JP4326085B2

JP4326085B2 - ボールねじ装置

Info

Publication number: JP4326085B2
Application number: JP27989899A
Authority: JP
Inventors: 竜二武田
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001099258A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数のボールを介してねじ軸とナット部材とが螺合して構成され、工作機械や工業用ロボットのスライド部においてモータの回転運動を直線運動に変換して伝達するボールねじ装置に係り、詳細には、多数のボールを所定の間隔で整列させるボール整列部材を上記ナット部材のボール無限循環路に組み込んだボールねじ装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールねじ装置は工業用ロボットの直線スライド部等において多用されており、主にモータの回転量に応じた直線移動量をテーブル等の可動体に与える目的で使用されている。かかるボールねじ装置は、一般的に、外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、多数のボールを介して該ねじ軸に螺合すると共に該ボールが循環する無限循環路を備えたナット部材とから構成されており、上記ねじ軸をモータに連結して回転させると、上記ねじ軸とナット部材との間に介在する多数のボールがナット部材に具備された無限循環路内を循環し、これに伴ってナット部材がねじ軸の軸方向へ軽やかに直線運動するようになっている。
【０００３】
一方、このようなボールねじ装置においては、上記ボール無限循環路内を循環する個々のボールがその前後に位置するボールと相互に接触し、これによってボールの円滑な循環が妨げられる他、ねじ軸の高速回転時にボール相互の接触音が耳障りであるといった欠点があり、かかる欠点を解消するものとして実開平５−２７４０８号公報に開示されるボールねじ装置が提案されている。
【０００４】
同公報に開示されるボールねじ装置では、可撓性を有する帯状のボール整列部材がナット部材のボール無限循環路内に循環移動可能に設けられており、かかる整列部材にはボールを収容するボールポケットが所定間隔で配列されている。従って、ボールは帯状の整列部材に所定間隔で配列された状態でナット部材のボール無限循環路に収容されており、これによって該ボールねじ装置では無限循環路内を循環するボール相互の接触が防止されるようになっている。
【０００５】
しかし、このボールねじ装置では、ボールがねじ軸とナット部材との間を転走している領域、すなわち負荷領域ではねじ軸の外周面とナット部材の内周面とが形成する僅かな隙間に整列部材が挿入されているのみであり、ボールの循環に伴って帯状の整列部材が少しでもふらつくと、相対的に逆方向へ移動する整列部材とねじ軸の外周面とが接触を生じ、かかる整列部材が早期に磨耗してしまう他、整列部材の循環ひいてはボールの循環に対して大きな抵抗が作用してしまい、ねじ軸に対するナット部材の円滑な運動が阻害されてしまうといった問題点があった。
【０００６】
そこで、本件出願人は、負荷領域を含めたボール無限循環路の全域において整列部材の循環を案内し、かかる整列部材がねじ軸と接触するのを防止することが可能なボールねじ装置を過去に提案している（特願平１０−０７７７８７号）。具体的には、ボールとの干渉を避けるために螺旋状のボール逃げ部が開設された略円筒状の案内部材をナット部材の内径に嵌合させ、この案内部材とナット部材との協働により、整列部材の両側縁部を収容する誘導溝をナット部材の内径に具備させている。そして、このようなボールねじ装置によれば、ナット部材とねじ軸との間の負荷領域をボールと共に整列部材が循環するに当たり、かかる整列部材はその両側縁部を上記誘導溝によって案内されているので、ねじ軸と接触することがなく、ボールの循環ひいてはねじ軸に対するナット部材の運動の円滑化を図ることができた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特願平１０−０７７７８７号に提案したボールねじ装置では、ナット部材の内径に嵌合させる案内部材をねじ軸の軸径やボール転動溝のリード長に合致して製作しなければならず、荷重負荷能力やサイズの異なる各種ボールねじ装置毎に異なった形状の案内部材を作るのが面倒であり、且つ、製作コストも嵩むといった問題点があった。また、上記案内部材はナット部材とねじ軸との隙間に存在するために極めて薄肉に形成しなければならず、しかも螺旋状のボール逃げ部が開設される等、複雑な形状をしているため、切削加工等の機械加工によって製作する場合には多大な工数と労力が必要となる他、樹脂の射出成形によって製作する場合でも成形型が複雑化してしまうので、いずれの製作方法によっても製作コストが嵩むといった問題点もあった。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ナット部材の無限循環路内に組み込まれた整列部材がねじ軸と接触するのを防止すると共に、かかる整列部材が無限循環路内で循環中に引っ掛かりを生じるのを防止し、以てボールの循環ひいてはねじ軸に対するナット部材の運動を円滑に行い得ると共に、簡易に且つ安価に製造することが可能な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、本発明のボールねじ装置は、多数のボールと、外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、内周面に上記ねじ軸のボール転動溝と対向する螺旋状の負荷転動溝を有し、上記ボールを介してねじ軸に螺合するナット部材と、このナット部材の負荷転動溝の両端と連通連結して上記ボールの無限循環路を形成する循環路形成部材とから構成されるボールねじ装置を前提とし、上記無限循環路内には、上記ボールを所定の間隔で整列させると共に該無限循環路内をボールと共に循環するボール整列部材を設け、かかるボール整列部材にはボールの直径よりも該ボールの整列方向の片側又は両側に張り出した案内片を形成する一方、上記循環路形成部材の内径には上記ボール整列部材の案内片を収容する案内溝をボール転走方向に沿って形成し、また、可撓性を有する線状の保持部材を上記ナット部材の内径に巻き回すと共に上記負荷転動溝の片側又は両側に固定して上記ボール整列部材の案内片を収容する誘導溝を形成し、上記循環路形成部材の案内溝とナット部材に形成された誘導溝とを連通連結したことを特徴とするものである。
ものである。
【００１０】
このような技術的手段によれば、無限循環路内をボールと共に循環するボール整列部材はボールがナット部材の負荷転動溝とねじ軸のボール転動溝との間、すなわち負荷領域を転走している最中は上記誘導溝によりナット部材の内周面に沿って案内される。従って、かかる負荷領域においてはボールの転走と共に移動するボール整列部材がふらつくことはなく、ボール整列部材とねじ軸との接触を防止することが可能となる。また、上記誘導溝は循環路形成部材の内径に形成された案内溝と連続していることから、負荷領域から循環路形成部材に進入するボール整列部材の先端が循環路形成部材の入口で引っ掛かりを生じることはなく、かかる無限循環路の全域において円滑にボール整列部材ひいてはボールを循環させることが可能となる。
【００１１】
このとき、本発明のボールねじ装置では、可撓性を有する線状の保持部材をナット部材の内径に巻き回すようにして負荷転動溝の片側又は両側に固定し、それによって負荷転動溝の片側又は両側に上記誘導溝を形成しているので、かかる誘導溝を容易に形成することができる。しかも、負荷転動溝に沿って可撓性の線状保持部材を固定しさえすれば上記誘導溝を形成することができるので、ねじ軸の軸径やボール転動溝のリード長が異なる複数のボールねじ装置に対して一種類の保持部材で対応することができ、かかる誘導溝を備えたボールねじ装置を安価に製造することができる。
【００１２】
ここで、上記誘導溝が負荷領域におけるボール整列部材を案内するという観点からすれば、かかる誘導溝を形成する保持部材は負荷領域の長さ分、すなわち負荷転動溝の長さ分だけナット部材の内径に巻き回されれば差し支えない。しかし、循環路形成部材の案内溝と上記誘導溝とを精度良く連通連結させて、無限循環路内におけるボール保持部材の循環の円滑化を図るという観点からすれば、上記保持部材は負荷転動溝よりも長く形成しておき、その長手方向の両端部を循環路形成部材に挿入するのが好ましい。このように構成すれば、保持部材が循環路形成部材をナット部材に装着する際の位置決め部材として機能するので、かかる保持部材によって形成される誘導溝と循環路形成部材の案内溝とを精度良く連通連結することが可能となる。
【００１３】
また、上記誘導溝は保持部材をナット部材の内径に巻き回すことによって該ナット部材に具備されるが、保持部材そのものの長手方向に沿って予め誘導溝を形成しておいても良いし、保持部材とナット部材の内周面との協働によって誘導溝が形成されるようにしても良い。いずれの場合であっても、保持部材は所定の断面形状を具備していることが必要となるが、そのような線状の保持部材は合成樹脂の押出成形等によって長尺なものを容易に製作することができる。
【００１４】
更に、上記保持部材をナット部材の内径に巻き回して固定するに当たっては、接着、溶着等の任意の固定方法を採用し得るが、より容易に保持部材の固定を行うという観点からすれば、上記保持部材には弾性を具備させておき、かかる弾性力によって保持部材をナット部材の内径で拡開させて該ナット部材の内周面に圧着すさせるように構成するのが好ましい。このように構成すれば、上記保持部材をナット部材の内径に巻き回すだけで、かかる保持部材はナット部材の内周面、すなわち負荷転動溝の片側又は両側に自然と固定されるので、特別な固定作業が不要となり、上記誘導溝の形成を容易に行うことが可能となる。
【００１５】
このように保持部材の弾性力を利用して該保持部材をナット部材の内周面に固定する場合、例えば、かかる保持部材をナット部材の内径よりも大きな直径を有するコイル状に形成し、直径を押し縮めるようにしてナット部材の内径に挿入するようにしても良いし、直線状に形成された保持部材を負荷転動溝の一端から滑らせるようにしてナット部材の内径に順次繰り込んでいっても良い。
【００１６】
また更に、上記保持部材を負荷転動溝の一側に対してより精度良く固定するという観点からすれば、かかる負荷転動溝の片側又は両側には保持部材が嵌合する固定溝を形成すると共に、かかる固定溝の形状を工夫し、保持部材がその弾性力によって固定溝内で位置決めされるように構成するのが好ましい。具体的な固定溝の形状については図を用いながら後述する。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下、添付図面に基づいて本発明のボールねじ装置を詳細に説明する。
図１及び図２は本発明を適用したボールねじ装置の実施例を示すものである。同図において、符号１０は所定のリードで螺旋状のボール転動溝１１が形成されたねじ軸、符号２０はボール１が循環する無限循環路を備えると共に該ボール１を介して上記ねじ軸１０に螺合した鋼製のナット部材、符号３０はこのナット部材２０の外周面から内周面へと挿し込まれてボール１の無限循環路を形成するボールリターンパイプ（循環路形成部材）であり、これらねじ軸１０とナット部材２０との相対的な回転により該ナット部材２０がねじ軸１０の軸方向へ運動するように構成されている。
【００１８】
図３に示すように、上記ナット部材２０は中央に上記ねじ軸１０の貫通孔３１を有する円筒状に形成されており、その外周面には該ナット部材２０をテーブル等の可動体に固定するためのフランジ部３２が突設されている。上記貫通孔３１の内周面には上記ねじ軸１０のボール転動溝１１と相対向する螺旋状の負荷転動溝３５が形成されており、ねじ軸１０とナット部材２０が相対的な回転を生じると、ボール１はこれらボール転動溝１１と負荷転動溝３５との間で荷重を負荷しながら転走する。この負荷転動溝３５の両端近傍にはその接線方向にナット部材２０を貫通する連通孔３６が開設されており、上記ボールリターンパイプ５０の両端はこれらの連通孔３６を介してナット部材２０の外側から内側へと挿入されるようになっている。そして、ナット部材２０とねじ軸１０との間で荷重を負荷しながら上記負荷転動溝３５を転走してきたボール１は、一方の連通孔３６の開設位置に到達すると荷重から開放されてボールリターンパイプ５０内に転がり込み、ボールリターンパイプ５０内を転走した後、他方の連通孔３６を介して再度ナット部材２０とねじ軸１０との間に戻されるようになっている。
【００１９】
また、上記ナット部材２０の負荷転動溝３５の両端には上記連通孔３６に対応して係止段部３８が形成されており、連通孔３６からナット部材２０の内側へと挿入されたボールリターンパイプ５０の先端面は上記係止段部３８に突き当たって係止されるようになっている。更に、このナット部材２０の外周面には上記ボールリターンパイプ５０を固定するための取付面３３が形成されており、かかるボールリターンパイプ５０は留め具５１を用いてナット部材２０に固定されるようになっている（図１参照）。尚、図３に示すように、ナット部材２０の取付面３３にはタップ孔３４が形成されており、上記留め具５１に挿通した固定ボルト５２がこれに螺合するようになっている。
【００２０】
ここで、上記ボール１は個々にナット部材２０の無限循環路に組み込まれているのではなく、可撓性を有する合成樹脂製のボール整列部材２に一列に配列された状態で該無限循環路に組み込まれている。図４はナット部材２０の無限循環路内に配列されたボール１及びボール整列部材２を示すものであり、ねじ軸１０及びナット部材２０を透視して描いてある。かかるボール整列部材２は、平帯状の連結体ベルト３に対して所定の間隔でボール１の収容孔４を形成すると共に、かかる収容孔４にボール１を配列し、互いに隣接する収容孔４の間にはボール１の球面を包持する間座部５を形成して、かかるボール１を収容孔４の内部に閉じ込めたものであり、各ボール１はボール整列部材２によって回転自在に保持されている。このようなボール整列部材２は、例えばボール１を中子とした合成樹脂の射出成形によって製作することができる。
【００２１】
従って、上記ボール１がねじ軸１０及びナット部材２０の相対的な回転に伴ってナット部材２０に具備された無限循環路を循環すると、かかるボール１と共にボール整列部材２も無限循環路内を循環する。このとき、図２に示すように、上記ボールリターンパイプ５０の内径にはボール１の転走方向に沿って一対の案内溝５３が形成されていることから、上記ボール整列部材２がボールリターンパイプ５０内を循環する際には、ボール１の直径よりも該ボール１の整列方向の両側に張り出した連結体ベルト３の両縁部がこの案内溝５３に収容され、ボール整列部材２はこの案内溝５３に導かれるようにしてボールリターンパイプ５０内を移動する。つまり、本実施例においては連結体ベルト３の両縁部が本発明の案内片として機能している。これにより、ボールリターンパイプ５０内におけるボール整列部材２のばたつきが防止され、かかるボール整列部材２に回動自在に保持されたボール１の循環の円滑化が図られている。
【００２２】
一方、図４においてボール整列部材２の両側縁部に沿って螺旋状に示された一対の部材は本発明の保持部材４０である。図５に示すように、これら保持部材４０はナット部材２０の負荷転動溝３５の両側に沿って固定されており、ナット部材２０の内周面に対して螺旋状に巻き回されている。各保持部材４０は可撓性を有する合成樹脂から成形されており、負荷転動溝３５の長さよりも若干長い線状に形成されると共に、その長手方向に沿って上記ボール整列部材２を案内する誘導溝２１が形成されている。負荷転動溝３５を挟んで対峙する一対の保持部材４０, ４０は誘導溝２１を互いに対向させており、ボール整列部材２はこれら誘導溝４０に連結体ベルト３の両側縁部を挿入させた状態で負荷領域、すなわちナット部材２０とねじ軸１０との間を移動する。
【００２３】
ナット部材２０には負荷転動溝３５の両側に沿って凹条の固定溝３７が設けられており、上記保持部材４０はこの固定溝３７に嵌合している。ナット部材２０の内径に巻き回される前の保持部材４０は合成樹脂の押出成形等によって略直線状に形成されており、これを強制的に撓ませた状態でナット部材２０の内径に巻き回している。従って、保持部材４０それ自体は元の直線状に復元しようとする弾性を具備しており、かかる弾性力によってナット部材２０の内径で拡開し、上記固定溝３７に圧着している。この弾性力を利用して保持部材４０を固定溝３７に位置決めするため、かかる固定溝３７はその断面が楔形状に形成されており、保持部材４０は自らの弾性力と固定溝３７の形状との協働により、固定溝３７内でその一側に寄せられて位置決めされる。
【００２４】
この保持部材４０は図６に示すように、ナット部材２０に開設された連通孔３６を介して該ナット部材２０の内径に挿入される。すなわち、保持部材４０は可撓性を有しており、しかもナット部材２０の固定溝３７に対しては自らの弾性力のみで固定されるので、かかる保持部材４０を連通孔３６に面した固定溝３７の端部から滑らせるようにしてナット部材２０の内径に順次繰り込んでいくと、保持部材４０はナット部材２０の内径を螺旋状に進み、最終的には図４に示したように、両端部が上記連通孔３６に対応した位置で固定される。
【００２５】
また、上記保持部材４０は負荷転動溝３５の長さよりも若干長い線状に形成されているので、固定溝３７に装着された保持部材４０の両端は負荷転動溝３５の両端に位置するナット部材２０の係止段部３８から上記連通孔３６に向けて僅かに突出することになる。従って、かかる連通孔３６にボールリターンパイプ５０の先端を挿入すると、図７に示すように、保持部材４０の先端がボールリターンパイプ５０に挿入され、ボールリターンパイプ５０の案内溝５３と保持部材４０の誘導溝２１とが確実に連結されるようになっている。
【００２６】
これにより、ボール１と共にナット部材２０の無限循環路を循環するボール整列部材２は、ボール１がねじ軸１０のボール転動溝１１とナット部材２０の負荷転動溝３５との間、すなわち負荷領域を転走している際は上記誘導溝２１によってナット部材２０の内周面に沿って案内され、ボール１が負荷領域からボールリターンパイプ５０の内部、すなわち無負荷領域に転がり込むと引き続きボールリターンパイプ５０の案内溝５３によって案内される。
【００２７】
このように本実施例のボールねじ装置では、ナット部材の内径に線状の保持部材を巻き回すことにより、負荷転動溝の３５の両側に沿って誘導溝２１を形成し、かかる誘導溝２１でボール整列部材２の両側縁部をナット部材２０の内周面に沿って案内していることから、ボール１と共に負荷領域を移動するボール整列部材２がねじ軸１０と接触することがなく、ボール１の転走に対して作用する抵抗を減じると共に、ボール整列部材２の磨耗をも防止することができるものである。
【００２８】
このとき、上記保持部材４０は自らの弾性力によってナット部材２０の内径に圧着しており、特別な固定作業が必要ないことから、極めて容易に上記誘導溝５３をナット部材２０に具備させることができる。また、線状に形成された保持部材は合成樹脂の押出成形等により、上記誘導溝を含む任意の断面形状のものを容易に且つ安価に製作することができるので、無限循環路の全周においてボール整列部材を円滑に案内することが可能なボールねじ装置を極めて底コストで生産することも可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のボールねじ装置によれば、ナット部材の内径に対して保持部材を巻き回すことにより、負荷転動溝の両側に沿ってボール整列部材を案内する一対の誘導溝が形成されるので、ナット部材の無限循環路内に組み込まれたボール整列部材がねじ軸と接触するのを防止すると共に、かかる整列部材が無限循環路内で循環中に引っ掛かりを生じるのを防止し、以てボールの循環ひいてはねじ軸に対するナット部材の運動を円滑にうことができ、且つ、そのようなボールねじ装置を簡易に且つ安価に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したボールねじ装置の実施例を示す斜視図である。
【図２】実施例に係るボールねじ装置の断面図である。
【図３】実施例に係るナット部材の斜視図である。
【図４】実施例に係るナット部材に具備された無限循環路をボールが循環する様子を示す斜視透視図である。
【図５】実施例に係る保持部材のナット部材に対する固定状態を示す拡大断面図である。
【図６】実施例に係る保持部材のナット部材への組み付け作業を示す斜視図である。
【図７】実施例に係るボールリターンパイプと保持部材との結合状態を示す斜視透視図である。
【符号の説明】
１…ボール、２…ボール整列部材、１０…ねじ軸、１１…ボール転動溝、２０…ナット部材、２１…誘導溝、３５…負荷転動溝、３７…固定溝、４０…保持部材、５０…ボールリターンパイプ（循環路形成部材）、５３…案内溝

Claims

多数のボールと、外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、内周面に上記ねじ軸のボール転動溝と対向する螺旋状の負荷転動溝を有し、上記ボールを介してねじ軸に螺合するナット部材と、このナット部材の負荷転動溝の両端と連通連結して上記ボールの無限循環路を形成する循環路形成部材とから構成されるボールねじ装置において、
上記無限循環路内には、上記ボールを所定の間隔で整列させると共に該無限循環路内をボールと共に循環するボール整列部材を設け、かかるボール整列部材にはボールの直径よりも該ボールの整列方向の片側又は両側に張り出した案内片を形成する一方、
上記循環路形成部材の内径には上記ボール整列部材の案内片を収容する案内溝をボール転走方向に沿って形成し、また、可撓性を有する線状の保持部材を上記ナット部材の内径に巻き回すと共に上記負荷転動溝の片側又は両側に固定して上記ボール整列部材の案内片を収容する誘導溝を形成し、上記循環路形成部材の案内溝とナット部材に形成された誘導溝とを連通連結したことを特徴とするボールねじ装置。
請求項１記載のボールねじ装置において、上記保持部材の長手方向の両端部は循環路形成部材に挿入されていることを特徴とするボールねじ装置。
請求項１又は２記載のボールねじ装置において、上記保持部材は弾性を具備しており、かかる弾性力によってナット部材の内径で拡開し、該ナット部材の内周面に圧着することを特徴とするボールねじ装置。
請求項３記載のボールねじ装置において、上記ナット部材の負荷転動溝の片側又は両側には上記保持部材が嵌合する固定溝が形成されており、かかる固定溝は上記保持部材がその弾性力によって位置決めされる断面形状を有していることを特徴とするボールねじ装置。