JP2001099260A - ボールねじ装置の中間サポート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 支持軸受との間の距離（支持スパン）を短縮
できるのは勿論のこと、簡単な構造で位置ずれやねじ軸
に過大な負荷を与えることがないボールねじ装置の中間
サポートを提供する。 【解決手段】 ボール溝２を有するねじ軸１と、ボール
溝２にボールを介して螺合されるボールねじナットと、
該ボールねじナットとねじ軸１との間でボールを循環さ
せる循環機構とを備えたボールねじ装置のねじ軸１に取
り付けられる中間サポートであって、ねじ軸１のボール
溝２にボール２１を介して螺合され、該ねじ軸１の回転
によって軸方向に移動可能とされたサポート用ボールね
じナット２０ａとこのナット２０ａを案内する案内機構
を構成する部材との間にクラッチ機構３０を設け、この
クラッチ機構３０を締結状態とすることにより、サポー
ト用ボールねじナット２０ａと案内機構とが一体化する
が、非締結状態とすることによりサポート用ボールねじ
ナット２０ａが空転状態となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボールねじ装置の
中間サポートの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボールねじ装置を構成するねじ軸の回転
数が該ねじ軸の固有振動数に近くなると、共振を起こし
て激しく振動し、振幅が増大するようになって危険であ
る。このときの回転速度を危険速度といい、この危険速
度はねじ軸の支持スパンの２乗に反比例するため、該支
持スパンは短いほど好ましい。

【０００３】ところで、ＮＣ制御の平面研削盤などのよ
うにテーブルストロークが長い場合には、テーブルを送
るねじ軸が長くなって該ねじ軸の支持スパンが長くなる
ので、危険速度が低い回転域となる。一方、送り速度の
高速化に伴いねじ軸が高回転で使用されるが、この場
合、危険速度が低い回転域だと上述した共振を避けるこ
とができない。また、ねじ軸の回転時に、ねじ軸の自重
たわみ等によってボールねじナットやねじ軸の端部にラ
ジアル荷重が作用し、ねじ軸に過大な繰り返し荷重（回
転曲げ応力）が加わってボールねじの寿命に悪い影響を
及ぼす。

【０００４】そこで、従来においては、ねじ軸の中間部
を支持する中間サポートを設けて支持スパンを短くし、
これにより、ねじ軸を多点で支持して危険速度を安全側
の高い回転域にすると共に、ねじ軸の自重たわみ等を減
少させるようにしている。従来のこの種の中間サポート
としては、例えば、実開平２−４７３６号公報に示すよ
うに、ねじ軸の両端部を支持する支持軸受間に中間サポ
ートを構成する二個のすべり軸受を互いに連結した状態
でねじ軸の軸方向に移動自在に取り付けて、各すべり軸
受の間にねじ軸の回転によって移動するボールねじナッ
トを位置せしめ、そして、各すべり軸受の内の一方のす
べり軸受にねじ軸の回転によって移動するボールねじナ
ットが当接した場合には該一方のすべり軸受がボールね
じナットに押されて該ボールねじナットと共に移動する
ようにしたものが知られている。

【０００５】しかしながら、かかる中間サポートにおい
ては、構造は比較的簡単であるが、ボールねじナットが
いずれかのすべり軸受に当接してから移動するようにな
っているので、ボールねじナットが各すべり軸受の中間
位置にある間は、該ボールねじナットがすべり軸受に当
接するまで該すべり軸受と支持軸受との間の距離（支持
スパン）を短縮することができず、危険速度をあまり高
くすることができないという問題がある。

【０００６】そこで、かかる問題を解消すべく、特開平
６−１２９５１０号公報に示すように、ねじ軸に螺合さ
れた中間サポートナットと、ねじ軸と平行に設けられた
補助ねじ軸と、該補助ねじ軸に螺合されて補助ねじ軸の
回転によって軸方向に移動する補助ナットと、軸方向に
移動自在に設けられて、中間サポートナットを回転自在
に支持するとともに、補助ナットを回転不能に支持する
中間サポートフレームとを備え、補助ねじ軸及びねじ軸
のねじピッチを同一にして補助ねじ軸の回転数をねじ軸
の回転数より少なくすることにより、中間サポートナッ
トがねじ軸の回転に影響されずに補助ねじ軸の回転のみ
によってねじ軸に螺合されたボールねじナットと独立し
て移動できるようにし、これにより、中間サポートナッ
トと支持軸受との間の距離（支持スパン）の短縮を可能
にしたものが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来技術においては、中間サポートナットの他に、補助
ねじ軸、補助ナット、中間サポートフレーム及び補助ね
じ軸を回転駆動する駆動装置等が必要になるため、構造
が複雑になるとともに、コスト高になるという不都合が
ある。

【０００８】本発明はかかる不都合を解消するためにな
されたものであり、ボールねじナットと独立して移動で
きるようにして支持軸受との間の距離（支持スパン）を
短縮できるのは勿論のこと、簡単な構造で且つ低コスト
で製作することができるとともに、中間サポートの移動
が規制された場合にボールねじに伝達される負荷を低減
させることが可能であるとともに、中間サポートの位置
ずれの補正が容易であり、さらにねじ溝の磨耗を軽減し
て寿命を長期化させることが可能なボールねじ装置の中
間サポートを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１に係るボールねじ装置の中間サポート
は、外周面に螺旋状のボール溝を有するねじ軸と、該ね
じ軸に遊嵌される内周面に前記ねじ軸のボール溝に対応
するボール溝を有するボールねじナットと、前記両ボー
ル溝間に転動可能に嵌合された多数のボールとを備え、
該ボールが前記ボールねじナットに嵌合されたボール循
環部品に案内されて循環するボールねじ装置の前記ねじ
軸に取り付けられるとともに、前記ボールねじナットの
移動速度より遅い速度で移動する中間サポートであっ
て、前記ねじ軸のボール溝にボールを介して螺合された
サポート用ナットと、該サポート用ナットを前記ねじ軸
と平行に案内する案内機構と、該案内機構及び前記サポ
ート用ナット間に介挿されたクラッチ機構とを備えてい
ることを特徴とする。

【００１０】ここで、クラッチ機構としては、サポート
用ナット及び案内機構の何れか一方の対向面に形成され
た係合凹部と、他方に形成された押圧手段で付勢された
前記係合凹部に係合する係合ボールとを備えた機械式ク
ラッチ、前記案内機構に配設されたサポート用ナットに
対して圧接する接続位置及びサポート用ナットに対して
離間する切断位置との間で電気的又は機械的に移動制御
されるアクチュエータを有する摩擦式クラッチや、電磁
クラッチ等で構成することが好ましい。

【００１１】また、請求項２に係るボールねじ装置の中
間サポートは、請求項１に係る発明において、外周面に
螺旋状のボール溝を有するねじ軸と、該ねじ軸に遊嵌さ
れる内周面に前記ねじ軸のボール溝に対応するボール溝
を有するボールねじナットと、前記両ボール溝間に転動
可能に嵌合された多数のボールとを備え、該ボールが前
記ボールねじナットに嵌合されたボール循環部品に案内
されて循環するボールねじ装置の前記ねじ軸に取り付け
られるとともに、前記ボールねじナットの移動速度より
遅い速度で移動する中間サポートであって、前記ねじ軸
のボール溝にボールを介して螺合されたサポート用ナッ
トと、該サポート用ナットを前記ねじ軸と平行に案内す
る案内機構とを備えており、前記サポート用ナットのボ
ールは、前記ねじ軸に形成された前記ボールねじナット
が螺合するボールねじ溝とは異なるボールねじ溝に螺合
されていることを特徴とする。

【００１２】ここで、ねじ軸のボールねじ溝は、多条ね
じ溝に形成し、このうちの少なくとも１条のねじ溝にサ
ポート用ナットのボールを螺合させ、残りのねじ溝にボ
ールねじナットのボールを螺合させることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の
一例であるボールねじ装置の中間サポートを直動案内装
置に使用した例を示す概略図、図２は中間サポートのク
ラッチ機構を拡大して示す断面図、図３はサポート用ボ
ールねじナットの側面図、図４は図２の左側面図、図５
はサポート用ボールねじナットの軸方向の移動速度を求
める式の説明に用いる説明図、図６は中間サポートの動
作を説明するための説明図である。

【００１４】まず、説明の便宜上、直動案内装置から先
に説明すると、図１において符号１はボールねじ装置の
比較的長尺なねじ軸であり、このねじ軸１は外周面に螺
旋状のボール溝（２条ねじ）２を有している。ねじ軸１
には、内周面にねじ軸１のボール溝２に対応するボール
溝（図示せず。）を有するボールねじナット３が遊嵌さ
れている。ねじ軸１のボール溝２とボールねじナット３
のボール溝との間には多数のボール（図示せず。）が転
動可能に嵌合されており、該ボールはボールねじナット
３に嵌合されたボール循環部品（図示せず。）に案内さ
れて循環するようになっている。

【００１５】ねじ軸１の両端部はベッド４に取り付けら
れた二個の軸受ハウジング５ａ，５ｂ内の支持軸受（図
示せず。）によって回転自在に支持されるとともに、一
方（左方）の軸端はカップリング６を介してステップモ
ータ等で構成される回転駆動装置７に連結されている。
また、ボールねじナット３は、ナットハウジング８内に
嵌合され、このナットハウジング８の下部が例えばリニ
アガイドで構成される送り案内９によってねじ軸１の円
周方向の回転が規制された状態で左右方向に案内され、
また、ナットハウジング８の上部にテーブル１０が取り
付けられている。

【００１６】次に、本発明の実施の形態の一例である中
間サポートについて説明する。この中間サポートは、ボ
ールねじナット３の軸方向の両側位置でねじ軸１のボー
ル溝２にボール２１（図２参照）を介して螺合された一
対のサポート用ボールねじナット２０ａ，２０ｂを備え
る。サポート用ボールねじナット２０ａ，２０ｂは共に
構成が同一であるので、図２〜図４を参照して、サポー
ト用ボールねじナット２０ａについて説明する。

【００１７】サポート用ボールねじナット２０ａのボー
ル溝２２は、全周溝、即ち、リード角が“０°”とされ
て軸方向に複数箇所（ここでは４か所）設けられてお
り、ねじピッチはボール２１が多く入るように適当な最
小ピッチ（この実施の形態では、ねじ軸１のボール溝２
のねじピッチの１／２）とされている。また、サポート
用ボールねじナット２０ａの内径面とねじ軸１の外径面
との間には、樹脂や真鍮等からなる円筒状のリテーナ２
３が介設されている。

【００１８】リテーナ２３には、ねじ軸１のボール溝２
が２条ねじで、且つ、サポート用ボールねじナット２０
ａのボール溝２２のねじピッチがねじ軸１のボール溝２
のねじピッチの１／２の場合において、周方向に互いに
１８０°離間配置された二個の穴２４が形成されてお
り、該二個の穴２４は軸方向に交互に位相を９０°をず
らしながらボール溝２２のねじピッチに対応して４か所
配置されている。穴２４はボール溝２２とボール溝２と
の間に挟まれたボール２１を転動可能に保持するための
ものであり、公知の無循環ボールねじ装置に用いられる
ものと同様のものである。

【００１９】かかる構成のサポート用ボールねじナット
２０ａは円筒状のナットハウジング２５の内周面に回動
可能に配設されており、このナットハウジング２５の両
端に夫々ボルト締めされた位置規制板２６及び２７によ
って軸方向の移動が規制されている。また、ナットハウ
ジング２５が前述した送り案内９によって案内される移
動体２８の中心部に遊嵌され、位置規制板２６が移動体
２８にボルト締めされている。

【００２０】ここで、この実施の形態では、送り案内
９、ナットハウジング２５、位置規制板２６，２７及び
移動体２８で案内機構が構成されている。そして、位置
規制板２６とこれに対向するサポート用ボールねじナッ
ト２０ａとの間にクラッチ機構３０が配設されている。
このクラッチ機構３０は、図３に示すように、サポート
用ボールねじナット２０ａの位置規制板２６との対向面
に軸芯を中心とする同一円状に所定間隔を保って形成さ
れた多数の円錐状の係合凹部３１と、図２及び図４に示
すように、各係合凹部３１に対向する位置規制板２６側
に形成された貫通孔３２内に配設されたコイルスプリン
グ３３によって係合凹部３１側に付勢されたボール３４
と、貫通孔３２のサポート用ボールねじナット２０ａと
は反対側の端面に螺合されたスプリング３３の弾性力を
調整する押ねじ３５とで構成されている。

【００２１】次に、ねじ軸１の回転速度とサポート用ボ
ールねじナット２０ａ，２０ｂの軸方向の移動速度との
関係について図５及び図６を伴って説明する。ここで、
Ni：ねじ軸の回転速度（ｒｐｍ）、Nc：ボールの公転
（ねじ軸周り）速度（ｒｐｍ）、Nr：ボールの自転速度
（ｒｐｍ）、l ：ねじ軸のリード（ｍｍ）、α₁ ：ねじ
軸側のボール溝軌道面でのボールの接触角（°）、
α₂ ：サポート用ボールねじナット側のボール溝軌道面
でのボールの接触角（°）、ｄｍ：Ｂ．Ｃ．Ｄ（鋼球の
中心円径）（ｍｍ）、Ｄａ：ボール径（ｍｍ）とする
と、ねじ軸が回転速度Niで回転した場合に、ねじ軸側ボ
ール溝軌道面上Ａ点（図５参照）の単位時間当たりの軸
方向の移動距離Li_S は、 Li_S ＝［｛π（dm−Da cosα₁ ）｝² ＋l²］^1/2 ・Ni …（１） ねじ軸側ボール溝軌道面上Ａ点でのボールの自転による
ボールの単位時間当たりの軸方向の移動距離Lr_S は、 Lr_S ＝πDa cosα₁Nr …（２） ねじ軸側ボール溝軌道面上Ａ点でのボールの公転による
ボールの単位時間当たりの軸方向の移動距離Lc_S は、 Lc_S ＝［｛π（dm−Da cosα₁ ）｝² ＋l²］^1/2 ・Nc …（３） サポート用ボールねじナット側ボール溝軌道面上Ｂ点で
のボールの自転によるボールの単位時間当たりの軸方向
の移動距離Lr_n は、 Lr_n ＝πDa cosα₂Nr …（４） サポート用ボールねじナット側ボール溝軌道面上Ｂ点で
のボールの公転によるボールの単位時間当たりの軸方向
の移動距離Lc_n は、 Lc_n ＝［｛π（dm＋Da cosα₂ ）｝² ＋l²］^1/2 ・ Nc …（５） となる。

【００２２】ここで、サポート用ボールねじナットが固
定で、ねじ軸が回転してボールが転がり運動する場合、
ボールとねじ軸が転がり運動するため、接触点Ａでのボ
ールとねじ軸の軸方向の移動速度は同じであり、ボール
とねじ軸は軸方向に同じ距離だけ進むことになる。従っ
て、ねじ軸側ボール溝軌道面上Ａ点の軸方向の移動距離
Li_S は、ボールの自転による移動距離Lr_S とボールの公
転による移動距離Lc_Sとの和（Li_S ＝Lr_S ＋Lc_S ）にな
り、次式で表される。

【００２３】 ［｛π（dm−Da cosα₁ ）｝² ＋l²］^1/2 ・ Ni ＝πDa cosα₁Nr ＋［｛π（dm−Da cosα₁ ）｝² ＋l²］^1/2 ・Nc…（６） 一方、サポート用ボールねじナットは固定されているの
で、サポート用ボールねじナット側ボール溝軌道面上Ｂ
点の軸方向の移動距離は０となり、また、ボールの接触
点Ｂは、ねじ軸側の接触点Ａと同様に考えられるがボー
ルの自転と公転の方向が逆なので０＝−Lr_n ＋Lc_n とな
り、次式のように表される。 ０＝−πDa cosα₂Nr ＋［｛π（dm＋Da cosα₂ ）｝² ＋l²］^1/2 ・Nc…（７） （６）式、（７）式より、ボールの公転速度Nc及び自転
速度Nrはそれぞれ次式で表される。 Nc＝ cosα₂ ［｛π（dm−Da cosα₁ ）｝² ＋l²］^1/2 ・Ni／〔 cosα₁ ［｛π （dm＋Da cosα₂ ）｝² ＋l²］^1/2 ＋ cosα₂ ［｛π（dm−Da cosα₁ ）｝² ＋ l²］^1/2 〕 …（８） Nr＝〔［｛π（dm＋Da cosα₂ ）｝² ＋l²］^1/2 ・Nc〕・Ni／πDa cosα₂ …（９） サポート用ボールねじナットが固定で、ねじ軸が回転し
てサポート用ボールねじナット側のボール溝のリード角
が“０°”の場合、サポート用ボールねじナットの軸方
向の移動距離はボールの軸方向の移動距離と同じである
から、サポート用ボールねじナットの軸方向の移動速度
ｖは、次式のように表される。

【００２４】 v＝ cosα₂ ［｛π（dm−Da cosα₁ ）｝² ＋l²］^1/2 ・Ni・l ／〔 cosα₁ ［ ｛π（dm＋Da cosα₂ ）｝² ＋l²］^1/2 ＋ cosα₂ ［｛π（dm−Da cosα₁ ）｝ ² ＋l²］^1/2 〕 …（１０） ここで、図１に示すように、直動案内装置にサポート用
ボールねじナット２０ａ，２０ｂを用いて、ｄｍ：２６
ｍｍ、l ：５０ｍｍ、Ｄａ：３．９６８８ｍｍとすると
共に、ねじ軸１側のボール溝２及びサポート用ボールね
じナット２０ａ，２０ｂ側のボール溝２２を共にゴシッ
クアーチ形状としてボール２１がボール溝２側で２点、
ボール溝２２側で２点（合計４点）で接触するように
し、α₁ ：４５°、α₂ ：４５°とした場合に、ボール
ねじナット３の軸方向の移動速度はNi・l になるのに対
して、サポート用ボールねじナット２０ａ，２０ｂの軸
方向の移動速度ｖは（１０）式より０．４６Ni・l とな
る。つまり、ねじ軸１が一回転した場合に、ボールねじ
ナット３は軸方向に１リード分だけ進むのに対し、サポ
ート用ボールねじナット２０ａ，２０ｂはボールねじナ
ット３の移動距離の略１／２だけ軸方向に進むことにな
る。

【００２５】次に、図６を参照して、中間サポートの動
作について説明する。まず、組立時において、ねじ軸１
のボール溝２に螺合される一対のサポート用ボールねじ
ナット２０ａ，２０ｂの内の一方のすべりねじナット２
０ａをボールねじナット３と軸受ハウジング５ａとの間
の略中央に位置させると共に、他方のサポート用ボール
ねじナット２０ｂをボールねじナット３と軸受ハウジン
グ５ｂとの間の略中央に位置させる。

【００２６】この場合のサポート用ボールねじナット２
０ａ及び２０ｂの位置調整は、ねじ軸１を回転停止させ
た状態で、位置規制板２６の押しねじ３５を緩めてボー
ル３４の係合凹部３１への押圧力を小さくしておき、こ
の状態で、移動体２８を軸方向に移動させることによ
り、サポート用ボールねじナット２０ａ及び２０ｂをね
じ軸１の周囲で空転させて、所定位置に位置調整し、そ
の後、ボール３４を係合凹部３１に係合させた状態で、
押しねじ３５を締めつけてスプリング３３の弾性力を調
整することにより、移動体２８の移動が規制されたとき
にサポート用ボールねじナット２０ａ又は２０ｂが空転
を開始する回転トルクを調整する。

【００２７】そして、この状態で回転駆動装置７でねじ
軸１を回転させると、ボールねじナット３がリニアガイ
ド装置１０に案内されつつねじ軸１に沿って移動すると
ともに、サポート用ボールねじナット２０ａ，２０ｂが
送り案内９に案内されつつねじ軸１に沿ってボールねじ
ナット３と同一方向に移動する。この時、サポート用ボ
ールねじナット２０ａ，２０ｂの移動速度v は上述した
ようにボールねじナット３の略１／２となるため、ボー
ルねじナット３の軸方向の位置にかかわらず、サポート
用ボールねじナット２０ａは常にボールねじナット３と
軸受ハウジング５ａとの間の略中央に位置すると共に、
サポート用ボールねじナット２０ｂが常にボールねじナ
ット３と軸受ハウジング５ｂとの間の略中央に位置する
ことになる（図６において、Ｌ₁ ：Ｌ₂ ≒１：１、
Ｌ₃ ：Ｌ₄ ≒１：１）。

【００２８】これにより、図６に示すように、ボールね
じナット３が軸受ハウジング５ａ側に移動するにつれて
サポート用ボールねじナット２０ａと軸受ハウジング５
ａとの間の距離（支持スパン）が短縮されるとともに、
サポート用ボールねじナット２０ｂと軸受ハウジング５
ａとの間の距離（支持スパン）が短縮され、この結果、
危険速度を安全側の高い回転域にすることができると共
に、ねじ軸１が多点で支持されることによってねじ軸１
の自重たわみを減少させることができる。

【００２９】また、サポート用ボールねじナット２０ａ
を常にボールねじナット３と軸受ハウジング５ａとの間
の略中央に位置させると共に、サポート用ボールねじナ
ット２０ｂを常にボールねじナット３と軸受ハウジング
５ｂとの間の略中央に位置させることができることか
ら、サポート用ボールねじナット２０ａ，２０ｂがボー
ルねじナット３や軸受ハウジング５ａ，５ｂに干渉する
までのボールねじナット３の軸方向の移動量を大きくと
ることができ、この結果、テーブルストロークが長いＮ
Ｃ制御の平面研削盤などに好適なものとすることができ
る。

【００３０】更に、ねじ軸１のボール溝２にサポート用
ボールねじナット２０ａ，２０ｂを螺合するだけでよい
ため、簡単な構造で且つ低コストで効果的な制振を行う
ことができる中間サポートシステムを提供することがで
きる。このように、ねじ軸１の回転に伴ってボールねじ
ナット３の移動速度の半分の速度でサポート用ボールね
じナット２０ａ及び２０ｂが移動することになるが、こ
の移動は転動体、ねじ軸及びナット間の摩擦により行わ
れているので、移動時には必ず滑りが発生する。この滑
りは、溝形状、移動速度、移動加速度、固定しているテ
ーブルの摩擦抵抗等の影響を受ける。このため、長時間
ボールねじナット３を移動していると、サポート用ボー
ルねじナットの位置にずれを生じる。このため、サポー
ト用ボールねじナット２０ａが例えばボールねじナット
３と軸受ハウジング５ａとの間の中央より左側に位置ず
れを生じている場合には、ボールねじナット３が左端側
に移動したときに、その移動許容範囲内であっても、図
７に示すように、サポート用ボールねじナット２０ａの
軸方向位置規制を行っている位置規制板２６を固定して
いるボルト頭部が軸受ハウジング５ａに当接する場合が
発生する。この状態となると、サポート用ボールねじナ
ット２０ａの左方への移動が軸受ハウジング５ａによっ
て阻止されるので、ねじ軸１の回転が継続されると、サ
ポート用ボールねじナット２０ａに回転トルクが伝達さ
れることになり、この回転トルクがクラッチ機構３０の
スプリング３３の弾性力で設定された許容回転トルク以
上となると、ボール３４が係合凹部３１から左方に押し
出され、サポート用ボールねじナット２０ａがナットハ
ウジング２５に対して空転状態となり、ねじ軸１に過大
な負荷が掛かることを防止することができる。

【００３１】同様に、サポート用ボールネジナット２０
ｂがボールねじナット３と軸受ハウジング５ｂとの中間
より右側に位置ずれを生じて、サポート用ボールねじナ
ット２０ｂが軸受ハウジング５ｂに当接して場合にも、
サポート用ボールねじナット２０ｂが空転して、ネジ軸
１に過大な負荷が掛かることを防止することができる。

【００３２】さらに、サポート用ボールねじナット２０
ａ又は２０ｂがボールねじナット３側に位置ずれを生じ
て、ボールねじナット３と干渉する場合にも、サポート
用ボールねじナット２０ａ又は２０ｂが空転してねじ軸
１に過大な負荷が掛かることを防止することができる。
このように、サポート用ボールねじナット２０ａ及び／
又は２０ｂに位置ずれを生じた場合には、前述したと同
様に押しねじ３５を緩めてスプリング３３の弾性力を低
下させることにより、サポート用ボールねじナット２０
ａ及び／又は２０ｂを容易に空転させて、位置ずれを補
正することができ、押しねじ３５を緩めなくてもスプリ
ング３３の弾性力で設定される回転トルク以上の回転ト
ルクを発生するように移動体２８を移動させることによ
り、位置ずれを補正することができる。

【００３３】なお、上記第１の実施形態においては、ボ
ール３４をコイルスプリング３３で押圧する場合につい
て説明したが、これに限定されるものではなく、板バネ
等の他のスプリングを適用することができる他、ゴム等
の他の弾性体を適用するようにしてもよい。また、上記
第１の実施形態においては、係合凹部３１とボール３４
とを係合させる場合について説明したが、これに限ら
ず、係合凹部３１及びボール３４を省略してこれらに代
えて摩擦板をスプリングでサポート用ボールねじナット
２０ａ及び２０ｂの端面に接触させるようにしてもよ
い。

【００３４】さらに、第１の実施形態においては、スプ
リング３３の弾性力を押しねじ３５の締め付け位置によ
って調整する場合について説明したが、これに限定され
るものではなく、押しねじ３５とスプリング３３との間
にスプリングシートを設け、このスプリングシートの厚
みを変更することにより、スプリング３３の弾性力を調
整するようにしてもよい。

【００３５】次に、本発明の第２の実施形態を図８〜図
１１を伴って説明する。この第２の実施形態は、クラッ
チ機構の断続を任意に制御するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、中間サポートのクラッ
チ機構３０を第１の実施形態における係合凹部３１、ス
プリング３３、ボール３４及び押しねじ３５で構成する
場合に代えて、図９及び図１０に示すように、位置規制
板２６のサポート用ボールねじナット２０ａとは反対側
における中心を通る線上に一対のエアシリンダ４０，４
１を点対称に配設し、これらエアシリンダ４０，４１の
スプリング（図示せず）によって伸長側に付勢されたピ
ストンロッド４２の先端に形成した摩擦板４３を位置規
制板２６に形成した貫通孔４４を通じてサポート用ボー
ルねじナット２０ａの端面に対向させるように構成され
ている。ここで、エアシリンダ４０，４１にフレキシブ
ル配管４５を通じて加圧空気を供給することにより、ピ
ストンロッド４２を収縮させて摩擦板４３をサポート用
ボールねじナット２０ａの端面から離間させて非締結状
態となって、サポート用ボールねじナット２０ａの自由
な空転を許容し、この状態からエアシリンダ４０，４１
への加圧空気の供給を遮断して排気状態とすることによ
り、スプリングによってピストンロッド４２が伸長して
摩擦板４３がサポート用ボールねじナット２０ａの端面
に圧接する締結状態となって、サポート用ボールねじナ
ット２０ａをナットハウジング２５に対して一体に固定
する。

【００３６】また、軸受ハウジング５ａには、図８に示
すように、超音波又はレーザ光を照射した時点から反射
波又は反射光を受信又は受光した時点までの時間を測定
することにより距離を計測する超音波測距装置又はレー
ザ測距装置で構成される２つの距離センサ５０，５１が
配設され、距離センサ５０でボールねじナット３に取り
付けたテーブル１０の左端までの距離を測定し、距離セ
ンサ５１でサポート用ボールねじナット２０ａに取り付
けたテーブル２９の左端までの距離を測定する。

【００３７】さらに、軸受ハウジング５ｂに距離センサ
５０，５１と同様の距離センサ５３が配設され、この距
離センサ５３で、サポート用ボールねじナット２０ｂに
取り付けたテーブル２９の右端までの距離を測定する。
そして、各距離センサ５０〜５１の距離検出値が図１２
に示すように、制御装置５５に入力され、この制御装置
５５で、距離センサ５０で検出したボールねじナット３
の距離検出値に基づいてサポート用ボールねじナット２
０ａ及び２０ｂの目標距離Ｌａ^* 及びＬｂ^* を算出し、
算出した目標距離Ｌａ^* 及びＬｂ^* と距離センサ５１及
び５２で検出した距離検出値Ｌａ及びＬｂとが不一致で
あるとき即ちサポート用ボールねじナット２０ａ及び２
０ｂに位置ずれが発生した場合に、ねじ軸１の回転方向
を加味して、目標距離Ｌａ^* 及びＬｂ^* と検出距離Ｌａ
及びＬｂが一致するようにサポート用ボールねじナット
２０ａ及び２０ｂに対するエアシリンダ４０，４１への
加圧空気の給排を行うアクチュエータ５３及び５４を制
御するとともに、距離検出値Ｌａ及びＬｂが予め設定し
た最小設定距離Ｌｍｉｎ以下となったときに接近異常と
判断してアクチュエータ５３，５４を加圧空気供給状態
に制御してエアシリンダ４０，４１に対して加圧空気を
供給する。

【００３８】この第２の実施形態によると、常時ボール
ねじナット３の位置を距離センサ５０で検出するととも
に、サポート用ボールねじナット２０ａ及び２０ｂの位
置を常時距離センサ５１及び５２で検出しており、サポ
ート用ボールねじナット２０ａ及び２０ｂが位置ずれを
生じることなく正規の位置にある状態では、アクチュエ
ータ４３，５４が排気状態に制御されてエアシリンダ４
０，４１から加圧空気が排気された状態に維持されるた
め、ピストンロッド４２がスプリングの弾性力によって
伸長して摩擦板４３がサポート用ボールねじナット２０
ａ及び２０ｂに圧接してクラッチ機構３０が締結状態と
なり、サポート用ボールねじナット２０ａ及び２０ｂが
ナットハウジング２５に一体に固定され、ねじ軸１の回
転に応じてボールねじナット３の移動速度の半分の速度
で移動する。

【００３９】この正常状態から例えばサポート用ボール
ねじナット２０ａが軸受ハウジング５ａ寄りとなる位置
ずれが生じた場合には、ボールねじナット３が軸受ハウ
ジング５ａ側に移動するようにねじ軸１が回転駆動され
た時に、アクチュエータ５３を供給状態に制御し、エア
シリンダ４０に対して加圧空気を供給して、ピストンロ
ッド４２をスプリングに抗して収縮させることにより、
摩擦板４３とサポート用ボールねじナット２０ａとを離
間させてクラッチ機構３０を非締結状態とし、これによ
ってサポート用ボールねじナット２０ａをナットハウジ
ング２５に対して空転可能とすることにより、サポート
用ボールねじナット２０ａの移動距離を低下させ、距離
センサ５１で検出される距離検出値Ｌａがボールねじナ
ット３の距離検出値Ｌに基づいて算出される目標距離Ｌ
ａ^* と一致した時点でアクチュエータ５３を排気状態に
制御してエアシリンダ４０から加圧空気を排気すること
により、クラッチ機構３０を締結状態に復帰させ、サポ
ート用ボールねじナット２０ａをボールねじナット３の
移動速度の半分の移動速度で移動する正規の移動状態に
復帰させる。

【００４０】逆に、サポート用ボールねじナット２０ａ
がボールねじナット３寄りに位置ずれを生じたときに
は、ボールねじナット３が軸受ハウジング５ｂ側に移動
するようにねじ軸１が回転駆動された時に、前記と同様
にアクチュエータ５３を加圧供給供給状態に制御し、エ
アシリンダ４０に加圧空気を供給してクラッチ機構３０
を非締結状態として、サポート用ボールねじナット２０
ａをナットハウジング２５に対して空転状態として、サ
ポート用ボールねじナット２０ａの右方への移動速度を
低下させて位置調整を行い、正規の位置に達した時点で
アクチュエータ５３を排気状態に制御し、エアシリンダ
４０から加圧空気を排気することにより、クラッチ機構
３０を締結状態に制御して、サポート用ボールねじナッ
ト２０ａを正規の移動速度に復帰させる。

【００４１】同様に、サポート用ボールねじナット２０
ｂについても位置ずれが発生した場合には、ねじ軸１が
位置ずれを補正可能な回転方向となったときにクラッチ
機構３０を非締結状態として位置ずれを補正し、位置ず
れが解消した時点でクラッチ機構３０を締結状態に復帰
させて、サポート用ボールねじナット２０ｂを正規の移
動速度に復帰させる。

【００４２】さらに、サポート用ボールねじナット２０
ａ又は２０ｂの距離検出値Ｌａ又はＬｂが最小設定距離
Ｌｍｉｎ以下となった時にも、クラッチ機構３０を非締
結状態として、サポート用ボールねじナット２０ａ又は
２０ｂをナットハウジング２５に対して空転状態とし
て、サポート用ボールねじナット２０ａ又は２０ｂが軸
受ハウジング５ａ又は５ｂに衝接することを未然に防止
することができ、ねじ軸１に過大な負荷が掛かることを
防止することができる。

【００４３】なお、上記第２の実施形態においては、ク
ラッチ機構３０として、バネ付エアシリンダを適用した
場合について説明したが、複動エアシリンダを適用して
ピストンロッドの伸縮をともに異なる端部に加圧空気を
供給することにより行うようにしてもよい。また、上記
第２の実施形態においては、クラッチ機構３０をエアシ
リンダで構成する場合について説明したが、これに限定
されるものではなく、油圧シリンダ等の他の流体シリン
ダで構成するようにしてもよく、さらには、電磁ソレノ
イド等の電気的アクチュエータを適用するようにしても
よく、なおさらに、電磁クラッチや電磁粉クラッチ等を
適用するようにしてもよい。

【００４４】また、上記第１及び第２の実施形態におい
ては、サポート用ボールねじナット２０ａ及び２０ｂの
リード角を“０°”とした場合について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、厳密にリード角を“０
°”にする必要はなく、“０°近傍の値に設定すること
ができ、特に第２の実施形態においては、サポート用ボ
ールねじナット２０ａ及び２０ｂの位置をクラッチ機構
３０を使用して制御することができるので、リード角を
“０°”より大きな角に設定して、サポート用ボールね
じナット２０ａ及び２０ｂの移動速度を速め、クラッチ
機構３０によって目標距離に位置制御するようにしても
よい。

【００４５】次に、本発明の第３の実施形態を図１３に
ついて説明する。この第３の実施形態は、上記第１及び
第２の実施形態では、ボールねじナット３のボールとサ
ポート用ボールねじナット２０ａ及び２０ｂのボールと
でねじ軸１のボール溝２を共有する場合について説明し
たが、これに代えて、両者を異なるボール溝に転動させ
るようにしたものである。

【００４６】すなわち、第３の実施形態では、図１３に
示すように、前述した第１の実施形態において、ねじ軸
１に２条のねじ溝２ａ及び２ｂを形成し、一方のねじ溝
２ａにボールねじナット３のボールを転動させ、他方の
ねじ溝２ｂにサポート用ボールねじナット２０ａ及び２
０ｂのボール２１を転動させるように構成されている。

【００４７】この第３の実施形態によると、ボールねじ
ナット３のボールとサポート用ボールねじナット２０ａ
及び２０ｂのボール２１とがねじ軸１の異なるねじ溝２
ａ，２ｂを転動することになるため、サポート用ボール
ねじナット２０ａ及び２０ｂのボール２１がねじ溝２ａ
を磨耗させることを確実に回避することができ、ねじ溝
２ａの寿命を長期化することができると共に、サポート
用ボールねじナット２０ａ及び２０ｂのねじ溝２ｂをサ
ポート用ボールねじナット２０ａ及び２０ｂに最適な溝
形状，粗さ等に設計することができ、溝設計の自由度を
向上させることができる。

【００４８】すなわち、上記第１及び第２の実施の形態
では、ねじ軸１側のボール溝２及びサポート用ボールね
じナット２０ａ，２０ｂ側のボール溝２２の形状を共に
ゴシックアーチ形状として、ボール２１がボール溝２側
で２点、ボール溝２２側で２点（合計４点）で接触する
ようにした場合を例に採ったが、これに代えて図１４に
示すように、ねじ軸１側のボール溝２の形状をゴシック
アーチ形状としてボール２１をボール溝２側でＰ₁ ，Ｐ
₂ の２点で接触させるとともに、サポート用ボールねじ
ナット２０ａ，２０ｂ側のボール溝２２の形状を単一Ｒ
形状としてボール２１をボール溝２２側でＰ₃ の１点
（合計３点）で接触させて軽い予圧をかけ、これによ
り、ボール２１ひいてはサポート用ボールねじナット２
０ａ，２０ｂの安定した動きを得ることができる。

【００４９】詳述すると、ねじ軸１のボール溝２とサポ
ート用ボールねじナット２０ａ，２０ｂのボール溝２２
とのリード角が互いに異なる場合、ボール２１とそれぞ
れのボール溝２，２２との間で転がり運動に加えて、す
べり運動が大きくなる。従来の無循環ボールねじ装置の
場合、ねじ軸側のボール溝とナット側のボール溝の形状
が共にゴシックアーチ形状で同じであったため、ボール
がねじ軸側のボール溝で２点、ナット側のボール溝で２
点、合計４点で接触することになり、すべり摩擦が大き
かった。

【００５０】これは、図１４を参照して、ねじ軸１のボ
ール溝２のＰ₁ ，Ｐ₂ の２点でボール２１が転がり運動
する場合、サポート用ボールねじナット２０ａ（２０
ｂ）側ではベクトルａの方向にボール２１が進めば転が
りとなるが、実際には、ナット側のボール溝のリード角
が０°なのでボール２１はベクトルｂの方向に進む。つ
まり、ベクトルａとベクトルｂとの差（ベクトルｃ）が
ボール２１のすべりとなり、ボール２１をボール溝２２
で２点で接触させるようにした場合はこのすべりを良好
に吸収することができず、すべり摩擦が大きくなってし
まう。

【００５１】これに対し、図１４に示すように、ねじ軸
１側のボール溝２の形状をゴシックアーチ形状としてボ
ール２１をボール溝２側でＰ₁ ，Ｐ₂ の２点で接触させ
るとともに、サポート用ボールねじナット２０ａ，２０
ｂ側のボール溝２２の形状を単一Ｒ形状としてボール２
１をボール溝２２側でＰ₃ の１点（合計３点）で接触さ
せて軽い予圧をかけるようにすると、ボール２１は点Ｐ
₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ で接触し、このうちのねじ軸１のボール
溝２側のＰ₁ ，Ｐ₂ 点では転がり運動となり、ボール溝
２２側のＰ₃ 点では接触点周りの回転すべりを伴う転が
り運動となって、該回転すべりによってベクトルａとベ
クトルｂの差分（ベクトルｃ）が吸収され、これによ
り、すべり摩擦が小さくなってボール２１ひいてはサポ
ート用ボールねじナット２０ａ，２０ｂの安定した動き
を得ることができる。

【００５２】また、図１及び図８の直動案内装置に用い
られるサポート用ボールねじナット２０ａ，２０ｂのボ
ール２１を３点接触にした場合は、ｄｍ：２６ｍｍ、l
：５０ｍｍ、Ｄａ：３．９６８８ｍｍ、α₁ ：４５
°、α₂ ：０°とすると、ボールねじナット３の軸方向
の移動速度がNi・l になるのに対して、サポート用ボー
ルねじナット２０ａ，２０ｂの軸方向の移動速度ｖは
（１０）式より０．５４Ni・l となり、この場合も上記
実施の形態と同様に、ねじ軸１が一回転した際に、ボー
ルねじナット３が軸方向に１リード分だけ進むのに対
し、サポート用ボールねじナット２０ａ，２０ｂはボー
ルねじナット３の移動距離の略１／２だけ軸方向に進む
ことになり、上記実施の形態と同様の作用効果が得られ
る。

【００５３】なお、上記第３の実施形態においては、第
１の実施形態に２条ねじを適用した場合について説明し
たが、これに限らず、第２の実施形態に２条ねじを適用
するようにしてもよいことは言うまでもない。また、上
記第３の実施形態においては、ねじ軸１に２条ねじ溝を
形成した場合について説明したが、これに限定されるも
のではなく、ねじ軸１に３条ねじ溝を形成し、このうち
の２つをボールねじナット用として、残りの１つをサポ
ート用ボールねじナット用としたり、３条のねじ溝を夫
々ボールねじナット用、サポート用ボールねじナット２
０ａ用及びサポート用ボールねじナット２０ｂ用とする
こともでき、さらには、ねじ軸１に４条ねじ溝を形成
し、このうちの２つのねじ溝をボールねじナット３用、
残りの２つをサポート用ボールねじナット２０ａ，２０
ｂ用としたり、３つのねじ溝をボールねじナット３用と
し、残りの１つのねじ溝をサポート用ボールねじナット
２０ａ，２０ｂ用とし、１つのねじ溝をボールねじナッ
ト３用とし、残りの３つのねじ溝をサポート用ボールね
じナット２０ａ，２０ｂ用とすることもでき、要はねじ
軸１に多条ねじ溝を形成し、ボールねじナット３用とサ
ポート用ボールねじナット２０ａ，２０ｂ用とで異なる
ねじ溝を使用するようにすればよい。

【００５４】さらに、上記各実施の形態では、ねじ軸１
のボール溝２に二個のサポート用ボールねじナット２０
ａ，２０ｂを螺合した場合を例に採ったが、これに限定
されず、例えば、ねじ軸１の支持端側（右端側）のみに
サポート用ボールねじナット２０ａを螺合するようにし
ても大きな制振効果を得ることができる。さらに、上記
各実施の形態では、ねじ軸１は左端側が支持端となって
いるが、これが固定端や自由端であってもよい。

【００５５】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、請求項
１に係る発明によれば、ねじ軸のボール溝にボールを介
して螺合されたサポート用ナットと、該サポート用ナッ
トをねじ軸と平行に案内する案内機構との間にクラッチ
機構を介挿したので、クラッチ機構を締結状態とするこ
とにより、サポート用ナットと案内機構とを一体化させ
てねじ軸の回転に伴ってサポート用ナットを移動させ、
非締結状態とすることにより、サポート用ナットを空転
させて、サポート用ナットの移動を停止させることがで
き、サポート用ナットの位置調整を自在に行うことがで
きるとともに、サポート用ナットの移動が規制されたと
きにねじ軸に過大な負荷を与えることを確実に防止する
ことができるという効果が得られる。

【００５６】また、請求項２に係る発明によれば、サポ
ート用ナットのボールは、前記ねじ軸に形成された前記
ボールねじナットが螺合するボールねじ溝とは異なるボ
ールねじ溝に螺合されているので、サポート用ナットの
ボールによるボールねじナットのねじ溝の磨耗を確実に
防止することができ、ねじ軸の寿命を長期化させること
ができる共に、サポート用ナットに最適なねじ溝設計を
行うことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態であるボールねじ装
置の中間サポートを直動案内装置に使用した例を示す概
略図である。

【図２】中間サポートのクラッチ機構を拡大して示す断
面図である。

【図３】サポート用ボールねじナットの側面図である。

【図４】図２の左側面図である。

【図５】サポート用ボールねじナットの軸方向の移動速
度を求める式の説明に用いる説明図である。

【図６】中間サポートの動作を説明するための説明図で
ある。

【図７】第１の実施形態の動作の説明に供する図１と同
様の概略図である。

【図８】本発明の第２の実施形態であるボールねじ装置
の中間サポートを直動案内装置に使用した例を示す概略
構成図である。

【図９】第２の実施形態における中間サポートの断面図
である。

【図１０】図９の左側面図である。

【図１１】第２の実施形態における動作の説明に供する
図８と同様の概略構成図である。

【図１２】第２の実施形態における制御装置の一例を示
すブロック図である。

【図１３】本発明の第３の実施形態を示す中間サポート
の断面図である。

【図１４】第３の実施形態に適用し得るサポート用ボー
ルねじナットのボール溝とねじ軸のボール溝との間に介
在されるボールがサポート用ボールねじナットのボール
溝側で１点、ねじ軸のボール溝側で２点で接触している
状態を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１…ねじ軸 ２…ねじ軸のボール溝 ３…ボールねじナット ２０ａ，２０ｂ…サポート用ボールねじナット ２１…サポート用ボールねじナット側のボール ２２…サポート用ボールねじナット側のボール溝 ２５…ナットハウジング ２６，２７…位置規制板 ３０…クラッチ機構 ３１…係合凹部 ３３…スプリング ３４…ボール ３５…押しねじ ４０，４１…エアシリンダ ４２…ピストンロッド ４３…摩擦板 ５０〜５２…距離センサ ５３，５４…アクチュエータ ５５…制御装置 ２ａ，２ｂ…ねじ溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周面に螺旋状のボール溝を有するねじ
   軸と、該ねじ軸に遊嵌される内周面に前記ねじ軸のボー
   ル溝に対応するボール溝を有するボールねじナットと、
   前記両ボール溝間に転動可能に嵌合された多数のボール
   とを備え、該ボールが前記ボールねじナットに嵌合され
   たボール循環部品に案内されて循環するボールねじ装置
   の前記ねじ軸に取り付けられるとともに、前記ボールね
   じナットの移動速度より遅い速度で移動する中間サポー
   トであって、前記ねじ軸のボール溝にボールを介して螺
   合されたサポート用ナットと、該サポート用ナットを前
   記ねじ軸と平行に案内する案内機構と、該案内機構及び
   前記サポート用ナット間に介挿されたクラッチ機構とを
   備えていることを特徴とするボールねじ装置の中間サポ
   ート。
2. 【請求項２】 外周面に螺旋状のボール溝を有するねじ
   軸と、該ねじ軸に遊嵌される内周面に前記ねじ軸のボー
   ル溝に対応するボール溝を有するボールねじナットと、
   前記両ボール溝間に転動可能に嵌合された多数のボール
   とを備え、該ボールが前記ボールねじナットに嵌合され
   たボール循環部品に案内されて循環するボールねじ装置
   の前記ねじ軸に取り付けられるとともに、前記ボールね
   じナットの移動速度より遅い速度で移動する中間サポー
   トであって、前記ねじ軸のボール溝にボールを介して螺
   合されたサポート用ナットと、該サポート用ナットを前
   記ねじ軸と平行に案内する案内機構とを備えており、前
   記サポート用ナットのボールは、前記ねじ軸に形成され
   た前記ボールねじナットが螺合するボールねじ溝とは異
   なるボールねじ溝に螺合されていることを特徴とする請
   求項１記載のボールねじ装置の中間サポート。