JP2018096539A - ボールねじ装置のボールナット部材及びボールねじ軸 - Google Patents

Abstract

【課題】必要とする荷重負荷能力に応じてナット部材とねじ軸との間で荷重を負荷するボール個数を容易に増減することが可能であり、しかも複雑な形状の循環部品が不要となるボールねじ装置のボールねじナットを提供する。【解決手段】ボールねじナットは、軸部材の軸方向に沿って重ねて配置された複数のナット構成要素を備え、前記ナット構成要素は、当該ボールねじナットの軸方向の両端に配置される一対の端部要素と、前記一対の端部要素の間に配置される一乃至複数の中間要素と、から構成されている。また、前記端部要素と前記中間要素との境界部、又は互いに隣接する前記中間要素同士の境界部には、前記ボールが前記軸部材と前記ボールねじナットとの間で荷重を負荷しながら転動する負荷軌道が設けられ、前記ボールねじナットに備えられた前記負荷軌道の全長は前記中間要素の数に応じて任意に変更可能である。【選択図】 図３

Description

本発明は、回転運動と直線運動を相互に変換することが可能なボールねじ装置に関するものである。

ボールねじ装置は回転運動と直線運動を相互に変換することが可能な機械要素であり、各種工作機械、搬送装置、産業用ロボット等において、サーボモータが発生する回転運動を直線運動に変換する目的で多用されている。前記ボールねじ装置は、多数のボールと、これらボールが転走する螺旋状の転動溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ボールを介して前記ねじ軸の周囲に螺合するナット部材と、を備えている。

一般に、前記ナット部材は、前記ねじ軸を挿通させる貫通孔を備えたナット本体と、前記ナット本体に装着されて前記ボールの無限循環路を構築する循環部品とから構成されている。前記ナット本体の貫通孔の内周面には、前記ねじ軸の転動溝と対向する負荷転動溝が螺旋状に形成されており、ボールは前記ねじ軸と前記ナット部との間で荷重を負荷しながら前記負荷転動溝を転動する。前記循環部品は、前記負荷転動溝の端部同士を接続するボール戻し通路を備えており、前記負荷転動溝を転走し終えて無負荷状態となったボールを前記ねじ軸の転動溝から離脱させ、当該ボールを前記負荷転動溝の一端から他端へと循環させる。

前記ナット部材が前記ねじ軸に対して円滑に運動するためには、前記無限循環路内におけるボールの循環に対して作用する抵抗を最小限に抑えることが重要であり、そのためには前記ナット本体及び前記循環部品の加工精度、両部品の組み立て精度を高めることが必要であるが、このことはボールねじ装置の生産コストを上昇させる要因となっていた。また、前記循環部品に設けられるボール戻し通路は、ボールを前記ねじ軸の転動溝から離脱させ、併せてボールの転走方向を変化させる必要性から、複雑な形状を有しており、理想的なボールの循環軌道を実現することが難しかった。

一方、循環部品を用いることなくボールの無限循環路を構築したボールねじ装置としては、特許文献１に開示されたものが知られている。この特許文献１のボールねじ装置は、複数のリング状のボールガイド部材をねじ軸の軸方向へ多重配置してナット部材を構成しており、個々のボールガイド部材にはねじ軸の周囲１巻き分のボールガイド溝が設けられている。各ボールガイド部材は一対のボールガイド片を向かい合わせに接合して構成されており、一対のボールガイド片の分割面に沿って負荷転動溝とトンネル状のボール戻し通路が切れ目なく連続的に形成されている。

特開２０１２−１８９１８６

前記ねじ軸の回転に伴う前記ナット部材の軸方向への推進力を高めるためには、前記ナット部材と前記ねじ軸との間で荷重を負荷するボール個数、換言すれば前記ナット部材に具備される負荷転動溝の長さを増加させることが必要となる。しかし、特許文献１に開示されるボールねじ装置では1個のボールガイド部材がねじ軸の周囲一巻分のボールカイド溝に対応し、負荷転動溝は前記ボールガイド溝の一部分として存在するので、負荷転動溝の長さを増加させるには、複数のボールガイド部材を多重的に配置する必要が生じ、前記ナット部材の軸方向長さが長尺化するといった課題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、必要とする荷重負荷能力に応じてナット部材とねじ軸との間で荷重を負荷するボール個数を容易に増減することが可能であり、しかも複雑な形状の循環部品が不要となるボールねじ装置のボールねじナット及びボールねじ軸を提供することにある。

すなわち第一の発明は、軸部材が挿通される貫通孔を有すると共に、多数のボールを介して前記軸部材に組み付けられ、当該軸部材に対して螺旋状に運動自在に構成されたボールねじナットに関するものであり、当該ボールねじナットは前記軸部材の軸方向に沿って重ねて配置された複数のナット構成要素を備え、前記ナット構成要素は、当該ボールねじナットの軸方向の両端に配置される一対の端部要素と、前記一対の端部要素の間に配置される少なくとも一つの中間要素と、から構成されている。また、前記端部要素と前記中間要素との境界部、又は互いに隣接する前記中間要素の境界部には、前記ボールが前記軸部材と前記ボールねじナットとの間で荷重を負荷しながら転動する負荷軌道が形成されている。

第二の発明は、ナット部材の貫通孔に挿通されると共に、多数のボールを介して前記ナット部材に組み付けられ、当該ナット部材に対して螺旋状に運動自在なボールねじ軸であって、前記ボールねじ軸は前記ナット部材の軸方向に沿って重ねて配置された複数のねじ軸構成要素を備え、前記ねじ軸構成要素は、当該ボールねじ軸の軸方向の両端に配置される一対の端部要素と、前記一対の端部要素の間に配置される少なくとも一つの中間要素と、から構成されている。また、前記端部要素と前記中間要素との境界部、又は互いに隣接する前記中間要素の境界部には、前記ボールが前記ボールねじ軸と前記ナット部材との間で荷重を負荷しながら転動する負荷軌道が形成されている。

本発明によれば、一対の端部要素の間に挟み込む中間要素の数を変更するのみで、ボールが荷重を負荷しながら転動する負荷軌道の長さを任意に変更することが可能であり、必要とする荷重負荷能力に応じて前記負荷軌道を転動するボールの個数を容易に増減し、ボールねじナット又はボールねじ軸を自由に構成することが可能である。また、前記端部要素及び前記中間要素を軸方向に重ねて配置するのみで、ボールねじナット又はボールねじ軸を自由に構成することができ、複雑な形状の循環部品を用いることなく、ボールねじナット又はボールねじ軸を構成することが可能である。

本発明を適用したボールねじ装置の第一実施形態を示す斜視図である。 第一実施形態に係るボールねじナットを示す断面図である。 第一実施形態に係るボールねじナットの分解斜視図である。 第一実施形態のボールねじナットの中間要素を示す斜視図である。 第一実施形態のボールねじナット中間要素の個数を増やした例を示す斜視図である。 第一実施形態に係るボールねじナットの負荷軌道を示した断面図である。 第一実施形態に係るボールねじナットの無負荷軌道を示した断面図である。 本発明を適用したボールねじナットの第二実施形態を示す斜視図である。 第二実施形態に係るボールねじナットを示す断面図である。 第二実施形態に係るボールねじナットの分解斜視図である。 第二実施形態に係るボールねじナットの一方の端部要素を取り外した状態を示す側面図である。 本発明を適用したボールねじ装置の第三実施形態を示す斜視図である。 第三実施形態に係るボールねじナットの分解斜視図である。 第三実施形態に係るボールねじナットの第一中間要素の一方の端面を示す斜視図である。 第三実施形態に係るボールねじナットの第一中間要素の他方の端面を示す斜視図である。 本発明を適用したボールねじ装置のボールねじ軸の第四実施形態を示す斜視図である。 第四実施形態に係るボールねじ軸と組み合わせて使用可能なナット部材を示す斜視図である。 第四実施形態に係るボールねじ軸の断面図である。 第四実施形態に係るボールねじ軸の分解斜視図である。 第四実施形態のボールねじ軸の中間要素を示す斜視図である。 本発明を適用したボールねじ装置のボールねじ軸の第五実施形態を示す斜視図である。 第五実施形態に係るボールねじ軸の分解斜視図である。 第五実施形態に係るボールねじ軸の第一中間要素を示す斜視図である。 第五実施形態に係るボールねじ軸の第一中間要素を示す正面図である。

以下、添付図面を用いて本発明のボールねじ装置のボールねじナット及びボールねじ軸を詳細に説明する。

図１は本発明を適用したボールねじ装置の第一実施形態を示すものである。

このボールねじ装置１は、外周面にボールの転動溝２０が螺旋状に形成されたねじ軸（軸部材）２と、多数のボールを介して前記ねじ軸２０の周囲に螺合する円筒状のボールねじナット３とから構成されている。また、前記ボールねじナット３は前記ボールの無限循環路を備えている。前記ボールは前記ねじ軸２とボールねじナット３との間に介在しており、例えば前記ねじ軸２を前記ボールねじナット３に対して回転させることにより、当該ボールねじナット３が前記ねじ軸２の軸方向へ移動し、又は前記ボールねじナット３を前記ねじ軸２に対して回転させることにより、当該ねじ軸２が前記ボールねじナット３の軸方向へ移動する。

図２は前記ボールねじナット３を軸方向に沿って切断した断面図、図３は前記ボールねじナット３の構成を示す分解斜視図である。前記ボールねじナット３は前記ねじ軸２が挿通される貫通孔を有して円筒状に形成されており、前記貫通孔の内周面には前記ねじ軸２に形成された螺旋状の転動溝２０と対向する負荷軌道が形成されている。ボール４は前記負荷軌道３０に配列されており、前記ボールねじナット３と前記ねじ軸２との間で荷重を負荷しながら当該負荷軌道３０を転動する。

前記ボールねじナット３の負荷軌道３０は前記ねじ軸２の転動溝２０と正対した螺旋状に形成されているが、当該螺旋の一巻分よりも若干短く形成されており、前記負荷軌道３０の端部同士は無負荷軌道３１によって接続されている。この無負荷軌道３１は前記ボール４を螺旋の一巻分だけ戻すように形成されており、当該負荷軌道３０の両端が無負荷軌道３１によって接続されることで、ねじ軸２の周囲を1周するボール４の無限循環路が形成されている。この第一実施形態の前記ボールねじナット３にはボール４の無限循環路が2回路設けられている。

この第一実施形態のボールねじナット３は複数のナット構成要素３ａ，３ｂ，３ｃから構成されており、かかるナット構成要素が当該ボールねじナット３の軸方向に沿って重ねて配置されている。前記ナット構成要素は、一対の端部要素３ａ，３ｂと、これら端部要素３ａ，３ｂの間に挟まれたリング状の中間要素３ｃとから構成されている。前記一対の端部要素３ａ，３ｂは同一形状のリング状部材であり、互いに逆向きに向かい合うように配置されている。前記ボール４の無限循環路は前記端部要素３ａ，３ｂと前記中間要素３ｃの境界部に設けられており、前記負荷軌道３０及び前記無負荷軌道３１のそれぞれを二分するように前記端部要素と前記中間要素の分割面が位置している。すなわち、図３に示すように、前記一対の端部要素３ａ，３ｂの間に前記中間要素３ｃを挟んで前記ボールねじナット３を構成することによって、ボール４の無限循環路が2回路設けられ、且つ、すべてのボール４は前記端部要素３ａ，３ｂと前記中間要素３ｃとの間に位置している。

前記負荷軌道３０は前記端部要素３ａ，３ｂと前記中間要素３ｃとの分割面に位置していることから、当該負荷軌道３０は前記無限循環路の中心線で一対の負荷溝成分３０ａ，３０ｂに分割されており、一方の負荷溝成分３０ａは前記端部要素３ａ，３ｂに、他方の負荷溝成分３０ｂは前記中間要素３ｃに形成されている。また、同様にして、前記無負荷軌道３１も前記無限循環路の中心線で一対の無負荷溝成分３１ａ，３１ｂに分割されており、一方の無負荷溝成分３１ａは前記端部要素３ａ，３ｂに、他方の無負荷溝成分３１ｂは前記中間要素３ｃに形成されている。

換言すれば、前記ボールネジナット３は前記負荷軌道３０及び前記無負荷軌道３１の中心を通る分割面で前記一対の端部要素３ａ，３ｂとこれらの間に挟まれる前記中間要素３ｃに分割されている。

図４は前記中間要素３ｃを示す斜視図である。前記端部要素３ａに面した前記中間要素３ｃの軸方向端面３２ａは前記ボール４の無限循環路に沿って形成されており、軸方向に直交する平面とはなっていない。この軸方向端面３２ａの内周縁には前記負荷溝成分３０ｂが形成されている。また、図４からは把握できないが、前記端部要素３ｂに面した前記中間要素３ｃの軸方向端面３２ｂは、図４に示された軸方向端面３２ａと同一の形状に形成されている。但し、前記軸方向端面３２aに形成された無負荷溝成分３１ｂは前記軸方向端面３２ｂに形成された無負荷溝成分３１ｂに対して、前記中間要素３ｃの周方向へ１２０度変位した位置に設けられている。このため、前記ボールねじナット３に設けられた２回路の無限循環路は、図２から把握できるように、それぞれの無負荷軌道３１の位置が軸方向に重ならず、その分だけ前記ボールねじナット３の軸方向の全長を短く設計することが可能となっている。

この第一実施形態では一対の端部要素３ａ，３ｂの間に一個の中間要素３ｃを配置しているが、前記中間要素３ｃは二個以上であっても差し支えない。例えば、図５に示すように、一対の端部要素３ａ，３ｂの間に九個の中間要素３ｃを配置した場合には、互いに隣接する中間要素３ｃの間にもボール４の無限循環路が構築され、前記ボールねじナット３は１０回路のボール４の無限循環路を有することになる。

すなわち、この第一実施形態のボールねじ装置１では、一対の端部要素３ａ，３ｂの間に挟む中間要素３ｃの個数を変更するのみで、前記ボールねじナット３が備える無限循環路の回路数、すなわちボール４が荷重を負荷しながら転動する負荷軌道３０の全長を容易に増減することが可能であり、ボールねじ装置の用途に応じて最適な荷重負荷能力のボールねじナット３を容易に構成することができる。

図６は前記ボールねじナット３に形成された負荷軌道３０の断面を示すものである。前記負荷軌道３０はボール４の半径よりも深い溝状に形成されており、ボール４は赤道を前記負荷軌道３０内に没した状態で当該負荷軌道３０を転動している。また、前記負荷軌道３０の開口幅Ｗはボール４の直径ｄよりも狭く設定されており、前記ねじ軸２を前記ボールねじナット３から抜き出しても、ボール４が負荷軌道３０内に保持されるようになっている。

図７は前記ボールねじナット３に形成された無負荷軌道３１の断面を示すものである。前記無負荷軌道３１はトンネル状に形成されており、その内径はボール４の直径よりもわずかに大きく設定されている。これにより、前記ボール４は無負荷状態で前記無負荷軌道３１内を転動する。また、前記端部要素３ａ，３ｂ及び前記中間要素３ｃの夫々には前記無負荷軌道３１内のボール４を前記ねじ軸２から分離する側壁部３３が設けられている。これら側壁部３３は前記無負荷溝成分３１ａ，３１ｂとねじ軸２の間に設けられており、前記端部要素３ａ，３ｂと前記中間要素３ｃを結合すると、前記端部要素３ａ，３ｂの側壁部３３と前記中間要素３ｃの側壁部３３とが互いに突き当てられて、前述したトンネル状の無負荷軌道３１が完成する。

この第一実施形態のボールねじナット３では、前記端部要素３ａ，３ｂと前記中間要素３ｃを接合するのみで無負荷軌道３１を含んだボール４の無限循環路が完成するので、当該無限循環路を構築するにあたり、前記端部要素３ａ，３ｂ及び前記中間要素３ｃの他に他の部品は必要なく、極めて簡単にボールねじナット３を構成することが可能である。

また、前記負荷軌道３０は前記端部要素３ａ，３ｂの負荷溝成分３０ａと前記中間要素３ｃの負荷溝成分３０ｂを接合して完成するので、開口幅Ｗがボール４の直径ｄよりも狭い負荷軌道３０を容易に形成することが可能であり、ねじ軸２をボールねじナット３から抜き取ってもボール４の脱落することのないボールねじ装置を容易に製作することができる。加えて、同様な理由から、前記無負荷軌道３１を容易にトンネル状に形成することが可能であり、当該無負荷軌道をボールの循環に理想的な軌道で設計することが可能となる。

尚、前述した第一実施形態ではボールねじナット３と組み合わせる軸部材としてねじ軸２を示したが、前記負荷軌道３０内に配列されたボール４が当該軸部材と前記ボールねじナット３との間で荷重を負荷しながら転動するのであれば、前記軸部材はねじ軸２である必要はなく、例えば円筒状に形成された丸軸であっても差し支えない。

図８は本発明を適用したボールねじナットの第二実施形態を示すものである。

この第二実施形態のボールねじナット９は、前述した第一実施形態のボールねじ装置１のボールねじナット３に置換可能であり、多数のボールを介して前記ねじ軸２に螺合する。また、このボールねじナット９は外周面から突出した鍔状のフランジ部９０を有しており、前記フランジ部９０には固定ボルトを挿通させる複数の貫通孔９１が設けられている。当該ボールねじナット９は前記固定ボルトを用いてテーブル等の可動体に固定される。

図９は前記ボールねじナット９を軸方向に沿って切断した断面図、図１０は前記ボールねじナット９の構成を示す分解斜視図である。前記ボールねじナット９は前記ねじ軸２が挿通される貫通孔を有して円筒状に形成されており、前記貫通孔の内周面には前記ねじ軸２に形成された螺旋状の転動溝２０と対向する負荷軌道９２が形成されている。図９では省略しているが、前記負荷軌道９２には前述の第一実施形態と同様に複数のボール４が配列されており、これらボールは前記ボールねじナット９と前記ねじ軸２との間で荷重を負荷しながら当該負荷軌道９２を転動する。

前記負荷軌道９２は前記ねじ軸２の転動溝２０と正対した螺旋状に形成されているが、当該螺旋の一巻分よりも若干短く形成されており、前記負荷軌道９２の端部同士は無負荷軌道９３によって接続されている。この無負荷軌道９３は前記ボール４を螺旋の一巻分だけ戻すように形成されており、当該負荷軌道９２の両端が無負荷軌道９３によって接続されることで、ねじ軸２の周囲を1周するボール４の無限循環路が形成されている。前述の第一実施形態では前記ボールねじナット３に対してボール４の無限循環路が２回路設けられていたが、この第二実施形態では前記ボールねじナット９に対してボール４の無限循環路が３回路設けられている。

この第二実施形態のボールねじナット９は複数のナット構成要素９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄから構成されており、これらナット構成要素が当該ボールねじナット９の軸方向に沿って重ねて配置されている。前記ナット構成要素は、一対の端部要素９ａ，９ｂと、これら端部要素９ａ，９ｂの間に挟まれた二個のリング状中間要素９ｃ，９ｄとから構成されている。前記一対の端部要素９ａ，９ｂの相違は前記フランジ部の有無であり、これら一対の端部要素９ａ，９ｂは互いに逆向きに向かい合うように配置されている。また、二個の中間要素９ｃ，９ｄは同一形状のリング状部材である。

そして、これらナット構成要素９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを重ねて配置することにより、前述の第一実施形態と同様に、前記端部要素３ａと前記中間要素３ｃの境界部、前記中間要素３ｃと前記中間要素３ｄの境界部、前記中間要素３ｄと前記端部要素３ｂの境界部に前記ボールの無限循環路が設けられ、3回路の無限循環路を有するボールねじナット９が完成する。尚、組み合わせた4個のナット構成要素９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄはこれらを貫通する結合ボルトによって分離不能に一体化される。

図１１は前記中間要素９ｃから前記端部要素９ａを取り外した状態を示す側面図である。互いに隣接する各ナット構成要素９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの境界部には二種類の面が形成されている。一方は、前記無限循環路に沿って前記ボールねじナット９を各ナット構成要素に区分した分割面９４であり、かかる分割面９４は前記ボールねじナット９の軸方向に対して傾斜すると共に、前記無負荷軌道９３に対応した曲面を有している。また、他方は前記ボールねじナット９の軸方向に対して直交する平面として形成された接合面９５である。前記分割面９４は前記貫通孔を取り囲むように形成され、更に、前記接合面９５は前記分割面９４を取り囲むように当該分割面の外側に形成されている。

図９に示すように、各ナット構成要素を組み合わせて前記ボールねじナットを組み立てると、例えば、前記端部要素９ａの接合面９５と前記中間要素９ｃの接合面９５が互いに当接し、前記端部要素９ａと前記中間要素９ｃの位置決めがなされる。一方、前記端部要素９ａの分割面９４は前記中間要素９ｃの分割面９４には当接せず、これら分割面の間には僅かな隙間が形成される。このような隙間を互いに対向する分割面９４の間に形成している理由は、前記接合面９５の当接による前記端部要素９ａと前記中間要素９ｃの位置決め精度を高めるためであり、また、前記無限循環路の中心において前記端部要素９ａと前記中間要素９ｃの合わせ目に段差が発生するのを未然に防止するためである。尚、前記中間要素３ｃと前記中間要素３ｄの境界部、前記中間要素３ｄと前記端部要素３ｂの境界部においても、前記端部要素９ａと前記中間要素９ｃの接合と同じ構造が用いられている。

以上のように、この第二実施形態のボールねじナット９でも、前記端部要素９ａ，９ｂの間に前記中間要素を挟み込むのみで、無負荷軌道を含んだボール４の無限循環路が完成し、当該無限循環路を構築するにあたり、前記端部要素５ａ，５ｂ及び前記中間要素５ｃ，５ｄの他に他の部品は必要なく、極めて簡単にボールねじナット５を構成することが可能である。

図１２は本発明が適用されたボールねじ装置の第三実施形態を示すものである。

この第三実施形態のボールねじ装置１Ａは、前述した第一実施形態のボールねじ装置１と同様に、ねじ軸２と、多数のボールを介して前記ねじ軸に螺合するボールねじナット５と、から構成されている。前記ねじ軸２は前述の第一実施形態と同一である。

図１３は前記ボールねじナット５の分解斜視図である。この第三実施形態のボールねじナット５は前記ねじ軸２が挿通される貫通孔を有して円筒状に形成されており、前記貫通孔の内周面には前記ねじ軸２に形成された螺旋状の転動溝２０と対向する負荷軌道が設けられている。ボール４は前記負荷軌道に配列されており、前記ボールねじナット５と前記ねじ軸２との間で荷重を負荷しながら当該負荷軌道を転動する。

この第三実施形態のボールねじナット５は複数のナット構成要素５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄから構成されており、かかるナット構成要素が当該ボールねじナット５の軸方向に沿って重ねて配置されている。前記ナット構成要素は、一対の端部要素５ａ，５ｂと、これら端部要素５ａ，５ｂの間に挟まれた一対の第一中間要素５ｃ，５ｄとから構成されている。前記一対の端部要素５ａ，５ｂは同一形状のリング状部材であり、互いに逆向きに配置されている。前記第一中間要素５ｄは前記第一中間要素５ｃと同一形状のリング状部材であり、当該第一中間要素５ｃとは逆向きに配置されている。前記ボール４が前記ボールねじナット５と前記ねじ軸２との間で荷重を負荷しながら転動する負荷軌道は、前記端部要素５ａと前記第一中間要素５ｃの境界部、前記第一中間要素５ｃと前記第一中間要素５ｄの境界部、前記第一中間要素５ｄと前記端部要素５ｂの境界部に存在し、各境界部の負荷軌道が螺旋状に連続して、一条の負荷軌道を構成している。すなわち、前記ボールねじナット５の内周面には前記ねじ軸２の周囲三巻分の長さの負荷軌道５０が螺旋状に設けられている。

また、前記ボールねじナット５には前記負荷軌道の両端を繋ぐ無負荷軌道が設けられている。前記無負荷軌道は、前記第一中間要素５ｃ，５ｄに対して軸方向に沿って形成されたボール戻し孔５１ａと、前記端部要素５ａ，５ｂと前記第一中間要素５ｃ，５ｄとの境界部に形成されたボール逃がし通路５１とから構成されている。前記ボール逃がし通路５１は前記負荷軌道と前記ボール戻し孔５１ａとの間でボール４を往来させる。すなわち、前記一対の端部要素５ａ，５ｂの間に前記一対の第一中間要素５ｃ，５ｄを挟んで前記ボールねじナット５を構成することにより、ねじ軸２の周囲三巻分の前記負荷軌道５０の両端が前記無負荷軌道で繋がれ、当該ボールねじナット５に対してボール４の無限循環路が一回路設けられる。

図１４及び図１５は前記第一中間要素５ｃを示す斜視図である。図１４は前記端部要素５ａに面した前記第一中間要素５ｃの軸方向端面５２ａを示す一方、図１５は前記第一中間要素５ｄに面した前記第一中間要素５ｃの軸方向端面５２ｂを示している。前記軸方向端面５２ａ，５２ｂは前記ボール４の負荷軌道に沿って形成されており、軸方向に直交する平面とはなっていない。前記第一中間要素５ｃの内周面には前記ねじ軸２の雄ねじ山に対向する螺旋状の雌ねじ山５２ｃが形成されている。前記雌ねじ山５２ｃの両側面には前記負荷軌道を構成する負荷溝成分５０ａが設けられている。例えば、前記第一中間要素５ｃ，５ｄの境界部では、当該第一中間要素５ｃに設けられた負荷溝成分５０ａと当該第一中間要素５ｄに設けられた負荷溝成分５０ａが向かい合うことによって、前記ボール４が転動する負荷軌道が構成される。また、前記端部要素５ａ，５ｂにも同様な負荷溝成分が設けられており、前記第一中間要素５ｃと前記端部要素５ａの境界部においても、一対の負荷溝成分が向かい合うことによって、前記ボール４が転動する負荷軌道が構成される。

一方、前記第一中間要素５ｃの軸方向端面５２ａには、図１４に示すように、前記負荷溝成分５０ａと前記ボール戻し孔５１ａを接続する誘導溝５１ｂが設けられている。この誘導溝５１ｂは前記端部要素５ａにも同様に形成されている。このため、前記第一中間要素５ｃと前記端部要素５ａの境界部では、一対の誘導溝５１ｂが向かい合うことによって、前記ボール４を前記負荷軌道とボール戻し孔５１ａに往来させるボール逃がし通路５１が構成される。

この第三実施形態では一対の端部要素５ａ，５ｂの間に一対の第一中間要素５ｃ，５ｄを配置し、前記ボールねじナットに対して三巻の前記負荷軌道を含む無限循環路を１回路形成したが、一対の第一中間要素５ｃ，５ｄの間に任意の個数の第二中間要素を挟み込むことにより、前記負荷軌道の巻き数を任意に増加させることが可能である。例えば、前記第一中間要素５ｃ，５ｄの間に一個の第二中間要素を増やすことにより、前記ボールねじナットに対して四巻の前記負荷軌道を含む１回路の無限循環路を形成することができ、また、二個の第二中間要素を増やすことにより、前記ボールねじナットに対して五巻の前記負荷軌道を含む１回路の無限循環路を形成することができる。但し、前記第二中間要素は前記第一中間要素５ｃ，５ｄの軸方向端面５２aに接して螺旋状の負荷軌道を構成することから、当該第二中間要素の軸方向端面は表裏共に図１５に示した前記第一中間要素５ｃの軸方向端面５２ｂと同じ形状となる。

また、この第三実施形態では一対の端部要素５ａ，５ｂの間に一個の第三中間要素を配置し、前記ボールねじナットに対して二巻の前記負荷軌道を含む無限循環路を１回路形成することも可能である。但し、前記第三中間要素は前記端部要素５ａ，５ｂに接して螺旋状の負荷軌道及び前記ボール逃がし通路５１を構成することから、当該第三中間要素の軸方向端面は表裏共に図１４に示した前記第一中間要素５ｃの軸方向端面５２ａと同じ形状となる。

前記第一中間要素５ｃ，５ｄ、第二中間要素又は第三中間要素のそれぞれは、前記ねじ軸２の周囲における前記負荷軌道の一巻分に対応しているので、前記第一中間要素５ｃ，５ｄ、第二中間要素又は第三中間要素の軸方向の厚さは前記ねじ軸２における螺旋状の転動溝２０のリード長に対応している。

すなわち、この第三実施形態のボールねじ装置１では、一対の端部要素５ａ，５ｂの間に第一中間要素、第二中間要素又は第三中間要素を適宜組み合わせて挟み込むのみで、1回路の無限循環路に含まれる負荷軌道の全長を容易に増減することが可能であり、ボールねじ装置の用途に応じて最適な荷重負荷能力のボールねじナット５を容易に構成することができる。

以上のように、この第三実施形態のボールねじナット５でも、前記端部要素５ａ，５ｂの間に中間要素を挟み込むのみで無負荷軌道を含んだボール４の無限循環路が完成するので、当該無限循環路を構築するにあたり、前記端部要素５ａ，５ｂ及び前記中間要素の他に他の部品は必要なく、極めて簡単にボールねじナット５を構成することが可能である。

また、この第三実施形態においても、第一実施形態と同様に、開口幅Ｗがボール４の直径ｄよりも狭い負荷軌道を容易に形成することが可能であり（図６参照）、ねじ軸２をボールねじナット５から抜き取ってもボール４の脱落することのないボールねじ装置を容易に製作することができる。

図１６は本発明の第四実施形態を示すものであり、ボールねじ装置のボールねじ軸を示している。

このボールねじ軸６の外周面には多数のボール４が螺旋状に配列されると共に、当該ボールねじ軸６は前記ボール４の無限循環路を有しており、前記ボール４は当該ボールねじ軸６とナット部材との間で荷重を負荷しながら転動する。図１７は前記ボールねじ軸６と組み合わせて使用することが可能なナット部材７を示している。前記ナット部材７は前記ボールねじ軸６を挿通する貫通孔を有しており、当該貫通孔の内周面には螺旋状の転動溝７０が形成されている。前記ボールねじ軸６は前記ボール４を介して前記ナット部材７に螺合する。また、前記ボールねじ軸６の中心には駆動軸が嵌合する軸孔６０が設けられており、当該軸孔６０に嵌合した駆動軸を回転させると、ナット部材７の貫通孔内で前記ボールねじ軸６を回転させることができる。前記ボールねじ軸６が回転すると、前記ボール４が前記ナット部材７の転動溝７０を転がり、前記ボールねじ軸６の回転方向に応じて前記ナット部材７が軸方向へ進退する。

図１８は前記ボールねじ軸６を軸方向に沿って切断した断面図、図１９は前記ボールねじ軸６の構成を示す分解斜視図である。前記ボールねじ軸６は中心に前記軸孔６０を有して円柱状に形成されており、外周面には前記ナット部材７に形成された螺旋状の転動溝７０と対向する負荷軌道６１が設けられている。ボール４は前記負荷軌道６１に配列されており、前記ボールねじ軸６と前記ナット部材７との間で荷重を負荷しながら当該負荷軌道６１を転動する。

前記ボールねじ軸６の負荷軌道６１は前記ナット部材７の転動溝７０と正対した螺旋状に形成されているが、当該螺旋の一巻分よりも若干短く形成されており、前記負荷軌道６１の端部同士は無負荷軌道６２によって接続されている。この無負荷軌道６２は前記ボール４を螺旋の一巻分だけ戻すように形成されており、当該負荷軌道６１の両端が無負荷軌道６２によって接続されることで、前記ボールねじ軸６の周囲を1周するボール４の無限循環路が形成されている。この第四実施形態の前記ボールねじ軸６にはボール４の無限循環路が３回路設けられている。

この第四実施形態のボールねじ軸６は複数のねじ軸構成要素６ａ，６ｂ，６ｃから構成されており、これらねじ軸構成要素が当該ボールねじ軸６の軸方向に沿って重ねて配置されている。前記ねじ軸構成要素は、一対の端部要素６ａ，６ｂと、これら端部要素６ａ，６ｂの間に挟まれた円板状の二個の中間要素６ｃとから構成されている。前記一対の端部要素６ａ，６ｂは同一形状の円板状部材であり、互いに逆向きに向かい合うように配置されている。前記ボール４の無限循環路は前記端部要素６ａ，６ｂと前記中間要素６ｃの境界部、及び二個の中間要素６ｃの境界部に設けられており、前記負荷軌道６１及び前記無負荷軌道６２のそれぞれを二分するように前記端部要素と前記中間要素の分割面が位置している。すなわち、図１６に示すように、前記一対の端部要素６ａ，６ｂの間に二個の前記中間要素６ｃを挟んで前記ボールねじ軸６を構成することによって、ボール４の無限循環路が３回路設けられる。

図１９に示すように、前記負荷軌道６１は前記無限循環路の中心線で一対の負荷溝成分６１ａに分割されており、前記端部要素６ａ，６ｂ及び前記中間要素６ｃには前記負荷溝成分６１ａが形成されている。また、同様にして、前記無負荷軌道６２も前記無限循環路の中心線で一対の無負荷溝成分６２ａに分割されており、前記端部要素６ａ，６ｂ及び前記中間要素６ｃには前記無負荷溝成分６２ａが形成されている。このため、前記端部要素６ａ，６ｂと前記中間要素６ｃを接合し、又は前記中間要素６ｃ同士を接合すると、前記ボールねじ軸６の周囲一巻分の無限循環路が完成する。

図２０は前記中間要素６ｃを示す斜視図である。前記中間要素６ｃの軸方向端面６３は前記ボール４の無限循環路に沿って形成されており、軸方向に直交する平面とはなっていない。この軸方向端面６３の外周縁には前記負荷溝成分６１ａ及び前記無負荷溝成分６２ａが形成されている。図２０からは把握できない前記中間要素の反対側の軸方向端面は前記軸方向端面６３と同一形状に形成されている。また、前記中間要素６ｃと向かい合う前記端部要素６ａ，６ｂの軸方向端面も前記中間要素６ｃの軸方向端面６３と同一形状に形成されている。

この第四実施形態では一対の端部要素３ａ，３ｂの間に二個の中間要素３ｃを配置しているが、前記中間要素３ｃは一個以上であれば差し支えない。例えば、一対の端部要素６ａ，６ｂの間に三個の中間要素６ｃを配置した場合には、前記ボールねじ軸６は４回路のボール４の無限循環路を有することになる。

すなわち、この第四実施形態のボールねじ軸６では、一対の端部要素６ａ，６ｂの間に挟む中間要素６ｃの個数を変更するのみで、当該ボールねじ軸６が備える無限循環路の回路数、すなわちボール４が荷重を負荷しながら転動する負荷軌道６１の全長を容易に増減することが可能であり、ボールねじ装置の用途に応じて最適な荷重負荷能力のボールねじ軸６を容易に構成することができる。

また、前記負荷軌道６１は前記端部要素６ａ，６ｂ又は前記中間要素６ｃに形成された負荷溝成分６１ａを向かい合わせに組み合わせて完成するので、開口幅Ｗがボール４の直径ｄよりも狭い負荷軌道６１を容易に形成することが可能であり、前記ボールねじ軸６を前記ナット部材７から抜き取ってもボール４の脱落することのないボールねじ装置を容易に製作することができる。また、同様な理由から、前記無負荷軌道６２を容易にトンネル状に形成することが可能であり、当該無負荷軌道６２をボール４の循環に理想的な軌道で設計することが可能となる。

図２１は本発明の第五実施形態を示すものであり、ボールねじ装置のボールねじ軸を示している。

第四実施形態のボールねじ軸６と同様に、この第五実施形態のボールねじ軸８の外周面には多数のボール４が螺旋状に配列されると共に、当該ボールねじ軸８は前記ボール４の無限循環路を有している。このボールねじ軸８は、例えば図１７に示すナット部材７と組み合わせて使用することが可能であり、前記ボール４は当該ボールねじ軸８と前記ナット部材７との間で荷重を負荷しながら転動する。

前記ボールねじ軸８は前記ボール４を介して前記ナット部材７に螺合する。また、前記ボールねじ軸８の中心には駆動軸が嵌合する軸孔８０が設けられており、当該軸孔８０に嵌合した駆動軸を回転させると、ナット部材７の貫通孔内で前記ボールねじ軸８を回転させることができる。これにより、前記ボールねじ軸８の回転方向に応じて前記ナット部材７が軸方向へ進退する。

前記ボールねじ軸８は中心に前記軸孔８０を有して円柱状に形成されており、外周面には前記ナット部材７に形成された螺旋状の転動溝７０と対向する負荷軌道８１が設けられている。ボール４は前記負荷軌道８１に配列され、当該ボールねじ軸８と前記ナット部材７の双方に接している。

図２２は前記ボールねじ軸８の分解斜視図である。この第五実施形態のボールねじ軸８は複数のねじ軸構成要素８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄから構成されており、これらねじ軸構成要素が当該ボールねじ軸８の軸方向に沿って重ねて配置されている。前記ねじ軸構成要素は、一対の端部要素８ａ，８ｂと、これら端部要素８ａ，８ｂの間に挟まれた一対の第一中間要素８ｃ，８ｄとから構成されている。前記一対の端部要素８ａ，８ｂは同一形状の円板状部材であり、互いに逆向きに配置されている。前記第一中間要素８ｄは前記第一中間要素８ｃと同一形状の円板状部材であり、当該第一中間要素８ｃとは逆向きに配置されている。前記ボール４が前記ボールねじ軸８と前記ナット部材７との間で荷重を負荷しながら転動する負荷軌道８１は、前記端部要素８ａと前記第一中間要素８ｃの境界部、前記第一中間要素８ｃと前記第一中間要素８ｄの境界部、前記第一中間要素８ｄと前記端部要素８ｂの境界部に存在し、各境界部の負荷軌道が螺旋状に連続して、一条の負荷軌道を構成している。すなわち、前記ボールねじ軸８の外周面には当該ボールねじ軸８の周囲三巻分の長さの負荷軌道８１が螺旋状に設けられている。

また、前記ボールねじ軸８には前記負荷軌道８１の両端を繋ぐ無負荷軌道が設けられている。前記無負荷軌道は、前記第一中間要素８ｃ，８ｄに対して軸方向に沿って形成されたボール戻し孔８２ａと、前記端部要素８ａ，８ｂと前記第一中間要素８ｃ，８ｄとの境界部に形成されたボール逃がし通路８２とから構成されている。前記ボール逃がし通路８２は前記負荷軌道８１と前記ボール戻し孔８２ａとの間でボール４を往来させる。すなわち、前記一対の端部要素８ａ，８ｂの間に前記一対の第一中間要素８ｃ，８ｄを挟んで前記ボールねじ軸８を構成することにより、当該ボールねじ軸８の周囲三巻分の前記負荷軌道８１の両端が前記無負荷軌道で繋がれ、当該ボールねじ軸８に対してボール４の無限循環路が一回路設けられる。

図２３及び図２４は前記第一中間要素８ｃを示す斜視図である。図２３は前記端部要素８ａに面した前記第一中間要素８ｃの軸方向端面８３ａを示す一方、図２４は前記第一中間要素８ｄに面した前記第一中間要素８ｃの軸方向端面８３ｂを示している。前記軸方向端面８３ａ，８３ｂは前記ボール４の負荷軌道に沿って形成されており、軸方向に直交する平面とはなっていない。前記第一中間要素８ｃの外周面には前記ナット部材の雌ねじ山に対向する螺旋状の雄ねじ山８３ｃが形成されている。前記雄ねじ山８３ｃの両側面には前記負荷軌道を構成する負荷溝成分８１ａが設けられている。例えば、前記第一中間要素８ｃ，８ｄの境界部では、当該第一中間要素８ｃに設けられた負荷溝成分８１ａと当該第一中間要素８ｄに設けられた負荷溝成分８１ａが向かい合うことによって、前記ボール４が転動する負荷軌道８１が構成される。また、前記端部要素８ａ，８ｂにも同様な負荷溝成分８１ａが設けられており、前記第一中間要素８ｃと前記端部要素８ａの境界部においても、一対の負荷溝成分８１ａが向かい合うことによって、前記ボール４が転動する負荷軌道８１が構成される。

一方、前記第一中間要素８ｃの軸方向端面８３ａには、図２３に示すように、前記負荷溝成分８１ａと前記ボール戻し孔８２ａを接続する誘導溝８２ｂが設けられている。前記誘導溝８２ｂは前記端部要素８ａにも同様に形成されている。このため、前記第一中間要素８ｃと前記端部要素８ａの境界部では、一対の誘導溝８２ｂが向かい合うことによって、前記ボール４を前記負荷軌道８１とボール戻し孔８２ａに往来させるボール逃がし通路８２が構成される。このボール逃がし通路８２は前記負荷軌道を転動するボール４を前記ナット部材７の転動溝７０から分離すると共に、当該ボール４を前記ボールねじ軸８の中心方向へ引き込み、前記ボール戻し孔８２ａに送り込む。

この第五実施形態では一対の端部要素８ａ，８ｂの間に一対の第一中間要素８ｃ，８ｄを配置し、前記ボールねじ軸８に対して三巻の負荷軌道８１を含む無限循環路を１回路形成したが、一対の第一中間要素８ｃ，８ｄの間に任意の個数の第二中間要素を挟み込むことにより、前記負荷軌道８１の巻き数を任意に増加させることが可能である。例えば、前記第一中間要素８ｃ，８ｄの間に一個の第二中間要素を増やすことにより、前記ボールねじ軸８に対して四巻の負荷軌道８１を含む１回路の無限循環路を形成することができ、また、二個の第二中間要素を増やすことにより、前記ボールねじ軸８に対して五巻の負荷軌道を含む１回路の無限循環路を形成することができる。但し、前記第二中間要素は前記第一中間要素８ｃ，８ｄの軸方向端面８３aに接して螺旋状の負荷軌道を構成することから、当該第二中間要素の軸方向端面は表裏共に図２０に示した前記第一中間要素８ｃの軸方向端面８３ｂと同じ形状となる。

また、この第五実施形態では一対の端部要素８ａ，８ｂの間に一個の第三中間要素を配置し、前記ボールねじ軸８に対して二巻の前記負荷軌道を含む無限循環路を１回路形成することも可能である。但し、前記第三中間要素は前記端部要素８ａ，８ｂに接して螺旋状の負荷軌道８１及び前記ボール逃がし通路８２を構成することから、当該第三中間要素の軸方向端面は表裏共に図２３に示した前記第一中間要素８ｃの軸方向端面８３ａと同じ形状となる。

前記第一中間要素８ｃ，８ｄ、第二中間要素又は第三中間要素のそれぞれは、前記ボールねじ軸８の周囲における前記負荷軌道８１の一巻分に対応しているので、前記第一中間要素８ｃ，８ｄ、第二中間要素又は第三中間要素の軸方向の厚さは前記ナット部材７における螺旋状の転動溝７０のリード長に対応している。

すなわち、この第五実施形態のボールねじ軸８では、一対の端部要素８ａ，８ｂの間に第一中間要素、第二中間要素又は第三中間要素を適宜組み合わせて挟み込むのみで、1回路の無限循環路に含まれる負荷軌道８１の全長を容易に増減することが可能であり、ボールねじ装置の用途に応じて最適な荷重負荷能力のボールねじ軸８を容易に構成することができる。

以上のように、この第五実施形態でも、前記端部要素８ａ，８ｂの間に中間要素を挟み込むのみで無負荷軌道を含んだボール４の無限循環路が完成するので、当該無限循環路を構築するにあたり、前記端部要素８ａ，８ｂ及び前記中間要素の他に他の部品は必要なく、極めて簡単にボールねじ軸８を構成することが可能である。

また、前記負荷軌道８１は前記端部要素８ａ，８ｂ又は前記中間要素８ｃに形成された負荷溝成分８１ａを向かい合わせに組み合わせて完成するので、開口幅Ｗがボール４の直径ｄよりも狭い負荷軌道８１を容易に形成することが可能であり、前記ボールねじ軸８を前記ナット部材７から抜き取ってもボール４の脱落することのないボールねじ装置を容易に製作することができる。また、同様な理由から、前記無負荷軌道の一部であるボール逃がし通路８２を容易にトンネル状に形成することが可能であり、当該ボール逃がし通路８２をボール４の循環に理想的な軌道で設計することが可能となる。

１…ボールねじ装置、２…ねじ軸、３，５…ボールねじナット、４…ボール、６，８…ボールねじ軸、７…ナット部材

Claims (9)

1. 軸部材が挿通される貫通孔を有すると共に、多数のボールを介して前記軸部材に組み付けられ、当該軸部材に対して螺旋状に運動自在なボールねじナットであって、
   前記ボールねじナットは前記軸部材の軸方向に沿って重ねて配置された複数のナット構成要素を備え、
   前記ナット構成要素は、当該ボールねじナットの軸方向の両端に配置される一対の端部要素と、前記一対の端部要素の間に配置される少なくとも一つの中間要素と、から構成され、
   互いに隣接する前記ナット構成要素の境界部には、前記ボールが前記軸部材と前記ボールねじナットとの間で荷重を負荷しながら転動する負荷軌道が形成されることを特徴とするボールねじナット。
2. 互いに隣接する前記ナット構成要素の境界部には、前記負荷軌道を含む前記ボールの無限循環路が一回路形成され、前記ナット構成要素のうちの中間要素の数に応じて前記無限循環路が複数回路形成されることを特徴とする請求項１記載のボールねじナット。
3. 前記負荷軌道は前記中間要素を挟んだ一方の端部要素から他方の端部要素にかけて螺旋状に連続し、前記負荷軌道を含む前記ボールの無限循環路が一回路形成されることを特徴とする請求項１記載のボールねじナット。
4. 前記軸部材の外周面には前記ボールが荷重を負荷しながら転がる転動溝が形成され、前記中間要素の軸方向厚さは前記転動溝のリード長に対応していることを特徴とする請求項１又は請求項３記載のボールねじナット。
5. 互いに隣接する前記ナット構成要素の境界部には、前記貫通孔の周囲に形成されると共にボールねじナットの軸方向に対して傾斜した曲面状の分割面と、前記分割面の外側に形成されると共に前記ボールねじナットの軸方向に対して直交する平面状の接合面と、が設けられ、
   各ナット構成要素の前記接合面同士が互いに当接して当該ナット構成要素の位置決めがなされる一方、各ナット構成要素の前記分割面同士は接触することなく隙間を介して対向することを特徴とする請求項１記載のボールねじナット。
6. ナット部材の貫通孔に挿通されると共に、多数のボールを介して前記ナット部材に組み付けられ、当該ナット部材に対して螺旋状に運動自在なボールねじ軸であって、
   前記ボールねじ軸は前記ナット部材の軸方向に沿って重ねて配置された複数のねじ軸構成要素を備え、
   前記ねじ軸構成要素は、当該ボールねじ軸の軸方向の両端に配置される一対の端部要素と、前記一対の端部要素の間に配置される少なくとも一つの中間要素と、から構成され、
   前記端部要素と前記中間要素との境界部、又は互いに隣接する前記中間要素の境界部には、前記ボールが前記ボールねじ軸と前記ナット部材との間で荷重を負荷しながら転動する負荷軌道が形成されることを特徴とするボールねじ軸。
7. 前記端部要素と前記中間要素との境界部、又は互いに隣接する前記中間要素の境界部には、前記負荷軌道を含む前記ボールの無限循環路が一回路形成され、前記中間要素の数に応じて前記無限循環路が複数回路形成されることを特徴とする請求項６記載のボールねじ軸。
8. 前記負荷軌道は前記中間要素を挟んだ一方の端部要素から他方の端部要素にかけて螺旋状に連続する一方、前記負荷軌道を含む前記ボールの無限循環路が一回路形成されることを特徴とする請求項６記載のボールねじ軸。
9. 前記ナット部材の貫通孔の内周面には前記ボールが荷重を負荷しながら転がる転動溝が設けられ、前記中間要素の軸方向厚さは前記転動溝のリード長に対応していることを特徴とする請求項６又は請求項８記載のボールねじ軸。

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