(57)【要約】【課題】スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の複合荷重が負荷されても長寿命なボールねじを提供する。【解決手段】ボールねじは、ねじ軸１と、ナット２と、複数のボール３と、複数のローラ４と、を有し、ねじ軸１はナット２を貫通している。ねじ軸１の外周面に形成された螺旋溝１ａとナット２の内周面に形成された螺旋溝２ａとが対向して、ボール３が転動するボール転動路１１が形成され、ボール３はボール転動路１１内に配置されている。ナット２の内周面の軸方向両端部は、該軸方向両端部の間の軸方向中央部よりも大径な円柱面１３となっており、円柱面１３とねじ軸１の外周面との間に、複数のローラ４がナット２の周方向に沿って互いに平行に並べられ転動自在とされている。ねじ軸１とナット２を相対回転運動させると、ボール転動路１１内でのボール３の転動を介して、ねじ軸１とナット２とが軸方向に相対直線移動するようになっている。【選択図】図１
2016205618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸と、ナットと、複数のボールと、を有し、
前記ねじ軸は前記ナットを貫通し、
前記ねじ軸の外周面に形成された螺旋溝と前記ナットの内周面に形成された螺旋溝とが対向して、前記ボールが転動するボール転動路が形成され、
前記ボールは前記ボール転動路内に配置され、
前記ねじ軸と前記ナットとを相対回転運動させることにより、前記ボール転動路内での前記ボールの転動を介して、前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向に相対移動するようになっており、
前記ナットの内周面の軸方向両端部は、該軸方向両端部の間の軸方向中央部よりも大径な円柱面となっており、前記円柱面と前記ねじ軸の外周面との間に、複数のローラが前記ナットの周方向に沿って互いに平行に並べられ転動自在とされているボールねじ。
【請求項２】
前記ボール転動路の接触角が４５°以上に設定されている請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】
前記ローラの長さが、前記ねじ軸の螺旋溝のピッチと前記ボールの直径との和よりも大きい請求項１又は請求項２に記載のボールねじ。
【請求項４】
前記複数のローラを転動自在に保持する保持器を備え、前記複数のローラが前記保持器内に前記ナットの周方向に等間隔をあけて並べられている請求項１〜３のいずれか一項に記載のボールねじ。
【請求項５】
前記ローラの軸方向端部に面取りが形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
直動アクチュエータに使用されるボールねじは、コンパクト化のために、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の複合荷重が負荷されることが一般的となっている。そのため、純スラスト荷重だけでなく、複合荷重を受けることができるボールねじが提案されている（例えば特許文献１、２を参照）。
しかしながら、特許文献１、２に開示のボールねじでは、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の全てを十分に受けることは困難であった。例えば特許文献２に開示のボールねじは、スラスト荷重の負荷容量が低くスラスト荷重に対して短寿命であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７３０７７０号公報
【特許文献２】特開２００６−３４９０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の複合荷重が負荷されても長寿命なボールねじを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明の一態様に係るボールねじは、ねじ軸と、ナットと、複数のボールと、を有し、ねじ軸はナットを貫通し、ねじ軸の外周面に形成された螺旋溝とナットの内周面に形成された螺旋溝とが対向して、ボールが転動するボール転動路が形成され、ボールはボール転動路内に配置され、ねじ軸とナットとを相対回転運動させることにより、ボール転動路内でのボールの転動を介して、ねじ軸とナットとが軸方向に相対移動するようになっており、ナットの内周面の軸方向両端部は、該軸方向両端部の間の軸方向中央部よりも大径な円柱面となっており、円柱面とねじ軸の外周面との間に、複数のローラがナットの周方向に沿って互いに平行に並べられ転動自在とされている。
【０００６】
上記一態様に係るボールねじにおいては、ボール転動路の接触角を４５°以上に設定してもよい。また、上記一態様に係るボールねじにおいては、ローラの長さを、ねじ軸の螺旋溝のピッチとボールの直径との和よりも大きくしてもよい。さらに、上記一態様に係るボールねじにおいては、複数のローラを転動自在に保持する保持器を備え、複数のローラが保持器内にナットの周方向に等間隔をあけて並べられていてもよい。さらに、上記一態様に係るボールねじにおいては、ローラの軸方向端部に面取りを形成してもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のボールねじは、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の複合荷重が負荷されても長寿命である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るボールねじの断面図である。
【図２】ローラの長さとねじ軸の螺旋溝のピッチとの関係を説明する図である。
【図３】図１のボールねじの変形例を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施形態を、図１を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るボールねじを、軸方向に沿う平面で切断して示した断面図である。
図１に示すように、ボールねじは、略円柱状のねじ軸１と、略円筒状のナット２と、複数のボール３と、複数のローラ４（例えばニードルローラ）と、を有しており、ねじ軸１はナット２を貫通している。
【００１０】
ねじ軸１の外周面には螺旋状に連続する螺旋溝１ａが形成され、また、ナット２の内周面には螺旋状に連続する螺旋溝２ａが形成されており、これら両螺旋溝１ａ、２ａが対向して、ボール３が転動する螺旋状のボール転動路１１が形成されている。そして、ボール転動路１１内には複数のボール３が転動自在に配置されている。
【００１１】
また、ナット２の内周面の軸方向両端部は、該軸方向両端部の間の軸方向中央部よりも大径な円柱面１３となっているため、ナット２の円柱面１３とねじ軸１の外周面との間に環状の空間が形成されている。そして、これらの軸方向両端の環状の空間に複数のローラ４が装填されている。複数のローラ４は、その回転軸を互いに平行にして、ナット２の周方向に沿って並べられている。よって、複数のローラ４は、円柱面１３とねじ軸１の外周面との間に配置されて、転動自在とされている。
【００１２】
なお、図１には図示されていないが、本実施形態のボールねじは、ボール３をボール転動路１１の終点から始点へ戻し循環させるボール戻し路を備えている。このボール戻し路は、例えばリターンチューブ、循環コマ、エンドキャップ、又はエンドデフレクタにより構成される。そして、ボール転動路１１とボール戻し路により無端状の循環径路が形成される。また、本実施形態のボールねじは、図１に示すように、ナット２の軸方向端部に取り付けられねじ軸１に摺接する略環状の接触シール５、５を備えている。ただし、接触シール５、５は備えていなくてもよい。
【００１３】
本実施形態のボールねじにおいてボール３は、ボール転動路１１内を移動しつつねじ軸１の回りを回ってボール転動路１１の終点に至り、そこでボール転動路１１から掬い上げられてボール戻し路の一方の端部に入る。ボール戻し路に入ったボール３はボール戻し路内を通ってボール戻し路の他方の端部に達し、そこからボール転動路１１の始点に戻されるようになっている。
【００１４】
よって、本実施形態のボールねじは、ねじ軸１とナット２を相対回転運動させると、ボール転動路１１内でのボール３の転動を介して、ねじ軸１とナット２とが軸方向に相対直線移動するようになっている。そして、ボール３は、無端状の循環径路内を無限に循環するようになっているため、ねじ軸１とナット２とは継続的に相対直線移動することができる。
【００１５】
このような構成の本実施形態のボールねじは、軸方向両端に配されたローラ４がラジアル荷重及びモーメント荷重を受けることができ、軸方向中央に配されたボール３がスラスト荷重を受けることができる。よって、本実施形態のボールねじは複合荷重を受けることができ、複合荷重が負荷されても長寿命である。
【００１６】
詳述すると、ローラ４はラジアル荷重の負荷能力が高く、また、いかなる方向のラジアル荷重であっても受けることができる。また、ローラ４は、軸方向両端に離れて配されているので、モーメント荷重を受ける能力が優れている。よって、本実施形態のボールねじは、ラジアル荷重とモーメント荷重の負荷容量が高い。
ローラ４の長さは特に限定されるものではないが、ねじ軸１の螺旋溝１ａのピッチＰとボール３の直径との和よりも大きくしてもよいし、ボール３の直径の２倍以上としてもよい。このような構成であれば、ラジアル荷重及びモーメント荷重を受ける能力がより優れる。ローラ４の長さＬとねじ軸１の螺旋溝１ａのピッチＰとの関係について、図２を参照しながら、以下に説明する。
【００１７】
ローラ４の長さＬは、ねじ軸１の螺旋溝１ａのピッチＰよりも長いことが好ましく、ねじ軸１の螺旋溝１ａのピッチＰとボール３の直径との和よりも大きいことがより好ましい。このような構成であれば、ローラ４の外周面は軸方向の少なくとも２箇所でねじ軸１のランド部と接触するため、ローラ４はねじ軸１を介してラジアル荷重を効果的に受けつつ、姿勢が安定する。
ローラ４のねじ軸１との接触位置は、ねじ軸１の回転に伴って軸方向に移動するので、ローラ４の長さＬがねじ軸１の螺旋溝１ａのピッチＰ以下であると、ローラ４の外周面とねじ軸１のランド部との接触部分が軸方向で１箇所となる。そうすると、ねじ軸１のランド部との接触部分がローラ４の軸方向端部近傍に偏ることとなるので、ローラ４がねじ軸１の螺旋溝１ａに落ち込むおそれがある。
【００１８】
また、ボール転動路１１の接触角αは特に限定されるものではないが、スラスト荷重の負荷能力を高めるためには接触角αは大きくすることが好ましく、４５°以上（例えば６０°）に設定することができる。
さらに、本実施形態のボールねじは、複数のローラ４を転動自在に保持する保持器１４（図３を参照）を備えていてもよい。そして、その保持器１４内に複数のローラ４がナット２の周方向に等間隔をあけて並べられていてもよい。保持器１４の種類は特に限定されるものではないが、金属製のもみ抜き保持器や樹脂製の成形保持器を使用することができる。また、保持器１４は、内径側部分がねじ軸１に接触しないように、外径案内方式の保持器とすることが好ましい。
【００１９】
このような本実施形態のボールねじは、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重のいずれの荷重に対しても負荷容量が高く、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の複合荷重が負荷されても長寿命である。よって、本実施形態のボールねじは直動アクチュエータに好適に使用可能であり、自動車用直動アクチュエータ、一般産業用直動アクチュエータのコンパクト化と長寿命化に寄与する。
【００２０】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。例えば、螺旋溝１ａ，２ａの断面形状は、曲率中心の異なる２つの円弧を組合せた略Ｖ字状をなすゴシックアーク状でもよいし、単一の円弧からなる曲線状でもよい。
また、ローラ４の軸方向両端部には、ローラ４の軸方向端面の直径がローラ４の直径よりも小さくなるように面取りを形成してもよい。ローラ４の軸方向両端部に面取りが形成されていると、ローラ４の軸方向両端部がねじ軸１のランド部と衝突して損傷することが防止される。この点について、以下に詳述する。
【００２１】
ローラ４は、ナット２の円柱面１３とねじ軸１の外周面（ランド部の表面）との間を転動しつつねじ軸１の周りを転動する。このとき、ローラ４はねじ軸１のランド部と接触する。また、ねじ軸１は、ナット２に対して軸方向に相対移動するため、ローラ４の外周面とねじ軸１の外周面との間には滑りが生じる。さらに、ローラ４のねじ軸１との接触位置は、ねじ軸１の回転に伴って軸方向に移動する。
ローラ４の軸方向両端部に面取りが形成されていない場合には、ローラ４がねじ軸１のランド部に乗り上げる際に、ローラ４の軸方向両端部の角部がねじ軸１のランド部やねじ軸１の螺旋溝１ａのランド部との境界部分に衝突するおそれがある。しかしながら、ローラ４の軸方向両端部に面取りが形成されていれば、ローラ４がねじ軸１のランド部に乗り上げる際に、上記のような衝突が抑制される。
【符号の説明】
【００２２】
１      ねじ軸
１ａ    螺旋溝
２      ナット
２ａ    螺旋溝
３      ボール
４      ローラ
１１      ボール転動路
１３      円柱面
１４      保持器
α      接触角
【図１】
2016205618.tif 000003
【図２】
2016205618.tif 000004
【図３】
2016205618.tif 000005