(57)【要約】【課題】雌ねじ部材にボール保持用の凹部を設けるだけの簡単な構造により、部品点数の減少によるコストダウン及びコンパクト化を図った無循環ボールねじを提供する。【解決手段】無循環ボールねじ１は、外周に螺旋条のねじ溝３を形成した雄ねじ部材２に、内周面１４の全域に多数の凹部１２を形成した雌ねじ部材１０、２０が被嵌している。ボール５は、両ねじ２、１０間で、凹部１２に保持されながら回転すると共に、ねじ溝３を転動して駆動伝達する。【選択図】図２
2008045577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周にねじ溝を有する雄ねじ部材と、円筒形状の雌ねじ部材と、前記雄ねじ部材と前記雌ねじ部材との間に介在するボールと、を備え、
前記雌ねじ部材の内周面における前記ねじ溝に対応する位置に、略々半球面状の凹部を複数個設け、
これら凹部に前記ボールを保持すると共に、これらボールを前記ねじ溝に係合してなる、
ことを特徴とする無循環ボールねじ。
【請求項２】
前記雌ねじ部材に、径方向に貫通する複数の孔を形成し、
これら孔に、先端に前記凹部を有するプラグを挿入して抜止めしてなる、
請求項１記載の無循環ボールねじ。
【請求項３】
前記孔に雌ねじを形成すると共に、前記プラグに雄ねじを形成し、
前記プラグを前記孔にねじ結合により固定してなる、
請求項２記載の無循環ボールねじ。
【請求項４】
前記雌ねじ部材の外周にカラーを嵌合して、前記プラグを前記孔に抜止め固定してなる、
請求項２記載の無循環ボールねじ。
【請求項５】
前記孔に前記プラグを径方向に摺動自在に挿入し、前記雌ねじ部材に固定した抜止め部材と前記プラグとの間に、該プラグを内径方向に付勢する付勢部材を介在してなる、
請求項２記載の無循環ボールねじ。
【請求項６】
前記雌ねじ部材が、前記凹部を一体に形成した一体成形品からなる、
請求項１記載の無循環ボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の直線方向の送り装置に用いられるボールねじに係り、特に比較的小型で軽負荷の送り装置に用いて好適であり、詳しくはボールを循環しない無循環ボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無循環ボールねじ（非循環ボールねじ）として、リテーナ付ボールねじと遊星式ボールねじが知られている（特許文献１の従来の技術参照）。リテーナ付ボールねじは、ボール転動用のねじ溝を有する雄ねじ部材と、同じくボール転動用のねじ溝を有する雌ねじ部材とを、多数のボールを介して螺合し、かつ前記ボールをリテーナにて前記両ねじ溝内に一定間隔にて保持してなる。
【０００３】
遊星式ボールねじは、多条のボール転動用ねじ溝を有する雄ねじ部材と、内周面に環状溝を有するボールベアリングを嵌合した雌ねじ部とからなり、ボールベアリングに多条数に対応するボールを収納して同一平面に各条分のボールを介装して螺合してなる。
【０００４】
また、上記リテーナ付ボールねじ及び遊星式ボールねじは、共にボールをリテーナで保持するため、雄ねじ部材及び雌ねじ部材のボール転動溝（ねじ溝）が浅くなり、ボールが両ボール転動溝とアンギュラコンタクトする接触角が大きくできないが、これを解決するため、ボールを雌ねじ部材の両側から装着して保持する遊星ボールねじも提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−７７２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した無循環ボールねじは、いずれもボールの転動（公転）を許容して、高い伝動効率を期待できるが、その分部品点数が多くなって構造が複雑になり、高価になると共に更なるコンパクト化への障害となっている。
【０００７】
加えて、リテーナ付ボールねじは、リテーナと雌ねじ部材とが軸方向に相対移動するためストロークが制限され、適用し得る製品の範囲が限定される。
【０００８】
遊星式ボールねじは、雌ねじ部材に装着されるボールベアリングのボール数が雄ねじ部材の条数に限られ、荷重担持ボール数が少なく、更に同一平面のベアリングレース内を自由に転動するボールを周方向に均等配置するために必要とするねじ精度等の設計上の困難もあって、適用し得る製品の範囲が限定される。
【０００９】
また、上記特許文献１のものは、ボール保持用の孔を有するリテーナを必要とせず、その分径方向寸法のコンパクト化が図れるとしても、遊星式ボールねじである以上、ボール数が制限され、更に雌ねじ部材の両側からの２平面に限定されて、ボール数の合計は条数の２倍に限られ、これも適用し得る製品の範囲が限定される。
【００１０】
そこで、本発明は、雌ねじ部材にボール保持用の凹部を設けるだけの簡単な構造により、部品点数の減少によるコストダウン及びコンパクト化を図り、もって上記した課題を解決した無循環ボールねじを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、請求項１に係る本発明は、外周にねじ溝（３）を有する雄ねじ部材（２）と、円筒形状の雌ねじ部材（１０、２０）と、前記雄ねじ部材（２）と前記雌ねじ部材（１０、２０）との間に介在するボール（５）と、を備え、
前記雌ねじ部材（１０、２０）の内周面（１４）における前記ねじ溝（３）に対応する位置に、略々半球面状の凹部（１２）を複数個設け、
これら凹部（１２）に前記ボール（５）を保持すると共に、これらボール（５）を前記ねじ溝（３）に係合してなる、
ことを特徴とする無循環ボールねじにある。
【００１２】
請求項２に係る本発明（例えば図５〜図８参照）は、前記雌ねじ部材（２０）に、径方向に貫通する複数の孔（２２）を形成し、
これら孔（２２）に、先端に前記凹部（１２）を有するプラグ（２５）を挿入して抜止めしてなる、
請求項１記載の無循環ボールねじにある。
【００１３】
請求項３に係る本発明（例えば図８参照）は、前記孔（２２）に雌ねじを形成すると共に、前記プラグ（２５）に雄ねじ（２５ｃ）を形成し、
前記プラグ（２５）を前記孔（２２）にねじ結合により固定してなる、
請求項２記載の無循環ボールねじにある。
【００１４】
請求項４に係る本発明（例えば図９参照）は、前記雌ねじ部材（２０）の外周にカラー（３１）を嵌合して、前記プラグ（２５）を前記孔に抜止め固定してなる、
請求項２記載の無循環ボールねじにある。
【００１５】
請求項５に係る本発明（例えば図１０参照）は、前記孔（２２）に前記プラグ（２５）を径方向に摺動自在に挿入し、前記雌ねじ部材（２０）に固定した抜止め部材（３１）と前記プラグ（２５）との間に、該プラグを内径方向に付勢する付勢部材（３３）を介在してなる、
請求項２記載の無循環ボールねじにある。
【００１６】
請求項６に係る本発明（例えば図２及び図３参照）は、前記雌ねじ部材（１０）が、前記凹部（１２）を一体に形成した一体成形品からなる、
請求項１記載の無循環ボールねじにある。
【００１７】
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するものであり、これにより特許請求の範囲の記載に何等影響を及ぼすものではない。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る本発明によると、雌ねじ部材の内周面における雄ねじ部材に形成したねじ溝と対応する位置に、ボールを保持する略々半球面状の凹部を複数個設けるだけの簡単な構造で足り、部品点数を減少してコストダウンを図ることができると共に、コンパクト化、特に径方向のコンパクト化を図ることができる。また、雌ねじ部材の内周面の略々全長に亘ってボールを保持することができ、比較的多数のボールで荷重を担持することができ、更にボールを保持する専用のリテーナを必要としないので、雄ねじ部材と雌ねじ部材とで接触（アンギュラコンタクト）するボールの接触角を比較的大きくとることが可能となり、無循環ボールねじにあっては、比較的大きな荷重を担持し得る。また、従来のリテーナ付ボールねじのようにストロークが制限されることがなく、また従来の遊星式ボールねじに比してねじ精度等の設計上の困難はなく、上記した廉価及びコンパクト化と相俟って、多くの製品に適用することが可能となる。
【００１９】
請求項２に係る本発明によると、雌ねじ部材の径方向に貫通した複数の孔に先端に凹部を有するプラグを挿入して抜止めしたので、ボールは、雌ねじ部材の凹部との間で摩擦摺接するが、プラグに、硬度の高い材料、表面処理等を施して表面硬度を高くした材料、又は焼結合金等の自己潤滑性を有する材料等を用いてボールと凹部との摩擦係数を小さくして、伝動効率の向上を図ることができると共に、凹部の摩耗を減少して、耐久性の向上をも図ることができる。なお、この場合でも、雌ねじ部材本体は、廉価な金属材料又は合成樹脂を用いて、コストダウンを維持することができる。
【００２０】
請求項３に係る本発明によると、プラグを孔にねじ結合して固定したので、プラグの挿入位置を調整してねじ溝に対するボールの押圧力を適宜の値に調節することができる。また、ボール又は凹部が摩耗した際には、対応するプラグ毎の螺合を解除して新たなボール又はプラグに交換することにより、無循環ボールねじの初期性能を回復することができる。
【００２１】
請求項４に係る本発明によると、雌ねじ部材の外周にはカラーを嵌合したので、複数の孔に挿入したプラグの抜止め固定を同時かつ確実に行うことができ、ボールねじの組立てが容易となると共に、プラグの交換によるメンテナンスも容易になる。
【００２２】
請求項５に係る本発明によると、孔に挿入したプラグは雌ねじ部材の径方向に摺動自在であると共に、抜止め部材とプラグとの間には付勢部材が介在するので、常にボールをねじ溝に圧着させて、雄ねじ部材及び雌ねじ部材間のスラスト遊びを抑えてバックラッシュを除去できると共に、雄ねじ部材に対する雌ねじ部材の振れを上記付勢手段が吸収することにより、自動調芯機能を付与することも可能となる。
【００２３】
請求項６に係る本発明によると、雌ねじ部材は、凹部を一体に形成した一体成形品なので、部品点数を減らして大量生産による製品コストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。無循環ボールねじ１は、図１に示すように、外周にねじ溝３、３が形成された雄ねじ部材２と、該雄ねじ部材２に摺動自在に被嵌する円筒形状の雌ねじ部材１０と、雄ねじ部材２に保持されて、雌ねじ部材１０のねじ溝を回転自在に転動するボール５とからなる。
【００２５】
本実施の形態によるねじ溝３は、雄ねじ部材２の軸方向に亘る２条のねじ溝３、３であるが、無循環ボールねじ１の使用目的に合わせて１条、或いは３条、４条の多数条のねじ溝３を設けることができる。ねじ溝３の断面形状は、ボール５の半径より僅かに浅く形成された曲率半径をもつサーキュラアークであることが望ましいが、２個の円弧からなるゴシックアーク等の他の形状態でもよい。雌ねじ部材１０は、円筒形状部材であり、必要に応じて端部にフランジなどの連結部１１を設けることができる。本雌ねじ部材１０の内径は、雄ねじ部材２に所定間隔をもって被嵌する寸法に設定されている。
【００２６】
第１の実施の形態に係る雌ねじ部材１０について、図２及び図３に沿って説明する。雌ねじ部材１０は、合成樹脂による一体成形品からなり、その内周面１４には、ボール５を回転自在に保持する多数の凹部１２が形成されている。凹部１２は、ボール５の半径より僅かに大きな曲率半径を持つ略々半球面形状に形成されており、雄ねじ部材２に形成したねじ溝３に対応する位置にて螺旋状に等間隔に配置されている。本凹部１２は、ねじ溝３に対応する位置であれば任意の個数を配置できるが、本実施の形態では、１条のねじ溝３に対応して４５度毎（１周に対して８個）に螺旋状に配置されており、各凹部にそれぞれボール５が保持されて、該凹部に保持されたボール５の内径部分は、雄ねじ部材２のねじ溝３に係合している。従って、雄ねじ部材２と雌ねじ部材１０とが相対移動、例えば雄ねじ部材２が軸方移動が阻止されて回転駆動され、雌ねじ部材１０が回転を阻止されて軸方向のみ移動自在に案内されている場合、ボール５は、雌ねじ部材１０の凹部１２に保持されて摺動しつつ回転し、雄ねじ部材２のねじ溝３に沿って転動して、雌ねじ部材１０は軸方向に移動される。
【００２７】
本合成樹脂からなる雌ねじ部材１０は、図４（Ａ）（Ｂ）に示すような複数の内型片１３と、複数に分割される外型との間に射出成形されて一体成形される。内型片１３は、複数の半球状の凸部１３ａを有しており、該凸部の位置を軸方向にずらした複数種類（本実施の形態では４種類）型が用いられ、これら内型片１３を、凸部１３ａを外径側としかつ該凸部が螺旋状に並ぶようにして多角形状に揃えられて内型が形成される。これにより、雌ねじ部材１０の内周面に多数の凹部１２が一体に形成される。
【００２８】
なお、雌ねじ部材１２は、合成樹脂に限らず、例えば円筒の金属管に、プレスにより凹部を一体に形成してもよい。
【００２９】
ついで、第２の実施に形態に係る雌ねじ部材２０について、図５ないし図８を用いて説明する。なお、第１の実施の形態と重複する部位については同一の番号を付して説明を省略する。雌ねじ部材２０には、ボール５の外径よりも大きな内径で、外周面と内周面２１とを貫通する複数の孔２２が穿孔される。孔２２は、雄ねじ部材２に形成したねじ溝３と対応する位置で、螺旋状に多数個形成されている。本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、２条のねじ溝３を有する雄ねじ部材２が用いられ、１条に対して４５度毎（１周に対して８個）の孔２２が形成される。これら孔２２は、雌ねじ部材２０の外周面側２３から工作機械などにより容易に穿孔できる。
【００３０】
孔２２には、ボール５を保持するプラグ２５が挿入されて抜止め固定されている。プラグ２５は、雌ねじ部材２０の肉厚と略等しい長さを有する円柱部材であり、図７に示すように、一端側２５ａは、外周面２３と略面一となるように曲面又は平面形状に形成されており、また、他端側２５ｂには、上記した凹部１２と同様に、ボール５の半径より僅かに大きな曲率半径による半球面形状が形成されて、ボール５を摺動自在に支持する。
【００３１】
本プラグ２５は、硬度の高い金属材料、例えば炭素工具鋼、クロムモリブデン鋼、高炭素クロム軸受鋼、炭素鋼が好ましく、また、クロム等の熔融又は浸透メッキ（クロマイジング）、他の金属及び複合金属の表面処理、又は焼入れ、浸炭、窒化等の表面硬化を施したもの、又は溶射が好ましく、また焼結合金等の自己潤滑性を有する材料を用いてもよい。要は、プラグ、特に凹部表面は、高い耐摩耗性と低い摩擦係数を有するものが好ましい。雄ねじ部材２０の本体は、特に耐摩耗性は要求されず、比較的安価な金属が用いられる。また、該雌ねじ部材２０の本体は、合成樹脂を用いてもよい。これにより、プラグ２５に比較的高価な材料を用いても、無循環ボールねじは、安価に製造することができる。
【００３２】
本プラグ２５は、上記孔２２に嵌合する等により固定される。この際、プラグ２５の周面に金属接着材などを塗布して孔２２に挿入することにより、雌ねじ部材２０と一体となり抜止め固定される。プラグ２５の抜止め固定は、各種の方法が考えられ、以下にその実施の形態を説明する。
【００３３】
他の実施の形態として、孔２２の内周面とプラグ２５の外周面とに、それぞれ螺合するねじを形成し、プラグ２５を孔２２に螺入して抜止め固定することもできる。外周面に雄ねじを形成したプラグ２５を図８に示す。プラグ２５は、先のプラグと同様の円柱部材であり、プラグ２５の外周面には、孔２２に形成された雌ねじと螺合できる雄ねじ２５ｃが形成されている。また、プラグ２５の一端側２５ａには、プラグ２５を孔２２に螺入する際に工具などを係合する溝２５ｄが形成されており、溝２５ｄによりプラグ２５を回転操作して孔２２に螺入できる。雄ねじ２５ｃは、緩み止め加工などが施されたねじ構造であることが好ましい。
【００３４】
プラグ２５の孔２２へ螺入する量を調整することにより、プラグ２５を任意の位置にて停止して、ねじ溝３に対するボール５の押圧力を調節できる。また、雄ねじ２５ｃによるプラグ２５の調節は、使用による凹部２５ｂ又はボール５の摩耗の進行に対して行うこともできる。この際、所定使用時間毎にすべてのプラグ２５に対して、調節してもよい。
【００３５】
ついで、他の実施に形態に係る雌ねじ部材２０について説明する。雌ねじ部材２０は、図９に示すように、前記した雌ねじ部材の外周面に、カラー３１を被嵌してプラグ２５を抜止め固定している。カラー３１は薄肉の円筒部材であり、雌ねじ部材２０に挿入自在な内径を有すると共に、雌ねじ部材２０に穿孔した孔２２の全てを覆う長さを有している。また、カラー３１は、その一端側を雌ねじ部材２０の端部に設けた連結部１１、或いは雌ねじ部材２０の外周面に形成した段差などと当接して位置が固定されており、他端側はストッパリング３２により抜止めされている。ストッパリング３２は、雌ねじ部材２０の端部外周面に形成した溝２２ｂにＣリング状の係止部材が係合して構成される。
【００３６】
プラグ２５の長さは、雌ねじ部材２０の肉厚と略々同じ寸法からなり、プラグ２５が雌ねじ部材２０の孔２２に嵌合された後、カラー３１が雌ねじ部材２０の外周面に被嵌して、プラグ２５が抜止めされる。この際、プラグ２５の先端凹部１２は、ボール５から雄ねじ部材２のねじ溝３に係合する位置となる。
【００３７】
また、プラグ２５の凹部１２又はボール５が使用により摩耗した場合、カラー３１を雌ねじ部材２０から外して、各プラグ２５を孔２２から抜き出し、新たなプラグ及びボールを挿入することにより、無循環ボールねじを再生できる。
【００３８】
図１０に示すように、プラグ２５は、雌ねじ部材２０の孔２２に摺動自在に嵌挿する寸法に設定し、かつ、カラー３１等の抜止め部材とプラグ２５との間に、付勢部材３３を介装させて、プラグ２５及びボール５を雄ねじ部材２方向に付勢することができる。付勢部材３３は、円錐形状に形成された皿ばねなどにより構成することができる他、コイルスプリング、スプリングワッシャや弾性樹脂材料などを用いることができる。なお、抜止め部材は、上述したカラー３１に限らず、ねじ栓などの他の部材でもよい。
【００３９】
次に、以上の構成による無循環ボールねじ１の作用について説明する。機械送り装置などに取付けられた無循環ボールねじ１は、雄ねじ部材２が回転駆動して雌ねじ部材１０、２０を移動させる。この時、ボール５はねじ溝３内を回転しながら転動するが、雌ねじ部材１０、２０の凹部１２では、ボール５は摩擦摺接しながら回転している。
【００４０】
この際、ねじ溝３及び凹部１２は、ボール５の半径より僅かに大きな曲率半径による曲面に形成されているので、ボール５との接触角を大きくとることができる。この場合の雄ねじ部材２は、ボール５を保持する略々半球面状の凹部１２を複数個設けるだけの簡単な構造であり、部品点数を減少してコストダウンを図ることができると共に、コンパクト化、特に径方向のコンパクト化を図ることができる。さらに、雌ねじ部材１０の内周面１４に配置するボール５の数は、ねじ溝３の条数に規定されることなく、ねじ溝３に対応する位置に多数のボール５を配置して荷重分担しているので、大きな軸方向荷重に耐え得ることができる。
【００４１】
本雌ねじ部材１０は、円筒形状部材の内周面に多数の凹部１２を形成することにより製造できるので、例えば合成樹脂等により大量生産が可能であり、無循環ボールねじ１の製品価格を廉価に抑えることができる。
【００４２】
ついで、第２の実施の形態に係る雌ねじ部材２０の作用は、前記した雌ねじ部材１０と略同様であるが、さらに、雌ねじ部材２０に多数の孔２２を穿孔し、例えば、雄ねじ部材２に雌ねじ部材２０を装着した後、それぞれの孔２２にボール５及びプラグ２５を挿入することにより製造することができる。雌ねじ部材２０は、プラグ２５部分に硬度の高い材料を使用するなどして凹部の摩耗を減少させることができ、雌ねじ部材２０を廉価に抑えながら耐久性を向上できる。
【００４３】
さらに、図８に示すように、プラグ２５の外周面と孔２２とに雄ねじ２５ｃを形成し、プラグ２５を孔２２に螺合結合すれば、前記に加えプラグ２５の螺入位置を任意の位置に固定して、ねじ溝３に対するボール５の押圧力を調整できる。また、ボール５又は凹部が摩耗などした際には、対応するプラグの螺合を解除して、新たなボール５又はプラグ２５と交換すれば、無循環ボールねじの初期性能を回復することができる。
【００４４】
図９に示すように、孔２２にボール５及びプラグ２５を挿入した後、雌ねじ部材２０の端部からカラー３１を嵌合してプラグ２５を抜止め固定し、さらに、カラー３１をストッパリング３２により雌ねじ部材２０に固定する。カラー３１によれば、簡易な構造でありながら複数の孔に挿入したプラグの抜止め固定を同時かつ確実に行うことができ、ボールねじの組立てが容易となると共に、プラグの交換によるメンテナンスも容易になる
【００４５】
図１０に示すように、カラー３１とプラグ２５との間に付勢部材３３を介在させた場合には、付勢部材３３により、ボールはねじ溝３に圧着されて、雄ねじ部材２及び雌ねじ部材２０間のスラスト遊びを抑えてバックラッシュを除去できると共に、雄ねじ部材２に対する雌ねじ部材２０の振れを上記付勢部材が吸収することになり、自動調芯機能を付与することも可能となる。
【００４６】
最後に、上記に示した本発明の実施の形態は、無循環ボールねじの最良の形態を記載したものであり、各実施の形態の組み合わせが可能である。例えば、凹部１２を雌ねじ部材１０、２０の任意の位置に集中配置することも可能であり、また、前記カラー３１を用いる他に、各孔２２内にプラグ２５抜止め固定するストッパなどを配置することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】雄ねじ部材に雌ねじ部材を装着した状態にある無循環ボールねじを示す側面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る雌ねじ部材を軸方向に破断して、内周面に形成された凹部を示す側面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る雌ねじ部材を径方向に破断して、内周面に形成された凹部を示す正面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る雌ねじ部材を製作等するプレス型の一例を示す図である。
【図５】第２の実施の形態に係る雌ねじ部材を軸方向に破断して、内周面に形成された孔、及びプラグを示す側面図である。
【図６】第２の実施の形態に係る雌ねじ部材を径方向に破断して、内周面に形成された孔、及びプラグを示す正面図である。
【図７】第２の実施の形態に係る雌ねじ部材に装着されるボール、及びプラグ部分を拡大して示す図である。
【図８】他の実施の形態に係る雌ねじ部材に装着されるボール、及び雄ねじが形成されたプラグ部分を拡大して示す図である。
【図９】他の実施の形態に係るカラーを装着した雌ねじ部材を示す図である。
【図１０】他の実施の形態に係る雌ねじ部材に付勢部材を介在させた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１      無循環ボールねじ
２      雄ねじ部材
３      ねじ溝
５      ボール
１０、２０    雌ねじ部材
１２    凹部
１４    内周面
【図１】
2008045577.tif 000003
【図２】
2008045577.tif 000004
【図３】
2008045577.tif 000005
【図４】
2008045577.tif 000006
【図５】
2008045577.tif 000007
【図６】
2008045577.tif 000008
【図７】
2008045577.tif 000009
【図８】
2008045577.tif 000010
【図９】
2008045577.tif 000011
【図１０】
2008045577.tif 000012