JP5411313B2 - ボールねじ - Google Patents

Description

本発明は、樹脂製のエンドデフレクタをナットの端部に備えたボールねじに係り、詳しくは構成部品点数の削減や組立作業性の向上等を実現する技術に関する。

ボールねじは、外周面にねじ軸側ねじ溝を有するねじ軸と、内周面にナット側ねじ溝を有するナットと、ねじ軸側ねじ溝とナット側ねじ溝とによって画成された転走路に収容された多数のボール（通常は鋼球）とを備え、高い伝達効率と精度とをもって回転運動を直線運動に変換する機械要素である。ボールねじではボールを循環させる循環通路がナット側に設けられるが、この循環通路の一部をエンドデフレクタ（端部循環こま）によって構成するエンドデフレクタ式のボールねじが存在する（特許文献１参照）。エンドデフレクタ式のボールねじは、ナットに軸方向に沿った貫通孔を穿設するとともに、ナットの両端面にエンドデフレクタをそれぞれ装着したもので、一方のエンドデフレクタに形成された戻し溝によってナットの一端側からボールをすくい上げ、貫通孔および他方のエンドデフレクタを介してナットの他端側にボールを戻す構造となっている。

ボールねじのエンドデフレクタとしては、金属（軸受鋼等）を素材とするもの（ロストワックス成形品や粉末冶金成形品）も存在するが、樹脂を素材とするもの（通常は、射出成形品）が広く採用されている（特許文献２〜４）。樹脂製のエンドデフレクタが組み込まれたボールねじは、金属製のエンドデフレクタを用いたものに較べ、製造コストや重量が削減される他、エンドデフレクタとボールとの衝突音（すなわち、運転騒音）も低く抑えられる。

特開２００７−２４３０５号公報 特開２０１１−２４１８５２号公報 特開２００７−４０４６９号公報 特許４３３５２２２号公報

エンドデフレクタをナットの端部に固定する方法としては、特許文献１に記載されたねじ（ボルト）による締結、特許文献２に記載された接着剤による接着、特許文献３に記載された突起とスリットとの係合、特許文献４に記載されたリテーナリングによる係止等が存在する。しかしながら、ボルトによる固定方法は、ナットに対するねじ孔加工や構成部品点数の増大によって製品コストが上昇する他、機械的強度が比較的低い樹脂製エンドデフレクタの固定には適していなかった。また、接着剤による固定方法は、接着剤の塗布量等を厳密に管理する必要があるだけでなく、耐久性や信頼性を長期間にわたって確保することが難しかった。また、突起とスリットとの係合による固定方法は、ナット側にスリットあるいは突起を設ける必要があるとともに、エンドデフレクタのねじ軸側部分を係止することが難しかった。そして、リテーナリングによる固定方法は、ナットに対するリテーナリング保持溝の加工や構成部品点数の増大によって製品コストが上昇する他、リテーナリング保持溝のためにナットの全長が長くなる問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、構成部品点数の削減や組立作業性の向上等を実現したエンドデフレクタ式のボールねじを提供することを目的とする。

本発明の第１の側面では、ねじ軸側ねじ溝（２）が外周面に形成されたねじ軸（３）と、円筒状を呈し、内周面に前記ねじ軸側ねじ溝に対向するように形成されて当該ねじ軸側ねじ溝とともに転送路（８）を画成するナット側ねじ溝（４）、内周面と外周面との間に軸心と略平行に穿設されたボール戻し孔（１５）、および、当該ナット側ねじ溝に連続するとともに当該ボール戻し孔の軸方向端が開口するように両端面に凹設されたエンドデフレクタ保持凹部（６）を有するナット（７）と、前記ナットの端面側から前記エンドデフレクタ保持凹部に嵌挿され、前記転走路と前記ボール戻し孔との間で当該ボールの受け渡しを行うガイド部（２３）を有する樹脂製のエンドデフレクタ（２１）と、前記転走路、前記ボール戻し孔および前記ガイド部に収容された複数のボール（９）とを備えたボールねじであって、前記エンドデフレクタには、前記ナット側ねじ溝に係合し、当該エンドデフレクタと前記ナットとの軸方向相対動を規制する係止爪（３１，３２）が形成された。

また、本発明の第２の側面では、前記係止爪が前記ナット側ねじ溝に弾発係合する。

また、本発明の第３の側面では、前記エンドデフレクタの外周側には、前記ナットの前記エンドデフレクタ保持凹部に設けられた係止凸部（１７）に弾発係合する係止凹部（２５）が形成された。

また、本発明の第４の側面では、前記エンドデフレクタには、前記係止爪と前記係止凹部との少なくとも一方の内側に弾性変形を容易にするためのスリット（２７，３３，３４）が形成された。

本発明の第１の側面によれば、係止爪がナット側ねじ溝に係合することにより、ナット側に係止爪と係合する係止部を設けることなくエンドデフレクタの脱落が効果的に抑制される。また、第２の側面によれば、エンドデフレクタをエンドデフレクタ保持凹部に嵌挿するだけで、係止爪とナット側ねじ溝との係合が実現される。また、第３の側面によれば、エンドデフレクタとエンドデフレクタ保持凹部とが確実に係合し、エンドデフレクタの脱落がより効果的に抑制される。また、第４の側面によれば、エンドデフレクタのエンドデフレクタ保持凹部への嵌挿が容易となり、ボールねじの生産性が向上する。

実施形態に係るボールねじの斜視図である。 実施形態に係るボールねじの縦断面図である。 実施形態に係るボールねじの分解斜視図である。 エンドデフレクタおよびエンドデフレクタ保持凹部を示す分解斜視図である。 エンドデフレクタおよびエンドデフレクタ保持凹部を示す組立状態の斜視図である。 エンドデフレクタの斜め下方から見た斜視図である。 エンドデフレクタの斜め後方から見た斜視図である。 エンドデフレクタの要部縦断図である。 実施形態に係るエンドデフレクタの組付工程を示す図である。 実施形態に係るエンドデフレクタの組付工程を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を適用したボールねじの一実施形態を詳細に説明する。なお、エンドデフレクタおよびエンドデフレクタ収納凹部の説明にあたっては、図４中に上下・左右を矢印で示して位置や方向をこれらに沿って表記する。

［実施形態］
≪実施形態の構成≫
図１〜図３に示すように、本実施形態のボールねじ１は、所定のリードを有するねじ軸側ねじ溝２が外周に形成されたねじ軸３、ねじ軸側ねじ溝２に対応するナット側ねじ溝４（図２，図３参照）が内周に形成されるとともにエンドデフレクタ保持凹部６が両端面にそれぞれ開口する円筒状のナット７、ねじ軸側ねじ溝２とナット側ねじ溝４によって画成された転走路８（図２参照）や後述するナット７のボール戻し孔１５等に収容された多数個のボール９（鋼球：図２，図３参照）、および、両エンドデフレクタ保持凹部６に嵌挿されたエンドデフレクタ２１から構成されている。本実施形態の場合、ねじ軸３はステンレス鋼を素材とする転造成形品であり、ナット７およびエンドデフレクタ２１が樹脂を素材とする射出成形品であるが、ねじ軸３の素材としてステンレス鋼以外のもの（樹脂や軸受鋼等）を用いてもよいし、転造成形以外の加工方法（射出成形や切削加工等）で製造してもよい。なお、ナット７の外周には矩形のフランジ１０が設けられており、このフランジ１０に被駆動部材（図示せず）が取り付けられる。

図２に示すように、ナット７には、エンドデフレクタ保持凹部６の底面６ａに開口するボール戻し孔１５と、ボール戻し孔１５と同心で半円弧状断面の位置決め凹部１６とが形成されている。図４に示すように、エンドデフレクタ保持凹部６は、右方に位置決め段部６ｂ，６ｄを備えた略円弧状を呈するとともに、ナット側ねじ溝４に連続するように内周側が開放されている。エンドデフレクタ保持凹部６の外側内壁６ｃには係止凸部１７が突設されており、この係止凸部１７がエンドデフレクタ２１側の係止凹部２５（後述）に係合する。係止凸部１７は、エンドデフレクタ２１の挿入を容易にすべく、その上部が比較的緩やかな傾斜面１７ａとなっている。

図４，図６に示すように、エンドデフレクタ２１は、ナット７のエンドデフレクタ保持凹部６に緊密に嵌合すべく、右方に位置決め段部２１ｅ，２１ｆを備えた略円弧状を呈している。エンドデフレクタ２１の下部には、転走路８からボール９を掬い上げる（あるいは、転走路８にボール９を戻す）タング２２と、転走路８とボール戻し孔１５との間でボール９を受け渡すガイド溝２３（ガイド部）と、ナット７の位置決め凹部１６に嵌合する半円弧状断面の位置決め凸部２４とが形成されている。なお、ガイド溝２３の下部には、型抜きのための平坦面２３ａが形成されている。図７，図８に示すように、エンドデフレクタ２１の外周面２１ｂには、エンドデフレクタ保持凹部６の係止凸部１７が嵌入する係止凹部２５が形成されており、この係止凹部２５の上部は係止凸部１７の傾斜面１７ａに対応する傾斜面２５ａとなっている。また、エンドデフレクタ２１には、係止凹部２５の下縁を形成する弧状部２６が比較的容易に内側に撓むように、係止凹部２５や弧状部２６の内周側にスリット２７が形成されている。

エンドデフレクタ２１の内周側左右端面２１ｃ，２１ｄには、ナット側ねじ溝４に対応する位置にそれぞれ係止爪３１，３２が突設されている。係止爪３１，３２は、上部がナット側ねじ溝４に緊密に係合する円弧状を呈するとともに、エンドデフレクタ保持凹部６への挿入を容易にすべく下部が比較的緩やかな傾斜面３１ａ，３２ａとなっている。また、エンドデフレクタ２１には、係止爪３１，３２が比較的容易に内側に撓むように、係止爪３１，３２の内側にそれぞれスリット３３，３４が形成されている。

≪実施形態の作用≫
ボールねじ１は、工作機械や３次元測定機等に直線駆動機構の要素として組み込まれ、ナット７のフランジ１０が被駆動部材の端面に締結され、ねじ軸３がモータや減速器等からなる図示しない回転駆動装置に連結される。そして、回転駆動装置によってねじ軸３が回転駆動されると、ねじ軸側ねじ溝２とナット側ねじ溝４とがボール９を介して螺合していることにより、ナット７の螺進に伴って被駆動部材が直進駆動される。ボール９は、ねじ軸側ねじ溝２とナット側ねじ溝４とで画成された転走路８の一端から一方のエンドデフレクタ２１によって掬い上げられた後、ボール戻し孔１５を経由して他方のエンドデフレクタ２１から転走路８の他端に戻される。本実施形態の場合、エンドデフレクタ２１およびナット７が樹脂製であるため、ボールねじ１が軽量かつ低コストとなるとともに、ボール９がエンドデフレクタ２１（ガイド溝２３）やナット７（ボール戻し孔１５）と衝突することによる駆動騒音も抑制される。

＜エンドデフレクタの組み付け＞
次に、図４，図９，図１０を参照し、本実施形態に係るエンドデフレクタ２１の組付工程を説明する。

本実施形態では、組立作業者は、ナット７にエンドデフレクタ２１を組み付けるにあたり、図４に矢印で示すように、エンドデフレクタ保持凹部６にエンドデフレクタ２１を上方から嵌入させる。この際、平面視でエンドデフレクタ２１の外形とエンドデフレクタ保持凹部６の外形とが略同一（ともに円弧状）であるため、エンドデフレクタ２１は、エンドデフレクタ保持凹部６にずれることなく進入し、図９（ａ）に示すように、先ず係止凸部１７の傾斜面１７ａがエンドデフレクタ２１の外周面に圧接し、弧状部２６を内周側に弾性変形させる。この際、内周側にスリット２７が存在するために弧状部２６が比較的容易に弾性変形し、エンドデフレクタ２１のエンドデフレクタ保持凹部６への挿入に要する力が軽減される。

エンドデフレクタ２１をエンドデフレクタ保持凹部６に更に嵌入させると、図１０（ａ）に示すように、エンドデフレクタ保持凹部６の左右端が傾斜面３１ａ，３２ａに圧接し、係止爪３１，３２を内側に弾性変形させる。この場合も、スリット３３，３４が存在するために係止爪３１，３２が比較的容易に弾性変形し、エンドデフレクタ２１のエンドデフレクタ保持凹部６への挿入に要する力が軽減される。

エンドデフレクタ２１をエンドデフレクタ保持凹部６の底面に当接するまで嵌入させると、図９（ｂ）に示すように、エンドデフレクタ保持凹部６の係止凸部１７がエンドデフレクタ２１の係止凹部２５に嵌入する一方、図１０（ｂ）に示すように、エンドデフレクタ２１の係止爪３１，３２がナット側ねじ溝４に嵌入する。これにより、エンドデフレクタ２１は、エンドデフレクタ保持凹部６（すなわち、ナット７）に対して軸方向で強固に固定される。なお、エンドデフレクタ２１がエンドデフレクタ保持凹部６に完全に嵌挿された状態では、エンドデフレクタ２１の位置決め凸部２４がナット７の位置決め凹部１６に嵌入し、エンドデフレクタ２１の位置決め段部２１ｅ，２１ｆがエンドデフレクタ保持凹部６の位置決め段部６ｂ，６ｄに嵌入することにより、ナット７とエンドデフレクタ２１とが正確に位置決めされる。この際、エンドデフレクタ２１の位置決め段部２１ｅとエンドデフレクタ保持凹部６の位置決め段部６ｄとが密着することにより、ナット側ねじ溝４とガイド溝２３の平坦面２３ａとの段差が適正な値となり、ハンドグラインダ等による調整加工を施すことなくボールねじ１の良好な作動が実現される。

組立作業者は、ナット７の両端へのエンドデフレクタ２１の組み付けを完了すると、ねじ軸側ねじ溝２の谷径より外径が若干小さい図示しないスリーブ（通常は、鋼丸棒）をナット７に挿入しながら、ナット側ねじ溝４とスリーブとの間やボール戻し孔１５にボール９を充填する（流し込む）。次に、組立作業者は、スリーブの端面にねじ軸３の端面を突き当てた状態でナット７を回転させ、スリーブから転走路８にボール９を移動させることでボールねじ１を完成させる。なお、組立作業者は、一方のエンドデフレクタ２１をナット７に組み付け、ねじ軸３にナット７をねじ込んでボール９を充填した後、ねじ軸３の軸端にナット７を位置させた状態で他方のエンドデフレクタ２１をナット７に組み付ける手順でボールねじ１を製造してもよい。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は樹脂製のナットを備えたボールねじに本発明を適用したものであるが、本発明は金属製のナットを備えたボールねじにも当然に適用可能である。また、上記実施形態では、ナット側ねじ溝にエンドデフレクタの係止爪を係合させると同時に、エンドデフレクタの係止凹部にエンドデフレクタ保持凹部の係止凸部を係合させるようにしたが、ナット側ねじ溝と係止爪との係合のみによってエンドデフレクタとナットとの軸方向相対動を規制するようにしてもよい。その他、エンドデフレクタやエンドデフレクタ保持凹部の具体的形状等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

１ ボールねじ
２ ねじ軸側ねじ溝
３ ねじ軸
４ ナット側ねじ溝
６ エンドデフレクタ保持凹部
７ ナット
８ 転走路
９ ボール
１５ ボール戻し孔
１７ 係止凸部
２１ エンドデフレクタ
２３ ガイド溝（ガイド部）
２５ 係止凹部
２７ スリット
３１ 係止爪
３３ スリット

Claims (5)

1. ねじ軸側ねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、
   円筒状を呈し、内周面に前記ねじ軸側ねじ溝に対向するように形成されて当該ねじ軸側ねじ溝とともに転送路を画成するナット側ねじ溝、内周面と外周面との間に軸心と略平行に穿設されたボール戻し孔、および、当該ナット側ねじ溝に連続するとともに当該ボール戻し孔の軸方向端が開口するように両端面に凹設されたエンドデフレクタ保持凹部を有するナットと、
   前記ナットの端面側から前記エンドデフレクタ保持凹部に嵌挿され、前記転走路と前記ボール戻し孔との間で当該ボールの受け渡しを行うガイド部を有する樹脂製のエンドデフレクタと、
   前記転走路、前記ボール戻し孔および前記ガイド部に収容された複数のボールと
   を備えたボールねじであって、
   前記エンドデフレクタには、前記転送路から前記ボールを掬い上げる或いは前記ボールを前記転送路に戻すタングと、前記ナット側ねじ溝に係合し、当該エンドデフレクタと前記ナットとの軸方向相対動を規制する係止爪とが形成され、
   前記エンドデフレクタは略円弧状を呈し、前記係止爪は、当該エンドデフレクタの周方向における一方の端面から外側に突設され、かつ前記ナット側ねじ溝との係合の際に内側に弾性変形可能に設けられたことを特徴とするボールねじ。
2. 前記ナット側ねじ溝に係合し、当該エンドデフレクタと前記ナットとの軸方向相対動を規制する第２の係止爪を更に備え、
   前記第２の係止爪は、前記エンドデフレクタの周方向における他方の端面から外側に突設され、かつ前記ナット側ねじ溝との係合の際に内側に弾性変形可能に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載されたボールねじ。
3. 前記エンドデフレクタには、前記他方の端面の外周側が周方向に膨出するようにして形成されたデフレクタ側位置決め段部を有し、当該デフレクタ側位置決め段部は、前記他方の端面における軸方向全域にわたって形成されており、
   前記エンドデフレクタ保持凹部には、前記デフレクタ側位置決め段部が嵌入される保持凹部側位置決め段部が設けられたことを特徴とする、請求項２に記載されたボールねじ。
4. 前記エンドデフレクタの外周側には、前記ナットの前記エンドデフレクタ保持凹部に設けられた係止凸部に弾発係合する係止凹部が形成されたことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載されたボールねじ。
5. 前記エンドデフレクタには、前記係止爪と前記係止凹部との少なくとも一方の内側に弾性変形を容易にするためのスリットが形成されたことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載されたボールねじ。

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