(57)【要約】  ナットの高速回転時でも振動が抑えられ、製造コストを低減するボールねじ、工作機械、及び搬送装置を提供する。そのために、ボールねじ（１）は、ねじ軸（１０）と、ナット本体（２０Ａ）と、転動体（３０）と、合成樹脂製の被覆部材（４０）と、循環部材（５０）とを有する。被覆部材（４０）は、ナット本体（２０Ａ）の外周面を覆うようにナット本体（２０Ａ）と同軸に設置された筒形状をなす。被覆部材（４０）の内周面に形成された溝部（４１）と、ナット本体（２０Ａ）の外周面（２０ａ）とで転動体戻り路（７０）を構成する。被覆部材（４０）には、循環部材（５０）の外周面に形成された切り欠き部（５３）に対して係合する係合部（４３）が設けられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、
内周面に螺旋溝が形成された筒形状のナット本体と、
前記ねじ軸の螺旋溝と前記ナット本体の螺旋溝とで形成される負荷転動路内、この負荷転動路に連通された転動体誘導路内、並びに前記負荷転動路及び前記転動体誘導路に連通する転動体戻り路内に配置された転動体と、
前記転動体戻り路が形成され、前記ナット本体の軸方向の両端部に設けられる循環部材と、
前記ナット本体の外周面を覆うように前記ナット本体と同軸に設置された筒形状をなし、内周面に形成された溝部と、前記ナット本体の外周面とで前記転動体戻り路を構成する合成樹脂製の被覆部材とを有し、
前記被覆部材には、前記循環部材の外周面又は前記ナット本体の外周面に形成された切り欠き部に対して係合して周方向に回転することを防止するための係合部が設けられたことを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
前記被覆部材が周方向に分割された複数の分割体からなる請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】
前記切り欠き部は、前記循環部材又は前記ナット本体の径方向に１対形成される請求項１又は２に記載のボールねじ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のボールねじを備えたことを特徴とする工作機械。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか一項に記載のボールねじを備えたことを特徴とする搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ、並びにこれを用いた工作機械及び搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじは、内周面に螺旋溝が形成されたナットと、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝で形成される軌道の間に配置されたボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路とを備える。このような構成をなすボールねじは、上記軌道内をボールが転動することで上記ナットがねじ軸に対して相対移動する。ボールねじのボール戻し経路としては、組み立てが容易である点から、リターンチューブ方式を採用することが多い。【０００３】
ここで、従来より、射出成形機の型締装置等に用いられるナット回転式のボールねじに関する技術が知られている。
この種のボールねじにおいては、ボール戻し経路を設けるために、ナットの外周面を切削すると、ナットが高速で回転したときに、偏芯した錘を備えたと同様の構造をなすので、バランスが崩れて振れ回りが生じ、振動が増大することがある。その結果、例えばボールの噛み込みなどが生じやすくなり、ねじ軸に対してナット部材がロックするという不測の事態を招く可能性がある。
そこで、このようなナット部材の高速回転時のバランスを保つために、薄肉化したボール戻し路を形成するチューブをナットに設けたボールねじが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４４０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のボールねじにおいては、ボール戻し路を薄肉化することで偏芯への改善対策としているが、ナットの回転数増加とともに、遠心力が大きくなり、強度不足となるため、高回転数には不適である。
また、特許文献１に記載のボールねじにおいては、上記軌道が１条であれば、ねじ軸の径方向の一方のみにチューブが設けられるため、高速回転時の振動を抑えるために、上記チューブの径方向の反対側にカウンタウェイト等を設ける必要が生じる。その結果、製造コストを更に増大させる可能性がある。【０００６】
本発明は上記課題に着目してなされたものであり、その目的は、ナットの高速回転時でも振動が抑えられ、製造コストを低減するボールねじ、工作機械、及び搬送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためのボールねじのある態様は、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、
内周面に螺旋溝が形成された筒形状のナット本体と、
上記ねじ軸の螺旋溝と上記ナット本体の螺旋溝とで形成される負荷転動路内、この負荷転動路に連通された転動体誘導路内、並びに上記負荷転動路及び上記転動体誘導路に連通する転動体戻り路内に配置された転動体と、
上記転動体戻り路が形成され、上記ナット本体の軸方向の両端部に設けられる循環部材と、
上記ナット本体の外周面を覆うように上記ナット本体と同軸に設置された筒形状をなし、内周面に形成された溝部と、上記ナット本体の外周面とで上記転動体戻り路を構成する合成樹脂製の被覆部材とを有し、
上記被覆部材には、上記循環部材の外周面又は上記ナット本体の外周面に形成された切り欠き部に対して係合して周方向に回転することを防止するための係合部が設けられている。【０００８】
ここで、上記ボールねじにおいては、上記被覆部材が周方向に分割された複数の分割体からなるようにしてもよい。
また、上記ボールねじにおいては、上記切り欠き部は、上記循環部材又は上記ナット本体の径方向に１対形成されてもよい。【０００９】
また、上記目的を達成するための工作機械のある態様は、ボールねじを備え、
そのボールねじが、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、
内周面に螺旋溝が形成された筒形状のナット本体と、
上記ねじ軸の螺旋溝と上記ナット本体の螺旋溝とで形成される負荷転動路内、この負荷転動路に連通された転動体誘導路内、並びに上記負荷転動路及び上記転動体誘導路に連通する転動体戻り路内に配置された転動体と、
上記転動体戻り路が形成され、上記ナット本体の軸方向の両端部に設けられる循環部材と、
上記ナット本体の外周面を覆うように上記ナット本体と同軸に設置された筒形状をなし、内周面に形成された溝部と、上記ナット本体の外周面とで上記転動体戻り路を構成する合成樹脂製の被覆部材とを有し、
上記被覆部材には、上記循環部材の外周面又は上記ナット本体の外周面に形成された切り欠き部に対して係合して周方向に回転することを防止するための係合部が設けられている。【００１０】
ここで、上記工作機械においては、上記被覆部材が周方向に分割された複数の分割体からなるようにしてもよい。
また、上記工作機械においては、上記切り欠き部は、上記循環部材又は上記ナット本体の径方向に１対形成されてもよい。【００１１】
また、上記目的を達成するための搬送装置のある態様は、ボールねじを備え、
そのボールねじが、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、
内周面に螺旋溝が形成された筒形状のナット本体と、
上記ねじ軸の螺旋溝と上記ナット本体の螺旋溝とで形成される負荷転動路内、この負荷転動路に連通された転動体誘導路内、並びに上記負荷転動路及び上記転動体誘導路に連通する転動体戻り路内に配置された転動体と、
上記転動体戻り路が形成され、上記ナット本体の軸方向の両端部に設けられる循環部材と、
上記ナット本体の外周面を覆うように上記ナット本体と同軸に設置された筒形状をなし、内周面に形成された溝部と、上記ナット本体の外周面とで上記転動体戻り路を構成する合成樹脂製の被覆部材とを有し、
上記被覆部材には、上記循環部材の外周面又は上記ナット本体の外周面に形成された切り欠き部に対して係合して周方向に回転することを防止するための係合部が設けられている。【００１２】
ここで、上記搬送装置においては、上記被覆部材が周方向に分割された複数の分割体からなるようにしてもよい。
また、上記搬送装置においては、上記切り欠き部は、上記循環部材又は上記ナット本体の径方向に１対形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、ナットの高速回転時でも振動が抑えられ、製造コストを低減するボールねじ、工作機械、及び搬送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ボールねじの第１実施形態における構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は（ａ）のＩｃ−Ｉｃ線に沿う断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】ボールねじの第２実施形態における構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線に沿う断面図である。
【図４】ボールねじの第３実施形態における構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のIVｂ−IVｂ線に沿う断面図である。
【図５】ボールねじの第４実施形態における構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、ボールねじの実施形態について図面を参照して説明する。
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
【００１６】
（第１実施形態）
図１及び図２に示すように、本実施形態のボールねじ１は、ねじ軸１０と、ナット２０と、転動体としてのボール３０とを有する。
ねじ軸１０は、合金鋼等の鋼材により形成された棒状部材であり、螺旋状の螺旋溝１１を外周面に有している。
【００１７】
ナット２０は、ナット本体２０Ａと、被覆部材４０と、循環部材５０とを有する。ナット本体２０Ａは、合金鋼等の鋼材により、軸に垂直な断面が樽形に形成された筒状部材であって、ねじ軸１０の外周側に配置されている。ナット２０Ａの内周面には、ねじ軸１０の螺旋溝１１と対向する螺旋溝２１が形成されている。すなわち、ねじ軸１０の螺旋溝１１とナット２０の螺旋溝２１とは、同じリードで形成されている。
ボール３０は、例えば、合金鋼等の鋼材で形成された球体であり、ねじ軸１０の螺旋溝１１とナット２０の螺旋溝２１との間に形成される負荷転動路６０内に、転動自在に装填されている。すなわち、ボールねじ１は、ねじ軸１０に対するナット２０の回転運動に伴って、負荷転動路６０内をボール３０が転動する。このボール３０の転動により、ナット２０がボール３０の転動を介して、ねじ軸１０の軸方向に沿って直線移動する構成となっている。
【００１８】
被覆部材（以下、ジャケット部ということがある）４０は、合成樹脂等よりなり、ナット本体２０Ａと同様に、軸に垂直な断面が樽形に形成された筒状部材であって、ナット本体２０Ａの外周側に同軸に配置されている。被覆部材４０の内周面の軸方向に対する径（内径）は、ナット本体２０Ａの外周面の軸方向に対する径（外径）よりも大きく設定される。そして、図１及び図２に示すように、被覆部材４０の内周面４０ａには、ボール３０が収容される大きさの断面形状をなす溝部４１がねじ軸１０の軸方向に沿って形成され、この溝部４１とナット本体２０Ａの外周面２０ａとによりボール戻り路（転動体戻り路）７０が形成されている。ここで、上記合成樹脂としては、ＰＯＭ（ポリアセタール）樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂が挙げられる。
【００１９】
循環部材５０は、図２に示すように、その内部にボール誘導路（転動体誘導路）５１が形成されている。ボール誘導路５１は、負荷転動路６０と、ボール戻り路７０とを連通する通路であり、一方の端部に移動したボール３０を負荷転動路６０内からすくい上げ、そのすくい上げたボール３０を、他方の端部から、ボール戻り路７０を介して負荷転動路６０内へ戻す。
これにより、ボール３０は、ねじ軸１０に対するナット２０の回転運動に伴って、ボール誘導路５１、負荷転動路６０、及びボール戻り路７０内を無限循環する。すなわち、ボール誘導路５１、負荷転動路６０、及びボール戻り路７０によって、ボール３０の無限循環通路が形成されている。
【００２０】
なお、循環部材５０には、図１（ａ），（ｂ）に示すように、循環部材５０のねじ軸１０の軸方向に沿って穿孔された貫通穴５２が循環部材５０の周方向に複数（本実施形態では６個）設けられている。そして、この貫通穴５２に連通する被覆部材４０の軸方向端部にもねじ穴４２が貫通穴５２に応じて複数設けられている。したがって、貫通穴５２及びねじ穴４２のそれぞれにボルトなどの固定部材８０が螺合されることにより、循環部材５０が被覆部材４０に固定される。
このように、本実施形態のボールねじ１は、従来よりもナット本体２０Ａを縮径し、その外周に被覆部材４０を設置している。すなわち、合金鋼等の鋼材によりなるナット本体２０Ａの径を小さくして、その周りに合成樹脂製の被覆部材４０を設け、さらに内部循環式とした。したがって、ナット２０が高速で回転した際にもボールねじ１の慣性モーメントの低減が図られる。特に、ナット２０Ａ及びボール３０の少なくとも何れか一方に用いられる上記合金鋼の密度は７〜８ｃｍ３／ｇが好ましい。また、合成樹脂（ＰＯＭ、ＰＣ、ＰＢＴ等）の密度は１．２〜１．５ｃｍ３／ｇが好ましい。このように、上記合金鋼の密度及び合成樹脂の密度を規定することで、ボールねじ１の慣性モーメントの低減を図ることができる。
【００２１】
ここで、本実施形態のボールねじのナット２０の回転時では、無限循環通路（回路）内におけるボール３０の回転力が大きくなる。その結果、ボール３０の回転によって生じる慣性力によって、被覆部材４０は周方向に回転し易くなる。そこで、図１（ａ），（ｂ）に示すように、ナット本体２０Ａの軸方向の両端部に設けられる循環部材５０の少なくとも何れか一方には、その周方向に循環部材５０自身を分断する切り欠き部５３が設けられる。この切り欠き部５３は、ナット本体２０Ａの径方向に１対設けられることが好ましい。そして、被覆部材４０には、この切り欠き部５３に係合する係合部４３がねじ軸１０の軸方向に沿って延設されている。すなわち、被覆部材４０がナット本体２０Ａの周りを覆う態様で設置されているだけでなく、切り欠き部５３に係合する係合部４３が被覆部材４０に設けられることで、被覆部材４０が周方向に回転することを抑止することができる。
【００２２】
また、被覆部材４０は、係合部４３を分割するように、径方向に２分割された分割体４０Ａ，４０Ｂとからなることが好ましい。このように被覆部材４０が構成されることで、ナット本体２０Ａ及び循環部材５０（５０Ａ，５０Ｂ）に容易に取り付けることができる。
なお、分割体４０Ａには、分割体４０Ｂとの当接部分において貫通穴４４，４４が周方向両端部近傍に形成され、分割体４０Ｂには、分割体４０Ａとの当接部分において貫通穴４４，４４に連通するねじ穴４５，４５が周方向両端部近傍に形成されている。
【００２３】
すなわち、本実施形態において被覆部材４０を設置する手順は、まず、分割体４０Ａ，４０Ｂを、ナット本体２０Ａを覆い、係合部４３Ａ，４３Ｂが当接することにより、係合部４３が形成されるように設置する。その後、切り欠き部５４に係合部４３を係合させ、貫通穴４４及びねじ穴４５に、ボルトなどの固定部材８１を螺合させることにより、分割体４０Ａ，４０Ｂを固定して被覆部材４０とすることができる。その後、循環部材５０Ａ，５０Ｂそれぞれの貫通穴５２及びそれに対応する被覆部材４０のねじ穴４２のそれぞれにボルトなどの固定部材８０を螺合させて循環部材５０Ａ，５０Ｂを固定してボールねじ１が構成される。
【００２４】
（第２実施形態）
次に、ボールねじの第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、上述した第１実施形態と同様の部材及び部位には、同じ符号を付し、その重複する説明は省略する。すなわち、本実施形態は、上記第１実施形態と同等の構造のボールねじにおいて、被覆部材の形状を変更したものである。
【００２５】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態のボールねじ１は、被覆部材４０の形状を「分割体」ではなく、一体型の円筒形状としている。
すなわち、本実施形態において被覆部材４０を設置する手順は、まず、被覆部材４０を、ナット本体２０Ａを覆うように軸方向に移動させてナット本体２０Ａを内部に収容すると共に、循環部材５０Ｂの切り欠き部５３に係合部４３を係合させる。その後、循環部材５０Ｂの貫通穴５２及びそれに対応する被覆部材４０のねじ穴４２のそれぞれにボルトなどの固定部材８０を螺合させて循環部材５０Ｂを固定する。その後、循環部材５０Ａの貫通穴５２及びそれに対応する被覆部材４０のねじ穴４２のそれぞれにボルトなどの固定部材８０を螺合させて循環部材５０Ａを固定してボールねじ１が構成される。
このように、被覆部材４０の形状を「分割体」ではなく、一体型の円筒形状とすることにより、被覆部材４０をナット本体２０Ａに対して設置し、循環部材５０Ａ，５０Ｂを固定する作業をスムーズに行うことができる。
【００２６】
（第３実施形態）
次に、ボールねじの第３実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、上述した第１実施形態と同様の部材及び部位には、同じ符号を付し、その重複する説明は省略する。すなわち、本実施形態は、上記第１実施形態と同等の構造のボールねじにおいて、切り欠き部及び係合部を設けず、ナット本体に被覆部材が係合する形状を備えたしたものである。
【００２７】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態のボールねじ１は、ナット本体２０Ａの周方向における分割体４０Ａ，４０Ｂの底部に対応する箇所に切り欠き部２２，２２がそれぞれ形成されている。そして、これら切り欠き部２２，２２に係合する係合部４６Ａ，４６Ｂが分割体４０Ａ，４０Ｂのそれぞれに設けられている。ここで、分割体４０Ａ，４０Ｂの「底部」とは、分割体４０Ａ，４０Ｂの断面形状における中間部を指す。
このように、ナット本体２０Ａに設けられた切り欠き部２２と、この切り欠き部２２に係合する係合部４６を分割体４０Ａ，４０Ｂのそれぞれに設けたので、切り欠き部及び係合部を設ける程の加工の手間をかけることなく、被覆部材４０をナット本体２０Ａに転動体３０を介して周方向に回転しないよう固定することができる。
【００２８】
（第４実施形態）
次に、ボールねじの第４実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、上述した第１実施形態と同様の部材及び部位には、同じ符号を付し、その重複する説明は省略する。すなわち、本実施形態は、上記第１実施形態と同等の構造のボールねじにおいて、第３実施形態と同様に、切り欠き部及び係合部を設けず、ナット本体に被覆部材が係合する形状を備えたしたものである。
図５（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態のボールねじ１は、ナット本体２０Ａの周方向における分割体４０Ａ，４０Ｂの当接部分に対応する箇所に切り欠き部２３，２３がそれぞれ形成されている。そして、これら切り欠き部２３，２３に係合する係合部４７Ａ，４７Ｂが分割体４０Ａ，４０Ｂのそれぞれに設けられている。
【００２９】
このように、ナット本体２０Ａに設けられた切り欠き部２３と、この切り欠き部２３に係合する係合部４７を分割体４０Ａ，４０Ｂのそれぞれに設けたので、切り欠き部及び係合部を設ける程の加工の手間をかけることなく、被覆部材４０をナット本体２０Ａに転動体３０を介して周方向に回転しないよう固定することができる。
以上説明したように、本発明のボールねじは、従来よりもナット本体２０Ａを縮径し、その外周に被覆部材４０を設置し、内部循環式としたことで、ナット２０が高速で回転した際にも慣性モーメントの低減が図られ、製造コストの低減を実現するボールねじを提供することができる。
【００３０】
本発明のボールねじは、例えば、長尺のマシニングセンタ、長尺の搬送装置に適用することができる。ここでいう「長尺」とは、例えば、ボールねじの全長が、そのボールねじのねじ軸の径の４０倍以上程度のものをいう。
また、本発明のボールねじは、例えば、射出成型機などの工作機械や、搬送装置に適用することができる。特に、電動タイプの射出成形機の射出駆動軸や型締め機構駆動部、あるいは電動プレス機のように高荷重が加わる工作機械用転動装置に適用することが好適である。
【００３１】
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例又は実施形態も網羅すると解すべきである。
例えば、上述した実施形態では、ボールの無限循環通路を１条としたが、２条でもよい。また、切り欠き部及び係合部は、ナット本体及び被覆部材の周方向の任意の場所に設けられてもよい。さらに、転動体がボールではなく例えばころであってもよい。
【００３２】
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである。
【符号の説明】
【００３３】
１  ボールねじ
１０  ねじ軸
１１  （ねじ軸の）螺旋溝
２０  ナット
２０ａ  （ナットの）外周面
２０Ａ  ナット本体
２１  （ナットの）螺旋溝
２２  切り欠き部
２３  切り欠き部
３０  転動体（ボール）
４０  被覆部材
４０ａ  （被覆部材の）内周面
４０Ａ，４０Ｂ  分割体
４１  溝部
４２  ねじ穴
４３  係合部
４４  貫通穴
４５  ねじ穴
４６  係合部
４７  係合部
５０  循環部材
５１  ボール誘導路
５２  貫通穴
５３  切り欠き部
６０  負荷転動路
７０  ボール戻り路
８０  固定部材
８１  固定部材
【図１】
2017010407.tif 000003
【図２】
2017010407.tif 000004
【図３】
2017010407.tif 000005
【図４】
2017010407.tif 000006
【図５】
2017010407.tif 000007
【国際調査報告】
2017010407.tif 000008
2017010407.tif 000009
2017010407.tif 000010
2017010407.tif 000011