JP2013174316A

JP2013174316A - ボールねじ

Info

Publication number: JP2013174316A
Application number: JP2012039554A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Iwasaki; 喜実岩崎
Original assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Current assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-09-05
Anticipated expiration: 2032-02-27
Also published as: JP5903295B2

Abstract

【課題】ミドルデフレクタ組付時における容易かつ確実な位置調整を可能としたボールねじを提供する。
【解決手段】ミドルデフレクタ３１をナット７に組み付けるにあたり、先ず図６（ａ）に示すように、第１ミドルデフレクタ保持スロット２５にミドルデフレクタ３１を嵌挿させた後、締結工具挿入孔５１に六角穴付ボルト３５を挿入する。次に、図６（ｂ）に示すように、ナット７の前端側から位置決めロッド６１を第１ボール戻し孔４１に挿入し、位置決めロッド６１の先端をミドルデフレクタ３１のガイド穴３２に嵌入させる。しかる後、締付トルクを管理可能なボルト締付工具６２をナット７の側から締結工具挿入孔５１に挿入し、規定の締付トルクで六角穴付ボルト３５を締結し、ミドルデフレクタ３１を第１ミドルデフレクタ保持スロット２５の前部壁面に強い圧着力をもって圧着させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、ナットにミドルデフレクタが装着されたボールねじに係り、詳しくは、ミドルデフレクタ組付時における容易かつ確実な位置調整を可能とする技術に関する。

ボールねじは、産業機械やロボット等に用いられる機械要素であり、外周面に雄ねじ溝を有するねじ軸と、内周に雌ねじ溝を有するナットと、雄ねじ溝と雌ねじ溝との間（転走路）に収容された多数のボール（通常は鋼球）とを備え、高い動力伝達効率と位置精度とをもって回転運動の直線運動への変換（あるいは、直線運動の回転運動への変換）を行う。工作機械や３次元測定機等の精密機械では、被駆動部材の送り制御を高精度で行う必要があることから、予圧を与えることでねじ軸とナットとのバックラッシを抑制したボールねじを採用することが望ましい。

ボールねじに予圧を付与する方式としては、シングルナット予圧式（特許文献１参照）、ダブルナット予圧式（特許文献２参照）、インテグラル予圧式（特許文献３，４参照）の３つが一般に採用されている。シングルナット予圧式は、転走路に比して直径が大きなボール（オーバサイズボール）を用いてボールと転走路とを４点で接触させるものであるが、転走路とボールとの間に滑りが起こりやすいことから、揺動等を伴う運転条件のもとでは高精度な作動を実現することが難しい。また、ダブルナット予圧式は、スペーサ（間座）を挟むかたちで２つのナットを直列に連結し、スペーサの厚みを調整することで両ナットを軸方向にオフセットさせるものである。ダブルナット予圧式では、ボールと転走路とが２点で接触するために上述の滑りが防止できるが、構成部品点数が多くなるとともに組付調整（スペーサの選択等）が難しくなることもが避けられなかった。インテグラル予圧式（オフセット予圧式とも呼ばれる）は、軸方向に所定量オフセットした２組の雌ねじ溝を単一のナットに形成したもので、ダブルナット予圧式と同様にボールと転走路とが２点で接触するために上述の滑りが防止できるだけでなく、構成部品点数や組付工数に係る問題も生じにくい。

特開平１０−２７４３０９号公報特開２００４−６９０１３号公報特開２００４−１３８２１４号公報特許４３０３７３４号公報

インテグラル予圧式のボールねじでは、軸方向に分離した２つの転走路を有するため、ナットの軸方向の中間部側から端部側にボールを循環させる戻し通路を一対形成する必要がある。そこで、特許文献３では、２本のボール循環チューブをナットに嵌め込み、転走路の一端からボールを掬い上げて転走路の他端に戻すようにしている。しかしながら、このボールねじでは、ナット側の孔明け加工は容易となるものの、ボール循環チューブの機械的強度や剛性が低いために高速運転や高負荷運転に耐えることができなかった。

一方、特許文献４では、ナットの軸心と平行に穿設された回流通孔（ボール戻し孔）と、ナットの軸方向中央の孔溝（デフレクタ保持スロット）に径方向外側から挿入された３分割式のセンタデフレクタと、ナットの両端に装着されたエンドデフレクタとによって一対の戻し通路を形成している。このボールねじでは、センタデフレクタやエンドデフレクタの機械的強度や剛性を高めて高速運転や高負荷運転に対応させることができるが、デフレクタ保持スロットに径方向外側からセンタデフレクタが締結されることに起因する問題があった。すなわち、ボールの円滑な循環や損傷防止を図るには、ナット側の回流通孔の中心とセンタデフレクタ側の回流チャンネル（ガイド孔）の中心とを高い精度で一致させる必要があり、孔溝へのセンタデフレクタの組付時に微妙な位置調整が行えることが望ましい。ところが、特許文献４のボールねじでは、デフレクタ保持スロットに対してセンタデフレクタが径方向外側からねじ止めされるために（すなわち、デフレクタ保持スロットの底部に当接することでセンタデフレクタが係止されるために）位置調整が行えず、デフレクタ保持スロットやセンタデフレクタの加工公差に応じたずれがボール戻し孔の中心とガイド孔の中心との間に生じることが避けられなかった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、ミドルデフレクタ組付時における容易かつ確実な位置調整を可能としたボールねじを提供することを目的とする。

本発明の第１の側面では、雄ねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記雄ねじ溝に対向する雌ねじ溝が内周面に形成され、軸心と略平行なボール戻し孔が内周面と外周面との間に穿設され、当該雌ねじ溝に連通するとともに一側壁面に当該ボール戻し孔が開口するデフレクタ保持スロットが外周面に凹設されたナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝とからなる転走路と前記ボール戻し孔とに収容された複数のボールと、前記デフレクタ保持スロットに嵌挿され、前記転走路と前記ボール戻し孔との間で当該ボールの受け渡しを行うガイド孔が形成されたデフレクタと、前記デフレクタを前記ナットに締結するねじとを備えたボールねじであって、前記デフレクタ保持スロットには、前記一側壁面に前記ねじが螺合する雌ねじ孔が少なくとも１つ開口し、他側壁面には当該ねじ孔に対応する部位に前記ナットの他側端面に至る締結工具挿入孔が開口する。

また、本発明の第２の側面では、前記デフレクタが前記デフレクタ保持スロット内に対して所定の間隙をもって遊嵌している。

本発明によれば、ボール循環チューブを用いるものに較べて高速運転や高負荷運転に対応した被駆動部材の高精度な送り制御が可能となるとともに、デフレクタ保持スロットの一側壁面に押し付けられるかたちでデフレクタが締結されるため、ボール戻し孔に対するガイド孔のずれが生じにくくなってボールの円滑な循環や損傷防止が実現される。また、デフレクタが前記デフレクタ保持スロット内に対して所定の間隙をもって遊嵌しているものでは、ボール戻し孔に対してガイド孔を容易に位置決めすることが可能となる。

実施形態に係るボールねじの斜視図である。実施形態に係るボールねじの縦断面図である。実施形態に係るボールねじの分解斜視図である。図２中のＩＶ−ＩＶ断面図である。実施形態に係るデフレクタ保持スロットの加工工程を示す図である。実施形態に係るミドルデフレクタの組付工程を示す図である。一部変形例に係るデフレクタ保持スロットの加工工程を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明をインテグラル予圧式のボールねじに適用した一実施形態およびその一部変形例を詳細に説明する。なお、実施形態の説明にあたっては、図１中に前後を矢印で示し、位置や方向をこれらに沿って表記する。

［実施形態］
≪実施形態の構成≫
図１〜図３に示すように、本実施形態のボールねじ１は、一定のリードＬ（図２参照）を有する雄ねじ溝２が外周面に形成されたねじ軸３と、雄ねじ溝２に対応する第１，第２雌ねじ溝４，５（図２参照）が内周に形成されるとともに前端側の外周にフランジ６を備えたナット７と、雄ねじ溝２と両雌ねじ溝４，５によって画成された第１，第２転走路１１，１２（図２参照）等に収容された多数個のボール１３（図２，図３参照）と、ナット７の前後端に形成された第１，第２エンドデフレクタ保持凹部１５，１６にそれぞれ取り付けられたエンドデフレクタ２１と、ナット７の軸方向中間部分に形成された第１，第２ミドルデフレクタ保持スロット２５，２６にそれぞれ嵌挿されたミドルデフレクタ３１と、両エンドデフレクタ２１および両ミドルデフレクタ３１を締結する六角穴付ボルト３５とから構成されている。なお、図２に示すように、第１雌ねじ溝４と第２雌ねじ溝５とは、同一のリードＬを有するものの、ボール１３に予圧を与えるべく寸法αだけ軸方向にオフセット（寸法αだけ余分に離間）している。

ナット７には、図３中左下方のエンドデフレクタ２１とミドルデフレクタ３１との間に、第１雌ねじ溝４に対応する第１ボール戻し孔４１が穿設され、図３中右上方のエンドデフレクタ２１とミドルデフレクタ３１との間に、第２雌ねじ溝５に対応する第２ボール戻し孔４２が穿設されている。エンドデフレクタ２１およびミドルデフレクタ３１には、第１，第２転走路１１，１２とこれに対応する第１，第２ボール戻し孔４１，４２との間でボール１３の受け渡しを行うガイド穴２２，３２が形成されている。また、第１，第２エンドデフレクタ保持凹部１５，１６の軸方向端面にはボール戻し孔４１，４２を囲繞するかたちで環状凹部１７，１８が形成され、エンドデフレクタ２１にはこれら環状凹部１７，１８に嵌入する環状突起２３が形成されている。なお、本実施形態の場合、第１，第２ミドルデフレクタ保持スロット２５，２６は、エンドミル等を用いたフライス加工によって形成されており、後述するミドルデフレクタ３１の位置調整を可能とするとともに、ボールねじ１内への異物の侵入を抑制すべく、その内壁がミドルデフレクタ３１の外周面と小さな間隙をもって対峙している。なお、両ミドルデフレクタ保持スロット２５，２６（図５には、第１ミドルデフレクタ保持スロット２５のみを示す）は、図５に示すように、エンドミル６０を２つの方向からナット７に進入させることによって形成されている。

図３に示すように、エンドデフレクタ２１およびミドルデフレクタ３１には、六角穴付ボルト３５の軸部と頭部とが嵌挿される段付孔（座ぐり付孔）２４，３４がそれぞれ一対ずつ穿設されている。また、図４に示すように、ナット７には、第１エンドデフレクタ保持凹部１５の前端面に開口する一対のねじ孔１９と、第１ミドルデフレクタ保持スロット２５の前部壁面２５ａに開口する一対のねじ孔２７とが形成されている。また、図４には示さないが、ナット７には、第２エンドデフレクタ保持凹部１６の後端面に開口する一対のねじ孔と、第２ミドルデフレクタ保持スロット２６の後部壁面２６ａ（図２参照）に開口する一対のねじ孔とが形成されている

ナット７には、後端面から第１ミドルデフレクタ保持スロット２５の後部壁面２５ｂ（図２，図４参照）に貫通する締結工具挿入孔５１（図４参照）と、前端面から第２ミドルデフレクタ保持スロット２６の前部壁面２６ｂ（図２参照）に貫通する締結工具挿入孔５２（図１，図３参照）とがそれぞれ一対穿設されている。両締結工具挿入孔５１，５２は、両ミドルデフレクタ保持スロット２５，２６内でねじ孔２７に対向する位置に開口しており、ねじ孔２７を形成する工具（図示しないタップ）が挿入されるねじ孔形成工具の挿入孔を兼ねている。

≪実施形態の作用≫
ボールねじ１は、工作機械や３次元測定機等に直線駆動機構の要素として組み込まれ、ナット７のフランジ６が被駆動部材の端面に締結され、ねじ軸３がモータや減速器等からなる図示しない回転駆動装置に連結される。そして、回転駆動装置によってねじ軸３が回転駆動されると、ねじ軸３側の雄ねじ溝２とナット７側の第１，第２雌ねじ溝４，５とがボール１３を介して螺合していることにより、ナット７の螺進に伴って被駆動部材が直進駆動される。この際、第１雌ねじ溝４と第２雌ねじ溝５とが軸方向にオフセットしているため、第１，第２転走路１１，１２内のボール１３には所定の予圧が与えられ、２点で接触するためにボール１３と両転走路１１，１２との間の滑りが抑制される。その結果、構成部品点数や組付工数を比較的少なく抑えながら、高速運転や高負荷運転に対応した被駆動部材の高精度な送り制御が可能となる。

＜ミドルデフレクタの組み付け＞
次に、第１ミドルデフレクタ保持スロット２５側を例にして、ミドルデフレクタ３１の組み付け工程を説明する。
本実施形態では、組立作業者は、ミドルデフレクタ３１をナット７に組み付けるにあたり先ず、図６（ａ）に示すように、第１ミドルデフレクタ保持スロット２５にミドルデフレクタ３１を嵌挿させた後、締結工具挿入孔５１に六角穴付ボルト３５を挿入する。組立作業者は次に、図６（ｂ）に示すように、ナット７の前端側から位置決めロッド６１を第１ボール戻し孔４１に挿入し、位置決めロッド６１の先端をミドルデフレクタ３１のガイド穴３２に嵌入させる。位置決めロッド６１は第１ボール戻し孔４１およびガイド穴３２の内径と略等しい外径を有しており、位置決めロッド６１をガイド穴３２に嵌入させることにより、第１ボール戻し孔４１とガイド穴３２とが非常に高い精度で位置決めされる。

次に、組立作業者は、締付トルクを管理可能なボルト締付工具６２をナット７の側から締結工具挿入孔５１に挿入し、規定の締付トルクで六角穴付ボルト３５を締結する。これにより、ミドルデフレクタ３１は、第１ミドルデフレクタ保持スロット２５の前部壁面２５ａに強い圧着力をもって圧着し、ボールねじ１が高速運転や高負荷運転された場合にもずれることがない。なお、ボールねじ１の組立工程の最終段階で（ナット７にボール１３が封入された後に）、両エンドデフレクタ保持凹部１５，１６にエンドデフレクタ２１が締結されるが、この際にはエンドデフレクタ２１の環状突起２３が両エンドデフレクタ保持凹部１５，１６の環状凹部１７，１８に嵌入するため、ミドルデフレクタ３１の組付時のような位置決めは不要である。

［一部変形例］
一部変形例は、上述した実施形態と略同様の構成を採っているが、図７に示すように、両デフレクタ保持スロット２５，２６の加工方法が実施形態と異なる。すなわち、両デフレクタ保持スロット２５，２６（図７には、第１ミドルデフレクタ保持スロット２５のみを示す）は、図７（ａ）に示すように、エンドミル６０を１方向からナット７に進入させることによって形成されている。これにより、ナット７に対するエンドミル６０の角度を変更する必要が無くなり、加工工数が低減される（ナット７のインデックス回転やエンドミル６０の持ち換え等が不要となる）とともに、両デフレクタ保持スロット２５，２６の壁面２５ａ、２６ｂの平滑度が向上する（すなわち、段付き等を生じにくくなる）。なお、一部変形例では、このような加工方法を採ることにより、図７（ｂ）に示すように、両デフレクタ保持スロット２５，２６とミドルデフレクタ３１との間に比較的大きな間隙Ｓが生じるが、ナット７が被駆動部材に嵌入するボールねじ１の場合にはこの間隙Ｓは問題とならない。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態はインテグラル予圧式のボールねじに本発明を適用したものであるが、本発明はナットの外周面に形成されたデフレクタ保持スロットにデフレクタが嵌挿されるボールねじであれば、インテグラル予圧式以外のボールねじ（例えば、単一の転走路を有するもの等）にも当然に適用可能である。また、上記実施形態ではミドルデフレクタに六角穴付ボルトの軸部と頭部とが嵌挿される段付孔を形成したが、ボルトの軸部のみが嵌挿される軸孔をミドルデフレクタに形成し、ボルトの頭部にミドルデフレクタの側面を押圧させるようにしてもよい。また、上記実施形態ではエンドデフレクタとミドルデフレクタとが異なるものとしたが、一側壁面におけるボール戻し孔の周囲にボール戻し孔を囲繞するかたちで環状凹部を形成するとともに、デフレクタ保持スロットとミドルデフレクタとの軸方向の間隙を所定量大きく設定し、エンドデフレクタとミドルデフレクタとを共通部品とすることで（すなわち、環状凹部に嵌入する環状突起をミドルデフレクタにも設けることで）、位置決め作業の容易化を図るようにしてもよい。その他、ナットやミドルデフレクタの具体的形状やボールねじの具体的構造等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

１ボールねじ
２雄ねじ溝
３ねじ軸
４第１雌ねじ溝
５第２雌ねじ溝
７ナット
１１第１転走路
１２第２転走路
１３ボール
２１エンドデフレクタ
２２ガイド穴
２５第１ミドルデフレクタ保持スロット
２５ａ前部壁面（一側壁面）
２５ｂ後部壁面（他側壁面）
２６第２ミドルデフレクタ保持スロット
２６ａ後部壁面（一側壁面）
２６ｂ前部壁面（他側壁面）
３１ミドルデフレクタ
３２ガイド穴
３５六角穴付ボルト
４１第１ボール戻し孔
４２第２ボール戻し孔
５１，５２締結工具挿入孔

Claims

雄ねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、
前記雄ねじ溝に対向する雌ねじ溝が内周面に形成され、軸心と略平行なボール戻し孔が内周面と外周面との間に穿設され、当該雌ねじ溝に連通するとともに一側壁面に当該ボール戻し孔が開口するデフレクタ保持スロットが外周面に凹設されたナットと、
前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝とからなる転走路と前記ボール戻し孔とに収容された複数のボールと、
前記デフレクタ保持スロットに嵌挿され、前記転走路と前記ボール戻し孔との間で当該ボールの受け渡しを行うガイド孔が形成されたデフレクタと、
前記デフレクタを前記ナットに締結するねじと
を備えたボールねじであって、
前記デフレクタ保持スロットには、前記一側壁面に前記ねじが螺合する雌ねじ孔が少なくとも１つ開口し、他側壁面には当該ねじ孔に対応する部位に前記ナットの他側端面に至る締結工具挿入孔が開口したことを特徴とするボールねじ。
前記デフレクタが前記デフレクタ保持スロット内に対して所定の間隙をもって遊嵌していることを特徴とする、請求項１に記載されたボールねじ。