JP3991644B2 - ボールねじ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、循環こまを用いてボール群を循環させるタイプのボールねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ボールねじ装置では、ねじ軸とナット部材との伸縮動作に関係なく、それらの各ねじ溝内に介装されるボール群の抜け出しを防止するために、ねじ軸のねじ溝とナット部材のねじ溝とで形成するボール通路の両端を連通連結して閉ループとし、ボール群を前記閉ループ内で転動循環させることが考えられている。
【０００３】
このようなボール循環には、一般的に、リターンチューブや、循環こまなどが用いられる。本発明は、循環こまを用いるボールねじ装置を発明の対象とするので、以下では循環こまについて説明する。
【０００４】
循環こまは、一般的に、１巻き分のねじ溝の上流側と下流側とを連通連結させて、前記ねじ溝の下流のボール群をねじ山（ランド部）を乗り越えさせて上流へ戻すもので、その内径側の面には、１巻き分のねじ溝の下流側から上流側へねじ山（ランド部）を乗り越えさせて戻すように蛇行した形状のボール循環溝が設けられている。
【０００５】
この循環こまは、金属製であり、通常、ロストワックス法などの鋳造法により製作される。また、この循環こまは、ナット部材に径方向に貫通形成される貫通孔に対して隙間嵌めされた状態で隙間を接着剤で埋める形で固定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、循環こまをナット部材の貫通孔に対して取り付けるときに、循環こまのボール循環溝とねじ溝の連接部分を正確に位置合わせするために、極めて面倒で手間のかかる位置決め作業が必要になるなど、製造コストが嵩む他、万一の位置ずれが起こりうるなど品質低下をもたらす原因にもなる。
【０００７】
ところで、例えば、ナット部材において軸心方向で隣り合う２巻き分のねじ溝をそれぞれ閉ループにする場合には、２つの循環こまを用いるが、この２つの循環こまは、その中心を周方向で約９０度ずらして設置する。この場合、２つの循環こまを用いる必要があるので、当然ながら上記不具合が増幅される。
【０００８】
この他、実開平６−１２８６０号公報に示すように、循環こまをナット部材の貫通孔内に嵌め入れた状態で、貫通孔内で循環こまの上方空間に充填部材をはめ込むようにしたものも考えられている。これでは、充填部材が余分に必要であり、コスト上昇の要因になる。
【０００９】
このような事情に鑑み、本発明は、循環こまを用いてボールを循環させるタイプのボールねじ装置において、循環こまを安価にかつ簡易な方法にて位置決めできるようにし、品質向上を図ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のボールねじ装置は、請求項１に示すように、ナット部材の内周面に設けられるねじ溝とねじ軸の外周面に設けられるねじ溝との間に複数のボールが介装され、前記ナット部材とねじ軸との間でトルクを推力に変換させたり、推力をトルクに変換させたりする構成であって、前記ナット部材とねじ軸との対向環状空間に、前記各ボールを転動方向に離隔配置して回転可能に保持する保持器リングが相対回転可能に介入されており、前記ナット部材の円周所定位置に径方向に貫通形成される貫通孔内に対して、ナット部材の少なくとも１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとするための循環こまが取り付けられており、この循環こまが、自己潤滑性に優れた合成樹脂の射出成形品からなり、かつ循環溝に対して潤滑剤の溜まりとなる窪みが設けられて循環こまの循環溝を通過するボールの摩擦抵抗を軽減し、前記ナット部材の貫通孔内にスナップフィット状態で嵌入装着されるものである。
【００１２】
本発明のボールねじ装置は、請求項２に示すように、上記請求項１において、前記合成樹脂が、自己潤滑性に優れたポリアミド系やポリアセタールとされる。
【００１３】
本発明のボールねじ装置は、請求項３に示すように、上記請求項１または２において、前記合成樹脂中に、強化繊維が所要の割合で添加されている。
【００１４】
本発明のボールねじ装置は、請求項４に示すように、上記請求項１から３のいずれかにおいて、前記閉ループとするねじ溝が、ナット部材の軸心方向で隣り合う２巻きまたはそれ以上のねじ溝とされ、これら複数巻きのねじ溝の下流と上流とを個別に連通連結して閉ループとするために、単一の循環こまが用いられている。
【００１５】
本発明のボールねじ装置は、請求項５に示すように、上記請求項４において、前記循環こまが、前記ナット部材の２巻きまたはそれ以上のねじ溝それぞれの下流に転動してきたボールをねじ軸のねじ山を乗り越えさせて上流へ個別に導くための複数のボール循環溝を有し、これら複数のボール循環溝がほぼ同一位相でかつ軸心方向に隣り合わせで配設されている。
【００１７】
要するに、請求項１の発明では、上記合成樹脂製の循環こまをナット部材の貫通孔に対してスナップフィットにより位置決めした状態で嵌入固定するようにしているから、循環こまの成形精度と貫通孔の加工精度とを管理するだけで、簡易な組み立て作業で高精度に位置決めして取り付けることが可能になる。また、ボールを保持する保持器リングを用いていれば、ねじ溝を転動するボール個々の干渉が避けられ、ナット部材とねじ軸との相対回転が円滑に保たれる。
【００１９】
また、請求項２の発明では、循環こまの母材となる合成樹脂として自己潤滑性に優れたものを選択しているから、循環こまが存在する領域の潤滑剤が不足していても、そこを通過するボールの摩擦抵抗を軽減できるようになる。
【００２０】
また、請求項３の発明では、循環こまの母材となる合成樹脂に対して強化繊維を添加しているから、機械的強度のアップが可能となる。
【００２１】
また、請求項４の発明では、ナット部材の複数巻きのねじ溝をそれぞれ独立する閉ループとするにあたって、ナット部材に取り付けられる単一の循環こまを用いているから、従来例に比べて循環こまの数や、ナット部材に設ける循環こま取付用の貫通孔の数、組み付け工数、組み付け時の位置決め作業などを少なくできるなど、無駄が省ける。
【００２２】
また、請求項５の発明では、循環こまに設ける複数のボール循環溝をほぼ同一位相でかつ軸心方向に隣り合わせで配置しているから、複数巻きのねじ溝を軸心方向に詰めて配置できるようになって、軸心方向での占有面積を縮小するうえで有利となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細について図面に示す実施形態を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１から図１２に本発明の一実施形態を示している。図１は、ボールねじ装置の縦断面図、図２は、図１の状態からナット部材を軸心方向一方へ移動させた状態を示す縦断面図、図３は、ボールねじ装置の分解斜視図、図４は、ボールねじ装置において一部を断面にした斜視図、図５は、循環こまの斜視図、図６は、ナット部材とブラケットとの結合部分を示す正面図、図７は、ボール循環経路を模式的に示す側面図、図８は、図７のボール循環経路の正面図、図９は、循環こまとナット部材の貫通孔とを示す斜視図、図１０は、循環こまの下面図、図１１は、図１０の（１１）−（１１）線断面の矢視図、図１２は、ボール循環溝の中心線に沿う断面図である。
【００２６】
図例のボールねじ装置１では、ナット部材２の内周面に設けてあるねじ溝２１と、ねじ軸３の外周面に設けてあるねじ溝３１との間に、複数のボール４を保持器リング５で円周等間隔に配置する状態で介装した構造であり、複数のボール４を循環こま６によって循環させる、いわゆる内部循環式と呼ばれる構造になっている。
【００２７】
ナット部材２には、その軸心方向中間で途切れる２本のねじ溝２１が形成されており、また、ねじ軸３には、その一方軸端から他方軸端まで連続する１本のねじ溝３１が形成されている。これらナット部材２のねじ溝２１とねじ軸３のねじ溝３１とは、互いに同じリード角に設定されている。これら両ねじ溝２１，３１の断面形状は、半円形状とされているが、ゴシックアーク形状とすることもできる。
【００２８】
保持器リング５は、複数のボール４それぞれを円周等間隔に離隔配置して回転可能に保持するものである。この保持器リング５は、薄肉の円筒部材からなり、その円周数ヶ所には、軸心方向に沿う長孔形状のボールポケット５１が設けられており、このボールポケット５１に対してそれぞれ２つずつボール４が収納される。
【００２９】
また、上記保持器リング５は、ナット部材２の内径側に対して軸心方向でほぼ不動に位置決めされた状態で、かつ相対回転可能な状態で取り付けられている。そのために、ナット部材２の固定側端部に拡径部２４を、また、保持器リング５の一端に径方向外向きのフランジ５２を、それぞれ設け、ナット部材２の拡径部２４に対して保持器リング５のフランジ５２をはめ込み、さらにナット部材２の拡径部２４に対して抜け止め用のスペーサ７を圧入により内嵌固定させている。但し、スペーサ７は、ナット部材２の拡径部２４とねじ溝２１の形成部分との境にできる段壁面２５から離されていて、これらスペーサ７と段壁面２５との間に対して保持器リング５のフランジ５２が軸心方向に遊びを持つ状態で配置されている。これにより、保持器リング５が、ナット部材２に対して軸心方向ほぼ不動で、相対回転が許容される状態になる。但し、この保持器リング５は、ナット部材２との対向隙間よりもねじ軸３との対向隙間が小さく設定されることによって、ねじ軸３のねじ山（ランド部）でガイドされるようになっている。
【００３０】
さらに、循環こま６は、図７に示すように、ナット部材２の２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂの上流側と下流側とを個別に連通連結させて、２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂの下流のボール４群をねじ軸３のねじ山（ランド部）３２を乗り越えさせて上流へ戻すものであり、ナット部材２に径方向に貫通形成される単一の貫通孔２２に対して嵌入装着される。
【００３１】
この循環こま６の内径側の面には、２つのボール循環溝６１，６２が設けられている。このボール循環溝６１，６２は、それぞれ、軸心方向で隣り合う２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂの下流側から上流側へねじ軸３のねじ山（ランド部）３２を乗り越えさせて戻すように蛇行した形状になっている。
【００３２】
そして、この実施形態では、ナット部材２とねじ軸３とを最大に引き離した最大伸長状態で軸心方向所定長さの重合領域を確保して、この重合領域にナット部材２のねじ溝２１のうち約２巻きを配置させるように設定し、この２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂを単一の循環こま６でもってそれぞれ独立した閉ループとし、この閉ループにした２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂ内に配置されるボール４群をそれぞれ独立して転動循環させるようにしている。
【００３３】
なお、上記ナット部材２は、ブラケット８に対して一体的に結合されている。このブラケット８は、図示しないが、モータなどの回転動力源が減速歯車を介して噛合されるとともに、円筒形状のねじ軸３の中心孔に軸心方向移動可能に挿通される筒軸に対して転がり軸受を介して支持される。また、上記ねじ軸３は、上記筒軸の内径側に対してスプライン嵌合される回転軸に対して転がり軸受を介して支持される。この回転軸は、図示しないが、ケースなどの固定部分に対して軸心方向不動にかつ回転自在に支持される。
【００３４】
上記ブラケット８は、上半分の断面がほぼ逆向きコ字形の金属材で形成されている。つまり、このブラケット８は、径方向内外に同心状に設けられる内筒部８１および外筒部８２の軸心方向一端側を連接した形状である。内筒部８１は、ねじ軸３の中心孔内に非接触状態で配置されて上記筒軸に対して転がり軸受を介して支持される。また、外筒部８２は、ナット部材２の軸心方向一端側の領域外周に一体的に嵌合されており、図３および図６に示すように、外筒部８２の付け根側の円周数ヶ所に設けられる凸部８３とナット部材２の嵌入方向奥側の円周数ヶ所に設けられる凹部２３とを軸心方向で嵌合することにより、ブラケット８とナット部材２とを周方向で一体的に結合するようになっている。この外筒部８２の外周面には、樹脂製のギヤ９が一体に成形されている。
【００３５】
次に、上述したボールねじ装置１の動作を説明する。まず、図示しないモータを駆動することによりブラケット８およびナット部材２を回転させると、このナット部材２自身が回転しながらねじ軸３によってガイドされてその軸心方向一方へ向けて直線的に移動させられることによって、例えば図１に示す状態から図２に示す状態になる。一方、上記モータを前記と逆回転方向に駆動すると、ナット部材２が前述と逆向きに回転しながら軸心方向他方へ向けて移動させられることによって、例えば図２に示す状態から図１に示す状態になる。
【００３６】
このように、ナット部材２を軸心方向に往復移動させることにより、ナット部材２とねじ軸３とが軸心方向で重合する範囲が大小変化するが、ナット部材２に対して軸心方向で位置決めしてある保持器リング５と、循環こま６によりナット部材２の２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂ内でボール群４が転動循環することにより、ナット部材２の螺旋運動が円滑にガイドされるとともに、ナット部材２が所定の移動ストローク範囲を往復移動する過程において、ナット部材２のねじ溝２１とねじ軸３のねじ溝３１との間からボール４が抜け出す現象を確実に防止できるようになる。
【００３７】
次に、この実施形態の特徴を説明する。
【００３８】
つまり、上記循環こま６について、合成樹脂で製作している。この実施形態では、循環こま６を合成樹脂で製作するにあたって、射出成形により製作して、ナット部材２の貫通孔２２に対して嵌合してスナップフィットにより位置決め固定する形態としている。
【００３９】
具体的に、循環こま６は、図５および図９に示すように、ボール循環溝６１，６２に沿う２つの対向する垂下片６ａ，６ｂに対してすそ拡がりとなるテーパ状突起６３，６３が１つずつ振り分けて設けられており、このテーパ状突起６３，６３の近傍には、テーパ状突起６３，６３を弾性的に撓みうる状態とするための凹部６４，６４が設けられている。その一方で、ナット部材２には、図９に示すように、その貫通孔２２の２つの対向する内壁において外径開口側の所定領域に対して循環こま６のテーパ状突起６３，６３が合致嵌合するテーパ状凹部２４，２４が設けられている。なお、上記テーパ状突起６３，６３および凹部６４，６４を形成する場所については、垂下片６ａ，６ｂにおいて最も厚肉部分とされており、循環こま６を貫通孔２２に装着するときの撓みでもってボール循環溝６１，６２が変形されないように配慮されている。
【００４０】
このようなことから、循環こま６のテーパ状突起６３，６３により循環こま６の幅が貫通孔２２の幅よりも広くなっているので、循環こま６をナット部材２の貫通孔２２に対して嵌入装着するときには、循環こま６のテーパ状突起６３，６３を両側から挟むことにより、テーパ状突起６３，６３を凹部６４，６４内に押し込む形で弾性的に撓ませれば、貫通孔２２に対して嵌入装着できるようになる。しかも、一旦、循環こま６を貫通孔２２内に嵌入装着すれば、テーパ状突起６３，６３が弾性的に復元して、貫通孔２２のテーパ状凹部２４，２４に対してスナップフィットすることになるので、抜け止めされた状態で固定される。また、循環こま６を貫通孔２２に装着した状態では、循環こま６の上面および下面がナット部材２の外周面と内周面とに対して面一となるように設定される。
【００４１】
なお、この実施形態では、図１０に示すように、循環こま６のボール循環溝６１，６２の両端近傍に対して潤滑剤の溜まりとなる窪み６５が設けられている。この窪み６５は、ほぼ半球形状に形成されており、その曲率半径はボール４の曲率半径よりも小さく設定されている。もちろん、この窪み６５の形状については、いろいろ変形できる。
【００４２】
ところで、上記合成樹脂製の循環こま６については、自己潤滑性を有する合成樹脂を母材として、それに強化繊維を添加したもので製作するのが好ましい。
【００４３】
具体的に、循環こま６の母材となる合成樹脂としては、ポリアミド（ＰＡ）系、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などとすることができるが、自己潤滑性に優れている点でポリアミド（ＰＡ）系またはポリアセタール（ＰＯＭ）が好ましい。
【００４４】
上記ポリアミド系合成樹脂（ＰＡ）は、周知のように、主環にアミド結合（−ＣＯＮＨ）を持つ重合体である。このポリアミド系合成樹脂は、耐有機溶剤性、耐油性、耐グリス性が良好でかつ疲労強度が大きいという性質を備えるが、四フッ化エチレン樹脂、二硫化モリブデン、グラファイト、カーボン繊維、潤滑油などとの複合化でさらに自己潤滑性が向上する。
【００４５】
具体的な種類としては、例えば、ポリアミド（ＰＡ）６、ポリアミド（ＰＡ）６６、ポリアミド（ＰＡ）４６、ポリアミド（ＰＡ）１１、ポリアミド（ＰＡ）１２、ポリアミド（ＰＡ）６１２、ポリアミド（ＰＡ）６Ｔ、ポリアミド（ＰＡ）９Ｔ、ポリフタールアミド（ＰＰＡ）、ＭＸＤ６などがある。
【００４６】
ＰＡ６は、ε−カプロラクタムの開環重合によるもので、融点２２０℃を有する。ＰＡ６６は、ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸との重縮合によるもので、融点２６０℃を有する。ＰＡ４６は、ω−ラウロラクタムの開環重合によるもので、融点２１５℃を有する。ＰＡ１１は、１１−アミノウンデカン酸の重縮合によるもので、融点１８６℃を有する。ＰＡ１２は、ω−ラウロラクタムの開環重合によるもので、融点１７６℃を有する。ＰＡ６１２は、カプロラクタムとラウリルラクタムとの開環共重合によるものでる。ＰＡ６Ｔは、テレフタレン酸成分を有する半芳香族系で、例えば融点３２０℃を有する。ＰＡ９Ｔは、芳香族環と高級脂肪酸からなる半芳香族であり融点３０８℃を有する。ＭＸＤ６は、メタキシリレンジアミンとアジピン酸との重縮合によるもので、融点２４３℃を有する。
【００４７】
なお、上記ＰＡ６，ＰＡ６６，ＰＡ４６，ＰＡ１１，ＰＡ１２，ＰＡ６１２は、吸湿、吸水性を有するものの、吸湿、吸水すると衝撃強さが大きくなるなど、強靭になる性質を有しているので、使用環境に応じて使用の可否を選択すればよい。但し、ＰＡ６Ｔ，ＰＡ９Ｔは、吸湿、吸水性においても優れている。
【００４８】
また、ポリアセタール（ＰＯＭ）は、耐繰り返し疲労性能やクリープ特性、耐熱性に優れていることに加えて摩擦摩耗特性に優れていて摺動接触面を有する機械要素の材料に適する。
【００４９】
強化繊維は、保持器リング５の機械的強度を高めるものであり、ガラス繊維（ＧＦ）、カーボン（炭素）繊維（ＣＦ）、チタン酸カリウイスカ（ＴｉＫ）などの無機繊維や、アラミド繊維（ＡＦ）などの有機繊維が好ましい。これらは、それぞれ、合成樹脂母材に対して単独で添加されるが、母材に対する好ましい添加量は、次の通りである。ただし、複数の材料が組み合わされて重量％を変更して添加されても構わない。
【００５０】
ガラス繊維は、弾性率が非常に大きく強化材として優れている。母材に対する添加割合としては、５〜６０重量％、好ましくは、３０〜４０重量％である。
【００５１】
カーボン繊維は、炭素繊維とも炭化繊維とも称されるが、これには大別してポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）系カーボン繊維とピッチ系カーボン繊維とがある。母材に対する添加割合としては、５〜６０重量％、好ましくは、１５〜３０重量％である。
【００５２】
アラミド繊維は、引張性と耐熱性にきわめて優れた芳香族ポリアミド繊維である。母材に対する添加割合としては、５〜２０重量％、好ましくは、１０〜２０重量％である。
【００５３】
チタン酸カリウイスカは、母材の強度を高める性質を有し、また、繊維強度が他の一般の強化繊維と比べて低いから、接触相手であるナット部材２を傷つけずに済むなどの利点がある。ウイスカは、径数ｎｍ〜μｍの繊維状結晶であり、結晶欠損をほとんど含まない単結晶であり力学的性質に優れ、強化材として適する。母材に対して５〜３０重量％、好ましくは、１０〜２０重量％である。チタン酸カリウイスカは、強化、相手材攻撃性、耐摩耗性、寸法安定性、などに優れた添加剤となる。
【００５４】
これら各繊維の重量％の下限値は、強度確保を考慮して決定され、その上限値は、母材に対する混練のしやすさ、つまり、射出成形での成形性を考慮して決定される。
【００５５】
以上説明したように、上記実施形態では、循環こま６を合成樹脂の成形品としているから、量産性に優れ、製造コストを大幅に低減でき、しかも、この循環こま６をナット部材２の貫通孔２２に対してスナップフィットにより位置決めした状態で嵌入固定するようにしているから、テーパ状突起６３，６３の成形精度とテーパ状凹部２４，２４の加工精度とを管理するだけで、簡易な組み立て作業で高精度に位置決めして取り付けることが可能になる。しかも、循環こま６の母材となる合成樹脂として自己潤滑性に優れたものを選択しているから、循環こま６のボール循環溝６１，６２内の潤滑剤が不足していても、そこを通過するボール４の摩擦抵抗を軽減できるようになって、ボール４の挙動安定化ならびに循環こま６の耐久性向上に大きく貢献できるようになる。
【００５６】
ところで、上記実施形態では、軸心方向で隣り合う２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂの個々に独立してボール群４を転動循環させるために、単一の循環こま６を用いるようにしているから、従来例のように２つの循環こまを用いる場合に比べて、部品点数、ナット部材２の貫通孔２２の数、貫通孔２２に対する循環こま６の組み付け工数ならびに位置合わせ作業などを少なくできて、製造コストの低減に貢献できる。しかも、図７に示すように、２つのボール循環溝６１，６２をほぼ同一位相にかつ軸心方向隣り合わせに設けていれば、ナット部材２のねじ溝２１を軸心方向に詰めて配置できるようになって、軸心方向での占有面積を縮小するうえで有利となる。但し、この場合、ボール循環溝６１，６２に位置するボール４は、ラジアル荷重やアキシャル荷重を受けることができないので、２つのボール循環溝６１，６２を周方向および軸心方向で接近して設けると、円周上の所定角度範囲に荷重無負担領域ができることになる。しかしながら、上記実施形態のように、ナット部材２およびねじ軸３の軸心方向寸法を短くしたうえで外径寸法を大きく設定していれば、図８に示すように、円周上においてボール循環溝６１，６２が存在する領域の角度θ範囲が小さくて済むとともにボール循環溝６１，６２内に位置するボール４の数が少なくて済むから、荷重負担能力の低下を抑制できて、実用上支障ないものとなる。
【００５７】
なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、いろいろな応用や変形が考えられる。
【００５８】
まず、上記循環こま６を合成樹脂とするにあたって、図示しないが、ナット部材２を成形金型に対してインサートしておいて、このナット部材２の貫通孔２２に対して溶融状態の合成樹脂を直接的に注入して埋め込む形態でインサート成形することも可能である。この場合には、循環こま６の取り付け作業を廃止できるなど、生産効率の一層の向上が可能となる。ここでの循環こま６の素材については、上記実施形態と同様とすることができる。
【００５９】
また、上記実施形態では、ナット部材２の２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂの個々を閉ループとしてそれぞれ独立してボール群４を転動循環させるために、２つのボール循環溝６１，６２を有する単一の循環こま６を用いているが、従来一般的な１つのボール循環溝を有する循環こまを２つ使いする形態も本発明に含まれる。
【００６０】
また、上記ボールねじ装置１については、ナット部材２またはねじ軸３の一方を回転させることで他方を軸心方向に移動させる使用形態、あるいはナット部材２またはねじ軸３の一方を軸心方向に移動させることで他方を回転させる使用形態にすることができる。前者の使用形態については、トルクを推力に変換する正効率と言い、後者の使用形態については、推力をトルクに変換する逆効率と言う。以下で、正効率での使用形態に係る４パターン（Ａ−１〜Ａ−４）と、逆効率での使用形態に係る４パターン（Ｂ−１〜Ｂ−４）を説明する。
【００６１】
（Ａ−１）上記実施形態で説明したように、ナット部材２を回転させながら軸心方向に移動させる。この場合、ねじ軸３を非回転かつ軸心方向不動にしておいて、ナット部材２を回転駆動させればよい。
【００６２】
（Ａ−２）ナット部材２を回転させずに軸心方向に移動させる。この場合、ねじ軸３を軸心方向不動にする一方で、ナット部材２を非回転にしておいて、ねじ軸３を回転駆動させればよい。
【００６３】
（Ａ−３）ねじ軸３を回転させながら軸心方向に移動させることができる。この場合、ナット部材２を非回転かつ軸心方向不動にしておいて、ねじ軸３を回転駆動させればよい。
【００６４】
（Ａ−４）ねじ軸３を回転させずに軸心方向に移動させる。この場合、ねじ軸３を非回転にする一方で、ナット部材２を軸心方向不動にしておいて、ナット部材２を回転駆動させればよい。
【００６５】
（Ｂ−１）ナット部材２を軸心方向不動で回転させる。この場合、ナット部材２を軸心方向不動にする一方で、ねじ軸３を非回転にしておいて、ねじ軸３を軸心方向に移動させればよい。
【００６６】
（Ｂ−２）ナット部材２を軸心方向に移動させながら回転させる。この場合、ねじ軸３を軸心方向不動かつ非回転にしておいて、ナット部材２を軸心方向に移動させればよい。
【００６７】
（Ｂ−３）ねじ軸３を軸心方向不動で回転させる。この場合、ねじ軸３を軸心方向不動にする一方で、ナット部材２を非回転にしておいて、ナット部材２を軸心方向に移動させればよい。
【００６８】
（Ｂ−４）ねじ軸３を軸心方向に移動させながら回転させる。この場合、ナット部材２を軸心方向不動かつ非回転にしておいて、ねじ軸３を軸心方向に移動させればよい。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１から５の発明に係るボールねじ装置では、循環こまを合成樹脂の成形品としているから、金属製の循環こまを用いる従来例に比べて装置全体の軽量化を達成できるとともに、量産性に優れた成形により製造できるようになって、装置の製造コストの低減を図れる。
【００７０】
特に、請求項１の発明では、上記合成樹脂製の循環こまをナット部材の貫通孔に対してスナップフィットにより位置決めした状態で嵌入固定するようにしているから、循環こまの成形精度と貫通孔の加工精度とを管理するだけで、簡易な組み立て作業で高精度に位置決めして取り付けることが可能になる。また、ボールを保持する保持器リングを用いていれば、ねじ溝におけるボール個々の干渉が回避できるようになるから、ボールの挙動を安定化できて、ナット部材とねじ軸との相対回転が円滑に保たれるなど、動作安定性の向上に有利となる。
【００７２】
また、請求項２の発明では、循環こまの母材となる合成樹脂として自己潤滑性に優れたものを選択しているから、循環こまが存在する領域の潤滑剤が不足していても、そこを通過するボールの摩擦抵抗を軽減できるようになって、ボールの挙動安定化ならびに循環こまの耐久性向上に大きく貢献できるようになる。
【００７３】
また、請求項３の発明では、循環こまの母材となる合成樹脂に対して強化繊維を添加しているから、機械的強度のアップが可能となり、耐久性、信頼性の向上に貢献できる。
【００７４】
また、請求項４の発明では、ナット部材のねじ溝とねじ軸のねじ溝との間に配置されるボール群を複数巻きごとに独立して転動循環させるために、単一の循環こまを用いているから、従来例に比べて循環こまの数や、ナット部材に設ける循環こま取付用の貫通孔の数、貫通孔に対する循環こまの組み付け工数ならびに位置合わせ作業などを少なくできるなど、無駄が省けて製造コストの低減に貢献できる。
【００７５】
また、請求項５の発明では、循環こまに設ける複数のボール循環溝をほぼ同一位相でかつ軸心方向に隣り合わせで配置しているから、ねじ溝を軸心方向で詰めて配置できるようになって、軸心方向での占有面積を縮小するうえで有利となり、コンパクト化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボールねじ装置の縦断面図
【図２】図１の状態からナット部材を軸心方向一方へ移動させた状態を示す縦断面図
【図３】ボールねじ装置の分解斜視図
【図４】ボールねじ装置において一部を断面にした斜視図
【図５】循環こまの斜視図
【図６】ナット部材とブラケットとの結合部分を示す正面図
【図７】ボール循環経路を模式的に示す側面図
【図８】図７のボール循環経路の正面図
【図９】循環こまとナット部材の貫通孔とを示す斜視図
【図１０】循環こまの下面図
【図１１】図１０の（１１）−（１１）線断面の矢視図
【図１２】ボール循環溝の中心線に沿う断面図
【符号の説明】
１ ボールねじ装置
２ ナット部材
２１ ねじ溝
２１ａ，２１ｂ 閉ループとするねじ溝
２２ ナット部材の貫通孔
２４ ナット部材の貫通孔内におけるテーパ状凹部
３ ねじ軸
３１ ねじ溝
４ ボール
５ 保持器リング
６ 循環こま
６１，６２ 循環こまのボール循環溝
６３ 循環こまのテーパ状突起
６４ 循環こまの凹部
【発明の属する技術分野】
本発明は、循環こまを用いてボール群を循環させるタイプのボールねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ボールねじ装置では、ねじ軸とナット部材との伸縮動作に関係なく、それらの各ねじ溝内に介装されるボール群の抜け出しを防止するために、ねじ軸のねじ溝とナット部材のねじ溝とで形成するボール通路の両端を連通連結して閉ループとし、ボール群を前記閉ループ内で転動循環させることが考えられている。
【０００３】
このようなボール循環には、一般的に、リターンチューブや、循環こまなどが用いられる。本発明は、循環こまを用いるボールねじ装置を発明の対象とするので、以下では循環こまについて説明する。
【０００４】
循環こまは、一般的に、１巻き分のねじ溝の上流側と下流側とを連通連結させて、前記ねじ溝の下流のボール群をねじ山（ランド部）を乗り越えさせて上流へ戻すもので、その内径側の面には、１巻き分のねじ溝の下流側から上流側へねじ山（ランド部）を乗り越えさせて戻すように蛇行した形状のボール循環溝が設けられている。
【０００５】
この循環こまは、金属製であり、通常、ロストワックス法などの鋳造法により製作される。また、この循環こまは、ナット部材に径方向に貫通形成される貫通孔に対して隙間嵌めされた状態で隙間を接着剤で埋める形で固定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、循環こまをナット部材の貫通孔に対して取り付けるときに、循環こまのボール循環溝とねじ溝の連接部分を正確に位置合わせするために、極めて面倒で手間のかかる位置決め作業が必要になるなど、製造コストが嵩む他、万一の位置ずれが起こりうるなど品質低下をもたらす原因にもなる。
【０００７】
ところで、例えば、ナット部材において軸心方向で隣り合う２巻き分のねじ溝をそれぞれ閉ループにする場合には、２つの循環こまを用いるが、この２つの循環こまは、その中心を周方向で約９０度ずらして設置する。この場合、２つの循環こまを用いる必要があるので、当然ながら上記不具合が増幅される。
【０００８】
この他、実開平６−１２８６０号公報に示すように、循環こまをナット部材の貫通孔内に嵌め入れた状態で、貫通孔内で循環こまの上方空間に充填部材をはめ込むようにしたものも考えられている。これでは、充填部材が余分に必要であり、コスト上昇の要因になる。
【０００９】
このような事情に鑑み、本発明は、循環こまを用いてボールを循環させるタイプのボールねじ装置において、循環こまを安価にかつ簡易な方法にて位置決めできるようにし、品質向上を図ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のボールねじ装置は、請求項１に示すように、ナット部材の内周面に設けられるねじ溝とねじ軸の外周面に設けられるねじ溝との間に複数のボールが介装され、前記ナット部材とねじ軸との間でトルクを推力に変換させたり、推力をトルクに変換させたりする構成であって、前記ナット部材とねじ軸との対向環状空間に、前記各ボールを転動方向に離隔配置して回転可能に保持する保持器リングが相対回転可能に介入されており、前記ナット部材の円周所定位置に径方向に貫通形成される貫通孔内に対して、ナット部材の少なくとも１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとするための循環こまが取り付けられており、この循環こまが、自己潤滑性に優れた合成樹脂の射出成形品からなり、かつ循環溝に対して潤滑剤の溜まりとなる窪みが設けられて循環こまの循環溝を通過するボールの摩擦抵抗を軽減し、前記ナット部材の貫通孔内にスナップフィット状態で嵌入装着されるものである。
【００１２】
本発明のボールねじ装置は、請求項２に示すように、上記請求項１において、前記合成樹脂が、自己潤滑性に優れたポリアミド系やポリアセタールとされる。
【００１３】
本発明のボールねじ装置は、請求項３に示すように、上記請求項１または２において、前記合成樹脂中に、強化繊維が所要の割合で添加されている。
【００１４】
本発明のボールねじ装置は、請求項４に示すように、上記請求項１から３のいずれかにおいて、前記閉ループとするねじ溝が、ナット部材の軸心方向で隣り合う２巻きまたはそれ以上のねじ溝とされ、これら複数巻きのねじ溝の下流と上流とを個別に連通連結して閉ループとするために、単一の循環こまが用いられている。
【００１５】
本発明のボールねじ装置は、請求項５に示すように、上記請求項４において、前記循環こまが、前記ナット部材の２巻きまたはそれ以上のねじ溝それぞれの下流に転動してきたボールをねじ軸のねじ山を乗り越えさせて上流へ個別に導くための複数のボール循環溝を有し、これら複数のボール循環溝がほぼ同一位相でかつ軸心方向に隣り合わせで配設されている。
【００１７】
要するに、請求項１の発明では、上記合成樹脂製の循環こまをナット部材の貫通孔に対してスナップフィットにより位置決めした状態で嵌入固定するようにしているから、循環こまの成形精度と貫通孔の加工精度とを管理するだけで、簡易な組み立て作業で高精度に位置決めして取り付けることが可能になる。また、ボールを保持する保持器リングを用いていれば、ねじ溝を転動するボール個々の干渉が避けられ、ナット部材とねじ軸との相対回転が円滑に保たれる。
【００１９】
また、請求項２の発明では、循環こまの母材となる合成樹脂として自己潤滑性に優れたものを選択しているから、循環こまが存在する領域の潤滑剤が不足していても、そこを通過するボールの摩擦抵抗を軽減できるようになる。
【００２０】
また、請求項３の発明では、循環こまの母材となる合成樹脂に対して強化繊維を添加しているから、機械的強度のアップが可能となる。
【００２１】
また、請求項４の発明では、ナット部材の複数巻きのねじ溝をそれぞれ独立する閉ループとするにあたって、ナット部材に取り付けられる単一の循環こまを用いているから、従来例に比べて循環こまの数や、ナット部材に設ける循環こま取付用の貫通孔の数、組み付け工数、組み付け時の位置決め作業などを少なくできるなど、無駄が省ける。
【００２２】
また、請求項５の発明では、循環こまに設ける複数のボール循環溝をほぼ同一位相でかつ軸心方向に隣り合わせで配置しているから、複数巻きのねじ溝を軸心方向に詰めて配置できるようになって、軸心方向での占有面積を縮小するうえで有利となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細について図面に示す実施形態を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１から図１２に本発明の一実施形態を示している。図１は、ボールねじ装置の縦断面図、図２は、図１の状態からナット部材を軸心方向一方へ移動させた状態を示す縦断面図、図３は、ボールねじ装置の分解斜視図、図４は、ボールねじ装置において一部を断面にした斜視図、図５は、循環こまの斜視図、図６は、ナット部材とブラケットとの結合部分を示す正面図、図７は、ボール循環経路を模式的に示す側面図、図８は、図７のボール循環経路の正面図、図９は、循環こまとナット部材の貫通孔とを示す斜視図、図１０は、循環こまの下面図、図１１は、図１０の（１１）−（１１）線断面の矢視図、図１２は、ボール循環溝の中心線に沿う断面図である。
【００２６】
図例のボールねじ装置１では、ナット部材２の内周面に設けてあるねじ溝２１と、ねじ軸３の外周面に設けてあるねじ溝３１との間に、複数のボール４を保持器リング５で円周等間隔に配置する状態で介装した構造であり、複数のボール４を循環こま６によって循環させる、いわゆる内部循環式と呼ばれる構造になっている。
【００２７】
ナット部材２には、その軸心方向中間で途切れる２本のねじ溝２１が形成されており、また、ねじ軸３には、その一方軸端から他方軸端まで連続する１本のねじ溝３１が形成されている。これらナット部材２のねじ溝２１とねじ軸３のねじ溝３１とは、互いに同じリード角に設定されている。これら両ねじ溝２１，３１の断面形状は、半円形状とされているが、ゴシックアーク形状とすることもできる。
【００２８】
保持器リング５は、複数のボール４それぞれを円周等間隔に離隔配置して回転可能に保持するものである。この保持器リング５は、薄肉の円筒部材からなり、その円周数ヶ所には、軸心方向に沿う長孔形状のボールポケット５１が設けられており、このボールポケット５１に対してそれぞれ２つずつボール４が収納される。
【００２９】
また、上記保持器リング５は、ナット部材２の内径側に対して軸心方向でほぼ不動に位置決めされた状態で、かつ相対回転可能な状態で取り付けられている。そのために、ナット部材２の固定側端部に拡径部２４を、また、保持器リング５の一端に径方向外向きのフランジ５２を、それぞれ設け、ナット部材２の拡径部２４に対して保持器リング５のフランジ５２をはめ込み、さらにナット部材２の拡径部２４に対して抜け止め用のスペーサ７を圧入により内嵌固定させている。但し、スペーサ７は、ナット部材２の拡径部２４とねじ溝２１の形成部分との境にできる段壁面２５から離されていて、これらスペーサ７と段壁面２５との間に対して保持器リング５のフランジ５２が軸心方向に遊びを持つ状態で配置されている。これにより、保持器リング５が、ナット部材２に対して軸心方向ほぼ不動で、相対回転が許容される状態になる。但し、この保持器リング５は、ナット部材２との対向隙間よりもねじ軸３との対向隙間が小さく設定されることによって、ねじ軸３のねじ山（ランド部）でガイドされるようになっている。
【００３０】
さらに、循環こま６は、図７に示すように、ナット部材２の２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂの上流側と下流側とを個別に連通連結させて、２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂの下流のボール４群をねじ軸３のねじ山（ランド部）３２を乗り越えさせて上流へ戻すものであり、ナット部材２に径方向に貫通形成される単一の貫通孔２２に対して嵌入装着される。
【００３１】
この循環こま６の内径側の面には、２つのボール循環溝６１，６２が設けられている。このボール循環溝６１，６２は、それぞれ、軸心方向で隣り合う２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂの下流側から上流側へねじ軸３のねじ山（ランド部）３２を乗り越えさせて戻すように蛇行した形状になっている。
【００３２】
そして、この実施形態では、ナット部材２とねじ軸３とを最大に引き離した最大伸長状態で軸心方向所定長さの重合領域を確保して、この重合領域にナット部材２のねじ溝２１のうち約２巻きを配置させるように設定し、この２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂを単一の循環こま６でもってそれぞれ独立した閉ループとし、この閉ループにした２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂ内に配置されるボール４群をそれぞれ独立して転動循環させるようにしている。
【００３３】
なお、上記ナット部材２は、ブラケット８に対して一体的に結合されている。このブラケット８は、図示しないが、モータなどの回転動力源が減速歯車を介して噛合されるとともに、円筒形状のねじ軸３の中心孔に軸心方向移動可能に挿通される筒軸に対して転がり軸受を介して支持される。また、上記ねじ軸３は、上記筒軸の内径側に対してスプライン嵌合される回転軸に対して転がり軸受を介して支持される。この回転軸は、図示しないが、ケースなどの固定部分に対して軸心方向不動にかつ回転自在に支持される。
【００３４】
上記ブラケット８は、上半分の断面がほぼ逆向きコ字形の金属材で形成されている。つまり、このブラケット８は、径方向内外に同心状に設けられる内筒部８１および外筒部８２の軸心方向一端側を連接した形状である。内筒部８１は、ねじ軸３の中心孔内に非接触状態で配置されて上記筒軸に対して転がり軸受を介して支持される。また、外筒部８２は、ナット部材２の軸心方向一端側の領域外周に一体的に嵌合されており、図３および図６に示すように、外筒部８２の付け根側の円周数ヶ所に設けられる凸部８３とナット部材２の嵌入方向奥側の円周数ヶ所に設けられる凹部２３とを軸心方向で嵌合することにより、ブラケット８とナット部材２とを周方向で一体的に結合するようになっている。この外筒部８２の外周面には、樹脂製のギヤ９が一体に成形されている。
【００３５】
次に、上述したボールねじ装置１の動作を説明する。まず、図示しないモータを駆動することによりブラケット８およびナット部材２を回転させると、このナット部材２自身が回転しながらねじ軸３によってガイドされてその軸心方向一方へ向けて直線的に移動させられることによって、例えば図１に示す状態から図２に示す状態になる。一方、上記モータを前記と逆回転方向に駆動すると、ナット部材２が前述と逆向きに回転しながら軸心方向他方へ向けて移動させられることによって、例えば図２に示す状態から図１に示す状態になる。
【００３６】
このように、ナット部材２を軸心方向に往復移動させることにより、ナット部材２とねじ軸３とが軸心方向で重合する範囲が大小変化するが、ナット部材２に対して軸心方向で位置決めしてある保持器リング５と、循環こま６によりナット部材２の２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂ内でボール群４が転動循環することにより、ナット部材２の螺旋運動が円滑にガイドされるとともに、ナット部材２が所定の移動ストローク範囲を往復移動する過程において、ナット部材２のねじ溝２１とねじ軸３のねじ溝３１との間からボール４が抜け出す現象を確実に防止できるようになる。
【００３７】
次に、この実施形態の特徴を説明する。
【００３８】
つまり、上記循環こま６について、合成樹脂で製作している。この実施形態では、循環こま６を合成樹脂で製作するにあたって、射出成形により製作して、ナット部材２の貫通孔２２に対して嵌合してスナップフィットにより位置決め固定する形態としている。
【００３９】
具体的に、循環こま６は、図５および図９に示すように、ボール循環溝６１，６２に沿う２つの対向する垂下片６ａ，６ｂに対してすそ拡がりとなるテーパ状突起６３，６３が１つずつ振り分けて設けられており、このテーパ状突起６３，６３の近傍には、テーパ状突起６３，６３を弾性的に撓みうる状態とするための凹部６４，６４が設けられている。その一方で、ナット部材２には、図９に示すように、その貫通孔２２の２つの対向する内壁において外径開口側の所定領域に対して循環こま６のテーパ状突起６３，６３が合致嵌合するテーパ状凹部２４，２４が設けられている。なお、上記テーパ状突起６３，６３および凹部６４，６４を形成する場所については、垂下片６ａ，６ｂにおいて最も厚肉部分とされており、循環こま６を貫通孔２２に装着するときの撓みでもってボール循環溝６１，６２が変形されないように配慮されている。
【００４０】
このようなことから、循環こま６のテーパ状突起６３，６３により循環こま６の幅が貫通孔２２の幅よりも広くなっているので、循環こま６をナット部材２の貫通孔２２に対して嵌入装着するときには、循環こま６のテーパ状突起６３，６３を両側から挟むことにより、テーパ状突起６３，６３を凹部６４，６４内に押し込む形で弾性的に撓ませれば、貫通孔２２に対して嵌入装着できるようになる。しかも、一旦、循環こま６を貫通孔２２内に嵌入装着すれば、テーパ状突起６３，６３が弾性的に復元して、貫通孔２２のテーパ状凹部２４，２４に対してスナップフィットすることになるので、抜け止めされた状態で固定される。また、循環こま６を貫通孔２２に装着した状態では、循環こま６の上面および下面がナット部材２の外周面と内周面とに対して面一となるように設定される。
【００４１】
なお、この実施形態では、図１０に示すように、循環こま６のボール循環溝６１，６２の両端近傍に対して潤滑剤の溜まりとなる窪み６５が設けられている。この窪み６５は、ほぼ半球形状に形成されており、その曲率半径はボール４の曲率半径よりも小さく設定されている。もちろん、この窪み６５の形状については、いろいろ変形できる。
【００４２】
ところで、上記合成樹脂製の循環こま６については、自己潤滑性を有する合成樹脂を母材として、それに強化繊維を添加したもので製作するのが好ましい。
【００４３】
具体的に、循環こま６の母材となる合成樹脂としては、ポリアミド（ＰＡ）系、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などとすることができるが、自己潤滑性に優れている点でポリアミド（ＰＡ）系またはポリアセタール（ＰＯＭ）が好ましい。
【００４４】
上記ポリアミド系合成樹脂（ＰＡ）は、周知のように、主環にアミド結合（−ＣＯＮＨ）を持つ重合体である。このポリアミド系合成樹脂は、耐有機溶剤性、耐油性、耐グリス性が良好でかつ疲労強度が大きいという性質を備えるが、四フッ化エチレン樹脂、二硫化モリブデン、グラファイト、カーボン繊維、潤滑油などとの複合化でさらに自己潤滑性が向上する。
【００４５】
具体的な種類としては、例えば、ポリアミド（ＰＡ）６、ポリアミド（ＰＡ）６６、ポリアミド（ＰＡ）４６、ポリアミド（ＰＡ）１１、ポリアミド（ＰＡ）１２、ポリアミド（ＰＡ）６１２、ポリアミド（ＰＡ）６Ｔ、ポリアミド（ＰＡ）９Ｔ、ポリフタールアミド（ＰＰＡ）、ＭＸＤ６などがある。
【００４６】
ＰＡ６は、ε−カプロラクタムの開環重合によるもので、融点２２０℃を有する。ＰＡ６６は、ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸との重縮合によるもので、融点２６０℃を有する。ＰＡ４６は、ω−ラウロラクタムの開環重合によるもので、融点２１５℃を有する。ＰＡ１１は、１１−アミノウンデカン酸の重縮合によるもので、融点１８６℃を有する。ＰＡ１２は、ω−ラウロラクタムの開環重合によるもので、融点１７６℃を有する。ＰＡ６１２は、カプロラクタムとラウリルラクタムとの開環共重合によるものでる。ＰＡ６Ｔは、テレフタレン酸成分を有する半芳香族系で、例えば融点３２０℃を有する。ＰＡ９Ｔは、芳香族環と高級脂肪酸からなる半芳香族であり融点３０８℃を有する。ＭＸＤ６は、メタキシリレンジアミンとアジピン酸との重縮合によるもので、融点２４３℃を有する。
【００４７】
なお、上記ＰＡ６，ＰＡ６６，ＰＡ４６，ＰＡ１１，ＰＡ１２，ＰＡ６１２は、吸湿、吸水性を有するものの、吸湿、吸水すると衝撃強さが大きくなるなど、強靭になる性質を有しているので、使用環境に応じて使用の可否を選択すればよい。但し、ＰＡ６Ｔ，ＰＡ９Ｔは、吸湿、吸水性においても優れている。
【００４８】
また、ポリアセタール（ＰＯＭ）は、耐繰り返し疲労性能やクリープ特性、耐熱性に優れていることに加えて摩擦摩耗特性に優れていて摺動接触面を有する機械要素の材料に適する。
【００４９】
強化繊維は、保持器リング５の機械的強度を高めるものであり、ガラス繊維（ＧＦ）、カーボン（炭素）繊維（ＣＦ）、チタン酸カリウイスカ（ＴｉＫ）などの無機繊維や、アラミド繊維（ＡＦ）などの有機繊維が好ましい。これらは、それぞれ、合成樹脂母材に対して単独で添加されるが、母材に対する好ましい添加量は、次の通りである。ただし、複数の材料が組み合わされて重量％を変更して添加されても構わない。
【００５０】
ガラス繊維は、弾性率が非常に大きく強化材として優れている。母材に対する添加割合としては、５〜６０重量％、好ましくは、３０〜４０重量％である。
【００５１】
カーボン繊維は、炭素繊維とも炭化繊維とも称されるが、これには大別してポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）系カーボン繊維とピッチ系カーボン繊維とがある。母材に対する添加割合としては、５〜６０重量％、好ましくは、１５〜３０重量％である。
【００５２】
アラミド繊維は、引張性と耐熱性にきわめて優れた芳香族ポリアミド繊維である。母材に対する添加割合としては、５〜２０重量％、好ましくは、１０〜２０重量％である。
【００５３】
チタン酸カリウイスカは、母材の強度を高める性質を有し、また、繊維強度が他の一般の強化繊維と比べて低いから、接触相手であるナット部材２を傷つけずに済むなどの利点がある。ウイスカは、径数ｎｍ〜μｍの繊維状結晶であり、結晶欠損をほとんど含まない単結晶であり力学的性質に優れ、強化材として適する。母材に対して５〜３０重量％、好ましくは、１０〜２０重量％である。チタン酸カリウイスカは、強化、相手材攻撃性、耐摩耗性、寸法安定性、などに優れた添加剤となる。
【００５４】
これら各繊維の重量％の下限値は、強度確保を考慮して決定され、その上限値は、母材に対する混練のしやすさ、つまり、射出成形での成形性を考慮して決定される。
【００５５】
以上説明したように、上記実施形態では、循環こま６を合成樹脂の成形品としているから、量産性に優れ、製造コストを大幅に低減でき、しかも、この循環こま６をナット部材２の貫通孔２２に対してスナップフィットにより位置決めした状態で嵌入固定するようにしているから、テーパ状突起６３，６３の成形精度とテーパ状凹部２４，２４の加工精度とを管理するだけで、簡易な組み立て作業で高精度に位置決めして取り付けることが可能になる。しかも、循環こま６の母材となる合成樹脂として自己潤滑性に優れたものを選択しているから、循環こま６のボール循環溝６１，６２内の潤滑剤が不足していても、そこを通過するボール４の摩擦抵抗を軽減できるようになって、ボール４の挙動安定化ならびに循環こま６の耐久性向上に大きく貢献できるようになる。
【００５６】
ところで、上記実施形態では、軸心方向で隣り合う２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂの個々に独立してボール群４を転動循環させるために、単一の循環こま６を用いるようにしているから、従来例のように２つの循環こまを用いる場合に比べて、部品点数、ナット部材２の貫通孔２２の数、貫通孔２２に対する循環こま６の組み付け工数ならびに位置合わせ作業などを少なくできて、製造コストの低減に貢献できる。しかも、図７に示すように、２つのボール循環溝６１，６２をほぼ同一位相にかつ軸心方向隣り合わせに設けていれば、ナット部材２のねじ溝２１を軸心方向に詰めて配置できるようになって、軸心方向での占有面積を縮小するうえで有利となる。但し、この場合、ボール循環溝６１，６２に位置するボール４は、ラジアル荷重やアキシャル荷重を受けることができないので、２つのボール循環溝６１，６２を周方向および軸心方向で接近して設けると、円周上の所定角度範囲に荷重無負担領域ができることになる。しかしながら、上記実施形態のように、ナット部材２およびねじ軸３の軸心方向寸法を短くしたうえで外径寸法を大きく設定していれば、図８に示すように、円周上においてボール循環溝６１，６２が存在する領域の角度θ範囲が小さくて済むとともにボール循環溝６１，６２内に位置するボール４の数が少なくて済むから、荷重負担能力の低下を抑制できて、実用上支障ないものとなる。
【００５７】
なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、いろいろな応用や変形が考えられる。
【００５８】
まず、上記循環こま６を合成樹脂とするにあたって、図示しないが、ナット部材２を成形金型に対してインサートしておいて、このナット部材２の貫通孔２２に対して溶融状態の合成樹脂を直接的に注入して埋め込む形態でインサート成形することも可能である。この場合には、循環こま６の取り付け作業を廃止できるなど、生産効率の一層の向上が可能となる。ここでの循環こま６の素材については、上記実施形態と同様とすることができる。
【００５９】
また、上記実施形態では、ナット部材２の２巻きのねじ溝２１ａ，２１ｂの個々を閉ループとしてそれぞれ独立してボール群４を転動循環させるために、２つのボール循環溝６１，６２を有する単一の循環こま６を用いているが、従来一般的な１つのボール循環溝を有する循環こまを２つ使いする形態も本発明に含まれる。
【００６０】
また、上記ボールねじ装置１については、ナット部材２またはねじ軸３の一方を回転させることで他方を軸心方向に移動させる使用形態、あるいはナット部材２またはねじ軸３の一方を軸心方向に移動させることで他方を回転させる使用形態にすることができる。前者の使用形態については、トルクを推力に変換する正効率と言い、後者の使用形態については、推力をトルクに変換する逆効率と言う。以下で、正効率での使用形態に係る４パターン（Ａ−１〜Ａ−４）と、逆効率での使用形態に係る４パターン（Ｂ−１〜Ｂ−４）を説明する。
【００６１】
（Ａ−１）上記実施形態で説明したように、ナット部材２を回転させながら軸心方向に移動させる。この場合、ねじ軸３を非回転かつ軸心方向不動にしておいて、ナット部材２を回転駆動させればよい。
【００６２】
（Ａ−２）ナット部材２を回転させずに軸心方向に移動させる。この場合、ねじ軸３を軸心方向不動にする一方で、ナット部材２を非回転にしておいて、ねじ軸３を回転駆動させればよい。
【００６３】
（Ａ−３）ねじ軸３を回転させながら軸心方向に移動させることができる。この場合、ナット部材２を非回転かつ軸心方向不動にしておいて、ねじ軸３を回転駆動させればよい。
【００６４】
（Ａ−４）ねじ軸３を回転させずに軸心方向に移動させる。この場合、ねじ軸３を非回転にする一方で、ナット部材２を軸心方向不動にしておいて、ナット部材２を回転駆動させればよい。
【００６５】
（Ｂ−１）ナット部材２を軸心方向不動で回転させる。この場合、ナット部材２を軸心方向不動にする一方で、ねじ軸３を非回転にしておいて、ねじ軸３を軸心方向に移動させればよい。
【００６６】
（Ｂ−２）ナット部材２を軸心方向に移動させながら回転させる。この場合、ねじ軸３を軸心方向不動かつ非回転にしておいて、ナット部材２を軸心方向に移動させればよい。
【００６７】
（Ｂ−３）ねじ軸３を軸心方向不動で回転させる。この場合、ねじ軸３を軸心方向不動にする一方で、ナット部材２を非回転にしておいて、ナット部材２を軸心方向に移動させればよい。
【００６８】
（Ｂ−４）ねじ軸３を軸心方向に移動させながら回転させる。この場合、ナット部材２を軸心方向不動かつ非回転にしておいて、ねじ軸３を軸心方向に移動させればよい。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１から５の発明に係るボールねじ装置では、循環こまを合成樹脂の成形品としているから、金属製の循環こまを用いる従来例に比べて装置全体の軽量化を達成できるとともに、量産性に優れた成形により製造できるようになって、装置の製造コストの低減を図れる。
【００７０】
特に、請求項１の発明では、上記合成樹脂製の循環こまをナット部材の貫通孔に対してスナップフィットにより位置決めした状態で嵌入固定するようにしているから、循環こまの成形精度と貫通孔の加工精度とを管理するだけで、簡易な組み立て作業で高精度に位置決めして取り付けることが可能になる。また、ボールを保持する保持器リングを用いていれば、ねじ溝におけるボール個々の干渉が回避できるようになるから、ボールの挙動を安定化できて、ナット部材とねじ軸との相対回転が円滑に保たれるなど、動作安定性の向上に有利となる。
【００７２】
また、請求項２の発明では、循環こまの母材となる合成樹脂として自己潤滑性に優れたものを選択しているから、循環こまが存在する領域の潤滑剤が不足していても、そこを通過するボールの摩擦抵抗を軽減できるようになって、ボールの挙動安定化ならびに循環こまの耐久性向上に大きく貢献できるようになる。
【００７３】
また、請求項３の発明では、循環こまの母材となる合成樹脂に対して強化繊維を添加しているから、機械的強度のアップが可能となり、耐久性、信頼性の向上に貢献できる。
【００７４】
また、請求項４の発明では、ナット部材のねじ溝とねじ軸のねじ溝との間に配置されるボール群を複数巻きごとに独立して転動循環させるために、単一の循環こまを用いているから、従来例に比べて循環こまの数や、ナット部材に設ける循環こま取付用の貫通孔の数、貫通孔に対する循環こまの組み付け工数ならびに位置合わせ作業などを少なくできるなど、無駄が省けて製造コストの低減に貢献できる。
【００７５】
また、請求項５の発明では、循環こまに設ける複数のボール循環溝をほぼ同一位相でかつ軸心方向に隣り合わせで配置しているから、ねじ溝を軸心方向で詰めて配置できるようになって、軸心方向での占有面積を縮小するうえで有利となり、コンパクト化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボールねじ装置の縦断面図
【図２】図１の状態からナット部材を軸心方向一方へ移動させた状態を示す縦断面図
【図３】ボールねじ装置の分解斜視図
【図４】ボールねじ装置において一部を断面にした斜視図
【図５】循環こまの斜視図
【図６】ナット部材とブラケットとの結合部分を示す正面図
【図７】ボール循環経路を模式的に示す側面図
【図８】図７のボール循環経路の正面図
【図９】循環こまとナット部材の貫通孔とを示す斜視図
【図１０】循環こまの下面図
【図１１】図１０の（１１）−（１１）線断面の矢視図
【図１２】ボール循環溝の中心線に沿う断面図
【符号の説明】
１ ボールねじ装置
２ ナット部材
２１ ねじ溝
２１ａ，２１ｂ 閉ループとするねじ溝
２２ ナット部材の貫通孔
２４ ナット部材の貫通孔内におけるテーパ状凹部
３ ねじ軸
３１ ねじ溝
４ ボール
５ 保持器リング
６ 循環こま
６１，６２ 循環こまのボール循環溝
６３ 循環こまのテーパ状突起
６４ 循環こまの凹部
Claims (5)
- ナット部材の内周面に設けられるねじ溝とねじ軸の外周面に設けられるねじ溝との間に複数のボールが介装され、前記ナット部材とねじ軸との間でトルクを推力に変換させたり、推力をトルクに変換させたりする構成のボールねじ装置であって、
前記ナット部材とねじ軸との対向環状空間に、前記各ボールを転動方向に離隔配置して回転可能に保持する保持器リングが相対回転可能に介入されており、
前記ナット部材の円周所定位置に径方向に貫通形成される貫通孔内に対して、ナット部材の少なくとも１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとするための循環こまが取り付けられており、
この循環こまが、自己潤滑性に優れた合成樹脂の射出成形品からなり、かつ循環溝に対して潤滑剤の溜まりとなる窪みが設けられて循環こまの循環溝を通過するボールの摩擦抵抗を軽減し、前記ナット部材の貫通孔内にスナップフィット状態で嵌入装着されるものであることを特徴とするボールねじ装置。 - 請求項１のボールねじ装置において、
前記合成樹脂が、自己潤滑性に優れたポリアミド系やポリアセタールとされることを特徴とするボールねじ装置。 - 請求項１または２のボールねじ装置において、
前記合成樹脂中に、強化繊維が所要の割合で添加されていることを特徴とするボールねじ装置。 - 請求項１から３のいずれかのボールねじ装置において、
前記閉ループとするねじ溝が、ナット部材の軸心方向で隣り合う２巻きまたはそれ以上のねじ溝とされ、これら複数巻きのねじ溝の下流と上流とを個別に連通連結して閉ループとするために、単一の循環こまが用いられていることを特徴とするボールねじ装置。 - 請求項４のボールねじ装置において、
前記循環こまが、前記ナット部材の２巻きまたはそれ以上のねじ溝それぞれの下流に転動してきたボールをねじ軸のねじ山を乗り越えさせて上流へ個別に導くための複数のボール循環溝を有し、これら複数のボール循環溝がほぼ同一位相でかつ軸心方向に隣り合わせで配設されていることを特徴とするボールねじ装置。
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