JP4941151B2 - ボールねじ装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械や産業機械、半導体製造装置等の機械装置の移動台の位置決め用や搬送用等の直線移動機構の駆動に用いられるボールねじ装置に関する。

従来のボールねじ装置は、ねじ軸の外周面に螺旋状に形成した軸軌道溝と、ナットの内周面に形成した軸軌道溝に対向するナット軌道溝とを複数のボールを介して螺合させ、対向配置されたナット軌道溝と軸軌道溝とにより２つの負荷路を形成し、この負荷路の両端部に転向路を形成した転向ブロックを配置し、これら転向路間をナットの軸方向と平行に形成した戻り路で接続し、それぞれの負荷路の両端を２つの転向路と戻り路とで接続して２つの循環路を形成し、ぞれぞれの循環路によりボールを循環させてねじ軸の回転運動をナットの直線運動に変換し、それぞれの転向ブロックを、ナットの内周面に設けた有底の凹部に嵌合させ、ナットの外周面から挿入したボルトを、転向ブロックに設けたねじ穴に締結して転向ブロックをナットに固定している（例えば、特許文献１参照。）。
欧州特許第１４７１２８６号明細書（第３頁段落０００９−００１５、第２図）

しかしながら、上述した従来の技術においては、ナットの内周面に設けられた有底の凹部に嵌合させた転向ブロックを、ナットの外周面から挿入したボルトでナットに固定しているため、ナットの内周面の中央部に設ける凹部の加工が困難になる他、転向ブロックに設けたねじ穴の視認性が悪くボルトによる締結が難しくなるという問題がある。
このため、図１４に示すように、ナット１０１の外周面からナット軌道溝１０２に貫通する取付穴１０３を形成し、この取付穴１０３に、ねじ軸１０４の軸軌道溝１０５とナット軌道溝１０２で形成される負荷路からボール１０６を掬い上げ、これをナット１０１の軸方向に転向させる転向路１０７が形成されたミドルデフレクタ１０８を嵌合させ、このミドルデフレクタ１０８の上面１０８ａを、ナット１０１の外周面を取付穴１０３の深さ方向と直交する方向に切欠いた平面１０９に設けたねじ穴１１０にボルト１１１で締結した押え板１１２を用いて片持状に固定するようにすると、ボールねじ装置を高速稼動させたときに、転向路１０７によって転向させられるボール１０６の押上げ力により転向部材としてのミドルデフレクタ１０８が押上げられ、押え板１１２に曲げが生じてミドルデフレクタ１０８が抜け出し、負荷路からボール１０６を掬い上げることおよび負荷路へボール１０６を戻すことが難しくなって、ボール１０６の循環不具合を生じさせる可能性があるという問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、ナットの外周面からナット軌道溝に貫通する取付穴に嵌合させた転向部材の抜けを防止する手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットと、前記軸軌道溝とナット軌道溝とで形成され、前記ナットの軸方向に並設された２つの負荷路と、前記各負荷路を転動する複数のボールと、前記ナットのナット軌道溝と外周面との間に、軸方向に沿って前記負荷路に対応して形成された戻り路と、前記各負荷路の前記ナットの軸方向の中央部側の端部と、それぞれに対応する前記戻り路の端部との間を接続し、前記ボールの移動方向を転向させる転向路が形成された転向部材と、を備えたボールねじ装置において、前記ナットの外周面から前記ナット軌道溝に貫通し、前記転向部材を嵌合させる取付穴と、前記取付穴の口元に、該取付穴の深さ方向と直交する方向に形成され、前記ナットの中心側の溝底を開放端部側より深い深さで円弧状に形成した門型の嵌合溝と、前記ナットの中心側の嵌合溝に嵌合する円弧状の突出部と、前記開放端部側の嵌合溝に嵌合する平行部と、前記突出部の先端から前記平行部に至る前記突出部を２分するスリットとを有し、前記転向部材の上面を係止する係止板と、を設け、前記取付穴に嵌合させた転向部材を、前記嵌合溝に縁部を嵌合させた前記係止板で、前記ナットに係止したことを特徴とする。

これにより、本発明は、ボールねじ装置を高速稼動させたときに、転向部材の転向路によって転向させられるボールの押上げ力により転向部材が押上げられたとしても、その押上げ力を係止板の縁部に分散して吸収することができ、転向部材の抜けを防止して負荷路からのボールの掬い上げ等を円滑に行うことができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明によるボールねじ装置の実施例について説明する。

図１は実施例１のボールねじ装置の断面を示す説明図、図２は実施例１のナットの上面を示す説明図、図３は図２の矢印Ａ方向から見たナットの正面を示す説明図、図４は実施例１のミドルデフレクタを示す説明図、図５は実施例１のミドルデフレクタの取付状態を示す説明図、図６は実施例１のナットに設けた嵌合溝の上面を示す説明図、図７は実施例１の係止板の上面を示す説明図である。

なお、図６は図５の矢印Ｂ方向から見た図として示してある。
図１において、１はボールねじ装置である。
２はボールねじ装置１の転動体としてのボールであり、合金鋼等の鋼材で製作された球体である。
３はボールねじ装置１のねじ軸であり、合金鋼等の鋼材で製作された棒状部材であって、その外周面には、円弧状断面形状の軸軌道溝４が所定のリードで螺旋状に形成されている。

５はボールねじ装置１のナットであり、合金鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、その内周面には、軸軌道溝４と対向する円弧状断面形状のナット軌道溝６が軸軌道溝４と同じリードで形成されている。
７はフランジ部であり、ナット５の外周部の一方の端部に設けられ、フランジ部７に設けられたボルト穴８により図示しない機械装置の移動台にボルト等で固定される。

上記の対向配置された軸軌道溝４とナット軌道溝６とにより負荷路が形成され、この負荷路を転動する複数のボール２によりねじ軸３とナット５とが螺合する。
本実施例の負荷路は、ナット５の軸方向に２箇所設けられている。
１０はエンドデフレクタであり、金属材料や樹脂材料等で製作され、図２に示すように、ナット５の軸方向の両方の端面に形成された装着穴１１にそれぞれ嵌め込まれて取付けられており、ナット５の端部側の負荷路の端部の接線方向に形成されたタング部１２（図３参照）により負荷路の一端に接続し、負荷路から掬い上げたボール２の移動方向を負荷路の接線方向からナット５の軸方向へ、または負荷路へ戻るボール２の移動方向をナット５の軸方向から負荷路の接線方向へ転向させるための湾曲した円形断面の通路である転向路１３が形成されている。

１５は転向部材としてのミドルデフレクタであり、金属材料や樹脂材料等で製作された楕円柱状部材であって、ナット５の中央部側の負荷路の端部の接線方向に形成されたタング部１６（図５参照）により負荷路の他端に接続し、図４に示すように、負荷路から掬い上げたボール２の移動方向を負荷路の接線方向からナット５の軸方向へ、または負荷路へ戻るボール２の移動方向をナット５の軸方向から負荷路の接線方向へ転向させるための湾曲した円形断面の通路である転向路１７を、ボール２の移動方向に沿って分割した分割片１８ａ、１８ｂを組合せて形成されている。

１９は戻り路であり、図１、図２に示すように、エンドデフレクタ１０の転向路１３と、ミドルデフレクタ１５の転向路１７とを連通するために、ナット５の側壁の外周面とナット軌道溝６との間の厚肉部をナット５の軸方向に沿って貫通する、ボール２の直径より大きい直径を有する貫通穴であって、各負荷路に対応して設けられている。
２１は取付穴であり、負荷路のナット５の中央部側の他端に接続する転向路１７が形成されたミドルデフレクタ１５を嵌合させる穴であって、ナット５の軸方向の中央部の外周面から負荷路を構成するナット軌道溝６の接線方向に沿って、ナット５の厚肉部を貫通して形成されている。

２２は嵌合溝であり、図５に示すように、取付穴２１に嵌合させたミドルデフレクタ１５の上面１５ａと略面一となる位置のナット２の外周面を取付穴２１の深さ方向と直交する方向に取付穴２１のナット５の軸方向に沿った長さより広い幅で形成された平面２３を一方の側面として、取付穴２１の口元に形成された矩形断面の門型とされた溝であって、図６に示すように、ナット５の中心側の先端部２２ａの溝底は、その反対側の門型の開放側に位置する開放端部２２ｂより深く形成されている。

また、平面２３に対向する他方の側面の側には、取付穴２１に嵌合させるミドルデフレクタ１５のナット５の軸方向に沿った長さが挿入可能な幅で、ナット５の外周面を切欠いた切欠部２４が形成されている。
本実施例の嵌合溝２２は、その先端部２２ａの溝底が、半円弧より大きい円弧状に形成され、その開放端部２２ｂの溝底は、先端部２２ａの円弧の円弧半径の２倍より狭く、かつ取付穴２１のナット５の軸方向に沿った長さより広い距離で平行に形成されている。

また、切欠部２４は、嵌合溝２２の先端部２２ａを形成する側が、先端部２２ａの溝底を形成する円弧半径より小さく、かつミドルデフレクタ１５のナット５の軸方向に沿った長さの半分より大きい円弧半径を有する半円弧からなる円弧状に形成され、嵌合溝２２の開放端部２２ｂを形成する側は、前記の円弧半径の２倍と同等の幅で平行に形成されている。

２５は係止板であり、図７に示すように、金層材料等を用いて、嵌合溝２２の溝底の形状に倣った外径形状に形成された、嵌合溝２２に嵌合する厚さを有する板状部材であって、ナット５の中心側である先端側、つまり先端部２２ａの嵌合溝２２に嵌合する側には、先端部２２ａの溝底と同等の円弧半径を有する突出部２５ａが形成され、突出部２５ａの反対側の後端側、つまり開放端部２２ｂの嵌合溝２２に嵌合する側には、開放端部２２ｂの溝底間の距離と同等の幅を有する平行部２５ｂが形成されている。

また、突出部２５ａの先端側には、先端から円弧半径の中心を通って平行部２５ｂに至る突出部２５ｂを２分するスリット２６が形成されている。
このような、係止板２５を用いて、ミドルデフレクタ１５を取付けるときは、取付穴２１にミドルデフレクタ１５を挿入して嵌合させ、係止板２５を、その先端側から嵌合溝２２に挿入し、突出部２５ａに形成したスリット２６により突出部２５ａに生じた弾性を利用して係止板２５の縁部を嵌合溝２２に嵌合させて、ミドルデフレクタ１５をナット５に係止する。

これにより、上記の各負荷路の両端部は、エンドデフレクタ１０の転向路１３と、ナット５の戻り路１９と、ミドルデフレクタ１５の転向路１７とにより連通されて２つの循環路が形成され、これら各循環路には複数のボール２と所定の量のグリースがそれぞれ封入され、各負荷路を転動したボール２がタング部１２により転向路１３に掬い上げられ、戻り路１９を経由してミドルデフレクタ１５の転向路１７のタング部１６から負荷路に戻されながら循環路を循環し、または逆方向の経路により循環路を循環し、負荷路を転動するボール２がナット５に加えられた荷重を往復動自在に支持しながらナット５を軸方向に移動させ、ねじ軸３の回転運動がナット５の直線運動に変換される。

このように、本実施例のミドルデフレクタ１５は、その取付穴２１の口元に形成された嵌合溝２２に縁部を嵌合させた係止板２５によりナット５に係止されるので、ボールねじ装置１を高速稼動させたときに、転向路１７によって転向させられるボール２の押上げ力によりミドルデフレクタ１５が押上げられたとしても、その押上げ力は係止板２５の縁部に分散して吸収され、係止板２５に曲げが生ずることはなく、取付穴２１からのミドルデフレクタ１５の抜けを防止して、負荷路からのボール２の掬い上げ等を、円滑に行うことが可能になる。

また、本実施例の係止板２５には、平行部２５ｂから突出させた突出部２５ａが設けてあるので、係止板２５が嵌合溝２２から脱落することを防止することができる。
更に、本実施例の係止板２５の突出部２５ａには、突出部２５ａを２分するスリット２６が設けてあるので、突出部２５ａを容易に弾性変形させることができ、その弾性を利用して係止板２５を嵌合溝２２に容易に嵌合させることができる。

以上説明したように、本実施例では、ナットの外周面からナット軌道溝に貫通する取付穴に嵌合するミドルデフレクタの上面を、取付穴の口元にその深さ方向と直交する方向に形成された門型の嵌合溝に縁部を嵌合させた係止板で、ナットに係止するようにしたことによって、ボールねじ装置を高速稼動させたときに、ミドルデフレクタの転向路によって転向させられるボールの押上げ力によりミドルデフレクタが押上げられたとしても、その押上げ力を係止板の縁部に分散して吸収することができ、ミドルデフレクタの抜けを防止して負荷路からのボールの掬い上げ等を、円滑に行うことができる。

また、嵌合溝のナットの中心側の溝底を、門型の開放端部より深く形成すると共に、係止板に、その嵌合溝に嵌合する突出部を設け、この突出部に、その先端から反対側の後端側に向い突出部を２分するスリットを設けたことによって、突出部に生じた弾性を利用して、係止板を嵌合溝に容易に嵌合させることができると共に、係止板の嵌合溝からの脱落を防止することができる。

なお、本実施例においては、係止板２５に設けるスリットを突出部を２分するように形成するとして説明したが、図８に示すように、突出部２５ａと反対側の端面から突出部２５ａの中央部に至るスリット２８を設けるようにしてもよい。このようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。

図９は実施例２のミドルデフレクタの取付状態を示す説明図、図１０は実施例２のナットに設けた嵌合溝の上面を示す説明図、図１１は実施例２の係止板の上面を示す説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の嵌合溝３２は、図９に示すように、上記実施例１と同様に形成された平面２３を一方の側面として、取付穴２１の口元に形成された矩形断面の門型とされた溝であって、図１０に示すように、ナット５の中心側の先端部３２ａの溝底は、その反対側の門型の開放側に位置する開放端部３２ｂと同等の深さに形成されている。

本実施例の嵌合溝３２は、その先端部３２ａの溝底は、切欠部２４の半円弧部の円弧半径より大きい円弧半径を有する半円弧からなる円弧状に形成され、その開放端部３２ｂの溝底は、先端部３２ａの円弧の円弧半径の２倍と同等の距離で平行に形成されている。
また、取付穴２１と先端側３２ａの嵌合溝３２との間の平面２３の中央部には、締結部材としてのボルト３３（図９参照）を螺合させるねじ穴３４が形成されている。

本実施例の係止板３５は、図１１に示すように、上記実施例１の係止板２５と同様の材料等を用いて、嵌合溝３２の溝底の形状に倣った外径形状に形成された、嵌合溝３２に嵌合する厚さを有する板状部材であって、ナット５の中心側である先端側、つまり先端部３２ａの嵌合溝３２に嵌合する側には、先端部３２ａの溝底と同等の円弧半径を有する半円弧部３５ａが形成され、半円弧部３５ａの反対側の後端側、つまり開放端部３２ｂの嵌合溝３２に嵌合する側には、開放端部３２ｂの溝底間の距離と同等の幅を有する平行部３５ｂが形成されている。

また、半円弧部３５ａのねじ穴３４に対応する位置には、ボルト３３を挿通させる取付ボルト穴３６が形成されている。
このような、係止板３５を用いて、ミドルデフレクタ１５を取付けるときは、取付穴２１にミドルデフレクタ１５を挿入して嵌合させ、係止板３５を、その先端側から嵌合溝３２に挿入し、半円弧部３５ａを先端部３２ａの嵌合溝３２に嵌合させた後に、縁部を嵌合溝３２に嵌合させた係止板３５を、取付ボルト穴３６に挿通させたボルト３３により平面２３に締結して、ミドルデフレクタ１５をナット５に係止する。

上記のように、本実施例のミドルデフレクタ１５は、その取付穴２１の口元に形成された嵌合溝３２に縁部を嵌合させた係止板３５によりナット５に係止されるので、上記実施例１と同様に、ミドルデフレクタ１５が押上げられたとしても、その押上げ力は係止板３５の縁部に分散して吸収され、取付穴２１からのミドルデフレクタ１５の抜けを防止して、負荷路からのボール２の掬い上げ等を、円滑に行うことが可能になる。

また、本実施例の係止板３５は、取付ボルト穴３６に挿通させたボルト３３により平面２３に締結されるので、係止板３５が嵌合溝３２から脱落することを防止することができる。
以上説明したように、本実施例では、上記実施例１と同様の効果に加えて、係止板をボルトによりナットに締結するようにしたことによって、係止板の嵌合溝からの脱落を防止することができる。

なお、本実施例においては、係止板の縁部を、嵌合溝の開放端部側を除く切欠部の周囲に形成された嵌合溝に嵌合させてボルトにより締結するとして説明したが、図１２に示すように、嵌合溝３２の先端部３２ａ側を省略して、切欠部２４と同形状にし、取付穴２１の口元に開放端部３２ｂの嵌合溝３２の一部で構成した嵌合溝４２を設け、これに図１３に示す、切欠部２４の半円弧部に挿入可能な半円弧部４５ａと、嵌合溝４２に嵌合する縁部を有する平行部４５ｂとを形成した係止板４５を嵌合させて、取付ボルト穴３６に挿通させたボルト３３により平面２３に締結するようにしてもよい。このようにしてもミドルデフレクタからの押上げ力は、ボルトの締結力と係止板の平行部の縁部とで吸収することができ、上記と同様の効果を得ることができる。

上記各実施例においては、負荷路の両端部を、ナットの軸方向の端部に設けたエンドデフレクタと、ナットの軸方向の中央部に設けた転向部材としてのミドルデフレクタとで接続して循環路を形成するとして説明したが、負荷路の両端部を、ナットの端部に設けた取付穴に嵌合させた転向部材としてのミドルデフレクタと、ナットの中央部に設けた転向部材としてのミドルデフレクタとで接続して循環路を形成するようにしてもよい。この場合にナットの端部に設けた取付穴の口元にも上記各実施例と同様の嵌合溝を設け、これにそれぞれの係止板を嵌合させてナットの端部に設けたミドルデフレクタを係止すれば、上記各実施例と同様の効果を得ることができる。

また、上記各実施例においては、ボールねじ装置のねじ軸を回転させてナットを軸方向に移動させるとして説明したが、ナットを回転させてねじ軸を軸方向に移動させる形式のボールねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。

実施例１のボールねじ装置の断面を示す説明図 実施例１のナットの上面を示す説明図 図２の矢印Ａ方向から見たナットの正面を示す説明図 実施例１のミドルデフレクタを示す説明図 実施例１のミドルデフレクタの取付状態を示す説明図 実施例１のナットに設けた嵌合溝の上面を示す説明図 実施例１の係止板の上面を示す説明図 実施例１の係止板の他の態様の上面を示す説明図 実施例２のミドルデフレクタの取付状態を示す説明図 実施例２のナットに設けた嵌合溝の上面を示す説明図 実施例２の係止板の上面を示す説明図 実施例２のナットに設けた嵌合溝の他の態様の上面を示す説明図 実施例２の係止板の他の態様の上面を示す説明図 従来のミドルデフレクタの取付状態を示す説明図

符号の説明

１ ボールねじ装置
２、１０６ ボール
３、１０４ ねじ軸
４、１０５ 軸軌道溝
５、１０１ ナット
６、１０２ ナット軌道溝
７ フランジ部
８ ボルト穴
１０ エンドデフレクタ、
１１ 装着穴
１２、１６ タング部
１３、１７、１０７ 転向路
１５、１０８ ミドルデフレクタ
１５ａ、１０８ａ 上面
１８ａ、１８ｂ 分割片
１９ 戻り路
２１、１０３ 取付穴
２２、３２、４２ 嵌合溝
２２ａ、３２ａ 先端部
２２ｂ、３２ｂ 開放端部
２３、１０９ 平面
２４ 切欠部
２５、３５、４５ 係止板
２５ａ 突出部
２５ｂ、３５ｂ、４５ｂ 平行部
２６、２８ スリット
３３、１１１ ボルト
３４、１１０ ねじ穴
３５ａ、４５ａ 半円弧部
３６ 取付ボルト穴
１１２ 押え板

Claims (5)

1. 外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、
   内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットと、
   前記軸軌道溝とナット軌道溝とで形成され、前記ナットの軸方向に並設された２つの負荷路と、
   前記各負荷路を転動する複数のボールと、
   前記ナットのナット軌道溝と外周面との間に、軸方向に沿って前記負荷路に対応して形成された戻り路と、
   前記各負荷路の前記ナットの軸方向の中央部側の端部と、それぞれに対応する前記戻り路の端部との間を接続し、前記ボールの移動方向を転向させる転向路が形成された転向部材と、を備えたボールねじ装置において、
   前記ナットの外周面から前記ナット軌道溝に貫通し、前記転向部材を嵌合させる取付穴と、
   前記取付穴の口元に、該取付穴の深さ方向と直交する方向に形成され、前記ナットの中心側の溝底を開放端部側より深い深さで円弧状に形成した門型の嵌合溝と、
   前記ナットの中心側の嵌合溝に嵌合する円弧状の突出部と、前記開放端部側の嵌合溝に嵌合する平行部と、前記突出部の先端から前記平行部に至る前記突出部を２分するスリットとを有し、前記転向部材の上面を係止する係止板と、を設け、
   前記取付穴に嵌合させた転向部材を、前記嵌合溝に縁部を嵌合させた前記係止板で、前記ナットに係止したことを特徴とするボールねじ装置。
2. 請求項１において、
   前記係止板のスリットを、前記突出部と反対側の端面から前記突出部の中央部に至るスリットとしたことを特徴とするボールねじ装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記ナットの軸方向の端部側の前記負荷路の端部を構成する前記ナット軌道溝に貫通する取付穴を設けると共に、該取付穴の口元に前記嵌合溝を設け、
   前記ナットの端部の取付穴に嵌合させた転向部材を、前記嵌合溝に縁部を嵌合させた前記係止板で、前記ナットに係止したことを特徴とするボールねじ装置。
4. 外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、
   内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットと、
   前記軸軌道溝とナット軌道溝とで形成され、前記ナットの軸方向に並設された２つの負荷路と、
   前記各負荷路を転動する複数のボールと、
   前記ナットのナット軌道溝と外周面との間に、軸方向に沿って前記負荷路に対応して形成された戻り路と、
   前記各負荷路の前記ナットの軸方向の中央部側の端部と、それぞれに対応する前記戻り路の端部との間を接続し、前記ボールの移動方向を転向させる転向路が形成された転向部材と、を備えたボールねじ装置において、
   前記ナットの外周面から前記ナット軌道溝に貫通し、前記転向部材を嵌合させる取付穴と、
   前記取付穴の口元に、該取付穴の深さ方向と直交する方向に形成され、前記ナットの中心側の溝底を開放端部側と同等の深さの半円弧形状に形成した門型の嵌合溝と、
   前記ナットの中心側の嵌合溝に嵌合する半円弧部と、前記開放端部側の嵌合溝に嵌合する平行部と、前記半円弧部に形成された締結部材挿通穴とを有し、前記転向部材の上面を係止する係止板と、を設け、
   前記係止板を、締結部材挿通穴に挿通させた締結部材で前記ナットに締結したことを特徴とするボールねじ装置。
5. 請求項４において、
   前記ナットの軸方向の端部側の前記負荷路の端部を構成する前記ナット軌道溝に貫通する取付穴を設けると共に、該取付穴の口元に前記嵌合溝を設け、
   前記ナットの端部の取付穴に嵌合させた転向部材を、前記嵌合溝に縁部を嵌合させた前記係止板で、前記ナットに係止したことを特徴とするボールねじ装置。