JP5987438B2

JP5987438B2 - ボールねじ装置

Info

Publication number: JP5987438B2
Application number: JP2012095444A
Authority: JP
Inventors: 大輔黒岩
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: JP2013221605A

Description

本発明は、ボールねじ装置に関する。

回転運動を直線運動に変換する機械要素として用いられるボールねじ装置は、一般に、ねじ軸と、このねじ軸の外周に設けられた円筒状のナットとを有しており、ねじ軸の外周面に形成された螺旋状のボール転動溝とナットの内周面に形成された螺旋状のボール転動溝との間に複数のボールが組み込まれている。
このようなボールねじ装置は、ねじ軸の表面に付着た粉塵などの異物がナットの内部に入り込むとボールのスムーズな転がり運動が阻害されることから、ねじ軸の表面に接触させる防塵部材をナットの端面部に装着する場合が多い。

このような防塵部材を備えたボールねじ装置の例が、特許文献１に記載されている。このボールねじ装置は、ナットの外周面に、径方向に貫通するタップ穴が設けられ、このタップ穴に締結ねじを挿入し、防塵部材を回転方向、及び軸方向に対して固定する構造を有する。

ここで、図５（ａ）〜（ｆ）に示すように、特許文献１に記載された従来技術では、ナットに防塵部材を組み付ける際、以下の取り付け手順（１）〜（６）を経る。
（１）図５（ａ）に示すように、ナット１２０の端面に設けられた防塵部材挿入穴１２２に防塵部材１４０を挿入する。ここで、ナット１２０には、その外周面１２０ａと内周面１２０ｂとを貫通するタップ穴１２１が設けられている。
（２）図５（ｂ）に示すように、先端部にストッパー２１０が取り付けられたドリル２００をタップ穴１２１に挿入して、ドリル２００を用いて、防塵部材１４０の外周面より所定の深さまで、取付穴１４１を掘り込む。

（３）図５（ｃ）に示すように、ドリル２００を抜き取り、さらに防塵部材１４０を防塵部材挿入穴１２２から取り外す。
（４）図５（ｄ）に示すように、ナット１２０から取り外された防塵部材１４０に対して、エアブロウ、又は吸引し、削りカスを除去する。
（５）図５（ｅ）に示すように、再度、防塵部材１４０をナット１２０の端面に装着し、タップ穴１２１に締結ねじ１２５を挿入し、防塵部材１４０をナット１２０に固定する。
（６）図５（ｆ）に示すように、ノギス（又は専用ゲージ）４００を用いて、締結ねじ１２５が防塵部材１４０に対して所定の深さまで挿入されていることを確認する。

特開２００２−３４９６６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来のボールねじ装置は、ナット１２０にねじ孔１２１を設けているため、その加工に要する手間が歩留まりを低下させることがあった。特に、ねじ孔１２１の形成には、ナット１２０の肉厚の寸法が大きい場合には、雌ねじ溝加工されたタップ穴だけでなく、キリ穴を加工する必要があるため、加工に要する手間や時間にばらつきが生じるため、改善の余地があった。特に、このようなねじ孔１２１の加工を要するボールねじ装置にあっては、ねじ孔１２１の加工のタイミングがボールねじ装置への潤滑剤封入後でない場合、すなわち、ナット１２０に給油穴や潤滑剤封入穴が設けられていない場合、防塵部材１４０を挿入する前に潤滑剤をその外表面に塗布する必要がある。このような場合、ナット１２０に設けられたタップ穴にも潤滑剤が塗布、封入、付着することがあり、防塵部材１４０を締結ねじ１２５で固定した後や、ボールねじ装置を機台に装着、稼働中に締結ねじが緩むことがある。そうすると、防塵部材１４０は、ナット１２０の端面から外れ、ナット１２０の内部に異物、ゴミ、切削カスが混入し、結果として、ボールねじ装置が作動不良を起こす可能性があり、改善の余地があった。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、ナットの肉厚に関わらず防塵部材の装着を容易にすることができるボールねじ装置を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１に係る発明は、ねじ軸と、該ねじ軸の外周に設けられたナットと、上記ねじ軸の外周面に形成された螺旋状のボール転動溝と上記ナットの内周面に形成された螺旋状のボール転動溝との間に設けられた複数のボールとを具備し、
上記ナットの内周面には、軸方向の端部から所定の距離を有して係合溝が周方向に形成され、
上記ナットには、上記ねじ軸と上記ナットとの間の隙間をシールする筒形状の防塵部材が取り付けられ、
上記防塵部材の外周面には、弾性変形して上記係合溝に係合して、当該防塵部材が軸方向に抜けることを防止する抜け防止係合片と、弾性変形して上記ナットの内周面に係合して、上記ナットに取り付けられた当該防塵部材の回転を防止する回転防止係合片とが周方向に並んで設けられ、
上記抜け防止係合片及び回転防止係合片の少なくともいずれかが長さを異ならせて複数設けられたことを特徴としている。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のボールねじ装置において、上記抜け防止係合片及び回転防止係合片の少なくともいずれかが複数設けられたことを特徴としている。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のボールねじ装置において、上記抜け防止係合片及び回転防止係合片の少なくともいずれかが上記防塵部材の周方向に等間隔で設けられたことを特徴としている。
また、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のボールねじ装置において、上記防塵部材の外周面に、複数の切り欠き部が周方向に並んで設けられたことを特徴としている。

本発明によれば、ナットの肉厚に関わらず防塵部材の装着を容易にすることができるボールねじ装置を提供することができる。

本発明に係るボールねじ装置の一実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。本発明に係るボールねじ装置の一実施形態における防塵部材の構成を示す図であり、（ａ）は右側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）の２ｃ−２ｃ断面面、（ｄ）は背面図である。本発明に係るボールねじ装置の一実施形態における防塵部材の取付手順を示す図であり、（ａ）は防塵部材をナットに装着する前の軸方向に沿う断面図、（ｂ）は防塵部材をナットに装着した後の軸方向に沿う断面図である。本発明に係るボールねじ装置の他の実施形態における防塵部材の構成を示す図であり、（ａ）は右側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）の４ｃ−４ｃ断面面、（ｄ）は背面図である。従来のボールねじ装置における防塵部材の取付手順を示す図である。

以下、本発明に係るボールねじ装置の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係るボールねじ装置の一実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。また、図２は、本発明に係るボールねじ装置の一実施形態における防塵部材の構成を示す図であり、（ａ）は右側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）の２ｃ−２ｃ断面面、（ｄ）は背面図である。

図１に示すように、本実施形態のボールねじ装置１は、ねじ軸１０と、ナット２０と、複数のボール３０とを有する。
ねじ軸１０は螺旋状のボール転動溝１１を外周面に有しており、ねじ軸１０の外周に設けられたナット２０の内周面には、螺旋状のボール転動溝２１がボール転動溝１１と同じリードで形成されている。
ボール転動溝１１，２１は互いに対向しており、これらボール転動溝１１，２１の間に設けられた複数のボール３０はねじ軸１０がナット２０に対して相対回転することによってボール転動溝１１，２１の間を転動するようになっている。そして、ボール転動溝１１，２１の間を転動したボール３０は例えばナット２０に組み付けられたボールリターンチューブ（図示せず）内を通過して元の位置に戻されるようになっている。これらボール転動溝１１，２１の間及びボールリターンチューブが転動路を形成している。

［係合溝］
また、ナット２０の内周面２０ａには、軸方向の端部から所定の距離を有して円形状の係合溝２２が周方向に設けられている。係合溝２２は、ナット２０の両端部からそれぞれ１つずつ設けられることが好ましく、必要に応じて複数設けられる。ここで、上記所定の距離は、後述する防塵部材４０の軸方向の寸法に基づいて設定される。

＜防塵部材＞
図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、防塵部材４０は円筒形状をなす。防塵部材４０の外周面４０ａには、抜け防止係合片４１と回転防止係合片４２とが周方向に並んで設けられている。以下、抜け防止係合片４１及び回転防止係合片４２を、単に係合片４１，４２ということがある。

［抜け防止係合片］
抜け防止係合片４１は、その軸方向の長さ（防塵部材４０の貫通方向に沿う長さ）ｄ_４２が係合溝２２の軸方向の長さｄ_２２以下の突起である（図１及び図２（ｃ）参照）。
抜け防止係合片４１は、防塵部材４０の外周面４０ａとナット２０の内周面２０ａとを摺接させながらナット２０内に防塵部材４０を取り付けた際、弾性変形して係合溝２２に係合して、当該防塵部材４０がナット２０から軸方向に抜けることを防止する。

［回転防止係合片］
一方、回転防止係合片４２は、その軸方向の長さ（防塵部材４０の貫通方向に沿う長さ）ｄ_４２が係合溝２２の軸方向の長さｄ_２２よりも長い突起である（図１及び図２（ｃ）参照）。
回転防止係合片４２は、防塵部材４０の外周面４０ａとナット２０の内周面２０ａとを摺接させながらナット２０内に防塵部材４０を取り付けた際、弾性変形してナット２０の内周面２０ａに係合して、ナット２０に取り付けられた当該防塵部材４０の回転を防止する。

［係合片の設置態様］
ここで、抜け防止係合片４１及び回転防止係合片４２は、防塵部材４０の外周面４０ａにそれぞれ１つずつ設けられてもよいが、抜け防止係合片４１及び回転防止係合片４２の少なくともいずれか一方が複数設けられることが好ましく、それぞれが複数設けられることがより好ましい。例えば、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、２つの抜け防止係合片４１Ａ，４１Ｂと、２つの回転防止係合片４２Ａ，４２Ｂとが防塵部材４０の外周面４０ａに配設される場合、「抜け防止係合片４１Ａの長さ」＜「抜け防止係合片４１Ｂの長さ」＜「回転防止係合片４２Ａの長さ」＜「回転防止係合片４２Ｂの長さ」となるように設けられることが好ましい。

さらに、２つの抜け防止係合片４１Ａ、４１Ｂと、２つの回転防止係合片４２Ａ，４２Ｂとが防塵部材４０の外周面４０ａに配設される場合、「抜け防止係合片４１Ａ」、「抜け防止係合片４１Ｂ」、「回転防止係合片４２Ａ」、「回転防止係合片４２Ｂ」の順で、長さがだんだん大きくなるように周期的に設けられることがより好ましい。
加えて、係合片４１，４２は、等間隔に防塵部材４０の外周面４０ａに配設されることが好ましい。例えば、係合片４１，４２が、防塵部材４０の外周面４０ａに複数等配（２等配、３等配、４等配、５等配、６等配など）されていることが好ましい。

なお、係合片４１，４２は、それぞれ、防塵部材４０と共に弾性を有する材料で一体に成形されることが好ましい。また、防塵部材４０における係合片４１，４２が設けられていない側の端面側の径方向の厚みは、係合片４１，４２の径方向の厚みよりも大きくされる。これは、係合片４１，４２が弾性変形する際に、防塵部材４０の係合片４１，４２が設けられていない側の端面側の曲げモーメントが係合片４１，４２における曲げモーメントよりも大きいため、当該部分の断面二次モーメントを大きくしているからである。

＜防塵部材の取り付け＞
次に、防塵部材４０の取付手順について図３を参照して説明する。
図３は、本発明に係るボールねじ装置の一実施形態における防塵部材の取付手順を示す図であり、（ａ）は防塵部材をナットに装着する前の軸方向に沿う断面図、（ｂ）は防塵部材をナットに装着した後の軸方向に沿う断面図である。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、防塵部材４０は、その外周面４０ａとナット２０の内周面２０ａとを当接させながらナット２０内に嵌合される。この際、抜け防止係合片４１が弾性変形しながら係合溝２２に係合されることによって、防塵部材４０がナット２０に固定され、防塵部材４０がナット２０から軸方向に抜け外れてしまうことを防ぐことができる。同時に、回転防止係合片４２は、弾性変形しながら係合溝２２には係合されず、ナット２０の内周面２０ａに付勢する。このように回転防止係合片４２がナット２０の内周面２０ａに付勢することによって、防塵部材４０がナット２０に対して回転してしまうことを防ぐことができる。このようにして、ナット２０に装着された防塵部材４０は、ねじ軸１０とナット２０との間の隙間をシールする。これら係合片４１，４２は複数設けられることによって、防塵部材４０の抜け防止又は回転防止をより向上させることができる。ここで、抜け防止係合片４１及び回転防止係合片４２が防塵部材４０に設けられることによって、係合溝２２の「加工時のバラツキ」及び「熱処理後の変形」等を吸収する効果がある。

なお、本実施形態のボールねじ装置１においては、抜け防止係合片４１及び回転防止係合片４２をそれぞれ２つずつ設定した（図２（ｂ）参照）が、少なくとも抜け防止係合片４１及び回転防止係合片４２がそれぞれ１つ以上防塵部材４０に設けられていればよい。そして、ナット２０に設けられた係合溝２２の幅を基準として係合片４１，４２を規定するのではなく、係合溝２２に係合するか否かで「抜け防止係合片４１」か、「回転防止係合片４２」かを結果的に決定するようにしてもよい。具体的には、係合溝２２の幅が異なるナット２０が複数あり、それらのそれぞれに防塵部材４０を設置する場合、係合溝２２に係合した係合片が「抜け防止係合片４１」として機能し、係合溝２２に係合しなかった係合片が「回転防止係合片４２」として機能する。例えば、長さが４段階に亘って係合片４１，４２が防塵部材４０に複数組設けられたとすると、係合溝２２に係合した３つの係合片が「抜け防止係合片４１」として機能し、係合溝２２に係合しない残りの１つの係合片が「回転防止係合片４２」として機能する。他方、係合溝２２に係合した１つの係合片が「抜け防止係合片４１」として機能し、係合溝２２に係合しない残りの３つの係合片が「回転防止係合片４２」として機能する。

また、「抜け防止係合片４１と回転防止係合片４２とがランダムに設けられている態様」に比べて、「長さが異なる係合片４１，４２を長さの順で周期的（例えば、４つずつ６組；図２（ｂ）参照）に設ける態様」が防塵部材４０の装着時のバランスもよく、製造コストを低減できるため好ましい。

（他の実施形態）
次に、本発明に係るボールねじ装置の他の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、循環部材の構造が前述の実施形態と異なるだけであるので、上述の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。図４は、本発明に係るボールねじ装置の他の実施形態における防塵部材の構成を示す図であり、（ａ）は右側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）の４ｃ−４ｃ断面面、（ｄ）は背面図である。

図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、本実施形態のボールねじ装置１は、防塵部材４０の外周面４０ａに、複数の切り欠き部４３が周方向に並んで設けられている。これらの切り欠き部４３は、係合片４１，４２の間に設けられることが好ましい。また、図４（ａ）〜（ｄ）では、切り欠き部４３は、防塵部材４０において、装着するナット２０に対向する対向面側に設けられているが、反対側の面に設けてもよい。
このように、防塵部材４０の外周面４０ａに、複数の切り欠き部４３が周方向に並んで設けられることによって、係合片４１，４２を独立して可動させることができる。したがって、ナット２０に対する防塵部材４０の抜け防止及び回転防止がより向上する。

以上説明したように、本実施形態のボールねじ装置１は、弾性変形によって防塵部材４０をナット２０に対して取り付け、取り外すことができるため、ナット２０の肉厚に関わらず防塵部材の装着を容易にすることができる。
また、防塵部材４０の外周面４０ａに異なる長さの係合片４１，４２を設けることによってナット２０に対する抜け防止及び回転防止がなされ、防塵部材４０をナット２０に確実に固定することができる。
なお、本発明に係るボールねじ装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。

１ボールねじ装置
１０ねじ軸
１１ボール転動溝
２０ナット
２１ボール転動溝
２２係合溝
３０ボール
４０防塵部材
４１抜け防止係合片
４２回転防止係合片
４３切り欠き部

Claims

ねじ軸と、該ねじ軸の外周に設けられたナットと、前記ねじ軸の外周面に形成された螺旋状のボール転動溝と前記ナットの内周面に形成された螺旋状のボール転動溝との間に設けられた複数のボールとを具備し、
前記ナットの内周面には、軸方向の端部から所定の距離を有して係合溝が周方向に形成され、
前記ナットには、前記ねじ軸と前記ナットとの間の隙間をシールする筒形状の防塵部材が取り付けられ、
前記防塵部材の外周面には、弾性変形して前記係合溝に係合して、当該防塵部材が軸方向に抜けることを防止する抜け防止係合片と、弾性変形して前記ナットの内周面に係合して、前記ナットに取り付けられた当該防塵部材の回転を防止する回転防止係合片とが周方向に並んで設けられ、
前記抜け防止係合片及び回転防止係合片の少なくともいずれかが長さを異ならせて複数設けられたことを特徴とするボールねじ装置。
前記抜け防止係合片及び回転防止係合片の少なくともいずれかが複数設けられたことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
前記抜け防止係合片及び回転防止係合片の少なくともいずれかが前記防塵部材の周方向に等間隔で設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ装置。
前記防塵部材の外周面に、複数の切り欠き部が周方向に並んで設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のボールねじ装置。