JP2508564Y2

JP2508564Y2 - ボ―ルねじ装置

Info

Publication number: JP2508564Y2
Application number: JP1437791U
Authority: JP
Inventors: 雅幸片平
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1996-08-28
Anticipated expiration: 2006-03-13
Also published as: JPH04110255U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、工作機械，スカラー型
ロボットその他の産業機械装置用のアクチュエータとし
て好適に利用できるボールねじ装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のボールねじ装置として
は、例えば特開平１−２２９１６０号公報に示されるも
のがある。このものは、図４に示されるように、単一の
軸体の外周面にボールねじ溝３とボールスプライン溝４
とを重複させて形成した軸２に、多数のボール２６を介
してボールねじナット５を嵌合すると共に、多数のボー
ル３０を介してボールスプラインナット６を嵌合し、さ
らに上記両ナット５，６を同一のハウジング１２に対し
それぞれ一対のサポートベアリングＢｒを介して回転自
在に組付けると共に、上記両ナット５，６をおのおの独
立に駆動するための伝動部材２３を備えている。しかし
て、前記各ナット５，６をそれぞれ支持する一対のサポ
ートベアリングＢｒ同士を背面組合せに配設し、その両
ベアリング間に間座３１を介装して引張り予圧を付与す
ることで、軸体が往復運動時に急停止した場合もベアリ
ング転動体の弾性変形によるガタつきが発生しないよう
にしている。しかし、間座３１の薄肉化はできないため
必然的に外径が大きくなり、且つまたナット５，６の長
手寸法も長くなり、ひいてはボールねじ装置全体が大形
化せざるを得なかった。そこで本出願人は、間座を用い
ずに予圧を付与できる構造を開発して先に出願した（特
願平２−４０５７６６号）。このものは、図５に示され
るように、軸２に装着されたボールねじナット５とボー
ルスプラインナット６をサポートベアリング部Ｂｒを介
してハウジング１２に回転自在に支承するボールねじ装
置において、ボールねじナット５とボールスプラインナ
ット６との外周面にそれぞれサポートベアリング部Ｂｒ
の内輪溝１０，１１を形成すると共に、サポートベアリ
ング部Ｂｒの外輪溝１５，１７をハウジング１２の内周
面に前記内輪溝１０，１１の溝間隔とはやや異ならせて
形成したものである。内外輪溝に挿入された転動体１８
には、溝間ピッチＰ_1,Ｐ_2,Ｐ_3,Ｐ₄の差異に応じて予圧
が付与されることとなり、間座は不要で、小型化し易
い。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】先の出願（特願平２−
４０５７６６号）に係るボールねじ装置は、サポートベ
アリング部Ｂｒに転動体１８を組み込む手段として、ハ
ウジング１２の内周面の外輪溝１５，１７からハウジン
グ外周面に貫通させた転動体挿入孔７を設け、これから
転動体１８を内外両溝１０，１５（１１，１７）間に挿
入した後、挿入孔７をコマ８で塞いでいた。ところでボ
ールねじ装置の場合、サポートベアリング部Ｂｒのｄ_m
Ｎ値（ｄ_m：軸受内径と外径との平均値mm、Ｎ：回転数
rpm ）が１５万前後で使用されることが多く、高速回転
で転動体１８には大きな遠心力が発生する。その転動体
１８が挿入孔７を塞いだコマ８の端面に絶えず衝撃を与
え、コマ８が緩むおそれがある。そのため、コマ８は金
属製とされネジあるいは接着剤を利用して強固に固定す
る必要があった。

【０００４】しかしコマ８の抜け止めに十分な量の接着
剤を充填できる容積の挿入孔７にするとハウジング１２
の外径が大きくなり、かといってネジ固定にすると更に
ハウジング外径が大きくなってしまい、結局ボールねじ
装置の小型軽量化に自ずから限度が生じていた。

【０００５】また、ハウジング１２の内周の外輪溝１
０，１１の面に開口する転動体挿入孔７の端縁とコマ８
の端面との間には段差ができ易く、この段差に高速回転
する転動体１８が衝突することによるガタつきや摩耗が
発生するなど、ボールねじ装置の機能面，耐久性の点で
なお改善の余地があった。

【０００６】さらに、ボールねじナット５やボールスプ
ラインナット６を回転駆動するための駆動プーリ２３を
取り付ける取付用フランジを各ナットに設ける必要があ
るが、その取付用フランジの位置が外輪溝面の転動体挿
入孔に拘束され、その結果駆動プーリ位置が限定されて
しまい使い勝手がわるくなるという問題点があった。本
考案は、上記従来の問題点を解決することを課題とする
ものであり、転動体挿入孔を高速回転する転動体が衝突
しない位置に設けることにより、コマの固定強度を下
げ、ハウジングを薄肉化して、より小型軽量で、しかも
機能性，耐久性に優れ、かつ使い勝手が良いボールねじ
装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本考案のボールねじ装置
は、ボールねじ溝とボールスプライン溝とを有するボー
ルねじ軸にボールねじナットとボールスプラインナット
とがボールを介して螺着され、ボールねじナットとボー
ルスプラインナットとは、ベアリング部の転動体の転動
を介して回転可能にハウジングの内面に支持されている
ボールねじ装置において、ハウジングの内周面にベアリ
ング部の外輪溝を形成し、ボールねじナットの外周面と
ボールスプラインナットの外周面とにベアリング部の内
輪溝をそれぞれ形成すると共に、ナット内周からベアリ
ング部の各内輪溝に通じる転動体挿入孔を形成し、この
挿入孔をコマで塞いだことを特徴とする

【０００８】

【作用】転動体挿入孔をベアリング部の外輪側ではなく
内輪溝側に設けたので、外輪側となるハウジングの肉厚
を必要最小限に設定して外径を縮小することが可能とな
り、小型軽量化が容易である。こうした構成部品の小型
軽量化により、ボールねじ装置を軽量にすれば、これが
組み込こまれた装置のイナーシャが低減される。

【０００９】また、高速回転する転動体の遠心力が転動
体挿入孔に作用することがないから、転動体挿入孔を塞
ぐコマの固定をそれほど強固にする必要がないばかり
か、転動体挿入孔の端縁とコマの端面との間の段差に転
動体が衝突してガタつきや摩耗が発生することもなく、
機能性，耐久性が向上する。

【００１０】また、駆動プーリ取付用フランジの位置が
転動体挿入孔に拘束されないから、駆動プーリ位置の自
由度が増えて使い勝手が良くなる。コマ自体も軽く且つ
簡単に取り付け可能なもので良く、コマを合成樹脂製に
すれば軽量で低コストに量産することも容易になり、且
つコマの固定を圧入固定式にすることも可能となり、組
立工数を低減させて生産性の向上が果たせる。

【００１１】

【実施例】以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明
する。図１ないし図２は本考案の第１の実施例である。
図１にボールねじ装置１の概要を示す。図中、２はボー
ルねじ軸であり、このボールねじ軸２には、ゴシックア
ーチ溝からなる螺旋状のボールねじ溝３と共に軸方向に
直線状のボールスプライン溝４が形成されていて、ボー
ルねじナット５とボールスプラインナット６とがそれぞ
れ装着されている。

【００１２】ボールねじナット５は、ゴシックアーチ溝
からなるボールねじ溝３に対応するゴシックアーチ形状
の図示されないボールねじ溝を内周面に有しており、そ
のナットのボールねじ溝と前記ボールねじ軸２のボール
ねじ溝３との間に図示されない多数のボールが転動自在
に介装されている。しかして、ボールねじナット５に
は、図示しないがそれらのボールの循環路が形成されて
おり、ボールはボールねじ軸２とボールねじナット５と
の相対回転と共にねじ溝内を転動しつつ螺旋状に移動
し、ねじ溝を１回半ないし３回半回ってからナット内の
戻し通路を経て元の位置に戻り、循環を繰り返す公知の
構造になっている。そして上記ボールねじナット５の円
筒状の外周面には、ゴシックアーチ溝からなるベアリン
グ内輪溝１０が２条平行に、間隔Ｐ₁を隔てて形成され
ている。

【００１３】一方、ボールスプラインナット６は、ボー
ルねじ軸２に沿って直線的に延びるボールスプライン溝
４に対応する図示されないボールスプライン溝を内周面
に有しており、そのナットのボールねじ溝と前記ボール
ねじ軸２のボールねじ溝３との間に図示されない多数の
ボールが転動自在に介装されている。しかして、ボール
スプラインナット６には、図示しないがそれらのボール
の循環路が形成されており、ボールはボールねじ軸２と
ボールスプラインナット６との相対的な直線移動と共に
ねじ溝内を転動しつつ直線方向に移動し、ナット端部に
至ってナット内の戻し通路に入りＵターンして元の位置
にもどり循環を繰り返す構造になっている。そして上記
ボールスプラインナット６の円筒状の外周面にも、やは
りゴシックアーチ溝からなるベアリング内輪溝１１が２
条平行に、間隔Ｐ₂を隔てて形成されている。

【００１４】ボールねじ軸２に螺合されたボールねじナ
ット５とボールスプラインナット６の外周には共通のハ
ウジング１２が被せてある。このハウジング１２は、内
ハウジング１２Ａと、外ハウジング１２Ｂとからなる２
重構造を有する。内ハウジング１２Ａは一端にフランジ
１３を有すると共に、内周面１４には、前記ボールねじ
ナット５のベアリング内輪溝１０に対応させてゴシック
アーチ形状のベアリング外輪溝１５が２条平行に、間隔
Ｐ₃を隔てて形成されている。また、前記ボールスプラ
インナット６の方の内ハウジング１２Ａの内周面１４に
は、ベアリング内輪溝１１に対応する同じくゴシックア
ーチ形状のベアリング外輪溝１７が２条平行に、間隔Ｐ
₄を隔てて形成されている。そしてベアリング内輪溝１
０とベアリング外輪溝１５とでなる溝空間、及びベアリ
ング内輪溝１１とベアリング外輪溝１７とでなる溝空間
に、それぞれ多数のベアリングボール１８が装着されて
いる。

【００１５】ベアリング内輪溝１０，ベアリング外輪溝
１５，ベアリングボール１８並びにベアリング内輪溝１
１，ベアリング外輪溝１７，ベアリングボール１８で、
それぞれボールベアリング部Ｂｒが構成されている。ボ
ールねじナット５とボールスプラインナット６がそのボ
ールベアリング部Ｂｒの内輪を兼用し、ハウジング１２
の内ハウジング１２ＡはそのボールベアリングＢｒの共
通の外輪を兼用している。

【００１６】ボールねじナット５側のベアリング外輪溝
１５の溝間隔Ｐ₃は、対応するベアリング内輪溝１０の
溝間隔Ｐ₁より僅かに大きい（Ｐ₁＜Ｐ₃)。また、ボー
ルスプラインナット６側の前記ベアリング外輪溝１５の
溝間隔Ｐ ₄ は、対応するベアリング内輪溝１０の溝間隔
Ｐ ₂より僅かに大きい（Ｐ₂＜Ｐ₄)。このようにベアリ
ング内外輪溝の溝間隔をオフセットさせることにより、
夫々のボールベアリング部Ｂｒに対して引張り予圧を付
与している。

【００１７】上記ボールねじナット５の各ベアリング内
輪溝１０、及びボールスプラインナット６の各ベアリン
グ内輪溝１１の溝面には、図２に示すようにそれぞれの
ナット内周面に貫通させた転動体挿入孔１９が、各溝毎
に少なくとも１個づつ設けられている。この転動体挿入
孔１９はベアリングボール１８が楽に挿通できる大きさ
であり、途中に段部１９ａを設けてナット内周面側の直
径がいくらか拡張されている。そのナット内周面側から
所定数のベアリングボール１８を挿入した後、コマ２０
を埋め込んでベアリングボール挿入孔１９を塞ぐ。コマ
２０は合成樹脂製で、前記転動体挿入孔１９の段部１９
ａと係合する段部２０ａと共に、軸方向に延びる複数本
の凸条２０ｂを外周面に有している。また、コマ２０の
先端２０ｃはボールねじナット５（ボールスプラインナ
ット６）のベアリング内輪溝１０（１１）の溝面形状に
合わせた形状とされて段差を防止し、ベアリングボール
１８の滑らかな転動を確保している。コマ２０の後端面
２０ｄは、対向する軸２の軸面２ａに合わせた凹面形状
とされ、更にその端縁には平らに面取りした面取り部２
０ｅが設けられている。

【００１８】ボールねじナット５及びボールスプライン
ナット６の外周端部付近には、リング状のプーリ取付用
フランジ２２がそれぞれ設けられており、これにプーリ
２３がおのおの取付けられる。このプーリ２３は精密伝
動用のタイミングベルト２４を介して図外の駆動装置に
より回転駆動されるようになっている。

【００１９】次に作用を述べる。上記のボールねじ装置
１のボールねじナット５及びボールスプラインナット６
への、ベアリングボール１８の組み込みは、転動体挿入
孔１９を利用して行う。すなわち、ハウジング１２にボ
ールねじナット５，ボールスプラインナット６を挿入し
た後、各ナット５（６）の内周面側から転動体挿入孔１
９を介して、所定数のベアリングボール１８をベアリン
グ内輪溝１０（１１）とベアリング外輪溝１５（１７）
とで構成される溝空間に順次送り込む。次いで、コマ２
０を各ナット５（６）の内周面側から装着して転動体挿
入孔１９を塞ぐ。この合成樹脂製のコマ２０の装着は圧
入によって行うことができる。この圧入でコマ２０の外
周面の凸条２０ｂが潰されて、コマ２０は転動体挿入孔
１９に固く嵌合する。このようにコマ２０は圧入で簡単
に固定できるから、従来のねじ込みや接着剤による固定
に比べて工程が簡単で作業時間が大幅に短縮される。

【００２０】圧入されたコマ２０の段部２０ａは転動体
挿入孔１９の段部１９ａに係止して、遠心力によるコマ
抜けを防止する。もっとも、コマ２０を内輪側にしたた
め負荷される遠心力は小さく、必ずしも段部２０ａは必
要ではない。

【００２１】このように転動体挿入孔１９をベアリング
内輪溝１０，１１の方に設けたため、ベアリングボール
１８の高速回転時の大きい遠心力が直接に加わるベアリ
ング外輪溝１５，１７は平滑に形成することができ、円
滑なベアリングボール１８の転動が保証される。更に、
コマ２０に影響されずに、ベアリング外輪であるハウジ
ング１２Ａの厚みを軸受強度上必要な最小肉厚に形成す
れば良いから、コンパクトな設計が可能になる。

【００２２】ベアリングボール１８が挿入された後、ボ
ールねじナット５．ボールスプラインナット６はボール
ねじ軸２に取り付けられる。コマ２０の後端面２０ｄ
は、図２に示すようにボールねじ軸２の軸面２ａとすき
ま間隔Ｓを介して対向する。このすきま間隔Ｓは、コマ
２０の面取り部２０ｅにおいて末広がりに拡大されてお
り、そのくさび効果によって、ボールねじ軸２に塗布さ
れているグリースが回転時にすきま間隔Ｓに容易に押し
込まれると同時に、圧力が高まる。そのため、ボールね
じ装置１の運転中の微振動などで、たとえコマ２０の圧
入が緩んで軸２の方に移動しようとしても、すきま間隔
Ｓ内のグリースの高圧により強制的に浮上させられるこ
ととなり、軸２との接触を阻止することができる。

【００２３】組み立てたボールねじ装置１は、例えばハ
ウジング１２を図外の工作機械やロボット等の取付部に
固定して装着し、タイミングベルト２４を介してプーリ
２３を回転駆動させることで、ボールねじ軸２を駆動せ
しめる。ボールねじナット５のみを回転させれば、ボー
ルねじ軸２は軸方向に運動する。ボールスプラインナッ
ト６のみを回転させれば、ボールねじ軸２は回転運動を
伴って軸方向に運動する。またボールねじナット５とボ
ールスプラインナット６とを共に同じ回転数で同方向に
回転させれば、ボールねじ軸２は軸方向の運動をせずに
回転運動のみを行う。ボールねじナット５とボールスプ
ラインナット６とを異なる回転数で駆動すれば、ボール
ねじ軸２は回転運動と軸方向運動との複合された運動と
なる。回転方向を逆とすれば、各運動も逆方向となる。
これらの運動に際して、ボールベアリング部Ｂｒには予
圧が付与されているから、ボールねじ軸２のガタつきは
阻止され、ボールねじ軸２の円滑な運動と高い位置決め
精度が確保できる。

【００２４】図３に、第２の実施例を示す。この実施例
は、ボールねじナット５におけるコマ２０の後端面２０
ｄに、ボールねじナット５のボール２６の循環路の戻し
通路２６が形成されている点が上記第１の実施例とは異
なっている。ボール２６は、ボールねじ軸２とボールね
じナット５との相対回転と共にねじ溝を転動しつつ螺旋
状に移動してからナット内の戻し通路２７を経て元の位
置に戻り、循環を繰り返す。コマ２０の後端面２０ｄ
は、常時、ボール２６で支持されており、コマ２０の内
周面側への抜けが防止できる利点がある。また、コマ２
０に圧入用の凸条２０ｂを設ける必要がないから、その
分コスト低減される。

【００２５】この実施例のコマ構造は、ボールねじ軸２
の面に形成されたねじ溝のピッチが小さくて、且つボー
ルねじ軸２のねじ溝３内のボール２６がボールねじ軸２
を１回半回ってから戻し通路２７を経て元の位置に戻る
循環を繰り返すタイプのボールねじ装置に好適である。

【００２６】その他の作用・効果は上記第１の実施例と
ほぼ同様である。

【００２７】

【考案の効果】以上説明したように本考案のボールねじ
装置は、ハウジングの内周面にベアリング部の外輪溝を
形成し、ボールねじナットの外周面とボールスプライン
ナットの外周面とにベアリング部の内輪溝をそれぞれ形
成すると共に、ナット内周からベアリング部の各内輪溝
に通じる転動体挿入孔を形成し、これを塞ぐコマを挿入
したものとした。そのため、次のような効果が得られ
る。

【００２８】外輪側となるハウジングの肉厚を、転動
体挿入孔とは無関係に必要最小限にして外径を縮小する
ことが可能となり、小型軽量化が容易である。こうした
構成部品の小型軽量化により、ボールねじ装置を軽量に
すれば、これが組み込こまれた装置のイナーシャが低減
される。

【００２９】高速回転する転動体は、転動体挿入孔の
ない滑らかな外輪溝内を転動するから、ガタつきや摩耗
が発生しにくく、機能性，耐久性が向上する。転動体挿入孔を塞いだコマには転動体の遠心力が作用
しない。よってコマ自体を合成樹脂製にすることがで
き、組立工数を低減させて生産性の向上が果たせる。

【００３０】駆動プーリ取付用フランジの位置が転動
体挿入孔に拘束されないから、駆動プーリ位置の自由度
が増えて使い勝手が良くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のボールねじ装置の第１の実施例の縦断
面図。

【図２】図１のII部拡大断面図。

【図３】本考案のボールねじ装置の第２の実施例を示す
図２相当断面図。

【図４】従来のボールねじ装置の一例の縦断面図。

【図５】先の出願に係るボールねじ装置の縦断面図。

【符号の説明】

１ボールねじ装置２ボールねじ軸３ボールねじ溝４ボールスプライン溝５ボールねじナット６ボールスプラインナット１０，１１ベアリング内輪溝１２ハウジング１５，１７ベアリング外輪溝１８転動体Ｂｒベアリング部１９転動体挿入孔２０コマ

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ボールねじ溝とボールスプライン溝とを
有するボールねじ軸にボールねじナットとボールスプラ
インナットとがボールを介して螺着され、ボールねじナ
ットとボールスプラインナットとは、ベアリング部の転
動体の転動を介して回転可能にハウジングの内面に支持
されているボールねじ装置において、前記ハウジングの
内周面に前記ベアリング部の外輪溝を形成し、前記ボー
ルねじナットの外周面と前記ボールスプラインナットの
外周面とに前記ベアリング部の内輪溝をそれぞれ形成す
ると共に、ナット内周から該ベアリング部の各内輪溝に
通じる転動体挿入孔を形成し、該挿入孔に該孔を塞ぐコ
マを挿入したことを特徴とするボールねじ装置。