JP7487699B2

JP7487699B2 - ボールねじ

Info

Publication number: JP7487699B2
Application number: JP2021062356A
Authority: JP
Inventors: 孝之矢部
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2024-05-21
Anticipated expiration: 2041-03-31
Also published as: JP2022157879A; CN117120750A; TW202242279A; US20240183434A1; EP4317743A1; WO2022210432A1

Description

本発明は、ボールねじに関する。

従来のこの種のボールねじ装置としては、例えば図７に示すものが知られている。
このボールねじ装置１１０は、外周面に螺旋状のねじ溝１１１を有して軸方向に延びるねじ軸１１２に、内周面に該ねじ溝１１に対応する螺旋状のねじ溝１１３を有するナット１１４が螺合されている。ねじ軸１１２のねじ溝１１１とナット１１４のねじ溝１１３とは互いに対向して両者の間に負荷軌道を形成しており、該負荷軌道には転動体としての多数のボール１１５が転動可能に装填されている。

ナット１１４の壁部には軸方向に貫通するボール戻し通路１１６が形成されており、また、ナット１１４の両端部にはボール戻し通路１１６の端部が開口する切欠き１１７がそれぞれ形成されている（図７参照）。該切欠き１１７には、ボール戻し通路１１６と両ねじ溝１１１，１１３間の負荷軌道とを連通するための循環こま（循環部）１１８が嵌合固定されている。

循環こま１１８は、図８に示すように、ボール戻し通路１１６と両ねじ溝１１１，１１３間の負荷軌道との間を連通する湾曲状のボール循環溝１２０が形成されており、該ボール循環溝１２０の先端には両ねじ溝１１１，１１３間の負荷軌道を転動するボール１１５をすくい上げるタング部１１９が設けられている。ボール循環溝１２０と、切欠き１１７の径方向内面に設けられたボール径より幅広のボール走行面１１７ａとによってボール１１５の循環通路１２１を形成しており、該ボール循環通路１２１と、両ねじ溝１１１，１１３間の負荷軌道およびボール戻し通路１１６とによってボール１１５の無限循環通路を形成している。そして、ねじ軸１１２（又はナット１１４）の回転により、ナット１１４（又はねじ軸１１２）がボール１１５の転動を介して軸方向に移動するようになっている。

また、特許文献１に記載のボールねじでは、循環こま１３０のボール循環溝１２０の部分を合成樹脂成形体の強度より高強度の金属製のボール循環溝形成部材（高強度材）１３１で形成している。このボール循環溝形成部材１３１は、例えば、板金等のプレス成形により形成されて循環こま１３０と一体に成形される。また、特許文献１では、切欠き１１７の径方向内面をより深く形成し、超硬合金プレート等の剥離防止用プレートを装着して、このプレート面を切欠き１１７のボール走行面とする。これにより、方向転換箇所の内表面には循環するボールが衝突した際に、剥離が生じてボールの循環不良により作動性に悪影響を及ぼすことを防止している。

特開２００４－３４０２２０号公報

ところで、特許文献１に記載の循環部品はインサート成型で作るものであるため、２つの部品が物理的に繋がる構造が必要であり、設計が複雑になる。更に、特許文献１に記載の循環部品の形状はその形から小リードの溝幅が小さいものには適用できないという問題があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボール循環部の強度向上により安定した作動を確保でき、且つ、ボールピッチが小さい、小リードや多条仕様の大リードに適用できるボールねじを提供する。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
内周面に螺旋状のねじ溝が形成され、外周面に切欠き部が設けられたナットと、
前記ねじ軸のねじ溝と前記ナットのねじ溝との間を転動するボールと、
前記ねじ軸と前記ナットの両ねじ溝間を転動する前記ボールを循環させるボール循環路を形成し、前記切欠き部に取り付けられる循環部と、
を備えるボールねじであって、
前記ナットには、前記切欠き部内に、径方向に貫通し、長手方向がリード角に沿って形成され、互いに平行な長手方向両側面の一部が前記ボールを案内する長孔が形成され、
前記循環部は、
前記切欠き部の底壁面に当接するように、前記切欠き部内に配置され、前記長孔内に収容されるタング部を有する第１の循環部品と、
前記第１の循環部品に覆い被さるように、前記切欠き部内に配置され、前記長孔内に収容され、前記タング部と対向する壁部を有する第２の循環部品と、
前記第１の循環部品と前記第２の循環部品とが当接する当接面内に配置され、前記ボール循環路の一部を構成する、前記第１及び第２の循環部品の材質よりも高強度なパイプと、
を有する、ボールねじ。
（２）前記ボール循環路の掬い上げ部は、前記第１の循環部品の前記タング部、前記第２の循環部品の壁部、及び、前記長孔の長手方向両側面によって構成され、
前記ボール循環路の方向転換部は、前記パイプによって構成される、（１）に記載のボールねじ。

本発明によるボールねじにおいては、ボール循環部の強度向上により安定した作動を確保でき、且つ、ボールピッチが小さい、小リードや多条仕様の大リードに適用できるボールねじを提供する。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係るボールねじのナットを示す側面図であり、（ｂ）は、循環部品が取り外されたナットの切欠き部を示す部分側面図である。（ａ）は、図１（ａ）のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）のＩＩ´－ＩＩ´線に沿った断面図である。（ａ）は第１の循環部品の正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその背面図である。（ａ）は第２の循環部品の正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその背面図である。（ａ）はパイプの正面図、（ｂ）はその側面図である。（ａ）は変形例のパイプの正面図、（ｂ）はその側面図である。従来のボールねじの要部断面図である。図７のボールねじに用いる循環こまの一例を示す全体斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係るボールねじについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明のボールねじは、ナット及び循環部を特徴とするものであり、構成要件であるねじ軸及びボールについては、図７に示す従来のねじ軸１１２及びボール１１５を参照する。

図１に示すように、金属製のナット１は、円筒状に形成され、その内周面には１条の螺旋状のねじ溝１１が形成されている。
また、ナット１の外周面には、径方向外側から切り欠かれた切欠き部１２が２箇所に形成される。また、各切欠き部１２内には、径方向に貫通し、内周面に形成されたねじ溝１１に対応して開口する長孔７が形成される。

そして、切欠き部１２には、ねじ軸１１１とナット１の両ねじ溝１１２、１１間を転動するボール１１５を循環させるボール循環路を形成する、循環部としての第１及び第２の循環部品２，３とパイプ５が取り付けられる。

図１（ｂ）に示すように、切欠き部１２には、ナット１の中心軸線にそれぞれ平行で、且つ、互いに平行な２つの底壁面１２ａ，１２ｂが段差状に形成されており、２つの底壁面１２ａ，１２ｂの軸方向両側に内壁面１２ｃ，１２ｄ，１２ｅが径方向に沿って形成されている。なお、底壁面１２ａは、底壁面１２ｂよりも軸方向片側で長く形成されている。また、長孔７の長手方向に隣接する底壁面１２ａの一部には、座ぐり部１２ｆが形成されている。

長孔７は、長手方向がねじ溝１１のリード角θに沿って形成され、ねじ溝１１の幅と同じ幅に形成されている。長孔７は、循環部が切欠き部１２内に取り付けられ、長孔７内でボール１１５を掬い上げる掬い上げ部を構成する際に、互いに平行な長手方向両側面７ａの一部がボール１１５を案内するように利用される。

循環部は、ボール循環路内に、上述した掬い上げ部に加え、リード角θに沿った掬い上げ部の方向から他の循環部へ向かう軸方向に向かうように、救い上げたボール６の移動方向を転換する方向転換部を構成する。

具体的に、第１の循環部品２は、図３に示すように、パイプ５の一部分（半部）を収容する半円柱状のパイプ収容溝８ａを形成する本体部８と、長孔７内に収容されるタング部４と、有する。

また、第２の循環部品３は、図４に示すように、第１の循環部品２の表面と当接する裏面にパイプ５の残りの部分（半部）を収容する半円柱状のパイプ収容溝９ａを形成する本体部９と、本体部９の表面から連続して形成され、裏面に掬い上げ部を構成する壁部１０ａを有する延在部１０と、を有する。本体部９は、第１の環状部品２の本体部８と当接する当接面を、該本体部の表面と略同じ大きさとしており、また、壁部１０ａ以外の延在部１０の裏面が切欠き部１２の底壁面１２ｂと当接する。

さらに、パイプ５は、図５に示すように、ボール循環路の方向転換路を形成する湾曲した円筒部材であり、第１の循環部品２と第２の循環部品３とが当接する当接面の両パイプ収容溝８ａ，９ａ内に配置される。このパイプ５は、第１及び第２の循環部品２，３の材質（本実施形態では、樹脂）よりも高強度な材料である、例えば金属から構成される。

なお、パイプ５は、単一の曲率を有する円弧形状に形成されているが、少なくとも一方の端部にストレート部が設けられてもよく、循環部の両端面にパイプ５を露出するようにしてもよい。

なお、パイプ５は、図６に示すような、２分割されたパイプ片５ａを一対組み合わせて形成されてもよい。このようなパイプ片５ａは、プレス加工などで製作してもよい。

第１の循環部品２は、切欠き部１２の底壁面１２ａに当接するように、切欠き部１２内に配置され、タング部４は、長孔７内に配置される。また、第２の循環部品３は、第１の循環部品２に覆い被さるように、切欠き部１２内に配置される。その際、第２の循環部品３の壁部１０ａは、長孔７内に収容され、タング部４と対向する。

したがって、ボール循環路の掬い上げ部は、第１の循環部品２のタング部４と、第２の循環部品３の壁部１０ａ、及び、長孔７の長手方向両側面７ａによって構成される。

なお、第１の循環部品２、パイプ５、及び第２の循環部品３は、順に切欠き部１２内に組付けられてもよいし、これらを組み立てた状態で、切欠き部１２内に組付けてもよい。

したがって、本実施形態のボールねじは、方向転換部にパイプ５を用いることで、ボール循環部の強度向上により安定した作動を確保でき、且つ、掬い上げ部にナット１に形成された長孔７の長手方向両側面７ａを利用することで、ボールピッチが小さい、小リードや多条仕様の大リードにも適用できる。

なお、本発明は、前述した実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本実施形態では、ボール循環路は、２つの切欠き部１２の一部を連通させ、各切欠き部１２に取り付けられた２つの循環部を直接連結することによって構成されているが、例えば、ナット１の軸方向長さに応じて、図７と同様に、２つの循環部の間に軸方向に延びるボール戻し通路がナット１に形成されてもよい。

また、本発明のボールねじは、例えば、高精度な加工、測定を行う装置の位置決め用途や半導体製造等に使用されるＸＹステージに用いられる。また、ボールねじは、例えば、工作機械（マシニングセンター、旋盤、研削機等）、測定機械（３次元測定器）、半導体製造装置（露光装置、検査プローブ等のテーブル）等に用いられる。

１ナット
２第１の循環部品
３第２の循環部品
４タング部
５パイプ
６壁部
７長孔
８、９本体部
１１ねじ溝
１２切欠き部
１１１ねじ溝
１１２ねじ軸
１１５ボール

Claims

外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
内周面に螺旋状のねじ溝が形成され、外周面に切欠き部が設けられたナットと、
前記ねじ軸のねじ溝と前記ナットのねじ溝との間を転動するボールと、
前記ねじ軸と前記ナットの両ねじ溝間を転動する前記ボールを循環させるボール循環路を形成し、前記切欠き部に取り付けられる循環部と、
を備えるボールねじであって、
前記ナットには、前記切欠き部内に、径方向に貫通し、長手方向がリード角に沿って形成され、互いに平行な長手方向両側面の一部が前記ボールを案内する長孔が形成され、
前記循環部は、
前記切欠き部の底壁面に当接するように、前記切欠き部内に配置され、前記長孔内に収容されるタング部を有する第１の循環部品と、
前記第１の循環部品に覆い被さるように、前記切欠き部内に配置され、前記長孔内に収容され、前記タング部と対向する壁部を有する第２の循環部品と、
前記第１の循環部品と前記第２の循環部品とが当接する当接面内に配置され、前記ボール循環路の一部を構成する、前記第１及び第２の循環部品の材質よりも高強度なパイプと、
を有する、ボールねじ。
前記ボール循環路の掬い上げ部は、前記第１の循環部品の前記タング部、前記第２の循環部品の壁部、及び、前記長孔の長手方向両側面によって構成され、
前記ボール循環路の方向転換部は、前記パイプによって構成される、請求項１に記載のボールねじ。