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JP2021110373A - Ball screw device - Google Patents

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JP2021110373A
JP2021110373A JP2020002059A JP2020002059A JP2021110373A JP 2021110373 A JP2021110373 A JP 2021110373A JP 2020002059 A JP2020002059 A JP 2020002059A JP 2020002059 A JP2020002059 A JP 2020002059A JP 2021110373 A JP2021110373 A JP 2021110373A
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JP
Japan
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ball
nut member
load
screw shaft
passage
Prior art date
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Pending
Application number
JP2020002059A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
克徳 木暮
Katsunori Kogure
克徳 木暮
匡 中野
Tadashi Nakano
匡 中野
和彦 秋山
Kazuhiko Akiyama
和彦 秋山
容平 雨宮
yohei Amemiya
容平 雨宮
旭 石原
Akira Ishihara
旭 石原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
THK Co Ltd
Original Assignee
THK Co Ltd
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Publication date
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Abstract

To provide a ball screw device which can easily construct a non-load passage even if a lead of a rolling groove formed at a screw shaft is long, can reduce a size and weight of a nut member, and can contribute to high speeds of linear drive parts of a variety of industrial devices.SOLUTION: A nut member 3 has one or a plurality of infinite circulation paths of balls 5 making a round around a screw shaft 2, and the infinite circulation path comprises a non-load path for connecting both end parts of a load passage in which the balls roll while being applied with loads. The non-load passage has a linear passage part formed along an axial direction of the nut member 3, and a pair of transition passage parts formed at both ends of a linear communication part, and extending to mutual opposite sides along a peripheral direction of the nut member 3. The nut member also comprises a ball forwarding path 6 which is formed while penetrating an external peripheral face and an internal peripheral face of the nut member 3, and a cover plate 4 for blocking the ball forwarding path 6 from the outside of the nut member 3.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、回転運動と直線運動を相互に変換することが可能なボールねじ装置に関するものである。 The present invention relates to a ball screw device capable of mutually converting rotational motion and linear motion.

ボールねじ装置は回転運動と直線運動を相互に変換することが可能な機械要素であり、各種工作機械、搬送装置、産業用ロボット等において、サーボモータが発生する回転運動を直線運動に変換する目的で多用されている。前記ボールねじ装置は多数のボールを介してねじ軸と円筒状のナット部材が互いに螺合したものであり、前記ねじ軸の外周面には前記ボールが転走する螺旋状の転動溝が所定のリードで形成されている。このため、前記ねじ軸を一回転させると、前記ナット部材が前記転動溝のリード分だけ前記ねじ軸の軸方向へ移動する。従って、前記ねじ軸に与える回転数が同じであれば、前記転動溝のリードが大きいほど、前記ナット部材は前記ねじ軸の軸方向へ高速で移動することになる。 The ball screw device is a mechanical element capable of mutually converting rotary motion and linear motion, and is intended to convert rotary motion generated by a servomotor into linear motion in various machine tools, transfer devices, industrial robots, and the like. It is often used in. In the ball screw device, a screw shaft and a cylindrical nut member are screwed together via a large number of balls, and a spiral rolling groove on which the ball rolls is defined on the outer peripheral surface of the screw shaft. It is made up of leads. Therefore, when the screw shaft is rotated once, the nut member moves in the axial direction of the screw shaft by the lead amount of the rolling groove. Therefore, if the number of rotations given to the screw shaft is the same, the larger the lead of the rolling groove, the faster the nut member moves in the axial direction of the screw shaft.

前記ナット部材には前記多数のボールが配列された無限循環路が形成されている。この無限循環路は、前記ボールが前記ねじ軸と前記ナット部材との間で荷重を負荷しながら転動する螺旋状の負荷通路と、前記負荷通路の両端を接続すると共に前記ボールが荷重から解放された状態で転動する無負荷通路とから構成されている。前記ボールは前記ねじ軸と前記ナット部材との相対的な回転に伴って前記無限循環路を転動する。 An infinite circulation path in which a large number of balls are arranged is formed in the nut member. This infinite circulation path connects a spiral load passage in which the ball rolls between the screw shaft and the nut member while applying a load, and both ends of the load passage, and the ball is released from the load. It is composed of a no-load passage that rolls in the loaded state. The ball rolls in the infinite circulation path with the relative rotation of the screw shaft and the nut member.

従来のボールねじ装置は、前記ナット部材における前記無負荷通路の構造によって幾つかの類型に区分することができる。例えば、デフレクタ式と称される類型では、前記無負荷通路となる偏向溝を備えた駒部材が前記ナット部材に埋め込まれ、前記ねじ軸の周囲一巻き分の無限循環路が形成されている。前記偏向溝は前記負荷通路の終端に達したボールの進行方向を強制的に変化させ、それによって当該ボールは前記ねじ軸のねじ山部を乗り越えて、前記負荷通路の始端へ戻されるようになっている。 The conventional ball screw device can be classified into several types according to the structure of the no-load passage in the nut member. For example, in a type called a deflector type, a piece member having a deflection groove serving as a no-load passage is embedded in the nut member, and an infinite circulation path for one turn around the screw shaft is formed. The deflection groove forcibly changes the traveling direction of the ball that has reached the end of the load passage, whereby the ball gets over the threaded portion of the screw shaft and is returned to the start end of the load passage. ing.

このデフレクタ式のボールねじ装置は、前記駒部材をナット部材に埋め込むのみで前記無限循環路が完成するので、ナット部材の外径を小さくすることができ、その分だけナット部材の軽量化が可能である。その一方、デフレクタ式は前記ねじ軸のリードが大きいボールねじ装置、例えば前記リードが前記ねじ軸の軸径よりも大きいボールねじ装置には適用が困難であり、デフレクタ式のボールねじ装置は前記ナット部材の移動速度の高速化が求められる用途には不向きであった。 In this deflector type ball screw device, the infinite circulation path is completed only by embedding the piece member in the nut member, so that the outer diameter of the nut member can be reduced and the weight of the nut member can be reduced accordingly. Is. On the other hand, the deflector type is difficult to apply to a ball screw device having a large lead of the screw shaft, for example, a ball screw device having the lead larger than the shaft diameter of the screw shaft, and the deflector type ball screw device is the nut. It was not suitable for applications that required a high moving speed of members.

一方、前記ねじ軸のリードを大きく設定することが可能なボールねじ装置として、エンドキャップ式と称される類型がある。このエンドキャップ式のボールねじ装置では、前記ボールの無負荷通路の一部をなすボール戻し通路が前記ナット部材の軸方向に沿って貫通形成されると共に、前記ナット部材の軸方向の両端には前記負荷通路と前記ボール戻し通路との間でボールを受け渡すエンドキャップが設けられている。前記ボール戻し通路は前記ナット部材の軸方向全長にわたって設けられているので、前述の如く転動溝のリードが大きい場合でも無負荷通路を容易に構築することが可能である。 On the other hand, as a ball screw device capable of setting a large lead of the screw shaft, there is a type called an end cap type. In this end cap type ball screw device, a ball return passage forming a part of the no-load passage of the ball is formed through the nut member along the axial direction, and at both ends of the nut member in the axial direction. An end cap for passing the ball between the load passage and the ball return passage is provided. Since the ball return passage is provided over the entire axial length of the nut member, it is possible to easily construct a no-load passage even when the lead of the rolling groove is large as described above.

エンドキャップ式のボールねじ装置は前記転走溝のリードを大きく設定することが可能なので、前記ナット部材の移動速度の高速化が求められる用途に最適であった。その反面、前記ボール戻し通路を前記ナット部材に対して貫通形成する必要があることから、前記ねじ軸の外径に比べて当該ナット部材の外径が大きくなってしまい、当該ナット部材の小型化及び軽量化が困難であるといった短所があった。 Since the end cap type ball screw device can set a large lead of the rolling groove, it is most suitable for applications where a high moving speed of the nut member is required. On the other hand, since it is necessary to form the ball return passage through the nut member, the outer diameter of the nut member becomes larger than the outer diameter of the screw shaft, and the nut member is downsized. And there was a disadvantage that it was difficult to reduce the weight.

特許文献1にはこれらデフレクタ式又はエンドキャップ式のボールねじ装置の折衷案と言えるボールねじ装置が開示されている。このボールねじ装置では、一対の駒部材が前記螺旋状の負荷通路の始端と終端に対応して前記ナット部材に埋め込まれると共に、前記ナット部材には前記一対の駒部材の間を接続するように直線溝が設けられている。前記直線溝は前記ナット部材の内周面に対して当該ナット部材の軸方向に沿って設けられている。また、前記一対の駒部材の夫々には前述した偏向溝が形成されており、これら駒部材を前記ナット部材に嵌合させると、各駒部材の偏向溝と前記直線溝とが連結されてボールの無負荷通路が完成する。 Patent Document 1 discloses a ball screw device that can be said to be a compromise of these deflector type or end cap type ball screw devices. In this ball screw device, a pair of piece members are embedded in the nut member corresponding to the start and end of the spiral load passage, and the nut member is connected between the pair of piece members. A straight groove is provided. The straight groove is provided along the axial direction of the nut member with respect to the inner peripheral surface of the nut member. Further, the deflection groove described above is formed in each of the pair of piece members, and when these piece members are fitted into the nut member, the deflection groove of each piece member and the straight groove are connected to form a ball. No-load passage is completed.

この特許文献1のボールねじ装置は、前記直線溝の長さを変更することで、前記転走溝のリードの長さに対して柔軟に対応可能であり、また、前記駒部材を前記ナット部材に埋め込むのみで無限循環路が完成することから、ナット部材の小型化及び軽量化を達成し易いといった長所がある。 The ball screw device of Patent Document 1 can flexibly correspond to the length of the lead of the rolling groove by changing the length of the straight groove, and the piece member can be used as the nut member. Since the infinite circulation path is completed only by embedding it in, there is an advantage that it is easy to achieve miniaturization and weight reduction of the nut member.

特開2017−2956JP-A-2017-2956

しかし、特許文献1のボールねじ装置では、前記ナット部材の内周面に対して前記直線溝を形成する必要がある他、前記一対の駒部材を埋め込むための装着孔を前記ナット部材に形成する必要があり、当該ナット部材の加工に手間がかかるといった課題がある。 However, in the ball screw device of Patent Document 1, it is necessary to form the straight groove on the inner peripheral surface of the nut member, and a mounting hole for embedding the pair of piece members is formed in the nut member. It is necessary, and there is a problem that it takes time and effort to process the nut member.

また、前記一対の駒部材はそれぞれがボールの偏向溝を有していることから、各駒部材の小型化には限界があり、当該駒部材の装着孔を有する前記ナット部材の強度が低下し易いといった懸念がある。 Further, since each of the pair of piece members has a ball deflection groove, there is a limit to the miniaturization of each piece member, and the strength of the nut member having a mounting hole for the piece member is reduced. There is a concern that it is easy.

更に、前記駒部材に設けられた偏向溝はボールの進行方向を制限し、それによってボール自らが前記ねじ軸の転動溝を当該ねじ軸の外周面へ這い上がるように構成したものなので、無限循環路内におけるボールの循環に作用する抵抗も大きくなりがちであり、当該無限循環路内におけるボールの高速循環、すなわち前記ねじ軸に対する前記ナット部材の高速移動には不向きであった。 Further, the deflection groove provided in the piece member limits the traveling direction of the ball, whereby the ball itself is configured to crawl up the rolling groove of the screw shaft to the outer peripheral surface of the screw shaft, and thus is infinite. The resistance acting on the circulation of the ball in the circulation path also tends to be large, and it is not suitable for high-speed circulation of the ball in the infinite circulation path, that is, high-speed movement of the nut member with respect to the screw shaft.

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ボールの無限循環路をナット部材に対して容易に構築することが可能であると共に、当該ナット部材の小型化・軽量化を図ることができ、しかも螺旋状の転動溝のリードが大きい場合であっても無負荷通路を容易に構築することができ、各種産業装置の直線駆動部の高速化に資することが可能なボールねじ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is that an infinite circulation path of a ball can be easily constructed with respect to a nut member, and the nut member is downsized. -It is possible to reduce the weight, and even when the lead of the spiral rolling groove is large, it is possible to easily construct a no-load passage, which contributes to speeding up the linear drive unit of various industrial equipment. Is to provide a ball screw device capable of.

すなわち、本発明のボールねじ装置は、多数のボールと、外周面に前記ボールの転動溝が螺旋状に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸が挿通される貫通孔を有すると共に、当該貫通孔の内周面には前記転動溝に対向する負荷転動溝が螺旋状に形成され、前記多数のボールを介して前記ねじ軸に螺合するナット部材と、を備えており、更に、前記ナット部材は前記ねじ軸の周囲を一巡するボールの無限循環路を一乃至複数有し、前記無限循環路は、前記転動溝と前記負荷転動溝が互いに対向して形成される負荷通路と、前記負荷通路の両端部を連結する無負荷通路と、を備えている。そして、前記無負荷通路は、前記ナット部材の軸方向に沿って形成された直線通路部、及びこの直線連絡部の両端に形成されると共に、前記ナット部材の周方向に沿って互いに反対方向へ延びる一対の移行通路部を有し、前記ナット部材の外周面と内周面を貫通して形成されたボール回送路と、前記ボール回送路を当該ナット部材の外側から閉塞するカバープレートと、を備えている。 That is, the ball screw device of the present invention has a large number of balls, a screw shaft in which a rolling groove of the ball is spirally formed on the outer peripheral surface, and a through hole through which the screw shaft is inserted. A load rolling groove facing the rolling groove is spirally formed on the inner peripheral surface of the hole, and is provided with a nut member screwed to the screw shaft via the large number of balls, and further. The nut member has one or a plurality of infinite circulation paths of balls that go around the screw shaft, and the infinite circulation path is a load passage formed by the rolling groove and the load rolling groove facing each other. And a non-load passage connecting both ends of the load passage. Then, the no-load passages are formed at both ends of the linear passage portion formed along the axial direction of the nut member and the linear connecting portion, and in opposite directions along the circumferential direction of the nut member. A ball forwarding path having a pair of extending transition passages and penetrating the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the nut member, and a cover plate that closes the ball forwarding path from the outside of the nut member. I have.

本発明によれば、前記ナット部材は前記ねじ軸の周囲を一巡するボールの無限循環路を有しているが、当該無限循環路の一部をなす無負荷通路は、前記ナット部材の外周面と内周面を貫通するボール回送路を当該ナット部材の外側からカバープレートで閉塞したのみで構築されているので、無限循環路をナット部材に対して容易に構築することが可能であり、また、当該ナット部材の小型化・軽量化を図ることが可能となる。更に、前記ボール回送路は、前記ナット部材の軸方向に沿って形成された直線通路部、及びこの直線連絡部の両端に形成されると共に、前記ナット部材の周方向に沿って互いに反対方向へ延びる一対の移行通路部を有しているので、当該ねじ軸に形成された螺旋状の転動溝のリードが大きい場合であっても、前記直線通路部の長さをリードに応じて変更すれば、無負荷通路を容易に構築することができる。これにより、各種産業装置の直線駆動部の高速化に資することが可能なボールねじ装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, the nut member has an infinite circulation path of a ball that goes around the screw shaft, but the no-load passage forming a part of the infinite circulation path is an outer peripheral surface of the nut member. Since the ball forwarding path penetrating the inner peripheral surface is constructed only by closing the ball forwarding path from the outside of the nut member with a cover plate, it is possible to easily construct an infinite circulation path with respect to the nut member. , It is possible to reduce the size and weight of the nut member. Further, the ball forwarding path is formed at both ends of the linear passage portion formed along the axial direction of the nut member and the linear connecting portion, and in opposite directions along the circumferential direction of the nut member. Since it has a pair of extending transition passage portions, even if the lead of the spiral rolling groove formed on the screw shaft is large, the length of the straight passage portion can be changed according to the lead. For example, a no-load passage can be easily constructed. This makes it possible to provide a ball screw device that can contribute to increasing the speed of the linear drive unit of various industrial devices.

本発明を適用したボールねじ装置の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the ball screw apparatus to which this invention is applied. 図1に示すボールねじ装置のナット部材を示す平面図である。It is a top view which shows the nut member of the ball screw device shown in FIG. ナット部材の無限循環路に配列されたボールの軌道を示す図である。It is a figure which shows the trajectory of the ball arranged in the infinite circulation path of a nut member. ナット部材に設けたボール回送路を示す拡大斜視図である。It is an enlarged perspective view which shows the ball forwarding path provided in the nut member. ナット部材に装着されるカバープレートを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the cover plate attached to the nut member. カバープレートの要部を示す拡大斜視図である。It is an enlarged perspective view which shows the main part of a cover plate. ボール回送路に配列されたボールをナット部材の貫通孔から観察した様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which observed the ball arranged in the ball forwarding path from the through hole of a nut member.

以下、添付図面を用いて本発明のボールねじ装置を詳細に説明する。 Hereinafter, the ball screw device of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明を適用したボールねじ装置の一例を示すものである。このボールねじ装置1は、外周面にボールの転動溝20が螺旋状に形成されたねじ軸2と、多数のボール5を介して前記ねじ軸20の周囲に螺合する円筒状のナット部材3とから構成されている。また、前記ナット部材3は前記ボールの無限循環路を備えている。前記ボール5は前記ねじ軸2とナット部材3との間に介在しており、例えば前記ねじ軸2を前記ナット部材3に対して回転させることにより、当該ナット部材3が前記ねじ軸2の軸方向へ移動し、又は前記ナット部材3を前記ねじ軸2に対して回転させることにより、当該ねじ軸2が前記ナット部材3の軸方向へ移動する。 FIG. 1 shows an example of a ball screw device to which the present invention is applied. The ball screw device 1 has a screw shaft 2 in which a ball rolling groove 20 is spirally formed on the outer peripheral surface, and a cylindrical nut member screwed around the screw shaft 20 via a large number of balls 5. It is composed of 3. Further, the nut member 3 is provided with an infinite circulation path for the ball. The ball 5 is interposed between the screw shaft 2 and the nut member 3. For example, by rotating the screw shaft 2 with respect to the nut member 3, the nut member 3 becomes the shaft of the screw shaft 2. By moving in the direction or rotating the nut member 3 with respect to the screw shaft 2, the screw shaft 2 moves in the axial direction of the nut member 3.

前記ねじ軸2の外周面には所定のリードで前記転動溝20が一条形成されており、当該ねじ軸2の軸方向に沿って一定のピッチで前記転動溝20が存在している。また、互いに隣接する転動溝20の間はねじ山部21であり、当該ねじ山部21が前記ねじ軸2の外径を示している。本実施形態において、前記転動溝20のリードは前記ねじ軸2の外径よりも大きく設定されている。 A single rolling groove 20 is formed on the outer peripheral surface of the screw shaft 2 with a predetermined lead, and the rolling groove 20 exists at a constant pitch along the axial direction of the screw shaft 2. Further, there is a thread portion 21 between the rolling grooves 20 adjacent to each other, and the thread portion 21 indicates the outer diameter of the screw shaft 2. In the present embodiment, the lead of the rolling groove 20 is set to be larger than the outer diameter of the screw shaft 2.

前記ナット部材3は前記ねじ軸2が挿通される貫通孔を有して円筒状に形成されており、軸方向の一端には当該ナット部材3を他の機械装置に結合するための鍔部30が設けられている。前記鍔部30には固定ボルトを挿通させるための取付け孔31が複数設けられている。前記ナット部材3の内周面には前記ねじ軸2の転動溝20と同一のリードを有する螺旋状の負荷転動溝が形成されている。前記ボール5は前記ねじ軸の転動溝と前記ナット部材の負荷転動溝との間を転動し、これら前記ねじ軸2と前記ナット部材3との間で荷重を負荷する。 The nut member 3 has a through hole through which the screw shaft 2 is inserted and is formed in a cylindrical shape, and a flange portion 30 for connecting the nut member 3 to another mechanical device is formed at one end in the axial direction. Is provided. The flange portion 30 is provided with a plurality of mounting holes 31 for inserting fixing bolts. A spiral load rolling groove having the same lead as the rolling groove 20 of the screw shaft 2 is formed on the inner peripheral surface of the nut member 3. The ball 5 rolls between the rolling groove of the screw shaft and the load rolling groove of the nut member, and loads a load between the screw shaft 2 and the nut member 3.

前記ナット部材3は前記ねじ軸2の周囲を一巡するボールの無限循環路を三回路有しており、当該ナット部材3の本体部32の三か所には各無限循環路を構築するためのカバープレート4が装着されている。前記無限循環路の回路数は当該ボールねじ装置1に必要とされる荷重負荷能力に応じて適宜選択して差し支えない。尚、前記無限循環路にボール5が配列されていることを明確にするため、図1では前記ナット部材3に設けられた三回路の無限循環路のうち、二番目に位置する無限循環路について前記カバープレート4を取り外した状態を示している。 The nut member 3 has three circuits of infinite circulation paths for balls that go around the screw shaft 2, and for constructing each infinite circulation path at three locations of the main body portion 32 of the nut member 3. The cover plate 4 is attached. The number of circuits in the infinite circulation path may be appropriately selected according to the load-bearing capacity required for the ball screw device 1. In order to clarify that the balls 5 are arranged in the infinite circulation path, FIG. 1 shows the infinite circulation path located at the second position among the infinite circulation paths of the three circuits provided on the nut member 3. The state in which the cover plate 4 is removed is shown.

前記ナット部材3には前記無限循環路の一部をなすボール回送路6が形成されており、前記カバープレート4を前記ナット部材3から取り外すことによって当該ボール回送路6を前記ナット部材3の外側から視認することができる。本実施形態では前記ナット部材3がボール5の無限循環路を三回路有していることから、前記ボール回送路6は前記ナット部材3の三か所に形成されている。 A ball forwarding path 6 forming a part of the infinite circulation path is formed in the nut member 3, and by removing the cover plate 4 from the nut member 3, the ball forwarding path 6 is outside the nut member 3. It can be visually recognized from. In the present embodiment, since the nut member 3 has three circuits of infinite circulation paths for the balls 5, the ball forwarding paths 6 are formed at three locations of the nut member 3.

図2は前記ナット部材3に対する前記ボール回送路6の配置を示す平面図である。同図中の二点鎖線は前記ナット部材3の貫通孔33の内周面に形成された螺旋状の負荷転動溝を示している。各ボール回送路6は前記無限循環路の一部をなし、前記ボール5が無負荷状態で転動する無負荷通路として機能する。前述の通り、前記ボール回送路6は前記カバープレート4によって前記ナット部材3の外側から閉塞され、それによって前記無負荷通路が完成する。 FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of the ball forwarding path 6 with respect to the nut member 3. The alternate long and short dash line in the figure shows a spiral load rolling groove formed on the inner peripheral surface of the through hole 33 of the nut member 3. Each ball forwarding path 6 forms a part of the infinite circulation path, and functions as a no-load passage in which the ball 5 rolls in a no-load state. As described above, the ball forwarding path 6 is closed from the outside of the nut member 3 by the cover plate 4, thereby completing the no-load passage.

各ボール回送路6は前記負荷転動溝の一巻き毎に設けられており、一条の前記負荷転動溝に対して直列的に設けられている。また、前記ナット部材3の小型化を図るため、前記三つのボール回送路は当該ナット部材の軸方向に沿って一列には配列されておらず、当該ナット部材3の周方向に位置をずらしながら配列されて、互いに隣接する無限循環路の間隔を最小化している。 Each ball forwarding path 6 is provided for each turn of the load rolling groove, and is provided in series with the load rolling groove of one line. Further, in order to reduce the size of the nut member 3, the three ball forwarding paths are not arranged in a row along the axial direction of the nut member, and the positions of the three ball forwarding paths are shifted in the circumferential direction of the nut member 3. Arranged to minimize the spacing between adjacent infinite circulation paths.

図3は前記無限循環路に配列されたボール5を示すものである。黒く塗りつぶされたボール5aは荷重から解放されて無負荷状態にあるボール、すなわち無負荷通路に存在しているボールである。この無負荷通路は前記ボール回送路6に対応している。また、それ以外の白く塗りつぶされたボール5bは前記ねじ軸2の転動溝20と前記ナット部材3の負荷転動溝との間で荷重を負荷しながら転動しているボール、すなわち負荷通路に存在しているボールである。この負荷通路は前記ねじ軸2の周囲一巡よりも僅かに短い。前記負荷通路の両端は前記無負荷通路によって互いに接続され、ボール5の無限循環路が構築されている。従って、ボール5は前記無限循環路を循環しながら荷重の負荷及び無負荷を繰り返すことになる。 FIG. 3 shows the balls 5 arranged in the infinite circulation path. The black-painted ball 5a is a ball that is released from the load and is in a no-load state, that is, a ball that exists in the no-load passage. This no-load passage corresponds to the ball forwarding path 6. The other white-painted balls 5b are balls that are rolling while applying a load between the rolling groove 20 of the screw shaft 2 and the load rolling groove of the nut member 3, that is, a load passage. It is a ball that exists in. This load passage is slightly shorter than the circumference of the screw shaft 2. Both ends of the load passage are connected to each other by the no-load passage, and an infinite circulation path of the ball 5 is constructed. Therefore, the ball 5 repeats loading and non-loading while circulating in the infinite circulation path.

図4は前記ボール回送路6の詳細を示す拡大図である。各ボール回送路6は、前記ナット部材3の軸方向に沿って形成された直線通路部60と、この直線連絡部60の両端に形成された一対の移行通路部61とから構成されている。各移行通路部61は前記直線通路部60の両端において前記ナット部材3の周方向に沿って互いに反対方向へ延びている。前記直線通路部60及び一対の移行通路部61は前記ナット部材3の外周面と内周面との間を貫通して形成されている。尚、図3中の符号34は前記ナット部材3の内周面に形成された前記負荷転動溝であり、前記ボール回送路6を通して当該ナット部材3の外側から視認することができる。 FIG. 4 is an enlarged view showing the details of the ball forwarding path 6. Each ball forwarding path 6 is composed of a straight passage portion 60 formed along the axial direction of the nut member 3 and a pair of transition passage portions 61 formed at both ends of the linear connecting portion 60. Each transition passage portion 61 extends in opposite directions along the circumferential direction of the nut member 3 at both ends of the straight passage portion 60. The straight passage portion 60 and the pair of transition passage portions 61 are formed so as to penetrate between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the nut member 3. Reference numeral 34 in FIG. 3 is the load rolling groove formed on the inner peripheral surface of the nut member 3, and can be visually recognized from the outside of the nut member 3 through the ball forwarding path 6.

前記直線通路部60はボール5の直径よりも僅かに大きな幅で形成されており、ボール5はこの直線通路部60を無負荷状態で転動する。前記ねじ軸と前記ナット部材を組み合わせた際に、前記直線通路部60は前記ねじ軸のねじ山部21に重なって当該ねじ山部21を横切っており、当該直線通路部60を転動するボール5は前記ねじ山部21に接した状態となる。従って、この直線通路部60の長さは前記ねじ軸2の転動溝20のリードに対応している。 The straight passage portion 60 is formed with a width slightly larger than the diameter of the ball 5, and the ball 5 rolls on the straight passage portion 60 in a no-load state. When the screw shaft and the nut member are combined, the straight passage portion 60 overlaps the thread portion 21 of the screw shaft and crosses the thread portion 21, and the ball rolls on the straight passage portion 60. Reference numeral 5 is in contact with the thread portion 21. Therefore, the length of the straight passage portion 60 corresponds to the lead of the rolling groove 20 of the screw shaft 2.

一方、各移行通路部61は前記ねじ軸2の転動溝20と重なっており、前記ナット部材3の負荷転動溝34の一部を切り欠いて設けられた導入部61aと、この導入部61aを前記直線通路部60に接続する曲線状の転換部61bと、から構成されている。前記ナット部材3と前記ねじ軸2との間で荷重を負荷しながら負荷通路を転動したボール5は前記ボール回送路6の形成位置に達すると、先ずは前記導入部61aにおいて荷重から解放されて当該導入部61aを前記負荷転動溝34の接線方向へ移動し、前記ねじ軸2の転動溝20から離脱する。その後、ボール5は前記転換部61bにおいてその進行方向を前記ナット軸3の軸方向へと変化させ、当該ボール5は前記移行通路部61から前記直線通路部60へと進入する。ボール5がボール回送路6から前記負荷通路へ進入する際はこの逆である。 On the other hand, each transition passage portion 61 overlaps with the rolling groove 20 of the screw shaft 2, and the introduction portion 61a provided by cutting out a part of the load rolling groove 34 of the nut member 3 and this introduction portion. It is composed of a curved conversion portion 61b that connects the 61a to the straight passage portion 60. When the ball 5 that has rolled in the load passage while applying a load between the nut member 3 and the screw shaft 2 reaches the formation position of the ball forwarding path 6, the introduction portion 61a is first released from the load. The introduction portion 61a is moved in the tangential direction of the load rolling groove 34, and is separated from the rolling groove 20 of the screw shaft 2. After that, the ball 5 changes its traveling direction at the conversion portion 61b in the axial direction of the nut shaft 3, and the ball 5 enters the straight passage portion 60 from the transition passage portion 61. The opposite is true when the ball 5 enters the load passage from the ball forwarding path 6.

また、前記ナット部材3の外周面において前記ボール回送路6の周囲には前記カバープレート4を収容する座面62が形成されており、前記カバープレート4を前記ナット部材3に装着した際に当該カバープレート4が前記ナット部材3の外周面から突出することなく固定されるようになっている。前記座面62には前記カバープレートをねじ止めするための雌ねじ穴63が設けられている。尚、前記カバープレート4はねじ止めに限らず、接着などの他の手法によって前記ナット部材3に固定してもよい。 Further, on the outer peripheral surface of the nut member 3, a seat surface 62 for accommodating the cover plate 4 is formed around the ball forwarding path 6, and when the cover plate 4 is attached to the nut member 3, the seat surface 62 is formed. The cover plate 4 is fixed without protruding from the outer peripheral surface of the nut member 3. The seat surface 62 is provided with a female screw hole 63 for screwing the cover plate. The cover plate 4 is not limited to screwing, and may be fixed to the nut member 3 by another method such as adhesion.

前記ボール回送路6及びその周囲の座面62は、例えば前記ナット部材3の外側からエンドミルによって切削加工することができる。 The ball forwarding path 6 and the seating surface 62 around the ball forwarding path 6 can be machined from the outside of the nut member 3 by an end mill, for example.

図5は前記カバープレート4の斜視図であり、前記ナット部材3の座面62に当接する側の面を示している。前記カバープレート4には前記ボール回送路6に重なる案内溝40が形成されており、当該カバープレート4を前記ナット部材3の所定位置にねじ止めすると、前記案内溝40が前記ナット部材3のボール回送路6を覆い、これによって前記ナット部材3にボール5の無負荷通路が完成する。前記案内溝40は、前記ボール回送路6の直線通路部60に対応した直線溝40aと、前記ボール回送路6の一対の移行通路部61に対応した一対の曲線溝40bと、から構成されている。前記案内溝40の長手方向に直交する断面はボール5の球面の一部を包む曲面状に形成されているが、その深さはボール5の半径よりも小さく設定されている。従って、前記無負荷通路内におけるボール5の転動方向の案内は前記ボール回送路6によって行われており、前記カバープレート4は前記ボール回送路6の蓋としてのみ機能している。尚、前記案内溝40の長手方向に直交する断面の形状は前述の曲面状に限られず、前記ナット部材3のボール回送路6に重なってこれを閉塞するものであれば、平面上であっても差し支えない。 FIG. 5 is a perspective view of the cover plate 4 and shows a surface of the nut member 3 on the side that abuts on the seat surface 62. A guide groove 40 that overlaps the ball forwarding path 6 is formed in the cover plate 4, and when the cover plate 4 is screwed into a predetermined position of the nut member 3, the guide groove 40 becomes a ball of the nut member 3. It covers the forwarding path 6 and thus completes the no-load passage of the ball 5 in the nut member 3. The guide groove 40 is composed of a straight groove 40a corresponding to the straight passage portion 60 of the ball forwarding path 6 and a pair of curved grooves 40b corresponding to the pair of transition passage portions 61 of the ball forwarding path 6. There is. The cross section orthogonal to the longitudinal direction of the guide groove 40 is formed in a curved surface shape that encloses a part of the spherical surface of the ball 5, but the depth thereof is set to be smaller than the radius of the ball 5. Therefore, the rolling direction of the ball 5 in the no-load passage is guided by the ball forwarding path 6, and the cover plate 4 functions only as a lid of the ball forwarding path 6. The shape of the cross section orthogonal to the longitudinal direction of the guide groove 40 is not limited to the curved surface shape described above, and is a flat surface as long as it overlaps with the ball forwarding path 6 of the nut member 3 and closes the cross section. There is no problem.

図6は前記カバープレート4の詳細を示す要部拡大図である。前記カバープレート4の長手方向の両端には、前記ボール回送路6の移行通路部61に嵌合する補助突起41が設けられている。前記曲線溝40bは前記補助突起41の上に形成されている。前記補助突起41は前記ボール回送路6の移行通路部61に嵌合した際に、当該移行通路部61と協働して前記無負荷通路部の入口を形成する。すなわち、前記補助突起41は前記移行通路部61の一部を埋めて、前記負荷通路に対して接線方向に接続する無負荷通路を形成する。 FIG. 6 is an enlarged view of a main part showing the details of the cover plate 4. Auxiliary protrusions 41 that fit into the transition passage portion 61 of the ball forwarding path 6 are provided at both ends of the cover plate 4 in the longitudinal direction. The curved groove 40b is formed on the auxiliary protrusion 41. When the auxiliary protrusion 41 is fitted into the transition passage portion 61 of the ball forwarding path 6, the auxiliary protrusion 41 cooperates with the transition passage portion 61 to form the entrance of the no-load passage portion. That is, the auxiliary protrusion 41 fills a part of the transition passage portion 61 to form a no-load passage connected to the load passage in the tangential direction.

図7は前記ボール回送路6に配列されたボール5を前記ナット部材3の貫通孔33から観察した様子を示すものである。同図に示すように、前記カバープレート4の補助突起41の一部は前記ボール回送路6を貫通して前記ナット部材3の内周面に現れている。前記ボール回送路6に配列された総てのボール5は当該ナット部材3の内周面に露出しており、前記ボール回送路6を転動するボール5は常に前記ねじ軸2に接触している。また、ボール5は前記ナット部材3の負荷転動溝34を転動して前記ボール回送路6の形成位置に到達すると、当該ボール回送路6の内部に徐々に沈み込み、無負荷状態となって当該ボール回送路6を転動する。 FIG. 7 shows a state in which the balls 5 arranged in the ball forwarding path 6 are observed from the through hole 33 of the nut member 3. As shown in the figure, a part of the auxiliary protrusion 41 of the cover plate 4 penetrates the ball forwarding path 6 and appears on the inner peripheral surface of the nut member 3. All the balls 5 arranged in the ball forwarding path 6 are exposed on the inner peripheral surface of the nut member 3, and the balls 5 rolling on the ball forwarding path 6 are always in contact with the screw shaft 2. There is. Further, when the ball 5 rolls in the load rolling groove 34 of the nut member 3 and reaches the formation position of the ball forwarding path 6, it gradually sinks into the inside of the ball forwarding path 6 and becomes a no-load state. The ball forwarding path 6 is rolled.

前記カバープレート4は、例えば合成樹脂の射出成型によって前記案内溝40及び前記補助突起41を含めて形成することができる。 The cover plate 4 can be formed including the guide groove 40 and the auxiliary protrusion 41 by, for example, injection molding of a synthetic resin.

以上のように構成されたボールねじ装置1では、前記ナット部材3に対して前記ねじ軸2の周囲を一巡するボール5の無限循環路を一乃至複数含めることが可能である。そして、各無限循環路の無負荷通路は前記ナット部材3に形成されたボール回送路6と当該ボール回送路6を前記ナット部材3の外側から閉塞するカバープレート4で構築されている。前記ボール回送路6は前記ナット部材3を外周面から内周面に貫通しており、例えばエンドミルを用いた切削加工によって容易に形成することが可能である。また、前記カバープレート4は合成樹脂の射出成型で形成することが可能である。従って、このボールねじ装置1は容易に且つ安価に製作することができる。 In the ball screw device 1 configured as described above, it is possible to include one or a plurality of infinite circulation paths of the ball 5 that go around the screw shaft 2 with respect to the nut member 3. The no-load passage of each infinite circulation path is constructed by a ball forwarding path 6 formed in the nut member 3 and a cover plate 4 that closes the ball forwarding path 6 from the outside of the nut member 3. The ball forwarding path 6 penetrates the nut member 3 from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface, and can be easily formed by, for example, cutting using an end mill. Further, the cover plate 4 can be formed by injection molding of a synthetic resin. Therefore, the ball screw device 1 can be easily and inexpensively manufactured.

また、前記ボール回送路6はその全長にわたって前記ナット部材3の内周面に開放されており、換言すれば、前記ボール回送路6を無負荷状態で転動するボール5は常に前記ねじ軸2に面しているので、前記ナット部材3に無負荷通路を形成するにあたり、当該ナット部材3の外径を小さく抑えることができ、小型且つ軽量のボールねじ装置1を実現することが可能となる。 Further, the ball forwarding path 6 is open to the inner peripheral surface of the nut member 3 over its entire length. In other words, the ball 5 that rolls on the ball forwarding path 6 in a no-load state is always the screw shaft 2. Therefore, when forming a no-load passage in the nut member 3, the outer diameter of the nut member 3 can be suppressed to a small size, and a compact and lightweight ball screw device 1 can be realized. ..

更に、前記ねじ軸2と前記ナット部材3を組み合わせた状態で、前記ボール回送路6は当該ねじ軸2のねじ山部21を横切って設けられているので、前記ねじ軸2に形成された転動溝20のリードに応じて前記ボール回送路6の長さを変更すれば、様々なリードのねじ軸2に対して柔軟に対応することができる。例えばリードが前記ねじ軸2の軸径よりも大きな場合でも、小型且つ軽量のボールねじ装置1を実現することができ、本発明のボールねじ装置1を用いることで、各種産業装置の直線駆動部の高速化、小型化を図ることが可能となる。 Further, since the ball forwarding path 6 is provided across the thread portion 21 of the screw shaft 2 in a state where the screw shaft 2 and the nut member 3 are combined, the roll formed on the screw shaft 2 is formed. By changing the length of the ball forwarding path 6 according to the lead of the moving groove 20, it is possible to flexibly correspond to the screw shaft 2 of various leads. For example, even when the lead is larger than the shaft diameter of the screw shaft 2, a compact and lightweight ball screw device 1 can be realized. By using the ball screw device 1 of the present invention, a linear drive unit of various industrial devices can be realized. It is possible to increase the speed and size of the ball.

また更に、前記ボール回送路6の直線通路部60を前記ナット部材3の軸方向に沿って形成することにより、前記ねじ軸2の周囲を一巡するボール5の無限循環路において、ボール5が荷重を負荷しながら転動する負荷通路の長さを最大化することができ、ナット部材3の小型化を図りつつも、十分な荷重負荷能力を当該ボールねじ装置1に与えることが可能となる。 Furthermore, by forming the straight passage portion 60 of the ball forwarding path 6 along the axial direction of the nut member 3, the ball 5 is loaded in the infinite circulation path of the ball 5 that goes around the screw shaft 2. It is possible to maximize the length of the load passage that rolls while loading the nut member 3, and it is possible to provide the ball screw device 1 with a sufficient load load capacity while reducing the size of the nut member 3.

また、前記無限循環路の無負荷通路と負荷通路の接続部分、すなわち前記無負荷通路の入口部分は前記負荷通路に対して前記ねじ軸2の接線方向に接続しているので、前記負荷通路と前記無負荷通路の間のボール5の受け渡しを円滑に行うことができ、前記無限循環路内におけるボール5の循環に作用する抵抗を減らし、前記ナット部材3に対する前記ねじ軸2の回転抵抗を低減することが可能となる。 Further, since the connecting portion between the no-load passage and the load passage of the infinite circulation passage, that is, the inlet portion of the no-load passage is connected to the load passage in the tangential direction of the screw shaft 2, it is connected to the load passage. The balls 5 can be smoothly transferred between the no-load passages, the resistance acting on the circulation of the balls 5 in the infinite circulation path is reduced, and the rotational resistance of the screw shaft 2 with respect to the nut member 3 is reduced. It becomes possible to do.

更に、前記カバープレート4には前記ナット部材3に形成されたボール回送路6に重なる案内溝40が設けられているが、当該案内溝40の深さは前記ボール5の半径よりも小さく設定されているので、前記カバープレート4の形状は簡易なものとなり、この点においても前記カバープレート4を容易に且つ安価に形成することが可能である。 Further, the cover plate 4 is provided with a guide groove 40 that overlaps the ball forwarding path 6 formed in the nut member 3, but the depth of the guide groove 40 is set to be smaller than the radius of the ball 5. Therefore, the shape of the cover plate 4 becomes simple, and in this respect as well, the cover plate 4 can be easily and inexpensively formed.

また更に、前記ナット部材3に複数回路の無限循環路を含める場合であっても、本発明によれば、各無限循環路に対応した複数のボール回送路6を前記ナット部材3の周方向に位置をずらして配列することができ、互いに隣接する無限循環路の間隔を最小化することが可能となる。この点においても、小型で且つ荷重負荷能力が高いボールねじ装置1の提供を実現することができる。 Furthermore, even when the nut member 3 includes an infinite circulation path of a plurality of circuits, according to the present invention, a plurality of ball forwarding paths 6 corresponding to each infinite circulation path are provided in the circumferential direction of the nut member 3. The positions can be staggered, and the distance between adjacent infinite circulation paths can be minimized. Also in this respect, it is possible to provide the ball screw device 1 which is small in size and has a high load-bearing capacity.

1…ボールねじ装置、2…ねじ軸、3…ナット部材、4…カバープレート、5…ボール、6…ボール回送路、20…転動溝、21…ねじ山部、34…負荷転動溝、40…案内溝、41…補助突起、60…直線通路部、61…移行通路部
1 ... ball screw device, 2 ... screw shaft, 3 ... nut member, 4 ... cover plate, 5 ... ball, 6 ... ball forwarding path, 20 ... rolling groove, 21 ... threaded portion, 34 ... load rolling groove, 40 ... Guide groove, 41 ... Auxiliary protrusion, 60 ... Straight passage part, 61 ... Transition passage part

Claims (4)

多数のボールと、
外周面に前記ボールの転動溝が螺旋状に形成されたねじ軸と、
前記ねじ軸が挿通される貫通孔を有すると共に、当該貫通孔の内周面には前記転動溝に対向する負荷転動溝が螺旋状に形成され、前記多数のボールを介して前記ねじ軸に螺合するナット部材と、を備え、
前記ナット部材は前記ねじ軸の周囲を一巡するボールの無限循環路を一乃至複数有し、
前記無限循環路は、前記転動溝と前記負荷転動溝が互いに対向して形成される負荷通路と、前記負荷通路の両端部を連結する無負荷通路とを備え、
前記無負荷通路は、
前記ナット部材の軸方向に沿って形成された直線通路部、及びこの直線連絡部の両端に形成されると共に、前記ナット部材の周方向に沿って互いに反対方向へ延びる一対の移行通路部を有し、前記ナット部材の外周面と内周面を貫通して形成されたボール回送路と、
前記ボール回送路を当該ナット部材の外側から閉塞するカバープレートと、
を備えていることを特徴とするボールねじ装置。
With many balls
A screw shaft in which the rolling groove of the ball is spirally formed on the outer peripheral surface,
The screw shaft has a through hole through which the screw shaft is inserted, and a load rolling groove facing the rolling groove is spirally formed on the inner peripheral surface of the through hole, and the screw shaft is formed through a large number of balls. With a nut member that is screwed into
The nut member has one or more infinite circulation paths of balls that go around the screw shaft.
The infinite circulation path includes a load passage formed by the rolling groove and the load rolling groove facing each other, and a non-load passage connecting both ends of the load passage.
The no-load passage
It has a straight passage portion formed along the axial direction of the nut member, and a pair of transition passage portions formed at both ends of the linear connecting portion and extending in opposite directions along the circumferential direction of the nut member. Then, the ball forwarding path formed through the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the nut member, and
A cover plate that closes the ball forwarding path from the outside of the nut member, and
A ball screw device characterized by being equipped with.
前記ボール回送路の直線通路部は前記ねじ軸のねじ山部を横切る一方、前記一対の移行通路部は前記ねじ軸の転動溝に重なっていることを特徴とする請求項1記載のボールねじ装置。 The ball screw according to claim 1, wherein the straight passage portion of the ball forwarding path crosses the thread portion of the screw shaft, while the pair of transition passage portions overlaps the rolling groove of the screw shaft. Device. 前記カバープレートには前記ボール回送路の移行通路部に嵌合する補助突起が設けられ、前記補助突起は前記移行通路部と協働して無負荷通路の入口部を形成し、当該入口部は前記負荷通路に対して前記ねじ軸の接線方向に接続することを特徴とする請求項2記載のボールねじ装置。 The cover plate is provided with an auxiliary protrusion that fits into the transition passage portion of the ball forwarding path, and the auxiliary protrusion cooperates with the transition passage portion to form an inlet portion of the no-load passage. The ball screw device according to claim 2, wherein the ball screw device is connected to the load passage in a tangential direction of the screw shaft. 前記カバープレートは前記ボール回送路に重なる案内溝を有し、当該案内溝の長手方向に直交する断面はボールの球面の一部を包む曲面状に形成され、当該案内溝の深さは前記ボールの半径よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項2記載のボールねじ装置。

The cover plate has a guide groove that overlaps the ball forwarding path, and the cross section orthogonal to the longitudinal direction of the guide groove is formed in a curved surface shape that wraps a part of the spherical surface of the ball, and the depth of the guide groove is the ball. The ball screw device according to claim 2, wherein the ball screw device is set to be smaller than the radius of.

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