JPH054533B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はねじ軸とナツトとの間のボールを入れ
て相対的な回転運動又は直線運動ができるように
なし、ナツト外周のほぼ中央に環状フランジを設
けたボールねじユニツトを用いた直線送り装置に
関する。

（従来の技術および発明が解決しようとする問題
点） 従来より、カツテイングツールやワークテーブ
ル等の送り装置には、ねじ軸とナツトのねじ溝間
に一連状のボールを多数介在させて該ボールを転
動自在となし、従来のすべり摩擦による送り動作
をするものに変えて、ころがり摩擦により非常に
軽快な送り動作が行なえるボールねじユニツトが
提供されている。

しかしながら、従来のボールねじユニツトにあ
つては、例えばギヤ等の如き伝動部材固定用の環
状フランジが円筒状ナツトの一端部に設けられて
いることから、ナツト内周に形成したねじ溝の硬
度を出すためナツト内周を浸炭焼入れした場合、
フランジ形成側と反対側のナツト内周に生じる熱
処理歪が相対的に大きくなり、従つてナツト内周
に形成したねじ溝の寸法精度を出す目的で該ねじ
溝を研削仕上げしても、第５図に示されるよう
に、硬化層の深さが不均一となる欠点を生じてい
た。また、ややもするとナツトの素地金属が外部
露出して、ボール転動時にねじ溝面に圧痕が出来
る等ナツトの品質を劣化される欠点があつた。そ
こで、上記の対策として、一般的に硬化層を厚く
して研削代を多きくとる方法が採用されている
が、硬化層を厚くすると熱処理の時間が多くかか
つて製品のコスト高を招来するという別の欠点を
生じていた。

また、従来のボールねじユニツトでは、ねじ軸
とナツトの両ねじ溝間に嵌め込まれたボールにバ
ツクラツシユ（軸方向すきま）があるため、ねじ
軸又はナツトのいずれか一方が軸方向へ移動する
際に、ボールとねじ溝間のバツクラツシユによつ
て偏摩耗や騒音を生じるばかりか、ねじ時又はナ
ツトの対応性が悪いという問題点があつた。これ
に対しては、左右一対のナツト間に予圧（予備圧
縮）をかける間座を入れて、該ナツトを圧縮方向
又は拡張方向へ強制的にずらしてバツクラツシユ
を解消させる等の対策が提案されているが、ナツ
トに無用の応力を作用せしめるので機械的補強を
十分に施す必要が生じ、組付け時のかかる圧力作
業が非能率となるなどの問題があつた。このよう
なバツクラツシユを解消するべく従来から間座を
用いずに単一のナツトのねじ軸間のねじ溝を間に
ピツチ差を設けて予圧を付与する技術も知られて
いる。このようにピツチ差を設けたものは、ナツ
トおよびねじ溝のねじ溝とボールとのコンタクト
方向が、ナツトの中央部を境にして左側と右側が
ねじ軸と直交する直交面に対して対称的に傾斜す
るようなコンタクト構造となり、左右のボールに
よつてねじ溝を介してねじ軸あるいはナツトにス
ラスト方向に引張りあるいは圧主荷重をかけ、そ
の反力を利用してボールに予圧を付与するもので
ある。

しかしながら、ボールねじユニツトにモーメン
ト荷重とスラスト荷重との複合荷重が作用した場
合に、スラスト荷重によつて左右のボールのいず
れかの接触荷重が大きくなり、反対側が小さくな
る。この状態でナツトにモーメント荷重が作用す
ると、接触荷重が大きい側のボールには所定の予
圧以上の荷重が加わつているのでがたつきが防止
されるが、接触荷重が小さくなつている側では加
わるモーメント荷重によつてがたつきが生じる可
能性があつた。

また、このようなボールねじユニツトを用いて
直線送り装置を構成する場合、モーメント荷重に
よつてねじ軸が軸振れしやすく、ねじ軸を正確に
直線送りすることが困難であつた。

本発明は従来技術の斯かる欠点を解決するため
になされたもので、その目的とするところは、ナ
ツト外周のほぼ中央に伝動部材固定用の半径方向
外方へのびる環状フランジを設けて、熱処理時に
ナツト内周に歪が発生するのを極力押さえ、これ
によりナツトの品質向上とナツトの価格低減を図
り、さらに、ナツトとねじ軸間に介在されるボー
ル列を環状フランジを境にして左右に振り分けて
左右のボール列それぞれにピツチ差を設けて予圧
を付与することにより、スラスト荷重とモーメン
ト荷重の複合荷重が作用した場合でもがたつきを
有効に防止し得、ねじ軸によつて送られる可動部
材を正確に直線送りすることができる直線送り装
置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、本発明にあつて
は、螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸と、内周に
前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝をピツチ差
を設けて形成し且つ外周のほぼ中央に半径方向外
方へ延びる環状フランジを設けたナツトと、上記
環状フランジに取付けられた伝動部材と、ナツト
外周に装着されて上記ねじ軸及びナツトの対応ね
じ溝内のボールを拾い上げて再びこれを該ねじ溝
内に帰還させるボールガイドと、ナツト及びボー
ルガイドの外周に装着されるボルベアリングと、
該ボールベアリングを介して前記ナツトを回転自
在に支持するハウジングと、前記ボールガイドを
介してねじ軸とナツトの対応ねじ溝間を整列循環
する複数のボール列とから成り、前記伝動部材を
介してナツトを回転駆動することにより、前記ね
じ軸を直線運動させる直線送り装置において、ボ
ールガイドは環状フランジの左右にそれぞれ設置
されており、また当該ボールガイドを介してねじ
軸とナツトの対応ねじ溝間を整列循環するボール
列も環状フランジの左右に独立してそれぞれ設
け、各ボール列それぞれに前記ねじ軸とナツトの
ねじ溝との間にピツチ差を設けて予圧を付与し、
さらに前記ボールベアリングも環状フランジの左
右にそれぞれ設けることにより、前記ナツトをハ
ウジングに対して環状フランジの左右で支持した
ことを特徴とする。

（作用） 本発明にあつては、ナツト外周中央に環状フラ
ンジを設けたので、ナツト内周の熱硬化処理をす
る場合、ナツト中央部の熱歪が抑制され、ナツト
両端開口部と中央部との熱歪の差が小さくなる。
また、ナツトとねじ軸の各ねじ溝間を転動するボ
ールは、ねじ溝のピツチ差によつて予圧が付与さ
れねじ軸とナツト間の相対移動時におけるバツク
ラツシユが解消され、伝動部材からの駆動に対す
る応答性が良い。そして、ボール列を環状フラン
ジの左右に振り分けて、それぞれのボール列に予
圧を付与しているので、各負荷ボールのコンタク
ト方向はねじ軸と直交する面に対して、左右がそ
れぞれに１組づつの対称的なコンタクト構造が構
成されている。

このボールねじユニツトにスラスト荷重が作用
すると、環状フランジの左右いづれに半部にもス
ラスト荷重によつて圧縮された負荷ボールが存在
し、環状フランジを境にしてナツトに回転させよ
うとするモーメント荷重が作用しても、このモー
メント荷重は環状フランジの左右に存在する高剛
性の負荷ボールによつて受け持たれ、がたつきが
防止される。

そして、ナツトを支持するボールベアリングを
環状フランジを隔てて左右に設けることにより、
ナツトをバランス良く、安定して回転させ得る。

（実施例） 以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。本発明の一実施例に係る直線送り装置を示す
第１図乃至第４図において、１′はこの直線送り
装置に用いられるボールねじユニツト全体を示し
ており、このボールねじユニツト１′は概略ねじ
軸２とナツト４より成るボールねじ１と、ナツト
４をボールベアリング１６，１７を介して回転自
在に支持するハウジング２０と、ナツト４に回転
駆動力を伝動する伝動部材１３とから構成されて
いる。

上記ボールねじ１は、軸の外周に所定のピツチ
により螺旋状のねじ溝３を形成したねじ軸２と、
該ねじ軸２に鋼球よりなるボール列５を介して螺
合された軸方向又は回転方向に移動自在な円筒状
のナツト４とから成る。

このナツト４の内周にもボール列５が転動する
ための螺旋状ねじ溝６が設けられており、該螺旋
状ねじ溝６は前記ねじ軸側のねじ溝３と相互に対
応せしめられている。

ここで、ナツト４のねじ溝６は、第４図に明示
するように、ナツトの中央側におけるねじ溝６，
６間のピツチP₁、P₂（但しP₁＝P₂の条件があるも
のとする）が他のねじ溝６，６間のピツチP₃、
P₄（P₃＝P₄の条件があるものとする）より大き
く、P₁、P₂＝P₃＋αおよびP₁、P₂＝P₄＋αの関
係になつている。従つて、ナツト４中央の左側に
位置する負荷ボール５₁は左方向へ、一方右側に
位置する負荷ボール５₂は右方向へ、それぞれナ
ツト４の軸方向外方に向う拡張方向へ予圧を受け
ることになる。なお、これとは逆にピツチP₁、
P₂を両側のピツチP₃、P₄より小さくし、P₁、P₂
＝P₃−αおよびP₁、P₂＝P₄−αの関係を成立さ
せることによつて、左側の負荷ボール５₁と右側
の負荷ボール５₂に対して、それぞれナツト４の
軸方向内方に向う圧縮方向へ予圧をかけることが
できる。

７はナツト４外周のほぼ中央に半径方向外方へ
延びるように設けられた環状のフランジで、ナツ
ト４の外径より大きい寸法の外径を有しており、
また円周方向へ所定の間隔を設けて複数の取次孔
８を備えている。環状フランジ７に予め取付孔８
を設けておけば、当該環状フランジ７を介してナ
ツト４を被固定部材に固定する際に、改めてボル
ト挿通用の取付孔を穿孔する必要がなく、従つて
ナツト４の固定操作が比較的に簡単なものとな
る。

９，１０はナツト４の外周であつて環状フラン
ジ７の左右に対称配置されたリターンチユーブ等
のボールガイドで、略Ｕ字形の断面形状を有する
このボールガイド９，１０の両端部はナツト４を
貫通してナツト内部に開口する半径方向の連絡孔
４ａ，４ａ，４ｂ，４ｂに挿着されている。而し
て各連絡孔４ａ，４ａ，４ｂ，４ｂのうちの一方
側の連絡孔４ａ，４ａは、ねじ軸２のねじ溝３と
ナツト４のねじ溝６間を螺旋状に転動するボール
列５の転動始端位置でナツト内部に開口してお
り、また他方側の連絡孔４ｂ，４ｂはボール列５
の転動終端位置でナツト内部に開口している。

これによつて、ねじ軸２とナツト４のねじ溝
３，６間を螺旋状に転動する２条のボール列５を
なす各ボール５₀は、その転動終端位置において
ボールガイド９，１０によりねじ溝３，６内か
ら、拾い上げられた後に、該ボールガイド９，１
０内を通つてその転動始端位置で再びねじ溝３，
６内へ回帰し、整列循環を繰返すものである。そ
して各ボールガイド９，１０はガイド押え１１，
１２によりナツト４外周に一体的に取付られてい
る。

１３はボルト１０によつて前記環状フランジ７
の外周部に固着されたウオーム歯車等の伝動部材
で、動力側のウオーム１５と噛合せしめられてい
る。１６，１７はナツト４の外周の両端部に装着
されたアンギユラーコンタクトベアリングよりな
るボールベアリングで、外輪と内輪の間にボール
を介在させて構成される。１８，１９はナツト４
外周中央の環状フランジ７と両ボールベアリング
１６，１７間に圧入せしめられる間座で、ボール
ベアリング１６，１７側のボールに拡張方向の予
圧をかけている。

２０はボールねじユニツト１′を固定支持する
ためのハウジング、２１は該ハウジング２０にボ
ールねじユニツト１′を固定する際に、ボールね
じユニツト１′をハウジングの開口側より奥端側
へ向けて押圧するための固定用ナツトである。ま
たこの固定用ナツト２１は間座１９を用いて一方
側のボールベアリング１７に予圧をかける際の反
力とる部材としても作用する。

上記構成のボールねじユニツトにあつては、図
示しない駆動モータによりウオーム１５を回転さ
せると、伝動部材１３を介してナツト４が回転
し、ねじ軸２は図中左方または右方の一方へ軸方
向移動する。ナツト４回転時において、中央のフ
ランジ７を介して左右に設けた２条のボール列
５，５がねじ軸２とナツト４のねじ溝３，６間と
ボールガイド９，１０を通つて循環移動する。そ
してナツト４とねじ軸２のねじ溝３，６間に介在
されるボール５……には予圧が付与されており、
ねじ軸２とナツト４間のバツクラツシユ（軸方向
すきま）が零となるので、ねじ軸２はウオーム１
５の回転に応じて正確に追従する。また軸方向の
送り方向を変更する場合も遊びがなく追従性が良
い。

また各ボール５に予圧を付与しているので剛性
が高く、ワークテーブル等の可動部材が急発進し
た場合等のように衝撃的な荷重がかかつてもボー
ル５……変形によつてねじ軸２の移動がガタ付く
ようなことはなく応答性は飛躍的に向上する。

さらに、本実施例ではボールベアリング１６，
１７にも間座１９によつて予圧を付与している
が、ボールねじ１側のナツト４が単一構造より成
つていることから、ボールベアリング１６，１７
側にかけた予圧によつてボールねじ１側にかけた
予圧が干渉されることはなく、従つてボールねじ
１側の予圧調整を正確に行ない得る。

第６図ａ〜ｄには、本発明と従来例の負荷ボー
ルのコンタクト方向を、模式的に示したものであ
る。すなわち、従来の各負荷ボールのコンタクト
方向は、第６図ｃおよびｄに示すように、ナツト
１２の中央部を境にしてラジアル方向に対してそ
れぞれ対称的に傾斜した一組のコンタクト構造
（B_LとB_r）となる。

このようなナツト１２に図中右向きのスラスト
荷重Ｔと時計回り方向のモーメント荷重Ｍが使用
した場合、スラスト荷重Ｔによつてナツト１２の
左半部のボールB_rに加えた予圧は小さくなる傾
向がある（第６図ｃ参照）。したがつて、この状
態でモーメント荷重Ｍが作用すると、全体的に右
半部のボール例、特に右端に位置するボールB_r1
がモーメント荷重方向によつてつぶされて変形
し、ボールの円滑な循環が阻害されてしまう（第
６図ｄ参照）。

これに対して、本願発明は、第６図ａ，ｂに示
すように、予圧付与によるボールのコンタクト方
向は、ナツト４の左右半部の領域をそれぞれに対
称的に傾斜した一組のコンタクト配置構造（B_L0
とB_L1およびB_r0とB_r1）の組合わせが存在する。

このようなナツト４にスラスト荷重Ｔとモーメ
ント荷重Ｍの複合荷重が作用した場合、ナツト４
の左右半部に振り分けたボール列それぞれに予圧
を付与するコンタクト構造を採つているので、そ
れぞれのボール列にはスラスト荷重Ｔの方向に拘
らず予圧が付与された高剛性の負荷ボールB_L0，
B_r0が存在する。したがつて、この状態でモーメ
ント荷重Ｍが作用しても、モーメント荷重Ｍが各
高剛性の負荷ボールB_L0，B_r0によつて分担して支
承され、ボールB_r1の荷重の増大は低減されてボ
ールのスムーズな循環移動を確保できる。

また、ナツト４に作用するモーメント荷重Ｍは
環状フランジ７を介して作用することになるが、
この環状フランジ７は中央に設けられていること
から、ナツト４両端部に位置するボールB_L0およ
びB_r1に加わる荷重は左右に均等に振り分けられ
て、モーメント荷重Ｍをバランスよく支承するこ
とができ、より一層、モーメント荷重Ｍに対する
負荷能力を高めることができる。

（発明の効果） 本発明のボールねじユニツトは、以上のように
ナツト外周のほぼ中央に半径方向外方へ延びる環
状のフランジを設けたので、ナツト内周のねじ溝
を浸炭焼入れしてもナツト両端部内周に生じる熱
処理歪の程度が減少することから、ねじ溝研削を
行つた際に効果層の深さをほぼ均一に仕上ること
ができるばかりか、ナツトの素地金属が外部露出
することもない。このように本発明においては、
研削仕上げ後もナツトのねじ溝のボール転走面上
に均一な深さの硬化層を形成することができるの
で、ボールねじの組立て後にねじ軸及びナツトの
ねじ溝内でボールを循環させても、従来のような
硬化層の浅い部分或は素地金属の外方露出部に圧
痕を生じたりする不都合は完全に解消され、これ
によつてボールの円滑な整列循環を長期にわたつ
て保障し得る等ボールねじの品質を大いに向上さ
せる効果がある。また研削仕上げ後においても、
硬化層の深さをほぼ均一にし得ることから、従来
のよう研削仕上げ前に硬化層を予め厚くしておく
必要もなくなり、従つてナツトの熱処理工程も短
時間で終了させることができて、コストの低減に
役立つ。

また、ナツト中央駆動及びナツト両端支持の構
成を採つており、また、ナツトの左右半部に振り
分けたボール列にピツチ差を設けて予圧を付与し
ているので、環状フランジの左右いづれの側のボ
ール列にも、スラスト荷重によつて圧縮された高
剛性の負荷ボールが存在し、この状態でモーメン
ト荷重が作用しても左右に存在する高剛性の負荷
ボールによつて受け持つことができ、スラスト荷
重とモーメント荷重の複合荷重を有効に支承する
ことができる。

特に、ナツトをハウジングに対して組みつけて
直線送り装置を構成する際に、ナツトを支持する
ボ−ルベアリングを環状フランジを隔てて左右に
設けることにより、ナツトをバランスよく安定さ
せて回転させ得るので、ナツトのこじれを生じる
ことがなく、上記ナツトとねじ軸間のボールの予
圧構造と相まつて、ねじ軸と一体的に移動するワ
ークテーブル等の可動部材を正確に直線送りする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るボールねじユニツトを示
す縦断面図、第２図は第１図のボールねじユニツ
トのボールねじを示す平面図、第３図は第１図
−線縦断面図、第４図はボールねじ側ナツトの
ねじ溝にピツチ差を設けた状態を示す要部縦断面
図、第５図は従来の端部フランジ付ボールねじを
示す要部縦断面図、第６図は本発明と従来例にお
ける負荷ボールのコンタクト構造を比較したもの
で、同図(a)および(b)は本発明のボールコンタクト
構造を示す模式的断面図、同図ｃおよびｄは従来
のボールコンタクト構造を示す模式的断面図であ
る。 符号の説明、１……ボールねじ、１′……ボー
ルねじユニツト、２……ねじ軸、３……ねじ溝
（ねじ軸）、４……ナツト、４ａ，４ｂ……連絡
孔、５……ボール例、５₀，５₁，５₂……ボール、
６……ねじ溝（ナツト）、７……フランジ、８…
…取付孔、９，１０……ボールガイド、１１，１
２……ガイド押え、１３……伝動部材、１４……
ボルト、１５……ウオーム、１６，１７……ボー
ルベアリング、１８，１９……間座、２０……ハ
ウジング、２１……固定用ナツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸と、 内周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を
   ピツチ差を設けて形成し且つ外周のほぼ中央に半
   径方向へ延びる環状フランジを設けたナツトと、 上記環状フランジに取付けられた伝動部材と ナツト外周に装着されて上記ねじ軸及びナツト
   の対応ねじ溝内のボールを拾い上げて再びこれを
   該ねじ溝内に帰還させるボールガイドと、 ナツト及びボールガイドの外周に装着されるボ
   ールベアリングと、 該ボールベアリングを介してナツトを回転自在
   に支持するハウジングと、 前記ボールガイドを介してねじ軸とナツトの応
   ねじ溝間を整列循環する複数のボール列とから成
   り、前記伝動部材を介してナツトを回転駆動する
   ことにより、前記ねじ軸を直線運動させる直線送
   り装置において、 前記ボールガイドは環状フランジの左右にそれ
   ぞれ設置されており、 また当該ボールガイドを介してねじ軸とナツト
   の対応ねじ溝間を整列循環するボール列も環状フ
   ランジの左右に独立してそれぞれ設けられ、 各ボール列それぞれに前記ねじ軸とナツトのね
   じ溝間にピツチ差を設けて予圧を付与し、 さらに、前記ボールベアリングも環状フランジ
   の左右にそれぞれ設けることにより、前記ナツト
   をハウジングに対して環状フランジの左右で支持
   してなることを特徴とする直線送り装置。