JP3150527U - 転動体ねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二つ割りのリターンパイプが接合面で開くのを防止することができる転動体ねじ装置を提供する。【解決手段】転動体ねじ装置のリターンパイプ１０は、ボールを循環させるように、ナットの負荷ボール転走溝の一端と他端を繋ぐ。リターンパイプ１０は、二分割された分割ピース２１，２２を接着結合してなる。各分割ピース２１，２２は、凸部２１ｂと凹部２１ｃを繰り返した凹凸形状に形成される接合面２１ａ，２２ａを有する。そして、凸部２１ｂの側面２７がリターンパイプ１０の中心線に直交する平面Ｐ２内に位置する。【選択図】図６

Description

本考案は、ねじ軸とナットとの間に転がり運動可能に転動体を介在させ、該転動体をリターンパイプによって循環させる転動体ねじ装置に関する。

ねじ軸とナットとの間に転がり運動可能にボールを介在させたボールねじは、ねじ軸とナットと間に発生する摩擦を低減できるので、機械要素として、工作機械、半導体・液晶製造装置の位置決め機構、送り機構、あるいは自動車のステアリングギヤ等の様々な機械に組み込まれている。

ナットに対してねじ軸を相対的に回転させると、ねじ軸のボール転走溝及びナットの負荷ボール転走溝の間の負荷ボール転走路をボールが転がる。ナットの負荷ボール転走溝の一端まで転がったボールは、ナットに設けられたリターンパイプによって掬い上げられ、負荷ボール転走溝の他端に戻される。

ボールを循環させるリターンパイプは、金属製のパイプをプレスで折り曲げて製造されるのが一般的であった。近年、加工の容易性の観点から、図９に示されるように、軸方向に沿って分割された一対の分割ピースを接合し、この状態でナットの孔に嵌め込んだ後、チューブ押さえによってナットに固定するリターンパイプが提案されている（例えば特許文献１、請求項１参照）。このリターンパイプでは、分割ピースの接合面２同士のずれを防止するために、接合面２に互いに嵌合する凹凸部３を設けている。

特開２００３−３４３６８３号公報

過負荷がかかる状況でボールねじが使用されると（例えば、射出成形機に使用されるボールねじには、樹脂の充填時に過負荷がかかる）、リターンパイプ内でボールの循環が阻害されることがある。すると、蛇行したボールがリターンパイプ１の内壁を押し、ボール４の圧力によってリターンパイプが接合面で開いてしまう現象が生じた。

この開き現象を詳述するに、ボールねじに過負荷がかかると、負荷ボール転走路でのボールの弾性変形量が規定値以上に大きくなり、負荷ボール転走路も狭くなる。こうなると、図１０に示されるように、ボール４が負荷ボール転走路５に入りにくくなる。リターンパイプ１の反対側の負荷ボール転走路６からは次々とボール４が入ってくるので、リターンパイプ１内で詰まったボールが蛇行してリターンパイプ１の内壁を押す。ボール４のリターンパイプ１を押す力が、二分割されたリターンパイプ１を結合させる力よりも強くなるとき、リターンパイプ１の接合面がボール４の逃げ道になり、リターンパイプ１が接合面で開く。

特許文献１に記載のリターンパイプは、接合面のずれを防止できても、ボールねじに過負荷がかかったときの接合面の開きを防止することができない。

そこで本考案は、リターンパイプが接合面で開くのを防止することができる転動体ねじ装置を提供することを目的とする。

以下、本考案について説明する。なお、本考案の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本考案が図示の形態に限定されるものでない。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の考案は、外周面に螺旋状の転動体転走溝が形成されたねじ軸と、内周面に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たナットと、中央部と中央部に対して曲げられた一対の脚部を有し、前記ナットの前記負荷転動体転走溝の一端と他端を繋ぐリターンパイプと、前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間の負荷転動体転走路、及び前記リターンパイプ内の無負荷転動体戻し通路で構成される転動体循環路に配列されて、前記ねじ軸の前記ナットに対する相対的な回転に伴って循環する複数の転動体と、を備える転動体ねじ装置において、前記リターンパイプは、二分割された分割ピースを接着結合してなり、各分割ピースは、凸部と凹部を繰り返した凹凸形状に形成される接合面を有し、前記凸部の側面が前記リターンパイプの中心線に直交する平面内に位置する転動体ねじ装置である。

請求項２に記載の考案は、請求項１に記載の転動体ねじ装置において、前記凸部の頂上面及び前記凹部の底面は、前記リターンパイプの中心線に平行な平面内に位置し、且つ、前記凸部の頂上面及び前記凹部の底面は、前記中央部の中心線及び前記脚部の中心線を含む平面から離間していることを特徴とする。

請求項１に記載の考案によれば、接合面の凸部の側面がリターンパイプの中心線に直交した平面内に位置するので、リターンパイプを接合面で開こうとする力は、凸部の側面にせん断力となってかかる。リターンパイプを開こうとする力Ｆを接着結合した凸部の側面でせん断力として受けるので、リターンパイプを開こうとする大きな力に耐えることができる。

請求項２に記載の考案によれば、転動体がリターンパイプの内壁を押し易い部分（中央部の中心線及び脚部の中心線を含む平面上）から離間しているので、リターンパイプに開く力が働き難くなる。

本考案の一実施形態におけるボールねじを示す斜視図（一部断面図を含む） 上記ボールねじを示す断面図（図(A)はねじ軸の軸線に直交する断面図を示し、図(B)はねじ軸に沿った断面図を示す） リターンパイプの斜視図 ボールの循環軌道を示す図（図(A)はねじ軸の軸線方向からみた循環軌道を示し、図(B)は循環軌道の平面図を示し、図(C)はリターンパイプの側方からみた循環軌道を示し、図(D)はねじ軸の側方からみた循環軌道を示す） 二分割された分割ピースを示す斜視図 二分割された分割ピースを示す図（図(A)側面図を示し、図(B)は平面図を示し、図(C)は正面図を示す） リターンパイプの平面図 凸部側面でのせん弾力を示す模式図 従来のリターンパイプを示す図（図(B)は正面図を示し、図(A),(C)は(B)の左右側面図を示す） 従来のリターンパイプ内のボールの循環を示す断面図

図１は、本考案の一実施形態における転動体ねじ装置としてのボールねじを示す。このボールねじは、外周面に螺旋状のボール転走溝７ａが形成されたねじ軸７と、内周面にボール転走溝７ａに対向する負荷ボール転走溝８ａが形成されたナット８との間に、転がり運動可能に複数のボール９を介在させたものである。複数のボール９間には、必要に応じてボール９同士の接触を防止するスペーサ２３が介在される。

ねじ軸７の外周には所定のリードを有する螺旋状のボール転走溝７ａが形成される。ボール転走溝７ａの断面形状は、単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝に形成されるか、２つの円弧を組み合わせたゴシックアーチ溝に形成される。ねじ軸７のボール転走溝７ａ上をボール９が転がり運動するので、ボール転走溝７ａは表面が硬化処理される。ねじには、一条ねじ、二条ねじ、三条ねじ等様々なものを用いることができる。

ねじ軸７が貫通するナット８の内周面には、ねじ軸７のボール転走溝７ａに対向する螺旋状の負荷ボール転走溝８ａが形成される。負荷ボール転走溝８ａの断面も、単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝に形成されるか、２つの円弧を組み合わせたゴシックアーチ溝に形成される。負荷ボール転走溝８ａ上をボール９が転がり運動するので、負荷ボール転走溝８ａも表面が硬化処理される。ナット８の側面には平面部８ｂが形成され、この平面部８ｂにリターンパイプ１０の脚部１２が挿入される嵌合孔８ｃが空けられる。嵌合孔８ｃはナット８の内周面まで貫通し、ナット８の内周面の負荷ボール転走溝８ａに繋がる。

ナット８の負荷ボール転走溝８ａの一端まで転がったボール９は、リターンパイプ１０により数巻き手前の負荷ボール転走溝８ａの元の位置に戻される。リターンパイプ１０の内径はボール９の直径よりも若干大きい。リターンパイプ１０内では、前方のボール９は後続のボール９に押されながら移動する。

リターンパイプ１０は、ナット８の平面部８ｂに取り付けられる中央部１１と、中央部１１に対して曲げられた一対の脚部１２とを有し、全体が門形状に形成される。図３に示されるように、中央部１１には延出部１１ａが一体に形成され、この延出部１１ａに結合手段としてのねじが貫通する取付け孔１１ｂが形成される。ナット８の側面の嵌合孔８ｃにリターンパイプ１０の一対の脚部１２を挿入し、中央部１１を結合手段でナット８の側面に固定することで、リターンパイプ１０がナット８に取り付けられる。リターンパイプ１０の脚部１２の先端には、負荷ボール転走路を転がるボールを掬い上げ、リターンパイプ内へ導き、またリターンパイプ内を移動するボールを負荷ボール転走路へ戻す掬い部１２ｄが設けられる。

図２(A)に示されるように、リターンパイプ１０の一対の脚部１２は、ねじ軸の軸線方向からみて、負荷ボール転走路１３の中心線の接線方向１４に配置される。そして、図２(B)に示されるように、ねじ軸７の側面方向からみて、負荷ボール転走路１３のリード角に一致する角度α傾けられている。反対側の脚部１２もリード角に合わせて反対方向に角度α傾けられている。すなわち、リターンパイプ１０の一対の脚部１２は螺旋状の負荷ボール転走路１３の接線方向に配置される。螺旋状の負荷ボール転走路１３の接線方向にボール９を掬い上げ且つ戻すことになるので、ボール９に無理な力が働かない。

図４はボールの循環軌道を示す。図４(A)はねじ軸の軸線方向からみた循環軌道を示し、図４(B)は循環軌道の平面図を示し、図４(C)はリターンパイプの側方からみた循環軌道を示し、図４(D)はねじ軸の側方からみた循環軌道を示す。ねじ軸７のボール転走溝７ａとナット８の負荷ボール転走溝８ａとの間には、螺旋状の負荷ボール転走路１３が形成される。リターンパイプ１０の内部には、ナット８の負荷ボール転走溝８ａの一端と他端をつなぐ、無負荷転動体戻し通路として無負荷ボール戻し通路１９が形成される。無負荷戻し通路１９は直線軌道と円弧軌道の組合せで構成される。リターンパイプ１０の中央部１１には、内部に直線的に伸びる直線通路１１ｃが形成される。一対の脚部１２それぞれには、直線通路１１ｃに連続し、円弧状に曲がる円弧通路１２ｂと、円弧通路１２ｂの終端から直線的に伸びる直線通路１２ｃが形成される。負荷ボール転走路１３と無負荷戻し通路１９の接合部では、ボールが円滑に移動するように、循環軌道の接線方向が連続に設定される。ねじ軸７にはリードがあるから、図(C)に示されるように、リターンパイプ１０の一対の脚部１２内の直線通路１２ｃの中心線は、中心線から反対方向に互いに角度α傾けられている。

ナット８に対してねじ軸７を相対的に回転させると、負荷ボール転走路１３をボール９が転がり運動する。負荷ボール転走路１３の一端まで転がったボール９はリターンパイプ１０内に掬い上げられ、無負荷ボール戻し通路１９を経由した後、数巻き手前の負荷ボール転走路１３の他端に戻される。ナット８に対してねじ軸７が回転している間、ボール９は負荷ボール転走路１３及び無負荷ボール戻し通路１９により構成されるボール循環経路を無限循環する。

図５及び図６に示されるように、リターンパイプ１０は、二分割された分割ピース２１，２２を接着結合してなる。なおこの図では、リターンパイプ１０の分割ピース２１，２２に焦点を当てているため、掬い部１２ｄ及び延出部１１ａを省略している。上述したように、リターンパイプ１０の脚部１２の先端には、掬い部１２ｄ（図３参照）が形成される。脚部１２の先端まで分割してしまうと、複雑な形状の掬い部１２ｄが分割されることになるので、掬い部１２ｄの形状の連続性が妨げられる。このため、この実施形態では脚部１２の先端を分割していない。各分割ピース２１，２２で金型を共通化できるように、二つの分割ピース２１，２２の形状は同一にされる。

各分割ピース２１，２２の接合面２１ａ，２２ａは、凸部２１ｂ，２２ｂと凹部２１ｃ，２２ｃを繰り返した凹凸形状に形成される。一対の分割ピース２１，２２は、接合面２１ａ，２２ａの凹凸形状が噛み合った状態で結合される。図６に示されるように、凸部２１ｂ，２２ｂの頂上面２５及び凹部２１ｃ，２２ｃの底面２６は、リターンパイプ１０の中心線に平行な平面内に位置し、且つ、中央部１１の中心線及び脚部１２の中心線を含む平面Ｐ１から所定量Ｌ離間する。そして、凸部２１ｂ，２２ｂの側面２７は、リターンパイプ１０の中心線に直交する平面Ｐ２内に位置する。

なお厳密にいうと、図４(C)に示されるように、一対の脚部１２の中心線は中央部１１の中心線に対して、反対方向に角度α傾いているから（図７のリターンパイプ１０の平面図も参照）、一方の脚部１２の中心線と中央部１１の中心線を含む平面と、他方の脚部１２の中心線と中央部１１の中心線を含む平面も、角度2αだけ傾いていることになる。凸部２１ｂ，２２ｂの頂上面２５及び凹部２１ｃ，２２ｃの底面２６は、2α傾いているどちらの平面からも離間している。

各分割ピース２１，２２は、樹脂を射出成形することで製造される。分割されていない脚部１２の先端はスライド金型を用いて製造される。例えば、金型内に脚部の先端を形作るスライド金型を挿入し、金型内のキャビティに樹脂を射出成形する。金型を開いた後、スライド金型を脚部１２の中心線方向にスライドさせて、スライド金型を分割ピースから取り外す。

分割ピース２１，２２を樹脂成形した後、分割ピース２１，２２の接合面２１ａ，２２ａに接着剤を塗布し、一方の分割ピース２１の凸部２１ｂに他方の分割ピース２２の凹部２２ｃを噛み合わせてこれらを接着結合する。ここで、一方の分割ピース２１の凸部２１ｂの頂上面２５と他方の分割ピース２２の凹部２１ｃの底面２６同士だけでなく、凸部２１ｂ，２２ｂの側面２７同士も接着結合する。分割ピースを接着結合する方法としては、溶着、接着シートによる接着結合を用いてもよい。

本実施形態によれば、接合面２１ａ，２２ａを凹凸形状にすることで、接着面積を大きくすることができるので結合強度を上げることができる。それだけでなく、図８に示されるように、ボールねじに過負荷がかかり、リターンパイプ１０を開こうとする力Ｆがかかったとき、分割ピース２１，２２の凸部２１ｂ，２２ｂの側面２７にせん断τが働く。リターンパイプ１０を開こうとする力Ｆを接着結合した凸部２１ｂ，２２ｂの側面２７でせん断力τとして受けるので、リターンパイプ１０を開こうとする大きな力Ｆに耐えることができる。

中央部１１の中心線及び脚部１２の中心線を含む平面上のリターンパイプ１０内壁は、押し詰まったときにボール９がリターンパイプ１０を押し易い部分になる。接合面（凸部２１ｂ，２２ｂの頂上面２５及び凹部２１ｃ，２２ｃの底面２６）が、ボール９がリターンパイプ１０を押し易い部分から離間しているので、リターンパイプ１０に開く力が働き難くなる。

なお、本考案は上記実施形態に限られることなく、本考案の要旨を変更しない範囲で様々に変更可能である。例えば、凸部の頂上面及び凹部の底面は、リターンパイプの中心に対して平行でなくても、鋸刃のように傾いていてもよい。さらに転動体としてはボールの替わりにローラも使用することができる。

７…ねじ軸
７ａ…ボール転走溝（転動体転走溝）
８…ナット
８ａ…負荷ボール転走溝（負荷転動体転走溝）
９…ボール（転動体）
１０…リターンパイプ
１１…中央部
１２…脚部
１３…負荷ボール転走路（負荷転動体転走路）
１９…無負荷ボール戻し通路（無負荷転動体戻し通路）
２１，２２…分割ピース
２１ａ，２２ａ…接合面
２１ｂ，２２ｂ…凸部
２１ｃ，２２ｃ…凹部
２５…凸部の頂上面
２６…凹部の底面
２７…凸部の側面

Claims (2)

1. 外周面に螺旋状の転動体転走溝が形成されたねじ軸と、内周面に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たナットと、中央部と中央部に対して曲げられた一対の脚部を有し、前記ナットの前記負荷転動体転走溝の一端と他端を繋ぐリターンパイプと、前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間の負荷転動体転走路、及び前記リターンパイプ内の無負荷転動体戻し通路で構成される転動体循環路に配列されて、前記ねじ軸の前記ナットに対する相対的な回転に伴って循環する複数の転動体と、を備える転動体ねじ装置において、
   前記リターンパイプは、二分割された分割ピースを接着結合してなり、
   各分割ピースは、凸部と凹部を繰り返した凹凸形状に形成される接合面を有し、
   前記凸部の側面が前記リターンパイプの中心線に直交する平面内に位置することを特徴とする転動体ねじ装置。
2. 前記凸部の頂上面及び前記凹部の底面は、前記リターンパイプの中心線に平行な平面内に位置し、且つ、前記凸部の頂上面及び前記凹部の底面は、前記中央部の中心線及び前記脚部の中心線を含む平面から離間していることを特徴とする請求項１に記載の転動体ねじ装置。

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