JP4875888B2 - 転動体ねじ装置及び転動体ねじ装置の循環部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ねじ軸とナット部材との間に転がり運動可能に転動体を介在させ、該転動体を循環部材によって循環させる転動体ねじ装置に関する。

ねじ軸とナット部材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、ねじ軸とナット部材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。

ナット部材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部材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。ナット部材の負荷ボール転走溝の一端まで転がったボールは、ナット部材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。

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成形されるか、又は樹脂を射出成形することで製造される。図１４は樹脂の成形品からなるリターンパイプ１を示す。リターンパイプ１の内部にはボールが移動する無負荷ボール通路２が形成されるので、リターンパイプ１の内部が中空になる。中空のリターンパイプ１は、リターンパイプ１の軸線に沿った分割合せ面３でリターンパイプ１を二分割して成形し、その後、二分割されたリターンパイプピース１ａ，１ｂを接着剤、ねじ等の結合手段で結合することで製造されていた（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−２３２４２１号公報

しかし、ボールねじに過負荷がかかったとき、リターンパイプ１内でボールの循環が阻害されることがある。そうすると、蛇行したボールがリターンパイプ１の内壁を押し、これによってリターンパイプ１が分割合せ面３で開いてしまうおそれがある。

具体的には、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場合がある。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。ボールねじに過度のモーメント荷重がかかったときにも、同様に負荷ボール転走路が狭くなる。こうなると、リターンパイプ１から負荷ボール転走路へ移行するボールの変形量が規定値以上に大きくなるので、図１５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。よって、リターンパイプ１内でボール４の循環が阻害される。

一方、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ったときに、リターンパイプ１の分割合せ面３がボール４の逃げ道になり、リターンパイプ１が分割合せ面３で開く。

たしかに、リターンパイプ１の結合手段の結合強度を高めれば、リターンパイプ１の開きを抑えることができるが、根本的な解決手段であるとはいえない。

そこで本発明は、リターンパイプの結合手段の結合強度を高めるのとは異なる手段で、リターンパイプが分割合せ面で開くのを防止することができる転動体ねじ装置及び転動体ねじ装置の循環部材の製造方法を提供することを目的とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明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、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、外周面に螺旋状の転動体転走溝（７ａ）が形成されたねじ軸（７）と、内周面に前記転動体転走溝（７ａ）に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝（８ａ）が形成されたナット部材（８）と、前記ナット部材（８）の前記負荷転動体転走溝（８ａ）の一端と他端を繋ぐ循環部材（１０，３１，３５）と、前記ねじ軸（７）の前記転動体転走溝（７ａ）と前記ナット部材（８）の前記負荷転動体転走溝（８ａ）との間の負荷転動体転走路（１３）、及び前記循環部材（１０，３１，３５）内の無負荷転動体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（７）の前記ナット部材（８）に対する相対的な回転に伴って循環する複数の転動体（９）と、を備える転動体ねじ装置において、前記循環部材（１０，３１，３５）は、樹脂の成形品であると共に、前記循環部材（１０，３１，３５）の軸線に沿った分割合せ面ではなく、前記軸線に直交又は交差する分割合せ面（１１ａ，１２ａ，３３ａ，３７ａ）のみにて分割され、前記循環部材（１０）は、前記ナット部材（８）の側面に取り付けられる中央部（１１）と、前記中央部（１１）に対して曲げられた一対の脚部（１２）とを有すると共に、前記分割合せ面（１１ａ，１２ａ）にて前記中央部（１１）と前記一対の脚部（１２）とに三分割され、前記一対の脚部（１２）それぞれは、直線的に伸びる直線通路（１２ｃ）と、円弧状に曲がる円弧通路（１２ｂ）を有し、前記一対の脚部（１２）それぞれの前記円弧通路（１２ｂ）及び前記直線通路（１２ｃ）は、前記円弧通路（１２ｂ）に挿入される円弧通路用中子（１９）を前記円弧通路（１２ｂ）に沿って回転させて前記円弧通路（１２ｂ）から抜くと共に、前記直線通路（１２ｃ）に挿入される直線通路用中子（２０）を前記直線通路（１２ｃ）に沿ってスライドさせて前記直線通路（１２ｃ）から抜くことで形成される転動体ねじ装置。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の転動体ねじ装置において、分割された複数の循環部材ピース（１１，１２，３３，３７）の間には、これらを結合するために二色成形により接合用樹脂が充填されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、ねじ軸（７）の外周面の螺旋状の転動体転走溝（７ａ）と、ナット部材（８）の内周面の螺旋状の負荷転動体転走溝（８ａ）との間に転動体（９）を介在させた転動体ねじ装置に設けられ、前記転動体（９）が循環できるように前記ナット部材（８）の前記負荷転動体転走溝（８ａ）の一端と他端を繋ぐ転動体ねじ装置の循環部材（１０）の製造方法であって、前記循環部材（１０）がその軸線に沿った分割合せ面ではなく、前記軸線に直交又は交差する分割合せ面（１１ａ，１２ａ）のみにて分割され、分割された循環部材ピース（１２）は、金型に直線通路用中子（２０）と円弧通路用中子（１９）を挿入して脚部用のキャビティを形成する工程と、前記キャビティに樹脂を押し込んで前記分割循環部材ピース（１２）を成形する工程と、前記分割循環部材ピース（１２）の直線通路（１２ｃ）に挿入される前記直線通路用中子（２０）を前記直線通路に沿ってスライドさせて前記直線通路（１２ｃ）から抜くと共に、前記分割循環部材ピース（１２）の円弧通路（１２ｂ）に挿入される円弧通路用中子（１９）を前記円弧通路（１２ｂ）に沿って回転させて前記円弧通路（１２ｂ）から抜く工程により製造されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、循環部材の軸線に沿った分割を回避できるので、循環部材が分割合せ面で開くのを防止できる。また、直線と円弧の組み合わせからなる脚部を樹脂で成形することができる。

請求項２に記載の発明によれば、循環部材を分割合せ面で接合することができる。

請求項３に記載の発明によれば、直線と円弧の組み合わせで構成される循環部材の脚部を樹脂で成形することができる。

図１は、本発明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部材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２２が介在される。ナット部材８に対してねじ軸７を相対的に回転させると、ねじ軸７のボール転走溝７ａとナット部材８の負荷ボール転走溝８ａの間をボール９が転がり運動する。ナット部材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、循環部材としてのリターンパイプ１０により、数巻き手前のボール転走溝の元の位置に戻される。

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が貫通するナット部材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。ナット部材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が形成される。嵌合孔８ｃはナット部材８の内周面まで貫通し、ナット部材８の内周面の負荷ボール転走溝８ａに繋がる。

リターンパイプ１０は、ナット部材８の側面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。ナット部材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部材８の側面に固定することで、リターンパイプ１０がナット部材８に取り付けられる。すなわち、リターンパイプ１０はナット部材８の側面側から取り付けられる。

リターンパイプ１０の内部には、断面円形状の無負荷転動体通路としてボール戻し通路が形成される。ボール戻し通路の内径はボール９の直径よりも若干大きい。このボール戻し通路では、前方のボール９が後続のボール９に押されながら移動する。ねじ軸７のボール転走溝７ａとナット部材８の負荷ボール転走溝８ａとの間の負荷ボール転走路、及びこのボール戻し通路とで無限循環路が構成される。

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及び図５に示されるように、リターンパイプ１０は、リターンパイプ１０の軸線に直交する分割合せ面１１ａ，１２ａにて、中央部１１と一対の脚部１２とに三分割される。円筒形状の中央部１１には、内部に直線的に伸びる直線通路１１ｂが形成される。一対の脚部１２それぞれは、直線的に伸びる直線通路１２ｃと円弧状に曲がる円弧通路１２ｂを有する。脚部１２の中心線は直線１８と円弧１７の組み合わせで構成される（図６参照）。円弧通路１２ｂの中心線は曲率半径が一定の単一の円弧１７からなる。円弧通路１２ｂの中心線の接線方向に直線通路１２ｃの中心線が伸びる。そして、この実施形態のように、リターンパイプ１０の一対の脚部１２が負荷ボール転走路１３の接線方向に配置される場合は、円弧１７の中心角は９０度より若干大きく設定される。一方、脚部１２が負荷ボール転走路１３の接線方向に配置されない場合は、円弧１７の中心角が９０度以下に設定されることもある。

図６は金型による脚部の製造工程を示す。脚部１２の円弧通路１２ｂ及び直線通路１２ｃは、円弧通路１２ｂに挿入される円弧通路用中子１９を円弧通路１２ｂに沿って回転させて円弧通路１２ｂから抜くと共に、直線通路１２ｃに挿入される直線通路用中子２０を直線通路１２ｃに沿ってスライドさせて直線通路１２ｃから抜くことで形成される。

以下に脚部の製造工程を詳述する。まず、金型２１に直線通路用中子２０と円弧通路用中子１９を挿入して脚部用のキャビティを形成する。次に、射出成形によりキャビティに樹脂を押し込んで分割循環部材ピースとしての脚部１２を成形する。次に、直線通路１２ｃに挿入された直線通路用中子２０を前記直線通路１２ｃに沿ってスライドさせて直線通路から抜くと共に、円弧通路１２ｂに挿入された円弧通路用中子１９を円弧通路１２ｂに沿って回転させて円弧通路１２ｂから抜く。以上により、脚部１２が成形される。

リターンパイプピースとしての中央部１１及び一対の脚部１２は二色成形法により結合される。図７は二色成形法の工程図を示す。中央部１１と脚部１２を合体させ、これらを金型２３，２４内に配置すると、中央部１１と脚部１２との間には、接合樹脂充填用キャビティ２５が形成される。金型２３，２４には接合樹脂充填用キャビティに繋がるゲート２６が形成されている。ゲート２６から接合樹脂充填用キャビティ２５に接合用樹脂２７を充填すると、接合用樹脂２７、中央部１１及び一対の脚部１２が互いに樹脂同士なので、中央部１１と一対の脚部１２とが接合用樹脂２７に接合される。

二色成形法により、中央部１１と一対の脚部１２は強固に結合される。より一層これらの分割合せ面１１ａ，１２ａがずれるのを防止する手段として、分割合せ面１１ａ，１２ａに凹凸の段差を設けてもよいし、ナット部材８にリターンパイプ１０を取り付けた後、分割合せ面１１ａ，１２ａの境目をパイプ押え等で押さえてもよい。

図８及び図９はリターンパイプの他の例を示す。このリターンパイプ３１は、直線的に伸びる直線通路を有する中央部３２にて二分割される。二分割されたリターンパイプピース３３の分割合せ面３３ａは、リターンパイプ３１の中央部に配置され、リターンパイプ３１の軸線に直交する。分割合せ面３３ａをリターンパイプ３１の中央部に配置することで、ボール９の循環が阻害されたときにリターンパイプ３１が分割合せ面で開いてしまう現象をより緩和できる。また、ボール９の循環が阻害された場合のみならず、通常のボール９の循環においても、ボール９と無負荷ボール通路との間にはクリアランスがあるので、遠心力によってボール９が円弧通路の外側に接触する。分割合せ面３３ａを中央部に配置することで、通常のボール９の循環時でも、分割合せ面３３ａにボールが接触する力がかかるのを抑制できる。

図１０及び図１１はリターンパイプのさらに他の例を示す。このリターンパイプ３５も中央部３６にて二分割されるが、分割されたリターンパイプピース３７の分割合せ面３７ａがリターンパイプ３５の軸線に交差している。上述のように、リターンパイプ３５の一対の脚部３８はリード角に合せて傾けられている。分割合せ面３７ａをリターンパイプ３５の軸線に交差させることで、二つのリターンパイプピース３７を接合するときにも、一定の傾き角度を保ってこれらを接合することができる。

図１２は、図８及び図９に示されるリターンパイプ３１の工程図を示す。二分割されたリターンパイプピース３３が中子法により射出成形される点は図６に示される三分割されたリターンパイプピースと同じである。しかし、この例のリターンパイプピース３３の形状では、リターンパイプピース３３が直線、円弧、直線の組合せで構成されるので、リターンパイプピース３３から中子４１を抜くことが困難である。よって、中子４１には溶ける樹脂が用いられる。そして、リターンパイプピース３３を射出成形した後、中子４１を溶かす。二分割されたリターンパイプピース３３は二色成形法により接合される。

図１３は、分割合せ面のない樹脂成形品のリターンパイプ４２を示す。中子４３を溶かす成形法を採用すれば、このような分割合せ面のないリターンパイプ４２の製造も可能になる。勿論分割合せ面がないことから、本発明の範囲からは外れる。しかし、分割が一切ないので、分割合せ面が開くという心配もなくなる。

なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明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、本発明はリターンパイプ方式のボールねじのリターンパイプに限られることなく、循環部材がナット部材の端面側から取り付けられる所謂エンドキャップ方式のボールねじにも適用することができる。また、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。

本発明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）はねじ軸の軸線に沿った断面図を示す） リターンパイプの斜視図 三分割されたリターンパイプを示す平面図 三分割されたリターンパイプを示す側面図 金型による脚部の製造工程を示す図 二色成形法の工程図 二分割されたリターンパイプの平面図（直交タイプ） 二分割されたリターンパイプの側面図（直交タイプ） 二分割されたリターンパイプの平面図（交差タイプ） 二分割されたリターンパイプの側面図（交差タイプ） 二分割されたリターンパイプの製造工程図 分割合せ面のないリターンパイプを示す図 従来の樹脂の成形品からなるリターンパイプを示す斜視図 ボールの循環が阻害された例を示す従来図（ねじ軸に直交する断面図）

符号の説明

７ａ…ボール転走溝（転動体転走溝）
７…ねじ軸
８…ナット部材
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（循環部材）
１１…中央部
１１ｂ…直線通路
１１ａ，１２ａ…分割合せ面
１２ｂ…円弧通路
１２…脚部
１２ｃ…直線通路
１３…負荷ボール転走路（負荷転動体転走路）
１９…円弧通路用中子
２０…直線通路用中子
２１…金型
２３，２４…金型
２５…接合樹脂充填用キャビティ
２７…接合用樹脂
３１…リターンパイプ
３２…中央部
３３…リターンパイプピース
３３ａ…分割合せ面
３５…リターンパイプ
３６…中央部
３７…リターンパイプピース
３７ａ…分割合せ面

Claims (3)

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部材と、前記ナット部材の前記負荷転動体転走溝の一端と他端を繋ぐ循環部材と、前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナット部材の前記負荷転動体転走溝との間の負荷転動体転走路、及び前記循環部材内の無負荷転動体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部材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、
   前記循環部材は、樹脂の成形品であると共に、前記循環部材の軸線に沿った分割合せ面ではなく、前記軸線に直交又は交差する分割合せ面のみにて分割され、
   前記循環部材は、前記ナット部材の側面に取り付けられる中央部と、前記中央部に対して曲げられた一対の脚部とを有すると共に、前記分割合せ面にて前記中央部と前記一対の脚部とに三分割され、
   前記一対の脚部それぞれは、直線的に伸びる直線通路と、円弧状に曲がる円弧通路を有し、
   前記一対の脚部それぞれの前記円弧通路及び前記直線通路は、前記円弧通路に挿入された円弧通路用中子を前記円弧通路に沿って回転させて前記円弧通路から抜くと共に、前記直線通路に挿入された直線通路用中子を前記直線通路に沿ってスライドさせて前記直線通路から抜くことで形成される転動体ねじ装置。
2. 分割された複数の循環部材ピースの間には、これらを結合するために二色成形により接合用樹脂が充填されることを特徴とする請求項１に記載の転動体ねじ装置。
3. ねじ軸の外周面の螺旋状の転動体転走溝と、ナット部材の内周面の螺旋状の負荷転動体転走溝との間に転動体を介在させた転動体ねじ装置に設けられ、前記転動体が循環できるように前記ナット部材の前記負荷転動体転走溝の一端と他端を繋ぐ転動体ねじ装置の循環部材の製造方法であって、
   前記循環部材がその軸線に沿った分割合せ面ではなく、前記軸線に直交又は交差する分割合せ面のみにて分割され、
   分割された循環部材ピースは、金型に直線通路用中子と円弧通路用中子を挿入して脚部用のキャビティを形成する工程と、前記キャビティに樹脂を押し込んで前記分割循環部材ピースを成形する工程と、前記分割循環部材ピースの直線通路に挿入された直線通路用中子を前記直線通路に沿ってスライドさせて前記直線通路から抜くと共に、前記分割循環部材ピースの円弧通路に挿入された円弧通路用中子を前記円弧通路に沿って回転させて前記円弧通路から抜く工程により製造されることを特徴とする転動体ねじ装置の循環部材の製造方法。

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