(57)【要約】【課題】  ボール予圧量を適切に管理することが可能であると共に、予圧抜けが発生した際にナット部材をねじ軸から抜き取ることなくボールを再度予圧することが可能なボールねじ装置を提供する。【解決手段】  ナット部材３は、ねじ軸に対して互いに直列に配置された第一ナット要素３１及び第二ナット要素３２と、前記ねじ軸の周囲における前記第一ナット要素と前記第二のナット要素の回転運動を同期させる回り止め部材３４と、前記第一のナットと前記第二のナット要素の間に配置されてこれらナット要素を互いに反対の軸方向へ押圧するスペーサ３３と、を備えている。前記スペーサは前記ねじ軸が挿通されるリング状に形成された固定板３３ａ及び調整板３３ｂを組み合わせてなり、前記調整板を前記固定板に対して前記ねじ軸の周方向へ回転させることにより、ボールの予圧量が変化する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールの転動溝が所定のリードで螺旋状に形成されたねじ軸と、多数のボールを介して前記ねじ軸に螺合するナット部材と、を備え、
前記ナット部材は、
前記ねじ軸に対して互いに直列に配置された第一ナット要素及び第二ナット要素と、
前記ねじ軸の周囲における前記第一ナット要素と前記第二のナット要素の回転運動を同期させる回り止め部材と、
前記第一のナット要素と前記第二のナット要素の間に配置されてこれらナット要素を互いに反対の軸方向へ押圧するスペーサと、を備え、
前記スペーサは前記ねじ軸が挿通されるリング状に形成された固定板及び調整板を組み合わせてなり、前記調整板を前記固定板に対して前記ねじ軸の周方向へ回転させることにより、前記ボールの予圧量が変化することを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
前記調整板を前記固定板に対して回転させる入力トルクの大きさによって前記ボールの予圧量が管理されることを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
【請求項３】
前記スペーサの固定板には前記ねじ軸の軸方向と直交する平面に対して傾斜した複数の受圧面が設けられ、これら受圧面がリング状に形成された前記固定板の周方向に配列される一方、
前記調整板には前記複数の受圧面と対向してこれら受圧面と接触する複数の押圧面が設けられ、これら押圧面がリング状に形成された前記調整板の周方向に配列されていることを特徴とする請求項１又は２記載のボールねじ装置。
【請求項４】
前記調整板にはウォームホイールが設けられ、当該ウォームホイールと噛み合うウォームを回転させることで、前記調整板を前記ねじ軸の周方向へ回転させることを特徴とする請求項３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、予圧量の調整が可能なボールねじ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじ装置は回転運動と直線運動を相互に変換することが可能な機械要素であり、各種工作機械、搬送装置、産業用ロボット等において、サーボモータが発生する回転運動を直線運動に変換する目的で多用されている。前記ボールねじ装置は、多数のボールと、これらボールが転走する螺旋状の転動溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ボールを介して前記ねじ軸の周囲に螺合するナット部材と、を備えている。
【０００３】
前記ねじ軸と前記ナット部材の間の剛性を高めると共に、前記ねじ軸の逆転時におけるバックラッシュの発生を防止するため、前記ボールねじ装置では、使用用途に応じて、前記ねじ軸と前記ナット部材との間に配列されるボールに適切な予圧を付与することが行われている。
【０００４】
前記ボールに予圧を付与する構造としては所謂ダブルナット方式が知られている。このダブルナット方式は、前記ねじ軸に螺合する一対のナット部材の間にスペーサを挟み込んだものであり、スペーサの厚さに応じて各ナット部材と前記ねじ軸の間に存在するボールの予圧を付与することが可能となっている。
【０００５】
その一方、使用開始当初にはボールに対して適切な予圧が付与されていたボールねじ装置であっても、経時的な使用に伴う摩耗や前記ナット部材の熱膨張に起因して、ボールの予圧量が低下してしまう所謂予圧抜けを生じる可能性がある。この予圧抜けが発生すると、作用する荷重に対してボールねじ装置が十分な剛性を発揮することが不能となる他、バックラッシュの発生による位置決め精度の低下、前記ねじ軸や前記ナット部材に対してボールがスリップすることによる偏摩耗の発生が懸念される。
【０００６】
このような予圧抜けが生じた場合の対応策としては、前記スペーサをより厚いものに交換し、あるいはボールねじ装置そのものを新品に交換することが考えられるが、そのためにはボールねじ装置そのものを工作機械や産業用ロボット等の機械装置から取り外す必要があり、労力と時間のかかる大がかりな作業を行わなければならない。
【０００７】
前記ナット部材を前記ねじ軸から抜き取ることなく、ボールの予圧量を調整可能なダブルナット方式のボールねじ装置としては、特許文献１や特許文献２に開示されたものが知られている。
【０００８】
特許文献１に開示されるボールねじ装置では、一対のナット部材の間に設けられるスペーサが2枚の予圧片から構成されており、これら予圧片は当該ナット部材の軸方向に対して傾斜した斜面で互いに接触している。これら2枚の予圧片は所謂テーパーギブを構成しており、調整ねじの締結量を増減して一方の予圧片を他方の予圧片に対してスライドさせると、前記スペーサの厚さが一対のナット部材の間で増減し、それによって前記ボールの予圧量を変更している。
【０００９】
また、特許文献２に開示されるボールねじ装置では、一対のナット部材の接続部に設けられた４本の調整ねじの締結量を調整することにより、一方のナット部材の軸線の周囲で他方のナット部材を僅かに回転させて位相をずらし、それによって前記スペーサの厚みを増減した場合と同じ効果を得てボールの予圧量を変更している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２８５３５０
【特許文献２】特開２０１６−２２３４９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、これら特許文献１又は特許文献２に開示されるボールねじ装置では、調整ねじの締結量とボールの予圧量との間に一定の関係性がなく、調整ねじの締結量によってボールの予圧量を管理することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ボール予圧量を適切に管理することが可能であると共に、予圧抜けが発生した際にナット部材をねじ軸から抜き取ることなくボールを再度予圧することが可能なボールねじ装置を提供することにある。
【００１３】
すなわち本発明のボールねじ装置は、ボールの転動溝が所定のリードで螺旋状に形成されたねじ軸と、多数のボールを介して前記ねじ軸に螺合するナット部材と、を備えている。前記ナット部材は、前記ねじ軸に対して互いに直列に配置された第一ナット要素及び第二ナット要素と、前記ねじ軸の周囲における前記第一ナット要素と前記第二のナット要素の回転運動を同期させる回り止め部材と、前記第一のナット要素と前記第二のナット要素の間に配置されてこれらナット要素を互いに反対の軸方向へ押圧するスペーサと、を備えている。また、前記スペーサは前記ねじ軸が挿通されるリング状に形成された固定板及び調整板を組み合わせてなり、前記調整板を前記固定板に対して前記ねじ軸の周方向へ回転させることにより、前記ボールの予圧量が変化する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、前記スペーサを構成する調整板を固定板に対してねじ軸の周方向へ回転させるのみで、前記ねじ軸と前記ナット部材との間に配置されたボールの予圧量を変化させられるので、ボールの予圧量を適切に管理することが可能であると共に、予圧抜けが発生した際にナット部材をねじ軸から抜き取ることなくボールを再度予圧することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用したボールねじ装置の第一実施形態を示す斜視図である。
【図２】ねじ軸、第一ナット要素及び第二ナット要素の螺合状態を示す断面図である。
【図３】第一実施形態に係るナット部材の分解斜視図である。
【図４】前記固定板と前記調整板の接触状態を示す図である。
【図５】前記固定板に対して前記調整板を回転させた際のスペーサの厚みの変化を示す図である。
【図６】本発明を適用したボールねじ装置の第二実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を用いて本発明のボールねじ装置を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明を適用したボールねじ装置の第一実施形態を示すものである。
【００１８】
このボールねじ装置１は、外周面にボールの転動溝２０が螺旋状に形成されたねじ軸２と、多数のボールを介して前記ねじ軸２の周囲に螺合する円筒状のナット部材３とから構成されている。前記ボールは前記ねじ軸２とナット部材３との間に介在しており、例えば前記ねじ軸２を前記ナット部材３に対して回転させることにより、当該ナット部材３が前記ねじ軸２の軸方向へ移動し、又は前記ナット部材３を前記ねじ軸２に対して回転させることにより、当該ねじ軸２が前記ナット部材３の軸方向へ移動する。
【００１９】
前記ナット部材３は、前記ねじ軸２の軸方向に沿って直列に配置された第一ナット要素３１及び第二ナット要素３２を備えている。また、前記第一ナット要素３１と前記第二ナット要素３２との間には、これら第一ナット要素３１と第二ナット要素３２との間隔を調整するためのスペーサ３３が配置されている。
【００２０】
前記第一ナット要素３１は前記ねじ軸２が挿通される貫通孔を有して円筒状に形成されている。貫通孔の内周面には前記ねじ軸２に形成された螺旋状の転動溝２０と対向する負荷転動溝（図示せず）が形成されている。ボール４は前記ねじ軸２の転動溝と前記第一ナット要素の負荷転動溝の間に配列されており、荷重を負荷しながら前記第一ナット要素３１と前記ねじ軸２との間を転動する。また、前記第一ナット要素３１の軸方向の一端には鍔部３０が形成されている。前記鍔部３０には固定ボルトの取付孔３０ａが設けられており、前記ナット部材３は当該鍔部３０を貫通する固定ボルトによって他の機械装置に固定される。
【００２１】
前記第二ナット要素３２は前記第一ナット要素３１と略同一の構成を有している。但し、前記第二ナット要素３２には前記鍔部３０は存在せず、この点が第一ナット要素３１と大きく異なっている。
【００２２】
前記第一ナット要素３１と前記第二ナット要素３２との間にはこれらに跨るようにして回り止め部材３４が設けられている。前記回り止め部材３４は矩形断面を有する棒状に形成されており、長手方向の一端が前記第一ナット要素３１に形成された溝３１ａに嵌合する一方、他端は前記第二ナット要素３２に形成された溝３２ａに嵌合している。この回り止め部材３４の存在により、前記第一ナット要素３１及び第二ナット要素３２は前記ねじ軸２の周囲における回転運動が同期する。
【００２３】
図２は前記ねじ軸２、前記第一ナット要素３１及び前記第二ナット要素３２の螺合状態を示す図である。前記第一ナット要素３１及び前記第二ナット要素３２の内周面には前記ねじ軸２の転動溝２０と対向する負荷転動溝２１が形成されている。前記第一ナット要素３１及び前記第二ナット要素３２はこれら転動溝２０及び負荷転動溝２１を転動する多数のボール２２を介して前記ねじ軸２に螺合している。同図において、前記転動溝２０及び前記負荷転動溝２１の軸方向ピッチはＰであり、前記ねじ軸２の周囲における前記第一ナット要素３１と第二ナット要素３２との回転運動が前記回り止め部材３４によって同期すると、前記ねじ軸２の軸方向における前記第一ナット要素３１と前記第二ナット要素３２の位置関係は前記ボール２２によって拘束される。すなわち、前記第一ナット要素３１と前記第二ナット要素３２は前記ねじ軸２の軸方向に関して分離することなく一体化され、仮にスペーサ３３が存在しないとすると、前記第一ナット要素３１と前記第二ナット要素３２の間隔Ｌは自ずと決定する。
【００２４】
図３は前記ナット部材３の分解斜視図である。同図に示されるように、前記第一ナット要素３１と第二ナット要素３２との間に配置されたスペーサ３３は固定板３３ａ及び調整板３３ｂを備えている。前記固定板３３ａ及び調整板３３ｂは前記ねじ軸2が挿通する貫通孔を有してリング状に形成されており、互いに重なった状態で前記第一ナット要素３１の軸方向端面と前記第二ナット要素３２の軸方向端面との間に挟まれている。
【００２５】
前記調整板３３ｂと対向する前記固定板３３ａの軸方向端面には、周方向に沿って複数の受圧面４０が形成されている。これら受圧面４０は前記ナット部材３の軸方向と直交する平面に対して傾斜しており、当該固定板３３ａの周方向に沿って鋸刃状の凹凸をなしている。一方、前記固定板３３ａと対向する前記調整板３３ｂの軸方向端面には、前記固定板３３ａの受圧面４０と接触する複数の押圧面４１が形成されている。これら押圧面４１も前記受圧面４０と同様に前記ナット部材３の軸方向と直交する平面に対して傾斜しており、その傾斜方向は前記受圧面４０と同じである。すなわち、前記複数の押圧面４１も前記調整板３３ｂの周方向に沿って鋸刃状の凹凸をなしている。
【００２６】
前記固定板３３ａの外周面にはキー溝４２が設けられており、このキー溝４２には前記第一ナット要素３１と前記第二ナット要素３２とに架け渡された前記回り止め部材３４が嵌合している。このため、前記固定板３３ａは前記ねじ軸２の周方向に関して前記第一固定要素３１及び第二固定要素３２と一体化されている。
【００２７】
一方、調整板３３ｂの外周面には前記固定板３３ａのキー溝４２と重なった位置に逃げ溝４３が設けられている。この逃げ溝４３の溝幅は当該キー溝４２よりも大きく設定されており、前記第一固定要素３１と第二固定要素３２との間に架け渡された前記回り止め部材３４は前記逃げ溝４３に遊嵌している。このため、前記固定板３３ａは周方向の回転を前記回り止め部材３４によって係止されているが、前記調整板３３ｂは前記回り止め部材３４の存在に関わりなく前記逃げ溝４３の溝幅の範囲内で周方向へ回転可能である。前記調整板３３ｂの外周面には六角スパナ等の工具を引掛ける係止面を形成することができ、当該工具を用いて前記調整板３３ｂを前記ねじ軸２の周方向へ回転させることができる。
【００２８】
図４は前記固定板３３ａの受圧面４０と前記調整板３３ｂの押圧面４１の接触状態を示す図である。同図の紙面左右方向が前記ナット部材３の軸方向と、紙面上下方向が前記ナット部材３の周方向と合致している。前記受圧面４０及び前記押圧面４１は前記ナット部材３の軸方向と直交する平面に対して傾斜しているので、図中の矢線Ａに示すように、前記固定板３３ａに対して前記調整板３３ｂを周方向へ回転させると、これら固定板３３ａ及び調整板３３ｂから構成される前記スペーサ３３の厚みが増加する。図４は前記スペーサ３３の厚みが最小の場合を示している。また、図５は前記調整板３３ａを周方向へ回転させて、前記スペーサ３３の厚みを増加させた場合を示している。
【００２９】
前記スペーサ３３の最小厚みが当該スペーサ３３の配置される前記第一ナット要素３１と前記第二ナット要素３２の間隔Ｌよりも僅かに大きい場合、すなわち前記スペーサ３３の厚みがＬ＋αである場合、当該スペーサ３３を前記第一ナット要素３１と前記第二ナット要素３２との間に強引に挟み込むと、当該スペーサ３３は前記第一ナット要素３１及び前記第二ナット要素３２を前記ねじ軸２上で互いに反対方向へ押圧することになる。この際の押圧力は前記スペーサ３３の余分な厚みαに対応したものとなる。これにより、前記第一ナット要素３１と前記ねじ軸２の間に存在するボール２２、及び前記第二ナット要素３２と前記ねじ軸２との間に存在するボール２２は、前記厚みαに対応した押圧力で圧縮され、当該ボール２２には予圧が付与されることになる。
【００３０】
一方、厚みＬ＋αのスペーサ３３を前記第一ナット要素３１と前記第二ナット要素３２との間に挟み込んだ状態で、前記調整板３３ｂを前記固定板３３ａに対して図４中の矢線Ａ方向へ回転させると、当該スペーサ３３の厚みはＬ＋βに増加する（β＞α）。これにより、前記スペーサ３３が前記第一ナット要素３１及び前記第二ナット要素３２を互いに反対方向へ押圧する力は増強され、前記ボール２２にはより大きな予圧が付与される。すなわち、前記スペーサ３３の調整板３３ｂを周方向へ回転させることにより、ボール２２に与える予圧を任意に増加させることが可能である。
【００３１】
また、これとは逆に、Ｌ＋βの厚みのスペーサ３３を前記第一ナット要素３１と前記第二ナット要素３２との間に挟み込んだ状態で、前記調整板３３ｂを前記固定板３３ａに対して図４中の矢線Ａ方向と反対方向へ回転させると、当該スペーサ３３の厚みはＬ＋αに減少する。このため、前記スペーサ３３が前記第一ナット要素３１及び前記第二ナット要素３２を互いに反対方向へ押圧する力は軽減され、前記ボール２２に与えられる予圧は小さくなる。
【００３２】
前記ボール２２に与えられる予圧の大きさ、すなわち予圧量は、前記スペーサ３３が前記第一ナット要素３１と第二ナット要素３２を押圧する力に対応しており、前記固定板３３ａの受圧面４０と前記調整板３３ｂの押圧面４１の間に発生している圧力に比例している。このため、前記ボール２２の予圧量は前記調整板３３ｂを周方向へ回転させるトルクの大きさに比例している。
【００３３】
従って、前記調整板３３ｂを回転させるためのトルクの大きさ、すなわち入力トルクを管理することにより、ボールねじ装置１におけるボール２２の予圧量を適切に管理することができる。例えば、ボールねじ装置１の出荷時におけるボール２２の予圧量の管理が容易になる他、当該ボールねじ装置１を工作機械等の他の機械装置に組み付けた後でも、容易にボール２２の予圧量を調整することが可能である。また、経時的な使用に伴う摩耗や前記ナット部材３の熱膨張に起因して所謂予圧抜けが生じた場合であっても、前記調整板３３ｂを一定の入力トルクで回転させることにより、ボール２２の予圧量を所定の値に容易に回復させることができる。更に、ボール２２に与えられている予圧が過大な場合には、これを軽減して、予圧量の最適化を図ることも可能である。
【００３４】
尚、前記ボール22に予圧が与えられている場合、前記固定板３３ａの受圧面４０と前記調整板３３ｂの押圧面４１は圧接しており、両者の間にはある程度の大きさの摩擦力が作用している。このため、前記固定板３３ａの受圧面４０と前記調整板３３ｂの押圧面４１の傾斜角度が小さければ、前記調整板３３ｂが前記固定板３３ａの押圧力によって前記スペーサ３３の厚みが薄くなる方向へ自ずと回転してしまうことはない。
【００３５】
図６は、本発明を適用したボールねじ装置の第二実施形態を示すものであり、図２と同様な分解斜視図である。
【００３６】
この第二実施形態のボールねじ装置５は基本的な構成において前記第一実施形態のボールねじ装置３と同じであるが、ウォームギヤを用いて前記スペーサ３３の調整板を回転させる点において前記第一実施形態と異なる。
【００３７】
前記スペーサ３３は固定板３３ａ及び調整板３３ｃから構成されている。前記調整板３３ｃの外周面には周方向に沿ってウォームホイール４４が設けられており、当該ウォームホイール４４と噛み合うウォーム４５を回転させることによって、前記調整板３３ｃが周方向に回転するように構成されている。また、前記ナット部材３の第一ナット要素には半円筒形状のハウジング６が固定されており、前記ウォーム４５は当該ハウジング６の支持孔６０に対して回転自在に設けられている。前記ウォーム４５の軸方向の端面には六角穴４６が設けられており、当該六角穴４６を利用して前記ウォーム４５を任意量だけ回転させることが可能である。尚、以上に説明したい以外の構成は第一実施形態のボールねじ装置１と同一なので、図６中に図２と同一符号を付して、ここではそれらの詳細な説明を省略する。
【００３８】
以上説明したように、この第二実施形態のボールねじ装置５では、前記ウォーム４５を回転させることによって前記スペーサ３３の調整板３３ｃが前記ねじ軸２の周方向へ回転し、前述の第一実施形態と同様に、ボール２２に与える予圧を任意に増加させることが可能である。この際、前記ウォーム４５を回転させるためのトルクの大きさ、すなわち入力トルクを管理することにより、第一実施形態のボールねじ装置１と同様にボール２２の予圧量を適切に管理することが可能となる。
【００３９】
また、ウォームの歯の進み角が小さくなると、ウォームホイールからウォームを回すことが理論的にできなくなる所謂セルフロックが発生する。このため、前記調整板３３ｂのウォームホイール４４が前記ウォーム４５と噛み合っている状態では、積極的に前記ウォーム４５を回転させない限り、前記調整板３３ｂが周方向へ回転することはない。従って、前記ウォーム４５とウォームホイール４４の組み合わせは、前記調整板３３ｂを所定の位置に確実に固定しておくロック機構も兼ねており、前記ウォーム４５を回転させてボール２２の予圧量を調整した後は、経時的な使用に伴う摩耗や前記ナット部材５の熱膨張等の後天的要因が生じない限り、調整した予圧量を確実に維持することが可能となる。
【符号の説明】
【００４０】
１…ボールねじ装置、２…ねじ軸、３，５…ナット部材、２０…転動溝、２１…負荷転動溝、２２…ボール、３１…第一ナット要素、３２…第二ナット要素、３３…スペーサ、３３ａ…固定板、３３ｂ…調整板、４０…受圧面、４１…押圧面
【図１】
2019173909.tif 000003
【図２】
2019173909.tif 000004
【図３】
2019173909.tif 000005
【図４】
2019173909.tif 000006
【図５】
2019173909.tif 000007
【図６】
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