JPH0694896B2 - ボールねじ - Google Patents

ボールねじ

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JPH0694896B2
JPH0694896B2 JP63287782A JP28778288A JPH0694896B2 JP H0694896 B2 JPH0694896 B2 JP H0694896B2 JP 63287782 A JP63287782 A JP 63287782A JP 28778288 A JP28778288 A JP 28778288A JP H0694896 B2 JPH0694896 B2 JP H0694896B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、回転運動と直線運動とを相互に変換可能な
ボールねじに係り、特に長尺なねじ軸を有するボールね
じの改良に関する。
［従来の技術］ モーター等により回転運動として生じた動力をNCマシン
等工作機械のワーク送りや、自動生産ラインにおけるテ
ーブル移動等の直線運動に変換する装置としては一般
に、ボールねじが多用されている。
このボールねじは、通常、螺旋状の転走溝が外周に設け
られたねじ軸と、この転走溝に相対面する負荷転走溝を
有する負荷域とこの負荷域の両端を連通連結する無負荷
域とからなる無限循環路とを備え、上記ねじ軸の回転に
応じてねじ軸上を移動するナットと、上記無限循環路内
を循環してナットの負荷転走溝とねじ軸の転走溝との間
で荷重を負荷する多数のボールとから構成されており、
その使用方法としては、第８図に示すように、ベッド等
の固定部ａ上に配設された回転軸受ｂによりねじ軸ｃの
両端を回転可能に支持する一方、ナットｄにはワーク又
はテーブルｅ等を連結し、ねじ軸ｃにモーターｆ等の動
力が伝達された際に、その回転運動をワーク又はテーブ
ルｅ等の直線運動として取出すのが一般的である。
［発明が解決しようとする課題］ ところで、この様なボールねじを用いて上述したワーク
送りやテーブル送りを行う場合にその移動距離を大きく
設定すると、ナットの移動距離を大きくとるためにねじ
軸の長さを長尺にする必要が生じるが、ねじ軸は通常両
軸端の二点によって支持されているために、長尺化を施
すと自重による撓みが生じてしまう。そのため、ねじ軸
の長尺化は次の幾つかの問題点を有している。
先ず、第一は、ナットが係合するワーク又はテーブル
は、ボールねじと別個に設けられた直線案内機構により
ナットの移動方向にのみ移動可能に支持され、ボールね
じに対しラジアル荷重を負荷しない構造をとっているの
で、ねじ軸が撓むとねじ軸がナットに対しラジアル荷重
を負荷するようになり、ナット内に内部荷重が生じてボ
ールねじの寿命が短くなるという問題点である。
また、第二は、ねじ軸が回転するとその軸端に撓み方向
への繰返し荷重が作用するので、金属疲労によるねじ軸
寿命の短縮や、回転時の軸振動が生じるという問題点で
ある。
更に、第三は、ねじ軸が撓むことによりねじ軸全体の累
積リードに誤差が生じるので、精度の良いナット移動が
得られないという問題点である。
従って、ねじ軸の長尺化に際してはその撓みの防止が精
度及び耐久性の向上を図る上で重要な課題であり、これ
に基いて幾つかの技術的提案がなされている。
その一つとしては、第７図に示すように、スイッチ操作
で上下動してねじ軸ｃに着脱する支持柱ｇをねじ軸ｃ下
方に適宜間隔をおいて配設し、ナットｄ下面側の移動方
向前方及び後方に突出した案内腕ｈが支持柱ｇのねじ軸
ｃへの着脱を制御するリミットスイッチｉを操作し、ナ
ットｄがねじ軸ｃの被支持部を通過する直前に支持柱ｇ
がねじ軸ｃから離脱してナットｄの被支持部通過を可能
にすると共に、長尺化によるねじ軸ｃの撓みを防止する
ようにした構造のボールねじが知られており、また、他
の例としては、ナット取付部を固定部に対し支持するた
めの直線案内機構をナット取付部に設け、ねじ軸の撓み
によるラジアル荷重がナットに作用しないようにした構
造のボールねじが知られている。
上記前者のボールねじにおいては、ねじ軸の支持点間を
短くしたので上述した問題点が顕著に生じることはない
が、ナット通過時には支持柱がねじ軸から離脱するの
で、ねじ軸の撓みが長尺方向全域に渡って防止されるこ
とはなく、ナットの移動部位には少量ではあるが常に撓
みが生じるので、上述した問題点が完全に解消されるこ
とはない。また、スイッチ操作に伴い支持柱がねじ軸に
着脱するという複雑な機構を取入れているため、組立て
に手間が係ると共にコストアップを生じるという新たな
問題点を有していた。
更に、後者のボールねじにおいては、ナットがラジアル
方向及び逆ラジアル方向より支持を受けているので、ね
じ軸の撓みによるナットへのラジアル荷重負荷という問
題点を生じることはないが、ナットの移動部位以外のね
じ軸は撓みを生じており、ねじ軸端への繰返し荷重の作
用や累積リードの誤差という問題点は残留してしまう。
本発明はこの様な問題点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、ねじ軸を長尺化した際の自重
撓みを防止して耐久性及びリード精度の大幅な向上が可
能であり、且つ、構造が簡易なボールねじを提供するこ
とにある。
［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明におけるボールねじ
は、ベッド等の固定部に適宜間隔をおいて配設されると
共に、先端部にはすべり軸受を円環状の固定板で固定し
た軸受部を有する支持柱と、上記すべり軸受が嵌合する
被支持部を有すると共に、谷径が上記軸受部の外径と略
同一である螺旋状ボール転走溝が外周に形成され、上記
支持柱の軸受部によって回転自在に支持されたねじ軸
と、このねじ軸が適合する貫通孔が形成されると共に上
記支持柱が通過可能な開放部が上記貫通孔と連通して形
成され、且つ、上記貫通孔の内周面には上記ねじ軸の転
走溝に相対面する負荷転走溝を有する負荷域が形成さ
れ、更に上記負荷転走溝の終端から掬い上げたボールを
負荷転走溝の始端に循環させるボール戻し孔を有し、上
記負荷域の軸方向長さが上記軸受部の軸方向長さより長
尺に形成されたナットと、このナットの負荷転走溝とボ
ール戻し孔とを循環して上記ナットの負荷転走溝と上記
ねじ軸の転走溝との間で荷重を負荷する多数のボールと
から構成されることを特徴とするものである。
この様な技術的手段において、上記支持柱としては、ね
じ軸の被支持部に環装されこれを回転可能に支持する軸
受を有するものであるならば、軸受の種類や支持柱本体
の形状等適宜設計変更して差支えなく、また、その配設
間隔としてもねじ軸の真直度が保てるように適宜設計変
更して差支えない。
また、上記ねじ軸としては、必要とされるナットの送り
量や送り速度に応じてその長さやリードを適宜選定して
差支えないが、ナットの負荷転走溝とねじ軸の転走溝と
の間を転走するボールが支持柱に設けられた軸受部の外
周を滑かに通過可能であり、且つ、ボールの負荷域から
の脱落を効果的に防止するために、その外周に形成され
る転走溝は谷径を軸受部外径と同一に形成するのが好ま
しい。
更に、上記ナットとしては、支持柱の太さに応じてその
開放部の開口幅を適宜設計変更して差支えなく、上記無
限軌道としても、必要とされるナットの軸方向推力や摺
動台の構造等に応じてその条数を適宜設計変更して差支
えない。尚、ナットが転走溝の形成されていない支持柱
軸受部の外周を通過する際に軸方向の推力を失わないよ
うにするために、負荷転走溝が形成された領域の軸方向
長さを軸受部の軸方向長さより長尺に設定することが必
要であり、推力の著しい低下を避けるという観点からす
れば、２倍以上の値に設定することが好ましい。
［作用］ 上記ナットの貫通孔に連通して形成された開放部は、ナ
ットが支持柱を通過する際の支持柱通路となる。また、
ナット側負荷域はその軸方向長さが被支持部の長さより
も長尺に形成されており、ナットが被支持部を通過する
際にその推力を失うことを防止する。これら構造上の特
徴により、ナットの移動に関係なくねじ軸を支持柱で支
持することが可能となり、ねじ軸の撓みが防止される。
また、ねじ軸は上記支持柱の先端に固定されたすべり軸
受によって被支持部を回転自在に支持されているので、
高速回転においてもねじ軸に振れ回りが発生したり焼き
付きを生じたりすることはない。
［実施例］ 以下、添附図面に基いて本発明を具体的に説明する。
第１図は本発明におけるボールねじの第一実施例を示す
ものであり、機械装置１等に固定手段である固定ボルト
２により適宜間隔をおいて配設された支持柱３と、この
支持柱３に回転可能に支持されステッピングモーター又
はサーボモーターＭにより任意の回転量を与えられるね
じ軸４と、テーブル等の移動台Ｔに固定されねじ軸４の
回転に応じて移動台Ｔを推進するナット本体５と、この
ナット本体５の両側面に係合する一対の側部プレート６
と、ナット本体５の下面に係合する一対の下部プレート
７と、ナット本体５に形成されたボール無限循環路内を
循環してねじ軸４の回転により生じる軸方向の分力を推
進力としてナット本体５に伝達する多数のボール８とで
構成されている。
上記支持柱３は、第１乃至第４図に示すように、頭頂部
がねじ軸４の被支持部41を回転自在に支持する滑り軸受
を有する軸受部となる一方、底部は機械装置等の固定部
１への取付け部31となっており、取付け部に形成された
貫通孔35を貫通する固定ボルト２によって固定部１へ取
付けられるようになっている。そして、その軸受部はね
じ軸４の被支持部41に両側から嵌合する軸受メタル32
と、軸受メタル32の外周面を覆う固定板33とからなって
おり、固定板33を支持柱３ボディに固定ボルト34で固定
することによりメタル軸受32がねじ軸４を回転可能に支
持するようになっている。
また、上記ねじ軸４には、上記メタル軸受32が嵌合する
被支持部41が支持柱３の配設ピッチと同一のピッチで、
軸受32長さと同一の長さに設けられる一方、被支持部41
以外の場所にはボール８が転走する螺旋状の転走溝42が
ボール８半径よりも大きい曲率半径で曲面状に形成され
ている。この転走溝42は谷径が支持柱３の軸受部外径、
すなわち固定板33の外径に等しく形成されており、転走
溝42を転走してきたボール８が被支持部41に対し滑かに
突入及び離脱ができるように、且つ被支持部41を通過す
る際にナット本体５に形成された負荷域55から脱落する
ことがないように構成されている。
更に、上記ナット本体５は、ねじ軸４が貫通する貫通孔
51とねじ軸４を支持する支持柱３が通過する開放部52と
を有しその断面が略Ｃ形状に形成された長方形状ブロッ
クであり、その貫通孔51内周面にはねじ軸４の転走溝42
に相対面する四条の負荷転走溝53が、転走溝42と同様
に、ボール８の曲率半径よりも大きい曲率半径で曲面状
に形成されている。そして、この負荷転走溝53が形成さ
れた負荷域55は、その軸方向長さが支持柱３の軸受部の
軸方向長さの約３倍程度に設定されており、ナット本体
５が転走溝41の形成されていない軸受部の外周面を通過
する際の軸方向推進力の著しい低下が避けられる構造と
なっている。また、上記貫通孔51の上方には貫通孔51と
直交する方向に沿って無限循環路の一要素である無負荷
転走孔54が上記負荷転走溝53に対応する位置に四条形成
されており、その両端開口部は円滑なボール循環を得る
ために下方に向かって面取りが施されている。尚、符号
56は移動台の上面側から下面側に向けて貫通する取付け
ボルトが係合する取付孔である。
更に、第５図に示すように、上記一対の側部プレート６
には、ボール無限循環路を構成するための無負荷転走溝
61が四条ずつ形成されており、各無負荷転走溝61の上端
にはナット本体５の無負荷転走孔54との間のボール８の
出入りを円滑にするための案内爪62が設けられる一方、
上記一対の下部プレート７には、ナット本体５の負荷域
に出入りするボール８を案内するためのボール旋回溝71
が四条ずつ形成されている。そして、これら側部プレー
ト６及び下部プレート７ビス９を用いてナット本体５に
ねじ結合されることによって、その無負荷転走溝61及び
ボール旋回溝71がナット本体５の側面及び下面と相俟っ
て無負荷転走域の一部を構成するものであり、ナット本
体負荷域55の両端と無負荷転走孔54の両端とが連通連結
されてボール無限循環路が形成されるようになってい
る。
上記のように構成される本実施例のボールねじは、第６
図に示すように、ねじ軸４の両端を回転軸受10によって
支持すると共に、その一方の端部に軸継手を介してモー
ターＭを連結し、ナット本体５の上面に他の直線案内機
構によって保持案内される移動台Ｔを取りつけ、必要と
する移動台Ｔの移動量に応じた回転量をねじ軸４に伝達
してナット本体５及び移動台Ｔを推進して使用される。
このとき、ねじ軸４はその必要とされる長さに応じて支
持柱３の配設本数を適宜決定して良く、上記したナット
本体５の構造により支持柱３の配設に関係なくナット本
体５がねじ軸４全長に渡って移動可能となる。
従って、本実施例のボールねじにおいては、ねじ軸４の
撓みに起因するリード誤差の発生やナット本体５へのラ
ジアル荷重負荷等が防止され、高精度のナット運動が得
られると共にその耐久性が向上するものである。
［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明のボールねじによれ
ば、ねじ軸を長尺化した際の問題点とされていたねじ軸
の自重たわみを解消することができ、リード精度が確保
されて高精度のナット運動を得られると共に、ナットへ
のラジアル荷重の負荷及びねじ軸軸端への繰返し荷重の
作用が防止されてその耐久性の向上を図ることができ
る。
また、簡易な構造でナットが支持柱に支持された被支持
部を通過可能であり、ねじ軸全長に渡って上記効果を得
られると共に、組立ての容易化及びコストダウンを図る
ことができる。
更に、支持柱の軸受部において軸継手を用いずにねじ軸
を継足することが可能となり、超長尺のボールねじを設
計することができる。
また、ねじ軸の被支持部を支持柱先端のすべり軸受で回
転自在に支持されているので、上記ねじ軸の安定した回
転運動を確保することができ、これに伴いねじ軸の全長
にわたってナットの移動を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明におけるボールねじの第一実施例を示す
概略図、第２図は第一実施例に係るボールねじの概略断
面図、第３図は第１図のA-A断面図、第４図は支持柱に
設けられた軸受部のねじ軸への嵌合状態を示す分解斜視
図、第５図はボール無限循環路の形成状態及びナットの
組立てを示す分解斜視図、第６図は第一実施例に係るボ
ールねじの使用例を示す概略図、第７図はねじ軸の長尺
化に際して従来用いられていた技術的対策を示す概略
図、第８図は通常のボールねじの使用例を示す概略図で
ある。 ［符号の説明］ １…固定部、３…支持柱、４…ねじ軸、５…ナット本
体、６…側部プレート、７…下部プレート、８…ボー
ル、41…被支持部、42…転走溝、53…負荷転走溝、55…
負荷域、Ｔ…移動台、Ｍ…モーター

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ベッド等の固定部に適宜間隔をおいて配設
    されると共に、先端部にはすべり軸受を円環状の固定板
    で固定した軸受部を有する支持柱と、 上記すべり軸受が嵌合する被支持部を有すると共に、谷
    径が上記軸受部外径と略同一である螺旋状ボール転走溝
    が外周に形成され、上記支持柱の軸受部によって回転自
    在に支持されたねじ軸と、 このねじ軸が適合する貫通孔が形成されると共に上記支
    持柱が通過可能な開放部が上記貫通孔と連通して形成さ
    れ、且つ、上記貫通孔の内周面には上記ねじ軸の転走溝
    に相対面する負荷転走溝を有する負荷域が形成され、更
    に上記負荷転走溝の終端から掬い上げたボールを負荷転
    走溝の始端に循環させるボール戻し孔を有し、上記負荷
    域の軸方向長さが上記軸受部の軸方向長さより長尺に形
    成されたナットと、 このナットの負荷転走溝とボール戻し孔とを循環して上
    記ナットの負荷転走溝と上記ねじ軸の転走溝との間で荷
    重を負荷する多数のボールとから構成されることを特徴
    とするボールねじ。
JP63287782A 1988-11-16 1988-11-16 ボールねじ Expired - Fee Related JPH0694896B2 (ja)

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