JP2585882Y2

JP2585882Y2 - ボールねじ移動装置

Info

Publication number: JP2585882Y2
Application number: JP1990059908U
Authority: JP
Inventors: 良治牧野
Original assignee: Kyoho Machine Works Ltd
Current assignee: Kyoho Machine Works Ltd
Priority date: 1990-06-06
Filing date: 1990-06-06
Publication date: 1998-11-25
Anticipated expiration: 2005-06-06
Also published as: JPH0418751U

Description

【考案の詳細な説明】産業上の利用分野本考案はボールねじを利用した移動装置に係り、特
に、所定の移動速度を確保しつつ移動ストロークを長く
できるボールねじ移動装置に関するものである。

従来の技術とその課題少なくとも一端部において軸心方向の移動不能且つ軸
心まわりの回転可能に支持されたねじ軸を回転駆動し
て、そのねじ軸にボールナットを介して取り付けられた
移動台を前記軸心方向へ直線移動させるボールねじ移動
装置が、Ｘ−Ｙテーブルなどにおいて従来から多用され
ている。このようなボールねじ移動装置は、ねじ軸の回
転角度制御等により高精度の位置決めが可能であるが、
ねじ軸の共振を回避するために上記移動台の移動ストロ
ークが制限されるという問題があった。これは、共振に
よるねじ軸の危険回転速度はその軸受間距離（移動台の
移動ストロークに対応）の２乗に反比例して小さくなる
ためであり、ねじ軸の回転速度すなわち移動台の移動速
度を遅くすればその移動ストロークを長くできるが、一
定の移動速度を確保しようとすると、その時のねじ軸の
回転速度が危険回転速度よりも小さくなる所定の許容範
囲内に移動台の移動ストロークが制限されるのである。
上記軸受間距離は、ねじ軸を回転可能に支持している部
分の離間距離であり、通常は移動台が一方の移動端に位
置させられた時のボールナットの位置と、他方の移動端
側においてねじ軸を支持している支持部材との間の距離
である。

これに対し、前記ねじ軸の中間部を中間サポートによ
って支持することにより軸受間距離を短くし、これによ
りねじ軸の全長を拡張して移動台の移動ストロークを長
くするとともに、移動台の通過時には中間サポートをね
じ軸から退避させるようにした移動装置が提案されてい
るが、その場合には移動台の接近を検知するセンサや中
間サポートを退避させるための駆動手段等が必要とな
り、装置が複雑かつ高価になってしまうのである。

本考案は以上の事情を背景として為されたもので、そ
の目的とするところは、簡単な構成により所定の移動速
度を確保しつつ移動ストロークを拡張できるようにする
ことにある。

課題を解決するための手段かかる目的を達成するために、本考案は、少なくとも
一端部において軸心方向の移動不能且つ軸心まわりの回
転可能に支持されたねじ軸を回転駆動して、そのねじ軸
にボールナットを介して取り付けらえた移動台を前記軸
心方向へ直線移動させるボールねじ移動装置において、
（ａ）前記ねじ軸の全長寸法より短い所定の距離だけ互
いに前記軸心方向に離間した状態で、前記ボールナット
を挟んでそのねじ軸に螺合された一対の支持用ボールナ
ットと、（ｂ）前記軸心方向に移動可能に配設されると
ともに、前記一対の支持用ボールナットをそれぞれ軸受
を介して前記軸心方向の相対移動不能且つ軸心まわりの
回転可能に保持し、その支持用ボールナットを介して前
記ねじ軸を回転可能に支持するスライド部材とを有する
ことを特徴とする。

作用このようなボールねじ移動装置においては、スライド
部材に保持された一対の支持用ボールナットによりねじ
軸の中間部分が回転可能に支持されるため、ねじ軸の全
長寸法よりも軸受間距離が短くなる。また、上記スライ
ド部材はねじ軸の軸心方向の移動可能に配設されてお
り、支持用ボールナットはそのスライド部材に軸心まわ
りの回転可能に保持されているため、スライド部材は移
動台の移動に伴って軸心方向へ移動できるとともに、所
定の範囲内で移動台に対して相対移動することもでき、
これにより、移動台はスライド部材の存在に拘らずねじ
軸の全長寸法と略同じ長さ、厳密には支持用ボールナッ
トの存在によりねじ軸の全長寸法よりも少し短いストロ
ークだけ移動することができる。

具体的に説明すると、例えば支持用ボールナットのス
ライド部材に対する回転抵抗が小さくスライド部材の軸
心方向に移動抵抗が大きい場合には、ねじ軸が回転駆動
されることにより支持用ボールナットはそのねじ軸と共
に回転させられ、スライド部材は移動することなく移動
台のみが移動させられるが、その移動台のボールナット
が上記支持用ボールナットに当接するなどしてそれ等ス
ライド部材と移動台との相対移動が阻止されると、以後
はスライド部材は移動台と共に移動端まで移動させられ
るのである。また、支持用ボールナットのスライド部材
に対する回転抵抗が大きくスライド部材の軸心方向の移
動抵抗が小さい場合には、ねじ軸が回転駆動されること
によりスライド部材は移動台と共に移動させられ、その
スライド部材が移動端に達して停止すると支持用ボール
ナットはねじ軸と共に回転させられるとともに、移動台
のみがスライド部材に対する相対移動端まで移動させら
れるのである。

考案の効果このように本考案のボールねじ移動装置は、ねじ軸の
全長寸法よりも軸受間距離が短くなるため、ねじ軸の全
長寸法が同じであれば共振による危険回転速度が上昇し
て移動台を一層高速度で移動させることができる一方、
ねじ軸の回転速度すなわち移動台の移動速度が同じであ
ればねじ軸の全長寸法を長くして移動台の移動ストロー
クを大きくすることが可能となるのである。

また、上記ねじ軸を支持しているスライド部材は移動
台の移動時にねじ軸の回転または移動台との当接によっ
てねじ軸の軸心方向へ移動させられ、これにより、移動
台がねじ軸の略全長に亘って移動することが許容される
ため、中間サポートによってねじ軸の中間部分を支持す
る場合のように移動台の接近をセンサによって検出した
り駆動手段によって中間サポートを退避させたりする必
要がなく、装置が簡単かつ安価に構成され得るのであ
る。

実施例以下、本考案の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図および第２図において、ねじ軸10はその両端部
においてベアリング12,14により軸心方向の移動不能且
つ軸心まわりの回転可能にフレーム16に取り付けられて
いる。ねじ軸10の一端部には歯付バックラッシュレスプ
ーリ18が固設されている一方、フレーム16にブラケット
20を介して配設されたサーボモータ22の出力軸にも歯付
バックラッシュレスプーリ24が取り付けられており、そ
れ等の歯付バックラッシュレスプーリ18および24には歯
付ベルト26が巻き掛けられている。これにより、上記ね
じ軸10はサーボモータ22によって例えば3000rpmの回転
速度で正逆両方向へ回転駆動される。

上記フレーム16には一対のガイドレール28がねじ軸10
の軸心と平行、すなわち第１図における左右方向に設け
られ、直動軸受30を介して移動台32がその左右方向の移
動可能に配設されている。移動台32にはワーク34が載置
されるようになっているとともに、前記ねじ軸10に螺合
されたボールナット36が固設されており、そのねじ軸10
が正逆両方向へ回転駆動されることにより、移動台32は
第１図の左右方向へ直線往復移動させられる。なお、第
２図は第１図におけるII−II断面図であり、第１図にお
いては上記ガイドレール28や直動軸受30が省略されてい
る。

フレーム16にはまたガイドレール38がねじ軸10を軸心
と平行に設けられ、直動軸受40を介してスライド部材42
がその軸心方向、すなわち第１図の左右方向の移動可能
に配設されている。スライド部材42の左右方向の両端部
には、前記ボールナット36が間に位置する状態でねじ軸
10に螺合されたボールナット44,46が、ベアリング48,50
を介してねじ軸10の軸心方向の相対移動不能且つ軸心ま
わりの回転可能に取り付けられている。これにより、ス
ライド部材42はボールナット44,46を介してねじ軸10を
回転可能に支持する一方、ボールナット44,46がねじ軸1
0と共に一体的に回転させられることにより、スライド
部材42はねじ軸10の回転に拘らず一定位置に停止させら
れ、ボールナット44,46が回転させられることなくねじ
軸10が回転駆動されることにより、スライド部材42は移
動台32と共に左右方向へ移動させられる。ボールナット
44,46のスライド部材42に対する回転抵抗は小さく、ス
ライド部材42に外力が加えられない限りはボールナット
44,46はねじ軸10と共に回転させられ、スライド部材42
は一定位置に停止させられている。上記ボールナット4
4,46は一対の支持用ボールナットに相当し、ベアリング
48,50は軸受に相当する。

上記スライド部材42の長さ寸法すなわちボールナット
44,46の離間距離ｄは、ねじ軸10の全長寸法の略1/2であ
り、ねじ軸10が回転駆動されることにより、移動台32は
それ等のボールナット44,46の間においてスライド部材4
2に対して相対移動させられる。スライド部材42の両端
部には、移動台32の下端部に当接するように互いに内向
きに突き出す当接ロッド52,54を備えたショックアブソ
ーバ56,58が取り付けられ、移動台32との当接時に当接
ロッド52,54が所定の押込み抵抗を有して押し込まれる
ことにより、その当接時の衝撃が緩和されるようになっ
ている。そして、移動台32が当接ロッド52または54に当
接させられると、スライド部材42はその移動台32と共に
移動させられる。

上記離間距離ｄは、厳密には第３図に示されているよ
うに、移動台32がスライド部材42に対してボールナット
44側の移動端に位置させられた時のボールナット36と46
との間の離間距離L₁と、スライド部材42が図の左側の移
動端に位置させられた時のボールナット46とベアリング
14との間の離間距離L₂とが略等しくなるように定められ
ている。

以上のように構成されたボールねじ移動装置において
は、第３図に示しているように移動台32が左方向の移動
端に位置させられた状態において、ねじ軸10が移動台32
を右方向へ移動させるように回転駆動されると、先ず、
移動台32のみが第４図に示されているように右方向へ移
動させられる。この時、スライド部材42に保持されたボ
ールナット44および46は、ねじ軸10と一体的に回転させ
られる。

そして、移動台32が第５図に示されているようにスラ
イド部材42の右端部に配設されたショックアブソーバ58
の当接ロッド54に当接させられると、以後はその移動台
32に押されてスライド部材42も移動台32と共に右方向へ
移動させられるようになる。この時、上記当接ロッド54
は所定の押込み抵抗に抗して押し込まれるため、その押
込み過程でスライド部材42は徐々に移動が開始させら
れ、移動台32に加えられる衝撃が軽減される。また、ス
ライド部材42の移動に伴って、そのスライド部材42に保
持されたボールナット44および46の回転は停止させられ
る。

その後、移動台32が第６図に示されている右方向の移
動端に達すると、ねじ軸10の回転は停止させられ、移動
台32の移動が停止させられるとともにスライド部材42の
移動も停止する。

また、第６図に示されているように右方向の移動端に
保持された移動台32を左進させる場合には、ねじ軸10を
上記と逆方向へ回転駆動することにより、上記右進時と
同様な作動により移動台32は左方向の移動端まで移動さ
せられる。これ等の移動台32の両移動端はねじ軸10の回
転角度によって定められるが、サーボモータ22の回転角
度制御により両移動端を高精度で位置決めすることがで
きる。また、かかる移動台32は必ずしも全移動ストロー
クを往復移動させる必要はなく、予め定められた任意の
位置で停止させるなど、この移動形態は適宜定められ
る。

ここで、かかる本実施例のボールねじ移動装置は、ス
ライド部材42に保持された一対のボールナット44および
46によりねじ軸10の中間部分が回転可能に支持されるた
め、そのねじ軸10の軸受間距離がねじ軸10の全長寸法よ
りも短くなる。すなわち、移動台32およびスライド部材
42がねじ軸10の軸心方向へ移動させられることにより、
それ等に配設されたボールナット36,44,46によるねじ軸
10の支持位置が移動し、それに伴って上記軸受間距離も
変動するが、その最大値は前記離間距離L₁（＝L₂）とな
り、ねじ軸10の全長寸法の略1/2になるのである。

一方、このようなボールねじ移動装置は、ねじ軸10の
回転速度によってねじ軸10が共振し、振動やがたつきを
生じることがあるが、そのねじ軸10が共振する危険回転
速度R_D（rpm）は一般に次式（１）で表される。

但し、E:縦弾性係数 I :ねじ軸断面の最小二次モーメント g :重力加速度 γ：比重量 A :ねじ軸断面積 l :軸受間距離 λ：軸受態様によって定まる係数すなわち、ねじ軸10の危険回転速度R_Dは軸受間距離ｌ
の２乗に反比例するのであり、軸受間距離ｌがねじ軸10
の全長寸法の略1/2となる本実施例においては、ねじ軸1
0の全長寸法が同じであれば共振による危険回転速度R_D
が約４倍になって移動台32を一層高速度で移動させるこ
とができる一方、ねじ軸10の回転速度すなわち移動台32
の移動速度が同じであればねじ軸10の全長寸法や離間距
離L₁，L₂を長くして移動台32の移動ストロークを約２倍
にすることができるのである。

因に、ねじ軸10の回転速度が3000rpmで、それが上記
危険回転速度R_Dの80％となる時の軸受間距離ｌを上記
（１）式に基づいて算出すると、縦弾性係数Ｅが2.1×1
0⁴kgf/mm²、比重量γが7.8×10^-6kgf/mm³、ねじ軸10の
谷径が22mmで、係数λを4.730とした場合、約1267mmと
なる。すなわち、スライド部材42による支持機構を備え
ていない従来のボールねじ移動装置においては、移動台
32の移動ストロークが1267mm以下であるのに対し、本実
施例では前記離間距離L₁，L₂をそれぞれ上記軸受間距離
ｌとすることにより、移動台32の移動ストロークを約25
34mmまで拡張することができるのである。

一方、上記ねじ軸10を支持しているスライド部材42
は、移動台32が当接させられることによってその移動台
32と共に移動させられ、これにより移動台32が全移動ス
トロークに亘って移動することを許容しているため、中
間サポートを用いてねじ軸10の中間部分を支持する場合
のように、移動台32の接近をセンサによって検出したり
駆動手段によって中間サポートを退避させたりする必要
がなく、装置が簡単かつ安価に構成され得るのである。

以上、本考案の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
したが、本考案は他の態様で実施することもできる。

例えば、前記実施例では移動台32によってスライド部
材42が移動させられるが、スライド部材42に対するボー
ルナット44,46の回転抵抗が大きい場合には、ねじ軸10
の回転により移動台32の移動とは独立にスライド部材42
も移動させられるようになり、そのスライド部材42が移
動端に達してストッパ等により停止させられた後は、移
動台32のみが更に移動させられる。

また、前記実施例では離間距離L₁とL₂とが略等しくな
るようにボールナット44,46の離間距離ｄが定められ、
移動台32の移動ストロークが約２倍となるようにされて
いるが、ボールナットが約２倍となるようにされている
が、ボールナット44,46の離間距離ｄはねじ軸10の全長
寸法より短い範囲で適宜定められる。

また、前記実施例ではねじ軸10の両端部がベアリング
12,14によって回転可能に支持されているが、一端部の
みが回転可能に支持された片持ち状のねじ軸10を有する
ボールねじ移動装置にも本考案は同様に適用され得る。

また、前記実施例ではショックアブソーバ56,58が配
設されて移動台32とスライド部材42との衝突時の衝撃が
緩和されるようになっているが、クッションゴム等の他
の緩衝部材を設けるようにしたり、その緩衝部材を移動
台32に配設したりすることもできる一方、かかる緩衝部
材がなくても本考案の効果は充分に得られる。なお、ス
ライド部材42がねじ軸10の回転により移動台32とは独立
に同じ速度で移動させられる場合には、移動台32とスラ
イド部材42とが衝突することはないため、上記緩衝部材
は元々不要であり、スライド部材42の移動端を規定する
ストッパ等に緩衝部材を設けることが望ましい。

その他一々例示はしないが、本考案は当業者の知識に
基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例であるボールねじ移動装置の
断面図である。第２図は第１図におけるII−II断面図で
ある。第３図乃至第６図は第１図のボールねじ移動装置
の作動を説明する図で、それぞれ異なる作動状態を示す
図である。 10:ねじ軸、32:移動台 36:ボールナット、42:スライド部材 44,46:支持用ボールナット 48,50:ベアリング（軸受）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16H 25/20 F16H 25/22

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一端部において軸心方向の移動
不能且つ軸心まわりの回転可能に支持されたねじ軸を回
転駆動して、該ねじ軸にボールナットを介して取り付け
られた移動台を前記軸心方向へ直線移動させるボールね
じ移動装置において、前記ねじ軸の全長寸法より短い所定の距離だけ互いに前
記軸心方向に離間した状態で、前記ボールナットを挟ん
で該ねじ軸に螺合された一対の支持用ボールナットと、前記軸心方向の移動可能に配設されるとともに、前記一
対の支持用ボールナットをそれぞれ軸受を介して前記軸
心方向の相対移動不能且つ軸心まわりの回転可能に保持
し、該支持用ボールナットを介して前記ねじ軸を回転可
能に支持するスライド部材とを有することを特徴とするボールねじ移動装置。