JP4686944B2

JP4686944B2 - ボールねじ装置

Info

Publication number: JP4686944B2
Application number: JP2001274679A
Authority: JP
Inventors: 昌弘井上; 功雄臼杵
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2021-09-11
Also published as: JP2003083413A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボール群を循環させる循環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が、以下では、リターンチューブに比べてコンパクトな循環こまを例に挙げて説明する。
【０００４】
循環こまは、一般的に、ねじ溝における約１巻き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あり、一般的に、ナット部材に径方向に貫通形成される貫通孔に対して嵌入された状態で接着剤にて固定される。
【０００５】
この循環こまの内径側の面には、ねじ溝の約１巻き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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、循環こまという外付け部品を用いる必要があるとともに、循環こま取付用の貫通孔をナット部材に設ける必要があるために、コストが嵩む結果になっている。
【０００７】
なお、上記従来例では、ねじ溝の約２巻きをそれぞれ閉ループにする場合、２つの循環こまを用いる必要があり、循環こまそのものの部品コスト、循環こま取付用の貫通孔の加工コスト、取り付けコストなどがさらに嵩むことが指摘される。しかも、循環こまをナット部材の貫通孔に対してそれぞれ取り付けるときに、ボール循環溝とねじ溝との連接部分を高精度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が、それを２度も行わなければならないなど、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。
【０００８】
これに対して、本願出願人は、従来例で説明した循環こまを用いずに、例えばねじ軸において軸心方向で隣り合う２巻きのねじ溝の個々を、当該ねじ軸に２つのボール循環溝を設けることによってそれぞれ独立した閉ループとし、この２つの独立した閉ループ内でボール群を転動循環させる構造を提案している。このような構造について、さらなる研究を進めている過程において、ボールの転動循環を円滑にするうえで、改良の余地があることを見出した。
【０００９】
このような事情に鑑み、本発明は、ねじ軸とナット部材との重合領域でボールを転動循環させるタイプのボールねじ装置において、ボール群の転動循環動作を円滑化す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、前記ねじ軸に、その少なくとも約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ボール循環溝が設けられており、前記ねじ溝に対して、転動方向に隣り合う各ボールを離隔させた状態で回転可能に保持する保持器リングが軸心方向に位置決めされるとともに、前記保持リングと前記ねじ軸との間の隙間である内径隙間を、前記保持リングと前記ナット部材との間の隙間である外径隙間よりも小さく設定していることにより、前記ねじ軸の外周面によって回転案内される状態で配設されている。
【００１１】
本発明のボールねじ装置は、請求項２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を最大に引き離した最大伸張状態で軸心方向所定長さの重合領域が確保されていて、前記ねじ軸の前記重合領域の外周面に不連続の約２巻きまたはそれ以上のねじ溝が設けられているとともに、当該ねじ溝個々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のボール循環溝が前記ねじ溝と同数設けられており、前記ねじ軸に対して、転動方向に隣り合う各ボールを離隔させた状態で回転可能に保持する保持器リングが軸心方向に位置決めされるとともに、前記保持リングと前記ねじ軸との間の隙間である内径隙間を、前記保持リングと前記ナット部材との間の隙間である外径隙間よりも小さく設定していることにより、前記ねじ軸の外周面によって回転案内される状態で配設されている。
【００１２】
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、前記保持器リングが、ボール個々を収納するボールポケットを有し、この各ボールポケットの径方向内外での開口寸法が、前記ボールの直径よりも大に設定されている。
【００１３】
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２または３において、前記複数のボール循環溝が、軸心方向で隣り合わせにかつほぼ同一位相に配設されている。
【００１４】
要するに、請求項１の発明では、ねじ軸の少なくとも約１巻きのねじ溝を閉ループとするにあたって、従来例で説明した循環こまの替わりに、ねじ軸のねじ山にボール循環溝を設けることにより、従来例に比べて製造コストを低減できるようにした構造を前提にし、ボール個々の干渉を防ぐ保持器リングを高精度に加工されるねじ軸の外周面で回転案内させる形態にしているから、ナット部材とねじ軸とが軸心方向で相対的に変位する過程で、保持器リングが径方向に振れ動きにくくなるとともにボール個々に対して干渉しにくくなる。また、ボール循環溝に入ったボールは、保持器リングにより押されて転動するが、そのとき、ボールの中心近くに保持器リングが当接することになるために、ボールの回転を阻害することが抑制される。
【００１５】
また、請求項２の発明は、上記請求項１と異なり、ねじ軸に対して不連続にした２巻きまたはそれ以上のねじ溝を設けて、当該ねじ溝をそれと同数のボール循環溝でもって個別の独立した閉ループとしている構成を特定している。これにより、ボールが必ずナット部材とねじ軸との重合領域に存在することになり、ボール抜け出しが避けられる。
【００１６】
また、請求項３の発明は、上記請求項１または２の構成を前提にしたもので、保持器リングのボールポケットをボールよりも小さく設定しているから、ナット部材とねじ軸とが軸心方向で相対的に変位する過程で、保持器リングのボールポケットがボールに対して干渉しにくくなる。
【００１７】
また、請求項４の発明は、上記請求項２または３の構成を前提にしたもので、ボール循環溝を軸心方向隣り合わせでほぼ同一位相に配置しているから、例えば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。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１から図７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平面図、図５は、図４の（５）−（５）線断面の矢視図、図６は、ボール循環経路を模式的に示す側面図、図７は、図６のボール循環経路の正面図である。
【００２０】
図例のボールねじ装置１では、ナット部材２と、ねじ軸３と、複数のボール４と、保持器リング５とを備えており、ナット部材２とねじ軸３との対向面間でボール４群を循環させるようになっている。
【００２１】
ナット部材２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２１が形成されており、また、ねじ軸３には、軸心方向途中領域に連続していない約２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂ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３１ａ，３１ｂとは、互いに同じリード角に設定されており、これら両ねじ溝２１，３１ａ，３１ｂの断面形状は、ゴシックアーク形状とされているが、半円形状とすることもできる。
【００２２】
ところで、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張状態で軸心方向所定長さの重合領域を確保して、ねじ軸３の前記重合領域の外周面に不連続の約２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂを設けているとともに、当該ねじ溝３１ａ，３１ｂ個々の下流と上流とをボール循環溝３３，３４で個別に連通連結して閉ループとし、この閉ループにした２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂ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。
【００２３】
具体的に、ねじ軸３の軸心方向で隣り合う２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂの間に存在するねじ山（ランド部）３２には、２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂを個別に閉ループとするボール循環溝３３，３４が設けられている。この２つのボール循環溝３３，３４は、それぞれ、２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂの上流側と下流側とを個別に連通連結するものであり、各巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂの下流のボール４群を内径側へ沈みこませてナット部材２のねじ山（ランド部）２２を乗り越えさせて上流へ戻すように蛇行した形状になっている。
【００２４】
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配置して干渉させないようにするものである。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。しかも、ボールポケット５１の径方向内外での開口寸法は、ボール４の直径よりも大に設定されており、ボール４が径方向内外に余裕をもって通るようになっている。
【００２５】
なお、上記ナット部材２は、歯車７に対して一体的に結合されている。この歯車７は、図示しない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、図示しない転がり軸受を介して前記ねじ軸３の中心孔に挿通される図示しない支軸に対して回転自在に支持される。また、上記ねじ軸３は、図示しないケースなどの固定部分に対して非回転かつ軸心方向不動に取り付けられ、このねじ軸３に対して上記ナット部材２が回転可能かつ軸心方向移動可能に配置される。
【００２６】
上記歯車７は、上半分の断面がほぼ逆向きコ字形の金属製の環体８と、この環体８における外筒部８１の外周面に一体成形される樹脂製のギヤ９とで構成されている。この歯車７の環体８における外筒部８１の内周面に対して上記ナット部材２が嵌入されており、図５に示すように、外筒部８１の付け根側の内周面に設けられるセレーション８２とナット部材２の嵌入方向奥側の外周面に設けられるセレーション２３とを嵌合することにより、歯車７とナット部材２とを相対回転不可能に結合するようになっている。そして、この歯車７の環体８における内筒部８３の内周面に対して、上述した図示しない転がり軸受が装着される。
【００２７】
また、上記保持器リング５は、ねじ軸３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、ねじ溝３の自由端側に縮径部３５を、また、保持器リング５の一端に径方向内向きのフランジ５２を、それぞれ設け、ねじ軸３の縮径部３５に対して保持器リング５のフランジ５２をはめ込み、さらにねじ軸３の縮径部３５に設けてある周溝に対して止め輪１０を係合させている。但し、止め輪１０は、ねじ軸３の縮径部３５とねじ溝２１の形成部分との境にできる段壁面３６から離れた位置に取り付けられていて、これら止め輪１０と段壁面３６との間に対して保持器リング５のフランジ５２が軸心方向に若干の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、ねじ軸３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。
【００２８】
この実施形態では、上述したようなボールねじ装置１において、保持器リング５をねじ軸３で回転案内させる形態にしている。そのために、保持器リング５とねじ軸３との間の内径隙間Ｘ１を、保持器リング５とナット部材２との間の外径隙間Ｘ２よりも小さく設定している。ちなみに、内径隙間Ｘ１は、例えば０．１〜０．４ｍｍに設定するのが好ましい。なお、保持器リング５のガイドとするねじ軸３の外周面は、通常、真円度０．１、面粗さ１．６Ｒａに加工されている。
【００２９】
ところで、上述したボールねじ装置１の組み立て手順について、説明する。まず、ねじ軸３に対して保持器リング５を取り付けてから、保持器リング５のボールポケット５１に対して、それを埋め尽くす状態にグリースを塗布しておいて、このボールポケット５１に対して必要数のボール４を入れる。ここでのグリースは、ボール４が自重落下しない粘性を有するもの、例えばウレア系グリースとされ、このグリースでもってボール４がボールポケット５１内に保持される。このようにしてから、保持器リング５をねじ軸３に対して回さないようにした状態で、ナット部材２に組み込む。
【００３０】
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歯車７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。
【００３１】
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、ねじ軸３においてボール循環溝３３，３４により個別に閉ループとしたねじ軸３の２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂ内でそれぞれボール群４が保持器リング５にガイドされながら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、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。また、ボール循環溝３３，３４に入ったボール４は、保持器リング５により押されて転動するが、そのとき、ボール４の中心近くに保持器リング５が当接することになるために、ボール４の回転を阻害することが抑制される。
【００３２】
また、上記実施形態では、保持器リング５を、高精度に加工されたねじ軸３の外周面でもって回転案内させる形態にしているから、ナット部材２を軸心方向に往復移動させる過程において、保持器リング５そのものの回転振れを抑制することができるとともに、保持器リング５がボール４に対して干渉することを回避させることができて、ボール４が滑って進み遅れする現象が発生しにくくなるなど、ボール４の挙動やナット部材２の動作円滑化に大きく貢献できるようになる。
【００３３】
また、上述したが、図６に示すように、２つのボール循環溝３３，３４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、ねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂ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３３，３４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３３，３４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７に示すように、円周上においてボール循環溝３３，３４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３３，３４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。
【００３４】
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。
【００３５】
例えば、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。
【００３６】
（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。
【００３７】
（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。
【００３８】
（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。
【００３９】
（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。
【００４０】
（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。
【００４１】
（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。
【００４２】
（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。
【００４３】
（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。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１の発明に係るボールねじ装置は、ねじ軸の少なくとも約１巻きのねじ溝を閉ループとするにあたって、従来例で説明した循環こまの替わりに、ねじ軸のねじ山にボール循環溝を設けることにより、従来例に比べて製造コストを低減できるようにした構造を前提にし、ボール個々の干渉を防ぐ保持器リングを高精度に加工されるねじ軸の外周面で回転案内させる形態にしているから、ナット部材とねじ軸とが軸心方向で相対的に変位する過程で、保持器リングが径方向に振れ動きにくくなるとともにボール個々に対して干渉しにくくなるなど、ボールの挙動を安定化できて、ナット部材の動作円滑化に大きく貢献できるようになる。
【００４５】
また、請求項２の発明では、上記請求項１と異なり、ねじ軸に対して不連続にした約２巻きまたはそれ以上のねじ溝を設けて、当該ねじ溝をそれと同数のボール循環溝でもって個別の独立した閉ループとしている構成を特定しているから、ボールが必ずナット部材とねじ軸との重合領域に存在することになり、ボール抜け出しを阻止できるようになる。
【００４６】
また、請求項３の発明では、上記請求項１または２の構成を前提にしたもので、保持器リングのボールポケットをボールよりも小さく設定しているから、ナット部材とねじ軸とが軸心方向で相対的に変位する過程で、保持器リングのボールポケットがボールに対して干渉しにくくなって、ボールが滑って進み遅れする現象が発生しにくくなる。
【００４７】
また、請求項４の発明は、上記請求項２または３の構成を前提にしたもので、ボール循環溝を軸心方向隣り合わせでほぼ同一位相に配置しているから、例えば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平面図
【図５】図４の（５）−（５）線断面の矢視図
【図６】ボール循環経路を模式的に示す側面図
【図７】図６のボール循環経路の正面図
【符号の説明】
１ボールねじ装置
２ナット部材
２１ナット部材のねじ溝
３ねじ軸
３１ａ，３１ｂねじ軸のねじ溝
３３，３４ねじ軸のボール循環溝
４ボール
５保持器リング
５１ボールポケット

Claims

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、
前記ねじ軸に、その少なくとも約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ボール循環溝が設けられており、
前記ねじ溝に対して、転動方向に隣り合う各ボールを離隔させた状態で回転可能に保持する保持器リングが軸心方向に位置決めされるとともに、前記保持リングと前記ねじ軸との間の隙間である内径隙間を、前記保持リングと前記ナット部材との間の隙間である外径隙間よりも小さく設定していることにより、前記ねじ軸の外周面によって回転案内される状態で配設されていることを特徴とするボールねじ装置。
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を最大に引き離した最大伸張状態で軸心方向所定長さの重合領域が確保されていて、
前記ねじ軸の前記重合領域の外周面に不連続の約２巻きまたはそれ以上のねじ溝が設けられているとともに、当該ねじ溝個々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のボール循環溝が前記ねじ溝と同数設けられており、
前記ねじ軸に対して、転動方向に隣り合う各ボールを離隔させた状態で回転可能に保持する保持器リングが軸心方向に位置決めされるとともに、前記保持リングと前記ねじ軸との間の隙間である内径隙間を、前記保持リングと前記ナット部材との間の隙間である外径隙間よりも小さく設定していることにより、前記ねじ軸の外周面によって回転案内される状態で配設されてい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、
前記保持リングが、ボール個々を収納するボールポケットを有し、この各ボールポケットの径方向内外での開口寸法が、前記ボールの直径よりも大に設定されていることを特徴とするボールねじ装置。
請求項２または３のボールねじ装置において、
前記複数のボール循環溝が、軸心方向で隣り合わせにかつほぼ同一位相に配設されていることを特徴とするボールねじ装置。