JP3925438B2 - ボールねじ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば産業機械等に用いられるボールねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のボールねじ装置は、外周面にねじ溝を有して軸方向に延びるねじ軸に、内周面に前記ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を有するナットが螺合されており、ナットのねじ溝とねじ軸のねじ溝とは互いに対向して両者の間に螺旋状の負荷軌道を形成している。該負荷軌道には転動体としての多数のボールが転動可能に装填されており、ねじ軸（又はナット）の回転により、ナット（又はねじ軸）がボールの転動を介して軸方向に移動するようになっている。
【０００３】
ところで、ナット（又はねじ軸）が軸方向に移動する際には、ボールが両ねじ溝で形成される螺旋状の負荷軌道を転動しつつ移動するが、ナット（又はねじ軸）を継続して移動させていくためには、ボールを無限循環させる必要がある。
ボールを無限循環させる方式としては、循環チューブ式やエンドキャップ式等が一般的であるが、コンパクトタイプのボールねじ装置では、ナットに軸方向に貫通するボール戻し通路を形成すると共に、ナットの端部に前記ボール戻し通路の端部が開口する切欠きを形成して該切欠きに該ボール戻し通路と前記両ねじ溝間の負荷軌道とを連通するボール循環溝を有する循環こまを嵌合固定し、これにより、ボールを無限循環させるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
実用新案登録第３０３４０５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ナットの端面に形成された切欠きには、循環こまのボール循環溝と共にボールの循環通路を構成するボール径より幅広のボール走行面が設けられているが、このボール走行面は切欠きの径方向を向く内面とされており、従って、循環こまのボール循環溝もボール走行面に対向するように径方向を向く面に形成され、また、ボール循環溝の軸方向の両側にはそれぞれ肉部が設けられている。
【０００６】
しかしながら、循環こまのボール循環溝の軸方向の両側に肉部が設けられていると、ねじ溝間隔の狭い小リードねじのボールねじ装置や多条ねじのボールねじ装置においては、ナットの切欠きのボール循環溝の軸方向の内側の肉部に対応する部分が隣のねじ溝（ナット側）に干渉してしまう場合があり、玉径のサイズアップや条数の増加による負荷容量の向上に対応できないという不都合がある。
【０００７】
また、循環こまは、一般に、前記ボール循環溝を有するこま本体に、前記両ねじ溝間を転動するボールを前記ボール循環通路にすくい上げるすくい上げ部が一体に設けられているが、このすくい上げ部はねじ軸のねじ溝に挿入配置されるため、ねじ軸のねじ溝が軸方向の端部で切り上がりの場合（ねじ軸の端面までねじ溝が形成されていない場合）には、ねじ軸にナットを挿通した状態で該ナットの切欠きに循環こまを装着することができなくなり、ボールねじ装置の組み立てができなくなるという不都合がある。
【０００８】
本発明はこのような不具合を解消するためになされたものであり、その目的は、ねじ軸のねじ溝が軸方向の端部で切り上がりの場合であってもナットにねじ軸を挿通した状態でナットの切欠きに循環こまを容易に装着することのできるボールねじ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有すると共に軸方向に貫通するボール戻し通路を有し、且つ両端部に前記ボール戻し通路の端部が開口する切欠きを有して前記ねじ軸に螺合されるナットと、前記両ねじ溝間と前記ボール戻し通路とを連通させるボール循環路を前記ナットの切欠きと共に形成すべく該切欠きに嵌合固定される循環こまと、前記両ねじ溝間、前記ボール循環路および前記ボール戻し通路を転動しつつ循環可能に配設された多数のボールとを具備し、前記ねじ軸のねじ溝が軸方向の端部で切り上がっているボールねじ装置において、前記循環こまを、こま本体と、このこま本体と別体に形成されたすくい上げ部とから構成し、前記ナットの切欠きと共にボール循環路を形成するボール循環溝を前記こま本体に設け、かつ前記ナットの内周面から前記ねじ軸のねじ溝内に突出するタング部を前記すくい上げ部に設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のボールねじ装置において、前記切欠きの軸方向を向く面をボール走行面とすると共に、前記循環こまの前記ボール走行面に対向する部位にボール循環溝を形成し、該ボール循環溝と前記ボール走行面とによって前記ボール循環通路を形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載のボールねじ装置において、前記循環こまは互いに嵌合する突起と凹部を前記すくい上げ部と前記こま本体との軸方向の接合部分に有することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項記載のボールねじ装置において、前記ナットの端面に開口し且つ前記切欠きに連通する凹部を前記ナットに設けるとともに、前記凹部に嵌合して前記すくい上げ部を前記切欠きの所定部位に固定する突起を前記循環こまのすくい上げ部に設けたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態であるボールねじ装置の要部を説明するための説明図、図２は循環こまの一例を示す図、図３は図２の循環こまのこま本体を示す図、図４は図２の循環こまのすくい上げ部を示す図、図５はナットの切欠きに図２の循環こまを嵌合した状態を示す図、図６は図５の循環こま部分の軸方向に沿う断面図、図７はすくい上げ部の変形例を示す図、図８は図７のすくい上げ部を備えた循環こまをナットの切欠きに嵌合した状態を示す図、図９〜図１５は本発明の第２の実施の形態であるボールねじ装置を説明するための図、図１６は本発明の第３の実施の形態であるボールねじ装置の要部を説明するための図、図１７は保持ピースを説明するための図である。
【００１３】
本発明の第１の実施の形態であるボールねじ装置１０は、図１に示すように、外周面に螺旋状のねじ溝１１を有して軸方向に延びるねじ軸１２に、内周面に該ねじ溝１１に対応する螺旋状のねじ溝１３を有するナット１４が螺合されている。ナット１４のねじ溝１３とねじ軸１２のねじ溝１１とは互いに対向して両者の間に負荷軌道を形成しており、該負荷軌道には転動体としての多数のボール１５が転動可能に装填されている。
【００１４】
また、ナット１４の壁部には軸方向に貫通するボール戻し通路１６が形成されていると共に、ナット１４の両端部にはそれぞれ切欠き１７が形成されている。該切欠き１７には、前記ボール戻し通路１６と前記両ねじ溝１１，１３間の負荷軌道とを連通させるボール循環通路２１を前記切欠き１７と共に形成する湾曲状のボール循環溝２０を有する循環こま１８が嵌合固定されるようになっている（図５及び図６参照）。
【００１５】
前記循環こま１８は、例えば合成樹脂の射出成形品からなり、前記ボール循環溝２０を有するこま本体１８ａと、前記両ねじ溝１１，１３間の負荷軌道を転動するボール１５を前記ボール循環通路２１にすくい上げるタング部１９を先端に有するすくい上げ部１８ｂとを備えている。
ここで、この実施の形態では、図３及び図４に示すように、循環こま１８のすくい上げ部１８ｂとこま本体１８ａとは互いに別体とされ、切欠き１７に嵌合された状態においては、すくい上げ部１８ｂがタング部１９をねじ軸１２のねじ溝１１に挿入した状態で配置され、該すくい上げ部１８ｂの径方向外方にこま本体１８ａが配置されて互いに径方向に接合されるようになっている。
【００１６】
切欠き１７は、ナット１４のねじ溝１３の側壁に沿う円弧部分２２を有して循環こま１８のこま本体１８ａが嵌合される第１の嵌合部１７ａと、すくい上げ部１８ｂが嵌合される第２の嵌合部１７ｂとを備えており、第１の嵌合部１７ａの底面（切欠きの軸方向を向く面）に前記ボール戻し通路１６の端部が開口している。第１の嵌合部１７ａはボールエンドミルで加工されており、これにより、前記ボール戻し通路１６と前記両ねじ溝１１，１３間の負荷軌道とがボール循環通路２１によって段差なく滑らかに接続されるようになっている。
【００１７】
ここで、この実施の形態では、第１の嵌合部１７ａの底面をボール走行面２３とすると共に、前記循環こま１８のボール循環溝２０をボール走行面２３に対向する部位に形成し、該ボール循環溝２０と前記ボール走行面２３とによって前記ボール循環通路２１を形成している。また、ボール循環溝２０の溝形状は特に限定されないが、この実施の形態では、ボール循環溝２０の内で前記円弧部分２２に対向する部位以外は９０〜１８０°（図では１８０°）の単一円形溝（ゴシックアーチ溝やＶ字溝でも可能）とされ、該円弧部分２２に対向する部位は前記単一円形溝の略半分の略９０°円弧溝とされている。
【００１８】
そして、前記ボール循環通路２１と、前記両ねじ溝１１，１３間の負荷軌道および前記ボール戻し通路１６とによってボール１５の無限循環通路を形成しており、これにより、ねじ軸１２（又はナット１４）を回転させると、ナット１４（又はねじ軸１２）がボール１５の転動を介して軸方向に継続して移動するようになっている。
【００１９】
このようにこの実施の形態では、切欠き１７の軸方向を向く面である第１の嵌合部１７ａの底面をボール走行面２３とすると共に、前記循環こま１８のボール循環溝２０をボール走行面２３に対向する部位に形成し、該ボール循環溝２０と前記ボール走行面２３とによって前記ボール循環通路２１を形成しているので、ボール循環溝２０の軸方向内側が切除された形状となり、従って、ねじ溝間隔の狭い小リードねじや多条ねじのねじ溝の場合であっても、ナット１４の切欠き１７が隣のねじ溝１３に干渉するのを回避することができ、この結果、玉径のサイズアップや条数の増加によるボールねじ装置１０の負荷容量の向上を図ることができる。
【００２０】
また、循環こま１８のすくい上げ部１８ｂとこま本体１８ａとは互いに別体とされているので、ねじ軸１２のねじ溝１１が軸方向の端部で切り上がりの場合（ねじ軸１２の端面までねじ溝１１が形成されていない場合）においても、ねじ軸１２にナット１４を挿通した状態で該ナット１４の切欠き１７に循環こま１８を装着することができ、この結果、ボールねじ装置１０の組み立てを容易に行うことができる。
【００２１】
なお、図７及び図８は、循環こま１８のすくい上げ部１８ｂに固定用の突起２４を設けると共に、ナット１４の切欠き１７の第２の嵌合部１７ｂに前記突起２４が嵌合される凹部２５を付加した例であり、これにより、循環こま１８を切欠き１７内で径方向及び周方向に拘束することができ、固定力を増すことができる。
【００２２】
次に、図９〜図１５を参照して、本発明の第２の実施の形態であるボールねじ装置を説明する。
本発明の第２の実施の形態であるボールねじ装置３０は、図１２及び図１３に示すように、外周面に螺旋状のねじ溝３１を有して軸方向に延びるねじ軸３２に、内周面に該ねじ溝３１に対応する螺旋状のねじ溝３３を有するナット３４が螺合されている。ナット３４のねじ溝３３とねじ軸３２のねじ溝３１とは互いに対向して両者の間に負荷軌道を形成しており、該負荷軌道には転動体としての多数のボール３５が転動可能に装填されている。
【００２３】
また、ナット３４の壁部には軸方向に貫通するボール戻し通路３６が形成されていると共に、ナット３４の両端面にはそれぞれ切欠き３７が形成されている。該切欠き３７には、前記ボール戻し通路３６と前記両ねじ溝３１，３３間の負荷軌道とを連通させるボール循環通路４１を前記切欠き３７と共に形成する湾曲状のボール循環溝４０を有する循環こま３８が嵌合固定されるようになっている。
【００２４】
前記循環こま３８は、例えば合成樹脂の射出成形品からなり、図９に示すように、前記ボール循環溝４０を有するこま本体３８ａと、前記両ねじ溝３１，３３間の負荷軌道を転動するボール３５を前記ボール循環通路４１にすくい上げるタング部３９を先端に有するすくい上げ部３８ｂとを備えている。
【００２５】
ここで、この実施の形態では、図１０及び図１１に示すように、循環こま３８のすくい上げ部３８ｂとこま本体３８ａとは互いに別体とされ、切欠き３７に嵌合された状態においては、すくい上げ部３８ｂがタング部３９をねじ軸３２のねじ溝３１に挿入した状態で配置され、該すくい上げ部３８ｂの径方向外方及び軸方向外方にこま本体３８ａが配置されて互いに径方向及び軸方向に接合されるようになっている。また、循環こま３８のこま本体３８ａ及びすくい上げ部３８ｂには互いに軸方向に重合する固定用の突起４４ａ及び４４ｂがそれぞれ設けられている。
【００２６】
切欠き３７は、ナット３４のねじ溝３３の側壁に沿う円弧部分４２を有して循環こま３８のこま本体３８ａの前記すくい上げ部３８ｂとの軸方向の接合部分以外が嵌合される第１の嵌合部３７ａと、すくい上げ部３８ｂが前記こま本体３８ａの軸方向の接合部分と一緒に嵌合される第２の嵌合部３７ｂと、前記固定用の突起４４ａ，４４ｂが嵌合される第３の嵌合部３７ｃとを備えており、第１の嵌合部３７ａの底面（切欠きの軸方向を向く面）に前記ボール戻し通路３６の端部が開口している。前記固定用の突起４４ａ，４４ｂが第３の嵌合部３７ｃに嵌合されることで、循環こま３８が切欠き３７内で径方向及び周方向に拘束され、固定力が増すようになっている。なお、第１の嵌合部３７ａはボールエンドミルで加工されており、これにより、前記ボール戻し通路３６と前記両ねじ溝３１，３３間の負荷軌道とがボール循環通路４１によって段差なく滑らかに接続されるようになっている。
【００２７】
ここで、この実施の形態では、第１の嵌合部３７ａの底面をボール走行面４３とすると共に、前記循環こま３８のボール循環溝４０をボール走行面４３に対向する部位に形成し、該ボール循環溝４０と前記ボール走行面４３とによって前記ボール循環通路４１を形成している。また、ボール循環溝４０の溝形状は特に限定されないが、この実施の形態では、ボール循環溝４０の内で前記円弧部分４２に対向する部位以外は９０〜１８０°（図では１８０°）の単一円形溝（ゴシックアーチ溝やＶ字溝でも可能）とされ、該円弧部分４２に対向する部位は前記単一円形溝の略半分の略９０°円弧溝とされている。
【００２８】
そして、前記ボール循環通路４１と、前記両ねじ溝３１，３３間の負荷軌道および前記ボール戻し通路３６とによってボール３５の無限循環通路を形成しており、これにより、ねじ軸３２（又はナット３４）を回転させると、ナット３４（又はねじ軸３２）がボール３５の転動を介して軸方向に継続して移動するようになっている。なお、作用効果については、上記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００２９】
図１４及び図１５は、循環こま３８のすくい上げ部３８ｂとこま本体３８ａとの軸方向の接合部分において、すくい上げ部３８ｂに突起４５を設け、こま本体３８ａに凹部４６を設けて、前記突起４５を前記凹部４６に嵌合することにより、すくい上げ部３８ｂとこま本体３８ａとの結合を確実にした例である。
なお、本発明のボールねじ装置の各構成は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００３０】
例えば、上記各実施の形態では、すくい上げ部を備えた循環こまを例に採ったが、これに代えて、図１６に示すように、上記第１の実施の形態のすくい上げ部１８ｂを備えず、こま本体１８ａのみで循環こま５８を構成すると共に、上記第１の実施の形態の第１の嵌合部１７ａのみで切欠き５７を構成して、該切欠き５７に前記循環こま５８を嵌合するようにしてもよい。
【００３１】
この場合も、上記第１の実施の形態と同様に、ねじ軸１２のねじ溝１１が軸方向の端部で切り上がりの場合（ねじ軸１２の端面までねじ溝１１が形成されていない場合）に、ねじ軸１２にナット１４を螺合した状態で該ナット１４の切欠き５７に循環こま５８を装着することができ、この結果、ボールねじ装置の組み立てを容易に行うことができる。なお、上記第１の実施の形態と重複する部分については図に同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
また、上記各実施の形態では、循環こまを合成樹脂製とした場合を例に採ったが、これに代えて、循環こまを焼結金属の成形体で形成することにより、耐熱性や強度の要求が厳しい用途に好適に用いることができる。
更に、上記実施の形態では、循環こまのこま本体とすくい上げ部を同一の材料で形成した場合を例に採ったが、これに代えて、例えば、すくい上げ部に耐衝撃性に優れた材料を採用し、こま本体に耐摩耗性に優れた材料を採用する等のように、それぞれの部位に最も要求されている機能に見合った材料を選択することにより、装置の作動性の向上を図ることができる。
【００３３】
更に、前記両ねじ溝１１，１３間の負荷軌道を転動する多数のボール１５の各ボール１５間に、駆動時のボール同士の衝突音を無くして低騒音化を図るべく、図１７に示すように、該ボール１５に対向する両側面にそれぞれ円弧状や円錐状等の凹面を有する保持ピース１００を介装してもよい。なお、保持ピースは各ボール１５間に個別に介装するタイプ、各保持ピースが互いに連結されたタイプのどちらでもよい。
【００３４】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、請求項１の発明によれば、ねじ軸のねじ溝が軸方向の端部で切り上がりの場合においても、ねじ軸にナットを挿通した状態で該ナットの切欠きに循環こまを装着することができるので、ボールねじ装置の組み立てを容易に行うことができるという効果が得られる。
【００３５】
請求項２の発明によれば、ねじ溝間隔の狭い小リードねじや多条ねじのねじ溝の場合であっても、ナットの切欠きが隣のねじ溝に干渉するのを回避することができるので、玉径のサイズアップや条数の増加によるボールねじ装置の負荷容量の向上を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるボールねじ装置の要部を説明するための説明図である。
【図２】循環こまの一例を示す図で、（ａ）は径方向内方から見た図、（ｂ）は（ａ）の右側面で軸方向外方から見た図である。
【図３】図２の循環こまのこま本体を示す図で、（ａ）は径方向内方から見た図、（ｂ）は（ａ）の右側面である。
【図４】図２の循環こまのすくい上げ部を示す図で、（ａ）は径方向内方から見た図、（ｂ）は（ａ）の右側面、（ｃ）は（ｂ）のＹ−Ｙ線断面図である。
【図５】ナットの切欠きに図２の循環こまを嵌合した状態を示す図である。
【図６】図５の循環こま部分の軸方向に沿う断面図である。
【図７】すくい上げ部の変形例を示す図で、（ａ）は径方向内方から見た図、（ｂ）は（ａ）の右側面である。
【図８】図７のすくい上げ部を備えた循環こまをナットの切欠きに嵌合した状態を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態であるボールねじ装置に用いる循環こまを示す図で、（ａ）は径方向内方から見た図、（ｂ）は（ａ）の右側面で軸方向外方から見た図である。
【図１０】図９の循環こまのこま本体を示す図で、（ａ）は径方向内方から見た図、（ｂ）は（ａ）の右側面である。
【図１１】図９の循環こまのすくい上げ部を示す図で、（ａ）は径方向内方から見た図、（ｂ）は（ａ）の右側面、（ｃ）は（ｂ）のＹ−Ｙ線断面図である。
【図１２】図９の循環こまが嵌合されるナットの切欠き形状を示す図である。
【図１３】図１２のナットの切欠きに図９の循環こまを嵌合した状態での軸方向に沿う断面図である。
【図１４】図９の循環こまの変形例を示す図で、（ａ）はこま本体を径方向内方から見た図、（ｂ）は（ａ）の右側面である。
【図１５】図９の循環こまの変形例を示す図で、（ａ）はすくい上げ部を径方向内方から見た図、（ｂ）は（ａ）の右側面である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態であるボールねじ装置の要部を説明するための図である。
【図１７】保持ピースを説明するための図である。
【符号の説明】
１０…ボールねじ装置
１１…ねじ溝（ねじ軸側）
１２…ねじ軸
１３…ねじ溝（ナット側）
１４…ナット
１５…ボール
１６…ボール戻し通路
１７…切欠き
１８…循環こま
１８ａ…こま本体
１８ｂ…すくい上げ部
２０…ボール循環溝
２１…ボール循環通路
２３…ボール走行面

Claims (4)

1. 外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有すると共に軸方向に貫通するボール戻し通路を有し、且つ両端部に前記ボール戻し通路の端部が開口する切欠きを有して前記ねじ軸に螺合されるナットと、前記両ねじ溝間と前記ボール戻し通路とを連通させるボール循環路を前記ナットの切欠きと共に形成すべく該切欠きに嵌合固定される循環こまと、前記両ねじ溝間、前記ボール循環路および前記ボール戻し通路を転動しつつ循環可能に配設された多数のボールとを具備し、前記ねじ軸のねじ溝が軸方向の端部で切り上がっているボールねじ装置において、前記循環こまを、こま本体と、このこま本体と別体に形成されたすくい上げ部とから構成し、前記ナットの切欠きと共にボール循環路を形成するボール循環溝を前記こま本体に設け、かつ前記ナットの内周面から前記ねじ軸のねじ溝内に突出するタング部を前記すくい上げ部に設けたことを特徴とするボールねじ装置。
2. 請求項１記載のボールねじ装置において、前記切欠きの軸方向を向く面をボール走行面とすると共に、前記循環こまの前記ボール走行面に対向する部位にボール循環溝を形成し、該ボール循環溝と前記ボール走行面とによって前記ボール循環通路を形成したことを特徴とするボールねじ装置。
3. 前記循環こまは互いに嵌合する突起と凹部を前記すくい上げ部と前記こま本体との軸方向の接合部分に有することを特徴とする請求項１又は２記載のボールねじ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項記載のボールねじ装置において、前記ナットの端面に開口し且つ前記切欠きに連通する凹部を前記ナットに設けるとともに、前記凹部に嵌合して前記すくい上げ部を前記切欠きの所定部位に固定する突起を前記循環こまのすくい上げ部に設けたことを特徴とするボールねじ装置。

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