(57)【要約】【課題】ナット一体型循環方式のボールねじ装置において、ボールの作動性を向上させるナット、そのナットを備えたボールねじ装置、及び、ナットの製造方法を提供する。【解決手段】外周面に第１のねじ溝１ａが形成されたねじ軸１に複数のボール３を介して外嵌することでボールねじ装置１００を構成する筒状のナット２であって、第１のねじ溝１ａに対向し、第１のねじ溝１ａと共にボール３の転動路を構成する第２のねじ溝２ａと、第２のねじ溝２ａの両末端を接続し、転動路と共に無限循環路を構成するボール循環溝４ａと、を有し、ボール循環溝４ａは、第２のねじ溝２ａよりも幅が広い中間部８を備え、ボール循環溝４ａの両端部９ａ、９ｂは、中間部８側から第２のねじ溝２ａ側にすぼまった傾斜面を形成しているものとする。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に第１のねじ溝が形成されたねじ軸に複数のボールを介して外嵌することでボールねじ装置を構成する筒状のナットであって、
前記第１のねじ溝に対向し、前記第１のねじ溝と共に前記ボールの転動路を構成する第２のねじ溝と、
前記第２のねじ溝の両末端を接続し、前記転動路と共に無限循環路を構成するボール循環溝と、を有し、
前記ボール循環溝は、前記第２のねじ溝よりも幅が広い中間部を備え、
前記ボール循環溝の両端部は、前記中間部側から前記第２のねじ溝側にすぼまった傾斜面を形成していることを特徴とするナット。
【請求項２】
前記両端部は、それぞれ、平面視において、両側面が前記第２のねじ溝に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のナット。
【請求項３】
前記両端部は、それぞれ、平面視において、何れか一方の側面が前記第２のねじ溝に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のナット。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項に記載のナットを備えたことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項５】
外周面に第１のねじ溝が形成されたねじ軸に複数のボールを介して外嵌することでボールねじ装置を構成するナットの製造方法であって、
筒状の半製品を製作し、
前記半製品の内面に、先端に向かってすぼまった傾斜面を形成した両端部と、前記両端部の間に形成された中間部を有するボール循環溝を形成し、
前記半製品の内面に、前記中間部よりも幅が狭く、前記第１のねじ溝に対向し、前記両端部に接続して前記ボール循環溝及び前記第１のねじ溝と共に無限循環路を構成する第２のねじ溝を形成することを特徴とするナットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動を直線運動に変換する装置として工作機械、射出成形機、半導体製造装置などに用いられるボールねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじ装置は、外周面に第１のねじ溝（螺旋溝）が形成されたねじ軸と、第１のねじ溝に対応する第２のねじ溝（螺旋溝）が内周面に形成されたナットと、第１、第２のねじ溝の間に収容された複数のボールと、から構成される。ナットとねじ軸とが中心軸線を中心として相対回転することにより、複数のボールが第１、第２のねじ溝内を転がり、ねじ軸とナットを軸方向に相対移動させる。
【０００３】
複数のボールは、第１、第２のねじ溝と循環路により構成された無限循環路内を循環する。ボールねじ装置のボールの循環方式としては、コマ方式、デフレクタ方式、エンドキャップ方式、エンドデフレクタ方式、ナット一体型循環方式などがある。ナット一体型循環方式においては、第２のねじ溝の異なる２箇所に接続され、第１、第２のねじ溝（転動路）と共に無限循環路を構成するボール循環溝をナットの内周面に形成する。ボール循環溝の形成は一般に塑性加工又は切削加工によって行われる。
【０００４】
ナット一体型循環方式とすることで、他の循環方式で用いられる循環コマ等の部品が不要となる。また、それらの部品を取り付けるための孔などをナット本体に加工する工程が不要となる。したがって、ナット一体型循環方式によれば、ボールねじ装置の製造コストを低減することができる。
【０００５】
下記特許文献１に記載のボールねじ装置では、ボール循環溝の概形を定め、塑性加工形状を好適化している。また、下記特許文献２に記載のボールねじ装置では、作動音、摩耗、トルク変動を生じにくくし、ナット一体型循環方式のボールねじ装置を長寿命化するため、ボール循環溝の両端部と中央部の幅寸法を規定している。
【０００６】
ナットを製造する作業手順としては、まず金属製の筒状部材（半製品）を作製し、その筒状部材の内側にボール循環溝を加工した後にボール循環溝と接続する第２のねじ溝を加工するものが知られており、上記特許文献１、特許文献２に記載のボールねじにおいても用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】再表２０１２−０６６６９３号公報
【特許文献２】特許５５７３２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
塑性加工又は切削加工によってナットの内周面にボール循環溝を形成する場合、ナットに形成する第２のねじ溝とボール循環溝の位置に製造上の誤差が生じることを考慮し、ボール循環溝の幅を全長にわたって第２のねじ溝の幅よりも大きくすることがある。しかし、この場合、第２のねじ溝とボール循環溝の境界部に段差が生じる。この段差はボール作動性の低下を招き、ボールねじ装置の寿命の低下や作動音の増大の原因となる。
【０００９】
また、ボール循環溝の幅を第２のねじ溝の幅よりも大きくした場合、ボール循環溝と第２のねじ溝の中心ズレが生じたとしても、第２のねじ溝の端部全体がボール循環溝の端部の内側に納まる範囲内のズレであれば、ボールはボール循環溝と第２のねじ溝との間を移動できる。しかし、この場合、第２のねじ溝とボール循環溝の境界の一部において、中心ズレが生じていない場合よりも段差が大きくなり、段差による悪影響は更に顕著になる。そのため、できる限り中心ズレが小さくなるような高精度の加工が必要とされてきた。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ナット一体型循環方式のボールねじ装置において、高精度の加工を必要とせず、ボールの作動性を向上させるナット、そのナットを備えたボールねじ装置、及び、ナットの製造方法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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、
外周面に第１のねじ溝が形成されたねじ軸に複数のボールを介して外嵌することでボールねじ装置を構成する筒状のナットであって、
前記第１のねじ溝に対向し、前記第１のねじ溝と共に前記ボールの転動路を構成する第２のねじ溝と、
前記第２のねじ溝の両末端を接続し、前記転動路と共に無限循環路を構成するボール循環溝と、を有し、
前記ボール循環溝は、前記第２のねじ溝よりも幅が広い中間部を備え、
前記ボール循環溝の両端部は、前記中間部側から前記第２のねじ溝側にすぼまった傾斜面を形成していることを特徴とするナットを提供する。
【００１２】
好ましくは、前記両端部は、それぞれ、平面視において、両側面が前記第２のねじ溝に向かって傾斜している。
【００１３】
また、好ましくは、前記両端部は、それぞれ、平面視において、何れか一方の側面が前記第２のねじ溝に向かって傾斜している。
【００１４】
また、上記課題を解決するため、本発明は、上記ナットを備えたことを特徴とするボールねじ装置を提供する。
【００１５】
また、上記課題を解決するため、本発明は、
外周面に第１のねじ溝が形成されたねじ軸に複数のボールを介して外嵌することでボールねじ装置を構成するナットの製造方法であって、
筒状の半製品を製作し、
前記半製品の内面に、先端に向かってすぼまった傾斜面を形成した両端部と、前記両端部の間に形成された中間部を有するボール循環溝を形成し、
前記半製品の内面に、前記中間部よりも幅が狭く、前記第１のねじ溝に対向し、前記両端部に接続して前記ボール循環溝及び前記第１のねじ溝と共に無限循環路を構成する第２のねじ溝を形成することを特徴とするナットの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高精度の加工を必要とせず、ボールの作動性を向上させるナット、そのナットを備えたボールねじ装置、及び、ナットの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本願の実施形態に係るボールねじ装置を示す平面図である。
【図２】本願の実施形態に係るボールねじ装置のナットを軸方向に切断した断面図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ断面図であり、ボール循環溝の拡大断面を示す。
【図４】本願の実施形態に係るボールねじ装置のボール循環溝を形成する金型を示す図である。（ａ）は金型の斜視図、（ｂ）は（ａ）とは別の金型の断面図である。
【図５】本願の実施形態に係るボールねじ装置のボール循環溝の平面形状を示す拡大図である。
【図６】製造誤差が生じた場合の本願の実施形態に係るボールねじ装置のボール循環溝の平面形状を示す拡大図である。
【図７】従来のボールねじ装置のボール循環溝の平面形状示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るボールねじ装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本願の実施形態に係るボールねじ装置１００を示す平面図である。図２は本願の実施形態に係るボールねじ装置１００のナット２を軸方向に切断した断面図である。
【００１９】
本実施形態に係るボールねじ装置１００は、ねじ軸１と、ナット２と、複数のボール３と、を備えている。図２においては、ねじ軸１を破線により示している。ねじ軸１の外周面には第１のねじ溝１ａ（螺旋溝）が形成されている。ナット２の内周面２ｂにも第１のねじ溝１ａに対応する第２のねじ溝２ａ（螺旋溝）が形成されている。複数のボール３は、ねじ軸１の第１のねじ溝１ａとナット２の第２のねじ溝２ａで形成される軌道（転動路）内、及び、ナット２に形成された一対のボール循環溝４ａ、４ｂとねじ軸１の間に配置されている。なお、図２においては、ボール循環溝４ａ、４ｂとねじ軸１の間に配置されたボール３の図示を省略している。
【００２０】
本実施形態のボールねじ装置１００は、ボール循環溝４ａ、４ｂがナット２の内周面２ｂに形成されたナット一体型循環方式を採用している。したがって、ボールねじ装置１００は、循環路を構成するためのコマやチューブを要せず、コマやチューブを取り付けるために径方向に貫通した孔を形成する必要もない。
【００２１】
図３は図１に示すＡ−Ａ断面図であり、ボール循環溝４ａの拡大断面を示す。ナット２の内周面２ｂに形成されたボール循環溝４ａは、溝底５と、溝底５に滑らかに連続した一対の側面６ａ、６ｂを有する。両側面６ａ、６ｂのねじ軸１側に形成された肩部７ａ、７ｂは、ナット２の内周面２ｂに連続する曲面（アール）を形成している。なお、ナット２に形成されたもう一つのボール循環溝４ｂは、ボール循環溝４ａと同様の形状をしている。
【００２２】
図４は本実施形態に係るボールねじ装置１００のボール循環溝４ａ、４ｂを形成する金型を示す図である。（ａ）は金型の斜視図、（ｂ）は（ａ）とは別の金型の断面図である。
【００２３】
肩部７ａ、７ｂが曲面状をしたボール循環溝４ａ、４ｂが形成されたナット２は、例えば、金属材料から形成された筒状の半製品の内周面に、図４（ａ）に示すような金型２００を用いた塑性加工でボール循環溝４ａ、４ｂを形成した後に、このボール循環溝４ａ、４ｂそれぞれの両端に接続する第２のねじ溝２ａを切削加工で形成することにより、製造する事ができる。図４（ａ）に示す金型２００は、基部２０１に、ボール循環溝４ａ、４ｂを形成する突起２０２が形成されている。突起２０２の周囲には突起２０２の側面と基部２０１の表面とを曲面（凹面）により滑らかに連続させる周縁部２０３が設けられている。突起２０２はボール循環溝４ａ、４ｂの溝底５および側面６ａ、６ｂを形成し、周縁部２０３が肩部７ａ、７ｂの曲面（アール）を形成する。
【００２４】
肩部７ａ、７ｂが曲面状をしたボール循環溝４ａ、４ｂをナット２に形成する他の方法としては、従来の方法で肩部７ａ、７ｂが角張ったボール循環溝４ａ、４ｂをナット２に形成した後、ショットブラスト等のメディア投射法で角張った肩部７ａ、７ｂを丸める方法や、図４（ｂ）に示すように、周縁部２０３の無い金型３００を用いて塑性流動を利用して角部７ａ、７ｂを丸める方法が挙げられる。
【００２５】
図５は本実施形態に係るボールねじ装置１００のボール循環溝４ａの平面形状を示す拡大図である。以下、ボール循環溝４ａのみについて説明するが、ナット２に形成されたもう一つのボール循環溝４ｂも同様の形状をしている。
【００２６】
ボール循環溝４ａは、概略Ｓ字状に形成されており、全長にわたって同一断面形状を有する中間部８と、中間部８の両端に連続して形成されたスロープ状の両端部９ａ、９ｂとからなる。ボール循環溝４ａの両端部９ａ、９ｂは、ナット２に形成された第２のねじ溝２ａの端部と略同一方向に延びている。ボール循環溝４ａの両端部９ａ、９ｂはナット２に形成された第２のねじ溝２ａに接続されている。
【００２７】
中間部８は、第２のねじ溝２ａよりも幅が広く、深さが深い。端部９ａ、９ｂは、第２のねじ溝２ａ側に近づくにつれて、幅が狭くなり、深さが浅くなる。端部９ａ、９ｂと第２のねじ溝２ａとの境界部において、端部９ａ、９ｂの幅と第２のねじ溝２ａの幅は等しい。端部９ａ、９ｂと第２のねじ溝２ａとの境界部は、曲面（アール）とすることが好ましい。
【００２８】
端部９ａ、９ｂは平面視において台形状をしており、中間部８側から第２のねじ溝２ａ側に滑らかにすぼまった傾斜面を形成している。ボール循環溝４ａが形成され、未だ第２のねじ溝２ａが形成されていない半製品の状態においては、端部９ａ、９ｂは平面視において三角形状をしているが、第２のねじ溝２ａの形成により端部９ａ、９ｂの先端部は失われる。図５においては、第２のねじ溝２ａの形成によって失われた端部９ａ、９ｂの先端部を破線により示している。
【００２９】
図５は、ボール循環溝４ａと第２のねじ溝２ａが、平面視において中心軸線が一致する位置関係で形成された場合を示している。図５において、ボール循環溝４ａと第２のねじ溝２ａの中心軸線は一点鎖線により示している。図５においては、端部９ａ、９ｂの両側面が第２のねじ溝２ａに向かって滑らかに傾斜した傾斜面となっている。
【００３０】
図６は製造誤差が生じた場合の本実施形態に係るボールねじ装置１００のボール循環溝４ａの平面形状を示す拡大図である。ボール循環溝４ａと第２のねじ溝２ａは、平面視において、一点鎖線により示す中心軸線にズレＭが生じている。図６においては、端部９ａ、９ｂの一方の側面のみが第２のねじ溝２ａに向かって傾斜した傾斜面となっている。
【００３１】
以下、従来例と比較して本実施形態の効果を説明する。図７は従来のボールねじ装置のボール循環溝４０４ａの平面形状を示す拡大図である。第２のねじ溝４０２ａは、ボール循環溝４０４ａと第２のねじ溝４０２ａの中心軸線が一致した場合を実線で示し、ボール循環溝４０４ａと第２のねじ溝４０２ａの中心軸線の間にズレＭが生じた場合を破線により示している。また、中心軸線が一致した場合におけるボール４０３を実線で示し、ズレＭが生じた場合に中心軸線が一致した場合とは異なるボール４０３の軌道を破線で描いたボール４０３により示している。
【００３２】
ボール循環溝４０４ａは、全長にわたって第２のねじ溝４０２ａよりも幅が広く、深さも深いため、ボール循環溝４０４ａと第２のねじ溝４０２ａの中心軸線との間にズレＭが生じていない状態においても、両端部に接続された第２のねじ溝４０２ａとの間に段差４１０が生じる。図７に示す例において、例えば、ボール４０３が図面上側に向かって移動している場合、ボール循環溝４０４ａの上側に生じた段差４１０にボール４０３が衝突する。また、ボール４０３が段差４１０の角を作用点として段差４１０に乗り上げるようにして第２のねじ溝４０２ａ内に入るため、ボール４０３の滞留が生じやすい。これらの理由によりボール４０３の作動性は低下し、ボールねじ装置の寿命の低下や作動音の増大の原因となる。なお、ボール４０３が図面下側に向かって移動している場合も同様のことが言える。
【００３３】
これに対して、上述した本願の実施形態によれば、図５に示すように、ボール循環路４ａと第２のねじ溝２ａとの境界部に段差は生じていない。本実施形態において、ボール３は端部９ａのスロープを伝わりボール循環路４ａから第２のねじ溝２ａに入るため、ボール３が第２のねじ溝２ａに入る際に生じる衝撃力が小さく、ボールねじ装置１００に生じる振動も小さい。また、ボール３はボール循環路４ａと第２のねじ溝２ａの境界付近において滞留することなくスムーズに第２のねじ溝２ａ内に入る。
【００３４】
次に、図７に示す従来例において、ボール循環溝４０４ａと第２のねじ溝４０２ａの中心ズレＭが生じた場合の問題点について説明する。図７に破線で示す第２のねじ溝４０２ａとボール循環溝４０４ａの間には中心軸線のズレＭが生じている。中心軸線のズレＭにより、一方の側の段差は生じていないが、もう一方の側において、中心ズレＭのない場合よりも大きな段差４１１が生じている。図７の図面下側に向かってボール４０３が移動している場合、破線により示すボール４０３は、ボール循環路４０４ａの図面下側に生じた大きな段差４１１に衝突し、段差４１１を乗り上げるようにして第２のねじ溝４０２ａ内に入ることになる。これにより、ボール循環路４０４ａと第２のねじ溝４０２ａの間に生じる段差４１１がボールねじ装置に与える悪影響は更に顕著となる。
【００３５】
これに対して、上述した本願の実施形態によれば、図６に示すように、中心ズレＭが生じたとしても、ボール循環溝４ａと第２のねじ溝２ａとの境界部に段差が生じることはない。また、図６上側のボール循環溝４ａと第２のねじ溝２ａとの境界部では、ボール３の軌道上にスロープも生じないため、ボール３は図５に示す中心軸線が一致した状態よりも更にスムーズに移動することができる。
【００３６】
なお、ねじ軸１とナット２の回転速度によってボール３の転動速度は変化し、これに伴い、ボール循環溝４ａ、４ｂ内を通るボール３の軌道も変化するが、いずれの軌道においても上記と同様の効果が得られる。
【００３７】
以上のように、本実施形態によれば、ナット一体型循環方式のボールねじ装置において、高精度の加工を必要とせず、ボールの作動性を向上させるナット、そのナットを備えたボールねじ装置、及び、ナットの製造方法を実現することができる。
【００３８】
なお、本願発明は上記実施形態に限られず、種々の変更・改良が可能である。例えば、ボール循環溝４ａ、４ｂの数は２つに限られず、１つ又は３つ以上としても良い。
【００３９】
また、ボール循環溝４ａ、４ｂの幅やボール循環溝４ａ、４ｂの端部９ａ、９ｂの傾斜角度は、ボール循環溝４ａ、４ｂと第２のねじ溝２ａの位置精度に合わせて設定することができる。肩部７ａ、７ｂは曲面（アール）に限らず、直線（ストレート）を形成してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１００  ボールねじ装置
１      ねじ軸
１ａ    第１のねじ溝
２      ナット
２ａ、４０２ａ    第２のねじ溝
３、４０３      ボール
４ａ、４ｂ、４０４ａ  ボール循環溝
５      溝底
６ａ、６ｂ  側面
７ａ、７ｂ  肩部
８      中間部
９ａ、９ｂ  端部
２００、３００  金型
２０１  基部
２０２  突起
２０３  周縁部
４１０、４１１  段差
Ｍ      ズレ
【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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