JPWO2007114036A1 - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

大リードのねじ軸に好適であり、ナット部材の小型化、軽量化にも最適であり、低コストで生産することができ、しかも過酷な使用条件においても高い信頼性を発揮することが可能な新たなボール循環構造を備えたボールねじ装置であって、多数のボール(4)を介してねじ軸(2)とナット部材(3)とが螺合したボールねじ装置(1)において、ボール(4)の無限循環路を形成する無負荷ボール通路(50)が、ナット部材(3)の貫通孔(30)の内周面に螺旋状に形成された無負荷ボール溝(33a)と、負荷転動溝(20a)と無負荷ボール溝(33a)とを連通連結して閉ループとしての無限循環路を完成させる一対の方向転換溝(34)とから構成される。

Description

本発明は、ナット部材とねじ軸との間に配列された多数のボールを介してこれら両部材が回転自在に螺合し、例えば自動車等においてステアリング軸の回転をリレーロッドの軸方向への運動に変換するボールねじ装置に係り、特に、ナット部材の一回転におけるねじ軸の軸方向への移動量を大きく設定した所謂大リードタイプに好適な構造のボールねじ装置に関する。

回転運動を直線運動に、あるいは直線運動を回転運動に変換するボールねじ装置としては、多数のボールを介してねじ軸とナット部材とが互いに螺合したものが知られている。前記ねじ軸の外周面には所定のリードでボールの転動溝が螺旋状に形成される一方、前記ナット部材にはねじ軸の挿通される貫通孔が形成され、かかる貫通孔の内周面には前記ねじ軸の転動溝と対向する負荷転動溝が形成されている。これらナット部材の負荷転動溝とねじ軸の転動溝とが互いに対向することにより、ナット部材とねじ軸との間に螺旋状の負荷ボール通路が形成され、ボールはこの負荷ボール通路内でナット部材とねじ軸との間に作用する荷重を負荷しながら転動する。これによってナット部材とねじ軸とが相対的な螺旋運動を行うことが可能となっている。また、前記ナット部材は負荷ボール通路の両端を連通連結する無負荷ボール通路を備えており、前記負荷ボール通路を転動したボールが無負荷ボール通路を経て再び負荷ボール通路に循環するようになっている。すなわち、ナット部材にはボールの無限循環路が具備され、ボールが負荷ボール通路及び無負荷ボール通路を循環することで、ナット部材がねじ軸に対して連続的に移動することが可能となっている。

前記ナット部材にボールの無限循環路を具備させる方式としては、大きく分けて以下の３方式が知られている。第１の方式は、かかるナット部材に対して略Ｕ字形に形成されたリターンチューブを装着した所謂リターンチューブ方式である。この方式では、螺旋状の負荷ボール通路の数巻分を跨ぐようにして前記リターンチューブがナット部材に装着され、ボールが前記リターンチューブに具備された無負荷ボール通路を経て、負荷ボール通路の一端から他端へ循環させられるようになっている（特開２００５−００３１０６等）。

また第２の方式は、デフレクタと称される駒をナット部材に埋め込んだ所謂デフレクタ方式である。前記デフレクタにはねじ軸に面して且つ該ねじ軸の山部を跨ぐようにしてボール戻し溝が形成されており、このボール戻し溝はねじ軸の周囲一巻分の負荷ボール通路の端部同士を連結している。これにより、負荷ボール通路を転動したボールは前記デフレクタの装着位置に到達すると、ボール戻し溝に誘導されてねじ軸の転動溝から離脱すると共に該ねじ軸の山部を乗り越え、負荷ボール通路の入り口に戻されるようになっている（特開２００６−０３８０９９等）。

更に第３の方式は、所謂エンドキャップ方式である。このエンドキャップ方式では、ナット部材に対して軸方向に沿ったボール戻し通路を貫通形成すると共に、かかるナット部材の軸方向の両端にはボールの方向転換路を備えたエンドキャップを装着し、負荷ボール通路を転動し終えたボールを前記方向転換路でナット部材のボール戻し通路に誘導するように構成されている。すなわち、負荷ボール通路の端部は各エンドキャップに具備された方向転換路によって無負荷ボール通路の端部と連結されており、これによってボールの無限循環路が実現されている（特開２００５−０４２７９６等）。
特開２００５−００３１０６ 特開２００６−０３８０９９ 特開２００５−０４２７９６

これら３つのボール循環方式のうち、ねじ軸のリードの長大化にもっとも適した方式はエンドキャップ方式である。そもそも、デフレクタ方式ではナット部材に埋め込まれるデフレクタが隣接する転動溝を跨ぐようにして設けられることから、大リードのねじ軸に対応することができず、また、リターンチューブ方式ではリターンチューブの全長を極端に長く設定する必要があり、リターンチューブの加工精度やナット部材への組み付け精度などを考慮すると、やはり大リードのねじ軸への対応が困難だからである。このため、一般的に使用されている大リードのボールねじ装置の殆どは前記エンドキャップ方式を採用している。

また、ボールねじ装置の使用形態の一例として、ナット部材にモータ等から回転動力を入力し、かかるナット部材の回転に応じてねじ軸を軸方向へ移動させて使用する例がある。従来、この使用形態に適したボールねじ装置として、ナット部材の外周部にボールを介して回転軸受の外輪を装着したロータリボールねじ装置が知られている。このロータリボールねじ装置では、ナット部材を回転軸受の内輪として使用することから、かかるナット部材の外周面に対してボールの転動溝を環状に形成する必要があるが、前記リターンチューブ方式やデフレクタ方式ではリターンチューブやデフレクタが邪魔となり、ナット部材の外周面に転動溝を形成し得ないことから、前記ロータリボールねじ装置ではエンドキャップ方式が採用されている。

しかし、エンドキャップ方式ではナット部材に対し、その軸方向に沿ってボール戻し通路を貫通形成する必要があり、ねじ軸の外径に対してナット部材の外径が著しく大きくなってしまい、このエンドキャップ方式を採用するボールねじ装置ではナット部材の小型化、軽量化が困難である。このことは、ロータリボールねじ装置、すなわちナット部材の外側に回転軸受を装着したボールねじ装置において顕著な問題点である。

また、エンドキャップ方式ではナット部材の軸方向の両端に一対のエンドキャップをねじ止めする必要があり、しかも前記エンドキャップは複雑な形状の方向転換路を具備する都合上、合成樹脂によって製作されている例か殆どであり、耐久性が要求される用途に対しては信頼性を確保するのが困難であった。

更に、従来のボールねじ装置ではナット部材に対してリターンチューブ、デフレクタ又はエンドキャップを装着する必要があり、部品点数が多く、組み立てに手間がかかることから、生産コストも嵩むものとなっていた。

一方、ロータリボールねじ装置では、ナット部材に回転動力を入力するため、かかるナット部材の軸方向の端部にギアを一体的に形成できると便利であるが、前記エンドキャップ方式ではナット部材の軸方向の両端に一対のエンドキャップが装着されることから、ナット部材の端部にギアを形成することが困難であり、仮に形成することが出来たとしても、ギアの径はエンドキャップを避けるために大きくならざるを得ず、結果的にナット部材が大型化、重量化してしまうといった問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、大リードのねじ軸に好適であり、ナット部材の小型化、軽量化にも最適であり、低コストで生産することができ、しかも過酷な使用条件においても高い信頼性を発揮することが可能な新たなボール循環構造を備えたボールねじ装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、ロータリボールねじ装置に最適なボール循環構造を備えたボールねじ装置を提供することにある。

本発明のボールねじ装置は、多数のボールと、これらボールの転動溝が所定のリードで螺旋状に形成されたねじ軸と、このねじ軸が挿通される貫通孔を有すると共に、かかる貫通孔の内周面には前記ねじ軸の転動溝と対向する負荷転動溝が形成されたナット部材とから構成されている。ナット部材の負荷転動溝はねじ軸の転動溝と協働し、前記ボールが転動する螺旋状の負荷ボール通路をナット部材とねじ軸との間に形成する。また、前記ナット部材は前記負荷ボール通路の両端を連通連結してボールの無限循環路を形成する無負荷ボール通路を具備している。

前記無負荷ボール通路は、ナット部材の貫通孔の内周面に螺旋状に形成された無負荷ボール溝と、前記負荷転動溝と無負荷ボール溝とを連通連結して閉ループとしての無限循環路を完成させる一対の方向転換溝とから構成されている。換言すれば、前記無負荷ボール溝と前記負荷転動溝はナット部材の貫通孔の内周面に多条ねじとして形成されている。

前記無負荷ボール溝は、負荷ボール通路におけるボールの転動を妨げることがないよう、ねじ軸に形成された螺旋状の転動溝の山部、すなわち軸方向に隣接する転動溝と転動溝との間の陸部に対向しており、これにより無負荷ボール溝を転動するボールが該無負荷ボール溝内に保持されるようになっている。このように、無負荷ボール通路はナット部材に形成された螺旋状の無負荷ボール溝とねじ軸の山部との協働によって構成されており、ボールはねじ軸の山部に接した状態で前記無負荷ボール通路を転動する。

前記方向転換溝はねじ軸に面した位置に形成され、ねじ軸の転動溝を転動するボールを該転動溝から離脱させると共に、その進行方向を転換させて前記無負荷ボール溝に導く。これによりボールを循環させる閉ループとしての無限循環路が完成する。

この方向転換溝は、ねじ軸の転動溝からボールを離脱させて、該ねじ軸の山部に乗り上げさせるため、前記負荷転動溝から無負荷ボール溝にかけて徐々に深く形成されており、前記負荷転動溝と無負荷ボール溝とを段差なく連続的に結合している。

もっとも、この方向転換溝はナット部材の貫通孔の内周面に対して直接形成する必要はなく、例えばナット部材と別部材に形成しておき、かかる部材をデフレクタとしてナット部材の貫通孔の内周面に装着するようにしても良い。しかし、過酷な使用環境における高信頼性を確保すると共に、生産コストの低減化を考慮すると、前記方向転換溝はナット部材の貫通孔の内周面に対してエンドミルを用いた切削加工、あるいは研削加工により直接形成されているのが好ましい。

本発明のボールねじ装置は、ねじ軸に転動溝が１条のみ形成されている場合の他、ねじ軸に複数条の転動溝が形成されている場合にも適用することができる。例えば、ねじ軸の転動溝が１条の場合、ナット部材の貫通孔の内周面には１条の負荷転動溝と１条の無負荷ボール溝が形成され、これらが２条ねじをなすことになる。一方、ねじ軸の転動溝が２条の場合、ナット部材の貫通孔の内周面には２条の負荷転動溝と２条の無負荷ボール溝が形成され、これらが４条ねじをなすことになる。

本発明を適用したボールねじ装置の実施の形態を示す斜視図である。 図１に示したボールねじ装置のナット部材を切り欠いた斜視図である。 実施の形態に示すボールねじ装置のナット部材を示す断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 負荷転動溝と無負荷ボール溝との間のボールの移動状態を示す拡大断面図である。 方向転換溝を含む無限循環路におけるボールの軌跡を示す平面図である。 実施の形態におけるボールの無限循環路をねじ軸の周囲に模式的に示した斜視図である。 負荷転動溝が１条の場合のボール無限循環路をねじ軸の周囲に模式的に示した斜視図である。 方向転換溝が形成されたデフレクタをナット部材に装着する例を示す断面図である。 ねじ軸の周囲におけるボールの無限循環路の一例を示す模式図である。 ねじ軸の周囲におけるボールの無限循環路の他の例を示す模式図である。 ねじ軸を多条ねじとした場合のボールの無限循環路の一例を示す模式図である。

符号の説明

１…ボールねじ装置、２…ねじ軸、３…ナット部材、４…ボール、２０ａ，２０ｂ…転動溝、３２ａ，３２ｂ…負荷転動溝、３３ａ，３３ｂ…無負荷ボール溝、３４…方向転換溝

以下、添付図面を用いて本発明のボールねじ装置を詳細に説明する。

図１及び図２は本発明を適用したボールねじ装置の一例を示すものであり、図１は外観を示す斜視図、図２はナット部材の一部を切り欠いた斜視図である。

このボールねじ装置１はねじ軸２とナット部材３とが多数のボール４を介して螺合したものであり、ねじ軸２の外周面にはボール４の転動溝２０が所定のリードで螺旋状に形成されている。ここで、リードとは、ねじ軸２の１回転において前記転動溝２０がねじ軸２の軸方向へ進行する距離である。前記ボール転動溝２０は二つの曲面が略９０度で交わるようにして形成されており、ボール４の進行方向と直交する断面形状はゴシックアーチ状をなしている。このため、前記ボール４はこのゴシックアーチ状のボール転動溝２０に対して２点で接触しており、ねじ軸２の軸方向に作用する荷重に対して約４５度の接触角を生じるようになっている。この図１及び図２に示す例において、前記ねじ軸２には２条の転動溝２０ａ，２０ｂが形成されており、多条ねじをなしている。また、ねじ軸２の外周面において互いに隣接する転動溝２０ａと転動溝２０ｂとの間にはねじ軸の山部２１が形成されている。

尚、図２は、ねじ軸とナット部材との間に配列されたボールの一部のみが描かれており、総てのボールが描かれていない。

前記ナット部材３はねじ軸２が挿通される貫通孔３０を有して略円筒状に形成されており、その外周面にはこのナット部材３を機械装置に固定するためのフランジ部３１が立設されている。図３は軸方向に沿ったナット部材３の断面図である。この図に示されるように、ナット部材３の貫通孔３０の内周面にはねじ軸２の転動溝２０ａ，２０ｂと対向する負荷転動溝３２ａ，３２ｂが螺旋状に形成されている。この負荷転動溝３２ａ，３２ｂのボール４の進行方向と直交する断面形状はねじ軸２の転動溝２０の断面形状と同一である。これら負荷転動溝３２ａ，３２ｂとねじ軸２の転動溝２０ａ，２０ｂとが互いに対向することにより、ボール４が荷重を負荷しながらねじ軸２の周囲を公転する螺旋状の負荷ボール通路がナット部材３とねじ軸２との間に形成されることになる。

また、ナット部材３の貫通孔３０の内周面には２条の無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂが螺旋状に形成されている。これら無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂは貫通孔の内周面に対して前記負荷転動溝よりも深く、且つ、ボールの直径よりも僅かに大きい溝幅で形成されている。従って、ボールはこれら無負荷ボール溝内で荷重を負荷することなく無負荷状態となり、後続のボールに押されるようにして自由に転動する。

無負荷ボール溝３３ａは前記負荷転動溝３２ａと一対をなしており、無負荷ボール溝３３ｂは前記負荷転動溝３２ｂと一対をなしている。すなわち、ナット部材３の貫通孔３０の内周面には、負荷転動溝３２ａ、無負荷ボール溝３３ａ、負荷転動溝３２ｂ、無負荷ボール溝３３ｂがこの順番に多条ねじとして形成されている。負荷転動溝３２ａ，３２ｂがねじ軸２の転動溝２０ａ，２０ｂと対向していることから、前記無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂは転動溝２０ａと転動溝２０ｂとの間のねじ軸２の山部２１に対向しており、かかる無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂ内を無負荷状態で転動するボール４はねじ軸２の山部２１に接し、これにより無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂ内にボール４が保持されるようになっている。従って、このボールねじ装置１では、無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂとねじ軸２の山部２１との協働により、無負荷ボール通路が構成されていることになる。

一方、ナット部材３の貫通孔３０の内周面には、その軸方向の両端付近に略Ｕ字形の方向転換溝３４が形成されている。この方向転換溝３４は、負荷転動溝３２ａの端部と無負荷ボール溝３３ａの端部とを連通連結する一方、負荷転動溝３２ｂの端部と無負荷ボール溝３３ｂの端部とを連通連結しており、２条の負荷転動溝が形成されたナット部材３では貫通孔３０の内周面の４か所に方向転換溝３４が形成されている。尚、ナット部材３に具備された負荷転動溝が２条ではなく、１条の場合には、前記方向転換溝３４は貫通孔３０の内周面の２か所に形成されることになる。

この方向転換溝３４は負荷転動溝３２ａ，３２ｂの端部から無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂの端部まで段差なく連続的に形成されており、負荷転動溝３２ａ，３２ｂの端部から無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂの端部へ接近するにつれて徐々に深くなるように形成されている。図５は、負荷転動溝３２ａを転動し終えたボール４が方向転換溝３４に進入し、かかる方向転換溝３４に誘導されてねじ軸２の転動溝２０ａから離脱する様子を示すものである。負荷転動溝３２ａを転動するボール４は、かかる負荷転動溝３２ａと方向転換溝３４との接続部位に到達すると、かかる負荷転動溝３２ａの深さが徐々に深くなることから、次第に荷重から解放される。荷重から解放されたボール４は後続のボール４に押されるようにしてそのままねじ軸２の転動溝２０ａ内を進行するが、方向転換溝３４が該ボール４を転動溝２０ａの側方へ寄せていくので、かかるボール４は転動溝２０ａを這い上がるようにしてねじ軸２の山部２１にまで持ち上がり、ナット部材３の方向転換溝３４に完全に収容される。

方向転換溝３４は略Ｕ字状の軌道を有していることから、方向転換溝３４内に収容されたボール４はその転走方向を逆転させ、ナット部材３の無負荷ボール溝３３ａとねじ軸２の山部２１との対向によって形成された無負荷ボール通路に進入する。ボール４はこの無負荷ボール通路内において無負荷状態であり、後続のボール４に押されるようにして無負荷ボール通路内を進む。

また、無負荷ボール通路内を進行したボール４は無負荷ボール溝３３ａと方向転換溝３４の接続部位に到達すると、そのまま方向転換溝内に進入して再び進行方向を転換させ、ねじ軸２の転動溝２０ａとナット部材３の負荷転動溝３２ａの対向によって形成された負荷ボール通路内に進入する。この際、ボール４はねじ軸２の転動溝２０ａを側方から這い降りるようにして負荷ボール通路に進入し、方向転換溝３４と負荷転動溝３２ａとの接続部位において該負荷転動溝３２ａの深さが徐々に浅くなると、無負荷状態から荷重の負荷状態へと移行する。

すなわち、このボールねじ装置１では前記方向転換溝３４がナット部材３の負荷転動溝３２ａ，３２ｂの端部と無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂの端部とを連通連結することにより、閉ループとしてのボール４の無限循環路がナット部材３に具備されており、ナット部材３とねじ軸２との間に相対的な螺旋運動が生じると、ボール４が前記無限循環路の内部を循環し、前記螺旋運動を連続的に行うことができるようになっている。

図６は前記方向転換溝３４及びその前後におけるボール４の軌道を示した平面図である。領域Ａは負荷ボール通路におけるボール４の軌跡であり、この領域Ａにおいてボール４はねじ軸２の転動溝２０ａ，２０ｂとナット部材３の負荷転動溝３２ａ，３２ｂとの間で荷重を負荷しながら転動する。また、領域Ｅは無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂにおけるボール４の軌跡を表しており、この領域Ｅにおいてボール４はねじ軸２の山部２１と無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂとの間を無負荷状態で転動している。領域Ｂ、領域Ｃ及び領域Ｄは方向転換溝３４におけるボール４の軌跡を表しており、領域Ｂ及び領域Ｄの軌跡は所定曲率の曲線状に設定される一方、領域Ｃにおける軌跡はこれら領域Ｂ及び領域Ｄの曲線状軌跡と滑らかに連続する直線状に設定されている。

図５及び図６を併せて参照しながら説明すると、前記領域Ｂはねじ軸２の転動溝２０ａ，２０ｂからボール４を離脱させるボール偏向領域であり、領域Ａから領域Ｂに進入したボール４は当該領域Ｂにおいてねじ軸２の転動溝２０ａ，２０ｂの一側へと寄せられ、転動溝２０ａ，２０ｂを這い上がるようにしてねじ軸２の山部２１へ乗り上げる。一方、領域Ｄはねじ軸２の山部２１に乗り上げたボール４を無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂに導くボール旋回領域であり、一定の旋回半径で円弧状に形成されている。このボール旋回領域におけるボール４の旋回半径はボール直径の１．０〜２．０倍程度に設定されており、これよりも小さい旋回半径ではボール４が方向転換溝３４の内部で詰まり易くなり、また、これよりも大きい旋回半径では負荷転動溝３２ａ，３２ｂと無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂとの間隔が離れすぎてしまい、ナット部材３をコンパクトに形成することができない。更に、領域Ｃは前記ボール偏向領域Ｂとボール旋回領域Ｄを連結するボール受け渡し領域であり、ボール偏向領域Ｂ及びボール旋回領域Ｄの双方の円弧状軌跡に対する接線として直線状に形成されている。このため、ボール偏向領域Ｂからボール受け渡し領域Ｃに進入したボール４、あるいはボール旋回領域Ｄからボール受け渡し領域Ｃに進入したボール４は、ここで転動状態の安定化が図られた後、その先の領域へと進入することになり、方向転換溝３４におけるボール詰まりの発生を未然に防止できるようになっている。

図７は前記無限循環路をねじ軸２の周囲に模式的に表した図である。網点の領域は無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂ及び方向転換溝３４から形成された無負荷ボールの軌道５０を、縞模様の領域は負荷転動溝３２ａ，３２ｂによって形成された負荷ボールの軌道５１を表している。この図に表されるように、本発明のボールねじ装置１では、負荷ボールの軌道５１と無負荷ボールの軌道５０が多条ねじの如くねじ軸２の周囲に形成されている。尚、図７はねじ軸２の転動溝２０ａ，２０ｂが２条ねじとして形成されている場合を示しており、例えば、ねじ軸２の転動溝２０が１条のみの場合には、ねじ軸２の周囲に形成されるボール４の無限循環路は図８のようになる。

尚、図１乃至図３に示した例では、前記方向転換溝３４が負荷転動溝３２ａ，３２ｂ及び無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂと共にナット部材３の貫通孔３０の内周面に対してエンドミルを用いた切削加工で直接形成されている。しかし、図９に示すように、方向転換溝３４が形成された複数のデフレクタ６をナット部材３の貫通孔３０の内周面に対して嵌合させ、これによって負荷転動溝３２ａ，３２ｂ、方向転換溝３４及び無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂが連通連結されるように構成することもできる。

以上のように構成された本発明のボールねじ装置１では、ナット部材３の無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂがねじ軸２の山部２１と対向する位置に形成されることから、ねじ軸２上において互いに隣接する転動溝２０ａと転動溝２０ｂとの間隔、すなわち前記山部２１の幅はボール４の直径よりも大きいことが必要である。従って、本発明のボールねじ装置１はリードの設定が大きい所謂大リードタイプのボールねじ装置に好適である。

そして、本発明によれば、無負荷ボール通路となる無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂがねじ軸２の山部２１と対向するようにしてナット部材３の貫通孔３０の内周面に螺旋状に形成されていることから、従来のエンドキャップ方式のボールねじ装置の如く、ナット部材の軸方向に沿ってボール戻し通路を貫通形成する必要がなく、ナット部材の肉厚を薄く設定することが可能となっている。これにより、本発明のボールねじ装置は、従来のエンドキャップ方式と比べて、ナット部材をコンパクトに製作することが可能である。

また、前記負荷転動溝３２ａ，３２ｂ、無負荷ボール溝３３ａ，３３ｂ及び方向転換溝３４の総てを、ナット部材３の貫通孔３０の内周面に対して切削加工、研削加工等の手法で直接形成すれば、ボール４の無限循環路をナット部材３に具備させるに当たり、何ら別部品をナット部材３に装着する必要はなく、ボールねじ装置の生産を簡易且つ低コストで行うことが可能となる。加えて、ナット部材３に何ら別部品を固定することなくボール４の無限循環路を形成することができるので、過酷な使用環境で長期間使用した場合であっても、高い信頼性を発揮することが可能となる。

更に、図１乃至図３に示したボールねじ装置１では、ボール４の無限循環路を形成する部品をナット部材３に対して何ら装着する必要がないことから、ナット部材３の外周面を自由に加工することができる。例えば、ナット部材に回転動力を入力して使用する所謂ロータリボールねじ装置に容易に改造することが可能である。その場合、ナット部材３の外周面に対してその周方向に沿ってボールの転動溝を加工し、かかる転動溝を転動する多数のボールを介して回転軸受の外輪をナット部材３に組み付ける。前述の如く、本発明のボールねじ装置ではナット部材３の外径を小さく抑えることができるので、ロータリボールねじ装置を構成した場合であっても、当該装置の小型化を図ることが可能となる。

また、ロータリボールねじ装置を構成する場合、ナット部材３に対して回転動力を入力するためのギアを該ナット部材３の端部に加工するのが好ましい。従来のエンドキャップ方式のボールねじ装置では、ナット部材の端部にエンドキャップが装着されるため、仮にギアをナット部材に加工するとしても、エンドキャップを避けるようにして加工する必要があり、自ずとギアの径が大きくなってしまうといった不具合があった。しかし、本発明のボールねじ装置１ではナット部材３の端部に対して何ら部品を装着する必要がないので、かかるナット部材３の端部に対して何ら制約なくギアを一体的に形成することが可能となり、この点においてもロータリボールねじ装置の小型化を図ることが可能となる。

図１０はねじ軸２の周囲におけるボール４の無限循環路の一例を示す模式図であり、ねじ軸２の外周面に対して転動溝が１条のみ形成される例を示している。図中の実線はナット部材３の負荷転動溝６０を転動するボール４の軌道を、図中の一点鎖線はナット部材３の無負荷ボール溝６１を転動するボール４の軌道を、図中の破線はナット部材３の方向転換溝６２ａ，６２ｂを転動するボール４の軌道を示している。

前記負荷転動溝６０と無負荷ボール溝６１は同一のリードで螺旋状に形成されており、無負荷ボール溝６１は負荷転動溝６０と位相をずらせて形成されている。図１０に示す例では負荷転動溝６０と無負荷ボール溝６１が略同じ長さに形成されており、方向転換溝６２ａ，６２ｂは負荷転動溝とこれに対して紙面右隣に位置する無負荷ボール溝とを夫々連結している。これにより、負荷転動溝６０、方向転換溝６２ａ、無負荷ボール溝６１及び方向転換溝６２ｂを一巡する閉ループとしてのボール４の無限循環路が構成されている。図１乃至図３に示したボールねじ装置においても、ナット部材３の内周面における負荷転動溝３２ａ，３２ｂの巻き数は異なるが、これと同じ構成の無限循環路を具備している。

一方、図１１はねじ軸２の周囲におけるボール４の無限循環路の他の例を示す模式図である。この図１１に示す例においても、実線はナット部材３の負荷転動溝６３を転動するボール４の軌道を、図中の一点鎖線はナット部材３の無負荷ボール溝６４を転動するボール４の軌道を、図中の破線はナット部材３の方向転換溝６５ａ，６５ｂを転動するボール４の軌道を示している。但し、この例では無負荷ボール溝６４の長さが負荷ボール溝６３よりも短く形成されており、方向転換溝６５ａ，６５ｂは負荷転動溝の端部をナット部材３の内側に隣接する無負荷ボール溝６４に連結しており、この点が図１０に示した無限循環路と異なる。

図１０に示した無限循環路では、方向転換溝６２ａ，６２ｂが異なった形状となり、その分だけナット部材３の製作に手間がかかるが、図１１に示した無限循環路では方向転換溝６５ａ，６５ｂの形状は同一であり、ナット部材３を容易に製作することが可能となる。また、負荷転動溝６３の長さを減じることなくナット部材３の軸方向長さを短くすることができ、コンパクトにナット部材３を形成することも可能となる。更に、後者の例では無負荷ボール溝６４の長さが前者の例に比べてねじ軸２の周囲一巻分だけ短くなるので、その分だけ無負荷ボール溝６４内におけるボール詰まりの現象を抑えることが可能となり、ボール４の円滑な循環を期待することができる。

但し、この図１１に示した無限循環路の構造では、方向転換溝６５ａは負荷転動溝６３から紙面右隣の無負荷ボール溝６４へボールを導く一方、方向転換溝６５ｂは負荷転動溝６３から紙面左隣の無負荷ボール溝６４へボール４を戻しているので、負荷転動溝６３が２条以上になると、各負荷転動溝６３に対応して独立したボール４の無限循環路を形成することが困難となる。

図１２は、図１１における無限循環路の構造を多条ねじに適用した例を示すものであり、ここではナット部材３の内周面に２条の負荷転動溝６６ａ，６６ｂが形成されている場合を示している。この図１２に示す例においても、実線はナット部材３の負荷転動溝６６ａ，６６ｂを転動するボール４の軌道を、図中の一点鎖線はナット部材３の無負荷ボール溝６７ａ，６７ｂを転動するボール４の軌道を、図中の破線はナット部材３の方向転換溝６８ａ，６８ｂ，６８ｃ，６８ｄを転動するボール４の軌道を示している。

この図１２に示す多条ねじの例では、２条の負荷転動溝６６ａ，６６ｂ、２条の無負荷ボール溝６７ａ，６７ｂ及び４箇所の方向転換溝６８ａ，６８ｂ，６８ｃ，６８ｄが協働して一つの閉ループとしての無限循環路を形成している。すなわち、負荷転動溝６６ａを転動したボールは方向転換溝６８ａを通じて無負荷ボール溝６７ａに移動した後、方向転換溝６８ｂを通じて無負荷ボール溝６７ａから負荷転動溝６６ｂに移動する。そして、負荷転動溝６６ｂを転動するボール４は、かかる負荷転動溝６６ｂから方向転換溝６８ｃを経て無負荷ボール溝６７ｂへ移動した後、方向転換溝６８ｄを経て再び負荷転動溝６６ａに戻される。

ねじ軸２を多条ねじとして形成した場合であっても、個々の負荷転動溝ごとに独立した無限循環路を形成するのではなく、図１２に示す例のように、閉ループとしての一つの無限循環路中に２以上の負荷転動溝及び無負荷転動溝を含めるようにすれば、ナット部材３の構造の簡略化、小型化を図ることが可能となる。

Claims (12)

1. 多数のボール(4)と、
   これらボール(4)の転動溝(20a，20b)が所定のリードで螺旋状に形成されたねじ軸(2)と、
   このねじ軸(2)が挿通される貫通孔(30)を有すると共に、かかる貫通孔(30)の内周面には前記ねじ軸(2)の転動溝(20a，20b)と対向する負荷転動溝(32a，32b)が形成され、この負荷転動溝(32a，32b)とねじ軸(2)の転動溝(20a，20b)との協働により螺旋状の負荷ボール通路が形成され、更に前記負荷ボール通路の両端を連通連結してボール(4)の無限循環路を形成する無負荷ボール通路を有するナット部材とから構成されたボールねじ装置において、
   前記無負荷ボール通路は、ナット部材(3)の貫通孔(30)の内周面に螺旋状に形成された無負荷ボール溝(33a，33b)と、前記負荷転動溝(32a，32b)と無負荷ボール溝(33a，33b)とを連通連結して閉ループとしての無限循環路を完成させる一対の方向転換溝(34)と、から構成されることを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記無負荷ボール溝(33a，33b)はねじ軸(2)に形成された螺旋状の転動溝の山部(21)に対向していることを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
3. 前記無負荷ボール溝(33a，33b)はボール(4)の直径よりも大きな幅で形成されていることを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置、
4. 前記方向転換溝(34)は前記ナット部材(3)の貫通孔(30)の内周面に形成されていることを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
5. 前記方向転換溝(34)は、前記負荷転動溝(32a，32b)とこの負荷転動溝よりもナット部材(3)の内側に隣接する無負荷ボール溝(33a，33b)とを連通連結することを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
6. 前記負荷転動溝(32a，32b)と前記無負荷ボール溝(33a，33b)の長さを対比した場合、無負荷ボール溝(33a，33b)の長さが負荷転動溝(32a，32b)よりも短いことを特徴とする請求項５記載のボールねじ装置。
7. 前記方向転換溝(34)は、前記負荷転動溝(32a，32b)から無負荷ボール溝(33a，33b)にかけて徐々に深く形成され、前記負荷転動溝(32a，32b)と無負荷ボール溝(33a，33b)とを段差なく連続的に結合していることを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
8. 前記方向転換溝(34)は、ねじ軸(2)の転動溝(20a，20b)からボール(4)を離脱させて当該ねじ軸(2)の山部(21)上に載せるボール偏向領域と、ねじ軸(2)の山部(21)に位置するボール(4)を均一な旋回半径で前記無負荷ボール溝(33a，33b)に導くボール旋回領域と、これらボール偏向領域とボール旋回領域とを滑らかに連続するボール受け渡し領域とから構成されていることを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
9. 前記ねじ軸(2)の転動溝(20a，20b)が多条ねじに形成されると共に、ナット部材(3)の負荷転動溝(32a，32b)もねじ軸(2)の転動溝(20a，20b)に対応した多条ねじに形成され、ナット部材(3)の貫通孔(30)の内周面には個々の負荷転動溝(32a，32b)に対応した無負荷ボール溝(33a，33b)が螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
10. 閉ループとしての一つの無限循環路が２条以上の負荷転動溝(32a，32b)及び無負荷ボール溝(33a，33b)を含むことを特徴とする請求項９記載のボールねじ装置。
11. ナット部材の外周面には周方向に沿ってボールの転動溝が形成され、この転動溝を転動する多数のボールを介して回転軸受の外輪がナット部材に組み付けられることを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
12. ナット部材の軸方向の端部には該ナット部材に回転トルクを入力するためのギアが一体的に形成されていることを特徴とする請求項１１記載のボールねじ装置。
    

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