(57)【要約】【課題】タップ加工によって短い時間で加工可能としながらも、非循環路の長さに関わらず、ボールネジ装置のロックを確実に防止することが可能なボールネジ装置を提供する。【解決手段】外周面に螺旋状のネジ溝が形成されたネジ軸と、ネジ軸を通す貫通孔を備え、貫通孔の内周面にネジ溝と共に複数のボールが転動する複数の転動路を構成する螺旋状のナット溝１３ｃが形成され、ボールを介してネジ軸に螺合したナット１３と、ナットに固定された複数のコマと、を有し、複数のコマのそれぞれが、ナット１３の内周側に、転動路それぞれの両端部を連結するリターン路を構成し、転動路それぞれと共にボールを無限循環させる循環路を構成し、循環路を複数備えたボールネジ装置において、軸方向において複数の循環路の間に位置するナット内周面部分に、ナット溝１３ｃと繋がり、ナット溝よりも深い逃げ溝１３ｄが形成されているものとする。【選択図】図２
2015218749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のネジ溝が形成されたネジ軸と、
前記ネジ軸を通す貫通孔を備え、該貫通孔の内周面に前記ネジ溝と共に複数のボールが転動する複数の転動路を構成する螺旋状のナット溝が形成され、前記ボールを介して前記ネジ軸に螺合したナットと、
前記ナットに固定された複数のコマと、を有し、
前記複数のコマのそれぞれが、前記ナットの内周側に、前記転動路それぞれの両端部を連結するリターン路を構成し、前記転動路それぞれと共に前記ボールを無限循環させる循環路を構成し、
前記循環路を複数備えたボールネジ装置において、
軸方向において前記複数の循環路の間に位置する前記ナット内周面部分に、前記ナット溝と繋がり、前記ナット溝よりも深い逃げ溝が形成されていることを特徴とするボールネジ装置。
【請求項２】
前記逃げ溝は前記内周面の周方向に延びる環状をしていることを特徴とする請求項１に記載のボールネジ装置。
【請求項３】
前記逃げ溝は前記ナット溝に連続した螺旋状をしていることを特徴とする請求項１に記載のボールネジ装置。
【請求項４】
前記ナットの外周面から前記逃げ溝まで貫通した貫通孔を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のボールネジ装置。
【請求項５】
前記貫通孔は前記ボールの通過を許すことを特徴とする請求項４に記載のボールネジ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、棒状のネジ軸と該ネジ軸にボールを介して螺合したナットとを備え、回転運動を直線運動に変換する装置であって、半導体・液晶製造装置、工作機械、射出成形機などにおいて搬送や位置決めなどを行うのに用いられるボールネジ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図５に示すように、ネジ軸２の外周面及びナット３の内周面に互いに対応する螺旋状の溝が形成してあり、双方の溝により構成した螺旋状の転動路４内に複数のボール８が転動自在に配置されたボールネジ装置１が知られている。このようなボールネジ装置１によれば、ネジ軸２とナット３とを相対回転させることにより、ネジ軸２とナット３とが滑らかにネジ軸２の延在方向に相対移動する。
【０００３】
ボール８の循環方式としては、種々のものがあるが、図５に示すボールネジ装置１では、コマ式と呼ばれる循環方式が採用されている。コマ式の循環方式においては、ナット３の径方向に貫通した貫通孔内に、径方向内側に配置される面にリターン路５ａが形成されたコマ５を装着することで、転動路４の両端部を繋げ、転動路４の一方の端部に移動したボール８を他方の端部に送り返し、転動路４とリターン路５ａ内を無限循環させる。本願では転動路４とリターン路５ａを合わせて循環路６と呼ぶものとする。ボールネジ装置１において、循環路６は、１つだけ構成されても良いし、２つ以上構成されても良い。
【０００４】
図５に示すボールネジ装置１のように、循環路６が２以上構成されたコマ式ボールネジ装置１において、ナット３の内周面に形成されるナット溝をタップ加工などによって一連のものとして成形した場合、軸方向で複数の循環路６の間にボール８が循環しない非循環路７が構成されることとなる。本来、この非循環路７とネジ軸２との間にボール８は挿入されないが、ボール８の充填作業中に誤って非循環路にボール８ａ（以下、「循環路外ボール８ａ」とする。）が挿入されてしまうおそれがある。その場合、ボールネジ装置１の作動中に循環路外ボール８ａがコマ５に衝突して詰まり、ネジ軸２とナット３との相対回転をロックするおそれがある。
【０００５】
このような循環路外ボールによるロックを避ける為に、従来のボールネジ装置では、コマから延在したアームによって非循環路を埋めたり、コマとは別の弾性部材を非循環路に埋めたりするものがある（特許文献１参照）。
【０００６】
また、ナット内周面のナット溝の切削加工において、非循環路の斜径寸法を循環路を構成する循環溝の斜径寸法よりも小さくすることで、非循環路にボールが挿入されたことを簡単に確認できるようにした方法がある（特許文献２参照）。
【０００７】
一方で、回転工具を用いて、循環路を構成するナット溝のみをナット内周面に加工することで、非循環路を形成しない方法もある（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３９０７９５４号公報
【特許文献２】特許第３３７４５０９号公報
【特許文献３】特開２００８−２８１０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１のように、コマから延在したアームによって非循環路を埋める構成をとった場合、非循環路が１回転以上の長いものとなると、コマからアームを延在させて非循環路を埋めるのは困難となる。また、コマとは別の弾性部材を埋め込む場合、その弾性部材が脱落し、ネジ軸とナットが弾性部材を噛み込むことで、ボールネジ装置が作動中にロックするおそれがあるといった問題がある。
【００１０】
また、特許文献２の方法は、切削加工によりナット溝を粗加工し、その後に研削加工で仕上げ加工をすることが前提となっており、ナット溝を、タップ加工のみによって成形する、いわゆる非研削ナットの場合には研削加工が無いため適用できないといった問題がある。
【００１１】
さらに、特許文献３の方法は、ナット内径が小さくなればなるほど回転工具の径も小さくなり、加工時間が長くなるといった問題がある。
【００１２】
このような問題に鑑みて、本発明は、タップ加工によって短い時間で加工可能としながらも、非循環路の長さに関わらず、ボールネジ装置のロックを確実に防止することが可能なボールネジ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明では、
外周面に螺旋状のネジ溝が形成されたネジ軸と、
前記ネジ軸を通す貫通孔を備え、該貫通孔の内周面に前記ネジ溝と共に複数のボールが転動する複数の転動路を構成する螺旋状のナット溝が形成され、前記ボールを介して前記ネジ軸に螺合したナットと、
前記ナットに固定された複数のコマと、を有し、
前記複数のコマのそれぞれが、前記ナットの内周側に、前記転動路それぞれの両端部を連結するリターン路を構成し、前記転動路それぞれと共に前記ボールを無限循環させる循環路を構成し、
前記循環路を複数備えたボールネジ装置において、
軸方向において前記複数の循環路の間に位置する前記ナット内周面部分に、前記ナット溝と繋がり、前記ナット溝よりも深い逃げ溝が形成されていることを特徴とするボールネジ装置を提供する。
【００１４】
好ましくは、前記逃げ溝は前記内周面の周方向に延びる環状をしている。
【００１５】
また、好ましくは、前記逃げ溝は前記ナット溝に連続した螺旋状をしている。
【００１６】
また、好ましくは、前記ナットの外周面から前記逃げ溝まで貫通した貫通孔を有する。
【００１７】
また、好ましくは、前記貫通孔は前記ボールの通過を許す。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、タップ加工によって短い時間で加工可能としながらも、非循環路の長さに関わらず、ボールネジ装置のロックを確実に防止することが可能なボールネジ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本願の第１実施形態に係るボールネジ装置を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の図面に向かって右側から見た側面図である。
【図２】本願の第１実施形態に係るボールネジ装置のナットを示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】本願の第１実施形態に係るボールネジ装置のナットのタップ加工前の状態を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本願の第２実施形態に係るボールネジ装置のナットを示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の図面に向かって右側から見た側面図、（ｃ）は（ｂ）に示すＣ−Ｃ断面図である。
【図５】従来のボールネジ装置を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
本願の第１実施形態に係るボールネジ装置１０を図１ないし図３を参照しつつ説明する。図１は、本願の第１実施形態に係るボールネジ装置１０を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の図面に向かって右側から見た側面図である。
【００２１】
図１に示すように、ボールネジ装置１０は、円柱状をした金属製のネジ軸１２と、ネジ軸１２を通す貫通孔を備えた円筒状をした金属製のナット１３と、ナット１３に径方向に貫通して形成された長孔部１３ａに挿入され固定されたコマ１５と、ネジ軸１２とナット１３との間に複数配置されたボール（図５参照）と、を備えている。
【００２２】
ネジ軸１２は、細長い円柱状をしており、外周にネジ溝１２ａが形成された大径部１２ｂと、大径部１２ｂと中心軸線を共通にして連続し、大径部１２ｂよりも直径が小さく、ネジ溝１２ａが形成されていない小径部１２ｃとを備えている。ネジ溝１２ａの断面は、図１（ａ）において円弧状をしているが、２つの円弧を組み合わせたゴシックアーク形状としても良い。小径部１２ｃは、ボールネジ装置１０の使用時において、例えば、軸受によって回転可能に支持され、不図示の駆動モータによってトルクが付与される。大径部１２ｂと小径部１２ｃの長さは、用途などに応じて適宜設定することができる。大径部１２ｂと小径部１２ｃの端面にはセンタ穴１２ｄが形成されており、追加工を容易にしている。
【００２３】
図２は、本願の第１実施形態に係るボールネジ装置１０のナット１３を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）は、コマ１５を取り外した状態で、図１（ａ）の上側から見た姿を示している。
【００２４】
ナット１３は、径方向に対向する部分において、軸方向位置を異にして、長穴部１３ａ、１３ａを備えており、上述のコマ１５は、これら２つの長穴部１３ａ、１３ａのそれぞれに内嵌する。
【００２５】
また、ナット１３は、中心軸線方向に見て中心軸線を中心として長穴部１３ａ、１３ａから約９０度離れ、軸方向の中央に位置する２箇所に、ボールの直径よりも大きい内径を有し、径方向に貫通した貫通孔である丸孔１３ｂ、１３ｂが形成されている。
【００２６】
ナット１３の内周面には、ネジ溝１２ａに対応するナット溝１３ｃが螺旋状に形成されている。ナット溝１３ｃの断面は、図２（ｂ）において円弧状をしているが、２つの円弧を組み合わせたゴシックアーク形状としても良い。ナット１３の軸方向長さの中央に位置する内周面部分には、逃げ溝として、周方向に延び、ナット溝１３ｃよりも大きく拡径し軸線方向の幅が広い環状溝１３ｄが形成されている。環状溝１３ｄの深さは、環状溝１３ｄのうち最も拡径した部分である底面から、ネジ軸１２の大径部１２ｂのうちネジ溝１２ａが形成されていない部分の表面までの径方向の距離が、ボールの直径よりも大きくなるように設定されている。言い換えれば、環状溝１３ｄの深さは、ネジ軸１２の中心軸線から環状溝１３ｄの底面までの距離から、ネジ軸１２の大径部１２ｂの最大半径を引いた距離が、前記ボールの直径よりも大きくなるように設定されている。上述の丸孔１３ｂ、１３ｂは、ナット１３の内周側で、環状溝１３ｄ内に開口している。
【００２７】
以上のような本第１実施形態に係るボールネジ装置１０によれば、循環路が２つ形成され、その間に位置する部分にはボールが挿入されるべきでない非循環路が形成されるため、ボール充填作業において当該非循環路内に循環路外ボールが挿入されるおそれがある。しかし、非循環路内に循環路外ボールが挿入されたとしても、ネジ軸１２とナット１３とをいずれかの方向に相対回転させれば、その循環路外ボールは非循環路内で転動し、環状溝１３ｄ内に収容されることとなる。環状溝１３ｄに収容された循環路外ボールは、丸孔１３ｂ、１３ｂから目視することができ、また、丸孔１３ｂ、１３ｂから取り出すこともできる。循環路外ボールを取り出した後、弾性部材などを用いて丸孔１３ｂ、１３ｂに栓をしても良い。
【００２８】
図３は、本願の第１実施形態に係るボールネジ装置１０のナット１３のタップ加工前の状態を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ断面図である。
【００２９】
図３（ｂ）に示すように、環状溝１３ｄは、タップ加工に先立ち、旋盤加工によって加工しておく。その後、タップ加工にてナット溝１３ｃを加工することで、タップ加工の範囲が短くなる分、タップ加工に用いるタップの摩耗を減らすことができ、タップの寿命を延ばすことができる。
【００３０】
（第２実施形態）
次に、本願の第２実施形態に係るボールネジ装置を図４を参照しつつ説明する。本第２実施形態に係るボールネジ装置は、非循環路の構成のみが上記第１実施形態とは異なり、その他の構成は第１実施形態と同様であることから、重複する説明を省略し、主として非循環路について説明する。    
【００３１】
図４は、本願の第２実施形態に係るボールネジ装置のナット２３を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の図面に向かって右側から見た側面図、（ｃ）は（ｂ）に示すＣ−Ｃ断面図である。
【００３２】
本第２実施系形態に係るボールネジ装置においても、コマが内嵌する長穴部２３ａが２つ形成されており、循環路が２つ形成される。２つの循環路の間に位置する部分には、ボールが挿入されるべきでない非循環路が形成される。本第２実施形態において、非循環路を構成するナット溝２３ｃの部分である非循環溝２３ｅは、非循環溝２３ｅとネジ軸に形成されたネジ溝との間に配置された循環路外ボールが、ナット２３とネジ軸との相対回転によって転動しない程度に、深く、幅広に形成され、逃げ溝を構成している。つまり、非循環溝２３ｅとネジ軸に形成されたネジ溝とが、循環路外ボールのうち任意の一つの直径の両端となる点、即ち循環路外ボールの対心点近傍に同時に接触することが無いように、非循環溝２３ｅを深く、幅広に形成している。したがって、図４（ｃ）に示す非循環溝２３ｅの内径Ｄ１は、他の部分のナット溝２３ｃの内径Ｄ２よりも大きい。
【００３３】
これによれば、非循環路内に循環路外ボールが挿入されたとしても、循環路外ボールは、ナット２３とネジ軸との相対回転によって転動する事は無いため、循環路外ボールが詰まってボールネジ装置がロックされるのを防止することができる。
【００３４】
非循環溝２３ｅは、タップ加工によって一連のナット溝２３ｃを成形した後、熱処理を行い、仕上げ加工において研削砥石によって、深く、幅広に成形することができる。又は、非循環溝２３ｅは、タップ加工によってナット溝２３ｃを成形した後、円柱状をして側面から切削刃が突出した回転工具を、該切削刃が螺旋を描くように回転させながら軸方向に移動させて切削し、その後、熱処理することができる。
【００３５】
以上、本願発明を説明するために具体的な実施形態を挙げて説明したが、本願発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、種々の変更、改良が可能である。
【００３６】
例えば、第２実施形態において、第１実施形態で示した丸孔を採用して、ナットの外径から非循環路に通じる丸孔を形成する構成としても良い。
【００３７】
以上のように、本発明によれば、タップ加工により短い時間で加工可能としながらも、循環路の長さに関わらず、ボールネジ装置のロックを確実に防止することが可能なボールネジ装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１、１０  ボールネジ装置
２、１２  ネジ軸
３、１３、２３  ナット
４  転動路
５、１５  コマ
５ａ  リターン路
６  循環路
７  非循環路
８  ボール
８ａ  循環路外ボール
１２ａ  ネジ溝
１２ｂ  大径部
１２ｃ  小径部
１２ｄ  センタ穴
１３、２３  ナット
１３ａ、２３ａ  長穴部
１３ｂ  丸孔
１３ｃ、２３ｃ  ナット溝
１３ｄ  環状溝
２３ｅ  非循環溝
【図１】
2015218749.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015218749.tif 000005
【図４】
2015218749.tif 000006
【図５】
2015218749.tif 000007