JP4426389B2

JP4426389B2 - ボールねじナット

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Publication number: JP4426389B2
Application number: JP2004199361A
Authority: JP
Inventors: 泰雄原島
Original assignee: Koganei Corp
Current assignee: Koganei Corp
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2024-07-06
Also published as: JP2006022849A

Description

本発明は、ねじ軸にこれに形成された螺旋状の雄ねじ溝を転動する複数のボールを介してねじ結合するボールねじナットに関する。

ボールねじは、ねじ軸とボールねじナットとにより構成され、ねじ軸の雄ねじ溝を転動する複数のボールを介してボールねじナットはねじ軸にねじ結合される。ボールねじは、ねじ軸とボールねじナットとの間のころがり摩擦抵抗が小さくかつバックラッシュを除去し易いことから、各種計測機器や工作機械などに多用されており、例えばねじ軸の回転運動をこれにねじ結合されるボールねじナットの直線往復動に変換して工作機械等を構成する部材を駆動するために使用されている。ボールねじナットつまりナットには、ねじ軸の外面に形成された雄ねじ溝との間で噛み合い通路を形成するための雌ねじ溝が形成されるとともに、噛み合い通路の両端部を連通させる戻し通路が形成されている。これにより、ねじ軸が回転して噛み合い通路の一方の端部に達したボールは、戻し通路を介して噛み合い通路にその他方の端部から入り込み、ボールは噛み合い通路と戻し通路とがループ状に連なって形成される循環路を循環して転動つまり転がり移動することになる。

従来のナットにおいては、複数巻数分の雄ねじ溝にボールを転動させるように、ねじ軸とナットとの間にはねじ軸の回転方向に３６０度以上の角度に渡って噛み合い通路が設けられており（特許文献１参照）、ボールを噛み合い通路に戻すために、ナットの外側にリターンパイプを取り付けるようにしたり、ナットの両端部にエンドキャップを取り付けてエンドキャップの間のナットに戻し通路を形成するようにしている。
特開２００３−１５６１１８号公報

このため、従来では、戻し通路を複数の噛み合い通路を跨ぐようにして噛み合い通路の外側に形成する必要があるので、ナットの径が大きくなり、ナットの小型化には限度がある。

一方、従来のボールねじにおいては、ナット自体ではボールを保持することができないので、ねじ軸にナットを嵌合させた状態の下で雄ねじ溝と雌ねじ溝とにより形成される噛み合い通路と戻し通路の中に所定数のボールを組み込むようにしており、ボールねじを組み立てるにはねじ軸にナットを組み付けた状態でナットへのボールの組み込み作業を行う必要がある。したがって、ナットをねじ軸から分離させた状態の下でナット内にボールを組み込むことはできない。また、ナットをねじ軸から取り外すと、ボールはナットから脱落することになるので、ねじ軸にストッパを設けてナットの移動ストロークを規制する必要がある。

本発明の目的は、小型のボールねじナットを提供することにある。

本発明の他の目的は、ボールを組み付けた状態でねじ軸に装着し得るボールねじナットを提供することにある。

本発明のボールねじナットは、雄ねじ溝を有するねじ軸に組み付けられるボールねじナットであって、仕切り用突起部が軸方向に延びて外周面に形成された円筒体を有し、円周方向に延びて前記円筒体に形成され両端が前記仕切り用突起部に達するボール保持用のスリットと、当該スリットに沿うとともに両端がそれぞれ前記スリットに連なるボール案内面とが形成された内側ケースと、前記内側ケースの外側に組み込まれ、前記スリットとにより複数のボールを案内する雌ねじ溝を形成する小径内周面と、前記スリットの一方の端部から他方の端部に前記ボールを戻す戻し通路を前記ボール案内面とにより形成する大径内周面とが設けられた外側ケースとを有することを特徴とする。

本発明のボールねじナットは、前記スリットは前記雄ねじ溝に対応して螺旋状であることを特徴とする。

本発明のボールねじナットは、前記内側ケースに前記スリット内に突出する係合爪を設け、前記ボールを前記雌ねじ溝内に保持することを特徴とする。

本発明のボールねじナットは、前記小径内周面に前記スリット内のボールが転動する円弧状溝を形成することを特徴とする。

本発明のボールねじナットは、前記スリットの両端部と前記外周面の両端部との間で前記ボールを案内する反転通路を前記仕切り用突起部とにより形成する反転用の突起部を前記内側ケースに設けることを特徴とする。

本発明のボールねじナットは、前記仕切り用突起部が入り込む係合溝を前記外側ケースに設けることを特徴とする。

本発明のボールねじナットは、前記内側ケースと前記外側ケースと前記ボールとにより形成されるナット組立体をハウジング内に同軸状に複数個組み込むとともにそれぞれの前記ナット組立体に軸方向に予圧を加えることを特徴とする。

本発明によれば、円筒体の外周面に軸方向に延びて形成される仕切り用突起部を端部とするボール保持用のスリットを円周方向に形成し、内側ケースとこれの外側に嵌合される外側ケースとの間に、仕切り用突起部の円周方向両側の部分に対応させてねじ軸の雄ねじ溝に転動するボールを保持する雌ねじ溝と、戻し通路とを形成するようにしたので、雌ねじ溝の一方の端部から戻し通路に反転させる反転通路と、雌ねじ溝の他方の端部に戻し通路から反転させる反転通路は、雌ねじ溝を跨ぐようにして設けることが不要となり、ボールねじナットの外径を小さくしても、ねじ軸のボールねじナットに対する回転運動に伴ってボールを循環移動させることができる。これにより、ボールねじナットを小型化することができる。

ボールねじナットは内側ケースと外側ケースとを有しており、両方のケース内にボールを循環移動させる戻し通路および雌ねじ溝を形成するようにしたので、スリット内に係合爪によりボールを保持するようにすれば、両方のケースの間にボールが保持され、ボールナットをねじ軸に装着することなく、ボールがボールねじナットから脱落することがない。これにより、ボールねじナットを容易に他のねじ軸に組み替えることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明のボールねじナットを有するボールねじを示す断面図であり、図２は図１に示されたナットを構成する内側ケースと外側ケースとを示す斜視図である。

図１に示すボールねじ１０は、螺旋状の雄ねじ溝１１が形成されたねじ軸１２と２つのナット組立体つまりボールねじナット１３とにより構成されており、２つのボールねじナット１３はハウジング１４の中に同軸状に組み込まれている。ハウジング１４には２つのナット１３を収容する円形収容孔１５が形成され、それぞれのナット１３がハウジング１４内からの抜けるのを防止するためにハウジング１４の両端部内にはＣ型リング１６が取り付けられている。２つのナット１３に対して軸方向に相互に逆向きの予圧を加えるために、２つのナット１３の間にはウェーブワッシャ１７が組み込まれており、ハウジング１４にねじ止めされるねじ部材１８がナット１３の外周面に押し付けられてナット１３の回転が防止される。

ナット１３は全体的にほぼ円筒形状となったインナーケースつまり内側ケース２１と、この内側ケース２１の外側に嵌合され、全体的にほぼ円筒形状となったアウターケースつまり外側ケース２２とを組み合わせることにより形成される。図示する場合には、内側ケース２１は樹脂材料を用いて製造されており、外側ケース２２は金属材料を用いて製造されているが、内側ケース２１も金属材料により製造するようにしても良い。

図３（Ａ）は内側ケース２１の正面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の右側面図であり、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）における３Ｃ−３Ｃ線に沿う断面図である。図４（Ａ）はボールが組み込まれた状態の内側ケース２１の正面図であり、図４（Ｂ）は同様の状態の内側ケースの背面図である。

内側ケース２１は一端にフランジ部２３が設けられた円筒体２４により形成されており、円筒体２４の外径はフランジ部２３よりも小径となっている。円筒体２４の外周面には、径方向外方に突出し円筒体２４のフランジ部２３側から他端に向けて延びる仕切り用突起部２５が設けられており、この仕切り用突起部２５の外面はフランジ部２３から他端部に向けて傾斜している。ただし、仕切り用突起部２５の外面を傾斜させることなく、外面が中心軸と平行となるように真っ直ぐに形成しても良い。円筒体２４の先端部側には、両端が仕切り用突起部２５に達する螺旋状のボール保持用のスリット２６が形成され、このスリット２６は円筒体２４の内面と外面とを貫通させるとともに円周方向に２７０度よりやや大きい角度の範囲に渡って形成されている。スリット２６には鋼球つまりボール２７が配置されるようになっており、ボール２７はスリット２６に沿って転動する。ボール２７が円筒体２４の内面と外面とから突出するように円筒体２４の厚みはボール２７の径よりも小さい値に設定されており、螺旋状のスリット２６のリード角βはねじ軸１２のリード角に対応している。

円筒体２４の後端部側には、スリット２６に対して軸方向にずれて、両端が仕切り用突起部２５に達するボール案内面２８がスリット２６およびフランジ部２３に沿ってスリット２６にほぼ対応した角度の範囲に設けられており、このボール案内面２８にはボール２７が配置されてこの表面に沿ってボール２７が転動するようになっている。このボール案内面２８の外周面は円筒体２４の外周面とほぼ同一の外径となっている。内側ケース２１にはスリット２６内に突出する係合爪２９が設けられており、スリット２６内に配置されたボール２７は内側ケース２１の径方向内方に向けて落下することが防止されている。係合爪２９は、スリット２６の軸方向の両端面に設けられているが、一方の端面に設けるようにしても良い。

仕切り用突起部２５の円周方向一方側にはスリット２６の一方端とボール案内面２８の一方端との間でボール２７を案内するほぼ半円形状の反転面３１が形成され、仕切り用突起部２５の円周方向他方側にはスリット２６の他方端とボール案内面２８の他方端との間でボール２７を案内するほぼ半円形状の反転面３２が形成されている。図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、スリット２６の一端がスリット２６の他端よりもフランジ部２３側に接近しているので、一方の反転面３１は他方の反転面３２よりも半径が小さくなっている。ボール２７をスリット２６とボール案内面２８の相互間に案内する反転通路３３，３４をそれぞれの反転面３１，３２との間で形成するために、円筒体２４には反転用の突起部３５，３６が径方向外方に突出して設けられている。それぞれの反転通路３３，３４の底面は、スリット２６の端部となる円筒体２４の内周面からボール案内面２８とに連なっており、スリット２６からボール案内面２８に向かうに従って径方向外方に向けて傾斜している。なお、図４（Ａ），（Ｂ）は内側ケース２１と外側ケース２２との間に組み込まれた状態におけるボール２７と内側ケース２１とを便宜的に示す図であり、内側ケース２１の外側に外側ケース２２を嵌合させなければ、ボール２７を内側ケース２１の外面に保持することはできない。

図５（Ａ）は外側ケース２２の正面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の左側面図であり、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）における５Ｃ−５Ｃ線に沿う断面図である。図６は内側ケース２１と外側ケース２２とを嵌合させた状態のもとで複数のボール２７を組み込んで組み立てられたボールねじナットを示す断面図であり、図７は図６における７−７線に沿う断面図であり、図８は図６における８−８線に沿う断面図であり、図９は図６における９−９線に沿う断面図である。

内側ケース２１の外側に嵌合される外側ケース２２は、図５（Ｃ）に示すように、スリット２６に対応する小径内周面３７と、ボール案内面２８に対応する大径内周面３８とを有している。小径内周面３７とスリット２６とによりボール２７を保持して案内する雌ねじ溝４１が形成され、この雌ねじ溝４１内に位置するボール２７はねじ軸１２の雄ねじ溝１１に係合することになり、雌ねじ溝４１と雄ねじ溝１１とにより噛み合い通路が形成される。一方、大径内周面３８とボール案内面２８とフランジ部２３と径方向の段差面３９とによりスリット２６の一方の端部から他方の端部にボール２７を反転通路３３，３４の一方を介して戻す戻し通路４２が形成される。小径内周面３７にはスリット２６に対応して雌ねじ溝４１内に配置されたボール２７が係合する円弧状溝４３が形成されている。

外側ケース２２の内面には、図５（Ｃ）に示すように、内側ケース２１と外側ケース２２とを嵌合させるときに、内側ケース２１の仕切り用突起部２５が入り込む係合溝４４が形成されている。係合溝４４の径方向の端面４５，４６にはそれぞれ反転用の突起部３５，３６が係合するようになっており、両方の端面４５，４６は、図５（Ａ）に示すように外側ケース２２の中心軸に対して角度θとなっており、この角度θの範囲に係合溝４４が形成されている。この角度θはほぼ９０度の角度となっている。

内側ケース２１の外側に外側ケース２２を嵌合させると、両方のケース２１，２２の間には、内側ケース２１のスリット２６と外側ケース２２の小径内周面３７とにより雌ねじ溝４１が形成され、内側ケース２１のボール案内面２８とフランジ部２３と外側ケース２２の大径内周面３８と段差面３９とにより戻し通路４２が形成され、さらに、仕切り用突起部２５の両側に反転通路３３，３４が形成される。外側ケース２２には、図５（Ｃ）に示すように、大径内周面３８に連通するボール挿入孔４７が形成されている。内側ケース２１の外側に外側ケース２２を嵌合させた状態で、ボール挿入孔４７から両方のケース２１，２２により形成される上述した雌ねじ溝４１、戻し通路４２および反転通路３３，３４の中に複数のボール２７を組み込むことによって、これらの中に複数のボール２７をループ状に連ならせて配置することができる。ボール２７の組み込みが修了したら、ボール挿入孔４７はねじ部材などからなるプラグ４８により閉塞される。このプラグ４８が取り付けられるボール挿入孔４７に対応させて外側ケース２２の外周面には環状溝４９が形成され、図１に示すように、ねじ部材１８は環状溝４９の底面に押し付けられるようになっている。

ナット組立体つまりボールねじナット１３は、スリット２６に突出して内側ケースに設けられた係合爪２９によってスリット２６内のボール２７がスリット２６から落下することがないので、内側ケース２１と外側ケース２２とを嵌合させた状態のもとで、ねじ軸１２に内側ケース２１を装着することなく、組み立てることができる。ただし、スリット２６に係合爪２９を設けない場合には、内側ケース２１をねじ軸１２に装着した状態で組立を行うことになる。

図１に示すボールねじを構成するねじ軸１２とボールねじナット１３は右ねじとなっており、例えば図１に矢印で示すようにねじ軸１２を右方向から見て時計方向に回転したときには、ボールねじナット１３は図１において右方向に移動することになる。この回転に伴ってスリット２６に保持されたボール２７はスリット２６と雄ねじ溝１１と円弧状溝４３に案内されて転動し、スリット２６の端部から反転面３１と反転用の突起部３５と間の反転通路３３にすくい上げられて反転通路３３を介して戻し通路４２に入り込む。戻し通路４２内に入り込んだボール２７はねじ軸１２の回転に伴って他方の反転通路３４にまで転動し、その反転通路３４からスリット２６にその他方の端部から入り込む。ねじ軸１２を逆方向に回転させると、それぞれのボール２７はナット１３に対して上述した方向とは反対の方向に転動することになる。

このように、ボール２７が連なった状態でねじ軸１２の雄ねじ溝１１に入り込むのは、図８に示すように回転方向に約２７０度の範囲であり、反転通路３３，３４は雌ねじ溝４１の径方向外方を跨ぐことがなく、しかも戻し通路４２内を転動するボール２７と雌ねじ溝４１を転動するボール２７が径方向にオーバーラップする程度までボール案内面２８の外径を小さくすることができるので、ボールねじナット１３の外径を大きくすることなく、ボール２７を内側ケース２１と外側ケース２２の間に形成される通路内を循環移動させることができる。したがって、ねじ軸１２の外径に対応したナットの外径を従来のボールねじナットよりも小さくすることができ、ボールねじナットを小型化することができる。

図示する場合には雌ねじ溝４１は円周方向に約２７０度の範囲に形成されているが、仕切り用突起部２５の円周方向の寸法を図示する場合よりも小さくすれば、２７０度以上の範囲に雌ねじ溝４１を形成することができる。なお、反転通路３３，３４を形成するための反転用の突起部３５，３６は内側ケース２１に一体に設けられているが、内側ケース２１に設けることなく、外側ケース２２に設けるようにしても良い。

図１に示すボールねじ軸は２つのナット組立体つまりボールねじナット１３がハウジング１４内に組み込まれており、２つのボールねじナット１３は両端部が逆向きとなるように組み込まれるとともに、２つのボールねじナット１３は相互に円周方向に１８０度位相がずれている。これにより、１つねじ軸１２には２つのナット１３により回転方向に３６０度以上の部分でボール２７を介してナット１３がねじ結合することになり、ねじ軸１２を回転させることによるナットの移動精度を所望の精度に保持することができる。

図１に示すように、２つのナット１３の間にはウェーブワッシャ１７が組み込まれており、２つのナット１３が離れる方向つまり逆方向に予圧がねじ軸１２とナット１３との間に加えられ、ねじ軸１２の回転方向が変化したときにおけるバックラッシュの発生を防止することができ、ナット１３の位置決め精度を高めることができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図１に示すハウジング１４には２つのナット組立体つまりボールねじナット１３を組み込むようにしているが、１つのみ、または３つあるいはそれ以上のボールねじナット１３をハウジング１４に組み込むようにしても良い。図１に示す場合には、ねじ軸１２を回転させてハウジング１４に取り付けられる被搬送部材を直線方向に移動させるようにしているが、ねじのリード角を図示する場合よりも大きくすれば、ハウジング１４を軸方向に移動することによってねじ軸１２を回転させることができる。

本発明のボールねじナットを有するボールねじを示す断面図である。図１に示されたナットを構成する内側ケースと外側ケースとを示す斜視図である。（Ａ）は内側ケースの正面図であり、（Ｂ）は図３（Ａ）の右側面図であり、（Ｃ）は図３（Ｂ）における３Ｃ−３Ｃ線に沿う断面図である。（Ａ）はボールが組み込まれた状態の内側ケースの正面図であり、（Ｂ）は同様の状態の内側ケースの背面図である。（Ａ）は外側ケースの正面図であり、（Ｂ）は図５（Ａ）の左側面図であり、（Ｃ）は図５（Ｂ）における５Ｃ−５Ｃ線に沿う断面図である。内側ケースと外側ケースとを嵌合させた状態のもとで複数のボールを組み込んで組み立てられたボールねじナットを示す断面図である。図６における７−７線に沿う断面図である。図６における８−８線に沿う断面図である。図６における９−９線に沿う断面図である。

符号の説明

１０ボールねじ
１１雄ねじ溝
１２ねじ軸
１３ボールねじナット（ナット組立体）
１４ハウジング
１５収容孔
１６Ｃ型リング
１７ウェーブワッシャ
１８ねじ部材
２１内側ケース
２２外側ケース
２３フランジ部
２４円筒体
２５仕切り用突起部
２６スリット
２７ボール
２８ボール案内面
２９係合爪
３１，３２反転面
３３，３４反転通路
３５，３６反転用の突起部
３７小径内周面
３８大径内周面
３９段差面
４１雌ねじ溝
４２戻し通路
４３円弧状溝
４４係合溝
４５，４６端面
４７ボール挿入孔
４８プラグ
４９環状溝

Claims

雄ねじ溝を有するねじ軸に組み付けられるボールねじナットであって、
仕切り用突起部が軸方向に延びて外周面に形成された円筒体を有し、円周方向に延びて前記円筒体に形成され両端が前記仕切り用突起部に達するボール保持用のスリットと、当該スリットに沿うとともに両端がそれぞれ前記スリットに連なるボール案内面とが形成された内側ケースと、
前記内側ケースの外側に組み込まれ、前記スリットとにより複数のボールを案内する雌ねじ溝を形成する小径内周面と、前記スリットの一方の端部から他方の端部に前記ボールを戻す戻し通路を前記ボール案内面とにより形成する大径内周面とが設けられた外側ケースとを有することを特徴とするボールねじナット。
請求項１記載のボールねじナットにおいて、前記スリットは前記雄ねじ溝に対応して螺旋状であることを特徴とするボールねじナット。
請求項１または２記載のボールねじナットにおいて、前記内側ケースに前記スリット内に突出する係合爪を設け、前記ボールを前記雌ねじ溝内に保持することを特徴とするボールねじナット。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のボールねじナットにおいて、前記小径内周面に前記スリット内のボールが転動する円弧状溝を形成することを特徴とするボールねじナット。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のボールねじナットにおいて、前記スリットの両端部と前記外周面の両端部との間で前記ボールを案内する反転通路を前記仕切り用突起部とにより形成する反転用の突起部を前記内側ケースに設けることを特徴とするボールねじナット。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のボールねじナットにおいて、前記仕切り用突起部が入り込む係合溝を前記外側ケースに設けることを特徴とするボールねじナット。
請求項１〜６のいずれか１項に記載のボールねじナットにおいて、前記内側ケースと前記外側ケースと前記ボールとにより形成されるナット組立体をハウジング内に同軸状に複数個組み込むとともにそれぞれの前記ナット組立体に軸方向に予圧を加えることを特徴とするボールねじナット。