JP2017214988A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リードが大きくても、ナットの剛性を低下させることなく循環こまを用いた循環方式を適用することができるボールねじ装置を提供すること。【解決手段】ボールねじ装置１において、ボールを循環させるための循環構造は、ナット７の内径側部分に設けられた直線溝１６の部分１６ａと、ナット７に装着された第１循環こま２８ａの内周面に形成され、直線溝１６の部分１６ａの一端と軌道路の一端とを接続する循環用転動溝３１ａと、ナット７に装着された第２循環こま２８ｂの内周面に形成され、直線溝１６の部分１６ａの他端と軌道路の他端とを接続する循環用転動溝３１ｂとからなる。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば重量物移動用装置や加工用機械、精密位置決め装置などの機械要素として用いられるボールねじ装置に関する。

回転運動を直線運動に変換する機構として、ボールねじ装置が知られている。図８は、従来のボールねじ装置の構成を示す断面図である。
ボールねじ装置１０１は、直線状のねじ軸１０２と、円筒状のナット１０３とを備えている。ねじ軸１０２の外周面には、螺旋状のボール転動溝１０４が形成されている。ナット１０３の内周面には、ねじ軸１０２のボール転動溝１０４と対向する螺旋状のボール転動溝１０５が形成されている。ナット１０３は、両ボール転動溝１０４、１０５によって形成されるボール軌道路に転動可能に介装された多数のボール１０６を介してねじ軸１０２の外周側に嵌合され、ねじ軸１０２を回動させることによりねじ軸１０２の軸方向に移動させることができるようになっている。

ナット１０３には循環こま装着孔１０７が複数設けられている。循環こま装着孔１０７は、ナット１０３を外周面からねじ孔の内周面まで径方向に貫通して形成されている。循環こま装着孔１０７のそれぞれには、ボール１０６を循環させるための循環部品である循環こま１０８が嵌め込まれている。循環こま１０８は、組み付け状態において内径側の面に、ボール１０６が転動する略Ｓ字の循環用転動溝１０８ａを備えている。両ボール転動溝１０４、１０５によって形成されたボール軌道路に介装された多数のボール１０６は、循環こま１０８の掬い上げ部によってねじ軸１０２のランド部１０２ａを乗り越えて循環こま１０８の循環用転動溝１０８ａに案内され、該循環用転動溝１０８ａを介して隣接する軌道路に戻される。つまり、循環こま１０８の循環用転動溝１０８ａは、ボールを循環させるための循環路を構成している。ボールねじ装置１０１は、このように循環こま１０８を用いてボール１０６を循環させている。

ボールを循環させるための循環路を備えた循環部品をナットに具備しているタイプのボールねじ装置を、こま式ボールねじ装置、あるいは内部循環式ボールねじ装置という。特許文献１には、このような循環こまを用いてボールを循環させるようにしたこま式ボールねじ装置が開示されている。

特開２００４−３６７８９号公報

図９は、従来のボールねじ装置１０１においてリードを大きくした場合のナット１０３の断面図であり、図９（ａ）は循環こま２０８が組み付けられた状態を示し、図９（ｂ）は循環こま２０８が組み付けられていない状態を示している。
図９（ａ）に示すように、ボールねじ装置１０１のリードが大きくなると、ナット１０３の内周面において隣り合うボール転動溝１０５間の距離が長くなる。そのため、従来のこま式ボールねじ装置１０１においては、隣のボール転動溝１０５までボール１０６を導くために、循環こま２０８は距離の長い循環用転動溝２０８ａを備えたものとする必要がある。つまり循環こま２０８は、循環用転動溝２０８ａすなわち循環路が延在する方向に長い寸法を有する形状とする必要がある。

そうすると、ナット１０３には、図９（ｂ）に示すように、循環こま２０８の形状に適合する長い形状の循環こま装着孔２０７を設ける必要がある。循環こま装着孔２０７は、外周面から内周面までナット１０３を径方向に貫通して形成されているので、このような長い形状の循環こま装着孔２０７を設けると、ナット１０３の剛性が低下するとともにナット１０３の機械的強度が低下してしまう。さらに、ナット１０３の剛性が不均一になるため、ナット１０３に荷重が掛かった際、ナット１０３の不均一な変形を引き起こしてしまう。そのため、ボール１０６の負荷分布に不均一が生じてしまう。すなわち、ナット１０３の不均一な変形によって一部のボール１０６に過大な負荷が掛かってしまう。その結果、ボールねじ装置１０１の寿命が低下してしまう虞がある。また、剛性が不均一であるため、熱処理時の残留応力によってナット１０３に異常な変形や亀裂が生じ易くなってしまう。

これらの理由により、リードが大きいボールねじ装置においては、循環こまを用いた循環方式を適用することは困難であった。なお、本明細書においてリードが大きい場合とは、リードがねじ軸の直径の３／４以上の場合をいう。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、リードが大きくても、ナットの剛性を低下させることなく循環こまを用いた循環方式を適用することができるボールねじ装置を提供することを課題とする。

上記課題を達成するために、本発明に係るボールねじ装置は、直線状に延在し外周面に螺旋状の溝が形成されたねじ軸と、前記螺旋状の溝に対向する螺旋状の溝を内周面に有し、該螺旋状の溝と前記ねじ軸の螺旋状の溝とで形成された軌道路に転動可能に配置された複数のボールを介して前記ねじ軸に嵌合する円筒状のナットと、前記複数のボールを循環させるために、前記軌道路の一端と他端とを連結する循環構造とを備えたボールねじ装置において、前記循環構造は、前記ナットの内径側部分に設けられたボール転動路と、前記ナットに装着された第１の循環こまの内周面に形成され、前記ボール転動路の一端と前記軌道路の一端とを接続するボール転動溝と、前記ナットに装着された第２の循環こまの内周面に形成され、前記ボール転動路の他端と前記軌道路の他端とを接続するボール転動溝とからなることを特徴とする。

また、好適には、本発明に係るボールねじ装置は、前記第１の循環こまは、前記ナットを外周面から内周面まで貫通して形成された第１の貫通孔に装着され、前記第２の循環こまは、前記ナットを外周面から内周面まで貫通して形成された第２の貫通孔に装着されていることを特徴とする。

また、好適には、本発明に係るボールねじ装置は、前記第１の循環こまのボール転動溝と前記第２の循環こまのボール転動溝とは、円弧状に形成されていることを特徴とする。

また、好適には、本発明に係るボールねじ装置は、前記ボール転動路は、軸方向に延在する溝であることを特徴とする。

また、好適には、本発明に係るボールねじ装置は、前記ボール転動路は、軸方向に延在する孔であることを特徴とする。

また、好適には、本発明に係るボールねじ装置は、前記軸方向に延在する溝の断面形状は、Ｕ字形状であることを特徴とする。

また、好適には、本発明に係るボールねじ装置は、前記軸方向に延在する溝の断面形状は、半円よりも長い円弧形状であることを特徴とする。

また、好適には、本発明に係るボールねじ装置は、前記第１の循環こまのボール転動溝および前記第２の循環こまのボール転動溝は、前記ボール転動路と接続する側の開口が、Ｕ字形状であることを特徴とする。

また、好適には、本発明に係るボールねじ装置は、前記第１の循環こまのボール転動溝および前記第２の循環こまのボール転動溝は、前記ボール転動路と接続する側の開口が、半円よりも長い円弧形状であることを特徴とする。

本発明によれば、リードが大きくても、ナットの剛性を低下させることなく循環こまを用いた循環方式を適用することができるボールねじ装置を提供することができる。

図１は第１実施形態に係るボールねじ装置の要部の外観図である。 図２は第１実施形態に係るボールねじ装置のナットの外観図であり、図２（ａ）は外径側から見た状態を示し、図２（ｂ）は軸方向（図２（ａ）の紙面右方側）から見た状態を示している。 図３は図２（ｂ）の３−３線における矢視断面図であり、図３（ａ）は循環こまが組み付けられている状態を示し、図３（ｂ）は循環こまが組み付けられていない状態を示している。 図４（ａ）は組み付け状態における第１実施形態に係る循環こまの内周面を示す外観図であり、図４（ｂ）は比較のために示す従来の循環こまの内周面を示す外観図である。 図５は第２実施形態に係るボールねじ装置のナットを軸方向から見た外観図である。 図６（ａ）は第２実施形態に係るボールねじ装置の部分拡大断面図であり、図６（ｂ）は比較のために示す第１実施形態に係るボールねじ装置の部分拡大断面図である。 図７は第２実施形態に係る循環こまの外観図であり、図７（ａ）は循環こまの内周面を示し、図７（ｂ）は循環用転動溝の一方側の開口の形状を示す拡大図であり、図７（ｃ）は循環用転動溝の他方側の開口の形状を示す拡大図である。 図８は従来のボールねじ装置の構成を示す断面図である。 図９は従来のボールねじ装置においてリードを大きく形成した場合のナットの断面図であり、図９（ａ）は循環こまが組み付けられた状態を示し、図９（ｂ）は循環こまが組み付けてられていない状態を示している。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係るボールねじ装置について図面を参照しつつ説明する。
まず、本明細書中におけるボールねじ装置の構成部材に係る方向について定義する。本明細書中においては、ボールねじ装置の構成部材に係る方向は、特に明記しない限り、ねじ軸およびナットに関する軸方向、径方向、周方向と同様とする。

図１は第１実施形態に係るボールねじ装置の要部の外観図である。
図２は第１実施形態に係るボールねじ装置のナットの外観図であり、図２（ａ）は外径側から見た状態を示し、図２（ｂ）は軸方向（図２（ａ）の紙面右方側）から見た状態を
示している。
図３は図２（ｂ）の３−３線における矢視断面図であり、図３（ａ）は循環こまが組み付けられている状態を示し、図３（ｂ）は循環こまが組み付けられていない状態を示している。

本実施形態に係るボールねじ装置１は、直線状のねじ軸４と、転動体である鋼製のボール（図示省略）を介してねじ軸４に嵌合している円筒状のナット７とを備えている。ねじ軸４の外周面には、螺旋状のボール転動溝１０が形成されている。ナット７の内周面には、ねじ軸４のボール転動溝１０と径方向に対向する螺旋状のボール転動溝１３が形成されている。対向する両ボール転動溝１０、１３によって、螺旋状のボール軌道路が形成されている。ナット７は、螺旋状のボール軌道路に転動可能に介装された多数のボールを介してねじ軸４の外周側に嵌合され、ねじ軸４を回動させることによりねじ軸４の軸方向に移動させることができるようになっている。なお、ボールねじ装置１のボールについては、従来のボールねじ装置に用いられるものと同様の構成であるので、本実施形態においては、図示および構成の詳細な説明は省略する。

図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、ナット７のねじ孔の内周面に形成された螺旋状のボール転動溝１３は、隣り合うボール転動溝１３、１３間の間隔が大きく形成されている。すなわち本実施形態に係るボールねじ装置１はリードが大きく形成されている。具体的には、本実施形態に係るボールねじ装置１のリードは、ねじ軸４の直径よりも小さいが、ねじ軸４の直径の３／４以上となっている。本実施形態においては、ボール転動溝１３は１条が形成され、ナット７の軸方向一方端から、ナット７の内周面を約２．５回旋回するとナット７の他方端に至るように形成されている。

本実施形態に係るボールねじ装置１は、螺旋状の軌道路の所定の始点位置から所定の終点位置まで転動したボールを、ねじ軸４のランド部すなわちねじ軸のねじ山を乗り越えて、軌道路の元の所定の始点位置に戻すことによってボールを循環させている。軌道路の所定の始点位置から所定の終点位置までの長さは、軌道路が螺旋状にほぼ１回旋回する長さに対応している。次に、このようにボールを軌道路の元の位置に戻して循環させるための循環構造について説明する。

図２（ｂ）、図３（ａ）、および図３（ｂ）の各図に示すように、ナット７には、ねじ孔の内周面に、軸方向に延在する直線溝１６が１つ形成されている。なお、以下の説明においては、図２（ｂ）、図３（ａ）、および図３（ｂ）の紙面右方側を軸方向一方側とし、紙面左方側を軸方向他方側とする。直線溝１６はナット７を軸方向に貫通して形成されており、螺旋状のボール転動溝１３と交差している。本実施形態においては、図３（ｂ）に示すように、直線溝１６とボール転動溝１３とは、軸方向一方側から、第１交点１９ａ、第２交点１９ｂおよび第３交点１９ｃの３箇所で交差している。第１交点１９ａから第２交点１９ｂまでのボール転動溝１３の長さ、および第２交点１９ｂから第３交点１９ｃまでのボール転動溝１３の長さは、それぞれねじ孔の内周面を１回旋回する長さ、つまりボールねじ装置１の１リードに対応する長さとなっている。直線溝１６の断面形状は、底部側の半円弧部２２と、該半円弧部２２の両端からねじ孔の内周面まで垂直に延在する一対の垂直部２５、２５とが組み合わされたＵ字形状に形成されている。一対の垂直部２５、２５に対応する部分の直線溝１６の溝壁は平行である。

直線溝１６は、底部の曲面の曲率半径が、ナット７とねじ軸４との間に介装されたボールの曲率半径よりも僅かに大きく形成され、一対の垂直部２５、２５に対応する部分の溝壁間の距離が、該ボールの直径よりも僅かに大きく形成されている。したがって直線溝１６は、ボールが転動可能な形状に形成されている。

図３（ａ）に示すように、ナット７には、直線溝１６に沿って、ボール転動溝１３と直線溝１６との各交点１９ａ、１９ｂ、１９ｃの近傍に、軸方向一方側から軸方向他方側に向かって順に、第１循環こま２８ａ、第２循環こま２８ｂ、第３循環こま２８ｃ、および第４循環こま２８ｄが装着されている。これら４つの循環こま２８ａ〜２８ｄは同じ構成である。循環こま２８ａ〜２８ｄは、金属、樹脂、または焼結材の何れの材料で構成しても良い。

図４（ａ）は組み付け状態における第１循環こま２８ａの内周面を示す外観図である。なお、ここで第１循環こま２８ａの構成について説明するが、４つの循環こま２８ａ〜２８ｄは同じ構成であるので、他の循環こまの説明は省略する。
第１循環こま２８ａは、ナット７に組み付けた状態における内周面（以後、単に「第１の循環こま２８ａの内周面」という。他の循環こまについても同様とする。）は楕円形または角の丸い長方形に形成され、ボールの直径の寸法よりも大きな寸法の厚みを有している。第１循環こま２８ａの内周面は、長手方向すなわち長軸の寸法が短手方向すなわち短軸の寸法の1倍から２倍の大きさを有し、短軸の寸法（Ｒ）は、ボール３７の直径（φｄ）の寸法よりも大きく形成されている。第１循環こま２８ａの内周面は、ナット７の内周面の曲率に応じた曲率で湾曲しており、組み付け状態においてナット７のねじ孔の内周面と適合する径方向位置に配置されている。

第１循環こま２８ａの内周面には、ボールが転動するための循環用転動溝３１ａが設けられている。循環用転動溝３１ａは、図３（ａ）に示すように、緩やかにカーブする、半円よりも短い円弧状に形成されている。循環用転動溝３１ａの両端は、第１循環こま２８ａの内周面の長軸を中心として同じ短手方向側の第１循環こま２８ａの部分に開口している。また、循環用転動溝３１ａは、断面の形状はＵ字状に形成されている。

第１循環こま２８ａ、第２循環こま２８ｂ、第３循環こま２８ｃ、および第４循環こま２８ｄは、それぞれ、図３（ｂ）に示す、軸方向一方側から軸方向他方側に向かって順にナット７に設けられた第１循環こま装着孔３４ａ、第２循環こま装着孔３４ｂ、第３循環こま装着孔３４ｃ、および第４循環こま装着孔３４ｄに装着されている。第１〜第４循環こま装着孔３４ａ〜３４ｄは、ナット７の外周面からねじ孔の内周面までナット７を径方向に貫通して設けられている。第１〜第４循環こま装着孔３４ａ〜３４ｄは、断面形状が第１〜第４循環こま２８ａ〜２８ｄの内周面の形状に適合する楕円形または角の丸い長方形に形成されている。

第１循環こま装着孔３４ａは、図３（ｂ）に示すように、ボール転動溝１３と直線溝１６との第１交点１９ａ近傍において、第１交点１９ａよりも軸方向他方側の位置で直線溝１６を分断するとともに、第１交点１９ａよりも紙面下側の周方向位置でボール転動溝１３を分断している。第１循環こま２８ａは、図３（ａ）に示すように、循環用転動溝３１ａの一方の開口が螺旋状の軌道路に接続し、他方の開口が直線軸１６に接続するように第１循環こま装着孔３４ａに装着されている。循環用転動溝３１ａの一方の開口はＵ字形状に形成され、軌道路からボールを掬い上げることができる構造となっている。循環用転動溝３１ａの他方の開口は、直線溝１６の断面形状に適合するＵ字形状に形成されている。

第２循環こま装着孔３４ｂは、図３（ｂ）に示すように、ボール転動溝１３と直線溝１６との第２交点１９ｂ近傍において、第２交点１９ｂよりも軸方向一方側の位置で直線溝１６を分断するとともに、第２交点１９ｂよりも紙面上側の周方向位置でボール転動溝１３を分断している。第２循環こま２８ｂは、図３（ａ）に示すように、循環用転動溝３１ｂの一方の開口が直線軸１６に接続し、他方の開口が螺旋状の軌道路に接続するように第２循環こま装着孔３４ｂに装着されている。循環用転動溝３１ｂの一方の開口は、直線溝１６の断面形状に適合するＵ字形状に形成されている。循環用転動溝３１ｂの他方の開口
はＵ字状に形成され、軌道路からボールを掬い上げることができる構造となっている。

第３循環こま装着孔３４ｃは、図３（ｂ）に示すように、ボール転動溝１３と直線溝１６との第２交点１９ｂ近傍において、第２交点１９ｂよりも軸方向他方側の位置で直線溝１６を分断するとともに、第２交点１９ｂよりも紙面下側の周方向位置でボール転動溝１３を分断している。第３循環こま２８ｃは、図３（ａ）に示すように、循環用転動溝３１ｃの一方の開口が螺旋状の軌道路に接続し、他方の開口が直線軸１６に接続するように第３循環こま装着孔３４ｃに装着されている。循環用転動溝３１ｃの一方の開口はＵ字形状に形成され、軌道路からボールを掬い上げることができる構造となっている。循環用転動溝３１ｃの他方の開口は、直線溝１６の断面形状に適合するＵ字形状に形成されている。

第４循環こま装着孔３４ｄは、図３（ｂ）に示すように、ボール転動溝１３と直線溝１６との第３交点１９ｃ近傍において、第３交点１９ｃよりも軸方向一方側の位置で直線溝１６を分断するとともに、第３交点１９ｃよりも紙面上側の周方向位置でボール転動溝１３を分断している。第４循環こま２８ｄは、図３（ａ）に示すように、循環用転動溝３１ｄの一方の開口が直線軸１６に接続し、他方の開口が螺旋状の軌道路に接続するように第４循環こま装着孔３４ｄに装着されている。循環用転動溝３１ｄの一方の開口は、直線溝１６の断面形状に適合するＵ字形状に形成されている。循環用転動溝３１ｄの他方の開口はＵ字状に形成され、軌道路からボールを掬い上げることができる構造となっている。

次に、ボールねじ装置１におけるボールの無限循環回路について説明する。
第１循環こま２８ａと第２循環こま２８ｂとは、これら第１循環こま２８ａと第２循環こま２８ｂとの間の直線軸１６の部分１６ａとともに、ボールを循環させるための循環構造を構成している。具体的には、第１循環こま２８ａの循環用転動溝３１ａは、一方の開口が螺旋状の軌道路に接続し、他方の開口が直線軸１６の部分１６ａの一方端に接続している。第２循環こま２８ｂの循環用転動溝３１ｂは、一方の開口が直線軸１６の部分１６ａの他方端に接続し、他方の開口が螺旋状の軌道路に接続している。したがって、第１循環こま２８ａの循環用転動溝３１ａと、第２循環こま２８ｂの循環用転動溝３１ｂと、第１循環こま２８ａと第２循環こま２８ｂとの間の直線溝１６の部分１６ａとが、ボールを循環させるための循環路を構成している。第１循環こま２８ａの循環用転動溝３１ａの一方の開口から第２循環こま２８ｂの循環用転動溝３１ｂの他方の開口までの軌道路の部分は、螺旋状にほぼ１旋回する長さである。

このように、第１循環こま２８ａの循環用転動溝３１ａと、第２循環こま２８ｂの循環用転動溝３１ｂと、第１循環こま２８ａと第２循環こま２８ｂとの間の直線軸１６の部分１６ａとによってボールを循環させるための循環路が構成され、該循環路と、第１循環こま２８ａと第２循環こま２８ｂとの間の軌道路の部分とによって、ボールを無限に循環させるための無限循環回路が構成されている。

同様に、第３循環こま２８ｃと第４循環こま２８ｄとは、これら第３循環こま２８ｃと第４循環こま２８ｄとの間の直線軸１６の部分１６ｂとともに、ボールを循環させるための循環構造を構成している。具体的には、第３循環こま２８ｃの循環用転動溝３１ｃは、一方の開口が螺旋状の軌道路に接続し、他方の開口が直線軸１６の部分１６ｂの一方端に接続している。第４循環こま２８ｄの循環用転動溝３１ｄは、一方の開口が直線軸１６の部分１６ｂの他方端に接続し、他方の開口が螺旋状の軌道路に接続している。したがって、第３循環こま２８ｃの循環用転動溝３１ｃと、第４循環こま２８ｄの循環用転動溝３１ｄと、第３循環こま２８ｃと第４循環こま２８ｄとの間の直線溝１６の部分１６ｂとが、ボールを循環させるための循環路を構成している。第３循環こま２８ｃの循環用転動溝３１ｃの一方の開口から第４循環こま２８ｄの循環用転動溝３１ｄの他方の開口までの軌道路の部分は、螺旋状にほぼ１旋回する長さである。

このように、第３循環こま２８ｃの循環用転動溝３１ｃと、第４循環こま２８ｄの循環用転動溝２８ｄと、第３循環こま２８ｃと第４循環こま２８ｄとの間の直線軸１６の部分１６ｂとによってボールを循環させるための循環路が構成され、該循環路と、第３循環こま２８ｃと第４循環こま２８ｄとの間の軌道路の部分とによって、ボールを無限に循環させるための無限循環回路が構成されている。このように、本実施形態においては、隣り合う軌道路間の直線溝１６の部分は、ボールを循環させるための循環路を構成するとともに、無限循環回路の部分を構成している。本実施形態においては、無限循環回路が２つ形成されている。

次に、無限循環回路を転動するボールの動きについて説明するが、２つの無限循環回路を転動するボールの動きはそれぞれ同様なので、第１循環こま２８ａと第２循環こま２８ｂを用いた方の無限循環回路について説明し、他方の無限循環回路については説明を省略する。

図３（ａ）を参照して、ボール転動溝１３すなわちねじ軸４（図１参照）を組み付けた状態における軌道路の、第２循環こま２８ｂの循環用転動溝３１ｂとの接続位置を軌道路の始点位置Ｓとし、ボールは始点位置Ｓから、ボール転動溝１３すなわち軌道路を紙面上方に向かって転動する場合を想定する。

ねじ軸４の回動に伴い、始点位置Ｓから転動を開始したボールは、軌道路をほぼ１旋回転動し、第１循環こま２８ａの循環用転動溝３１ａと軌道路との接続位置に達する。軌道路の、第１循環こま２８ａの循環用転動溝３１ａとの接続位置を、軌道路の終点位置Ｅとする。軌道路の終点位置Ｅに達したボールは、第１循環こま２８ａのボール掬い上げ構造により軌道路から掬い上げられ、循環路へ案内される。つまりボールは、第１循環こま２８ａの循環用転動溝３１ａに案内される。第１循環こま２８ａの循環用転動溝３１ａを転動したボールは、第１循環こま２８ａの循環用転動溝３１ａから直線溝１６の部分１６ａに入ってゆく。直線溝１６の部分１６ａを転動したボールは、第２循環こま２８ｂの循環用転動溝３１ｂとの接続位置に達し、第２循環こま２８ｂの循環用転動溝３１ｂに入ってゆく。第２循環こま２８ｂの循環用転動溝３１ｂを転動したボールは、第２循環こま２８ｂのボール掬い上げ構造によって軌道路に戻される。すなわちボールは軌道路の始点位置Ｓに戻される。ボールはこのように、循環路を介して無限循環回路を循環する。ねじ軸４が反対向きに回動すれば、ボールは上記とは逆の経路を辿って無限循環回路を循環する。

図４（ｂ）は、図４（ａ）の第１実施形態に係る循環こま２８ａとの比較のために示す、従来の循環こまの内周面を示す外観図であり、本実施形態のボールねじ装置１のリードに適合するように構成した場合を示している。
本実施形態のようにリードが大きいボールねじ装置１においては、従来と同様に循環こまにボールを循環させるための循環路を構成しようとすると、図４（ｂ）に示すように、循環こまの内周面に、循環路として長いＳ字状の循環用転動溝３１ｅを設ける必要がある。そうすると、発明が解決しようとする課題の欄で述べたように、ナット７に大きな装着孔を設ける必要がある。

しかし、本実施形態によれば、ナット７に設けた直線溝１６を、ボールを循環させるための循環路の一部としているため、各循環こま２８ａ〜２８ｄは、軌道路と直線溝１６とを接続する長さの循環用転動溝３１ａ〜３１ｄを有していればよい。したがって１つの循環こまに形成する循環用転動溝の長さを短くできるので、循環こま自体を小さく構成することができる。本実施形態においては、各循環こま２８ａ〜２８ｄの長軸は図４（ｂ）に示す従来のものと比較して約半分の大きさとなっている。また、本実施形態の各循環こま２８ａ〜２８ｄは、従来の循環こまの循環用転動溝３１ｅのＳ字状の曲がり部に対応する
部分の循環用転動溝３１ａ〜３１ｄを有しており、このような循環用転動溝３１ａ〜３１ｄを形成できる内周面の大きさとしたため、内周面の大きさも必要最小限の大きさとなっている。したがって、本実施形態における２つの循環こまの内周面の合計面積は、従来の循環こま１つの内周面の面積よりも小さくなっている。その結果、ナット７に設ける循環こま装着孔の断面の総面積は、従来よりも小さくすることができる。また、本実施形態は小さな装着孔が分散して設けられている。したがって、本実施形態によれば、ナット７の剛性を低下させることがない。

以上より、本実施形態によれば、リードが大きいボールねじ装置１であってもナット７の剛性を低下させることなく、循環こま２８ａ〜２８ｄを用いた循環方式を用いることができる。循環こまを用いた循環方式はナットの外径寸法が小さい小型のボールねじ装置に適しているが、本実施形態によれば、ナットの外径寸法が小さく、且つリードが大きいボールねじ装置であっても循環こまを用いた循環方式を用いることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態と異なる構成を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を用い、図１〜４を参照して説明する。
第２実施形態に係るボールねじ装置１００は、ナット７に形成された直線溝の形態および循環こまの形態が、第１実施形態とは異なっている。他の構成は第１実施形態と同様である。

図５は第２実施形態に係るボールねじ装置１００のナット７を軸方向から見た外観図である。
図５に示すように、本実施形態においては、ナット７の内周面に形成された直線溝１１６の断面形状が、半円よりも長い円弧状に形成されている。具体的には、本実施形態においては、直線溝１１６の断面形状は、円の円周の約３／４の長さの円弧状に形成されている。直線溝１１６の直径は、ボールの直径より僅かに大きく形成されている。本実施形態においては、ボールを戻すための循環路の一部として、このような形態の直線溝１１６が形成されている。

図６（ａ）は第２実施形態に係るボールねじ装置１００の部分拡大断面図であり、図６（ｂ）は比較のために示す第１実施形態に係るボールねじ装置１の部分拡大断面図である。
図６（ｂ）に示すように、第１実施形態に係るボールねじ装置１においては、直線溝１６の断面形状はＵ字形状なので、ボールねじ装置１の設置状態あるいは作動状態によっては、直線溝１６を転動するボール３７が回動しているねじ軸４に接触してしまうことが考えられる。直線溝１６を転動するボール３７が、例えば図６（ｂ）中の矢印Ａの方向に回動しているねじ軸４に接触すると、ボール３７はねじ軸４から図６（ｂ）中の矢印Ｂの方向の回転力を受けるため、直線溝１６をスムーズに転動できなくなる虞がある。

そこで、本実施形態においては、直線溝１１６の断面形状を、図６（ａ）に示すように、半円よりも長い、円の円周の約３／４の長さの円弧状とした。直線溝１１６の断面形状をこのような形状にすることにより、直線溝１１６を転動するボール３７は、直線溝１１６の縁部１１６ａに接触することよってナット７の内径側への移動を規制される。したがって、直線溝１１６を転動するボール３７は、直線溝１１６からナット７の内径側へ大きくはみ出ることはない。つまり、図６（ａ）に示すように、直線溝１１６を転動するボール３７が、ナット７の内径側で回動しているねじ軸４に接触することを防止できる。これにより、ボール３７はよりスムーズに直線溝１１６を転動することができる。

図７は第２実施形態に係る第１循環こま１２８ａの外観図であり、図７（ａ）は第１循環こま１２８ａの内周面を示し、図７（ｂ）は循環用転動溝１３１ａの一方側の開口の形状を示す拡大図であり、図７（ｃ）は循環用転動溝１３１ａの他方側の開口の形状を示す拡大図である。なお、図７各図は、第１循環こま１２８ａの外観を示しているが、他の第２〜第４循環こま（図示省略）の構成も同様である。

図７（ａ）に示すように、第１循環こま１２８ａの循環用転動溝１３１ａは、第１実施形態と同様に、緩やかにカーブする、半円よりも短い円弧状に形成されている。循環用転動溝１３１ａの両端は、第１循環こま１２８ａの内周面の長軸を中心として同じ短手方向側の第１循環こま１２８ａの部分に開口している。循環用転動溝１３１ａの両端の開口のうちの一方、すなわち直線溝１１６と接続する側の開口は、図７（ｂ）に示すように、直線溝１１６の断面形状に適合する円弧状に形成されている。この構成により、ボール３７は第１循環こま１２８ａの循環用転動溝１３１ａから直線溝１１６へ、あるいは直線溝１１６から第１循環こま１２８ａの循環用転動溝１３１ａへとスムーズに転動することができる。また、第１循環こま１２８ａの底部１２８ａｂと直線溝１１６の断面形状に適合する円弧状とはＲ形状で繋がれている。さらに、循環用転動溝１３１ａの両端の開口のうちの他方、すなわち螺旋状の軌道路と接続する側の開口は、図７（ａ）に示すように、断面Ｕ字状に形成されている。この形状により、軌道路を転動してきたボール３７を掬い上げることができる。一方の開口と他方の開口との間の循環用転動溝１３１ａの部分の断面形状は、一方の開口から他方の開口に向かうに従い、一方の開口の形状である円弧状から他方の開口の形状であるＵ字状に遷移している。また、循環用転動溝１３１ａの両端の開口は円弧であってもよい。

このように、本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、ボールをよりスムーズに転動させることができる。

なお、本発明は上述した各実施形態によって限定されるものではなく、その範囲内において適宜変更を加えることが可能である。例えば、上記各実施形態では、ボールを循環させるための循環路の一部として直線溝をナットの内周面に設けたが、直線溝に代えて、ナットの内径側部分に軸方向にナットを貫通する孔を設けても良い。このような構成としても、第１実施形態の効果を発揮するとともに、ボールをよりスムーズに転動させることができる。

１、１００ ボールねじ装置
４、ねじ軸
７ ナット
１０ （ねじ軸の）ボール転動溝
１３ （ナットの）ボール転動溝
１６、１１６ 直線溝
１６ａ、１６ｂ 直線溝の部分
１９ａ 第１交点
１９ｂ 第２交点
１９ｃ 第３交点
２２ 半円弧部
２５ 垂直部
２８ａ、１２８ａ 第１循環こま
２８ｂ 第２循環こま
２８ｃ 第３循環こま
２８ｄ 第４循環こま
３１ａ〜３１ｅ 循環用転動溝
３４ａ 第１循環こま装着孔
３４ｂ 第２循環こま装着孔
３４ｃ 第３循環こま装着孔
３４ｄ 第４循環こま装着孔

Claims (9)

1. 直線状に延在し外周面に螺旋状の溝が形成されたねじ軸と、
   前記螺旋状の溝に対向する螺旋状の溝を内周面に有し、該螺旋状の溝と前記ねじ軸の螺旋状の溝とで形成された軌道路に転動可能に配置された複数のボールを介して前記ねじ軸に嵌合する円筒状のナットと、
   前記複数のボールを循環させるために、前記軌道路の一端と他端とを連結する循環構造とを備えたボールねじ装置において、
   前記循環構造は、前記ナットの内径側部分に設けられたボール転動路と、前記ナットに装着された第１の循環こまの内周面に形成され、前記ボール転動路の一端と前記軌道路の一端とを接続するボール転動溝と、前記ナットに装着された第２の循環こまの内周面に形成され、前記ボール転動路の他端と前記軌道路の他端とを接続するボール転動溝とからなり、
   前記第１循環こまの内周面は、長手方向すなわち長軸の寸法が短手方向すなわち短軸の寸法の1倍から３倍の大きさを有し、
   前記短軸の寸法は、ボールの直径の寸法よりも大きく形成されていることを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記第１の循環こまは、前記ナットを外周面から内周面まで貫通して形成された第１の貫通孔に装着され、前記第２の循環こまは、前記ナットを外周面から内周面まで貫通して形成された第２の貫通孔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装置。
3. 前記第１の循環こまのボール転動溝と前記第２の循環こまのボール転動溝とは、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のボールねじ装置。
4. 前記ボール転動路は、軸方向に延在する溝であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のボールねじ装置。
5. 前記ボール転動路は、軸方向に延在する孔であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のボールねじ装置。
6. 前記軸方向に延在する溝の断面形状は、Ｕ字形状であることを特徴とする請求項４に記載のボールねじ装置。
7. 前記軸方向に延在する溝の断面形状は、半円よりも長い円弧形状であることを特徴とする請求項４に記載のボールねじ装置。
8. 前記第１の循環こまのボール転動溝および前記第２の循環こまのボール転動溝は、前記ボール転動路と接続する側の開口が、Ｕ字形状であることを特徴とする請求項６に記載のボールねじ装置。
9. 前記第１の循環こまのボール転動溝および前記第２の循環こまのボール転動溝は、前記ボール転動路と接続する側の開口が、半円よりも長い円弧形状であることを特徴とする請求項７に記載のボールねじ装置。

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