JP2018105397A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの増加を抑えながら、組立時にボールが誤って非転動路に入ることが防止されたボールねじを提供する。【解決手段】このボールねじは、ねじ軸１の螺旋溝１１とナット２の螺旋溝とからなる軌道を有する。軌道はボール３が転動する転動路Ｔを含む。ナット２の転動路Ｔの位置に、ボール３より大径で、軸方向に垂直に延びる貫通穴２３が形成されている。貫通穴２３を塞ぐ蓋５は、ねじ軸１の螺旋溝１１と対向して転動路Ｔの一部を形成する転動路形成面５１ａを有する。【選択図】図２

Description

この発明は、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、ボールが転動する転動路を含む軌道が形成される。
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（サーキット）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を負荷状態で転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等の循環部品を取り付けることで形成される。

循環経路を複数有するボールねじでは、軌道の隣り合う転動路間に、ボールが配置されない非転動路（ボールの転動路ではない空間）が存在する。そして、非転動路にボールが入った状態で使用されると、ボールねじがロックする恐れがある。そのため、循環経路を複数有するボールねじを組み立てる際には、ボールが誤って非転動路に入ることを防止する必要があり、従来よりその対策が提案されている。

特許文献１には、コマ（蓋）を本体（ボール案内部材）と蓋（ボール挿入穴閉塞部材）とに分割し、本体にボール挿入穴を設け、本体をナットの貫通穴に装着した状態でボールを循環経路内に挿入した後に、蓋でボール挿入穴を塞ぐことが提案されている。これにより、ボール案内機能を発揮させつつボール挿入を行うことが可能となるため、ボール挿入の際にボールが予定外の位置に外れることを防止できると記載されている。

特許文献２には、ナットのリターンチューブ取付穴からボールを挿入した後に、リターンチューブ内にボールを入れて、このリターンチューブをナットに取り付ける従来の方法では、ボールが誤って非転動路に入る恐れがあることと、これを防止する提案が記載されている。その提案では、リターンチューブにボール挿入穴（ボール挿入用の開口部）を設けている。そして、ボールを挿入する前にこのリターンチューブをナットに取り付け、ボール挿入穴から循環経路内に決められた数のボールを挿入した後に、ボール挿入穴を蓋で塞いでいる。

特許文献３には、ナットのサーキット外溝（螺旋溝のうち隣り合うサーキット間の非転動路となる部分）の斜径寸法を、ナットのサーキット内溝（螺旋溝のうち転動路を成す部分）の斜径寸法より小さくすることが提案されている。また、サーキット外溝のサーキット内溝に接続する箇所に斜径寸法を連続的に変化させて形成した区間を設けて、サーキット外溝とサーキット内溝との間の段差を無くすことが記載されている。

特開平７−１７４２０５号公報 特開２００１−９９２５６号公報 特開２０１５−２１８７５５号公報

特許文献１および２の提案では、循環部品をボール挿入穴を有する本体と蓋に分けていルため、循環部品毎に本体と蓋を用意する必要があり、部品コストや組み立てコストが高くなる問題がある。
特許文献３の提案では、溝の加工が困難であるとともに、加工コストが高くなる問題がある。
この発明の課題は、製造コストの増加を抑えながら、組立時にボールが誤って非転動路に入ることが防止された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、この発明の一態様のボールねじは、下記の構成要件(1)(2)を有する。
(1) 外周面に螺旋溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋溝を有する円筒状のナットと、複数のボールを有する。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を含む軌道が形成されている。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を備えている。前記ボールは、前記転動路と前記ボール戻し路とからなる循環経路内に配置されている。前記循環経路を循環し前記転動路内を負荷状態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。
(2) 前記ナットの前記転動路の位置に、前記ボールより大径で、軸方向に垂直に延びる貫通穴が形成されている。前記貫通穴を塞ぎ、前記ねじ軸の螺旋溝と対向して前記転動路の一部を形成する転動路形成面を有する蓋を有する。

この発明のボールねじは、製造コストの増加を抑えながら、組立時にボールが誤って非転動路に入ることが防止される。

第一、第二、および第三実施形態のボールねじを示す斜視図であって、循環経路の一部を露出させた図である。 第一実施形態のボールねじを示す図であって、ナットの内部を示す断面図である。 第一および第二実施形態のボールねじの組立途中（ボール挿入前）の状態を示す断面図である。 第一実施形態のボールねじを構成する蓋を示す平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。 図２の部分断面図であって、蓋の転動路形成面とボールとの関係を示す拡大断面図である。 第一実施形態のボールねじについて、ナットの螺旋溝および貫通穴と蓋とボールとの関係を示す断面図である。 第二実施形態のボールねじを示す図であって、ナットの内部を示す断面図である。 第二実施形態のボールねじを構成する蓋を示す平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。 図７の部分断面図であって、蓋の転動路形成面とボールとの関係を示す拡大断面図である。 第二実施形態のボールねじについて、ナットの螺旋溝および貫通穴と蓋とボールとの関係を示す断面図である。 第三実施形態のボールねじを示す図であって、ナットの内部を示す断面図である。 第三実施形態のボールねじについて、ナットの螺旋溝および貫通穴と蓋とボールとの関係を示す断面図である。

以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。

［第一実施形態］
図１および２に示すように、第一実施形態のボールねじは、二つ（複数）の循環経路を有し、ねじ軸１、ナット２、複数のボール３、二つのリターンチューブ（ボール戻し路を形成する部品）４、二つの蓋５、二つのシール６、およびチューブ押え７で構成されている。図２ではチューブ押え７が省略されている。
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。ねじ軸１の螺旋溝１１とナット２の螺旋溝２１とにより、軌道が形成されている。軌道はボール３が配置されている二つの転動路Ｔを含み、軌道の二つの（隣り合う）転動路Ｔの間に、ボール３が配置されない非転動路Ｈが存在する。図２に示すように、ナット２の螺旋溝２１は、転動路Ｔを形成する部分（転動路部）２１ａと、非転動路Ｈを形成する部分（非転動路部）２１ｂとに分けられる。

リターンチューブ４は略門形に形成され、両脚部がナット２の円筒部の平坦部２０に設けた各貫通穴２２内に挿入されている。リターンチューブ４のナット２の外側に配置された部分が、チューブ押え７でナット２に固定されている。リターンチューブ４内にもボール３が配置されている。つまり、各循環経路は、転動路Ｔとリターンチューブ４内のボール戻し路４１とからなる。
ナット２の各転動路Ｔの位置に一つずつ（つまり、ナット２の螺旋溝２１の各転動路部２１ａの各一箇所に）、軸方向に垂直に延びる貫通穴２３が形成されている。貫通穴２３は、図３に示すように、直径が変化する三段の円柱状で、ナット２の径方向内側部に存在する奥側部２３１と、径方向中央部に存在する雌ねじ部２３２と、径方向外側部に存在する座ぐり部２３３とからなる。図５に示すように、奥側部２３１の断面円の直径は、ボール３の直径より少し大きい。

蓋５は、ナット２の貫通穴２３に対応させた三段の円柱状で、図２および図４に示すように、貫通穴２３の奥側部２３１に配置される先端部５１と、雌ねじ部２３２に配置される雄ねじ部５２と、座ぐり部２３３に配置される頭部５３とからなる。
雄ねじ部５２には、貫通穴２３の雌ねじ部２３２に螺合する雄ねじが形成されている。頭部５３の直径は、貫通穴２３の座ぐり部２３３より少し大きい。頭部５３の軸方向端面に六角穴５３ａが形成されている。蓋５の先端部５１の端面５１ａは平面である。

図５に示すように、先端部５１の端面５１ａが、ねじ軸１の螺旋溝１１と対向して転動路Ｔの一部を形成する。つまり、先端部５１の端面５１ａが転動路形成面である。先端部５１の断面円の直径は、ボール３の直径より少し大きく、貫通穴２３の奥側部２３１の断面円の直径より少し小さい。
蓋５がナット２の外側から貫通穴２３に挿入されて、先端部５１が貫通穴２３の奥側部２３１に配置され、雄ねじ部５２が雌ねじ部２３２に螺合され、頭部５３が座ぐり部２３３に配置されている。

シール６は、ナット２の軸方向両端に固定され、ねじ軸１とナット２の隙間を塞ぐ部品である。
このボールねじは、各循環経路（転動路Ｔ＋リターンチューブ４）を循環し各転動路Ｔを負荷状態で転動するボール３を介して、ナット２がねじ軸１に対して相対移動する。各転動路Ｔの終点に達したボール３は、各リターンチューブ４を通って転動路Ｔの始点に戻される。

このボールねじの組立方法を以下に説明する。
先ず、ナット２の軸方向一端からねじ軸１を挿入することで、ねじ軸１をナット２に貫通させる。
次に、各リターンチューブ４の両脚部をナット２の平坦部２０の各貫通穴２２内に挿入し、両リターンチューブ４をチューブ押え７でナット２に固定する。図３は、この状態を示す。
次に、図３の状態から上下を反対にしてナット２の貫通穴２３の開口を上に向け、ねじ軸１の軸線を水平に配置した状態で、ねじ軸１を回転しながら、循環経路（転動路Ｔ＋リターンチューブ４）毎に決められた数のボール３を貫通穴２３から挿入する。なお、この実施形態では貫通穴２３が転動路Ｔの中間位置に形成されているため、転動路Ｔに入る分の半分のボール３をねじ軸１を回転させながら挿入した後に、ねじ軸１を逆方向に回転させながら残りのボール３を挿入する。

次に、ナット２の貫通穴２３に先端部５１側から蓋５を挿入し、頭部５３の六角穴５３ａに六角レンチを入れて蓋５を回転する。これにより、蓋５の雄ねじ部５２を貫通穴２３の雌ねじ部２３２に螺合させて、先端部５１の端面５１ａをボール３に接触させ、頭部５３を座ぐり部２３３に配置する。その結果、蓋５で貫通穴２３が塞がれる。
この実施形態のボールねじによれば、リターンチューブ４を取り付けた後に、循環経路内にボール３を挿入することで組立を行うため、組立時にボールが誤って非転動路に入ることが防止される。

また、この実施形態のボールねじは、ナット２に貫通穴２３を設け、貫通穴２３を蓋５で塞ぐ構造を有するため、循環部品（ボール戻し路形成部品）であるリターンチューブ４は従来品と同じものが使用できる。よって、従来品と同じ循環部品が使用できない特許文献１および２に記載されたボールねじや、溝の加工が困難である特許文献３に記載されたボールねじと比較して、製造コストを低く抑えることができる。
また、この実施形態のボールねじでは、蓋の転動路形成面（先端部５１の端面）５１ａを平面にすることで、蓋５を先端部５１、雄ねじ部５２、および頭部５３からなる構造として、ナット２の貫通穴２３にねじ止めで容易に固定することができる。

また、平面からなる転動路形成面（先端部５１の端面）５１ａを有することで、ボールねじのボール軌道円（軌道に沿ったナット２の内側断面円）の寸法に応じた蓋を用意する必要がない。つまり、ボール３の直径に応じた寸法の蓋５を用意すればよい。
なお、第二実施形態のボールねじでは、図６に示すように、蓋５の先端部５１の端面（転動路形成面）５１ａが平面であり、ナット２の螺旋溝２１の溝底ラインと一致しないため、転動路Ｔの貫通穴２３の位置に段差が生じる。しかし、貫通穴２３の直径は螺旋溝２１の円周（ボール軌道円）の直径より極端に小さいため、特に問題は生じない。

［第二実施形態］
第二実施形態のボールねじは、図７に示すように、蓋５Ａを用いてナット２の貫通穴２３を塞いでいる。それ以外の点は第一実施形態と同じである。
図７および図８に示すように、蓋５Ａは、第一実施形態の蓋５と同様の三段の円柱状であり、ナット２の貫通穴２３の奥側部２３１に配置される先端部５１Ａと、雌ねじ部２３２に配置される雄ねじ部５２と、座ぐり部２３３に配置される頭部５３とからなる。雄ねじ部５２と頭部５３は第一実施形態の蓋５と同じである。

先端部５１Ａは、第一実施形態の蓋５の先端部５１とは異なり、先端部５１Ａの端面（転動路形成面）５１ｂが、中心が最も深い球状の凹面になっている。図９に示すように、先端部５１Ａの断面円の直径は、ボール３の直径より少し大きく、貫通穴２３の奥側部２３１の断面円の直径より少し小さい。
この実施形態のボールねじは、蓋５の代わりに蓋５Ａを用いることを除いて、第一実施形態のボールねじと同じ方法で組み立てることができる。
この実施形態のボールねじによれば、リターンチューブ４を取り付けた後に、循環経路内にボール３を挿入することで組立を行うため、組立時にボールが誤って非転動路に入ることが防止される。また、第一実施形態のボールねじと同様に、リターンチューブ４は従来品と同じものが使用できるため、製造コストを低く抑えることができる。

また、この実施形態のボールねじでは、蓋５Ａの先端部５１Ａの端面５１ｂを球状凹面にすることで、蓋５Ａを先端部５１Ａ、雄ねじ部５２、および頭部５３からなる構造として、ナット２の貫通穴２３にねじ止めで容易に固定することができる。
また、球状凹面からなる転動路形成面（先端部５１Ａの端面）５１ｂを有することで、ボールねじのボール軌道円（軌道に沿ったナット２の内側断面円）の寸法に応じた蓋を用意する必要がない。つまり、ボール３の直径に応じた寸法の蓋５Ａを用意すればよい。
なお、第二実施形態のボールねじでは、図１０に示すように、蓋５Ａの先端部５１Ａの端面（転動路形成面）５１ｂが球状の凹面であり、ナット２の螺旋溝２１の溝底ラインと一致しないため、転動路Ｔの貫通穴２３の位置に段差が生じる。しかし、貫通穴２３の直径は螺旋溝２１の円周（ボール軌道円）の直径より極端に小さいため、特に問題は生じない。また、第一実施形態のボールねじと比較して、転動路Ｔの貫通穴２３の位置に生じる段差が小さくなる。

［第三実施形態］
第三実施形態のボールねじは、図１１に示すように、蓋５Ｂを用いてナット２の貫通穴２３を塞ぎ、蓋５Ｂをナットに対して固定部品８で固定している。貫通穴２３の形状は、蓋５Ｂと固定部品８に対応させている。これら以外の点は第一実施形態と同じである。
貫通穴２３は、ナット２の径方向内側部に存在する奥側部２３４と、径方向中間部に存在する座ぐり部２３５と、径方向外側部に存在する雌ねじ部２３６とからなる。
蓋５Ｂは、二段の円柱状であり、ナット２の貫通穴２３の奥側部２３４に配置される軸部５４と、座ぐり部２３５に配置される頭部５５とからなる。軸部５４の断面円の直径は、ボール３の直径より少し大きく、貫通穴２３の奥側部２３４の断面円の直径より少し小さい。蓋５Ｂの軸部５４の端面（転動路形成面）５４ａは、ナット２の螺旋溝２１に合わせた形状を有する。
固定部品８は、雌ねじ部２３６に螺合する雄ねじ部８１を有する。

この実施形態のボールねじの組立方法を以下に説明する。
先ず、第一実施形態のボールねじと同じ方法で、各貫通穴２３から各循環経路内へのボール３の挿入を行う。
次に、ナット２の貫通穴２３に軸部５４側から蓋５Ｂを挿入して、奥側部２３４に軸部５４を配置し、座ぐり部２３５に頭部５５を配置した後、固定部品８を回転しながら雌ねじ部２３６に螺合させる。その結果、蓋５Ｂで貫通穴２３が塞がれ、固定部品８で蓋５Ｂが貫通穴２３に固定される。

この実施形態のボールねじによれば、リターンチューブ４を取り付けた後に、循環経路内にボール３を挿入することで組立を行うため、組立時にボールが誤って非転動路に入ることが防止される。また、第一実施形態のボールねじと同様に、リターンチューブ４は従来品と同じものが使用できるため、製造コストを低く抑えることができる。
また、この実施形態のボールねじでは、図１２に示すように、軸部５４の端面５４ａがナット２の螺旋溝２１の溝底ラインと一致するため、転動路Ｔの貫通穴２３の位置に段差が生じない。よって、第三実施形態のボールねじは、ボール３を転動路Ｔ内で滑らかに転動させるという点では好ましい。

しかし、転動路形成面となる蓋５Ｂの端面５４ａを正確に形成し、貫通穴２３に固定する際に厳密な位置合わせが必要である。また、第一および第二実施形態のボールねじのように、蓋５，５Ａに雄ねじ部５２を設けて、蓋５，５Ａをナット２の貫通穴２３に、直接固定することは難しい。さらに、ボール３の直径だけでなく、ボールねじのリードにも対応させた蓋５Ｂを用意する必要がある。よって、蓋５，５Ａよりもコスト面では不利である。
なお、上記各実施形態では、循環部品（ボール戻し路形成部品）としてリターンチューブを有するボールねじについて記載されているが、この発明は、コマやエンドキャップを有するボールねじに対しても適用できる。
また、蓋の転動路形成面を凹面とする場合には、転動路形成面の中心を中心とした回転対称凹面であれば、球状凹面以外の凹面であってもよい。

１ ねじ軸
１１ 螺旋溝
２ ナット
２０ ナットの円筒部の平坦部
２１ ナットの螺旋溝
２１ａ 転動路を形成する部分（転動路部）
２１ｂ 非転動路を形成する部分（非転動路部）
２２ リターンチューブ取り付け用の貫通穴
２３ 貫通穴
２３１ 貫通穴の奥側部
２３２ 貫通穴の雌ねじ部
２３３ 貫通穴の座ぐり部
２３４ 貫通穴の奥側部
２３５ 貫通穴の座ぐり部
２３６ 貫通穴の雌ねじ部
３ ボール
４ リターンチューブ（ボール戻し路を形成する部品）
４１ ボール戻し路
５ 蓋
５Ａ 蓋
５Ｂ 蓋
５１ 蓋の先端部
５１Ａ 蓋の先端部
５１ａ 先端部の端面（転動路形成面）
５１ｂ 先端部の端面（転動路形成面）
５２ 蓋の雄ねじ部
５３ 蓋の頭部
５４ 蓋の軸部
５４ａ 軸部の端面（転動路形成面）
５５ 蓋の頭部
６ シール
７ チューブ押え
８ 固定部品
８１ 雄ねじ部
Ｔ 転動路
Ｈ 非転動路

Claims (5)

1. 外周面に螺旋溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋溝を有する円筒状のナットと、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を含む軌道が形成され、
   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を備え、
   前記ボールは、前記転動路と前記ボール戻し路とからなる循環経路内に配置され、
   前記ナットの前記転動路の位置に、前記ボールより大径で、軸方向に垂直に延びる貫通穴が形成され、
   前記貫通穴を塞ぎ、前記ねじ軸の螺旋溝と対向して前記転動路の一部を形成する転動路形成面を有する蓋を有し、
   前記循環経路を循環し前記転動路内を負荷状態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。
2. 前記循環経路を複数有し、
   前記軌道の隣り合う前記転動路間に、前記ボールが配置されない非転動路が存在する請求項１記載のボールねじ。
3. 前記貫通穴に雌ねじが形成され、前記蓋は前記雌ねじに螺合する雄ねじ部を有する請求項１または２記載のボールねじ。
4. 前記転動路形成面が平面である請求項１〜３のいずれか一項に記載のボールねじ。
5. 前記転動路形成面は凹面であり、前記凹面は、前記転動路形成面の中心を回転中心とした回転対称形状を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のボールねじ。

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