JPH0890379A - 送りねじ機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過度の熱膨張による精度や剛性の悪化を抑制
することができる、送りねじ機構を実現する。 【構成】 ボールネジ軸（送りねじ軸）１７の両端を基
台１１に対して軸受支持し、一端にロックナット３７を
螺着して軸受３３を軸方向に押圧して基台側の対応ベー
ス面３４に係合させ、なおもロックナット３７を締め込
むことによりボールネジ軸１７に予張力を付与する熱対
策を講じた送りねじ機構において、軸受３３と基台１１
に固定されたベアリングケース３２との間に、更なる予
張力を付与する皿ばね３１を介装し、前記対応ベース面
３４との係合による予張力が消失しても、皿ばね３１に
よる予張力がボールネジ軸に残存作用するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械や三次元測定
機等の精密機械における送りねじ機構に関し、更に詳細
には、熱対策のために予張力を付与する送りねじ機構に
関する。

【０００２】

【従来の技術】本願出願人は、送りねじ軸に付与した予
張力とその熱変位との関係に着目し、これに関する新規
な技術を提供した（特公昭４７−２９２２４号公報参
照）。これは、ピッチを若干短くした送りねじ軸を用意
し、その送りねじ軸の両端を軸受支持し、その軸端に螺
着したナットを締め込んで送りねじ軸に予張力を付与し
て送りねじ軸のピッチが正規寸法になるまで伸ばすとい
う基本的・実用的な技術であり、この技術により、送り
ねじの熱膨張による応力を、予張力を付与することによ
って予め発生させてあった引張り応力で吸収して、送り
ねじ機構の送り精度や剛性等を高く維持することが可能
となった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記実用技
術といえども最近の送り速度の高速化のもとでは完全無
欠ではない。すなわち、上記ナットの締め込みのみによ
る予張力の単一付与形式では、高速回転による高温発生
のため送り軸の膨張による応力が所定の引張り応力を越
えてしまい、予張力が消失してしまうという不都合があ
り、精度や剛性の面で改善の余地がある。かと言って予
張力を大きくすると軸受に大きな力が作用し、軸受の発
熱が必要以上に生じたり、寿命を短かくする問題が発生
する。

【０００４】そこで、本願は、上記技術を発展させ、送
りねじ軸の精度や剛性等を更に改善させ得る合理的な技
術を提供することをその課題とする。尚、特開平３−１
７３３号公報には、一見すると本願構成に似ている構造
が開示されているが、この公報の構造は、送りねじ軸が
過大に伸びても軸受が破損しないように、圧縮ばねで送
りねじ軸に圧縮荷重をかけておくものであって、本願と
は、その目的、構成、作用・効果の面で全く異なる、と
いうことに留意されたい。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る送りねじ機構は、送りねじ軸のピッチを
予め若干短かく作り、前記送りねじ軸のピッチを正規の
寸法に伸ばすべく前記送りねじ軸に所定の予張力を付与
し、回転可能に支持した送りねじ機構において、前記送
りねじ軸の両端をベースに軸受支持し、前記送りねじ軸
に圧縮ばね手段を介在させて前記所定の予張力を付与
し、その送りねじ軸に所定の引張り応力を発生させた状
態で回転可能に支持し、前記送りねじ軸の動作中に発生
する温度上昇の熱膨張による応力を前記所定の引張り応
力で吸収し、前記送りねじ軸の温度上昇が過度に発生
し、その熱膨張による応力が前記所定の引張り応力を越
えたときにも前記送りねじ軸に更に張力を付与するよう
に前記圧縮ばね手段を前記軸受とベースとの間に設けた
ことを構成上の特徴とする。

【０００６】

【作用】熱的要因によって送りねじ軸が膨張して伸びる
際に、その熱膨張による応力が所定の引張り応力を越え
たときにも圧縮ばね手段による張力が引き続き作用し、
これにより送りねじ軸の張力が完全に消失してしまう事
態は発生しない。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、工作機械の送り軸に対して本発明を適用
した場合の一実施例を示す要部断面側面図である。同図
を参照すると、基台１１の左方側に固定された送り軸用
モータ１３のモータ軸１５は、両側を支承されるボール
ネジ軸１７の一端と突き合わされて、両者を橋渡しする
ようなカップリング機構１９によって一体的に連結され
ている。

【０００８】ボールネジ軸１７の左方側においては、３
つの軸受２３及びスペーサ２５がボールネジ軸１７の段
付き嵌合軸部に装着され、その後にロックナット２７が
螺着・締結され、これにより、ボールネジ軸１７は、軸
受（内輪）２３と一体的に連結される。そして、これら
の軸受（外輪）２３が基台１１の嵌合穴部に装着され、
その後にベアリング押さえ板２９がボルト止めされ、こ
れにより、軸受２３は、基台１１と一体的に連結され
る。以上により、ボールネジ軸１７の左方側は、基台１
１に対し、軸受２３を介して回転可能ではあるが、軸方
向移動が殆ど不能な支持形式でガッチリと剛性支承され
ることになる。

【０００９】ボールネジ軸１７の右方側においては、基
台１１に固定されたベアリングケース３２の内部に一対
の皿ばね３１、２つの軸受３３、及びスペーサ３５がこ
の順序でボールネジ軸１７の段付き嵌合軸部に装着さ
れ、その後にロックナット３７が螺着される。このロッ
クナット３７の締結の初期の段階においては、軸受３３
の外輪が先ず皿ばね３１に当接し、それを押圧しながら
軸方向に移動する。この際、皿ばね３１による予張力を
受ける。そして、軸受３３の外輪が、軸受３３を受容す
るベアリングケース３２の嵌合穴部の底面部分３４（対
応ベース面）に当接・係合すると、軸受３３は、これ以
上軸方向に移動することができなくなる。この時、皿ば
ね３１は、奥側の小径穴部にスッポリ収まり、従って、
これ以上圧縮されることはない。この締結段階から、更
にロックナット３７を締め込むと、軸受３３が軸方向内
方に移動し得ないので、ボールネジ軸１７がその分、軸
方向外方に引っ張られ、従って、ボールネジ軸１７に
は、ロックナット締め付けに応じた大きな引張応力（組
立応力）が付与されることになる。

【００１０】以上のロックナット３７の締結を更に具体
的に説明するに、図２を参照すると、締結初期段階にお
いては、Ａ点及びＢ点を結ぶ（傾きの小さな）直線で示
されるような皿ばね３１による小さな予張力がボールネ
ジ軸１７に作用し、締結後期段階（Ｂ点以降）において
は、Ｂ点及びＣ点を結ぶ（傾きの大きな）直線で示され
るような対応ベース面３４との係合による大きな予張力
（ボールネジ軸引張りによる予張力）がボールネジ軸１
７に作用する。例えば、Ｂ点における予張力が約３００
ｋｇｆであり、Ｃ点におけるそれが約１１５５ｋｇｆで
あるから、予張力全体の１／３程度を皿ばね３１に負担
させ、残りは、ロックナット３７を対応ベース面３４と
の間で締め付けて得られるボールネジ軸引張りによる予
張力で行う、というように２段階構成される。尚、皿ば
ね３１は、後述するボールネジ軸１７の発熱による伸び
よりも充分大きなストロークで必要な力がでるように選
定される必要がある。

【００１１】以上説明した予張力がボールネジ軸１７に
２段階的に付与される本実施例の送りねじ機構は、次の
ような作用を奏する。すなわち、先ずボールネジ軸１７
は、主としてそれ自体の発熱により、Ｃ点からＢ点に至
るように予張力が減少しながら伸び始める。そして、Ｂ
点以降においては、本来であれば（皿ばね３１がない従
来のものであれば）、Ｂ点からＤ点に至るように予張力
が引き続き減少・消失して、以降は予張力なしに伸びる
ことになる。しかしながら、本構成では、Ｂ点以降は、
ボールネジ軸引張りによる予張力に成り代わって、皿ば
ね３１によるそれが効き始め、すなわち、ボールネジ軸
引張りによる予張力が消失しても、皿ばねによる張力が
ボールネジ軸に作用し、それが存在し続けるのである。

【００１２】このように、皿ばね併用の予張力付与形式
を採用する本実施例においては、ボールネジ軸１７に予
張力が複合的・有機的に与えられるので、ボールネジ軸
１７の熱変位を極めて低いレベルに安定的に抑えること
ができるとともに、予張力の消失による剛性の劣化が防
止できる。具体的には、過度の温度上昇があってもピッ
チエラーがほとんどないことが実験的に認められた。

【００１３】尚、例えば、Ｃ点及びＡ点を結ぶ直線で示
される予張力と伸びの関係を有する皿ばねを別途用意
し、この皿ばねのみでＣ点までの予張力を全部負担させ
るように構成することも理論的には可能である。しかし
ながら、この場合、ボールネジ軸を支承する軸受にスラ
スト方向の過度の力（引張力に応じた力）が常に作用す
るようになるので、その発熱や寿命等の面で実用的・実
際的でない。

【００１４】ところで、上記ボールネジ軸の右方側の支
持構造に代えて、次のように構成することもできる。す
なわち、図３（同図の上半分は、皿ばね４１の圧縮前な
いし途上の状態を示し、同図の下半分は、皿ばね４１圧
縮後に更にロックナット３７を締め込んだ状態を示す）
に示したように、軸受３３を受容する基台１１の嵌合穴
部（ボールネジ軸１７）に、内周が面取りされたリング
状の座金４３をその間に挟み込んだ大径の一対の皿ばね
４１が先に装着され、それに重なるように２つの軸受３
３が装着される。この支持構造の場合、皿ばね４１の圧
縮後において、皿ばね４１と座金４３とが一体の（弾性
変形しない）剛体となり、軸受３３に当接・係合し、こ
れが、軸受３３の移動を阻止する（すなわち、上記実施
例の軸受３３が対応ベース面３４に当接・係合したこと
に相当する）。この構造においても上記実施例の場合と
実質的に同様であって、両者は、上記実施例の意図する
作用・効果の面で本質的違いがあるわけではない。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、送
りねじが熱膨張によって過度に伸びても、張力が完全に
消失することがなくなり、送り系の剛性劣化が防止で
き、高精度送りが維持できる。また、送りねじ全体で必
要な予張力の一部を圧縮ばねで発生させているので、送
りねじ両端に設けた軸受の発熱を抑えることができ、軸
受寿命も延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、工作機械の送り軸に対して本発明を適
用した場合の一実施例を示す要部断面側面図である。

【図２】図２は、ボールネジ軸の張力と伸びとの関係を
示す図である。

【図３】図３は、ボールネジ軸の支持構造の変更例を示
す要部断面側面図である。

【符号の説明】

１１…基台 １３…モータ １５…モータ軸 １７…ボールネジ軸 １９…カップリング機構 ２３、３３…軸受 ２５、３５…スペーサ ２７、３７…ロックナット ２９…ベアリング押さえ板 ３１、４１…皿ばね ４３…座金

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送りねじ軸のピッチを予め若干短かく作
   り、前記送りねじ軸のピッチを正規の寸法に伸ばすべく
   前記送りねじ軸に所定の予張力を付与し、回転可能に支
   持した送りねじ機構において、 前記送りねじ軸の両端をベースに軸受支持し、 前記送りねじ軸に圧縮ばね手段を介在させて前記所定の
   予張力を付与し、その送りねじ軸に所定の引張り応力を
   発生させた状態で回転可能に支持し、 前記送りねじ軸の動作中に発生する温度上昇の熱膨張に
   よる応力を前記所定の引張り応力で吸収し、 前記送りねじ軸の温度上昇が過度に発生し、その熱膨張
   による応力が前記所定の引張り応力を越えたときにも前
   記送りねじ軸に更に張力を付与するように前記圧縮ばね
   手段を前記軸受とベースとの間に設けたことを特徴とす
   る送りねじ機構。