JP2923951B2 - 送りねじ支持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、送りねじの支持間距離（スパン）が長い場
合、送りねじの軸危険速度が低い回転数域となることに
よる送りねじ軸の共振を回避するため、送りねじ軸の中
間部を補助的に支持する送りねじ支持装置に関する。

〔従来の技術〕

送りねじのねじ軸の回転により振動や、送りねじを装
備した機械そのものの振動或いはその機械でワーク加工
する際の振動などが、ねじ軸の固有振動数と共振すると
危険である。この危険速度はねじ軸の支持スパンの２乗
に反比例する。例えばNC制御の平面研削盤などのように
テーブルストロークが長い場合には、ねじ軸が長くな
り、ねじ軸の支持スパンが長くなるので危険速度が低く
なる。送り速度の高速化に伴い送りねじの回転数が上が
り、危険速度領域で使用しなければならない場合があ
り、このような場合は中間サポートを設けて支持スパン
を短くし、ねじ軸の固有振動数を高くする手段が知られ
ている。

従来のこの種の手段としては、例えば特開昭58−1092
42号公報に示されるものがある（以下、単に従来例とい
う）。このものは、送りねじのねじ軸の両端部を支える
軸受の間に、送り方向に移動自在で２個の送りねじ支持
部を持つ中間サポートを設け、送りねじの回転によって
移動するナットを前記２個の送りねじ支持部の間に位置
せしめ、ナットの移動を妨げないよう前記中間サポート
がナットの移動距離より短い距離をナットに係かり合っ
て移動するようにしたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来例にあっては、中間サポートの送りねじ支持
部は、その側面が工作機械のベッドの案内面と接触し
て、中間サポート全体が送りねじの両端部を支える軸受
の間で送り方向に自由に移動できるようにしている。し
かしながら、中間サポートの送りねじ支持部は、左右方
向の振れに対しては拘束されているが上方には拘束され
ていないので、上向きに作用する振動荷重を支持できな
いため高次の振動がでるという問題点があった。

更に、中間サポートの送りねじ支持部は、ベッドの案
内面と面接触しつつ移動するものであるから、摩擦抵抗
が大きく、駆動損失が大となると共に追従性が悪くなる
という問題点があった。

又更に、軸受間に介挿した中間サポートは、その支持
部にナットが当接してから移動し始めるので、ナットが
支持部の中間位置にある間は、軸方向に移動できない。
換言すれば、中間サポートの位置はワンパターンに限定
されてしまい、ねじ軸に入力されてくる種々の振動外力
に対して柔軟に即応し難いという問題点があった。

そこで本発明は、転がり摩擦で軽く動けることを長所
とするリニアガイド装置を利用してねじ軸中間サポート
を支持せしめると共に、ねじ軸の回転駆動装置とは別に
中間サポート独立駆動手段を併設した送りねじ支持装置
を提供して上記従来の問題点を解決することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成する本発明は、両端部が軸受を介し
て回転自在に支持されたねじ軸にナットが螺合され、該
ナットの軸方向には、ねじ軸のラジアル荷重を受けると
共にねじ軸方向に連動する一対の中間サポートが、ナッ
トの両側に位置せしめて配設された送りねじ支持装置に
おいて、 少なくとも前記ねじ軸の両端部の軸受間に、ねじ軸に
平行にリニアガイド装置を併設し、該リニアガイド装置
のスライダに前記一対の中間サポートを、ねじ軸方向に
常時一定の距離を隔てて一体的に連動自在に連結して取
付けると共に、該中間サポートの独立駆動装置をねじ軸
の回転駆動装置とは別途に設けたものである。

〔作用〕 リニアガイド装置のスライダは、案内レールに跨架さ
れ、両者の側面に対向させて軸方向に設けられたボール
転動溝内に装着された多数のボールの転動を介して軸方
向に自在に移動する構成であり、案内レールの上下左右
方向には強固に拘束されているが案内レールの前後方向
へは極めて軽く移動できる。そのスライダに中間サポー
トを取付けたため、中間サポートが上向き荷重をも支持
できるようになり、且つ移動追従性が極めて良好であ
る。

更にまた、ねじ軸の回転駆動装置とは別途に中間サポ
ートを軸方向に移動せしめる中間サポート独立駆動装置
を併設したため、中間サポートの位置を以下のような状
況に対応させて最適に制御し、これによりねじ軸の共振
が常時、有効に防止される。

ねじ軸の固有振動に共振するような外部振動を含ま
ない使用態様の場合は、ねじ軸の支持スパンが常に最小
となるように、中間サポートの位置を保つ。

機械そのもの或いはワーク加工による振動と共振す
る支持スパンがある使用態様の場合は、その共振支持ス
パンの位置を早急に通過させ、中間サポートを共振位置
に止まらせないようにして共振状態を回避する。

ねじ軸や中間サポートに入力される振動を検知し
て、捕捉された或るレベルの信号がねじ軸の回転数に関
係する範囲内にある場合には、支持スパンを変更するよ
うに中間サポートを移動させる。

送りねじ装置を取付けた機械の作動において、ナッ
トに対して中間サポートがどのような位置関係のとき振
動が最も小さくなるかを実験により予め求めた場合は、
その結果を記憶させておき、両者を制御する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図とともに説明する。第１図
は、本発明の第１実施例を示すものである。

装置の構成を示す第１図において、１はボールねじの
ねじ軸、２はこのねじ軸１に螺合されたボールねじのナ
ット（チューブ式片フランジダブルナット）である。ね
じ軸１の両端部は、基台３に間隔Ｌを隔てて固着された
２個の軸受ハウジング4,4にそれぞれ取付けた軸受５で
回転自在に支持されると共に、一方の軸端は左方の軸受
ハウジング４に固着された回転駆動装置Ｍにカップリン
グ６を介して連結されている。ナット２は、ナットハウ
ジング７を介して機械テーブル８に取付けられている。
機械テーブル８は、その移動方向に対する左右の両サイ
ド部が、基台３上にねじ軸１と平行に取付けた１対の図
示されないリニアガイド装置で支承されている。

このリニアガイド装置は、基台３に取付けられ軸方向
に長く延びる案内レールとその受得に移動可能に跨架さ
れ機械テーブル８に固定されたスライダとを備え、案内
レールの両外側面とスライダの内側面には対向させてボ
ール転動溝が配設され、これらの両ボールの転動溝の間
には多数のボールが転動自在に装填され、そのボールの
転動を介してスライダが案内レール上を軸方向に軽く移
動するようにした周知の構造のものである。

上記の機械テーブル８を支承するリニアガイド装置と
は別に、更に他の１個のリニアガイド装置10がねじ軸１
と平行に配設される。その案内レール11は、ねじ軸１の
軸受ハウジング４の間において、基台３の面3a上に固定
されており、この案内レール11上に２個のスライダ12が
取付けられている。

そして、これら２個のスライダ12の上面に、ねじ軸１
のラジアル荷重を受ける一対の中間サポート20A,20B
が、それぞれに固着されている。各中間サポート20A,20
Bはすべり軸受であり、ねじ軸１とは僅かの隙間を保っ
て挿通されている。したがって案内レール11上をボール
の転動を介して極めて軽く軸方向に移動するスライダ12
と共に、滑らかに移動可能である。これら中間サポート
20A,20Bはナット２の両側に位置せしめて配設され、お
よそL/2の間隔を隔てて連結棒21で連動的に連結されて
いる。

更に、ねじ軸１の回転駆動装置Ｍとは別に、中間サポ
ート20A,20Bをねじ軸１に対し平行移動させる中間サポ
ートの独立駆動装置22が併設されている。この独立駆動
装置22は、略L/2の間隔を置いて基台３に支持され回転
自在とされた２個のタイミングベルト用滑車23A,23Bを
備え、それらの間にタイミングベルト24がループ状に張
設されている。このタイミングベルト24の中間には、中
間サポート20A,20Bが連動可能に取付けてある（この実
施例では、連結棒21が係止されている）。

タイミングベルト用滑車の一方23Bは、制御用モータ2
5で駆動可動とされている。26はその制御用モータ25及
びねじ軸１の回転駆動装置Ｍの駆動制御装置である。

上記の駆動制御装置26には、ねじ軸１を装備する機械
の特性，使用態様等に応じて制御用モータ25とねじ軸１
の回転駆動装置Ｍの駆動を、以下に述べるように制御す
るプログラムを記憶させたメモリが搭載されている。

これにより、中間サポート20A,20Bはナット２とは連
動せずに軸方向に移動可能である。

次に作用を説明する。

回転駆動装置Ｍに駆動されてねじ軸１が所定の方向へ
回転すると、ナット２が例えば第１図で左方に移動し、
これに伴って機械テーブル８がその両サイドをリニアガ
イド装置に案内されつつ滑らかに移動する。このとき、
ねじ軸１の支点間距離Ｌが長いと、危険速度ｕの値はL²
の値に反比例するから小さくなり、ねじい軸１は比較的
低速で共振するおそれがある。しかし、中間サポート20
A,20Bを設けたため、支点間距離（支持スパン）が最大
値でもL/2となり、その結果危険速度はｕの４倍と大幅
にアップし、共振しにくい。

この実施例では、更に、ナット２と中間サポート20A,
20Bとを、ねじ軸１の回転駆動装置Ｍと中間サポートの
独立駆動装置22により別々に駆動させる。

いま、機械テーブル８を有する機械と、ねじ軸１との
作動関係のパターンを次のケースに分類する。

ケース1:機械テーブル８からナット２に対して伝達され
る振動には、ねじ軸１の固有振動に共振するような外部
振動は含まれない場合。

ケース2:機械テーブル８からナット２に対して伝達され
る振動に、（中間サポート20A,20Bによる）支持スパン
が特定の値のときのねじ軸１の固有振動に共振するよう
な外部振動が含まれることが、予めわかっている場合。

ケース3:中間サポート又はねじ軸の振動をセンサで監視
し、検知された或るレベルの振動がねじ軸１の回転数に
関係する振動である場合。

ケース4:機械の作動において、ナット２に対し中間サポ
ート20A,20Bがどのような位置関係のとき振動が最も小
さくなるかを、予め実験で求めてある場合。

ケース１の場合は、ねじ軸１の危険速度を安全側に高
めるには、中間サポート20A,20Bの支持スパンが常に最
小になるように、ナット２の動きに対応させて制御用モ
ータ25を駆動させて制御する。

ケース２の場合は、機械テーブル８からナット２に対
して伝達される振動で、ねじ軸１が共振する支持スパン
の値を、予め共振スパンとして駆動制御装置26内のメモ
リに記憶させておき、中間サポートの独立駆動装置22で
中間サポート20A,20Bを移動させたとき、所定の共振ス
パン位置はすばやく通過させてしまうように、予めプロ
グラムを組んでおく。そのプログラムに従って、駆動制
御装置26で制御用モータ25を駆動することにより、共振
状態を回避することができる。

ケース３の場合は、中間サポート20A,20B又はねじ軸
１の振動を検知する不図示の振動センサを配設する。そ
の振動センサの出力信号が、予めメモリに記憶させた所
定レベル（ねじ軸１の共振を生じさせる振動を表すレベ
ル）に達したら、駆動制御装置26の指令で制御用モータ
25を駆動させて中間サポート20A,20Bを移動させ、支持
スパンを変更する。

ケース４の場合は、送りねじ装置を組み込んだ所定の
機械を用いて予め求められた実験結果から、ナット２の
位置に対しねじ軸１の振動が最も小さくなる中間サポー
ト20A,20Bの最適位置関係をメモリに記憶させておく。
そのデータに従って駆動制御装置26を介して制御用モー
タ25の駆動を制御する。

上記の各制御を行うにあたり、機械テーブル８の位置
はねじ軸１の回転数から演算により求めてもよいし、機
械テーブル８の位置を磁気位置検出スケールを用いて演
算により求めてもよい。そしてこれらの制御はマイクロ
コンピュータ装置を利用することによって簡単に行うこ
とができる。

第２図には他の実施例を模式的に示す。

の実施例は、中間サポートの独立駆動装置22の構成が
第１実施例とは異なる。なお、図示を省略してあるが、
リニアガイド装置を備えていることは第１図に示される
ものと同様である。

すなわち、タイミングベルト用滑車23A,23Bをそれぞ
れ中間サポート20A,20Bに取付けると共に、それら両滑
車の間にループ状に張設されたタイミングベルト24の中
間にナット２が係止されている。そして制御用モータ25
を中間サポート20A,20Bと連動可能に配設している。

第１実施例と同様の効果が得られると共に、更に、中
間サポート20A,20Bはナット２とも連動するから、制御
用モータ25の回転数を高くしなくてもナット２の動きに
追従可能であり、且つその動きも軽くなる利点がある。

なお、上記の実施例において、ナット２はダブルナッ
ドを用いた場合を説明したが、シングルナットでも同様
の効果が得られることは勿論である。

また、ベルト24はスチールベルトを用いてもよい。

また、中間サポート20A,20Bの支点間距離について
は、所定のねじ軸１の所要回転数と危険速度との関係を
考慮して設定される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ナットが螺合
され、両端が回転自在に支持されたねじ軸のナットを挟
み、ねじ軸の中間サポートがねじ軸方向に移動可能に配
設された送りねじ支持装置において、前記中間サポート
をリニアガイド装置で支承すると共に、ねじ軸の駆動装
置とは別に中間サポートの独立駆動装置を設けた。リニ
アガイド装置は、案内レールに跨架されたスライダが案
内レールの上下左右方向には強固に拘束されているが案
内レールの前後方向へは極めて軽く移動できるから、中
間サポートが上向き振動荷重をも支持できるようにな
り、且つ拘束移動の追従性が極めて良好になるという効
果が得られる。

加えて、中間サポートが中間サポートの独立駆動装置
を介して駆動されるから、使用態様に応じてねじ軸の支
持スパンが常に最適な状態に維持されるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例で、一部を断面で表した側
面図、第２図は本発明の第２実施例を模式的に表した図
である。 １はねじ軸、２はナット、５は軸受、10はリニアガイド
装置、12はスライダ、20A,20Bは中間サポート、22は中
間サポートの独立駆動装置、25は制御用モータ、26は駆
動制御装置、Ｍはねじ軸の回転駆動装置。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端部が軸受を介して回転自在に支持され
   たねじ軸にナットが螺合され、該ナットの軸方向には、
   ねじ軸のラジアル荷重を受けると共にねじ軸方向に連動
   する一対の中間サポートが、ナットの両側に位置せしめ
   て配設された送りねじ支持装置において、 少なくとも前記ねじ軸の両端部の軸受間に、ねじ軸に平
   行にリニアガイド装置を併設し、該リニアガイド装置の
   スライダに前記一対の中間サポートを、ねじ軸方向に常
   時一定の距離を隔てて一体的に連動自在に連結して取付
   けると共に、該中間サポートの独立駆動装置をねじ軸の
   回転駆動装置とは別途に設けたことを特徴とする送りね
   じ支持装置。