JP2015215039A - 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の一部を収容して螺合するスリーブ１０Ｂと、そのスリーブ１０Ｂの一部を収容し嵌合する開口部１０ＣＢｂと軸部１０ＣＡとを備えたアダプタ１０Ｃとを有する。軸部には、軸受２０によって支持される軸受設置部１０ａが設けられる。
【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３（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３（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３（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４（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４（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４（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、表面に螺旋溝及びランド部が形成されたねじ軸部と、
筒形状をなし、内周面に前記ねじ軸部と螺合する螺旋溝及びランド部が形成され、軸方向の一方の端部には前記ねじ軸部の端部に係止する係止部を備え、前記一方の端部から軸方向の他方の端部に向かって拡径する外周面を有するスリーブと、
軸方向の一方の向きに延びて、軸受によって支持される軸受設置部を有する軸部と、前記軸受の内輪に係合する係合部と、軸方向の他方の向きに開口する開口部とを有し、その開口部の内周面は、一方の向きから他方の向きに向かって拡径されると共に前記スリーブの外周面に嵌合するアダプタとを有する。

また、上記ボールねじ装置においては、前記スリーブの外周面に螺旋溝及びランド部が形成され、前記開口部の内周面には、前記スリーブの外周面に形成された螺旋溝及びランド部に螺合する螺旋溝及びランド部が形成さ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、前記スリーブの前記係止部が設けられた側の端部に軸方向に沿ってスリットが１つ以上設けら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実施形態における構成を示す図である。 本発明のボールねじ装置のある実施形態におけるねじ軸の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る。また、図２は、ボールねじ装置のある実施形態におけるねじ軸の構成を示す図であり、（ａ）はボールねじ装置のねじ軸の軸方向に沿う部分断面図、（ｂ）はねじ軸にスリーブ及びアダプタを組み込むプロセスを示す側面図である。

図１及び図２（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は、ねじ軸部１０Ａと、スリーブ１０Ｂと、軸受設置部１０ａを備えたアダプタ１０Ｃとによって構成される。ねじ軸部１０Ａの表面には螺旋溝１１及びランド部１２が形成されている。
転がり軸受２０はアダプタ１０Ｃ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、ねじ軸部１０Ａに形成されたランド部１２を収容するスリーブ１０Ｂと、スリーブ１０Ｂを収容するアダプタ１０Ｃの端部を介し、ロックナット４０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。

上述したように、ねじ軸１０は、切り通しの端部を有するねじ軸部１０Ａと、スリーブ１０Ｂと、スペーサとしての機能を備えたアダプタ１０Ｃとが設けられる。

［スリーブ］
スリーブ１０Ｂは、円筒形状をなす。スリーブ１０Ｂの内周面１０Ｂａには、ねじ軸部１０Ａの螺旋溝１１に嵌合（螺合）する嵌合部１０Ｂｂが形成されている。これによって、スリーブ１０Ｂは、自身が回転することによりねじ軸１０を軸方向に移動可能とされる。嵌合部１０Ｂｂ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。また、嵌合部１０Ｂｂは面取りされていることが好ましい。
また、スリーブ１０Ｂの一方の端部にはねじ軸部１０Ａの端部に係合する係合部１０Ｂｃが設けられている。また、スリーブ１０Ｂの外周面１０Ｂｄは、他方の端部から（係合部１０Ｂｃが設けられた）一方の端部に向かって縮径している。

［アダプタ］
アダプタ１０Ｃは円筒形状をなす。アダプタ１０Ｃは、軸部１０ＣＡと本体部１０ＣＢとを有する。軸部１０ＣＡは、軸方向の一方の向きに延びて、軸受２０によって支持される軸受設置部１０ａを外周面に有する円柱形状の軸体である。本体部１０ＣＢは、円柱形状をなし、軸部１０ＣＡの軸方向の他方の端部に同軸で連結される。本体部１０ＣＢは、軸部１０ＣＡとの連結部分に軸受２０の内輪２１に係合する係合部１０ＣＢａを有する。また、本体部１０ＣＢは、他方の向きに開口する開口部１０ＣＢｂを有する。その開口部１０ＣＢｂの内周面１０ＣＢｃは、一方の向きから他方の向きに向かって拡径されると共にスリーブ１０Ｂの外周面１０Ｂｄに嵌合する。
すなわち、スリーブ１０Ｂは、ねじ軸部１０Ａとアダプタ１０Ｃとの間に楔状に嵌合している。

このように構成されたボールねじ装置１は、転がり軸受２０の内輪２１がロックナット４０の締付け力によりアダプタ１０Ｃの係合部１０ＣＢａの端面に押圧されることとなる。スリーブ１０Ｂ，アダプタ１０Ｃの材料は、例えば、縦弾性係数の金属（鉄・非鉄）等や樹脂からなる。

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２（ｂ）に示すように、ねじ軸１０は、ねじ軸部１０Ａの端部側からスリーブ１０Ｂをねじ軸部１０Ａに嵌合（螺合）させ、スリーブ１０Ｂに対してアダプタ１０Ｃを嵌合させる。ねじ軸部１０Ａに対してスリーブ１０Ｂ及びアダプタ１０Ｃを嵌合させる向きは、スリーブ１０Ｂ及びアダプタ１０Ｃを移動させる向きと、スリーブ１０Ｂの外周面１０Ｂｄ及びアダプタ１０Ｃの内周面１０Ｃｃのそれぞれの縮径の向きとが反対になるようにする。

スリーブ１０Ｂは、ねじ軸部１０Ａの端部に係合部１０Ｂｃが係止されるまでスリーブ１０Ｂの内周面１０Ｂａとねじ軸部１０Ａの外周面とを螺合させる。その後、端部に係合部１０Ｂｃが係止されたスリーブ１０Ｂの外周面１０Ｂｄに内周面１０Ｃｃが嵌合するようにアダプタ１０Ｃを開口部１０ＣＢｂが開口する向きに付勢する。このようにして、スリーブ１０Ｂ及びアダプタ１０Ｃをねじ軸部１０Ａに設置する。
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。

以上説明したように、本実施形態のボールねじ装置は、切り通しの端部を有するねじ軸１０にスリーブ１０Ｂを螺合し、さらに、このスリーブ１０Ｂが楔として機能するようにアダプタ１０Ｃを嵌合する構成をなしている。したがって、ねじ軸部１０Ａと軸部１０ＣＡが一体ではなく、ねじ軸部１０Ａ自体にスリーブ１０Ｂが嵌合しているため、ねじ軸部１０Ａにかかる力が少なくなり、ねじ軸部１０Ａや軸体１０ＣＡが曲がってしまうことを低減できる。また、ねじ軸部１０Ａと、スリーブ１０Ｂとアダプタ１０Ｃとをそれぞれ嵌合してねじ軸１０を構成しているので、アダプタ１０Ｃの一方の端部１０Ｃａで確実に内輪２１を押圧することができる。
また、スリーブ１０Ｂを、ねじ軸部１０Ａの端部と係合部１０Ｂｃとが離れるように回転させることでアダプタ１０Ｃによる内輪２１への付勢力（締結力）を強くすることができ、同時にそのトルク管理もできる。

（他の実施形態）
ボールねじ装置の他の実施形態としては、スリーブ１０Ｂの外周面１０Ｂｄに螺旋溝及びランド部が形成され、アダプタ１０Ｃの内周面１０Ｃｃには、スリーブ１０Ｂの外周面１０Ｂｄに形成された螺旋溝及びランド部に螺合する螺旋溝及びランド部が形成されてもよい。このような構成を採用することにより、スリーブ１０Ｂとアダプタ１０Ｃとを強固に固定することができる。特に、スリーブ１０Ｂを回転させてアダプタ１０Ｃによる内輪２１への付勢力（締結力）を強くする際の作業を確実かつスムーズにおこなうことができる。

また、スリーブ１０Ｂには、係合部１０Ｂｃが設けられた側の端部に、軸方向に沿ってスリット１０Ｂｅが設けられてもよい（図２（ｂ）参照）。このスリット１０Ｂｅは、スリーブ１０Ｂの周方向に複数設けられることが好ましく、周方向に等間隔で設けられることがより好ましい。このようなスリット１０Ｂｅが設けられることによって、スリット１０Ｂｅが設けられた端部の弾性力が増し、スリーブ１０Ｂをアダプタ１０Ｃにより強固に嵌合させることができる。その結果として、内輪２１への付勢力（締結力）をより強くすることができる。

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
１０ｂ 螺旋溝形成部
１０Ａ ねじ軸部
１０Ｂ スリーブ
１０Ｂａ 内周面
１０Ｂｂ 嵌合部
１０Ｂｃ 係合部
１０Ｂｄ 外周面
１０Ｃ アダプタ
１０Ｃａ 一方の端部
１０Ｃｂ 他方の端部
１０Ｃｃ 内周面
１１ 螺旋溝
１２ ランド部
２０ 軸受
２１ 内輪

Claims (3)

1. 表面に螺旋溝及びランド部が形成されたねじ軸と、
   筒形状をなし、内周面に前記ねじ軸と螺合する螺旋溝及びランド部が形成され、軸方向の一方の端部には前記ねじ軸の端部に係止する係止部を備え、前記一方の端部から軸方向の他方の端部に向かって拡径する外周面を有するスリーブと、
   軸方向の一の向きに延びて、軸受によって支持される軸受設置部を有する軸部と、前記軸受の内輪に係合する係合部と、軸方向の他の向きに開口する開口部とを有し、その開口部の内周面は、一の向きから他の向きに向かって拡径されると共に前記スリーブの外周面に嵌合するアダプタとを有することを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記スリーブの外周面に螺旋溝及びランド部が形成され、前記開口部の内周面には、前記スリーブの外周面に形成された螺旋溝及びランド部に螺合する螺旋溝及びランド部が形成される請求項１に記載のボールねじ装置。
3. 前記スリーブの前記係止部が設けられた側の端部に軸方向に沿ってスリットが１つ以上設けられる請求項１又は２に記載のボールねじ装置。

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