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技術 ボールねじの予圧回復装置

出願人 日本精工株式会社
発明者 石川明彦
出願日 2015年6月23日 (5年6ヶ月経過) 出願番号 2015-125863
公開日 2017年1月12日 (3年11ヶ月経過) 公開番号 2017-009052
状態 特許登録済
技術分野 伝動装置
主要キーワード シングルナット 在庫コスト 断面直角三角形状 対向端面間 張力増加 両ナット 締め付けバンド ナット間
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年1月12日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

外部に駆動部を設けることなく、予圧低下時に予圧回復することができるボールねじの予圧回復装置を提供する。

解決手段

ねじ軸11と、このねじ軸に複数の転動体を介して螺合する複数のナット13A,13Bと、隣接するナット間に配置された予圧付与機構20とを備え、予圧付与機構は、隣接するナット間に介挿される初期予圧を与える間座21と、この間座の外周側に配置され、隣接するナットの一方側に配置された先端から一方のナット側に行くに従い径が大きくなる傾斜面22cを円周方向に複数形成したガイド部材22と、このガイド部材の複数の傾斜面に係合する傾斜面と他方のナットの端面に接触する接触面とを有する複数の23と、これら複数の楔を中心軸方向に移動させる締め付けバンド24とを備え、隣接するナット間の予圧低下時に、前記締め付けバンド24を締め付けて複数の楔23を中心軸方向に移動させて隣接するナット間の予圧を回復させる。

概要

背景

この種のボールねじは、ねじ軸と、複数の転動体(例えば、ボール)を介してねじ軸に螺合する複数のナットとを備え、隣接するナット間平板状の間座等で構成される予圧付与機構を介在させて、隣接するナット間に予圧を与えるようにしている。
この予圧付与機構としては、特許文献1に記載されているように、隣接するナット間に介挿する間座の両面に、互い違いに圧電シートを貼り付け、両ナットで強く挟持したとき間座に弾性変形を生じさせるとともに、圧電シートに供給する電圧を外部から調整することにより、予圧を外部から自在に調整することが提案されている。

また、他の予圧付与機構としては、特許文献2に記載されているように、隣接するナット間に、回り止め手段と、軸方向において互いに逆方向の力を与える付勢子とを配置し、付勢子に対して、圧力源流体圧供給路圧力室等を含む付勢手段で付勢力を与えることにより、定位置予圧と予圧可変式の定圧予圧とを外部から調整することが提案されている。

概要

外部に駆動部を設けることなく、予圧低下時に予圧を回復することができるボールねじの予圧回復装置を提供する。ねじ軸11と、このねじ軸に複数の転動体を介して螺合する複数のナット13A,13Bと、隣接するナット間に配置された予圧付与機構20とを備え、予圧付与機構は、隣接するナット間に介挿される初期予圧を与える間座21と、この間座の外周側に配置され、隣接するナットの一方側に配置された先端から一方のナット側に行くに従い径が大きくなる傾斜面22cを円周方向に複数形成したガイド部材22と、このガイド部材の複数の傾斜面に係合する傾斜面と他方のナットの端面に接触する接触面とを有する複数の23と、これら複数の楔を中心軸方向に移動させる締め付けバンド24とを備え、隣接するナット間の予圧低下時に、前記締め付けバンド24を締め付けて複数の楔23を中心軸方向に移動させて隣接するナット間の予圧を回復させる。

目的

この場合に、予圧付与機構を平板状の間座を設けるのみのシンプルな構成とすることができるが、ボールねじを工作機械等に組み込んで稼働させた場合には、ボールねじの転動溝切り屑等の異物が付着すると、この異物によって転動体又は転動溝若しくは転動体及び転動溝の双方が摩耗して予圧が徐々に低下し、剛性不足によって目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ねじ軸と、該ねじ軸に複数の転動体を介して螺合する複数のナットと、隣接するナット間に配置された予圧付与機構とを備え、前記予圧付与機構は、前記隣接するナット間に介挿される初期予圧を与える間座と、該間座の外周側に配置され、前記隣接するナットの一方側に配置された先端から一方のナット側に行くに従い径が大きくなる傾斜面を円周方向に複数形成したガイド部材と、該ガイド部材の複数の傾斜面に係合する傾斜面と他方のナットの端面に接触する接触面とを有する複数のと、該複数の楔を中心軸方向に移動させる締め付けバンドとを備え、前記隣接するナット間の予圧低下時に、前記締め付けバンドを締め付けて前記複数の楔を中心軸方向に移動させて当該隣接するナット間の予圧回復させることを特徴とするボールねじの予圧回復装置

請求項2

前記締め付けバンドはホースバンド機構で構成されていることを特徴とする請求項1に記載のボールねじの予圧回復装置。

請求項3

前記間座、前記ガイド部材及び前記楔は、その順に熱膨張係数が小さくなる金属材料で形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のボールねじの予圧回復装置。

技術分野

0001

本発明は、ねじ軸に螺合される隣接するナット間予圧付与機構を設けたボールねじ予圧回復装置に関する。

背景技術

0002

この種のボールねじは、ねじ軸と、複数の転動体(例えば、ボール)を介してねじ軸に螺合する複数のナットとを備え、隣接するナット間に平板状の間座等で構成される予圧付与機構を介在させて、隣接するナット間に予圧を与えるようにしている。
この予圧付与機構としては、特許文献1に記載されているように、隣接するナット間に介挿する間座の両面に、互い違いに圧電シートを貼り付け、両ナットで強く挟持したとき間座に弾性変形を生じさせるとともに、圧電シートに供給する電圧を外部から調整することにより、予圧を外部から自在に調整することが提案されている。

0003

また、他の予圧付与機構としては、特許文献2に記載されているように、隣接するナット間に、回り止め手段と、軸方向において互いに逆方向の力を与える付勢子とを配置し、付勢子に対して、圧力源流体圧供給路圧力室等を含む付勢手段で付勢力を与えることにより、定位置予圧と予圧可変式の定圧予圧とを外部から調整することが提案されている。

先行技術

0004

特許第2876614号公報
特開平06−235446号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、特許文献1及び2に記載されたボールねじにあっては、外部から予圧を調整することが可能であり、常時予圧を一定に調整することができるが、予圧を調整するために、外部に検出装置及び直流電圧を供給する駆動装置を設けたり、流体圧源、流体圧供給路、圧力室等を含む付勢手段を設けたりする必要があり、ボールねじ単独で予圧調整を行うことができないという未解決の課題がある。
上記従来例のような外部の予圧調整機構を設けないボールねじでは、隣接するナット間に平板状の間座を組み付け、間座の厚みによって隣接するナット間に予圧を与えるのが一般的である。

0006

この場合に、予圧付与機構を平板状の間座を設けるのみのシンプルな構成とすることができるが、ボールねじを工作機械等に組み込んで稼働させた場合には、ボールねじの転動溝切り屑等の異物が付着すると、この異物によって転動体又は転動溝若しくは転動体及び転動溝の双方が摩耗して予圧が徐々に低下し、剛性不足によって目的とする加工精度等がでず、工作機械を停止せざるを得ない状態となり、新たなボールねじの手配をし、ボールねじの交換作業が必要となっている。
そこで、本発明は、上記特許文献1及び2に記載された従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、外部に駆動部を設けることなく、予圧低下時に予圧を回復することができるボールねじの予圧回復装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るボールねじの予圧回復装置は、ねじ軸と、このねじ軸に複数の転動体を介して螺合する複数のナットと、隣接するナット間に配置された予圧付与機構とを備え、予圧付与機構は、隣接するナット間に介挿される初期予圧を与える間座と、この間座の外周側に配置され、隣接するナットの一方側に配置された先端から一方のナット側に行くに従い径が大きくなる傾斜面を円周方向に複数形成したガイド部材と、このガイド部材の複数の傾斜面に係合する傾斜面と他方のナットの端面に接触する接触面とを有する複数のと、これら複数の楔を中心軸方向に移動させる締め付けバンドとを備え、隣接するナット間の予圧低下時に、締め付けバンドを締め付けて複数の楔を中心軸方向に移動させて隣接するナット間の予圧を回復させる。

発明の効果

0008

本発明の一態様によれば、予圧付与機構に予圧回復機能を持たせたので、ボールねじの転動溝に異物が侵入して転動体又は転動溝若しくは転動体及び転動溝の双方が摩耗して予圧が低下したときに、締め付けバンドで楔を締め付けて中心軸方向に移動させることにより、予圧を回復させることができ、ボールねじの初期性能を維持しながら長期間使用することが可能となる。このため、ボールねじの交換に要する準備期間を長くすることができ、交換するボールねじを調達できた時点でボールねじの交換作業を行うことで、ボールねじを組み込んだ機械停止期間を短くすることができ、生産性の低下を抑制することができる。
また、ボールねじを組み込んだ機械の使用者側でボールねじの予備ストックを持つ必要がなくなり、在庫コストの削減に繋げることができる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の一態様に係るボールねじの予圧回復装置の第1の実施形態を示す断面図である。
図1のII線上の断面図である。

実施例

0010

次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

0011

また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
まず、本発明の一の態様を表すボールねじの予圧回復装置の一実施形態について説明する。

0012

ボールねじ10は、図1に示すように、ねじ軸11と、このねじ軸11に転動体としてのボール12を介して螺合された複数例えば2つのナット13A及び13Bとを備えている。
ねじ軸11は、外周面にボール12が転動するねじ軸側螺旋溝14が形成されている。
ナット13Aは、一端にフランジ部15を形成した円筒体16で構成され、この円筒体16の内周面にねじ軸側螺旋溝14に対向してボール12が転動するナット側螺旋溝17が形成されている。

0013

ナット13Bは、フランジ部15が省略されていることを除いてはナット13Aと同様の構成を有し、円筒体16の内周面にねじ軸側螺旋溝14に対向してボール12が転動するナット側螺旋溝17が形成されている。
これらナット13A及び13Bには、図示はしないがボール12を軸方向の一端側から他端側に戻すような循環路が形成されており、この循環路を介してボール12を循環させる。

0014

ここで、ねじ軸側螺旋溝14は、その螺旋溝に直角な断面形状が曲率中心の異なる2つの同一円弧を組み合わせた略V状であるゴシックアーク形状とされている。これに対して、ナット側螺旋溝17は、その螺旋溝に直角な断面形状がボール12の半径より大きい曲率半径を有するゴシックアーク形状とされている。
そして、ナット13Aのフランジ部15とは反対側にナット13Bが隣接して配置されている。

0015

ナット13A及び13Bの対向端面間には、ボール12に予圧を与える予圧付与機構20が設けられている。この予圧付与機構20は、ナット13A及び13Bのボール12に初期予圧を与える間座21と、この間座21の外周側に配置されたガイド部材22と、ガイド部材22で案内される複数例えば4個の楔23と、楔23を中心軸方向に移動させる締め付けバンド24とを備えている。

0016

間座21は、ナット13A及び13Bのナット側螺旋溝17の底面間の内径以上の内径を有する貫通孔が形成された円筒状に形成され、その軸方向の厚みによってナット13A及び13Bのボール12に対して初期予圧を付与する。
ガイド部材22は、図1に示すように、間座21の外周側に係合する円筒部22aと、この円筒部22aのナット13B側に円周方向に複数例えば90度間隔で形成された4個の案内溝22bとを備えている。各案内溝22bは、底面がナット13B側端面からナット13A側に行くに従い徐々に径が大きくなって外周面に達する、図1で見て左上がりの傾斜面22cとされている。

0017

楔23は、ガイド部材22の各案内溝22b内に摺動可能に配置され、案内溝22bの傾斜面22cと係合する傾斜面23aと、この傾斜面23aのナット13B側端部から軸直角方向に延長してナット13Bの端面に接触する接触面23bと、この接触面23bの外周端から傾斜面23aの外周端に延長する円筒面23cとで断面直角三角形状に形成されている。

0018

締め付けバンド24は、ホースバンド機構で構成され、ガイド部材22の各案内溝22bに係合された各楔23の円筒面23cを覆うように延長するバンド部24aと、このバンド部24aの重なり部に配置され、バンド部24aの一端が固定された締め付け具24bとで構成されている。
この締め付け具24bは、図示しないが、バンド部24aに長手方向に所定間隔で形成された係合孔に係合するウォーム部を有し、このウォーム部に連結された回転軸24cを例えば時計方向に回転させることにより、バンド部24aの内径を縮径するように構成されている。

0019

また、ナット13A及び13Bは比較的熱膨張係数が小さい金属材料であるクロムモリブデン鋼(熱膨張係数:11.2×10−6/K)で構成され、間座21は、ナット13A及び13Bに対して熱膨張係数が大きい金属材料であるアルミニウム合金(熱膨張係数:23×10−6/K)で構成されている。また、ガイド部材22は間座21に対して熱膨張係数が小さい金属材料である黄銅(熱膨張係数:19×10−6/K)で構成され、楔23はガイド部材22に対して熱膨張係数が小さい金属材料であるステンレス鋼SUS304(熱膨張係数:17.3×10−6/K)で構成され、さらに締め付けバンド24のバンド部24aは、楔23と同じステンレス鋼SUS304で構成されている。

0020

したがって、間座21、ガイド部材22、楔23の順に熱膨張係数が小さくなるように設定されている。
次に、上記実施形態の動作を説明する。
ねじ軸11へナット13A及び13Bを装着する際には、先ずナット13Aをねじ軸11へボール12を介して螺合させる。

0021

次いで、ガイド部材22内に間座21を挿入した状態で、間座21内にねじ軸11をナット13A側とは反対側の端部から挿入して、間座21及びガイド部材22の端面をナット13Aのフランジ部15とは反対側の端面に接触させる。
次いで、ナット13Bをねじ軸11のナット13Aのフランジ部15とは反対側の端部からボール12を介して螺合させ、そのナット13A側端面を間座21に接触させて締め付ける。これにより、間座21で、ナット13A及び13Bとねじ軸11との間のボール12に2点接触状態となるように引張方向の所定の初期予圧を与える。

0022

この状態で、楔23をガイド部材22の外周面側から案内溝22b内に楔23を傾斜面23aを案内溝22bの傾斜面22cに係合させ且つ接触面23bをナット13Bのナット13A側の端面に接触するように挿入し、これを保持した状態で各楔23のガイド部材22の外周面より突出する円筒面23cに締め付けバンド24のバンド部24aを巻回し、バンド部24aの自由端を締め付け具24bに挿入し、回転軸24cを例えば時計方向に回転させることにより、バンド部24aが各楔23の円筒面に均等に接触する程度にバンド部24aを縮径させる。

0023

このように、ねじ軸11にナット13A及び13Bを隣接させて装着するダブルナット構成とすることにより、シングルナットの場合よりも剛性を高めることができ、ボールねじ10を使用した送り系位置決め精度を向上させることができる。
ところで、上記構成を有するボールねじ10は、位置決め精度を必要する工作機械、射出成形機半導体製造装置などに組込んで使用されるが、ボールねじ10には、駆動時にねじ軸11のねじ軸側螺旋溝14やナット13A及び13Bのナット側螺旋溝17に切り屑や摩耗粉等の異物が入り込み易い。

0024

このように、ねじ軸側螺旋溝14やナット側螺旋溝17に異物が入り込むと、接触角によって、異物はねじ軸側螺旋溝14やナット側螺旋溝17とボール12との間に噛み込まれ、ボール12、ねじ軸側螺旋溝14及びナット側螺旋溝17の少なくとも1つ以上が摩耗して、予圧抜けが発生する。
たねじ軸11を回転駆動して、ナット13A及び13Bを走行させると、ナット側螺旋溝17とボール12との間の発熱量が他の部位の発熱量に比較して多くなる。

0025

そして、接触角によって、切り屑や摩耗粉等の異物がナット側螺旋溝17とボールとの間に入り込むと、摩擦抵抗が増加する分発熱量も増加するため、ナット13A及び13B及び予圧付与機構20の温度が上昇する。これによって、予圧付与機構20の予圧が低下する状態が発生する。
このとき、予圧付与機構20の間座21、ガイド部材22及び楔23の順に熱膨張係数が小さくなるように設定されており、言い換えると楔23、ガイド部材22及び間座21の順に膨張係数が大きくなる。このため、温度上昇により、間座21が軸方向に膨張し、この間座21の熱膨張係数がナット13A及び13Bの熱膨張係数より大きいので、間座21の伸び量によって予圧の低下が回復する。このとき、間座21に伝達された熱がガイド部材22を介して楔23に伝達されるが、これらガイド部材22、楔23の熱膨張係数が順に小さくなるので、楔23の熱膨張による半径方向の移動量を抑制することができ、締め付けバンド24の拡径による張力増加を抑制することができる。

0026

しかしながら、ボール12、ねじ軸側螺旋溝14及びナット側螺旋溝17の少なくとも1つ以上の摩耗量が多くなると、間座21と小径円筒部25の熱膨張係数差による予圧増加分では予圧が不足することになる。この場合には、締め付けバンド24の締め付け具24bの回転軸24cを時計方向に回転させることにより、バンド部24aの円周長を短くして内径を縮径する。これによって、各楔23の円筒面23cが半径方向内方押圧されて各楔23がガイド部材22の案内溝22bに案内されて中心軸側に移動し、楔効果によってナット13A及び13B間を広げてボール12の予圧を確実に回復させることができる。このため、ボールねじ10の予圧に比例する剛性を確保することができ、送り系の位置決め精度の低下を補償することができる。

0027

したがって、ボール12、ねじ軸側螺旋溝14、ナット側螺旋溝17の少なくとも1つ以上の摩耗による予圧低下が発生したボールねじ10であっても、締め付けバンド24のバンド部24aの張力を高めることにより予圧を回復させて継続使用が可能となる。
この予圧回復動作を行った場合には、新たなボールねじ10を手配し、この新たなボールねじ10が納入されるまでの間は締め付けバンド24による予圧回復により剛性を確保して送り系の位置決め精度を維持したまま送り系の稼働が可能となる。

0028

そして、新たなボールねじ10が納入されたときに、送り系の駆動を停止して、劣化を生じたボールねじ10を新たなボールねじ10に交換する作業を行う。これによって、送り系の機構を更新することができ、送り系の停止時間を短くできるので、生産量のダウンを極力小さくすることができる。
さらに、ボールねじ10の予備ストックを、ボールねじ10を組み込んだ工作機械、射出成形機、半導体製造装置等を使用する製造メーカー側や生産現場で持つ必要がなくなり、在庫コストの削減に寄与することができる。

0029

なお、上記実施形態においては、ナット13B側に楔23を接触させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ガイド部材22及び楔23の軸方向の向きを逆にして、ガイド部材22をナット13Bの端面に接触させ、楔23の接触面23bをナット13Aの端面に接触させるようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、ガイド部材22の案内溝22b及び楔23を4個設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、案内溝22b及び楔23は3個以上設けるようにすればよい。

0030

また、上記実施形態においては、締め付けバンド24としてホースバンドの機構を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、少なくとも2つの楔23を覆う金属製の半円弧状のリングの円周方向の両端部に半径方向外方に突出する突出片を形成し、この突出片にねじ挿通孔を形成し、対向する突出片のねじ挿通孔にねじを挿通し、ねじの端部にナットを螺合させてナット及びねじを相対回転させて締め付けるようにしてもよい。

0031

10…ボールねじ、11…ねじ軸、12…ボール、13A,13B…ナット、14…ねじ軸側螺旋溝、16…円筒体、17…ナット側螺旋溝、20…予圧付与機構、21…間座、22…ガイド部材、22b…案内溝、22c…傾斜面、23…楔、23a…傾斜面、23b…接触面、23c…円筒面、24…締め付けバンド、24a…バンド部、24b…締め付け具、24c…回転軸

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