特開 2024-180076 ボールねじ装置

(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】P2024180076

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】ボールねじ装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 25/22 20060101AFI20241219BHJP

   F16H 25/24 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

F16H25/22 D

F16H25/24 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023099513

(22)【出願日】2023-06-16

(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】チハ リガ

【テーマコード（参考）】

3J062

【Ｆターム（参考）】

3J062AA25

3J062AB22

3J062AC07

3J062BA16

3J062BA33

3J062CD06

3J062CD22

3J062CD27

(57)【要約】

【課題】耐熱性及び耐久性を備え、かつ、軽量化及び低コスト化が図られたボールねじ装置を提供する。
【解決手段】外周面に螺旋状のねじ溝１１を有するねじ軸１０と、内周面に螺旋状のねじ溝２１を有し、ねじ軸１０に外嵌されるナット２０と、ねじ軸１０及びナット２０のねじ溝１１，２１によって形成される転動路３２に収容される複数のボール３０と、ナット２０に設けられ、転動路３２を繋いでボール３０が循環可能な複数の循環路３４を形成する複数の循環チューブ４０と、を備え、少なくとも一つの循環チューブ４０は金属製の循環チューブ４０Ｍであり、他の循環チューブ４０は樹脂製の循環チューブ４０Ｒである。
【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を有するねじ軸と、
内周面に螺旋状のねじ溝を有し、前記ねじ軸に外嵌されるナットと、
前記ねじ軸及び前記ナットの前記ねじ溝によって形成される転動路に収容される複数のボールと、
前記ナットに設けられ、前記転動路を繋いで前記ボールが循環可能な複数の循環路を形成する複数の循環部材と、
を備え、
少なくとも一つの前記循環部材は金属製であり、他の前記循環部材が樹脂製である、
ボールねじ装置。

【請求項2】

前記ナットにおける高温となる箇所に設けられる前記循環部材が金属製であり、他の前記循環部材が樹脂製である、
請求項１に記載のボールねじ装置。

【請求項3】

前記ナットにおける高荷重となる前記循環路を構成する前記循環部材が金属製であり、他の前記循環部材が樹脂製である、
請求項１または請求項２に記載のボールねじ装置。

【請求項4】

外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、
内周面に螺旋状のねじ溝を有し、前記ねじ軸に外嵌されるナットと、
前記ねじ軸及び前記ナットの前記ねじ溝によって形成される転動路に収容される複数のボールと、
前記ナットに設けられ、前記転動路を繋いで前記ボールが循環可能な少なくとも一つの循環路を形成する循環部材と、
を備え、
少なくとも一つの前記循環部材は、長手方向に沿って二つの分割体に分割された分割構造とされ、
前記分割構造の前記循環部材は、一方の前記分割体が金属製であり、他方の前記分割体が樹脂製である、
ボールねじ装置。

【請求項5】

前記分割構造の前記循環部材は、前記ナットにおける高温側が金属製の分割体であり、前記ナットにおける低温側が樹脂製の分割体である、
請求項４に記載のボールねじ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボールねじ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ボールねじ装置は、ねじ軸とナットにそれぞれ設けられたねじ溝にボールを入れ、ねじ軸またはナットが回転したときにボールが自転及び公転することで回転運動を高効率に直線運動に変換する装置である。このボールねじ装置は、ねじ軸またはナットが回転運動を直線運動に変換し続けるために、ボールを転動路内で無限循環させる循環部材を備えている。

【0003】

転動路からボールを掬い上げる循環チューブからなる循環部材を備えるボールねじ装置では、循環チューブが複雑な形状となるため、循環チューブの材料として製造コストが安価な樹脂が使用される。

【0004】

例えば、特許文献１には、成形加工により低価格で大量に製作可能な樹脂製の循環部材を備えることで、全体の軽量化及び低コスト化が図られたボールねじ装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５－１５５８８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、射出成型機、プレス機あるいは半導体モールディング装置等に用いられる多列の循環回路を備えるボールねじ装置では、ナットにおける設備への取り付け側が熱源から近くなり、ナットの取り付け端面に近い位置に配置される循環部材が高温に晒されることがある。また、ボールねじ装置では、内部における荷重分布により、特定の循環回路が高温高荷重になることがある。

【0007】

このため、循環部材を樹脂から成形したボールねじ装置では、高温高荷重になる循環回路部分において、劣化したり、強度が低下するおそれがある。

【0008】

そこで本発明は、耐熱性及び耐久性を備え、かつ、軽量化及び低コスト化が図られたボールねじ装置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】

【0009】

本発明は下記構成からなる。
（１） 外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、
内周面に螺旋状のねじ溝を有し、前記ねじ軸に外嵌されるナットと、
前記ねじ軸及び前記ナットの前記ねじ溝によって形成される転動路に収容される複数のボールと、
前記ナットに設けられ、前記転動路を繋いで前記ボールが循環可能な複数の循環路を形成する複数の循環部材と、
を備え、
少なくとも一つの前記循環部材は金属製であり、他の前記循環部材が樹脂製である、
ボールねじ装置。
（２） 外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、
内周面に螺旋状のねじ溝を有し、前記ねじ軸に外嵌されるナットと、
前記ねじ軸及び前記ナットの前記ねじ溝によって形成される転動路に収容される複数のボールと、
前記ナットに設けられ、前記転動路を繋いで前記ボールが循環可能な少なくとも一つの循環路を形成する循環部材と、
を備え、
少なくとも一つの前記循環部材は、長手方向に沿って二つの分割体に分割された分割構造とされ、
前記分割構造の前記循環部材は、一方の前記分割体が金属製であり、他方の前記分割体が樹脂製である、
ボールねじ装置。

【発明の効果】

【0010】

本発明のボールねじ装置によれば、耐熱性及び耐久性を備え、かつ、軽量化及び低コスト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係るボールねじ装置の平面図である。

【図2】第１実施形態に係るボールねじ装置の一部を断面視した側面図である。

【図3】変形例１に係るボールねじ装置の平面図である。

【図4】変形例１に係るボールねじ装置における温度分布を説明するグラフである。

【図5】変形例２に係るボールねじ装置の平面図である。

【図6】変形例２に係るボールねじ装置における荷重分布を説明するグラフである。

【図7】変形例３に係るボールねじ装置の平面図である。

【図8】変形例３に係るボールねじ装置における荷重分布を説明するグラフである。

【図9】第２実施形態に係るボールねじ装置の平面図である。

【図10A】分割構造の循環チューブの平面図である。

【図10B】分割構造の循環チューブの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係るボールねじ装置を説明する。
図１は、第１実施形態に係るボールねじ装置の平面図である。図２は、第１実施形態に係るボールねじ装置の一部を断面視した側面図である。

【0013】

図１及び図２に示すように、第１実施形態に係るボールねじ装置１００は、ねじ軸１０と、ナット２０と、複数のボール３０と、複数の循環チューブ（循環部材）４０と、を備えて構成されている。

【0014】

ねじ軸１０は、中心軸を中心とした断面円形状に形成され、その外周面に螺旋状の第１ねじ溝（ねじ溝）１１を有している。

【0015】

ナット２０は、略円筒状をなし、その内径はねじ軸１０の外径よりも大きく形成されており、ねじ軸１０に所定の隙間をもって外嵌している。ナット２０の一端部には、案内対象と結合するためのフランジ２５が設けられている。フランジ２５は、複数のボルト（図示略）によって案内対象に締結固定され、これにより、ナット２０が案内対象に固定される。

【0016】

ナット２０の内周面は、ねじ軸１０の第１ねじ溝１１と等しいリードを有し、第１ねじ溝１１と対向する第２ねじ溝（ねじ溝）２１を有している。そして、ねじ軸１０の第１ねじ溝１１とナット２０の第２ねじ溝２１とによって断面略円形状の転動路３２が形成され、この転動路３２内には、複数のボール３０が転動可能に充填配置される。

【0017】

ナット２０は、外周面の一部に平面部２３を有しており、この平面部２３には、２つの循環チューブ４０が装着されている。これらの循環チューブ４０は、ナット２０の平面部２３にネジ止めされるブラケット４１によってナット２０に固定されている。

【0018】

循環チューブ４０は、その両端が、ナット２０に形成されて転動路３２に連通する貫通孔（図示略）に接続されている。そして、ねじ軸１０を回転させることにより転動路３２を移動するボール３０は、転動路３２から貫通孔を介して循環チューブ４０へ入り込み、この循環チューブ４０を通って複数リード手前の転動路３２へ貫通孔を介して戻される。このように、ボールねじ装置１００には、転動路３２の一部と循環チューブ４０とによってボール３０が循環される２つの無限循環路（以下、単に循環路という）３４が設けられている。これにより、ナット２０に対するねじ軸１０の相対的な回転に伴って、複数のボール３０が循環路３４内を無限循環することにより、ねじ軸１０とナット２０が軸方向に相対的に直線運動することが可能となる。

【0019】

ボールねじ装置１００に設けられた２つの循環路３４は、フランジ２５側から順に、第１循環路３４Ａ及び第２循環路３４Ｂとされている。一方の循環路３４である第１循環路３４Ａを構成する循環チューブ４０は、金属製の循環チューブ４０Ｍからなり、他方の循環路３４である第２循環路３４Ｂを構成する循環チューブ４０は、樹脂製の循環チューブ４０Ｒからなる。

【0020】

上記構成のボールねじ装置１００は、フランジ２５が案内対象である設備に取り付けられる。このとき、ボールねじ装置１００には、設備からの熱によって、フランジ２５側の循環チューブ４０が温度変化の影響を受けやすくなる。

【0021】

第１実施形態に係るボールねじ装置１００では、高温高荷重となる箇所に耐熱性及び耐久性を有する金属製の循環チューブ４０Ｍを配置させ、他の箇所に軽量及び安価な樹脂製の循環チューブ４０Ｒを配置させることにより、耐熱性及び耐久性を備え、かつ、軽量で安価なボールねじ装置１００とすることができる。

【0022】

次に、第１実施形態に係るボールねじ装置１００の各種の変形例について説明する。

【0023】

（変形例１）
図３は、変形例１に係るボールねじ装置の平面図である。図４は、変形例１に係るボールねじ装置における温度分布を説明するグラフである。

【0024】

図３に示すように、変形例１に係るボールねじ装置１００Ａでは、ナット２０に、循環路３４を構成する３つの循環チューブ４０が設けられており、ナット２０の平面部２３において、ナット２０の軸方向に配列されている。これらの３つの循環路３４は、フランジ２５側から順に、第１循環路３４Ａ、第２循環路３４Ｂ、第３循環路３４Ｃとされている。この変形例１では、ナット２０のフランジ２５の付近に、外部の熱源Ｈが配置されている。

【0025】

図４に示すように、変形例１では、ナット２０のフランジ２５の付近に外部の熱源Ｈが配置されていることで、ナット２０の内部における温度分布は、第１循環路３４Ａで最大となり、その他の第２循環路３４Ｂ及び第３循環路３４Ｃで、第１循環路３４Ａよりも低くなる。具体的には、ナット２０のフランジ２５の位置で約１００℃となる場合、第１循環路３４Ａで９０℃以上、第２循環路３４Ｂで８０℃以上、第３循環路３４Ｃで８０℃以下となる。

【0026】

このような温度分布となる変形例１では、８０℃以上となる第１循環路３４Ａ及び第２循環路３４Ｂを金属製の循環チューブ４０Ｍで構成し、他の第３循環路３４Ｃを樹脂製の循環チューブ４０Ｒで構成する。

【0027】

この変形例１に係るボールねじ装置１００Ａによれば、高温となる箇所に耐熱性を有する金属製の循環チューブ４０Ｍが設けられ、他の箇所に樹脂製の循環チューブ４０Ｒが設けられているので、優れた耐熱性を備えつつ軽量で安価なボールねじ装置１００Ａとすることができる。

【0028】

（変形例２）
図５は、変形例２に係るボールねじ装置の平面図である。図６は、変形例２に係るボールねじ装置における荷重分布を説明するグラフである。

【0029】

図５に示すように、変形例２に係るボールねじ装置１００Ｂにおいても、ナット２０は、軸方向に配列された３つの循環チューブ４０を備え、これらの３つの循環チューブ４０から構成される循環路３４は、フランジ２５側から順に、第１循環路３４Ａ、第２循環路３４Ｂ、第３循環路３４Ｃとされている。

【0030】

図６に示すように、変形例２では、第１循環路３４Ａ及び第２循環路３４Ｂに対して、第３循環路３４Ｃにおける荷重が高くなっている。そして、このような荷重分布となる変形例２では、最も荷重が高くなる第３循環路３４Ｃを金属製の循環チューブ４０Ｍで構成し、他の第１循環路３４Ａ及び第２循環路３４Ｂを樹脂製の循環チューブ４０Ｒで構成する。

【0031】

この変形例２に係るボールねじ装置１００Ｂによれば、高荷重となる第３循環路３４Ｃを、耐久性を有する金属製の循環チューブ４０Ｍで形成し、他の第１循環路３４Ａ及び第２循環路３４Ｂを樹脂製の循環チューブ４０Ｒで形成するので、優れた耐久性を備えつつ軽量で安価なボールねじ装置１００Ｂとすることができる。

【0032】

（変形例３）
図７は、変形例３に係るボールねじ装置の平面図である。図８は、変形例３に係るボールねじ装置における荷重分布を説明するグラフである。

【0033】

図７に示すように、変形例３に係るボールねじ装置１００Ｃでは、ナット２０は、軸方向に配列された４つの循環チューブ４０を備え、これらの４つの循環チューブ４０から構成される循環路３４は、フランジ２５側から順に、第１循環路３４Ａ、第２循環路３４Ｂ、第３循環路３４Ｃ、第４循環路３４Ｄとされている。

【0034】

図８に示すように、変形例３では、中央寄りの第２循環路３４Ｂ及び第３循環路３４Ｃに対して、両側の第１循環路３４Ａ及び第４循環路３４Ｄにおける荷重が高くなっている。そして、このような荷重分布となる変形例３では、荷重が高くなる第１循環路３４Ａ及び第４循環路３４Ｄを金属製の循環チューブ４０Ｍで構成し、他の第２循環路３４Ｂ及び第３循環路３４Ｃを樹脂製の循環チューブ４０Ｒで構成する。

【0035】

この変形例３に係るボールねじ装置１００Ｃの場合も、高荷重となる第１循環路３４Ａ及び第４循環路３４Ｄを、耐久性を有する金属製の循環チューブ４０Ｍで形成し、他の第２循環路３４Ｂ及び第３循環路３４Ｃを樹脂製の循環チューブ４０Ｒで形成するので、優れた耐久性を備えつつ軽量で安価なボールねじ装置１００Ｃとすることができる。

【0036】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るボールねじ装置について説明する。
なお、上記第１実施形態と同一構成部分は同一符号を付して説明を省略する。
図９は、第２実施形態に係るボールねじ装置の平面図である。

【0037】

図９に示すように、第２実施形態に係るボールねじ装置２００は、２つの循環路３４を構成する２つの循環チューブ４０を備えており、ナット２０の平面部２３において、ナット２０の軸方向に配列されている。これらの２つの循環路３４は、フランジ２５側から順に、第１循環路３４Ａ、第２循環路３４Ｂとされている。

【0038】

ボールねじ装置２００においても、設備からの熱によって、設備に固定されるフランジ２５側の循環チューブ４０が温度変化の影響を受けやすくなる。このようなボールねじ装置２００では、フランジ２５側の一方の第１循環路３４Ａが分割構造の循環チューブ４０Ｓから構成され、他方の第２循環路３４Ｂが樹脂製の循環チューブ４０Ｒから構成されている。

【0039】

図１０Ａは、分割構造の循環チューブの平面図である。図１０Ｂは、分割構造の循環チューブの斜視図である。

【0040】

図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、分割構造の循環チューブ４０Ｓは、長手方向に沿って分割され、金属製の金属分割体５０Ａと、樹脂製の樹脂分割体５０Ｂとから構成されている。そして、これらの金属分割体５０Ａと樹脂分割体５０Ｂとを互いに組付けることにより、循環チューブ４０Ｓが構成される。

【0041】

金属分割体５０Ａと樹脂分割体５０Ｂからなる循環チューブ４０Ｓは、設備に取り付けられるナット２０において、設備から最も近い方に金属分割体５０Ａが配置されるようにナット２０に装着されている。これにより、この循環チューブ４０Ｓは、ナット２０における高温側が金属分割体５０Ａとなり、ナット２０における低温側が樹脂分割体５０Ｂとなる。

【0042】

この第２実施形態に係るボールねじ装置２００によれば、ナット２０の高温側に金属分割体５０Ａが配置され、ナット２０の低温側に樹脂分割体５０Ｂが配置されるように、分割構造の循環チューブ４０Ｓをナット２０に組付けることにより、耐熱性を備え、かつ、軽量で安価なボールねじ装置２００とすることができる。

【0043】

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

【0044】

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、
内周面に螺旋状のねじ溝を有し、前記ねじ軸に外嵌されるナットと、
前記ねじ軸及び前記ナットの前記ねじ溝によって形成される転動路に収容される複数のボールと、
前記ナットに設けられ、前記転動路を繋いで前記ボールが循環可能な複数の循環路を形成する複数の循環部材と、
を備え、
少なくとも一つの前記循環部材は金属製であり、他の前記循環部材が樹脂製である、ボールねじ装置。
この構成のボールねじ装置によれば、ナットに設けられて循環路を形成する複数の循環部材の少なくとも一つの循環部材が金属製であり、他の循環部材が樹脂製である。したがって、高温高荷重となる箇所に耐熱性及び耐久性を有する金属製の循環部材を配置させ、他の箇所に軽量及び安価な樹脂製の循環部材を配置させることにより、耐熱性及び耐久性を備え、かつ、軽量で安価なボールねじ装置とすることができる。

【0045】

（２） 前記ナットにおける高温となる箇所に設けられる前記循環部材が金属製であり、他の前記循環部材が樹脂製である、（１）に記載のボールねじ装置。
この構成のボールねじ装置によれば、高温となる箇所に耐熱性を有する金属製の循環部材が設けられ、他の箇所に樹脂製の循環部材が設けられているので、優れた耐熱性を備えつつ軽量で安価なボールねじ装置とすることができる。

【0046】

（３） 前記ナットにおける高荷重となる前記循環路を構成する前記循環部材が金属製であり、他の前記循環部材が樹脂製である、（１）または（２）に記載のボールねじ装置。
この構成のボールねじ装置によれば、高荷重となる循環路を、耐久性を有する金属製の循環部材で形成し、他の循環路を樹脂製の循環部材で形成するので、優れた耐久性を備えつつ軽量で安価なボールねじ装置とすることができる。

【0047】

（４） 外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、
内周面に螺旋状のねじ溝を有し、前記ねじ軸に外嵌されるナットと、
前記ねじ軸及び前記ナットの前記ねじ溝によって形成される転動路に収容される複数のボールと、
前記ナットに設けられ、前記転動路を繋いで前記ボールが循環可能な少なくとも一つの循環路を形成する循環部材と、
を備え、
少なくとも一つの前記循環部材は、長手方向に沿って二つの分割体に分割された分割構造とされ、
前記分割構造の前記循環部材は、一方の前記分割体が金属製であり、他方の前記分割体が樹脂製である、ボールねじ装置。
この構成のボールねじ装置によれば、長手方向に沿って二つの分割体に分割され、一方の分割体が金属製であり、他方の分割体が樹脂製である循環部材を備える。したがって、ナットの高温となる側に金属製の分割体が配置されるように循環部材をナットに組付けることにより、耐熱性を備え、かつ、軽量で安価なボールねじ装置とすることができる。

【0048】

（５） 前記分割構造の前記循環部材は、前記ナットにおける高温側が金属製の分割体であり、前記ナットにおける低温側が樹脂製の分割体である、（４）に記載のボールねじ装置。
この構成のボールねじ装置によれば、分割構造の循環部材は、ナットにおける高温側が金属製の分割体であり、ナットにおける低温側が樹脂製の分割体である。したがって、優れた耐熱性を備えつつ軽量で安価なボールねじ装置とすることができる。

【符号の説明】

【0049】

１０ ねじ軸
１１ 第１ねじ溝（ねじ溝）
２０ ナット
２１ 第２ねじ溝（ねじ溝）
３０ ボール
３２ 転動路
３４ 循環路
３４Ａ 第１循環路（循環路）
３４Ｂ 第２循環路（循環路）
３４Ｃ 第３循環路（循環路）
３４Ｄ 第４循環路（循環路）
４０，４０Ｍ，４０Ｒ，４０Ｓ 循環チューブ（循環部材）
５０Ａ 金属分割体（分割体）
５０Ｂ 樹脂分割体（分割体）
１００，１００Ａ，１００Ｂ．１００Ｃ，２００ ボールねじ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】