JP6197664B2 - ボールねじ - Google Patents

Description

この発明は、ボール戻し路を形成する部品としてコマを有するボールねじに関する。

ボールねじは、ねじ軸とナットと複数のボールを有する。ねじ軸はナット内に配置されている。ねじ軸の螺旋溝とナットの螺旋溝とでボールの転動路が形成される。ナットは、ボールを転動路の終点から始点に戻すボール戻し路を備えている。ボールは、転動路とボール戻し路内とからなる循環経路内に配置されている。ボールねじは、循環経路を循環し転動路内で転動（負荷状態で回転しながら移動）するボールを介して、ねじ軸とナットとが相対移動する装置である。ボール戻し路は、ナットにリターンチューブやコマを取り付けることで形成される。

ボール戻し路を形成する部品としてコマを有するコマ式ボールねじでは、コマはナットを径方向に貫通する貫通穴内に取り付けられている。従来より、コマ式ボールねじにおいては、貫通内でのコマの位置を保持するために、例えば別部材を使ったり、カシメなどの作業を行って、貫通穴内にコマを固定している。また、作業時間やコストの低減を目的として、ナットの貫通穴に対するコマの取り付け構造に関する提案がなされている。

特許文献１には、極めて簡易にコマを固定できると共に、組立コストを著しく低減した循環コマ式ボールネジ機構を提供することを目的として、コマにナットの貫通穴に対する係止爪とフランジを設けることが記載されている。
その一例において、コマは、ナットの貫通孔の内側縁（ナット内周面側の縁部）に係止する係止爪と、貫通孔の外側縁（ナット外周面側の縁部）に着座するフランジとを有する。この場合、コマをナットの外周面側からナットの貫通孔に嵌合する際に、係止爪を貫通孔の内側縁に係止させると共に、フランジを貫通孔の外側縁に着座させる。これにより、コマを位置決めすると共にコマの脱落を防止している。

別の例において、コマは、ナットの貫通孔の外側縁に係止する係止爪と、貫通孔の内側縁に着座するフランジとを有する。この場合、コマを内側からナットの貫通孔に嵌合する際に、係止爪を貫通孔の外側縁に係止させると共に、フランジを貫通孔の内側縁に着座させる。これにより、コマを位置決めすると共にコマの脱落を防止している。
特許文献２には、ボールねじ装置の組立に要する作業時間を短縮すると共に製造コストを削減することを目的として、コマにナットの貫通穴に対する突縁と爪部を設けることが記載されている。

具体的には、ナットの貫通穴（コマ取付穴）として長穴である嵌合穴を形成し、ナットの径方向外側に、嵌合穴の長手方向の両端部を長手方向に切欠いて係止面を設けている。コマには、ナットの嵌合穴に嵌合する嵌合部の長手方向の両端部に、嵌合部から長手方向に突出する突縁を設けている。
また、コマには、嵌合部の長手方向に沿った両側で嵌合部から短手方向に突出する爪部を形成し、この爪部にナットの内周面に係合する係合面を設けている。そして、コマの突縁をコマ取付穴の係止面に係止させ、爪部の係合面をナットの内周面に係合させることにより、ナットにコマを取付けている。

特許文献３には、円筒状の駒部材（コマ）の内径側端部に、ナットのねじ溝（螺旋溝）に係合する一対の抜け止め用凸部を有し、駒部材の外径側端部に断面略円形の駒窓（ナットの貫通穴）の開口縁に係合する加締め部を有するボールねじが記載されている。このボールねじでは、加締め部を、連結溝（ボール戻し路）に対して対向し、一対の抜け止め用凸部を通る支持軸と直交し、駒窓の中心を通る直交線上に設けている。

特開２００３−１５６１１８号公報 特開２００７−１５４９７４号公報 特許第５１１２９５４号公報

特許文献１のコマの取り付け構造においては、コマに設けた係止爪およびフランジとナットの貫通穴の内側縁および外側縁とを、ナットの径方向で接触させている。特許文献２のコマの取り付け構造においては、コマに設けた突縁および爪部とナットのコマ取付穴および内周面とを、ナットの径方向で接触させている。
このように、特許文献１および２のいずれの提案においても、ボール戻し路内のボールがコマを押し上げる力が、コマの係止部（係止爪またはフランジおよび爪部）とナットとの接触部に入力されるため、ナットの径方向内側に係止されている係止部に破損が生じるおそれがある。また、この押し上げ力によりコマが撓み、コマの係止部がナットから外れるおそれもある。

なお、特許文献３でコマに形成された突起は位置決め用であり、ナットの貫通穴に対するコマの取付は加締めにより行っている。
この発明の課題は、加締めや別部材の使用による方法以外でコマがナットに取り付けられているコマ式ボールねじとして、ボールがコマを押し上げる力でコマのナットの貫通穴からの抜け止め部（ナットとの係止部）に破損が生じにくく、コマがナットの貫通穴から抜け落ちにくいものを提供することである。

上記課題を解決するために、この発明の一態様は、下記の構成(1) 〜(3) を有するボールねじである。
(1) ねじ軸と、ナットと、複数のボールを有し、前記ねじ軸は前記ナットを貫通する。前記ねじ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝とにより、前記ボールが転動する転動路が形成されている。前記ナットは、前記ボールを前記転動路の終点から始点に戻すボール戻し路が形成されたコマを有する。前記コマは前記ナットを径方向に貫通する貫通穴内に配置されている。前記ボールは、前記転動路内と前記ボール戻し路内に配置されている。前記転動路内で転動する前記ボールを介して、前記ねじ軸と前記ナットとが相対移動するボールねじである。
(2) 前記コマは、前記ボール戻し路の幅方向側部に、前記ナットの内周面の前記貫通穴の周縁部に設けた凹部内に配置される突起を有する。前記コマは、前記ナットの内周面側から前記貫通穴に挿入され、前記突起を前記凹部内に配置して取り付けられる。

(3) 前記ナットの前記貫通穴の位置に外嵌部材が取り付けられて使用され、前記コマの前記ボール戻し路の背面部分が前記外嵌部材の内周面と接触した状態で、前記突起と前記凹部との間に隙間が存在する。
この態様のボールねじは、コマを、ナットの内周面側から貫通穴に嵌め、前記凹部内にコマの突起を配置し、この状態を保持しながらボールとねじ軸をナットの内部に挿入することで組み立てられる。よって、ボールねじの搬送中に、コマの突起がナットの貫通穴からの抜け止め機能を発揮する。

また、ボールねじの使用中には、ボール戻し路内のボールがコマを押し上げる力で、コマの前記背面部分が外嵌部材の内周面と接触する。この状態で、コマの突起とナットの前記凹部との間に隙間が存在するため、ボール戻し路内のボールがコマを押し上げる力がコマの突起に入力されない。
よって、ボール戻し路内のボールがコマを押し上げる力がコマの抜け止め部とナットとの接触部に入力される、従来のコマ式ボールねじと比較して、コマの抜け止め部である突起に破損が生じにくく、コマがナットから抜け落ちにくい。
また、従来のコマ式ボールねじでは、特に、コマが合成樹脂製の場合、コマの抜け止め部に破損が生じ易いが、この形態のボールねじでは、コマが合成樹脂製の場合でも、突起に破損が生じにくい。

この態様のボールねじが有するコマは合成樹脂製および金属製のいずれでもよいが、合成樹脂製のコマを用いても突起に破損が生じにくいため、合成樹脂製のコマを用いることで積極的にコストダウンと軽量化を図ることができる。
前記コマをなす合成樹脂としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、６ナイロン、４，６ナイロン、６，６ナイロン等が挙げられる。また、これらの合成樹脂にガラス繊維、チタン酸カリウム繊維等からなる強化材が混合された樹脂組成物で前記コマを製造してもよい。
また、金属製のコマの一例として、金属粉末射出成形法（ＭＩＭ）により形成されたコマを用いることができる。使用するＭＩＭ用合金としては、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ（１〜８％Ｎｉ、〜０．８％Ｃ）が挙げられる。

この発明のボールねじは、加締めや別部材の使用による方法以外でコマがナットに取り付けられているコマ式ボールねじであって、ボールがコマを押し上げる力で、コマのナットの貫通穴からの抜け止め部である突起に破損が生じにくく、コマがナットの貫通穴から抜け落ちにくいものである。

実施形態のボールねじを示す正面図である。 図１のボールねじを構成するコマを各方向から見た図であって、（ａ）は突起が形成されている側から見た斜視図であり、（ｂ）はナットの外周面に配置される側から見た平面図であり、（ｃ）はボール戻し路が形成されている側から見た斜視図である。 図１のボールねじを構成するナットを示す斜視図である。 ナットの貫通穴近傍とコマとの関係を説明する断面図である。 ボールねじのコマの取り付け部分を示す図１のＹ−Ｙ断面図である。 ナットに外嵌部材が取り付けられた状態のボールねじにおけるコマの取り付け部分を示す断面図（図１のＹ−Ｙ断面に対応する図）である。 ボールねじの作動状態でのコマの取り付け部分を示す断面図（図１のＹ−Ｙ断面に対応する図）である。 ボールねじの作動状態でのコマの取り付け部分を示す断面図（図１のＸ−Ｘ断面に対応する図）である。

以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明はこの実施形態に限定されない。
図１〜８に示すように、この実施形態のボールねじは、ねじ軸１、ナット２、複数のボール３、コマ（ボール戻し路４１が形成されている部品）４で構成されている。ねじ軸１の外周面とナット２の内周面に、螺旋溝１１，２１が形成されている。ねじ軸１はナット２を貫通している。

図１および図３に示すように、ナット２は、円筒部２Ａの軸方向一端にフランジ部２Ｂを有する。ナット２の円筒部２Ａは、径方向に貫通する貫通穴２２を有する。貫通穴２２は長円形の平面形状を有する。貫通穴２２は、ナット２の外周面側に面取り部２４を有する。
ねじ軸１の螺旋溝１１とナット２の螺旋溝２１とにより、ボール３が転動する転動路が形成される。ボール３は、転動路とコマ４のボール戻し路４１とからなる循環経路内に配置されている。コマ４は、ナット２の貫通穴２２に配置されている。ねじ軸１とナット２は、転動路内で転動し循環経路内を循環するボール３を介して相対移動する。

図２に示すように、コマ４は略長円柱状に形成され、ボール戻し路４１が形成された本体４０と、突起４３とからなる。本体４０をなす長円柱の一方の底面４０ａに、ボール戻し路４１をなすＳ字状溝が形成されている。
突起４３は、本体４０の底面４０ａ側に形成され、本体４０をなす長円柱の一対の側面（ボール戻し路４１の幅方向側部となる面）４０ｂの長手方向中央部から突出している。突起４３は、本体４０の底面４０ａに連続する底面４３ａと、その反対側の凸状の曲面（凹部に配置される側の面）４３ｂを有する。凸状の曲面４３ｂは、本体４０の側面４０ｂの長手方向中央が最も高く形成されている。図４に示すように、曲面４３ｂの最も高い位置での断面が、ナット２の螺旋溝２１に嵌まる円弧である。

本体４０をなす長円柱の他方の底面４０ｄが、ボール戻し路４１の背面部分の外周面となる。外周面４０ｄは、ナット２の外周面と同じ円弧面を有する。本体４０の側面４０ｂと外周面４０ｄとの境界部４０ｅは円弧状に形成されている。また、コマ４はＰＰＳ（合成樹脂）の射出成形で得られたものである。
図４に示すように、コマ４がナット２の貫通穴２２に配置されて、突起４３の曲面４３ｂが貫通穴２２の周縁部の螺旋溝２１に接触した状態で、本体４０の外周面４０ｄがナット２の外周面より外側に突出する。

ボールねじを組み立てる際には、先ず、ナット２の内周面側から貫通穴２２にコマ４を入れ、突起４３を貫通穴２２の周縁部の螺旋溝２１に配置した状態で、ナット２を治具に取り付ける。次に、コマ４を貫通穴２２内に保持した状態で、仮軸を用いてボール３とねじ軸１をナット２に組み付ける。
図５は、組み立て後のボールねじを軸方向を水平にして台上に置いた場合（図１の状態）の、上側に配置されたコマ４の状態を示す。この状態で、ボール３とコマ４はねじ軸１と接触し、コマ４の外周面４０ｄがナット２の外周面より径方向内側に存在する。突起４３の曲面４３ｂは螺旋溝２１から離れている。なお、下側で台から離れている部分に配置されたコマ４は、突起４３の曲面４３ｂがナット２の螺旋溝２１に接触し、突起４３がコマ４の貫通穴２２からの抜け止め機能を発揮している。

次に、図６に示すように、円環体（外嵌部材）６をナット２の外周面の貫通穴２２の位置に取り付ける。円環体６の内径はナット２の外径より僅かに大きい。この状態でも、上側に配置されたコマ４とボール３はねじ軸１と接触し、コマ４の外周面４０ｄがナット２の外周面より径方向内側に存在する。また、突起４３の曲面４３ｂは螺旋溝２１から離れている。

ボールねじの作動時には、図７および図８に示すように、ボール戻し路４１内に配置されたボール３がコマ４を押し上げる力が生じ、この力でコマ４の外周面４０ｄが円環体６の内周面と接触する。すなわち、使用状態で、コマ４の突起４３とナット２の螺旋溝２１は接触しない。つまり、コマ４の突起４３とナット２の螺旋溝２１との間に隙間が存在する。

したがって、この実施形態のボールねじは、特許文献１および２のボールねじと比較して、コマ４の抜け止め部（突起４３）に破損が生じにくく、コマ４の抜け止め部（突起４３）がナット２から外れにくい。よって、コマ４を合成樹脂製とすることで、積極的にコストダウンと軽量化を図ることができる。
また、突起４３を配置する凹部としてナット２の螺旋溝２１を利用しているため、新たに凹部を形成する場合と比較して、コストを抑えることができる。さらに、ナット２の貫通穴２２およびその周縁部が単純な形状であるため、金型コストを低減できる。

なお、この実施形態のボールねじでは、コマ４が、ボール戻し路４１の幅方向両側部に突起４３を有するが、突起４３をボール戻し路４１の幅方向一側部のみに有していてもよい。
また、突起４３の断面形状は、ナット２の貫通穴２２の周縁部に存在する凹部内に配置可能であれば、ナット２の螺旋溝２１に嵌まる円弧を有するものでなくてもよい。また、突起４３の形状の例としては、凹部に配置される側の面が円形やゴシックアーク形状の断面を有するもの、凹部に配置される側の面が球面の一部であるもの等が挙げられる。

１ ねじ軸
１１ ねじ軸の螺旋溝
２ ナット
２Ａ ナットの円筒部
２Ｂ ナットのフランジ部
２１ ナットの螺旋溝（凹部）
２２ ナットの貫通穴
２４ 面取り部
３ ボール
４ コマ
４０ 本体
４０ａ 本体をなす長円柱の底面
４０ｂ 本体をなす長円柱の側面（ボール戻し路の幅方向側部となる面）
４０ｄ 本体の外周面
４０ｅ 本体の円弧状境界部（側面と外周面との境界部）
４１ ボール戻し路
４３ 突起
４３ａ 突起の底面
４３ｂ 突起の曲面（凹部に配置される側の面）
６ 円環体（外嵌部材）
６１ 内周面

Claims (4)

1. ねじ軸と、ナットと、複数のボールを有し、
   前記ねじ軸は前記ナットを貫通し、
   前記ねじ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝とにより、前記ボールが転動する転動路が形成され、
   前記ナットは、前記ボールを前記転動路の終点から始点に戻すボール戻し路が形成されたコマを有し、
   前記コマは前記ナットを径方向に貫通する貫通穴内に配置され、
   前記ボールは、前記転動路内と前記ボール戻し路内に配置され、
   前記転動路内で転動する前記ボールを介して、前記ねじ軸と前記ナットとが相対移動するボールねじにおいて、
   前記コマは、前記ボール戻し路の幅方向側部に、前記ナットの内周面の前記貫通穴の周縁部に設けた凹部内に配置される突起を有し、
   前記コマは、前記ナットの内周面側から前記貫通穴に挿入され、前記突起を前記凹部に配置して取り付けられ、
   前記ナットの前記貫通穴の位置に外嵌部材が取り付けられて使用され、前記コマの前記ボール戻し路の背面部分が前記外嵌部材の内周面と接触した状態で、前記突起と前記凹部との間に隙間が存在することを特徴とするボールねじ。
2. 前記凹部は前記ナットの螺旋溝である請求項１記載のボールねじ。
3. 前記コマは合成樹脂製である請求項１または２記載のボールねじ。
4. 前記コマは金属粉末射出成形法により形成されたものである請求項１または２記載のボールねじ。

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