JPH01312262A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はボールナンドおよびボールねじ軸の螺旋状ねじ
溝間に介在される多数のボールが各々該ねじ溝内の２点
で接触するように一方向に予圧が付与された２点接触式
ボールねじ装置に関し、特にボールナットのボールすく
い上げ部およびボール入り込み部近傍におけるボール通
過振動を少なくし、これによって微細送りや精密位置決
め機構に用い得るようにしたボールねじ装置に関する。

〔従来技術〕

ボールねじは通常一定のリードを有するねじ溝が用いら
れている。２点接触式〇予圧ボールねじ装置においては
、ボールねじ軸およびナツトの縦断面でみて、各ボール
がねじ軸側のボールねじ溝とナツト側のボールねじ漠に
それぞれ対角方向の１点づつで接触するように予圧がか
けられ、これによってボールねじ軸とボールナツト間の
回転カー軸方向推力の伝達がなされる。一方ポールナッ
トに取り付けられるボール返送路のボール通路はボール
外径に対し比較的余裕をもって形成されているからボー
ル返送路（ポールチューブ）内ではボールは何ら力の伝
達に関与せず、無負荷状態となっている。前記ボールね
じ溝間にあるボールは予圧される結果若干弾性変形して
いるので、ボールねじ溝間の通路は無負荷のボールが通
過できる広さがない。

このためボール返送路のボールすくい上げ部およびボー
ル返送路のボール入り込み部に移るボールねじ溝の境界
部ではボールに対する急激な加圧解放（あるいは加圧付
加）が行われ（ボールねじ軸の回転方向が逆となればボ
ールのｖＦ１環移動方向が逆転し、正転時のボールすく
い上げ部がボール入り込み部となり、今までのボール入
り込み部がボールすくい上げ部となる）、特に近年のサ
ブミクロンの微細送りにおいては、ボールが前記境界部
を通過することに伴なう微小振動が発生し、これがボー
ルの循環性能を阻害し、送り精度を低下させ、また騒音
の原因ともなっている。

このような予圧ボールねじ装置の予圧急変に基く作動不
良を無くするには、ボールねじ溝がボールすくい上げ部
に近づくにつれてボールの予圧を漸次減じていくことが
必要であり、この観点から従来、ハンドグラインダなど
による手作業でナツトのボールねじ溝のすくい上げ部の
近傍を削り取ってボールの存在空間を僅少拡げることが
行われている（例えば実公昭４８−２５９６３号、実公
昭４８−３４４５４号、あるいは特公昭５７−３８８２
９号公報など）。

第７図を参照してその従来の一例を簡単に説明すれば、
ボールナツト２０例のボールねじ溝２１のボール出入口
部分αはボールナツト２０に挿入されるボールチューブ
２２の先端脚部２３に向けて、そのボールねじ溝２１の
溝底をナツト半径方向に徐々に深くなるように破線Ｔの
如く削り取り、この溝断面を大きくし半径方向外方への
「逃げ」によってここを通過するボール２４の予圧を減
少させ、ボールねじ湧出入口部分αにおけるボールの円
滑な通過を確保しようとしている。２５はボールねじ軸
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のボールねじ装置においてナツトのボール
すくい上げ部近傍のボールねじ溝を単に部分的に削り拡
げてボールを通過し易くしただけのものにあうでは、そ
の拡げる量を正確に規制する手段がなく、もっばら熟練
作業者の手作業による怒覚にたよっていたので、工数が
かかるとともにばらつきがでて品質が不安定となるとい
う不具合があった。又第７図に示す従来例ではボールす
くい上げ部に近づくにつれてボールの予圧が徐々に減少
していき、該すくい上げ部の直線部分とナツト側ボール
ねじ溝のボール接触部分との交点Ｐで予圧が完全に抜け
る必要があるが、特公昭５７−３８８２９号のように単
にねじ溝の深さを深く削り落すだけでは点Ｐで予圧が抜
けていなかったり、点Ｐのはるか手前で予圧が抜けてし
まって、正確な境界部の形成が困難である。即ち、特公
昭５７−３８８２９号の方式では、ボールねじ溝の溝形
状が変化すれば溝深さを深くする寸法を変えなければな
らないので、溝Ｒ寸法のばらつきによりボールの予圧の
ぬけ方が一定とならず、ねじ溝拡大の度合によっては予
圧の減少の開始が急激で十分なボール通過振動の防止が
できないばかりか、第８図に示すようにボールナット２
０とボールねじ軸２５の対向するボールねじ溝によって
作られるボール通路は両ボールねじ溝（対称ゴシック溝
）の中心線が互いに大きくずれているため、ボールチュ
ーブの内径が小さいと、ボール２４がすくい上げ部のボ
ールチューブの直線部分先端に当り、又逆に内径が大き
いとボールねじ溝の角にボールがぶつかり、ボールチュ
ーブ（円形断面）の接続に際し接続部に段差ができてし
まうので、連続するボールの蛇行通過、ボール詰りの原
因になるという問題があった。

本発明は、ナツトのボールねじ溝のボール出入口部分に
おける予圧減少量および予圧減少開始位置、予圧法は位
置を任意かつ正確に決定でき、ボールチューブとの接続
部に段差が生じに＜＜シ、これによってこの部位におけ
るボール通過振動を極少にし、微細送り、超精密位置決
めを要する超精密作動機器に適用できるボールねじ装置
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、内周面にボールねじ溝を設けたボールナツト
と、前記ボールナットに挿通されかつ外周面にボールね
じ溝を設けたボールねじ軸と、これらの両ボールねじ漠
に嵌合して転動、循環する多数のボールとを具え、前記
ボールの各々が前記両ボールねじ溝に対し対向方向の２
点で接触して予圧が付与されたボールねじ装置において
、前記ボールナットのボールねじ溝のボール出入口部分
がボール出入口端にかけてボールねじ溝のリードを予圧
解除方向に漸次変化せしめ、ボール出入口端でボールの
予圧が解除されるようにしたものである。

〔作用〕

２点接触式予圧ボールねじ装置においては、ねじ軸およ
びナツトのボールねじ溝は一般にゴシックアーチ溝（Ｖ
字状溝）となっており、両ねじ溝が半径方向に対向して
ボール存在空間を形成している。このねじ溝間のボール
存在空間内でボールはその対角方向に２点で接触して予
圧がかけられ、これと直角方向にはねじ溝に対して若干
のすきまがあり、したがってナツトのボール出入口部で
ボールとねじ溝の対角方向の接触が離れるように徐々に
ねじ溝のリードを変えれば、この部分での予圧が漸次減
少してリード変化最大のところで予圧が０となり、また
ボール出入口部のボールねじ溝はねじ軸側とボールナツ
ト側のずれが小さいので、ボールはボール出入口部とす
くい上げ部との境界部をスムーズに通過し、通過振動が
減少する。

このようなボールねじ溝の部分的な微少リード変更は、
超精密送り系および高精度切込み制御系を備えたＮＣ精
密加工機により実現可能であり、そのリード変化量の調
整、制御も容易かつ所望値に任意設定でき、しかもナツ
トのボールねじ溝加工と同時にリード変更加工ができる
。

（実施例） 次に本発明を実施例について図面を参照して説明する。

第１図ないし第４図に示す実施例はダブルナツトタイプ
の２点接触式ボールねじ装置について示したものである
。第１のボールナット１と第２のボールナット２との間
に間座３が介在され、この状態でこれらのナツトがボー
ルねじ軸４の外側に装着されている。第１．第２のボー
ルナット１゜２の内周面およびボールねじ軸４の外周面
にはそれぞれボールねじ溝５．６が形成され、このねじ
溝５．６の間に多数のボール７が嵌合され、ナツト１．
２およびねじ軸４の相対回転に伴ない、各ナツトの外側
部からボールねじ溝５，６に挿入された略Ｕ字状のボー
ルチューブ８（ボール返送路）を通ってボール７がこれ
らのねじ溝５．６を循環するようになっている。９はナ
ツト端部とねじ軸間のシール部材、１０はチューブ押え
である。ダブルナツトタイプのものでは、２つのボール
ナットは互いにキー１２により回転を阻止され、間座３
の介在によってねじ溝５．６間のボール７に予圧力（第
２図矢印Ｈ方向）が与えられ、各ボールはナツトのねじ
溝５の１点とこれに対向方向でねじ軸４のねじ溝６の１
点とで接触して転動する。

荷重支持線を一点鎖線で示せば、両接触点を結ぶ線に直
角な対角方向にはボール７はねじ溝５．６に接触しない
か、あるいは軽く接触しても予圧は生じない、この状態
は第３図（ａ）あるいは第４図う）。

（Ｃ）に明示されている。第１図は第２図のＩ−１線に
沿った横断面図である。なお、この実施例では第１．第
２それぞれのボールナット１．２に対して各々２つづつ
のボール循環路が軸方向に並んで形成され、したがって
ボールチューブ８は各ボールナット１．２に対して２個
づつ、合計４個設けられている。

ボールねじ軸４のねじ溝６のピッチは全長にわたり同一
のピッチａで形成される。第１．第２のボールナット１
．２のねじ溝ピッチもこれに対応したピッチを有してい
るが、本発明においては第３図（ａ）、（ロ）の如くナ
ツト１のボールねじ溝５のポール出入口部分已＋、Ｅ□
がボールすくい上げ部即ちボールチューブ先端へ向って
予圧が減少するように徐々にリードを変え、そのボール
出入口端（第１図Ａ位りでは予圧が完全に抜ける状態と
しである。勿論ねじ溝目体の断面形状は変らない。

第３図（ｂ）は第１図のボールねじの水平面における断
面で上方から見た図であり、ナツトｌの１つのボール循
環路の部分について示したものであって、ボール７の予
圧方向が図示のような場合、ナツト側ねじ溝５の１つの
循環路の一方の出入口端でａ−δのリードとなるように
、また他方の出入口端でａ＋δのリードとなるように徐
々にリードを変化させである。なお第１図のＡ位置は第
３図（ａ）。

（ｂ）の断面位置であり、ボール出入口部は第４図（ａ
）に対応しており、対向するボールねじ溝のずれはほと
んどなく、これによってボール存在空間が大となり、予
圧が抜ける。第１図のＣ位置は第４図（Ｃ）に対応し、
予圧付与によりボール接触点ｄで正規の予圧Ｆが生じて
いる。このＣ位置から出入口部に向って漸次リード変化
が始まり、第１図のＢ位置では第４図（ｂ）に示すよう
に、半ば減少した予圧ｒが生じている。このようにして
第１図のＣ位置から徐々に（連続的に）予圧が減少して
いき、ボール７は出入口端（Ｅ、）で予圧が解除されて
すくい上げ部へと移動し、あるいはすくい上げ部からね
じ湧出入口端（Ｅ８）へと移動する。

ボール出入口端でのリード変化量δは、ボール、ねじ溝
間の軸方向の弾性変形量に、予圧のばらつき、部品のば
らつきを加味した若干量を加えて出入口端で予圧が抜け
かつす（い上げ部に段差なく連なる適切量に定められる
。適用するボールねじ装置の種類、サイズ等によっても
この量は異なる。

第５図は第１図に示す実施例で第３図（ａ）、（ロ）と
反対側のナツト即ち第２のナツト２側について示した部
分縦断面図である０図示のように第２のナツト側では予
圧の生じる方向が第１のナツト１側と逆方向になってお
り、したがって第２のナツト２のねじ湧出入口端Ｅ、に
おけるリードは第１のナツト１の場合と反対方向に増加
又は減少される。

例えば第２ナツトの間座側の出入口端Ｅ、ではａ＋δと
変化させる。これによってこの部位のボール存在空間を
拡げている。リード変化は第３図。

第４図で説明したように出入口部近くから出入口端Ｅ、
にかけて徐々に変化させることは勿論である。

第６図の実施例は予圧機能をもつシングルタイプのボー
ルねじ装置の例であり、ナツト１１の軸方向両側のねじ
濡出入口部Ｅｓ、Ｅ４でリードをδだけ漸減あるいは漸
増せしめ、この部分でのボールの予圧を徐々に解除して
いる０両側の出入口部の間では中央部でリード変化εを
もたせねじのバックラッシュを除去している。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、２点接触式の予圧ボール
ねじ装置において、ボールナツトのねじ溝のボール出入
口部分がボール出入口端にかけてボールねじ溝のリード
を予圧解除方向にほぼ予圧量変位分漸次変化せしめ、ボ
ール出入口端でボールの予圧が完全に解除されるように
したので、ボール出入口端部の予圧低下はボールねじ溝
の形状にほとんど影響されずごく自然な形でなだらかな
ものとなり、この境界部でのボール通過振動が極少とな
り、微細送りおよび高精度位置決めを行う超精密作動機
器、超精密計測器、加工機械の微細テーブル駆動部に使
用可能なボールねじ装置が得られる。予圧減少度合も任
意に正しく設定でき、また従来の手作業によるねじ濡出
入口部の逃げ取り削り取りは不要となり、生産性の向上
、品質安定化がもたらされる効果がある。またリードの
変化はナツト両側の出入口部分のみであるため、リード
変化による荷重の受は方の変化は生じなく、両端以外は
一定の負荷荷重を担持でき、負荷容量の低下は起らない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるボールねじ装置の
横断面図、第２図は第１図の実施例の縦断面図、第３図
（ａ）は第１図のＯ−Ａ位置における第１のナツト側の
部分的な拡大縦断面図、第３図ら）は第１図の実施例の
部分的な平面断面図、第４図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ
）はボール出入口部における予圧変化状態を示した縦断
面図、第５図は第１図の実施例における第２のナツト側
の部分的な縦断面図、第６図は本発明の第２の実施例の
部分的な縦断面図、第７図は従来のねじ濡出入口部を部
分的に削り取ったボールねじ装置の部分的な横断面図、
第８図は第７図のボール出入口部の拡大平面図である。 １・・・第１のボールナツト、 ２・・・第２のボールナット、３・・・間座、４・・・
ボールねじ軸、５，６・・・ボールねじ溝、７・・・ボ
ール、８・・・ボールチューブ、ａ・・・ピッチ、δ・
・・リード変化量、ｄ・・・ボール接触点、ｒ・・・減
少予圧力、Ｆ・・・正規予圧力。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内周面にボールねじ溝を設けたボールナットと、前記ボ
   ールナットに挿通されかつ外周面に前記ボールナットの
   ボールねじ溝に対向するボールねじ溝を設けたボールね
   じ軸と、これらの両ボールねじ溝に嵌合して転動しボー
   ルチューブを通って循環する多数のボールとを具え、前
   記ボールの各々が前記両ボールねじ溝に対し対向方向の
   ２点で接触して予圧が付与されたボールねじ装置におい
   て、前記ボールナットのボールねじ溝のボール出入口部
   分がボール出入口端にかけてボールねじ溝のリードを予
   圧解除方向に漸次変化せしめ、ボール出入口端でボール
   の予圧が解除されるようにしたことを特徴とするボール
   ねじ装置。