JP4452981B2 - ボールねじ機構 - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじ機構に関する。

回転運動と直線運動とを変換するボールねじ機構が知られている。ボールねじ機構においては、ねじ軸とナットとの間に形成された螺旋状の転送路内をボールが転動することにより、ねじ軸とナットとの円滑な相対移動を達成しているが、かかる場合、転送路の一端まで転動してきたボールを他端に戻すことが必要となり、そのための循環チューブをナットに設けることが行われている（特許文献１参照）。
特開２００３−２６２２６１号公報

ところで、特許文献１に記載のごとき従来技術において、循環チューブをナットに固定するために平板状のチューブ抑え部材を設けて、固定ねじで締め付けるようにしている。しかるに、ナットの振動などにより固定ねじがゆるむと、チューブ抑え部材がガタ付き、循環チューブがずれたりして、ナット内の転送路と循環チューブとの間でボールの受け渡しが円滑に行えなくなる恐れがある。これに対し、固定ねじの締め付けトルクを管理して、固定ねじのゆるみを防止することも考えられるが、製造時に手間がかかるという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、手間をかけることなく、循環チューブが外れることを抑制できるボールねじ機構を提供することを目的とする。

本発明のボールねじ機構は、
円筒状の内周面を有するナット受け部材と、
ねじ軸と、
前記ねじ軸の周囲に配置され、前記ナット受け部材の内周面に嵌合し、外周の一部が平面である略円筒状のナットと、
前記ねじ軸とナットとの間の転送路内に配置されたボールとからなるボールねじ機構において、
前記ナットの平面において、前記転送路の一端から他端へと前記ボールを戻すための循環チューブと、前記循環チューブを固定するためのチューブ抑え部材と、前記チューブ抑え部材を前記ナットの外周面に固定するヘッド付きねじと、前記ヘッド付きねじと前記ナットとの間に配置され、前記ヘッド付きねじを締め付けることで弾性変形するバネ座金とを設け、
前記バネ座金は、前記ナットが前記ナット受け部材に嵌合した状態で、前記ヘッド付きねじが前記ナット受け部材の内周面に当接するまで、変形に基づく弾性力を維持することを特徴とする。

本発明のボールねじ機構において、前記バネ座金は、前記ナットが前記ナット受け部材に嵌合した状態で、前記ヘッド付きねじが前記ナット受け部材の内周面に当接するまで、変形に基づく弾性力を維持するので、たとえ振動などの影響でヘッド付きねじが緩み、最大限抜け出したとしても、その状態でもバネ座金の弾性力が残存していれば、かかる弾性力により前記チューブ抑え部材を固定することができ、それにより前記循環チューブを前記ナットに対して適切に抑えることができるので、ボールの転動不良などを抑制できる。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかるボールねじ機構を含むリニアアクチュエータ５０の断面図であり、図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。

図１において、フレームＢに取り付けられた略円筒状のナットハウジング１Ａは、円筒状のモータハウジング１Ｂに対し、その端部内周にインロー嵌めされることで、それぞれの軸線を一致させるようにして３本（１本のみ図示）のボルト１Ｃにより取り付けられている。ナットハウジング１Ａとモータハウジング１Ｂとで、ハウジング１を構成する。モータハウジング１Ｂの内周面には、円筒状のステータ２ｂが固定されており、ステータ２ｂは、ロータ２ｃを内包している。軸受４によりモータハウジング１Ｂに対して回転自在に支持された中空の回転軸３の外周面に、ロータ２ｃが取り付けられ、一体的に回転するようになっている。電動モータ２は、ステータ２ｂ、ロータ２ｃ、回転軸３を有する。

ナット受け部材を構成する回転軸３の図１で左端には、大径部３ａが形成されており、その内周面には、略円筒状のナット５が、キー８（図２参照）を介して相対回転不能に嵌合取付されている。大径部３ａとナット５との嵌め合い関係は、中間嵌めないしは若干の隙間嵌めである。ナット５内をねじ軸６が貫通している。ねじ軸６の図１で左半部外周面には雄ネジ溝６ｂ（図２参照）が形成されている。

ねじ軸６の雄ネジ溝６ｂに対向して、ナット５の内周面には雌ネジ溝５ｂ（図２参照）が形成され、それらネジ溝５ｂ、６ｂによって形成される螺旋状の空間（転送路）には、多数のボール７（図２参照）が転動自在に配置されている。尚、動作時に、ボール７をナット５の一端から他端へと戻す循環チューブ５ａが、後述する態様で、ナット５の外部に設けられている。ナット５と、ねじ軸６と、ボール７とでボールスクリュー機構（変換機構）を構成する。

ナット５の図１で左端には軸線方向に伸びた円筒部５ｃが形成され、軸受９により、ナットハウジング１Ａに対して回転自在に支持されている。尚、モータハウジング１Ｂと軸受４との間に配置されたワッシャーバネ１０が、軸受４を図１で左方に押圧している。

ねじ軸６の図１で右半部は丸軸となっており、その右端には、外周面を平行に切り取ってなる一対の係合面６ａが形成されている。また、ねじ軸６の図１で右端近傍表面には、直線溝６ｄが形成されており、一方、モータハウジング１Ｂの端部開口には、半径方向内方に突出する突起１ｄが形成されている。突起１ｄは、直線溝６ｄに係合することで、モータハウジング１Ｂに対してねじ軸６が軸線方向に移動することを許容するが、軸線周りに相対回転することを阻止するように機能する。

ねじ軸６の図１で左端部には、ブラケット１２が固定されている。ブラケット１２の切欠１２ａには、ワイヤ１１の端部に取り付けられたピン１１ａが係合している。ワイヤ１１は、フレームＢの開口に嵌合した案内部材１３を通過して、不図示の被駆動部材に連結されている。尚、不図示の被駆動部材に組み込まれたバネにより、ワイヤ１１は常時、図１で左方に付勢されている。従って、軸受９には常時スラスト荷重が付与されるため、軸受４とモータハウジング１Ｂとの間に配置されたワッシャーバネ１０により、軸受４、９に予圧が付与されることとなる。

尚、軸受４には実質的にスラスト荷重が付与されないことから、軸受４は玉軸受でなく、ラジアルニードル軸受やブッシュなど用いることができる。更に、軸受９の代わりに、回転軸３の大径部３ａとナットハウジング１Ａとの間に、ブッシュを設けて支持しても良く、又、回転軸３とねじ軸６の丸軸との間にブッシュ２４（図２で点線で示す）を追加して支持しても良い。但し、本実施の形態のように、軸受４を回転軸３の端部に配置し、軸受９をナット５の端部に配置することで、半径方向の寸法を抑えることができ、且つ支持スパンが広がることで支持剛性も高まることから、振動抑制などの観点から有利である。

図２において、ナット５の外周面には、円筒を平行な面で削ぎ落としたあとのような平面５ｃが形成されている。平面５ｃには、雄ネジ溝６ｂと雌ネジ溝５ｂとで形成する転送路の一端と他端とに連通する２つの穴５ｄ（図１）が形成され、略コ字状の循環チューブ５ａの両端が、穴５ｄに係合されている。

循環チューブ５ａは、細長い板を折り曲げて形成されたチューブ抑え部材５ｆにより抑えられ、このチューブ抑え部材５ｆの両端近傍は、平面５ｃに螺合する２つのヘッド付きネジ５ｅにより、ナット５に取り付けられるようになっている。各ヘッド付きネジ５ｅのヘッド５ｈと、平面５ｃとの間には、弾性体であるバネ座金５ｇが設けられている。バネ座金５ｇは、ヘッド付きネジ５ｅの締め込みにより変形するが、ナット５が回転軸３の大径部３ａに嵌合した状態で、ヘッド付きネジ５ｅのヘッド５ｈが大径部３ａの内周面に当接するまで、変形に基づく弾性力を維持するような寸法関係を有している。

次に、本実施の形態の動作について説明する。図１において、不図示の電源から電動モータ２に電力が供給されると、回転軸３に連結されたナット５が回転する。更に、ナット５の回転変位は、ねじ軸６（直線溝６ｄと凸部１ｄとの係合によりハウジング１に対して回転しない）の軸線方向変位に変換されることとなる。このとき、ボール７がナット５内の転送路に沿って転送することで、かかる変換は低摩擦で行われることとなる。

ねじ軸６が、図１で右方に移動する（変位するともいう）と、ブラケット１２及びピン１１ａを介してワイヤ１１が引っ張られ、被駆動部材に設けられた付勢バネの付勢力に抗して被駆動部材が移動することとなる。尚、電動モータ２への電力供給を停止させると、被駆動部材に設けられたバネの付勢力がうち勝つため、ワイヤ１１は図１で左方へと移動する。

図３は、従来例を示す図２と同様な断面図である。図３に示す従来例では、各ヘッド付きネジ５ｅ’のヘッド５ｈ’と、平面５ｃとの間には、バネ座金５ｇ’が設けられているが、図から明らかなように、ヘッド付きネジ５ｅ’が抜け出て、そのヘッド５ｈ’が大径部３ａの内周面に当接する前に、バネ座金５ｇ’の弾性変形が失われるような構成となっている。従って、振動などでヘッド付きネジ５ｅ’が緩むと、チューブ抑え部材５ｆ’を固定することができなくなり、その結果循環チューブ５ａがずれる恐れがある。

ここで、振動などでヘッド付きネジ５ｅ’が緩んでも、ヘッド５ｈが大径部３ａの内周面に当接すれば、それ以上の抜け出しが阻止される。これを利用し、本実施の形態によれば、図２に示すように、ナット５が回転軸３の大径部３ａに嵌合した状態で、ヘッド付きネジ５ｅのヘッド５ｈが大径部３ａの内周面に当接するまで、変形に基づく弾性力を維持するような寸法関係を有しているので、最大限ヘッド付きネジ５ｅが抜け出た状態でも、バネ座金５ｇが弾性力を残存していることから、その弾性力でチューブ抑え部材５ｆを固定することができ、それにより循環チューブ５ａのズレ等を抑制できる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。一例として、リニアアクチュエータにボールねじ機構を適用した例を示したが、リニアアクチュエータ以外の装置に本発明のボールねじ機構を適用できることは言うまでもない。

本実施の形態にかかるボールねじ機構を含むリニアアクチュエータ５０の断面図である。 図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。 従来例を示す図２と同様な断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ 電動モータ
３ 回転軸
４ 軸受
５ ナット
５ａ 循環チューブ
５ｆ チューブ抑え部材
５ｅ ヘッド付きネジ
５ｇ バネ座金
６ ねじ軸
９ 軸受

Claims (1)

1. 円筒状の内周面を有するナット受け部材と、
   ねじ軸と、
   前記ねじ軸の周囲に配置され、前記ナット受け部材の内周面に嵌合し、外周の一部が平面である略円筒状のナットと、
   前記ねじ軸とナットとの間の転送路内に配置されたボールとからなるボールねじ機構において、
   前記ナットの平面において、前記転送路の一端から他端へと前記ボールを戻すための循環チューブと、前記循環チューブを固定するためのチューブ抑え部材と、前記チューブ抑え部材を前記ナットの外周面に固定するヘッド付きねじと、前記ヘッド付きねじと前記ナットとの間に配置され、前記ヘッド付きねじを締め付けることで弾性変形するバネ座金とを設け、
   前記バネ座金は、前記ナットが前記ナット受け部材に嵌合した状態で、前記ヘッド付きねじが前記ナット受け部材の内周面に当接するまで、変形に基づく弾性力を維持することを特徴とするボールねじ機構。

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