JP2002357257A - ボールねじナット装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ボールねじ軸に対する移動体の傾き
誤差の影響を吸収しつつ、移動方向の高剛性を保持する
ボールねじナット装置を提供する。 【解決手段】ボールねじ軸Ｚに螺合されるナット本体１
と、このナット本体に嵌め込まれ外径面が球体状に加工
される内輪２と、この内輪の外径面に対して内径面が所
定間隔を存して設けられかつ移動体Ｔが取付けられる外
輪３と、この外輪の内径面と内輪の外径面との間に介在
されるボール４と、このボールの介在位置における外輪
の内径面に、かつ経度線に沿って設けられる係合溝１０
ａ，１０ｂとを具備し、ボールを介して外輪は移動体と
ともに係合溝である経度線方向に沿って移動自在であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボールねじ軸に螺
合され、移動体が取付けられ、ボールねじ軸の回転にと
もなって進退移動するボールねじナット装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボールねじを用いた、たとえば位置決め
システムにおいては、ＪＩＳに取付け精度が規定されて
いる。これは、ボールねじ軸の軸心と移動体案内面の平
行度やナットハウジングやサポート軸受け、カップリン
グなどの取付け精度などの取付け誤差に応じて位置決め
精度が悪くなることによる。

【０００３】従来、図４に示すようなフローティングユ
ニットが、ボールねじ軸と、ボールねじナット側の移動
体テーブル（いずれも図示しない）との間に設けられ、
ナットの振れ回りの影響を吸収して位置決め精度の向上
を図っている。

【０００４】すなわち、このフローティングユニット
は、ボールねじ軸に螺合するナット部ａと、移動テーブ
ルに取付け固定されるハウジング部ｂとの間に、ケーシ
ング部ｄが介在されている。

【０００５】上記ケーシング部ｄは、ナット部ａ、ハウ
ジング部ｂと、互いに垂直な位置で１ヶ所ずつ弾性部材
ｃを介して取付けられており、この弾性部材ｃが、ボー
ルねじナットとハウジング部ｂを弾性支持することによ
って、取付け誤差によるナット部ａの振れ回りをハウジ
ング部ｂに伝えないような仕組みになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このフ
ローティングユニットは、ナット部ａとハウジング部ｂ
間を弾性部材ｃで弾性的に支持するところから、ボール
ねじ軸に沿う移動方向における剛性が低下するという問
題がある。

【０００７】本来、移動方向の剛性が高いことがボール
ねじ駆動の長所であるが、上記フローティングユニット
を用いることにより、その特徴を生かすことができなく
なる。すなわち、取付け誤差を吸収しつつ、高剛性を維
持するボールねじナット装置としての機構がいまだ提供
されていない。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、その目的とするところは、ボールねじ軸に対する移
動体の傾き誤差の影響を吸収しつつ、移動方向の高剛性
を保持するボールねじナット装置を提供しようとするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を満足するため
本発明は、請求項１として、ボールねじ軸に螺合され、
このボールねじ軸の回転にともなって移動体を進退移動
させるボールねじナット装置において、ボールねじ軸に
螺合されるナット本体と、このナット本体に嵌め込まれ
外径面が球体状に加工される内輪と、この内輪の外径面
に対して内径面が所定間隔を存して設けられかつ移動体
が取付けられる外輪と、この外輪の内径面と内輪の外径
面との間に介在される転動体と、この転動体の介在位置
における内輪の外径面もしくは外輪の内径面の少なくと
もいずれか一方に、かつ経度線に沿って設けられる係合
溝とを具備し、転動体を介して外輪は移動体とともに係
合溝である経度線方向に沿って移動自在である。

【００１０】請求項２として、請求項１記載のボールね
じナットにおいて上記外輪は、第１の外輪素子と第２の
外輪素子を互いに重ね合わせた状態で結合固定してな
り、上記係合溝は第１の外輪素子および第２の外輪素子
の内径面に、断面が円弧状で、円周方向に所定間隔を存
し、かつ円周方向に対して直角方向に、互いに連通して
設けられ、上記転動体は係合溝と内輪の外径面に沿って
転動自在であることを特徴とする。

【００１１】上述の課題を解決する手段を採用すること
により、２自由度揺動軸受けと同様の構成となって任意
に揺動できるようになり、ボールねじ軸に対して移動体
に傾きがあってもそれに倣って取付けられ、傾斜誤差の
影響を無くすことができ、製作精度をある程度緩和する
ことが可能になり、ボールねじ駆動の長所である高剛性
を維持し、組立てが容易になり、加工費、組立て費が削
減できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にもとづいて説明する。図１は、ボールねじ軸Ｚに螺合
され、かつ移動体ハウジングＴに取付けられるボールね
じナット装置Ｎの取付け断面図であり、図２は、ボール
ねじナット装置Ｎの正面図である。

【００１３】上記ボールねじナット装置Ｎは、ボールね
じ軸Ｚに螺合されるナット本体１と、このナット本体１
に外嵌固定される内輪２と、この内輪２の周囲に取付け
られる外輪３および、内輪２と外輪３との間に介在され
る複数の転動体であるボール４から構成される。

【００１４】上記内輪２は、その中心軸ＣＬに沿って中
空孔５が設けられていて、上記ナット本体１の外径面１
ａに嵌合固着される。内輪２の外径面２ａは、球体状を
なすとともに、この球体の両端部が平行に切断され平行
面となしている。そのため、この内輪外径面を、これ以
降、部分球面部２ａと呼ぶ。

【００１５】上記外輪３は、内輪２の部分球面部２ａと
所定間隔を存して同心球状に形成される内径面３ａを備
えている。そして、それぞれがたとえば円環状に形成さ
れる第１の外輪素子６と、第２の外輪素子７とを、互い
に同心に重ね合わせた状態で結合固定してなる。なお、
上記第１の外輪素子６の外径は、上記第２の外輪素子７
の外径よりも大に形成される。

【００１６】したがって、第１、第２の外輪素子６，７
を結合して外輪３を構成した状態で、外輪３の第１の外
輪素子６に対応する部分には、直径方向が外方に突出す
るフランジ部８が全周に亘り形成されることになる。

【００１７】上記第１、第２の外輪素子６，７の円周方
向複数ヶ所（図示の例では６ヶ所）で、互いに整合する
位置に結合孔９ａ，９ｂが、それぞれ各外輪素子６，７
を軸方向に貫通する状態で設けられている。そして、こ
れら結合孔９ａ，９ｂを挿通する複数のボルト（図示せ
ず）により、上記両外輪素子６，７相互が結合固定され
ている。

【００１８】一方、上記外輪３の内径面３ａで軸方向各
半部毎に存在する、上記第１、第２の各外輪素子６，７
の互いに整合する部分に、断面が円弧形である係合溝１
０ａ，１０ｂが、それぞれ６本ずつ（合計１２本）設け
られている。

【００１９】なお説明すれば、係合溝１０ａ，１０ｂ
は、円周方向に沿って所定間隔を存し、かつそれぞれ円
周方向に対して直角方向に形成される。各係合溝１０
ａ，１０ｂの底面は、上記部分球面部２ａの曲率中心Ｏ
をその中心とする単一の仮想球面上に位置させている。

【００２０】また、上記各係合溝１０ａ，１０ｂは、第
１の外輪素子６と第２の外輪素子７との互いの円周方向
同位置、すなわち円周方向に関する位相を一致させた状
態で設けられている。

【００２１】上記各係合溝１０ａ，１０ｂと上記部分球
面部２ａの外周面との間に、これら各係合溝１０ａ，１
０ｂ毎に上記ボール４が１個ずつ、それぞれ係合溝１０
ａ，１０ｂおよび部分球面部２ａの外周面に沿って転動
自在に介設されている。ここでは、外輪３の内周面と内
輪２の外周面との間の円周方向同位置に、それぞれ２個
ずつのボール４，４が存在している。

【００２２】上記第１の外輪素子６のフランジ部８には
複数の取付け用孔１１が円周方向に所定間隔を存して設
けられる。これら取付け用孔１１に連通する位置の移動
体ハウジングＴには、ねじ孔１２が設けられる。そし
て、これら取付け用孔１１を介してねじ孔１２に螺挿さ
れる複数のボルト（図示せず）により、外輪３に対して
移動体ハウジングＴが取付けられている。

【００２３】上記移動ハウジングＴは、少なくとも、上
記第２の外輪素子７外周面に嵌め合う開口部と、第１の
外輪素子６外周面に所定の隙間をもって嵌め合う開口部
を備えていて、断面が段状に形成される。

【００２４】さらに、ボールねじナット装置Ｎの内部で
ある、外輪３の内周面と内輪２の外周面との間で各ボー
ル４を設置した空間内には、固形油（図示しない）が充
填されている。この固形油によって、上記各ボール４の
転動部分の潤滑を行わせるようにしている。

【００２５】このようにして構成されるボールねじナッ
ト装置Ｎであり、ボールねじ軸Ｚの回転にともなって移
動体ハウジングＴとともに進退移動する。そして、ボー
ルねじ軸Ｚに対して移動体ハウジングＴを揺動自在に支
持できる。

【００２６】すなわち、ボールねじナット装置Ｎの進退
移動時に、たとえ内、外両輪２，３が互いに揺動するよ
うなことがあっても、この揺動は後述するように一定の
範囲内に制限される。

【００２７】この一定範囲内で上記外輪３が内輪２に対
して揺動しても、上記各ボール４は上記部分球面部２ａ
の外周面で上記内輪２の中心軸ＣＬから直径方向の長さ
が最大となる、最大外径部１３を越えて転動することが
ないように設定される。

【００２８】したがって、ボールねじナット装置Ｎの進
退移動時に、上記ボール４は常に、各ボール４毎に定め
られた、最大外径部１３に関していずれか一方の側にの
み位置することとなる。

【００２９】外輪３と内輪２との間にいずれの方向のア
キシアル荷重が加わった場合でも、各ボール４のうち最
大外径部１３に対していずれかの側（アキシアル荷重の
作用方向と反対側）に存在する半分のボール４が圧縮方
向の力を受けて、アキシアル荷重を支承する。

【００３０】すなわち、図３に示すように、内外両輪
２，３同士が相対的に揺動して、これら内外両輪２，３
の中心軸両軸が不一致となり、これら両軸が角度θ分互
いに傾斜する際には、各ボール４が各係合溝１０ａ，１
０ｂおよび部分球面部２ａの外周面に沿って転動するこ
とにより、中心軸同士の変位を許容する。

【００３１】このような内外両輪２，３同士の揺動変位
は、ボールねじ軸Ｚに外輪３の一部が衝合するか、上記
各ボール４が各係合溝１０ａ，１０ｂの外端部に達する
か、まで行うことができる。

【００３２】ただし、実際の一般的な使用状態において
は、内外両輪２，３が角度θ分傾斜しても、各ボール４
は部分球面部２ａの曲率中心（＝内外両輪２，３の揺動
中心）に対してわずか（０．４×θ）分しか変位しな
い。

【００３３】このため、適宜のストッパ機構を設けれ
ば、ボールねじ軸Ｚの端部が外輪３の一部と衝合する以
前に、各ボール４が内外両輪２，３の端部に達して、こ
の端部から脱落することはない。

【００３４】このようなボールねじナット装置Ｎを採用
すれば、ボールねじ軸Ｚと移動体ハウジングＴとの傾き
誤差の影響を吸収しつつ、移動方向の高剛性を維持でき
る。すなわち、内輪にボールねじのナットを挿入し、２
自由度揺動軸受けの外輪を移動体ハウジングに固定する
のと同様の構成となる。

【００３５】２自由度揺動軸受けは、任意に揺動できる
ので、ボールねじ軸と移動体ハウジングのナット取付け
部に傾きがあっても、それに倣って取付けることができ
る。この２自由度揺動軸受けは剛性が高いので、ボール
ねじ駆動の長所である高剛性を維持しながら、傾斜取付
け誤差の影響を無くすことができる。

【００３６】これによって、移動体ハウジングＴの製作
精度をある程度緩和することが可能になるばかりでな
く、組立てが容易になり、加工費、組立て費を削減する
ことができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ボ
ールねじ駆動の長所である移動方向の高剛性を維持しな
がら、ボールねじ軸と移動体との傾斜誤差の影響を無く
すことができ、移動体の製作精度をある程度緩和するこ
とが可能になるばかりでなく、組立てが容易になり、加
工費、組立て費を削減することができるなどの効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す、ボールねじ軸に
螺合するボールねじナット装置およびこのボールねじナ
ット装置に取付けられる移動体の断面図。

【図２】同実施の形態を示す、ボールねじナット装置の
正面図。

【図３】同実施の形態を示す、ボールねじ軸に対してボ
ールねじナット装置と移動体ハウジングが傾いた状態を
示す断面図。

【図４】従来の、フローティングユニットの一部切欠し
た斜視図。

【符号の説明】

Ｚ…ボールねじ軸、 Ｔ…移動体ハウジング、 １…ナット本体、 ２…内輪、 ３…外輪、 ４…ボール（転動体）、 １０ａ，１０ｂ…係合溝、 ６…第１の外輪素子、 ７…第２の外輪素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶田 敏治 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号 日本精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3J062 AA22 AB21 AC07 BA01 BA14 CD02 CD23 CD57

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボールねじ軸に螺合され、このボールねじ
   軸の回転にともなって移動体を進退移動させるボールね
   じナット装置において、 上記ボールねじ軸に螺合されるナット本体と、 このナット本体に嵌め込まれ、外径面が球体状に加工さ
   れる内輪と、 この内輪の外径面に対して内径面が所定間隔を存して設
   けられ、かつ上記移動体が取付けられる外輪と、 この外輪の内径面と上記内輪の外径面との間に介在され
   る転動体と、 この転動体の介在位置における内輪の外径面もしくは外
   輪の内径面の少なくともいずれか一方に、かつ経度線に
   沿って設けられる係合溝とを具備し、 上記転動体を介して上記外輪は上記移動体とともに係合
   溝である経度線方向に沿って移動自在であることを特徴
   とするボールねじナット。
2. 【請求項２】上記外輪は、第１の外輪素子と第２の外輪
   素子を互いに重ね合わせた状態で結合固定してなり、 上記係合溝は、上記第１の外輪素子および第２の外輪素
   子の内径面に、断面が円弧状で、円周方向に所定間隔を
   存し、かつ円周方向に対して直角方向に、互いに連通し
   て設けられ、 上記転動体は、上記係合溝と内輪の外径面に沿って転動
   自在であることを特徴とする請求項１記載のボールねじ
   ナット。