JPH028179B2

JPH028179B2 -

Info

Publication number: JPH028179B2
Application number: JP21620781A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-12-24
Filing date: 1981-12-24
Publication date: 1990-02-22
Also published as: JPS58109757A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はねじ軸とナツトとの間に鋼球を入れて
相互に移動できるようになし、このナツトをその
外周に設置されるアンギユラコンタクト玉軸受と
して兼用するアンギユラコンタクト玉軸受付き有
限摺動用ボールねじに関する。

従来から、ねじ軸とナツトとの間に鋼球を介在
して転動自在となし、従来のすべり摩擦による送
り動作をするものに代えて、ころがり摩擦により
非常に軽快な送り動作が行えるボールねじが提供
されている。

しかしながら、かかるボールねじにあつては、
ねじ軸およびナツトのねじ溝を鋼球が１回半ない
し３回程度回つてボールチユーブ内に拾い上げら
れ、再び元の位置に帰還される構造のものであつ
たため、騒音が大きくなるという問題があつた。

また、従来の有限摺動用ボールねじにおいて
は、負荷能力の減少を防止しつつナツト又はねじ
軸の最大ストロークを得るために、ナツト全長の
約2/3の長さに相当する距離（軸方向長さ）にボ
ールの巻数を設定するのが一般的であり、ナツト
又はねじ軸のストロークを増大させる場合には、
ストロークの増加分に見合う長さのナツトを使用
していた。しかしながらナツトの内周面にねじ溝
を研削する溝加工が困難な作業となることから、
ナツトの軸方向長さが長くなればなる程、加工時
間も増大してコスト高を招来するばかりでなく、
研削精度も低下してボールの円滑な転動が妨げら
れる問題があつた。またナツト全長の約2/3の距
離にボールの巻数を設定していたことから負荷能
力が約３割程低下するという別の問題点を有して
いた。さらにナツト端面側からねじ軸のねじ溝内
に塵埃が侵入しやすく、その塵埃が潤滑油と固化
して鋼球の円滑回転を妨げ、ねじ軸およびナツト
の相対移動が重くなるという問題があつた。

さらに、従来のボールねじでは、ねじ軸とナツ
トの両ねじ溝間に嵌め込まれた鋼球に軸方向すき
ま（バツクラツシユ）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、鋼
球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、ねじ軸又はナツトの応答
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を付与する間座を
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といつ
た対策が提案されるに及んでいるものの、ナツト
に無用の応力を作用せしめるので機械的補強を充
分に施す必要が生じ、組付け時のかかる圧入作業
が非能率となるなどの問題があつた。

また、前記ボールねじにおいて、ねじ軸および
ナツトの相対回転並びに軸方向移動のほか、特
に、これらのねじ軸およびナツトを、このナツト
を支承するフレームやハウジングなどの固定部材
に対して回転自在に支承せしめる必要がある場合
がある。そしてかかる場合には、その固定部材と
ナツトとの間には、内輪と外輪との間に鋼球を介
した玉軸受が介在される。しかし、かかる玉軸受
を装着することによりボールねじ全体の外径が大
きくなり、精密化、小形化が指向される伝動装置
などの用途には向かないという問題があつた。

本発明はかかる従来の諸問題に着目してなされ
たものであり、本発明の目的とするところは、ね
じ軸に形成したねじ溝を転動してきた鋼球を拾い
上げた後、再びこれをねじ溝に戻すボールチユー
ブを除去することによつて、鋼球帰還時における
騒音の弊を解消させることにある。

さらに、他の目的とするところは、ねじ軸上に
嵌着したナツトのねじ溝ピツチに差を設けること
によつて、鋼球に予圧がかかるようになし、間座
などの予圧付与部材を省略して、使用部品点数の
減少並びにローコスト化を図ることにある。

さらにまた、他の目的とするところは、ねじ軸
上に装着したナツトにナツト延長部を一体に設け
ることによつて、ナツトの軸方向長さを大きくせ
ずにナツト又はねじ軸の最大ストロークを得ると
ともに負荷能力の増大を図ることにある。さらに
他の目的とするところは、ナツト内部への塵埃の
侵入を防止することにある。

またさらに、本発明の目的とするところは、固
定部材に対しナツトを回転自在に支持する玉軸受
が、その構成部材たる内輪を前記ナツトで代用す
ることによつて、ボールねじ全体の外径寸法を小
さくでき、コンパクト化することにある。

以下に、本発明を図示の実施例について詳細に
説明する。第１図においては１はボールねじで、
該ボールねじ１を構成するねじ軸２にはねじ溝３
が設けられている。また、４はねじ軸２に鋼球５
を介して螺合された軸方向および回転方向に移動
自在な円筒状のナツトで、このナツト４の内周に
も鋼球５が転動するための螺旋状ねじ溝６が設け
られ、これが前記ねじ軸２のねじ溝３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２図に明示
するように、ナツト中央側におけるねじ溝６，６
間のピツチP₁が他のねじ溝６，６間のピツチP₂，
P₃より大きく、P₁＝P₂＋αおよびP₁＝P₃＋αの
関係になつている。従つて、ナツト４中央の左側
に位置する負荷鋼球X₁…X₅は左方向へ、一方右
側に位置する負荷鋼球Y₁…Y₆は右方向へ、それ
ぞれナツト４の軸方内外方Ｘ，Ｙに向う拡張方向
に向けて予圧を受けることになる。なお、これと
は逆にピツチP₁を両側のピツチP₂，P₃より小さ
くし、P₁＝P₂−αおよびP₁＝P₃−αの関係を成
立させることによつて、左側の負荷鋼球X₁…X₅
との右側の負荷鋼球Y₁〜Y₆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に予圧をか
けることができる。

７はナツト４両端面に基端８を一体係止し、か
つ反対側の屈曲先端９をねじ溝３内に全周的に嵌
入した円筒状のナツト延長部で、このナツト延長
部７はナツト４の軸方向長さの約1/2の距離より
長く設定されている。而してナツト４にナツト延
長部７を設けたことから、ナツト４の軸方向長さ
以上に鋼球５の巻数を設定することができる。な
おねじ軸２又はナツト４の相対的移動距離は、ナ
ツト延長部７の屈曲端９と後記保持器１０の端部
が当接し合うまでの範囲、すなわち図示の実施例
においては、鋼球の５巻数に相当する距離に制限
されている（第１図参照）。ここでナツト延長部
７の長さを少なくともナツト４の軸方向長さの約
１／２の距離より大きく設定して、鋼球の５巻数に
相当する距離の範囲内でねじ軸２又はナツト４を
相対移動させるのは、第２図イ，ロに示されるよ
うに、鋼球５に拡張方向又は圧縮方向の予圧をか
けながら、ねじ軸２又はナツト４の最大ストロー
クを得るためである。而して第２図に示すよう
に、ナツト延長部７の内周面とねじ軸２のねじ山
間の幅径h₁並びにナツト側ねじ溝６の溝底とねじ
軸２のねじ山間の幅径h₂は同一寸法、すなわちナ
ツト側ねじ溝６の溝底はナツト延長部７の内周面
と接し且つねじ軸２と平行な接線Ｈの延長線上に
あるので、ねじ軸２のねじ溝３内を転動する鋼球
は、ナツト側のねじ溝６と嵌合して負荷を受ける
負荷領域からナツト延長部７の内周面と接触する
だけで負荷を受けない無負荷領域への転動移行、
またはその逆方向への転動移行を円滑に行い得る
ものである。またこの場合、第３図に示すよう
に、無負荷領域にある無負荷ボールはねじ軸側の
ねじ溝３の両側面及びナツト延長部７の内周面と
三点５ａ，５ｂ，５ｃで点接触し、前記三点で支
持されていることから、ボールの整列循環移動が
損われることもない。さらに屈曲先端９はその内
周に形成された１条の螺旋状山部によつてねじ溝
３内に密接嵌合されているため、ナツト延長部７
の内部空間は外部と完全に遮断される。

符号１０はねじ軸２とナツト４間に嵌挿される
円筒状の保持器で、この保持器１０はねじ軸２の
ねじ溝３と該ねじ溝３に対応するナツト側のねじ
溝６間を転動する多数の鋼球をボール穴１１内に
保持しており、鋼球はボール穴１１内で自由に回
転し得るようになされている。保持器１０、ねじ
軸２およびナツト４の三者間における相対的運動
は次の如き関係にたつている。すなわちナツト４
を回転方向と軸方向に固定した状態でねじ軸２を
回転させると、保持器１０はねじ軸２と一緒に軸
方向へ移動する。一方ねじ軸２を軸方向に固定す
ると同時にナツト４を回転方向へ固定した状態で
ねじ軸２を回転させると、保持器１１はナツト４
と一緒に軸方向へ移動することになる。要するに
保持器１０はねじ軸２又はナツト４のいずれかの
うち軸方向へ移動する部材と一体に直線運動を行
うことになる。

一方、符号１２はねじ軸２側のナツト４上面に
取り付けられたアンギユラコンタクト玉軸受で、
ころがり軸受における正面組合せ又は背面組合せ
を構成している。第４図に明示されるように、こ
の玉軸受１２は外輪とナツトの間に２条のボール
を入れて形成されるもので、この玉軸受１２はボ
ールの接触角をほぼ45度としたアンギユラコンタ
クト玉軸受を構成しており、正面組合せの構造に
なつている。外輪１３は上面に固定用フランジ１
４を備えているのと同時に、ボール収納用のボー
ル溝１５，１５を両側面に形成した分岐突堤１６
を下面中央に有している。一方内輪はねじ軸２に
螺合せしめたナツト４と該ナツト４の側方に設け
たナツト補助部材１７との組合せより、ナツト４
とナツト補助部材１７の上面に形成した段部の角
部には上記外輪のボール溝１５，１５に対応する
ボール溝１８，１８が設けられ、上記ナツト４，
１７と外輪１３との間には少なくとも２条のボー
ル軌道が形成されている。１９は前記２条のボー
ル軌道を転動するボールに予圧を付与する例えば
ダブルナツト等の如き押圧部材で、ナツト補助部
材１７の側方に取付けられている。而してこの押
圧部材１９によつてナツト補助部材１７を一方向
へ片寄らせれば、外輪とナツトの間に入れたボー
ルに予圧をかけることができる。従つてこの実施
例においては単に押圧部材を操作するだけで簡単
に予圧調整を行うことができる。

第５図及び第６図には、同じくアンギユラコン
タクト玉軸受を構成する軸受のボールに対する予
圧付与の他の実施例が記載されており、第５図に
示す背面組合せの構造のものにおいては、ねじ軸
２に螺合せしめた内輪の役目をなすナツト４ａの
上面中央には、両側面にボール溝１８ａ，１８ａ
を形成した分岐突起１６ａが設けられているのに
対して、外輪の方は分割タイプよりなつていて、
各一対の外輪１３ａ，１３ａの底面には上記ナツ
ト側のボール溝１８ａ，１８ａに対応するボール
溝１５ａ，１５ａが形成されている。而して一対
の外輪１３ａ，１３ａの中間には間座S₁を嵌入す
ることによつて、各外輪側とナツト側のボール溝
１５ａ，１８ａ間に入れたボールに引張方向（ボ
ールが互いに離れる方向）又は圧縮方向（ボール
が互いに近づく方向）の予圧をかけることができ
る。第６図に示す正面組合せの構造のものにおい
ては、ねじ軸２に螺合せしめたナツト４ｂの上面
には凹所が形成されており、該凹所の両隅部には
ボール溝１８ｂ，１８ｂが設けられている。これ
に対して各一対の外輪１３ｂ，１３ｂの内面には
ナツト側のボール溝１８ｂ，１８ｂに対応するボ
ール溝１５ｂ，１５ｂが形成されている。而して
外輪側とナツト側の対応するボール溝１５ｂ，１
８ｂ間にボールを入れた後に各外輪１３ｂ，１３
ｂ間に間座S₂を嵌入することによつて、同じくボ
ールに予圧を付与することができる。なおR₁，
R₂はボール穴内でボールを回転自在に保持する
環状のリングである。この実施例においては、環
状に配列した一対の外輪の中間に間座を設けて予
圧をかけるので、予圧の微調整を行える利点があ
る。

なお、第４図乃至第６図に示す前記アンギユラ
コンタクト玉軸受１２，１２ａ，１２ｂの外輪１
３，１３ａ，１３ｂは工作機械のフレームやハウ
ジングに固定されている。すなわち、この外輪は
軸方向および回転方向のいずれの方向に対しても
固定されている。

以上のものにおいて、ナツト４，４ａ，４ｂを
回転方向へ固定した状態でねじ軸２を回転駆動さ
せると、固定されたナツト４，４ａ，４ｂに対し
ねじ軸２は軸方向へ移動する。これとは逆に、ナ
ツト４，４ａ，４ｂを定位置で回転駆動させる
と、ナツトのねじ送り作用によつてねじ軸２を軸
方向へ移動せしめうる。この場合、ナツト４，４
ａ，４ｂは玉軸受１２に対し回転自在に支承され
ている。

ところで、ナツトを回転駆動させることによつ
てねじ軸を軸方向へ直線移動させる場合に、玉軸
受の２条のボールに予圧を付与しておけば、ナツ
トと外輪やハウジング等の固定部材間のバツクラ
ツシユを完全に解消できるので、工作機械のプレ
ス台の送りその他産業機械におけるワークの送り
出し機械の用途に広汎に利用できる。

本発明は以上の構成および作用からなるもの
で、ボールねじとして第２図に示すようにナツト
側ねじ溝６のピツチに差を付けるだけで予圧を与
えることができ、従つて間座等の如き予圧付与部
材を用いる必要がない。さらにねじ軸に形成した
ねじ溝を転動してきた鋼球を拾い上げた後に再び
該ねじ溝に帰還させるボールチユーブを除去で
き、このため従来のような鋼球帰還時の騒音を生
じることもない。

さらに、本発明のボールねじにおいては、ねじ
軸上に嵌着したナツトにナツト延長部を一体的に
設けることによつて、ナツトの軸方向長さ以上の
距離にわたつて鋼球の巻数を設定し得るので、ナ
ツトの軸方向長さを大きくしなくても、従来の有
限摺動用ボールねじに比べてナツト又はねじ軸の
ストロークを約２〜３割大きくとることができ
る。またナツトの全長にわたつて一連の鋼球が巻
かれていることから、ナツトの全長にわたつてス
ラスト方向荷重を支承することができ、従来に比
しスラスト方向荷重の負荷能力を約３割増加させ
得る。さらにまたナツトの軸方向長さを変更しな
くてもナツト又はねじ軸のストロークを増大させ
られるので、ストロークの増加分に相当する長さ
だけナツトの軸方向長さを短縮したに等しく、従
つてねじ溝形成の際の研削精度を高められる。ま
た、ナツト延長部を設けることによつて、ナツト
内部への塵埃の侵入を完全に防止したことから、
精度のよいねじ軸とナツトの相対的運動を長期に
わたつて保証することができる。

さらにまた本発明におけるボールねじについて
は前述した通り予圧構造が採用されており、ボー
ルねじに関し軸方向のバツクラツシユが零となる
ので、ねじ軸とナツト間に遊びがなく、従つて軸
方向移動の際にボールねじの動きの応答性が優れ
ている。また、軸方向へ移動する際の送り方向を
変更するときも遊びがないので、追従性がよい。
また予圧構造のボールねじは剛性が大であるか
ら、正確な位置決めができると共に摩耗を生じる
ことがなく、長期の使用に耐え得る効果を有する
ものである。

またさらに、本発明ではハウジングなどの固定
部材に対しナツトを回転自在に支持するアンギユ
ラコンタクト玉軸受が、その構成部材たる内輪を
前記ナツトで代用するように構成したことによ
り、ボールねじ全体の外径寸法を小さく抑えるこ
とができ、設置空間、占有空間に制限がある装置
に適用できるという効果が得られ、実用に供して
頗る有益である。その上、該アンギユラコンタク
ト玉軸受に予圧を付与したので、ナツトを固定部
材にバツクラツシユ無しに堅固に支承することが
でき、従つてボールねじの作動及び応答性を一層
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は本発
明のボールねじの半裁断縦断面図、第２図イはボ
ールねじの構造を示す要部縦断面図、第２図ロ，
ハはナツト又はねじ軸の相対移動を示す説明図、
第３図はさらに要部の拡大断面図、第４図、第５
図および第６図はアンギユラコンタクト玉軸受の
各実施例を示す半裁縦断面図である。１…ボールねじ、２…ねじ軸、３，６…ねじ
溝、４…ナツト（内輪）、５…鋼球、７…ナツト
延長部、１０…保持器、１２…アンギユラコンタ
クト玉軸受、１３…外輪。

Claims

【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形成した
ナツトと、これ等両ねじ溝間に介在させられて前
記ねじ軸とナツトの間を転動する複数の鋼球と、
前記ナツトの両端部に設けられた一対のナツト延
長部とから成り、ナツトの中央側におけるねじ溝
間のピツチをナツトの他のねじ溝間のピツチと異
ならしめ、前記ナツトの中央を境にして左右の鋼
球に拡張方向または圧縮方向の予圧を付与させた
有限摺動用ボールねじにおいて、前記ナツトの外
周面上にはボールを介して外輪を設けることによ
り、ナツトを内輪として兼用するアンギユラコン
タクト玉軸受を構成して、前記ナツトと外輪との
間に少なくとも２条のボール軌道を形成すると共
に、当該玉軸受には上記ボール軌道を転動するボ
ールに予圧を付与する押圧部材を設けたことを特
徴とするアンギユラコンタクト玉軸受付き有限摺
動用ボールねじ。２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形成した
ナツトと、これ等両ねじ溝間に介在させられて前
記ねじ軸とナツトの間を転動する複数の鋼球と、
前記ねじ軸とナツトの間に介在させられ且つ前記
鋼球を転動自在に保持する保持器とからなる有限
摺動用ボールねじにおいて、ナツトの中央側にお
けるねじ溝間のピツチをナツトの他のねじ溝間の
ピツチと異ならしめ、前記ナツトの中央を境にし
て左右の鋼球に拡張方向または圧縮方向の予圧を
付与し、また前記ナツトの外周面上にボールを介
在させて外輪を設けることにより、ナツトを内輪
として兼用するアンギユラコンタクト玉軸受を形
成して該アンギユラコンタクト玉軸受に予圧を付
与し、さらにまたナツトの両端部には少なくとも
該ナツトの軸方向長さの半分より長いナツト延長
部を取付けて、ナツト延長部の内周面とねじ軸の
ねじ山間の幅径並びにナツト側ねじ溝の溝底とね
じ軸のねじ山間の幅径を同一寸法に設定したこと
を特徴とするアンギユラコンタクト玉軸受付き有
限摺動用ボールねじ。