JP5818925B2 - ボールねじ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじ装置に関するものである。

ボールねじ装置は、ねじ軸に設けられた螺旋状のボール転動溝とナット部材に設けられたボール負荷転動溝とが対向することで形成されるボール負荷転走路を、多数のボールが転動する構成となっている。このボールねじ装置は、ボール負荷転動溝を転動し終えたボールを再度ボール負荷転動溝に循環させるためのボール循環路を有しており、ねじ軸とナット部材との相対的な回転に伴い、ボールがボール循環路からボール負荷転走路へと無限循環する。

下記特許文献１には、上記ボール循環路を形成するボール循環部品として、パイプ型のボール循環部品が開示されている。このボール循環部品は、第１分割体と第２分割体とが組み合わされて形成されている。この第１分割体と第２分割体との合わせ面は、ボール循環路に沿って形成されており、ボール循環部品を高さ方向で上下に分割可能な構成となっている。ボール循環部品は、パイプ下側の第２分割体をナット部材の取付孔に挿し込み、その上から覆い被さるようにパイプ上側の第１分割体をナット部材に固定することで、ナット部材（ボール負荷転走路）に対して位置決めされるようになっている。

特許第４８６１３９５号公報

しかしながら、上記従来技術には、次のような課題がある。
特許文献１の技術は、第２分割体を単に第１分割体で覆うだけであり、位置決め拘束性が低く、ボールからの負荷で第１分割体と第２分割体とがずれてしまう可能性がある。ナット部材に挿し込まれる第２分割体のパイプ先端は、ボール負荷転走路からボールをすくい上げる部分であって、ボールから断続的に負荷を受けると共に、その位置決め拘束性が低いとボールをボール負荷転走路から上手くすくい上げることができず、場合によってはボールの詰りが生じてしまうことがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、分割可能な転動体循環部品のナット部材に対する位置決め拘束性を高めることができるボールねじ装置の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、螺旋状の転動体転動溝を有するねじ軸と、前記転動体転動溝に対向して転動体負荷転走路を形成する転動体負荷転動溝を有するナット部材と、前記転動体負荷転走路の一端と他端とを接続する転動体循環路を有する転動体循環部品と、前記転動体負荷転走路及び前記転動体循環路を無限循環する転動体と、を備えるボールねじ装置であって、前記転動体循環部品は、第１分割体と第２分割体とが組み合わされて形成されており、前記第１分割体は、前記ナット部材の外面に固定される固定部を有し、前記第２分割体は、前記転動体負荷転走路を移動する前記転動体をすくい上げると共に前記転動体負荷転走路に前記転動体を戻す一対の脚部と、前記一対の脚部の間を連結すると共に前記第１分割体と前記ナット部材との間に配置される連結部と、前記第１分割体の側面に対し二方向で対面して前記第１分割体を挟み込む一対の肩部と、を有する、という構成を採用する。

本発明によれば、分割可能な転動体循環部品のナット部材に対する位置決め拘束性を高めることができるボールねじ装置が得られる。

本発明の実施形態におけるボールねじ装置１の平面図である。 図１における矢視Ａ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態におけるボールねじ装置１の分解斜視図である。 本発明の実施形態におけるナット部材３の平面図である。 本発明の実施形態における第１分割体５０の部品図である。 本発明の実施形態における第２分割体６０の部品図である。 本発明の実施形態における脚部６３の拡大図である。 本発明の実施形態における取付孔３３に対する脚部６３の配置を示す模式図である。 本発明の実施形態におけるボール循環部品５の斜視図である。 本発明の実施形態におけるボール循環部品５の平面図である。 本発明の実施形態におけるボール循環部品５の鍔部５４による作用を説明するための図である。 本発明の実施形態におけるボール循環部品５の鍔部５４による作用を説明するための応力解析図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態におけるボールねじ装置１の平面図である。図２は、図１における矢視Ａ−Ａ断面図である。
図１及び図２に示すように、ボールねじ装置１は、ねじ軸２と、ナット部材３と、ボール４（転動体）と、ボール循環部品５（転動体循環部品）と、を有する。本実施形態では、図１に示すように、ナット部材３にボール循環部品５が複数（２つ）取り付けられており、後述するボール４の無限循環路が複数（２つ）形成される。

ねじ軸２は、図１に示すように、外周面に螺旋状のボール転動溝２１（転動体転動溝）を有する。また、ナット部材３は、図２及び後述する図３に示すように、内周面に螺旋状のボール負荷転動溝３１（転動体負荷転動溝）を有する。ボール負荷転動溝３１は、ねじ軸２のボール転動溝２１と同じ螺旋状に形成されている。ナット部材３にねじ軸２が挿入され、ボール転動溝２１とボール負荷転動溝３１とが対向すると、その対向する部分にボール負荷転走路６が形成される。ボール負荷転走路６には、ボール４が配置され、ボール４に負荷がかかった状態でナット部材３がねじ軸２に支持される。

ボール循環部品５は、図２に示すように、ボール負荷転走路６（転動体負荷転走路）の一端（例えば図２の紙面右側）と他端（例えば図２の紙面左側）とを接続するボール循環路７（転動体循環路）を有する。なお、ボール負荷転走路６の上流側と下流側は、ナット部材３の移動方向によって入れ替わる。ボール循環路７は、略Ｕ字状に形成されており、その両端がナット部材３に挿し込まれると、ボール負荷転走路６と連通してボール４の無限循環路が形成される。このボール循環路７は、内部に配置されるボール４に対し、負荷がほとんどかからないような大きさで形成されている。

図３は、本発明の実施形態におけるボールねじ装置１の分解斜視図である。図４は、本発明の実施形態におけるナット部材３の平面図である。
ボール循環部品５は、図３に示すように、第１分割体５０と第２分割体６０とが上下で組み合わされて形成されている。第１分割体５０は、ボール循環路７の上側を形成するものである。また、第２分割体６０は、ボール循環路７の下側を形成するものである。本実施形態のボール循環部品５は、樹脂成形品であり、ボルト８を介して金属製のナット部材３の外面３２に取り付けられる。

外面３２は、図４に示すように、ナット部材３の外周に形成された矩形状の平坦面である。外面３２には、その平坦面に垂直な方向に、ボール循環部品５の取付孔３３が設けられている。取付孔３３は、対となって設けられており、それぞれナット部材３の内周面まで貫通し、ボール負荷転動溝３１に連通している。取付孔３３の内周面には、挿し込まれたボール循環部品５を支持する支持部３４が設けられている。支持部３４は、平面視で円弧状に形成されており、無限循環路の外径側に配置されている。この外面３２には、ボール循環部品５をナット部材３に固定するためのねじ孔３５が設けられている。

図５は、本発明の実施形態における第１分割体５０の部品図である。なお、図５（ａ）は第１分割体５０の平面図を示し、図５（ｂ）は第１分割体５０の正面図を示し、図５（ｃ）は第１分割体５０の底面図を示し、図５（ｄ）はねじ軸２が延びる軸方向から第１分割体５０を視た図を示し、図５（ｅ）は図５（ｂ）における矢視Ｂ−Ｂ断面図を示す。
第１分割体５０は、半パイプ部５１と、固定部５２と、切欠き部５３と、鍔部５４と、を有する。なお、図５においてドットパターンが付された領域は肉盗み箇所である。

半パイプ部５１は、図５（ｂ）に示すように、第１分割体５０の下向き面側（ナット部材３と対向する側）に設けられている。半パイプ部５１は、ボール循環路７の上側を形成する略Ｕ字状のボール転動溝５１ａを有する。ボール転動溝５１ａは、図５（ｅ）に示すように、断面視で円弧形状を有する。この半パイプ部５１は、図５（ｃ）に示すように、第１分割体５０の長手方向に延在して設けられている。また、この半パイプ部５１は、図５（ｄ）に示すように、ねじ軸２が延在する方向に対して斜めになるように配置される。

固定部５２は、図５（ａ）に示すように、第１分割体５０の上向き面側（ナット部材３と非対向となる側）に設けられている。固定部５２は、ボルト８によってナット部材３の外面３２に固定されるものである。固定部５２は、ボルト８が挿入される挿入孔５２ａと、ボルト８の頭を受ける座５２ｂと、を有する。この固定部５２は、図５（ｅ）に示すように、半パイプ部５１をその短手方向において挟んだ両側に一対で設けられている。一対の固定部５２は、図５（ｃ）に示すように、半パイプ部５１が延在する方向において僅かながら点対称にシフトした配置となっている。

切欠き部５３は、図５（ａ）に示すように、第１分割体５０の側部に設けられている。切欠き部５３は、側面５３ａ，５３ｂを備えている。側面５３ａは、図５（ｃ）に示すように、半パイプ部５１が延在する方向に対して直交する面である。また、側面５３ｂは、半パイプ部５１が延在する方向に対して平行な面である。切欠き部５３は、側面５３ａ，５３ｂによって直角の凹みを第１分割体５０の側部に形成する。この切欠き部５３は、半パイプ部５１をその短手方向において挟んだ両側に一対で設けられている。一対の切欠き部５３は、図５（ｃ）に示すように、半パイプ部５１が延在する方向において点対称にシフトした配置となっている。

鍔部５４は、図５（ａ）に示すように、第１分割体５０の側部に設けられている。鍔部５４は、ナット部材３の外面３２に対面するものである。この鍔部５４は、図５（ｃ）に示すように、固定部５２と一体で形成されており、半パイプ部５１が延在する方向において切欠き部５３とは反対側に固定部５２から延在している。この鍔部５４は、半パイプ部５１をその短手方向において挟んだ両側に一対で設けられている。一対の鍔部５４は、図５（ｃ）に示すように、半パイプ部５１が延在する方向において点対称にシフトした配置となっている。

図６は、本発明の実施形態における第２分割体６０の部品図である。なお、図６（ａ）は第２分割体６０の平面図を示し、図６（ｂ）は第２分割体６０の正面図を示し、図６（ｃ）は第２分割体６０の底面図を示し、図６（ｄ）はねじ軸２が延びる軸方向から第２分割体６０を視た図を示し、図６（ｅ）は図６（ｂ）における矢視Ｃ−Ｃ断面図を示す。
第２分割体６０は、半パイプ部６１と、肩部６２と、を有する。

半パイプ部６１は、図６（ｂ）に示すように、ボール循環路７の下側を形成する略Ｕ字状のボール転動溝６１ａを有する。ボール転動溝６１ａは、図６（ｅ）に示すように、断面視で円弧形状を有する。この半パイプ部６１は、図６（ａ）に示すように、第２分割体６０の長手方向に延在して設けられている。また、この半パイプ部６１は、図６（ｄ）に示すように、ねじ軸２が延在する方向に対して斜めになるように配置される。半パイプ部６１は、脚部６３と、連結部６４と、を有する。

脚部６３は、図６（ｂ）に示すように、半パイプ部６１の両端部において一対で設けられている。連結部６４は、一対の脚部６３の間を連結するものである。一対の脚部６３は、図２に示すように、ナット部材３の取付孔３３に挿入され、支持部３４に支持される。一対の脚部６３は、ボール負荷転走路６を移動するボール４をすくい上げると共にボール負荷転走路６にボール４を戻すものである。脚部６３には、図６（ｃ）に示すように、ボール４をすくい上げるすくい部６３ａが設けられている。

図７は、本発明の実施形態における脚部６３の拡大図である。なお、図７においてドットパターンが付された領域は肉盗み箇所である（他の図面において不図示）。
脚部６３は、図７に示すように、すくい部６３ａ側の厚みを増した形状を有している。すくい部６３ａは、ボール負荷転走路６からボール４をすくい上げる部分であり、ボール４から断続的に荷重を受けるため、この厚みを増すことで強度を確保している。しかしながら、脚部６３を樹脂成形する場合、厚みを増した部分にヒケが生じやすくなる。このため、脚部６３は、梁部６３ｂと、外周部６３ｃと、を有する。

梁部６３ｂは、すくい部６３ａの背面側を支えるものである。梁部６３ｂは、矢印Ｆ１に示す方向に延在している。矢印Ｆ１で示す方向は、すくい部６３ａに対しボール４の衝突荷重がかかる方向である。外周部６３ｃは、脚部６３の外壁部であって、曲げに対する断面二次モーメントを大きくするように、脚部６３の断面外形輪郭を楕円状ないし俵状に形成するものである。この構成によれば、図７に示すドットパターンが付された領域を肉盗み箇所としてヒケの発生を防止しつつ、脚部６３の強度を増加させることができる。なお、梁部６３ｂはトラス構造としてもよい。
また、脚部６３には、外周部６３ｃから外方に突出する突起部６３ｄが設けられている。

図８は、本発明の実施形態における取付孔３３に対する脚部６３の配置を示す模式図である。なお、図８（ａ）は、脚部６３に突起部６３ｄがある場合を示し、図８（ｂ）は、脚部６３に突起部６３ｄがない場合を示す。
突起部６３ｄは、図８（ａ）に示すように、脚部６３の外側に突出する円弧形状を有している。突起部６３ｄは、取付孔３３の挿入方向（図８（ａ）に示す紙面垂直方向）に延在して設けられている。また、突起部６３ｄは、第２分割体６０の長手方向における両端部に一対で設けられている（図６（ｂ）参照）。

図８（ａ）に示すように、脚部６３に突起部６３ｄに設けることで、符号Ｐで示す位置で線接触となり、脚部６３が取付孔３３に挿入し易くなる。したがって、第２分割体６０の樹脂成形での変形もある程度許容することができる。また、脚部６３に突起部６３ｄに設けることで、取付孔３３に対する脚部６３の位置決めも容易になる。すなわち、脚部６３に突起部６３ｄがない場合、図８（ｂ）に示すように、位置精度を出すためには脚部６３の両側において取付孔３３とのクリアランスＤ２を小さく管理しなければならないが、脚部６３に突起部６３ｄがある場合、図８（ａ）に示すように、脚部６３の片側において取付孔３３とのクリアランスＤ１を管理するだけでよく、クリアランスＤ１が大きくても位置決めが容易に行える。

図６（ａ）に戻り、肩部６２は、第２分割体６０の側部に設けられている。肩部６２は、図６（ｂ）に示すように、連結部６４に対し一対の脚部６３とは反対側に突出して設けられている。この肩部６２は、第１分割体５０の切欠き部５３の側面５３ａ，５３ｂに対し二方向で対面するものである。肩部６２は、図６（ａ）に示すように、側面５３ａに対面する側面６２ａと、側面５３ｂに対面する側面６２ｂと、を有する平板状に形成されている。この肩部６２は、半パイプ部６１をその短手方向において挟んだ両側に一対で設けられている。一対の肩部６２は、図６（ａ）に示すように、半パイプ部６１が延在する方向において点対称にシフトした配置となっている。

図９は、本発明の実施形態におけるボール循環部品５の斜視図である。図１０は、本発明の実施形態におけるボール循環部品５の平面図である。
上記構成の第１分割体５０と第２分割体６０は、図９及び図１０に示すように組み合わされて、ボール循環路７を有するボール循環部品５を形成する。ボール循環部品５は、図１０に示すように、第１分割体５０を第２分割体６０の一対の肩部６２によって挟み込むようにして上下に組み合わされて形成される。

一対の肩部６２は、第１分割体５０の側面５３ａ，５３ｂに対して二方向で対面する。この二方向は、図１０に示すように、第１分割体５０の固定部５２が固定される外面３２に沿った第１方向と第２方向である。この構成によれば、一対の肩部６２によって外面３２に沿った二方向において第１分割体５０と第２分割体６０との相対移動が規制されるため、第１分割体５０と第２分割体６０とを平面方向において拘束することができる。また、第２分割体６０は、連結部６４が第１分割体５０とナット部材３との間に配置され、脚部６３が第１分割体５０とナット部材３との間に挟み込まれており、外面３２に沿った平面方向だけでなく、外面３２に垂直な垂直方向においても拘束することができる。このように、本実施形態によれば、第１分割体５０と第２分割体６０との位置決め拘束性を高めることができ、第１分割体５０と第２分割体６０とのずれを防止することができる。

また、一対の肩部６２が対面する二方向は、ボール循環路７が延在する第１方向と、その第１方向と直交する第２方向である。第１方向は、ボール４が循環する方向であると共に、ボール４をすくい上げる際に衝突荷重がかかる方向である。第２方向は、ボール循環路７の幅方向であって、ボール循環路７の左右の振幅方向である。この構成によれば、ボール４の衝突荷重がかかる方向と、ボール循環路７の振幅方向において、第１分割体５０と第２分割体６０との位置決め拘束性を高めることができるため、第１分割体５０と第２分割体６０とのずれを確実に防止することができる。

また、本実施形態では、一対の肩部６２は、第１方向において第１分割体５０を締まりばめし、第２方向において第２分割体６０を中間ばめする間隔で設けられている。この構成によれば、荷重の大きいボール４の衝突荷重がかかる第１方向において、第１分割体５０と第２分割体６０との位置決め拘束性を高めることができるため、第１分割体５０と第２分割体６０とのずれをより確実に防止することができる。また、第１方向は、樹脂成形において一対の脚部６３が開きやすい方向であり、相対的に一対の肩部６２が締まり易くなるため、締まりばめにすることが容易にできる。なお、比較的荷重の小さい第２方向においては、肩部６２の対向面積を大きく確保することで位置決め拘束性を確保し、第１分割体５０と第２分割体６０との組み立て性を高めている。

また、一対の肩部６２は、連結部６４に対し一対の脚部６３とは反対側に突出して設けられているため、図３に示すように一対の肩部６２を把持すれば、ナット部材３の取付孔３３に容易に脚部６３を挿入することができ、さらに組み立て性を高めることができる。
また、本実施形態では、第１分割体５０は、一対の肩部６２と二方向で対面する側面５３ａ，５３ｂを備える一対の切欠き部５３を有する。この構成によれば、図１に示すように、複数のボール循環部品５を並列に隣接配置することができる。

さらに、本実施形態では、図１０に示すように、第１分割体５０は、一対の切欠き部５３が設けられる領域Ｘ１に対しボール循環路７を軸Ｏとする線対称の領域Ｘ２の少なくとも一部において外面３２と対面する一対の鍔部５４を有する。この構成によれば、ボール循環部品５の抜け強度を向上させることができる。以下、この作用について、図１１及び図１２を参照して説明する。

図１１は、本発明の実施形態におけるボール循環部品５の鍔部５４による作用を説明するための図である。なお、図１１において、視認性の向上のため第１分割体５０を二点鎖線で示している。
図１１に示すように、ボール循環部品５にボール４が進入すると、ボール循環部品５がナット部材３の外面３２に対して持ち上がるように抜け荷重が作用する。

この抜け荷重は、第１分割体５０が外面３２に固定されていることによって、固定部５２を支点とするトルクに変わり、図１１に示すように、肩部６２の側面６２ａから第１分割体５０に対し荷重（矢印Ｆ２で示す）が作用する。この荷重は、同じく固定部５２を支点とするトルクに変わり、鍔部５４から外面３２に荷重（矢印Ｆ３で示す）が作用する。この荷重は、外面３２からの反力（矢印Ｆ４で示す）により相殺される。このように、鍔部５４があることによって、外面３２と対向する面積を広く確保し、ボール４の衝突荷重を逃がして、ボール循環部品５の抜け強度を向上させることができる。

図１２は、本発明の実施形態におけるボール循環部品５の鍔部５４による作用を説明するための応力解析図である。なお、図１２（ａ）は、鍔部５４がある本実施形態のボール循環部品５を示し、図１２（ｂ）は、鍔部５４がない比較例のボール循環部品１００を示す。
図１２（ｂ）に示すように、鍔部５４が無い場合、固定部５２の付け根部分に応力集中が発生し、大きな引っ張り応力が作用することが分かる。一方、図１２（ａ）に示すように、鍔部５５がある場合、応力集中がほとんど発生せず、応力の発生も半分程度に抑えられることが分かる。このように、鍔部５４を設けてボール循環部品５の座面を広く確保することで、応力集中を緩和し、抜け強度を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、螺旋状のボール転動溝２１を有するねじ軸２と、ボール転動溝２１に対向してボール負荷転走路６を形成するボール負荷転動溝３１を有するナット部材３と、ボール負荷転走路６の一端と他端とを接続するボール循環路７を有するボール循環部品５と、ボール負荷転走路６及びボール循環路７を無限循環するボール４と、を備えるボールねじ装置１であって、ボール循環部品５は、第１分割体５０と第２分割体６０とが組み合わされて形成されており、第１分割体５０は、ナット部材３の外面３２に固定される固定部５２を有し、第２分割体６０は、ボール負荷転走路６を移動するボール４をすくい上げると共にボール負荷転走路６にボール４を戻す一対の脚部６３と、一対の脚部６３の間を連結すると共に第１分割体５０とナット部材３との間に配置される連結部６４と、第１分割体５０の側面５３ａ，５３ｂに対し二方向で対面して第１分割体５０を挟み込む一対の肩部６２と、を有する、という構成を採用することによって、分割可能なボール循環部品５のナット部材３に対する位置決め拘束性を高めることができるボールねじ装置１が得られる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、肩部が平面視で平板状である場合を例示したが、第１分割体に対して二方向で対面するならば他の形状であってもよい。例えば、肩部が平面視で三角、四角、その他の多角形や、丸や楕円状であってもよい。また、切欠き部の形状も肩部と二方向で対面する側面を備えるならば他の形状であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、ナット部材にボール循環部品が複数取り付けられて、ボールの無限循環路が複数形成される場合を例示したが、ナット部材にボール循環部材が１つだけ取り付けられて、ボールの無限循環路が１つだけ形成されるものであってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、転動体がボールである場合を例示したが、ローラー等の他の転動体であってもよい。

１ ボールねじ装置
２ ねじ軸
３ ナット部材
４ ボール（転動体）
５ ボール循環部品（転動体循環部品）
６ ボール負荷転走路（転動体負荷転走路）
７ ボール循環路（転動体循環路）
２１ ボール転動溝（転動体転動溝）
３１ ボール負荷転動溝（転動体負荷転動溝）
３２ 外面
５０ 第１分割体
５２ 固定部
５３ 切欠き部
５３ａ 側面
５３ｂ 側面
５４ 鍔部
６０ 第２分割体
６２ 肩部
６３ 脚部
６４ 連結部
Ｏ 軸
Ｘ１ 領域
Ｘ２ 領域

Claims (5)

1. 螺旋状の転動体転動溝を有するねじ軸と、前記転動体転動溝に対向して転動体負荷転走路を形成する転動体負荷転動溝を有するナット部材と、前記転動体負荷転走路の一端と他端とを接続する転動体循環路を有する転動体循環部品と、前記転動体負荷転走路及び前記転動体循環路を無限循環する転動体と、を備えるボールねじ装置であって、
   前記転動体循環部品は、第１分割体と第２分割体とが組み合わされて形成されており、
   前記第１分割体は、前記ナット部材の外面に固定される固定部を有し、
   前記第２分割体は、前記転動体負荷転走路を移動する前記転動体をすくい上げると共に前記転動体負荷転走路に前記転動体を戻す一対の脚部と、前記一対の脚部の間を連結すると共に前記第１分割体と前記ナット部材との間に配置される連結部と、前記第１分割体の側面に対し二方向で対面して前記第１分割体を挟み込む一対の肩部と、を有する、ことを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記一対の肩部は、前記連結部に対し前記一対の脚部とは反対側に突出して設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
3. 前記二方向は、前記転動体循環路が延在する第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向である、ことを特徴とする請求項１または２に記載のボールねじ装置。
4. 前記第１分割体は、前記一対の肩部と前記二方向で対面する側面を備える一対の切欠き部を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のボールねじ装置。
5. 前記第１分割体は、前記一対の切欠き部が設けられる領域に対し前記転動体循環路を軸とする線対称の領域の少なくとも一部において前記外面と対面する一対の鍔部を有する、ことを特徴とする請求項４に記載のボールねじ装置。

Images