| 【発明の名称】 |
ボールネジ装置及びこれを用いた往復移動装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】望月 正典
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| 【要約】 |
【課題】ナット部材の直線移動距離が短い場合に、上記ボール帰還路を形成することなく、ネジ軸の回転によって、ナット部材が円滑に往復直線移動されるようにすること。
【解決手段】ナット部材とネジ軸のネジ溝に多数のボールを所定のピッチで介在させたボールネジであって、前記ナット部材とネジ軸との間には前記ボールを内外貫通状態に且外側に脱出しないように保持する筒状のリテーナを介在させ、ネジ軸は前記ナット部材の移動域よりも長く設定されていること。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ナット部材とネジ軸のネジ溝に多数のボールを所定のピッチで介在させたボールネジであって、前記ナット部材と前記ネジ軸との間には前記ボールを内外貫通状態に且外側に脱出しないように保持する筒状のリテーナを介在させ、前記ネジ軸は前記ナット部材の移動域よりも長く設定されているボールネジ装置。
【請求項２】 請求項１のボールネジ装置において、前記リテーナには、前記ボールを内外面から露出する状態に保持するための複数のボール保持部が前記ネジ溝にあわせて形成され、前記ボール保持部は前記ボールを自転自在に保持する大きさに設定されると共に、前記ボール保持部の周壁の外側端部の最小間隔は前記ボールの直径よりも小さく設定されているボールネジ装置。
【請求項３】 請求項２のボールネジ装置において、前記リテーナは、ネジ溝に一致する部分の外面が凸条部となっており、前記ボール保持部は、この凸条部にリテーナの内外に貫通するように形成されて前記ボールを自転自在に保持するボール保持孔であり、前記ボール保持孔における前記凸条端面頂部の間隔が前記ボールの直径よりも小さく設定されているボールネジ装置。
【請求項４】 請求項１、２又は３のボールネジ装置において、前記ネジ軸が回転駆動され、このネジ軸との伝動により前記ナット部材が直動される構成とし、前記ナット部材の外部に潤滑剤保持部を設け、前記潤滑剤保持部から前記ネジ溝に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路を設けたボールネジ装置。
【請求項５】 ナット部材とネジ軸のネジ溝に多数のボールを所定のピッチで介在させたボールネジであって、前記ナット部材と前記ネジ軸との間には前記ボールを内外貫通状態に且外側に脱出しないように保持する筒状のリテーナを介在させ、前記ネジ軸は前記ナット部材の移動域よりも長く設定されているボールネジ装置が用いられ、前記ボールネジ装置のネジ軸が、往復回転駆動器の出力軸に連結され、ナット部材が、往復移動部に連結されている往復移動装置。
【請求項６】 請求項２、３又は４に記載のボールネジ装置が用いられ、前記ボールネジ装置のネジ軸が、往復回転駆動器の出力軸に連結され、ナット部材が、往復駆動されるべき往復移動部に連結されている往復移動装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はボールネジ装置及びこれを用いた往復移動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のボールネジ装置は、ネジ軸と、これに外嵌するナット部材との間に多数のボールを介在させたものであり、前記ネジ軸と前記ナット部材に設けたネジ溝に前記ボールが転がり接触状態に介装されることから、ネジ溝が直接接触するものにくらべて、ネジ対偶部の摩擦抵抗が極端に低減されることから、ネジ軸の回転力が効率的にナット部材の軸線移動力に変換される。
【０００３】ところが、この従来のものでは、前記ナット部材の無限移動を許容するように、前記ボールを循環移動するように構成してあり、ナット部材には、ネジ溝の一方の端部から脱出したボールを他端のネジ溝の入口側に帰還させるボール帰還路を形成している。
【０００４】ナット部材が長距離に亙って移動する条件では、このボール帰還路が必須であるが、ネジ軸とナット部材との軸線方向の相対移動距離が短い場合には、ボール帰還路で往復移動するに過ぎない場合がある。この場合には、このボール帰還路に収容されるボールは無駄であり、この部分のボールの一部が損傷したり、ボール相互の接触による動作不良やこれが原因となるオイル切れや、焼き付き等の不都合が生じると、これらの不都合がボールネジ全体のネジ対偶動作の障害となる。このことは、動作が高速になれば一層顕著になる傾向がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ナット部材の直線移動距離が短い場合に、上記ボール帰還路を形成することなく、ネジ軸の回転によって、ナット部材が円滑に往復直線移動されるようにすることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】＊１項前述した課題を解決するために講じたボールネジ装置に係る発明の解決手段は『ナット部材とネジ軸のネジ溝に多数のボールを所定のピッチで介在させたボールネジであって、前記ナット部材と前記ネジ軸との間には前記ボールを内外貫通状態に且外側に脱出しないように保持する筒状のリテーナを介在させ、前記ネジ軸は前記ナット部材の移動域よりも長く設定されている』ことである。
【０００７】上記解決手段はつぎのように作用する。上記解決手段において、ボールを内外貫通状態に且外側に脱出しないように保持する構成としては、リテーナに設けられたボール保持用の孔部のリテーナ外面側の直径がボール直径よりも部分的に小さく設定されている場合を、一例として挙げることができる。
【０００８】このボールネジを用いて、例えば、ボールネジのネジ溝の１〜１０リード分の直線距離（１リード：５〜１６ｍｍ）を往復移動させることができる。前記リテーナの長さがナット部材の長さに一致している場合、この往復移動によって、リテーナの端部がナット部材から外部に突出することがあるが、この場合には、ボールの一部がナット部材から突出することとなる。ところが、このボールの一部は、前記リテーナによって外部に脱出しないように保持されており、内周側はネジ軸と接触しているから、脱落がない。従って、高速に直線往復移動した場合にも、各ボールはリテーナに保持された状態で、リテーナと同期的ネジ溝方向に移動する。
【０００９】このように、ボール相互間に所定の間隔を保持する態様にリテーナによって脱落防止状態に保持されているから、従来のようなボール帰還路を設けなくても、ネジ軸とナット部材とが円滑に動作し、ボール帰還路に於ける焼き付き等によるネジ軸とナット部材との動作不良が防止できる。
【００１０】*２項上記１項において、『請求項１のボールネジ装置において、前記リテーナには、前記ボールを内外面から露出する状態に保持するための複数のボール保持部が前記ネジ溝にあわせて形成され、前記ボール保持部は前記ボールを自転自在に保持する大きさに設定されると共に、前記ボール保持部の周壁の外側端部の最小間隔は前記ボールの直径よりも小さく設定されている』ものでは、ネジ溝にあわせて形成される複数のボール保持部によってボールが内外面から露出する前記内外貫通状態になり、保持部がボールを自転自在に保持する大きさに設定されるとともに、その周壁の外側端部の最小間隔がボールの直径よりも小さく設定されていることによって、外側に脱出しないように保持するができる。
【００１１】*３項上記２項において、『前記リテーナは、ネジ溝に一致する部分の外面が凸条部となっており、前記ボール保持部は、この凸条部にリテーナの内外に貫通するとうに形成されて前記ボールを自転自在に保持する前記ボール保持孔であり、前記ボール保持孔における前記凸条端面頂部の間隔が前記ボールの直径よりも小さく設定されている』ものでは、前記凸条部分でボールを脱出阻止状態に保持できるから、ナット部材とネジ軸との間隔が小さくできる。換言すれば、前記凸条以外の部分がごく薄い筒状のリテーナであっても、ボール保持孔によってボールを脱落防止した状態に保持できる。本項のものは、当然ながら、リテーナの内周面にもネジ軸のネジ溝に遊嵌する凸状部を形成する構成を含むが、リテーナの製作において、この内面側の凸条の形成は面倒である。リテーナの製作のみの観点からは、前記凸条部を外周面に形成するだけにとどめるとよいが、ボールの保持の観点からは内外に凸条部を形成するとリテーナの肉厚方向へのボールの脱出が確実に防止できる。
【００１２】＊４項前記１項、２項又は３項のボールネジ装置において、『前記ネジ軸が回転駆動され、このネジ軸との伝動により前記ナット部材が直動される構成とし、前記ナット部材の外部に潤滑剤保持部を設け、前記潤滑剤保持部から前記ネジ溝に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路を設けた』ものでは、以上の作用、及び、後述の効果に加えて、ボールとネジ溝との転がり接触部への潤滑剤の供給が十分であるから、耐久性が向上する。特に、従動側のナット部材は回転しないから、潤滑剤が遠心力によって早期に消失する不都合も生じない。なお、前記潤滑剤供給路としては、連通孔により潤滑剤保持部とナット部材のネジ溝の谷部とを連通させた構成がある。そして、前記連通孔は、ネジ溝のボールとの非接触部に開放しておけば、この開放部がボールの転がりの障害とはならない。
【００１３】＊５項、６項往復移動装置に係る発明の解決手段は『ナット部材とネジ軸のネジ溝に多数のボールを所定のピッチで介在させたボールネジであって、前記ナット部材と前記ネジ軸との間には前記ボールを内外貫通状態に且外側に脱出しないように保持する筒状のリテーナを介在させ、前記ネジ軸は前記ナット部材の移動域よりも長く設定されているボールネジ装置が用いられ、前記ボールネジ装置のネジ軸が、往復回転駆動器の出力軸に連結され、ナット部材が、往復移動されるべき往復移動部に連結されている』ものであり、この場合、ボールネジ装置には、ボール帰還路が無いから、ボールネジ装置が小型化でき、往復移動装置全体が小型化できる。２項、３項又は４項に記載のボールネジ装置を用いる場合も同じである。
【００１４】
【発明の効果】本発明は、上記構成であるから次の特有の効果を有する。１項では、ナット部材の直線移動距離が短い場合に、ボールはリテーナによって脱落防止状態に保持されているから、従来のようなボール帰還路を設けなくても、ネジ軸とナット部材とが円滑に動作し、ボール帰還路に於ける焼き付き等によるネジ軸とナット部材との動作不良が防止できる。２項では、前記保持部の周壁の外側端部は、ナット部材の雌ネジ部のネジ溝に突き出して臨んでいるから、リテーナがネジ溝方向に移動するときにネジ溝に引っ掛からない。このように、前記リテーナの前記保持孔が形成されている部分以外のリテーナの厚さが薄くても前記雌ネジのネジ溝に突き出した外側端部によって、ボールの脱落が確実に防止される。
【００１５】３項では、前記リテーナにおいて、ネジ溝にそった凸条を形成したものでは、リテーナの前記凸条以外の部分の肉厚を薄くできるから、リテーナの軽量化を図ることができると共に、ボール溝とボールとの係合深さを十分に深くできる。４項では、前記潤滑剤供給路を介して前記潤滑剤保持部から前記ネジ溝に潤滑剤を供給できるので、ボールとネジ溝との転がり接触部への潤滑剤の供給が十分であるから、耐久性が向上し、特に、従動側のナット部材は回転しないから、潤滑剤が遠心力によって早期に消失する不都合も生じない。５項、６項では、１項から４項の効果に加えて、ボールネジ装置には、ボール帰還路が無いから、ボールネジ装置が小型化でき、往復移動装置全体が小型化でき、省スペース化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面に従って説明する。図１に示す実施例は、本発明のボールネジ装置の実施品を用いた直線往復移動装置、つまり、プレス装置である。このプレス装置は、フレーム(F) の上桟の上面に取付けたサーボモータ(M) によって往復回転駆動される駆動軸(J) にネジ軸(1) が連結されている。
【００１７】このネジ軸には、ナット部材(2) が外嵌し、このナット部材(2) が、フレーム(F) の上桟に設けた筒部(S) に対して摺動自在に挿通させている。また、このナット部材(2) の下端に設けたフランジ部(22)が、ダイセットの昇降板(41)の上面に設けた筒部(42)にネジ止めされている。前記ダイセットは、ベッド(4) に固定され複数のガイドブッシュ(43)(43)を具備する固定台(44)と、前記昇降板(41)とからなり、前記昇降板(41)に設けた複数のガイドポスト(45)(45)が前記ガイドブッシュ(43)に摺動自在に嵌合している。
【００１８】そして、前記昇降板(41)にポンチ(P) が取付けられ、前記固定台(44)にダイス(D) が取付けられて、前記サーボモータ(M) の出力軸の往復回転動作に応じて、上記ボールネジ装置の作用により、ナット部材(2) が取付けられた昇降板(41)が昇降することとなり、プレス加工されるものである。
【００１９】前記ナット部材(2) と前記ネジ軸(1) との間に多数のボール(B) が介装されているが、これらの関係は、図２、３に示す関係にあり、ネジ軸(1) のネジ溝(11)とナット部材(2) のネジ溝(21)とは同方向に開削された略半円状の溝になっている。そして、これらネジ溝(11)及びネジ溝(21)間に多数のボール(B) (B) が所定のピッチで挿入配置されている。
【００２０】このボール(B) は、前記ネジ溝(11)及びネジ溝(21)に、所定の圧力で加圧されるように、介装されており、ネジ軸(1) とナット部材(2) との間に介装されるリテーナ(3) によって保持されている。この実施例のネジ軸(1) は前記ナット部材(2) の軸線方向長さよりも長く設定されており、ナット部材(2) の軸線方向の両側に突出している。これに対して、前記リテーナ(3) の長さは、前記ナット部材(2) の長さよりも長く設定されている。
【００２１】［リテーナ(3) について］この例のリテーナ(3) は、合成樹脂、含油性のある金属等によって形成されるが、図２及び図３に示すように、ボール保持部の間の薄肉部(30)の肉厚は、ナット部材(2) とネジ軸(1) との間の最小間隙(G) 内に余裕を持って挿通される肉厚に設定されているが、上記ネジ溝(21)に一致するように外周面に凸条(31)をネジ状に連続するように突出形成したものであり、この凸条(31)の部分は前記ナット部材(2) のネジ溝(21)内に余裕をもって収容される太さに構成されている。そして、この凸条(31)の形成部には、図３、４に示すように、ボール(B) を収容する多数の貫通孔部(32)が例えば切削加工によって形成されている。この貫通孔部(32)がボール保持部となるボール保持孔である。
【００２２】前記リテーナ(3) は、上記のように、ナット部材(2) とネジ軸(1) との間の最小間隙(G) 内に余裕を持って挿通される肉厚に設定されている。そして、前記貫通孔部(32)は、図３、４に示すように、内周面側の直径が、ボール(B) を強制的に挿入可能な、前記ボール(B) より僅かに小さめに設定され、外周面側の凸条(31)の前記貫通孔部(32)に臨む端縁間の間隔は、前記ボール(B)の直径よりも大幅に小さく設定されている。従って、このボール(B) は、リテーナ(3) により脱落防止状態に保持され、特に、リテーナ(3) の外周側に脱出する心配がない状態に保持されている。
【００２３】前記貫通孔部(32)は、図４のように、予めリテーナ(3) の内周側の直径をボール(B) の直径よりも僅かに小さめに設定しておいて、この貫通孔部(32)内にボール(B) を収容しておき、凸条(31)の頂部で隣接する貫通孔部(32)(32)の中間部にタガネを打ち込んでＶ字状の溝を刻設する（カシメ）ようにすればよい。これにより、前記Ｖ字の塑性加工部(33)の両側の材料が貫通孔部(32)内に突出して、ボール(B) を抜止め状態に且自転余裕を持って保持されることとなる。
【００２４】前記貫通孔部(32)におけるリテーナ(3) の内周側の直径が、ボール(B) の直径よりも大きい場合には、予め、ネジ軸(1) にリテーナ(3) を外嵌した状態で、各貫通孔部(32)にボール(B) を外側から嵌め込んで、上記カシメ作業を実行してもよい。
【００２５】各貫通孔部(32)にボール(B) を上記のように収容させたリテーナ(3) をネジ軸(1) 及びナット部材(2) と組み合わせて図２のボールネジ装置とし、このボールネジを上記したように、前記ナット部材(2) の一端に設けたフランジ(22)を、上記ダイセットの昇降板(41)に取付け、ネジ軸(1) をサーボモータ(M) の出力軸に連結すると、既述の、プレス装置となる。
【００２６】このプレス装置では、昇降板(41)の下死点位置では、リテーナ(3) の全体がナット部材(2) 内にほぼ収容されるようにセットされ、この状態からサーボモータ(M)の動作によりネジ軸(1) を一方に回転駆動すると、ネジ軸(1) とナット部材(2) とのネジ対偶作用により、ナット部材(2) が引き上げられ、ボール(B) (B)を収容したリテーナ(3) がナット部材(2) から下方に突出することとなる。
【００２７】ところが、この状態に於けるリテーナ(3) (3)では、図４に示すように、貫通孔部(32)に於ける凸条(31)の端部によってボール(B)が外側に抜止め状態に保持されているから、このボール(B) が脱落する心配がない。サーボモータ(M) によってネジ軸(1) が高速に往復回転されると、この回転の遠心力により、ボール(B) (B) には半径方向外側への外力が作用するが、凸条(31)の前記端縁がボール(B) の脱出を確実に防止する。なお、この例では、昇降板(41)に取付けたポンチ(P) と固定台(44)に取付けたダイス(D) とによって打抜き加工をするプレス装置の昇降駆動機構に実施したが、他の往復直動機構に上記ボールネジ装置を利用できることは言うまでもない。
【００２８】［実施例２］図５に示す実施例２は、ボール(B) の転がり接触部への潤滑剤の供給を行えるようにするものであり、この例では、ネジ軸(1) を中空軸とし、その中空部(12)とネジ溝(11)との間に小孔(13)を貫通形成し、前記中空部(12)内に潤滑剤を含浸させたフェルト等の繊維素材又はスポンジ等の多孔質素材を充填して、前記中空部(12)の両端を密閉した構成である。
【００２９】このものでは、前記繊維素材又は多孔質素材からなる潤滑剤含浸部材(10)の潤滑剤が、前記小孔(13)を介してこれの毛細管現象によりネジ溝(11)に供給されることから、ボール(B) の転がり接触部への潤滑剤の供給が長期にわたって安定することとなり、ボールネジ装置の耐久性が向上する。
【００３０】この場合において、ネジ溝(11)は谷部がボール(B) と接触するものではなく、図６−ａのように、ネジ溝断面の両側がボール(B) と部分的に接触する構造、又は、図６−ｂのように、一方の円弧状断面部のみがボール(B) と接触するようにネジ溝断面形状が形成されているのが普通であるから、前記小孔(13)があることがボール(B) (B) の転動の障害にはならない。また、前記小孔は、ネジ溝(11)の１リードに１又は２個程度でよい。
【００３１】［実施例３］図７に示す実施例３は、実施例１と同様のプレス装置に実施したもので、この例では、ボールネジ装置のナット部材(2) に上記実施例２の潤滑剤供給装置を設けている。このものでは、前記ナット部材(2) のフランジ部(22)の上方域に潤滑剤を繊維素材又は多孔質素材に含浸させた潤滑剤保持部(5) を設け、この潤滑剤保持部(5) をカバー(51)によって密閉し、前記ナット部材(2) を貫通させた連通孔部(23)(23)により前記潤滑剤保持部(5) とナット部材(2) のネジ溝(21)の谷部とを連通させた構成である。この例では、前記連通孔部(23)の直径を所定の値に設定しているから、毛細管現象により、前記潤滑剤保持部(5) に含浸された潤滑剤が、ネジ溝(21)に供給されることとなる。これにより、実施例２の場合と同様に、ボールネジ装置の耐久性が向上したものとなる。
【００３２】特に、この例では、フランジ部(22)が取付けられる昇降板(41)が高速度で往復昇降するような場合でも、往復回転するのは前記ネジ軸(1) で、ナット部材(2)は回転することなく昇降するだけであるから、前記潤滑剤の前記毛細管現象による移動に影響を与えない。例えば、ネジ軸(1) の回転の遠心力によって外部に漏出してしまうような不都合が生じない。
【００３３】なお、上記例の潤滑剤供給構造は、従来のようなボール帰還路のあるボールネジ装置にも利用できることは言うまでもない。また、潤滑剤供給路が上記連通孔部(23)や小孔(13)ではなく、潤滑剤の供給をナット部材(2) の外部に設けた潤滑剤供給路を介して供給する場合には、最小間隙(G) から前記潤滑剤を供給することとなる。
【００３４】［実施例４］図８及び図９に示す実施例４は、実施例１のリテーナ(3)の他の例を実施したものであり、この樹脂成型品のリテーナ(3)には、図３に示される凸条(31)は形成されておらず、全体としてはフラットな外表面をしており、その肉厚が全体としてほぼ均一の円筒の形状をしている。
【００３５】但し、図３では、ネジ軸(1)のネジ溝(11)及びナット部材(2)のネジ溝(21)に沿って設けられた凸条(31)に、貫通孔部(32)が形成されていたが、この実施例４の貫通孔部(32)も、フラットな面にネジ軸(1)のネジ溝(11)及びナット部材(2)のネジ溝(21)に沿って形成されている。
【００３６】貫通孔部(32)は、孔の形状がネジ溝(21)の形成方向の長径部が前記形成方向に直角な方向の短径部よりも長い変形孔で、前記短径部は、ボール(B)の直径にほぼ等しく、この短径部によりボール(B)が自転自在に保持されると共に外側から押し込めるような長さに設定されている。この長い変形孔の長径部の長さは、ボール(B)の直径に比べて長く設定されている。
【００３７】このような貫通孔部(32)では、ボール(B)の抜止めが十分でないことから、リテーナ(3)には、各貫通孔部(32)に対応してネジ溝(21)の形成方向に最小間隙(L)で向かい合う一対の半環状体(P)が形成され、前記最小間隙(L)はボール(B)の直径よりも小さく設定されている。この一対のこの一対の半環状体(P)と貫通孔部(32)とがボール保持部となる。又、半環状体(P)は、リテーナ(3)を成型する際に設けるものであり、弾性があるので、ボール(B)を外側から押し込めることができるようになっている。そして、この一対の半環状体(P)によって、ボール(B) (B) を収容したリテーナ(3) がナット部材(2) から下方に突出しても、ボール(B)が脱落する心配がない。
【００３８】なお、ボール(B)を内側から前記貫通孔部(32)に挿入する場合には、前記一対の半環状体(P)の弾性は不要である。ネジ軸(1)にリテーナ(3)を外嵌する際に内側から順次ボールを(B)をリテーナ(3)とネジ軸(1)との間に挿入するようにすればよい。この実施例４に対して、実施例２、３を適用できることは、言うまでもない。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１００８３８
【氏名又は名称】アイセル株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年７月６日（２０００．７．６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７６９１２
【弁理士】
【氏名又は名称】坂上 好博 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−７４１１７（Ｐ２００１−７４１１７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月２３日（２００１．３．２３） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２０４９４０（Ｐ２０００−２０４９４０） |
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