JP5017761B2

JP5017761B2 - ボールねじ装置

Info

Publication number: JP5017761B2
Application number: JP2001288129A
Authority: JP
Inventors: 昌弘井上; 功雄臼杵
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: JP2003097663A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボール群を循環させる循環タイプのボールねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ボールねじ装置では、ねじ軸とナット部材との伸縮動作に関係なく、それらの各ねじ溝内に介装されるボール群の抜け出しを防止するために、ねじ軸のねじ溝とナット部材のねじ溝とで形成するボール通路の両端を連通連結して閉ループとし、ボール群を前記閉ループ内で転動循環させることが考えられている。
【０００３】
このようなボール循環には、一般的に、リターンチューブや、循環こまなどと称するボール循環部材が用いられるが、以下では、リターンチューブに比べてコンパクトな循環こまを例に挙げて説明する。
【０００４】
循環こまは、一般的に、ねじ溝における１巻きの上流側と下流側とを連通連結させて、前記ねじ溝の下流のボール群をねじ山（ランド部）を乗り越えさせて上流へ戻すものであり、ナット部材に径方向に貫通形成される貫通孔に対して嵌入された状態で接着剤にて固定される。
【０００５】
この循環こまの内径側の面には、ねじ溝の１巻きの下流側から上流側へねじ山（ランド部）を乗り越えさせて戻すように蛇行した形状のボール循環溝が設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、循環こまという外付け部品を用いる必要があるとともに、循環こま取付用の貫通孔をナット部材に設ける必要があるために、コストが嵩む結果になっている。
【０００７】
そこで、ねじ軸のねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとするボール循環溝を形成し、ねじ軸のねじ溝の下流に転動してきたボールを内径側に沈み込ませることにより、ナット部材のねじ山を乗り越えさせて上流へ導くボールねじ装置が提案されている。
【０００８】
しかし、提案例のボールねじ装置の場合、ねじ軸に形成したボール循環溝の断面形状が、単一半径の半円形状であるため、下記のような問題が生じる恐れがある。
【０００９】
すなわち、図１２に示すように、内径側に設けたねじ軸３のねじ溝と、外径側に設けたナット部材２のねじ溝２１との間にボール４を転動循環自在に介装したボールねじ装置において、ボール４の循環動作時に、ボール４がねじ軸３のねじ溝からボール循環溝３３へ移動する際、ボール循環溝３３が半円形状であるため、ボール４とボール循環溝３３の接触点Ｐは、ボール循環溝３３の底部寄りに位置する。
【００１０】
このため、ボール４には外径方向、すなわちボール循環溝３３から飛び出す方向に力Ｆが作用する。その結果、ボール４がねじ軸３のねじ山３２に乗り上げ、ねじ軸３とナット部材２の間に詰まってしまい、ボール４の循環移動が円滑に行えなくなる。
【００１１】
本発明は、ねじ軸のねじ溝にボール循環溝を形成してボール群を循環させるボールねじ装置において、ボール循環溝へのボールの移動時に、ボールがねじ軸のねじ山に乗り上げて詰まるのを防ぎ、ボールの循環移動が円滑に行えることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のボールねじ装置は、外周面にねじ溝を形成したねじ軸と、前記ねじ軸の外周に同芯状に相対回転可能に設けられ内周面にねじ溝を形成したナット部材と、前記ねじ軸のねじ溝と前記ナット部材のねじ溝の対向面間に転動自在に介装した複数のボールとを備え、前記ナット部材と前記ねじ軸との間で、トルク／推力を推力／トルクに変換するボールねじ装置であって、前記ねじ軸に、その少なくとも１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとし、当該ねじ溝の下流に転動してきた前記ボールを内径側に沈み込ませることにより前記ナット部材のねじ山を乗り越えさせて上流へ導くボール循環溝を形成し、各ボールを回転可能に保持する保持器リングを、ねじ軸の外周に相対回転可能にかつ軸心方向に位置決めされた状態で取り付け、前記ボール循環溝の断面形状は、円弧状の左右の側壁を溝底部にて尖鋭状態に連接してなるゴシックアーク形状とされているとともに、ボールがねじ溝に位置した状態では、４５度の接触角にてボールとねじ溝が接触し、ボールがボール循環溝に移動した際には、ボールとボール循環溝の接触する接触点が４５度の接触角の箇所からボール循環溝の入り口寄りに移動する結果、ボールにはボール循環溝内に沈み込む方向に力が作用するように設定していることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明のボールねじ装置によると、ねじ軸のねじ溝の下流と上流とをボール循環溝にて連通連結して閉ループとしたことにより、当該ねじ溝の下流に転動してきたボールを内径側に沈み込ませることにより、ナット部材のねじ山を乗り越えさせて上流へ導いてボール群を循環させることができる。
【００１５】
しかも、ボール循環溝の断面形状をゴシックアーク形状としたので、ボールの循環動作時に、ボールがねじ軸のねじ溝からボール循環溝へ移動する際、ボールとボール循環溝の接触点は、ボール循環溝の入り口寄りに位置する。このため、ボールにはボール循環溝内に沈み込む方向に力が作用し、ボールがねじ軸のねじ山に乗り上げて詰まるのを防止でき、ボールの循環移動が円滑に行える。
【００１６】
また、ボールを保持する保持器リングを用いることで、ねじ溝におけるボール個々の干渉が避けられ、ナット部材とねじ軸との相対回転が円滑に保たれる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細について、図面に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１から図１１に本発明の一実施の形態を示す。
【００１９】
図１はボールねじ装置の分解斜視図、図２はボールねじ装置の組み立て状態の正面図を示している。
【００２０】
また、図３から図５に、それぞれ図２のIII−III断面図、IV−IV断面図、Ｖ−Ｖ断面図を示す。
【００２１】
また、図６および図７に、それぞれ図５のVI−VI断面図、VII−VII断面図を示す。
【００２２】
さらに、図８および図９に、ボールねじ装置の部分拡大断面図を示す。
【００２３】
図例のボールねじ装置１では、各々金属製のナット部材２と、ねじ軸３と、複数のボール４と、保持器リング５とを備えており、ナット部材２とねじ軸３との対向面間でボール４群を循環させるようになっている。
【００２４】
ナット部材２には、その一方軸端から他方軸端まで連続するねじ溝２１が形成されており、また、ねじ軸３には、軸心方向途中領域に連続していない２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂが形成されている。これらナット部材２のねじ溝２１とねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂとは、互いに同じリード角に設定されており、両ねじ溝２１，３１ａ，３１ｂの断面形状は、円弧状の左右の側壁を溝底部にて尖鋭状態に連接してなるゴシックアーク形状とされている。
【００２５】
ところで、この実施の形態では、ナット部材２とねじ軸３とを最大に引き離した最大伸長状態で軸心方向所定長さの重合領域を確保して、ねじ軸３の前記重合領域の外周面に不連続の約２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂを設けているとともに、当該ねじ溝３１ａ，３１ｂ個々の下流と上流とをボール循環溝３３，３４で個別に連通連結して閉ループとし、この閉ループにした２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂ内に配置されるボール４群をそれぞれ独立して転動循環させるようにしている。
【００２６】
具体的に、ねじ軸３の軸心方向で隣り合う２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂの間に存在するねじ山（ランド部）３２には、２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂを個別に閉ループとするボール循環溝３３，３４が設けられている。ボール循環溝３３，３４は、ねじ軸３の軸心方向で隣り合わせに形成されており、かつ、ほぼ同一位相に配置されている。この２つのボール循環溝３３，３４は、それぞれ、２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂの上流側と下流側とを個別に連通連結するものであり、各ねじ溝３１ａ，３１ｂの下流のボール４群を内径側へ沈みこませてナット部材２のねじ山（ランド部）２２を乗り越えさせて上流へ戻すように蛇行した形状になっている。
【００２７】
また、図８および図９に示すように、ボール循環溝３３，３４は、たねじ溝３１ａ，３１ｂと同様、断面形状がゴシックアーク形状に形成されている。
【００２８】
保持器リング５は、円筒形状をしており、その円周方向に並設して、軸心方向に延びる複数の長孔形状のボールポケット５１が設けられている。また、ボールポケット５１の幅寸法は、ボール４の直径より若干大きく形成されており、ボール４がボールポケット５１を自由に通過可能となっている。つまり、保持器リング５は、複数のボール４それぞれを円周等間隔に配置して干渉させないようにするものである。また、ボールポケット５１は、ナット部材２のねじ溝２１の約３ピッチ分の長さに設定されており、それぞれ２つずつボール４が収納される。
【００２９】
なお、ナット部材２は、歯車７に対して一体的に結合されている。歯車７は、図示しないモータなどの回転動力源が減速歯車を介して噛合されるとともに、図示しない転がり軸受を介してねじ軸３の中心孔に挿通される図示しない支軸に対して回転自在に支持される。また、ねじ軸３は、図示しないケースなどの固定部分に対して非回転かつ軸心方向不動に取り付けられ、ねじ軸３に対してナット部材２が回転可能かつ軸心方向移動可能に配置される。
【００３０】
歯車７は、上半分の断面がほぼ逆向きコ字形の金属製の環体８と、この環体８における外筒部８１の外周面に一体成形される樹脂製のギヤ９とで構成されている。この歯車７の環体８における外筒部８１の内周面に対してナット部材２が嵌入されており、外筒部８１の付け根側の内周面に設けられるセレーション８２と、ナット部材２の嵌入方向奥側の外周面に設けられるセレーション２３とを嵌合することにより、歯車７とナット部材２とを相対回転不可能に結合するようになっている。そして、歯車７の環体８における内筒部８３の内周面に対して、上述した図示しない転がり軸受が装着される。
【００３１】
また、保持器リング５は、ねじ軸３に対して軸心方向でほぼ不動に位置決めされた状態で、かつ相対回転可能な状態で取り付けられている。そのために、ねじ溝３の自由端側に縮径部３５を、また、保持器リング５の一端に径方向内向きのフランジ５２を、それぞれ設け、ねじ軸３の縮径部３５に対して保持器リング５のフランジ５２を嵌め込み、さらにねじ軸３の縮径部３５に設けてある周溝に対して金属製の止め輪１０を係合させている。ただし、止め輪１０は、ねじ軸３の縮径部３５とねじ溝３１ａ，３１ｂの形成面との境にできる段壁面３６から離れた位置に取り付けられていて、これら止め輪１０と段壁面３６との間に対して保持器リング５のフランジ５２が軸心方向に若干の遊びを持つ状態で配置されている。これにより、保持器リング５が、ねじ軸３に対して軸心方向ほぼ不動で、相対回転が許容される状態になる。
【００３２】
次に、ボールねじ装置１の組み立て手順について説明する。まず、ねじ軸３に対して保持器リング５を取り付けてから、保持器リング５のボールポケット５１に対して、それを埋め尽くす状態に所定の粘性を有するグリースを塗布しておいて、ボールポケット５１に対して必要数のボール４を入れる。ボール４は、グリースの粘性でもって保持されて抜け出なくなる。このようにしてから、保持器リング５をねじ軸３に対して回さないようにした状態で、ナット部材２に組み込む。
【００３３】
次に、上述したボールねじ装置１の動作を説明する。まず、図示しないモータを駆動することにより歯車７およびナット部材２を回転させると、このナット部材２自身が回転しながらねじ軸３によってガイドされてその軸心方向一方へ向けて直線的に移動する。また、上記モータを前記と逆回転方向に駆動すると、ナット部材２が前述と逆向きに回転しながら軸心方向他方へ向けて移動する。このようにして、ナット部材２がねじ軸３に対して伸縮動作する。
【００３４】
このように、ナット部材２をねじ軸３に対して軸心方向に往復移動させることにより、ナット部材２とねじ軸３とが軸心方向で重合する範囲が大小変化するが、ねじ軸３においてボール循環溝３３，３４により個別に閉ループとしたねじ軸３の２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂ内で、それぞれボール群４が転動循環することにより、ナット部材２の螺旋運動が円滑にガイドされるとともに、ナット部材２が所定の移動ストローク範囲を往復移動する過程において、ボール４が抜け出す現象を確実に防止できるようになる。
【００３５】
また、図１０に示すように、ボール４がねじ軸３のねじ溝３１に位置した状態では、４５度の接触角にて、ボール４とねじ溝３１が接触する。そして、図１１に示すように、ボール４がボール循環溝３３，３４に移動した際には、ボール４とボール循環溝３３，３４の接触点Ｐは、図１０に示す４５度の接触角から、徐々にボール循環溝３３，３４の入り口寄りに移動し、その結果、ボール４にはボール循環溝３３，３４内に沈み込む方向に力Ｆが作用する。
【００３６】
このように構成されたボールねじ装置によると、ねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂの下流と上流とをボール循環溝３３，３４にて連通連結して閉ループとしたことにより、当該ねじ溝３１ａ，３１ｂの下流に転動してきたボール４を内径側に沈み込ませることにより、ナット部材２のねじ山２２を乗り越えさせて上流へ導いてボール群４を循環させることができる。
【００３７】
しかも、ボール循環溝３３，３４の断面形状をゴシックアーク形状としたので、ボール４の循環動作時に、ボール４がねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂからボール循環溝３３，３４へ移動する際、ボール４とボール循環溝３３，３４の接触点Ｐは、ボール循環溝３３，３４の入り口寄りに位置する。このため、ボール４にはボール循環溝３３，３４内に沈み込む方向に力Ｆが作用し、ボール４がねじ軸３のねじ山３２に乗り上げて詰まるのを防ぎ、ボール４の循環移動が円滑に行える。
【００３８】
また、ボール４を保持する保持器リング５を用いることで、ねじ溝２１，３１ａ，３１ｂにおけるボール４の個々の干渉が避けられ、ナット部材２とねじ軸３との相対回転が円滑に保たれる。
【００３９】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、いろいろな応用や変形が考えられる。
【００４０】
例えば、上記ボールねじ装置のように、ねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂが２本のものに限らない。１本でもよいが、バランスを考えると複数本が好ましく、３本以上形成したものであってもよい。しかも、各ねじ溝３１ａ，３１ｂの上流側と下流側とを個別に連通連結するボール循環溝３３，３４は、上記ボールねじ装置のように、軸心方向で隣り合わせに形成されているものに限らず、周方向に位相をずらして形成してもよい。
【００４１】
また、上記ボールねじ装置については、ナット部材２またはねじ軸３の一方を回転させることで他方を軸心方向に移動させる使用形態、あるいはナット部材２またはねじ軸３の一方を軸心方向に移動させることで他方を回転させる使用形態にすることができる。なお、前者の使用形態については、トルクを推力に変換する正効率と言い、後者の使用形態については、推力をトルクに変換する逆効率と言う。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によると、ねじ軸のねじ溝にボール循環溝を形成してボール群を循環させるボールねじ装置において、ボール循環溝へのボールの移動時に、ボールがねじ軸のねじ山に乗り上げて詰まるのを防ぎ、ボールの循環移動が円滑に行えるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるボールねじ装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるボールねじ装置の正面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】図２のIV−IV断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図５のVI−VI断面図である。
【図７】図５のVII−VII断面図である。
【図８】図７のVIII部分の拡大図である。
【図９】図４のIX部分の拡大図である。
【図１０】本発明の一実施の形態におけるねじ軸のねじ溝に位置したボールの動作を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施の形態におけるボール循環溝に位置したボールの動作を示す断面図である。
【図１２】提案例におけるボール循環溝に位置したボールの動作を示す断面図である。
【符号の説明】
１ボールねじ装置
２ナット部材
２１ナット部材のねじ溝
２２ナット部材のねじ山
２４面取り部
３ねじ軸
３１ａ，３１ｂねじ軸のねじ溝
３２ねじ軸のねじ山
３３，３４ねじ軸のボール循環溝
４ボール
５保持器リング
５１ボールポケット

Claims

外周面にねじ溝を形成したねじ軸と、前記ねじ軸の外周に同芯状に相対回転可能に設けられ内周面にねじ溝を形成したナット部材と、前記ねじ軸のねじ溝と前記ナット部材のねじ溝の対向面間に転動自在に介装した複数のボールとを備え、
前記ナット部材と前記ねじ軸との間で、トルク／推力を推力／トルクに変換するボールねじ装置であって、
前記ねじ軸に、その少なくとも１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとし、当該ねじ溝の下流に転動してきた前記ボールを内径側に沈み込ませることにより前記ナット部材のねじ山を乗り越えさせて上流へ導くボール循環溝を形成し、
各ボールを回転可能に保持する保持器リングを、ねじ軸の外周に相対回転可能にかつ軸心方向に位置決めされた状態で取り付け、
前記ボール循環溝の断面形状は、円弧状の左右の側壁を溝底部にて尖鋭状態に連接してなるゴシックアーク形状とされているとともに、
ボールがねじ溝に位置した状態では、４５度の接触角にてボールとねじ溝が接触し、ボールがボール循環溝に移動した際には、ボールとボール循環溝の接触する接触点が４５度の接触角の箇所からボール循環溝の入り口寄りに移動する結果、ボールにはボール循環溝内に沈み込む方向に力が作用するように設定していることを特徴とするボールねじ装置。