JPH11247961A - ボールねじ送り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボールねじ軸の支持構造として「固定−自
由」を採用した場合においても、ボールねじ軸の危険回
転数を低下させることなく、スライダの優れた直線的幾
何運動精度を実現するボールねじ送り装置を提供する。 【解決手段】 ボールねじ軸１の一端を自由端とし、か
つ、ボールねじ軸１に螺合するボールねじナット４と、
スライダ５とを振れ取り機構１５を介して連結したボー
ルねじ送り装置において、ボールねじ軸１の自由端部
に、リング状弾性摺動材３６を外周に有し、かつ、ラジ
アル軸受３０を内周に有する保持リング３４を取付ける
一方、スライダ５の内側にリング状弾性摺動材３６を介
して保持リング３４を摺動可能に保持したシリンダ３２
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超精密加工機や測
定機器などに用いられるボールねじ送り装置に関する。
とくに、ボールねじ軸の支持構造として、ボールねじ軸
の一端を自由端とせざるを得ない場合、もしくは、機構
の簡素化のためボールねじ軸の一端を自由端としたい場
合に好適なボールねじ送り装置に関する。たとえば、横
型三次元測定機のＹ軸や、真円度測定機におけるＲ軸の
スライダ駆動に利用できる。

【０００２】

【背景技術】ボールねじ軸の支持構造として、一般に、
図２〜図４に示す３種の支持構造が知られている。ま
ず、図２に示すものは、ボールねじ軸１の両端に組合せ
アンギュラ玉軸受２を配置した「固定−固定」による支
持構造、図３に示すものは、ボールねじ軸１の一端に組
合せアンギュラ玉軸受２を配し、他端に単列深溝玉軸受
３を配置した「固定−支持」による支持構造、図４に示
すものは、ボールねじ軸１の一端にのみ組合せアンギュ
ラ玉軸受２を配置し、他端を自由端とした「固定−自
由」による支持構造である。なお、これらの図におい
て、符号４は、ボールねじ軸１に螺合されたボールねじ
ナット、符号５は、そのボールねじナット４に連結さ
れ、ボールねじ軸１の回転に伴ってその軸方向へスライ
ドするスライダである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超精密加工
機や測定機器などにボールねじ送り装置を適用するにあ
たって、機能上の制約からボールねじ軸１の一端を自由
端とせざるを得ない場合、もしくは、機構の簡素化のた
めボールねじ軸１の一端を自由端としたい場合などで
は、上記支持構造のうち、図４に示す「固定−自由」に
よる支持構造が採用される。

【０００４】しかし、「固定−自由」による支持構造を
採用した場合、ボールねじ軸１は片持ち梁と同等の構造
となる。この構造の場合、スライダ５がボールねじ軸１
の固定端側へ移動するほど、片持ち梁における突出長が
長くなることと等価となり、固有振動数が下がる。ボー
ルねじ軸１の回転数がボールねじ軸１の固有振動数に近
づくと共振を起し、機構全体が振動的となる。これが危
険速度（回転数）であり、危険回転数が低ければ、高速
駆動はできず、直線的幾何運動精度が劣化する問題を生
じる。

【０００５】また、超精密加工機や測定機器などにボー
ルねじ送り装置を採用した場合、ボールねじ軸１の振れ
回りをスライダ５に伝達させず、スライダ５の優れた幾
何的な運動精度を実現する必要がある。そのため、従来
では、ボールねじナット４とスライダ５との間に、ボー
ルねじ軸１の振れ回りを吸収して、スライダ５には推力
だけを伝達する振れ取り機構を装着することが行われて
いる。しかしながら、振れ取り機構の装着は、ボールね
じナット４の部分の質量増加をもたらし、結果として、
ボールねじ軸１の危険回転数を低下させる。このこと
は、ボールねじ軸１の支持構造として「固定−自由」に
よる支持構造に振れ取り機構を採用した場合に、さらに
顕著になる。

【０００６】たとえば、従来のボールねじ送り装置に振
れ取り機構を採用する設計例として、図５の構造が考え
られる。同図に示す装置は、後端を組合わせアンギュラ
玉軸受２を介して軸受部１０に回転可能に軸受されたボ
ールねじ軸１と、軸受部１０の後端面にブラケット１１
を介して固定されかつカップリング１２によりボールね
じ軸１の後端に連結された回転駆動用モータ１４と、ボ
ールねじ軸１の外周に螺合されたボールねじナット４
と、ボールねじナット４の外周に配置された振れ取り機
構１５と、後端が振れ取り機構１５の周囲に固定されか
つガイド部１６に摺動可能に支持された筒状のスライダ
５と、スライダ５の先端部に一体化された検出用または
加工用のヘッド１７とを備える。

【０００７】ちなみに、振れ取り機構１５の具体例とし
ては、たとえば、図６に示すフローティングナット方
式、あるいは、図７に示すフローティングプレート方式
が知られている。図６に示すフローティングナット方式
は、ジンバル支持機構（トラニオン機構）をボールねじ
ナット４とスライダ５の間に介在させたものである。具
体的には、中心のＸ軸方向にボールねじ軸１を貫通させ
る内リングブロック１８と、内リングブロック１８の外
側に配置され、Ｚ軸方向の上下一対の支軸１９を介して
内リングブロック１８をそのＺ軸方向へ変位可能かつＺ
軸回りに揺動可能に支持した中間リングブロック２０
と、中間リングブロック２０の外側に配置され、Ｙ軸方
向の左右一対の支軸２１を介して中間リングブロック２
０をそのＹ軸方向へ変位可能かつＹ軸周りに揺動可能に
支持した外リングブロック２２とを備える。

【０００８】この構成において、内リングブロック１８
の一端面をボールねじナット４に連結するとともに、外
リングブロック２２の外側面をスライダ５に結合する
と、ボールねじ軸１のＹ，Ｚ方向の振れ回りはそれぞ
れ、内リングブロック１８および中間リングブロック２
０のそれぞれの軸方向への変位および軸回り方向の揺動
により吸収されるため、外リングブロック２２には伝達
されず、その結果、スライダ５の直線性が確保される。

【０００９】図７に示すフローティングプレート方式
も、弾性変形を利用した一種のジンバル支持機構であ
り、中央にボールねじ軸１を貫通させる貫通孔２３を開
口したプレート２４の周囲に、貫通孔２３を挟んで左右
上下対称に縦横複数のスリット２５を板厚方向に肉抜き
成形し、この各スリット２５から直角にかつ互いに隣合
うスリット２５間の幅を狭めるようにヒンジ用スリット
２６をその板厚方向に肉抜き成形したものである。対向
するヒンジ用スリット２６の間をヒンジ（図中ヒンジ部
分を方向別にＹ１〜Ｙ８、Ｚ１〜Ｚ８で示す）として、
前記ボールねじ軸１のＹ，Ｚ方向変位に応じてそれぞれ
Ｙ，Ｚ方向に弾性変形させ、それぞれの方向の変位を吸
収するものである。なお、貫通孔２３の周囲には複数の
ねじ孔２７を介してボールねじナット４が取付けられ、
また、プレート２４の周囲４カ所に設けたねじ孔２８を
介してスライダ５が固定される構造となっている。

【００１０】このような構造（図５に示す構造）の場
合、スライダ５がボールねじ軸１に対して最も突出した
とき、ボールねじナット４と振れ取り機構１５の一部の
質量がボールねじ軸１の先端に負荷となって掛かるた
め、ボールねじ軸１は最も大きな撓みを生じ、固有振動
数が最低となる。従って、ボールねじ軸１の支持構造と
して「固定−自由」による支持構造に振れ取り機構を採
用した場合、危険回転数が著しく低くなるため、高速駆
動はできず、直線的幾何運動精度が劣化する問題を生じ
る。ちなみに、上述の図５に示す構造の固有振動数は、
振れ取り機構１５を装着し、かつ、ボールねじ軸１の支
持方法を「固定−支持」とした場合の固有振動数の約１
／５となる。

【００１１】本発明の目的は、以上の課題を解決すべく
なされたもので、ボールねじ軸の支持構造として「固定
−自由」を採用した場合において、ボールねじ軸の危険
回転数を低下させることがないボールねじ送り装置を提
供することにある。また、本発明の他の目的は、ボール
ねじ軸の支持構造として「固定−自由」を採用するとと
もに、振れ取り機構を装着した場合でも、ボールねじ軸
の危険回転数を低下させることなく、可動部の優れた直
線的幾何運動精度を実現しうるボールねじ送り装置を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のボールねじ送り装置は、ボールねじ軸の一
端を自由端とし、かつ、そのボールねじ軸と螺合するボ
ールねじナットと、前記ボールねじ軸の軸方向へ移動可
能にガイドされた可動部とを連結し、ボールねじ軸の回
転に伴って可動部をボールねじ軸の軸方向へ移動させる
ボールねじ送り装置において、前記ボールねじ軸の自由
端部に回転可能に設けられ、かつ、外周に摺動材を有す
る保持リングと、前記可動部に前記ボールねじ軸と同軸
上に固定され、かつ、内周面に前記摺動材を介して前記
保持リングを摺動可能に保持したシリンダとを含む擬似
支持機構を備えたことを特微とする。

【００１３】この構成によれば、ボールねじ軸の自由端
部は、可動部に設けられたシリンダの内周面に保持リン
グを介して保持されているから、擬似的に「固定−支
持」と同等の固有振動数を達成できる。よって、ボール
ねじ軸の危険回転数を低下させることなく、可動部の優
れた直線的幾何運動精度を実現できる。しかも、保持リ
ングの外周には、シリンダ内周面と摺動する摺動材が設
けられているから、シリンダの相対移動を実現しつつ、
シリンダおよび保持リングによってボールねじ軸の自由
端部を擬似的に支持することができる。

【００１４】また、本発明の他のボールねじ送り装置
は、ボールねじ軸の一端を自由端とし、かつ、そのボー
ルねじ軸と螺合するボールねじナットと、前記ボールね
じ軸の軸方向へ移動可能にガイドされた可動部とを振れ
取り機構を介して連結し、ボールねじ軸の回転に伴って
可動部をボールねじ軸の軸方向へ移動させるボールねじ
送り装置において、前記ボールねじ軸の自由端部に回転
可能に設けられ、かつ、外周に弾性を有する摺動材を有
する保持リングと、前記可動部に前記ボールねじ軸と同
軸上に固定され、かつ、内周面に前記摺動材を介して前
記保持リングを摺動可能に保持したシリンダとを含む擬
似支持機構を備えたことを特微とする。

【００１５】この構成によれば、ボールねじ軸と螺合す
るボールねじナットと可動部とが振れ取り機構を介して
連結されているから、ボールねじ軸の振れ回りが吸収さ
れ、可動部にはボールねじ軸と同軸方向の推力のみが伝
達されるから、可動部の優れた運動精度を実現できる。
この際、ボールねじナットには振れ取り機構の質量の一
部が付加されることになるが、上記と同様に、ボールね
じ軸の自由端部は、可動部に設けられたシリンダの内周
面に保持リングを介して保持されているから、擬似的に
「固定−支持」と同等の固有振動数を達成できる。しか
も、保持リングの外周には、シリンダ内周面と摺動する
弾性摺動材が設けられているから、シリンダの相対移動
を実現しつつ、ボールねじ軸の自由端部の振れ回りも弾
性摺動材によって吸収することができる。

【００１６】以上において、前記保持リングは、内周部
に前記ボールねじ軸に嵌合するラジアル軸受を備えてい
ることが望ましい。このようにすれば、ボールねじ軸の
回転抵抗を軽減できるから、ボールねじ軸が高速回転し
ても発熱などが生じることがなく、長期にわたり可動部
の優れた運動精度を実現できる。また、前記摺動材は、
前記保持リングの外周に沿ってリング状に形成されてい
ることが望ましい。このようにすれば、保持リングの全
外周でシリンダ内周面と接しているから、局部的に摩耗
することがなく、安定した軸受支持構造が得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につ
き、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明
の支持構造を採用したボールねじ送り装置を示してい
る。なお、同図の説明にあたって、前述した図５〜図７
と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明
を省略もしくは簡略化する。

【００１８】図におけるボールねじ送り装置は、基本的
には図５と同様に、後端を組合わせアンギュラ玉軸受２
を介して軸受部１０に回転可能に軸受されたボールねじ
軸１と、軸受部１０の後端面にブラケット１１を介して
固定されかつカップリング１２によりボールねじ軸１の
後端に連結された回転駆動用モータ１４と、ボールねじ
軸１の外周に螺合されたボールねじナット４と、ボール
ねじナット４の外周に配置された振れ取り機構１５と、
後端が振れ取り機構１５の周囲に固定されかつガイド部
１６に摺動可能に支持された筒状のスライダ５と、スラ
イダ５の先端部に一体的に設けられた検出用または加工
用のヘッド１７とを備える。

【００１９】なお、振れ取り機構１５としては、既に説
明した図６に示すフローティングナット方式、あるい
は、図７に示すフローティングプレート方式のいずれも
採用できることは勿論である。以上に加え、ボールねじ
軸１の自由端側、すなわち、先端部には、図の一部にも
拡大して示すように、内周部にボールねじ軸１の先端部
に嵌合するラジアル軸受３０を有する保持リング３４が
設けられている。つまり、ボールねじ軸１の先端部に、
ラジアル軸受３０を介して保持リング３４が回転可能に
設けられている。保持リング３４の外周面には、Ｏリン
グなどからなるリング状弾性摺動材３６が設けられてい
る。

【００２０】一方、前記スライダ５の中空内部には、そ
の後端をスライダ５の後端面にフランジ結合されたシリ
ンダ３２が固定されている。このシリンダ３２は、ボー
ルねじ軸１と同軸となるように前記スライダ５の内側に
一体固定されたものであり、その内周面に前記リング状
弾性摺動材３６を介して前記保持リング３４を摺動可能
に保持している。

【００２１】従って、以上の構造のボールねじ送り装置
によれば、スライダ５の外周面がスライダ５の直線的幾
何運動精度の基準面となり、この内側にシリンダ３２お
よび保持リング３４を介してボールねじ軸１の先端部が
支持され、また、後端部が組合わせアンギュラ玉軸受２
に支持されることになるため、ボールねじ軸１は、擬似
的に「固定−支持」構造と同等な固有振動数となり、危
険回転数の低下、すなわち駆動速度低下を回避できる。

【００２２】また、ボールねじ軸１と螺合するボールね
じナット４とスライダ５とが振れ取り機構１５を介して
連結されているから、ボールねじ軸１の振れ回りが吸収
され、スライダ５にはボールねじ軸１と同軸方向の推力
のみが伝達されるから、スライダ５の優れた運動精度を
実現できる。

【００２３】この際、ボールねじナット４には振れ取り
機構１５の質量の一部が付加されることになるが、上記
と同様に、ボールねじ軸１の自由端部は、スライダ５に
設けられたシリンダ３２の内周面に保持リング３４を介
して保持されているから、擬似的に「固定−支持」と同
等の固有振動数を達成できる。

【００２４】また、保持リング３４の外周には、シリン
ダ３２の内周面と摺動する弾性摺動材３６が設けられて
いるから、シリンダ３２の相対移動を実現しつつ、ボー
ルねじ軸１の自由端部の振れ回りも弾性摺動材３６によ
って吸収することができる。しかも、弾性摺動材３６
は、保持リング３４の外周に沿ってリング状に形成され
ているから、保持リング３４の全外周でシリンダ３２の
内周面と接しているから、局部的に摩耗することがな
く、安定した軸受支持構造が得られる。

【００２５】また、保持リング３４は、内周部にボール
ねじ軸１に嵌合するラジアル軸受３０を備えているか
ら、ボールねじ軸１の回転抵抗を軽減でき、ボールねじ
軸１が高速回転しても発熱などが生じることがなく、長
期にわたりスライダ５の優れた運動精度を実現できる。

【００２６】また、以上のボールねじ送り装置は、横形
三次元測定機のＹ軸や、真円度測定機におけるＲ軸のス
ライダ、その他、超精密加工機あるいは測定機器などに
おける機械要素として適用できるほか、ボールねじ軸の
一端を自由端とせざるを得ない場合、あるいは、機構の
簡素化のためボールねじ軸の一端を自由端としたい場合
に好適である。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によるボールねじ送り装置は、そのボールねじ軸が擬似
的に「固定−支持」構造と同等な固有振動数となり、危
険回転数の低下、すなわち、駆動速度低下の回避を図り
つつ、可動部の優れた直線的幾何運動精度を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるボールねじ送り装置の一実施形
態を示す一部拡大部分を有する側断面図である。

【図２】ボールねじ軸の「固定−固定」支持構造を示す
原理説明図である。

【図３】ボールねじ軸の「固定−支持」支持構造を示す
原理説明図である。

【図４】ボールねじ軸の「固定−自由」支持構造を示す
原理説明図である。

【図５】ボールねじ軸の「固定−自由」支持構造に振れ
取り機構を組み込んだ設計例を示す図である。

【図６】フローティングナット方式の振れ取り機構を示
す斜視図である。

【図７】フローティングプレート方式の振れ取り機構を
示す正面図である。

【符号の説明】

１ ボールねじ軸 ２ 組合せアンギュラ玉軸受 ４ ボールねじナット ５ スライダ（可動部） １５ 振れ取り機構 ３０ ラジアル玉軸受 ３２ シリンダ ３４ 保持リング ３６ リング状弾性摺動材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボールねじ軸の一端を自由端とし、か
   つ、そのボールねじ軸と螺合するボールねじナットと、
   前記ボールねじ軸の軸方向へ移動可能にガイドされた可
   動部とを連結し、ボールねじ軸の回転に伴って可動部を
   ボールねじ軸の軸方向へ移動させるボールねじ送り装置
   において、 前記ボールねじ軸の自由端部に回転可能に設けられ、か
   つ、外周に摺動材を有する保持リングと、前記可動部に
   前記ボールねじ軸と同軸上に固定され、かつ、内周面に
   前記摺動材を介して前記保持リングを摺動可能に保持し
   たシリンダとを含む擬似支持機構を備えたことを特微と
   するボールねじ送り装置。
2. 【請求項２】 ボールねじ軸の一端を自由端とし、か
   つ、そのボールねじ軸と螺合するボールねじナットと、
   前記ボールねじ軸の軸方向へ移動可能にガイドされた可
   動部とを振れ取り機構を介して連結し、ボールねじ軸の
   回転に伴って可動部をボールねじ軸の軸方向へ移動させ
   るボールねじ送り装置において、 前記ボールねじ軸の自由端部に回転可能に設けられ、か
   つ、外周に弾性摺動材を有する保持リングと、前記可動
   部に前記ボールねじ軸と同軸上に固定され、かつ、内周
   面に前記摺動材を介して前記保持リングを摺動可能に保
   持したシリンダとを含む擬似支持機構を備えたことを特
   微とするボールねじ送り装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のボール
   ねじ送り装置において、前記保持リングは、内周部に前
   記ボールねじ軸に嵌合するラジアル軸受を備えているこ
   とを特徴とするボールねじ送り装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の
   ボールねじ送り装置において、前記摺動材は、前記保持
   リングの外周に沿ってリング状に形成されていることを
   特徴とするボールねじ送り装置。