特開 2024-36078 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】P2024036078

(43)【公開日】2024-03-15

(54)【発明の名称】ボールねじ

(51)【国際特許分類】

   F16H 25/22 20060101AFI20240308BHJP

   F16H 25/24 20060101ALI20240308BHJP

【ＦＩ】

F16H25/22 A

F16H25/24 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022140797

(22)【出願日】2022-09-05

(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】岩橋 龍太

【テーマコード（参考）】

3J062

【Ｆターム（参考）】

3J062AA25

3J062AA28

3J062AB22

3J062AC07

3J062BA22

3J062CD06

3J062CD54

(57)【要約】

【課題】簡便な構造によりサーキット外転動路にボールが誤挿入されることを防止しつつ、循環部品を交換できるボールねじを提供する。
【解決手段】各循環部品４０Ａ、４０Ｂのボール循環通路４１と各循環部品４０Ａ、４０Ｂの両端部４２、４３間のボール転動路２５の部分とによって複数のサーキットＣ１、Ｃ２が形成されている。ボール転動路２５は、ボール２６が転動可能な複数のサーキット内転動路２５ａと、複数のサーキットＣ１、Ｃ２外に設けられボール２６が存在しないサーキット外転動路２５ｂと、に区画される。サーキット内転動路２５ａとサーキット外転動路２５ｂとの接続部におけるサーキット外転動路２５ｂの入り口近傍２５ｃには、先端４５ａがサーキット外転動路２５ｂ内に突出してサーキット外転動路２５ｂへのボール２６の進入を阻止する進入阻止部４５が配置されている。
【選択図】図２Ａ

【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、前記ねじ軸の前記ねじ溝に対向して内周面に螺旋状のねじ溝が形成されるナットと、前記ねじ軸の前記ねじ溝と前記内周面のねじ溝とでボール転動路に転動可能に配置される複数のボールと、前記ボール転動路を転動する前記ボールを循環させるボール循環通路を形成する複数の循環部品と、を備えるボールねじであって、
前記各循環部品の前記各ボール循環通路と、前記各ボール循環通路によって仕切られた前記ボール転動路の各部分とによってボール循環用のサーキットが複数形成され、
前記ボール転動路は、前記各ボール循環通路に仕切られ、前記ボールが転動可能な複数のサーキット内転動路と、前記複数のサーキット外に設けられ前記ボールが存在しないサーキット外転動路と、に区画され、
前記サーキット内転動路と前記サーキット外転動路との接続部における前記サーキット外転動路の入り口近傍に配置され、前記サーキット外転動路内に突出して前記サーキット外転動路への前記ボールの進入を阻止する進入阻止部、を備えるボールねじ。

【請求項2】

前記進入阻止部は、前記ナットに固定されて、先端部が前記サーキット外転動路内に突出するボルト又はピンである、請求項1に記載のボールねじ。

【請求項3】

前記サーキット外転動路内に突出する前記進入阻止部の先端部は、金属摩耗紛を吸着可能な磁力を備える、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、ボールがサーキット外のボール転動路に誤挿入されることを防止するボールねじに関する。

【背景技術】

【0002】

ボールねじは、例えば半導体製造装置や圧縮成形機、射出成形機、一般搬送装置等の機械要素として用いられる。このボールねじには、ボールが循環する経路が内設されている。該循環経路の構造としては、ボール循環チューブやボール循環駒をナットの胴部に配設して、ボール循環通路をナットの前後両端に配設したものが知られている。ボール循環チューブやボール循環駒を用いた循環経路（サーキット）は、ナット毎に一ないし複数系列設けられるが、複数系列のサーキットを有する場合、一つのサーキットとこれに隣接する他のサーキットとの間には、ボールが循環しない、即ちボールが通過しない溝部分（サーキット外転動路）が存在する。

【0003】

複数のサーキット間にあるサーキット外転動路には、本来ボールは存在しないが、ボール充填作業中などにボールが誤って挿入された状態でボールねじが稼働されると、ボールが循環できないため、ボールねじがロックするなどの重大な損傷を起こす虞がある。

【0004】

通常、ボールねじは、お客様への納入時には組立完了状態となっており、機械装置への組付け時には分解することなく組み付けられる。しかしながら、長期間使用されるとボールねじは、全交換が必要となることが多いが、ボール循環部品などの場合には部品交換で復旧できる場合がある。また、部品交換の場合には、ボールねじを機械装置から取り外すことは稀であり、機械装置にボールねじが装着された状態で部品交換が行われることが一般的である。

【0005】

工場での製造工程においては、サーキット外転動路にボールが入らないような組み立て手法がとられているが、機械装置に装着された状態での循環部品などの部品交換の際には、工場での製造工程と同じ手法は通常適用できず、サーキット外転動路にボールが誤挿入される可能性がある。

【0006】

特許文献１、２には、ナットのねじ溝のうち、ボール非循環部（サーキット外転動路）を構成するねじ溝の部分の斜径寸法を、サーキット（サーキット内転動路）を構成するねじ溝の部分の斜径寸法より小さくすることにより、ボールがボール非循環部へ入ってしまうことを防止したボールねじが開示されている。また、特許文献３には、サーキット外転動路にボールが入った場合に、該ボールを検出可能なセンサを備えるボールねじが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平７－２５３１４６号公報

【特許文献2】特開２０１５－２１８７５５号公報

【特許文献3】特開２０１７－１５０５０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１、２に記載のボールねじは、ナットのねじ溝の加工方法が複雑であり、製造コストが増大する問題がある。また、特許文献３に記載のボールねじは、誤ってサーキット外転動路に入ったボールを検出可能とするものであり、ボールのサーキット外転動路への誤挿入を防止することはできない。

【0009】

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な構造によりサーキット外転動路にボールが誤挿入されることを防止しつつ、循環部品を交換できるボールねじを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
［１］ 外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸の前記ねじ溝に対向して内周面に螺旋状のねじ溝が形成されるナットと、前記ねじ軸の前記ねじ溝と前記内周面のねじ溝とでボール転動路に転動可能に配置される複数のボールと、前記ボール転動路を転動する前記ボールを循環させるボール循環通路を形成する複数の循環部品と、を備えるボールねじであって、
前記各循環部品の前記各ボール循環通路と、前記各ボール循環通路によって仕切られた前記ボール転動路の各部分とによってボール循環用のサーキットが複数形成され、
前記ボール転動路は、前記各ボール循環通路に仕切られ、前記ボールが転動可能な複数のサーキット内転動路と、前記複数のサーキット外に設けられ前記ボールが存在しないサーキット外転動路と、に区画され、
前記サーキット内転動路と前記サーキット外転動路との接続部における前記サーキット外転動路の入り口近傍に配置され、前記サーキット外転動路内に突出して前記サーキット外転動路への前記ボールの進入を阻止する進入阻止部、を備えるボールねじ。

【発明の効果】

【0011】

本発明のボールねじによれば、簡便な構造によりサーキット外転動路にボールが誤挿入されることを防止して、部品交換などのメンテナンス性を向上させると共に、ボールねじロックなどの重大な損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係るボールねじの縦断面図である。

【図2A】図１のＩＩ－ＩＩ線付近の一方のサーキットの模式的な断面図である。

【図2B】図１にＩＩ´－ＩＩ´線付近の一方のサーキットの模式的な断面図である。

【図3】進入阻止部により、サーキット外のボール転動路へのボール誤挿入が阻止される状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に係るボールねじの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のボールねじ１０は、外周面に螺旋状のねじ溝２１が形成されたねじ軸２０と、ねじ軸２０のねじ溝２１に対向して螺旋状のねじ溝３１が内周面に形成されたナット３０と、ねじ軸２０のねじ溝２１とナット３０のねじ溝３１とで形成されるボール転動路２５に転動可能に配置される多数のボール２６とを備え、回転運動を直線運動に変換する機構である。

【0014】

ナット３０には、ボール転動路２５を転動したボール２６をボール転動路２５の所定位置に戻すためのボール循環部材である２つの略Ｕ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂが取り付けられている。Ｕ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂは、その内部にボール転動路２５を転動するボール２６を循環させるボール循環通路４１が設けられており、該２つのＵ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂと、２つのＵ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂに仕切られたボール転動路２５の各部分（サーキット内転動路２５ａ）とによってボール２６を無限循環させる２つのサーキットＣ１、Ｃ２を形成している。

【0015】

このように、ボールねじ１０が複数のサーキットＣ１、Ｃ２を備える場合、ボール転動路２５は、Ｕ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂにより、ボール２６が転動する複数のサーキット内転動路２５ａと、複数のサーキットＣ１、Ｃ２間、及び複数のサーキットＣ１、Ｃ２の外側に形成され、ボール２６が存在しないサーキット外転動路２５ｂとに区画される。

【0016】

また、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ナット３０には、各サーキットＣ１、Ｃ２のサーキット内転動路２５ａの両端から、該両端でのサーキット内転動路２５ａの法線方向に沿って外周面３２まで連通する２つずつ、合計４つのボール循環穴３３が設けられている。さらに、ナット３０には、外周面３２から径方向に形成されて各サーキットＣ１、Ｃ２のサーキット内転動路２５ａとサーキット外転動路２５ｂとの接続部におけるサーキット外転動路２５ｂの入り口近傍２５ｃに貫通する雌ねじ３４が形成されている。

【0017】

ボール循環穴３３は、サーキット内転動路２５ａ内にボール２６を順に挿入して装填するための穴であり、またＵ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂの両端部４２、４３を挿通してボール循環通路４１とサーキット内転動路２５ａとを接続するための穴である。

【0018】

また、雌ねじ３４には、進入阻止部であるボルト４５が螺合している。ボルト４５の先端４５ａは、ねじ軸２０のねじ溝２１には当接しない状態でサーキット外転動路２５ｂ内に突出している。これにより、ボール循環穴３３からサーキット内転動路２５ａにボール２６を挿入するとき、該ボール２６が誤ってサーキット外転動路２５ｂに挿入されることを防止する。また、ボルト４５は、サーキット外転動路２５ｂ（ねじ溝２１）に干渉していないので、ボールねじ１０の作動の障害となる虞はない。

【0019】

なお、図２Ａ及び図２Ｂは、一方のサーキットＣ２のＵ字形循環チューブ４０Ｂの両端部での、サーキット内転動路２５ａとサーキット外転動路２５ｂとの接続部付近をそれぞれ示しているが、他方のサーキットＣ１のＵ字形循環チューブ４０Ａの両端部での、サーキット内転動路２５ａとサーキット外転動路２５ｂとの接続部付近の構成も同様である。

【0020】

このような構造のボールねじ１０のＵ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂを交換する場合、図３に示すように、まず、ナット３０から交換予定のＵ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂを、該Ｕ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂ内に装填されているボール２６と共に取り外す。

【0021】

そして、ねじ軸２０が挿通され、Ｕ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂが取り外された状態のナット３０のボール循環穴３３から、必要に応じてボール２６を挿入して、サーキット内転動路２５ａにボール２６を充填する。

【0022】

そして、サーキット内転動路２５ａに所定数のボール２６が充填されたら、予めボール２６を別途に充填してある新しいＵ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂの両端部４２、４３をそれぞれナット３０のボール循環穴３３に差し込み、不図示の固定具によりＵ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂを固定してＵ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂの交換を完了する。

【0023】

上記したＵ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂの交換の際、従来のボールねじ１０では、Ｕ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂをナット３０から取り外す際、及び取り付ける際に、サーキット外転動路２５ｂにボール２６が入ってしまうことがある。本来ボール２６が存在しないはずのサーキット外転動路２５ｂにボール２６が誤って挿入された状態でボールねじ１０を稼働させると、ボール２６がＵ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂに干渉してボール２６は循環せず、ボールねじ１０がロックしてしまう可能性がある。また、ボールねじ１０がロックしないとしても、ねじ軸２０とナット３０との間で滑り続けるので、ボール２６、ねじ軸２０、ナット３０の摩耗が促進される状況が生じ、早期段階で異音や振動といった異常は発生する可能性がある。

【0024】

一方、本実施形態のボールねじ１０は、ボルト４５の先端４５ａがサーキット外転動路２５ｂの入り口近傍２５ｃに突出しているので、Ｕ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂをナット３０から取り外す際、及び取り付ける際の何れの場合にも、ボルト４５がボール２６のサーキット外転動路２５ｂへの侵入を阻止し、ボール２６が誤ってサーキット外転動路２５ｂに挿入されることはない。

【0025】

特に、図３に示すように、ボール２６がサーキット外転動路２５ｂに入り込み易い、ボール循環穴３３が水平方向を向く姿勢でＵ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂの交換が行われる場合であっても、ボール２６が誤ってサーキット外転動路２５ｂに挿入されることはない。
また、ボール２６がサーキット外転動路２５ｂの入り口近傍２５ｃに留まることがあるが、その場合には、ピンセットや磁石を用いてボール２６を容易に除去することができる。

【0026】

したがって、本実施形態のボールねじ１０では、Ｕ字形循環チューブ４０などの部品交換のメンテナンス性が向上すると共に、ボールねじ１０がロックするなどの重大な損傷を防止できる。

【0027】

（変形例）
変形例のボールねじ１０は、進入阻止部であるボルト４５の先端４５ａに、金属の摩耗紛を吸着可能な磁力が着磁されている。ボールねじ１０の作動による摩耗紛は、サーキットＣ１、Ｃ２内でのボール２６が荷重を受ける領域から荷重を受けない領域に出入りする位置、即ちサーキット内転動路２５ａとＵ字形循環チューブ４０Ａ、４０Ｂとの接続部近傍（なじみ２７）で初期摩耗が発生する傾向が強い。

【0028】

摩耗紛は、ボールねじ１０の作動に伴って潤滑剤を介してナット３０（ボール転動路２５）内に拡散するため、ボール２６とねじ溝２１、３１の間に噛み込んで圧痕や面荒れの原因となり、ボールねじ１０の寿命に悪影響を及ぼすため好ましくない。

【0029】

しかし、本実施形態のボールねじ１０は、初期摩耗が発生し易いなじみ２７の極近くに、先端４５ａに磁力を有するボルト４５を配置することで、発生した摩耗紛を直ちに捕捉することができ、ボール転動路２５内への拡散を効果的に防止できる。さらに、ボルト４５の磁力で捕捉された摩耗紛は、磁力により保持されるため、ボール転動路２５内に再拡散されることを防止できる。

【0030】

また、ボルト４５は、ナット３０の外部から容易に取り外すことができる構造であり、磁力に吸着されてボルト４５の先端４５ａに摩耗紛が溜まった際には、ボルト４５だけをナット３０から取り外して容易に摩耗紛を除去できる。

【0031】

なお、変形例においては、サーキット外転動路２５ｂの入り口近傍２５ｃに留まったボール２６を磁石によって除去する場合には、磁石の磁力は、ボルト４５の磁力より強力とする必要がある。

【0032】

尚、本発明は、前述した実施形態及び実施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。
例えば、上記の説明では、進入阻止部はボルトとして説明したが、ボールのサーキット外転動路への挿入を阻止できるものであればとくに限定されず、ピンなどを用いることもできる。
また、ボールねじは、循環部品としてＵ字形循環チューブを用いたチューブ式ボールねじとして説明したが、循環駒による駒式ボールねじであってもよい。

【0033】

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が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸の前記ねじ溝に対向して内周面に螺旋状のねじ溝が形成されるナットと、前記ねじ軸の前記ねじ溝と前記内周面のねじ溝とでボール転動路に転動可能に配置される複数のボールと、前記ボール転動路を転動する前記ボールを循環させるボール循環通路を形成する複数の循環部品と、を備えるボールねじであって、
前記各循環部品の前記各ボール循環通路と、前記各ボール循環通路によって仕切られた前記ボール転動路の各部分とによってボール循環用のサーキットが複数形成され、
前記ボール転動路は、前記各ボール循環通路に仕切られ、前記ボールが転動可能な複数のサーキット内転動路と、前記複数のサーキット外に設けられ前記ボールが存在しないサーキット外転動路と、に区画され、
前記サーキット内転動路と前記サーキット外転動路との接続部における前記サーキット外転動路の入り口近傍に配置され、前記サーキット外転動路内に突出して前記サーキット外転動路への前記ボールの進入を阻止する進入阻止部、を備えるボールねじ。
この構成によれば、簡便な構造によりサーキット外転動路にボールが誤挿入されることを防止しつつ、循環部品を交換できる。

【0034】

（２） 前記進入阻止部は、前記ナットに固定されて、先端部が前記サーキット外転動路内に突出するボルト又はピンである、（１）に記載のボールねじ。
この構成によれば、簡便な構造によりサーキット外転動路にボールが誤挿入されることを防止できる。

【0035】

（３） 前記サーキット外転動路内に突出する前記進入阻止部の先端部は、金属摩耗紛を吸着可能な磁力を備える、（１）又は（２）に記載のボールねじ。
この構成によれば、ボールねじの作動に伴って発生する摩耗紛を、磁力により吸着除去することができ、長期間に亘ってボールねじを良好な状態に維持することができる。

【符号の説明】

【0036】

１０ ボールねじ
２０ ねじ軸
２１ ねじ溝
２５ ボール転動路
２５ａ サーキット内転動路
２５ｂ サーキット外転動路
２５ｃ 入り口近傍
２６ ボール
３０ ナット
３１ ねじ溝
４０Ａ、４０Ｂ Ｕ字形循環チューブ（循環部品）
４１ ボール循環通路
４２、４３ 両端部
４５ ボルト（進入阻止部）
４５ａ 先端
Ｃ１、Ｃ２ サーキット

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】