JP2023139832A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】転動体の詰まりを抑制し、かつ組立が容易なボールねじを提供する。
【解決手段】ボールねじは、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、ねじ軸の螺旋溝とナットの螺旋溝との間に形成された転動路に配置される複数の転動体と、転動路の両端を接続するボール戻し通路を有する循環部品と、を備える。循環部品は、ナットに固定され、ナットの外周面と内周面との間を貫通する貫通孔を有する循環こまと、貫通孔に挿入され、ボール戻し通路の一部を構成する溝を有する通路形成部材と、通路形成部材の上において貫通孔に固定され、通路形成部材を弾性的に固定する弾性部材と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじに関する。

ボールねじは、工作機械やロボットなど、精密な位置決めを必要とする装置に利用される。ボールねじは、一般的に、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、ねじ軸の螺旋溝とナットの螺旋溝との間に形成された転動溝に複数配置されるボールと、転動溝の両端を接続するボール戻し通路を有する循環部品と、を含む。

循環部品はナットに取り付けられ、転動溝の終端から掬い上げたボールをボール戻し通路に誘導し、戻り通路から転動溝の始端に戻す機能を有する。ねじ軸とナットとを相対回転させた時に、転動溝とボール戻し通路で構成される循環回路内をボールが転動しながら循環することで、ねじ軸とナットは低トルク且つ滑らかに相対回転することができる。

こま循環式ボールねじにおいては、ナットの外周面と内周面を径方向に貫通する孔にボール戻し通路が形成された循環こまを挿入固定し、ナット螺旋溝の両端をボール戻し通路で接続することで、循環回路を構成している。

特許文献１は、こま部材に、転動路とナット外周面とを連通するボール挿入用の貫通孔設けたこま式のボールねじを開示している。貫通孔は、埋め栓等からなる封止手段で封止する。こま部材は、ナットのねじ溝に係合する位置決め用のアームを有する内嵌め式のものである。

特許文献２は、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間で形成される転走路に複数のボールが介在したボールねじを開示している。ナットのねじ溝に両端が連通して転走路のボー ルを循環させる循環部を有する。転走路および循環部によって周回経路が形成される。このボールねじにおいて、循環部に、この循環部の一端のボールと他端のボールの間にボール循環方向の弾性を付与する弾性付与手段を設けている。

特開２００３－２０２０６３号公報 特開２００４－１６９８８１号公報

ボールねじの円滑な回転（安定的なトルク）を阻害する要因として、ボールがボール戻し通路内を上手く転がらずに詰まってしまう現象が知られている。特許文献１は、このような現象の解消を図るものではない。

特許文献２は、循環部品内のボールが詰まる現象を弾性部材が吸収することにより、円滑な回転の実現を図っている。

しかしながら、ボールねじの円滑な回転を阻害するもうひとつの要因として、ナットのボール溝とこまのボール溝との接続部の段差が挙げられる。特許文献２の構成においては、循環こま自体が動くことによりこの段差が変化し、円滑な回転が阻害される可能性がある。

本発明は、転動体の詰まりを抑制し、かつ組立が容易なボールねじを提供する。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、
内周面に螺旋溝が形成されたナットと、
前記ねじ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との間に形成された転動路に配置される複数の転動体と、
前記転動路の両端を接続するボール戻し通路を有する循環部品と、を備え、
前記循環部品は、
前記ナットに固定され、前記ナットの外周面と前記内周面との間を貫通する貫通孔を有する循環こまと、
前記貫通孔に挿入され、前記ボール戻し通路の一部を構成する溝を有する通路形成部材と、
前記通路形成部材の上において前記貫通孔に固定され、前記通路形成部材を弾性的に固定する弾性部材と、
を備えるボールねじ。
（２） 前記循環こまは、前記ナットの前記外周面と前記内周面との間を貫通するように前記ナットに形成された切欠き部に固定されるとともに、前記ねじ軸に向かい合う面に連結溝を有し、
前記通路形成部材の前記溝および前記循環こまの前記連結溝が、前記ナットの内周面に前記切欠き部の存在により形成された前記螺旋溝の欠如部分に配置される、
（１）に記載のボールねじ。
（３） 前記循環こまは、前記切欠き部に形成された座面を基準として位置決めされる、
（２）に記載のボールねじ。
（４） 前記切欠き部の側面がテーパ形状を有する、
（２）に記載のボールねじ。
（５） 前記切欠き部に接着剤を流し込む接着剤用穴が設けられる、
（２）に記載のボールねじ。
（６） 前記循環こまおよび前記通路形成部材は、同一の樹脂によって構成される、
（１）から（５）のいずれか１つに記載のボールねじ。

本発明によれば、通路形成部材が弾性部材の弾性力によって移動可能な状態をとっており、転動体の挙動に応じて移動し、転動体の詰まりを抑制することができる。また、組立も容易となる。

図１は、本発明の第一実施形態に係るボールねじの斜視図である。 図２は、ボールねじの軸方向に垂直な断面に沿った断面図である。 図３は、ナットの斜視図である。 図４は、循環こまを下方から見た斜視図である。 図５は、通路形成部材を下方から見た斜視図である。 図６は、本発明の第二実施形態に係るボールねじの斜視図である。 図７は、本発明の第三実施形態に係るボールねじの斜視図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。

（第一実施形態）
以下、本発明に係るボールねじの第一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係るボールねじ１００の斜視図、具体的にはボールねじ１００の構成の一部の斜視図である。図２は、ボールねじ１００の軸方向に垂直な断面に沿った断面図である。図３はナット２０の斜視図である。

ボールねじ１００は、工作機械やロボットなど、精密な位置決めを必要とする装置に利用される。ボールねじ１００は、図示せぬ架台などの上に設置される。ボールねじ１００は、外周面に螺旋溝１２が形成されたねじ軸１０と、内周面に螺旋溝２７が形成されたナット２０と、複数の転動体３０と、循環部品４０と、を備えている。

ねじ軸１０は、モータなどの動力源に接続され回転し、ねじ軸１０に複数の転動体３０を介して螺合するナット２０が直線に沿って往復運動をする。すなわち、ボールねじ１００は、回転運動を直線運動に変換する。ナット２０には、スライダ、テーブルなどの部材を含む装置が接続される。図１は、ナット２０の先端を切除し、その内部を露出させた状態を示している。

転動体３０は、たとえば鋼球のような球体であり、ねじ軸１０の螺旋溝１２とナット２０の螺旋溝２７との間に形成される転動路に配置される。さらに転動体３０は、循環部品４０が有するボール戻し通路４１にも配置される。転動路はナット２０の内部に形成されており、転動路の一端が図１に示したボール戻し通路４１に接続され、転動路の他端がナット２０の内部に設けられた、図示せぬ別のボール戻し通路に接続されている。すなわち、ボール戻し通路は、転動路の両端を接続し、転動体３０が移動可能なループ状の経路を形成する。

ボールねじ１００の駆動に伴い、ねじ軸１０およびナット２０が相対的に移動する。この移動に伴い、転動体３０は、転動路およびボール戻し通路４１を移動する。具体的には、転動路から送出された複数の転動体３０が、ボール戻し通路４１を移動した後、転動路に戻る。転動路における転動体３０の転がりにより、ねじ軸１０とナット２０の接触抵抗が減少する。

図３はナット２０の斜視図である。ナット２０は、後述する循環こま４３を収納する切欠き部２１を備えている。切欠き部２１はナット２０の外周面と内周面との間を貫通するように形成されている。このため、ナット２０の内周面における螺旋溝２７は、切欠き部２１の箇所において存在しない。また、切欠き部２１の内部には、ナット２０の周方向に延びた一対の座面２２が形成されている。

図４は循環こま４３を下方から見た斜視図である。循環部品４０はボール戻し通路４１を形成する部品であり、循環こま４３と、通路形成部材としての略円柱形状の円柱部材４４と、弾性部材４５と、を備える。循環こま４３はナット２０の切欠き部２１に取り付けられ、貫通孔４３ａを有する。循環こま４３は、たとえば圧入等の方法により、ナット２０に形成された切欠き部２１に挿入され、ナット２０に固定される。循環こま４３がナット２０の切欠き部２１に固定されると、貫通孔４３ａはナット２０の外周面と内周面との間を貫通する。なお、図示の例の貫通孔４３ａは、略円柱形状の孔である

本実施形態においては、循環こま４３の支持部４３ｂが、切欠き部２１の座面２２に配置される。よって、循環こま４３が座面２２を基準として位置決めされており、循環こま４３の位置決めを正確に行うことができる。ただし、循環こま４３の固定方法は特に限定されない。

さらに循環こま４３は、ねじ軸１０に向き合う面（底面）に形成された二つの連結溝４３ｃを有する。循環こま４３が切欠き部２１に固定されると、連結溝４３ｃは、ナット２０の内周面における螺旋溝２７の存在しない欠如部分（切欠き部２１の箇所）に配置され、途切れた螺旋溝２７の両端に接続する。

図５は円柱部材４４を下方から見た斜視図である。円柱部材４４は循環こま４３の貫通孔４３ａに嵌め込まれ、ボール戻し通路４１の一部を構成する溝４４ａを有する。溝４４ａは、円柱部材４４の底面に形成され、円柱部材４４を円周方向に貫く。

円柱部材４４は、隙間嵌め等の方法により貫通孔４３ａに挿入され、嵌め込まれている。貫通孔４３ａに挿入された円柱部材４４は、貫通孔４３ａ内で移動可能とされているが、後述するように、弾性部材４５によって外部に脱落することが防止される。ただし、円柱部材４４の嵌め込み方法は特に限定されない。

循環こま４３および円柱部材４４は、たとえば同一の樹脂によって構成される。これにより、熱膨張率の差などに起因するずれ、組付けの緩み等を抑制することができる。

円柱部材４４が貫通孔４３ａに嵌め込まれると、溝４４ａは循環こま４３の二つの連結溝４３ｃの間に入り込む。これにより、螺旋溝２７の存在しない部分（切欠き部２１の箇所）の両端が、円柱部材４４の溝４４ａと、循環こま４３の二つの連結溝４３ｃと、によって連結され、ボール戻し通路４１が形成される。

弾性部材４５は、たとえば円柱状の形状を有し、所定の弾性を有する樹脂、ゴム等の材料により形成される。弾性部材４５は、たとえば圧入等の方法により、円柱部材４４の上（溝４４ａと反対側）において貫通孔４３ａに固定され、円柱部材４４を弾性的に固定する。ただし、弾性部材４５の固定方法は特に限定されないが、少なくとも貫通孔４３ａ内で移動しないように固定される。弾性部材４５は、弾性力の高い接着剤（たとえばデュロメータＡ硬度２０～９０程度のアクリル変性シリコーン樹脂系、エポキシ樹脂・変性シリコーン系弾性接着剤）を貫通孔４３ａに流し込むことにより形成してもよい。

ボールねじ１００の組立は次のように行われる。作業者は、循環こま４３をナット２０の切欠き部２１に圧入した後、ねじ軸１０をナット２０に通す。次に作業者は、循環こま４３の貫通孔４３ａから転動体３０を規定数だけ挿入し、円柱部材４４を隙間嵌めによって貫通孔４３ａに挿入する。さらに作業者はねじ軸１０を回転させ、転動体３０を転動路上で公転させながら円柱部材４４の最適位置を決定後、円柱部材４４の上から弾性部材４５を圧入する。これにより、ボールねじ１００が完成する。

弾性部材４５は、圧入により貫通孔４３ａに固定されているため、下（ねじ軸１０側）に存在する円柱部材４４の動きが規制され、円柱部材４４が外部に飛び出すことが防止される。また、円柱部材４４の下には転動体３０が配置されているため、円柱部材４４がねじ軸１０の方向へ落ちてしまうこともない。

本実施形態のボールねじ１００においては、循環こま４３が、ナット２０に形成された切欠き部２１に固定されるとともに、ねじ軸１０に向かい合う面に連結溝４３ｃを有しており、円柱部材４４の溝４４ａおよび循環こま４３の連結溝４３ｃが、ナット２０の内周面に切欠き部２１の存在により形成された螺旋溝２７の欠如部分に配置される。この前提の下、弾性部材４５が円柱部材４４を弾性的に固定する。これにより、円柱部材４４が弾性部材４５の弾性力によって移動可能な状態となっており、転動体３０の挙動に応じて移動し得るため、ボール戻し通路４１を確保し、循環部品４０内における転動体３０の詰まりを吸収し、詰まりを抑制することができる。また、ナット２０の内周面の螺旋溝２７と循環こま４３の連結溝４３ｃが、円滑な繋ぎ目の位置で固定される。よって、ボールねじ１００の円滑な回転を阻害する２つの要因を同時に抑制することができる。

弾性部材４５の弾性力によって円柱部材４４が動いた場合、溝４４ａが形取られた円柱部材４４と循環こま４３の連結溝４３ｃとの繋ぎ目には、段差が発生することがある。しかしながら、ナット２０の螺旋溝２７と循環こま４３の連結溝４３ｃとの接続部に比べ、当該部分（溝４４ａと連結溝４３ｃとの繋ぎ目）を転動体３０が通過するときは転動体３０が拘束されておらず、比較的自由に動くことが出来るため、この段差がボールねじ１００の円滑な回転を阻害することはない。

また、従来のこま式のボールねじの組立においては、本実施形態における貫通孔４３ａを持たないこまをナットに固定し、螺旋溝がない仮軸をナットに通した後、仮軸とナットの螺旋溝の間に転動体を挿入していき、規定の数を挿入後、仮軸から螺旋溝の切られた本来のねじ軸に移し替えるという作業を行っている。この作業は手間がかかる上に、仮軸とナットの螺旋溝の間に転動体を挿入する際、本来挿入するべき溝と異なり、転動体の循環経路がない溝に挿入してしまい、転動体が循環されないことで、ボールねじの円滑な回転を阻害する要因となったりしている。一方、本実施形態のボールねじ１００によれば、貫通孔４３ａを有する循環こま４３から転動体３０を挿入することにより、詰めるべき溝に確実に転動体３０を挿入することができ、組立を容易にするとともに生産性の向上も達成し得る。

（第二実施形態）
図６は第二実施形態に係るボールねじ１００の斜視図である。本実施形態においては、切欠き部２１の側面２３がテーパ形状を有するテーパ面を構成している。テーパ面が存在することにより、循環こま４３の切欠き部２１へ固定が強固となる。

（第三実施形態）
図７は第三実施形態に係るボールねじ１００の斜視図である。本実施形態においては、切欠き部２１の座面２２に、接着剤を流し込むための接着剤用穴２４が設けられている。接着剤を用いることにより、循環こま４３の支持部４３ｂを切欠き部２１の座面２２に強固に固定することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１０ ねじ軸
２０ ナット
２１ 切欠き部
２２ 座面
２３ 切欠き部の側面
２４ 接着剤用穴
３０ 転動体
４０ 循環部品
４１ ボール戻し通路
４３ 循環こま
４３ａ 貫通孔
４３ｂ 支持部
４３ｃ 連結溝
４４ 円柱部材（通路形成部材）
４４ａ 円柱部材の溝
４５ 弾性部材
１００ ボールねじ

Claims (6)

1. 外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、
   内周面に螺旋溝が形成されたナットと、
   前記ねじ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との間に形成された転動路に配置される複数の転動体と、
   前記転動路の両端を接続するボール戻し通路を有する循環部品と、を備え、
   前記循環部品は、
   前記ナットに固定され、前記ナットの外周面と前記ナットの内周面との間を貫通する貫通孔を有する循環こまと、
   前記貫通孔に挿入され、前記ボール戻し通路の一部を構成する溝を有する通路形成部材と、
   前記通路形成部材の上において前記貫通孔に固定され、前記通路形成部材を弾性的に固定する弾性部材と、
   を備えるボールねじ。
2. 前記循環こまは、前記ナットの前記外周面と前記内周面との間を貫通するように前記ナットに形成された切欠き部に固定されるとともに、前記ねじ軸に向かい合う面に連結溝を有し、
   前記通路形成部材の前記溝および前記循環こまの前記連結溝が、前記ナットの内周面に前記切欠き部の存在により形成された前記螺旋溝の欠如部分に配置される、
   請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記循環こまは、前記切欠き部に形成された座面を基準として位置決めされる、
   請求項２に記載のボールねじ。
4. 前記切欠き部の側面がテーパ形状を有する、
   請求項２に記載のボールねじ。
5. 前記切欠き部に接着剤を流し込む接着剤用穴が設けられる、
   請求項２に記載のボールねじ。
6. 前記循環こまおよび前記通路形成部材は、同一の樹脂によって構成される、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のボールねじ。

Images