JP6804783B1 - ボールねじ機構及び直線移動装置 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、ボールがナット内に設けられた滑り軸受に固定されねじ軸上を転がりながらナットを移動させる方式の非循環式のものと、ボールねじ軸上にあるボールナット内に多数のボールをねじ軸回りに1.5回〜3.5回巻き付けし、ナット出口まで送られたボールを、パイプや戻り溝などのガイドによって元のナット入口まで戻し、ボールをナット内で循環させる循環式のものである。
例えば、ボールが循環しようとパイプ等に戻されるとき、途中で引っかかる問題や、駆動反転時のボールの食い込み挙動に起因するボールの乗り上げが生じていた。
特に高速回転を行う循環式ボールねじでは、ボールの荷重変動が大きく、リターンパイプの中で詰まる問題が発生していた。
本発明では、前記ねじ軸が中空構造のものである場合にも効果的である。
本発明では、複数の前記動力伝達機構を有し、当該動力伝達機構の対応する一対のボール間の前記ねじ軸方向の距離が、当該一対のボールが配置された前記ねじ軸の螺旋溝間のピッチ数に相当する値から前記ねじ軸に前記ボールからの推力が作用した場合のバックラッシュに応じた値を減じた値となるように構成されている場合にも効果的である。
本発明では、前記玉軸受及び前記ボールが、前記ねじ軸の1リード当たり三つ以上設けられている場合にも効果的である。
また、本発明は、上述したいずれかのボールねじ機構と、前記ボールねじ機構のねじ軸を回転可能に支持する一対の支持ブロックと、前記ボールねじ機構のハウジングに取り付けられたテーブルと、前記ボールねじ機構のねじ軸と平行に配置された直線状に延びる一対のガイドレール、及び前記テーブルに取り付けられるとともに前記ガイドレールに装着されて当該ガイドレールに沿ってそれぞれ直線移動する移動ブロックを有する直動機構とを有する直線移動装置である。
本発明では、前記直動機構は、前記ガイドレールが、当該ガイドレールに沿って直線状に延びるガイド溝を有するとともに、前記移動ブロックは、前記ガイドレールの両側面に対向するように設けられたハウジングを有し、前記複数の玉軸受は、それぞれ一方の側面が前記ガイドレールのガイド溝に対向した状態で前記移動ブロックのハウジングに前記ガイドレールのガイド溝に沿って取り付けられるとともに、前記ガイド溝は断面が円弧状又はゴシックアーチ状に形成され、前記複数の玉軸受は、それぞれ一方の側面が前記ガイドレールに対向した状態で、前記移動ブロックのハウジングに前記ガイド溝に沿って一定間隔でそれぞれ取付固定された外輪と、前記ガイドレールに対向する側面に前記複数のボールにそれぞれ接触する凹球面状の接触面が形成された内輪とを有し、当該各内輪が、前記ガイドレールの長手方向と直交する方向の回転軸を中心としてそれぞれ回転可能に配設されるとともに、前記複数のボールが、前記接触面とそれぞれ接触した状態で前記ガイドレールのガイド溝内に隣接して所定の間隔で配置されている場合にも効果的である。
このような軽合金としては、例えば、アルミニウム(Al)合金、亜鉛(Zn)合金、チタン(Ti)合金があげられる。
また、用途によってはハウジング30の材料として、例えばポリアセタール樹脂などのエンジニアリング樹脂を用いることもできる。
また、本発明の場合、ボール4は、後述する玉軸受5の玉8より直径が大きいものを用いている。
各玉軸受5は、一般的な深溝玉軸受と同等の基本構成を有するもので、内輪6と外輪7と、これら内輪6及び外輪7に接触する玉8とを有している(図1(c)参照)。
ここで、各玉軸受5は、ハウジング30に設けた孔部50内に挿入されて外輪7の外周面が固定ねじ9によって移動体3に固定されるとともに、ねじ軸2の回転軸Oと直交する方向の回転軸N1〜N4を中心として内輪6が回転できるように構成されている。
これは、ボール4と玉軸受5の負荷バランスを等価とすることによって、よりコンパクトで実用的な装置を提供するためである。
このような玉軸受のスリップ動作は摩耗や振動、発熱等を生じさせるため、位置計測装置や工作機械にとって致命的であり、実用に供しない。
具体的には、玉軸受5の玉8の直径が4mmである場合に、直径が8〜16mmのボール4を用いることが好ましい。
この接触面5aは、リング状の凹球面からなり、ゴシックアーチ形状に形成されている。
このような構成により、各玉軸受5は、外輪7に対し内輪6が上記回転軸N1〜N4を中心として自由に回転できるようになっている。
この理由は、ラジアル荷重などの影響でボール4が螺旋溝2aの軸方向前後のねじ面に同時に接触することを防止するためである。
この固定ねじ9としては、例えば六角穴付止めねじを用いることができる。
本発明のボールねじ機構は、少なくとも三つ以上(本実施の形態では四つ)のボールユニット11を有している。
そして、このような本実施の形態によれば、コンパクトで軽量安価なボールねじ機構1を提供することができる。
以下、上記実施の形態と対応する部分には同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
また、図6は、本実施の形態における1リード当たりのボールユニットの配置示す展開説明図である。
図5(a)(b)に示すように、本実施の形態のボールねじ機構1Bは、中空構造のねじ軸2を有している。すなわち、ねじ軸2に長手方向に延びる貫通孔20が形成されている。
なお、ねじ軸2としては、一条ねじが用いられている。
以下、上記実施の形態と対応する部分には同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
なお、ねじ軸2としては、一条ねじが用いられている。
なお、ねじ軸2としては、一条ねじが用いられている。
ボールねじ機構1Aの両側部には、直動機構45が設けられている。
そして、ガイドレール43の両側部には、断面円弧状又はゴシックアーチ状に形成され水平方向に延びるガイド溝46が設けられている。
例えば、図2(a)(b)に示す実施の形態では、動力伝達機構10A、10Bとして、同一の動力伝達機構10を有するもので構成したが、本発明はこれに限られず、例えばボールユニット11の数が異なる動力伝達機構によって構成することもできる。
2……ねじ軸
3……移動体
4……ボール
5……玉軸受
6……内輪
7……外輪
8……玉
9……固定ねじ
10……動力伝達機構
11……ボールユニット
20……貫通孔
30……ハウジング
40……直線移動装置
45……直動機構
Claims (6)
- 螺旋溝を有し直線状に延びるねじ軸と、前記ねじ軸の周囲を取り囲むように設けられたハウジングを有する移動体と、前記ねじ軸の推力を前記ハウジングに伝達して前記移動体を前記ねじ軸の軸方向に移動させる動力伝達機構と、を備え、
前記動力伝達機構は、複数の玉軸受と、前記複数の玉軸受にそれぞれ対応する複数のボールと、前記複数の玉軸受における、前記ねじ軸に対向しない側面にそれぞれ当接される固定ねじと、を有し、
前記ハウジングは、複数の玉軸受が、それぞれ挿入される複数の孔部を有し、
前記複数の玉軸受は、それぞれ一方の側面が前記ねじ軸に対向した状態で、前記ハウジングに前記螺旋溝に沿って一定間隔でそれぞれ取付固定された外輪と、前記外輪の内部に配置され、前記ねじ軸に対向する側面に前記複数のボールに接触する凹球面状の接触面がそれぞれ形成された内輪と、前記外輪及び前記内輪に接触する玉と、を有し、
前記各内輪が、前記ねじ軸の回転軸と直交する方向の回転軸を中心としてそれぞれ回転可能に配設されるとともに、前記複数のボールが、前記接触面とそれぞれ接触した状態で、前記螺旋溝内に隣接して一定間隔で配置され、
前記螺旋溝の底部分に、前記ボールとの接触を回避するための溝部が設けられ、
前記玉は、前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面に、それぞれ対向して形成された窪みに設けられることで、前記外輪及び前記内輪の径方向に沿って挟持され、
前記外輪は、前記孔部の底部と前記固定ねじとにより、前記内輪の回転軸方向に沿って挟持され、
前記内輪の前記接触面が形成されている側端部の内径は、前記ボールの直径よりも大きく構成されている、ボールねじ機構。
- 前記ねじ軸が中空構造のものである請求項1記載のボールねじ機構。
- 複数の前記動力伝達機構を有し、当該動力伝達機構の対応する一対のボール間の前記ねじ軸方向の距離が、当該一対のボールが配置された前記ねじ軸の螺旋溝間のピッチ数に相当する値から前記ねじ軸に前記ボールからの推力が作用した場合のバックラッシュに応じた値を減じた値となるように構成されている請求項1又は2のいずれか1項記載のボールねじ機構。
- 前記玉軸受及び前記ボールが、前記ねじ軸の1リード当たり三つ以上設けられている請求項1乃至3のいずれか1項記載のボールねじ機構。
- 請求項1乃至4のいずれか1項記載のボールねじ機構と、
前記ボールねじ機構のねじ軸を回転可能に支持する一対の支持ブロックと、
前記ボールねじ機構のハウジングに取り付けられたテーブルと、
前記ボールねじ機構のねじ軸と平行に配置された直線状に延びる一対のガイドレール、及び前記テーブルに取り付けられるとともに前記ガイドレールに装着されて当該ガイドレールに沿ってそれぞれ直線移動する移動ブロックを有する直動機構とを有する直線移動装置。 - 前記直動機構は、前記ガイドレールが、当該ガイドレールに沿って直線状に延びるガイド溝を有するとともに、
前記移動ブロックは、前記ガイドレールの両側面に対向するように設けられたハウジングを有し、
前記複数の玉軸受は、それぞれ一方の側面が前記ガイドレールのガイド溝に対向した状態で前記移動ブロックのハウジングに前記ガイドレールのガイド溝に沿って取り付けられるとともに、前記ガイド溝は断面が円弧状又はゴシックアーチ状に形成され、
前記複数の玉軸受は、それぞれ一方の側面が前記ガイドレールに対向した状態で、前記移動ブロックのハウジングに前記ガイド溝に沿って一定間隔でそれぞれ取付固定された外輪と、前記ガイドレールに対向する側面に前記複数のボールにそれぞれ接触する凹球面状の接触面が形成された内輪とを有し、当該各内輪が、前記ガイドレールの長手方向と直交する方向の回転軸を中心としてそれぞれ回転可能に配設されるとともに、前記複数のボールが、前記接触面とそれぞれ接触した状態で前記ガイドレールのガイド溝内に隣接して所定の間隔で配置されている請求項5記載の直線移動装置。
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