JP2015215035A - ボールねじ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ軸に過大な荷重がかかった際でもねじ軸の端部の振れを低減するボールねじ装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】ボールねじ装置の製造方法は、膨張工程と設置工程とを含む。膨張工程は、表面に螺旋溝１１が形成された螺旋溝形成部１０ｂ及び軸受２０によって支持される軸受設置部２０ａを有するねじ軸１０の螺旋溝形成部１０ｂの軸方向の端面１３ａと軸受２０の内輪２１との間に嵌合するスペーサ６０を加熱処理して、その内径寸法を軸受設置部１０ａの外径寸法より小さい寸法から軸受設置部１０ａの外径寸法より大きい寸法に拡径する工程である。また、設置工程は、膨張工程によって拡径されたスペーサ６０にねじ軸１０を挿通させて、スペーサ６０を冷却することによってそのスペーサ６０の内周面が軸受設置部１０ａの外周面に嵌合して設置される工程である。【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじ装置に関し、特に、一軸アクチュエータなどの各種工作機械に用いられ、ボールねじとそのねじ軸を支持する軸受とを備えたボールねじ装置及びその製造方法に関する。

従来より、一軸アクチュエータなどの各種工作機械に用いられ、ボールねじとそのねじ軸の両端部又は一方の端部を支持する軸受とを備えたボールねじ装置が知られている（特許文献１）。このようなボールねじ装置においては、上記軸受の内輪の内周面に嵌合するようにねじ軸の外周面を縮径して軸受設置部を形成し、この軸受設置部の端面と上記軸受との間にスペーサを挿入すると共に、ロックナットで締め付けるのが一般的である。

特開２００７−１７８００２号公報，図４

ここで、ボールねじ装置のねじ軸の形態としては、その表面に形成された螺旋溝が軸受設置部の端面にまで形成されているものと形成されていないものがある。
図４（ａ）に示すように、螺旋溝１０１が軸受設置部１０２の端面１０２ａにまで形成されていないねじ軸１００では、図４（ｂ）に示すように、端面１０２ａの形状は均整な円環形状をなしている。したがって、図４（ｃ）に示すように、ロックナット１２０と軸受１１０の内輪１１１との間に設けたスペーサ１３０と端面１０２ａとによって軸受１１０の内輪１１１を挟み、軸受１１０の軸方向の動きを制限することができる。

一方、図５（ａ）に示すように、螺旋溝２０１が軸受設置部２０２の端面２０２ａにまで形成されたねじ軸２００では、図５（ｂ）に示すように、端面２０２ａの形状は不均整な円環形状をなしている。この形状は螺旋溝２０１のリードが小さい場合には顕著であり、螺旋溝２０１の底部２０１ａが露出した部分が生じることがある。このような形態のねじ軸２００では、図５（ｃ）に示すように、ロックナット２２０と軸受２１０の内輪２１１との間に設けたスペーサ２３０と、端面２０２ａと軸受２１０の内輪２１１との間に設けたスペーサ２４０とによって内輪２１１が挟まれた軸受２１０の軸方向の動きを制限することになる。

このように、軸受２１０の内輪２１１又はスペーサ２４０に当接するねじ軸２００の端面２０２ａの径方向の寸法が不均一なために不均整な円環形状をなしていると、ねじ軸２００に過大な荷重がかかった際にねじ軸２００の端部が振れやすくなる。

これは、ねじ軸２００の変形、偏心や、乗り上げを招き、結果として、ロックナット２２０の締め付けによってねじ軸２００の端部が曲がってしまったり、ねじ軸２００の端部に対してプーリやカップリングを設置することが困難になることがあるため、検討の余地があった。

本発明は上記課題に着目してなされたものであり、ねじ軸に過大な荷重がかかった際でもねじ軸の端部の振れを低減するボールねじ装置及びその製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためのボールねじ装置の製造方法のある態様は、表面に螺旋溝が形成された螺旋溝形成部及び軸受によって支持される軸受設置部を有するねじ軸の上記螺旋溝形成部の軸方向の端面と上記軸受の内輪との間に嵌合するスペーサを加熱処理して、その内径寸法を上記軸受設置部の外径より小さい寸法から上記軸受設置部の外径より大きい寸法に拡径する膨張工程と、
上記膨張工程によって拡径された上記スペーサに上記ねじ軸を挿通させて、上記スペーサを冷却することによってそのスペーサの内周面が上記軸受設置部の外周面に嵌合して設置される設置工程とを含む。

また、上記課題を解決するためのボールねじ装置のある態様は、表面に螺旋溝が形成された螺旋溝形成部及び軸受によって支持される軸受設置部を有するねじ軸と、
上記軸受設置部を支持する軸受と、
上記螺旋溝形成部の軸方向の端面と上記軸受の内輪との間に嵌合するスペーサを有し、
上記スペーサは、加熱処理されることによって、その内径寸法を上記軸受設置部の外径寸法より小さい寸法から上記軸受設置部の外径寸法より大きい寸法に拡径した後、上記ねじ軸を挿通させて、上記スペーサを冷却することによってそのスペーサの内周面が上記軸受設置部の外周面に嵌合して設置される。

本発明によれば、ねじ軸に過大な荷重がかかった際でもねじ軸の端部の振れを低減するボールねじ装置及びその製造方法を提供することができる。

ボールねじ装置のある実施形態における構成を示す図である。 ボールねじ装置の製造方法のある実施形態におけるフローチャートである。 ボールねじ装置の製造方法のある実施形態におけるスペーサの設置工程を示す図である。 従来のボールねじ装置の構成を示す図であり、（ａ）はねじ軸の右側断面図、（ｂ）はねじ軸の正面図、（ｃ）はボールねじ装置の軸方向に沿う断面図である。 従来のボールねじ装置の構成を示す図であり、（ａ）はねじ軸の右側断面図、（ｂ）はねじ軸の正面図、（ｃ）はボールねじ装置の軸方向に沿う断面図である。

以下、本発明に係るボールねじ装置及びその製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、ボールねじ装置のある実施形態における構成を示す図であり、（ａ）はねじ軸の右側断面図、（ｂ）はねじ軸にスペーサを設置した断面図、（ｃ）はボールねじ装置の軸方向に沿う断面図である。また、図２は、ボールねじ装置の製造方法のある実施形態におけるフローチャートである。また、図３は、ボールねじ装置の製造方法のある実施形態におけるスペーサの設置工程を示す図である。

図１（ｃ）に示すように、ボールねじ装置１は、ねじ軸１０と、このねじ軸１０の端部を支持する複列の転がり軸受２０，２０とを有する。ねじ軸１０は、軸方向に軸受設置部１０ａと螺旋溝形成部１０ｂとに構成される。ねじ軸１０の螺旋溝形成部１０ｂにおける表面には螺旋溝１１が形成されている。転がり軸受２０は、ねじ軸１０の端部に形成された軸受設置部１０ａに嵌合してねじ軸１０と一体に回転する２つの内輪２１，２１を有している。これら内輪２１，２１の外周には、複数の転動体２２を介して内輪２１を回転自在に支持する外輪２３がそれぞれ設けられている。

また、ボールねじ装置１は、転がり軸受２０を収容する円筒状のハウジング３０を備えており、転がり軸受２０の外周面（外輪２３の外周面）はハウジング３０の内周面と摺動自在に嵌合している。

転がり軸受２０の内輪２１は、ねじ軸１０に形成された段部１２とロックナット４０とにより所定位置に位置決めされている。このロックナット４０はねじ軸１０の端部に螺嵌されており、ロックナット４０と内輪２１との間のねじ軸１０の外周にはスペーサ４１が設けられている。このスペーサ４１は、例えば皿バネ又はコイルバネあるいは縦弾性係数の金属等からなる。

ここで、ねじ軸１０の軸受設置部１０ａには、図１（ａ）に示すように、円環形状のスペーサ６０が嵌合して設けられる。このスペーサ６０の一方の端面６０ａは、端面１３ａに当接している。端面１３ａは、軸受設置部１０ａと螺旋溝形成部１０ｂとの境界に位置し、軸受設置部１０ａの外周面と螺旋溝形成部１０ｂの外周面とを連結する軸方向に面した面である。また、スペーサ６０の他方の端面６０ｃは、軸受２０の内輪２１に当接している。すなわち、このスペーサ６０は、その内周面６０ｂが端面５０ｂと内輪２１との間のねじ軸１０の外周面に嵌合して設けられる。

そして、転がり軸受２０の内輪２１はロックナット４０の締付け力により端面１３ａに押圧されることとなる。このスペーサ６０は、例えば皿バネ又はコイルバネあるいは縦弾性係数の金属等からなる。

次に、このように構成されたボールねじ装置の製造方法について説明する。図２に示すように、本実施形態のボールねじの製造方法は、「膨張工程」と「設置工程」とを含む。

＜膨張工程＞
膨張工程は、スペーサ６０を加熱処理して、その内径寸法を軸受設置部１０ａの外径より小さい寸法から軸受設置部１０ａの外径より大きい寸法に拡径する工程である。ここで、加熱処理したスペーサ６０の内径寸法は、後述するように、ねじ軸１０に設置する際に端面１３ａにスペーサ６０の端面６０ａが当接したほうが位置合わせしやすいため、ランド部１１ａ（図１（ａ）参照）の外径寸法よりも小さくなるように膨張させることが好ましい。

＜設置工程＞
設置工程は、上記膨張工程によって内径寸法が拡径されたスペーサ６０にねじ軸１０を挿通させて、スペーサ６０を冷却することによって、スペーサ６０の内周面６０ｂが軸受設置部１０ａの外周面に嵌合して設置される工程である。
スペーサ６０をねじ軸１０に設置する際には、螺旋溝形成部１０ｂの軸方向の端面１３ａと軸受の内輪２１，２１との間に嵌合する。
具体的には、図３（ａ）に示すように、軸受設置部１０ａ及び螺旋溝形成部１０ｂを有するねじ軸１０に対して、図３（ｂ）に示すように、上記膨張工程によって内径寸法が拡径されたスペーサ６０をねじ軸１０に挿通する。

次に、図３（ｃ）に示すように、端面１３ａにスペーサ６０の端面６０ａが当接するまでスペーサ６０をねじ軸１０に挿通させた後、スペーサ６０を冷却する。この冷却は、放冷でも冷却機器による急速な冷却でもよい。スペーサ６０を冷却することで、スペーサ６０の内径寸法が小さくなり、軸受設置部１０ａに対してスペーサ６０が圧入する態様となる。

このようにして、スペーサ６０が軸受２０の内輪２１と端面１３ａとの間に焼き嵌めされると共に、内輪２１，２１と端面１３ａとによりスペーサ６０が固定されるために、ねじ軸１０に対してスペーサ６０は強固に固定される。その結果、軸受２０の軸方向の移動が制限され、ねじ軸１０の端部の振れを軽減することができる。
なお、このように構成されたねじ軸１０は、ボールねじ装置以外に台形ねじ等に用いることができる。

以上、本発明に係るボールねじ装置及びその製造方法について説明したが、本発明に係るボールねじ装置及びその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。例えば、上記「設置工程」前に、軸受の内輪を高温にして膨張させて（焼き嵌め）、ねじ軸を挿入してもよい。ここで、軸受設置部と螺旋溝形成部との境界の端面は軽く接触して位置が判明すれば良く、軸受の内輪が常温に戻ると圧入と同じ効果がある。

１ ボールねじ装置
１０ ねじ軸
１０ａ 軸受設置部
１０ｂ 螺旋溝形成部
１１ 螺旋溝
１３ａ 端面
２０ 軸受
２１ 内輪
６０ スペーサ

上記課題を解決するためのボールねじ装置の製造方法のある態様は、表面に螺旋溝が形成された螺旋溝形成部及び軸受によって支持される軸受設置部を有し、前記螺旋溝が前記軸受設置部の端面にまで形成されたねじ軸の上記螺旋溝形成部の軸方向の端面と上記軸受の内輪との間に嵌合するスペーサを加熱処理して、その内径寸法を上記軸受設置部の外径より小さい寸法から上記軸受設置部の外径より大きい寸法に拡径する膨張工程と、
上記膨張工程によって拡径された上記スペーサに上記ねじ軸を挿通させて、上記スペーサを冷却することによってそのスペーサの内周面が上記軸受設置部の外周面に嵌合して設置される設置工程とを含む。

また、上記課題を解決するためのボールねじ装置のある態様は、表面に螺旋溝が形成された螺旋溝形成部及び軸受によって支持される軸受設置部を有し、前記螺旋溝が前記軸受設置部の端面にまで形成されたねじ軸と、
上記軸受設置部を支持する軸受と、
上記螺旋溝形成部の軸方向の端面と上記軸受の内輪との間に嵌合するスペーサを有する。

Claims (2)

1. 表面に螺旋溝が形成された螺旋溝形成部及び軸受によって支持される軸受設置部を有するねじ軸の前記螺旋溝形成部の軸方向の端面と前記軸受の内輪との間に嵌合するスペーサを加熱処理して、その内径寸法を前記軸受設置部の外径より小さい寸法から前記軸受設置部の外径より大きい寸法に拡径する膨張工程と、
   前記膨張工程によって拡径された前記スペーサに前記ねじ軸を挿通させて、前記スペーサを冷却することによってそのスペーサの内周面が前記軸受設置部の外周面に嵌合して設置される設置工程とを含むことを特徴とするボールねじ装置の製造方法。
2. 表面に螺旋溝が形成された螺旋溝形成部及び軸受によって支持される軸受設置部を有するねじ軸と、
   前記軸受設置部を支持する軸受と、
   前記螺旋溝形成部の軸方向の端面と前記軸受の内輪との間に嵌合するスペーサを有し、
   前記スペーサは、加熱処理されることによって、その内径寸法を前記軸受設置部の外径寸法より小さい寸法から前記軸受設置部の外径寸法より大きい寸法に拡径した後、前記ねじ軸を挿通させて、前記スペーサを冷却することによってそのスペーサの内周面が前記軸受設置部の外周面に嵌合して設置されることを特徴とするボールねじ装置。

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