の保持溝２２ａ、２２ｂを有するスリーブ２２Ａ，２２Ｂと、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明はボールねじ用ナット及びボールねじに係り、特に、非循環型のボールねじに用いるナット構造に関する。

一般に、ボールねじには循環式のボールねじと、非循環式のボールねじとがある。非循環式のボールねじとしては、リードスクリューと、ナットと、保持器（リテーナ）と、を備えたものが一般的に知られている。リードスクリューは、その外周面上に螺旋状のリード溝を有する。ナットはその内周面上に周回状の保持溝を有し、リードスクリューがナットに挿通される。保持器（リテーナ）は、ボールが転動可能に保持されるボール保持孔を備えており、ボールはリードスクリューとナットとの間に介在し内側のリード溝と外側の保持溝の間で転動する。

特許文献１〜３は、上記の非循環式のボールねじである。いずれも、周回状の保持溝を有する上記ナットと、ボール保持孔を有する保持器とが固定された構造が開示されている。このように、ナットと保持器とを固定することにより、リードスクリューとナットとの間で、保持器とこれに保持されたボールとが空回りすることが防止される。これにより、ボールねじによる回転運動と直線運動との変換を正確に行うことが可能になる。

特許第２６６１７８９号公報 実公昭５７−４１４８９号公報 実開昭５５−１４５７４７号公報

上記非循環式のボールねじは、比較的簡易な構造を有する。つまり、上記循環式のボールねじは、周回状の保持溝を有するナットと、ボール保持孔を有する保持器とが相互に固定された構造を有する。ナットと保持器が相互に固定される際に、ナットに設けられた周回状の保持溝の位置と、保持器に設けられた保持孔の位置とが、軸方向にわずかに一致しない場合がある。ナットの位置と保持器の位置が軸方向にわずかに一致しない場合には、ボールが収容される空間の寸法が確保されないので、ボールがナットの保持溝や保持器のボール保持孔やリード溝と転がり接触せず摺動接触する。すると、ボールやボール保持孔などが摺動接触により磨耗し、作動不良を起こしたり、耐久性不足や動作精度不良を招いたりするという問題が生ずる。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その目的は、耐久性や動作精度を確保できる非循環式のボールねじを実現することにある。

斯かる実情に鑑み、本発明のボールねじ用ナットは、螺旋状のリード溝を備えたリードスクリューに装着されるボールねじ用ナットであって、前記リード溝に嵌合するボールと、該ボールを転動可能に保持する保持孔を備えた筒状の保持部を有する保持体と、該保持体には軸線方向に位置が拘束されない態様で、前記保持部の外周面上に装着されるとともに、前記保持孔に保持される前記ボールが嵌合する単一の周回状の保持溝を有するスリーブと、を具備することを特徴とする。

本発明において、前記保持部は、軸線方向の互いに異なる位置に設けられた第１の前記保持孔と第２の前記保持孔を備え、前記スリーブとして、前記第１の保持孔に保持された前記ボールに嵌合する前記保持溝を備えた第１のスリーブと、前記第２の保持孔に保持された前記ボールに嵌合する前記保持溝を備えた第２のスリーブとを具備し、前記第１のスリーブと前記第２のスリーブは相互に位置が拘束されない状態で前記保持部に装着されていることが好ましい。なお、軸線方向の異なる位置に設けられた保持孔の数及びスリーブの数は２つに限らず、３つ以上であってもよい。

本発明において、リードスクリューに対するナットの姿勢安定性や位置精度を高めるには、上記保持部は、円周方向に複数の保持孔が配列されてなる孔列を備え、該孔列に属する複数の保持孔に保持された複数のボールが前記単一の保持溝に嵌合することが好ましい。

このように、上記保持部において円周方向に複数の保持孔が配列されてなる孔列を備える場合には、前記保持部は、前記孔列として、円周方向に配列された前記複数の保持孔からなる第１の孔列と、該第１の孔列に対して軸線方向にずれた位置に設けられ、円周方向に配列された前記複数の保持孔からなる第２の孔列とを備え、前記スリーブとして、前記第１の孔列に属する前記複数の保持孔に保持される前記ボールに嵌合する前記保持溝を有する第１の前記スリーブと、前記第２の孔列に属する前記複数の保持孔に保持される前記ボールに嵌合する前記保持溝を有する第２の前記スリーブとを具備し、前記第１のスリーブと前記第２のスリーブは相互に位置が拘束されない状態で前記保持部に装着されていることが好ましい。なお、軸線方向に形成される上記孔列の数及びスリーブの数は２つに限らず、３以上であってもよい。

本発明において、前記保持溝は、前記ボールの形状に対応する円弧状の断面を有する円形溝であることが好ましい。また、この保持溝は、前記ボールの形状に対応するものであれば、Ｖ字状の断面を有するＶ形溝、台形断面を有する台形溝などであってもよい。なお、保持溝の溝形状としては、上記に限らず、ボールねじに用いられる各種の形状を用いることができる。さらに、リードスクリューのリード溝の形状についても、上記と同様に種々の断面形状を有するものとすることができる。

本発明において、前記保持体は、他の部材に取付可能な外部取付部を有することが好ましい。この外部取付部は、例えば、前記保持部に対して軸線方向かつ半径方向に突出したフランジ部とすることができる。また、上記他の部材をリードスクリューの軸線方向に相対的に移動可能に構成されたものとし、当該他の部材に前記保持体の外部取付部が取付固定されることにより、前記他の部材をリードスクリューに対して軸線方向に駆動することが可能になる。この場合において、前記スリーブは、前記保持体には軸線方向に位置が拘束されない態様で、前記保持部の外周面上に装着されるとともに、前記保持孔に保持される前記ボールが嵌合する単一の周回状の保持溝を有する。また、このスリーブは、前記他の部材には位置が拘束されない状態とされる。なお、外部取付部には、貫通孔、ねじ孔、切り欠き、ボスなどの、他の部材を固定するための各種の取付手段を設けることができる。

本発明において、前記保持部は円筒状に構成され、前記スリーブは前記保持部に対し円周方向に回転可能に装着されることが好ましい。

本発明において、前記保持孔の貫通深さに相当する前記保持部の厚みＴｒは、前記スリーブの前記保持溝の深さＤｇより大きいことが好ましい。

本発明において、軸線方向に沿った前記保持溝に対する前記ボールの最大接触角αは、前記リード溝のリード角βより大きいことが好ましい。

本発明において、前記リードスクリューはｎ条（ｎは２以上の自然数）の前記リード溝を備え、前記保持部は前記ｎ条のリード溝のそれぞれに対応して円周方向に配列されたｎ個の前記保持孔を備え、前記保持孔にそれぞれ保持されるｎ個の前記ボールは、前記ｎ条のリード溝のそれぞれに嵌合するとともに、前記スリーブの前記単一の保持溝に共に嵌合することが好ましい。

本発明によれば、スリーブが保持体の保持部の外周面上に装着される。スリーブは、保持部には軸線方向に位置が拘束されない態様で装着されることにより、スリーブの周回状の保持溝が保持孔に保持されたボールと嵌合し、スリーブはボールによって位置決めされる。従って、保持孔の位置と、スリーブの保持溝の位置との間の精度の確保や位置決めが不要になり、両位置間の精度不足に起因する耐久性や動作精度の不良を回避できるという優れた効果を奏し得る。

本発明に係る第１実施形態のボールねじの構造を軸線方向に沿った断面で示す断面図である。 第１実施形態のボールねじの構造を、軸線方向と直交する断面（図１のII−II断面）で示す断面図である。 第１実施形態のナットの保持部の形状を示す斜視図である。 第２実施形態のナットの保持部の形状を示す斜視図である。 第１及び第２実施形態のリードスクリュー、保持体、及び、スリーブの係合構造を示す拡大断面図である。 第３実施形態のリードスクリュー、保持体、及び、スリーブの係合構造の一部を拡大して示す拡大部分断面図である。 第１〜第３実施形態のボールねじを用いた電動アクチュエータの構造及び動作態様を示す断面図(ａ)及び（ｂ）である。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態の構成について詳細に説明する。最初に、図１乃至図３を参照して、本発明に係る第１実施形態を主体に説明するとともに、図４を参照して第２実施形態を説明し、図６を参照して第３実施形態を説明する。

第１実施形態のボールねじ１は、リードスクリュー１０とナット２０を有する。リードスクリュー１０は、その外周面上に螺旋状のリード溝１０ａ〜１０ｄを備えている。図示例では４条のリード溝１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを有するが、リード溝は１条のみであってもよい。ただし、リード溝が２条以上設けられることにより、ナット２０の係合精度や動作精度を高めることができる。図中においてリード溝のリード角はβで示される。

ナット２０は、保持体２１、スリーブ２２Ａ，２２Ｂ及びボール２３を備えている。保持体２１は、円筒状の保持部２１Ａと、この保持部２１Ａに対して軸線方向（リードスクリュー１０の軸線１０ｘの方向）及び半径方向（軸線１０ｘと直交する動径方向）に突出した外部取付部となるフランジ部２１Ｂとを有する。保持部２１Ａには、それぞれ半径方向に貫通した複数の保持孔２１ａ，２１ｂが形成され、それぞれの保持孔２１ａ，２１ｂには球状のボール２３が転動可能に保持されている。

本実施形態では、第１の保持孔２１ａは円周方向（軸線１０ｘの周りを周回する方向）に複数設けられている。図示例では、４つの第１の保持孔２１ａが、円周方向に等角度（９０度）間隔で保持部２１Ａに設けられている。これらの複数の第１の保持孔２１ａ（第１の孔列）にそれぞれ転動可能に保持された４つのボール２３は、本実施形態の場合、上記４条のリード溝１０ａ〜１０ｄのそれぞれに一つずつ嵌合する。また、上記第１の保持孔２１ａに対して軸線方向の異なる位置に設けられた第２の保持孔２１ｂも、円周方向に複数設けられている。図示例では、保持部２１Ａに４つの第２の保持孔２１ｂが円周方向に等角度（９０度）間隔で設けられている。本実施形態の場合、ボール２３は、これらの複数の第２の保持孔２１ｂ（第２の孔列）にそれぞれ転動可能に保持され、上記４条のリード溝１０ａ〜１０ｄのそれぞれに一つずつ嵌合する。

なお、図示例では、軸線方向に隣接する第１の保持孔２１ａと第２の保持孔２１ｂは、相互に同じ角度位置に配置される。ただし、図４に示す第２実施形態の保持体２１′（保持部２１Ａ′）のように、第１の保持孔２１ａと第２の保持孔２１ｂ′が相互に円周方向にずれた位置に配置されていてもよい。なお、この第２実施形態は、第１の保持孔２１ａと第２の保持孔２１ｂ′との相対的な円周方向の位置関係が異なるのみで、他の構成は第１実施形態と共通である。

フランジ部２１Ｂは、外部取付部としての剛性を確保するために、軸線方向及び半径方向の厚み寸法は、上記保持部２１Ａの厚み寸法よりもいずれも大きい。このフランジ部２１Ｂには貫通孔２１ｃが形成され、貫通孔２１ｃは、他の部材に取り付けるための取付手段として機能する。図示例では、４つの貫通孔２１ｃが円周方向に等角度間隔で形成されている。なお、取付手段としては、貫通孔２１ｃに限らず、ねじ穴、切り欠き、ボス等の各種の構造を用いることができる。

スリーブ２２Ａ，２２Ｂは、上記保持部２１Ａの外周面上に装着される。本実施形態では、２つのスリーブ２２Ａと２２Ｂが軸線方向に隣接して装着されている。

スリーブ２２Ａ，２２Ｂは、それぞれ、上記保持部２１Ａの外周面形状（円筒面）に対応する円筒状に構成されている。スリーブ２２Ａ，２２Ｂの内周面には、円周方向に周回する形状を備えた保持溝２２ａ、２２ｂが一つずつ形成されている。すなわち、第１のスリーブ２２Ａには単一の保持溝２２ａのみが形成され、第２のスリーブ２２Ｂには単一の保持溝２２ｂのみが形成される。これらの保持溝２２ａ，２２ｂは、溝形状を有している。ボール２３の一部は、保持部２１Ａの保持孔２１ａ，２１ｂから外周側へ突出し、溝形状の保持溝２２ａ，２２ｂに嵌合する。保持溝２２ａ，２２ｂは円形溝であり、保持溝２２ａ，２２ｂの半径はボール２３の半径に対応する。ただし、後述するように、保持溝は、上記の態様で配置されたボール２３に嵌合可能な溝構造であれば、良い。例えば、図６に示す第３実施形態のスリーブ２２Ａ′に形成された保持溝２２ａ′のように、Ｖ字形状を備えたＶ形溝であってもよい。

スリーブ２２Ａ，２２Ｂは、保持体２１には軸線方向の位置が拘束されることなく、保持孔２１ａ，２１ｂにそれぞれ保持されたボール２３と嵌合し、ボール２３によって軸線方向に位置決めされる。したがって、保持孔２１ａ，２１ｂの軸線方向の位置と保持溝２２ａ，２２ｂの軸線方向の位置との相違は生じないから、当該相違に起因するボール２３の異常摩耗も生じない。ここで、スリーブ２２Ａ，２２Ｂが保持体２１には軸線方向に位置が拘束されない態様で装着されるとは、ボール２３を介在させない場合において、スリーブ２２Ａ，２２Ｂが保持部２１Ａ上で軸線方向に移動自在となるように、スリーブ２２Ａ、２２Ｂと保持体２１の形状、寸法が設定されていることを意味する。また、本実施形態では、スリーブ２２Ａ，２２Ｂの軸線方向の位置は、保持体２１によって直接に位置決めされることはなく、その保持溝２２ａ，２２ｂがボール２３と嵌合することによって位置決めされる。さらに、本実施形態では、スリーブ２２Ａと２２Ｂとは相互に位置が拘束されず、つまり相互に干渉し合うことがない。スリーブ２２Ａと２２Ｂは、それぞれ保持体２１との間にボール２３が介在することによって、結果として、保持体２１とボール２３を介してのみ相互に位置決めされる。ただし、円周方向に配列された状態に保持された複数のボール２３の間に軸線方向の位置のばらつきがある場合（すなわち保持体２１の保持孔２１ａ，２１ｂの位置に軸線方向のばらつきがある場合）には、これらの複数のボール２３が単一の保持溝２２ａ，２２ｂに対して嵌合したときの円周方向に配列された各ボール２３の間に動作態様の相違が生じ得るが、これは保持体２１単独の問題に過ぎず、保持部２１Ａに形成する孔列の配列精度を高めることで回避できるし、摩耗の程度も大きくなく、しかも、後述するようにガタやバックラッシの低減にも役立つ。

なお、保持部２１Ａ（保持孔２１ａ，２１ｂ）とスリーブ２２Ａ，２２Ｂの間の隙間寸法に関しては、隙間寸法がゼロではなく、若干の隙間を有する。従って、スリーブ２２Ａ，２２Ｂは、ボール２３との嵌合によって軸線方向と半径方向に位置決めされる。そして、ボールねじ１を作動させる際には、保持体２１は、フランジ部２１Ｂなどの外部取付部を介して外部の他の部材に取付けられるが、スリーブ２２Ａ，２２Ｂは、上記のように保持体２１の保持部２１Ａには軸線方向に位置が拘束されずに配置された状態で、ボール２３にだけ嵌合し位置決めされる状態に維持される。

ここで、図示例では、保持部２１Ａが円筒状に形成されるとともにスリーブ２２が円筒状に形成され、ボール２３を保持する保持孔２１ａ，２１ｂの各孔列及びこれに対応する保持溝２２ａ，２２ｂが軸線１０ｘと直交する平面（後述する仮想平面Ｐ）上に沿って形成されているため、スリーブ２２は、軸線方向だけではなく、円周方向についても保持部２１Ａには位置が拘束されず、回転自在に装着されている。しかし、上記保持部２１Ａは筒状であればよく、例えば、保持部２１Ａの外周面が角筒状などの非円筒形状である場合には、スリーブ２２Ａ，２２Ｂがこれと対応する非円筒形状であってもよい。この場合には、スリーブ２２Ａ，２２Ｂは、上記保持部２１Ａには軸線方向に位置が拘束されない態様で装着されているが、円周方向（周回方向）には位置が拘束され、回転しない状態となる。

本実施形態では、ボール２３と、このボール２３に対応する溝形状を備えたリード溝１０ａ〜１０ｄを有するリードスクリュー１０と、ボール２３に対応する溝形状を備えた周回状の保持溝２２ａ，２２ｂを有するスリーブ２２Ａ，２２Ｂとを、それぞれ剛性の確保しやすい金属製とし、ボール２３を転動可能に保持する保持孔２１ａ，２１ｂを有する保持体２１を低い摩擦係数を備えた合成樹脂製としている。当該合成樹脂としては、例えば、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）などが高い機械的強度、耐摩耗性、摺動性などを有することから好ましい。ただし、いずれの部材もこれらの金属や合成樹脂の材料に限定されるものではなく、用途などに対応する各種の要求特性に応じて、適宜の材料で構成することができる。

第１及び第２の実施形態では、図５に示すように、リードスクリュー１０が周回方向Ｒに回転するときに生ずる駆動力Ｆがナット２０を軸線方向に移動させる。このとき、保持体２１の上記保持部２１Ａの厚みＴｒが、スリーブ２２Ａ，２２Ｂの周回状の保持溝２２ａ，２２ｂの深さＤｇよりも大きく構成されることが好ましい。これは、ボール２３を保持する保持部２１Ａの剛性を大きくし、保持孔２１ａ，２１ｂの位置精度を確保しやすくするためである。また、スリーブ２２Ａ，２２Ｂのボール２３に対する嵌合精度を確保しつつ、ボールねじ１の組立時におけるスリーブ２２Ａ，２２Ｂの保持体２１に対する装着性を容易にするためでもある。なお、スリーブ２２Ａ，２２Ｂの装着作業は、例えば、リードスクリュー１０が保持体２１の少なくとも保持部２１Ａの内側には挿入されない状態で、保持孔２１ａ，２１ｂ内にボール２３を挿入配置した後に、スリーブ２２Ａ，２２Ｂを保持部２１Ａの外周面上に軸線方向に組み込むようにして行う。その後、リードスクリュー１０を、リード溝１０ａ〜１０ｄが上記ボール２３に螺合するように、保持部２１Ａの内側に回転させながら挿入することによって、ボールねじ１の組立が完了する。

さらに、本実施形態では、軸線１０ｘと直交する仮想平面Ｐに対して軸線方向に沿った方向に測った、スリーブ２２Ａ，２２Ｂの保持溝２２ａ，２２ｂの内面に対する最大接触角αが、リードスクリュー１０のリード溝１０ａ〜１０ｄのリード角βより大きくなるように設定されている。ここで、上記最大接触角αは、上記仮想平面Ｐと直交する軸線方向に沿った平面（図５の紙面）上の、保持溝２２ａ，２２ｂの内面に対するボール２３の中心の周りの接触可能な角度範囲を示す。これは、本実施形態では、上述の理由により、保持溝２２ａ，２２ｂの深さＤｇが保持部２１Ａの厚みＴｒより小さくなっているが、上記深さＤｇが小さすぎると、スリーブ２２Ａ，２２Ｂとボール２３との間の軸線方向の係合度合が弱くなって不具合が生ずるため、上記最大接触角αを或る程度の大きな値に保つことが好ましいからである。すなわち、スリーブ２２Ａ，２２Ｂは、保持体２１には軸線方向に位置が拘束されず、ボール２３のみを介して軸線方向及び半径方向に位置が拘束されるように装着されているため、リードスクリュー１０によるナット２０の加減速時等においてスリーブ２２Ａ，２２Ｂとボール２３との間に力が加わると、スリーブ２２Ａ，２２Ｂの弾性変形や振動によってボール２３を保持するナット構造が不安定化したり、極端な場合には保持部２１Ａ上でスリーブ２２Ａ，２２Ｂがボール２３から外れたりする虞がある。このような事態が生ずると、スリーブ２２Ａ，２２Ｂのボール２３に対する半径方向の位置決め機能が低下したり失われたりするので、ボールねじの耐久性や動作精度に著しい影響を与える。そして、軸線方向の加減速度はリードスクリュー１０のリード角βと正の相関を有するので、上記最大接触角αをリード角βより大きくすることで、ボールねじ１の性能を確保することが可能になる。

図６は、第３実施形態のスリーブ２２Ａ，２２Ｂの保持溝２２ａ，２２ｂと、ボール２３との嵌合構造を示す断面図である。この第３実施形態では、保持溝２２ａ，２２ｂの断面形状がＶ字状に構成された、Ｖ形溝となっている点で先の第１及び第２実施形態とは異なるが、他の構造は第１及び第２実施形態と共通である。この第３実施形態では、Ｖ形溝である保持溝２２ａ，２２ｂの内面に対してボール２３が軸線方向前後の二点で接触するため、実効的な観点を重視すれば、保持溝２２ａ′の深さＤｇは、図示のように二点接触した状態におけるボール２３の保持溝２２ａ′の内部に配置された部分の厚みと考えればよい。一方、ボール２３の保持溝２２ａ′に対する最大接触角αは、ボール２３の中心点から上記接触点までの直線の上記仮想平面Ｐに対する軸線方向に沿った角度と考えればよい。

本実施形態のボールねじ１では、図１に示すように、上記保持部２１Ａの外周面上において、第１のスリーブ２２Ａと第２のスリーブ２２Ｂとが軸線方向に隣接して配置されている。スリーブ２２Ａ、２２Ｂの軸方向長さは、保持部２１Ａの保持孔２２ａ、２２ｂのピッチよりも短いので、これら第１のスリーブ２２Ａと第２のスリーブ２２Ｂは相互に隙間を介して隣接している。すなわち、第１のスリーブ２２Ａと第２のスリーブ２２Ｂは、相互に当接することがないので、軸方向の位置を互いに干渉し合うことがない。また、第１のスリーブ２２Ａは、隣接するフランジ部２１Ｂとの間にも隙間を有するので、フランジ部２１Ｂによって軸方向に位置決めされることがない。なお、スリーブ２２Ａ、２２Ｂはボール２３によって軸方向に位置決めされ、ボール以外のものによって軸方向に位置決めされることはない。

上記の構成によって、第１のスリーブ２２Ａは、保持溝２２ａとこれに対応するボール２３との嵌合作用のみで上記保持部２１Ａ上で軸線方向及び半径方向に位置決めされ、第２のスリーブ２２Ｂも、保持溝２２ｂとこれに対応するボール２３との嵌合作用のみで上記保持部２１Ａ上で軸線方向及び半径方向に位置決めされる。つまり、保持溝２２ａとこれに対応するボール２３との嵌合作用によって、第１のスリーブ２２Ａは保持孔２１ａつまり保持部２１Ａに対して自動的に位置決めされる。同様に、保持溝２２ｂとこれに対応するボール２３との嵌合作用によって、第２のスリーブ２２Ｂは保持孔２１ｂつまり保持部２１Ａに対して自動的に位置決めされる。したがって、保持溝２２ａの軸方向位置と保持孔２１ａの軸方向位置とボール２３の軸方向位置は、自動的に最適位置に位置決めされるので、これらの位置が軸方向に一致し、ボール２３の摩擦の増大による耐久性や動作精度の低下を招く虞もない。

本実施形態では、各スリーブ２２に設けられた単一の保持溝２２ａ，２２ｂには、円周方向に配列された複数のボール２３が嵌合する。これらの複数のボール２３は、保持体２１の保持部２１Ａに設けられた複数の保持孔２１ａ、２１ｂによって、位置決め保持されている。図示例では、４つのボール２３が第１の孔列を構成する４つの第１の保持孔２２ａにそれぞれ保持される。同様に、４つのボール２３が、第２の孔列を構成する４つの第２の保持孔２２ｂにそれぞれ保持される。このように、各孔列に保持される複数のボール２３が共通の保持溝２２ａ，２２ｂに嵌合することによって、円周方向の複数の保持孔２２ａ，２２ｂの間の軸線方向の位置やこれらに保持される複数のボール２３の間の軸線方向の保持位置や形状のばらつきに起因する各部のガタやバックラッシが低減される。

本実施形態では、上記のように円周方向に配列される複数のボール２３は、それぞれリード溝１０ａ〜１０ｄの一つずつに嵌合する。このように構成することによって、仮想平面Ｐに沿って円周方向に形成された周回状の保持溝２２ａ，２２ｂに複数のボール２３が嵌合される。したがって、スリーブ２２Ａ，２２Ｂの軸線方向及び半径方向の位置決め状態の安定性が確保される。また、ボールねじとしての運動変換機能の変換性能や変換精度が確保され、ナット構造がコンパクトに構成される。

保持部２１Ａにおいて、上記の第１の孔列と第２の孔列は、互いに軸線方向に異なる位置に設けられる。これらの各孔列に保持された複数のボール２３の各組は、共通の単一の保持溝２２ａ，２２ｂにそれぞれ嵌合する。ここで、各スリーブ２２Ａ，２２Ｂ自体はそれぞれ単一の保持溝２２ａ，２２ｂのみを有するとともに、上記各組の複数のボール２３にのみ嵌合して位置決めされる。したがって、一つのスリーブ２２Ａ，２２Ｂには単一の保持溝２２ａ，２２ｂが形成されるだけで足りる。さらに、この単一の保持溝の形状精度が確保されれば済む。一つのスリーブ２２Ａ，２２Ｂに対して軸線方向に複数の保持溝を形成する場合には、複数の保持溝の軸線方向のピッチをリード溝１０ｄのピッチに一致させる必要がある。これに対して、本発明においては、保持溝の間隔を設定する必要がないなど単一の保持溝２２ａ，２２ｂが一つのスリーブ２２Ａ，２２Ｂに加工されるので、スリーブ２２Ａ，２２Ｂに対する保持溝の加工が容易になるという利点が得られる。

また、第１のスリーブ２２Ａと第２のスリーブ２２Ｂが保持体２１の保持部２１Ａに対して個々に独立して装着され、個々に対応する孔列に保持される複数のボール２３に嵌合することで、上述のように対応する保持孔と保持溝との間の位置の僅かな相違に起因する摩擦増加を回避できるだけでなく、軸線方向の異なる位置に設けられた第１の保持孔２１ａと第２の保持孔２１ｂの各孔列の間の寸法誤差や、各孔列に保持されるボール２３の、第１の保持溝２２ａとリード溝１０ａ〜１０ｄに対する嵌合態様と、第２の保持溝２２ｂとリード溝１０ａ〜１０ｄに対する嵌合態様との相違により、各所のガタが相互に補償され合うため、リードスクリュー１０と保持体２１との間のバックラッシが全体として軽減される。

図７は、上記第１乃至第３実施形態のボールねじ１を用いた電動アクチュエータを示す縦断面図である。この電動アクチュエータは、モータ２と、リードスクリュー１０と、このリードスクリュー１０に螺合するナット２０とを有する。リードスクリュー１０は、軸継手３と、ベアリング４に軸支されたジョイントロッド５を介して、モータ２の出力軸２ａに連結される。ナット２０の保持体２１のフランジ部２１Ｂは、貫通孔２１ｃに挿通させた固定ねじ６を用いて、ブッシュ７等の案内構造により案内される筒状の駆動軸８の基端に固定されている。駆動軸８は、上記リードスクリュー１０の軸線方向にのみ移動可能に案内され、円周方向に回転しないように案内されるので、駆動軸８はボールねじ１によって軸線方向に駆動される。ここで、駆動軸８の軸孔の内面とスリーブ２２Ａ，２２Ｂとは接触しないので、スリーブ２２Ａ，２２Ｂは外部からの軸線方向及び半径方向の拘束力を受けない。

第１実施形態のボールねじ１のリードを１５ｍｍに設定して、電動アクチュエータ内に組み込み、駆動軸８に間接的に錘０．５ｋｇを搭載して、軸線方向を垂直方向に固定し、駆動軸８の移動ストロークを５６ｍｍとし、最高速度を１８０ｍｍ／ｓ、最高加速度を約０．２Ｇ（２０１４ｍｍ／ｓ^２）となるようにコントローラによりモータ２を制御して、連続で５００万回、往復動作させることができた。総移動距離は５６０ｋｍとなった。このとき、各部の異常摩耗は観測されなかった。

また、上記と同じ電動アクチュエータの駆動軸８に間接的に錘１．５ｋｇを搭載して、軸線方向を水平に固定し、駆動軸８の移動ストロークを５６ｍｍとし、最高速度を１８０ｍｍ／ｓ、最高加速度を約０．２Ｇ（２０１４ｍｍ／ｓ^２）となるようにコントローラによりモータ２を制御して、連続で５００万回、往復動作させることができた。総移動距離は５６０ｋｍとなった。このとき、各部の異常摩耗は観測されなかった。

上記のように、本実施形態のボールねじ１は、５００万回のテストにも充分に耐える耐久性を有することが確認された。また、駆動軸８の１０リード（１５０ｍｍ）の移動時の移動距離の繰り返し精度を４昼夜連続で測定したところ、温度要因を除去した結果として、上記移動距離のばらつきの幅は５μｍ以内となり、平均で約３μｍとなった。したがって、本実施形態のボールねじ１は、充分な動作精度を有することが確認された。

尚、本発明のボールねじ用ナット及びボールねじは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記各実施形態では、リードスクリュー１０に形成されたリード溝はＲ溝（円形溝）であるが、ボール２３が嵌合する形状であれば、台形溝、Ｖ形溝などの適宜の溝形状を有するものであってもよい。また、上記実施形態のように４条のリード溝１０ａ〜１０ｄを有するものに限らず、２条以上であることが好ましいものの、１条以上の任意の数のリード溝を有するものであってもよい。さらに、保持溝２２ａ，２２ｂは、円周方向に周回する形状であればよく、図示例のように軸線１０ｘと直交する仮想平面Ｐに完全に沿って形成されたものである必要はない。

１…ボールねじ、２…モータ、３…軸継手（カップリング）、４…ジョイントロッド、５…ベアリング、６…固定ねじ、７…ブッシュ、８…駆動軸、１０…リードスクリュー、１０ａ〜１０ｄ…リード溝、２０…ナット、２１…保持体、２１Ａ…保持部、２１Ｂ…フランジ部、２１ａ，２１ｂ…保持孔、２１ａ…第１（の孔列）の保持孔、２１ｂ…第２（の孔列）の保持孔、２２Ａ…第１のスリーブ、２２Ｂ…第２のスリーブ、２２ａ、２２ｂ…保持溝、２３…ボール

Claims (10)

1. 螺旋状のリード溝を備えたリードスクリューに装着されるボールねじ用ナットであって、
   前記リード溝に嵌合するボールと、
   該ボールを転動可能に保持する保持孔を備えた筒状の保持部を有する保持体と、
   該保持体には軸線方向に位置が拘束されない態様で、前記保持部の外周面上に装着されるとともに、前記保持孔に保持される前記ボールが嵌合する単一の周回状の保持溝を有するスリーブと、
   を含むことを特徴とするボールねじ用ナット。
2. 前記保持部は、軸線方向の互いに異なる位置に設けられた第１の前記保持孔と第２の前記保持孔を備え、
   前記スリーブとして、前記第１の保持孔に保持された前記ボールに嵌合する前記保持溝を備えた第１のスリーブと、前記第２の保持孔に保持された前記ボールに嵌合する前記保持溝を備えた第２のスリーブとを具備し、
   前記第１のスリーブと前記第２のスリーブは相互に位置が拘束されない状態で前記保持部に装着されていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ用ナット。
3. 前記保持部は、円周方向に複数の保持孔が配列されてなる孔列を備え、
   該孔列に属する複数の保持孔に保持された複数のボールが前記単一の保持溝に嵌合することを特徴とする請求項１に記載のボールねじ用ナット。
4. 前記保持部は、前記孔列として、円周方向に配列された前記複数の保持孔からなる第１の孔列と、該第１の孔列に対して軸線方向にずれた位置に設けられた、円周方向に配列された前記複数の保持孔からなる第２の孔列とを備え、
   前記スリーブとして、前記第１の孔列に属する前記複数の保持孔に保持される前記ボールに嵌合する前記保持溝を有する第１の前記スリーブと、前記第２の孔列に属する前記複数の保持孔に保持される前記ボールに嵌合する前記保持溝を有する第２の前記スリーブとを具備し、
   前記第１のスリーブと前記第２のスリーブは相互に位置が拘束されない状態で前記保持部に装着されていることを特徴とする請求項３に記載のボールねじ用ナット。
5. 前記保持体は、他の部材に取付可能な取付手段を備えた外部取付部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ用ナット。
6. 前記外部取付部は、前記保持部に対して軸線方向かつ半径方向に突出したフランジ部であることを特徴とする請求項５に記載のボールねじ用ナット。
7. 前記保持孔の貫通深さに相当する前記保持部の厚みＴｒは、前記スリーブの前記保持溝の深さＤｇより大きいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のボールねじ用ナット。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のボールねじ用ナットと、該ボールねじ用ナットが装着され、前記ボールが嵌合するリード溝を備えたリードスクリューと、を具備するボールねじであって、
   軸線方向に沿った前記保持溝に対する前記ボールの最大接触角αは、前記リード溝のリード角βより大きいことを特徴とするボールねじ。
9. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のボールねじ用ナットと、該ボールねじ用ナットが装着され、前記ボールが嵌合するリード溝を備えたリードスクリューと、を具備するボールねじであって、
   前記リードスクリューはｎ条（ｎは２以上の自然数）の前記リード溝を備え、
   前記保持部は前記ｎ条のリード溝のそれぞれに対応して円周方向に配列されたｎ個の前記保持孔を備え、
   前記ｎ個の保持孔にそれぞれ保持されるｎ個の前記ボールは、前記ｎ条のリード溝のそれぞれに嵌合するとともに、前記スリーブの前記単一の保持溝に共に嵌合することを特徴とするボールねじ。
10. 螺旋状のリード溝を備えたリードスクリューと、該リードスクリューに装着されるボールねじ用ナットとを具備するボールねじであって、
    前記ボールねじ用ナットは、
    前記リード溝に嵌合するボールと、
    該ボールを転動可能に保持する保持孔を備えた筒状の保持部、及び、前記リードスクリューに対して軸線方向に相対的に移動可能な他の部材に取付固定された外部取付部を有する保持体と、
    該保持体には軸線方向に位置が拘束されない態様で、前記保持部の外周面上に装着されるとともに、前記保持孔に保持される前記ボールが嵌合する単一の周回状の保持溝を有し、前記他の部材には拘束されないスリーブと、
    を含むことを特徴とするボールねじ。

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