JP3844444B2

JP3844444B2 - ボールねじ式移動装置

Info

Publication number: JP3844444B2
Application number: JP2002113655A
Authority: JP
Inventors: 巌穂森本; 義政田中; 哲哉山田
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2022-04-16
Also published as: JP2003307264A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理炉に関する移動装置として用いられるボールねじ式移動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱処理炉は、設置面積を小さくするために上下２段構成とされたものや、縦に長い構造のもの等があり、かかる熱処理炉では被処理物を昇降させる昇降装置が必要である。このような昇降装置としては、例えばボールねじ式昇降装置が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のボールねじ式昇降装置では、ねじ軸の軸方向と、ボールねじナット及びこれと一体に昇降する昇降ユニットのガイドレールの案内方向とが、高精度（例えば軸長１ｍあたり１０μｍ程度）に平行を維持している必要がある。しかしながら、昇降ユニットとボールねじナットとが互いに固定されている従来のボールねじ式昇降装置では、部品寸法の製造誤差、取付誤差、偏荷重、重量物の昇降によるフレームの歪み等により、そのように高精度で組み付けを行うことは容易でなかった。また、熱処理炉特有の問題として、高温のため、部材が変形することもある。かかる理由から十分な精度が得られていない状態すなわち、ねじ軸とボールねじナットとの芯がずれている状態でボールねじ式昇降装置を使用すると、ねじ軸とボールねじナットとの間にモーメントが生じてボールやねじ部が傷つき、寿命の低下や異音の発生という問題を生じる。
【０００４】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、容易に組み付けを行うことができ、かつ、ねじ軸の軸方向と移動ユニットの移動方向との平行を高精度に維持できなくても支障なく使用することができるボールねじ式移動装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱処理炉に関する移動装置として用いられるボールねじ式移動装置であって、ねじ軸と、前記ねじ軸とボールねじを構成するボールねじナット部と、前記ねじ軸を貫通させる孔を有し、前記ボールねじナット部と係合して駆動される移動ユニットとを備え、前記ボールねじナット部と前記移動ユニットとの係合部における前記ねじ軸の外周より径方向外側の位置において、前記ボールねじナット部及び前記移動ユニットの少なくとも一方に、他方へ向けて前記ねじ軸の軸方向に凸形状の凸曲面が設けられ、前記移動ユニットは前記ボールねじナット部に固定されることなく前記凸曲面を介して前記ボールねじナット部に支持されることを特徴とする（請求項１）。
上記のように構成されたボールねじ式移動装置において、移動ユニットの現実の移動方向がねじ軸の軸方向と高精度な平行を維持していない場合でも、移動ユニットは凸曲面を介してボールねじナット部に支持されているだけなので、ねじ軸とボールねじナット部との間にモーメントは発生しない。従って、当該ボールねじ式移動装置は、ねじ軸の軸方向と移動ユニットの移動方向との平行を高精度に維持できなくても支障なく使用することができる。
【０００６】
上記ボールねじ式移動装置（請求項１）において、ねじ軸の軸方向をＹ方向とするとき、凸曲面は、Ｙ軸を含む一平面上への射影が凸形状を成す第１の凸曲面と、Ｙ軸を含み当該一平面と交差する他の平面上への射影が凸形状を成す第２の凸曲面とを、互いにＹ方向にずらして配置したものであってもよい（請求項２）。
この場合、上記一平面又は他の平面に沿ったいずれかの方向に移動ユニットが相対的に傾いても、ねじ軸とボールねじナット部との間にモーメントが発生することを防止できる。
【０００７】
上記ボールねじ式移動装置（請求項１）において、ボールねじから偏心した位置にねじ軸に平行な突起部が設けられ、この突起部は回転対称な先端形状を有し、この先端形状が凸曲面を成すものであってもよい（請求項３）。
この場合、ねじ軸の軸方向と交差するいかなる方向へ移動ユニットが相対的に傾いても、ねじ軸とボールねじナット部との間にモーメントが発生することを防止できる。また、凸曲面を有する部材の構造が簡素である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１及び図２はそれぞれ、ローラハース炉等の熱処理炉において被処理物を昇降させるために使用されるリフタの一例を示す正面図及び平面図である（但し、説明上必要でない部分は省略している。）。図において、当該リフタは、直方体状のフレーム１に、本発明の第１の実施形態によるボールねじ式昇降装置２を備えたものである。このボールねじ式昇降装置２は、モータ３（図２）及びその出力軸４と、出力軸４の回転を直交方向（図のＹ方向）に変換するギヤボックス５と、垂直に配置され、ギヤボックス５を介して回転駆動されるねじ軸６と、このねじ軸６とボールねじを構成するボールねじナット部７と、ボールねじナット部７によって昇降駆動される昇降ユニット８と、昇降ユニット８が水平を保って昇降し得るように案内する４つのガイドレール９（図２）とを備えている。昇降ユニット８には、例えばガラス基板等の被処理物Ｗが載せられる。なお、この例では、モータ３等の駆動部を上部に配置しているが、他の配置、例えば下部に配置してもよい。
【０００９】
図３は、上記ボールねじ式昇降装置の図１におけるＡ部の拡大図であり、図４は、図３におけるIV−IV線から見た図である。図において、ねじ軸６は、フレーム１（図１）に取り付けられた支持部材１０に軸受１１を介して、軸周りに回転自在に取り付けられている。ボールねじナット部７は、ボールねじナット７１（本体）と、ねじ軸６の軸方向上方側に向けて凸曲面を有する支持プレート７２とによって構成されている。
【００１０】
図５は、上記支持プレート７２のみを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）における下方から支持プレート７２を見た図、（ｃ）は（ａ）における右方から見た図である。図において、支持プレート７２の中央には、ねじ軸６を貫通させる孔７２ａが形成されている。また、孔７２ａを挟む両側部、すなわち、貫通するねじ軸６の外周より径方向外側の位置には、表面が（ｂ）に示すように円筒面状の凸曲面部７２ｂが形成されている。凸曲面部７２ｂは、その表面に、耐摩耗性向上のための表面硬化処理、例えば高周波焼き入れが施されている。なお、孔７２ｃはボールねじナット７１への取付用、孔７２ｄは後述するフック１２の取付用に設けられている。
【００１１】
図４に戻り、昇降ユニット８は、その本体部８１の端部に、プレート８２を備えている。プレート８２は、中心にねじ軸６を貫通させる丸孔８２ａが形成された平板状の形態であり、昇降ユニット本体部８１に螺着されている。なお、この丸孔８２ａの内径は、ボールねじナット部７の上部７１ａの外径より大きく、従って、昇降ユニット８はボールねじナット部７に対して若干の遊動が可能である。上記プレート８２は、支持プレート７２の凸曲面部７２ｂに乗った状態で支持されている。プレート８２と支持プレート７２との接点（実際には接線）をＰとすると、上記遊動の範囲内で、昇降ユニット８はＰを中心として図４の紙面（ＹＺ平面）に沿った方向への相対的な傾動が可能である。なお、プレート８２の下面にも、耐摩耗性向上のため、表面硬化処理、例えば高周波焼き入れが施されている。
【００１２】
上記のようにして、昇降ユニット８は全体として、ボールねじナット部７に係合してはいるが、固定されることなく支持プレート７２の凸曲面部７２ｂに乗った状態で支持され、ボールねじナット部７によって駆動される。また、支持プレート７２の側面にはコの字状（図３参照）のフック１２が取り付けられ、プレート８２の上面に引っかけるように取り付けられている。これにより、ボールねじナット部７と昇降ユニット８との一体下降動作が確保される。すなわち、ボールねじナット部７が下降すれば必ず、フック１２を介して、昇降ユニット８が追随下降する。
【００１３】
以上のように構成されたボールねじ式昇降装置２を含むリフタでは、部品寸法の製造誤差、取付誤差、偏荷重、重量物の昇降によるフレーム１の歪み、熱処理炉の高温による部材変形等により、ねじ軸６の軸方向（Ｙ方向）と、昇降ユニット８がガイドレール９に支持されて現実に昇降する方向とが高精度に平行を維持していない場合がある。特に、昇降ユニット８はＸ方向に長く、従って、Ｘ方向に対向するガイドレール９間でＺ方向へのずれが生じやすい。その結果、昇降ユニット８の現実の昇降方向がＹＺ平面に沿ってＹ方向と高精度な平行を維持していない場合がある。
【００１４】
この場合、昇降ユニット８が図４のＰ点を中心として相対的に僅かにＹＺ平面上で傾動した位置関係となる。しかし、その場合でも、プレート８２はボールねじナット部７にいわば乗っているだけで、昇降ユニット８はボールねじナット部７と固定されていないので、昇降ユニット８の上記傾動の影響はボールねじナット部７に伝わらず、ねじ軸６とボールねじナット部７との間にモーメントは発生しない。従って、当該ボールねじ式昇降装置２は、ねじ軸６の軸方向と昇降ユニット８の昇降方向との平行を高精度に維持できなくても支障なく使用することができ、その結果、ボールねじの寿命が延び、メンテナンス周期が長くなる。特に、熱処理炉で用いる場合には熱による部材の歪みの影響を排除でき、便利である。また、高精度を要求されないことにより、当該ボールねじ式昇降装置２においては容易に組み付けを行うことができ、組立作業の工数も低減される。
【００１５】
図６は、第２の実施形態のボールねじ式昇降装置の主要部を示す図であり、図示を省略したその他の構成は第１の実施形態と同様である。図において、本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、一対の支持プレート７２を２段重ねにすることにより、ねじ軸６の方向（Ｙ方向）に互いにずらして配置し、かつ、下の支持プレート７２の凸曲面部７２ｂはＹ軸を含む一平面（例えばＹＺ平面）上への射影が凸形状を成し、上の支持プレート７２の凸曲面部７２ｂはＹ軸を含み上記一平面と交差する他の平面（例えばＸＹ平面）上への射影が凸形状を成すように、互いに位相を９０度ずらして配置したものである。なお、上の支持プレート７２はねじ軸６周りに回転しないように回り止め（図示せず。）を施しておく。
【００１６】
このようなボールねじ式昇降装置では、ねじ軸６の軸方向（Ｙ方向）と直交するＸ方向及びＺ方向のいずれかに昇降ユニット８が相対的に傾いても、ねじ軸６とボールねじナット部７との間にモーメントが発生することを防止できるので、ねじ軸６の軸方向と昇降ユニット８との平行がＸ方向及びＺ方向のいずれに高精度に維持できなくても、何ら支障なく使用することができる。
【００１７】
図７は、第３の実施形態のボールねじ式昇降装置の主要部を示す図であり、図示を省略したその他の構成は第１の実施形態と同様である。本実施形態は、第２の実施形態における一対の支持プレート７２の機能を一体にまとめたものである。すなわち、この支持プレート７２は、下面側の凸曲面部７２ｂがＹＺ平面で下向きの凸形状を成すように形成し、上面側の凸曲面部７２ｂがＸＹ平面で上向きの凸形状を成すように形成したものである。この場合も、第２の実施形態と同様の作用効果が得られる。また、上下に凸曲面部７２ｂを有する支持プレート７２は、１つの部材として製作してもよいし、又は２つの部材として製作してもよい。１つの部材として製作すれば、当該ボールねじ式昇降装置は、組立が容易である。
【００１８】
図８は、第４の実施形態のボールねじ式昇降装置における支持プレート７２を示す図であり、それ以外の構成は、第１の実施形態と同様である。本実施形態の特徴は、支持プレート７２の表面７２ｅが基本的に平板状であり、孔７２ａの中心から偏心した位置すなわち、ボールねじから偏心した位置にねじ軸６（図４）の軸方向（図８の（ａ）の紙面に垂直な方向）に平行に突起部７２ｆを設け、その先端部７２ｆ１を、球面または突起部７２ｆの軸方向に対して回転対称な形状に仕上げたものである。この場合、突起部７２ｆの先端部７２ｆ１が第１の実施形態等における凸曲面部７２ｂの役割をし、この上にプレート８２（図４）が乗った状態で、昇降ユニット８（図４）はボールねじナット部７（図４）に支持される。なお、表面７２ｅ上において突起部７２ｆを設ける位置は、図示の一例に限定されるものではない。
【００１９】
このような支持プレート７２を備えたボールねじ式昇降装置では、ねじ軸６の軸方向と交差するいかなる方向へ昇降ユニット８が相対的に傾いても、突起部７２ｆの先端部７２ｆ１が軸周りに回転対称な凸曲面であることから、ねじ軸６とボールねじナット部７との間にモーメントが発生することを防止できる。従って、ねじ軸６の軸方向と昇降ユニット８の昇降方向との平行がいかなる方向に高精度に維持できていなくても、何ら支障なく使用することができる。また、凸曲面を形成する部材（突起部７２ｆ）の構造が簡素で製造が容易である。
【００２０】
なお、上記各実施形態では、ボールねじナット部７側に凸曲面を設けたが、これに代えてプレート８１側すなわち昇降ユニット８側に同様な凸曲面を、ねじ軸６の軸方向下方側に向けて設けてもよい。また、双方に凸曲面を設けることも可能である。
【００２１】
また、上記各実施形態では、ボールねじナット７１に、これとは別部材である支持プレート７２を設けて両者でボールねじナット部７を構成したが、両者を一体化して、ボールねじナット自体に支持プレートの形態を形成してもよい。また、支持プレート７２と同様な形態の部材を昇降ユニット８側に一体に形成してもよい。
また、凸曲面は、上記各実施形態で挙げた円筒面、球面に限らず、ねじ軸６の軸方向上方又は下方に向けて滑らかな凸曲面であればよい。但し、第４の実施形態の突起部７２ｆの先端部７２ｆ１形状は前述のように軸周りに回転対称な形態であることが好ましい。
【００２２】
また、例えば第１の実施形態における支持プレート７２の上面全体を球面状（中央に孔７２ａ）にし、この上に、孔７２ａより大きい直径を有する丸孔８２ａ（図４参照）を備えたプレート８２を乗せて両者を互いに摺動的な関係とすることもできるが、この場合、両者の接触部位がねじ軸６を囲む円形になって接触抵抗が少なくないので、あまり好ましくない。
【００２３】
また、上記各実施形態では、ボールねじによる案内方向が上下方向であるボールねじ式昇降装置について説明したが、上記のように凸曲面を介してボールねじナット部により支持する構造は、上下に限らずあらゆる方向へのボールねじ式移動装置の移動ユニットに適用することができる。
【００２４】
なお、図１に示すボールねじ式昇降装置２の構造の細部に関して、昇降ユニット８とボールねじナット部７とは互いに、図１の左右のいずれか一方では固定され、他方ではボールねじナット部７が昇降ユニット８を受けるように係合している。これにより、昇降ユニット８の微小な製造誤差や変形等がボールねじに与える影響を緩和している。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１のボールねじ式移動装置によれば、移動ユニットの現実の移動方向がねじ軸の軸方向と高精度な平行を維持していない場合でも、移動ユニットは凸曲面を介してボールねじナット部に支持されているだけなので、ねじ軸とボールねじナット部との間にモーメントは発生しない。従って、当該ボールねじ式移動装置は、ねじ軸の軸方向と移動ユニットの移動方向との平行を高精度に維持できなくても支障なく使用することができ、その結果、ボールねじの寿命が延び、メンテナンス周期が長くなる。特に、熱処理炉で用いる場合には熱による部材の歪みの影響を排除でき、便利である。また、高精度を要求されないことにより、当該ボールねじ式移動装置においては、容易に組み付けを行うことができる。
【００２６】
請求項２のボールねじ式移動装置によれば、一平面又は他の平面に沿ったいずれかの方向に移動ユニットが相対的に傾いても、ねじ軸とボールねじナット部との間にモーメントが発生することを防止できるので、ねじ軸の軸方向と移動ユニットとの平行が上記いずれの方向に高精度に維持できなくても、何ら支障なく使用することができる。
【００２７】
請求項３のボールねじ式移動装置によれば、ねじ軸の軸方向と交差するいかなる方向へ移動ユニットが相対的に傾いても、ねじ軸とボールねじナット部との間にモーメントが発生することを防止できるので、ねじ軸の軸方向と移動ユニットの移動方向との平行がいかなる方向に高精度に維持できていなくても、何ら支障なく使用することができる。また、凸曲面を有する部材の構造が簡素で製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ローラハース炉等の熱処理炉において被処理物を昇降させるために使用されるリフタの正面図である。
【図２】図１に示すリフタの平面図である。
【図３】図１のリフタにおける、本発明の第１の実施形態によるボールねじ式昇降装置のＡ部の拡大図である。
【図４】図３におけるIV−IV線からボールねじ式昇降装置を見た図である。
【図５】図３におけるボールねじ式昇降装置の支持プレートのみを示す図である。
【図６】第２の実施形態によるボールねじ式昇降装置の主要部を示す図である。
【図７】第３の実施形態によるボールねじ式昇降装置の主要部を示す図である。
【図８】第４の実施形態によるボールねじ式昇降装置の支持プレートを示す図である。
【符号の説明】
２ボールねじ式昇降装置（ボールねじ式移動装置）
６ねじ軸
７ボールねじナット部
８昇降ユニット（移動ユニット）
７２ｂ凸曲面部
７２ｆ１先端部（凸曲面部）
８２ａ丸孔

Claims

熱処理炉に関する移動装置として用いられるボールねじ式移動装置であって、
ねじ軸と、
前記ねじ軸とボールねじを構成するボールねじナット部と、
前記ねじ軸を貫通させる孔を有し、前記ボールねじナット部と係合して駆動される移動ユニットとを備え、
前記ボールねじナット部と前記移動ユニットとの係合部における前記ねじ軸の外周より径方向外側の位置において、前記ボールねじナット部及び前記移動ユニットの少なくとも一方に、他方へ向けて前記ねじ軸の軸方向に凸形状の凸曲面が設けられ、前記移動ユニットは前記ボールねじナット部に固定されることなく前記凸曲面を介して前記ボールねじナット部に支持されることを特徴とするボールねじ式移動装置。
前記ねじ軸の軸方向をＹ方向とするとき、前記凸曲面は、Ｙ軸を含む一平面上への射影が凸形状を成す第１の凸曲面と、Ｙ軸を含み前記一平面と交差する他の平面上への射影が凸形状を成す第２の凸曲面とを、互いにＹ方向にずらして配置したものである請求項１記載のボールねじ式移動装置。
前記ボールねじから偏心した位置に前記ねじ軸に平行な突起部が設けられ、この突起部は回転対称な先端形状を有し、この先端形状が前記凸曲面を成す請求項１記載のボールねじ式移動装置。