JPH02186157A - ボールねじ軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ボールねじ軸装置、特にボールねじ軸の直
線化運動を高精度で実現し得るボールねじ軸装置に関す
る。

（従来の技術） ボールねじ軸装置は、例えば第５図に示すような工作機
械等に用いられるＸＹθテーブルなどの駆動アクチュエ
ータとして用いられ、ボールねじ軸に嵌合されるナツト
を回転させることによってボールねじ軸に直線化運動を
与え、テーブル等を正確に所望の方向に移動させる。

上記ボールねじ軸装置は、−ａに駆動モータと、この駆
動モータのロータに固定されているボールねじ軸ナツト
と、これにボールねじを介して嵌合し、駆動モータの回
転連動を直線運動に変換するように構成されており、ボ
ールねじ軸の先端がテーブル等に接続されている。

第５図に前述の工作機械用テーブルにボールねじ軸装置
を取付けた場合の概略平面図を示すが、この状態は本発
明の場合も同様である。アクチュエータとしてのボール
ねじ軸装置のＮ１）１．、ＮＯ，２、隨３、によってそ
れぞれｘ、Ｙ軸方向、角度θの調整が行なわれる。例え
ば、石１のアクチュエータによりＸ軸方向へ、Ｎｏ、２
．３を共に直進さｌ゛ることによってＹ軸方向へ、さら
にＮｔｔ２を固定しく首振りは可能とする）、Ｎαｌは
後退させ、Ｎｏ、　３は前進させることによって角度θ
を５１ｇ整することができる。

さらに、従来のボールねじ軸装置では一般にボールねじ
ナンドに固定された駆動し一夕のロータに対して、ボー
ルねじ軸自体を回転させず直線化運動のみをさせるため
に、駆動モータの固定子を取り付けたモータケーンング
に対して固定したボールスプライン外筒などを介して、
ボールねじ軸の端に設けたボールスプラインのような軸
のフラット面に沿ってボールねじ軸を直線方向へ移動で
きるように構成されている。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したような従来の一般的なボールね
じ軸装置では、前記フラット面で回転防止を行なってい
るため、か＼るフラット面でのボール等とスプライン間
のすべり摩擦抵抗による駆動抵抗が大きいこと、４鴛り
面が１？耗し易く、摩耗が大となるに従って１８動摩擦
面での隙間が拡大され、直線化運動に対するガタの原因
となること、あるいはか＼るフラット面でのボールとの
ステインク、あるいはスリツプが発生し、位置決めが正
確に行なえないため精密な作用・機能を要求される装置
などでは自動化をする上で大きな障害となるなど種々の
問題が発生している。

この発明は、か−る従来のボールねじ軸装置で指摘され
ている種々の問題点を一挙に解決し、前記摩擦面や、直
線化運動のガタ、あるいはスティック・スリ、ブ等を生
しない全く新しい構成によるねじ軸の正確な直線化運動
を可能とする転がり案内装置を設けたボールねじ軸装置
の提供を［］的とするものである。

さらにこの発明のもう１つの目的は、上記新しい構成の
ボールねじ軸装置に対してボールねじ軸に自動化用位置
決めセンサ等を取付け、正確な位置の検出を可能とする
ことによって自動化に適合するボールねじ軸ＡＪ置を提
供するにある。

〔課題を解決するための手段］ そこで、この発明では上記課題を解決するための手段と
して、固定子とロータを有する駆動部と、ボールを介し
て互いに嵌合接続されるボールねじ軸並びに前記ロータ
に連結され、駆動部により回転されるボールねじナツト
の少なくとも一対と、ボールねじ軸にこの軸の回転を阻
止するために連結された回り止めビン並びにこのビンの
一端にピン軸に対して偏心状に取付けた偏心リングを有
するねじ軸回転防止部と、前記回転防止部の偏心リング
をボールねじ軸方向に沿って案内する転送ブロフク並び
にこれに対向して設けた予圧用ブロックを有する案内部
とをＯｊｕえた構成を採用したのである。

前記回り止めビンに取付けた２つの偏心リングは、その
外周に軸受を嵌合せしめて転走ブロック、予圧用ブロッ
クにより案内されるように構成するとよりスムースな案
内作用が得られる。

弾性部材は、例えばコイルばねを用いるが、その細板ば
ね等の他の同等の機能を有するものであればよい。

さらにこの発明では、上記課題のもう１つの目的を解決
するための手段として、前記ねじ軸装置に対して、前記
ねじ軸回転防止部の回り止めビンに対向する位置にボー
ルねじ軸の基準位置を検出する位置検出センサと、前記
駆動部によるロータの回転量を検出するエンコーダと、
両者を連動させその検出量によりボールねじ軸の移動量
を自動的に制御する制御部とを設け、ボールねじ軸の移
動を高精度に自動制御自在となるように付設した構成を
採用したのである。

検出センサは、例えば近接スイッチを用いることができ
るが、この他にも光学式、あるいは他の形式の電ｉｆｆ
式スイッチとしてもよい。

〔作用〕

上記のように構成したこの発明によるボールねじ軸装置
では、駆動部によりこれに接続されたロータと、ボール
ねじ軸ナツトが回転され、一方ねじ軸回転防止部の回り
止めピンにより回転が阻止されているから、これによっ
てボールねじ軸はその軸方向に沿って直線化運動が行な
われる。上記回転防止部は案内部の予圧用ブロックと転
走ブロックの転走面間で、互いにボールねじ軸の軸心に
７０って案内されるから、これによって強制的に正確な
直線化運動が得られる。

さらに、上記ボールねじ軸装置に対しては位置検出セン
サ、エンコーダ及び制御部を設けることによっ”（ボー
ルねじ軸の基準位置の検出及びボールね乙のエンコーダ
による移動量の検出を行い、これらを連動させることに
よってボールねじ軸の正確な位置決めができるから、極
めて精度の高い自動制御化を得ることができる。

〔実施例〕

以下この発明の好ましい実施例について添付図を参照し
て詳細に説明する。

第１図はこの発明によるボールねじ軸装置１の主要縦断
面図である（一部側面図を含む）。この実施例では、駆
動部２はステンピングモータ３が用いられているが、他
の形式のモータでも勿論差し支えない、ステンピングモ
ータの固定子３１内にロータ３！が設けられ、ロータ３
ｔは後述のボールねじ軸ナツト６に対して、カップリン
グ４及びナツト回転軸５を介して接続されている。７は
ボールねじ軸であり、図示省略しているが、そのねじ溝
に嵌入されている多数の小球のボールを介して前記ボー
ルねじ軸ナツト６に嵌合接続している。ＢＳＢは軸受で
ある。

ボールねじ軸７には、図示の略左１／３程度の位置に回
り止めピン８がねじ軸に対して取り付けられており、こ
の回り止めピンの回転を後述する方法で阻止している。

前記回り止めピン８にはその下端に２つの偏心リング９
１．９□が設けられ、その外周に軸受１０１．１０２が
それぞれ嵌合され、これらがねじ軸回転防止部２０を形
成している。

第２図は第１図の線１）−ｎから見た断面図である。前
記ボールねじ軸７には第２図に示すようにボールねじ軸
７の大径部７′が設けられており、これに下方から前記
回り止めピン８が挿入されている。

１）、、ＩＬはそれぞれ予圧用ブロック、転走ブロック
の転走面を示しており、特に予圧用ブロックには適宜位
置に（この実施例では２ケ所）コイルばねから成る弾性
部材が設けられている。

弾性部材は１つでもよく、予圧用ブロックは多少平行が
ずれていても可能である。第３図に示すように、これら
両ブロックにより案内部３０が形成されＣおり、ボール
ねじ軸７の回転を前記回転防止部２０を介して阻止する
と同時に、ボールねじ軸７の直線化運動をボールねじ軸
の軸心方向に沿って（平行に）案内する役目をも果す。

前記ボールねじ軸７の大径部７′の上方には、第１図、
第２図に示すようにボールねじ軸７の位置を検出するた
めの位置検出センサ１５（この実施例では３つ示してい
るが、その個数は任意である）が設けられ、これに対向
して上記大径部７′の上部にセンサ金属部１６が設けら
れている。ｌはセンサ用のリード線である。

なお、前記回り止めピン８は大径部７′に挿入して小孔
１４から押し込まれた小ねじ１３により大径部７′に対
して固定されている。

１７はこのボールねじ軸装置のケーシング１゜Ｏの端部
材であり、この端部材１７を貫通して接続シャフト１８
が突出している。６点はＸＹθテーブルＴとの接続部で
あり、自在継手を用いてもよい。ＩＳは固定部材である
。

２００はエンコーダであり、Ｌは駆動部２への電源コー
ドであり、制御信号用コードを含む。

第４図は第２図、第３図に示すねじ軸回転防止部２０、
案内部３０の部分拡大斜視図である。前述したように、
転走ブロックの転走面１）．はボールねじ軸の軸心に平
行に設けられ、もう一方の予圧用ブロックの転走面も２
つの弾性部材１２．１２の弾性力を適当に調整すること
によってできる丈転走面１）．を同様に軸心に平行とな
るように設けるのが望ましい、但し、軸が多少回転して
もよい場合は、意識的に傾け、位置決め精度を改善する
こともできる。

なお、図示の例ではステッピングモータ３とエンコーダ
２００を設けた場合を示しているが、駆動部とこれによ
り回転されるボールねじ軸７との相対的な回転量の制御
をする方法として、駆動部をサーボモータとしこれにエ
ンコーダを付設して回転量を検出して位置制御する場合
、サーボモータとリニアスケールを組合せる場合、ステ
ッピングモータだけでエンコーダを設けない場合など種
々の方法がある。

第１図に示す構成の例では図示省略しているが、エンコ
ーダ２００と位置検出センサ１５に対して、両者を連動
させてその検出量によりボールねじ軸の移動量を制御す
る制御部が設けられており、これによりボールねじ軸の
移動を高精度に自動制御自在となるように構成されてい
る。

以上のように構成したこの実施例の作用について次に説
明する。

駆動部２に電源を投入してロータ３．を回転させると、
カップリング４、ナツト回転軸５を介してボールねじ軸
ナツト６が回転する。ボールねじ軸７は前述のようにね
じ軸回転防止部２０により回転を阻止されているため回
転せず、その軸方向に直線化運動をし、接続シャフト１
８を介してテーブルＴを直線方向に進退せしめる（第５
図も参照）。

この実施例によるボールねじ軸ナツト６とボールねじ軸
７との間に嵌合ねじの山と谷間にすき間（ガタ）が生じ
ている場合、何らの対策を設けていない限りボールねじ
軸７の直線運動は正確に直進性を保持することができな
い、しかし、上記ねじ軸回転防止部２０を案内部３０に
より直線方向に案内することによってボールねじ軸７の
移動の直線化を正確に保持できる、 さらに、位置検出センサ１５とエンコーダ２００を連動
させて移動量を検出し、制御部を介してボールねじ軸の
移動量を制御し、これによってボールねじ軸の移動を高
精度に制御自在とすることができる。

〔効果〕

以上詳細に説明したように、この発明ではボールねじ軸
装置に対してねじ軸回転防止部と案内部とを設けるよう
にしたから、ボールねじ軸の直線化運動を正確に保持す
ることができる。

さらに、位置検出センサ、エンコーダ及び制御部を上記
ボールねじ軸装置に付設したから、ボールねじ軸の位置
決めをきめ細かにコントロールすることができ、自動制
御化が極めて容易になるという種々の利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるボールねじ軸装置の好ましい実
施例の主要縦断面図、第２図はねじ軸回転防止部の拡大
詳細断面図、第３図は案内部の詳細断面図、第４図は第
２図、第３図の拡大斜視図、第５図はこの発明のボール
ねじ軸装置をアクチュエータとして用いたときの概略説
明図である。 １・・・・・・ボールねじ軸装置、 ２・・・・・・駆動部、　　　　３１・・・・・・固定
子、３□・・・・・・ロータ、 ６・・・・・・ボールねじ軸ナツト、 ７・・・・・・ボールねじ軸、　７′・・・・・・大径
部、８・・・・・・回り止めビン、 ９１．９□・・・・・・偏心リング、 １０、．１０．・・・・・・軸受、 １）、・・・・・・予圧用ブロックの転走面、１）本・
・・・・・転走ブロックの転走面、１２・・・・・・弾
性部材、　　　１５・・・・・・位置検出センサ、１６
・・・・・・センサ金属部、１８・・・・・・接続シャ
フト、２０・・・・・・ねじ軸回転防止部、 ３０・・・・・・Ｘ内部、　　　　２００・・・・・・
エンコーダ、ｌ・・・・・・リード線、　　　　　Ｌ・
・・・・・電源コード、Ｃ・・・・・・接続部、　　　
　Ｔ・・・・・・ＸＹθテーブル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定子とロータを有する駆動部と、ボールを介し
   て互いに嵌合接続されるボールねじ軸並びに前記ロータ
   に連結される駆動部により回転されるボールねじナット
   の少なくとも一対と、ボールねじ軸にこの軸の回転を阻
   止するために連結された回り止めピン並びにこのピンの
   一端にピン軸心に対して偏心状に取付けた偏心リングを
   有するねじ軸回転防止部と、前記回転防止部の偏心リン
   グをボールねじ軸方向に沿って案内する転走ブロック並
   びにこれに対向して設けた予圧用ブロックを有する案内
   部とを備えて成るボールねじ軸装置。
2. （２）前記回り止めピンに取付けた偏心リングは、その
   外周に軸受を嵌合せしめて転走ブロック、予圧用ブロッ
   クにより案内されるようにしたことを特徴とする請求項
   １に記載のボールねじ軸装置。
3. （３）さらに前記ねじ軸回転防止部の回り止めピンに対
   向する位置にボールねじ軸の基準位置を検出する位置検
   出センサと、前記駆動部によるロータの回転量を検出す
   るエンコーダと、両者を連動させその検出量によりボー
   ルねじ軸の移動量を自動的に制御する制御部とを設け、
   ボールねじ軸の移動を高精度に自動制御自在となるよう
   に構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のボ
   ールねじ軸装置。