(57)【要約】【課題】  ねじ軸の軸方向に関する無限循環路の長さを転動溝のリードより短く設定しつつも、前記負荷通路の長さを十分に確保することが可能であり、十分な荷重負荷能力を有しつつもナット部材の小型化が可能な所謂多条ねじタイプのボールねじ装置を提供する。【解決手段】  同一のリードを有する転動溝２０がＮ条（Ｎは２以上の整数）設けられたねじ軸２と、前記転動溝２０を転動するボール４と、前記ボールを介して前記ねじ軸に組み付けられると共に、前記ボールを前記ねじ軸の周囲で一巡させる無限循環路４０を一乃至複数有するナット部材３と、を備えたボールねじ装置であって、前記ナット部材３の各無限循環路４０は、前記ボール４が荷重を負荷しながら転動すると共に前記Ｎ条の転動溝２０のそれぞれに対応したＮ個の負荷部３２と、互いに隣接する負荷部同士を連結して前記ボールを前記Ｎ条の転動溝の間で移動させるＮ個の無負荷部３３とを含んでいる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一のリードを有する転動溝がＮ条（Ｎは２以上の整数）設けられたねじ軸と、
前記転動溝を転動するボールと、
前記ボールを介して前記ねじ軸に組み付けられると共に、前記ボールを前記ねじ軸の周囲で一巡させる無限循環路を一乃至複数有するナット部材と、を備えたボールねじ装置であって、
前記ナット部材の各無限循環路は、前記ボールが荷重を負荷しながら転動すると共に前記Ｎ条の転動溝のそれぞれに対応したＮ個の負荷部と、互いに隣接する負荷部同士を連結して前記ボールを前記Ｎ条の転動溝の間で移動させるＮ個の無負荷部とを含んでいることを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
前記負荷部と前記無負荷部の組み合わせを一組とし、前記ねじ軸の周囲にはＮ組が均等に配置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。
【請求項３】
前記ねじ軸の軸方向に沿った各負荷部の長さは各転動溝のリードの１／Ｎであることを特徴とする請求項２記載のボールねじ装置。
【請求項４】
前記ナット部材は前記ねじ軸の軸方向に沿って重ねて配置された複数のナット構成要素を備え、
互いに隣接する前記ナット構成要素の接合部には、前記Ｎ個の負荷部及び前記Ｎ個の無負荷部を含む前記ボールの無限循環路が一回路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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動と直線運動を相互に変換することが可能なボールねじ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじ装置は回転運動と直線運動を相互に変換することが可能な機械要素であり、各種工作機械、搬送装置、産業用ロボット等において、サーボモータが発生する回転運動を直線運動に変換する目的で多用されている。前記ボールねじ装置は、多数のボールと、これらボールが転走する螺旋状の転動溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ボールを介して前記ねじ軸の周囲に螺合するナット部材と、を備えている。また、前記ナット部材は前記ボールの無限循環路を備えている。このナット部材の無限循環路は、前記ボールが前記ねじ軸と前記ナット部材との間で荷重を負荷しながら転動する負荷通路と、前記負荷通路の両端を接続して前記ボールを前記転動溝の一乃至数巻分だけ戻す無負荷通路とを備えている。
【０００３】
前記ねじ軸に形成された螺旋状の転動溝は一定のリードで形成されている。「リード」とは、前記ねじ軸を一回転させた際に前記ナット部材が軸方向へ進行する距離であり、当該リードが大きいほど前記ねじ軸を回転させた際に前記ナット部材を高速で移動させることが可能である。ボールねじ装置の定格荷重の向上や、前記ねじ軸に対する前記ナット部材の剛性の向上のため、前記リードが大きいねじ軸は多条ねじとして形成され、当該ねじ軸の外周面に螺旋状の転動溝が複数形成されている。また、多条ねじに対応する前記ナット部材は前記転動溝の条数と同じ回路数のボールの無限循環路を備え、前記ねじ軸と前記ナット部材との間で荷重を負荷するボールの数の増加を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０６８９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、前記ナット部材に設けられた前記無限循環路では、前記負荷通路の長さは前記ねじ軸の周囲約一巻分又は約数巻分に設定されている。これは、前記負荷通路の長さを十分に確保して荷重を負荷するボールを最大化しつつ、当該負荷通路の両端を連結する前記無負荷通路の構築を容易化するためである。
【０００６】
その一方、前記負荷通路の長さを前記ねじ軸の周囲約一巻分以上に設定すると、前記ナット部材の軸方向長さは最低でも前記ねじ軸に形成された前記転動溝のリードよりも長くなってしまう。このため、前述した多条ねじのように、前記転動溝のリードが大きいねじ軸と組み合わせるナット部材は軸方向長さを短くすることが出来ず、ナット部材の小型化を図ることが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ねじ軸の軸方向に関する無限循環路の長さを転動溝のリードより短く設定しつつも、前記負荷通路の長さを十分に確保することが可能であり、十分な荷重負荷能力を有しつつもナット部材の小型化が可能な所謂多条ねじタイプのボールねじ装置を提供することにある。
【０００８】
すなわち、本発明は、同一のリードを有する転動溝がＮ条（Ｎは２以上の整数）設けられたねじ軸と、前記転動溝を転動するボールと、前記ボールを介して前記ねじ軸に組み付けられると共に、前記ボールを前記ねじ軸の周囲で一巡させる無限循環路を一乃至複数有するナット部材と、を備えたボールねじ装置である。このボールねじ装置において、前記ナット部材の各無限循環路は、前記ボールが荷重を負荷しながら転動すると共に前記Ｎ条の転動溝のそれぞれに対応したＮ個の負荷部と、互いに隣接する負荷部同士を連結して前記ボールを前記Ｎ条の転動溝の間で移動させるＮ個の無負荷部とを含んでいる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、転動溝が大リードを有する所謂多条ねじタイプのボールねじ装置において、ねじ軸の軸方向に関する無限循環路の長さを前記転動溝のリードより短く設定しつつも、前記負荷通路の長さを十分に確保することが可能であり、十分な荷重負荷能力を有しつつもナット部材の小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を適用したボールねじ装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示すボールねじ装置の分解斜視図である。
【図３】ナット部材の端部要素を示す斜視図である。
【図４】ナット部材の中間要素を示す斜視図である。
【図５】ナット部材の端部要素にボールを配列した状態を示す斜視図である。
【図６】図５のＡ矢視図である。
【図７】ねじ軸の転動溝とボールの無限循環路との関係を示す説明図である。
【図８】ナット部材の他の例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１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る。このボールねじ装置１は、外周面にボールの転動溝２０が螺旋状に形成されたねじ軸２と、多数のボールを介して前記ねじ軸２０の周囲に螺合する円筒状のナット部材３とから構成されている。また、前記ナット部材３は前記ボールの無限循環路を備えている。前記ボールは前記ねじ軸２とナット部材３との間に介在しており、例えば前記ねじ軸２を前記ナット部材３に対して回転させることにより、当該ナット部材３が前記ねじ軸２の軸方向へ移動し、又は前記ナット部材３を前記ねじ軸２に対して回転させることにより、当該ねじ軸２が前記ナット部材３の軸方向へ移動する。
【００１３】
前記ねじ軸２は所謂多条ねじであり、当該ねじ軸２の外周面には複数条の転動溝２０が形成されている。図１に示したボールねじ装置では、前記ねじ軸２の外周面に３条の転動溝２０が形成され、これら転動溝２０は同一のリードを有している。従って、前記ねじ軸２の外周面には軸方向に沿って前記リードの１／３のピッチで前記転動溝２０が存在し、また、当該ねじ軸２の外周面には周方向に沿って３条の転動溝２０が等間隔で均等に配置されている。また、互いに隣接する転動溝２０の間はねじ山部２１であり、当該ねじ山部２１が前記ねじ軸２の外径を示している。尚、前記ねじ軸２に形成される前記転動溝２０の条数は２条以上の複数であれば、適宜設計変更して差支えない。
【００１４】
前記ナット部材３は前記ねじ軸２が挿通される貫通孔を有して円筒状に形成されている。前記ナット部材はリング状に形成された複数のナット要素３ａ，３ｂ，３ｃから構成されており、これらナット要素３ａ，３ｂ，３ｃが前記ねじ軸２の軸方向に沿って重ねて配置されている。前記ナット要素は、一対の端部要素３ａ，３ｂと、これら端部要素３ａ，３ｂの間に挟まれた中間要素３ｃとから構成されている。図１に示す例では、一対の端部要素３ａ，３ｂの間に２枚の中間要素３ｃを配置している。前記一対の端部要素３ａ，３ｂは同一形状の部材であり、互いに逆向きに向かい合うように配置されている。また、２枚の中間要素３ｃは互いに同一形状の部材である。
【００１５】
図２は前記ナット部材３から前記端部要素３ａを取り外した状態を示す分解斜視図である。互いに隣接する前記ナット要素３ａ，３ｂ，３ｃの接合部には、前記ねじ軸２の周囲を一周するボール４の無限循環路４０が設けられている。すなわち、互いに隣接した前記端部要素３ａと前記中間要素３ｃの境界部、前記２枚の中間要素３ｃの境界部、前記中間要素３ｃと前記端部要素３ｂとの境界部にはボール４の無限循環路４０が設けられており、前記ナット部材３の全体では３回路の無限循環路４０が設けられている。
【００１６】
前記無限循環路４０の回路数は前記中間要素３ｃの枚数に応じて任意に増減することができる。例えば、一対の端部要素３ａ，３ｂの間に１枚の前記中間要素３ｃを挟むのであれば、２回路の無限循環路４０が前記ナット部材３に設けられる。また、前記中間要素３ｃの枚数が３枚になれば、４回路の無限循環路４０が前記ナット部材３に設けられる。更に、前記中間要素を用いずに、一対の端部要素同士を直接接合することで、１回路の無限循環路４０のみを前記ナット部材３に設けることもできる。
【００１７】
図３は前記端部要素３ａ，３ｂを示す斜視図、図４は前記中間要素３ｃを示す斜視図である。前記端部要素３ａ，３ｂ及び前記中間要素３ｃは前記ねじ軸２の外径よりも大きな内径を有するリング状に形成され、隣接する他のナット要素３ａ，３ｂ，３ｃとの接合面３０は曲面状に形成されている。前記端部要素３ａ，３ｂは軸方向の一方の端面のみが前記接合面３０として形成され、前記中間要素３ｃでは軸方向の両端面が前記接合面３０として形成されており、この点が前記端部要素３ａ，３ｂと前記中間要素３ｃの相違である。
【００１８】
前記端部要素３ａ，３ｂ及び前記中間要素３ｃの内周面と前記接合面３０との角部には前記ボール４の無限循環路４０をなす循環溝３１が形成されている。例えば、前記端部要素３ａと前記中間要素３ｃとが隣接する境界部では、前記端部要素３ａの循環溝３１と前記中間要素３ｃの循環溝３１とが向き合って組み合わさることで、前記ボール４の無限循環路４０が構築されている。前記端部要素３ａ，３ｂは軸方向の一方の端面にのみ前記循環溝３１を有し、前記中間要素３ｃは軸方向の両端面に前記循環溝３１を有している。
【００１９】
前記端部要素３ａ，３ｂ又は前記中間要素３ｃに形成された一条の循環溝３１は前記ねじ軸２に設けられた複数条の転動溝２０に対応している。仮に前記ねじ軸２に対してＮ条（Ｎは２以上の自然数）の転動溝２０が設けられているとすると、前記一条の循環溝３１はＮ個の負荷部３２及びＮ個の無負荷部３３で構成されている。前記負荷部３２は前記ねじ軸２の転動溝２０と対向しており、ボール４は当該負荷部３２と前記ねじ軸２の転動溝２０との間で荷重を負荷しながら転動する。一方、前記無負荷部３３は前記負荷部３２同士を連結すると共に前記ねじ軸のねじ山部２１と対向しており、当該無負荷部３３を転動するボール４は荷重から開放されて前記ねじ軸２のねじ山部２１を乗り越える。また、これら負荷部３２及び無負荷部３３は前記循環溝３１の周方向に沿って交互に設けられ、その結果として前記循環溝３１は環状をなしている。図３及び図４に示した前記端部要素３ａ，３ｂ及び前記中間要素３ｃは前記ねじ軸２に対して３条の転動溝２０が形成された場合に対応しており、前記循環溝３１は前記負荷部３２及び前記無負荷部３３の組み合わせを３組有している。
【００２０】
前記循環溝３２は前記端部要素３ａ，３ｂ又は前記中間要素３ｃの内周面と前記接合面３０との角部に設けられているので、前記接合面３０は前記循環溝３１の軌道、すなわち前記無限循環路４０の軌道に沿った曲面状に形成されている。
【００２１】
図５及び図６は前記端部要素３ａ，３ｂに設けられた循環溝３１にボールを配列した様子を示しており、図６は図５に示した端部要素３ａ，３ｂを矢線Ａ方向から観察した正面図である。一条の循環溝３１に含まれた複数組の前記負荷部３２及び前記無負荷部３３は前記ねじ軸２の周囲に均等に配置されている。図６は前記ねじ軸２に３条の転動溝２０が形成されている例に対応しているので、当該ねじ軸２の周囲を１２０度ずつに分割して前記負荷部３２及び前記無負荷部３３の組み合わせが３組配置されている。従って、前記ねじ軸２がＮ条の転動溝を有する場合、ねじ軸の周囲３６０度をＮ個に分割して、Ｎ組の前記負荷部３２及び前記無負荷部３３の組み合わせを均等に配置することになる。
【００２２】
図６中の一点鎖線は前記ねじ軸２の外径を示している。一条の循環溝３１に含まれる複数の負荷部３２のそれぞれは前記ねじ軸２に形成された異なる転動溝２０に対応しており、前記ボール４は前記負荷部３２において前記転動溝２０を転動する。一方、前記無負荷部３３は互いに隣接する負荷部３２同士を連結しており、当該無負荷部３３を転動するボール４は前記ねじ軸のねじ山部２１を乗り越えて、互いに隣接する転動溝２０の間を移動する。前記負荷部３２を転動するボール４は前記ねじ軸２の周囲を螺旋状に公転しながら当該ねじ軸２の軸方向へ移動するが、前記無負荷部３３は当該方向とは反対の軸方向へボール４を移動させ、ボール４を次の負荷部３２に受け渡す。このため、前記ボール４が循環する無限循環路４０は前記ねじ軸２の周囲で波打ったような軌道をなしている。
【００２３】
尚、図５及び図６では前記端部要素３ａ，３ｂの循環溝３１に対してボール４を配列した状態を示したが、前記中間要素３ｃの循環溝３２に対してボール４を配列した場合もこれらと同様である。前記端部要素３ａ，３ｂは軸方向の一方の端面にのみ循環溝３２を有するが、前記中間要素３ｃは同じ循環溝３２を軸方向の両端面に有しており、相違点はこの点のみである。
【００２４】
そして、このように構成された前記端部要素３ａ，３ｂ及び前記中間要素３ｃを前記ねじ軸２の軸方向に重ね合わせることにより、複数回路の無限循環路４０を有するナット部材３が完成する。前記端部要素３ａ，３ｂ及び前記中間要素３ｃの結合はこれらを軸方向へ貫通するボルトを用いて行うことができる。または、前記端部要素３ａ，３ｂ及び前記中間要素３ｃの収容空間を有する筒状のハウジングを設け、前記端部要素３ａ，３ｂ及び前記中間要素３ｃを挿入した前記収容空間を閉塞することにより、前記ナット部材３を構築してもよい。前記ハウジングを設ける場合は、前記ナット部材３を他の機器に固定するためのフランジ部を当該ハウジングに設けることができ、前記端部要素３ａ，３ｂ又は前記中間要素３ｃの形状を単純化することが可能である。
【００２５】
図７は、前記無限循環路４０に配列されたボール４と前記ねじ軸２に形成された３条の転動溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃとの関係を立体的に示す図であり、図中の一点鎖線のそれぞれが前記転動溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃを示している。この場合、前記無限循環路４０は前記負荷部３２及び前記無負荷部３３の組み合わせを３組有しており、各負荷部３２が３条の転動溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃのいずれかに対応している。
【００２６】
前述したように、ボール４は前記無限循環路４０内を循環する際に、前記負荷部３２においては前記ねじ軸２の転動溝２０（図７中の一点鎖線）に沿ってねじ軸２の周囲を螺旋状に公転し、当該ねじ軸２の軸方向へ進行する。前記転動溝２０はねじ軸２の周囲を一周すると軸方向へ１リード分だけ進行するが、前記負荷部３２及び前記無負荷部３３の組は前記ねじ軸２の周囲を１２０度ずつ３等分して設けられているので、一つの負荷部３２を転動したボール４はねじ軸２の軸方向へリードの１／３だけ進行することになる。すなわち、Ｎ条の転動溝２０が前記ねじ軸２に設けられているとすると、前記無限循環路４０に含まれるＮ個の負荷部３２については、各負荷部３２のねじ軸２の軸方向に沿った長さは転動溝２０のリードの１／Ｎとなる。
【００２７】
一方、Ｎ条の転動溝２０が前記ねじ軸２に設けられているとすると、無限循環路４０の一回路にはＮ個の負荷部３２が含まれるので、当該無限循環路４０の一回路に含まれる負荷部３２の全長は前記転動溝２０がねじ軸２の周囲を一周する長さと略同等になる。このため、前記ねじ軸２と前記ナット部材３との間で荷重を負荷するボールの個数を十分に確保することが可能である。
【００２８】
従って、本発明のボールねじ装置では、前記転動溝２０のリードに対して各無限循環路４０の軸方向の長さ、すなわち前記ねじ軸２の軸方向に沿った無限循環路４０の幅を小さく設定することができ、前記リードが大きく設定された多条ねじタイプのボールねじ装置に適用した際に、前記ナット部材３の軸方向長さを短縮化して、その小型化を図ることが可能となる。
【００２９】
また、前記ナット部材３の小型化を図った場合でも、前記ねじ軸２と前記ナット部材３との間で荷重を負荷するボール４の数は十分に確保することが可能であり、荷重の負荷能力を低下させることなく前記ナット部材３の小型化を図ることが可能である。
【００３０】
更に、一回路の無限循環路４０に含まれる複数の負荷部３２及び無負荷部３３の組み合わせは、前記ねじ軸２の周囲に均等に配置されることから、前記ねじ軸２又はナット部材３のいずれを回転させる場合であっても、回転中心に対してのボール４の挙動のバランスが良好である。このため、前記ねじ軸２又はナット部材３の回転に伴う振動が発生し難く、前記ねじ軸２又はナット部材３を高速で回転させて使用することが可能である。
【００３１】
すなわち、本発明によれば、大リードの多条タイプのねじ軸２とコンパクトなナット部材３の組み合わせによって、機械装置の高速搬送を可能とするボールねじ装置１を実現することができる。
【００３２】
以上説明してきた実施形態では、前記ナット部材３が複数のナット要素３ａ，３ｂ，３ｃの組み合わせから構成されていたが、前記複数の負荷部３２及び複数の無負荷部３３を含む無限循環路４０をナット部材３の内周面に形成することが可能であれば、当該ナット部材３は単一の部材としても差支えない。例えば、図８に示すように、前記無負荷部３３が形成された駒状のデフレクタ３４をナット部材３に対して当該ナット部材３の外周面から嵌合させ、それによって前記ナット部材の内周面に無負荷部３３を設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１…ボールねじ装置、２…ねじ軸、３…ナット部材、４…ボール、２０…転動溝、３１…循環溝、３２…負荷部、３３…無負荷部、４０…無限循環路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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