JP4426389B2 - Ball screw nut - Google Patents
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本発明は、ねじ軸にこれに形成された螺旋状の雄ねじ溝を転動する複数のボールを介してねじ結合するボールねじナットに関する。 The present invention relates to a ball screw nut that is screw-coupled to a screw shaft via a plurality of balls that roll on a helical male screw groove formed on the screw shaft.
ボールねじは、ねじ軸とボールねじナットとにより構成され、ねじ軸の雄ねじ溝を転動する複数のボールを介してボールねじナットはねじ軸にねじ結合される。ボールねじは、ねじ軸とボールねじナットとの間のころがり摩擦抵抗が小さくかつバックラッシュを除去し易いことから、各種計測機器や工作機械などに多用されており、例えばねじ軸の回転運動をこれにねじ結合されるボールねじナットの直線往復動に変換して工作機械等を構成する部材を駆動するために使用されている。ボールねじナットつまりナットには、ねじ軸の外面に形成された雄ねじ溝との間で噛み合い通路を形成するための雌ねじ溝が形成されるとともに、噛み合い通路の両端部を連通させる戻し通路が形成されている。これにより、ねじ軸が回転して噛み合い通路の一方の端部に達したボールは、戻し通路を介して噛み合い通路にその他方の端部から入り込み、ボールは噛み合い通路と戻し通路とがループ状に連なって形成される循環路を循環して転動つまり転がり移動することになる。 The ball screw is constituted by a screw shaft and a ball screw nut, and the ball screw nut is screwed to the screw shaft via a plurality of balls that roll on the male screw groove of the screw shaft. Ball screws are widely used in various measuring instruments and machine tools because of their low rolling friction resistance between the screw shaft and ball screw nut and easy removal of backlash. It is used to drive a member constituting a machine tool or the like by converting it into a linear reciprocating motion of a ball screw nut that is screwed to the machine tool. The ball screw nut, that is, the nut is formed with a female screw groove for forming a meshing passage with a male screw groove formed on the outer surface of the screw shaft, and a return passage for communicating both ends of the meshing passage is formed. ing. As a result, the ball that has reached one end of the meshing passage through the rotation of the screw shaft enters the meshing passage from the other end through the return passage, and the ball has a loop-like shape between the meshing passage and the return passage. It circulates in the circulation path formed in a row and rolls, that is, rolls and moves.
従来のナットにおいては、複数巻数分の雄ねじ溝にボールを転動させるように、ねじ軸とナットとの間にはねじ軸の回転方向に360度以上の角度に渡って噛み合い通路が設けられており(特許文献1参照)、ボールを噛み合い通路に戻すために、ナットの外側にリターンパイプを取り付けるようにしたり、ナットの両端部にエンドキャップを取り付けてエンドキャップの間のナットに戻し通路を形成するようにしている。
このため、従来では、戻し通路を複数の噛み合い通路を跨ぐようにして噛み合い通路の外側に形成する必要があるので、ナットの径が大きくなり、ナットの小型化には限度がある。 For this reason, conventionally, since it is necessary to form the return passage outside the meshing passage so as to straddle the plurality of meshing passages, the diameter of the nut becomes large, and there is a limit to downsizing the nut.
一方、従来のボールねじにおいては、ナット自体ではボールを保持することができないので、ねじ軸にナットを嵌合させた状態の下で雄ねじ溝と雌ねじ溝とにより形成される噛み合い通路と戻し通路の中に所定数のボールを組み込むようにしており、ボールねじを組み立てるにはねじ軸にナットを組み付けた状態でナットへのボールの組み込み作業を行う必要がある。したがって、ナットをねじ軸から分離させた状態の下でナット内にボールを組み込むことはできない。また、ナットをねじ軸から取り外すと、ボールはナットから脱落することになるので、ねじ軸にストッパを設けてナットの移動ストロークを規制する必要がある。 On the other hand, in the conventional ball screw, the nut itself cannot hold the ball. Therefore, the engagement passage and the return passage formed by the male screw groove and the female screw groove in a state where the nut is fitted to the screw shaft. A predetermined number of balls are incorporated therein, and in order to assemble the ball screw, it is necessary to perform the operation of assembling the ball into the nut while the nut is assembled to the screw shaft. Therefore, the ball cannot be incorporated in the nut under the condition that the nut is separated from the screw shaft. Further, when the nut is removed from the screw shaft, the ball falls off from the nut, so it is necessary to provide a stopper on the screw shaft to regulate the movement stroke of the nut.
本発明の目的は、小型のボールねじナットを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a small ball screw nut.
本発明の他の目的は、ボールを組み付けた状態でねじ軸に装着し得るボールねじナットを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a ball screw nut that can be mounted on a screw shaft in a state where the ball is assembled.
本発明のボールねじナットは、雄ねじ溝を有するねじ軸に組み付けられるボールねじナットであって、仕切り用突起部が軸方向に延びて外周面に形成された円筒体を有し、円周方向に延びて前記円筒体に形成され両端が前記仕切り用突起部に達するボール保持用のスリットと、当該スリットに沿うとともに両端がそれぞれ前記スリットに連なるボール案内面とが形成された内側ケースと、前記内側ケースの外側に組み込まれ、前記スリットとにより複数のボールを案内する雌ねじ溝を形成する小径内周面と、前記スリットの一方の端部から他方の端部に前記ボールを戻す戻し通路を前記ボール案内面とにより形成する大径内周面とが設けられた外側ケースとを有することを特徴とする。
The ball screw nut of the present invention is a ball screw nut that is assembled to a screw shaft having a male screw groove, and has a cylindrical body with a partition projection extending in the axial direction and formed on the outer peripheral surface. An inner case formed with a ball-holding slit that extends and is formed in the cylindrical body so that both ends reach the partition projection , a ball guide surface that extends along the slit and that is connected to the slit, and the inner case; A small-diameter inner peripheral surface that is incorporated outside the case and forms a female thread groove for guiding a plurality of balls by the slit, and a return passage for returning the ball from one end of the slit to the other end. And an outer case provided with a large-diameter inner peripheral surface formed by the guide surface.
本発明のボールねじナットは、前記スリットは前記雄ねじ溝に対応して螺旋状であることを特徴とする。 The ball screw nut of the present invention is characterized in that the slit has a spiral shape corresponding to the male screw groove.
本発明のボールねじナットは、前記内側ケースに前記スリット内に突出する係合爪を設け、前記ボールを前記雌ねじ溝内に保持することを特徴とする。 The ball screw nut of the present invention is characterized in that the inner case is provided with an engaging claw protruding into the slit, and the ball is held in the female screw groove.
本発明のボールねじナットは、前記小径内周面に前記スリット内のボールが転動する円弧状溝を形成することを特徴とする。 The ball screw nut of the present invention is characterized in that an arcuate groove on which the ball in the slit rolls is formed on the inner surface of the small diameter.
本発明のボールねじナットは、前記スリットの両端部と前記外周面の両端部との間で前記ボールを案内する反転通路を前記仕切り用突起部とにより形成する反転用の突起部を前記内側ケースに設けることを特徴とする。
The ball screw nut according to the present invention has a reversing projection that forms a reversing passage for guiding the ball between the both ends of the slit and the both ends of the outer peripheral surface by the partitioning projecting portion. It is characterized by providing in.
本発明のボールねじナットは、前記仕切り用突起部が入り込む係合溝を前記外側ケースに設けることを特徴とする。 The ball screw nut of the present invention is characterized in that an engagement groove into which the partition projection is inserted is provided in the outer case.
本発明のボールねじナットは、前記内側ケースと前記外側ケースと前記ボールとにより形成されるナット組立体をハウジング内に同軸状に複数個組み込むとともにそれぞれの前記ナット組立体に軸方向に予圧を加えることを特徴とする。 In the ball screw nut of the present invention, a plurality of nut assemblies formed by the inner case, the outer case, and the ball are coaxially incorporated in the housing, and a preload is applied to each nut assembly in the axial direction. It is characterized by that.
本発明によれば、円筒体の外周面に軸方向に延びて形成される仕切り用突起部を端部とするボール保持用のスリットを円周方向に形成し、内側ケースとこれの外側に嵌合される外側ケースとの間に、仕切り用突起部の円周方向両側の部分に対応させてねじ軸の雄ねじ溝に転動するボールを保持する雌ねじ溝と、戻し通路とを形成するようにしたので、雌ねじ溝の一方の端部から戻し通路に反転させる反転通路と、雌ねじ溝の他方の端部に戻し通路から反転させる反転通路は、雌ねじ溝を跨ぐようにして設けることが不要となり、ボールねじナットの外径を小さくしても、ねじ軸のボールねじナットに対する回転運動に伴ってボールを循環移動させることができる。これにより、ボールねじナットを小型化することができる。 According to the present invention, the ball holding slit is formed in the circumferential direction with the partition protrusion formed on the outer peripheral surface of the cylindrical body extending in the axial direction, and the slit is fitted to the inner case and the outer side thereof. An internal thread groove for holding a ball that rolls into the external thread groove of the screw shaft and a return passage are formed between the outer case and the outer case to be matched with the portions on both sides in the circumferential direction of the partition projection. Therefore, it is not necessary to provide a reversing passage for reversing from one end of the female screw groove to the return passage and a reversing passage for reversing from the return passage to the other end of the female screw groove so as to straddle the female screw groove, Even if the outer diameter of the ball screw nut is reduced, the ball can be circulated and moved with the rotational movement of the screw shaft relative to the ball screw nut. Thereby, a ball screw nut can be reduced in size.
ボールねじナットは内側ケースと外側ケースとを有しており、両方のケース内にボールを循環移動させる戻し通路および雌ねじ溝を形成するようにしたので、スリット内に係合爪によりボールを保持するようにすれば、両方のケースの間にボールが保持され、ボールナットをねじ軸に装着することなく、ボールがボールねじナットから脱落することがない。これにより、ボールねじナットを容易に他のねじ軸に組み替えることができる。 The ball screw nut has an inner case and an outer case, and a return passage and a female screw groove for circulating and moving the ball are formed in both cases, so that the ball is held by an engaging claw in the slit. By doing so, the ball is held between both cases, and the ball does not fall off the ball screw nut without attaching the ball nut to the screw shaft. As a result, the ball screw nut can be easily replaced with another screw shaft.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明のボールねじナットを有するボールねじを示す断面図であり、図2は図1に示されたナットを構成する内側ケースと外側ケースとを示す斜視図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a ball screw having a ball screw nut of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing an inner case and an outer case constituting the nut shown in FIG.
図1に示すボールねじ10は、螺旋状の雄ねじ溝11が形成されたねじ軸12と2つのナット組立体つまりボールねじナット13とにより構成されており、2つのボールねじナット13はハウジング14の中に同軸状に組み込まれている。ハウジング14には2つのナット13を収容する円形収容孔15が形成され、それぞれのナット13がハウジング14内からの抜けるのを防止するためにハウジング14の両端部内にはC型リング16が取り付けられている。2つのナット13に対して軸方向に相互に逆向きの予圧を加えるために、2つのナット13の間にはウェーブワッシャ17が組み込まれており、ハウジング14にねじ止めされるねじ部材18がナット13の外周面に押し付けられてナット13の回転が防止される。
A
ナット13は全体的にほぼ円筒形状となったインナーケースつまり内側ケース21と、この内側ケース21の外側に嵌合され、全体的にほぼ円筒形状となったアウターケースつまり外側ケース22とを組み合わせることにより形成される。図示する場合には、内側ケース21は樹脂材料を用いて製造されており、外側ケース22は金属材料を用いて製造されているが、内側ケース21も金属材料により製造するようにしても良い。
The
図3(A)は内側ケース21の正面図であり、図3(B)は図3(A)の右側面図であり、図3(C)は図3(B)における3C−3C線に沿う断面図である。図4(A)はボールが組み込まれた状態の内側ケース21の正面図であり、図4(B)は同様の状態の内側ケースの背面図である。
3 (A) is a front view of the
内側ケース21は一端にフランジ部23が設けられた円筒体24により形成されており、円筒体24の外径はフランジ部23よりも小径となっている。円筒体24の外周面には、径方向外方に突出し円筒体24のフランジ部23側から他端に向けて延びる仕切り用突起部25が設けられており、この仕切り用突起部25の外面はフランジ部23から他端部に向けて傾斜している。ただし、仕切り用突起部25の外面を傾斜させることなく、外面が中心軸と平行となるように真っ直ぐに形成しても良い。円筒体24の先端部側には、両端が仕切り用突起部25に達する螺旋状のボール保持用のスリット26が形成され、このスリット26は円筒体24の内面と外面とを貫通させるとともに円周方向に270度よりやや大きい角度の範囲に渡って形成されている。スリット26には鋼球つまりボール27が配置されるようになっており、ボール27はスリット26に沿って転動する。ボール27が円筒体24の内面と外面とから突出するように円筒体24の厚みはボール27の径よりも小さい値に設定されており、螺旋状のスリット26のリード角βはねじ軸12のリード角に対応している。
The
円筒体24の後端部側には、スリット26に対して軸方向にずれて、両端が仕切り用突起部25に達するボール案内面28がスリット26およびフランジ部23に沿ってスリット26にほぼ対応した角度の範囲に設けられており、このボール案内面28にはボール27が配置されてこの表面に沿ってボール27が転動するようになっている。このボール案内面28の外周面は円筒体24の外周面とほぼ同一の外径となっている。内側ケース21にはスリット26内に突出する係合爪29が設けられており、スリット26内に配置されたボール27は内側ケース21の径方向内方に向けて落下することが防止されている。係合爪29は、スリット26の軸方向の両端面に設けられているが、一方の端面に設けるようにしても良い。
On the rear end side of the
仕切り用突起部25の円周方向一方側にはスリット26の一方端とボール案内面28の一方端との間でボール27を案内するほぼ半円形状の反転面31が形成され、仕切り用突起部25の円周方向他方側にはスリット26の他方端とボール案内面28の他方端との間でボール27を案内するほぼ半円形状の反転面32が形成されている。図4(A),(B)に示すように、スリット26の一端がスリット26の他端よりもフランジ部23側に接近しているので、一方の反転面31は他方の反転面32よりも半径が小さくなっている。ボール27をスリット26とボール案内面28の相互間に案内する反転通路33,34をそれぞれの反転面31,32との間で形成するために、円筒体24には反転用の突起部35,36が径方向外方に突出して設けられている。それぞれの反転通路33,34の底面は、スリット26の端部となる円筒体24の内周面からボール案内面28とに連なっており、スリット26からボール案内面28に向かうに従って径方向外方に向けて傾斜している。なお、図4(A),(B)は内側ケース21と外側ケース22との間に組み込まれた状態におけるボール27と内側ケース21とを便宜的に示す図であり、内側ケース21の外側に外側ケース22を嵌合させなければ、ボール27を内側ケース21の外面に保持することはできない。
A substantially semi-circular reversing
図5(A)は外側ケース22の正面図であり、図5(B)は図5(A)の左側面図であり、図5(C)は図5(B)における5C−5C線に沿う断面図である。図6は内側ケース21と外側ケース22とを嵌合させた状態のもとで複数のボール27を組み込んで組み立てられたボールねじナットを示す断面図であり、図7は図6における7−7線に沿う断面図であり、図8は図6における8−8線に沿う断面図であり、図9は図6における9−9線に沿う断面図である。
5 (A) is a front view of the
内側ケース21の外側に嵌合される外側ケース22は、図5(C)に示すように、スリット26に対応する小径内周面37と、ボール案内面28に対応する大径内周面38とを有している。小径内周面37とスリット26とによりボール27を保持して案内する雌ねじ溝41が形成され、この雌ねじ溝41内に位置するボール27はねじ軸12の雄ねじ溝11に係合することになり、雌ねじ溝41と雄ねじ溝11とにより噛み合い通路が形成される。一方、大径内周面38とボール案内面28とフランジ部23と径方向の段差面39とによりスリット26の一方の端部から他方の端部にボール27を反転通路33,34の一方を介して戻す戻し通路42が形成される。小径内周面37にはスリット26に対応して雌ねじ溝41内に配置されたボール27が係合する円弧状溝43が形成されている。
As shown in FIG. 5C, the
外側ケース22の内面には、図5(C)に示すように、内側ケース21と外側ケース22とを嵌合させるときに、内側ケース21の仕切り用突起部25が入り込む係合溝44が形成されている。係合溝44の径方向の端面45,46にはそれぞれ反転用の突起部35,36が係合するようになっており、両方の端面45,46は、図5(A)に示すように外側ケース22の中心軸に対して角度θとなっており、この角度θの範囲に係合溝44が形成されている。この角度θはほぼ90度の角度となっている。
As shown in FIG. 5C, an
内側ケース21の外側に外側ケース22を嵌合させると、両方のケース21,22の間には、内側ケース21のスリット26と外側ケース22の小径内周面37とにより雌ねじ溝41が形成され、内側ケース21のボール案内面28とフランジ部23と外側ケース22の大径内周面38と段差面39とにより戻し通路42が形成され、さらに、仕切り用突起部25の両側に反転通路33,34が形成される。外側ケース22には、図5(C)に示すように、大径内周面38に連通するボール挿入孔47が形成されている。内側ケース21の外側に外側ケース22を嵌合させた状態で、ボール挿入孔47から両方のケース21,22により形成される上述した雌ねじ溝41、戻し通路42および反転通路33,34の中に複数のボール27を組み込むことによって、これらの中に複数のボール27をループ状に連ならせて配置することができる。ボール27の組み込みが修了したら、ボール挿入孔47はねじ部材などからなるプラグ48により閉塞される。このプラグ48が取り付けられるボール挿入孔47に対応させて外側ケース22の外周面には環状溝49が形成され、図1に示すように、ねじ部材18は環状溝49の底面に押し付けられるようになっている。
When the
ナット組立体つまりボールねじナット13は、スリット26に突出して内側ケースに設けられた係合爪29によってスリット26内のボール27がスリット26から落下することがないので、内側ケース21と外側ケース22とを嵌合させた状態のもとで、ねじ軸12に内側ケース21を装着することなく、組み立てることができる。ただし、スリット26に係合爪29を設けない場合には、内側ケース21をねじ軸12に装着した状態で組立を行うことになる。
Since the nut assembly, that is, the
図1に示すボールねじを構成するねじ軸12とボールねじナット13は右ねじとなっており、例えば図1に矢印で示すようにねじ軸12を右方向から見て時計方向に回転したときには、ボールねじナット13は図1において右方向に移動することになる。この回転に伴ってスリット26に保持されたボール27はスリット26と雄ねじ溝11と円弧状溝43に案内されて転動し、スリット26の端部から反転面31と反転用の突起部35と間の反転通路33にすくい上げられて反転通路33を介して戻し通路42に入り込む。戻し通路42内に入り込んだボール27はねじ軸12の回転に伴って他方の反転通路34にまで転動し、その反転通路34からスリット26にその他方の端部から入り込む。ねじ軸12を逆方向に回転させると、それぞれのボール27はナット13に対して上述した方向とは反対の方向に転動することになる。
The
このように、ボール27が連なった状態でねじ軸12の雄ねじ溝11に入り込むのは、図8に示すように回転方向に約270度の範囲であり、反転通路33,34は雌ねじ溝41の径方向外方を跨ぐことがなく、しかも戻し通路42内を転動するボール27と雌ねじ溝41を転動するボール27が径方向にオーバーラップする程度までボール案内面28の外径を小さくすることができるので、ボールねじナット13の外径を大きくすることなく、ボール27を内側ケース21と外側ケース22の間に形成される通路内を循環移動させることができる。したがって、ねじ軸12の外径に対応したナットの外径を従来のボールねじナットよりも小さくすることができ、ボールねじナットを小型化することができる。
In this way, the
図示する場合には雌ねじ溝41は円周方向に約270度の範囲に形成されているが、仕切り用突起部25の円周方向の寸法を図示する場合よりも小さくすれば、270度以上の範囲に雌ねじ溝41を形成することができる。なお、反転通路33,34を形成するための反転用の突起部35,36は内側ケース21に一体に設けられているが、内側ケース21に設けることなく、外側ケース22に設けるようにしても良い。
In the illustrated case, the
図1に示すボールねじ軸は2つのナット組立体つまりボールねじナット13がハウジング14内に組み込まれており、2つのボールねじナット13は両端部が逆向きとなるように組み込まれるとともに、2つのボールねじナット13は相互に円周方向に180度位相がずれている。これにより、1つねじ軸12には2つのナット13により回転方向に360度以上の部分でボール27を介してナット13がねじ結合することになり、ねじ軸12を回転させることによるナットの移動精度を所望の精度に保持することができる。
The ball screw shaft shown in FIG. 1 has two nut assemblies, that is, ball screw nuts 13 incorporated in a
図1に示すように、2つのナット13の間にはウェーブワッシャ17が組み込まれており、2つのナット13が離れる方向つまり逆方向に予圧がねじ軸12とナット13との間に加えられ、ねじ軸12の回転方向が変化したときにおけるバックラッシュの発生を防止することができ、ナット13の位置決め精度を高めることができる。
As shown in FIG. 1, a
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図1に示すハウジング14には2つのナット組立体つまりボールねじナット13を組み込むようにしているが、1つのみ、または3つあるいはそれ以上のボールねじナット13をハウジング14に組み込むようにしても良い。図1に示す場合には、ねじ軸12を回転させてハウジング14に取り付けられる被搬送部材を直線方向に移動させるようにしているが、ねじのリード角を図示する場合よりも大きくすれば、ハウジング14を軸方向に移動することによってねじ軸12を回転させることができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the
10 ボールねじ
11 雄ねじ溝
12 ねじ軸
13 ボールねじナット(ナット組立体)
14 ハウジング
15 収容孔
16 C型リング
17 ウェーブワッシャ
18 ねじ部材
21 内側ケース
22 外側ケース
23 フランジ部
24 円筒体
25 仕切り用突起部
26 スリット
27 ボール
28 ボール案内面
29 係合爪
31,32 反転面
33,34 反転通路
35,36 反転用の突起部
37 小径内周面
38 大径内周面
39 段差面
41 雌ねじ溝
42 戻し通路
43 円弧状溝
44 係合溝
45,46 端面
47 ボール挿入孔
48 プラグ
49 環状溝
10
14
Claims (7)
仕切り用突起部が軸方向に延びて外周面に形成された円筒体を有し、円周方向に延びて前記円筒体に形成され両端が前記仕切り用突起部に達するボール保持用のスリットと、当該スリットに沿うとともに両端がそれぞれ前記スリットに連なるボール案内面とが形成された内側ケースと、
前記内側ケースの外側に組み込まれ、前記スリットとにより複数のボールを案内する雌ねじ溝を形成する小径内周面と、前記スリットの一方の端部から他方の端部に前記ボールを戻す戻し通路を前記ボール案内面とにより形成する大径内周面とが設けられた外側ケースとを有することを特徴とするボールねじナット。 A ball screw nut assembled to a screw shaft having a male screw groove,
A partition protrusion having a cylindrical body extending in the axial direction and formed on the outer peripheral surface; and a ball holding slit extending in the circumferential direction to be formed in the cylindrical body and having both ends reaching the partition protrusion ; An inner case formed with a ball guide surface along the slit and having both ends connected to the slit,
A small-diameter inner peripheral surface that is incorporated outside the inner case and forms a female thread groove that guides a plurality of balls by the slit, and a return passage that returns the ball from one end of the slit to the other end. A ball screw nut comprising: an outer case provided with a large-diameter inner peripheral surface formed by the ball guide surface.
The ball screw nut according to any one of claims 1 to 6, wherein a plurality of nut assemblies formed by the inner case, the outer case, and the ball are coaxially incorporated in a housing and each of the nut assemblies is formed. A ball screw nut characterized by preloading a nut assembly in an axial direction.
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