JP5042347B2

JP5042347B2 - 転動体ねじ装置

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Publication number: JP5042347B2
Application number: JP2010198935A
Authority: JP
Inventors: 弘太郎河合; 晴隆對木; 正則吉野; 国男高野
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2030-09-06
Also published as: US8925413B2; CN103097772A; US20130139629A1; CN103097772B; DE112011102957T5; WO2012032871A1; TW201229404A; JP2012057655A; DE112011102957B4; TWI432660B

Description

本発明は、ナット部材が転動体を介してねじ軸に螺合し、回転運動を直線運動に変換する転動体ねじ装置に関する。

前記転動体ねじ装置としては、例えば、循環部品を用いて転動体の無限循環路を形成するタイプのものが知られている。この種の転動体ねじ装置は、多数の転動体としてのボールと、外周面に螺旋状のボール転走溝が形成されたねじ軸と、前記ボール転走溝に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝を有すると共に前記ボールを介してねじ軸に螺合するナット部材と、このナット部材に装着されてボールの無限循環路を形成する循環部品とを備えている（特開平11-51049号公報）。

前記循環部品は、前記ナット部材の周壁に嵌合する一対の第一循環部と、これら一対の第一循環部を連結する第二循環部を有して略Ｕ字状に形成されており、一方の第一循環部から他方の第一循環部に向けて該循環部品の内部をボールが転動し得るようになっている。各第一循環部は断面略楕円状の筒体として形成されており、その内部には前記負荷転動体転走溝のリード角に沿って接線方向に延びるボール誘導孔が形成されている。一方、前記ナット部材には循環部品の第一循環部を挿入するためのパイプ装着孔が一対形成されており、これら一対のパイプ装着孔は前記ナット部材の負荷転動体転走溝の数巻分を隔てて形成されている。

前記ナット部材のパイプ装着孔に対して循環部品の第一循環部を嵌合させると、各第一循環部がナット部材の内周面に僅かに突出し、前記ねじ軸のボール転走溝とナット部材の負荷転動体転走溝からなる負荷転動体転走路を転動し終えたボールを循環部品内に掬い上げて前記ナット部材の負荷転動体転走溝から離脱させ、前記負荷転動体転走路の開始位置に戻すように構成されている。すなわち、循環部品をナット部材に装着することによりボールの無限循環路が完成するようになっている。

特開平11-51049号公報

しかし、このような従来の転動体ねじ装置では、各第一循環部の内部に設けられたボール誘導孔が前記負荷転動体転走溝のリード角に沿って傾斜している必要があるため、一様の直径からなる第一循環部の構成では該第一循環部を大径化せざるを得ない。更に、前記第二循環部及び一対の第一循環部からなる循環部品内をボールが転動するようになっているため、ボールの円滑な循環を阻害しないよう、これら第二循環部と一対の第一循環部との間に接続構造を設ける必要がある。このため、やはり従来の第一循環部の構成では該第一循環部を大径化せざるを得ない。

この第一循環部の大径化に伴って、該第一循環部が嵌合するナット部材のパイプ装着孔も大径化せざるを得ない。このような直径の大きなパイプ装着孔をナット部材に対してその中心軸線と垂直な方向から開設した場合には、かかるナット部材の内周面に所定のリード角で負荷転動体転走溝が形成されていることから、前記パイプ装着孔が隣接する負荷転動体転走溝と干渉してしまう懸念があり、特に、リード長が短く、しかも転動体の直径が大きい転動体ねじ装置の場合には、前記パイプ装着孔を開設することが困難であった。

また、前記循環部品を一対の第一循環部と前記第二循環部とから構成する場合、これら第一循環部と前記第二循環部との接続位置に継ぎ目が生じてしまう。かかる場合、第一循環部の加工誤差と第二循環部の加工誤差との相違から、これら第一循環部と前記第二循環部の継ぎ目に段差が発生し易く、これによりボールの円滑な循環を阻害してしまう懸念もあった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、リード長が短く且つ転動体の直径が大きい場合であっても循環部品を用いて転動体の無限循環路を構築することが可能であり、しかも第一循環部と前記第二循環部との継ぎ目の段差が発生しにくく、もって転動体の循環に対して悪影響を及ぼすことのない転動体ねじ装置を提供することにある。

このような目的を達成する本発明の転動体ねじ装置は、外周面に所定のリード角で螺旋状の転動体転走溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸が貫通する貫通孔を有すると共にこの貫通孔の内周面には前記転動体転走溝に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝が形成され、これら転動体転走溝と負荷転動体転走溝を転動する多数の転動体を介して前記ねじ軸に螺合するナット部材と、このナット部材の周壁を貫通する一対の第一循環部及びこれら第一循環部を連結する第二循環部を有し、前記負荷転動体転走溝の両端を繋いで転動体の無限循環路を形成する循環部品と、を備えている。

そして、前記ナット部材には、前記循環部品の一対の第一循環部が設けられる一対の循環部品装着孔が当該ナット部材の中心軸と垂直に設けられる一方、前記第一循環部は、前記循環部品装着孔に対して前記ナット部材の中心軸と垂直な方向から設けられる第一円筒部と、この第一円筒部の一端に当該第一円筒部と軸心を合致させて第一円筒部よりも外径の大きい第二円筒部とから構成されている。また、前記第一円筒部には、前記ナット部材の負荷転動体転走溝から連続する転動体誘導孔が当該第一円筒部の中心軸に対してリード角方向に傾斜して形成されている。

このような本発明の転動体ねじ装置によれば、前記第一円筒部が嵌合するナット部材に係る循環部品装着孔の直径も小さく設定することが可能となる。それ故、かかる循環部品装着孔が隣接するナット部材の負荷転動体転走溝に干渉することがなく、リード長が短く且つ転動体の直径が大きい場合であっても循環部品を用いて転動体の無限循環路を構築することが可能である。

本発明の実施形態であるボールねじ装置を示す斜視図である。図１に示すボールねじ装置が備えるナット部材とリターンパイプとの関係を示す分解斜視図である。図２に示す第二循環部の側面図である。図２に示す第一循環部の斜視図である。図４に示す第一循環部の側面図である。図４に示す第一循環部を第二円筒部側から観察した正面図である。前記リターンパイプとナット部材に形成された嵌合孔との結合部位を示す拡大図である。

以下、添付図面を用いて本発明の実施形態であるボールねじ装置を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態であるボールねじ装置を示す斜視図である。このボールねじ装置は、外周面に所定のリード角で螺旋状の転動体転走溝、すなわち、ボール転走溝が形成されたねじ軸１と、多数の転動体、すなわち、ボール３を介してこのねじ軸１に螺合するナット部材２と、前記ボール３が無負荷状態で転動する無負荷転動体通路を有すると共に前記ナット部材２に装着されてボール３の無限循環路を形成する循環部品、すなわち、中空の円筒状をしたリターンパイプ４と、から構成されている。尚、図１では前記ナット部材２の内部構造を理解しやすくするため、前記ねじ軸１を鎖線で描いている。

前記ナット部材２は、前記ねじ軸１が貫通する貫通孔を有して円筒状に形成されており、かかる貫通孔の内周面には前記ねじ軸１のボール転走溝に対向する負荷転動体転走溝２１が形成されている。前記ボール３は、ねじ軸１のボール転走溝とナット部材２の負荷転動体転走溝２１からなる負荷転動体転走路内を荷重を負荷しながら転動するようになっている。また、前記ナット部材２の外周面には平面部２２が形成されており、この平面部２２には前記リターンパイプ４が嵌合する一対の嵌合孔２３が形成されている。これら一対の嵌合孔２３はナット部材２の中心軸を挟むように、且つ、ナット部材２の中心軸と垂直な方向に形成されており、該ナット部材２の内周面まで貫通形成されている。尚、前記ナット部材２の軸方向一端には当該ナット部材２を機械装置等に固定するためのフランジ部２６が形成されている。

前記ナット部材２に形成された各嵌合孔２３は、前記ナット部材２の内周面に貫通する循環部品装着孔、すなわち、パイプ装着孔２４と、このパイプ装着孔２４と段部２５ａを介して連続すると共に前記ナット部材２の平坦面２２に向けて開口する開口孔２５と、から構成されている（図７参照）。

図２は、前記ナット部材２とリターンパイプ４との関係を示す分解斜視図である。前記ねじ軸１及びボール３は省いて描いている。前記リターンパイプ４は、ナット部材２の嵌合孔２３に嵌合する一対の第一循環部４１と、これら一対の第一循環部４１を連結する第二循環部４２とから構成されており、全体として略Ｕ字状に形成されている。

このリターンパイプ４は、前記ナット部材２に形成された負荷転動体転走溝２１の数巻分を跨ぐようにして該ナット部材２の平坦面２２に取付金具５及び固定ねじ６によって固定されている。前記ナット部材２の負荷転動体転走路の一端まで転動してきたボール３は一方の第一循環部４１からリターンパイプ４内の無負荷転動体通路に進入し、当該無負荷転動体通路を循環し、他方の第一循環部４１から前記負荷転動体転走路の他端に送り出されるようになっている。すなわち、前記リターンパイプ４をナット部材２の平坦面２２に固定することにより、前記負荷転動体転走路とリターンパイプ４の無負荷転動体通路とが連結してボール３の無限循環路が完成する。

図１及び図２に示すナット部材２にはボール３の無限循環路が１条形成されており、この無限循環路に対応して前記第一循環部４１及び第二循環部４２からなるリターンパイプ４一組がナット部材２に固定されるようになっている。尚、ボールねじ装置の許容荷重や大きさ等を考慮し、前記リターンパイプ４の組数を任意に増加させることが可能である。

図３は前記第二循環部４２を示す側面図である。この第二循環部４２は、前記ボール３の無負荷転動体通路を形成する案内孔４２ａを有して中空の円筒状に形成されると共に、全体として略Ｕ字状に形成されている。かかる案内孔４２ａの内径は前記ボール３の直径よりも大きく形成されている。また、この第二循環部４２の両端には後述する第一循環部４１の凸部４５ａが嵌合する一対の凹部４２ｂが形成されており、これら一対の凹部４２ｂは前記案内孔４２ａを介して対向している。ここでは、一対の凹部４２ｂを設けたが、対ではなく単数でも良い。尚、図３の側面図は一方向から前記第二循環部４２を観察したものであるため、第二循環部４２の各端部には一方の凹部４２ｂのみが描かれている。

一方、図４は前記第一循環部４１の詳細を示す斜視図である。この第一循環部４１は、前記ナット部材２に形成されたパイプ装着孔２４に対して該ナット部材２の中心軸と垂直な方向から適合する第一円筒部４３と、この第一円筒部４３よりも外径が大きく設定されると共に、かかる第一円筒部４３の一端に当該第一円筒部４３と軸心を合致させて設けられた第二円筒部４４と、から構成されている。

前記第一円筒部４３に係るナット部材２の内周側の端部には、前記ナット部材２の負荷転動体転走溝２１を転動してきたボール３を前記リターンパイプ４の無負荷転動体通路内に掬い上げるための掬い上げ部４３ａが形成されている。一方で、前記第二円筒部４４には前記第二循環部４２の端部が嵌合する円環状の位置決め段部４５が形成されている。この位置決め段部４５には、前記第二循環部４２の端部に形成された凹部４２ｂに嵌合する一対の凸部４５ａが形成されている。

図５は前記第一循環部４１を示す側面図である。前記第一円筒部４３及び第二円筒部４４には、前記ナット部材２の負荷転動体転走溝２１から連続する転動体誘導孔、すなわち、ボール誘導孔４６が形成されている。このボール誘導孔４６の内径は前記ボール３の直径よりも大きく形成されており、前記第二循環部４２の案内孔４２ａと協働してボール３の無負荷転動体通路を形成する。すなわち、かかるボール誘導孔４６は前記ナット部材２の負荷転動体転走溝２１を転動してきたボール３を前記第二循環部４２の案内孔４２ａへと案内するようになっている。

このようなボール誘導孔４６は、前記第一円筒部４３の内周面において該第一円筒部４３の中心軸Ｌに対して負荷転動体転走溝２１のリード角αと合致した方向に傾斜する導入領域Ａと、前記第二円筒部４４の内周面において前記ナット部材２の中心軸に対して垂直に設けられて前記第二循環部４２の案内孔４２ａと連結する連結領域Ｂと、これら導入領域Ａと連結領域Ｂとの間に設けられ、一定の曲率で湾曲する中間領域Ｃとから構成されている。つまり、前記第二円筒部４４の位置決め段部４５は、ボール誘導孔４６の連結領域Ｂの周囲に設けられている。

このように、前記第一円筒部４３及び第二円筒部４４に形成されたボール誘導孔４６は第一循環部４１の内部にて湾曲していることから、前記連結領域Ｂの周囲に設けられた位置決め段部４５の中心軸ｒは、図６に示すように、前記第二円筒部４４の中心軸Ｒに対して偏位している。すなわち、前記第二円筒部４４の肉厚は不均一に形成されている。

上記構成からなる各第一循環部４１の凸部４５ａに対して前記第二循環部４２の凹部４２ｂを嵌合させることにより、かかる第二循環部４２が各第一循環部４１に対して位置決め固定され、リターンパイプ４が完成する。また、各第一循環部４１と第二循環部４２との組付けにより、該第一循環部４１のボール誘導孔４６と第二循環部４２の案内孔４２ａが連結してボール３の無負荷転動体通路が完成することになる。

完成したリターンパイプ４をナット部材２の嵌合孔２３に嵌合させると、図７に示すように、該リターンパイプ４を構成する各第一循環部４１の第一円筒部４３は前記嵌合孔２３のパイプ装着孔２４に嵌合される一方、第二円筒部４４は該パイプ装着孔２４に嵌合されず、かかるパイプ装着孔２４と前記開口孔２５との間に設けられた段部２５ａに係止され、該開口孔２５内に配置されるようになっている。尚、図７では前記ナット部材２の嵌合孔２３と第一循環部４１との関係を理解し易くするため、一方の嵌合部位のみを描いている。

また、前記第二循環部４２の上から固定ねじ６を介して取付金具５をナット部材２の平坦面２２に固定させると、前記一対の第一循環部４１及び第二循環部４２がナット部材２に対して位置決め固定されることになる。このとき、前記第一円筒部４３の掬い上げ部４３ａは、図７に示すように、前記ナット部材２の内周面に僅かに突出するように構成されている。

このように、前記第一円筒部４３がナット部材２のパイプ装着孔２４に固定された状態では、当該第一円筒部４３内に形成されたボール誘導孔４６の導入領域Ａがナット部材２の負荷転動体転走溝２１のリード角αに合致した方向に傾斜していることから、前記ナット部材２の負荷転動体転走溝２１上を転動するボール３を前記第二循環部４２の案内孔４２ａに対して円滑に誘導することができる。

以上のように構成された本発明の実施形態であるボールねじ装置では、例えば、前記ねじ軸１を前記ナット部材２に対して回転させると、前記ねじ軸１のボール転走溝とナット部材２の負荷転動体転走溝２１との間で荷重を負荷しながら転動してきたボール３は、前記第一円筒部４３の掬い上げ部４３ａが突出する位置に到達すると、荷重から開放されると共に前記ナット部材２の負荷転動体転走溝２１から離脱する。その後、前記第二循環部４２の案内孔４２ａと第一循環部４１のボール誘導孔４６からなるリターンパイプ４の無負荷転動体通路内を無負荷状態で転動して数巻分前の負荷転動体転走溝２１に戻されることになる。

そして、このような本発明の実施形態であるボールねじ装置によれば、前記リターンパイプ４の第一循環部４１が第一円筒部４３と第二円筒部４４とから構成され、かかる第二円筒部４４には第二循環部４２の端部が嵌合する位置決め段部４５のみが形成される一方、前記第一円筒部４３にはボール誘導孔４６のみが形成されている。このため、前記ナット部材２のパイプ装着孔２４に嵌合する第一円筒部４３の直径を小さく設定することが可能となる。すなわち、この第一円筒部４３が嵌合するナット部材２のパイプ装着孔２４の直径も小さく設定することが可能となる。

このように、本発明の実施形態であるボールねじ装置によれば、前記ナット部材２のパイプ装着孔２４の直径を小さく設定することが可能であるため、かかるパイプ装着孔２４が隣接するナット部材２の負荷転動体転走溝２１に干渉することがなく、リード長が短く且つボール径が大きい場合であってもリターンパイプ４を用いたボール３の無限循環路を構成することが可能となる。

また、本発明の実施形態であるボールねじ装置によれば、前記第一循環部４１に形成されたボール誘導孔４６の連結領域Ｂが前記ナット部材２の中心軸に垂直に設けられているため、かかるボール誘導孔４６の連結領域Ｂ側の内径断面が単一円として形成されている。このため、前記位置決め段部４５の凸部４５ａに第二循環部４２の凹部４２ｂを嵌合させるだけで、前記第一循環部４１に係るボール誘導孔４６の内径と前記第二循環部４２に係る案内孔４２ａの内径とを正確に位置決めすることが可能となる。その結果、ボール３の円滑な循環を確保することが可能となる。

１…ねじ軸、２…ナット部材、３…ボール、４…リターンパイプ（循環部品）、２１…負荷転動体転走溝、２３…パイプ装着孔（循環部品装着孔）、４１…第一循環部、４２…第二循環部、４３…第一円筒部、４４…第二円筒部、４５…位置決め段部、４６…ボール誘導孔（転動体誘導孔）

Claims

外周面に所定のリード角で螺旋状の転動体転走溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸が貫通する貫通孔を有すると共にこの貫通孔の内周面には前記転動体転走溝に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝が形成され、これら転動体転走溝と負荷転動体転走溝を転動する多数の転動体を介して前記ねじ軸に螺合するナット部材と、このナット部材の周壁を貫通する一対の第一循環部及びこれら第一循環部を連結する第二循環部を有し、前記負荷転動体転走溝の両端を繋いで転動体の無限循環路を形成する循環部品と、を備える転動体ねじ装置において、
前記ナット部材には、前記循環部品の一対の第一循環部が設けられる一対の循環部品装着孔が当該ナット部材の中心軸と垂直に設けられ、
前記第一循環部は、前記循環部品装着孔に対して前記ナット部材の中心軸と垂直な方向から設けられる第一円筒部と、この第一円筒部の一端に当該第一円筒部と軸心を合致させて第一円筒部よりも外径の大きい第二円筒部とを有し、
前記第一円筒部には、前記ナット部材の負荷転動体転走溝から連続する転動体誘導孔が当該第一円筒部の中心軸に対してリード角方向に傾斜して形成され、
前記第二円筒部には前記第二循環部の端部が嵌合する円環状の位置決め段部が前記転動体誘導孔の周囲に形成され、かかる位置決め段部の中心は当該第二円筒部の中心軸に対して偏位していることを特徴とする転動体ねじ装置。
前記第二循環部の端部には凹部が形成される一方、前記第二円筒部の位置決め段部には前記第二循環部の凹部に嵌合する凸部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の転動体ねじ装置。
前記転動体誘導孔は、前記第一円筒部において該第一円筒部の中心軸に対して前記負荷転動体転走溝のリード角方向に傾斜する導入領域と、前記第二円筒部において前記ナット部材の中心軸と垂直に設けられて前記第二循環部と連結する連結領域と、前記導入領域と連結領域との間に設けられると共に一定曲率で湾曲する中間領域と、を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の転動体ねじ装置。