JPH10159932A

JPH10159932A - ボールネジ駆動装置

Info

Publication number: JPH10159932A
Application number: JP32018896A
Authority: JP
Inventors: Shoji Moriyama; 祥二森山; Shogo Serizawa; 祥吾芹澤
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1998-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】スプライン機構を内蔵しないボールネジ駆動
装置において、ネジ軸の自転に起因するネジ軸の軸方向
の移動量の誤差を補正して制御することが可能なボール
ネジ駆動装置を提供する【解決手段】ネジ軸２の後端部付近には変位検出用ボ
ールナット４が嵌合している。変位検出用ボールナット
４は、回転方向の運動が拘束され軸方向の移動のみが可
能な状態でガイド６に収容される。ネジ軸２の後端部に
はベアリング３５を介してネジ軸２に対し回転のみ可能
に変位検出器３８が取り付けられ、この変位検出器３８
は、変位検出用ボールナット４のネジ軸２に対する軸方
向の相対的変位を検出する。この変位検出器３８の出力
に応じて回転駆動機構５を制御して駆動用ボールナット
３を駆動し、前記相対的変位を打ち消す量に相当する軸
方向の移動量をネジ軸２に与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動用ボールナッ
トを回転させてネジ軸を軸方向に移動させるボールネジ
駆動装置に係り、特に、スプライン機構を内蔵しないボ
ールネジ駆動装置において、ネジ軸の自転に伴うネジ軸
の軸方向の移動量の誤差を補正する機能を備えたボール
ネジ駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ボールネジ駆動装置には、ネジ軸
にスプライン溝が形成され、ネジ軸自体に回転方向の運
動（自転）を拘束する機能を備えたタイプと、その様な
スプライン溝がなく、ネジ軸自体には回転方向の運動を
拘束する機能を備えていないタイプがある。

【０００３】図２に、前者のタイプであるスプライン溝
を備えたネジ軸の概要（部分）を示す。図２に示す様
に、このタイプのネジ軸では、ボールナット部（駆動用
ボールナット）の回転に伴ってネジ軸側が回転しない様
に、ネジ軸にネジ溝７１に加えてスプライン溝７２が形
成され、このスプライン溝７２によってネジ軸の回転方
向の運動が拘束される。

【０００４】この様なタイプのネジ軸を使用する場合、
ネジ軸の回転は拘束されるため、駆動対象物との間で、
ネジ軸の回転を拘束するように構成する必要はなく、駆
動対象物の動きに伴ってネジ軸に不要なトルクが作用し
ない様に、通常、ネジ軸と駆動対象物との間は回転自在
な継手を介して接続される。一方、後者のタイプのネジ
軸を使用する場合、通常、ネジ軸と駆動対象物との間を
回転が拘束される継手を介して接続することによって、
ネジ軸の自転を拘束している。

【０００５】図３（ａ）及び（ｂ）に二軸回りの傾動が
可能な自在継手の例を示す。

【０００６】図３（ａ）は、玉継手と呼ばれ、球面座を
備え、二軸回りの傾動が可能で、回転方向の運動も拘束
されない（即ち、回転力は伝達されない）。一方、図３
（ｂ）は、ユニバーサルジョイントと呼ばれ、二軸回り
の傾動が可能で、回転方向の運動は拘束される（即ち、
回転力が伝達される）。

【０００７】図４に、パラレルメカニズムに基づくマニ
ピュレータの概要を示す。このマニピュレータでは、以
下の様に、ボールネジ駆動装置を駆動手段として用いて
いる。

【０００８】可動部分であるトラベリングプレート５３
は、フレーム５１の天井部５２に３本のボールネジ駆動
装置５５及びセンタシャフト５４によって吊り下げられ
ている。天井部５２の中央には、二軸回りの傾動が可能
で回転方向の運動が拘束されるユニバーサルジョイント
６１が備えられ、このユニバーサルジョイント６１のコ
ア部には、ボールスプライン軸受（図示せず）が内蔵さ
れている。センタシャフト５４は、このボールスプライ
ン軸受を介して、天井部５２を貫通している。従って、
センタシャフト５４は、回転運動が拘束された状態で、
二軸回りの傾動及び軸方向の移動が可能である。

【０００９】天井部５２の周縁部の３箇所には二軸回り
の傾動が可能で、回転運動が拘束されるユニバーサルジ
ョイント６２が備えられ、このユニバーサルジョイント
６２のコア部には、ネジ軸６４が貫通されている。この
ネジ軸６４は、スプライン溝を備えており、回転方向の
運動が拘束されるタイプのものである。３本のボールネ
ジ駆動装置５５は、それぞれ、これらネジ軸６４を回転
運動が拘束された状態で、二軸回りの傾動可能であり、
更に、ユニバーサルジョイント６２のコア部に取り付け
られた図示しない駆動用ボールナットの回転によって軸
方向に移動（伸縮）される。

【００１０】トラベリングプレート５３の周縁部の３箇
所には、二軸回りの傾動が可能で、回転運動が拘束され
ない玉継手６３が備えられ、各ネジ軸６４の先端は、こ
の玉継手６３のコア部（玉の部分）に接続されている。

【００１１】図４に示したマニピュレータでは、ボール
ナットを回転駆動することによって、各ネジ軸６４を独
立に伸縮して、トラベリングプレート５３の三次元的な
位置及び姿勢を制御している。

【００１２】ところで、スプライン溝を備えたネジ軸の
場合、先に図２に示した様に、ネジ溝７１のリード間に
スプライン溝７２を設ける構造であるため、ネジのリー
ドを大きく設定しないと、スプライン溝７２を加工する
ことができない、（例えば、ネジ軸がφ５０ｍｍのボー
ルネジの場合、ネジのリードは５０ｍｍとなる）。即
ち、ネジのリードの小さいボールネジの場合、ネジ軸自
体にスプライン溝を形成することができない。従って、
ネジ軸のストローク精度の要求が高く、ネジのリードの
小さいボールネジを使用する場合には、従来の様な、ス
プライン溝を備え、回転運動の拘束機能を備えたボール
ネジを使用することができない。

【００１３】一方、ボールネジとしてスプライン溝を備
えていない後者のタイプを使用する場合には、先に述べ
た様に、駆動用ボールナットの回転に伴ってネジ軸が回
転しない様に、駆動対象物を介してネジ軸の回転方向の
運動（自転）を拘束する必要がある。即ち、ネジ軸の先
端と駆動対象物との間を、例えばユニバーサルジョイン
トを介して、回転が拘束された状態で接続する。この様
に構成した場合、駆動対象物（図４に示したマニピュレ
ータの場合はトラベリングプレート５３）の三次元的な
動きに伴って、ネジ軸が自転し、ボールネジのネジ軸と
駆動用ボールナットとの間に相対的な回転が生じ、この
回転によってネジ軸の軸方向の移動量に誤差が発生す
る。

【００１４】以上の様に、ネジ軸の回転方向の運動を拘
束する機能が内蔵されていないボールネジを使用した場
合、駆動対象物の運動に伴ってネジ軸に自転が生ずる
と、ネジ軸の軸方向の移動量に誤差が発生する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の様な
問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、スプ
ライン機構を内蔵しないタイプのボールネジを用いた駆
動装置において、ネジ軸の自転に起因するネジ軸の軸方
向の移動量の誤差を補正して制御することが可能なボー
ルネジ駆動装置の構造を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のボールネジ駆動
装置は、外周に長手方向に沿うネジ溝が形成されたネジ
軸と、前記ネジ軸に嵌合する駆動用ボールナットと、同
じく前記ネジ軸に嵌合する変位検出用ボールナットと、
前記駆動用ボールナットを、軸方向の移動を拘束して回
転方向の運動のみが可能な状態で収容するハウジング
と、このハウジングに固定され、前記駆動用ボールナッ
トを回転駆動することによって前記ネジ軸を軸方向に移
動させる回転駆動機構と、このハウジングに固定され、
前記変位検出用ボールナットを、回転方向の運動を拘束
して軸方向の移動のみが可能な状態で収容するガイド
と、前記ネジ軸に対し少なくとも軸方向の移動を拘束し
て取り付けられ、前記変位検出用ボールナットの前記ネ
ジ軸に対する軸方向の相対的変位を検出する変位検出器
と、この変位検出器の出力に応じて前記回転駆動機構を
駆動して、前記相対的変位を補正する量に相当する軸方
向の移動量を前記ネジ軸に与える補正制御手段と、を備
えたことを特徴とする。

【００１７】を備えたことを特徴とする。

【００１８】本発明のボールネジ駆動装置では、駆動対
象物の動きに伴ってネジ軸に自転が生ずると、この自転
に起因するネジ軸の軸方向の変位は、変位検出用ボール
ナットのネジ軸に対する軸方向の相対的変位として現れ
る。従って、この相対的変位を位置検出器によって検出
し、この検出された値に基づいて回転駆動機構を駆動し
て、駆動用ボールナットをこの相対的変位を補正する方
向に回転させる。これによって、ネジ軸の自転に起因す
る軸方向の移動量の誤差を打ち消すことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１に本発明に基づくボールネジ
駆動装置の要部の構造を示す。図中、１はハウジング、
２はネジ軸、３は駆動用ボールナット、４は変位検出用
ボールナット、５は回転駆動機構、６はガイド、８はネ
ジ溝、１１はボール、３８は変位検出器を表す。

【００２０】ハウジング１の中には、タイミングプーリ
１７に一体的に取り付けられた駆動用ボールナット３
が、ベアリング１３、１４を介して回転方向の運動のみ
が可能な状態で取り付けられている。駆動用ボールナッ
ト３には、ネジ軸２が嵌合している。なお、ネジ軸２に
はネジ溝８が形成され、このネジ溝８の中には駆動用ボ
ールナット３に組み込まれているボール１１が転動可能
に嵌合され、駆動用ボールナット３がネジ軸２に対して
回転する際にネジ溝８を介してネジ軸２に動力を伝達す
るようになっている。

【００２１】ハウジング１の側面には、回転駆動機構５
が配置されている。回転駆動機構５は、モータ１８、タ
イミングプーリ１５、タイミングベルト１６などから構
成される。モータ１８の回転は、タイミングプーリ１５
及びタイミングベルト１６を介してタイミングプーリ１
７へ伝えられ、駆動用ボールナット３を回転してネジ軸
２を軸方向に移動させる。

【００２２】ネジ溝８はネジ軸２の後端部まで設けら
れ、その後端部のネジ溝８には、変位検出用ボールナッ
ト４が嵌合している。この変位検出用ボールナット４
は、ハウジング１に固定されたガイド６のキー溝３３に
スライド自在に係合するキー３４によって回転を拘束さ
れ、ネジ軸２の軸方向の移動に伴ってガイド６の中を軸
方向に移動する。

【００２３】ネジ軸２の後端部２ａには、変位検出器３
８がベアリング３５を介して回転のみ自在に取り付けら
れ、変位検出器３８はネジ軸２に対して相対的な回転が
可能である。更に、この変位検出器３８は、ガイド６の
キー溝３３に係合するキー３７によってハウジング１及
び駆動用ボールナット３に対する回転が拘束された状態
でガイド６に支持され、ネジ軸２の軸方向の移動に伴っ
てガイド６内を移動する。変位検出器３８は、変位検出
用ボールナット４の後端面に対向し、この後端面までの
距離３０を検出する。

【００２４】なお、ハウジング１はユニバーサルジョイ
ント２０を介して、例えば、図４のフレーム５２に取り
付けて使用される。このユニバーサルジョイント２０
は、フレーム５２（図４）側に取り付けられている横軸
２１と、この横軸２１に対して傾動自在に取り付けられ
ている中間体２２と、この中間体２２とハウジング１と
の間に傾動自在に取り付けられている縦軸２３とから構
成されている。

【００２５】前述したように、駆動対象物である図４の
トラベリングプレート５３の運動に伴って、ネジ軸２に
ハウジング１に対して相対的な回転（自転）が発生する
と、ネジ軸２と駆動用ボールナット３との間に相対的な
回転が生ずるので、ネジ軸２は軸方向に移動する。これ
と同時に、ネジ軸２と変位検出用ボールナット４との間
にも相対的な回転が生ずるので、これによって、変位検
出用ボールナット４はネジ軸２に対して軸方向に移動す
る。この相対的な軸方向の移動（変位）は、変位検出器
３８から変位検出用ボールナット４の後端面までの距離
の変化として、変位検出器３８により検出される。変位
検出器３８の出力は、補正制御手段（図示せず）へ入力
され、変位検出器３８の出力に応じて回転駆動機構５を
駆動して、ネジ軸２の自転に起因する軸方向の移動量を
打ち消す方向に駆動用ボールナット３を回転駆動する。
以上によって、ネジ軸２の自転に起因する軸方向の移動
量の誤差を補正することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明に基づくボールネジ駆動装置は、
駆動対象物の運動に伴うネジ軸の自転に起因するネジ軸
の軸方向の移動量を検出し、これにより駆動用ボールナ
ットを回転駆動することによって補正しているので、ネ
ジ軸の軸方向の移動量を精度良く制御することができ
る。また、ネジ軸にスプライン溝が設けられていないの
で、ネジのリードが比較的小さいボールネジを使用する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくボールネジ駆動装置の要部を示
す軸方向断面図。

【図２】スプライン溝付きのボールネジのネジ軸の概要
を示す図。

【図３】自在継手の例を表す図、（ａ）は玉継手、
（ｂ）はユニバーサルジョイントの概略構成を示す図。

【図４】パラレルメカニズムに基づくマニピュレータの
概要を示す図、（ａ）は一部省略平面図、（ｂ）は縦断
面図を表す。

【符号の説明】

１・・・ハウジング、２・・・ネジ軸、３・・・駆動用
ボールナット、４・・・変位検出用ボールナット、５・
・・回転駆動機構、６・・・ガイド、８・・・ネジ溝、
１１・・・ボール、１３、１４・・・ベアリング、１５
・・・タイミングプーリ、１６・・・タイミングベル
ト、１７・・・タイミングプーリ、１８・・・モータ、
２０・・・ユニバーサルジョイント、２１・・・横軸、
２２・・・中間体、２３・・・縦軸、３３・・・キー
溝、３４・・・キー、３５・・・ベアリング、３７・・
・キー、３８・・・変位検出器、５１・・・フレーム、
５２・・・フレームの天井部、５３・・・トラベリング
プレート、５４・・・センタシャフト、５５・・・ボー
ルネジ駆動装置、６１・・・自在継手（ユニバーサルジ
ョイント）、６２・・・自在継手（ユニバーサルジョイ
ント）、６３・・・自在継手（玉継手）、６４・・・ネ
ジ軸、７１・・・ネジ溝、７２・・・スプライン溝。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周に長手方向に沿うネジ溝が形成され
たネジ軸と、前記ネジ軸に嵌合する駆動用ボールナットと、同じく前記ネジ軸に嵌合する変位検出用ボールナット
と、前記駆動用ボールナットを、軸方向の移動を拘束して回
転方向の運動のみが可能な状態で収容するハウジング
と、このハウジングに固定され、前記駆動用ボールナットを
回転駆動することによって前記ネジ軸を軸方向に移動さ
せる回転駆動機構と、このハウジングに固定され、前記変位検出用ボールナッ
トを、回転方向の運動を拘束して軸方向の移動のみが可
能な状態で収容するガイドと、前記ネジ軸に対し少なくとも軸方向の移動を拘束して取
り付けられ、前記変位検出用ボールナットの前記ネジ軸
に対する軸方向の相対的変位を検出する変位検出器と、この変位検出器の出力に応じて前記回転駆動機構を駆動
して、前記相対的変位を補正する量に相当する軸方向の
移動量を前記ネジ軸に与える補正制御手段と、を備えたことを特徴とするボールネジ駆動装置。