JP2015215036A - ボールねじ装置 - 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を提供する。【解決手段】ボールねじ装置１は、表面に螺旋溝１１が形成されたねじ軸１０と、そのねじ軸１０の端部に形成された軸受設置部１０ａを支持する軸受２０とを有する。軸受設置部１０ａに係合する係合部５１、及び螺旋溝１１に嵌合する嵌合部５２が内周面に形成された円環形状のスペーサ５０Ａ，５０Ｂが複数設けられ、スペーサ５０Ａの軸方向の端面５０ａが軸受２０の内輪２１に当接する。【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２００９−１６２３１４号公報，図１

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２（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２（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２（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３（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３（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３（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ある態様は、表面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、そのねじ軸の端部に形成された軸受設置部を支持する軸受とを有し、
上記螺旋溝に嵌合する嵌合部が内周面に形成された円環形状のスペーサが軸方向に複数設けられ、
上記スペーサのうち、上記軸受設置部側の第１スペーサの軸方向の端面が上記軸受の内輪に当接する。

また、上記ボールねじ装置においては、第１スペーサには、上記軸受設置部に係合する係合部が設けられることが好ましい。
また、上記ボールねじ装置においては、上記複数のスペーサの少なくとも何れかが、軸方向に沿って複数の分割体に分割されることが好ましい。

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を提供することができる。

本発明のボールねじ装置のある態様における構成を示す図である。 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のある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態様における構成を示す図であり、（ａ）はボールねじ装置の軸方向に沿う断面図、（ｂ）はねじ軸の斜視図、（ｃ）はねじ軸にスペーサを組み込むプロセスを示す側面図、（ｄ）はねじ軸の右側面図である。

図１（ａ）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の表面には螺旋溝１１が形成されている。この転がり軸受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には、図１（ａ），（ｂ）に示すように、円環形状のスペーサ５０が複数設けられる。以下、これらのスペーサ５０のうち、軸受設置部１０ａに最も近くに設置されるスペーサ５０を、第１スペーサ５０Ａとし、それ以外を軸受設置部１０ａから離れる向きに第２スペーサ５０Ｂ，第３スペーサ５０Ｃ（図示せず）・・・、として説明する。

第１スペーサ５０Ａの内周面には、軸受設置部１０ａに係合する係合部５１Ａと、螺旋溝１１に嵌合する嵌合部５２Ａとが形成されている。
ここで、係合部５１Ａは、軸受設置部１０ａと螺旋溝１１との境界部分の段部１２と、軸受設置部１０ａとに係合する内周面の形状をなす部分である。

また、第２スペーサ５０Ｂ，第３スペーサ５０Ｃ（図示せず），・・・のそれぞれの内周面には、係合部５１が設けられず、螺旋溝１１に嵌合する嵌合部５２Ｂ，５２Ｃがそれぞれ形成されている。
ここで、嵌合部５２（５２Ａ，５２Ｂ、・・・）は、螺旋溝１１に嵌合する螺旋状の突起が内周面に形成された部分である。この嵌合部５２の形状は、螺旋溝１１に嵌合する形状であれば特に制限はなく目的に応じて適宜選択されるが、角ねじや台形ねじのような断面形状をなす態様でもよいし、螺旋溝１１に接触する部分だけその螺旋溝の（断面）形状に応じた断面形状でもよい。嵌合部５２は面取りされていることが好ましい。
そして、第１スペーサ５０Ａは、その軸方向の一方の端面５０ａが軸受２０の内輪２１に当接するように設置される。一方、第１スペーサ５０Ａの軸方向の他方の端面５０ｂは、隣接するスペーサ５０（図１（ａ）〜（ｄ）では第２スペーサ５０Ｂ）の軸方向の端面５０ｃに当接している。

このように設けられた複数のスペーサ５０は、ダブルナット効果により、強固にねじ軸１０に嵌合される。なお、複数のスペーサ５０のダブルナット効果を高めるために、第１スペーサ５０Ａは、他のスペーサよりも軸方向の長さが長く設定されることが好ましい。
また、転がり軸受２０の内輪２１はロックナット４０の締付け力により第１スペーサ５０Ａ端面５０ａに押圧されることとなる。これらスペーサ５０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（鉄・非鉄）等や樹脂からなることが好ましい。
また、複数のスペーサ５０は、少なくとも何れかが、軸方向に沿って複数の分割体に分割されてもよい。このような態様とすることにより、スペーサ５０の嵌合精度よりも組み立てやすさを重視する工作機械などに用いることが容易である。

次に、このように構成されたねじ軸１０の製造プロセスについて説明する。図１（ｃ）に示すように、ねじ軸１０の軸受設置部１０ａにおける螺旋溝１１が形成されている側とは反対側から、まず、第２スペーサ５０Ｂを挿嵌させる。そして、第２スペーサ５０Ｂの嵌合部５２Ｂを螺旋溝１１に対して螺合させて回転させながら軸受設置部１０ａから螺旋溝１１の向きに嵌合部５２Ｂを螺旋溝１１に嵌合させる。

その次に、嵌合部５２Ａ，係合部５１Ａの向きでねじ軸１０に対向させた第１スペーサ５０Ａを挿嵌させる。そして、第１スペーサ５０Ａの嵌合部５２Ａを螺旋溝１１に対して螺合させて回転させながら軸受設置部１０ａから螺旋溝１１の向きに嵌合部５２Ａを螺旋溝１１に嵌合させる。この第１スペーサ５０Ａを回転させることによってなされる螺旋溝１１と嵌合部５２Ａとの嵌合状態は、係合部５１Ａの段部５１ａが端面１２に係止されるまで行われる。
このようにして嵌合部５２Ａ，５２Ｂが螺旋溝１１に螺合すると共に、係合部５１Ａが軸受設置部１０ａ及び端面１２に係合するように第１スペーサ５０Ａ及び第２スペーサ５０Ｂがねじ軸１０に設置される。

ここで、本実施形態のボールねじ装置では、軸受２０の内輪２１に当接する第１スペーサ５０Ａの端面５０ａの面積が、第１スペーサ５０Ａが設けられない場合に軸方向の荷重を受ける端面１２の面積よりも大きくなっている。
さらに、第１スペーサ５０Ａは、その嵌合部５２Ａだけでなく、隣接する第２スペーサ５０Ｂの嵌合部５２Ｂもねじ軸１０の螺旋溝１１に螺合しているため、ダブルナット効果により強固にねじ軸１０に固定される。その結果、過大な軸方向の荷重を端面１２ではなく螺旋溝１１で均等に受けることになり、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のねじ軸について説明したが、本発明に係るボールねじ装置は、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。

１ ボールねじ装置
１０ ねじ軸
１０ａ 軸受設置部
１１ 螺旋溝
２０ 軸受
２１ 内輪
５０ スペーサ
５０Ａ 第１スペーサ
５０Ｂ 第２スペーサ
５１ 係合部
５２ 嵌合部

Claims (3)

1. 表面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、そのねじ軸の端部に形成された軸受設置部を支持する軸受とを有し、
   前記軸受設置部に係合する係合部、及び前記螺旋溝に嵌合する嵌合部が内周面に形成された円環形状のスペーサが軸方向に複数設けられ、
   前記スペーサのうち、前記軸受設置部側の第１スペーサの軸方向の端面が前記軸受の内輪に当接することを特徴とするボールねじ装置。
2. 第１スペーサには、前記軸受設置部に係合する係合部が設けられる請求項１に記載のボールねじ装置。
3. 前記複数のスペーサの少なくとも何れかが、軸方向に沿って複数の分割体に分割される請求項１又は２に記載のボールねじ装置。

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