(57)【要約】【課題】装置の小型化を図り得るボールねじを提供する。【解決手段】ナット３の一端側の端面３ａに軸方向に沿って突出して設けられた突起部５と、ねじ軸２の一端側に径方向に沿って突出して設けられて横断面が円形をなすピン部材６とを有し、突起部５とピン部材６とが相互に当接してナット３とねじ軸２相互の相対的な回転運動を規制する規制部１０を備え、ピン部材６は、ナット３の一端側の端面３ａに対向する部分に、ねじ軸２の軸線ＣＬと直交し且つ当該ピン部材６の軸心Ｏよりもナット３の一端側の端面３ａ寄りの位置に形成されたＤカット面６ｄを有する。【選択図】図２
2017089825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸のねじ溝と前記ナットのねじ溝との間に転動自在に介装される複数の転動体とを備えるボールねじであって、
前記ナットの一端側の端面に軸方向に沿って突出して設けられた突起部と、前記ねじ軸の一端側に径方向に沿って突出して設けられて横断面が円形をなすピン部材とを有し、前記突起部と前記ピン部材とが相互に当接して前記ナットと前記ねじ軸相互の相対的な回転運動を規制する規制部を備え、
前記ピン部材は、前記ナットの一端側の端面に対向する部分に、前記ねじ軸の軸線と直交し且つ当該ピン部材の軸心よりも前記ナットの一端側の端面寄りの位置に形成された平面を有することを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
前記突起部は、前記ナットの一端側の端面からの突出高さが、前記ピン部材の直径の１／２以下である請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】
前記突起部は、前記ナットの一端側の端面に、複数設けられている請求項１または２に記載のボールねじ。
【請求項４】
当該ボールねじのリードは、前記ピン部材の直径の１／２以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載のボールねじ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のボールねじを備えることを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじに係り、特に、ナットとねじ軸相互の相対的な回転運動を規制する規制部を備えるボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転運動を直線運動に変換するボールねじを利用することにより、比較的小さな入力トルクから大きな軸方向の出力を得るアクチュエータが使用されている。
この種のアクチュエータは、ボールねじを構成するねじ軸（又はナット）に、電動モータ等の駆動源からの入力トルクを入力し、そのねじ軸（又はナット）を所望の方向に回転させると、ねじ軸（又はナット）の回転運動が、複数のボールを介してねじ軸（又はナット）と螺合したナット（又はねじ軸）の直線運動に変換される。
ところで、この種のアクチュエータは、上記直線運動が所定の移動範囲を超えると、アクチュエータの破損、或いは、アクチュエータに駆動される装置が破損するおそれがある。そこで、この種のアクチュエータでは、所定の移動範囲を超える直線運動を規制するために、ナットとねじ軸相互の相対的な回転運動を規制する規制部が設けられる。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の装置は、ねじ軸側に円筒状のピンを設けるとともにナットの軸方向端部に当接面を規制部として設け、当接面とピンとが相互に当接することで、ナットとねじ軸相互の相対的な回転運動を規制している。
また、特許文献２に記載の装置は、ねじ軸の一端側の外周に装着したストッパ部材と、ナットの一端側の端面に形成した突起部とを規制部として設け、ストッパ部材に設けたストッパ面と突起部とが相互に当接することで、ナットとねじ軸相互の相対的な回転運動を規制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−０７８１００号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７８０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の装置の場合、ピンの直径をＤｈとすると、ナットの一端側の端面からの当接面の高さ（軸方向の長さ）がＤｈ／２以上でなければピンの外周面中央に当接面が当接できずに当接面のエッジで当接することになる。
また、ボールねじのリードがＤｈ／２以下の場合も当接面がエッジで当接することになる。このようなエッジ当接状態を回避するためには、端面からのナット側の当接面の高さをＤｈ／２以上に大きくしなければならないので、規制部が大型化するという問題がある。
【０００６】
また、規制部を小型化するべく、ねじ軸側のピン径を小さくすればピンの強度が下がるため、規制部や装置自体が破損するおそれがある。また、特許文献１に記載の装置の場合、当接面の当接位置は、当接面の高さ方向（軸方向）においてＤｈ／２以上の位置となるので、この当接位置での曲げ応力にて問題が無いように、当接面の部分の周方向の肉厚を厚く設定する必要がある。このように、規制部を構成するピンの横断面が円形の場合、ピン径によって、関連する他の部品に大きな影響を及ぼすことになる。
一方、特許文献２に記載の装置の場合、ねじ軸側に設けたストッパ部材は、ねじ軸外径に外挿する構成なので、ストッパ部材およびねじ軸の外周にストッパ部材を装着する構造が複雑であり、製造コストが高価となる。
【０００７】
また、ねじ軸側のストッパ部材は、ナットと対向するストッパ面が平面となっているものの、対向するナットの突起部も平面形状なので、ストッパ面と突起部とが相互に当接する場合、互いの平面の向き（角度）が僅かにずれただけでもエッジで当接することになる。このようなエッジ当接状態を回避するためには、ストッパ面と突起部相互の平面の向きを高精度に調整しなければならないため、製造コストが一層高価となるという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、機構を小型化してコンパクトに構成できる規制部を有するボールねじ及びこれを備えるアクチュエータ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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸のねじ溝と前記ナットのねじ溝との間に転動自在に介装される複数の転動体とを備えるボールねじであって、前記ナットの一端側の端面に軸方向に沿って突出して設けられた突起部と、前記ねじ軸の一端側に径方向に沿って突出して設けられて横断面が円形をなすピン部材とを有し、前記突起部と前記ピン部材とが相互に当接して前記ナットと前記ねじ軸相互の相対的な回転運動を規制する規制部を備え、前記ピン部材は、前記ナットの一端側の端面に対向する部分に、前記ねじ軸の軸線と直交し且つ当該ピン部材の軸心よりも前記ナットの一端側の端面寄りの位置に形成された平面を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様に係るアクチュエータは、本発明の一態様に係るボールねじを備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係るボールねじおよびこれを備えるアクチュエータによれば、ピン部材は、ナットの一端側の端面に対向する部分に、ねじ軸の軸線と直交し且つ当該ピン部材の軸心よりもナットの一端側の端面寄りの位置に形成された平面（以下、「Ｄカット面」ともいう）を有するので、このＤカット面が、ねじ軸の軸線と直交し且つナット側を向いているため、ピン部材の外周面に当接するために必要なストロークがピン径に依存しない。
【００１０】
また、ナットの突起のピン部材との当接位置は、突起の基端部近傍に設定できるため、突起の高さを低くすることができる。これにより、ナット側に設ける突起の曲げ応力も小さくできるので、突起の周方向の厚さも低減することができる。そのため、規制部やこれに関連する機構を小型化してコンパクトに構成することができる。
さらに、本発明の一態様に係るボールねじおよびこれを備えるアクチュエータであれば、円形のピンにＤカットを形成するだけでＤカット面を形成可能なので安価であり、ナットの突起と当接するピン部材の側面（当接面）が円形の外周面なので、仮にＤカット面の向き（角度）が僅かにずれた場合であっても、エッジで当接することがない。
また、Ｄカット面は、ピン部材の軸心よりもナットの一端側の端面寄りの位置に形成されているので、Ｄカット面の平面の向き（角度）のばらつきの許容範囲を比較的に広くすることができ、これにより、エッジ当接状態を回避して、安定したヘルツ接触状態によりピン部材とナットの突起とを当接させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
上述のように、本発明によれば、機構を小型化してコンパクトに構成できる規制部を有するボールねじ及びこれを備えるアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一態様に係るボールねじの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のボールねじの説明図であり、同図（ａ）は、一部を軸線に沿った断面で示す平面図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。
【図３】図１のボールねじの変形例（第一変形例）の説明図であり、同図（ａ）は斜視図、（ｂ）は左側面図である。
【図４】図１のボールねじの変形例（第二変形例）を説明する斜視図である。
【図５】比較例のボールねじを示す斜視図である。
【図６】図５の比較例のボールねじの説明図であり、同図（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態および変形例について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
【００１４】
図１に示すように、このボールねじ１は、ねじ軸２と、ナット３と、ナット３とねじ軸２相互の相対的な回転運動を規制する規制部１０とを有する。規制部１０は、ナット３の一端側の端面３ａの側に設けられている。
図２（ａ）に示すように、ねじ軸２は、螺旋状のねじ溝２ｍを外周面に有し、ナット３は、ねじ軸２のねじ溝２ｍに対応する螺旋状のねじ溝３ｍを内周面に有する。ねじ軸２のねじ溝２ｍとナット３のねじ溝３ｍとの間に転動自在に複数の転動体であるボール４が介装されている。
規制部１０は、図１および図２に示すように、ナット３の一端側の端面３ａの外周側の位置に、軸方向に突出して形成された突起部５と、ねじ軸２の一端側に、軸線ＣＬとの直交方向に沿って装着され、突起部５に外周面が当接可能なピン部材６とを備える。
【００１５】
詳しくは、ねじ軸２の一端側には、ねじ軸２の軸線ＣＬと同軸に、ねじ軸２よりも細径の円筒状の支持部８が突出して形成されている。この支持部８に、軸線ＣＬと直交方向に円形のピン穴９が貫通形成され、このピン穴９に、横断面が円形のピン部材６が圧入されている。
なお、支持部８は、実質的にねじ軸２と一体構造なので、ねじ軸２の一端を細径に加工し、その細径部に円形のピン穴９を貫通形成して設けることができる。また、この例では、ねじ軸端に支持部８を形成した例を示したが、これに限らず、ねじ軸２のねじ溝２ｍが形成されている部分に直接ピン穴９を貫通形成してもよい。
【００１６】
図１に示すように、ピン部材６の一端（同図上側の端部）は、支持部８の外周面からねじ軸２の径方向に、ピン部材６の先端がナット３の外周面と略面一の高さまで突出している。一方、ピン部材６の他端（同図下側の端部）は、支持部８の外周面から径方向に突出していない。
ピン部材６は、図２（ｂ）に拡大図示するように、支持部８から突出している部分全体に亘って、ナット２と対向する側に、いわゆるＤカットによって平面６ｄが一箇所に形成されている。以下、このＤカットによって形成された平面６ｄを「Ｄカット面」という。つまり、このＤカット面６ｄは、ナット３の一端側の端面３ａに対向する部分に、ねじ軸２の軸線ＣＬと直交し且つ当該ピン部材６の軸心Ｏよりもナット２の一端側の端面３ａ寄りの位置に形成されている。
【００１７】
そして、ナット３の突起部５は、ねじ軸２のピン部材６側の端面３ａに軸方向に突設され、ボールねじ１が所定の移動範囲（ストローク）を超える手前で、ピン部材６の外周面６ｇと突起部５の当接面５ｔとが相互に周方向にて当接するように設けられている。
ここで、ピン部材６の外周面６ｇと突起部５の当接面５ｔとが相互に当接したときに、図２（ｂ）に示すように、ナット３の一端側端面３ａからピン穴９の中心Ｏまでの距離をＳとし、ねじ軸２のリードをＬとし、ピン部材６の直径をＤとし、突起部５のナット３の一端側端面３ａからの突出高さをＨとする。なお、突起部５の軸方向を向く面は軸線に直交する平面である。
【００１８】
このとき、本実施形態のボールねじ１のリードＬは、ピン部材６の直径Ｄの１／２以下に設定されている。また、本実施形態の突起部５は、ナット３の一端側の端面３ａからの突出高さＨが、ピン部材６の直径Ｄの１／２以下に設定されている。そして、Ｄカット面６ｄは、上記のように、ピン部材６の軸心Ｏよりもナット２の一端側の端面３ａ寄りの位置に形成されており、Ｄカット面６ｄからピン穴９の中心Ｏまでの距離Ｓは、ナット３の一端側の端面３ａからの突出高さＨよりも低くなっている（つまり、Ｈ＞Ｓ）。
【００１９】
次に、上記ボールねじ１の動作および作用効果について説明する。
このボールねじ１は、例えばアクチュエータに組み込まれて、ナット３が軸方向の移動を拘束しつつ回転可能に支持され、不図示の駆動源からの回転力がナット３に入力される。初期状態では、図１の左側に二点鎖線で示すように、ねじ軸２およびこれと一体のピン部材６は、所定の移動範囲において、ナット３の一端側端面３ａから離隔しており、ピン部材６が突起部５に当接していない。不図示の駆動源から回転力がナット３に伝達されると、ナット３は移動せずにその場で回転し、ボール４を介して回転力が伝達されたねじ軸２が軸方向に直線運動する。
【００２０】
ナット３の回転運動がねじ軸２に直線運動として伝達されると、ねじ軸２は、同図右方向に直線運動する。そして、所定の移動範囲に達すると、図２に示したように、規制部１０のピン部材６の外周面６ｇが突起部５側面の当接面５ｔと周方向にて当接する。これにより、規制部１０がナット３とねじ軸２相互の相対的な回転運動を規制して、所定の移動範囲を超える直線運動が防止される。
また、このボールねじ１では、ピン部材６は、ねじ軸２の一端側に設けた支持部８の軸線ＣＬに直交方向に沿って形成したピン穴９に圧入状態で装着されているので、ねじ軸２にピン部材６を装着する構造が簡便であり、製造コストの低減化を図ることができる。
【００２１】
ここで、図５および図６に比較例のボールねじ１００を示す。
この比較例のボールねじ１００は、実施形態のボールねじ１同様に、ねじ軸１０２の一端側に軸線ＣＬの直交方向に沿ってピン部材１０６が装着され、ピン部材１０６及び突起部１０５が周方向にて当接する状態で規制部１１０が構成されている。
しかし、この比較例のボールねじ１００では、ピン部材１０６が単に円形形状なので、ピン部材１０６の直径をＤｈとすると、ナット１０３の一端側の端面１０３ａからの当接面の高さ（軸方向の長さ）ＨｈがＤｈ／２以上でなければ、ピン部材１０６の外周面中央に突起部１０５の当接面が当接できずに当接面のエッジで当接することになる。
【００２２】
また、比較例のボールねじ１００のリードがＤｈ／２以下の場合も、突起部１０５の当接面がエッジで当接することになる。このようなエッジ当接状態を回避するためには、端面からのナット側の突起部１０５の当接面の高さＨｈをＤｈ／２以上に大きくしなければならないので、規制部１１０が大型化するという問題がある。
また、規制部１１０を小型化するべく、ねじ軸１０２側のピン径を小さくすれば、ピン部材１０６の強度が下がるため、規制部１１０や装置自体が破損するおそれがある。また、ピン部材１０６が単に円形形状の場合、当接面の当接位置は、当接面の高さ方向（軸方向）においてＤｈ／２以上の位置となるので、この当接位置での曲げ応力にて問題が無いように、突起部１０５の当接面の部分の周方向の肉厚を厚く設定する必要がある。このように、規制部１１０を構成するピン部材１０６の横断面が単に円形の場合、そのピン径によって、関連する他の部品に大きな影響を及ぼすことになる。
【００２３】
これに対し、本実施形態のボールねじ１では、図２（ｂ）に示したように、ピン部材６にＤカット面６ｄを設け、このＤカット面６ｄは、ナット３の一端側の端面３ａに対向するとともにねじ軸２の軸線ＣＬと直交し且つ当該ピン部材６の軸心Ｏよりもナット３の一端側の端面３ａ寄りの位置に形成されているので、Ｄカット面６ｄによる逃げ形状によって、ナット３の一端側の端面３ａとの干渉が防止され、ナット３の一端側端面３ａからピン部材６の軸心Ｏまでの距離Ｓを短くできる。よって、軸方向の短尺化を図ったコンパクトな構造のボールねじ１及びこれを備えるアクチュエータを提供することができる。
【００２４】
また、本実施形態のボールねじ１では、ナット３の突起部５の高さＨは、ピン径Ｄに対してＤ／２以下に設定されているので、突起部５の高さを低くできるため、一層の小型化が可能である。
また、本実施形態のボールねじ１では、Ｄカット面６ｄは、ヘルツ接触、圧入時の平面の向き（角度）のばらつきを考慮し、ピン部材６の軸心Ｏよりもナット３側に形成されているので、仮に平面の向き（角度）が僅かにずれた場合であっても、エッジで当接することがなく、安定したヘルツ接触による規制をかけることができる。
【００２５】
また、本実施形態のボールねじ１では、ボールねじ１のリードＬを、ピン部材６の直径Ｄに対し、Ｄ／２以下に設定しているので、減速比が大きくなり、必要トルクが小さくなるため、ボールねじ１の駆動モータを小型化でき、装置全体を小型化して低コスト化を図る上で好適である。
なお、本発明に係るボールねじ及びこれを備えるアクチュエータは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
例えば、本発明に係るボールねじ及びこれを備えるアクチュエータは、ピン部材６にＤカット面６ｄを設けることで、規制部１０の各部の形状がピン径に依存しなくなり、ストッパとしての機能を満たすために必要なストロークを短くできるため、例えば、以下のような変形例とすることもできる。
【００２６】
［第一変形例］
図３に第一変形例を示す。同図に示す第一変形例では、ナット３側の突起部５を周方向に延長した点が上記実施形態と異なっている。
同図（ｂ）に示すように、この第一変形例では、突起部５を周方向に延長し、突起部５両端に形成される二つの面（つまり、同図上側の当接面５ｔと、同図下側の端面５ｓ）を面一に設けている。このような構成であれば、突起部５の両側面５ｔ、５ｓを一直線上に並ぶ位置に設けているので、突起部５の両側面５ｔ、５ｓを同時に加工することができる。よって、加工時間を短縮する上で好適である。
【００２７】
［第二変形例］
図４に第二変形例を示す。同図に示す第二変形例では、ナット３側の突起部５を周方向に離隔して複数（同図の例では、周方向に等配して３箇所）形成している。突起部５の数や離隔距離は、例えばリードとの関係を考慮し、干渉等の生じない位置に配置する。
この例では、３箇所の突起部５の当接面５ｔが計６か所形成されるが、これら当接面５ｔは、隣接する当接面５ｔ同士の間が周方向に等配されているので、切削加工を同様の工程で行えるため、加工性が向上する。
さらに、ナット３の複数の突起部５の軸方向を向く各面はいずれも軸線に直交する平面であって相互は面一（同一面上）に形成されている。そのため、ナット３の複数の突起部５の軸方向を向く平面に、他の部材の面を突き当てたときのナット３の姿勢を安定させることができる。したがって、ボールねじ１の加工性や組み付け性をより向上させることができるので、一層の低コスト化を図る上で好適である。
【符号の説明】
【００２８】
１…ボールねじ
２…ねじ軸
３…ナット
３ａ…（ナットの一端側の）端面
２ｍ…（ねじ軸の）ねじ溝
３ｍ…（ナットの）ねじ溝
４…ボール（転動体）
５…突起部
６…ピン部材
６ｄ…平面（Ｄカット面）
８…支持部
９…ピン穴
１０…規制部
ＣＬ…（ねじ軸の）軸線
【図１】
2017089825.tif 000003
【図２】
2017089825.tif 000004
【図３】
2017089825.tif 000005
【図４】
2017089825.tif 000006
【図５】
2017089825.tif 000007
【図６】
2017089825.tif 000008