特開 2024-13041 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】P2024013041

(43)【公開日】2024-01-31

(54)【発明の名称】ボールねじ

(51)【国際特許分類】

   F16H 25/22 20060101AFI20240124BHJP

【ＦＩ】

F16H25/22 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022114944

(22)【出願日】2022-07-19

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】矢部 孝之

【テーマコード（参考）】

3J062

【Ｆターム（参考）】

3J062AA21

3J062AA27

3J062AB22

3J062AC07

3J062BA01

3J062BA16

3J062CD05

3J062CD54

(57)【要約】

【課題】加工が容易でありながら、ボール詰まりに対応できるボールねじを提供する。
【解決手段】ナットの取り付け面に、径方向に貫通し、長手方向がリード角に沿って形成される２つの長孔が形成され、循環部品は、前記取り付け面に当接する下面と、ボール転動路と、一方の前記長孔内に収容されるタングを有する第１部品と、前記取り付け面に当接する下面と、前記第１部品のボール転動路に接続されるボール転動路と、他方の前記長孔内に収容されるタングを有する第２部品とを有し、前記ナットを軸線方向に見たときに、前記取り付け面と、前記長孔の軸線とは、９０度未満の角度で交差し、前記ボールから前記循環部品が受ける荷重は、前記押さえ部材または前記ナットにより支持される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
内周面に螺旋状のねじ溝が形成され、外周面に取り付け面が設けられたナットと、
前記ねじ軸のねじ溝と前記ナットのねじ溝との間を転動するボールと、
前記ねじ軸と前記ナットの両ねじ溝間を転動する前記ボールを循環させるボール循環路を形成し、前記取り付け面に取り付けられる循環部品と、
前記循環部品を収容する筐体部を備え、前記ナットに固定される押さえ部材と、
を備えるボールねじであって、
前記ナットの前記取り付け面に、径方向に貫通し、長手方向がリード角に沿って形成される２つの長孔が形成され、
前記循環部品は、前記取り付け面に当接する下面と、ボール転動路と、一方の前記長孔内に収容されるタングを有する第１部品と、前記取り付け面に当接する下面と、前記第１部品のボール転動路に接続されるボール転動路と、他方の前記長孔内に収容されるタングを有する第２部品とを有し、
前記ナットを軸線方向に見たときに、前記取り付け面と、前記長孔の軸線とは、９０度未満の角度で交差し、
前記ボールから前記循環部品が受ける荷重は、前記押さえ部材または前記ナットにより支持される、ことを特徴とするボールねじ。

【請求項2】

前記ナットは、前記取り付け面に交差する立ち上がり面を有し、前記循環部品は、前記立ち上がり面に当接する、ことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。

【請求項3】

前記押さえ部材の筐体部は、収容した前記循環部品に当接する側壁、端壁及び頂壁を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のボールねじ。

【請求項4】

前記ナットは、２組の前記循環部品と前記押さえ部材とを有し、一方の前記押さえ部材の側壁が、他方の前記押さえ部材の側壁に当接する、ことを特徴とする請求項３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、ボールねじに関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械などで用いられるボールねじは、ねじ軸及びナットのねじ溝間に形成された螺旋状のボール転動路を転動するボールを循環させる循環部品として、例えばナットに取り付けられるチューブを備えている。

【0003】

このようなチューブを備えたボールねじは、ナットの軸線方向から見て、ボールを掬い上げるためにナットに形成されたチューブ挿入用の穴の軸線と、チューブを固定する座面とが直角であることが一般的であった。その理由は、チューブを形成する管材を曲げ加工をして用いることから、座面と穴の軸線との相対角度が直角でないと組み立てが困難となるからである。また、循環するボールの詰まりが生じるとチューブが直接押圧されることになるため、その対策として、座面と穴の軸線との相対角度を直角として、チューブを固定する部品を座面に強固に取り付ける必要があるという実情もある。

【0004】

これに対し、特許文献１には、外形がほぼＬ字形を呈し、一つの接続段と別の挿入段とから構成される循環子を備えたボールねじが開示されている。特許文献１の循環子は、ボールを掬い上げるためにナットに形成された穴に挿入されるが、ナットの軸線方向から見て、循環子挿入用の穴の軸線と、循環子を固定する座面との開角が９０度未満である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実用新案登録第３１６５１５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１においては、循環子を分割することによって、循環子挿入用の穴の軸線と、循環子を固定する座面との開角を９０度未満とすることを可能としているが、そのため複雑なボール循環路を形成する必要があり、加工が非常に難しくコストもかかる。またボール詰まり等により循環子が押し出される力に対し、循環子を押えている部分が管状のため固定力が低下する恐れがある。

【0007】

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、加工が容易でありながら、ボール詰まりに対応できるボールねじを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のボールねじは、
外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
内周面に螺旋状のねじ溝が形成され、外周面に取り付け面が設けられたナットと、
前記ねじ軸のねじ溝と前記ナットのねじ溝との間を転動するボールと、
前記ねじ軸と前記ナットの両ねじ溝間を転動する前記ボールを循環させるボール循環路を形成し、前記取り付け面に取り付けられる循環部品と、
前記循環部品を収容する筐体部を備え、前記ナットに固定される押さえ部材と、
を備えるボールねじであって、
前記ナットの前記取り付け面に、径方向に貫通し、長手方向がリード角に沿って形成される２つの長孔が形成され、
前記循環部品は、前記取り付け面に当接する下面と、ボール転動路と、一方の前記長孔内に収容されるタングを有する第１部品と、前記取り付け面に当接する下面と、前記第１部品のボール転動路に接続されるボール転動路と、他方の前記長孔内に収容されるタングを有する第２部品とを有し、
前記ナットを軸線方向に見たときに、前記取り付け面と、前記長孔の軸線とは、９０度未満の角度で交差し、
前記ボールから前記循環部品が受ける荷重は、前記押さえ部材または前記ナットにより支持される、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、加工が容易でありながら、ボール詰まりに対応できるボールねじを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、第１の実施形態のボールねじをナットの軸線方向に見た正面図である。

【図2】図２は、第１の実施形態のボールねじをナットの軸線直交方向に見た平面図である。

【図3】図３は、第１の実施形態のボールねじをナットの軸線に直交する面で切断した正面断面図である。

【図4】図４は、第１の実施形態のボールねじをナットの軸線に直交する方向に見た側面図である。

【図5】図５は、単体のナットを軸線方向に見た正面図である。

【図6】図６は、単体のナットを軸線直交方向に見た平面図である。

【図7】図７（ａ）は、第１部品の平面図であり、図７（ｂ）は、第１部品の正面図であり、図７（ｃ）は、第１部品の側面図である。

【図8】図８は、押さえ部材の平面図である。

【図9】図９は、押さえ部材を循環部品とともにナットに載置した状態で示す平面図である。

【図10】図１０は、循環部品が受ける荷重を分解して示す図であり、ナットの軸線方向直交面において、Ｙ方向は軸線から循環部品の中心を通過する方向であり、Ｘ方向は、Ｙ方向に直交する方向である。

【図11】図１１は、変形例にかかるナットの正面図である。

【図12】図１２は、変形例にかかるナットの平面図である。

【図13】図１３は、他の変形例にかかるナットの正面図である。

【図14】図１４は、他の変形例にかかるナットの平面図である。

【図15】図１５は、他の変形例にかかる押さえ部材の側面図である。

【図16】図１６は、第２の実施形態のボールねじをナットの軸線方向に見た正面図である。

【図17】図１７は、第２の実施形態のボールねじをナットの軸線直交方向に見た平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の一実施形態に係るボールねじについて図面を参照して詳細に説明する。
なお、本発明のボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸１１１と、内周面に螺旋状のねじ溝が形成され、外周面に取り付け面が設けられたナットと、ねじ軸１１１のねじ溝とナットのねじ溝との間を転動するボール１１３とを有する。

【0012】

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態のボールねじをナット１の軸線方向に見た正面図であり、図２は、本実施形態のボールねじをナット１の軸線直交方向に見た平面図であり、それぞれ内部構造の一部を透視した状態で示す。図３は、本実施形態のボールねじをナット１の軸線に直交する面で切断した正面断面図であり、ねじ軸は省略して内部構造を点線で示す。図４は、本実施形態のボールねじをナット１の軸線に直交する方向に見た側面図であり、内部構造を点線で示す。

【0013】

図５は、単体のナット１を軸線方向に見た正面図であり、図６は、単体のナット１を軸線直交方向に見た平面図であり、それぞれ内部構造の一部を透視した状態で示す。

【0014】

図に示すように、金属製のナット１は、円筒状に形成され、その内周面には１条の螺旋状のねじ溝１１が形成されている。
また、ナット１の外周面には、ナット１の軸線に平行な取り付け面１２が形成される。また、取り付け面１２の軸線方向両端近傍には、径方向に貫通し、内周面に形成されたねじ溝１１に対応して開口する長孔１７が形成される。長孔１７は、ボールねじに形成される両ねじ溝内の空間に連通する。

【0015】

そして、取り付け面１２には、ねじ軸１１１とナット１の両ねじ溝間を転動するボール１１３を循環させるボール循環路を形成する、循環部としての循環部品２が取り付けられる。循環部品２は、ナット１にねじ止めされる押さえ部材３を介してナット１に固定される。

【0016】

取り付け面１２は、一対の底壁面１２１と、中央面１２２とを有する。具体的に、図６に示すように、ナット１の中心軸線にそれぞれ平行な底壁面１２１が、中央面１２２の両側において、中央面１２２よりも軸線に近接するよう段差状に形成されている。中央面１２２には、一対のねじ穴１２２１が形成されている。

【0017】

長孔１７は、長手方向がねじ溝１１のリード角に沿って、ねじ溝１１の幅と同じ幅に形成されている。長孔１７は、循環部品２に向かって、ねじ溝１１からボール１１３を掬い上げる掬い上げ部を構成する。

【0018】

循環部品２は、ボール循環路内に、上述した掬い上げ部に加え、リード角に沿った掬い上げ部の方向から他の循環部へ軸方向に沿って向かうように、掬い上げたボール１１３の移動方向を転換する方向転換部を構成する。循環部品２は、互いに対称的な形状を持つ第１部品２１と第２部品２２とからなる。

【0019】

図７（ａ）は、第１部品２１の平面図であり、図７（ｂ）は、第１部品２１の正面図であり、図７（ｃ）は、第１部品２１の側面図であるが、内部構造の一部を透視した状態で示す。なお、第２部品２２は、第１部品２１に対して対称的形状を有する以外は共通するため、重複説明を省略する。

【0020】

樹脂製である第１部品２１は、ナット１の取り付け面１２に設置される基部２１１と、基部２１１上に載置される蓋部２１２とを接合してなる。基部２１１は、ブロック２１１１と、ブロック２１１１からナット１側に向かって延在する部分管状のタング２１１２とを連設してなる。基部２１１と蓋部２１２は、例えば射出成形などにより個別に形成されたのち、互いに接着することで形成できる。

【0021】

基部２１１のブロック２１１１の上面には、断面半円状の下転動路２１１３が形成され、蓋部２１２の下面には、断面半円状の上転動路２１１４が形成されており、下転動路２１１３と上転動路２１１４とで、第１部品２１のボール転動路を形成する。該ボール転動路は、図７（ｃ）に示すように円弧状に曲がる円弧部２１１８を有している。該ボール転動路の一端は、タング２１１２に隣接して下向きに開口しており、その他端は、第１部品２１の端部にて開口し、ナット１に組付けられた状態で、第２部品２２のボール転動路と連通する。

【0022】

第１部品２１及び第２部品２２は、タング２１１２の外表面がナット１の各長孔１７の内周面に当接するようにして、ナット１に組付けられる。このとき、基部２１１（及び第２部品の基部）の下面２１１５は、底壁面１２１と中央面１２２との落差に応じた段差を有するため（図７参照）、ナット１の底壁面１２１に当接するとともに、中央面１２２にも当接する。下面２１１５（すなわち底壁面１２１）は、ナット１の軸線方向に見たときに、長孔１７の軸線（すなわちタング２１１２の外表面）に対して９０度未満の角度θで傾斜している。角度θは、４５度以上、７５度以下であると好ましい。

【0023】

図８は、押さえ部材３の平面図である。図９は、押さえ部材３を循環部品２とともにナット１に載置した状態で示す平面図であるが、内部構造を透視した状態で示す。押さえ部材３は、略Ｚ形状である中空の筐体部３１と、筐体部３１の側壁下端から水平方向に延在する一対の板部３２とを有する。筐体部３１は、底壁を備えておらず、側壁３１１、３１２と、ナット１の軸線方向両側の端壁３１４，３１５と、側壁と端壁に接合する上壁３１３とを有する。板部３２には、ねじを挿通する開口３２１が形成されている。

【0024】

筐体部３１の内側は、第１部品２１及び第２部品２２に被せることで、これらを収容可能に構成されており、収容された状態で、筐体部３１の側壁３１１、３１２は、第１部品２１（及び第２部品２２）の側壁２１１６，２１１７（図７（ｂ））に当接する。また、筐体部３１の上壁３１３の下面及び端壁３１４，３１５の内面は、第１部品２１及び第２部品２２の上面及び端面に当接する。

【0025】

タング２１１２をナット１の長孔１７に滑り込むように装着して、第１部品２１をナット１に組付け、また第２部品２２をナット１に装着する。かかる状態で、第１部品２１と第２部品２２は連結されて、循環部品２を構成する。

【0026】

ナット１に装着された循環部品２に対し、ナット１の径方向外側より押さえ部材３を接近させ、筐体部３１内に循環部品２を収容しつつ、板部３２を中央面１２２に当接させると、開口３２１とねじ穴１２２１が重なり合う。そこで、開口３２１を介してねじ４をねじ穴１２２１に螺合させることにより、循環部品２を押さえ部材３を介してナット１に組み付けることができる。

【0027】

組付けた状態で、筐体部３１の上壁３１３の下面が、第１部品２１及び第２部品２２の上面に当接するので、ボールねじの動作時にボール転動路を転動するボール１１３から循環部品２が受ける荷重を支持できる。

【0028】

ここで、タング２１１２を介してナット１側から循環部品２へとボール１１３を掬い上げた際に、例えば円弧部２１１８にてボール詰まりが生じると、循環部品２にはナット１から離間する方向に荷重Ｆが生じる。組付けられた状態で、第１部品２１（及び第２部品２２）の下面２１１５は、長孔１７の軸線に対して９０度未満の角度θで傾斜しているため、荷重Ｆの支持態様が課題となる。

【0029】

ここで、図１に示すようにナット１を軸線方向に見たときに、タング２１１２に沿って並んだボールの詰まりによる荷重Ｆが循環部品２に作用したものとする。ナット１の水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向とすると、図１０に示すように、荷重Ｆは、ボール詰まりのＸ方向の成分Ｆｘと、ボール詰まりのＹ方向の成分Ｆｙとに分解できる。

【0030】

Ｙ方向の成分Ｆｙは、循環部品２を介して押さえ部材３の筐体部３１の上壁下面により支持され、またＸ方向の成分Ｆｘは、循環部品２を介して押さえ部材３の筐体部３１の側壁３１１，３１２により支持される。このように、循環部品２が受ける荷重Ｆを、点や線ではなく押さえ部材３の面で受けることができるため、長期間にわたって安定したボールねじの動作を確保できる。

【0031】

（変形例）
図１１は、変形例にかかるナット１Ａの正面図であり、図１２は、変形例にかかるナット１Ａの平面図である。上述した実施形態に対し、ナット１Ａは、底壁面１２１の両側に隣接して、一対の立ち上がり面１２４、１２５を底壁面１２１に直交して形成している点が異なる。すなわち、立ち上がり面１２４、１２５と底壁面１２１とで、ナット１の軸線方向に延在する浅溝を形成している。立ち上がり面１２４、１２５の上端は、中央面１２２と面一となる位置まで延在している。立ち上がり面１２４、１２５の距離は、循環部品２の側壁２１１６，２１１７（図７参照）間の幅にほぼ等しい。それ以外の構成は、上述した支持実施形態と同様であるため、重複説明を省略する。

【0032】

本変形例によれば、押さえ部材３を介して循環部品２をナット１Ａに組付けたとき、循環部品２の側壁２１１６，２１１７（図７参照）が、立ち上がり面１２４、１２５及び押さえ部材３の側壁３１１，３１２（図８参照）に当接する。このため、ボール詰まりが生じたときに、Ｘ方向の成分Ｆｘの一部を立ち上がり面１２４、１２５により支持することができる。これにより、ねじ４が受けるせん断荷重を低減でき、ねじ径のより小さいねじ４を使用できる。なお、循環部品２の側壁２１１６，２１１７が、立ち上がり面１２４、１２５にのみ当接するように構成してもよい。

【0033】

（他の変形例）
図１３は、他の変形例にかかるナット１Ａ´の正面図であり、図１４は、他の変形例にかかるナット１Ａの平面図である。上述した実施形態に対し、ナット１Ａ´は、底壁面１２１の両側に隣接して、一対の溝１２４ａ、１２５ａを底壁面１２１に直交して形成している点が異なる。溝１２４ａ、１２５ａの長さは、押さえ部品の側壁３１１，３１２の下部の延長部３１１ａ，３１２ａ（図１５参照）間の長さにほぼ等しいか、長い。それ以外の構成は、上述した実施形態と同様であるため、重複説明を省略する。

【0034】

本変形例によれば、押さえ部材３を介して循環部品２をナット１Ａ´に組付けたとき、延長部３１１ａ，３１２ａ（図１５参照）が、溝１２４ａ、１２５ａの側壁に当接する。このため、ボール詰まりが生じたときに、Ｘ方向の成分Ｆｘの一部を溝１２４ａ、１２５ａにより支持することができる。これにより、ねじ４が受けるせん断荷重を低減でき、ねじ径のより小さいねじ４を使用できる。

【0035】

（第２の実施形態）
図１６は、第２の実施形態のボールねじをナット１Ｂの軸線方向に見た正面図であり、内部構造の一部を透視した状態で示す。図１７は、本実施形態のボールねじをナット１Ｂの軸線直交方向に見た平面図である。

【0036】

本実施形態のナット１Ｂは、２組の循環部品２、２’及び押さえ部材３、３’を、２組の取り付け面１２，１２’に配置することにより、内部に独立した２組のボール循環路を形成している。循環部品２、２’及び押さえ部材３、３’は、それぞれ第１の実施形態と同様な構成を有する。本実施形態では、押さえ部材３の筐体部３１における端部近傍の側壁３１２と、押さえ部材３’の筐体部３１’ における端部近傍の側壁３１１’とは、互いに接している。上述した変形例のように、ナット１Ｂに循環部品２、２’に係合する側壁面を設けてもよい。

【0037】

本実施形態によれば、循環部品２の第２部品２２においてボール詰まりが生じたときに、Ｘ方向の成分Ｆｘを押さえ部材３’の筐体部３１’でも受けることができ、また循環部品２’の第１部品２１においてボール詰まりが生じたときに、Ｘ方向の成分Ｆｘを押さえ部材３の筐体部３１でも受けることができる。また、循環部品２、２’及び押さえ部材３、３’の一部を重ねて配置することにより、ナット１Ｂの軸線方向長を短縮する効果もある。

【0038】

なお、本発明は、前述した実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

【0039】

また、本発明のボールねじは、例えば、高精度な加工、測定を行う装置の位置決め用途や半導体製造等に使用されるＸＹステージに用いられる。また、ボールねじは、例えば、工作機械（マシニングセンター、旋盤、研削機等）、測定機械（３次元測定器）、半導体製造装置（露光装置、検査プローブ等のテーブル）等に用いられる。

【符号の説明】

【0040】

１，１Ａ，１Ｂ ナット
２ 循環部品
３ 押さえ部材
４ ねじ
１１ ねじ溝
１２ 取り付け面
１１１ ねじ軸
１１３ ボール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】