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WO2007114036A1 - ボールねじ装置 - Google Patents

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Info

Publication number
WO2007114036A1
WO2007114036A1 PCT/JP2007/055543 JP2007055543W WO2007114036A1 WO 2007114036 A1 WO2007114036 A1 WO 2007114036A1 JP 2007055543 W JP2007055543 W JP 2007055543W WO 2007114036 A1 WO2007114036 A1 WO 2007114036A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ball
groove
nut member
load
rolling
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/055543
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takeki Shirai
Yuji Tachikake
Soshi Miyahara
Masahiko Yoshino
Takashi Sakuyama
Lina Teng
Tsutomu Togashi
Original Assignee
Thk Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thk Co., Ltd. filed Critical Thk Co., Ltd.
Priority to CN2007800115696A priority Critical patent/CN101410652B/zh
Priority to JP2008508497A priority patent/JP5132547B2/ja
Priority to US12/294,810 priority patent/US8132477B2/en
Priority to DE112007000824.5T priority patent/DE112007000824B4/de
Publication of WO2007114036A1 publication Critical patent/WO2007114036A1/ja

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2204—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls
    • F16H25/2214—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls with elements for guiding the circulating balls
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/19642—Directly cooperating gears
    • Y10T74/19698—Spiral
    • Y10T74/19702—Screw and nut
    • Y10T74/19744—Rolling element engaging thread
    • Y10T74/19749—Recirculating rolling elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T74/19698—Spiral
    • Y10T74/19702—Screw and nut
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    • Y10T74/19749—Recirculating rolling elements
    • Y10T74/19767—Return path geometry
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T74/19744—Rolling element engaging thread
    • Y10T74/19749—Recirculating rolling elements
    • Y10T74/19767—Return path geometry
    • Y10T74/19772—Rolling element deflector

Definitions

  • the present invention is such that these members are rotatably screwed via a large number of balls arranged between a nut member and a screw shaft, and for example, in a car or the like, the rotation of the steering shaft is relayed.
  • the present invention relates to a ball screw device that converts the movement of the rod in the axial direction, and in particular, a ball screw device having a structure suitable for a so-called large lead type in which the amount of movement of the screw shaft in the axial direction during one rotation of the nut member is set large.
  • a ball screw device that converts the movement of the rod in the axial direction
  • a ball screw device having a structure suitable for a so-called large lead type in which the amount of movement of the screw shaft in the axial direction during one rotation of the nut member is set large.
  • a ball rolling groove with a predetermined lead is formed in a spiral shape on the outer peripheral surface of the screw shaft, while a through hole through which the screw shaft is inserted is formed in the nut member, and an inner peripheral surface of the through hole. Is formed with a load rolling groove facing the rolling groove of the screw shaft.
  • the nut member has a no-load ball passage that communicates and connects both ends of the load ball passage so that the ball that has rolled in the load ball passage circulates again to the load ball passage through the no-load ball passage. It has become. That is, the nut member is provided with an infinite circulation path for the ball, and the ball can circulate through the loaded ball path and the unloaded ball path, so that the nut member can continuously move with respect to the screw shaft. ing.
  • the following three methods are known as methods for providing the nut member with an infinite circulation path for balls.
  • the first method is a so-called return tube method in which a return tube formed in a substantially U shape is attached to a nut member that is powerful.
  • the return tube is nuts so as to straddle several minutes of the spiral load ball path.
  • the ball is circulated from one end to the other end of the loaded ball passage through the no-load ball passage provided in the return tube (Japanese Patent Laid-Open No. 20 05-003106, etc.) ).
  • the second method is a so-called deflector method in which a piece called a deflector is embedded in a nut member.
  • a ball return groove is formed in the deflector so as to face the screw shaft and straddle the peak portion of the screw shaft.
  • the ball return groove is a load ball passage for one turn around the screw shaft. The ends are connected to each other.
  • the third method is a so-called end cap method.
  • a ball return passage along the axial direction is formed through the nut member, and end caps equipped with ball direction change paths are attached to both ends of the nut member in the axial direction.
  • the ball that has finished rolling in the load ball path is guided to the ball return path of the nut member along the direction changing path.
  • the end of the load ball path is connected to the end of the no-load ball path by the direction change path provided in each end cap, thereby realizing an infinite circulation path of the ball (particularly Open 2005— 042796, etc.).
  • Patent Document 1 JP 2005-003106 A
  • Patent Document 2 JP 2006-038099
  • Patent Document 3 JP 2005-042796
  • the most suitable method for lengthening the lead of the screw shaft is the end cap method.
  • the deflector embedded in the nut member is provided so as to straddle the adjacent rolling groove in the deflector method, it cannot correspond to the screw shaft of the large lead, and in the return tube method, the return tube The total length needs to be set extremely long.
  • the return tube processing accuracy and assembly accuracy to the nut member it is also difficult to handle large lead screw shafts. This For this reason, most of the generally used large lead ball screw devices employ the end cap method.
  • the ball screw device As an example of the usage form of the ball screw device, there is an example in which a rotational force is input from a motor or the like to the nut member, and the screw shaft is moved in the axial direction in accordance with the rotation of the nut member. is there.
  • a ball screw device suitable for this form of use a rotary ball screw device in which an outer ring of a rotary bearing is mounted on the outer periphery of a nut member via a ball is known.
  • the end cap method is adopted because the return tube and the deflector become obstructive in the case of the deflector and the rolling groove cannot be formed on the outer peripheral surface of the nut member.
  • the present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is suitable for a large lead screw shaft, and is also optimal for reducing the size and weight of a nut member.
  • the object of the present invention is to provide a ball screw device having a new ball circulation structure that can be produced at low cost and can exhibit high reliability even under severe use conditions.
  • Another object of the present invention is to provide a ball screw device having a ball circulation structure that is optimal for a rotary ball screw device.
  • the ball screw device of the present invention has a large number of balls, a screw shaft in which rolling grooves of these balls are formed in a spiral shape with a predetermined lead, and a through hole through which the screw shaft is inserted.
  • the inner peripheral surface of the powerful through hole is constituted by a nut member having a load rolling groove facing the rolling groove of the screw shaft.
  • the load rolling groove of the nut member cooperates with the rolling groove of the screw shaft, and a spiral load ball passage for rolling the ball is formed between the nut member and the screw shaft.
  • the nut member includes a no-load ball passage that communicates and connects both ends of the load ball passage to form an infinite circulation path for the ball.
  • the no-load ball passage is a closed loop formed by connecting the no-load ball groove spirally formed on the inner peripheral surface of the through hole of the nut member, and the load rolling groove and the no-load ball groove. It is composed of a pair of direction change grooves that complete all infinite circulation paths. In other words, the unloaded ball groove and the loaded rolling groove are formed as multiple threads on the inner peripheral surface of the through hole of the nut member.
  • the unloaded ball groove has a crest of a spiral rolling groove formed on the screw shaft, that is, an axially adjacent rolling so as not to prevent the ball from rolling in the loaded ball path. Opposing to the land portion between the groove and the rolling groove, the ball rolling on the unloaded ball groove is held in the unloaded ball groove.
  • the no-load ball passage is configured by the cooperation of the spiral no-load ball groove formed in the nut member and the peak portion of the screw shaft, and the ball is in contact with the peak portion of the screw shaft. To roll the unloaded ball path.
  • the direction changing groove is formed at a position facing the screw shaft, and is a bolt that rolls on the rolling groove of the screw shaft.
  • the roller is separated from the rolling groove force, and its traveling direction is changed to guide it to the no-load ball groove. This completes an infinite circuit as a closed loop that circulates the ball.
  • This direction changing groove is formed gradually and deeply from the load rolling groove to the no-load ball groove in order to disengage the rolling groove force ball of the screw shaft and ride on the peak portion of the screw shaft.
  • the load rolling groove and the unloaded ball groove are continuously coupled without a step.
  • the direction changing groove is formed directly on the inner peripheral surface of the through hole of the nut member.
  • the direction changing groove is formed separately from the nut member, and the force member is used as a deflector. You may make it mount
  • the direction change groove is formed by cutting the inner peripheral surface of the through hole of the nut member using an end mill, or It is preferably formed directly by grinding!
  • the ball screw device of the present invention can be applied not only when only one rolling groove is formed on the screw shaft, but also when a plurality of rolling grooves are formed on the screw shaft. it can.
  • a single loaded rolling groove and a single unloaded ball groove are formed on the inner peripheral surface of the through hole of the nut member. Will do.
  • two loaded rolling grooves and two unloaded ball grooves are formed on the inner peripheral surface of the through hole of the nut member. Will do.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a ball screw device to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a perspective view in which a nut member of the ball screw device shown in FIG. 1 is cut away.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a nut member of the ball screw device shown in the embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a moving state of a ball between a loaded rolling groove and an unloaded ball groove.
  • FIG. 6 is a plan view showing a trajectory of a ball in an infinite circulation path including a direction changing groove.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing the infinite circulation path of the ball in the embodiment around the screw shaft.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically showing the ball infinite circulation path around the screw shaft when there is one load rolling groove.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example in which a deflector having a direction changing groove is attached to a nut member.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of an infinite circulation path of a ball around a screw shaft.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing another example of an infinite circulation path of balls around a screw shaft.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of an infinite circulation path of a ball when the screw shaft is a multi-thread screw.
  • FIG. 1 and 2 show an example of a ball screw device to which the present invention is applied.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance
  • FIG. 2 is a perspective view with a part of a nut member cut away. .
  • a screw shaft 2 and a nut member 3 are screwed together via a large number of balls 4.
  • a rolling groove 20 of the ball 4 is provided on the outer peripheral surface of the screw shaft 2.
  • the lead is formed in a spiral shape.
  • the lead is a distance that the rolling groove 20 advances in the axial direction of the screw shaft 2 in one rotation of the screw shaft 2.
  • the ball rolling groove 20 is formed such that two curved surfaces intersect each other at approximately 90 degrees, and the cross-sectional shape perpendicular to the traveling direction of the ball 4 is a gothic arch shape.
  • the ball 4 is in contact with the Gothic arch-shaped ball rolling groove 20 at two points, so that a contact angle of about 45 degrees is generated with respect to the load acting in the axial direction of the screw shaft 2. It has become.
  • the threaded shaft 2 is formed with two rolling grooves 20a and 20b, forming a multi-threaded screw. Further, a thread shaft peak portion 21 is formed between the rolling groove 20a and the rolling groove 20b adjacent to each other on the outer peripheral surface of the screw shaft 2.
  • the nut member 3 has a through hole 30 through which the screw shaft 2 is inserted, and is formed in a substantially cylindrical shape.
  • a flange portion for fixing the nut member 3 to a mechanical device is provided on the outer peripheral surface of the nut member 3. 31 is erected.
  • FIG. 3 is a sectional view of the nut member 3 along the axial direction. As shown in this figure, load rolling grooves 32a and 32b facing the rolling grooves 20a and 20b of the screw shaft 2 are formed in a spiral on the inner peripheral surface of the through hole 30 of the nut member 3. .
  • the cross-sectional shape of the load rolling grooves 32a and 32b perpendicular to the traveling direction of the ball 4 is the same as the cross-sectional shape of the rolling groove 20 of the screw shaft 2.
  • the load rolling grooves 32a, 32b and the rolling grooves 20a, 20b of the screw shaft 2 face each other, so that the ball 4 revolves around the screw shaft 2 while applying a load. Is formed between the nut member 3 and the screw shaft 2.
  • Two unloaded ball grooves 33a and 33b are formed in a spiral shape on the inner peripheral surface of the through hole 30 of the nut member 3. These unloaded ball grooves 33a and 33b are formed with a groove width deeper than the loaded rolling groove and slightly larger than the diameter of the ball with respect to the inner peripheral surface of the through hole. Therefore, the ball is in an unloaded state without applying a load in these unloaded ball grooves, and freely rolls as it is pushed by the subsequent ball.
  • the unloaded ball groove 33a makes a pair with the load rolling groove 32a
  • the unloaded ball groove 33b makes a pair with the loaded rolling groove 32b. That is, on the inner peripheral surface of the through hole 30 of the nut member 3, a load rolling groove 32a, a no-load ball groove 33a, a load rolling groove 32b, and a no-load ball groove 33b are formed as a multi-threaded screw in this order. Has been. Since the loaded rolling grooves 32a and 32b are opposed to the rolling grooves 20a and 20b of the screw shaft 2, the unloaded ball grooves 33a and 33b are screws between the rolling grooves 20a and 20b.
  • a no-load ball path is configured by cooperation between the no-load ball grooves 33a and 33b and the crest portion 21 of the screw shaft 2.
  • substantially U-shaped direction changing grooves 34 are formed in the inner peripheral surface of the through hole 30 of the nut member 3 in the vicinity of both ends in the axial direction.
  • the direction change groove 34 communicates and connects the end of the load rolling groove 32a and the end of the no-load ball groove 33a, while the end of the load rolling groove 32b and the end of the no-load ball groove 33b.
  • nuts with two load rolling grooves In the member 3 direction change grooves 34 are formed at four locations on the inner peripheral surface of the through hole 30. In the case where the load rolling groove provided in the nut member 3 is not two but one, the direction changing groove 34 is formed at two locations on the inner peripheral surface of the through hole 30. .
  • the direction changing groove 34 is formed continuously from the end of the load rolling grooves 32a, 32b to the end of the no-load ball grooves 33a, 33b without any step, and the end of the load rolling grooves 32a, 32b. It is formed so as to gradually become deeper as it approaches the ends of the no-load ball grooves 33a, 33b from the portion.
  • Fig. 5 shows how the ball 4 that has finished rolling in the load rolling groove 32a enters the direction changing groove 34 and is guided to the turning direction changing groove 34 to be separated from the rolling groove 20a of the screw shaft 2. It is shown. When the ball 4 that rolls in the load rolling groove 32a reaches the connection site between the load rolling groove 32a and the direction change groove 34, the depth of the force rolling groove 32a gradually increases.
  • the load is gradually released.
  • the released ball 4 is pushed by the succeeding ball 4 as it is, and continues to move in the rolling groove 20a of the screw shaft 2.
  • the direction change groove 34 causes the ball 4 to move to the side of the rolling groove 20a. Because of this, the powerful ball 4 is lifted up to the crest 21 of the screw shaft 2 so as to crawl up the rolling groove 20a and completely accommodated in the direction changing groove 3 4 of the nut member 3.
  • the direction change groove 34 has a substantially U-shaped track
  • the ball 4 accommodated in the direction change groove 34 reverses its rolling direction, and the unloaded ball of the nut member 3 It enters the unloaded ball path formed by the facing of the groove 33a and the crest portion 21 of the screw shaft 2.
  • the ball 4 is in a no-load state in this no-load ball passage and advances in the no-load ball passage as pushed by the subsequent ball 4.
  • the direction changing groove 34 is used to load-load the nut member 3.
  • the nut member 3 is provided with an infinite circulation path of the ball 4 as a closed loop.
  • the ball 4 circulates inside the infinite circuit so that the spiral motion can be continuously performed.
  • FIG. 6 is a plan view showing the direction changing groove 34 and the trajectory of the ball 4 before and after the direction changing groove 34.
  • Region A is the trajectory of the ball 4 in the load ball passage. In this region A, the ball 4 is loaded between the rolling grooves 20a, 20b of the screw shaft 2 and the load rolling grooves 32a, 32b of the nut member 3. Roll while loading.
  • Region E represents the trajectory of the ball 4 in the unloaded ball grooves 33a and 33b. In this region E, the ball 4 is located between the peak 21 of the screw shaft 2 and the unloaded ball grooves 33a and 33b. It is rolling with no load.
  • Region B, Region C, and Region D represent the trajectory of the ball 4 in the direction change groove 34.
  • the trajectories of the region B and the region D are set in a curved shape with a predetermined curvature, while the trajectory in the region C is the region B. And it is set to be a straight line that is smoothly continuous with the curved locus of area D!
  • the region B is a ball deflection region in which the ball 4 is released from the rolling grooves 20a, 20b of the screw shaft 2, and the region A force is also applied to the region B.
  • the ball 4 that has entered approaches the one side of the rolling grooves 20a and 20b of the screw shaft 2 in the region B, and climbs up the crest portion 21 of the screw shaft 2 so as to climb up the rolling grooves 20a and 20b.
  • the region D is a ball turning region that guides the ball 4 riding on the peak portion 21 of the screw shaft 2 to the no-load ball grooves 33a and 33b, and is formed in an arc shape with a constant turning radius.
  • the turning radius of the ball 4 in this ball turning region is set to about 1.0 to 2.0 times the ball diameter, and if the turning radius is smaller than this, the ball 4 is likely to be clogged inside the direction change groove 34. In addition, if the turning radius is larger than this, the distance between the load rolling grooves 32a and 32b and the no-load ball grooves 33a and 33b is too large, and the nut member 3 cannot be formed compactly.
  • the area C is a ball transfer area that connects the ball deflection area B and the ball turning area D, and is formed linearly as a tangent to the arc-shaped trajectory of both the ball deflection area B and the ball turning area D. Yes.
  • the ball 4 that has entered the ball deflection area B and the ball 4 that has entered the ball delivery area C, or the ball 4 that has entered the ball turning area D force ball delivery area C shows the stability of the rolling state. After that It will enter the area, and it will be possible to prevent the ball clogging in the turning groove 34!
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the infinite circulation path around the screw shaft 2.
  • the halftone dot region is the unloaded ball track 50 formed by the unloaded ball grooves 33a, 33b and the direction changing groove 34
  • the striped region is the loaded ball track formed by the loaded rolling grooves 32a, 32b.
  • a loaded ball raceway 51 and an unloaded ball raceway 50 are formed around the screw shaft 2 like a multi-thread screw.
  • FIG. 7 shows the case where the rolling grooves 20a and 20b of the screw shaft 2 are formed as a double thread. For example, when the rolling groove 20 of the screw shaft 2 is only one thread,
  • the infinite circulation path of the ball 4 formed around the axis 2 is as shown in FIG.
  • the direction change groove 34 has the inner peripheral surface of the through hole 30 of the nut member 3 together with the load rolling grooves 32a and 32b and the unloaded ball grooves 33a and 33b.
  • it is formed directly by cutting using an end mill.
  • the plurality of deflectors 6 in which the direction changing grooves 34 are formed are fitted to the inner peripheral surface of the through hole 30 of the nut member 3, so that the load rolling grooves 32 a, 32b, the direction change groove 34, and the unloaded ball grooves 33a, 33b may be configured to be connected in communication.
  • the no-load ball grooves 33a and 33b of the nut member 3 are formed at positions facing the crests 21 of the screw shaft 2.
  • the distance between the rolling grooves 20a and 20b adjacent to each other on the screw shaft 2, that is, the width of the peak portion 21 needs to be larger than the diameter of the ball 4. Therefore, the ball screw device 1 of the present invention is suitable for a so-called large lead type ball screw device having a large lead setting.
  • the ball screw device can be produced easily and at low cost without the necessity of attaching any other parts to the nut member 3 in order to provide the nut member 3 with the infinite circulation path of the ball 4. It becomes possible. Since the infinite circulation path of the ball 4 can be formed without fixing any other parts to the nut member 3, it is highly reliable even when used for a long time in a harsh usage environment. It becomes possible to demonstrate the nature.
  • the peripheral surface can be processed freely.
  • it can be easily modified to a so-called rotary ball screw device that uses rotational power input to a nut member.
  • the rolling groove of the ball is swung along the circumferential direction with respect to the outer peripheral surface of the nut member 3, and the outer ring of the rotary bearing is moved through a large number of balls rolling in the rolling groove.
  • the outer diameter of the nut member 3 can be kept small. Therefore, even when a rotary ball screw device is configured, the device can be downsized. .
  • a gear for inputting rotational power to the nut member 3 is processed at the end of the nut member 3.
  • the conventional end cap type ball screw device since the end cap is attached to the end of the nut member, even if the gear is processed into the nut member, it is necessary to carry out the caloring by avoiding the end cap. There was a problem that the diameter of the gear naturally increased.
  • the ball screw device 1 of the present invention there is no need to attach any parts to the end of the nut member 3, so that the gear is integrated with the end of the nut member 3 to be applied without any restriction. In this respect, it is possible to reduce the size of the rotary ball screw device.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of an infinite circulation path of the ball 4 around the screw shaft 2, showing an example in which only one rolling groove is formed on the outer peripheral surface of the screw shaft 2. Yes. Actual in the figure The line is the raceway of the ball 4 rolling in the loaded rolling groove 60 of the nut member 3, and the one-dot chain line in the figure is the raceway of the ball 4 rolling in the unloaded ball groove 61 of the nut member 3. Indicates the track of the ball 4 rolling in the direction change grooves 62a and 62b of the nut member 3.
  • the loaded rolling groove 60 and the unloaded ball groove 61 are formed in a spiral with the same lead, and the unloaded ball groove 61 is formed out of phase with the loaded rolling groove 60.
  • the load rolling groove 60 and the no-load ball groove 61 are formed to have substantially the same length, and the direction changing grooves 62a and 62b are located on the right side of the drawing with respect to the loading rolling groove.
  • the unloaded balls are connected to the grooves.
  • an infinite circulation path of the ball 4 is formed as a closed loop that goes around the load rolling groove 60, the direction change groove 62a, the no-load ball groove 61, and the direction change groove 62b.
  • the number of turns of the load rolling grooves 32a and 32b on the inner peripheral surface of the nut member 3 is different.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing another example of the infinite circulation path of the ball 4 around the screw shaft 2.
  • the solid line indicates the track of the ball 4 that rolls in the loaded rolling groove 63 of the nut member 3
  • the alternate long and short dashed line in the figure indicates the ball that rolls in the unloaded ball groove 64 of the nut member 3.
  • the broken line in the figure shows the track of the ball 4 rolling in the direction change grooves 65a, 65b of the nut member 3.
  • the length of the unloaded ball groove 64 is shorter than that of the loaded ball groove 63, and the direction changing grooves 65a and 65b are adjacent to the inside of the nut member 3 at the end of the loaded rolling groove. This is different from the infinite circulation path shown in FIG.
  • the direction changing grooves 62a and 62b have different shapes, and the labor for manufacturing the nut member 3 is increased accordingly, but in the infinite circuit shown in FIG.
  • the shape of the conversion grooves 65a and 65b is the same, and the nut member 3 can be easily manufactured.
  • the axial length of the nut member 3 can be shortened without reducing the length of the load rolling groove 63, and the nut member 3 can be formed in a compact manner.
  • the length of the unloaded ball groove 64 is shortened by one turn around the screw shaft 2 compared to the former example, so that the phenomenon of ball clogging in the unloaded ball groove 64 is reduced by that amount.
  • the direction changing groove 65a guides the ball from the load rolling groove 63 to the unloaded ball groove 64 on the right side of the paper, while the direction changing groove 65b is Since the ball 4 is returned from the load rolling groove 63 to the no-load ball groove 64 on the left side of the page, when the number of the load rolling grooves 63 exceeds two, an independent ball corresponding to each load rolling groove 63 is provided. It becomes difficult to form 4 infinite circulation paths.
  • Fig. 12 shows an example in which the structure of the infinite circuit in Fig. 11 is applied to a multi-threaded screw.
  • two load rolling grooves 66a, 66b are formed on the inner peripheral surface of the nut member 3.
  • the solid line indicates the track of the ball 4 that rolls on the loaded rolling grooves 66a and 66b of the nut member 3
  • the alternate long and short dash line in the figure indicates the unloaded ball groove 67a
  • the trajectory of the ball 4 rolling on 67b, and the broken line in the figure shows the trajectory of the ball 4 rolling on the direction change grooves 68a, 68b, 68c, 68d of the nut member 3.
  • the two loaded rolling grooves 66a, 66b, the two unloaded ball grooves 67a, 67b, and the four direction change grooves 68a, 68b, 68c , 68d forces cooperate to form an infinite circuit as a closed loop. That is, the ball that has rolled in the load rolling groove 66a moves to the no-load ball groove 67a through the direction change groove 68a, and then moves from the no-load ball groove 67a to the load roll groove 66b through the direction change groove 68b.
  • the screw shaft 2 is formed as a multi-threaded screw, it does not form an independent infinite circuit for each load rolling groove, as shown in the example shown in Fig. 12, as a closed loop. If two or more loaded rolling grooves and unloaded rolling grooves are included in one infinite circulation path, the structure of the nut member 3 can be simplified and downsized.

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Abstract

　大リードのねじ軸に好適であり、ナット部材の小型化、軽量化にも最適であり、低コストで生産することができ、しかも過酷な使用条件においても高い信頼性を発揮することが可能な新たなボール循環構造を備えたボールねじ装置であって、多数のボール(4)を介してねじ軸(2)とナット部材(3)とが螺合したボールねじ装置(1)において、ボール(4)の無限循環路を形成する無負荷ボール通路(50)が、ナット部材(3)の貫通孔(30)の内周面に螺旋状に形成された無負荷ボール溝(33a)と、負荷転動溝(20a)と無負荷ボール溝(33a)とを連通連結して閉ループとしての無限循環路を完成させる一対の方向転換溝(34)とから構成される。

Description

明 細 書
ボールねじ装置
技術分野
[0001] 本発明は、ナット部材とねじ軸との間に配列された多数のボールを介してこれら両 部材が回転自在に螺合し、例えば自動車等にお!、てステアリング軸の回転をリレー ロッドの軸方向への運動に変換するボールねじ装置に係り、特に、ナット部材の一回 転におけるねじ軸の軸方向への移動量を大きく設定した所謂大リードタイプに好適 な構造のボールねじ装置に関する。
背景技術
[0002] 回転運動を直線運動に、あるいは直線運動を回転運動に変換するボールねじ装 置としては、多数のボールを介してねじ軸とナット部材とが互いに螺合したものが知ら れている。前記ねじ軸の外周面には所定のリードでボールの転動溝が螺旋状に形成 される一方、前記ナット部材にはねじ軸の挿通される貫通孔が形成され、かかる貫通 孔の内周面には前記ねじ軸の転動溝と対向する負荷転動溝が形成されている。これ らナット部材の負荷転動溝とねじ軸の転動溝とが互いに対向することにより、ナット部 材とねじ軸との間に螺旋状の負荷ボール通路が形成され、ボールはこの負荷ボール 通路内でナット部材とねじ軸との間に作用する荷重を負荷しながら転動する。これに よってナット部材とねじ軸とが相対的な螺旋運動を行うことが可能となって 、る。また、 前記ナット部材は負荷ボール通路の両端を連通連結する無負荷ボール通路を備え ており、前記負荷ボール通路を転動したボールが無負荷ボール通路を経て再び負 荷ボール通路に循環するようになっている。すなわち、ナット部材にはボールの無限 循環路が具備され、ボールが負荷ボール通路及び無負荷ボール通路を循環するこ とで、ナット部材がねじ軸に対して連続的に移動することが可能となっている。
[0003] 前記ナット部材にボールの無限循環路を具備させる方式としては、大きく分けて以 下の 3方式が知られている。第 1の方式は、力かるナット部材に対して略 U字形に形 成されたリターンチューブを装着した所謂リターンチューブ方式である。この方式で は、螺旋状の負荷ボール通路の数卷分を跨ぐようにして前記リターンチューブがナツ ト部材に装着され、ボールが前記リターンチューブに具備された無負荷ボール通路 を経て、負荷ボール通路の一端から他端へ循環させられるようになって!/、る（特開 20 05— 003106等）。
[0004] また第 2の方式は、デフレクタと称される駒をナット部材に埋め込んだ所謂デフレク タ方式である。前記デフレクタにはねじ軸に面して且つ該ねじ軸の山部を跨ぐように してボール戻し溝が形成されており、このボール戻し溝はねじ軸の周囲一巻分の負 荷ボール通路の端部同士を連結している。これにより、負荷ボール通路を転動したボ ールは前記デフレクタの装着位置に到達すると、ボール戻し溝に誘導されてねじ軸 の転動溝力 離脱すると共に該ねじ軸の山部を乗り越え、負荷ボール通路の入り口 に戻されるようになって 、る（特開 2006— 038099等）。
[0005] 更に第 3の方式は、所謂エンドキャップ方式である。このエンドキャップ方式では、 ナット部材に対して軸方向に沿ったボール戻し通路を貫通形成すると共に、かかるナ ット部材の軸方向の両端にはボールの方向転換路を備えたエンドキャップを装着し、 負荷ボール通路を転動し終えたボールを前記方向転換路でナット部材のボール戻し 通路に誘導するように構成されている。すなわち、負荷ボール通路の端部は各エンド キャップに具備された方向転換路によって無負荷ボール通路の端部と連結されてお り、これによつてボールの無限循環路が実現されている（特開 2005— 042796等)。 特許文献 1 :特開 2005— 003106
特許文献 2 :特開 2006— 038099
特許文献 3 :特開 2005— 042796
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] これら 3つのボール循環方式のうち、ねじ軸のリードの長大化にもっとも適した方式 はエンドキャップ方式である。そもそも、デフレクタ方式ではナット部材に埋め込まれ るデフレクタが隣接する転動溝を跨ぐようにして設けられることから、大リードのねじ軸 に対応することができず、また、リターンチューブ方式ではリターンチューブの全長を 極端に長く設定する必要があり、リターンチューブの加工精度やナット部材への組み 付け精度などを考慮すると、やはり大リードのねじ軸への対応が困難だ力もである。こ のため、一般的に使用されている大リードのボールねじ装置の殆どは前記エンドキヤ ップ方式を採用している。
[0007] また、ボールねじ装置の使用形態の一例として、ナット部材にモータ等から回転動 力を入力し、力かるナット部材の回転に応じてねじ軸を軸方向へ移動させて使用する 例がある。従来、この使用形態に適したボールねじ装置として、ナット部材の外周部 にボールを介して回転軸受の外輪を装着したロータリボールねじ装置が知られてい る。このロータリボールねじ装置では、ナット部材を回転軸受の内輪として使用するこ とから、力かるナット部材の外周面に対してボールの転動溝を環状に形成する必要 があるが、前記リターンチューブ方式やデフレクタ方式ではリターンチューブやデフレ クタが邪魔となり、ナット部材の外周面に転動溝を形成し得ないことから、前記ロータ リボールねじ装置ではエンドキャップ方式が採用されている。
[0008] しかし、エンドキャップ方式ではナット部材に対し、その軸方向に沿ってボール戻し 通路を貫通形成する必要があり、ねじ軸の外径に対してナット部材の外径が著しく大 きくなつてしま 、、このエンドキャップ方式を採用するボールねじ装置ではナット部材 の小型化、軽量ィ匕が困難である。このことは、ロータリボールねじ装置、すなわちナツ ト部材の外側に回転軸受を装着したボールねじ装置において顕著な問題点である。
[0009] また、エンドキャップ方式ではナット部材の軸方向の両端に一対のエンドキャップを ねじ止めする必要があり、し力も前記エンドキャップは複雑な形状の方向転換路を具 備する都合上、合成樹脂によって製作されている例か殆どであり、耐久性が要求され る用途に対しては信頼性を確保するのが困難であった。
[0010] 更に、従来のボールねじ装置ではナット部材に対してリターンチューブ、デフレクタ 又はエンドキャップを装着する必要があり、部品点数が多ぐ組み立てに手間がかか ることから、生産コストも嵩むものとなっていた。
[0011] 一方、ロータリボールねじ装置では、ナット部材に回転動力を入力するため、かかる ナツト部材の軸方向の端部にギアを一体的に形成できると便利であるが、前記エンド キャップ方式ではナット部材の軸方向の両端に一対のエンドキャップが装着されるこ とから、ナット部材の端部にギアを形成することが困難であり、仮に形成することが出 来たとしても、ギアの径はエンドキャップを避けるために大きくならざるを得ず、結果的 にナット部材が大型化、重量ィ匕してしまうといった問題点があった。
課題を解決するための手段
[0012] 本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、大リ ードのねじ軸に好適であり、ナット部材の小型化、軽量化にも最適であり、低コストで 生産することができ、し力も過酷な使用条件においても高い信頼性を発揮することが 可能な新たなボール循環構造を備えたボールねじ装置を提供することにある。
[0013] また、本発明の他の目的は、ロータリボールねじ装置に最適なボール循環構造を 備えたボールねじ装置を提供することにある。
[0014] 本発明のボールねじ装置は、多数のボールと、これらボールの転動溝が所定のリ ードで螺旋状に形成されたねじ軸と、このねじ軸が挿通される貫通孔を有すると共に 、力かる貫通孔の内周面には前記ねじ軸の転動溝と対向する負荷転動溝が形成さ れたナット部材とから構成されて 、る。ナット部材の負荷転動溝はねじ軸の転動溝と 協働し、前記ボールが転動する螺旋状の負荷ボール通路をナット部材とねじ軸との 間に形成する。また、前記ナット部材は前記負荷ボール通路の両端を連通連結して ボールの無限循環路を形成する無負荷ボール通路を具備している。
[0015] 前記無負荷ボール通路は、ナット部材の貫通孔の内周面に螺旋状に形成された無 負荷ボール溝と、前記負荷転動溝と無負荷ボール溝とを連通連結して閉ループとし ての無限循環路を完成させる一対の方向転換溝とから構成されている。換言すれば 、前記無負荷ボール溝と前記負荷転動溝はナット部材の貫通孔の内周面に多条ね じとして形成されている。
[0016] 前記無負荷ボール溝は、負荷ボール通路におけるボールの転動を妨げることがな いよう、ねじ軸に形成された螺旋状の転動溝の山部、すなわち軸方向に隣接する転 動溝と転動溝との間の陸部に対向しており、これにより無負荷ボール溝を転動するボ 一ルが該無負荷ボール溝内に保持されるようになっている。このように、無負荷ボー ル通路はナット部材に形成された螺旋状の無負荷ボール溝とねじ軸の山部との協働 によって構成されており、ボールはねじ軸の山部に接した状態で前記無負荷ボール 通路を転動する。
[0017] 前記方向転換溝はねじ軸に面した位置に形成され、ねじ軸の転動溝を転動するボ 一ルを該転動溝力 離脱させると共に、その進行方向を転換させて前記無負荷ボー ル溝に導く。これによりボールを循環させる閉ループとしての無限循環路が完成する
[0018] この方向転換溝は、ねじ軸の転動溝力 ボールを離脱させて、該ねじ軸の山部に 乗り上げさせるため、前記負荷転動溝から無負荷ボール溝にかけて徐々に深く形成 されており、前記負荷転動溝と無負荷ボール溝とを段差なく連続的に結合している。
[0019] もっとも、この方向転換溝はナット部材の貫通孔の内周面に対して直接形成する必 要はなぐ例えばナット部材と別部材に形成しておき、力かる部材をデフレクタとして ナット部材の貫通孔の内周面に装着するようにしても良い。しかし、過酷な使用環境 における高信頼性を確保すると共に、生産コストの低減化を考慮すると、前記方向転 換溝はナット部材の貫通孔の内周面に対してエンドミルを用いた切削加工、あるいは 研削加工により直接形成されて!ヽるのが好ま ヽ。
[0020] 本発明のボールねじ装置は、ねじ軸に転動溝が 1条のみ形成されている場合の他 、ねじ軸に複数条の転動溝が形成されている場合にも適用することができる。例えば 、ねじ軸の転動溝が 1条の場合、ナット部材の貫通孔の内周面には 1条の負荷転動 溝と 1条の無負荷ボール溝が形成され、これらが 2条ねじをなすことになる。一方、ね じ軸の転動溝が 2条の場合、ナット部材の貫通孔の内周面には 2条の負荷転動溝と 2 条の無負荷ボール溝が形成され、これら力 条ねじをなすことになる。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]本発明を適用したボールねじ装置の実施の形態を示す斜視図である。
[図 2]図 1に示したボールねじ装置のナット部材を切り欠いた斜視図である。
[図 3]実施の形態に示すボールねじ装置のナット部材を示す断面図である。
[図 4]図 3の IV— IV線断面図である。
[図 5]負荷転動溝と無負荷ボール溝との間のボールの移動状態を示す拡大断面図 である。
[図 6]方向転換溝を含む無限循環路におけるボールの軌跡を示す平面図である。
[図 7]実施の形態におけるボールの無限循環路をねじ軸の周隨こ模式的に示した斜 視図である。 [図 8]負荷転動溝が 1条の場合のボール無限循環路をねじ軸の周囲に模式的に示し た斜視図である。
[図 9]方向転換溝が形成されたデフレクタをナット部材に装着する例を示す断面図で ある。
[図 10]ねじ軸の周囲におけるボールの無限循環路の一例を示す模式図である。
[図 11]ねじ軸の周囲におけるボールの無限循環路の他の例を示す模式図である。
[図 12]ねじ軸を多条ねじとした場合のボールの無限循環路の一例を示す模式図であ る。
符号の説明
[0022] 1…ボールねじ装置、 2…ねじ軸、 3…ナット部材、 4…ボール、 20a, 20b…転動溝 、 32a, 32b…負荷転動溝、 33a, 33b…無負荷ボール溝、 34…方向転換溝 発明を実施するための最良の形態
[0023] 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。
[0024] 図 1及び図 2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り、図 1は 外観を示す斜視図、図 2はナット部材の一部を切り欠いた斜視図である。
[0025] このボールねじ装置 1はねじ軸 2とナット部材 3とが多数のボール 4を介して螺合し たものであり、ねじ軸 2の外周面にはボール 4の転動溝 20が所定のリードで螺旋状に 形成されている。ここで、リードとは、ねじ軸 2の 1回転において前記転動溝 20がねじ 軸 2の軸方向へ進行する距離である。前記ボール転動溝 20は二つの曲面が略 90度 で交わるようにして形成されており、ボール 4の進行方向と直交する断面形状はゴシ ックアーチ状をなしている。このため、前記ボール 4はこのゴシックアーチ状のボール 転動溝 20に対して 2点で接触しており、ねじ軸 2の軸方向に作用する荷重に対して 約 45度の接触角を生じるようになつている。この図 1及び図 2に示す例において、前 記ねじ軸 2には 2条の転動溝 20a, 20bが形成されており、多条ねじをなしている。ま た、ねじ軸 2の外周面において互いに隣接する転動溝 20aと転動溝 20bとの間には ねじ軸の山部 21が形成されて 、る。
[0026] 尚、図 2は、ねじ軸とナット部材との間に配列されたボールの一部のみが描かれて おり、総てのボールが描かれていない。 [0027] 前記ナット部材 3はねじ軸 2が挿通される貫通孔 30を有して略円筒状に形成されて おり、その外周面にはこのナット部材 3を機械装置に固定するためのフランジ部 31が 立設されている。図 3は軸方向に沿ったナット部材 3の断面図である。この図に示され るように、ナット部材 3の貫通孔 30の内周面にはねじ軸 2の転動溝 20a, 20bと対向 する負荷転動溝 32a, 32bが螺旋状に形成されている。この負荷転動溝 32a, 32bの ボール 4の進行方向と直交する断面形状はねじ軸 2の転動溝 20の断面形状と同一 である。これら負荷転動溝 32a, 32bとねじ軸 2の転動溝 20a, 20bとが互いに対向す ることにより、ボール 4が荷重を負荷しながらねじ軸 2の周囲を公転する螺旋状の負荷 ボール通路がナット部材 3とねじ軸 2との間に形成されることになる。
[0028] また、ナット部材 3の貫通孔 30の内周面には 2条の無負荷ボール溝 33a, 33bが螺 旋状に形成されている。これら無負荷ボール溝 33a, 33bは貫通孔の内周面に対し て前記負荷転動溝よりも深ぐ且つ、ボールの直径よりも僅かに大きい溝幅で形成さ れている。従って、ボールはこれら無負荷ボール溝内で荷重を負荷することなく無負 荷状態となり、後続のボールに押されるようにして自由に転動する。
[0029] 無負荷ボール溝 33aは前記負荷転動溝 32aと一対をなしており、無負荷ボール溝 33bは前記負荷転動溝 32bと一対をなしている。すなわち、ナット部材 3の貫通孔 30 の内周面には、負荷転動溝 32a、無負荷ボール溝 33a、負荷転動溝 32b、無負荷ボ ール溝 33bがこの順番に多条ねじとして形成されている。負荷転動溝 32a, 32bがね じ軸 2の転動溝 20a, 20bと対向していることから、前記無負荷ボール溝 33a, 33bは 転動溝 20aと転動溝 20bとの間のねじ軸 2の山部 21に対向しており、力かる無負荷 ボール溝 33a, 33b内を無負荷状態で転動するボール 4はねじ軸 2の山部 21に接し 、これにより無負荷ボール溝 33a, 33b内にボール 4が保持されるようになっている。 従って、このボールねじ装置 1では、無負荷ボール溝 33a, 33bとねじ軸 2の山部 21 との協働により、無負荷ボール通路が構成されていることになる。
[0030] 一方、ナット部材 3の貫通孔 30の内周面には、その軸方向の両端付近に略 U字形 の方向転換溝 34が形成されている。この方向転換溝 34は、負荷転動溝 32aの端部 と無負荷ボール溝 33aの端部とを連通連結する一方、負荷転動溝 32bの端部と無負 荷ボール溝 33bの端部とを連通連結しており、 2条の負荷転動溝が形成されたナット 部材 3では貫通孔 30の内周面の 4か所に方向転換溝 34が形成されている。尚、ナツ ト部材 3に具備された負荷転動溝が 2条ではなぐ 1条の場合には、前記方向転換溝 34は貫通孔 30の内周面の 2か所に形成されることになる。
[0031] この方向転換溝 34は負荷転動溝 32a, 32bの端部から無負荷ボール溝 33a, 33b の端部まで段差なく連続的に形成されており、負荷転動溝 32a, 32bの端部から無 負荷ボール溝 33a, 33bの端部へ接近するにつれて徐々に深くなるように形成され ている。図 5は、負荷転動溝 32aを転動し終えたボール 4が方向転換溝 34に進入し、 カゝかる方向転換溝 34に誘導されてねじ軸 2の転動溝 20aから離脱する様子を示すも のである。負荷転動溝 32aを転動するボール 4は、力かる負荷転動溝 32aと方向転換 溝 34との接続部位に到達すると、力かる負荷転動溝 32aの深さが徐々に深くなること から、次第に荷重カゝら解放される。荷重カゝら解放されたボール 4は後続のボール 4に 押されるようにしてそのままねじ軸 2の転動溝 20a内を進行する力 方向転換溝 34が 該ボール 4を転動溝 20aの側方へ寄せて!/、くので、力かるボール 4は転動溝 20aを這 い上がるようにしてねじ軸 2の山部 21にまで持ち上がり、ナット部材 3の方向転換溝 3 4に完全に収容される。
[0032] 方向転換溝 34は略 U字状の軌道を有していることから、方向転換溝 34内に収容さ れたボール 4はその転走方向を逆転させ、ナット部材 3の無負荷ボール溝 33aとねじ 軸 2の山部 21との対向によって形成された無負荷ボール通路に進入する。ボール 4 はこの無負荷ボール通路内において無負荷状態であり、後続のボール 4に押される ようにして無負荷ボール通路内を進む。
[0033] また、無負荷ボール通路内を進行したボール 4は無負荷ボール溝 33aと方向転換 溝 34の接続部位に到達すると、そのまま方向転換溝内に進入して再び進行方向を 転換させ、ねじ軸 2の転動溝 20aとナット部材 3の負荷転動溝 32aの対向によって形 成された負荷ボール通路内に進入する。この際、ボール 4はねじ軸 2の転動溝 20aを 側方力も這い降りるようにして負荷ボール通路に進入し、方向転換溝 34と負荷転動 溝 32aとの接続部位において該負荷転動溝 32aの深さが徐々に浅くなると、無負荷 状態から荷重の負荷状態へと移行する。
[0034] すなわち、このボールねじ装置 1では前記方向転換溝 34がナット部材 3の負荷転 動溝 32a, 32bの端部と無負荷ボール溝 33a, 33bの端部とを連通連結することによ り、閉ループとしてのボール 4の無限循環路がナット部材 3に具備されており、ナット 部材 3とねじ軸 2との間に相対的な螺旋運動が生じると、ボール 4が前記無限循環路 の内部を循環し、前記螺旋運動を連続的に行うことができるようになつている。
[0035] 図 6は前記方向転換溝 34及びその前後におけるボール 4の軌道を示した平面図 である。領域 Aは負荷ボール通路におけるボール 4の軌跡であり、この領域 Aにおい てボール 4はねじ軸 2の転動溝 20a, 20bとナット部材 3の負荷転動溝 32a, 32bとの 間で荷重を負荷しながら転動する。また、領域 Eは無負荷ボール溝 33a, 33bにおけ るボール 4の軌跡を表しており、この領域 Eにおいてボール 4はねじ軸 2の山部 21と 無負荷ボール溝 33a, 33bとの間を無負荷状態で転動している。領域 B、領域 C及び 領域 Dは方向転換溝 34におけるボール 4の軌跡を表しており、領域 B及び領域 Dの 軌跡は所定曲率の曲線状に設定される一方、領域 Cにおける軌跡はこれら領域 B及 び領域 Dの曲線状軌跡と滑らかに連続する直線状に設定されて!ヽる。
[0036] 図 5及び図 6を併せて参照しながら説明すると、前記領域 Bはねじ軸 2の転動溝 20 a, 20bからボール 4を離脱させるボール偏向領域であり、領域 A力も領域 Bに進入し たボール 4は当該領域 Bにおいてねじ軸 2の転動溝 20a, 20bの一側へと寄せられ、 転動溝 20a, 20bを這い上がるようにしてねじ軸 2の山部 21へ乗り上げる。一方、領 域 Dはねじ軸 2の山部 21に乗り上げたボール 4を無負荷ボール溝 33a, 33bに導くボ ール旋回領域であり、一定の旋回半径で円弧状に形成されている。このボール旋回 領域におけるボール 4の旋回半径はボール直径の 1. 0〜2. 0倍程度に設定されて おり、これよりも小さい旋回半径ではボール 4が方向転換溝 34の内部で詰まり易くな り、また、これよりも大きい旋回半径では負荷転動溝 32a, 32bと無負荷ボール溝 33a , 33bとの間隔が離れすぎてしまい、ナット部材 3をコンパクトに形成することができな い。更に、領域 Cは前記ボール偏向領域 Bとボール旋回領域 Dを連結するボール受 け渡し領域であり、ボール偏向領域 B及びボール旋回領域 Dの双方の円弧状軌跡 に対する接線として直線状に形成されている。このため、ボール偏向領域 Bカゝらボー ル受け渡し領域 Cに進入したボール 4、あるいはボール旋回領域 D力 ボール受け 渡し領域 Cに進入したボール 4は、ここで転動状態の安定ィ匕が図られた後、その先の 領域へと進入することになり、方向転換溝 34におけるボール詰まりの発生を未然に 防止できるようになって!/、る。
[0037] 図 7は前記無限循環路をねじ軸 2の周囲に模式的に表した図である。網点の領域 は無負荷ボール溝 33a, 33b及び方向転換溝 34から形成された無負荷ボールの軌 道 50を、縞模様の領域は負荷転動溝 32a, 32bによって形成された負荷ボールの軌 道 51を表している。この図に表されるように、本発明のボールねじ装置 1では、負荷 ボールの軌道 51と無負荷ボールの軌道 50が多条ねじの如くねじ軸 2の周囲に形成 されている。尚、図 7はねじ軸 2の転動溝 20a, 20bが 2条ねじとして形成されている 場合を示しており、例えば、ねじ軸 2の転動溝 20が 1条のみの場合には、ねじ軸 2の 周囲に形成されるボール 4の無限循環路は図 8のようになる。
[0038] 尚、図 1乃至図 3に示した例では、前記方向転換溝 34が負荷転動溝 32a, 32b及 び無負荷ボール溝 33a, 33bと共にナット部材 3の貫通孔 30の内周面に対してェン ドミルを用いた切削加工で直接形成されている。しかし、図 9に示すように、方向転換 溝 34が形成された複数のデフレクタ 6をナット部材 3の貫通孔 30の内周面に対して 嵌合させ、これによつて負荷転動溝 32a, 32b、方向転換溝 34及び無負荷ボール溝 33a, 33bが連通連結されるように構成することもできる。
[0039] 以上のように構成された本発明のボールねじ装置 1では、ナット部材 3の無負荷ボ ール溝 33a, 33bがねじ軸 2の山部 21と対向する位置に形成されることから、ねじ軸 2上において互いに隣接する転動溝 20aと転動溝 20bとの間隔、すなわち前記山部 21の幅はボール 4の直径よりも大きいことが必要である。従って、本発明のボールね じ装置 1はリードの設定が大きい所謂大リードタイプのボールねじ装置に好適である
[0040] そして、本発明によれば、無負荷ボール通路となる無負荷ボール溝 33a, 33bがね じ軸 2の山部 21と対向するようにしてナット部材 3の貫通孔 30の内周面に螺旋状に 形成されていることから、従来のエンドキャップ方式のボールねじ装置の如ぐナット 部材の軸方向に沿ってボール戻し通路を貫通形成する必要がなぐナット部材の肉 厚を薄く設定することが可能となっている。これにより、本発明のボールねじ装置は、 従来のエンドキャップ方式と比べて、ナット部材をコンパクトに製作することが可能で ある。
[0041] また、前記負荷転動溝 32a, 32b、無負荷ボール溝 33a, 33b及び方向転換溝 34 の総てを、ナット部材 3の貫通孔 30の内周面に対して切削加工、研削加工等の手法 で直接形成すれば、ボール 4の無限循環路をナット部材 3に具備させるに当たり、何 ら別部品をナット部材 3に装着する必要はなぐボールねじ装置の生産を簡易且つ低 コストで行うことが可能となる。カロえて、ナット部材 3に何ら別部品を固定することなくボ ール 4の無限循環路を形成することができるので、過酷な使用環境で長期間使用し た場合であっても、高 ヽ信頼性を発揮することが可能となる。
[0042] 更に、図 1乃至図 3に示したボールねじ装置 1では、ボール 4の無限循環路を形成 する部品をナット部材 3に対して何ら装着する必要がないことから、ナット部材 3の外 周面を自由に加工することができる。例えば、ナット部材に回転動力を入力して使用 する所謂ロータリボールねじ装置に容易に改造することが可能である。その場合、ナ ット部材 3の外周面に対してその周方向に沿ってボールの転動溝をカ卩ェし、かかる転 動溝を転動する多数のボールを介して回転軸受の外輪をナット部材 3に組み付ける 。前述の如ぐ本発明のボールねじ装置ではナット部材 3の外径を小さく抑えることが できるので、ロータリボールねじ装置を構成した場合であっても、当該装置の小型化 を図ることが可能となる。
[0043] また、ロータリボールねじ装置を構成する場合、ナット部材 3に対して回転動力を入 力するためのギアを該ナット部材 3の端部に加工するのが好ましい。従来のエンドキ ヤップ方式のボールねじ装置では、ナット部材の端部にエンドキャップが装着される ため、仮にギアをナット部材に加工するとしても、エンドキャップを避けるようにしてカロ ェする必要があり、自ずとギアの径が大きくなつてしまうといった不具合があった。し かし、本発明のボールねじ装置 1ではナット部材 3の端部に対して何ら部品を装着す る必要がないので、力かるナット部材 3の端部に対して何ら制約なくギアを一体的に 形成することが可能となり、この点においてもロータリボールねじ装置の小型化を図る ことが可能となる。
[0044] 図 10はねじ軸 2の周囲におけるボール 4の無限循環路の一例を示す模式図であり 、ねじ軸 2の外周面に対して転動溝が 1条のみ形成される例を示している。図中の実 線はナット部材 3の負荷転動溝 60を転動するボール 4の軌道を、図中の一点鎖線は ナット部材 3の無負荷ボール溝 61を転動するボール 4の軌道を、図中の破線はナット 部材 3の方向転換溝 62a, 62bを転動するボール 4の軌道を示している。
[0045] 前記負荷転動溝 60と無負荷ボール溝 61は同一のリードで螺旋状に形成されてお り、無負荷ボール溝 61は負荷転動溝 60と位相をずらせて形成されている。図 10に 示す例では負荷転動溝 60と無負荷ボール溝 61が略同じ長さに形成されており、方 向転換溝 62a, 62bは負荷転動溝とこれに対して紙面右隣に位置する無負荷ボール 溝とを夫々連結している。これにより、負荷転動溝 60、方向転換溝 62a、無負荷ボー ル溝 61及び方向転換溝 62bを一巡する閉ループとしてのボール 4の無限循環路が 構成されている。図 1乃至図 3に示したボールねじ装置においても、ナット部材 3の内 周面における負荷転動溝 32a, 32bの巻き数は異なる力 これと同じ構成の無限循 環路を具備している。
[0046] 一方、図 11はねじ軸 2の周囲におけるボール 4の無限循環路の他の例を示す模式 図である。この図 11に示す例においても、実線はナット部材 3の負荷転動溝 63を転 動するボール 4の軌道を、図中の一点鎖線はナット部材 3の無負荷ボール溝 64を転 動するボール 4の軌道を、図中の破線はナット部材 3の方向転換溝 65a, 65bを転動 するボール 4の軌道を示している。但し、この例では無負荷ボール溝 64の長さが負 荷ボール溝 63よりも短く形成されており、方向転換溝 65a, 65bは負荷転動溝の端 部をナット部材 3の内側に隣接する無負荷ボール溝 64に連結しており、この点が図 1 0に示した無限循環路と異なる。
[0047] 図 10に示した無限循環路では、方向転換溝 62a, 62bが異なった形状となり、その 分だけナット部材 3の製作に手間が力かるが、図 11に示した無限循環路では方向転 換溝 65a, 65bの形状は同一であり、ナット部材 3を容易に製作することが可能となる 。また、負荷転動溝 63の長さを減じることなくナット部材 3の軸方向長さを短くすること ができ、コンパクトにナット部材 3を形成することも可能となる。更に、後者の例では無 負荷ボール溝 64の長さが前者の例に比べてねじ軸 2の周囲一巻分だけ短くなるの で、その分だけ無負荷ボール溝 64内におけるボール詰まりの現象を抑えることが可 能となり、ボール 4の円滑な循環を期待することができる。 [0048] 但し、この図 11に示した無限循環路の構造では、方向転換溝 65aは負荷転動溝 6 3から紙面右隣の無負荷ボール溝 64へボールを導く一方、方向転換溝 65bは負荷 転動溝 63から紙面左隣の無負荷ボール溝 64へボール 4を戻して 、るので、負荷転 動溝 63が 2条以上になると、各負荷転動溝 63に対応して独立したボール 4の無限循 環路を形成することが困難となる。
[0049] 図 12は、図 11における無限循環路の構造を多条ねじに適用した例を示すもので あり、ここではナット部材 3の内周面に 2条の負荷転動溝 66a, 66bが形成されている 場合を示している。この図 12に示す例においても、実線はナット部材 3の負荷転動溝 66a, 66bを転動するボール 4の軌道を、図中の一点鎖線はナット部材 3の無負荷ボ ール溝 67a, 67bを転動するボール 4の軌道を、図中の破線はナット部材 3の方向転 換溝 68a, 68b, 68c, 68dを転動するボール 4の軌道を示している。
[0050] この図 12に示す多条ねじの例では、 2条の負荷転動溝 66a, 66b, 2条の無負荷ボ ール溝 67a, 67b及び 4箇所の方向転換溝 68a, 68b, 68c, 68d力協働して一つの 閉ループとしての無限循環路を形成している。すなわち、負荷転動溝 66aを転動した ボールは方向転換溝 68aを通じて無負荷ボール溝 67aに移動した後、方向転換溝 6 8bを通じて無負荷ボール溝 67aから負荷転動溝 66bに移動する。そして、負荷転動 溝 66bを転動するボール 4は、力かる負荷転動溝 66bから方向転換溝 68cを経て無 負荷ボール溝 67bへ移動した後、方向転換溝 68dを経て再び負荷転動溝 66aに戻 される。
[0051] ねじ軸 2を多条ねじとして形成した場合であっても、個々の負荷転動溝ごとに独立 した無限循環路を形成するのではなぐ図 12に示す例のように、閉ループとしての一 つの無限循環路中に 2以上の負荷転動溝及び無負荷転動溝を含めるようにすれば 、ナット部材 3の構造の簡略化、小型化を図ることが可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] 多数のボール (4)と、
これらボール (4)の転動溝 (20a, 20b)が所定のリードで螺旋状に形成されたねじ軸 (2) と、
このねじ軸 (2)が挿通される貫通孔 (30)を有すると共に、力かる貫通孔 (30)の内周面に は前記ねじ軸 (2)の転動溝 (20a, 20b)と対向する負荷転動溝 (32a, 32b)が形成され、こ の負荷転動溝 (32a, 32b)とねじ軸 (2)の転動溝 (20a, 20b)との協働により螺旋状の負荷 ボール通路が形成され、更に前記負荷ボール通路の両端を連通連結してボール (4) の無限循環路を形成する無負荷ボール通路を有するナット部材とから構成されたボ ールねじ装置において、
前記無負荷ボール通路は、ナット部材 (3)の貫通孔 (30)の内周面に螺旋状に形成さ れた無負荷ボール溝 (33a, 33b)と、前記負荷転動溝 (32a, 32b)と無負荷ボール溝 (33 a, 33b)とを連通連結して閉ループとしての無限循環路を完成させる一対の方向転換 溝 (34)と、力 構成されることを特徴とするボールねじ装置。
[2] 前記無負荷ボール溝 (33a, 33b)はねじ軸 (2)に形成された螺旋状の転動溝の山部 (21
)に対向し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。
[3] 前記無負荷ボール溝 (33a, 33b)はボール (4)の直径よりも大きな幅で形成されている ことを特徴とする請求項 1記載のボールねじ装置、
[4] 前記方向転換溝 (34)は前記ナット部材 (3)の貫通孔 (30)の内周面に形成されているこ とを特徴とする請求項 1記載のボールねじ装置。
[5] 前記方向転換溝 (34)は、前記負荷転動溝 (32a, 32b)とこの負荷転動溝よりもナット部 材 (3)の内側に隣接する無負荷ボール溝 (33a, 33b)とを連通連結することを特徴とす る請求項 1記載のボールねじ装置。
[6] 前記負荷転動溝 (32a, 32b)と前記無負荷ボール溝 (33a, 33b)の長さを対比した場合、 無負荷ボール溝 (33a, 33b)の長さが負荷転動溝 (32a, 32b)よりも短いことを特徴とする 請求項 5記載のボールねじ装置。
[7] 前記方向転換溝 (34)は、前記負荷転動溝 (32a, 32b)から無負荷ボール溝 (33a, 33b) にかけて徐々に深く形成され、前記負荷転動溝 (32a, 32b)と無負荷ボール溝 (33a, 33 b)とを段差なく連続的に結合し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。
[8] 前記方向転換溝 (34)は、ねじ軸 (2)の転動溝 (20a, 20b)力もボール (4)を離脱させて当 該ねじ軸 (2)の山部 (21)上に載せるボール偏向領域と、ねじ軸 (2)の山部 (21)に位置す るボール (4)を均一な旋回半径で前記無負荷ボール溝 (33a, 33b)に導くボール旋回 領域と、これらボール偏向領域とボール旋回領域とを滑らかに連続するボール受け 渡し領域とから構成され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。
[9] 前記ねじ軸 (2)の転動溝 (20a, 20b)が多条ねじに形成されると共に、ナット部材 (3)の負 荷転動溝 (32a, 32b)もねじ軸 (2)の転動溝 (20a, 20b)に対応した多条ねじに形成され、 ナット部材 (3)の貫通孔 (30)の内周面には個々の負荷転動溝 (32a, 32b)に対応した無 負荷ボール溝 (33a, 33b)が螺旋状に形成されて 、ることを特徴とする請求項 1記載の ボールねじ装置。
[10] 閉ループとしての一つの無限循環路が 2条以上の負荷転動溝 (32a, 32b)及び無負荷 ボール溝 (33a, 33b)を含むことを特徴とする請求項 9記載のボールねじ装置。
[11] ナット部材の外周面には周方向に沿ってボールの転動溝が形成され、この転動溝を 転動する多数のボールを介して回転軸受の外輪がナット部材に組み付けられること を特徴とする請求項 1記載のボールねじ装置。
[12] ナット部材の軸方向の端部には該ナット部材に回転トルクを入力するためのギアが一 体的に形成されて 、ることを特徴とする請求項 11記載のボールねじ装置。
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