JPWO2008075541A1 - ナット部材における可動体連結構造 - Google Patents

Abstract

可動体に対するスプラインナット（１１）やスクリューナット（３）といったナット部材の取り付け誤差を吸収することが可能であり、しかも可動体に対するナット部材の取り付けを容易に且つコンパクトに行うことが可能な可動体連結構造であって、前記ナット部材の外周面の周方向に沿って複数設けられたボール保持ポケット（６）と、このボール保持ポケット（６）に球面の一部が収容される多数の係合ボール（７）と、前記ナット部材が遊嵌する中空部を有してリング状に形成され、前記可動体に固定されると共に前記係合ボール（７）を介してナット部材に係合するフランジプレート（５）とを備え、前記フランジプレート（５）の内周面には前記ボール保持ポケット（６）と対向するボール収容溝（８）がナット部材の軸方向に沿って形成され、かかるフランジプレート（５）はナット部材に対して傾動自在に係合している。

Description

本発明は、スプライン軸に嵌合して運動するスプラインナット、あるいはねじ軸に螺合して運動するスクリューナットの如く、軸部材に沿って運動するナット部材をテーブル等の他の可動体に結合するための連結構造に関する。

従来、直線往復運動が可能なテーブルなどの可動体に対して所定の送り量を与える駆動機構としては、ねじ軸とスクリューナットを組み合わせた送りねじ機構が知られている。この送りねじ機構では、螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸を可動体の直線運動経路と平行に配設する一方、前記ねじ軸に螺合するスクリューナットを可動体に対して固定しており、モータで前記ねじ軸に与えた回転運動をスクリューナットの直線運動に変換し、それによって可動体を直線運動経路内で駆動するようになっている。

しかし、このような送りねじ機構では、可動体の直線運動経路と前記ねじ軸が精度良く平行に設けられている場合であっても、可動体に対するスクリューナットの取り付け精度が悪いと、かかるスクリューナットの軸心がねじ軸の回転中心に対して傾いてしまうといった問題がある。このような傾きが存在すると、ねじ軸の回転抵抗の増加によって可動体の送り精度が悪化する他、スクリューナットの偏摩耗により装置寿命が短命化してしまう。

一方、テーブル等の可動体を直線案内するボールスプラインにおいても、スプラインナットを可動体に固定する際に同様な問題が発生する。ボールスプラインは、軸方向に沿ってスプライン溝が形成されたスプライン軸と、このスプライン軸に沿って運動するスプラインナットとから構成されている。例えば、２軸のボールスプラインを平行に配設して可動体を案内する場合、たとえスプライン軸を精度良く平行に配設したとしても、可動体に対するスプラインナットの取り付け精度が悪いと、少なくとも一方のスプラインナットはその軸心がスプライン軸の軸心に対して傾いてしまう。これにより、スプラインナットの移動に対して作用する抵抗が増加し、可動体の運動精度が悪化する他、スプラインナットの偏摩耗によって装置寿命が短くなってしまうといった問題点がある。

これらナット部材の可動体に対する取り付け誤差を吸収するための構造としては、特開平６−２２９４５４号公報や特開平８−２７０６４９号公報に開示されるものが知られている。これらの取り付け誤差吸収構造では、ナット部材と可動体との間に可動プレートを介装し、例えば可動プレートとナット部材との間を上下方向に変位可能に連結する一方、可動プレートと可動体との間を左右方向に変位可能に連結し、全体としてナット部材と可動体が全方向に関して自由度を有して結合されるように構成されている。
特開平６−２２９４５４号公報 特開平８−２７０６４９号公報

しかし、このような従来の取り付け誤差吸収構造は、前記可動プレートを介してナット部材と可動体とを連結していることから、その組み立てに手間がかかり、しかも可動体に対するナット部材の取り付けに大きなスペースが必要となって、可動体の直線案内部が大型化してしまうといった問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、可動体に対するスプラインナットやスクリューナットといったナット部材の取り付け誤差を吸収することが可能であり、しかも可動体に対するナット部材の取り付けを容易に且つコンパクトに行うことが可能な可動体連結構造を提供することにある。

すなわち、本発明は、直線状の軸部材に沿って運動するナット部材を可動体に連結するための構造であって、前記ナット部材の外周面の周方向に沿って複数設けられたボール保持ポケットと、このボール保持ポケットに球面の一部が収容される多数の係合ボールと、前記ナット部材が遊嵌する中空部を有してリング状に形成され、前記可動体に固定されると共に前記係合ボールを介してナット部材に係合するフランジプレートとを備え、前記フランジプレートの内周面には前記ボール保持ポケットと対向するボール収容溝がナット部材の軸方向に沿って形成され、かかるフランジプレートはナット部材に対して傾動自在に係合していることを特徴とするものである。

このような技術的手段によれば、ナット部材側のボール保持ポケットに収容された係合ボールがフランジプレートのボール収容溝を摺動することにより、かかるフランジプレートはナット部材に対して傾動自在に係合しているので、かかるフランジプレートに対して可動体を直接固定すれば、可動体に対するフランジプレートの取り付け精度に誤差が存在する場合でも、かかる誤差をフランジプレートとナット部材との間で吸収することができ、ナット部材の軸心をねじ軸やスプライン軸といった軸部材の軸心と合致させることが可能となる。

これにより、軸部材に対するナット部材の運動を良好なものにすることができ、可動体の運動精度の向上を図ることが可能となる他、ナット部材の偏摩耗による短命化を防止することが可能となる。

また、フランジプレートは係合ボールに対して摺接し、それによって該フランジプレートがナット部材に対して傾動自在となっているので、かかる係合ボールとして鋼球等の剛体を使用すれば、ナット部材の軸方向の直線運動及び周方向の回転運動は該ナット部材とフランジプレートとの間で確実に伝達される。すなわち、フランジプレートに固定される可動体に対してナット部材の運動を確実に伝達することが可能となる。

本発明をボールねじ装置のスクリューナットに適用した例を示す断面図である。 図１に示したスクリューナットのＡ矢視図であり、左半分は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図を示している。 本発明をボールスプライン装置のスプラインナットに適用した他の例を示すものである。 本発明を用いて曲線案内装置のスライダをボールねじ装置で往復駆動する機構を示す平面図である。

以下、添付図面に基づいて本発明のナット部材の可動体連結構造を詳細に説明する。

図１は、ボールねじ装置１のスクリューナット３に本発明の可動体連結構造を適用した例を示すものである。このボールねじ装置１は、外周面に螺旋状のボール転動溝２０が所定のリードで形成されたねじ軸２と、多数のボール４を介して前記ねじ軸２に螺合するスクリューナット３とから構成されており、前記スクリューナット３に係合するフランジプレート５を介して該スクリューナット３をテーブルなどの可動体に直接固定することができるようになっている。

前記スクリューナット３はねじ軸２が貫通する中空部を有して円筒状に形成されており、中空部を囲む内周面にはねじ軸２のボール転動溝２０と対向する螺旋状の負荷転動溝３０が形成されている。この負荷転動溝３０はねじ軸２のボール転動溝２０と相まってボール４の負荷通路を形成し、ボール４はスクリューナット３とねじ軸２との間で荷重を負荷しながら前記負荷通路を転動する。また、図１には示されていないが、このスクリューナット３には前記負荷通路の両端を連通連結する無負荷通路が設けられており、負荷通路内で荷重を負荷していたボール４は無負荷通路に到達すると荷重から解放され、無負荷通路内を無負荷状態で転動した後、再び負荷通路へ戻される。

すなわち、負荷通路と無負荷通路によってボール４の無限循環路が構成されており、スクリューナット３に対してねじ軸２が回転すると、ボール４が前記無限循環路内を循環し、スクリューナット３をねじ軸２に沿って連続的に移動させることが可能となっている。

また、スクリューナット３の軸方向の両端部には、スクリューナット３とねじ軸２との隙間を密封する一対のシール部材３１が設けられており、スクリューナット３の内部に塵芥が進入するのを防止すると共に、スクリューナット３の内部から潤滑剤が流出するのを防止している。

前記フランジプレート５はスクリューナット３の外側に遊嵌するリング状に形成されており、かかるスクリューナット３の軸方向の一端に係合している。図２は図１のＡ矢視図であり、左半分はＩＩ−ＩＩ線断面図である。フランジプレート５には固定ボルトを挿通させ、係止するための取付け孔５０が形成されており、固定ボルトを用いてフランジプレート５を可動体に直接固定することができるようになっている。

前記フランジプレート５が係合するスクリューナット３の端部には周方向に所定の間隔をおいて複数のボール保持ポケット６が形成されており、各ボール保持ポケット６には係合ボール７が保持されている。このボール保持ポケット６は、収容した係合ボール７が変位することのないよう、係合ボール７の球面に倣った凹球面状に形成されており、係合ボール７の球面の略１／４を包持するように構成されている。もっとも、ボール保持ポケット６をそのような凹球面状に加工することが困難な場合は、２つの凹曲面を合成してボール保持ポケット６とし、前記係合ボール７を各凹曲面に対して接触させることで、かかるボール保持ポケット６内に収容した係合ボール７を安定させるようにしても良い。

一方、リング状に形成された前記フランジプレート５の内周面にはボール保持ポケット６と対向する位置にボール収容溝８が形成されている。このボール収容溝８はフランジプレート５の厚み方向に延びており、図２から把握されるように、かかるボール収容溝８の断面形状は係合ボール７の球面に倣った凹曲面をなしている。これにより、フランジプレート５の周方向に対する係合ボール７の変位を防止することができる。また、ボール収容溝８の断面形状は所謂ゴシックアーチ状に形成しても良く、そのように形成した場合は係合ボール７がボール収容溝８に対して２点接触するので、やはりフランジプレート５の周方向に対する係合ボール７の変位を防止することができる。一方、スクリューナット３の軸方向に沿った前記ボール収容溝８のプロファイルは凹曲面をなしている。スクリューナット３のボール保持ポケット６に収容されたボール７はその一部が前記ボール収容溝８に収容され、かかるボール収容溝８に摺接するようになっている。

前記フランジプレート５をスクリューナット３に組み付けるに当たっては、フランジプレート５をスクリューナット３に遊嵌させて、前記ボール保持ポケット６とボール収容溝８とを対向させた後、ボール保持ポケット６に対して係合ボール７を押し込み、最後にスクリューナット３の端部に係止ナット９を螺合させて、係合ボール７をボール保持ポケット６とボール収容溝８とが形成する空間に封じ込める。これにより、係合ボール７はボール保持ポケット６から離脱不能となり、フランジプレート５が係合ボール７を介してスクリューナット３に係合した状態となる。

このようにしてスクリューナット３に係合したフランジプレート５は、係合ボール７がボール収容溝８と摺接することにより、図１に二点鎖線で示すように、スクリューナット３の軸方向に対して自在に傾動することが可能である。また、係合ボール７はスクリューナット３のボール保持ポケット６及びフランジプレート５のボール収容溝８によって包持されているので、フランジプレート５がスクリューナット３に対してその周方向に回転を生じてしまうことはなく、フランジプレート５とスクリューナット３との間では回転トルクを伝達することが可能である。尚、フランジプレート５が傾動する範囲は前記ボール収容溝８の長さ、換言すればフランジプレート５の厚さに応じて設定することができる。

このため、固定ボルトを用いて前記フランジプレート５を可動体に固定した際に、例えば可動体におけるフランジプレート５の取付け面の加工精度が悪く、フランジプレート５の可動体に対する取付け精度が不良な場合であっても、フランジプレート５がスクリューナット３に対して傾くことにより、スクリューナット３の軸心をねじ軸２の軸心と合致させた状態で該スクリューナット３を可動体に結合することが可能となる。

このことは、可動体におけるスクリューナットの取付け面の加工精度が低い場合であっても、ボールねじ装置を不具合なく使用可能であることを意味し、送り精度の要求されない汎用用途にボールねじ装置を使用する場合に、可動体の加工手間を軽減し、送りねじ機構の製作コストの低減化を図ることができるという点において重要である。

図３は、本発明の可動体連結構造の他の例を示すものであり、ボールスプライン装置１０のスプラインナット１１に本発明を適用している。図３において、スプライン軸１２は一点鎖線で示してある。

図１及び図２に示した例ではスクリューナット３に対してボール保持ポケット６を直接形成したが、この図３に示す例ではスプラインナット１１の外周面にインナーリング１３を嵌合させ、このインナーリング１３に対してボール保持ポケット６を形成した。スプラインナット１１の外周面の両端にはロックナット１４が螺合しており、インナーリング１３は位置決め用カラー１５とロックナット１４に挟まれるようにしてスプラインナット１１の外周面に固定されている。また、インナーリング１３がスプラインナット１１に対して回転を生じてしまうのを防止するため、インナーリング１３とスプラインナット１１との間にはキー１６が挿入されている。

フランジプレート５及び係合ボール７の構成は図１及び図２に示した例と同一であり、ここではその詳細な説明は省略する。また、インナーリング１３には係止リング９が螺合するように構成されており、ボール保持ポケット６に係合ボール７を収容した後に前記係止リング９をインナーリング１３に螺合させることで、係合ボール７の離脱が防止されるようになっている。

そして、このように構成されたボールスプライン装置１０のスプラインナット１１に関しても、固定ボルトを用いて前記フランジプレート５を可動体に固定した際に、例えば可動体におけるフランジプレート５の取付け面の加工精度が悪く、フランジプレート５の可動体に対する取付け精度が不良な場合であっても、フランジプレート５がスプラインナット１１に対して傾くことにより、スプラインナット１１の軸心をスプライン軸１２の軸心と合致させた状態で該スプラインナット１１を可動体に結合することが可能となる。

本発明の可動体連結構造は、前述の如くボールスプライン装置１０のスプラインナット１１、ボールねじ装置１のスクリューナット３等、軸部材に沿って運動するナット部材であれば広く適用することが可能である。また、ナット部材は軸部材に沿って運動するものであれば、ボールを介することなく軸部材と滑り接触するものであっても差し支えない。

また、本発明の可動体連結構造は、可動体に対するナット部材の取付け誤差を吸収する目的ばかりでなく、図４に示すように、曲線案内装置４０によって案内されるスライダ４１とボールねじ装置１のスクリューナット３を連結する際にも有効である。

曲線案内装置４０は、所定の曲率で円弧状に形成された軌道レール４２と、この軌道レール４２に沿って運動するスライダ４１とから構成されており、テーブル等の可動体はスライダ４１に搭載されて曲線状に案内される。前記スライダ４１は曲線状に運動するのに対し、ボールねじ装置１のスクリューナット３は直線状に運動することから、従来、このような曲線案内装置４０のスライダ４１に対してボールねじ装置１を用いて往復運動を与えることは困難であった。

しかし、本発明におけるナット部材の連結構造を用い、フランジプレート５を曲線案内装置４０のスライダ４１に固定すれば、フランジプレート５がスクリューナット３に対して自在に傾動できることから、図４に二点鎖線で示すように、スクリューナットの進行に伴い、フランジプレート５が徐々に傾動してスクリューナット３に対するスライダ４１の姿勢の変化を吸収する。尚、図４中の符号４３は直線案内装置の軌道レール、符号４４は前記軌道レール４３に沿って運動するスライダであり、ねじ軸２と曲線案内装置４０の軌道レール４２との間隔の変化を吸収するために、前記フランジプレート５と曲線案内装置４０のスライダ４１との間に介装されている。

すなわち、本発明の可動体連結構造を用いれば、ボールねじ装置１を用いて曲線案内装置４０のスライダ４１を曲線状の軌道レール４２に沿って往復駆動させることが可能となる。

Claims (2)

1. 直線状の軸部材（２，１２）に沿って運動するナット部材（３，１１）を可動体に連結するための構造であって、
   前記ナット部材（３，１１）の外周面の周方向に沿って複数設けられたボール保持ポケット（６）と、このボール保持ポケット（６）に球面の一部が収容される多数の係合ボール（７）と、前記ナット部材（３，１１）が遊嵌する中空部を有してリング状に形成され、前記可動体に固定されると共に前記係合ボール（７）を介してナット部材（３，１１）に係合するフランジプレート（５）とを備え、
   前記フランジプレート（５）の内周面には前記ボール保持ポケット（６）と対向するボール収容溝（８）がナット部材（３，１１）の軸方向に沿って形成され、かかるフランジプレート（５）はナット部材（３，１１）に対して傾動自在に係合していることを特徴とする可動体連結構造。
2. 前記ナット部材（３，１１）の外周面には前記フランジプレート（５）と対向するインナーリング（１３）が固定され、このインナーリング（１３）の外周面に前記ボール保持ポケット（６）が形成されていることを特徴とする請求項１記載の可動体連結構造。

Images