(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナット部材の内周面に設けられるねじ溝とねじ軸の外周面に設けられるねじ溝との間に複数のボールが介装され、前記ナット部材とねじ軸との間でトルクを推力に変換させたり、推力をトルクに変換させたりする構成のボールねじ装置であって、
前記ねじ軸に、その少なくとも約１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとするためのボール循環溝が設けられているとともに、
前記ねじ軸の外周に、前記各ボールを回転可能に保持する保持器リングが相対回転可能にかつ軸心方向に位置決めされた状態で取り付けられており、
前記保持器リングを前記ねじ軸に相対回転可能にかつ軸心方向に位置決めする構造は、前記ねじ軸の自由端側に縮径部を、また、前記保持器リングの一端に径方向内向きのフランジを、それぞれ設け、前記ねじ軸の前記縮径部に対して前記保持器リングの前記フランジをはめ込み、さらに前記縮径部に設けてある周溝に対して止め輪を係合させているものであることを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
ナット部材の内周面に設けられるねじ溝とねじ軸の外周面に設けられるねじ溝との間に複数のボールが介装され、前記ナット部材とねじ軸との間でトルクを推力に変換させたり、推力をトルクに変換させたりする構成のボールねじ装置であって、
前記ねじ軸に、その軸心方向で隣り合う約２巻きまたはそれ以上のねじ溝個々の下流と上流とを個別に連通連結して閉ループとするためのボール循環溝が前記ねじ溝の巻き数と同数設けられているとともに、
前記ねじ軸の外周に、前記各ボールを回転可能に保持する保持器リングが相対回転可能にかつ軸心方向に位置決めされた状態で取り付けられており、
前記保持器リングを前記ねじ軸に相対回転可能にかつ軸心方向に位置決めする構造は、前記ねじ軸の自由端側に縮径部を、また、前記保持器リングの一端に径方向内向きのフランジを、それぞれ設け、前記ねじ軸の前記縮径部に対して前記保持器リングの前記フランジをはめ込み、さらに前記縮径部に設けてある周溝に対して止め輪を係合させているものであることを特徴とするボールねじ装置。
【請求項３】
請求項１または２のボールねじ装置において、
前記ボール循環溝が、ねじ軸のねじ溝の下流に転動してきたボールを内径側に沈み込ませることによりナット部材のねじ山を乗り越えさせて前記ねじ溝の上流へ導くものであることを特徴とするボールねじ装置。
【請求項４】
請求項２のボールねじ装置において、
前記各巻きごとに設けられる複数のボール循環溝が、ほぼ同一位相にかつ軸心方向で隣り合わせに配設されていることを特徴とするボールねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボール群を循環させる循環タイプのボールねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ボールねじ装置では、ねじ軸とナット部材との伸縮動作に関係なく、それらの各ねじ溝内に介装されるボール群の抜け出しを防止するために、ねじ軸のねじ溝とナット部材のねじ溝とで形成するボール通路の両端を連通連結して閉ループとし、ボール群を前記閉ループ内で転動循環させることが考えられている。
【０００３】
このようなボール循環には、一般的に、リターンチューブや、循環こまなどが用いられるが、以下では、リターンチューブに比べてコンパクトな循環こまを例に挙げて説明する。
【０００４】
一般的に、上記循環こまは、ねじ溝における約１巻きの上流側と下流側とを連通連結させて、前記ねじ溝の下流のボール群をねじ山（ランド部）を乗り越えさせて上流へ戻すものであり、例えばナット部材に径方向に貫通形成される貫通孔に対して嵌入された状態で接着剤にて固定される。
【０００５】
この循環こまの内径側の面には、ねじ溝の約１巻きの下流側から上流側へねじ山（ランド部）を乗り越えさせて戻すように蛇行した形状のボール循環溝が設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、循環こまという外付け部品を用いる必要があるとともに、循環こま取付用の貫通孔をナット部材に設ける必要があるために、コストが嵩む結果になっている。
【０００７】
なお、上記従来例において、例えば図８に示すように、ナット部材１００のねじ溝の約２巻き１０１，１０２をそれぞれ閉ループにする場合には、２つの循環こま１０３，１０４を用い、２つの循環こま１０３，１０４の中心を、図９に示すように、周方向で約９０度ずらして設置する。このような場合には、循環こまそのものの部品コスト、循環こま取付用の貫通孔の加工コスト、取り付けコストなどがさらに嵩むことが指摘される。しかも、循環こまをナット部材の貫通孔に対してそれぞれ取り付けるときに、ボール循環溝とねじ溝との連接部分を高精度に位置合わせするために、極めて面倒で手間のかかる位置決め作業が必要になるが、それを２度も行わなければならないなど、製造コストが嵩む他、万一の位置ずれが起こりうるなど品質低下をもたらす原因にもなる。
【０００８】
このような事情に鑑み、本発明は、ねじ軸とナット部材との重合領域でボールを循環させるタイプのボールねじ装置において、循環こまなどの外付け部品を用いずに安価で単純な構造にてボール循環を実現することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のボールねじ装置は、請求項１に示すように、ナット部材の内周面に設けられるねじ溝とねじ軸の外周面に設けられるねじ溝との間に複数のボールが介装され、前記ナット部材とねじ軸との間でトルクを推力に変換させたり、推力をトルクに変換させたりする構成であって、前記ねじ軸に、その少なくとも約１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとするためのボール循環溝が設けられているとともに、前記ねじ軸の外周に、前記各ボールを回転可能に保持する保持器リングが相対回転可能にかつ軸心方向に位置決めされた状態で取り付けられており、前記保持器リングを前記ねじ軸に相対回転可能にかつ軸心方向に位置決めする構造は、前記ねじ軸の自由端側に縮径部を、また、前記保持器リングの一端に径方向内向きのフランジを、それぞれ設け、前記ねじ軸の前記縮径部に対して前記保持器リングの前記フランジをはめ込み、さらに前記縮径部に設けてある周溝に対して止め輪を係合させているものである。
【００１０】
本発明のボールねじ装置は、請求項２に示すように、ナット部材の内周面に設けられるねじ溝とねじ軸の外周面に設けられるねじ溝との間に複数のボールが介装され、前記ナット部材とねじ軸との間でトルクを推力に変換させたり、推力をトルクに変換させたりする構成であって、前記ねじ軸に、その軸心方向で隣り合う約２巻きまたはそれ以上のねじ溝個々の下流と上流とを個別に連通連結して閉ループとするためのボール循環溝が前記ねじ溝の巻き数と同数設けられているとともに、前記ねじ軸の外周に、前記各ボールを回転可能に保持する保持器リングが相対回転可能にかつ軸心方向に位置決めされた状態で取り付けられており、前記保持器リングを前記ねじ軸に相対回転可能にかつ軸心方向に位置決めする構造は、前記ねじ軸の自由端側に縮径部を、また、前記保持器リングの一端に径方向内向きのフランジを、それぞれ設け、前記ねじ軸の前記縮径部に対して前記保持器リングの前記フランジをはめ込み、さらに前記縮径部に設けてある周溝に対して止め輪を係合させているものである。
【００１１】
本発明のボールねじ装置は、請求項３に示すように、上記請求項１または２において、前記ボール循環溝が、ねじ軸のねじ溝の下流に転動してきたボールを内径側に沈み込ませることによりナット部材のねじ山を乗り越えさせて前記ねじ溝の上流へ導くものである。
【００１２】
本発明のボールねじ装置は、請求項４に示すように、上記請求項２において、前記各巻きごとに設けられる複数のボール循環溝が、ほぼ同一位相にかつ軸心方向で隣り合わせに配設されている。
【００１４】
要するに、請求項１の発明では、ねじ軸の少なくとも約１巻きのねじ溝を閉ループとするにあたって、従来例で説明した循環こまの替わりに、ねじ軸のねじ山にボール循環溝を設けるようにしている。これにより、従来例のように循環こまなどの外付け部品を不要にできて、ナット部材に循環こま取付用の貫通孔を形成する加工や循環こまの組み付け作業を省けるようになる。
【００１５】
また、請求項２の発明では、ねじ軸の約２巻きまたはそれ以上のねじ溝を個別の独立した閉ループとするために、それぞれねじ軸のねじ山に前記ねじ溝と同数のボール循環溝を設けるようにしており、上記請求項１と同様の作用が得られる。
【００１６】
また、請求項３の発明では、上記請求項１，２のボール循環溝を蛇行形状としているから、ねじ溝とボール循環溝との間でのボールの動きがスムーズになる。
【００１７】
また、請求項４の発明では、上記請求項２，３の構成を前提にしたもので、複数のボール循環溝をほぼ同一位相にかつ軸心方向隣り合わせに配置するから、複数巻きのねじ溝を軸心方向に詰めて配置できるようになって、軸心方向での占有面積を縮小するうえで有利となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細について図面に示す実施形態を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１から図７に本発明の一実施形態を示している。図１は、ボールねじ装置の縦断面図、図２は、図１の状態からナット部材を軸心方向一方へ移動させた状態を示す縦断面図、図３は、ボールねじ装置の分解斜視図、図４は、ボールねじ装置において一部を断面にした平面図、図５は、図４の（５）−（５）線断面の矢視図、図６は、ボール循環経路を模式的に示す側面図、図７は、図６のボール循環経路の正面図である。
【００２１】
図例のボールねじ装置１では、ナット部材２と、ねじ軸３と、複数のボール４と、保持器リング５とを備えており、ナット部材２とねじ軸３との対向面間でボール４群を循環させるようになっている。
【００２２】
ナット部材２には、その一方軸端から他方軸端まで連続する１本のねじ溝２１が形成されており、また、ねじ軸３には、軸心方向途中領域に連続していない約２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂが形成されている。これらナット部材２のねじ溝２１とねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂとは、互いに同じリード角に設定されている。これら両ねじ溝２１，３１ａ，３１ｂの断面形状は、ゴシックアーク形状とされているが、半円形状とすることもできる。
【００２３】
ところで、この実施形態では、ナット部材２とねじ軸３とを最大に引き離した最大伸長状態で軸心方向所定長さの重合領域を確保して、この重合領域にねじ軸３の約２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂを配置させるように設定し、この２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂをそれぞれ独立した閉ループとし、この閉ループにした２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂ内に配置されるボール４群をそれぞれ独立して転動循環させるようにしている。
【００２４】
具体的に、ねじ軸３の軸心方向で隣り合う２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂの間に存在するねじ山（ランド部）３２には、２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂを個別に閉ループとするボール循環溝３３，３４が設けられている。この２つのボール循環溝３３，３４は、それぞれ、２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂの上流側と下流側とを個別に連通連結するものであり、各巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂの下流のボール４群を内径側へ沈みこませてナット部材２のねじ山（ランド部）２２を乗り越えさせて上流へ戻すように蛇行した形状になっている。
【００２５】
保持器リング５は、複数のボール４それぞれを円周等間隔に配置して干渉させないようにするものである。この保持器リング５は、薄肉の円筒部材からなり、その円周数ヶ所には、軸心方向に沿う長孔形状のボールポケット５１が設けられており、このボールポケット５１に対してそれぞれ２つずつボール４が収納される。
【００２６】
なお、上記ナット部材２は、歯車７に対して一体的に結合されている。この歯車７は、図示しないモータなどの回転動力源が減速歯車を介して噛合されるとともに、図示しない転がり軸受を介して前記ねじ軸３の中心孔に挿通される図示しない支軸に対して回転自在に支持される。また、上記ねじ軸３は、図示しないケースなどの固定部分に対して非回転かつ軸心方向不動に取り付けられ、このねじ軸３に対して上記ナット部材２が回転可能かつ軸心方向移動可能に配置される。
【００２７】
上記歯車７は、上半分の断面がほぼ逆向きコ字形の金属製の環体８と、この環体８における外筒部８１の外周面に一体成形される樹脂製のギヤ９とで構成されている。この歯車７の環体８における外筒部８１の内周面に対して上記ナット部材２が嵌入されており、図５に示すように、外筒部８１の付け根側の内周面に設けられるセレーション８２とナット部材２の嵌入方向奥側の外周面に設けられるセレーション２３とを嵌合することにより、歯車７とナット部材２とを相対回転不可能に結合するようになっている。そして、この歯車７の環体８における内筒部８３の内周面に対して、上述した図示しない転がり軸受が装着される。
【００２８】
また、上記保持器リング５は、ねじ軸３に対して軸心方向でほぼ不動に位置決めされた状態で、かつ相対回転可能な状態で取り付けられている。そのために、ねじ溝３の自由端側に縮径部３５を、また、保持器リング５の一端に径方向内向きのフランジ５２を、それぞれ設け、ねじ軸３の縮径部３５に対して保持器リング５のフランジ５２をはめ込み、さらにねじ軸３の縮径部３５に設けてある周溝に対して止め輪１０を係合させている。但し、止め輪１０は、ねじ軸３の縮径部３５とねじ溝２１の形成部分との境にできる段壁面３６から離れた位置に取り付けられていて、これら止め輪１０と段壁面３６との間に対して保持器リング５のフランジ５２が軸心方向に若干の遊びを持つ状態で配置されている。これにより、保持器リング５が、ねじ軸３に対して軸心方向ほぼ不動で、相対回転が許容される状態になる。
【００２９】
ところで、上述したボールねじ装置１の組み立て手順について、説明する。まず、ねじ軸３に対して保持器リング５を取り付けてから、保持器リング５のボールポケット５１に対して、それを埋め尽くす状態にグリースを塗布しておいて、このボールポケット５１に対して必要数のボール４を入れる。ここでのグリースは、ボール４が自重落下しない粘性を有するものとされ、このグリースでもってボール４がボールポケット５１内に保持される。このようにしてから、保持器リング５をねじ軸３に対して回さないようにした状態で、ナット部材２に組み込む。
【００３０】
次に、上述したボールねじ装置１の動作を説明する。まず、図示しないモータを駆動することにより歯車７およびナット部材２を回転させると、このナット部材２自身が回転しながらねじ軸３によってガイドされてその軸心方向一方へ向けて直線的に移動させられることによって、例えば図１に示す状態から図２に示す状態になる。一方、上記モータを前記と逆回転方向に駆動すると、ナット部材２が前述と逆向きに回転しながら軸心方向他方へ向けて移動させられることによって、例えば図２に示す状態から図１に示す状態になる。
【００３１】
このように、ナット部材２を軸心方向に往復移動させることにより、ナット部材２とねじ軸３とが軸心方向で重合する範囲が大小変化するが、ねじ軸３においてボール循環溝３３，３４により個別に閉ループとしたねじ軸３の２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂ内でそれぞれボール群４が保持器リング５にガイドされながら転動循環することにより、ナット部材２の螺旋運動が円滑にガイドされるとともに、ナット部材２が所定の移動ストローク範囲を往復移動する過程において、ボール４が抜け出す現象を確実に防止できるようになる。
【００３２】
以上説明したように、この実施形態では、ねじ軸３において軸心方向で隣り合う２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂの個々を独立した閉ループとして、この閉ループ内でボール群４を転動循環させるために、従来例で説明した循環こまを用いずに、ねじ軸３のねじ山３２に２つのボール循環溝３３，３４を設けた構造にしているから、従来例に比べて部品点数を減らすことができて、ナット部材２に循環こま取付用の貫通孔を形成する手間や循環こまの組み付けの手間を省くことができるなど、製造コストの低減に貢献できる。しかも、従来例のように循環こまのボール循環溝とねじ溝との位置合わせが不要であるから、その万一の位置ずれなどによる品質低下を回避できるようになる。
【００３３】
また、上述したが、図６に示すように、２つのボール循環溝３３，３４をほぼ同一位相にかつ軸心方向隣り合わせに設けていれば、ねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂを軸心方向に詰めて配置できるようになって、軸心方向での占有面積を縮小するうえで有利となる。但し、この場合、ボール循環溝３３，３４に位置するボール４は、ラジアル荷重やアキシャル荷重を受けることができないので、２つのボール循環溝３３，３４を周方向および軸心方向で接近して設けると、円周上の所定角度範囲に荷重無負担領域ができることになる。しかしながら、上記実施形態のように、ナット部材２およびねじ軸３の軸心方向寸法を短くしたうえで外径寸法を大きく設定していれば、図７に示すように、円周上においてボール循環溝３３，３４が存在する領域の角度θ範囲が小さくて済むとともにボール循環溝３３，３４内に位置するボール４の数が少なくて済むから、荷重負担能力の低下を抑制できて、実用上支障ないものとなる。
【００３４】
なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、いろいろな応用や変形が考えられる。
【００３５】
例えば、上記ボールねじ装置１については、ナット部材２またはねじ軸３の一方を回転させることで他方を軸心方向に移動させる使用形態、あるいはナット部材２またはねじ軸３の一方を軸心方向に移動させることで他方を回転させる使用形態にすることができる。前者の使用形態については、トルクを推力に変換する正効率と言い、後者の使用形態については、推力をトルクに変換する逆効率と言う。以下で、正効率での使用形態に係る４パターン（Ａ−１〜Ａ−４）と、逆効率での使用形態に係る４パターン（Ｂ−１〜Ｂ−４）を説明する。
【００３６】
（Ａ−１）上記実施形態で説明したように、ナット部材２を回転させながら軸心方向に移動させる。この場合、ねじ軸３を非回転かつ軸心方向不動にしておいて、ナット部材２を回転駆動させればよい。
【００３７】
（Ａ−２）ナット部材２を回転させずに軸心方向に移動させる。この場合、ねじ軸３を軸心方向不動にする一方で、ナット部材２を非回転にしておいて、ねじ軸３を回転駆動させればよい。
【００３８】
（Ａ−３）ねじ軸３を回転させながら軸心方向に移動させることができる。この場合、ナット部材２を非回転かつ軸心方向不動にしておいて、ねじ軸３を回転駆動させればよい。
【００３９】
（Ａ−４）ねじ軸３を回転させずに軸心方向に移動させる。この場合、ねじ軸３を非回転にする一方で、ナット部材２を軸心方向不動にしておいて、ナット部材２を回転駆動させればよい。
【００４０】
（Ｂ−１）ナット部材２を軸心方向不動で回転させる。この場合、ナット部材２を軸心方向不動にする一方で、ねじ軸３を非回転にしておいて、ねじ軸３を軸心方向に移動させればよい。
【００４１】
（Ｂ−２）ナット部材２を軸心方向に移動させながら回転させる。この場合、ねじ軸３を軸心方向不動かつ非回転にしておいて、ナット部材２を軸心方向に移動させればよい。
【００４２】
（Ｂ−３）ねじ軸３を軸心方向不動で回転させる。この場合、ねじ軸３を軸心方向不動にする一方で、ナット部材２を非回転にしておいて、ナット部材２を軸心方向に移動させればよい。
【００４３】
（Ｂ−４）ねじ軸３を軸心方向に移動させながら回転させる。この場合、ナット部材２を軸心方向不動かつ非回転にしておいて、ねじ軸３を軸心方向に移動させればよい。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１の発明に係るボールねじ装置は、ねじ軸の少なくとも約１巻きのねじ溝を閉ループとするにあたって、従来例で説明した循環こまの替わりに、ねじ軸のねじ山にボール循環溝を設けるようにしているから、従来例のように循環こまなどの外付け部品を不要にできて、ナット部材に循環こま取付用の貫通孔を形成する加工や循環こまの組み付け作業を省けるようになるなど、無駄が省けて製造コストの低減に貢献できる。しかも、従来例のように循環こまのボール循環溝とねじ溝との位置合わせが不要であるから、その万一の位置ずれによる品質低下も回避できる点で有利となる。
【００４５】
また、請求項２の発明では、ねじ軸の約２巻きまたはそれ以上のねじ溝を、それぞれねじ軸のねじ山に前記ねじ溝と同数のボール循環溝を設けることにより個別の独立した閉ループとしたものであり、上記請求項１と同様の効果が得られる。
【００４６】
また、請求項３の発明では、上記請求項１，２のボール循環溝を蛇行形状としているから、ねじ溝とボール循環溝との間でのボールの動きがスムーズになり、ナット部材とねじ軸との片方の送り動作が安定化するなど、信頼性向上に貢献できる。
【００４７】
また、請求項４の発明では、上記請求項２の構成を前提にしたもので、複数のボール循環溝をほぼ同一位相でかつ軸心方向に隣り合わせで配置しているから、ねじ溝を軸心方向で詰めて配置できるようになって、軸心方向での占有面積を縮小するうえで有利となり、コンパクト化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボールねじ装置の縦断面図
【図２】図１の状態からナット部材を軸心方向一方へ移動させた状態を示す縦断面図
【図３】ボールねじ装置の分解斜視図
【図４】ボールねじ装置において一部を断面にした平面図
【図５】図４の（５）−（５）線断面の矢視図
【図６】ボール循環経路を模式的に示す側面図
【図７】図６のボール循環経路の正面図
【図８】従来例のボール循環経路を模式的に示す側面図
【図９】図８のボール循環経路の正面図
【符号の説明】
１      ボールねじ装置
２      ナット部材
２１      ナット部材のねじ溝
３      ねじ軸
３１ａ，３１ｂ    ねじ軸のねじ溝
３３，３４      ねじ軸のボール循環溝
４      ボール
５      保持器リング
５１      ボールポケット
【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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【図９】
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