JP2004138214A - Ball screw equipment and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の機器の送り機構等に用いられるボールねじ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種のボールねじ装置としては、例えば図3に示すものが知られている。このボールねじ装置1は、外周面に螺旋状の1条のねじ溝2を有して軸方向に延びるねじ軸3に、内周面に前記ねじ溝2に対応する螺旋状のねじ溝4を有するナット6が遊嵌されている。ナット6のねじ溝4とねじ軸3のねじ溝2とは互いに対向して両者の間に螺旋状の負荷軌道を形成しており、該負荷軌道には転動体としての多数のボール5が転動可能に装填されている。そして、ねじ軸3(又はナット6)の回転により、ナット6(又はねじ軸3)がボール5の転動を介して軸方向に移動するようになっている。
【0003】
なお、ナット6(又はねじ軸3)が軸方向に移動する際には、ボール5が両ねじ溝2,4間で形成される負荷軌道を転動しつつ移動するが、ナット6(又はねじ軸3)を継続して移動させていくためには、ボール5を無限循環させる必要がある。
このため、例えばナット6の外周面の一部を平坦面にしてこの平坦面に負荷軌道に連通する2個一組の孔7をねじ軸3を跨ぐように形成し、この一組の孔7にボール循環部材としてのコ字状のボール循環チューブ8の両端を嵌め込むことにより、両ねじ溝2,4間の負荷軌道を転動するボール5がA点(又はB点)でボール循環チューブ8により掬い上げられて該チューブ8内を通ってB点(又はA点)から前記負荷軌道に戻され、該負荷軌道を転動してA点(B点)に至るという無限循環を行うようになっている。なお、このボールの無限循環軌道を形成するには、ボール循環チューブ式の他に、こま式、エンドキャップ式やその他の方式も採用される。
【0004】
ところで、ボールねじ装置に予圧を付与することで、ねじ溝とボールとの間の隙間をなくして剛性を向上させることができるが、このような予圧付与方法の一例として、図3に示すように、ナット6のねじ溝4のリードLを該ナット6の軸方向の略中央のボール5が転動しない部分でわずかに増加(L+α)させてオフセットさせ、これにより、左右のボール5のねじ溝に対する接触方向(予圧荷重方向)を互いに逆向きとし(図4および図5参照)、そして、予圧量に応じて適宜調整・選択されたボール径寸法のボール5を左右のねじ溝間に組み込むことにより、予圧を付与する方法が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のボールねじ装置においては、ボール5の径寸法は予め設定された予圧量に応じて選択されるが、ナット6内に組み込まれる全てのボール5は同一の径寸法が選択されている。
この場合、ねじ軸3やナット6の寸法が理想的な寸法になっていれば、所定のボール径寸法のボール5を組み込めば所定の予圧量を与えることができるが、実際にはそれぞれの部品の寸法は加工公差内でばらついているため、所定の予圧量をボールねじ装置に与える際にはボール5の径寸法はねじ軸3とナット6の組合せ寸法に合わせて選択される。このため、予圧量を微細に調整するためには、ボール径寸法のわずかに異なるボール5が多数必要となる。
【0006】
詳述すると、今、ボール径寸法がD0、D0+Δ、D0+2Δの3種類のボール5を用意し、ボール径寸法がD0のボール5を組み込んだときに、隙間0、予圧量も0であるとする。
ここで、全てのボール5のボール径寸法は同一であるから、この3種類のボールを使うことにより、ボール径寸法がD0で予圧0、ボール径寸法がD0+Δではボール径相当でΔの予圧、ボール径寸法がD0+2Δではボール径相当で2Δの予圧と3種類の予圧量の調整が可能となる。予圧量調整の分解能は、ボール径寸法の飛びΔにより決まることとなるから、通常のボールねじ装置の組立てにおいては、1μm飛びの20種類程度のボール径寸法のボールが必要となる。
【0007】
このように、微細な予圧量の調整を行うには、非常に多くのボール径寸法のボール5を用意する必要があり、コストアップの要因となっていた。
特に、近年、ボールねじ装置の真空環境や非磁性環境下での使用が多くなり、セラミック製のボールを用いる場合が増加しているが、セラミック製ボールは価格も高く、しかも、通常の鋼製ボールよりヤング率が高くて弾性変位が小さいため、鋼製ボールより寸法差の細かいボールを必要とするにもかかわらず、ボール径寸法の異なる多種類のボールを多量に入手することは極めて困難ため、微細な予圧量の調整が難しいという問題があった。
【0008】
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、予圧調整を簡単且つ低コストで行うことができるボールねじ装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有して前記ねじ軸に遊嵌されるナットと、前記両ねじ溝間に形成される螺旋状の負荷軌道に転動可能に装填された多数のボールとを備え、前記多数のボールの内の一部のボールの前記ねじ溝に対する接触方向と残部のボールの該ねじ溝に対する接触方向を互いに逆方向に向けることにより予圧を付与するようにしたボールねじ装置において、
前記一部のボールのボール径寸法と前記残部のボールのボール径寸法を異ならせたことを特徴とする。
【0010】
請求項2に係るボールねじ装置は、請求項1において、前記両ねじ溝が1条のねじ溝であって、前記ナットのねじ溝のリードを該ナットの軸方向の略中央部で変化させることにより、前記一部のボールと前記残部のボールの前記ねじ溝に対する接触方向を互いに逆向きにした。
請求項3に係るボールねじ装置は、請求項1において、前記両ねじ溝が偶数条のねじ溝であって、前記ナットのねじ溝間のピッチを変化させることにより、前記一部のボールと前記残部のボールの前記ねじ溝に対する接触方向を互いに逆向きにした。
【0011】
請求項4に係る発明は、請求項1〜3のいずれか一項において、前記ボールがセラミック製である。
請求項5に係る発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸に内周面に該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を有するナットを多数のボールを介して螺合し、該多数のボールの内の一部のボールの前記ねじ溝に対する接触方向と残部のボールの該ねじ溝に対する接触方向を互いに逆方向に向けることにより予圧を付与するようにしたボールねじ装置の製造方法において、
前記一部のボールのボール径寸法と前記残部のボールのボール径寸法を異ならせたことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態であるボールねじ装置を説明するための説明的断面図、図2は本発明の第2の実施の形態であるボールねじ装置を説明するための説明的断面図である。なお、図1に示す第1の実施の形態のボールねじ装置は、ねじ軸、ナットおよびボール循環チューブの構成が図3で説明した従来のボールねじ装置と同一であるため、重複部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【0013】
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態であるボールねじ装置を説明すると、このボールねじ装置10は、従来例と同様に、ナット6のねじ溝4のリードLを該ナット6の軸方向の略中央のボール5が転動しない部分でわずかに増加(L+α)させてオフセットさせており、これにより、ナット6の軸方向の中央部の左側および右側の両ねじ溝2,4間に組み込まれるボール51,52のねじ溝2,4に対する接触方向(予圧荷重方向)が互いに逆向きとされている(図4および図5参照)。
【0014】
ここで、この実施の形態では、ナット6の軸方向の中央部左側の両ねじ溝2,4間に組み込まれるボール51のボール径寸法と同中央部右側の両ねじ溝2,4間に組み込まれるボール52のボール径寸法を異ならせている。ボール51は全て同一径とされ、ボール52も全て同一径とされている。
これにより、例えば、図1において左側のボール51のボール径寸法をD0とし、右側のボール52のボール径寸法をD0+Δとするとボール径相当で略Δ/2の予圧量となり、同様に、左側のボール51のボール径寸法をD0+Δとし、右側のボール52のボール径寸法をD0+2Δとするとボール径相当で1 .5 Δの予圧量となり、この結果、ボールねじ装置の予圧量調整の分解能をボール径寸法の飛びΔの1/2とすることができる。なお、ボール51,52のボール径寸法の違いによりわずかに接触角の変化も発生するが、ボール51,52のボール径寸法の差Δは大きくても10μm以下、通常5μm以下であるため、接触角の変化は小さくその影響は無視できる。
【0015】
このようにこの実施の形態では、ボールねじ装置の予圧量調整の分解能をボール径寸法の飛びΔの1/2にすることができるので、従来に比べて、より微細な予圧量の調整が可能となり、換言すれば、予圧量の調整の分解能を細かくする必要がなければ、予圧量の調整に必要な径の異なるボールの種類を従来の約半分に減らすことができ、この結果、ボールねじ装置の予圧量調整を簡単且つ低コストで行うことができ、特に、高価で寸法差の細かなボール径寸法のボールの確保が難しいセラミック製ボールを用いる場合に好適なものとすることができる。
【0016】
次に、図2を参照して、本発明の第2の実施の形態であるボールねじ装置を説明する。
このボールねじ装置20は、外周面に2条のねじ溝12a,12bを有して軸方向に延びるねじ軸13に、内周面に前記ねじ溝12a,12bに対応する2条のねじ溝14a,14bを有するナット16が嵌合されている。ナット16のねじ溝14a,14bとねじ軸13のねじ溝12a,12bとは互いに対向して両者の間に負荷軌道を形成しており、両ねじ溝12a,14a間の負荷軌道および両ねじ溝12b,14b間の負荷軌道にはそれぞれ多数のボール53および54が転動可能に装填されている。そして、ねじ軸13(又はナット16)の回転により、ナット16(又はねじ軸13)がボール53,54の転動を介して軸方向に沿って移動するようになっている。
【0017】
ナット16には、ボール53,54の無限循環軌道を形成すべく、軸方向に貫通するボール戻し通路17,18が形成され、且つ、該ナット16の両端面には、ボール戻し通路17と前記ねじ溝12a,14a間の負荷軌道を連通すると共に、ボール戻し通路18と前記ねじ溝12b,14b間の負荷軌道を連通するエンドキャップ19が取り付けられている。
【0018】
また、ねじ軸13のリードはLで、2条のねじ溝12a,12b間のピッチはP=L/2とされている。一方、ナット16にはねじ軸13と同じリードの2条のねじ溝14a,14bが形成されているが、この2条のねじ溝14a,14b間のピッチPはαだけオフセットされて、図に示すように、左右でピッチ間寸法がP+α、P−αとなっている。このオフセットにより、両ねじ溝12a,14a間の負荷軌道に組み込まれるボール53のねじ溝12a,14aに対する接触方向(予圧荷重方向)と両ねじ溝12b,14b間の負荷軌道に組み込まれるボール54のねじ溝12b,14bに対する接触方向(予圧荷重方向)が互いに逆向きとされている。
【0019】
ここで、この実施の形態では、両ねじ溝12a,14a間の負荷軌道に組み込まれるボール53のボール径寸法と両ねじ溝12b,14b間の負荷軌道に組み込まれるボール54のボール径寸法を異ならせており、且つ、ボール53は全て同一径とされ、ボール54も全て同一径とされている。これにより、上記第1の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、本発明は上各記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【0020】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、ボールねじ装置の予圧量調整の分解能をボール径寸法の飛びΔの1/2にすることができるので、該予圧量調整を簡単且つ低コストで行うことができ、特に、高価で寸法差の細かなボール径寸法のボールの確保が難しいセラミック製ボールを用いる場合に好適なものとすることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態であるボールねじ装置を説明するための説明的断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態であるボールねじ装置を説明するための説明的断面図である。
【図3】従来のボールねじ装置を説明するための説明的断面図である。
【図4】予圧付与方法を説明するための説明図である。
【図5】図4の部分詳細図である。
【符号の説明】
2…ねじ溝(ねじ軸側)
3…ねじ軸
4…ねじ溝(ナット側)
6…ナット
10…ボールねじ装置
51,52…ボール[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a ball screw device used for a feed mechanism of various devices.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows an example of a conventional ball screw device of this type. The
[0003]
When the nut 6 (or the screw shaft 3) moves in the axial direction, the
For this reason, for example, a part of the outer peripheral surface of the
[0004]
By applying a preload to the ball screw device, the rigidity can be improved by eliminating the gap between the screw groove and the ball. As an example of such a preload applying method, as shown in FIG. , The lead L of the thread groove 4 of the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned conventional ball screw device, the diameter of the
In this case, if the dimensions of the
[0006]
More specifically, it is assumed that three types of
Here, since the ball diameter of all the
[0007]
As described above, in order to finely adjust the amount of preload, it is necessary to prepare
In particular, in recent years, the use of a ball screw device in a vacuum environment or a non-magnetic environment has increased, and the use of ceramic balls has been increasing. However, ceramic balls are expensive, and moreover, ordinary steel balls are used. Because it has a higher Young's modulus and a smaller elastic displacement than a ball, it is extremely difficult to obtain a large amount of various types of balls with different ball diameters, despite the need for a ball with a smaller dimensional difference than a steel ball. However, there is a problem that it is difficult to finely adjust the preload amount.
[0008]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a ball screw device capable of performing preload adjustment easily and at low cost.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to
The ball diameter of some of the balls is different from the ball diameter of the remaining balls.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the ball screw device according to the first aspect, the two thread grooves are one thread groove, and the lead of the thread groove of the nut is changed at a substantially central portion in the axial direction of the nut. Accordingly, the contact directions of the partial ball and the remaining ball with respect to the screw groove are made opposite to each other.
The ball screw device according to
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the ball is made of ceramic.
The invention according to
The ball diameter of some of the balls is different from the ball diameter of the remaining balls.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view illustrating a ball screw device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a ball screw device according to a second embodiment of the present invention. FIG. In the ball screw device of the first embodiment shown in FIG. 1, the configurations of the screw shaft, nut and ball circulation tube are the same as those of the conventional ball screw device described with reference to FIG. The description is omitted by attaching reference numerals.
[0013]
First, a ball screw device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. In this ball screw device 10, similarly to a conventional example, a lead L of a screw groove 4 of a
[0014]
Here, in this embodiment, the diameter of the
Thus, for example, assuming that the ball diameter of the
[0015]
As described above, in this embodiment, the resolution of the preload adjustment of the ball screw device can be reduced to 1/2 of the jump Δ of the ball diameter, so that a finer adjustment of the preload can be performed as compared with the related art. In other words, if it is not necessary to finely adjust the resolution of the preload adjustment, the types of balls having different diameters required for the adjustment of the preload can be reduced to about half of the conventional type. The adjustment of the preload amount can be performed easily and at low cost, and it can be particularly suitable when using a ceramic ball which is expensive and difficult to secure a ball having a small diameter difference.
[0016]
Next, a ball screw device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The
[0017]
The
[0018]
The lead of the
[0019]
In this embodiment, if the ball diameter of the
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
[0020]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, the resolution of the preload adjustment of the ball screw device can be set to 1/2 of the jump Δ of the ball diameter, so that the adjustment of the preload is simple and low. The effect can be obtained at a low cost, and in particular, the effect can be obtained when using a ceramic ball that is expensive and difficult to secure a ball having a small diameter difference.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view illustrating a ball screw device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory sectional view illustrating a ball screw device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory sectional view for explaining a conventional ball screw device.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a preload applying method.
FIG. 5 is a partial detailed view of FIG. 4;
[Explanation of symbols]
2: Screw groove (screw shaft side)
3 ... screw shaft 4 ... screw groove (nut side)
6 nut 10
Claims (5)
前記一部のボールのボール径寸法と前記残部のボールのボール径寸法を異ならせたことを特徴とするボールねじ装置。A screw shaft having a helical screw groove on the outer peripheral surface, a nut having a screw groove corresponding to the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface and being loosely fitted to the screw shaft, between the two screw grooves; A plurality of balls rollably mounted on a spiral load track to be formed, and a contact direction of some of the plurality of balls with respect to the thread groove and a remaining ball with respect to the thread groove. In a ball screw device that applies a preload by directing the contact directions in opposite directions,
A ball screw device characterized in that the ball diameter of some of the balls is different from the ball diameter of the remaining balls.
前記一部のボールのボール径寸法と前記残部のボールのボール径寸法を異ならせたことを特徴とするボールねじ装置の製造方法。A nut having a screw groove corresponding to the screw groove of the screw shaft is screwed onto a screw shaft having a spiral screw groove on the outer peripheral surface via a number of balls, and one of the balls is screwed. In a method for manufacturing a ball screw device, a preload is applied by directing a contact direction of a portion of the ball to the thread groove and a contact direction of the remaining ball to the thread groove in opposite directions.
A method of manufacturing a ball screw device, wherein the ball diameter of the part of the balls is different from the ball diameter of the remaining balls.
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