(57)【要約】【課題】予めナット側転動溝にボールを充填したナットをねじ軸に通すことができ、かつ、大径のラジアル軸受を用いることのできるボールねじ装置の製造方法およびボールねじ装置を提供すること。【解決手段】ボールねじ装置１において、ねじ軸２の先端側で外周面がラジアル軸受６により支持されている軸端部２８は、ねじ軸２において軸側転動溝２１が形成されている部分と同一径であって、外周面には軸側転動溝２１から連続する螺旋溝２９が形成されている。このため、予めナット側転動溝３１にボール４を充填したナット３をねじ軸２に通すことができる。ねじ軸２の軸端部２８は、ねじ軸２において軸側転動溝２１が形成されている部分と同一径であり、太いので、大径のラジアル軸受６を用いることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状の軸側転動溝を備えたねじ軸と、内周面に螺旋状のナット側転動溝を備え、前記ねじ軸の外側に嵌められたナットと、前記軸側転動溝と前記ナット側転動溝とにより形成されたボール転動路内に配置された複数のボールと、前記ねじ軸の一方端側を支持するラジアル軸受と、を有するボールねじ装置の製造方法において、
前記ねじ軸の一方端側において、前記軸側転動溝が形成されている部分と同一径の軸端部の外周面に前記軸側転動溝から連続する螺旋溝を形成する溝形成工程と、
前記ナット側転動溝内に前記ボールを配置した前記ナットを前記軸端部の側から前記ねじ軸に通すナット装着工程と、
前記軸端部の外周面を前記ラジアル軸受により支持された状態とする軸受取付工程と、
を有することを特徴とするボールねじ装置の製造方法。
【請求項２】
前記溝形成工程では、前記軸側転動溝および前記螺旋溝を形成すべき領域に沿って前記ねじ軸の外周側に螺旋状の溝を形成する粗加工を行なった後、当該溝のうち、前記軸側転動溝に相当する部分に対しては、断面円弧状とする仕上げ加工を行い、前記螺旋溝に相当する部分に対しては前記仕上げ加工を行わないことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置の製造方法。
【請求項３】
前記ラジアル軸受は、前記軸端部に内輪が嵌められたボールベアリングであることを特徴とする請求項１または２に記載のボールねじ装置の製造方法。
【請求項４】
前記ナット装着工程では、前記ナットの内側に前記ナット側転動溝からの前記ボールの脱落を防止するボール保持具を配置しておき、当該ナットを前記軸端部の側から前記ねじ軸に通して当該ねじ軸と前記ボール保持具とを入れ替えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のボールねじ装置の製造方法。
【請求項５】
前記ねじ軸に対して、該ねじ軸の熱変位を吸収するための予張力を印加する予張力印加工程を行なうことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のボールねじ装置の製造方法。
【請求項６】
前記予張力印加工程では、前記軸端部に形成された前記螺旋溝を利用して予張力印加具を螺着することを特徴とする請求項５に記載のボールねじ装置の製造方法。
【請求項７】
外周面に螺旋状の軸側転動溝を備えたねじ軸と、内周面に螺旋状のナット側転動溝を備え、前記ねじ軸の外側に嵌められたナットと、前記軸側転動溝と前記ナット側転動溝とにより形成されたボール転動路内に配置された複数のボールと、前記ねじ軸の一方端側を支持するラジアル軸受と、を有するボールねじ装置において、
前記ねじ軸の一方端側で外周面が前記ラジアル軸受により支持されている軸端部は、前記ねじ軸において前記軸側転動溝が形成されている部分と同一径であって、当該軸端部の外周面には前記軸側転動溝から連続する螺旋溝が形成され、
前記軸側転動溝と前記螺旋溝とは断面形状が相違していることを特徴とするボールねじ装置。
【請求項８】
前記ラジアル軸受は、前記軸端部に内輪が嵌められたボールベアリングであることを特徴とする請求項７に記載のボールねじ装置。
【請求項９】
前記ねじ軸には、該ねじ軸の熱変位を吸収するための予張力が印加されていることを特徴とする請求項７または８に記載のボールねじ装置。
【請求項１０】
前記軸端部に形成された前記螺旋溝には、前記予張力を印加する予張力印加具が螺着されていることを特徴とする請求項９に記載のボールねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ軸とナットとの間に形成されたボール転動路内に複数のボールが配置されたボールねじ装置の製造方法およびボールねじ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじ装置は、ねじ軸とナットとの間に形成されたボール転動路内に複数のボールが配置された構造を有しており、ねじ軸の端部は、外周面がボールベアリングなどのラジアル軸受によって回転可能に支持されている（特許文献１参照）。
【０００３】
かかるボールねじ装置においては、一般に、図５（ａ）に示すように、ねじ軸２の外周面に形成された螺旋状の軸側転動溝２１は、ナット３の可動範囲のみに形成され、ラジアル軸受６によって支持される部分には形成されていない。このため、ボールねじ装置を製造する際には、ねじ軸２にナット３を嵌めた後、ねじ軸２を回転させながら、ナット３に形成されている開口部を利用してボール転動路４０内に複数のボールを充填していく。
【特許文献１】特開２００７−２１１８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ねじ軸２にナット３を嵌めた後、ボール４を充填する作業は、かなりの熟練を有する者でも多大の時間を要するので、生産性が低いという問題点がある。
【０００５】
ここに、本願発明者は、図５（ｂ）に示すように、ねじ軸２に対して、軸側転動溝２１が形成された大径部２ａと、大径部２ａの先端側でラジアル軸受６が装着される小径部２ｂとを設け、大径部２ａには長さ方向の全体にわたって軸側転動溝２１を形成しておくことを提案するものである。かかる構成によれば、予めナット側転動溝３１にボール４を充填したナット３をねじ軸２に通すことができるので、生産性を向上することができる。しかしながら、かかる構成を採用した場合、図５（ａ）に示す構成と比較して、ラジアル軸受６として小径のものを用いることになるため、定格荷重が低下するという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、予めナット側転動溝にボールを充填したナットをねじ軸に通すことができ、かつ、大径のラジアル軸受を用いることのできるボールねじ装置の製造方法およびボールねじ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、外周面に螺旋状の軸側転動溝を備えたねじ軸と、内周面に螺旋状のナット側転動溝を備え、前記ねじ軸の外側に嵌められたナットと、前記軸側転動溝と前記ナット側転動溝とにより形成されたボール転動路内に配置された複数のボールと、前記ねじ軸の一方端側を支持するラジアル軸受と、を有するボールねじ装置の製造方法において、前記ねじ軸の一方端側において、前記軸側転動溝が形成されている部分と同一径の軸端部の外周面に前記軸側転動溝から連続する螺旋溝を形成する溝形成工程と、前記ナット側転動溝内に前記ボールを配置した前記ナットを前記軸端部の側から前記ねじ軸に通すナット装着工程と、前記軸端部の外周面を前記ラジアル軸受により支持された状態とする軸受取付工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
かかる方法で製造した場合、外周面に螺旋状の軸側転動溝を備えたねじ軸と、内周面に螺旋状のナット側転動溝を備え、前記ねじ軸の外側に嵌められたナットと、前記軸側転動溝と前記ナット側転動溝とにより形成されたボール転動路内に配置された複数のボールと、前記ねじ軸の一方端側を支持するラジアル軸受と、を有するボールねじ装置において、前記ねじ軸の一方端側で外周面が前記ラジアル軸受により支持されている軸端部は、前記ねじ軸において前記軸側転動溝が形成されている部分と同一径であって、当該軸端部の外周面には前記軸側転動溝から連続する螺旋溝が形成されている構成を有することになる。
【０００９】
本発明では、ねじ軸の一方端側で外周面がラジアル軸受により支持されている軸端部は、ねじ軸において前記軸側転動溝が形成されている部分と同一径であって、外周面には軸側転動溝から連続する螺旋溝が形成されているため、予め、ナット側転動溝にボールを充填したナットをねじ軸に通すことができる。従って、ねじ軸にナットを嵌めた後、ねじ軸を回転させながら、ボール転動路内に複数のボールを充填する作業を行なう必要がないので、生産性を向上することができる。また、ねじ軸の一方端側で外周面がラジアル軸受により支持されている軸端部は、ねじ軸において軸側転動溝が形成されている部分と同一径であり、太いので、大径のラジアル軸受を用いることができる。それ故、定格荷重が大きなボールねじ装置を提供することができる。
【００１０】
本発明において、前記溝形成工程では、前記軸側転動溝および前記螺旋溝を形成すべき領域に沿って前記ねじ軸の外周側に螺旋状の溝を形成する粗加工を行なった後、当該溝のうち、前記軸側転動溝に相当する部分に対しては、断面円弧状とする仕上げ加工を行い、前記螺旋溝に相当する部分に対しては前記仕上げ加工を行わないことが好ましい。
【００１１】
すなわち、外周面に螺旋状の軸側転動溝を備えたねじ軸と、内周面に螺旋状のナット側転動溝を備え、前記ねじ軸の外側に嵌められたナットと、前記軸側転動溝と前記ナット側転動溝とにより形成されたボール転動路内に配置された複数のボールと、前記ねじ軸の一方端側を支持するラジアル軸受と、を有するボールねじ装置において、前記ねじ軸の一方端側で外周面が前記ラジアル軸受により支持されている軸端部は、前記ねじ軸において前記軸側転動溝が形成されている部分と同一径であって、当該軸端部の外周面には前記軸側転動溝から連続する螺旋溝が形成され、前記軸側転動溝と前記螺旋溝とは断面形状が相違していることを特徴とする。
【００１２】
このように構成すると、仕上げ加工を必要最小限に行なうので、軸端部に螺旋溝を追加した場合でも生産性が低下することがない。
【００１３】
本発明において、前記ラジアル軸受としては、前記軸端部に内輪が嵌められたボールベアリングを用いることができる。
【００１４】
本発明において、前記ナット装着工程では、前記ナットの内側に前記ナット側転動溝からの前記ボールの脱落を防止するボール保持具を配置しておき、当該ナットを前記軸端部の側から前記ねじ軸に通して当該ねじ軸と前記ボール保持具とを入れ替える構成を採用することができる。
【００１５】
本発明において、前記ねじ軸には、該ねじ軸の熱変位を吸収するための予張力が印加されていることが好ましい。かかる構成を実現するには、前記ねじ軸に対して、該ねじ軸の熱変位を吸収するための予張力を印加する予張力印加工程を行なう。このように構成すると、ボールねじ装置を使用した際、ねじ軸が発熱してねじ軸が熱変位を起こす場合でも、かかる熱変位を、予張力に起因する応力で吸収することができる。それ故、ボールねじ装置を安定した状態で使用することができる。この場合、前記予張力印加工程では、前記軸端部に形成された前記螺旋溝を利用して予張力印加具を螺着することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、ねじ軸の一方端側で外周面がラジアル軸受により支持されている軸端部は、ねじ軸において前記軸側転動溝が形成されている部分と同一径であって、外周面には軸側転動溝から連続する螺旋溝が形成されているため、予め、ナット側転動溝にボールを充填したナットをねじ軸に通すことができる。従って、ねじ軸にナットを嵌めた後、ねじ軸を回転させながら、ボール転動路内に複数のボールを充填する作業を行なう必要がないので、生産性を向上することができる。また、ねじ軸の一方端側で外周面がラジアル軸受により支持されている軸端部は、ねじ軸において軸側転動溝が形成されている部分と同一径であり、太いので、大径のラジアル軸受を用いることができる。それ故、定格荷重が大きなボールねじ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図面を参照して、本発明を適用したボールねじ装置およびその製造方法を説明する。
【００１８】
（ボールねじ装置の全体構成）
図１は、本発明を適用したボールねじ装置の平面図である。図２（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用したボールねじ装置の要部を示す説明図、およびねじ軸の端部の断面図である。
【００１９】
図１に示すボールねじ装置１はリニアアクチュエータであり、ねじ軸２およびこのねじ軸２の外側に嵌められたナット３を備えたボールねじ１０を備えている。また、ボールねじ装置１は、ボールねじ１０を支持するベース８と、ボールねじ１０のナット３に連結された可動体１１と、ボールねじ１０のねじ軸２を回転駆動する駆動装置７とを有している。
【００２０】
ベース８は、ねじ軸２の基端側および先端側の各々に基端側サポート部８１および先端側サポート部８２を備えている。基端側サポート部８１および先端側サポート部８２には、ボールベアリングからなるラジアル軸受５、６が搭載されており、かかるラジアル軸受５、６では、ねじ軸２の外周側に嵌められた内輪５１、６１と、基端側サポート部８１および先端側サポート部８２に保持された外輪５３、６３と、内輪５１、６１と外輪５３、６３との間に配置されたベアリングボール５２、６２とを備えている。本形態において、ラジアル軸受５、６は、軸線方向に配置された２つで１組のボールベアリングにより構成されている。駆動装置７は、例えば、ねじ軸２の基端側にカップリング７５を介して連結されたモータ７０を備えている。可動体１１は、ナット３のフランジ部３５にボルトにより連結されており、ねじ軸２と平行に配置されたガイドレール（図示）に案内されて、ナット３と一体に直動する。なお、ラジアル軸受５、６は、１つのボールベアリングにより構成されることもある。
【００２１】
図１および図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ボールねじ１０において、ねじ軸２の外周面には螺旋状の軸側転動溝２１が形成されており、ナット３の内周面には螺旋状のナット側転動溝３１が形成されている。また、ナット３の内側では、軸側転動溝２１とナット側転動溝３１とにより形成されたボール転動路４０に複数のボール４が配列されており、ナット３の端部には、ナット３とねじ軸２との隙間を塞ぐリング状のシール部材３９が取り付けられている。本形態のボールねじ１０において、ナット３では、ナット側転動溝３１の端部でボール４を掬い上げて循環させる循環部３７が形成されている。なお、循環部３７は、ナット３に外付けされたチューブを利用した構成の他、ナット３自身に形成される場合もある。また、ボール４は、リテーナ（図示せず）に保持された状態でボール転動路４０に配置される場合もある。
【００２２】
このように構成したボールねじ装置１では、駆動装置７によってねじ軸２が軸線Ｌの周りに回転駆動されると、ねじ軸２上でナット３が移動し、ナット３とともに可動体１１が軸線Ｌの方向に移動する。
【００２３】
（ねじ軸２の詳細構成）
本形態において、ねじ軸２の先端側（一方端側）では、外周面がラジアル軸受６により支持されている軸端部２８は、ねじ軸２において軸側転動溝２１が形成されている部分と外径寸法が同一である。また、軸端部２８の外周面には軸側転動溝２１から連続する螺旋溝２９が形成されており、かかる螺旋溝２９は、軸側転動溝２１とリード角などが同一である。
【００２４】
ここで、軸側転動溝２１は、ナット３を駆動する際、ボール４がスムーズに転動するように、内面が円弧状の平滑面に仕上げ加工が施されている。なお、軸側転動溝２１の底部には浅くて幅の狭い筋状の凹部が形成されている。これに対して、軸端部２８に形成された螺旋溝２９は、後述する製造方法によって、ボールねじ装置１を製造する際、その組み立て工程において、ボール４を通過させるのに用いられるだけである。このため、軸端部２８の螺旋溝２９は、例えば、略台形の断面を有するように粗加工が施された状態のままであり、内面が円弧状の平滑面とする仕上げ加工が施されていない。
【００２５】
ねじ軸２では、軸端部２８よりさらに先端側に小径部２７が突出しており、かかる小径部２７は、ねじ軸２の先端に、ねじ軸２が軸線方向に移動することを防止するストッパ９２をボルトにより固定するのに用いられている。ねじ軸２の基端側にも、ねじ軸２が軸線方向に移動することを防止するストッパ９１が固定されている。なお、ねじ軸２の先端側に小径部２７が形成されていない構成を採用することもある。
【００２６】
（製造方法）
図３は、本発明を適用したボールねじ装置１の製造工程のうち、ナット装着工程の様子を示す説明図である。
【００２７】
本形態のボールねじ装置１の製造方法のうち、ボールねじ１０を製造するにあたっては、まず、溝形成工程において、ねじ軸２を構成するための丸棒の外周面に対して、ナット４が移動する範囲にわたっては軸側転動溝２１を形成するとともに、ねじ軸２の軸端部２８の外周面には軸側転動溝２１から連続する螺旋溝２９を形成する。ねじ軸２において軸側転動溝２１を形成する部分と、螺旋溝２９を形成する軸端部２８とは同一の径である。
【００２８】
かかる溝形成工程では、軸側転動溝２１および螺旋溝２９を形成すべき領域に沿ってねじ軸２の外周側に螺旋状の溝を形成する粗加工を行なった後、かかる溝のうち、軸側転動溝２１に相当する部分に対しては、断面円弧状とする仕上げ加工を行い、螺旋溝２９に相当する部分に対しては仕上げ加工を行わない。このように構成すると、軸側転動溝２１と螺旋溝２９とは断面形状が相違している構成となる。かかる構成によれば、仕上げ加工を必要最小限に行なうので、軸端部２８に螺旋溝２９を追加した場合でも生産性が低下しない。
【００２９】
次のナット装着工程では、ナット側転動溝３１内にボール４を配置したナット３を軸端部２８の側からねじ軸２に通す。その際、ボール４は、軸端部２８の外周面に形成された螺旋溝２９を通ってナット側転動溝３１に入り込む。
【００３０】
かかるナット装着工程では、例えば、図３に示すように、ナット３の内側にナット側転動溝３１からのボール４の脱落を防止する円筒状のボール保持具３８を仮軸として配置しておき、ナット３を軸端部２８の側からねじ軸２に通してねじ軸２とボール保持具３８とを入れ替える。このようなボール保持具３８付きのナット３は、ボールねじ製造メーカから容易に入手できる。
【００３１】
なお、図３には、ボール保持具３８として、外周面に螺旋溝２９が形成されていない円筒状のスリーブが用いられている例を示したが、外周面に螺旋の溝が形成されたスリーブあるいは棒材をボール保持具３８として用いてもよい。
【００３２】
また、ねじ軸２に通す前のナット３のナット側転動溝３１にボール４を配置するにあたっては、例えば、特開平６−２８８４５８号に開示のリテーナを用いれば、図３に示すボール保持具を用いなくても、ボール４の脱落を防止することができる。
【００３３】
次の軸受取付工程においては、ねじ軸２の軸端部２８の外周面にラジアル軸受６を取り付ける。その結果、軸端部２８の外周面に形成されている螺旋溝２９は、ラジアル軸受６の内輪で覆われることになる。なお、ねじ軸２の基端側にはラジアル軸受５を取り付ける。
【００３４】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のボールねじ装置１およびその製造方法では、ねじ軸２の先端側（一方端側）で外周面がラジアル軸受６により支持されている軸端部２８は、ねじ軸２において軸側転動溝２１が形成されている部分と同一径であって、外周面には軸側転動溝２１から連続する螺旋溝２９が形成されている。このため、予め、ナット側転動溝３１にボール４を充填したナット３をねじ軸２に通すことができる。従って、ねじ軸２にナット３を嵌めた後、ねじ軸２を回転させながら、ボール転動路４０内に複数のボール４を充填する作業を行なう必要がないので、生産性を向上することができる。
【００３５】
また、ねじ軸２の一方端側で外周面がラジアル軸受６により支持されている軸端部２８は、ねじ軸２において軸側転動溝２１が形成されている部分と同一径であり、太いので、大径のラジアル軸受６を用いることができる。それ故、定格荷重が大きなボールねじ装置１を提供することができる。
【００３６】
（他の実施の形態）
上記実施の形態では、ラジアル軸受５、６としてボールベアリングが用いられていたが、ラジアル軸受５、６にニードル軸受など他の軸受が用いられているボールねじ装置１に本発明を適用してもよい。
【００３７】
上記実施の形態において、ねじ軸２には、ねじ軸２の熱変位を吸収するための予張力が印加されていることが好ましい。このように構成すると、ボールねじ装置１を使用した際、ねじ軸２が発熱してねじ軸２が熱変位を起こす場合でも、かかる熱変位を、予張力に起因する応力で吸収することができる。それ故、ボールねじ装置１を安定した状態で使用することができる。
【００３８】
かかる予張力を印加するにあたって、本形態のねじ軸２には、軸端部２８に螺旋溝２９が形成されているため、かかる螺旋溝２９を利用して、図４に示すように、ラジアル軸受６の内輪と隣接する位置に、スペーサ６９を介して予張力印加具６５を螺着することができる。図４に示す予張力印加具６５は、２つの予張力印加用ナット６６、６７を備えたダブルナットである。かかるダブルナットにより、ねじ軸２に予張力を印加するには、螺旋溝に予張力印加用ナット６７を螺着した後、予張力印加用ナット６７からのねじ軸２に突き出し部分にボルトテンショナ（図示せず）を取り付けてねじ軸２を引っ張り、ねじ軸が伸びた分、予張力印加用ナット６７を締める。しかる後に、ボルトテンショナを外すと、ねじ軸２に予張力が印加された状態となる。かかる構成を採用するにあたって、ねじ軸２において予張力印加具６５が螺着されている軸端部２８は、軸側転動溝２１が形成されている部分と同一径で太いので、予張力印加用ナット６６、６７として大きなものを取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を適用したボールねじ装置の平面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用したボールねじ装置の要部を示す説明図、およびねじ軸の端部の断面図である。
【図３】本発明を適用したボールねじ装置の製造工程のうち、ナット装着工程の様子を示す説明図である。
【図４】本発明を適用したボールねじ装置においてねじ軸に予張力印加具を取り付けた様子を模式的に示す説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の従来例および参考例に係るボールねじ装置の説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  ボールねじ装置
２  ねじ軸
３  ナット
４  ボール
５、６  ラジアル軸受
７  駆動装置
８  ベース
１０  ボールねじ
１１  可動体
２１  軸側転動溝
２８  軸端部
２９  螺旋溝
３１  ナット側転動溝
３８  ボール保持具
４０  ボール転動路
【図１】
2010043664.tif 000003
【図２】
2010043664.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010043664.tif 000006
【図５】
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