JP5023550B2

JP5023550B2 - ボールねじ

Info

Publication number: JP5023550B2
Application number: JP2006133995A
Authority: JP
Inventors: 幸治滝野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2026-05-12
Also published as: JP2007303590A

Description

本発明は、多数のボールをねじ軸とナットとの間のボール転動路で転動させてねじ軸又はナットを回転移動するボールねじに関するものである。

一般に、ボールねじは、外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のボール転動溝と対向する螺旋状のボール転動溝を有するナットと、前記ねじ軸及びナットのボール転動溝間のボール転動路を当該ねじ軸又はナットの回転運動に伴って転動する多数のボールと、前記ボールの転がり方向を変更してボール戻し路に送給し且つボール戻し路からボールをボール転動路に戻すボール循環路とを備えて構成される。ボールの循環方式としては、例えばＵ字状のボール戻しチューブを用いてボールを循環させる方式（以下、チューブ循環方式と称す）などがある。

ところで、転動路内のボールは、負荷分布のバラツキ等により、個々のボールと溝との接触角に相違があり、これによりボール公転速度にバラツキが発生し、ボール同士が擦れ合う競い合いが発生する。ボール転動路とボール循環路とで構成される１回路が長くなると、競い合うボール数が増加するため、寿命や作動トルクに悪影響が出る場合がある。従って、１回路中のボール数が多すぎることは好ましくない。

ボールねじの総ボール数は負荷条件によって決定されるので、ボール数が多い場合には、２回路以上に分離することが有効である。前述したチューブ循環方式ボールねじでも、回路を複数化することは広く行われているが、チューブ循環方式ボールねじでは、ナット外部にボール戻しチューブを配設するため、ナットの外径が大きくなるとか、チューブ内のボールの通過音が外部に漏れやすい、といった欠点がある。

そこで、下記特許文献１に記載されるボールねじでは、ナットの内部にボール戻し路を形成し、ボール転動路からボールを掬い上げる部位及びボール転動路にボールを戻す部位に、一般にデフレクタと呼ばれる循環部材を取付け、この循環部材でボール転動路のボールを掬い上げてボール戻し路に送給し、循環部材を介してボール戻し路からボール転動路にボールを戻すようにしてボール循環路を形成し、このボール循環路をナット内に２つ設けて２回路構成とすることで回路の長さを短くし、回路中のボール数を低減している。
欧州特許第１４７１２８６号

前述した特許文献１のボールねじでは、そのfig.1に記載されるように、ナットに形成されるボール戻し路は当該ナットの軸と平行であり、このナットの軸と平行なボール戻し路にスムーズにボールを送給し、ボール戻し路からスムーズにボールを戻すためには、ボール転動路の接線方向にボールを送給し、ボール転動路の接線方向にボールを戻すようにする必要があり、そのようにするためにはボールを送給する部分とボールを戻す部分とで、ボール戻し路とボール転動路とを結ぶ連結路の角度（位相）を変える必要がある。即ち、特許文献１のボールねじでは、この位相の異なる連結路にデフレクタ、即ち循環部品を差し込んで取付けるために、循環部品の差し込み用凹部を、いちいち、位相を変えて形成する必要がある。しかしながら、円筒形のナットの外周或いは内周に位相の異なる凹部を形成すること自体が困難である上に、凹部の底に循環部品取付座面を高精度に加工するのは更に困難である。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、循環部品取付後部の加工を容易化、高精度化することが可能なボールねじを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に係るボールねじは、外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のボール転動溝と対向する螺旋状のボール転動溝を有するナットと、前記ねじ軸及びナットのボール転動溝間のボール転動路を当該ねじ軸又はナットの回転運動に伴って転動する多数のボールと、前記ボールの転がり方向を変更してボール戻し路に送給し且つボール戻し路からボールをボール転動路に戻すボール循環路とを軸方向に２回路以上備えたボールねじにおいて、前記ナットの軸線方向端部でのボール循環路のボール循環方式と、当該ナットの軸線方向中央部でのボール循環路のボール循環方式とが異なることを特徴とするものである。

また、前記ナットの軸線方向中央部において前記ボール転動路からボールを掬い上げる部分又はボール転動路にボールを戻す部分に用いられる循環部品であって、１つの部材に形成された溝とナットに形成された壁面とで管路を形成し、この管路を通じてボールをボール戻し路に送給するか又はボール転動路にボールを戻すことを特徴とするものである。
また、ナットの軸線方向中央部での循環部品の差し込み方向を同一方向としたことを特徴とするものである。

而して、本発明のうち請求項１に係るボールねじによれば、外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のボール転動溝と対向する螺旋状のボール転動溝を有するナットと、前記ねじ軸及びナットのボール転動溝間のボール転動路を当該ねじ軸又はナットの回転運動に伴って転動する多数のボールと、前記ボールの転がり方向を変更してボール戻し路に送給し且つボール戻し路からボールをボール転動路に戻すボール循環路とを軸方向に２回路以上備えたボールねじにおいて、前記ナットの軸線方向端部でのボール循環路のボール循環方式と、当該ナットの軸線方向中央部でのボール循環路のボール循環方式とが異なる構成としたため、例えばナットの軸線方向端部ではボールをボール転動路から掬い上げたりボールをボール転動路に戻したりするための循環部品をナットの軸線方向に沿って差し込むようにして取付け、ナットの軸線方向中央部では循環部品をナットの径方向に沿って差し込むようにして取付けることで、ナットの軸線方向中央部での循環部品の差し込み方向を同一方向とすることが可能となり、これにより循環部品取付凹部の加工が容易化、高精度化するだけでなく、ナットの軸線方向端部では循環部品の差し込み方向をボール戻し路と同じ方向として、その循環部品取付凹部の加工も容易化、高精度化することができる。

また、ナットの軸線方向中央部においてボール転動路からボールを掬い上げる部分又はボール転動路にボールを戻す部分に用いられる循環部品であって、１つの部材に形成された溝とナットに形成された壁面とで管路を形成し、この管路を通じてボールをボール戻し路に送給するか又はボール転動路にボールを戻す構成としたため、部品点数を低減してコストを低廉化することができる。

また、ナットの軸線方向端部でのボール循環路のボールを掬い上げる方向と、当該ナットの軸線方向中央部でのボール循環路のボールを掬い上げる方向とのなす角度は９０°±αとなる。また、ボール戻し路の位置はナットの外径寸法に影響を与える。従って、ナットの外形寸法や循環部と溝部の干渉などによりαは適宜設定される。ナットの軸線方向中央部の循環部品の差し込み方向を基準とした場合、ナットの軸線方向端部の循環部品を９０°±αだけ位相を回転させて形成する構造となる。しかし、ナット端部からボール戻し路を加工するのと同時に（ワンチャックで）ナット中の軸線方向中央部の循環部品差し込み凹部の加工を行うことによりコストアップすることなく、精度よく加工することが可能となる。即ち、ナットの軸線方向中央部での循環部品の差し込み方向を同一方向としたことにより、ナット全体の加工が容易になる。

次に、本発明のボールねじの第１実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のボールねじの概略構成図であり、図２は、本実施形態のボールねじのボール循環路を示す縦断面図であり、図１では、ねじ軸の表記を省略している。ねじ軸１の外周面には、断面がほぼ半円形のボール転動溝２が螺旋状に形成されており、これに対向するナット３の内周面にも、断面がほぼ半円形のボール転動溝４が螺旋状に形成されており、このねじ軸１のボール転動溝２とナット３のボール転動溝４との間にボール転動路５が形成される。なお、ナット３の図示右方端部には、取付用フランジ６が形成されており、そのフランジ６に、例えばボルトなどを挿通するための貫通孔７が等角度で開設されている。

このボール転動路５には、ねじ軸１又はナット２の回転運動に伴って転動するボール８が多数配設されている。また、ナット３の内部には、ボール転動路５のボール８を掬い上げて再びボール転動路５に戻すためのボール戻し路９が形成されている。本実施形態では、図２に明示するように、ナット３の軸線方向の図示左方端部から同軸線方向中央部にかけてと、ナット３の軸線方向図示右方端部から同軸線方向中央部にかけての２カ所に、ナットの軸線方向と平行なボール戻し路９が形成されており、それらは互いにナット３の周方向にずらしてある。但し、複数のボール戻し路９をナット３の周方向にずらすことは本発明の必須要件ではない。

夫々のボール戻し路９の端部は、夫々、ボール転動路に向かう連結路１０が形成され、この連結路１０、ボール戻し路９でボールの循環路１１が形成される。このボール循環路１１の連結路１０は、図１に明らかなように、ボール転動路５からボール８を掬い上げてボール戻し路９に送給する部分と、ボール戻し路９からボール８をボール転動路５に戻す部分とで角度（位相）が異なる。即ち、ナット３の軸線方向と平行なボール戻し路９にスムーズにボール８を送給し、ボール戻し路９からスムーズにボール８をボール転動路５に戻すためには、ボール転動路５の接線方向にボール８を送給し、ボール転動路５の接線方向にボール８を戻すようにする必要がある。このような機能を要求される連結路１０は、前述したデフレクタ１２，１３と呼ばれる循環部品で構成されており、このデフレクタ１２，１３は、ボール転動路５からボール８を掬い上げる又はボール転動路５にボール８を戻す機能を有する。

この２つのボール循環路１１のうち、ナット３の軸線方向端部でボール転動路５からボール８を掬い上げる部分又はボール転動路５にボール８を戻す部分には、前記特許文献１に記載されるデフレクタ１２、即ち循環部品が取付けられている。このデフレクタ１２は、前述したようにナット３の軸線方向に向けて凹部を形成し、そこに、ナット３の軸線方向に沿って差し込むようにして取付けられている（以下、このデフレクタ１２をエンドデフレクタ１２とも称する）。ちなみに、ナット３の軸線方向端部でのエンドデフレクタ１２の差し込み方向は、ボール戻し路９と同じくナット３の軸線方向と平行であり、その差し込み凹部の加工は容易、且つ高精度である。

一方、２つのボール循環路１１のうち、ナット３の軸線方向中央部でボール転動路５からボール８を掬い上げる部分又はボール転動路５にボール８を戻す部分には、本実施形態独自のデフレクタ１３、即ち循環部品が取付けられている。このデフレクタ１３は、例えば図３に示すように、ナット３の径方向に向けて凹部１４を形成し、そこに、ナット３の径方向に沿って差し込むようにして取付けられている（以下、このデフレクタ１３をミドルデフレクタ１３とも称する）。即ち、ナット３の軸線方向端部でのボール循環路１１のボール循環方式と、当該ナット３の軸線方向中央部でのボール循環路１１のボール循環方式とが異なる。ちなみに、図１に明らかなように、ナット３の軸線方向中央部でのミドルデフレクタ１３の差し込み方向は同一方向になっており、その差し込み凹部の加工は容易、且つ高精度である。

この本実施形態独自の循環部品、即ちミドルデフレクタ１３は、例えば図３、図４に示すように、例えば１つの樹脂部材に、ボール８が転動する転動溝１５を形成し、この転動溝１５とナット３内部の連結路１０の壁面とで連結路（管路）１０を形成し、この管路をボール８が通過するようにしたものである。転動溝１５は、ねじ軸１のボール転動路２に接触又は近接してボール８を滑らかに掬い上げる又はボール８を滑らかにボール転動路２に戻すためのタング部１６と、その両側の側壁部１７とからなる。このミドルデフレクタ１３によれば、部品点数が少なくてすみ、その分だけ、コストの低廉化が可能となる。

このミドルデフレクタ１３としては、例えば図５、図６に示すように、例えば断面半円形の転動溝１５が形成された２つの樹脂部材を組合せて連結路（管路）１０が形成されるようにし、この管路をボール８が通過するようにしてもよい。このうち、ねじ軸１側の部材には、当該ねじ軸１のボール転動路２に接触又は近接してボール８を滑らかに掬い上げる又はボール８を滑らかに転動路５に戻すためのタング部１６が形成されている。このミドルデフレクタ１３によれば、連結路（管路）１０の内壁の曲率半径をボール８の半径に近づけることができ、その結果、連結路（管路）１０の摩耗を低減することができる。

なお、本実施形態では、ミドルデフレクタ１３取付凹部は、比較的大径の円孔部ａと比較的小径の円孔部ｂとで構成されているため、切削工具による穴明け加工のみで形成することができ、型彫り加工がなく、加工性に優れる。また、エンドデフレクタ１２の固定方法は、前記に限定されるものではなく、例えば図７に示すように、固定ねじ２５によって固定するようにしてもよい。

このように、本実施形態のボールねじによれば、ナット３の軸線方向端部でのボール循環路１１のボール循環方式と、当該ナット３の軸線方向中央部でのボール循環路１１のボール循環方式とが異なる構成としたため、例えばナット３の軸線方向端部ではボール８をボール転動路５から掬い上げたりボール８をボール転動路５に戻したりするためのエンドデフレクタ（循環部品）１２をナット３の軸線方向に沿って差し込むようにして取付け、ナット３の軸線方向中央部ではミドルデフレクタ（循環部品）１３をナット３の径方向に沿って差し込むようにして取付けることで、ボール循環路１１を軸線方向に複数形成することができると共に、ナット３の軸線方向中央部でのミドルデフレクタ１３の差し込み方向を同一方向とすることが可能となり、これによりミドルデフレクタ取付凹部の加工が容易化、高精度化するだけでなく、ナット３の軸線方向端部ではエンドデフレクタ１２の差し込み方向をボール戻し路９と同じ方向として、その取付凹部の加工も容易化、高精度化することができる。また、ナット３の軸線方向端部にエンドデフレクタ１２を用いることにより、エンドデフレクタ１２の取付位置をフランジ６の内部に収納することが可能となり、その分だけ、ナット３の軸線方向長さを短縮することができる。
但し、エンドデフレクタは、この形状に限定されるものではなく、例えばナットの軸線方向端部に外付けされる、円環状のエンドキャップと呼ばれる形式でも構わない。

次に、本発明のボールねじの第２実施形態について、図８を用いて説明する。この実施形態では、前記第１実施形態に対して、もう１つボール循環路１１が増設されている。即ち、図７ｂの軸線方向図示左方端部から軸線方向中央左部までのボール戻し路９、軸線方向中央左部から軸線方向中央右部までのボール戻し路９、軸線方向中方右部から軸線方向右方端部までのボール戻し路９が形成され、その夫々のボール戻し路９端部の連結路１０によってボール循環路１１が形成される。夫々のボール循環路１１の連結路１０のうち、ナット３の軸線方向端部のボール掬い上げ部分又はボール戻し部分には、前述したエンドデフレクタ１２が取付けられ（図の軸線方向右方端部のエンドデフレクタは図示を省略している）、その他のボール掬い上げ部分又はボール戻し部分にはミドルデフレクタ１３が取付けられている。従って、この実施形態では、３列のボール循環路１１が形成されることから、長尺なナットでも１列のボール循環路１１を短くすることができ、これにより１列のボール循環路１１と１条のボール転動路５とで構成される１回路内のボール８の数を低減することができる。

次に、本発明のボールねじの第３実施形態について、図９を用いて説明する。この実施形態では、前記第１実施形態の２列のボール循環路１１を、夫々、周方向にずらして、もう２列増設したものであり、夫々のボール循環路１１により２条のボール転動路５に対応している。本実施形態でも、夫々のボール循環路１１の連結路１０のうち、ナット３の軸線方向端部のボール掬い上げ部分又はボール戻し部分には、前述したエンドデフレクタ１２が取付けられ（図の軸線方向端部のエンドデフレクタは図示を一部省略している）、ナット３の軸線方向中央部のボール掬い上げ部分又はボール戻し部分にはミドルデフレクタ１３が取付けられている。従って、この実施形態では、２条のボール転動路５が形成されることからボール転動路５のリードが大きくなって１条のボール転動路５を短くすることができ、これにより１列のボール循環路１１と１条のボール転動路５とで構成される１回路内のボール８の数を低減することができる。

次に、本発明のボールねじの第４実施形態について、図１０を用いて説明する。この実施形態では、分割される回路の長さを不均一とした。回路の長さは、必要最小限の負荷容量とするために回路長さを不均一としてもよいし、オフセット予圧（２回路間でナットの溝をオフセットする予圧方法）の場合には、例えば垂直軸に使用するときには重力方向の巻き数を多く設定し、必要最小限のナット長さとすることができる。即ち、２．７５巻側で外力＋重力を受け、２．７５巻側で外力−重力を受けるような設計である。なお、図１０は、１．７５巻と２．７５巻の例であるが、巻き数の組合せはこの限りではない。また、２条仕様にも対応可能である。

本発明のボールねじの第１実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図である。図１のボールねじのボール循環路を示す縦断面図である。図１のナットの軸線方向中央部に用いられているミドルデフレクタの一例を示す斜視図である。図３のミドルデフレクタをナットのボール循環路の連結路に組付けた状態の縦断面図である。図１のナットの軸線方向中央部に用いられているミドルデフレクタの他の例を示す部材平面図である。図５のミドルデフレクタをナットのボール循環路の連結路に組付けた状態の縦断面図である。図１のエンドデフレクタの固定方法の他の例を示す正面図である。本発明のボールねじの第２実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図である。本発明のボールねじの第３実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。本発明のボールねじの第４実施形態を示す概略構成正面図である。

符号の説明

１はねじ軸
２はボール転動溝
３はナット
４はボール転動溝
５はボール転動路
６はフランジ
７は貫通孔
８はボール
９はボール戻し路
１０は連結路
１１はボール循環路
１２はエンドデフレクタ（循環部品）
１３はミドルデフレクタ（循環部品）
１４は凹部
１５は転動溝
１６はタング部
１７は側壁部

Claims

外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のボール転動溝と対向する螺旋状のボール転動溝を有するナットと、前記ねじ軸及びナットのボール転動溝間のボール転動路を当該ねじ軸又はナットの回転運動に伴って転動する多数のボールと、前記ボールの転がり方向を変更してボール戻し路に送給し且つボール戻し路からボールをボール転動路に戻すボール循環路とを軸方向に２回路以上備えたボールねじにおいて、前記ナットの軸線方向端部でのボール循環路のボール循環方式と、当該ナットの軸線方向中央部でのボール循環路のボール循環方式とが異なり、前記ナットの軸線方向中央部において前記ボール転動路からボールを掬い上げる部分又はボール転動路にボールを戻す部分に用いられる循環部品は、１つの部材に形成された溝とナットに形成された壁面とで管路を形成し、この管路を通じてボールをボール戻し路に送給するか又はボール転動路にボールを戻し、前記ナットの軸線方向中央部では回路毎に循環部品を取付け、ナットの軸線方向中央部での循環部品の差し込み方向を同一方向としたことを特徴とするボールねじ。