JP2022156482A

JP2022156482A - ボールねじ装置の製造方法

Info

Publication number: JP2022156482A
Application number: JP2021060201A
Authority: JP
Inventors: 偉徐; Isamu Jo; 孝之矢部; Takayuki Yabe; 寿明鈴木; Hisaaki Suzuki
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2022-10-14
Also published as: KR20230169114A; US20240165753A1; WO2022209260A1; EP4316728A1; TW202246680A; CN117203449A

Abstract

【課題】組み立ての自由度とその労力を軽減できるボールねじ装置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、ナットユニット準備工程と、ねじ軸準備工程と、組み立て工程と、を含む。ナットユニット準備工程は、内周軌道面が設けられたナットに循環部品、ボール、及びボールの脱落防止のための仮軸を組み付けられたナットユニットを準備する。ねじ軸準備工程は、外周軌道面が設けられたねじ軸を準備する。組み立て工程は、ナットユニット準備工程とねじ軸準備工程の後に、任意のナットユニットの仮軸を任意のねじ軸に交換し、ボールねじ装置を製造する。【選択図】図３

Description

本発明は、ボールねじ装置の製造方法に関する。

ボールねじ装置は、回転運動を直線運動に、又は直線運動を回転運動に変換する装置である。下記特許文献に示すように、ボールねじ装置は、ねじ軸と、ねじ軸に貫通されるナットと、ねじ軸とナットとの間に配置される複数のボールと、を備える。また、ボールねじ装置は、規格に定められた軸方向隙間や予圧を満たすことを確認し、ボールねじ装置として出荷されている。

特開２０１５－２３２３４６号公報

ところで、それぞれ製造されたねじ軸やナットには、製造誤差（ばらつき）が生じる。製品ごとに設定された所定の隙間あるいは予圧を満足するには、従来では、ねじ軸とナットとボール、この３要素の寸法の積み上げで調整している。そして、一般的にボールねじ装置の製造工程は、製造誤差の大きいねじ軸とナットをピックアップして、規格の軸方向隙間等を満足できるボール径を選択し、軌道にボールを充填している。つまり、従来の製造方法は、ねじ軸とナットと選択したボール、この３要素が１組として組み合わせて規格の隙間あるいは予圧のボールねじ装置を製造している。また、ボールねじ装置を運転中に、ボールねじ装置のねじ軸とナットのうちいずれか一方が損傷し、その損傷した部品に代えて新しい部品と交換した場合（以下、再組立て）、当初の規格の軸方向隙間あるいは予圧を満足するには、ボール改めて再選択の必要がある。よって、ボールねじ装置の組み立ておよび再組立てには、多大な労力を要している。

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、組み立て時および再組立て時の労力を軽減できるボールねじ装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本開示の一態様に係るボールねじ装置の製造方法は、ナットユニット準備工程と、ねじ軸準備工程と、組み立て工程と、を含む。ナットユニット準備工程は、内周軌道面が設けられたナットに循環部品、ボール、及び前記ボールの脱落防止のための仮軸を組み付けられたナットユニットを準備する。ねじ軸準備工程は、外周軌道面が設けられたねじ軸を準備する。組み立て工程は、前記ナットユニット準備工程と前記ねじ軸準備工程の後に、任意の前記ナットユニットの仮軸を任意の前記ねじ軸に交換し、ボールねじ装置を製造する。

ナットユニットには、予めボールが組み付けられている。よって、組み立て工程で、規格を満たす径のボールを選択する手間を省ける。また、ねじ軸の軌道面の基準値の公差や、ナットユニットにおけるねじ軸の軌道面との接触位置の基準値の公差を厳格に管理すれば、複数個あるうちから任意に選択（ピックアップ）したねじ軸とナットユニットとでボールねじ装置を組み立てても、その組み立てられたねじ軸装置は、規格による軸方向隙間等を満たす。さらには、組み付け後のねじ軸が損傷しても、新しいねじ軸、またはナットユニットと交換しても、規格の軸方向隙間を満たす。よって、再組立てが容易となる。

上記のボールねじ装置の製造方法の望ましい態様として、前記ナットユニット準備工程は、前記仮軸が前記ナットから脱落することを防止するストッパを前記仮軸の両端部に取り付ける。又は、前記ナットユニット準備工程は、前記仮軸が前記ナットから脱落することを防止するため、梱包材でナットユニットを覆う。

前記構成によれば、ナットユニットを搬送する過程で、仮軸の脱落を防止できる。

上記のボールねじ装置の製造方法は、前記ボールねじ装置は、軸方向隙間が０．０５ｍｍ以下であってもよい。又は、前記ボールねじ装置は、軸方向隙間が０．０２ｍｍ以下であってもよい。又は、前記ボールねじ装置は、軸方向隙間が０．００５ｍｍ以下であってもよい。若しくは、前記ボールねじ装置は、軸方向隙間が０ｍｍ以下であってもよい。

本開示のボールねじ装置の製造方法によれば、組み立て時および再組立て時の労力を軽減することができる。また、ねじ軸とナットユニットとを任意に組み合わせることができるため、組み立てには場所、タイミング、作業者に問わず、簡易に組み立てられる。さらに、調整は一切不要のため、自動生産ラインでの組み立が簡単に実現できる。

図１は、実施形態のボールねじ装置の全体図である。図２は、実施形態のボールねじ装置のボールの配置状態を示す断面図である。図３は、実施形態のボールねじ装置の製造方法に含まれる各工程を示す説明図である。図４は、実施形態のナットユニット準備工程で製造されたナットユニットの全体図である。図５は、変形例１に係るナットユニット準備工程で製造されたナットユニットの全体図である。図６は、実施形態のねじ軸準備工程で準備されたねじ軸の全体図である。図７は、変形例１に係るねじ軸準備工程で準備されたねじ軸の全体図である。図８は、変形例２に係るねじ軸準備工程で準備されたねじ軸の全体図である。図９は、組み立て工程においてナットにねじ軸を挿入している状態を示した図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１に示すように、ボールねじ装置１は、ねじ軸２と、ナット３と、複数のボール４（図２参照）と、を備えている。ねじ軸２は、軸部材であり、外周面に螺旋状の外周軌道面２ａを有している（図６参照）。以下の説明で、ねじ軸２の中心軸Ｏと平行な方向を軸方向と称する。外周軌道面２ａは、ねじ軸２の軸方向の全てでなく、一部のみ設けられている。

ナット３は、円筒状部品であり、内周面に螺旋状の内周軌道面３ａを有している。外周軌道面２ａと内周軌道面３ａは、同一のリードであり、対向している。よって、外周軌道面２ａと内周軌道面３ａとの間には、螺旋状の軌道５が設けられている。

ナット３は、軸方向に延在する戻り路６を有している。また、ナット３は、特に図示しないが、２つのデフレクタを有している。デフレクタは、軌道５の終端からボール４を掬い上げて戻り路６に案内したり、戻り路６から軌道５の始端にボールを供給したりしている。なお、本開示のボールねじ装置において、循環部品の一例としてデフレクタを挙げているが、デフレクタ以外に、チューブやコマ、エンドキャップ、その他循環方式であってもよく、特に限定されない。

ナット３の外周面であって軸方向の一端部には、ナット３を他の部品に固定するためのフランジ７が設けられている。実施形態では、ナットの一例としてフランジ付きナットを挙げているが、本開示は、それ以外に、フランジなしナット、角ナット、トラニオン付きナットなど、その他のナットであってもよく、特に限定されない。以下、ナット３の軸方向の中央部から視てフランジ７が配置される方を第１方向Ｘ１と称し、第１方向の反対方向を第２方向Ｘ２と称する。

図２は、軌道５の一断面を示している。ボール４は、球体状の転動体である。ボール４は、外周軌道面２ａと内周軌道面３ａとの間の軌道５に配置されている。本実施形態において、軸方向隙間は、０．０５ｍｍ以下となっている。なお、軸方向隙間とは、ねじ軸２とナット３のうち一方を固定し、ねじ軸２とナット３のうち他方が回転せずに軸方向に移動可能な距離である。つまり、軸方向隙間は、ボール４の転動面と内周軌道面３ａとの隙間ｄ１と、ボール４の転動面と外周軌道面２ａとの隙間ｄ２と、を足した隙間量となる。また、軸方向隙間は、軌道面（２ａ、３ａ）とボール４との間に隙間がある場合以外に、軌道面（２ａ、３ａ）とボール４とが当接し予圧が付与されている状態（隙間量がマイナスとなっている状態）も含まれる。

図３に示すように、ボールねじ装置１の製造方法は、ナットユニット準備工程Ｓ１と、ねじ軸準備工程Ｓ２と、組み立て工程Ｓ３と、を含む。組み立て工程Ｓ３は、ナットユニット準備工程Ｓ１とねじ軸準備工程Ｓ２の後に行われる。また、ナットユニット準備工程Ｓ１とねじ軸準備工程Ｓ２の順番は、どちら工程が先でよく、若しくは、両方同時に行われもよい。

ナットユニット準備工程Ｓ１は、ナットユニット１０を準備する工程である。図４に示すように、ナットユニット１０は、ナット３と、ボール４（不図示）と、循環部品（不図示）と、仮軸１１と、が組み付けられて一体化したものである。本実施形態のナットユニット準備工程Ｓ１は、最初に、ナット３と、ボール４（不図示）と、循環部品（不図示）と、仮軸１１を準備する。なお、仮軸１１は、円柱状の部品である。

ナットユニット準備工程Ｓ１において、準備されるナット３及びボール４は、ナット３の軌道面３ａにボール４が挿入された状態の基準値が予め設定されており、検査によりその製造誤差（ばらつき）が所定の管理幅内にあると確認されたものである。ここで、所定の基準値に対する管理幅は、公差よりも厳しい範囲、言い換えると、予め基準値が定数として設定され、その許容される範囲が公差よりも狭い範囲で管理している。これにより、完成品であるボールねじ装置１が設定した規格上の軸方向隙間を満たすようになる。また、所定の基準値に対し管理の幅範囲内にあるか否かの確認は、例えば、ボール中心径（ＢＣＤ：ｂａｌｌＣｉｒｃｌｅＤｉａｍｅｔｅｒ）を測定したうえで挿入したボール径と合わせて判断する方法が挙げられる。または、マスタとなるマスタねじ軸をナット及びボールに組み付け、ナットを固定し、マスタねじ軸が回転せずに軸方向の移動距離（軸方向隙間）を測定する方法が挙げられる。

ナットユニット準備工程Ｓ１において、各部品を準備したら、次にナットユニット１０を組み立てる。ナットユニット１０の組み立ては、ナット３に循環部品を組み付ける。次にナット３の内部に仮軸１１を挿入する。これにより、ナット３の内周軌道面３ａは、仮軸１１の外周面と対向する。また、仮軸１１は、内周軌道面３ａの一部を覆わない程度に挿入し、ボール４の充填する個所を空けておくようにする。次に、ナット３の内周軌道面３ａと仮軸１１の外周面との間にボール４を挿入し、内周軌道面３ａ及び戻り路にボール４を充填する。次に、仮軸１１をさらに押し込み、仮軸１１がナット３を貫通する状態にする。これによれば、仮軸１１の外周面にボール４が当接し、ナットに充填されたボールが内周軌道面から脱落しない。そして、完成したナットユニット１０をナットユニット準備工程Ｓ１が実施された敷地１００から、組み立て工程Ｓ３が実施される敷地１０２に搬送して本工程が終了する。なお、本実施形態のナットユニット準備工程Ｓ１は、敷地１００内でナットユニット１０を製造しているが、本開示のナットユニット準備工程Ｓ１は、ナットユニット１０を実際に製造する場合に限定されない。つまり、本開示のナットユニット準備工程Ｓ１は、ナットユニット１０自体を購入したり、又は他国から輸入したりして、ナットユニット１０を敷地１００に搬入し準備する場合も含まれる。

なお、本実施形態では、ナットユニット１０の組立時、仮軸１１の両端部に、ストッパ１２を嵌合している。ストッパ１２は、環状の部品であり、弾性材料で製造されている。これにより、ナットユニット１０の搬送中に仮軸１１が軸方向に移動しても、ストッパがナットの端面に当接し、仮軸がナットから脱落することが防止される。また、本実施形態のナットユニット１０は、ストッパ１２でなく、図５に示すように、袋状の梱包材１３で梱包してもよい。なお、本開示の製造方法において、ストッパ１２や梱包材１３は必須でなく、ナットユニット１０をそのまま搬送してもよい。

ねじ軸準備工程Ｓ２は、ねじ軸２の軌道面２ａに定数である基準値を予め設定しておき、その製造誤差（ばらつき）が所定の管理幅内にあるか否かを確認し、管理幅の要件を満たすねじ軸２を準備する工程である。所定の基準値に対し管理幅内にあるか否かは、マスタとなるマスタナットをねじ軸に組み付け、ナットを固定し、マスタねじ軸の軸方向の移動距離（軸方向隙間）を測定する方法が挙げられる。また、ねじ溝を測定し、ボール中心径（ＢＣＤ：ｂａｌｌＣｉｒｃｌｅＤｉａｍｅｔｅｒ）を想定して判断する方法が挙げられる。また、所定の管理幅を満たすねじ軸２を、ねじ軸準備工程Ｓ２が実施された敷地１０１から、組み立て工程Ｓ３が実施される敷地１０２に搬送して本工程が終了する。

なお、実施形態で挙げたねじ軸２は、図６に示すように、ねじ軸２の軸方向の一部に、外周軌道面２ａが設けられているが、本開示はこれに限定されない。例えば、図７に示すように、軸方向の全てに外周軌道面２ａが設けられたねじ軸２Ａであってもよい。または、図８に示すように、外周軌道面２ａと、ねじ軸２Ｂを他の部品に固定する固定面２ｂと、雄ねじ部２ｃとその他加工部位の全部、または一部を有するねじ軸２Ｂであってもよい。なお、固定面２ｂは、ねじ軸２Ｂとともに軸方向に移動する部品が嵌合する面である。そして、雄ねじ部２ｃに螺合するナットが、固定面２ｂに嵌合する部品の脱落を防止する。また、本開示のねじ軸準備工程Ｓ２において、敷地１０１内に準備されるねじ軸２は、敷地１０１で製造されたものであってもよい。若しくは、購入により（他国から輸入した場合も含む）敷地１０１以外のところから敷地１０１内に搬入されたねじ軸２をであってもよく、特に限定されない。

組み立て工程Ｓ３は、敷地１０２において、ナットユニット１０とねじ軸２とを組み合わせてボールねじ装置１を組み立てる工程である。組み合わせ方法は、図９に示すように、所定の基準値とその管理幅で製造した複数個あるナットユニット１０のうちから任意に１つのナットユニット１０をピックアップ（選択）し、ストッパ１２や梱包材１３を外す。同様に、所定の基準値とその管理幅で製造した複数個あるねじ軸２のうちから任意に１つのピックアップ（選択）したねじ軸２の端部を挿入する。そして、ナット３を固定し、図９の矢印Ａで示すように、ねじ軸２を回転させる。これにより、ナット３に充填されたボール４がねじ軸２の外周軌道面２ａに入り込み、ねじ軸２が次第にナット３に入り込む。この結果、仮軸１１は、ねじ軸に押し出される（図９の矢印Ｂ参照）。そして、ねじ軸２がナット３を貫通する程度、ねじ軸２を回転させると、ボールねじ装置１の組み立てが完了し、組み立て工程Ｓ３が終了する。

以上、実施形態のボールねじ装置の製造方法は、ナットユニット準備工程Ｓ１と、ねじ軸準備工程Ｓ２と、組み立て工程Ｓ３と、を含む。ナットユニット準備工程Ｓ１は、内周軌道面３ａが設けられたナット３に循環部品、ボール４、及びボール４の脱落防止のための仮軸１１を組み付けてナットユニット１０を製造する。ねじ軸準備工程Ｓ２は、外周軌道面２ａが設けられたねじ軸２を準備する。組み立て工程Ｓ３は、ナットユニット準備工程Ｓ１とねじ軸準備工程Ｓ２の後に、所定の基準値とその管理幅で製造した任意のナットユニット１０の仮軸１１を所定の基準値とその管理幅で製造した任意のねじ軸２に交換し、ボールねじ装置１を製造する。

実施形態の製造方法によれば、ねじ軸２の軌道面２ａやナットユニット１０の軌道面のボール中心径が、所定の規格に準じた設定値から管理幅にあるか否か管理されており、組み立てられたボールねじ装置１も同様な設定値のものをピックアップして組み立てているため、規格による軸方向隙間等を満たす。さらには、組み付け後のねじ軸２またナットユニット１０が損傷した場合は、同じ規格の新しいねじ軸２またはナットユニットと交換しても、所定規格の軸方向隙間を満たし、再組立てが容易となる。また、ナットユニット１０には、予めボール４が組み付けられているため、組み立て工程では、規格を満たすボール径の調整の手間を省ける。さらに組み立て工程では、同じ規格のねじ軸２とナットユニット１０であれば任意に組み立てることができ、ねじ軸２とナットユニット１０の組み合わせを選別したり、調整したりする手間も省ける。さらに、組み立ての自動化も簡易に実現できる。

また、実施形態の前記ナットユニット準備工程Ｓ１は、仮軸１１がナット３から脱落することを防止するストッパ１２を仮軸１１の両端部に取り付ける。若しくは、変形例１のように、ナットユニット準備工程Ｓ１は、仮軸１１がナット３から脱落することを防止するため、梱包材１３でナットユニットを覆う。

これによれば、敷地１００から敷地１０２にナットユニット１０を搬送する際、仮軸１１の脱落が防止される。

以上、実施形態について説明したが、実施形態で製造されるボールねじ装置１の規格設定ついては、軸方向隙間が０．０５ｍｍ以下となっているが、本開示のボールねじ装置は、軸方向隙間が０．０５ｍｍ以下のものに限定するものではない。よって、軸方向隙間が０．０５ｍｍを超えるものであってもよい。一方で、本開示のボールねじ装置は、精密級ボールねじの実用性を踏まえ、軸方向隙間の規格は０．０５ｍｍ以下、０．０２ｍｍ以下、０．００５ｍｍ以下、若しくは、予圧が付与されたボールねじ装置（軸方向隙間が０ｍｍ以下のもの）であってもよく、ボールねじ装置のグレードに合わせて適用が可能である。

また、各工程が実施される敷地１００、１０１、１０２は、同じ工場内で異なる場所を指したり、若しくは、互いに遠く離れた別々の工場を指したりしてもよく、特に限定されない。さらに、敷地１０２については必ずしも製造側所有の敷地に限定されない、代理店、加工拠点、ユーザー、その他側の敷地内であてもよい。また、本開示において、ナットユニット準備工程Ｓ１とねじ軸準備工程Ｓ２と組み立て工程Ｓ３は、同一の敷地であってもよい。つまり、組み立て工程Ｓ３を行う敷地１０２で、ナットユニット準備工程Ｓ１とねじ軸準備工程Ｓ２を行ってもよい。言い換えると、ナットユニット準備工程Ｓ１は、Ａ国で製造されたナットユニット１０を輸入し、組み立て工程Ｓ３を行う敷地１０２に搬入することで、ナットユニット１０を準備してもよい。同様に、ねじ軸準備工程Ｓ２は、Ｂ国で製造されたねじ軸２を輸入し、組み立て工程Ｓ３を行う敷地１０２に搬入することで、ねじ軸２を準備してもよい。

１ボールねじ装置
２、２Ａ、２Ｂねじ軸
２ａ外周軌道面
３ナット
３ａ内周軌道面
４ボール
１０ナットユニット
１１仮軸
１２ストッパ
１３梱包材
Ｓ１ナットユニット準備工程
Ｓ２ねじ軸準備工程
Ｓ３組み立て工程

Claims

内周軌道面が設けられたナットに循環部品、ボール、及び前記ボールの脱落防止のための仮軸を組み付けられたナットユニットを準備するナットユニット準備工程と、
外周軌道面が設けられたねじ軸を準備するねじ軸準備工程と、
前記ナットユニット準備工程と前記ねじ軸準備工程の後に、任意の前記ナットユニットの仮軸を任意の前記ねじ軸に交換し、ボールねじ装置を製造する組み立て工程と、
を含む
ボールねじ装置の製造方法。
前記ナットユニット準備工程は、前記仮軸が前記ナットから脱落することを防止するストッパを前記仮軸の両端部に取り付ける
請求項１に記載のボールねじ装置の製造方法。
前記ナットユニット準備工程は、前記仮軸が前記ナットから脱落することを防止するため、梱包材でナットユニットを覆う
請求項１に記載のボールねじ装置の製造方法。
前記ボールねじ装置は、前記ねじ軸と前記ナットユニットの軸方向隙間が０．０５ｍｍ以下である
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のボールねじ装置の製造方法。
前記ボールねじ装置は、前記ねじ軸と前記ナットユニットの軸方向隙間が０．０２ｍｍ以下である
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のボールねじ装置の製造方法。
前記ボールねじ装置は、前記ねじ軸と前記ナットユニットの軸方向隙間が０．００５ｍｍ以下である
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のボールねじ装置の製造方法。
前記ボールねじ装置は、前記ねじ軸と前記ナットユニットの軸方向隙間が０ｍｍ以下である
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のボールねじ装置の製造方法。