特開 2023-144580 ボールねじ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023144580

(43)【公開日】2023-10-11

(54)【発明の名称】ボールねじ

(51)【国際特許分類】

   F16H 25/22 20060101AFI20231003BHJP

   F16H 25/24 20060101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

F16H25/22 E

F16H25/24 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022051630

(22)【出願日】2022-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(72)【発明者】

【氏名】加藤 晃央

(72)【発明者】

【氏名】石川 慎太朗

【テーマコード（参考）】

3J062

【Ｆターム（参考）】

3J062AB22

3J062BA13

3J062CD08

3J062CD22

3J062CD23

3J062CD54

(57)【要約】

【課題】エンドキャップ式のボールねじにおいて、ナットを軸方向にコンパクト化しつつ、所望の荷重負荷能力を確保する。
【解決手段】ねじ軸２とナット３が相対回転するのに伴い、ねじ軸２に設けた雄ねじ溝１１とナット本体４に設けた雌ねじ溝１２とで形成される螺旋状の主通路１３と、主通路１３の径方向外側でナット本体４を軸方向に貫通する戻し通路１４と、主通路１３と戻し通路１４の一端を接続する第１接続路１５と、主通路１３と戻し通路の他端を接続する第２接続路とを有する一連のボール通路をボール７が循環移動するボールねじ１において、第１接続路１５を形成する第１エンドキャップ５及び第２接続路１６を形成する第２エンドキャップ６を、それぞれ、雌ねじ溝１２と軸方向で重なる位置に配置する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のボールを介して相対回転するねじ軸及びナットを備え、
前記ナットが、内周面に雌ねじ溝が形成されたナット本体と、該ナット本体の一端及び他端にそれぞれ取り付けられた第１及び第２エンドキャップとを有し、
前記ねじ軸と前記ナットが相対回転するのに伴い、前記ねじ軸の外周面に形成された雄ねじ溝と前記雌ねじ溝とで形成される螺旋状の主通路と、該主通路の径方向外側で前記ナット本体を軸方向に貫通する戻し通路と、前記第１エンドキャップにより形成され、前記主通路と前記戻し通路を接続する第１接続路と、前記第２エンドキャップにより形成され、前記主通路と前記戻し通路を接続する第２接続路とを有する一連のボール通路を前記複数のボールが循環するボールねじにおいて、
前記第１及び第２エンドキャップが、それぞれ、前記雌ねじ溝と軸方向で重なる位置に配置されていることを特徴とするボールねじ。

【請求項2】

前記ナット本体の一端面及び他端面の周方向一部領域に、前記ナットの軸方向中央側に凹んだ第１凹部及び第２凹部がそれぞれ設けられ、
前記第１エンドキャップが前記第１凹部に収容された状態で前記ナット本体に取り付けられ、前記第２エンドキャップが前記第２凹部に収容された状態で前記ナット本体に取り付けられている請求項１に記載のボールねじ。

【請求項3】

リードをＬとしたとき、前記雌ねじ溝のうちで前記主通路を形成する主通路形成部の一端側及び他端側溝底が、それぞれ、前記ナット本体の一端面及び他端面から軸方向で２Ｌ以内の距離に配置されている請求項１又は２に記載のボールねじ。

【請求項4】

リードをＬとしたとき、前記雌ねじ溝のうちで前記主通路を形成する主通路形成部の一端及び他端が、それぞれ、前記ナット本体の一端面及び他端面から軸方向でＬ以内の距離に配置されている請求項１又は２に記載のボールねじ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボールねじに関し、特に、エンドキャップ式と称されるボールねじに関する。

【背景技術】

【0002】

下記の特許文献１には、複数のボールを介して相対回転するねじ軸及びナットを備え、ナットが、内周面に雌ねじ溝が形成されたナット本体と、ナット本体の一端及び他端にそれぞれ取り付けられた第１及び第２エンドキャップとを有する、いわゆるエンドキャップ式のボールねじが記載されている。このボールねじにおいては、ねじ軸の外周面に形成された雄ねじ溝とこれに対向する上記雌ねじ溝との間に画成される螺旋状の主通路と、主通路の径方向外側でナット本体を軸方向に貫通する戻し通路と、第１及び第２エンドキャップのそれぞれに形成され、主通路と戻し通路を接続する第１及び第２接続路（方向転換路）とで一連のボール通路が形成される。そして、ねじ軸とナットが相対回転するのに伴い、上記ボール通路内に配された複数のボールが上記ボール通路に沿って循環移動する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－２５３０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、エンドキャップ式のボールねじにおいて、エンドキャップは、ナット内でボールを循環移動させる（上記の接続路を形成する）ために必要不可欠な部材であるものの、それ自体に荷重の負荷能力はない。このため、ナットがボールねじの直動側部材を構成する場合、ボールねじの荷重負荷能力は、ナット本体に設けられる雌ねじ溝の軸方向寸法等によって左右される。つまり、例えば、ナット本体の内周面に設けられる雌ねじ溝の軸方向寸法のみが互いに異なり、その他の仕様を同じくした二種類のボールねじの荷重負荷能力は、雌ねじ溝の軸方向寸法が相対的に大きいボールねじの方が優れている。しかしながら、何らの対策も講じることなく単に雌ねじ溝の軸方向寸法を大きくすると、ナットの軸方向寸法も当然に大きくなることから、ボールねじが必要以上に大型化する懸念がある。

【0005】

特に、特許文献１に記載されたボールねじのように、一対のエンドキャップを何れも円筒状に形成し、これらをナット本体の一端面及び他端面に対してそれぞれ取り付ける場合には、ナットの軸方向での大型化が避けられない。

【0006】

そこで、本発明は、いわゆるエンドキャップ式のボールねじにおいて、ナットを軸方向にコンパクト化しつつ、所望の荷重負荷能力を確保可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために創案された本発明は、複数のボールを介して相対回転するねじ軸及びナットを備え、ナットが、内周面に雌ねじ溝が形成されたナット本体と、このナット本体の一端及び他端にそれぞれ取り付けられた第１及び第２エンドキャップとを有し、ねじ軸とナットが相対回転するのに伴い、ねじ軸の外周面に形成された雄ねじ溝と上記雌ねじ溝とで形成される螺旋状の主通路と、この主通路の径方向外側でナット本体を軸方向に貫通する戻し通路と、第１エンドキャップにより形成され、上記主通路と上記戻し通路を接続する第１接続路と、第２エンドキャップにより形成され、上記主通路と上記戻し通路を接続する第２接続路とを有する一連のボール通路を複数のボールが循環するボールねじにおいて、第１及び第２エンドキャップが、それぞれ、雌ねじ溝と軸方向で重なる位置に配置されていることを特徴とする。

【0008】

上記構成によれば、ナット本体の内周面に形成する雌ねじ溝、ひいてはこの雌ねじ溝により画成される主通路の軸方向寸法を短縮することなく、ナット本体の一端及び他端にエンドキャップを取り付けたナットの軸方向寸法を、例えばナット本体の軸方向寸法と同程度となるまで短縮することができる。このため、特許文献１に記載された従来のボールねじに比べ、ナットを軸方向にコンパクト化しつつ、所望の荷重負荷能力を有するボールねじを実現することができる。

【0009】

上記の構成は、例えば、ナット本体の一端面及び他端面の周方向一部領域に、ナットの軸方向中央側に凹んだ第１凹部及び第２凹部をそれぞれ設け、第１エンドキャップを第１凹部に収容した状態でナット本体に取り付けると共に、第２エンドキャップを第２凹部に収容した状態でナット本体に取り付けることによって得ることができる。

【0010】

ねじ軸とナットの相対回転に伴ってボールを上記ボール通路に沿って精度良く循環移動させつつ、上記の作用効果を適切に享受することを可能にするためには、主通路の一端及び他端位置、換言すると、主通路と第１接続路の接続位置、及び主通路と第２接続路の接続位置を精密に管理するのが好ましい。そこで、ボールねじのリードをＬとしたとき、下記（１）（２）の何れかの構成を採用することが考えられる。
（１）雌ねじ溝のうち主通路を形成する主通路形成部の一端側溝底及び他端側溝底を、それぞれ、ナット本体の一端面及び他端面から軸方向で２Ｌ以内の距離に配置する。
（２）雌ねじ溝のうち主通路を形成する主通路形成部の一端及び他端を、それぞれ、ナット本体の一端面及び他端面から軸方向でＬ以内の距離に配置する。

【発明の効果】

【0011】

以上のことから、本発明によれば、いわゆるエンドキャップ式のボールねじにおいて、ナットを軸方向にコンパクト化しつつ、所望の荷重負荷能力を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係るボールねじの斜視図である。

【図2】第１エンドキャップを取り外したボールねじの斜視図である。

【図3】ボールねじの平面図である。

【図4】図３のＡ－Ａ線矢視概略断面図である。

【図5】図３のＢ－Ｂ線矢視概略断面図である。

【図6】（ａ）図は、ナット本体の斜視図、（ｂ）図は、エンドキャップの斜視図である。

【図7】（ａ）図は、ナット本体の部分拡大縦断面図、（ｂ）図は、他の実施形態に係るナット本体の部分拡大縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態を図面（図１～図７）に基づいて説明する。なお、図１は、本発明の実施形態に係るボールねじ１の斜視図であり、図２は、エンドキャップ（第１エンドキャップ）５を取り外したボールねじ１の斜視図である。図３は、ボールねじ１の平面図（図１を軸方向一方側から見た図）であり、図４及び図５は、それぞれ、図３のＡ－Ａ線矢視概略断面図及びＢ－Ｂ線矢視概略断面図である。図６（ａ）は、ナット本体４の斜視図であり、図６（ｂ）は、エンドキャップ（第１エンドキャップ５）の斜視図である。図７（ａ）は、ナット本体３の部分拡大縦断面図であり、図７（ｂ）は、他の実施形態に係るナット本体３の部分拡大縦断面図である。

【0014】

図１～図５に示すように、ボールねじ１は、複数のボール７を介して相対回転するねじ軸２及びナット３を備える。このボールねじ１は、電動モータ等の図示しない回転駆動源の駆動力を受けてねじ軸２がその軸線回りに回転するのに伴って、ナット３が軸方向に進退移動（直線運動）するねじ軸回転タイプである。従って、ナット３は、図示外の回転規制部によってねじ軸２の軸線回りの回転が規制されている。

【0015】

ボールねじ１の回転側部材を構成するねじ軸２は、横断面が円形の中実軸からなり、その外周面には、ピッチをＬとした一条の雄ねじ溝１１が形成されている。従って、このボールねじ１のリードは、上記ピッチと同じくＬである。

【0016】

ボールねじ１の直動側部材を構成するナット３は、金属材料で円筒状に形成されたナット本体４と、樹脂材料又は金属材料で形成され、ナット本体４の軸方向一方側及び他方側の端部（一端及び他端）にそれぞれ取り付けられた第１エンドキャップ５及び第２エンドキャップ６とを有する。

【0017】

図２、図５及び図６（ａ）に示すように、ナット本体４の一端面４ａの周方向一部領域には、ナット３の軸方向中央側に凹んだ円弧状（扇状）の第１凹部８が形成され、ナット本体４の他端面４ｂの周方向一部領域には、ナット３の軸方向中央側に凹んだ円弧状の第２凹部９が形成されている。本実施形態の第１凹部８と第２凹部９は平面視で同一形状であるが、周方向の配設位置が互いに異なる。すなわち、第２凹部９の周方向中央部は、第１凹部８の周方向中央部に対して周方向に所定量シフトした位置にある。

【0018】

図１及び図３に示すように、第１エンドキャップ５は、第１凹部８の形状に対応した円弧状（扇状）に形成され、その全体がナット本体４の第１凹部８に収容された状態、つまり軸方向外側の端面５ａをナット本体４の一端面４ａと同一平面上、あるいは一端面４ａよりもナット３の軸方向中央側に位置させた状態でナット本体４に取り付け固定されている（図５参照）。また、第２エンドキャップ６は、第２凹部９の形状に対応した円弧状(扇状)に形成され、その全体がナット本体４の第２凹部９に収容された状態、つまり軸方向外側の端面６ａをナット本体４の他端面４ｂと同一平面上、あるいは他端面４ｂよりもナット３の軸方向中央側に位置させた状態でナット本体４に取り付け固定されている（図５参照）。意図しない分離が生じる可能性を極力低減できる限りにおいてナット本体４に対するエンドキャップ５，６の取り付け方法に制約はなく、例えば、ねじ等の締結具を用いる方法や接着などを採用できる。

【0019】

図４、図５及び図６（ａ）に示すように、ナット本体４の内周面には、その軸方向全域に亘って雌ねじ溝１２が形成されている。この雌ねじ溝１２は、ねじ軸２の外周面に形成された雄ねじ溝１１と対向してボール７が転動する螺旋状の主通路１３を画成している。また、図５及び図６（ａ）に示すように、ナット本体４には、雌ねじ溝１２の径方向外側でナット本体４を軸方向に貫通する貫通孔からなる戻し通路１４が形成されている。戻し通路１４としての貫通孔は、その一端及び他端が、それぞれ、第１凹部８及び第２凹部９の内底面に開口するように形成されている。

【0020】

図５に示すように、主通路１３と戻し通路１４の一端は第１接続路１５を介して接続され、主通路１３と戻し通路１４の他端は第２接続路１６を介して接続されている。本実施形態では、第１エンドキャップ５の軸方向内側の端面５ｂに設けた溝部５ｃ［図６（ｂ）を併せて参照］と、これに対向するナット本体４の第１凹部８の内底面に設けた溝部４ｃ［図６（ａ）を併せて参照］とで第１接続路１５が形成され、第２エンドキャップ６の軸方向内側の端面６ｂに設けた溝部６ｃと、これに対向するナット本体４の第２凹部９の内底面に設けた溝部４ｄとで第２接続路１６が形成されている。なお、第１接続路１５は、第１エンドキャップ５の端面５ｂに設けた溝部５ｃのみで形成しても良く、また、第２接続路１６は、第２エンドキャップ６の端面６ｂに設けた溝部６ｃのみで形成しても良い。

【0021】

以上から、ナット３には、主通路１３と、戻し通路１４と、主通路１３と戻し通路１４をナット３の一端側及び他端側でそれぞれ接続する第１接続路１５及び第２接続路１６とからなる一連のボール通路が設けられる。そして、ボール７は、上記ボール通路内に連続して配設され、ねじ軸２とナット３が相対回転する（本実施形態では、ねじ軸２が回転する）のに伴ってボール通路内を循環移動する。具体的には、ねじ軸２がその軸線回りに正回転すると、主通路１３内を転動するボール１３は、第１接続路１５を介して戻し通路１４の一端に導入された後、戻し通路１４及び第２接続路１６を介して主通路１３に導入（再導入）される。また、ねじ軸２がその軸線回りに逆回転すると、主通路１３内を転動するボール１３は、第２接続路１６を介して戻し通路１４の他端に導入された後、戻し通路１４及び第１接続路１５を介して主通路１３に導入（再導入）される。

【0022】

上記のボール通路に沿って循環移動するボール７が第１接続路１５と戻し通路１４の間でスムーズに移行可能とするため、本実施形態の第１エンドキャップ５には、戻し通路１４と第１接続路１５を滑らかに接続するための案内突起５ｄが形成されている［図６（ｂ）を併せて参照］。また、ボール通路に沿って循環移動するボール７が第２接続路１６と戻し通路１４の間でスムーズに移行可能とするため、本実施形態の第２エンドキャップ６には、戻し通路１４と第２接続路１６を滑らかに接続するための案内突起６ｄが形成されている。

【0023】

以上で説明した本実施形態のボールねじ１においては、ナット本体４の一端面４ａ及び他端面４ｂの周方向一部領域に、ナット３の軸方向中央側に凹んだ第１凹部８及び第２凹部９をそれぞれ設け、第１エンドキャップ５を第１凹部８に収容した状態でナット本体４に取り付けると共に、第２エンドキャップ６を第２凹部９に収容した状態でナット本体４に取り付けたことにより、第１エンドキャップ５及び第２エンドキャップ６が、それぞれ、ナット本体４の内周面に設けた雌ねじ溝１２と軸方向で重なる位置に配置されている。

【0024】

このような構成によれば、ナット本体４の内周面に形成する雌ねじ溝１２、ひいてはこの雌ねじ溝１２とこれに対向するねじ軸２の雄ねじ溝１１とで画成される主通路１３の軸方向寸法を短縮することなく、ナット本体４の一端及び他端に第１及び第２エンドキャップ５，６をそれぞれ取り付けてなるナット３の軸方向寸法を、ナット本体４の軸方向寸法と略等しくなるまで短縮することができる。このため、従来のボールねじに比べ、ナット３を軸方向にコンパクト化しつつも、所望の荷重負荷能力を有するボールねじ１を実現することができる。

【0025】

なお、上記本発明の構成を採用した場合、ナット３を軸方向にコンパクト化することに替えて、ナット本体４（の内周面に設けられる雌ねじ溝１２）を第１及び第２エンドキャップ５，６の軸方向寸法が加算される程度にまで軸方向に長寸化し、ナット３の荷重負荷能力を高めるようにしても良い。

【0026】

本発明を採用することで享受し得る上記の作用効果を適切に享受可能にしつつ、ねじ軸２の回転に伴って複数のボール７をボール通路に沿って精度良く循環移動させるためには、雌ねじ溝１２のうち対向する雄ねじ溝１１と協働して主通路１３を形成する部分［主通路形成部１２’。図６（ａ）参照］の一端及び他端位置、換言すると、主通路１３と第１接続路１５の接続位置、及び主通路１３と第２接続路１６の接続位置を精密に管理することが好ましい。具体的には、図７（ａ）を参照して説明する下記の関係式、あるいは図７（ｂ）を参照して説明する下記の関係式を満たすようにすることが考えられる。

【0027】

まず、図７（ａ）に示すように、ナット本体４の一端面４ａと主通路形成部１２’の一端側溝底１２ａとの軸方向離間距離（ナット本体４の他端面４ｂと主通路形成部１２’の他端側溝底１２ｂとの軸方向離間距離）をＬ_１とし、ボールねじ１のリードをＬ（図４参照）としたとき、Ｌ_１≦２Ｌの関係式を満たすようにすることが考えられる。係る構成は、「主通路形成部の一端側溝底及び他端側溝底を、それぞれ、ナット本体の一端面及び他端面から軸方向で２Ｌ以内の距離に配置する」ことに相当する。なお、上記の関係式は、好ましくは、（Ｌ／２）≦Ｌ_１≦２Ｌとする。

【0028】

また、図７（ｂ）に示すように、ナット本体４の一端面４ａと主通路形成部１２’の一端部１２ａ１との軸方向離間距離（ナット本体４の他端面４ｂと主通路形成部１２’の他端部１２ｂ１との軸方向離間距離）をＬ_２とし、ボールねじ１のリードをＬ（図４参照）としたとき、Ｌ_２≦Ｌ（厳密には、０＜Ｌ_２≦Ｌ）の関係式を満たすようにすることが考えられる。係る構成は、「主通路形成部の一端及び他端を、それぞれ、ナット本体の一端面及び他端面から軸方向でＬ以内の距離に配置する」ことに相当する。

【0029】

以上、本発明の一実施形態に係るボールねじ１について説明したが、ボールねじ１には、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更を施すことができる。

【0030】

例えば、以上で説明した実施形態では、第１エンドキャップ５及び第２エンドキャップ６（並びにこれらを収容するためにナット本体４の一端面４ａ及び他端面４ｂの周方向一部領域にそれぞれ設けた第１凹部８及び第２凹部９）を、何れもナット３の周方向に延びる円弧状（扇状）に形成したが、両エンドキャップ５，６（及び両凹部８，９）は、所定の接続路１５，１６を形成できるのであればその他の形状、例えば、円形状、多角形状等に形成しても構わない。

【0031】

また、以上で説明したボールねじ１は、ねじ軸２を回転側部材とし、ナット３を直動側部材とした、いわゆるねじ軸回転タイプであるが、本発明は、ねじ軸２を直動側部材とし、ナット３を回転側部材とした、いわゆるナット回転タイプのボールねじ１に適用することもできる。

【0032】

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

【符号の説明】

【0033】

１ ボールねじ
２ ねじ軸
３ ナット
４ ナット本体
５ 第１エンドキャップ
６ 第２エンドキャップ
７ ボール
１１ 雄ねじ溝
１２ 雌ねじ溝
１２’ 主通路形成部
１３ 主通路
１４ 戻し通路
１５ 第１接続路
１６ 第２接続路
Ｌ リード（ピッチ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】