JPH0563657B2 - - Google Patents

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
駆動アクチユ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つて
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、一般に駆動モータ
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、駆動モータの回転運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。アクチユ
エータとしてのボールねじ軸装置のNo.１，No.２，
No.３、によつてそれぞれＸ，Ｙ軸方向、角度θの
調整が行なわれる。例えば、No.１のアクチユエー
タによりＸ軸方向へ、No.２，３を共に直進させる
ことによつてＹ軸方向へ、さらにNo.２を固定し
（首振りは可能とする）、No.１は後退させ、No.３は
前進させることによつて角度θを調整することが
できる。

さらに、従来のボールねじ軸装置では一般にボ
ールねじナツトに固定された駆動モータのロータ
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シ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
ツト面に沿つ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、前記フラツト面で回転防
止を行なつているため、かゝるフラツト面でのボ
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、すべり面が摩耗し易く、摩
耗が大となるに従つて摺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、あるいはかゝるフラツト面でのボールとのス
テイツク、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、かゝ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、あるいはステイ
ツク・スリツプ等を生じ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目的
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つて自動化に適合
するボールねじ軸装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ピン並びにこのピンの一端
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つて案内する転
送ブロツク並びにこれに対向して設けた予圧用ブ
ロツクを有する案内部とを備えた構成を採用した
のである。

前記回り止めピンに取付けた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ツ
ク、予圧用ブロツ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
の他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、例えば近接スイツチを用いるこ
とができるが、この他にも光学式、あるいは他の
形式の電磁式スイツチとしてもよい。

〔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、これによつてボールねじ軸はそ
の軸方向に沿つ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ツクと転走ブロ
ツクの転走面間で、互いにボールねじ軸の軸心に
沿つて案内されるから、これによつて強制的に正
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
によつてボールねじ軸の基準位置の検出及びボー
ルねじ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つてボールねじ軸の
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はステツピングモータ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。ステツピングモータの固定子３₁内
にロータ３₂が設けられ、ロータ３₂は後述のボー
ルねじ軸ナツト６に対して、カツプリング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。Ｂ，Ｂ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９₁，９₂が設けられ、その外周に軸受１０
_１，１０₂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−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。

１１₁，１１₂はそれぞれ予圧用ブロツク、転走
ブロツクの転走面を示しており、特に予圧用ブロ
ツクには適宜位置に（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、予圧用ブロツクは多少平
行がずれていても可能である。第３図に示すよう
に、これら両ブロツクにより案内部３０が形成さ
れており、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つ
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。
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１０
０の端部材であり、この端部材１７を貫通して接
続シヤフト１８が突出している。Ｃ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。１９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、転走ブロツクの転走面１１₂はボ
ールねじ軸の軸心に平行に設けられ、もう一方の
予圧用ブロツクの転走面も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つてでき
る丈転走面１１₁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、図示の例ではステツピングモータ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、ステツピン
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３₂を回転さ
せると、カツプリング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、接続シヤフト１８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つてボールねじ軸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２０
０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、これによつてボ
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
チユ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、３₂……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……回り止めピン、９₁，９₂……偏心リング、
１０₁，１０₂……軸受、１１₁……予圧用ブロツ
クの転走面、１１₂……転走ブロツクの転走面、
１２……弾性部材、１５……位置検出センサ、１
６……センサ金属部、１８……接続シヤフト、２
０……ねじ軸回転防止部、３０……案内部、２０
０……エンコーダ、……リード線、Ｌ……電源
コード、Ｃ……接続部、Ｔ……XYθテーブル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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つて案内する転走ブロツク
   並びにこれに対向して設けた予圧用ブロツクを有
   する案内部とを備えて成るボールねじ軸装置。 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ツク、予
   圧用ブロツ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 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。