JP2010038197A - ねじ装置及び運動案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無負荷域から負荷域に転動体を円滑に移動させることができるねじ装置を提供する。
【解決手段】循環部材８の無負荷戻し路１０の長さ方向の端部に、ねじ軸１の転動体転走溝１ａに対向する拘束部２８を設ける。拘束部２８とねじ軸１の転動体転走溝１ａとの間には、転動体３が挟まれる。ナット２に対してねじ軸１を相対的に回転させることによって、循環部材８の拘束部２８とねじ軸１の転動体転走溝１ａとの間に挟まれる転動体３が負荷転動体転走路１２又は無負荷戻し路１０に引き込まれる。
【選択図】図１３

Description

本発明は、ねじ軸とナットとの間に転がり運動可能に複数の転動体を介在させたねじ装置、及び軌道部材と移動部材との間に転がり運動可能に複数の転動体を介在させた運動案内装置に関する。

ボールねじは、回転運動を直線運動に変換する機械要素である。ナットに対してねじ軸を相対的に回転させるときの摩擦を低減するために、ねじ軸の外周面のボール転走溝とこれに対向するナットの内周面の負荷ボール転走溝との間には、転がり運動可能に複数のボールが介在される。

ねじ軸とナットとの間を転がるボールを循環させるために、ナットには循環部材としてリターンパイプが取り付けられる。リターンパイプには、ナットの螺旋状の負荷ボール転走溝の一端と他端とを接続する無負荷戻し路が形成される。ねじ軸のボール転走溝とナットの負荷ボール転走溝との間を転がるボールは、ナットの負荷ボール転走溝の一端まで転がった後、リターンパイプの無負荷戻し路内に掬い上げられ、リターンパイプの無負荷戻し路を経由した後、ナットの負荷ボール転走溝の他端に戻される（例えば特許文献１参照）。

ねじ軸のボール転走溝とナットの負荷ボール転走溝との間の負荷ボール転走路では、ボールは圧縮荷重を受けながら転がり運動する。その一方、リターンパイプの無負荷戻し路では、ボールの周囲には遊びがあり、ボールは荷重を受けることなく後続のボールに押されながら移動し、負荷ボール転走路に移行する。

他方、運動案内装置は、移動体の直線運動又は曲線運動を案内する機械要素である。軌道レールに対して移動ブロックが直線運動又は曲線運動するときの摩擦を低減するために、軌道レールの転動体転走部と移動ブロックの負荷転動体転走部との間には、転がり運動可能に複数のボール、ローラ等の転動体が介在される（例えば特許文献２参照）。

移動ブロックには、転動体を循環させるためのサーキット状の循環経路が設けられる。循環経路は、軌道レールの転動体転走部と移動ブロックの負荷転動体転走部との間の転動体転走路、移動ブロックの負荷転動体転走部と平行に伸びる無負荷戻し路、及び移動ブロックの負荷転動体転走部の両端部と移動ブロックの無負荷戻し路の両端部とを接続するＵ字状の方向転換路から構成される。軌道レールの転動体転走部と移動ブロックの負荷転動体転走部との間を転がる転動体は、移動ブロックの負荷転動体転走部の一端まで転がった後、Ｕ字状の方向転換路に掬い上げられる。移動ブロックの無負荷戻し路を経由した転動体は、反対側の方向転換路から移動ブロックの負荷転動体転走部の他端に戻される。
特開２００３−１９４１７８号公報 特開２００８−８９０４５号公報

従来のボールねじにあっても運動案内装置にあっても、転動体の循環経路は負荷域と無負荷域の二種類が存在している。そして、無負荷域の無負荷戻し路を移動する転動体は後続の転動体に押されながら負荷域の負荷転動体転走路に移行する。

しかし、図３３に示されるように、無負荷戻し路７１内の後方の転動体７２が前方の転動体を押し込むと、無負荷戻し路７１内で転動体７２が蛇行する。このため、無負荷戻し路７１から負荷転動体転走路７３に転動体７２が円滑に移動することが困難になる。

そこで本発明は、無負荷域から負荷域に転動体を円滑に移動させることができるねじ装置及び運動案内装置を提供することを目的とする。

以下、本発明について説明する。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、外周面に螺旋状の転動体転走溝を有するねじ軸と、内周面に前記ねじ軸の前記転動体転走溝に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝を有するナットと、前記ナットの前記負荷転動体転走溝の一端と他端とに接続され、転動体の周囲を囲む断面形状の無負荷戻し路を有する循環部材と、前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間の負荷転動体転走路、及び前記循環部材の前記無負荷戻し路から構成される循環経路に循環可能に配列される複数の転動体と、を備え、前記循環部材の前記無負荷戻し路の長さ方向の端部には、前記ねじ軸の前記転動体転走溝に対向すると共に、前記ねじ軸の前記転動体転走溝との間で前記転動体を挟む拘束部が設けられ、前記ナットに対して前記ねじ軸を相対的に回転させることによって、前記循環部材の前記拘束部と前記ねじ軸の前記転動体転走溝との間に挟まれる転動体が前記負荷転動体転走路又は前記無負荷戻し路に引き込まれるねじ装置である。

請求項２に記載の発明は、外周面に螺旋状の転動体転走溝を有するねじ軸と、内周面に前記ねじ軸の前記転動体転走溝に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝を有するナットと、前記ナットの前記負荷転動体転走溝の一端と他端とに接続され、転動体の周囲を囲む断面形状の無負荷戻し路を有する循環部材と、前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間の負荷転動体転走路、及び前記循環部材の前記無負荷戻し路から構成される循環経路に循環可能に配列される複数の転動体と、を備え、前記循環部材の前記無負荷戻し路の長さ方向の端部には、前記ねじ軸の前記転動体転走溝に対向すると共に、前記ねじ軸の前記転動体転走溝との間で前記転動体を挟む拘束部が設けられ、前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記循環部材の前記拘束部との間における前記転動体の遊びが、前記無負荷戻し路における前記転動体の遊びよりも小さいか、又は存在しないねじ装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のねじ装置において、前記転動体はボールであり、前記ナットの前記負荷転動体転走溝の断面形状は、前記ボールの半径よりも大きい曲率半径の二つの円弧状曲線を含むゴシックアーチ溝形状に形成され、前記循環部材の前記拘束部の、前記ボールの進行方向に直交する面内での断面形状は、前記ボールの半径よりも大きい曲率半径の二つの円弧状曲線を含むゴシックアーチ溝形状に形成されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のねじ装置において、前記循環部材の前記拘束部は、前記ボールの遊びが前記負荷転動体転走路に向かって徐々に小さくなるように直線的に伸びることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のねじ装置において、前記循環部材の前記無負荷戻し路には、前記拘束部に繋がると共に、前記ナットの軸線方向からみて、中心線が前記ねじ軸に向かって凸の円弧状の曲線になる曲線通路が設けられることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、転動体転走部を有する軌道部材と、前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部、及び前記負荷転動体転走部と平行な無負荷戻し路を有する移動部材本体と、前記移動部材本体の移動方向の両端部に設けられ、前記負荷転動体転走部の端部と前記無負荷戻し路の端部を接続する方向転換路を有する蓋部材と、前記軌道部材の前記転動体転走部と前記移動部材本体の前記負荷転動体転走部との間の負荷転動体転走路、前記無負荷戻し路、及び前記蓋部材の前記方向転換路から構成される循環経路に循環可能に配列される複数の転動体と、を備え、前記移動部材本体の前記負荷転動体転走部に接続される前記蓋部材の前記方向転換路の長さ方向の端部には、前記軌道部材の前記転動体転走部に対向すると共に、前記軌道部材の前記転動体転走部との間で前記転動体を挟む拘束部が設けられ、前記軌道部材に対して前記移動部材本体を相対的に運動させることによって、前記蓋部材の前記拘束部と前記軌道部材の前記転動体転走部との間に挟まれる前記転動体が前記負荷転動体転走路又は前記無負荷戻し路に引き込まれる運動案内装置である。

請求項７に記載の発明は、転動体転走部を有する軌道部材と、前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部、及び前記負荷転動体転走部と平行な無負荷戻し路を有する移動部材本体と、前記移動部材本体の移動方向の両端部に設けられ、前記負荷転動体転走部の端部と前記無負荷戻し路の端部を接続する方向転換路を有する蓋部材と、前記軌道部材の前記転動体転走部と前記移動部材本体の前記負荷転動体転走部との間の負荷転動体転走路、前記無負荷戻し路、及び前記蓋部材の前記方向転換路から構成される循環経路に循環可能に配列される複数の転動体と、を備え、前記移動部材本体の前記負荷転動体転走部に接続される前記蓋部材の前記方向転換路の長さ方向の端部には、前記軌道部材の前記転動体転走部に対向すると共に、前記軌道部材の前記転動体転走部との間で前記転動体を挟む拘束部が設けられ、前記軌道部材の前記転動体転走部と前記蓋部材の前記拘束部との間における前記転動体の遊びが、前記蓋部材の前記方向転換路における前記転動体の遊びよりも小さいか、又は存在しない運動案内装置である。

本発明によれば、無負荷域の無負荷戻し路と負荷域の負荷転動体転走路との間に、拘束部が設けられて遊びの少ない中間領域が設けられる。この中間領域では、後続の転動体に押し込まれることによって、ではなく、ねじ軸の回転によって、転動体が負荷転動体転走路又は無負荷戻し路に引き込まれる。このため、無負荷域から負荷域又は負荷域から無負荷域に転動体を円滑に移動させることができる。

運動案内装置においても、無負荷域の無負荷戻し路と負荷域の負荷転動体転走路との間に、拘束部を設けて遊びの少ない中間領域を設ければ、後続の転動体に押し込まれることによって、ではなく、移動部材の運動によって、転動体を負荷転動体転走路に引き込むことができる。

図１は、本発明の第一の実施形態のボールねじの斜視図を示す。ボールねじは、外周面に螺旋状の転動体転走溝であるボール転走溝１ａが形成されるねじ軸１と、内周面にボール転走溝１ａに対向する螺旋状の負荷転動体転走溝である負荷ボール転走溝２ａが形成されるナット２と、ねじ軸１のボール転走溝１ａとナット２の負荷ボール転走溝２ａとの間に転がり運動可能に介在される複数のボール３（図４参照）と、を備える。

ねじ軸１の外周面には、所定のリードのボール転走溝１ａが研削加工や転造加工によって形成される。図４に示されるように、ボール転走溝１ａの断面形状は、ボール３の半径よりも僅かに大きい半径の二つの円弧４を含むゴシックアーチ溝形状に形成される。二つの円弧の中心Ｃ１は、ボール３の中心Ｃ２よりも離れた位置にある。ボール３はゴシックアーチ溝形状のボール転走溝１ａに二点で接触する。ボール３の中心Ｃ２とゴシックアーチ溝の底５と結んだ線Ｌと、円弧４とボール３との接触点６とボール３の中心Ｃ２とを結んだ線のなす接触角θは、例えば４０〜５０度に設定される。ボール転走溝１ａは、熱処理された後、研削加工される。ボール転走溝１ａの両側の縁に円弧状の面取り７を施してもよいし、ゴシックアーチ溝の底５に研削時の逃げになる逃げ溝を形成してもよい。

図２は、ねじ軸１を取り外した状態のナット２の斜視図を示す。ナット２には、ねじ軸１が貫通する貫通孔２ｅが開けられる。ナット２の内周面には、所定のリードの螺旋状の負荷ボール転走溝２ａが研削加工によって形成される。図４に示されるように、負荷ボール転走溝２ａの断面形状は、ボール３の半径よりも僅かに大きい半径の二つの円弧４を含むゴシックアーチ溝形状に形成される。ゴシックアーチ溝形状はねじ軸１のボール転走溝１ａと同一である。負荷ボール転走溝２ａは、熱処理された後、研削加工される。

ナット２の軸線方向の一端部には、ナット２を相手方の機械部品に取り付けるためのフランジ２ｂが形成される。ナット２の外周面には、平坦な平取り部２ｃが形成される。平取り部２ｃには、循環部材８が取り付けられる。循環部材８には、ナット２の負荷ボール転走溝の一端及び他端に接続される無負荷戻し路１０（図６参照）が形成される。

図５は、循環部材８を取り外したナットの斜視図を示す。循環部材８の無負荷戻し路１０の長さ方向の両端部には、ねじ軸１のボール転走溝１ａとナット２の負荷ボール転走溝２ａとの間の負荷ボール転走路１２を転がるボール３を無負荷戻し路１０内に掬い上げる一対の掬上げ部１４が形成される。ナット２の平取り部２ｃには、ナット２の外面から内面まで貫通し、循環部材８の一対の掬上げ部１４が嵌められる一対の貫通孔１５が開けられる。貫通孔１５は、ナット２の負荷ボール転走溝２ａに沿って伸びる長孔からなる。一対の貫通孔１５の間には、ナット２の軸線方向に伸びる切欠き溝１６が形成される。切欠き溝１６は、平らな溝底１６ａと、この溝底１６ａから立ち上がり、対向する一対の平らな内壁面１６ｂと、を有する。溝底１６ａは、平取り部２ｃの平面と平行であり、ナット２の軸線と平行な平面内に位置する。内壁面１６ｂはナット２の軸線と平行な平面内に位置し、かつ溝底１６ａが含まれる平面に直交する。

ナット２の貫通孔１５及び切欠き溝１６には、循環部材８が嵌められる。循環部材８は、一対の掬上げ部１４を含む一対の端部８ａと、一対の端部８ａ間の本体部８ｂと、を有する。端部８ａはナット２の負荷ボール転走溝２ａに沿って細長く伸びる。端部８ａの断面形状は貫通孔１５の断面形状に一致する。本体部８ｂは、ナット２の軸線方向に伸びる。本体部８ｂの断面形状は、四角形と半円形とを組み合わせた形状である。本体部８ｂの側面には、切欠き溝１６の内壁面１６ｂに対応した一対の平らな外壁面１７が形成される。本体部８ｂの底面１９は、切欠き溝１６の溝底１６ａに対応した平面に形成される。

この循環部材８は、無負荷戻し路１０に沿って二分割された一対の分割体１８を結合させてなる。図中符号２４ａが分割面である。一対の分割体１８は同じ形状に形成され、共通の金型に樹脂を射出成形することで製造される。一対の分割体１８はレーザー溶接等の溶接、溶着、又は接着によって結合される。

図２に示されるように、循環部材８をナット２に装着するとき、循環部材８の一対の端部８ａがナット２の一対の貫通孔１５に嵌まり、循環部材８の本体部８ｂがナット２の切欠き溝１６に嵌まる。図３に示されるように、循環部材８の本体部８ｂの上部２０は切欠き溝１６から突出する。本体部８ｂの上部２０は、押え部材２１によって押さえられる。押え部材２１は、本体部８ｂの上部に合わせてＵ字状に曲げられた本体押え２１ａと、本体押え２１ａの両側に設けられる取付け座２１ｂと、から構成される。押え部材２１は、金属板を曲げ加工することで製造される。取付け座２１ｂには通し孔２１ｃが開けられる。通し孔２１ｃにボルトを通し、ボルトをナット２のねじ穴にねじ込むことで、押え部材２１がナット２に取り付けられる。循環部材８は押え部材２１とナット２の切欠き溝１６との間に挟まれ、ナット２に固定される。

図５に示されるように、循環部材８がナット２の切欠き溝１６に嵌まり、循環部材８の本体部８ｂの底面１９がナット２の切欠き溝１６の溝底１６ａに接触することによって、ナット２の軸線と直交する平面において、循環部材８のＸ方向位置が位置決めされる。また、循環部材８の本体部８ｂの外壁面がナット２の切欠き溝１６の内壁面１６ｂに接触することによって、当該平面上の循環部材８のＹ方向位置が位置決めされる。そして、循環部材８の端部８ａがナット２の貫通孔１５に嵌まることによって、ナット２の軸線方向における循環部材８のＺ方向位置が位置決めされる。すなわち、ナット２に対して循環部材８を、ひいてはナット２の負荷ボール転走溝２ａに対して循環部材８の掬上げ部１４を正確に位置決めすることができる。これにより、無負荷戻し路１０と負荷ボール転走路１２との間で円滑にボール３を移動させることができる。循環部材８を切欠き溝１６の内壁面１６ｂ間に挟むことによって、二分割された循環部材８の分割面２４ａが開くことを防止できる。

図６は、ボールねじのボール循環経路を示す。ねじ軸１のボール転走溝１ａとナット２の負荷ボール転走溝２ａとの間には、螺旋状の負荷ボール転走路１２が形成される。負荷ボール転走路１２の一端から他端まで移動するボール３を循環させることができるように、負荷ボール転走路１２の一端と他端とは無負荷戻し路１０によって接続される。負荷ボール転走路１２及び無負荷戻し路１０から構成される循環経路には、多数のボール３が配列・収容される。上述のように、無負荷戻し路１０は循環部材８に形成される。無負荷戻し路１０は、負荷ボール転走路１２の巻数が２巻、３巻、４巻等の整数に近くなる構造を持つ。

図７は、ナット２の側方からみた循環経路の中心線（ボール３の中心の軌道）を示し、図８は、ナット２の軸線方向からみた無負荷戻し路１０の中心線（ボール３の中心の軌道）を示す。無負荷戻し路１０は、曲線通路２２、半径方向通路２３、及び軸線方向通路２４の三つの区間に分けることができる。図８に示されるように、曲線通路２２は、ナット２の軸線方向からみて、円形状の負荷ボール転走路１２を移動するボール３をその中心の軌道がねじ軸１に向かって凸の円弧になるように移動させる。従来のボールねじにおいては、ナット２の軸線方向からみて、円形状の負荷ボール転走路１２の接線方向にボール３を掬い上げていた。これに対して、本実施形態のボールねじにおいては、リニアガイドのように円弧の軌道に沿ってボール３を掬い上げる。曲線通路２２においては、掬上げ部１４の円弧状の曲面に沿ってボール３を掬い上げる。負荷ボール転走路１２から曲線通路２２にボール３が円滑に移動するように、負荷ボール転走路１２と曲線通路２２との接続点Ｐ１（掬上げ点）で接線方向が連続する。

図７に示されるように、曲線通路２２の中心線はナット２の側方からみてナット２の軸線２ｆと直交する。図８に示されるように、曲線通路２２は、ナット２の軸線方向からみて、ボール３を半径方向に移動させる半径方向通路２３に接続される。半径方向通路２３の中心線は、ナット２の軸線方向からみてナット２の半径方向に伸びる。図７に示されるように、半径方向通路２３は後方に９０度に曲げられた後、ナット２の軸線２ｆと平行な軸線方向通路２４に接続される。軸線方向通路２４は、ボール３をナット２に軸線と平行に移動させる。軸線方向通路２４を移動したボール３は、反対側の半径方向通路２３及び曲線通路２２を経由して再び負荷ボール転走路１２に戻される。図８に示されるように、手前側の曲線通路２２と奥側の曲線通路２２とは、ナット２の中心線２ｇを境にした線対称に形成される。

図９は、ねじ軸１上に展開された無負荷戻し路１０の斜視図を示す。循環部材８の無負荷戻し路１０にナット２の軸線と平行な軸線方向通路２４を設け、ボール３をナット２の軸線と平行に循環させることで、ナット２の軸線方向からみた無負荷戻し路１０の入口と出口を同じ位置に近づけることができる。このため、負荷ボール転走路１２の巻数を整数に近づけることできる。また、リニアガイドのように循環部材８の曲線通路２２の掬上げ部１４がボール３を円弧状に掬い上げるので、負荷ボール転走路１２の巻数を整数により近づけることができ、ボール３の円滑な循環も可能になる。

図１０及び図１１は、ねじ軸１及び循環部材８を示す。ねじ軸１上に展開される無負荷戻し路１０は、循環部材８に形成される。循環部材８の無負荷戻し路１０は、ボール３の周囲を囲む閉曲線の円形状に形成される。循環部材８の無負荷戻し路１０には、入口１０ａと出口１０ｂが設けられる。入口１０ａが負荷ボール転走路１２の一端に接続され、出口１０ｂが負荷ボール転走路１２の他端に接続される。循環部材８は、無負荷戻し路１０の中心線に沿って二分割される。図１０に示されるように、無負荷戻し路１０の軸線方向通路２４は、ねじ軸１の軸線と平行な分割面２４ａで二分割され、図１１に示されるように、無負荷戻し路１０の半径方向通路２３及び曲線通路２２は、ねじ軸１の軸線方向からみて、これらの中心線に沿った分割面２４ｂで二分割される。曲線通路２２の掬上げ部１４で分割されないように、掬上げ部１４は二分割された分割体のそれぞれに形成される。

図１２及び図１３は、ナット２に取り付けられた循環部材８の詳細図を示す。循環部材８の曲線通路２２には、負荷ボール転走路１２を転がるボール３を掬い上げる掬上げ部１４が形成される。図１３に示されるように、ねじ軸１の軸線方向からみて、掬上げ部１４の背面１４ａは半径方向通路２３の中心線と平行である。掬上げ部１４の内周面１４ｂには円弧状の曲面が形成される。掬上げ部１４はねじ軸１の中心に向かって徐々に厚みが厚くなる。掬上げ部１４の厚さを厚くすることで、ボール３が衝突する掬上げ部１４の強度を高くすることができる。

循環部材８の前記無負荷戻し路１０の長さ方向の端部には、ねじ軸１のボール転走溝に対向する拘束部２８が形成される。拘束部２８がナット２の負荷ボール転走溝２ａに接続される部分になる。この拘束部２８とねじ軸１の転動体転走溝との間には、ボール３が挟まれる。拘束部２８の、ボール３の進行方向と直交する面内での断面形状は、ナット２の負荷ボール転走溝２ａの断面形状に合わせたゴシックアーチ溝形状に形成される。ねじ軸１のボール転走溝１ａと循環部材８の拘束部２８との間に挟まれるボール３の遊びは、閉曲線の断面を持つ無負荷戻し路１０におけるボール３の遊びよりも小さいか、又は存在しない。循環部材８の拘束部２８は、ボール３の遊びが負荷ボール転走路１２に向かって徐々に小さくなるように、ボール３の進行方向に直線的に伸びる。

循環部材８の掬上げ部１４の、ボール３の進行方向と直交する面内での断面形状は、ボール３の半径よりも僅かに大きい曲率半径の単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状に形成される。循環部材８の半径方向通路２３及び軸線方向通路２４の断面形状は、ボール３の半径よりも僅かに大きい半径の円形状に形成される。

図１４及び図１５は、循環部材８の無負荷戻し路１０の断面形状の変化を示す。(1)から(2)に至る領域、すなわち負荷ボール転走路１２及び循環部材８の拘束部２８の領域においては、これらの断面形状がゴシックアーチ溝形状に形成される。(2)から(3)に至る領域、すなわち曲線通路２２の領域においては、曲線通路２２の外側の断面形状は、拘束部２８に合わせたゴシックアーチ溝形状からサーキュラーアーク溝形状に除々に変化する。曲線通路２２の内側の掬上げ部１４の断面形状はサーキュラーアーク溝形状に形成される。(3)から(4)に至る領域、すなわち半径方向通路２３及び軸線方向通路２４の領域においては、これらに断面形状が円形状に形成される。(4)から(5)に至る領域の無負荷戻し路１０の断面形状は、(2)から(3)に至る領域と同一である。(5)から(6)に至る領域の無負荷戻し路１０の断面形状は、(1)から(2)に至る領域と同一である。

図１６は、(2)から(3)に至る領域である曲線通路２２の断面の詳細図を示す。曲線通路２２においては、ナット２側（拘束部２８側）の断面形状が二つの円弧Ｒ１からなるゴシックアーチ溝形状に形成される。その一方、ねじ軸１側（掬上げ部１４側）の断面形状が単一の円弧Ｒ２からなるサーキュラーアーク溝形状に形成される。

図１３に示されるように、負荷ボール転走路１２においては、ボール３はねじ軸１のボール転走溝１ａとナット２の負荷ボール転走溝２ａとの間に挟まれて、圧縮荷重を受けながら転がり運動する。一方、循環部材８の無負荷戻し通路１０では、ボール３と無負荷戻し転走路１０との間には僅かな遊びがあり、ボール３は負荷を受けることなく、後続のボール３に押されながら移動する。

従来のボールねじにおいては、ボール３の循環経路は無負荷域の無負荷戻し路１０と負荷域の負荷ボール転走路１２との二種類が存在している。これに対して、本実施形態のボールねじにおいては、無負荷域の無負荷戻し路１０と負荷域の負荷ボール転走路１２との間に、拘束部が設けられて遊びの少ない中間領域が設けられる。この中間領域では、後続のボール３に押し込まれることによってではなく、ねじ軸１の回転によって、ボール３が負荷ボール転走路１２に引き込まれる。このため、無負荷域から負荷域にボール３を円滑に移動させることができる。また、ボール３が負荷ボール転走路１２から無負荷戻し路１０へ移動するときも、循環部材８の拘束部２８とねじ軸１との間で案内されるので、ボール３を無負荷戻し路１０の内方へ円滑に移動させることができる。

また、循環部材８の無負荷戻し路１０の拘束部２８の断面形状をナット２の負荷ボール転走溝２ａの断面形状に合わせたゴシックアーチ溝形状に形成することで、拘束部２８で正しく整列されたボール３を負荷ボール転走溝２ａへ円滑に移動させることができる。拘束部２８におけるボール３の遊びが負荷ボール転走路１２に向かって徐々に小さくなるようにすることで、ボール３をより円滑に移動させることができる。

図１７に示されるように、従来のボールねじにおいては、循環部材の無負荷戻し路１０の断面形状がサーキュラーアーク溝形状に形成される。一方、ナット２の負荷ボール転走溝２ａの断面形状はゴシックアーチ溝形状に形成される。このため、ナット２の負荷ボール転走溝２ａの繋ぎ目に断面形状を連続にするための面取り２９を加工する必要があった。これに対して、本実施形態のように、循環部材８の拘束部２８の断面形状をゴシックアーチ溝形状に形成することで、ナット２に面取り加工しなくてもボール３が無負荷戻し路１０から負荷ボール転走溝２ａへ容易に乗り移ることができる。

図１３に示されるように、掬上げ部１４にはボール３が衝突する。掬上げ部１４の断面形状をゴシックアーチ溝形状に形成すると、ボール３が衝突する掬上げ部１４の先端にエッジが生じ易い。掬上げ部１４の断面形状をサーキュラーアーク溝形状に形成し、掬上げの先端を円弧状に丸めることで、掬上げ部１４の先端にエッジが発生するのを防止できる。また、無負荷戻し路１０の半径方向通路２３及び軸線方向通路２４の断面形状を円形状に形成することで、金型による分割体１８の製造が容易になる。

図１８は、完全な整数巻きを実現するための循環経路を示す。ナット２の軸線方向からみて、ねじ軸１の中心Ｓ１と循環部材８の半径方向通路２３の中心線を結んだ線Ｌ１（中心線）から、ねじ軸１の中心Ｓ１とナット２の負荷ボール転走溝と循環部材８の無負荷戻し路１０との境目Ｂ１（図１３参照、循環開始点）とを結んだ線Ｌ２までの、負荷ボール転走路１２におけるボール３の中心の円弧形状の軌道上の距離αが０より大きく、かつ前記ボール３の直径Ｄａの１．５倍以下に設定される。距離αが短くなればなる程、ターンすることが難しくなるので、曲線通路２２の中心線は、ナット２の中心線Ｌ１を超えた後、再びナット２の中心線Ｌ１上に戻るように設計してもよい。

もし距離αが０ならば、ねじ軸１の軸線方向からみて、ボール３を掬い上げる位置において、手前と奥のボール３が重なってしまう分、負荷を受けられるボール３の数が負荷ボール転走路１２の他の部分よりも一個多くなる。その一方、距離αが１・Ｄａ以上であると、ボール３を掬い上げる位置において、逆に負荷を受けられるボール３の数が他の部分よりも一個少なくなる。ただし、ターンする距離が長くなるので、ボール３をターンさせ易くなる。整数巻きに近付けることと、ボール３のターンのし易さを考慮して、距離αを０より大きく、かつボール直径の１．５倍以下に設定する。円弧状の距離αをボール直径の０．４倍以上かつ０．６倍以下、望ましくは０．５倍に設定することで、図１９に示されるように、ねじ軸１の軸線方向からみて、手前側と奥側にある二個のボール３を接触するように並べることができ、負荷ボール転走路１２にすきまなくボール３を配列することができる。言い換えれば、手前側でボール３が負荷ボール転走路１２から掬われるのと同時に、奥側でボール３が負荷ボール転走路１２に戻る。したがって、完全な整数巻きが実現できるねじ装置が得られる。

図２０は、本発明の第二の実施形態のボールねじの斜視図を示す。この実施形態のボールねじにおいても、負荷ボール転走路３３の巻数は整数に近づけられている。ねじ軸３１にボール転走溝３１ａが形成され、ナット３２に負荷ボール転走溝３２ａが形成される点は、上記第一の実施形態のボールねじと同一である。

図２１及び図２２は循環部材３４が取り付けられたナット３２を示す。循環部材３４には、負荷ボール転走路３３の一端と他端に接続される無負荷戻し路３５が形成される。無負荷戻し路３５は、負荷ボール転走路３３を移動するボールを円弧状の軌道に沿って掬い上げる曲線通路３６（図２２参照）と、掬い上げたボールを半径方向に移動させる半径方向通路３７（図２２参照）と、ボールをナット３２の軸線と平行に移動させる軸線方向通路３８（図２１参照）と、から構成される。

図２３に示されるように、循環部材３４は、ナット３２の軸線に沿って二分割された一対の分割体３９を結合させてなる。

図２４に示されるように、ナット３２にはその外側から内側に貫通する一対の貫通孔３２ｂが開けられる。一対の貫通孔３２ｂは、ナット３２の軸線方向に並べられる。

図２５及び図２６は、循環部材３４の詳細図を示す。一対の分割体３９のそれぞれに負荷ボール転走路３３を移動するボールを円弧の軌道に沿って掬い上げる掬上げ部４０が形成される。

図２７は掬上げ部４０の詳細図を示す。循環部材３４の無負荷戻し路３５の長さ方向の端部の、ナット３２の負荷ボール転走溝３２ａに接続される部分には、拘束部４２が形成される。この拘束部４２とねじ軸３１との間には、ボール４１が挟まれる。拘束部４２の断面形状は、ナット３２の負荷ボール転走溝３２ａの断面形状に合わせたゴシックアーチ溝形状に形成される。一方、循環部材３４の掬上げ部４０の断面形状は、ボール４１の半径よりも大きい半径のサーキュラーアーク溝形状に形成される。

図２８及び図２９は、循環経路を循環するボール４１を示す。ナット３２に対してねじ軸３１を相対的に回転させると、ねじ軸３１とナット３２との間の負荷ボール転走路３３をボール４１が転がり運動する。負荷ボール転走路３３の一端まで移動したボール４１は、循環部材３４の掬上げ部４０によって、円弧状の軌道に沿って掬い上げられる。循環部材３４の曲線通路３６、半径方向通路３７、軸線方向通路３８を通過したボール４１は、反対側の半径方向通路３７、曲線通路３６を経由して再び負荷ボール転走路３３に戻される。ボール４１が負荷ボール転走路３３に戻されるとき、ねじ軸３１の回転によって、ねじ軸３１と循環部材３４の拘束部４２との間に挟まれるボール４１が負荷ボール転走路３３に引き込まれる。このため、ボール４１を円滑に移動させることができる。

図３０は、本発明の第三の実施形態の運動案内装置の斜視図を示す。運動案内装置（リニアガイド）は、軌道部材である軌道レール５１と、軌道レール５１に相対的に直線運動可能に組みつけられる移動部材である移動ブロック５２と、から構成される。軌道レール５１には、転動体転走部であるボール転走溝５１ａが形成される。

移動ブロック５２は、金属製の移動ブロック本体５３と、移動ブロック本体５３の移動方向の両端部に設けられる樹脂製の蓋部材であるエンドプレート５４と、から構成される。移動ブロック本体５３には、軌道レール５１のボール転走溝５１ａに対向する負荷転動体転走部である負荷ボール転走溝５３ａが形成されると共に、負荷ボール転走溝５３ａと平行な無負荷戻し路５５が形成される。エンドプレート５４には、負荷ボール転走溝５３ａの端部と無負荷戻し路５５の端部とを接続するＵ字状の方向転換路５６（図３１参照）が形成される。

図３１に示されるように、軌道レール５１のボール転走溝５１ａと移動ブロック本体５３の負荷ボール転走溝５３ａとの間の負荷ボール転走路５７、無負荷戻し路５５、及びエンドプレート５４の方向転換路５６から構成されるサーキット状の循環経路には、複数のボール５８が循環可能に配列される。ボール５８はリテーナバンド５９によって一連に保持されている。ボール５８間にはボール５８同士の接触を防止するスペーサ６０が介在される。

エンドプレート５４のＵ字状の方向転換路５６の長さ方向の端部には、軌道レール５１のボール転走溝５１ａに対向する拘束部６２が設けられる。軌道レール５１のボール転走溝５１ａとエンドプレート５４の拘束部６２との間には、ボール５８が挟まれる。軌道レール５１のボール転走溝５１ａとエンドプレート５４の拘束部６２との間におけるボール５８の遊びは、エンドプレート５４の方向転換路５６におけるボール５８の遊びよりも小さいか、又は存在しない。

図３２に示されるように、拘束部６２は移動ブロック本体５３の負荷ボール転走溝５３ａに向かって直線状に伸びる。拘束部２８におけるボール５８の遊びは、移動ブロック本体５３の負荷ボール転走溝５３ａに向かって除々に小さく設定される。

軌道レール５１に対して移動ブロック５２を相対的に直線運動させることによって、エンドプレート５４の拘束部６２と軌道レール５１のボール転走溝５１ａとの間に挟まれるボール５８が、軌道レール５１のボール転走溝５１ａと移動ブロック本体５３の負荷ボール転走溝５３ａとの間の負荷ボール転走路５７に引き込まれる。このため、ボール５８を円滑に循環させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られず、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更できる。例えば、運動案内装置としてはボールスプラインも含まれる。また、転動体には、ボールの替わりにローラを用いることができる。ボール間にはボール同士の接触を防止するためのスペーサを介在させてもよい。

ゴシックアーチ溝形状は、二つの円弧から構成されなくても、ボールと二点で接触できる曲線であれば、二つのスプライン曲線、二つのクロソイド曲線等から構成されてもよい。

循環部材の拘束部の断面形状は、ゴシックアーチ溝形状に限られることはなく、ボールの遊びを少なくすることができれば、単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状に形成されてもよい。ねじ軸の軸線方向からみた拘束部の形状は、直線的に伸びていなくても、ねじ軸のボール転走溝に対応した円弧状に曲がっていてもよい。

なお、ボールねじの循環方式はリターンパイプ方式に限らず、エンドキャップ方式でも良い。

本発明の第一の実施形態のボールねじの斜視図 ナットの斜視図 循環部材の拡大図 ねじ軸のボール転走溝及びナットの負荷ボール転走溝の断面図 循環部材を取り外したナットの斜視図 ボールねじの循環経路を示す斜視図 ナットの側方からみた循環経路の中心線を示す図 ナットの軸線方向からみた無負荷戻し路の中心線を示す図 ねじ軸上に展開された無負荷戻し路の斜視図 ねじ軸及び循環部材の斜視図 ねじ軸及び循環部材の正面図 ナットに取り付けられた循環部材の斜視図 ナットに取り付けられた循環部材の正面図（一部断面を含む） 循環部材の無負荷戻し路の断面形状の変化を示す図 循環部材の無負荷戻し路の断面形状の変化を示す図 曲線通路の断面の詳細図 従来のボールねじの面取り加工を示す概念図 完全な整数巻きを実現するための循環経路の正面図 ねじ軸の頂点にボールを二つ並べた状態を示す正面図 本発明の第二の実施形態のボールねじの斜視図 ナットの側面図 ナットの正面図 ナットの平面図 循環部材を取り外したナットの平面図 循環部材の分割体の斜視図 循環部材の斜視図 循環部材の掬上げ部の詳細図（図２６のIIXVI部） 循環経路の斜視図 循環経路の側面図 第三の実施形態の運動案内装置の斜視図 循環経路の断面図 拘束部の詳細図（図３１のIIIXI部拡大図） 従来の無負荷戻し路を移動するボールを示す概念図

符号の説明

１ａ…ボール転走溝（転動体転走溝），１…ねじ軸，２…ナット，２ａ…負荷ボール転走溝（負荷転動体転走溝），３…ボール（転動体），８…循環部材，８ａ…端部，８ｂ…本体部，１０…無負荷戻し路，１２…負荷ボール転走路（負荷転動体転走路），１４…掬上げ部，１８…分割体，２２…曲線通路，２３…半径方向通路，２４…軸線方向通路，２８…拘束部，３１…ねじ軸，３１ａ…ボール転走溝（転動体転走溝），３２…ナット，３２ａ…負荷ボール転走溝（負荷転動体転走溝），３４…循環部材，３５…無負荷戻し路，３６…曲線通路，３７…半径方向通路，３８…軸線方向通路，３９…分割体，４０…掬上げ部，４１…ボール（転動体），４２…拘束部，５１…軌道レール（軌道部材），５１ａ…ボール転走溝（転動体転走部），５２…移動ブロック，５３…移動ブロック本体（移動部材本体），５３ａ…負荷ボール転走溝（負荷転動体転走部），５４…エンドプレート（蓋部材），５５…無負荷戻し路，５６…方向転換路，５７…負荷ボール転走路（負荷転動体転走路），５８…ボール（転動体），６２…拘束部

Claims (7)

1. 外周面に螺旋状の転動体転走溝を有するねじ軸と、
   内周面に前記ねじ軸の前記転動体転走溝に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝を有するナットと、
   前記ナットの前記負荷転動体転走溝の一端と他端とに接続され、転動体の周囲を囲む断面形状の無負荷戻し路を有する循環部材と、
   前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間の負荷転動体転走路、及び前記循環部材の前記無負荷戻し路から構成される循環経路に循環可能に配列される複数の転動体と、を備え、
   前記循環部材の前記無負荷戻し路の長さ方向の端部には、前記ねじ軸の前記転動体転走溝に対向すると共に、前記ねじ軸の前記転動体転走溝との間で前記転動体を挟む拘束部が設けられ、
   前記ナットに対して前記ねじ軸を相対的に回転させることによって、前記循環部材の前記拘束部と前記ねじ軸の前記転動体転走溝との間に挟まれる転動体が前記負荷転動体転走路又は前記無負荷戻し路に引き込まれるねじ装置。
2. 外周面に螺旋状の転動体転走溝を有するねじ軸と、
   内周面に前記ねじ軸の前記転動体転走溝に対向する螺旋状の負荷転動体転走溝を有するナットと、
   前記ナットの前記負荷転動体転走溝の一端と他端とに接続され、転動体の周囲を囲む断面形状の無負荷戻し路を有する循環部材と、
   前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間の負荷転動体転走路、及び前記循環部材の前記無負荷戻し路から構成される循環経路に循環可能に配列される複数の転動体と、を備え、
   前記循環部材の前記無負荷戻し路の長さ方向の端部には、前記ねじ軸の前記転動体転走溝に対向すると共に、前記ねじ軸の前記転動体転走溝との間で前記転動体を挟む拘束部が設けられ、
   前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記循環部材の前記拘束部との間における前記転動体の遊びが、前記無負荷戻し路における前記転動体の遊びよりも小さいか、又は存在しないねじ装置。
3. 前記転動体はボールであり、
   前記ナットの前記負荷転動体転走溝の断面形状は、前記ボールの半径よりも大きい曲率半径の二つの円弧状曲線を含むゴシックアーチ溝形状に形成され、
   前記循環部材の前記拘束部の、前記ボールの進行方向に直交する面内での断面形状は、前記ボールの半径よりも大きい曲率半径の二つの円弧状曲線を含むゴシックアーチ溝形状に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のねじ装置。
4. 前記循環部材の前記拘束部は、前記ボールの遊びが前記負荷転動体転走路に向かって徐々に小さくなるように直線的に伸びることを特徴とする請求項３に記載のねじ装置。
5. 前記循環部材の前記無負荷戻し路には、前記拘束部に繋がると共に、前記ナットの軸線方向からみて、中心線が前記ねじ軸に向かって凸の円弧状の曲線になる曲線通路が設けられることを特徴とする請求項３又は４に記載のねじ装置。
6. 転動体転走部を有する軌道部材と、
   前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部、及び前記負荷転動体転走部と平行な無負荷戻し路を有する移動部材本体と、
   前記移動部材本体の移動方向の両端部に設けられ、前記負荷転動体転走部の端部と前記無負荷戻し路の端部を接続する方向転換路を有する蓋部材と、
   前記軌道部材の前記転動体転走部と前記移動部材本体の前記負荷転動体転走部との間の負荷転動体転走路、前記無負荷戻し路、及び前記蓋部材の前記方向転換路から構成される循環経路に循環可能に配列される複数の転動体と、を備え、
   前記移動部材本体の前記負荷転動体転走部に接続される前記蓋部材の前記方向転換路の長さ方向の端部には、前記軌道部材の前記転動体転走部に対向すると共に、前記軌道部材の前記転動体転走部との間で前記転動体を挟む拘束部が設けられ、
   前記軌道部材に対して前記移動部材本体を相対的に運動させることによって、前記蓋部材の前記拘束部と前記軌道部材の前記転動体転走部との間に挟まれる前記転動体が前記負荷転動体転走路又は前記無負荷戻し路に引き込まれる運動案内装置。
7. 転動体転走部を有する軌道部材と、
   前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部、及び前記負荷転動体転走部と平行な無負荷戻し路を有する移動部材本体と、
   前記移動部材本体の移動方向の両端部に設けられ、前記負荷転動体転走部の端部と前記無負荷戻し路の端部を接続する方向転換路を有する蓋部材と、
   前記軌道部材の前記転動体転走部と前記移動部材本体の前記負荷転動体転走部との間の負荷転動体転走路、前記無負荷戻し路、及び前記蓋部材の前記方向転換路から構成される循環経路に循環可能に配列される複数の転動体と、を備え、
   前記移動部材本体の前記負荷転動体転走部に接続される前記蓋部材の前記方向転換路の長さ方向の端部には、前記軌道部材の前記転動体転走部に対向すると共に、前記軌道部材の前記転動体転走部との間で前記転動体を挟む拘束部が設けられ、
   前記軌道部材の前記転動体転走部と前記蓋部材の前記拘束部との間における前記転動体の遊びが、前記蓋部材の前記方向転換路における前記転動体の遊びよりも小さいか、又は存在しない運動案内装置。
   
   

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