JP2808683B2 - Ball screw preloading device - Google Patents
Ball screw preloading deviceInfo
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- JP2808683B2 JP2808683B2 JP1174969A JP17496989A JP2808683B2 JP 2808683 B2 JP2808683 B2 JP 2808683B2 JP 1174969 A JP1174969 A JP 1174969A JP 17496989 A JP17496989 A JP 17496989A JP 2808683 B2 JP2808683 B2 JP 2808683B2
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- nut
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
- F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
- F16H25/20—Screw mechanisms
- F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
- F16H25/2204—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls
- F16H2025/2242—Thread profile of the screw or nut showing a pointed "gothic" arch in cross-section
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ステッパなど揺動を伴う高精度位置決め用
装置の送りねじとして用いられるボールねじの予圧装置
に関し、特にねじの摩耗による精度寿命の低下を改良し
たものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ball screw preloading device used as a feed screw of a high-precision positioning device involving swinging such as a stepper, and more particularly, to a precision life due to screw wear. It is an improvement of the drop.
一般に、ボールねじで高精度の位置決めを行う場合
は、ボールねじの軸方向のすきまを零とし、さらに軸方
向荷重に対する弾性変位量を小さくし剛性を高めるため
の手段として、ボールねじに予圧を付与する。In general, when performing high-precision positioning with a ball screw, preload is applied to the ball screw as a means to reduce the axial clearance of the ball screw to zero and to further reduce the amount of elastic displacement with respect to the axial load and increase rigidity. I do.
その予圧方式に、シングルナット方式とダブルナット
方式とがある。前者はナットを１個だけ使用して予圧を
付与するものであり、後者はナット２個を使用して予圧
を付与するものである。The preloading method includes a single nut method and a double nut method. The former uses only one nut to apply a preload, and the latter uses two nuts to apply a preload.
シングルナット方式の場合は、ボール溝空間より大き
なボールを使用するとか、又はナット側のねじのリード
を部分的に軸側より大きくするなどしてボールとのすき
まをマイナスにして予圧を付与する。そのため、圧縮方
向にも引張り方向にも剛性があり、揺動運動時のトルク
特性に優れていて、高い周波数による制御に適してい
る。In the case of the single nut type, a preload is applied by using a ball larger than the ball groove space or by making the lead of the screw on the nut side partially larger than the shaft side to make the clearance with the ball minus. Therefore, it has rigidity in both the compression direction and the tension direction, has excellent torque characteristics at the time of oscillating motion, and is suitable for control at a high frequency.
ダブルナット方式には、定位置予圧方式のものと定圧
予圧方式のものとがある。定位置予圧方式の場合は、共
通のねじ軸に螺合した両ナットの間に間座を介挿するこ
とにより引張り方向の又は圧縮方向の荷重をかけて予圧
を付与するもので、前記シングルナット同様の利点があ
る。The double nut type includes a fixed position preload type and a constant pressure preload type. In the case of the fixed position preloading method, a preload is applied by applying a load in the tension direction or the compression direction by inserting a spacer between both nuts screwed to a common screw shaft, and the single nut is used. There are similar advantages.
これに対して、定圧予圧のダブルナット方式の場合
は、共通のねじ軸に螺合した両ナットにバネを介挿して
引張り方向の荷重をかけることにより予圧を付与する。
ボールやねじ溝の摩耗をバネの弾性変位で吸収できるた
め、精度低下が殆どないという利点がある。On the other hand, in the case of the double nut system of constant pressure preload, a preload is applied by applying a load in the tension direction by inserting a spring into both nuts screwed to a common screw shaft.
Since the wear of the ball and the thread groove can be absorbed by the elastic displacement of the spring, there is an advantage that the accuracy is hardly reduced.
上記従来のシングルナット方式及び定位置予圧のダブ
ルナット方式は、ステッパなどのように揺動運転を繰り
返す場合の用途に適しているが、ボールやねじ溝が摩耗
するとボールと溝面との間にプラスのすきまが生じてい
わゆる予圧抜け現象が発生するから、精度寿命が短いと
いう問題点があった。The above-mentioned conventional single nut method and fixed position preload double nut method are suitable for applications where the swinging operation is repeated like a stepper, but if the ball or screw groove wears out, the gap between the ball and the groove surface will be lost. Since a so-called preload loss phenomenon occurs due to a positive clearance, there is a problem that the accuracy life is short.
一方、定圧予圧のダブルナット方式では、ナット剛性
がシングルナット方式や定位置予圧のダブルナット方式
に比し小さいが、予圧抜け現象は発生しない。On the other hand, in the double nut method of the constant pressure preload, the nut rigidity is smaller than that of the single nut method and the double nut method of the fixed position preload, but the preload loss phenomenon does not occur.
そこで本発明は、上記従来の問題点に着目してなされ
たものであり、その目的とするところは、高剛性であ
り、揺動時のトルク特性が優れ、しかも予圧抜け現象が
ないことに加えて、精度寿命も長いボールねじの予圧装
置を提供することにある。Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and aims at high rigidity, excellent torque characteristics at the time of swing, and no preload loss phenomenon. Another object of the present invention is to provide a ball screw preloading device having a long precision life.
上記目的を達成するため、本発明の第１の発明は、共
通のねじ軸に多数のボールを介して螺合する第１のナッ
ト及び第２のナットを有し、両ナットの相対回転を阻止
すると共に両ナットに弾性部材を介挿して予圧を付与す
るようにしたボールねじの予圧装置であって、前記第１
のナットのボールねじ溝と前記ねじ軸のボールねじ溝と
の間には４点接触状態で予圧されたボールが組込まれ、
前記第２のナットのボーねじ溝と前記ねじ軸のボールね
じ溝との間には２点接触状態で予圧されたボールが組込
まれている。In order to achieve the above object, a first invention of the present invention has a first nut and a second nut screwed onto a common screw shaft via a number of balls, and prevents relative rotation of both nuts. A preloading device for a ball screw, wherein a preload is applied by interposing an elastic member between both nuts.
A ball preloaded in a four-point contact state is incorporated between the ball screw groove of the nut and the ball screw groove of the screw shaft,
A ball preloaded in a two-point contact state is incorporated between the bow screw groove of the second nut and the ball screw groove of the screw shaft.
又、第２の発明は、共通のねじ軸に多数のボールを介
して螺合する第１のナット及び第２のナットを有し、両
ナットの相対回転を阻止すると共に両ナットに弾性部材
を介挿して予圧を付与するようにしたボールねじの予圧
装置であって、前記第１のナットのボールねじ溝はナッ
トの中央位置近傍でねじのリードが所定量シフトされ、
該第１のナットのボールねじ溝と前記ねじ軸のボールね
じ溝との間には溝中心に対して異なった方向の荷重支持
線を有する２点接触状態で予圧されたボールが組込ま
れ、前記第２のナットのボールねじ溝と前記ねじ軸のボ
ールねじ溝との間には２点接触状態で予圧されたボール
が組込まれている。Further, the second invention has a first nut and a second nut that are screwed to a common screw shaft via a number of balls to prevent relative rotation of both nuts and to provide an elastic member to both nuts. A ball screw preloading device that interposes and applies a preload, wherein a ball screw groove of the first nut has a screw lead shifted by a predetermined amount near a center position of the nut,
A ball preloaded in a two-point contact state having a load support line in a different direction with respect to the groove center is incorporated between the ball screw groove of the first nut and the ball screw groove of the screw shaft, A ball preloaded in a two-point contact state is incorporated between the ball screw groove of the second nut and the ball screw groove of the screw shaft.
第１のナットのボールやボールねじ溝に摩耗が進行し
て、その結果予圧抜け発生すると、その時点で第１のナ
ットと第２のナットに介挿したバネの弾性力で、ナット
が変位して自動的に定圧予圧のダブルナットに切り替わ
る。かくして摩耗によるすきまの発生が阻止されて予圧
抜け現象が防止され、精度寿命を延長させることができ
る。When the wear of the ball and the ball screw groove of the first nut progresses, and preload loss occurs, the nut is displaced by the elastic force of the spring inserted between the first nut and the second nut at that time. Automatically switches to double nut with constant pressure preload. Thus, the generation of a clearance due to abrasion is prevented, the phenomenon of preload loss is prevented, and the precision life can be extended.
以下、本発明の実施例を図とともに説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は、本発明の第１実施例を示す縦断面である。
共通のねじ軸１に多数のボールＢを介して第１のナット
３と第２のナット４が螺合され、両ナット3,4間には弾
性部材としての２枚の皿バネ5Aが介挿されている。第１
のナット３は、一端側に取付け用フランジ６を有し、他
端側に皿バネ5Aを案内するスリーブ７が固着されてい
る。このスリーブ７には軸方向に複数のスライド用溝８
が設けられ、これに回り止めピン９が係合されている。
その回り止めピン９は、第２のナット４の一端に植設さ
れており、そのため両ナット3,4は相対回転が阻止され
ている。FIG. 1 is a longitudinal section showing a first embodiment of the present invention.
A first nut 3 and a second nut 4 are screwed onto a common screw shaft 1 via a number of balls B, and two disc springs 5A as elastic members are inserted between the nuts 3 and 4. Have been. First
The nut 3 has a mounting flange 6 on one end side, and a sleeve 7 for guiding the disc spring 5A is fixed on the other end side. The sleeve 7 has a plurality of sliding grooves 8 in the axial direction.
Is provided, and the detent pin 9 is engaged with this.
The detent pin 9 is implanted at one end of the second nut 4, so that the nuts 3 and 4 are prevented from rotating relative to each other.
上記ねじ軸１およびナット3,4のねじ溝は、ゴシック
アーチ溝形状を備えている。すなわち、中心の異なる２
つの円弧面でＶ字状に形成した溝とされている。そし
て、第１のナット３では、ボールＢはボール溝空間より
も僅かに大きな鋼球（オーバサイズボール）Boが使用さ
れており、ゴシックアーチ形ボール溝面に４点接触させ
ていわゆるオーバサイズボール方式で予圧を付与してい
る（第４図）。なおこの場合、作動性向上のため、第１
のナット３におけるオーバサイズボールBoの列に小径の
スペーサボールを交互に挿入してもよい。The screw grooves of the screw shaft 1 and the nuts 3 and 4 have a Gothic arch groove shape. That is, two different centers
The groove is formed in a V-shape with two arc surfaces. In the first nut 3, the ball B is a steel ball (oversized ball) Bo slightly larger than the ball groove space. The preload is applied by the method (FIG. 4). In this case, in order to improve the operability, the first
May be alternately inserted into the row of oversized balls Bo in the nut 3 of FIG.
一方、第２のナット４には、ボール溝空間よりも僅か
に小さいボールBsが使用され、ボール溝面とは２点接触
とされる。On the other hand, for the second nut 4, a ball Bs slightly smaller than the ball groove space is used, and the second nut 4 comes into two-point contact with the ball groove surface.
第２図に示したものは第１図の変形例であり、弾性部
材として皿バネ5Aに代えて圧縮コイルバネ5Bを使用して
いる。FIG. 2 shows a modification of FIG. 1, in which a compression coil spring 5B is used as an elastic member instead of the disc spring 5A.
又、第３図に示したものは更に他の変形例であり、弾
性部材としてウレタンゴム製部材5Cを使用している。な
お、10はキー溝11を有するハウジングであり、12は回り
止めキーである。FIG. 3 shows still another modification, in which a urethane rubber member 5C is used as an elastic member. Note that reference numeral 10 denotes a housing having a key groove 11, and reference numeral 12 denotes a detent key.
上記第１実施例およびその変形例にあっては、いずれ
も弾性部材5A,5B,5Cは圧縮されて装着され、第４図に示
されるように両ナット3,4間に引張り方向に定圧予圧力F
aoを与えている。なお、図中の鎖線Ｊは荷重支持線を表
し、矢符号Ｆは弾性部材のバネ力で合成された予圧力を
表したものである。第２のナット４側の予圧力Ｆがたと
え過大であっても、弾性部材5Bに吸収されるから、第１
のナット３側のボールBoは４点接触を維持できる。In the first embodiment and its modified examples, the elastic members 5A, 5B, 5C are all mounted by being compressed, and as shown in FIG. Pressure F
have given ao. Note that a chain line J in the figure represents a load support line, and an arrow symbol F represents a preload synthesized by the spring force of the elastic member. Even if the preload F on the second nut 4 side is excessive, it is absorbed by the elastic member 5B.
The ball Bo on the nut 3 side can maintain four-point contact.
かくして、初めは第１のナット３におけるオーバサイ
ズボールBoにより設定した予圧量で駆動される。すなわ
ちボールBoはボール溝面と４点接触しており、そのため
ナット剛性が高く且つ方向性がないから、各ナット3,4
がねじ軸１に対し揺動運動を繰り返す場合も、反転時に
低トルク状態になることがなく優れたトルク特性が得ら
れる。Thus, initially, the first nut 3 is driven by the preload set by the oversized ball Bo. That is, since the ball Bo is in contact with the ball groove surface at four points, the rigidity of the nut is high and there is no directionality.
Also, when the rocking motion is repeated with respect to the screw shaft 1, excellent torque characteristics can be obtained without a low torque state at the time of reversal.
しかして、ボールBoまたはボール溝面が摩耗すると、
ボールBoとボール溝面とのあいだにすきまが生じて４点
接触を保てなくなる。すると従来のオーバサイズボール
方式であれば、予圧抜け現象により適正予圧が付与でき
なくなり精度寿命が尽きる。しかしこの場合は、第５図
に示すように弾性部材5B（5A,5C）の弾性力により、第
１のナット３をねじ軸１に対して相対移動させる。これ
により第１のナット３のボールBoおよび第２のナット４
のボールBsをそれぞれボール溝面に２点接触させ、引張
り方向の予圧Faoを与えて、自動的にバネ予圧方式に切
り換わる。したがって、予圧抜け現象による精度劣化は
防止され、寿命を大幅に延長することができる。Then, when the ball Bo or ball groove surface wears,
A gap is created between the ball Bo and the ball groove surface, so that four-point contact cannot be maintained. Then, in the case of the conventional oversize ball method, an appropriate preload cannot be applied due to a preload loss phenomenon, and the accuracy life is exhausted. However, in this case, the first nut 3 is relatively moved with respect to the screw shaft 1 by the elastic force of the elastic members 5B (5A, 5C) as shown in FIG. Thereby, the ball Bo of the first nut 3 and the second nut 4
Are brought into contact with the ball groove surface at two points, and a preload Fao in the pulling direction is applied to automatically switch to the spring preload method. Accordingly, accuracy deterioration due to the preload loss phenomenon is prevented, and the life can be greatly extended.
第６図，第７図には第２実施例を示す。 6 and 7 show a second embodiment.
この実施例は、上記第１実施例のオーバサイズボール
予圧方式を、オフセットリード予圧方式に変えたもので
ある。In this embodiment, the oversized ball preload system of the first embodiment is changed to an offset lead preload system.
すなわち、第１のナット３に使用するボールは、第
２のナット４に使用するものと同様にボール溝空間より
も僅かに小さいボールBsとした。且つ、第１のナット
３のねじのリードｌを、中央位置近傍のみ僅かに大きく
（ｌ＋α）とすることにより、ねじ溝面を第７図に示す
ように左右にシフトさせた。そして、第１のナット３の
ボールねじ溝とねじ軸１のボールねじ溝との間には、溝
中心に対して異なった方向の荷重支持線J1,J2を有する
２点接触状態で予圧されたボールBsが組込まれている。That is, the ball used for the first nut 3 was a ball Bs slightly smaller than the ball groove space, like the ball used for the second nut 4. Further, the screw lead of the first nut 3 is slightly increased (l + α) only in the vicinity of the center position, so that the thread groove surface is shifted right and left as shown in FIG. The preload is applied between the ball screw groove of the first nut 3 and the ball screw groove of the screw shaft 1 in a two-point contact state having load support lines J 1 and J 2 in different directions with respect to the groove center. Ball Bs is incorporated.
こうして第１のナット３の２点接触のボールBsに引張
り方向の荷重ｆを与えて、ボールねじに予圧を付与して
いるから、オーバサイズボール方式の場合と同様に、ナ
ット剛性が高く且つ方向性もなくて、各ナット3,4がね
じ軸１に対し揺動運動を繰り返す場合も、反転時に低ト
ルク状態にならず優れたトルク特性が得られる。Thus, a load f in the tensile direction is applied to the ball Bs of the first nut 3 in two-point contact to apply a preload to the ball screw, so that the nut rigidity and the direction are high as in the case of the oversized ball method. Even when the nuts 3 and 4 repeatedly swing with respect to the screw shaft 1, the torque is not reduced to a low torque at the time of reversal, and excellent torque characteristics can be obtained.
しかして、第１のナット３のボールBsまたはボール溝
面が摩耗すると、予圧抜け現象により適正予圧が付与で
きなくなる。すると第１実施例の場合と同様、第１のナ
ット３のボールBsと第２のナット４のボールBsとの間で
弾性部材5B（5A,5C）の弾性力により引張り方向の予圧F
aoが与えられて、自動的に定圧予圧のバネ予圧方式に切
り換えられる。したがって、予圧抜け現象による精度劣
化は防止され、寿命を大幅に延長することができる。Thus, when the ball Bs or the ball groove surface of the first nut 3 is worn, a proper preload cannot be applied due to a preload loss phenomenon. Then, as in the case of the first embodiment, the preload F in the tension direction is applied between the ball Bs of the first nut 3 and the ball Bs of the second nut 4 by the elastic force of the elastic members 5B (5A, 5C).
Given ao, the system is automatically switched to the spring preload system of constant pressure preload. Accordingly, accuracy deterioration due to the preload loss phenomenon is prevented, and the life can be greatly extended.
なお、上記各実施例で示された弾性部材5B（5A,5C）
の介挿位置や、第1,第２の各ナット3,4におけるボール
の荷重支持線Ｊの方向等は実施例に限定されるものでは
なく、例えば第８図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ｅ）に模式的に示すような各種の変形が可能である。
15は弾性部材取付け案内軸である。The elastic member 5B (5A, 5C) shown in each of the above embodiments was used.
And the direction of the load supporting line J of the ball in each of the first and second nuts 3 and 4 are not limited to those in the embodiment. For example, FIG. 8 (a), (b), (C), (d),
Various modifications are schematically possible as shown in FIG.
Reference numeral 15 denotes an elastic member mounting guide shaft.
以上説明したように、本発明はダブルナット方式のボ
ールねじナットにおいて、一方のナットはシングルナッ
ト予圧方式と同様オーバサイズボール方式またはオフセ
ットリード方式とし、そのボールまたはボール溝が摩耗
したとき、弾性部材の弾性力により両ナットのボールに
引張り方向の定圧予圧を付与するものとした。そのた
め、圧縮方向にも引張り方向にも剛性があり、揺動運動
時のトルク特性に優れていて、高い周波数による制御に
適するというシングルナット予圧方式の特徴が十分に発
揮されると共に、摩耗による精度寿命の劣化が防止で
き、揺動を伴う高精度位置決めに最適なボールねじナッ
トの予圧方法が得られるという効果がある。As described above, the present invention relates to a double nut type ball screw nut, in which one nut is an oversized ball type or offset lead type as in the single nut preload type, and when the ball or the ball groove is worn, an elastic member is used. A constant pressure preload in the pulling direction is applied to the balls of both nuts by the elastic force of. Therefore, it has rigidity in both the compression direction and the tension direction, has excellent torque characteristics during oscillating motion, and is suitable for control at high frequencies. There is an effect that the deterioration of the life can be prevented and a ball screw nut preloading method that is optimal for high-precision positioning involving swinging can be obtained.
第１図は本発明の第１実施例の縦断面図、第２図，第３
図はその変形例の側面図、第４図，第５図は第１図〜第
３図に示すものの作用を説明する模式断面図、第６図は
第２実施例の縦断面図、第７図はその作用を説明する模
式断面図、第８図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ｅ）は上記各実施例の他の態様を説明する要部の模式
断面図である。 １はねじ軸、３は第１のナット、４は第２のナット、5
A,5B,5Cは弾性部材、B,Bo,Bsはボール。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a first embodiment of the present invention, and FIGS.
4 and 5 are schematic sectional views for explaining the operation of those shown in FIGS. 1 to 3, FIG. 6 is a vertical sectional view of the second embodiment, and FIG. The figure is a schematic sectional view for explaining the operation, and FIGS. 8 (a), (b), (c), (d),
(E) is a schematic cross-sectional view of a main part explaining another aspect of each of the above embodiments. 1 is a screw shaft, 3 is a first nut, 4 is a second nut, 5
A, 5B and 5C are elastic members, and B, Bo and Bs are balls.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16H 25/22──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) F16H 25/22
Claims (2)
する第１のナット及び第２のナットを有し、両ナットの
相対回転を阻止すると共に両ナットに弾性部材を介挿し
て予圧を付与するようにしたボールねじの予圧装置であ
って、 前記第１のナットのボールねじ溝と前記ねじ軸のボール
ねじ溝との間には４点接触状態で予圧されたボールが組
込まれ、前記第２のナットのボールねじ溝と前記ねじ軸
のボールねじ溝との間には２点接触状態で予圧されたボ
ールが組込まれていることを特徴とするボールねじの予
圧装置。A first nut and a second nut screwed onto a common screw shaft via a number of balls to prevent relative rotation of both nuts and to insert elastic members into both nuts; A ball screw preloading device for applying a preload, wherein a ball preloaded in a four-point contact state is incorporated between a ball screw groove of the first nut and a ball screw groove of the screw shaft. A ball screw preloading device, wherein a ball preloaded in a two-point contact state is incorporated between a ball screw groove of the second nut and a ball screw groove of the screw shaft.
する第１のナット及び第２のナットを有し、両ナットの
相対回転を阻止すると共に両ナットに弾性部材を介挿し
て予圧を付与するようにしたボールねじの予圧装置であ
って、 前記第１のナットのボールねじ溝はナットの中央位置近
傍でねじのリードが所定量シフトされ、該第１のナット
のボールねじ溝と前記ねじ軸のボールねじ溝との間には
溝中心に対して異なった方向の荷重支持線を有する２点
接触状態で予圧されたボールが組込まれ、前記第２のナ
ットのボールねじ溝と前記ねじ軸のボールねじ溝との間
には２点接触状態で予圧されたボールが組込まれている
ことを特徴とするボールねじの予圧装置。A first nut and a second nut screwed onto a common screw shaft via a number of balls to prevent relative rotation of both nuts and to insert elastic members into both nuts; A ball screw preloading device for applying a preload, wherein a ball screw groove of the first nut has a lead of the screw shifted by a predetermined amount near a center position of the nut, and a ball screw groove of the first nut. A ball preloaded in a two-point contact state having a load support line in a different direction with respect to the groove center is incorporated between the ball screw groove of the screw shaft and the ball screw groove of the second nut. A ball screw preloading device, wherein a ball preloaded in a two-point contact state is incorporated between the ball screw groove of the screw shaft.
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|---|---|---|---|
| JP1174969A JP2808683B2 (en) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | Ball screw preloading device |
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| JP1174969A JP2808683B2 (en) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | Ball screw preloading device |
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