JPS58225256A - 送りねじ装置 - 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】 この発明は、送りねじ軸に多数のボールを介して螺合す
る２つのポールナツトの相対位置を可変とし、ボールね
じの予圧を制御可能とした送りねじ装置に関する。

ねじ軸とポールナツトの間にボールを転勤自在に介在さ
せたポールねじけ、機械効率が良いため回転時のトルク
損失が少く、また、２つのポールナツトを用いて予圧を
負荷することにより必要な剛性を与え、ねじ軸とポール
ナツトのバックラッシュを排除することが容易にできる
という特徴を有し、工作機械、特にＮＣ工作機械の送り
ねじ装置に多く用いられている。

このような送りねじ装置は、最近では送り速度が１０ｍ
／ｗｉｎ口を越えることもまれではなくなり、また、作
動も高頻度となって来ているので、摩擦の少ないポール
ねじであっても発熱のためねじ軸が膨張し位置決め精度
が悪化するという問題が生ずる。

このようなねじ軸の熱膨張による位置決め精度の悪化を
解消するためには、ねじ軸を冷却手段により冷却するこ
とが知られているが、一般に冷却手段は装置が複雑なう
え高価な冷却装置を必要とするという欠点がある。

また、送りねじ装置によって移動される被移動体の位置
を別の測定手段により測定し位置誤差を送り装置にフィ
ードバックするクローズトループ式の制御手段も知られ
ているが、このような測定手段は一般に高価であり、取
付は上の制約をともなうという欠点がある。ボールねじ
Ｑ予圧手段は、ねじ軸に螺合する２つのボールナツトを
ねじ軸に対して軸方向に変位させた状態としてボールね
じに予圧を与えるものであるが、従来は、通常２つのポ
ールナツトの間に間座を挿着する間座予圧手段、又は２
つのポールナツトの間にばねを挿着するばね予圧手段に
より予圧を与えることが行なわれていた。このよう゛な
予圧手段は、ボールねじが機械に組付けられた状態では
、ボールねじには常に一定の予圧が作用しているもので
ある。

送りねじの発熱は、そのほとんどがボールねじの摩擦に
起因しており、ボールねじの摩擦は予圧量の大きさにほ
ぼ比例しているため、同一作動条件ではボールねじの予
圧量を大きくすると商都発熱は大きくなる。

したがって、ボールねじの予圧量を小さくすれば発熱を
小さくすることができるが、従来の予圧手段においては
、ボールねじの予圧量は組付けられる機械が必要とする
最大の剛性に見合うように選ばねばならないため、選択
の自由度はなく、予圧量を小さくして発熱を小さくする
ことは現実的でなかった。ところで、送りねじに必要な
剛性は機械の作動ステップ毎に異るべきものである。即
ち、送りの停止時又は加工送り時は大きな力が作用する
ので充分な剛性が必要であるが、早送り時とか後退動作
時は大きな力が作用しないので剛性＋２小さくても良い
はずである。

このような観点に注目し、ポールナツトを流体圧を利用
して軸方向に変位させボールねじの予圧を可変とするこ
とは従来より知られているが、従来のこのようなボール
ねじは、予圧量の設定を数段階に亘って行うことは困難
であり、また、ポールナツトに軸方向の変位を与える作
動油の温度の影響により機械に熱変位”生ずると゛つ員
を避　　　　いけることが困難であった。

この発明は、前記背景に注目してなされたもので、その
目的とするところは、送りねじ装置がその作動工程毎に
必要とする剛性をとり得るようにボールねじの予圧量を
何段階にも亘って設定可能とし、ボールねじの発熱を小
さくして位置精度の良い送りねじ装置を提供することに
ある。また、他の目的は、２つのポールナツトを互いに
近ずく方向に予圧したり、互いに遠のく方向に予圧する
ことを可能とすることにより、ポールナツトに作用する
予圧量を必要最小限の予圧とすることにより、ボールね
じの発熱を小さくして位置精度の良い送りねじ装置を提
供するにある。

この目的を達成するため、この発明は、ねじ軸にボール
を介して螺合する２つのポールナツトの一力をハウジン
グに固定し、他の一力のポールナツトは軸方向の移動を
阻止された状態で回動可能にハウジングに支承し、後者
のポールナツトを７くルスモータの駆動パルスに対応さ
せて円周方向に変位させるようにしたものである。

次に、この発明に係る送りねじ装置の実施例を第１図乃
至第２図により説明する。

螺旋溝ｌを外面に形成したねじ軸２には、螺旋溝を内面
に有する２つのポールナツト３．４が多数のボール５．
６を介して螺合し、ポールナツト３．４とねじ軸２は相
゛対螺旋運動可能とされている。５１．５２はポールナ
ツト３．４に設けたポール循環部品である。−力のポー
ルナツト３は、ハウジング７の内孔８に嵌合し、ポール
ナツト３の端部に設けられたフランジ９がボルト１０に
よりハウジング７に締付けられ、ポールナツト３はハウ
ジング７に固定されている。

他の一力のポールナツト４の軸方向の中はどには、円周
に亘って外面より張り出した鍔１１が形成され、外面の
両端にはねじ１２．１３が形成されている。

ポールナツト４の外面には、玉軸受１４．１５が嵌合さ
れており、玉軸受１４．１５の７間には、内輪間座１６
及び外輪間座１７が配されている。この玉軸受１５と鍔
１１の間には、間座１８が配され、ポールナツトのねじ
１２に螺合する軸受ナツト１９により玉軸受１４．１５
の内輪は側力より押圧されてポールナツト４に固定され
ている。

この玉軸受１４．１５は、外輪がノーウジング７の内孔
加に嵌合され、奥側の玉軸受１４の外輪の端部が段部２
１に当接され、手前側の玉軸受１５の外輪はボルト２２
によりハウジング７の端面に固定された蓋ｎに当接され
ており、玉軸受１４．１５の外輪は、蓋乙により側方よ
り押圧されてハウジング７に固定されている。この構成
によりポールナツト４は、軸方向の移動を阻止された状
態で軸心に対する回転を可能とされている。

間座１８が当接する鍔１１の側面に対し反対側の側面側
に形成されたポールナツト４の外面には、ウオームホイ
ールＵが嵌挿され間座５を介してポールナツトのねじ１
３に螺合する軸受ナツトかにより締付けられ、鍔１１の
側面に当接されて固定されている。このウオームホイー
ルＵの内面には軸方向の切欠がキー虜として設けられ、
ポールナツト４ｊ　　　　　に植設されたビンガに係合
するようにされ、ウオームホイールＵがナツト４に対し
て回転するのを阻止されている。

ウオームホイール冴には、ウオーム路が噛合っており、
ウオーム路は、両端をプラタン）２９、（９）に設けた
軸受部に回転自在に支承され、プラケット３０にスペー
サ３１を介して固定されたパルスモータ３２の軸とピン
おにより結合されている。したがってパルスモータ３２
を駆動するとウオームあは回転し、この回転に対応して
ウオームホイールＵが回転する。ウオームホイール２４
は、ポールナツト４に一体的に固定されているので、パ
ルスモータ３２を駆動することにより、ポールナツト４
を回転することができる。ポールナツト４は軸方向の移
動を不能にハウジング７に支承され、他の一力のポール
ナツト３はハウジング７に固定されているので、ポール
ナツト４を回転させると、２つのポールナツト３．４の
螺旋溝の位相が変化するので、ねじ軸２に対するバック
ラッシュを排除することができる。

今ポールねじの有効径をり、リードなｌとし、　　　　
　　ｌｉミラオームウオームホイールの減速比をｌハと
すれば、パルスモータの回転角０Ｐと、ポールナツトの
回転角θＮとの間にはθＰ”ＮＯＨの関係があり、ポー
ルナツトの軸方向の変位量ΔＰはΔＰ＝ｌθＶシである
のでΔＰ＝ｌθＮ７２ｔＮ　となる。

ところで、ボールねじの荷重Ｖど変位δの間にはδ−Ｋ
ｆ４なる関係があるので、（Ｋは比例定数）一方のポー
ルナツト４の変位なΔとすると、Δ＝　２ＫＦ’ちとな
る。

ポールナツトにＦなる軸方向荷重が加わった場合発生す
るトルク゛１゛Ｐは、効率をηとするとＴ、＝ｌｋ’／
、２□。

となる。このときパルスモータに必要なトルクＴｓ（ま
、Ｔｓ＝ＴＰ、８Ｉとなる。

さて、−例として、軸径（資）、リード１０、巻数２．
５巻、２列のポールナツトでは、ウオームとウオームホ
イールの減速比をｌ／２０とすると、予圧変位量即ち、
予圧変位量を１μｍ毎に変化させるには、パルスモータ
の分解能がｌ／２５０であれば良い。

また、最大予圧変位量をポールナツト片側当り”ＪＪｄ
ｎと見ると、両ポールナツトでｔｏｏ　ｍとなり、パル
スモータはｌ／２．５回転すれば良い。（上記の例にお
けるＫは、Ｋ＝１．４ＸＩＯ’である。）パルスモータ
に必要なトルクは、上記例の場合基本動定格荷重は５０
０−程度であるので、最大予圧荷重として５００　ｙあ
れば十分であり、その時のパルスモータのトルクは、僅
か４．４輪である。また、このときのパルスモータの回
転角は０．０７７回転なる。

この実施例では、回転可能なポールナツト４をろがり軸
受を採用した力がパルスモータ−の出力が小さくてすむ
ので望ましい。ころがり軸受は、玉軸受以外にもニード
ルベアリング、円筒ころ軸受等を採用することができる
。

また、この実施例では、パル艮モーターの減速にウオー
ムとウオームホイールを用いたが、例えばハーモニック
ドライブのような減速手段を用いて減速を行なっても良
い。

以上のように構成したこの発明の送りねじ装置は、ねじ
軸に螺合する一方のボールナツトをハウジングに固定し
、他の一力のポールナツトを軸方向に移動不能な状態で
軸線の回りにパルスモータにより回転できるようにした
ものであり、パルスモータの回転を減速してポールナツ
トに伝えるようにしたので、パルスモータの駆動パルス
数に応じた予圧量を設定でき、パルスモータも小形小出
力のもので良く、またパルスモータの回転量も小うに１
台の機械で多くのステップを含む作動をする機械の各ス
テップ毎に必要とす′るボールねじの予圧量をあらかじ
め制御手段に設定しておき、最適な予圧量でボールねじ
を使用することができ、特に軽負荷の高速作動に対する
ボールねじの発熱を小さくできるため、位置決め精度の
良い送りねじ装置を得ることができるという効果がある
。普ｊ　　　　　　通工作機械の場合大きな予圧量を必
要とする加工時の送り速度は早送り時の１１５以下であ
るのでその発熱はほとんど問題とならない。

また、この発明の送りねじ装置は、ポールナツトの予圧
を２種類選ぶことができる。即ち、２つのポールナツト
を互いに近ずく方向に押圧する予圧と、これとは逆に２
つのポールナツトを互いに遠のく方向に押圧する予圧を
パルスモータの駆動により容易に切換えることができる
。

したがって、上記２種の予圧切換時に固定側のポールナ
ツトが軸方向に変位する補正量をあらかじめ測定し、必
要な予圧量に対する関係をパルス使用状態で使用される
送りねじ装置であっても、荷重の作用力向のいかんによ
らず荷重を固定側のポールナツトで支承することができ
、固定側のポールナツトに作用する荷重の変動を回転可
能に支持された他力のポールナツトに予圧として力えれ
ば良いので、この場合はさらに予圧量を小さくすること
か可能となり、送りねじの発熱をさらに小　　　　１１
さくおさえることができるという効果が得られるもので
ある。

さらに、このようにボールねじｔ最適予圧で使用すると
、ボールねじの寿命を長（することができ、位置決め精
度の良い送りねじを長期に亘って使用出来るというすぐ
れた効果が得られ実用上の価値が太きいものである。

さらにまた、パルスモータにより１μｍ程の精密な動き
をポールナツトに与えることが出来るものであるので、
ボールねじに摩耗が生じても摩耗量に対するパルス数を
パルスモータ制御手段で補足も有するものであるわ

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る実施例の縦断面図、第２図は
、第１図の要部のＡ矢視図である。 ２・・・・・・ねじ軸　３．４・・・・・・ポールナツ
ト　５．６・・・・・・ボール　７・・・・・・ハウジ
ング　１４．１５・・・・・・玉軸受　列・・・・・・
ウオームホイール　測・・・・・・ウオーム３２・・・
・・・）〈ルスモーク 特許出航人　　日本精工株式会社 第１０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＋１１　　多数のポールを介してねじ軸に螺合する２つ
   のポールナツトをハウジングに支承した送りねじ装置に
   おいて、前記ポールナツトの一力が前記ノ・ウジングに
   固定され前記ボールナツトの他の一方が軸方向の移動は
   不能とされ円周方向の回転は自在とされた状態で前記ハ
   ウジングに支承され、該円周方向の回転を自在とされた
   ボールナラ“トは減速手段を介してパルスモータにより
   前記ハウジングに対する円周方向の回動を自在とされて
   いることを特徴とする送りねじ装置。