(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に多条の螺旋状ボール転動溝が形成されたねじ軸と、内周面中央に環状凸部を具え且つ該環状凸部の軸方向両側に前記螺旋状ボール転動溝に対向するように形成された略々４分の１円弧の環状ボール転動溝を具えたナットと、前記螺旋状ボール転動溝と前記環状ボール転動溝との間に介挿されたボールとを有してなるボール非循環型ボールねじであって、
前記ボールが前記螺旋状ボール転動溝及び前記環状ボール転動溝と複列外向きにアンギュラコンタクトするとともに、
前記環状ボール転動溝の軸方向外側に位置する前記ナットの開口端部内に、前記ボールを転動自在に保持し且つ該ボールと共に前記ねじ軸に対して公転する板リング状の保持器が嵌着されていることを特徴とする、
ボール非循環型ボールねじ。
【請求項２】
前記ボールに予圧が付与されている、請求項１のボール非循環型ボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、各種送り装置の送りねじとして使用されるボールねじ、特にボール非循環型ボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボール非循環型ボールねじとしては、リテーナ付ボールねじと遊星摩擦車式ボールねじが知られている（日刊工業新聞社発行、ねじ便覧編集委員会編：「ねじ便覧」初版（昭４１．５．２０），ｐ．３３０参照）。
【０００３】
リテーナ付ボールねじは、外周面に螺旋状ボール転動溝が形成されたねじ軸と、内周面に前記螺旋状ボール転動溝に対応する螺旋状ボール転動溝が形成されたナットとを複数のボールを介して螺合させ、且つ該ボールを円筒形のリテーナで前記螺旋状ボール転動溝内に一定間隔に保持させて成るものである（例えば、特公昭３８−２６８１８号、特公昭６０−５３２１７号、或いは実開平５−８１０４号公報など）。
【０００４】
図９乃至図１０を参照して従来の一例を簡単に説明する。ねじ軸６０の外周面には螺旋状ボール転動溝６２が設けられ、同じくナット６４の内周面にはボール転動溝６２に対応する螺旋状ボール転動溝６６が設けられている。両ボール転動溝６２，６６間に介装されたボール６８は、ナット６４にねじ軸６０を挿通したときにできる隙間７０内に遊挿し得る厚みを有する円筒形リテーナ７２に穿設されたボール孔７４に挿入され、両ボール転動溝６２，６４間で転動する。
この例では、円筒形リテーナ７２の長さはナット６４の長さより所定の長さだけ短く形成されており、ナット６４とリテーナ７２の両端に所定間隔の離間部をもたせている。このため、ねじ軸６０が回転するとナット６４は前記離間部の和の２倍だけ最大往復運動をする。
【０００５】
次に遊星摩擦車式ボールねじについて説明する。遊星摩擦車式ボールねじは、外周面に多条の螺旋状ボール転動溝が形成されたねじ軸と、内周面に玉軸受の外輪に似た円形溝が形成されたナットとを、１回路にねじ軸のボール転動溝の条数だけの個数のボールを介装して螺合させたものである（例えば、特公昭４４−１５２０６号、特開平１−２４２８６６号、或いは特開平４−９５６４７号公報など）。
【０００６】
図１１を参照して従来の一例を簡単に説明する。ねじ軸８０には２条の螺旋状ボール転動溝８２が形成されている。符号８４はラジアル玉軸受を示し、このラジアル玉軸受８４は、ボール８６（ボール個数は２）、ボール８６を保持するリテーナ８８、及び外輪９０から成る。符号９２は外筒を示している。この外筒９２には、前記玉軸受８４が２個配設されると共に、これら玉軸受８４，８４の間に外輪カラー９４と板ばね９６が配設されている。そして、外筒９２に螺入されたナット９８を締め付けて外輪９０を軸方向に押圧することにより、ボール８６はボール転動溝８２と外輪９０の円形溝とにアンギュラコンタクトして予圧が付与される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
リテーナ付ボールねじは、前記のようにナットの移動ストロークが制限されて短いという欠点を有すると共に、リテーナの加工が困難であった。また、ねじ軸の外周面とナットの内周面との隙間にリテーナを遊挿する関係から、ねじ軸及びナットの螺旋状ボール転動溝の深さを深くできなかった。このため、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αを大きくできず、軸方向荷重に対する剛性が小さかった（図１２参照）。
【０００８】
前記の遊星摩擦車式ボールねじも、ボールを保持するリテーナのスペースに制約されて、ねじ軸のボール転動溝及び／又は外輪の円形溝の深さを深くできず、同様に軸方向荷重に対する剛性が小さかった。また、予圧を付与する機構上、部品点数が多くなると共に、外筒の径が大きくなるという欠点があった。
なお、リテーナを省いて軸方向荷重に対する剛性を前例より大きくした遊星摩擦車式ボールねじも提案されているが（特開平４−９５６４７号公報参照）、上記の部品点数が多く外筒の径が大きくなるという欠点は解消されていない。
【０００９】
本発明は、従来技術の有する上記の問題点に鑑みてなされたもので、ナットの移動ストロークに制限がなく、構造が簡素で部品点数が少なく、外筒も必要とせず、しかも軸方向荷重に対する剛性が大きいボール非循環型ボールねじを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外周面に多条の螺旋状ボール転動溝が形成されたねじ軸と、内周面中央に環状凸部を具え且つ該環状凸部の軸方向両側に前記螺旋状ボール転動溝に対向するように形成された略々４分の１円弧の環状ボール転動溝を具えたナットと、前記螺旋状ボール転動溝と前記環状ボール転動溝との間に介挿されたボールとを有してなるボール非循環型ボールねじであって、前記ボールが前記螺旋状ボール転動溝及び前記環状ボール転動溝と複列外向きにアンギュラコンタクトするとともに、前記環状ボール転動溝の軸方向外側に位置する前記ナットの開口端部内に、前記ボールを転動自在に保持し且つ該ボールと共に前記ねじ軸に対して公転する板リング状の保持器が嵌着されているボール非循環型ボールねじによって、前記課題を解決した。
【００１１】
【作用】
本発明のボールねじでは、板リング状の保持器が環状ボール転動溝の軸方向外側に位置するナットの開口端部内に嵌着されている。ねじ軸の螺旋状ボール転動溝とナットの環状ボール転動溝との間に回挿されたボールは、このボールと共にねじ軸に対して公転する保持器によって転動自在に保持される。この構成によって、ねじ軸の外周面とナット内周面との隙間を小さくすることができ、その結果、ねじ軸の螺旋状ボール転動溝及び／又はナットの環状ボール転動溝の深さを深くすることができる。このため、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を大きくでき、軸方向荷重に対する剛性が増大する。
【００１２】
ボールに予圧を付与することにより、ボールねじのラジアル方向及び軸方向のガタを無くすことができる。また、比較的大きな軸方向荷重が作用する場合や、モーメント荷重が作用する場合に好適である。
【００１３】
【実施例】
図１乃至図２を参照して本発明のボール非循環型ボールねじの第１実施例を説明する。ボールねじ１０は、ねじ軸１２、ナット１４、及びボール１６を有して成る。
【００１４】
ねじ軸１２の外周面には、その深さがボール１６の半径より僅かに浅い２条の螺旋状ボール転動溝１８が刻設されている。また、ボール転動溝１８の形状は、玉軸受に準じてボール１６の径の０．５２〜０．５８倍程度の曲率半径をもつ単一円弧、すなわち、サーキュラアーク溝である。無論、サーキュラアーク溝に限定されるわけでなく、２円弧を組み合わせたゴシックアーク溝を用いることもできる。
【００１５】
ナット１４の内周面中央には、ねじ軸１２の外径よりやや大きい内径を有する環状凸部２０が設けられている。環状凸部２０の軸方向両側には、環状のボール転動溝２２が刻設されている。ボール転動溝２２の形状は、ねじ軸１２のボール転動溝１８と同じ曲率半径をもつサーキュラアーク溝を言わば半分切除した、略々４分の１円弧になっている。
環状ボール転動溝２２の軸方向外側に位置するナット１４の開口端部（符号を付さず。）内には、係止溝２４が刻設されている。そして、この開口端部内にボール１６と共にねじ軸１２に対して公転する薄板リング状の保持器３０を嵌入した後、係止溝２４に止め輪２６を係入させて保持器３０を固定する。また、ナット１４の外周には、ナット１４をハウジング等（図示せず）に固定するためのキー溝２８が形成されている。
【００１６】
ここで、図３を参照してサーキュラアーク溝を用いた場合のねじ軸１２の螺旋状ボール転動溝１８、及びナット１４の環状ボール転動溝２２の構成について説明する。
ボール１６の直径をＤａ、ボール転動溝１８の曲率半径をＲｓ、ボール転動溝２２の曲率半径をＲｎ、ボール１６が両ボール転動溝１８，２２とアンギュラコンタクトする接触角をα（標準は４５°）とする。前記のように本実施例では、Ｒｓ＝Ｒｎ＝ｆａＤａ（ｆａは係数：０．５２〜０．５８程度）に設定している。
ボール１６のピッチサークルＤｐ上に左右のボール１６，１６の中心がある。左右のボール１６，１６が両ボール転動溝１８，２２に接触角αで複列外向きのアンギュラコンタクトするように、左右それぞれに、接触角線上に接触点からＲｓ，Ｒｎの距離に両ボール転動溝１８，２２の曲率中心Ｏｓ，Ｏｎをとる。なお、このようなボールの接触角の関係は、ＪＩＳ用語の「複列外向きアンギュラ玉軸受」（すなわち、転動体荷重の作用線の交点が、ピッチ円の外側にある複列アンギュラコンタクト玉軸受」）の場合と基本的に同じである。
左右のＯｓ，Ｏｓ間の距離Ｐｓ、及び左右のＯｎ，Ｏｎ間の距離Ｐｎが決定される。このＰｓがボール転動溝１８，１８のピッチになり、Ｐｎがボール転動溝２２，２２のピッチとなる。左右のボール１６，１６が両ボール転動溝１８，２２に接触角αで外向きにアンギュラコンタクトするためには、Ｐｎ＞Ｐｓの関係が必要である。
ゴシックアーク溝の場合も同様に考えればよいので、その場合の説明は省略する。
【００１７】
ボール１６は，環状ボール転動溝２２，２２の１回路に２個ずつ合計４個が、両ボール転動溝１８，２２間に介装された後、保持器３０によって転動自在に保持される。
ボールねじに所定の軸方向すきま量を付与したい場合には、設計寸法より小さい径のボール１６を介装する。この場合には、軸方向荷重が付勢される側のボール１６が、両ボール転動溝１８，２２と接触角２５°〜６５°の範囲でアンギュラコンタクトする。
ボールねじに予圧を付与したい場合には、予圧量に応じて設計寸法と同じか、それより大きい径のボール１６を介装する。この場合、ボールねじは、設計値前後の接触角を有する複列外向きのアンギュラコンタクト構造になる。
【００１８】
この図３及び図４、並びに図５に、保持器の他の実施例が示されている。図３及び図４に示される板リング状の保持器３２には、４個の凹所３４が等配形成されている。ボール１６はこれらの凹所３４内に当接保持され、保持器３２はボール１６と共にねじ軸１２に対して公転する。
また、凹所３４の数はねじ軸のボール転動溝の条数によって異なり、２条ねじの場合は２個、３条ねじの場合は３個になることは無論である。この例は４条ねじの場合を示しているが、図１に示される２条ねじにも適用できる。
なお、保持器３２に凹所３４を設けることにより、前記の第１実施例の保持器３０に比べてボール１６の保持が確実なものとなることは言うまでもない。
【００１９】
図５に示される保持器３６は、図４の保持器３２の凹所３４に舌片３８を設けたものであり、ボール１６の保持をより確実にする。
【００２０】
図６は本発明のボールねじの第２実施例を示している。本実施例のボールねじ４０は、止め輪４２と保持器４４との間にスラストベアリング４６を有する。保持器４４は図３及び図４に示されたものと同じで、ボール１６と共にねじ軸４８及びナット５０に対して公転する。このように、スラストベアリング４６を止め輪４２と保持器４４との間に挟着することにより、保持器４４は前記の実施例に比べてより円滑に公転することができる。
なお、スラストベアリング４６は、市販のスラストニードルベアリング、スラストローラベアリング、又はスラストボールベアリングである。
スラストベアリング４６を挟着できるだけのスペースがない場合には、止め輪４２と保持器４４の間の止め輪側に環状板を嵌挿し、この環状板上に刻設した溝に、保持器の軸方向外面に当接転動するボール又はローラ等の転動体を嵌入させてもよい（図示せず）。
【００２１】
図７は本発明のボールねじの第３実施例を示している。本実施例のボールねじ５２は、左列の２個のボール５４と右列の２個のボール５６の位相を９０°ずらせたものである。２条ねじの場合、このような構成を採用することにより、ナット５８の軸方向長さを短縮することができると共に、ラジアル方向及び軸方向荷重を支承することができる。
【００２２】
図８は第４実施例を示している。本実施例のボールねじ１０’は、図１に示されるナット１４を２つ連結したもので、より大きい軸方向荷重に対して好適である。無論、図７に示される第３実施例のナット５８を２つ連結してもよい。
【００２３】
保持器の材質は、鉄、銅のような金属或いは合成樹脂である。そして、ボールが当接する表面に潤滑性のある素材をコーティングしておくことが望ましい。
【００２４】
上記の実施例は２条ねじの場合を示したが、本発明のボールねじはこれらの実施例に限定されないことは言うまでもない。また、ボール転動溝の形状も、サーキュラアーク溝又はゴシックアーク溝に限定されない。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１のボールねじは以上の如き構成であるから、ねじ軸の外周面とナット内周面との隙間を小さくすることができ、その結果、ねじ軸の螺旋状ボール転動溝及び／又はナットの環状ボール転動溝の深さを従来のボール非循環型ボールねじのものより深くすることができる。従って、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を大きくすることができ、軸方向荷重に対する剛性が大きくなる。
【００２６】
また、適切なボール径を選択することにより、ボールねじに所定の軸方向すきま又は予圧量を付与することができるので、従来の遊星摩擦車式ボールねじのような外筒や予圧付与機構を必要としない。従って、ナットの構造は、加工が容易な簡素なものとなり、部品点数も少なくなる。保持器も、従来のリテーナ付ボールねじのものより加工が容易である。
【００２７】
そして、請求項２のボールねじでは、ボールに予圧を付与することにより、ボールねじのラジアル方向及び軸方向のガタを無くすことができる。また、比較的大きな軸方向荷重やモーメント荷重が作用する場合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボールねじの第１実施例を示す軸方向断面図である。
【図２】図１のナットを一部破断した斜視図である。
【図３】他の実施例の保持器を具えたボールねじの一部拡大軸方向断面図であるとともに、ボール転動溝の設計説明図である。
【図４】図３の保持器の斜視図である。
【図５】さらに他の実施例の保持器の正面図である。
【図６】本発明のボールねじの第２実施例を示す一部拡大軸方向断面図である。
【図７】本発明のボールねじの第３実施例を示す軸方向断面図である。
【図８】本発明のボールねじの第４実施例を示す軸方向断面図である。
【図９】従来のリテーナ付ボールねじの軸方向断面図である。
【図１０】図９のリテーナの一部破断正面図である。
【図１１】従来の遊星摩擦車式ボールねじの軸方向断面図である。
【図１２】図９を一部拡大した、ボールの接触状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０，１０’，４０，５２      ボールねじ
１２，４８                    ねじ軸
１４，５０，５８              ナット
１６，５４，５６              ボール
１８                          螺旋状ボール転動溝
２０                          環状凸部
２２                          環状ボール転動溝
２４                          係止溝
２６，４２                    止め輪
３０，３２，３６，４４        保持器
【図１】
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【図２】
0003856482.tif 000003
【図３】
0003856482.tif 000004
【図４】
0003856482.tif 000005
【図５】
0003856482.tif 000006
【図６】
0003856482.tif 000007
【図７】
0003856482.tif 000008
【図８】
0003856482.tif 000009
【図９】
0003856482.tif 000010
【図１０】
0003856482.tif 000011
【図１１】
0003856482.tif 000012
【図１２】
0003856482.tif 000013