JP2018165513A - Assembly method of ball screw device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械や自動車用ステアリング装置などに組み込まれ、回転運動を直線運動に変換する、あるいは、直線運動を回転運動に変換する、ボールねじ装置の組立方法に関する。 The present invention relates to a method for assembling a ball screw device that is incorporated in a machine tool, a steering device for an automobile, etc., and converts rotational motion into linear motion or converts linear motion into rotational motion.
ボールねじ装置は、外周面に螺旋状のねじ軸側螺旋溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のナット側螺旋溝を有するナットと、ねじ軸側螺旋溝とナット側螺旋溝とからなる転動路に収容された複数のボールとを備えている。また、ナットには、転動路内のボールを循環させるためのボール戻し部材が設けられている。 The ball screw device includes a screw shaft having a spiral screw shaft side spiral groove on an outer peripheral surface, a nut having a spiral nut side spiral groove on an inner peripheral surface, a screw shaft side spiral groove and a nut side spiral groove. And a plurality of balls accommodated in the rolling path. The nut is provided with a ball return member for circulating the ball in the rolling path.
上述のようなボールねじ装置は、一般的に次のように組み立てられる。
先ず、ナットの内側に仮軸を挿入した状態で、ナットの内周面に形成されたナット側螺旋溝にボールを組み込む。その後、仮軸とねじ軸とを入れ替えるように、ねじ軸をナットの内側に挿入する。
The ball screw device as described above is generally assembled as follows.
First, in a state where the temporary shaft is inserted inside the nut, the ball is assembled in the nut-side spiral groove formed on the inner peripheral surface of the nut. Thereafter, the screw shaft is inserted inside the nut so that the temporary shaft and the screw shaft are interchanged.
ここで、ナットの内側にねじ軸を挿入する作業は、ねじ軸側螺旋溝とナット側螺旋溝とがボールを介して噛み合うように、ねじ軸側螺旋溝とナット側螺旋溝との位相を合わせる必要があり、具体的には、次の２種類の方法によって行われる。
すなわち、第１の方法では、ねじ軸とナットとを互いに押し付けた状態で、ねじ軸側螺旋溝とナット側螺旋溝とがボールを介して噛み合うまで、ねじ軸又はナットを、螺入方向である、ねじ軸側螺旋溝の巻方向と、同方向に回転させる。なお、ねじ軸とナットとでボールねじ装置を構成する場合、ねじ軸に設けられるねじ軸側螺旋溝の巻方向と、ナットに設けられるナット側螺旋溝の巻方向とは、互いに同じになる。
第２の方法では、ねじ軸又はナットを、ねじ軸側螺旋溝の巻方向とは逆方向に回転させ、軸方向に移動するナット又はねじ軸の軸方向位置（絶対位置）を測定する。そして、軸方向に移動するナット又はねじ軸の軸方向位置が、それ以前に行った別のボールねじ装置の組立時に噛み合い位相になった軸方向位置と一致したことを条件に、現在組み立てているボールねじ装置に関して、ねじ軸側螺旋溝とナット側螺旋溝との位相が噛み合い位相になったと判定する。その後、ねじ軸又はナットを、ねじ軸側螺旋溝の巻方向と同方向に回転させる。
特開２００６−３１５０９７号公報及び特開平２−２２４９３４号公報には、ボールを介さずに雄ねじと雌ねじとを直接螺合させる技術に関するものであるが、雄ねじと雌ねじを押圧状態で逆転させ、逆転状態でこれらの螺合状態を検出する、上述した第２の方法と似た方法が記載されている。
Here, the operation of inserting the screw shaft inside the nut is performed by aligning the phases of the screw shaft side spiral groove and the nut side spiral groove so that the screw shaft side spiral groove and the nut side spiral groove are engaged with each other via the ball. Specifically, it is performed by the following two types of methods.
That is, in the first method, with the screw shaft and the nut pressed against each other, the screw shaft or nut is in the screwing direction until the screw shaft side spiral groove and the nut side spiral groove are engaged with each other via the ball. The screw shaft side spiral groove is rotated in the same direction as the winding direction. When the ball screw device is configured with the screw shaft and the nut, the winding direction of the screw shaft side spiral groove provided on the screw shaft is the same as the winding direction of the nut side spiral groove provided on the nut.
In the second method, the screw shaft or nut is rotated in the direction opposite to the winding direction of the screw shaft side spiral groove, and the axial position (absolute position) of the nut or screw shaft moving in the axial direction is measured. The assembly is currently performed on the condition that the axial position of the nut or screw shaft that moves in the axial direction coincides with the axial position that was in the meshing phase when another ball screw device was assembled before that. Regarding the ball screw device, it is determined that the phases of the screw shaft side spiral groove and the nut side spiral groove are meshed with each other. Thereafter, the screw shaft or the nut is rotated in the same direction as the winding direction of the screw shaft side spiral groove.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-315097 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-224934 relate to a technique for directly screwing a male screw and a female screw without using a ball. A method similar to the second method described above for detecting these screwed states in the state is described.
ところが、ねじ軸の挿入工程として従来から行われてきた上述した２種類の方法には、次のような問題点がある。 However, the above-described two types of methods that have been conventionally performed as the screw shaft insertion process have the following problems.
第１の方法にあっては、ねじ軸側螺旋溝とナット側螺旋溝との位相が噛み合い位相からずれた状態で、ねじ軸又はナットを、ねじ軸側螺旋溝の巻方向と同方向に回転させるため、ボールの噛み込みが生じやすい。このため、ボールやねじ軸側螺旋溝及びナット側螺旋溝に、傷などの損傷を生じる可能性がある。また、ねじ軸とナットとを互いに押し付けながら行うため、押し付け力が大きいと、損傷の程度も大きくなる。 In the first method, the screw shaft or nut is rotated in the same direction as the winding direction of the screw shaft side spiral groove in a state where the phases of the screw shaft side spiral groove and the nut side spiral groove are engaged and deviated from the phase. For this reason, the ball is likely to be bitten. For this reason, damage, such as a flaw, may occur in the ball, the screw shaft side spiral groove, and the nut side spiral groove. Further, since the screw shaft and the nut are pressed against each other, the degree of damage increases when the pressing force is large.
第２の方法にあっては、ねじ軸やナット、ボールの形状精度の影響により、軸方向に移動するナット又はねじ軸の軸方向位置にばらつきを生じやすい。このため、噛み合い位相を正確に判定することが難しくなる。この結果、ねじ軸の挿入工程にミスが多くなり、作業効率が低くなる。 In the second method, variations in the axial position of the nut or screw shaft that moves in the axial direction are likely to occur due to the influence of the shape accuracy of the screw shaft, nut, or ball. For this reason, it becomes difficult to accurately determine the meshing phase. As a result, there are many mistakes in the screw shaft insertion process, resulting in low work efficiency.
本発明は、上述のような事情に鑑み、ボールねじ装置の構成部品に損傷が生じることを防止し、かつ、ねじ軸の挿入工程の作業効率の向上を図ることができる、ボールねじ装置の組立方法を実現することを目的としている。 In view of the circumstances as described above, the present invention is an assembly of a ball screw device capable of preventing damage to the components of the ball screw device and improving the working efficiency of the screw shaft insertion process. The purpose is to realize the method.
本発明は、ねじ軸と、ナットと、複数のボールとを備えるボールねじ装置を組み立てるための方法に関する。
特に、本発明のボールねじ装置の組立方法は、
内周面にナット側螺旋溝を有する前記ナットの内側に仮軸を配置した状態で、前記ナット側螺旋溝に前記複数のボールを組み込み、
前記ナット側螺旋溝内に配置された前記複数のボールのうち、前記ナットの軸方向に関して端部に位置するボールと、外周面にねじ軸側螺旋溝を有する前記ねじ軸のうち、該ねじ軸の軸方向に関して前記ねじ軸側螺旋溝の端部に位置する山部とを接触させる。
そして、前記ねじ軸と前記ナットとの距離を測定しながら、前記ねじ軸と前記ナットとを、前記ねじ軸側螺旋溝の巻方向とは逆方向に相対回転させ、前記距離が減少しはじめてからの減少量が所定の閾値を超えたことを条件に、前記ねじ軸と前記ナットとを、前記ねじ軸側螺旋溝の巻方向と同方向に相対回転させて、前記ねじ軸側螺旋溝内に前記ボールを進入させることを特徴とする。
The present invention relates to a method for assembling a ball screw device comprising a screw shaft, a nut and a plurality of balls.
In particular, the assembly method of the ball screw device of the present invention includes:
In a state where a temporary shaft is disposed inside the nut having a nut-side spiral groove on the inner peripheral surface, the plurality of balls are incorporated into the nut-side spiral groove,
Of the plurality of balls arranged in the nut-side spiral groove, the screw shaft among the balls positioned at the end with respect to the axial direction of the nut and the screw shaft having the screw shaft-side spiral groove on the outer peripheral surface. With respect to the axial direction, the ridge portion located at the end of the screw shaft side spiral groove is brought into contact.
Then, while measuring the distance between the screw shaft and the nut, the screw shaft and the nut are relatively rotated in the direction opposite to the winding direction of the screw shaft side spiral groove, and the distance starts to decrease. The screw shaft and the nut are rotated relative to each other in the same direction as the winding direction of the screw shaft side spiral groove on the condition that the decrease amount of The ball is allowed to enter.
本発明を実施するには、たとえば、前記ナットの中心軸及び前記ねじ軸の中心軸を、同軸上に、かつ上下方向に向けて配置するとともに、前記ねじ軸の上端部を前記仮軸の下端部に接続させることができる。
また、この場合には、前記ねじ軸に対する前記ナットの上下方向に関する距離を測定しながら、前記ナットは回転させずに、前記ねじ軸のみを回転させることができる。
あるいは、前記ねじ軸に対する前記ナットの上下方向に関する距離を測定しながら、前記ねじ軸は回転させずに、前記ナットのみを回転させることができる。
また、本発明を実施する場合には、前記ナット側螺旋溝内に配置された前記複数のボールのうち、上下方向に関して下方側端部に位置するボールと、前記ねじ軸のうち、上下方向に関して前記ねじ軸側螺旋溝の上方側端部に位置する山部とを接触させた後、前記ねじ軸により前記ボールを介して前記ナットを、少なくとも前記ねじ軸側螺旋溝の１リード分の長さだけ押し上げることができる。
さらにこれらの場合には、前記ナットを、上下方向に関して移動可能にフローティング支持して行うこともできる。
To carry out the present invention, for example, the central axis of the nut and the central axis of the screw shaft are arranged coaxially and in the vertical direction, and the upper end portion of the screw shaft is the lower end of the temporary shaft. Can be connected to the part.
Further, in this case, it is possible to rotate only the screw shaft without rotating the nut while measuring the distance in the vertical direction of the nut with respect to the screw shaft.
Alternatively, only the nut can be rotated without rotating the screw shaft while measuring the distance in the vertical direction of the nut with respect to the screw shaft.
When the present invention is carried out, among the plurality of balls arranged in the nut-side spiral groove, the ball positioned at the lower end with respect to the vertical direction and the screw shaft with respect to the vertical direction. After contacting the crest located at the upper end of the screw shaft side spiral groove, the nut is inserted through the ball by the screw shaft and the length of at least one lead of the screw shaft side spiral groove. Can only push up.
Further, in these cases, the nut can be floatingly supported so as to be movable in the vertical direction.
本発明を実施するには、たとえば、前記ねじ軸と前記ナットとを互いに近づく方向に付勢しながら、前記ねじ軸又は前記ナットを、前記ねじ軸側螺旋溝の巻方向とは逆方向に回転させることができる。
本発明を実施するには、たとえば、前記閾値を、前記ねじ軸側螺旋溝の１リード分の長さ未満とすることができる。
To implement the present invention, for example, while urging the screw shaft and the nut toward each other, the screw shaft or the nut is rotated in a direction opposite to the winding direction of the screw shaft side spiral groove. Can be made.
In order to implement the present invention, for example, the threshold value can be less than the length of one lead of the screw shaft side spiral groove.
本発明のボールねじ装置の組立方法によれば、ボールねじ装置の構成部品に損傷を生じさせることなく、ねじ軸の挿入工程の作業効率の向上を図ることができる。 According to the method of assembling the ball screw device of the present invention, it is possible to improve the working efficiency of the screw shaft insertion process without causing damage to the components of the ball screw device.
［実施の形態の第１例］
実施の形態の第１例について、図１〜図９を用いて説明する。先ず、図１〜図３を用いて、本例の組立方法の対象となるボールねじ装置１の構成を説明した後、図４〜図９を用いて、ボールねじ装置１の組立方法を説明する。
[First example of embodiment]
A first example of the embodiment will be described with reference to FIGS. First, the configuration of the
（ボールねじ装置の構成）
ボールねじ装置１は、ねじ軸２と、ナット３と、複数のボール４と、ボール戻し部材である循環こま５とを備えている。
(Configuration of ball screw device)
The
ねじ軸２は、炭素鋼やクロムモリブデン鋼などの鉄系金属製であり、断面形状が円形で、全体が直線状に構成されている。ねじ軸２は、その外周面に、螺旋状のねじ軸側螺旋溝６を有する。
The
ナット３は、炭素鋼やクロムモリブデン鋼などの鉄系金属製であり、全体が円筒状に構成されている。ナット３は、その内周面に、螺旋状のナット側螺旋溝７を有する。
The
ねじ軸側螺旋溝６とナット側螺旋溝７とは、たとえば右巻き又は左巻きといった同じ巻方向および同一のリードを有する。ねじ軸側螺旋溝６及びナット側螺旋溝７の断面形状は、単一の円弧からなる部分円弧状、又は、曲率中心の異なる２つの円弧を組み合わせてなるゴシックアーチ状である。ボールねじ装置１の組立後においては、ねじ軸側螺旋溝６とナット側螺旋溝７とは、複数のボール４を介して対向するように配置され、ねじ軸側螺旋溝６とナット側螺旋溝７との組み合わせにより、ボール４が転動する転動路８が形成される。
The screw shaft
ボール４は、高炭素クロム軸受鋼などの鉄系金属製であり、ボールねじ装置１の組立後においては、転動路８に収容される。
The
循環こま５は、ボール４を循環させるもので、ナット３を直径方向に貫通するように形成された取付孔９の内側に固定されている。循環こま５には、転動路８の終点から始点にボール４を戻すための戻し路１０が形成されている。戻し路１０は、全体がＳ字状に形成されており、一方側端部が転動路８の終点に連結されるとともに、他方側端部が転動路８の始点に連結されている。戻し路１０の中間部は、ねじ軸側螺旋溝６を構成するランド部と呼ばれる山部６ａを横切るように配置されている。本例のボールねじ装置１は、このような戻し路１０と転動路８とにより構成される、無端状の循環路を備える。なお、循環路の数は、ナット３に設ける循環こま５の数と同数となり、１つでも良いし、２つ以上でも良い。また、ボール戻し部材として、循環こま以外に、循環チューブ、エンドキャップ、デフレクタなどを使用することもできる。
The
ボールねじ装置１の作動時には、ボール４は、転動路８内を移動しながら、ねじ軸２の周囲を回る。そして、ボール４は、転動路８の終点に至ると、戻し路１０の一方側端部に入り、戻し路１０内を移動する。この際に、ボール４は、ねじ軸側螺旋溝６を構成する山部６ａを乗り越える。そして、ボール４は、戻し路１０の他方側端部に到達すると、転動路８の始点に戻される。本例のボールねじ装置１は、このようにしてボール４が循環するように構成されている。したがって、ねじ軸２又はナット３を回転させることにより、ボール４が転動路８及び戻し路１０内を転動および循環し、ナット３又はねじ軸２が軸方向に移動する。
During the operation of the
（ボールねじ装置の組立方法）
次に、上述のような構成を有するボールねじ装置１の組立方法について説明する。
本例のボールねじ装置１の組立方法では、従来から知られた方法と同様に、ナット３の内側に仮軸１１を挿入した状態で、ナット側螺旋溝７にボール４を組み込む、玉詰め工程を行い、その後、仮軸１１とねじ軸２とを入れ替えるように、ねじ軸２をナット３の内側に挿入する、ねじ軸挿入工程を行う。以下、工程ごとに詳しく説明する。
(Ball screw device assembly method)
Next, a method for assembling the
In the method of assembling the
＜玉詰め工程＞
玉詰め工程は、図４に示すような、仮軸１１を使用して行う。仮軸１１は、ナット３へのボール４の組み込み時に、ねじ軸２の代わりに、ナット３の内側に挿入する円柱状又は円筒状の部材である。仮軸１１は、ねじ軸２の外周面に形成されたねじ軸側螺旋溝６の溝底径よりも僅かに小さい外径を有している。仮軸１１の先端部には、円すい状の突起部１２が形成されている。これに対し、仮軸１１の基端部には、軸方向に凹んだ嵌合凹部１３が形成されている。このような構成を有する仮軸１１を、突起部１２が上側に、嵌合凹部１３が下側にそれぞれ向くようにして、支持台１５にセットする。
<Stuffing process>
The ball filling process is performed using a
ナット３を、ナット受台１６にセットし、ナット３の内側に仮軸１１の先端部を下方から進入させる。ナット受台１６は、支持台１５に対して昇降可能かつ相対回転可能に配置されている。
The
そして、仮軸１１に対するナット３の上下方向位置を調節し、ナット３の上方からナット３の内側に所定数のボール４を投入する。具体的には、仮軸１１に対するナット３の上下位置を調節し、循環こま５に設けられた戻し路１０と、仮軸１１の突起部１２の肩部１４とを対向させ、この状態で、ナット３の上方からナット３の内側にボール４を投入する。そして、ナット３を仮軸１１に対し相対回転させて、ボール４をナット側螺旋溝７と仮軸１１の外周面との間に組み込んでいく。このようなボール４の組み込み作業は、ボールねじ装置１の循環路ごとに行う。
Then, the vertical position of the
＜ねじ軸挿入工程＞
玉詰め工程により、ボール４をナット側螺旋溝７と仮軸１１の外周面との間に組み込んだ後に、ナット３の内側に、仮軸１１に代えてねじ軸２を挿入する。本例では、このようなねじ軸挿入工程を、図５〜図７に示したような、組立装置１７を使用して行う。
<Screw shaft insertion process>
After the
組立装置１７は、上下方向（垂直方向）に長い複数の支柱１８を備えている。この支柱１８には、ねじ軸支持部１９及びナット支持部２０がそれぞれ支持されている。
The assembling
ねじ軸支持部１９は、ねじ軸２を上下方向に関する移動を可能にかつ回転可能に支持する。ねじ軸支持部１９は、ねじ軸台２１と、ねじ軸台２１を支柱１８に対して上下移動させるための上下送り機構２２と、ねじ軸２をねじ軸台２１に対して回転させるための回転駆動機構２３とを備えている。
The screw
上下送り機構２２は、サーボモータ２４とボールねじ２５とを備えている。この上下送り機構２２を構成するボールねじ２５のねじ軸２６は、支柱１８と平行に、支柱１８に対し回転のみ可能に設置されている。この上下送り機構２２のねじ軸２６に螺合したナット２７は、ねじ軸台２１に対し、回転不能に固定されている。また、ねじ軸台２１は、複数のリニアガイド２８により、支柱１８に対し、この支柱１８に沿った上下方向の移動のみを可能に支持されている。このため、ねじ軸台２１は、上下送り機構２２によって、支柱１８に対する上下移動が可能となっており、上下方向に関する正確な位置決めが可能である。
The
回転駆動機構２３は、ねじ軸台２１に対し支持されており、チャック２９と駆動モータ３０とを備えている。チャック２９は、ねじ軸２の中心軸を上下方向に向けた状態で、ねじ軸２の下端部をねじ軸台２１に対して固定するものである。駆動モータ３０は、チャック２９を介してねじ軸２をねじ軸台２１に対して回転駆動し、ねじ軸２を所定方向に所定速度で回転させる。
The
ナット支持部２０は、支柱１８に対してナット３を上下方向に関する移動を可能に、かつ回転不能に支持するものであり、ナットホルダ３１と、ナット台３２とを備えている。
The
ナットホルダ３１は、全体が円筒状に構成されている。ナットホルダ３１は、その内側に、大径の保持孔３３と、保持孔３３よりも小径の小径孔３４を備える。保持孔３３の内径は、ナット３の外径よりも僅かに大きい。これに対し、小径孔３４の内径は、ナット３の外径よりも十分に小さく、かつ、ねじ軸２の外径よりも大きい。このようなナットホルダ３１は、ナット台３２の上面に、その中心軸を上下方向に向けて設置される。また、この状態で、保持孔３３が上側に小径孔３４が下側にそれぞれ位置する。
The
ナット台３２は、複数のリニアガイド３５により、支柱１８に対して、支柱１８に沿った上下方向の移動のみを可能に支持される。また、ナット台３２は、ばねやエアシリンダなどの支持機構３６によって、支柱１８に対してフローティング支持される。このため、ナット台３２及びナットホルダ３１を、上下方向に小さな力で移動させることが可能である。ナット台３２は、上下方向に貫通する挿通孔３７を備える。ナット台３２上にナットホルダ３１を設置した状態で、挿通孔３７の中心軸とナットホルダ３１の中心軸とを一致させている。挿通孔３７の内径は、ナットホルダ３１の外径よりも小さく、かつ、ねじ軸２の外径よりも大きい。
The
ねじ軸支持部１９を構成するねじ軸台２１の上面と、ナット支持部２０を構成するナット台３２の下面との間には、接触式あるいは非接触式の変位センサ３８が設けられている。変位センサ３８は、ねじ軸台２１の上面とナット台３２の下面との間の距離を測定し、ねじ軸２とナット３との上下方向に関する距離を求める。
A contact-type or non-contact-
上述した組立装置１７を用いてねじ軸挿入工程を行うために、先ず、準備工程として、ねじ軸２をねじ軸支持部１９にセットし、また、ナット３をナット支持部２０にセットする。このために、ねじ軸支持部１９を下方に退避させて、ねじ軸支持部１９とナット支持部２０との間隔を広く確保しておく。この状態で、ねじ軸２の下端部を、チャック２９によってねじ軸支持部１９に固定する。また、ナット３を、ナット３の内側にボール４及び仮軸１１を配置したままの状態で、ナットホルダ３１の内側にセットする。具体的には、ナット３、ボール４及び仮軸１１を、仮軸１１の基端側（嵌合凹部１３）が下方に向くようにして、ナットホルダ３１の内側に上方から挿入する。これにより、ナット３を保持孔３３の内側に配置し、仮軸１１の下端部を小径孔３４の内側に配置する。
In order to perform the screw shaft insertion process using the
ねじ軸２及びナット３のセットが終了したならば、ねじ軸支持部１９を上昇させる。これにより、図５に示すように、ねじ軸２の上端部を仮軸１１の下端部に接続させる。具体的には、仮軸１１の下端部に形成された嵌合凹部１３に、ねじ軸２の上端部に形成された小径軸部３９を内嵌固定する。これにより、仮軸１１とねじ軸２とが、同軸上に配置された状態で接続される。
When the setting of the
仮軸１１とねじ軸２とを接続した後に、ねじ軸支持部１９をさらに上昇させ、図６に示すように、ねじ軸２の上端部をナット３の内側に進入させる。そして、ねじ軸側螺旋溝６を構成する山部６ａのうち、ねじ軸２の軸方向に一致する上下方向に関する上方側最端部に位置する山部６ｂを、ナット側螺旋溝７内に配置されたボール４のうち、ナット３の軸方向に一致する上下方向に関する下方側最端部に位置するボール４ａに接触させる。このように、ねじ軸側螺旋溝６の上方側最端部の山部６ｂと下方側最端部のボール４ａとが接触したならば、ねじ軸支持部１９を少なくともねじ軸側螺旋溝６の１リード分の長さだけ上昇させて、ねじ軸支持部１９の上下方向位置を固定する。この結果、ねじ軸２により、ボール４ａを介してナット３を、ナット台３２ごと、ねじ軸支持部１９の上昇量分だけ押し上げる。これにより、ねじ軸側螺旋溝６の上方側最端部の山部６ｂと下方側最端部のボール４ａとが接触した際のねじ軸２とナット３との位相に関係なく、後述するように、ねじ軸側螺旋溝６とナット側螺旋溝７との位相が噛み合い位相になった際に、ナット３が下方に落下するようにしている。
After the
ねじ軸支持部１９の上昇を停止した後は、変位センサ３８により、ねじ軸２とナット３との上下方向に関する距離を測定しながら、図７に示すように、ねじ軸２をねじ軸側螺旋溝６の巻方向（図示の例では右巻）とは逆方向である、反時計回りに低速で回転させる。
After stopping the ascent of the
すると、図８（Ａ）に示すように、ねじ軸側螺旋溝６の上方側最端部の山部６ｂに沿ってボール４ａが上昇する。このため、ナット３がボール４ａによって上方に押し上げられる。その結果、ねじ軸２とナット３との上下方向に関する距離が大きくなる。
Then, as shown in FIG. 8A, the
ボール４ａが山部６ｂに沿ってある程度上昇すると、図８（Ｂ）に示すように、ボール４ａが山部６ｂの平坦面状の先端面４０に乗り上げる。このように、ボール４ａが山部６ｂの先端面４０に乗り上げると、ねじ軸２の回転にかかわらず、ねじ軸２とナット３との上下方向に関する距離が変化しなくなる。
When the
ボール４ａが山部６ｂの先端面４０をある程度転動すると、ボール４ａを支えていた山部６ｂが途中で途切れるように不連続になるため、図８（Ｃ）及び図８（Ｄ）に示すように、ボール４ａが山部６ｂの先端面４０から下方の山部６ｂに向けて落下する。図８（Ｃ）は、ボール４ａが落下途中の状態を示しており、図８（Ｄ）は、ボール４ａが下方の山部６ｂに到達した状態を示している。このようにボール４ａが山部６ｂの先端面４０から落下すると、ナット３も下方に落下する。したがって、ねじ軸２とナット３との上下方向に関する距離が短くなる。なお、ナット３を設置したナット台３２は、支持機構３６によってフローティング支持されているが、下方から支承されない限り、自重によって下方に移動する。
When the
図９のグラフは、ねじ軸２を、螺入方向であるねじ軸側螺旋溝６の巻方向とは逆方向に回転させた際に、変位センサ３８によって測定される、ねじ軸２とナット３との上下方向に関する距離（ｍｍ）と、ねじ軸２の回転量（ｄｅｇ）との関係を模式的に示している。
図９の線分Ａは、ねじ軸２の回転量が増えるほど、ねじ軸２とナット３との距離が大きくなる範囲であり、図８（Ａ）に示した、ボール４ａが山部６ｂに沿って転動し上昇する際に測定される。線分Ｂは、ねじ軸２の回転量が増えても、ねじ軸２とナット３との距離が変化しない範囲であり、図８（Ｂ）に示した、ボール４ａが、山部６ｂの平坦面状の先端面４０を転動する際に測定される。線分Ｃは、ねじ軸２の回転量が増えても、ねじ軸２とナット３との距離が小さくなる範囲であり、図８（Ｃ）及び図８（Ｄ）に示した、ボール４ａが下方の山部６ｂに向けて落下する際に測定される。なお、線分Ｃが現れたのち、ねじ軸２の回転量をさらに増やすと、再度、線分Ａが現れる。つまり、ねじ軸２を回転させると、線分Ａ、線分Ｂ及び線分Ｃが連続して順番に現れる。
The graph of FIG. 9 shows that the
A line segment A in FIG. 9 is a range in which the distance between the
特に本例では、噛み合い位相になったことを、次のようにして判定する。
すなわち、ねじ軸２をねじ軸側螺旋溝６の巻方向とは逆方向である、反時計回りに低速で回転させながら測定される変位センサ３８の出力信号から、ねじ軸２とナット３との間の距離に関するデータを、所定のサンプリング間隔で得る。サンプリング間隔は、たとえば、ねじ軸２が１回転する間のサンプリング数が最低でも３６０以上になる時間とする。そして、得られた距離データ（ＤＸ）と、ｎ個前（ｎは１以上の整数）に得られた距離データ（ＤＸ−ｎ）との差分を求める。そして、距離の変化量である差分の値が、正の値又はゼロから負の値に変化した直後の、ねじ軸２の回転量及び距離データ（Ｄmax≒最大値）を求める。このように、差分の値が正の値又はゼロから負の値に変化する位置は、図９のグラフでは線分Ｂと線分Ｃとの境界に相当し、ボール４ａが山部６ｂの先端面４０から落下し始める位置である。差分の値は、直接計算によって求めることもできるが、距離データにはノイズが含まれるため、この差分の値としては、差分の移動平均を用いることが好ましい。
In particular, in this example, it is determined as follows that the meshing phase has been reached.
That is, from the output signal of the
そして、算出される差分の値が連続して負の値になるなどして、差分の値が負の値（図９の線分Ｃの範囲）に変化したことを確認したならば、差分の値が正の値又はゼロから負の値に変化した直後の距離データ（Ｄmax）と現在の距離データ（ＤＸ）から算出される距離の減少量（Ｄmax−ＤＸ）が、予め定めた閾値を超えたか判定する。そして、減少量（Ｄmax−ＤＸ）が、予め定めた閾値を超えた場合に、噛み合い位相になったと判定する。 Then, if it is confirmed that the difference value has changed to a negative value (the range of the line segment C in FIG. 9), for example, the calculated difference value continuously becomes a negative value, threshold value reduction of distance calculated from the distance data immediately after the change from a positive value or zero to a negative value (Dmax) and the current distance data (D X) (Dmax-D X) is a predetermined Judge whether or not. When the reduction amount (Dmax−D X ) exceeds a predetermined threshold, it is determined that the meshing phase has been reached.
前記閾値は、ボール４やねじ軸側螺旋溝６及びナット側螺旋溝７などに傷などの損傷を生じさせずに、ボール４をねじ軸側螺旋溝６内に進入させられる値であり、ねじ軸側螺旋溝６及びナット側螺旋溝7のリード、ボール４の玉径、ボール４とねじ軸側螺旋溝６及びナット側螺旋溝７との接触位置や接触角などが異なると変化する値である。したがって、前記閾値は、組立対象となるボールねじ装置１ごとに個別に設定する。
The threshold value is a value that allows the
なお、減少量の最大値は、理論的には、ねじ軸側螺旋溝６の１リード分の長さになる。すなわち、減少量の最大値は、差分の値が正の値又はゼロから負の値に変化した直後の距離データ（Ｄmax）と、差分の値が負の値からゼロ又は正の値に変化した直後のねじ軸２の距離データ（Ｄmin≒最小値）との差（Ｄmax−Ｄmin）になるから、該差（Ｄmax−Ｄmin）は、理論的には最大で１リード分の長さになる。なお、差分の値が負の値からゼロ又は正の値に変化する位置は、図９のグラフでは線分Ｃと線分Ａとの境界に相当し、図８（Ｄ）に示した、落下したボール４ａが下方の山部６ｂに到達した位置である。ただし、実際には、ねじ軸２の外径やナット３の内径、ボール４の玉径などといったワークの形状誤差、支持機構３６で生じる摩擦抵抗などに起因して、減少量の最大値は、ねじ軸側螺旋溝６の１リード分の長さ未満になる場合がある。このため、閾値を、ねじ軸側螺旋溝６の１リード分の長さに設定してしまうと、噛み合い位相を検出できなくなる可能性がある。そこで、本例では、閾値を、ねじ軸側螺旋溝６の１リード分の長さ未満の値で、かつ、組立対象となるボールねじ装置を構成するワークの各種諸元に基づき、予め計算や実験により求めた値に設定する。
Note that the maximum value of the reduction amount is theoretically the length of one lead of the screw shaft
以上のようにして、前記減少量（Ｄmax−ＤＸ）が閾値を超え、噛み合い位相であると判定されたならば、ねじ軸支持部１９を構成する回転駆動機構２３により、図８（Ｄ）に示すように、ねじ軸２を、ねじ軸側螺旋溝６の巻方向と同方向である、時計回りに低速で回転させ、リードに合わせてねじ軸２を上昇させる。これにより、ねじ軸側螺旋溝６に複数のボール４を順次進入させて、ナット３を下方に移動させつつ、ナット３の内側にねじ軸２を挿入する。そして、ねじ軸２の挿入量が多くなると、ナット３の上方から仮軸１１が排出される。本例では、このようにして、仮軸１１とねじ軸２とを入れ替えるように、ねじ軸２をナット３の内側に挿入する。
As described above, if it is determined that the reduction amount (Dmax−D X ) exceeds the threshold value and is in the meshing phase, the
以上のような本例のボールねじ装置１の組立方法によれば、ボールねじ装置１の構成部品であるねじ軸２、ナット３及びボール４に損傷を生じずに済み、かつ、ねじ軸挿入工程の作業効率の向上を図ることができる。
すなわち、本例の場合には、噛み合い位相が見つかるまでは、ねじ軸２を、ねじ軸側螺旋溝６の巻方向とは逆方向に回転させており、従来の第１の方法のように、噛み合い位相が見つかる以前の状態で、ねじ軸又はナットをねじ軸側螺旋溝の巻方向と同方向に回転させることはない。このため、ボールの噛み込みが生じることを有効に防止でき、ボールねじ装置１の構成部品に損傷が生じることを防止できる。また、本例では、ねじ軸挿入工程を、ナット３を含めたナット支持部２０の重量と釣り合う大きさの力を支持機構３６により発生させ、ナット支持部２０を上下方向に小さな力で移動可能とさせる、フローティング支持により行うため、ねじ軸２とナット３との間の押し付け力が過大になることも防止できる。したがって、この面からも、ボールねじ装置１の構成部品の損傷を防止できる。
According to the method of assembling the
That is, in the case of this example, until the meshing phase is found, the
また、本例では、ねじ軸２とナット３との距離が減少しはじめる、すなわち、得られた距離データ（ＤＸ）と、ｎ個前（ｎは１以上の整数）に得られた距離データ（ＤＸ−ｎ）との差分がマイナスになったことを確認し、距離の減少量（Ｄmax−ＤＸ）が、前記閾値を超えたことを条件に、噛み合い位相になったと判定する。このため、従来の第２の方法のように、軸方向に移動するナット又はねじ軸の軸方向位置のみによって、噛み合い位相であるか否かを判定する場合に比べて、ボールねじ装置の構成部品の形状精度の影響を受けにくくすることができる。また、判定基準の幅（許容範囲）を大きくとることができるため、ねじ軸側螺旋溝６とナット側螺旋溝７とが噛み合い位相にあるか否かの誤判定を少なくすることができる。したがって、ねじ軸挿入工程でのミスを減少することができ、作業効率の向上を図ることが可能となる。
In this example, the distance between the
また、本例の組立方法を実施する場合、循環路が複数存在する場合には、循環路のうち最も下方に位置する循環路にボールを組み込む玉詰め工程を行った後、これらのボールをねじ軸側螺旋溝内に進入させるねじ軸挿入工程を行う。その後、下方から２番目に位置する循環路を対象に、玉詰め工程及びねじ軸挿入工程を順次実施する。そして最後に、最も上方に位置する循環路を対象に、玉詰め工程及びねじ軸挿入工程を順次実施する。 In addition, when the assembly method of this example is performed, if there are a plurality of circulation paths, a ball filling process for incorporating balls into the circulation path located at the lowest position among the circulation paths is performed, and then these balls are screwed. A screw shaft insertion step for entering the shaft side spiral groove is performed. Thereafter, a ball filling process and a screw shaft insertion process are sequentially performed on the circulation path located second from the bottom. Finally, a ball filling process and a screw shaft insertion process are sequentially performed on the uppermost circulation path.
［実施の形態の第２例］
実施の形態の第２例について、図１０を用いて説明する。本例の特徴は、ねじ軸挿入工程に使用する組立装置１７ａにある。すなわち、本例では、ナットホルダ３１を、ナット台３２上に設けられた回転駆動機構２３ａにより回転させるように構成している。回転駆動機構２３ａは、ナットホルダ３１を把持したチャック２９ａと、該チャック２９ａを回転させる駆動モータ３０ａとを備えている。これに対し、ねじ軸２は、ねじ軸台２１に対して回転不能に支持されている。このため、本例では、ねじ軸挿入工程で、ナット３のみを回転させ、ねじ軸２は回転させない。
[Second Example of Embodiment]
A second example of the embodiment will be described with reference to FIG. The feature of this example resides in the assembling
本例でも、ねじ軸台２１は、上下送り機構２２により、支柱１８に対して上下移動が可能である。また、ナット台３２は、ばねやエアシリンダなどの支持機構３６によって、支柱１８に対してフローティング支持されている。
Also in this example, the
本例では、上述のような組立装置１７ａを使用して、ねじ軸挿入工程を行う。具体的には、ねじ軸２の上方側最端部に位置する山部６ｂを、ナット側螺旋溝７内に配置されたボール４のうち、下方側最端部に位置するボール４ａに接触させた後、さらに、ねじ軸支持部１９を少なくともねじ軸側螺旋溝６の１リード分だけ上昇させる。その後、変位センサ３８により、ねじ軸２とナット３との上下方向に関する距離を測定しながら、ナット３をねじ軸側螺旋溝６の巻方向とは逆方向である、反時計回りに低速で回転させる。そして、変位センサ３８により算出される、ねじ軸２とナット３との距離が減少しはじめたことを確認し、距離の減少量が閾値を超えたことを条件に、噛み合い位相になったと判定する。その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第１例と同様である。
In this example, the screw shaft insertion process is performed using the
なお、上述の実施の形態の各例では、ナットをフローティング支持し、ねじ軸を上下送り機構によって昇降させる例を用いて説明したが、反対に、ねじ軸をフローティング支持し、ナットを上下送り機構によって昇降させる構成に対しても、本発明を適用することもできる。さらに、本発明を、ねじ軸の中心軸とナットの中心軸とを、上下方向ではなく、たとえば水平方向に向けて配置し、ねじ軸挿入工程を行う構成に対しても、適用することもできる。また、上述の実施の形態の各例では、玉詰め工程とねじ軸挿入工程とを、それぞれ別の装置を利用して実施する例を説明したが、これら玉詰め工程とねじ軸挿入工程とは、同じ装置を利用して実施することもできる。 In each of the above-described embodiments, the nut is supported in a floating manner and the screw shaft is moved up and down by a vertical feed mechanism. However, on the contrary, the screw shaft is supported in a floating manner and the nut is moved up and down. The present invention can also be applied to a structure that is moved up and down by the above. Furthermore, the present invention can also be applied to a configuration in which the screw shaft insertion step is performed by arranging the center axis of the screw shaft and the center axis of the nut not in the vertical direction but in the horizontal direction, for example. . Moreover, in each example of the above-described embodiment, the example in which the ball filling process and the screw shaft insertion process are performed using different devices has been described. The same apparatus can also be used.
さらに、上述の実施の形態の各例では、ねじ軸挿入工程において、ねじ軸とナットのうち、一方の部材のみを回転させ、他方の部材は回転させない場合について説明したが、本発明を実施する場合には、ねじ軸とナットとの両方の部材を回転させても良い。この場合には、噛み合い位相を検出するまでの間は、ねじ軸とナットとを、ねじ軸側螺旋溝の巻方向とは逆方向に相対回転させる。つまり、ねじ軸とナットとをそれぞれ、ねじ軸側螺旋溝の巻方向とは逆方向に回転させる。あるいは、ねじ軸とナットとのうち、一方の部材をねじ軸側螺旋溝の巻方向に回転させ、他方の部材をねじ軸側螺旋溝の巻方向とは逆方向に回転させる場合には、一方の部材の回転速度よりも他方の部材の回転速度を速くする。そして、噛み合い位相を検出した後は、ねじ軸とナットとを、ねじ軸側螺旋溝の巻方向と同方向に相対回転させる。つまり、ねじ軸とナットとをそれぞれ、ねじ軸側螺旋溝の巻方向に回転させる。あるいは、ねじ軸とナットとのうち、一方の部材をねじ軸側螺旋溝の巻方向に回転させ、他方の部材をねじ軸側螺旋溝の巻方向とは逆方向に回転させる場合には、他方の部材の回転速度よりも一方の部材の回転速度を速くする。 Furthermore, in each example of the above-described embodiment, the description has been given of the case where only one member of the screw shaft and the nut is rotated and the other member is not rotated in the screw shaft inserting step, but the present invention is implemented. In some cases, both the screw shaft and the nut may be rotated. In this case, until the meshing phase is detected, the screw shaft and the nut are relatively rotated in the direction opposite to the winding direction of the screw shaft side spiral groove. That is, the screw shaft and the nut are respectively rotated in the direction opposite to the winding direction of the screw shaft side spiral groove. Alternatively, when one member of the screw shaft and the nut is rotated in the winding direction of the screw shaft side spiral groove and the other member is rotated in the direction opposite to the winding direction of the screw shaft side spiral groove, The rotational speed of the other member is made faster than the rotational speed of the other member. After detecting the meshing phase, the screw shaft and the nut are relatively rotated in the same direction as the winding direction of the screw shaft side spiral groove. That is, the screw shaft and the nut are each rotated in the winding direction of the screw shaft side spiral groove. Alternatively, when one member of the screw shaft and the nut is rotated in the winding direction of the screw shaft side spiral groove and the other member is rotated in the direction opposite to the winding direction of the screw shaft side spiral groove, The rotational speed of one member is made faster than the rotational speed of the member.
１ ボールねじ装置
２ ねじ軸
３ ナット
４、４ａ ボール
５ 循環こま
６ ねじ軸側螺旋溝
６ａ、６ｂ 山部
７ ナット側螺旋溝
８ 転動路
９ 取付孔
１０ 戻し路
１１ 仮軸
１２ 突起部
１３ 嵌合凹部
１４ 肩部
１５ 支持台
１６ ナット受台
１７、１７ａ 組立装置
１８ 支柱
１９ ねじ軸支持部
２０ ナット支持部
２１ ねじ軸台
２２ 上下送り機構
２３、２３ａ 回転駆動機構
２４ サーボモータ
２５ ボールねじ
２６ ねじ軸
２７ ナット
２８ リニアガイド
２９、２９ａ チャック
３０、３０ａ 駆動モータ
３１ ナットホルダ
３２ ナット台
３３ 保持孔
３４ 小径孔
３５ リニアガイド
３６ 支持機構
３７ 挿通孔
３８ 変位センサ
３９ 小径軸部
４０ 先端面
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ナット側螺旋溝内に配置された前記複数のボールのうち、前記ナットの軸方向に関して端部に位置するボールと、外周面にねじ軸側螺旋溝を有するねじ軸のうち、該ねじ軸の軸方向に関して前記ねじ軸側螺旋溝の端部に位置する山部とを接触させ、
前記ねじ軸と前記ナットとの距離を測定しながら、前記ねじ軸と前記ナットとを、前記ねじ軸側螺旋溝の巻方向とは逆方向に相対回転させ、前記距離が減少しはじめてからの減少量が所定の閾値を超えたことを条件に、前記ねじ軸と前記ナットとを、前記ねじ軸側螺旋溝の巻方向と同方向に相対回転させて、前記ねじ軸側螺旋溝内に前記ボールを進入させる、
ボールねじ装置の組立方法。 In a state where the temporary shaft is arranged inside the nut having the nut side spiral groove on the inner peripheral surface, a plurality of balls are incorporated in the nut side spiral groove,
Of the plurality of balls arranged in the nut-side spiral groove, among the balls positioned at the end with respect to the axial direction of the nut and the screw shaft having the screw shaft-side spiral groove on the outer peripheral surface, Contact with the peak located at the end of the screw shaft side spiral groove in the axial direction,
While measuring the distance between the screw shaft and the nut, the screw shaft and the nut are rotated relative to each other in the direction opposite to the winding direction of the screw shaft side spiral groove, and the distance decreases after the distance starts to decrease. On the condition that the amount exceeds a predetermined threshold, the screw shaft and the nut are rotated relative to each other in the same direction as the winding direction of the screw shaft side spiral groove, and the ball is inserted into the screw shaft side spiral groove. To enter,
A method of assembling the ball screw device.
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