JP2023155653A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじ装置の組立作業性を改善する。【解決手段】ボールねじ装置１は、ナット２と、ナット２の外周面に固定されたカバー６と、ねじ軸３と、ナット２のねじ溝２ａとねじ軸３のねじ溝３ａとで形成された転走路１０と、ナット２とカバー６とで形成された循環路２０と、循環路２０と転走路１０とを連通する一対の接続路３０と、転走路１０、循環路２０、及び接続路３０に配された多数のボール４とを備える。カバー６に、循環路２０と外部とを連通し、ボール４が通過可能なボール挿入孔６ｆを設け、このボール挿入孔６ｆを栓９で閉塞する。【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじ装置に関する。

ボールねじ装置では、ナットの内周に形成されたねじ溝とねじ軸の外周に形成されたねじ溝とで構成される転走路に多数のボールが転動自在に配される。ナットとねじ軸とが相対回転すると、ボールが転走路内で転動し、転走路の終点まで達したボールが循環路を介して転走路の始点に戻される。

ボールねじ装置のボールを循環させる方式として、チューブを用いて循環路を形成したチューブ式（例えば、下記の特許文献１参照）や、ナットの外周に固定されたガイドプレートで循環路を形成したガイドプレート式（例えば、下記の特許文献２参照）が知られている。

チューブ式のボールねじ装置では、ナットの外周からチューブが突出した構造となるため、ボールねじ装置の大型化を招く。

一方、ガイドプレート式のボールねじ装置１００は、図１３に示すように、ナット本体１０３とその外周に固定されたガイドプレート１０５とで循環路１１２を形成している。このボールねじ装置１００では、ナット本体１０３のねじ溝１０７とねじ軸１０２のねじ溝１０６とで転走路１０８が形成され、転走路１０８の終点に達したボール１０４が、接続路１１０、循環路１１２、及び他方の接続路（図示省略）を介して転走路１０８の始点に戻される。このボールねじ装置１００では、ナット本体１０３の外周からのガイドプレート１０５の突出量が抑えられるため、上記のチューブ式のボールねじ装置と比べてボールねじ装置の小型化が図られる。

特開２００２－２９５６２５号公報 特開２００２－２７６７６４号公報

図１３のボールねじ装置１００の組立工程では、ナット本体１０３の転走路１０８及び接続路１１０にボール１０４を充填すると共に、ガイドプレート１０５の循環路１１２にボール１０４を充填し、その後、ボール１０４が組み付けられたガイドプレート１０５をナット本体１０３に取り付ける。このとき、ボール１０４がガイドプレート１０５から落下しないように慎重に作業を行う必要があるため、作業性が悪い。

例えば、上記の特許文献１には、別の実施形態として、図１４に示すようなボールねじ装置２００が示されている。このボールねじ装置２００は、ナット本体１０３の外周面に溝１０３ａを形成し、この溝１０３ａとガイドプレート１０５とで循環路１１２を形成している。このボールねじ装置２００は、ナット本体１０３の転走路１０８、接続路１１０、及び溝１０３ａにボール１０４を充填した後、ガイドプレート１０５をナット本体１０３に取り付けることで組み立てられる。この場合、図１３のボールねじ装置１００のように、ボール１０４が組み付けられたガイドプレート１０５をナット本体１０３に取り付ける作業が無いため、組立作業性は向上する。しかし、依然としてナット本体１０３の溝１０３ａにボール１０４を並べて配置するという手間のかかる作業を要するため、さらなる作業性の改善が求められている。

そこで、本発明は、ボールねじ装置の組立作業性を改善することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、内周にねじ溝が形成されたナットと、前記ナットの外周面に固定された循環路形成部材と、外周にねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ナットのねじ溝と前記ねじ軸のねじ溝とで形成された転走路と、前記ナットの外周面と前記循環路形成部材とで形成された循環路と、前記循環路の一端と前記転走路の一端、及び、前記循環路の他端と前記転走路の他端とをそれぞれ連通する一対の接続路と、前記転走路、前記循環路、及び前記一対の接続路に配された多数のボールとを備えたボールねじ装置において、
前記循環路形成部材に、前記循環路と外部とを連通し、前記ボールが通過可能なボール挿入孔を設け、
前記ボール挿入孔が栓で閉塞されたボールねじ装置を提供する。

このボールねじ装置では、循環路形成部材をナットに組付けて循環路を形成した後、循環路形成部材に設けられたボール挿入孔からボールを挿入することができる。そのため、従来のように、ボールが組み付けられたカバープレートをナットに取り付ける作業や、ナットの外周面に設けられた溝にボールを並べる作業が不要となるため、組立作業性が向上する。そして、ボール挿入孔から転走路、接続路、及び循環路にボールを充填した後、循環路形成部材のボール挿入孔を栓で閉塞することにより、ボール挿入孔からのボールの脱落を防止できる。

上記のボールねじ装置は、循環路形成部材及び栓に、それぞれ循環路を形成する溝を設けることができる。この場合、循環路形成部材の溝の延在方向と栓の溝の延在方向とを一致させる方向合わせ手段を設けることが好ましい。例えば、循環路形成部材と栓とを、ボール挿入孔の周方向で係合させることで、前記方向合わせ手段を構成することができる。

循環路形成部材の溝の底部に、循環路形成部材の外径面に開口し、ボールが通過不能な開口部を設けてもよい。この場合、溝の底部が循環路形成部材の外周に露出するまで循環路形成部材を薄型化することができるため、循環路形成部材とその外周に配された他部材との干渉を防止できる。この場合、栓に、前記開口部に嵌合する係止部を設け、前記開口部と前記係止部とで、循環路形成部材の溝の延在方向と栓の溝の延在方向とを一致させる方向合わせ手段を構成することができる。

上記のボールねじ装置において、循環路は、ナットの外周面の円筒部に沿って形成することが好ましい。これにより、循環路と接続路との境界における屈曲角度が緩やかになるため、この境界でボールが引っかかりにくくなり、ボールをスムーズに循環させることができる。

以上のように、本発明によれば、ボールねじ装置の組立作業性を改善することができる。

本発明の第一実施形態に係るボールねじ装置の平面図である。 図１のＡ－Ａ線における断面図である。 図１のボールねじ装置の分解斜視図である。 図１のＢ－Ｂ線における断面図である。 図２のＣ－Ｃ線における断面図である。 図１のボールねじ装置に設けられた栓の斜視図である。 図６の栓を異なる方向から見た斜視図である。 図１のＥ－Ｅ線における断面図である。 上記のボールねじ装置にボールを組み込む様子を示す断面図である。 カバーに栓を装着する様子を示す斜視図である。 本発明の第二実施形態に係るボールねじ装置の斜視図である。 図１１のボールねじ装置のカバーに栓を装着する様子を示す斜視図である。 従来のボールねじ装置の断面図である。 従来の他のボールねじ装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の第一実施形態に係るボールねじ装置１は、図１～３に示すように、ナット２と、ねじ軸３と、多数のボール４と、循環路形成部材としてのカバー６とを主に備える。このボールねじ装置１は、ナット２を回転させてねじ軸３を軸方向移動させるナット回転タイプであり、ナット２が転がり軸受（例えば、深溝玉軸受）により回転自在に支持される。本実施形態では、ナット２と転がり軸受の内輪７ａとが一部品として一体に形成されている。ボールねじ装置１は、例えば、電動モータの回転駆動力によりナット２を回転させて、この回転運動をねじ軸３の直線運動に変換して出力する電動アクチュエータに用いられる。

ナット２の内周には螺旋状のねじ溝２ａが形成され、ねじ軸３の外周には螺旋状のねじ溝３ａが形成される。ナット２のねじ溝２ａの一部とねじ軸３のねじ溝３ａの一部とで、ボール４の転走路１０が形成される（図２参照）。

図４に示すように、ボールねじ装置１には、転走路１０のボール４を循環させるための循環路２０及び一対の接続路３０が設けられる。循環路２０は、ナット２の外周面とカバー６とで形成される。一対の接続路３０は、循環路２０の一端と転走路１０の一端、及び、循環路２０の他端と転走路１０の他端とをそれぞれ連通する。これらの転走路１０、循環路２０、及び一対の接続路３０で形成された循環経路に、多数のボール４が転動自在に配される。転走路１０の終点まで達したボール４は、一方の接続路３０、循環路２０、及び他方の接続路３０を通って、転走路１０の始点に戻される。

ナット２の外周面の周方向一部領域には凹部２ｂが設けられる（図３参照）。凹部２ｂの底面には円筒部２ｃが設けられる。ナット２の外周面のうち、凹部２ｂ以外の周方向領域には、円筒部２ｃよりも大径な大径円筒面２ｄが設けられる。円筒部２ｃには、循環溝２ｅが形成される。図４に示すように、ナット２には一対の貫通孔２ｆが形成される。各貫通孔２ｆの一端は循環溝２ｅの端部に開口し、他端はねじ溝２ａに開口している。貫通孔２ｆは、ドリル等による機械加工で直線状に形成される。図示例では、２本の貫通孔２ｆが、ねじ溝２ａのうち、位相が１８０°＋３６０ｎ°（ｎ＝１、２・・・）だけ異なる位置に接続され、互いに平行に設けられる。

カバー６は、ナット２の外周面に固定され、図示例では、ナット２の凹部２ｂに取り付けられる。カバー６の内径面（ナット２の軸心側の面）には、溝が設けられる。本実施形態のカバー６は、円筒部６ｂと、円筒部６ｂから外径側に盛り上がった盛り上がり部６ｃとを有し、盛り上がり部６ｃの内径面に溝が設けられる。円筒部６ｂは、ナット２の外周面の円筒部２ｃを外径側から覆い、盛り上がり部６ｃはナット２の循環溝２ｅを外径側から覆う。図示例では、円筒部６ｂの周方向両端に取付部６ｄが設けられる。取付部６ｄは、ナット２の外周面に加締めや接着等の適宜の手段により固定される。図示例では、カバー６が、肉厚が均一な板材で一体に形成され、例えば鋼板等の金属板のプレス成形品からなる。この他、カバー６を樹脂成形品や焼結体（ＭＩＭ成形品）で形成してもよい。

カバー６は、ナット２の外周面の凹部２ｂの深さ方向領域内に収容されている。詳しくは、カバー６の最外径部、すなわち盛り上がり部６ｃの頂部が、ナット２の外周面の大径円筒面２ｄを延長した仮想円筒面よりも内径側に配される。本実施形態では、カバー６に取り付けられる栓９（詳細は後述する）を含めて、ナット２の外周面の大径円筒面２ｄを延長した仮想円筒面よりも内径側に配される。これにより、カバー６及び栓９がナット２の外周から突出しないため、カバー６の外周に配される他部材との干渉を回避できる。

循環路２０は、ナット２の外周面の円筒部２ｃに沿って形成される（図４参照）。図示例では、ナット２の円筒部２ｃに形成された循環溝２ｅと、これを覆うカバー６の盛り上がり部６ｃの内径面（溝）とで、循環路２０が形成される。循環路２０は、軸方向及び周方向に対して傾斜した方向に延びている（図１参照）。図示例では、循環路２０が、周方向に対して一定の角度を成す方向に延びている。

接続路３０は、例えばナット２に設けられた貫通孔２ｆで構成される。接続路３０の一端は転走路１０の端部に接続され、接続路３０の他端は循環路２０の端部に接続されている。循環路２０と接続路３０との境界には屈曲部４０が形成される。このとき、循環路２０がナット２の円筒部２ｃに沿ってアーチ状に形成されていることで、循環路２０と接続路３０との境界の屈曲角度を緩やかにすることができる。これにより、接続路３０から循環路２０にボール４がスムーズに移動し、循環経路内でボール４がスムーズに循環するため、ナット２とねじ軸３とをスムーズに相対回転させることができる。特に、本実施形態のボールねじ装置１はナット回転タイプであるため、上記のように循環路２０が円筒部２ｃに沿ったアーチ状を成していることで、ナット２の回転時の遠心力で循環路２０内のボール４の移動が促進されるため、ボール４がより一層スムーズに循環する。

ナット２のねじ溝２ａのうち、転走路１０の軸方向両側には、それぞれコイル状のボール拾い上げ部材８が螺合している（図２、図３参照）。図５に示すように、各ボール拾い上げ部材８の一端には案内面８ａが設けられる。ボール拾い上げ部材８の案内面８ａは、ねじ溝２ａを塞ぎ、接続路３０に面する位置に配される。転走路１０の終点まで達したボール４は、ボール拾い上げ部材８の案内面８ａですくい上げられ、転走路１０を構成しないねじ溝２ａ、３ａへ侵入することなく、接続路３０へ案内される。

本実施形態では、カバー６の溝の底部（すなわち、盛り上がり部６ｃの頂部）に、開口部６ｅが設けられている（図１、３参照）。開口部６ｅは、盛り上がり部６ｃの頂部をナット２の半径方向に貫通し、カバー６の外径面（ナット２の軸心と反対側の面）に開口している。開口部６ｅは、盛り上がり部６ｃの延在方向（すなわち、循環路２０の延在方向）に沿って延びている。開口部６ｅは、ボール４が通過不能となっており、具体的には、開口部６ｅの幅Ｗ（図１参照）がボール４の直径よりも小さい。これにより、開口部６ｅからのボール４の脱落が防止される。図示例では、カバー６の開口部６ｅの周囲に設けられた盛り上がり部６ｃの外径面が、カバー６の最外径部となる。このように、カバー６の盛り上がり部６ｃの頂部を除去して開口部６ｅを形成することで、カバー６の最外径部が小径化されるため、カバー６の外周に配される他部材との干渉をさらに回避しやすくなる。

カバー６には、ボール挿入孔６ｆが設けられている。ボール挿入孔６ｆは、カバー６を厚さ方向（ナット２の半径方向）に貫通し、循環路２０と外部とを連通している。ボール挿入孔６ｆは、カバー６の盛り上がり部６ｃに設けられ、図示例では、盛り上がり部６ｃの延在方向略中央部に設けられる。ボール挿入孔６ｆは、盛り上がり部６ｃに設けられた開口部６ｅと連続している。すなわち、盛り上がり部６ｃの開口部６ｅの一部分（図示例では略中央部）の幅を広げ、この部分をボール挿入孔６ｆとしている。ボール挿入孔６ｆは、ボール４が通過可能な大きさを有する。図示例では、ボール挿入孔６ｆが略円形を成し、その直径Ｄがボール４の直径よりも大きい。

カバー６のボール挿入孔６ｆは、栓９で閉塞される。図６、７に示すように、栓９は、略円盤状の本体９ａと、本体９ａからその直径方向両側に突出した一対の係止部９ｂと、本体９ａの裏面（ナット２の内径側の面）に設けられた溝９ｃと、本体９ａの裏面からナット２の内径側に延びる一対の脚部９ｄとを有する。本実施形態では、溝９ｃが、断面円弧状の凹溝であり、本体９ａの直径方向に延びている。係止部９ｂは、本体９ａから溝９ｃの延在方向両側に延びている。一対の脚部９ｄは、本体９ａの裏面のうち、溝９ｃの延在方向と直交する方向に離間して設けられる。図示例では、一対の係止部９ｂ及び一対の脚部９ｄに、溝９ｃと連続する断面円弧状の曲面が設けられている。

栓９の本体９ａをカバー６のボール挿入孔６ｆに嵌合させることで、栓９がカバー６に固定される（図１参照）。本実施形態では、栓９が、ボール挿入孔６ｆに着脱自在に取り付けられる。例えば、栓９をゴムや樹脂などの弾性材料で形成し、本体９ａの外周面をボール挿入孔６ｆの内周面に圧入することで、栓９がカバー６に取り付けられる。栓９をカバー６に取り付けた状態では、栓９の係止部９ｂがカバー６の開口部６ｅに嵌合している。このとき、栓９の溝９ｃの延在方向は、カバー６の溝の延在方向、すなわち、盛り上がり部６ｃの延在方向と一致している。すなわち、カバー６の開口部６ｅに栓９の係止部９ｂを嵌合し、これらをボール挿入孔６ｆの周方向で係合させることで、カバー６の溝の延在方向と栓９の溝９ｃの延在方向とを一致させる方向合わせ手段が構成される。

図８に示すように、栓９はカバー６に外径側から当接し、図示例では、栓９の本体９ａの裏面がカバー６の盛り上がり部６ｃに外径側から当接している。これにより栓９のカバー６に対する深さ方向（ナット２の半径方向）の位置が決められる。また、図示例では、栓９の一対の脚部９ｄの側面（溝９ｃと反対側の面）が、カバー６のボール挿入孔６ｆの内周面に嵌合している。栓９をカバー６に取り付けた状態では、栓９の溝９ｃとナット２の循環溝２ｅとがナット２の半径方向で対向し、これらで循環路２０の一部が形成される。

上記のボールねじ装置１は、以下の手順で組み立てることができる。まず、ナット２にカバー６を固定する。具体的には、カバー６の円筒部６ｂでナット２の外周面の円筒部２ｃを外径側から覆うと共に、カバー６の盛り上がり部６ｃでナット２の循環溝２ｅを外径側から覆った状態で、カバー６の取付部６ｄをナット２の外周面に加締め等により固定する。これにより、ナット２の循環溝２ｅとカバー６の溝（盛り上がり部６ｃの内径面）とで循環路２０が形成される。このとき、カバー６のボール挿入孔６ｆには栓９は取り付けられておらず、ボール挿入孔６ｆを介して循環路２０が外部と連通している。そして、ナット２のねじ溝２ａに軸方向両側からボール拾い上げ部材８を螺合させ、案内面８ａを所定の位置に配する（図５参照）。その後、ナット２の内周にねじ軸３を挿入し、ナット２のねじ溝２ａとねじ軸３のねじ溝３ａとで転走路１０を形成する。

この状態で、図９に示すように、カバー６のボール挿入孔６ｆからボール４を挿入し、転走路１０、一対の接続路３０、及び循環路２０にボール４を充填する。この場合、従来のように、ボールが組み付けられたカバープレートをナットに取り付ける作業や、ナットの外周面に形成された溝にボールを並べる作業が不要となるため、組立作業性が向上する。また、ボール挿入孔６ｆからボール４を順次挿入するだけでよいため、ボール４の脱落や欠品を防止できると共に、ボール４の充填の自動化にも対応しやすくなる。例えば、自動ボール供給装置のボール供給管５０（図９の二点鎖線参照）をボール挿入孔６ｆに接続し、このボール供給管５０からボール挿入孔６ｆにボール４を順次挿入することで、ボール４を自動で充填することができる。

そして、転走路１０、一対の接続路３０、及び循環路２０に所定個数のボール４が充填されたら、図１０に示すように、カバー６のボール挿入孔６ｆに栓９を装着してボール挿入孔６ｆを閉塞する。このとき、栓９の係止部９ｂをカバー６の開口部６ｅに嵌合させながら、栓９の本体９ａをカバー６のボール挿入孔６ｆに嵌合固定することにより、栓９の溝９ｃの延在方向をカバー６の溝の延在方向（すなわち、盛り上がり部６ｃの延在方向）と一致させることができる。また、栓９をカバー６に外径側から当接させることで、栓９のカバー６に対する深さ方向（ナット２の半径方向）の位置が決められる。この状態で、栓９の溝９ｃとカバー６の溝（盛り上がり部６ｃの内径面）とが同じ深さ（半径方向位置）に配され、これらで連続した１本の溝を形成している。以上により、ボールねじ装置１が完成する。

本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については説明を省略する。

図１１に示す実施形態は、カバー６の盛り上がり部６ｃに開口部６ｅが形成されていない点で、上記の実施形態と異なる。この場合も、カバー６をナット２に固定した後に、カバー６のボール挿入孔６ｆからボール４を挿入することにより、転走路１０、一対の接続路３０、及び循環路２０にボール４を充填することができる。所定個数のボール４を充填した後、図１２に示すように、栓９をボール挿入孔６ｆに装着してボール挿入孔６ｆを閉塞する。この場合、例えば、ボール挿入孔６ｆの内周面とこれに嵌合する栓９の外周面とを非円形にし、これらをボール挿入孔６ｆの周方向で係合させることで、栓９の溝９ｃとカバー６の溝との方向合わせを行ってもよい。

栓９の構成は上記に限らず、例えば、係止部９ｂを周方向一箇所だけに設けたり、係止部９ｂを無くしたりしてもよい。また、特に必要がなければ、一対の脚部９ｄを無くしてもよい。

以上の実施形態では、ナット２の外周面の円筒部２ｃにカバー６を取り付けた場合を示したが、これに限らず、例えば、ナット２の外周面に平坦面を設け、この平坦面にカバー６を取り付けてもよい。

また、以上の実施形態では、ナット２と転がり軸受の内輪７ａとを一体に形成した場合を示したが、これらを別体に形成した後、圧入等の適宜の手段で両者を固定してもよい。

また、以上の実施形態では、ナット２の内周面の全域にねじ溝２ａが形成されているが、これに限らず、例えば、ナット２の内周面のうち、転走路１０として機能する部分のみにねじ溝２ａを設けてもよい。ナット２の内周面のうち、ねじ溝２ａ以外の軸方向領域には例えば円筒面が設けられる。この場合、ボール拾い上げ部材８を設ける必要がないため、部品数削減によりコスト低減が図られる。

また、以上の実施形態では、ナット２を回転させてねじ軸３を直動させる、いわゆるナット回転タイプのボールねじ装置１を示したが、これに限らず、ねじ軸３を回転させてナット２を直動させる、いわゆるねじ軸回転タイプのボールねじ装置に本発明を適用してもよい。

１ ボールねじ装置
２ ナット
３ ねじ軸
４ ボール
６ カバー（循環路形成部材）
６ｂ 円筒部
６ｃ 盛り上がり部
６ｄ 取付部
６ｅ 開口部
６ｆ ボール挿入孔
８ ボール拾い上げ部材
９ 栓
９ａ 本体
９ｂ 係止部
９ｃ 溝
９ｄ 脚部
１０ 転走路
２０ 循環路
３０ 接続路
４０ 屈曲部
５０ ボール供給管

Claims (6)

1. 内周にねじ溝が形成されたナットと、前記ナットの外周面に固定された循環路形成部材と、外周にねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ナットのねじ溝と前記ねじ軸のねじ溝とで形成された転走路と、前記ナットの外周面と前記循環路形成部材とで形成された循環路と、前記循環路の一端と前記転走路の一端、及び、前記循環路の他端と前記転走路の他端とをそれぞれ連通する一対の接続路と、前記転走路、前記循環路、及び前記一対の接続路に配された多数のボールとを備えたボールねじ装置において、
   前記循環路形成部材に、前記循環路と外部とを連通し、前記ボールが通過可能なボール挿入孔を設け、
   前記ボール挿入孔が栓で閉塞されたボールねじ装置。
2. 前記循環路形成部材が、前記循環路を形成する溝を有し、
   前記栓が、前記循環路を形成する溝を有し、
   前記循環路形成部材の溝の延在方向と前記栓の溝の延在方向とを一致させる方向合わせ手段を有する請求項１に記載のボールねじ装置。
3. 前記循環路形成部材と前記栓とを、前記ボール挿入孔の周方向で係合させることで、前記方向合わせ手段を構成した請求項２に記載のボールねじ装置。
4. 前記溝の底部に、前記循環路形成部材の外径面に開口し、前記ボールが通過不能な開口部を設けた請求項１～３の何れか１項に記載のボールねじ装置。
5. 前記栓に、前記開口部に嵌合する係止部を設け、
   前記開口部と前記係止部とで、前記循環路形成部材の溝の延在方向と前記栓の溝の延在方向とを一致させる方向合わせ手段を構成した請求項４に記載のボールねじ装置。
6. 前記循環路が、前記ナットの外周面の円筒部に沿って形成された請求項１～３の何れか１項に記載のボールねじ装置。
   

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