JPH0716048U - ボールねじのモーメント負荷軽減構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ボールねじにかかるモーメント荷重を軽減す
る。 【構成】 ボールねじ７０に平行にガイド部材８０が配
設されている。ガイド部材８０にはスライダー８２がそ
の軸８４の方向に摺動自在に配設されている。スライダ
ー８２の端部の軸１００には移動対象が接続される。ボ
ールねじ７０のナット７４とスライダー８２とは球面滑
り軸受８８を介して連結されている。スライダー８２に
モーメント荷重Ｈがかかると、スライダー８２は球面滑
り軸受８８を節として屈曲してこれを吸収し、ナット７
４にはモーメント荷重を伝達しない。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、ボールねじを用いた機構において、ボールねじにかかるモーメン ト負荷を軽減するための構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

ボールねじは、シャフトとナットの間に鋼球を装入して構成され、シャフトに 平行に配されたガイド部材と組合わされて、移動対象をシャフトの軸方向に移動 させるのに用いられる。ボールねじは、モーメント荷重がかかるような状態で使 われることがあり、その一例として、宇宙ステーションの軌道上交換機器の着脱 機構に用いられた場合について説明する。

【０００３】 現在計画を進行している宇宙ステーションは、図２に示すように、地上作業と 同等な服装で実験活動ができる居住環境下の与圧部１や直接宇宙空間に曝露され て観測や高真空化での実験を行う曝露部２、さらには補給用品および実験装置類 を収納、輸送する補給部３から構成されている。

【０００４】 この宇宙ステーションの曝露部２には、各種の実験を行う実験装置（ミッショ ンペイロード）４のほか、曝露部内部の維持・管理を行うコンピュータが曝露部 制御装置（ＥＳＣ）５として、さらに曝露部内部をアクティブに熱制御するポン プのフレオンポンプパッケージ（ＦＰＰ）６などが搭載されており、これら装置 ４，５，６は寿命や故障・修理のため予め軌道上での交換を予定しており、これ らを総称して軌道上交換機器（ＯＲＵ機器（Orbital Replacement Unit））と称 している。これら軌道上交換機器４，５，６の交換はマニピュレータ７を用い、 与圧部１内からテレビカメラ（図示せず）で監視しながら行うことが考えられて いる。

【０００５】 マニピュレータ７を用いて実験装置４を曝露部２に着脱する機構を図３に示す 。実験装置４には、マニピュレータ把持部１０が設けられ、マニピュータ７で把 持部をつかんで実験装置４を搬送する。また、実験装置４には、Ｖガイド１２、 ガイドピン１４、ダンパ１６、電気／流体コネクタ１８等が設けられている。

【０００６】 一方、曝露部構造体２０には、実験装置４のＶガイド１２に係合して実験装置 ４を曝露部構造体２０に装着するアーム２１，２２，２３、般外活動用ツール受 口２４、実験装置４の電気／流体コネクタ１８に連結される電気／流体コネクタ ２６、コネクタ２６の保護カバー２８、実験装置４のガイドピン１４が差し込ま れるガイド孔３０等が設けられている。

【０００７】 アーム２２により実験装置４を曝露部構造体２０に装着する工程を図４に工程 １〜６で示す。すなわち、始めはアーム２１〜２３は開いた状態になっており、 実験装置４はマニピュレータ７で曝露部構造体２０の取付位置の近傍まで搬送さ れる（工程１）。アーム２１〜２３が閉じ始めて、実験装置４を捕捉する（工程 ２）。さらにアーム２１〜２３が閉じて位置誤差を吸収し、ガイドピン１４がガ イド孔３０（図３）に差し込まれていく（工程３）。アーム２１〜２３は閉じな がら曝露部構造体２０の方向に移動し、実験装置４を引き寄せていく。このとき コネクタ２６（図３）の保護カバー２８が開放される（工程４）。実験装置４は さらに引き寄せられて、コネクタ１８，２６どうしが連結される（工程５）。実 験装置４はさらに引き寄せられて、曝露部構造体２０に完全に固定される（工程 ６）。実験装置４を外すときは、以上と逆の工程による。

【０００８】 以上の着脱動作を実現するためのアーム２１〜２３の駆動機構を図５に示す。 アーム２１は軸３２を中心に矢印Ａ，Ａ′方向に回動可能とされている。軸３２ は矢印Ｂ，Ｂ′方向に移動可能である。アーム２１の後端部は転動すべり軸受３ ４を介してアーム３６に連結されている。転動すべり軸受３４は“く”字状のガ イドレール３８に沿って転動する。アーム３６の他端部には揺動すべり軸受４０ を介してアーム４２が揺動自在に連結されている。また揺動すべり軸受４０には アーム４４が揺動自在に連結されている。アーム４４の他端部は位置が固定の揺 動すべり軸受４６に揺動自在に連結されてトグルリンクを構成している。さらに 、アーム４２の他端部は揺動すべり軸受４８を介してベース部５０に揺動自在に 連結されている。ベース部５０の中心には鋼球を収容したナット５２が構成され 、このナット５２は外周にねじが形成されたシャフト５４にねじ込まれて、ボー ルねじ６０を構成している。シャフト５４には、ガイド部材（ガイドロッド）６ ８が平行に配設され、ベース部材５０を貫通している。シャフト５４は両端部で 軸受５６，５８によって軸回り方向に回転自在に支持されている。シャフト５４ はモータ６２の回転をギア６４，６６を介して伝達して回転し、ベース部５０を 軸方向（矢印Ｃ，Ｃ′）方向に移動させる。ベース部５０には他のアーム２２， ２３も同様の機構を介して連結されている。

【０００９】 以上の構成によれば、モータ６２を一方向に回転させてシャフト５４を回転さ せると、ベース部５０は矢印Ｃ方向に移動し、アーム２１〜２３は矢印Ａ，Ｂ方 向に移動して、アーム２１〜２３の先端がＶガイド１２に入り込んで、実験装置 ４を矢印Ｄ方向に引き寄せて曝露部２０に固定する。モータ６２を逆方向に回転 させると、ベース部５０は矢印Ｃ′方向に移動し、アーム２１〜２３は矢印Ａ′ ，Ｂ′方向に移動して、アーム２１〜２３の先端がＶガイド１２から外れて、実 験装置４を矢印Ｄ′方向に外すことができる。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

前記図５に示すボールねじ６０の構成によれば、実験装置４の固定を行なう際 にアーム２１〜２３に均等に実験装置４が当接すれば、ボールねじ６０にはスラ スト荷重Ｉだけが加わる。しかし、実際には、固定を行なう過程で前記図４の工 程２のように１本のアーム２２だけが片当りすることがあり、このような場合に はスラスト荷重Ｉのみならず、モーメント荷重Ｊが加わる。一般に、ボールねじ はスラスト荷重に対しては荷重をすべての鋼球で受けるため、高負荷に耐えられ るが、モーメント荷重に対しては一部（図５にＰ₁ ，Ｐ₂ で示した部分）の鋼球 にのみ負荷が集中してかかるため弱い。このため、図５に示すボールねじ６０の 構成では、鋼球が摩耗あるいは破損しやすく、寿命が短い欠点があった。

【００１１】 この考案は、前記従来の技術における問題点を解決して、ボールねじにかかる モーメント負荷を軽減することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

この考案は、シャフトとこのシャフトにはめ込まれたナットとこのナットとシ ャフトとの間に装入された鋼球とで構成されるボールねじにおいて、前記シャフ トに平行に配設されたガイド部材と、このガイド部材にその軸方向に摺動可能に 装着され、当該軸に対し傾動する方向にモーメント荷重が加わるスライダーと、 前記スライダーを前記ナットに対し前記モーメント荷重を受ける方向に屈曲可能 に当該ナットに連結する連結部材とを具備してなるものである。

【００１３】

【作用】

この考案によれば、スライダーとナットとを連結部材を介して連結して、スラ イダーがナットに対しモーメント荷重を受ける方向に屈曲可能に構成したので、 スライダーにモーメント荷重が加わっても、ナットには伝達されなくなり、一部 の鋼球にのみ負荷が集中するのが軽減され、寿命を伸ばすことができる。

【００１４】

【実施例】

この考案の一実施例を図１に示す。この図１の機構は、例えば前記図５のアー ム２１〜２３の駆動機構に適用することができる。図１において、ボールねじ７ ０はシャフト７２とナット７４を具えている。シャフト７２はその軸７６の回り 方向に回転可能なようにその両端部においてラジアル軸受およびスラスト軸受に 支持されている。ナット７４はシャフト７２にはめ込まれており、シャフト７２ の回転に伴い、その軸７６に沿った方向に移動する。ナット７４の内周面とシャ フト７２の外周面との間には鋼球７８が装入されており、シャフト７２とナット ７４間の摩擦を軽減している。

【００１５】 ガイド部材（ガイドロッド）８０は、ボールねじ７０のシャフト７２に隣接し て、このシャフト７２に平行に配設されている。ガイド部材８０には、スライダ ー８２がその軸８４に沿った方向に摺動可能に取り付けられている。スライダー ８２の一端部８２ａは断面がほぼ“コ”字状に形成されており、その凹所８６に 球面滑り軸受（球面ブッシュ）８８が収容され、ねじ９０，９２によって固定さ れている。スライダー８２の他端部８２ｂには移動対象が連結されて、その移動 を行なう。スライダー８２の他端部の軸１００は、例えば図５のベース部５０の 軸４８に相当する。

【００１６】 球面滑り軸受８８は、図６に示すように、外輪９６と、この外輪９６の内側に はめ込まれた内輪９８とで構成されている。外輪９６と内輪９８が接する滑り面 ９４は球面に形成されており、これにより外輪９６と内輪９８は、この球の中心 を中心として関節運動することができる。

【００１７】 図１において、ボールねじ７０のナット７４の側面には、断面円形の突起部７ ４ａが形成されており、この突起部７４ａは内輪９８内にはめ込まれて固定され ている。

【００１８】 以上の構成において、ボールねじ７０のシャフト７２を回転させてナット７４ を矢印Ｅ方向に移動させると、スライダー８２もこれに伴って同方向に摺動し、 軸１００に連結された移動対象が移動する。このとき、移動対象の移動に伴って 、スライダー８２の端部８２ｂに矢印Ｆで示す方向の荷重が生じると、ボールね じ７０のシャフト７２にはその反力として逆方向のスラスト荷重Ｇが加わる。こ れら両荷重Ｆ，Ｇは方向が互いに逆で位置がずれているため、スライダー８２に はモーメント荷重Ｈが加わる。スライダー８２とガイド部材８０との間には、わ ずかながらすき間１０２があるので、スライダー８２はモーメント荷重Ｈにより 軸８４に対してわずかに傾く。しかし、スライダー８２とナット７４とは球面滑 り軸受８８で連結されているため、スライダー８２はナット７４に対し球面滑り 軸受８８を節として屈曲してガイド部材８０とスライダー８２との間でモーメン ト荷重Ｈを吸収し、ナット７４にはモーメント荷重Ｈは伝達されない。したがっ て、ボールねじ７０にかかるモーメント荷重はスライダー８２を駆動するために 発生するモーメント荷重のみとなるので軸７６，軸８４および荷重Ｆがかかる他 端部の軸の距離を適宜選定することにより、ボールねじ７０にかかるモーメント 荷重をモーメント荷重Ｈよりも軽減することができ、寿命を伸ばすことができる 。

【００１９】

【変更例】

この考案は、前記図５に示した宇宙ステーションにおける実験装置の着脱機構 のみならず、モーメント荷重を受ける使い方をするボールねじを用いた各種の機 構に用いることができる。

【００２０】 また、連結手段は実施例で示した球面滑り軸受のほかにも、スライダーをナッ トに対しモーメント荷重を受ける方向に屈曲可能にナットに連結する構造を有す る各種の連結部材を用いることができる。

【００２１】

【考案の効果】

以上説明したように、この考案によれば、スライダーとナットとを連結部材を 介して連結して、スライダーがナットに対しモーメント荷重を受ける方向に屈曲 可能に構成したので、スライダーにモーメント荷重が加わっても、ナットには伝 達されなくなり、一部の鋼球にのみにかかるモーメント負荷の集中を軽減するこ とができ、寿命を伸ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例を示す断面図である。

【図２】宇宙ステーションを示す斜視図である。

【図３】図２の曝露部２に対する実験装置４の着脱機構
を示す斜視図である。

【図４】図３の着脱機構により実験装置を曝露部構造体
２０に固定する手順を示す工程図である。

【図５】図３，４のアーム２１の駆動機構を示す図であ
る。

【図６】図１の球面滑り軸受８８を示す一部破断斜視図
である。

【符号の説明】

７０ ボールねじ ７２ シャフト ７４ ナット ７８ 鋼球 ８０ ガイド部材 ８２ スライダー ８８ 球面滑り軸受（連結部材）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シャフトとこのシャフトにはめ込まれたナ
   ットとこのナットとシャフトとの間に装入された鋼球と
   で構成されるボールねじにおいて、 前記シャフトに平行に配設されたガイド部材と、 このガイド部材にその軸方向に摺動可能に装着され、当
   該軸に対し傾動する方向にモーメント荷重が加わるスラ
   イダーと、 前記スライダーを前記ナットに対し前記モーメント荷重
   を受ける方向に屈曲可能に当該ナットに連結する連結部
   材とを具備してなるボールねじのモーメント負荷軽減構
   造。