JPH04110255U - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来より小型軽量で、しかも機能性，耐久性に
優れ、かつ使い勝手が良いボールねじ装置を提供する。 【構成】ボールねじ軸２に螺合されたボールねじナット
５とボールスプラインナット６とを、ボールベアリング
Ｂｒを介してハウジング１２で支持し、両ナット５，６
の外周面にボールベアリングＢｒの内輪溝１０，１１を
形成し、各ナットの内周から内輪溝１０，１１に通じる
ように転動体挿入孔１９を形成して、この挿入孔１９か
らボールベアリングＢｒの転動体１８を装着した後、コ
マ２０で塞ぐ。転動体挿入孔１９を、転動体の遠心力が
作用しないボールベアリングＢｒの内輪側に配置するこ
とにより、ハウジング１２を薄肉化して上記目的を達成
した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、工作機械，スカラー型ロボットその他の産業機械装置用のアクチュ エータとして好適に利用できるボールねじ装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来のこの種のボールねじ装置としては、例えば特開平１−２２９１６０号公 報に示されるものがある。このものは、図４に示されるように、単一の軸体の外 周面にボールねじ溝３とボールスプライン溝４とを重複させて形成した軸２に、 多数のボール２６を介してボールねじナット５を嵌合すると共に、多数のボール ３０を介してボールスプラインナット６を嵌合し、さらに上記両ナット５，６を 同一のハウジング１２に対しそれぞれ一対のサポートベアリングＢｒを介して回 転自在に組付けると共に、上記両ナット５，６をおのおの独立に駆動するための 伝動部材２３を備えている。しかして、前記各ナット５，６をそれぞれ支持する 一対のサポートベアリングＢｒ同士を背面組合せに配設し、その両ベアリング間 に間座３１を介装して引張り予圧を付与することで、軸体が往復運動時に急停止 した場合もベアリング転動体の弾性変形によるガタつきが発生しないようにして いる。しかし、間座３１の薄肉化はできないため必然的に外径が大きくなり、且 つまたナット５，６の長手寸法も長くなり、ひいてはボールねじ装置全体が大形 化せざるを得なかった。 そこで本出願人は、間座を用いずに予圧を付与できる構造を開発して先に出願 した（特願平２−４０５７６６号）。このものは、図５に示されるように、軸２ に装着されたボールねじナット５とボールスプラインナット６をサポートベアリ ング部Ｂｒを介してハウジング１２に回転自在に支承するボールねじ装置におい て、ボールねじナット５とボールスプラインナット６との外周面にそれぞれサポ ートベアリング部Ｂｒの内輪溝１０，１１を形成すると共に、サポートベアリン グ部Ｂｒの外輪溝１５，１７をハウジング１２の内周面に前記内輪溝１０，１１ の溝間隔とはやや異ならせて形成したものである。内外輪溝に挿入された転動体 １８には、溝間ピッチＰ_1,Ｐ_2,Ｐ_3,Ｐ₄ の差異に応じて予圧が付与されることと なり、間座は不要で、小型化し易い。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

先の出願（特願平２−４０５７６６号）に係るボールねじ装置は、サポートベ アリング部Ｂｒに転動体１８を組み込む手段として、ハウジング１２の内周面の 外輪溝１５，１７からハウジング外周面に貫通させた転動体挿入孔７を設け、こ れから転動体１８を内外両溝１０，１５（１１，１７）間に挿入した後、挿入孔 ７をコマ８で塞いでいた。ところでボールねじ装置の場合、サポートベアリング 部Ｂｒのｄ_m Ｎ値（ｄ_m ：軸受内径と外径との平均値mm、Ｎ：回転数rpm ）が１ ５万前後で使用されることが多く、高速回転で転動体１８には大きな遠心力が発 生する。その転動体１８が挿入孔７を塞いだコマ８の端面に絶えず衝撃を与え、 コマ８が緩むおそれがある。そのため、コマ８は金属製とされネジあるいは接着 剤を利用して強固に固定する必要があった。

【０００４】 しかしコマ８の抜け止めに十分な量の接着剤を充填できる容積の挿入孔７にす るとハウジング１２の外径が大きくなり、かといってネジ固定にすると更にハウ ジング外径が大きくなってしまい、結局ボールねじ装置の小型軽量化に自ずから 限度が生じていた。

【０００５】 また、ハウジング１２の内周の外輪溝１０，１１の面に開口する転動体挿入孔 ７の端縁とコマ８の端面との間には段差ができ易く、この段差に高速回転する転 動体１８が衝突することによるガタつきや摩耗が発生するなど、ボールねじ装置 の機能面，耐久性の点でなお改善の余地があった。

【０００６】 さらに、ボールねじナット５やボールスプラインナット６を回転駆動するため の駆動プーリ２３を取り付ける取付用フランジを各ナットに設ける必要があるが 、その取付用フランジの位置が外輪溝面の転動体挿入孔に拘束され、その結果駆 動プーリ位置が限定されてしまい使い勝手がわるくなるという問題点があった。 本考案は、上記従来の問題点を解決することを課題とするものであり、転動体 挿入孔を高速回転する転動体が衝突しない位置に設けることにより、コマの固定 強度を下げ、ハウジングを薄肉化して、より小型軽量で、しかも機能性，耐久性 に優れ、かつ使い勝手が良いボールねじ装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案のボールねじ装置は、ボールねじ溝とボールスプライン溝とを有するボ ールねじ軸にボールねじナットとボールスプラインナットとがボールを介して螺 着され、ボールねじナットとボールスプラインナットとは、ベアリング部の転動 体の転動を介して回転可能にハウジングの内面に支持されているボールねじ装置 において、ハウジングの内周面にベアリング部の外輪溝を形成し、ボールねじナ ットの外周面とボールスプラインナットの外周面とにベアリング部の内輪溝をそ れぞれ形成すると共に、ナット内周からベアリング部の各内輪溝に通じる転動体 挿入孔を形成し、この挿入孔をコマで塞いだことを特徴とする

【０００８】

【作用】

転動体挿入孔をベアリング部の外輪側ではなく内輪溝側に設けたので、外輪側 となるハウジングの肉厚を必要最小限に設定して外径を縮小することが可能とな り、小型軽量化が容易である。こうした構成部品の小型軽量化により、ボールね じ装置を軽量にすれば、これが組み込こまれた装置のイナーシャが低減される。

【０００９】 また、高速回転する転動体の遠心力が転動体挿入孔に作用することがないから 、転動体挿入孔を塞ぐコマの固定をそれほど強固にする必要がないばかりか、転 動体挿入孔の端縁とコマの端面との間の段差に転動体が衝突してガタつきや摩耗 が発生することもなく、機能性，耐久性が向上する。

【００１０】 また、駆動プーリ取付用フランジの位置が転動体挿入孔に拘束されないから、 駆動プーリ位置の自由度が増えて使い勝手が良くなる。 コマ自体も軽く且つ簡単に取り付け可能なもので良く、コマを合成樹脂製にす れば軽量で低コストに量産することも容易になり、且つコマの固定を圧入固定式 にすることも可能となり、組立工数を低減させて生産性の向上が果たせる。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。図１ないし図２は本考案の 第１の実施例である。図１にボールねじ装置１の概要を示す。図中、２はボール ねじ軸であり、このボールねじ軸２には、ゴシックアーチ溝からなる螺旋状のボ ールねじ溝３と共に軸方向に直線状のボールスプライン溝４が形成されていて、 ボールねじナット５とボールスプラインナット６とがそれぞれ装着されている。

【００１２】 ボールねじナット５は、ゴシックアーチ溝からなるボールねじ溝３に対応する ゴシックアーチ形状の図示されないボールねじ溝を内周面に有しており、そのナ ットのボールねじ溝と前記ボールねじ軸２のボールねじ溝３との間に図示されな い多数のボールが転動自在に介装されている。しかして、ボールねじナット５に は、図示しないがそれらのボールの循環路が形成されており、ボールはボールね じ軸２とボールねじナット５との相対回転と共にねじ溝内を転動しつつ螺旋状に 移動し、ねじ溝を１回半ないし３回半回ってからナット内の戻し通路を経て元の 位置に戻り、循環を繰り返す公知の構造になっている。そして上記ボールねじナ ット５の円筒状の外周面には、ゴシックアーチ溝からなるベアリング内輪溝１０ が２条平行に、間隔Ｐ₁ を隔てて形成されている。

【００１３】 一方、ボールスプラインナット６は、ボールねじ軸２に沿って直線的に延びる ボールスプライン溝４に対応する図示されないボールスプライン溝を内周面に有 しており、そのナットのボールねじ溝と前記ボールねじ軸２のボールねじ溝３と の間に図示されない多数のボールが転動自在に介装されている。しかして、ボー ルスプラインナット６には、図示しないがそれらのボールの循環路が形成されて おり、ボールはボールねじ軸２とボールスプラインナット６との相対的な直線移 動と共にねじ溝内を転動しつつ直線方向に移動し、ナット端部に至ってナット内 の戻し通路に入りＵターンして元の位置にもどり循環を繰り返す構造になってい る。そして上記ボールスプラインナット６の円筒状の外周面にも、やはりゴシッ クアーチ溝からなるベアリング内輪溝１１が２条平行に、間隔Ｐ₂ を隔てて形成 されている。

【００１４】 ボールねじ軸２に螺合されたボールねじナット５とボールスプラインナット６ の外周には共通のハウジング１２が被せてある。このハウジング１２は、内ハウ ジング１２Ａと、外ハウジング１２Ｂとからなる２重構造を有する。内ハウジン グ１２Ａは一端にフランジ１３を有すると共に、内周面１４には、前記ボールね じナット５のベアリング内輪溝１０に対応させてゴシックアーチ形状のベアリン グ外輪溝１５が２条平行に、間隔Ｐ₃ を隔てて形成されている。また、前記ボー ルスプラインナット６の方の内ハウジング１２Ａの内周面１４には、ベアリング 内輪溝１１に対応する同じくゴシックアーチ形状のベアリング外輪溝１７が２条 平行に、間隔Ｐ₄ を隔てて形成されている。そしてベアリング内輪溝１０とベア リング外輪溝１５とでなる溝空間、及びベアリング内輪溝１１とベアリング外輪 溝１７とでなる溝空間に、それぞれ多数のベアリングボール１８が装着されてい る。

【００１５】 ベアリング内輪溝１０，ベアリング外輪溝１５，ベアリングボール１８並びに ベアリング内輪溝１１，ベアリング外輪溝１７，ベアリングボール１８で、それ ぞれボールベアリング部Ｂｒが構成されている。ボールねじナット５とボールス プラインナット６がそのボールベアリング部Ｂｒの内輪を兼用し、ハウジング１ ２の内ハウジング１２ＡはそのボールベアリングＢｒの共通の外輪を兼用してい る。

【００１６】 ボールねじナット５側のベアリング外輪溝１５の溝間隔Ｐ₃ は、対応するベア リング内輪溝１０の溝間隔Ｐ₁ より僅かに大きい（Ｐ₁ ＜Ｐ₃)。また、ボールス プラインナット６側の前記ベアリング外輪溝１５の溝間隔Ｐ2 は、対応するベア リング内輪溝１０の溝間隔Ｐ₄ より僅かに大きい（Ｐ₂ ＜Ｐ₄)。このようにベア リング内外輪溝の溝間隔をオフセットさせることにより、ベアリングボール１８ に対して引張り予圧を付与している。

【００１７】 上記ボールねじナット５の各ベアリング内輪溝１０、及びボールスプラインナ ット６の各ベアリング内輪溝１１の溝面には、図２に示すようにそれぞれのナッ ト内周面に貫通させた転動体挿入孔１９が、各溝毎に少なくとも１個づつ設けら れている。この転動体挿入孔１９はベアリングボール１８が楽に挿通できる大き さであり、途中に段部１９ａを設けてナット内周面側の直径がいくらか拡張され ている。そのナット内周面側から所定数のベアリングボール１８を挿入した後、 コマ２０を埋め込んでベアリングボール挿入孔１９を塞ぐ。コマ２０は合成樹脂 製で、前記転動体挿入孔１９の段部１９ａと係合する段部２０ａと共に、軸方向 に延びる複数本の凸条２０ｂを外周面に有している。また、コマ２０の先端２０ ｃはボールねじナット５（ボールスプラインナット６）のベアリング内輪溝１０ （１１）の溝面形状に合わせた形状とされて段差を防止し、ベアリングボール１ ８の滑らかな転動を確保している。コマ２０の後端面２０ｄは、対向する軸２の 軸面２ａに合わせた凹面形状とされ、更にその端縁には平らに面取りした面取り 部２０ｅが設けられている。

【００１８】 ボールねじナット５及びボールスプラインナット６の外周端部付近には、リン グ状のプーリ取付用フランジ２２がそれぞれ設けられており、これにプーリ２３ がおのおの取付けられる。このプーリ２３は精密伝動用のタイミングベルト２４ を介して図外の駆動装置により回転駆動されるようになっている。

【００１９】 次に作用を述べる。 上記のボールねじ装置１のボールねじナット５及びボールスプラインナット６ への、ベアリングボール１８の組み込みは、転動体挿入孔１９を利用して行う。 すなわち、ハウジング１２にボールねじナット５，ボールスプラインナット６を 挿入した後、各ナット５（６）の内周面側から転動体挿入孔１９を介して、所定 数のベアリングボール１８をベアリング内輪溝１０（１１）とベアリング外輪溝 １５（１７）とで構成される溝空間に順次送り込む。次いで、コマ２０を各ナッ ト５（６）の内周面側から装着して転動体挿入孔１９を塞ぐ。この合成樹脂製の コマ２０の装着は圧入によって行うことができる。この圧入でコマ２０の外周面 の凸条２０ｂが潰されて、コマ２０は転動体挿入孔１９に固く嵌合する。このよ うにコマ２０は圧入で簡単に固定できるから、従来のねじ込みや接着剤による固 定に比べて工程が簡単で作業時間が大幅に短縮される。

【００２０】 圧入されたコマ２０の段部２０ａは転動体挿入孔１９の段部１９ａに係止して 、遠心力によるコマ抜けを防止する。もっとも、コマ２０を内輪側にしたため負 荷される遠心力は小さく、必ずしも段部２０ａは必要ではない。

【００２１】 このように転動体挿入孔１９をベアリング内輪溝１０，１１の方に設けたため 、ベアリングボール１８の高速回転時の大きい遠心力が直接に加わるベアリング 外輪溝１５，１７は平滑に形成することができ、円滑なベアリングボール１８の 転動が保証される。更に、コマ２０に影響されずに、ベアリング外輪であるハウ ジング１２Ａの厚みを軸受強度上必要な最小肉厚に形成すれば良いから、コンパ クトな設計が可能になる。

【００２２】 ベアリングボール１８が挿入された後、ボールねじナット５．ボールスプライ ンナット６はボールねじ軸２に取り付けられる。コマ２０の後端面２０ｄは、図 ２に示すようにボールねじ軸２の軸面２ａとすきま間隔Ｓを介して対向する。こ のすきま間隔Ｓは、コマ２０の面取り部２０ｅにおいて末広がりに拡大されてお り、そのくさび効果によって、ボールねじ軸２に塗布されているグリースが回転 時にすきま間隔Ｓに容易に押し込まれると同時に、圧力が高まる。そのため、ボ ールねじ装置１の運転中の微振動などで、たとえコマ２０の圧入が緩んで軸２の 方に移動しようとしても、すきま間隔Ｓ内のグリースの高圧により強制的に浮上 させられることとなり、軸２との接触を阻止することができる。

【００２３】 組み立てたボールねじ装置１は、例えばハウジング１２を図外の工作機械やロ ボット等の取付部に固定して装着し、タイミングベルト２４を介してプーリ２３ を回転駆動させることで、ボールねじ軸２を駆動せしめる。ボールねじナット５ のみを回転させれば、ボールねじ軸２は軸方向に運動する。ボールスプラインナ ット６のみを回転させれば、ボールねじ軸２は回転運動を伴って軸方向に運動す る。またボールねじナット５とボールスプラインナット６とを共に同じ回転数で 同方向に回転させれば、ボールねじ軸２は軸方向の運動をせずに回転運動のみを 行う。ボールねじナット５とボールスプラインナット６とを異なる回転数で駆動 すれば、ボールねじ軸２は回転運動と軸方向運動との複合された運動となる。回 転方向を逆とすれば、各運動も逆方向となる。これらの運動に際して、ボールベ アリング部Ｂｒには予圧が付与されているから、ボールねじ軸２のガタつきは阻 止され、ボールねじ軸２の円滑な運動と高い位置決め精度が確保できる。

【００２４】 図３に、第２の実施例を示す。 この実施例は、ボールねじナット５におけるコマ２０の後端面２０ｄに、ボー ルねじナット５のボール２６の循環路の戻し通路２６が形成されている点が上記 第１の実施例とは異なっている。ボール２６は、ボールねじ軸２とボールねじナ ット５との相対回転と共にねじ溝を転動しつつ螺旋状に移動してからナット内の 戻し通路２７を経て元の位置に戻り、循環を繰り返す。コマ２０の後端面２０ｄ は、常時、ボール２６で支持されており、コマ２０の内周面側への抜けが防止で きる利点がある。また、コマ２０に圧入用の凸条２０ｂを設ける必要がないから 、その分コスト低減される。

【００２５】 この実施例のコマ構造は、ボールねじ軸２の面に形成されたねじ溝のピッチが 小さくて、且つボールねじ軸２のねじ溝３内のボール２６がボールねじ軸２を１ 回半回ってから戻し通路２７を経て元の位置に戻る循環を繰り返すタイプのボー ルねじ装置に好適である。

【００２６】 その他の作用・効果は上記第１の実施例とほぼ同様である。

【００２７】

【考案の効果】

以上説明したように本考案のボールねじ装置は、ハウジングの内周面にベアリ ング部の外輪溝を形成し、ボールねじナットの外周面とボールスプラインナット の外周面とにベアリング部の内輪溝をそれぞれ形成すると共に、ナット内周から ベアリング部の各内輪溝に通じる転動体挿入孔を形成し、これを塞ぐコマを挿入 したものとした。そのため、次のような効果が得られる。

【００２８】 外輪側となるハウジングの肉厚を、転動体挿入孔とは無関係に必要最小限に して外径を縮小することが可能となり、小型軽量化が容易である。こうした構成 部品の小型軽量化により、ボールねじ装置を軽量にすれば、これが組み込こまれ た装置のイナーシャが低減される。

【００２９】 高速回転する転動体は、転動体挿入孔のない滑らかな外輪溝内を転動するか ら、ガタつきや摩耗が発生しにくく、機能性，耐久性が向上する。 転動体挿入孔を塞いだコマには転動体の遠心力が作用しない。よってコマ自 体を合成樹脂製にすることができ、組立工数を低減させて生産性の向上が果たせ る。

【００３０】 駆動プーリ取付用フランジの位置が転動体挿入孔に拘束されないから、駆動 プーリ位置の自由度が増えて使い勝手が良くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のボールねじ装置の第１の実施例の縦断
面図。

【図２】図１のII部拡大断面図。

【図３】本考案のボールねじ装置の第２の実施例を示す
図２相当断面図。

【図４】従来のボールねじ装置の一例の縦断面図。

【図５】従来のボールねじ装置の他の例の縦断面図。

【符号の説明】

１ ボールねじ装置 ２ ボールねじ軸 ３ ボールねじ溝 ４ ボールスプライン溝 ５ ボールねじナット ６ ボールスプラインナット １０，１１ ベアリング内輪溝 １２ ハウジング １５，１７ ベアリング外輪溝 １８ 転動体 Ｂｒ ベアリング部 １９ 転動体挿入孔 ２０ コマ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成３年１２月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】先の出願に係るボールねじ装置の縦断面図。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボールねじ溝とボールスプライン溝とを
   有するボールねじ軸にボールねじナットとボールスプラ
   インナットとがボールを介して螺着され、ボールねじナ
   ットとボールスプラインナットとは、ベアリング部の転
   動体の転動を介して回転可能にハウジングの内面に支持
   されているボールねじ装置において、前記ハウジングの
   内周面に前記ベアリング部の外輪溝を形成し、前記ボー
   ルねじナットの外周面と前記ボールスプラインナットの
   外周面とに前記ベアリング部の内輪溝をそれぞれ形成す
   ると共に、ナット内周から該ベアリング部の各内輪溝に
   通じる転動体挿入孔を形成し、該挿入孔に該孔を塞ぐコ
   マを挿入したことを特徴とするボールねじ装置。