JP3398998B2 - ねじ装置における予圧機構 - Google Patents
ねじ装置における予圧機構Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ねじ軸と、これに螺
合される２つのナットを相互に直列に結合したナット組
立体とからなり、ねじ軸とナット組立体のいずれか一方
を回転することにより他方を相対的に進退させるねじ装
置において、２つのナットに軸方向において互いに逆向
きの力を与えることによって、ねじ装置に予圧を与える
機構の改良に関する。 【０００２】 【従来の技術】ねじ装置には、バックラッシをなくし、
さらに軸方向荷重に対する弾性変位量を小さく、すなわ
ち剛性を上げるための手段として予圧を与えることが行
われている。特に、ねじ軸と各ナットとの間にボールが
介在するボールねじ装置においては、前記予圧の手段と
して定位置予圧と定圧予圧とに大別することができる。
定位置予圧は、一般に２つのボールナット間に、所定の
厚さの間座を介在させて、２つのボールナットが相互に
離れる方向又は近づく方向に押圧固定することによって
予圧を与えることが知られている。一方、定圧予圧は、
２つのボールナット間にばねや流体圧等を用いた押圧手
段を介在させてその押圧手段の押圧力により２つのボー
ルナットに互いに相反する方向の一定の付勢力を与えて
予圧を行うものが知られている。 【０００３】また、例えば特開昭４７−３１０５０号公
報に開示されるように、一方のナットの端面に環状の凹
所を形成し、他方のナットにこの環状の凹所に嵌まり合
う環状の凸部を設け、環状の凹所に流体圧を加えて一方
のナットに対して他方のナットを押圧するようになって
おり、この押圧力によってボールナットに予圧を与える
予圧可変形式のボールねじ装置も知られている。この構
造のボールねじ装置では流体圧と予圧とは常時一致して
いる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記定
位置予圧においては、軸方向荷重に対する弾性変位量が
殆どなく剛性が大きいので、剛性を必要とする比較的低
速な送りに用いられる。しかし、剛性を必要としない比
較的高速な送りの条件で用いると、高速送り時に、本来
は必要のない予圧による発熱をまねくという問題があ
る。一方、この高速時の発熱を避けるため予圧を小さく
設定すると、高速時の発熱は少ないものの、低速時の剛
性が不足してしまうという問題がある。 【０００５】また、前記定圧予圧の場合は、剛性が前記
定位置予圧の場合に比べて小さいため、高荷重が加わる
剛性を必要場合にはナットが変位してしまうという問題
がある。さらに前記流体による予圧方式の場合には、流
体圧に比例して予圧するものであるため、前記定圧予圧
のものと同様に、予圧荷重より大きな荷重が負荷された
場合にはナットが変位してしまい、このものも剛性が低
いという問題がある。そして、予圧可変式であるから、
予想される荷重負荷に予め対応した予圧としておくこと
ができるが、ボールナットに急激に負荷が加わったとき
とか、ボールナットに高振動力が加わったとき等のよう
に、通常の使用における予圧荷重を超える力が加わった
場合は剛性が不足してしまうという問題と、予圧荷重内
でも定位置予圧より剛性が小さいという問題がある。 【０００６】そこで、この発明は、前記従来技術の問題
点に着目してなされたものであって、低速時には高剛性
の予圧を行え、高速時には低い予圧として発熱を生じな
いようにした予圧機構をもったねじ装置を得ることを目
的としている。 【０００７】 【課題を解決するための手段】この発明のねじ装置にお
ける予圧機構は、外面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸
と、該ねじ軸に螺合した第１のナットと、該第１のナッ
トに対して直列に配され前記ねじ軸に螺合された第２の
ナットと、前記第１のナットに対して前記第２のナット
の相対回転を阻止する回り止め手段と、前記第１のナッ
トと前記第２のナットに軸方向において互いに逆方向の
力を与える付勢子を含む付勢手段と、前記付勢子が所定
量移動したときに付勢子の移動を阻止するストッパ手段
とを備えて構成している。 【０００８】前記ねじ装置には、ねじ軸と両ナットとの
間に多数のボールを介在させてなるボールねじ装置を含
むものとし、また付勢手段により両ナットに逆方向に与
える力は、両ナットを軸方向に沿って相互に離す力ばか
りでなく、両ナットを軸方向に沿って相互に近接させる
力を含むものとする。 【０００９】 【作用】第１及び第２のナットは、回り止め手段により
互いに相対回転が阻止され且つナットに対するねじ軸の
正逆回転により、相対的にねじ軸に沿って往復移動可能
とされている。したがってナットとねじ軸のいずれか一
方を固定側に取付け、他方を移動側に取付けることによ
って、例えば両ナットに取付けた工作機用テーブルを、
ねじ軸を回転自在に支持した基台に対して往復駆動する
ことができる。 【００１０】ここで、両ナット間への予圧の付与は、付
勢手段の付勢子が付勢により移動して両ナットに軸方向
に沿う互いに逆方向の力を与えることにより行う。これ
により両ナットは互いに離れる方向又は近接する方向に
付勢されて、ねじ軸との間のバックラッシが解消され、
付勢による軸方向の荷重により、ねじ軸にナットが直接
螺合されるねじ装置にあってはねじ軸とナット間に弾性
変形が生じて両者間の接触面積が大きくなり、また両者
間にボールが介在されるボールねじ装置にあってはボー
ルに弾性変形が生じてボールとねじ軸及びナットとの接
触面積が大きくなり、いずれの場合も剛性が向上する。 【００１１】前記付勢力の増大に伴って付勢子が移動
し、付勢子の移動量が所定値に達すると、付勢子はスト
ッパ手段により移動が阻止される。このため一方のナッ
トに対する他方のナットの移動はこの時点で停止するか
ら、付勢子の付勢力をそれ以上増加させてもナットに加
わる予圧力は増加せず一定予圧力を維持する。付勢子に
加えられたねじの予圧以上の力は、２つのナットの内力
として働くので、ボールねじの予圧力にこの内力を加え
た力が外力として加わってもナットが変位することがな
く予圧抜けを生じない。 【００１２】このため、このねじ装置を工作機械のテー
ブル移動用に用いた場合における軽荷重が加わる非切削
時や、高速回転における軽切削時には小さい予圧力と
し、そしてこの小さい予圧の領域においては選択された
所望の予圧力を与えることができる。一方、高荷重力が
加わる重切削時には大きな予圧力が得られる定位置予圧
とすることができるし、その予圧力以上の付勢力をナッ
トに与え、高振動とか急激な外力に対しても予圧抜けが
生じない剛性の高い予圧機構が、予圧によって生じるト
ルクを増大させることなく得られる。 【００１３】なお、前記定位置予圧をボールねじに用い
た場合、ナット側から外力が作用すると付与されている
予圧力が若干変化するが、両ナットのいずれかに予圧抜
けが生じない外力の最大値は、設定予圧力の約３倍とな
る関係にあるから、ボールナットを付勢する付勢力をボ
ールナットの予圧力の３倍以上与えておけば、高速回転
における定圧予圧の設定ができる構造のボールねじ装置
であって、しかも低速回転における定位置予圧の性能を
兼ね備えたボールねじ装置を実現することができる。 【００１４】 【実施例】以下の各実施例は、この発明をボールねじ装
置に適用し、これを工作機械のテーブルを移動させるた
めの装置として使用した例を示す。図１〜３は第１の実
施例であり、ねじ軸１に、２つのナット２，３を相互に
直列に結合したナット組立体を、多数のボール４を介し
て螺合しており、ねじ軸１は、図示しないが工作機械の
基台に回転自在に軸支され且つ正逆回転されるモータに
接続されている。また一方のナット２にはそのフランジ
を介して工作機械のテーブルが固定されている。 【００１５】両ナット２，３間には次の各部材が配置さ
れる。すなわち、一方のナット２の端面に接する外向き
フランジ６ａを備えてねじ軸１の外側に位置する内側の
スリーブ６が、前記フランジ６ａと所定間隔をおく位置
に内向きフランジ７ａを備えてナット２，３の外周近く
に位置する外側のスリーブ７とともに、ボルト１０によ
ってナット２の端面に固定されている。前記内側のスリ
ーブ６と外側のスリーブ７との間には、外向きフランジ
５ａを備えた筒状の付勢子５が配置され、この付勢子５
の内面と内側のスリーブ６の外面との間、及び外向きフ
ランジ５ａの外面と外側のスリーブ７の内面との間には
いずれもＯリング９が介在されて、付勢子５のフランジ
５ａと内側のスリーブ６のフランジ６ａとの間には圧力
室８ａが形成されている。前記付勢子５におけるナット
３側の先端１１はナット３の端面に当たっていて、圧力
室８ａの圧力により付勢子５がナット３を押圧付勢する
ようになっている。前記圧力室８ａは、前記フランジ６
ａを貫通し且つナット２内を通過する流体圧供給路８に
連通している。 【００１６】前記付勢子５におけるフランジ５ａから先
端１１までの長さは、前記圧力室８ａの背圧により付勢
子５がナット３を押圧する距離との関連で予め調整して
おくものとする。この調整された長さによって予圧力の
変更が可能である。ここで、付勢子５の外向きフランジ
５ａが外側のスリーブ７の内向きフランジ７ａに当たる
と付勢子５はそれ以上ナット３方向に移動することが阻
止されるので、フランジ５ａ，７ａによってこの発明の
ストッパ手段が構成される。 【００１７】なお、ナット２の端面とフランジ６ａとの
間には、流体圧供給路８の周りにＯリング１２が配設さ
れて両者間の圧力漏れを防止している。また、ナット
２，３における相互に外側の端部には、ねじ軸１との間
を閉塞するシール２ａ，３ａが配置されて防塵機能が付
与されている。さらに、各ナット２，３の肉厚内には、
図示しないが、ねじ溝の一端から他端へボール４を循環
させる公知のボールチューブが形成されている。 【００１８】かかるナット２，３の外観が図３に示され
ており、ナット２，３の外周には相互に反対側となる位
置に、ナット２，３の相対回転を阻止する回り止め手段
たるキー２０が、外周面に形成されたキー溝２０ｂに係
合して配置され、このキー２０はナット２に螺子２０ａ
によって固定されて、ナット２，３の軸方向への相対移
動を可能にしている。 【００１９】また、前記流体圧供給路８は、図３に示す
流体圧調整弁等からなる付勢力調整装置２２を介して、
流体圧ポンプ等からなる付勢力発生装置２３に接続され
ていて、付勢力発生装置２３により発生した流体圧を、
付勢力調整装置２２により調整して流体圧供給路８を経
由させて圧力室８ａに供給し、これを背圧として付勢子
５によりナット３を押圧付勢するものである。よって、
付勢力発生装置２３と付勢力調整装置２２と流体圧供給
路８と圧力室８ａと付勢子５とによって、本願発明の付
勢手段を構成している。なお付勢力調整装置２２は、予
圧を定位置予圧と定圧予圧との間で切り換える予圧切換
手段ともなっている。 【００２０】この第１実施例では、前記付勢力発生装置
２３で発生し付勢力調整装置２２で調整された油圧等の
流体圧が流体圧供給路８を経て圧力室８ａに供給され、
この圧力が付勢子５のフランジ５ａに負荷されて付勢子
５をナット３に向けて押圧付勢する。これにより付勢子
５の先端１１がナット３を押圧付勢することにより、ナ
ット２，３には相互に離れる方向に付勢力が作用して予
圧が与えられる。 【００２１】ここで、付勢子５が移動してそのフランジ
５ａが外側のスリーブ７のフランジ７ａに接するまで
は、付勢子５がナット２，３に与える予圧力は、付勢子
５の前記圧力による付勢力に対応するが、圧力室８ａの
圧力をさらに増大させて付勢子５を所定量だけ移動させ
たときには、そのフランジ５ａが外側のスリーブ７のフ
ランジ７ａに接してストッパ手段が機能する。これまで
は、ナット２，３に定圧予圧を付与することになり、予
圧力はこの時点で増加が停止して同一予圧力を維持す
る。 【００２２】さらに、フランジ５ａがフランジ７ａに接
した後もさらに付勢子５に対する付勢力を増加させて
も、付勢子５の移動は停止したままであるから予圧力は
同一となる。かかる定位置予圧の場合に、ナット２，３
側から外力が作用すると付与されている予圧力が若干変
化するが、両ナット２，３のいずれかに予圧抜けが生じ
ない外力の最大値は、設定予圧力の約３倍となる関係に
あるから、ナット２，３を付勢する付勢力をナット２，
３の予圧力の３倍以上与えておけば、高速回転における
定圧予圧の設定ができる構造のボールねじ装置であっ
て、しかも低速回転における定位置予圧の性能を兼ね備
えたボールねじ装置を実現することができる。定位置予
圧時のナット２，３に対する予圧力の調整は、前記の通
り付勢子５における外向きフランジ５ａから先端１１ま
での距離を調整することによって実現される。また、前
記定位置予圧と定圧予圧の切換え、及び定圧予圧状態に
おける付勢力の調整は付勢力調整装置２２によって行う
ことは勿論である。 【００２３】図４は第２の実施例を示す図であって、前
記第１実施例の付勢子５，内側のスリーブ６，外側のス
リーブ７に変えて次の構造を採用している。すなわち、
この第２実施例では、前記の各部材に代えて、ねじ軸１
の外側の内側スリーブ１３ａと、ナット２，３の外周近
くの外側スリーブ１３ｂと、両スリーブ１３ａ，１３ｂ
間を連結し且つナット２の端面に接するフランジ１３ｃ
とからなる角ばった断面Ｃ形のリング１３が構成されて
いる。このリング１３と、外側スリーブ１３ｂの端面に
当接されてボルト１０によりリング１３とともにナット
２に固着される断面角形のリング１６と、両リング１
３，１６に囲まれた内側に収容された断面角形の押圧子
１４と、押圧子１４の端面とナット３の端面との間に介
在される断面角形の付勢子５とが、両ナット２，３間に
介在されている。前記押圧子１４の内外面にＯリング９
が介在してリング１３と押圧子１４とによって圧力室８
ａを形成している。 【００２４】かくして、この実施例の主な特徴は、前記
第１実施例の外向きフランジ５ａ付き付勢子５を、第２
実施例においては付勢子５と押圧子１４とに分けて、夫
々を別の部材で構成した点にある。これによって、付勢
子５の長さを変更することにより予圧力を変更するに
は、予め用意された長さの異なる複数の付勢子５を選択
して用いればよいし、付勢子５の形状が断面角形のリン
グであるために、前記第１実施例の外向きフランジ５ａ
付き付勢子５と異なって形状が簡素になり、長さ調整の
ための加工が容易である。また、予圧力の変更に際して
押圧子１４は交換する必要がない。他の構造及び作用は
前記第１の実施例と同一である。 【００２５】図５は第３の実施例を示す図であって、図
４に示した第２の実施例におけるリング１３を省略し且
つナット２の端面を切削することにより前記リング１３
と同一の形状としている。このため、第２の実施例にお
けるリング１３とＯリング１２が不要となるから部品点
数の削減になるとともに、第２の実施例のスリーブ１３
ｂの長さ分だけボルト１０の軸長を短縮することができ
るからボルトによる締結強度が向上する。付勢子５，押
圧子１４及びリング１６の構造と作用については前記第
２の実施例と同一であり、他の構造及び作用については
前記第１の実施例と同一である。 【００２６】図６は第４の実施例を示す図であって、ナ
ット２に工作機械のテーブル２３が図示しないボルトに
よって固定されており、またナット２，３間には、ナッ
ト２の端面に、内周にスプライン歯２４ａを備えたボス
２４がボルト２５により固定され、ナット３の端面に、
外周にスプライン歯２６ａを備えたリング２６がボルト
２７により固定されている。前記ボス２４の内周にはナ
ット３側の端部に周状の突起２４ｂが形成されていて、
この突起２４ｂとリング２６のスプライン歯２６ａの端
面とが当たって、ナット２，３の間隔が開くことを防止
している。 【００２７】ナット３にはリング状で断面角形の付勢子
５が、ナット３端面から前記ボス２４に対して進退可能
に保持されており、この付勢子５における前記ボス２４
とは反対側に圧力室８ａが形成され、これがナット３に
形成された流体圧供給路８に連通している。なお、ナッ
ト３に付勢子５を組み込むために、ナット３の一部は分
割されていて、この分割部３ｂが本体に螺合されてナッ
ト３を構成している。付勢子５の内外面にはＯリングが
配置されている。 【００２８】而して、この実施例では、前記ボス２４の
スプライン歯２４ａと、これに噛合する前記リング２６
のスプライン２６ａによって、ナット２，３の相対回転
を阻止する回り止め手段を構成しており、また、前記ボ
ス２４の突起２４ｂと、これに当たるスプライン歯２６
ａの端面とによって、付勢子５が所定以上移動すること
を阻止するストッパ手段を構成している。 【００２９】この実施例では、付勢子５がボス２４を押
圧付勢してナット２，３間に予圧を与え、これが定位置
予圧になると、付勢子５の前記押圧により付勢子５とリ
ング２６のスプライン歯２６ａの端面との間に、ボス２
４の突起２４ｂを挟み込むために、ナット２，３間が固
定されて両者間の剛性が高くなる。このため、かかる構
成にすると特に高加速度振動の入力に対しても充分に耐
え得る。なお、付勢子５による付勢力の調整は、リング
２６のナット３側の端面からスプライン２６ａまでの寸
法、又はボス２４のナット２側の端面からボス２４の突
起２４ｂまでの寸法を調整することによって行うことが
できる。他の構成と作用については、第１〜３実施例と
同一である。 【００３０】図７は第５の実施例を示す図であって、第
１の実施例を示した図１の圧力室８ａ内に、付勢子５の
背面を押圧付勢するための皿ばね２８を介在させた例で
あり、他の構成と作用については第１実施例と同一であ
る。この実施例によれば、圧力室８ａ内の流体圧を零に
しても、皿ばね２８のばね力によって付勢子５に付勢力
を与え定圧予圧が作用するようになっており、流体圧の
設定を行わなくても皿ばね２８を選定して低い予圧を設
定することができる。そのため軽予圧の場合には皿ばね
２８による付勢力があるため流体による加圧の必要がな
く、したがって図３に示した付勢力発生装置２３を作動
させる必要もないから上記実施例に比べて省力になる
し、また流体の発熱が少なくて機械の熱変位を小さくす
ることもできる。 【００３１】以上、各実施例においては、この発明をボ
ールねじ装置に適用し、これを工作機械のテーブルを移
動させるための装置に使用した例を示したが、他の機器
を移動させるための装置に使用することもできるし、ま
た、ねじ軸にボールを介してナットを螺合させたボール
ねじ装置ではなく、ねじ軸に直接ナットを螺合させたね
じ装置にこの発明を適用することができることは勿論で
ある。 【００３２】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、予圧を付与するための付勢力を増大させると付勢子
が移動して予圧力が増大するが、付勢子の移動量が所定
値に達すると、付勢子はストッパ手段により移動が阻止
される。このため一方のナットに対する他方のナットの
移動はこの時点で停止するから、付勢子の付勢力をそれ
以上増加させてもナットに加わる予圧力は増加せず一定
予圧力を維持する。付勢子に加えられたねじの予圧以上
の力は、２つのナットの内力として働くので、ねじ装置
の予圧力にこの内力を加えた力が外力として加わっても
ナットが変位することがなく予圧抜けを生じない。 【００３３】このため、このねじ装置を工作機械のテー
ブル移動用に用いた場合における軽荷重が加わる非切削
時や、高速回転における軽切削時には小さい予圧力と
し、そしてこの小さい予圧の領域においては選択された
所望の予圧力を与えることができるから、過度の摩擦力
により発熱することが防止される。一方、高荷重力が加
わる重切削時には大きな予圧力が得られる定位置予圧と
することができるし、その予圧力以上の付勢力をナット
に与え、高振動とか急激な外力に対しても予圧抜けが生
じない剛性の高い予圧機構が得られる。
合される２つのナットを相互に直列に結合したナット組
立体とからなり、ねじ軸とナット組立体のいずれか一方
を回転することにより他方を相対的に進退させるねじ装
置において、２つのナットに軸方向において互いに逆向
きの力を与えることによって、ねじ装置に予圧を与える
機構の改良に関する。 【０００２】 【従来の技術】ねじ装置には、バックラッシをなくし、
さらに軸方向荷重に対する弾性変位量を小さく、すなわ
ち剛性を上げるための手段として予圧を与えることが行
われている。特に、ねじ軸と各ナットとの間にボールが
介在するボールねじ装置においては、前記予圧の手段と
して定位置予圧と定圧予圧とに大別することができる。
定位置予圧は、一般に２つのボールナット間に、所定の
厚さの間座を介在させて、２つのボールナットが相互に
離れる方向又は近づく方向に押圧固定することによって
予圧を与えることが知られている。一方、定圧予圧は、
２つのボールナット間にばねや流体圧等を用いた押圧手
段を介在させてその押圧手段の押圧力により２つのボー
ルナットに互いに相反する方向の一定の付勢力を与えて
予圧を行うものが知られている。 【０００３】また、例えば特開昭４７−３１０５０号公
報に開示されるように、一方のナットの端面に環状の凹
所を形成し、他方のナットにこの環状の凹所に嵌まり合
う環状の凸部を設け、環状の凹所に流体圧を加えて一方
のナットに対して他方のナットを押圧するようになって
おり、この押圧力によってボールナットに予圧を与える
予圧可変形式のボールねじ装置も知られている。この構
造のボールねじ装置では流体圧と予圧とは常時一致して
いる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記定
位置予圧においては、軸方向荷重に対する弾性変位量が
殆どなく剛性が大きいので、剛性を必要とする比較的低
速な送りに用いられる。しかし、剛性を必要としない比
較的高速な送りの条件で用いると、高速送り時に、本来
は必要のない予圧による発熱をまねくという問題があ
る。一方、この高速時の発熱を避けるため予圧を小さく
設定すると、高速時の発熱は少ないものの、低速時の剛
性が不足してしまうという問題がある。 【０００５】また、前記定圧予圧の場合は、剛性が前記
定位置予圧の場合に比べて小さいため、高荷重が加わる
剛性を必要場合にはナットが変位してしまうという問題
がある。さらに前記流体による予圧方式の場合には、流
体圧に比例して予圧するものであるため、前記定圧予圧
のものと同様に、予圧荷重より大きな荷重が負荷された
場合にはナットが変位してしまい、このものも剛性が低
いという問題がある。そして、予圧可変式であるから、
予想される荷重負荷に予め対応した予圧としておくこと
ができるが、ボールナットに急激に負荷が加わったとき
とか、ボールナットに高振動力が加わったとき等のよう
に、通常の使用における予圧荷重を超える力が加わった
場合は剛性が不足してしまうという問題と、予圧荷重内
でも定位置予圧より剛性が小さいという問題がある。 【０００６】そこで、この発明は、前記従来技術の問題
点に着目してなされたものであって、低速時には高剛性
の予圧を行え、高速時には低い予圧として発熱を生じな
いようにした予圧機構をもったねじ装置を得ることを目
的としている。 【０００７】 【課題を解決するための手段】この発明のねじ装置にお
ける予圧機構は、外面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸
と、該ねじ軸に螺合した第１のナットと、該第１のナッ
トに対して直列に配され前記ねじ軸に螺合された第２の
ナットと、前記第１のナットに対して前記第２のナット
の相対回転を阻止する回り止め手段と、前記第１のナッ
トと前記第２のナットに軸方向において互いに逆方向の
力を与える付勢子を含む付勢手段と、前記付勢子が所定
量移動したときに付勢子の移動を阻止するストッパ手段
とを備えて構成している。 【０００８】前記ねじ装置には、ねじ軸と両ナットとの
間に多数のボールを介在させてなるボールねじ装置を含
むものとし、また付勢手段により両ナットに逆方向に与
える力は、両ナットを軸方向に沿って相互に離す力ばか
りでなく、両ナットを軸方向に沿って相互に近接させる
力を含むものとする。 【０００９】 【作用】第１及び第２のナットは、回り止め手段により
互いに相対回転が阻止され且つナットに対するねじ軸の
正逆回転により、相対的にねじ軸に沿って往復移動可能
とされている。したがってナットとねじ軸のいずれか一
方を固定側に取付け、他方を移動側に取付けることによ
って、例えば両ナットに取付けた工作機用テーブルを、
ねじ軸を回転自在に支持した基台に対して往復駆動する
ことができる。 【００１０】ここで、両ナット間への予圧の付与は、付
勢手段の付勢子が付勢により移動して両ナットに軸方向
に沿う互いに逆方向の力を与えることにより行う。これ
により両ナットは互いに離れる方向又は近接する方向に
付勢されて、ねじ軸との間のバックラッシが解消され、
付勢による軸方向の荷重により、ねじ軸にナットが直接
螺合されるねじ装置にあってはねじ軸とナット間に弾性
変形が生じて両者間の接触面積が大きくなり、また両者
間にボールが介在されるボールねじ装置にあってはボー
ルに弾性変形が生じてボールとねじ軸及びナットとの接
触面積が大きくなり、いずれの場合も剛性が向上する。 【００１１】前記付勢力の増大に伴って付勢子が移動
し、付勢子の移動量が所定値に達すると、付勢子はスト
ッパ手段により移動が阻止される。このため一方のナッ
トに対する他方のナットの移動はこの時点で停止するか
ら、付勢子の付勢力をそれ以上増加させてもナットに加
わる予圧力は増加せず一定予圧力を維持する。付勢子に
加えられたねじの予圧以上の力は、２つのナットの内力
として働くので、ボールねじの予圧力にこの内力を加え
た力が外力として加わってもナットが変位することがな
く予圧抜けを生じない。 【００１２】このため、このねじ装置を工作機械のテー
ブル移動用に用いた場合における軽荷重が加わる非切削
時や、高速回転における軽切削時には小さい予圧力と
し、そしてこの小さい予圧の領域においては選択された
所望の予圧力を与えることができる。一方、高荷重力が
加わる重切削時には大きな予圧力が得られる定位置予圧
とすることができるし、その予圧力以上の付勢力をナッ
トに与え、高振動とか急激な外力に対しても予圧抜けが
生じない剛性の高い予圧機構が、予圧によって生じるト
ルクを増大させることなく得られる。 【００１３】なお、前記定位置予圧をボールねじに用い
た場合、ナット側から外力が作用すると付与されている
予圧力が若干変化するが、両ナットのいずれかに予圧抜
けが生じない外力の最大値は、設定予圧力の約３倍とな
る関係にあるから、ボールナットを付勢する付勢力をボ
ールナットの予圧力の３倍以上与えておけば、高速回転
における定圧予圧の設定ができる構造のボールねじ装置
であって、しかも低速回転における定位置予圧の性能を
兼ね備えたボールねじ装置を実現することができる。 【００１４】 【実施例】以下の各実施例は、この発明をボールねじ装
置に適用し、これを工作機械のテーブルを移動させるた
めの装置として使用した例を示す。図１〜３は第１の実
施例であり、ねじ軸１に、２つのナット２，３を相互に
直列に結合したナット組立体を、多数のボール４を介し
て螺合しており、ねじ軸１は、図示しないが工作機械の
基台に回転自在に軸支され且つ正逆回転されるモータに
接続されている。また一方のナット２にはそのフランジ
を介して工作機械のテーブルが固定されている。 【００１５】両ナット２，３間には次の各部材が配置さ
れる。すなわち、一方のナット２の端面に接する外向き
フランジ６ａを備えてねじ軸１の外側に位置する内側の
スリーブ６が、前記フランジ６ａと所定間隔をおく位置
に内向きフランジ７ａを備えてナット２，３の外周近く
に位置する外側のスリーブ７とともに、ボルト１０によ
ってナット２の端面に固定されている。前記内側のスリ
ーブ６と外側のスリーブ７との間には、外向きフランジ
５ａを備えた筒状の付勢子５が配置され、この付勢子５
の内面と内側のスリーブ６の外面との間、及び外向きフ
ランジ５ａの外面と外側のスリーブ７の内面との間には
いずれもＯリング９が介在されて、付勢子５のフランジ
５ａと内側のスリーブ６のフランジ６ａとの間には圧力
室８ａが形成されている。前記付勢子５におけるナット
３側の先端１１はナット３の端面に当たっていて、圧力
室８ａの圧力により付勢子５がナット３を押圧付勢する
ようになっている。前記圧力室８ａは、前記フランジ６
ａを貫通し且つナット２内を通過する流体圧供給路８に
連通している。 【００１６】前記付勢子５におけるフランジ５ａから先
端１１までの長さは、前記圧力室８ａの背圧により付勢
子５がナット３を押圧する距離との関連で予め調整して
おくものとする。この調整された長さによって予圧力の
変更が可能である。ここで、付勢子５の外向きフランジ
５ａが外側のスリーブ７の内向きフランジ７ａに当たる
と付勢子５はそれ以上ナット３方向に移動することが阻
止されるので、フランジ５ａ，７ａによってこの発明の
ストッパ手段が構成される。 【００１７】なお、ナット２の端面とフランジ６ａとの
間には、流体圧供給路８の周りにＯリング１２が配設さ
れて両者間の圧力漏れを防止している。また、ナット
２，３における相互に外側の端部には、ねじ軸１との間
を閉塞するシール２ａ，３ａが配置されて防塵機能が付
与されている。さらに、各ナット２，３の肉厚内には、
図示しないが、ねじ溝の一端から他端へボール４を循環
させる公知のボールチューブが形成されている。 【００１８】かかるナット２，３の外観が図３に示され
ており、ナット２，３の外周には相互に反対側となる位
置に、ナット２，３の相対回転を阻止する回り止め手段
たるキー２０が、外周面に形成されたキー溝２０ｂに係
合して配置され、このキー２０はナット２に螺子２０ａ
によって固定されて、ナット２，３の軸方向への相対移
動を可能にしている。 【００１９】また、前記流体圧供給路８は、図３に示す
流体圧調整弁等からなる付勢力調整装置２２を介して、
流体圧ポンプ等からなる付勢力発生装置２３に接続され
ていて、付勢力発生装置２３により発生した流体圧を、
付勢力調整装置２２により調整して流体圧供給路８を経
由させて圧力室８ａに供給し、これを背圧として付勢子
５によりナット３を押圧付勢するものである。よって、
付勢力発生装置２３と付勢力調整装置２２と流体圧供給
路８と圧力室８ａと付勢子５とによって、本願発明の付
勢手段を構成している。なお付勢力調整装置２２は、予
圧を定位置予圧と定圧予圧との間で切り換える予圧切換
手段ともなっている。 【００２０】この第１実施例では、前記付勢力発生装置
２３で発生し付勢力調整装置２２で調整された油圧等の
流体圧が流体圧供給路８を経て圧力室８ａに供給され、
この圧力が付勢子５のフランジ５ａに負荷されて付勢子
５をナット３に向けて押圧付勢する。これにより付勢子
５の先端１１がナット３を押圧付勢することにより、ナ
ット２，３には相互に離れる方向に付勢力が作用して予
圧が与えられる。 【００２１】ここで、付勢子５が移動してそのフランジ
５ａが外側のスリーブ７のフランジ７ａに接するまで
は、付勢子５がナット２，３に与える予圧力は、付勢子
５の前記圧力による付勢力に対応するが、圧力室８ａの
圧力をさらに増大させて付勢子５を所定量だけ移動させ
たときには、そのフランジ５ａが外側のスリーブ７のフ
ランジ７ａに接してストッパ手段が機能する。これまで
は、ナット２，３に定圧予圧を付与することになり、予
圧力はこの時点で増加が停止して同一予圧力を維持す
る。 【００２２】さらに、フランジ５ａがフランジ７ａに接
した後もさらに付勢子５に対する付勢力を増加させて
も、付勢子５の移動は停止したままであるから予圧力は
同一となる。かかる定位置予圧の場合に、ナット２，３
側から外力が作用すると付与されている予圧力が若干変
化するが、両ナット２，３のいずれかに予圧抜けが生じ
ない外力の最大値は、設定予圧力の約３倍となる関係に
あるから、ナット２，３を付勢する付勢力をナット２，
３の予圧力の３倍以上与えておけば、高速回転における
定圧予圧の設定ができる構造のボールねじ装置であっ
て、しかも低速回転における定位置予圧の性能を兼ね備
えたボールねじ装置を実現することができる。定位置予
圧時のナット２，３に対する予圧力の調整は、前記の通
り付勢子５における外向きフランジ５ａから先端１１ま
での距離を調整することによって実現される。また、前
記定位置予圧と定圧予圧の切換え、及び定圧予圧状態に
おける付勢力の調整は付勢力調整装置２２によって行う
ことは勿論である。 【００２３】図４は第２の実施例を示す図であって、前
記第１実施例の付勢子５，内側のスリーブ６，外側のス
リーブ７に変えて次の構造を採用している。すなわち、
この第２実施例では、前記の各部材に代えて、ねじ軸１
の外側の内側スリーブ１３ａと、ナット２，３の外周近
くの外側スリーブ１３ｂと、両スリーブ１３ａ，１３ｂ
間を連結し且つナット２の端面に接するフランジ１３ｃ
とからなる角ばった断面Ｃ形のリング１３が構成されて
いる。このリング１３と、外側スリーブ１３ｂの端面に
当接されてボルト１０によりリング１３とともにナット
２に固着される断面角形のリング１６と、両リング１
３，１６に囲まれた内側に収容された断面角形の押圧子
１４と、押圧子１４の端面とナット３の端面との間に介
在される断面角形の付勢子５とが、両ナット２，３間に
介在されている。前記押圧子１４の内外面にＯリング９
が介在してリング１３と押圧子１４とによって圧力室８
ａを形成している。 【００２４】かくして、この実施例の主な特徴は、前記
第１実施例の外向きフランジ５ａ付き付勢子５を、第２
実施例においては付勢子５と押圧子１４とに分けて、夫
々を別の部材で構成した点にある。これによって、付勢
子５の長さを変更することにより予圧力を変更するに
は、予め用意された長さの異なる複数の付勢子５を選択
して用いればよいし、付勢子５の形状が断面角形のリン
グであるために、前記第１実施例の外向きフランジ５ａ
付き付勢子５と異なって形状が簡素になり、長さ調整の
ための加工が容易である。また、予圧力の変更に際して
押圧子１４は交換する必要がない。他の構造及び作用は
前記第１の実施例と同一である。 【００２５】図５は第３の実施例を示す図であって、図
４に示した第２の実施例におけるリング１３を省略し且
つナット２の端面を切削することにより前記リング１３
と同一の形状としている。このため、第２の実施例にお
けるリング１３とＯリング１２が不要となるから部品点
数の削減になるとともに、第２の実施例のスリーブ１３
ｂの長さ分だけボルト１０の軸長を短縮することができ
るからボルトによる締結強度が向上する。付勢子５，押
圧子１４及びリング１６の構造と作用については前記第
２の実施例と同一であり、他の構造及び作用については
前記第１の実施例と同一である。 【００２６】図６は第４の実施例を示す図であって、ナ
ット２に工作機械のテーブル２３が図示しないボルトに
よって固定されており、またナット２，３間には、ナッ
ト２の端面に、内周にスプライン歯２４ａを備えたボス
２４がボルト２５により固定され、ナット３の端面に、
外周にスプライン歯２６ａを備えたリング２６がボルト
２７により固定されている。前記ボス２４の内周にはナ
ット３側の端部に周状の突起２４ｂが形成されていて、
この突起２４ｂとリング２６のスプライン歯２６ａの端
面とが当たって、ナット２，３の間隔が開くことを防止
している。 【００２７】ナット３にはリング状で断面角形の付勢子
５が、ナット３端面から前記ボス２４に対して進退可能
に保持されており、この付勢子５における前記ボス２４
とは反対側に圧力室８ａが形成され、これがナット３に
形成された流体圧供給路８に連通している。なお、ナッ
ト３に付勢子５を組み込むために、ナット３の一部は分
割されていて、この分割部３ｂが本体に螺合されてナッ
ト３を構成している。付勢子５の内外面にはＯリングが
配置されている。 【００２８】而して、この実施例では、前記ボス２４の
スプライン歯２４ａと、これに噛合する前記リング２６
のスプライン２６ａによって、ナット２，３の相対回転
を阻止する回り止め手段を構成しており、また、前記ボ
ス２４の突起２４ｂと、これに当たるスプライン歯２６
ａの端面とによって、付勢子５が所定以上移動すること
を阻止するストッパ手段を構成している。 【００２９】この実施例では、付勢子５がボス２４を押
圧付勢してナット２，３間に予圧を与え、これが定位置
予圧になると、付勢子５の前記押圧により付勢子５とリ
ング２６のスプライン歯２６ａの端面との間に、ボス２
４の突起２４ｂを挟み込むために、ナット２，３間が固
定されて両者間の剛性が高くなる。このため、かかる構
成にすると特に高加速度振動の入力に対しても充分に耐
え得る。なお、付勢子５による付勢力の調整は、リング
２６のナット３側の端面からスプライン２６ａまでの寸
法、又はボス２４のナット２側の端面からボス２４の突
起２４ｂまでの寸法を調整することによって行うことが
できる。他の構成と作用については、第１〜３実施例と
同一である。 【００３０】図７は第５の実施例を示す図であって、第
１の実施例を示した図１の圧力室８ａ内に、付勢子５の
背面を押圧付勢するための皿ばね２８を介在させた例で
あり、他の構成と作用については第１実施例と同一であ
る。この実施例によれば、圧力室８ａ内の流体圧を零に
しても、皿ばね２８のばね力によって付勢子５に付勢力
を与え定圧予圧が作用するようになっており、流体圧の
設定を行わなくても皿ばね２８を選定して低い予圧を設
定することができる。そのため軽予圧の場合には皿ばね
２８による付勢力があるため流体による加圧の必要がな
く、したがって図３に示した付勢力発生装置２３を作動
させる必要もないから上記実施例に比べて省力になる
し、また流体の発熱が少なくて機械の熱変位を小さくす
ることもできる。 【００３１】以上、各実施例においては、この発明をボ
ールねじ装置に適用し、これを工作機械のテーブルを移
動させるための装置に使用した例を示したが、他の機器
を移動させるための装置に使用することもできるし、ま
た、ねじ軸にボールを介してナットを螺合させたボール
ねじ装置ではなく、ねじ軸に直接ナットを螺合させたね
じ装置にこの発明を適用することができることは勿論で
ある。 【００３２】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、予圧を付与するための付勢力を増大させると付勢子
が移動して予圧力が増大するが、付勢子の移動量が所定
値に達すると、付勢子はストッパ手段により移動が阻止
される。このため一方のナットに対する他方のナットの
移動はこの時点で停止するから、付勢子の付勢力をそれ
以上増加させてもナットに加わる予圧力は増加せず一定
予圧力を維持する。付勢子に加えられたねじの予圧以上
の力は、２つのナットの内力として働くので、ねじ装置
の予圧力にこの内力を加えた力が外力として加わっても
ナットが変位することがなく予圧抜けを生じない。 【００３３】このため、このねじ装置を工作機械のテー
ブル移動用に用いた場合における軽荷重が加わる非切削
時や、高速回転における軽切削時には小さい予圧力と
し、そしてこの小さい予圧の領域においては選択された
所望の予圧力を与えることができるから、過度の摩擦力
により発熱することが防止される。一方、高荷重力が加
わる重切削時には大きな予圧力が得られる定位置予圧と
することができるし、その予圧力以上の付勢力をナット
に与え、高振動とか急激な外力に対しても予圧抜けが生
じない剛性の高い予圧機構が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の断面図。
【図２】第１実施例の要部拡大断面図。
【図３】第１実施例の正面図。
【図４】第２実施例の要部断面図。
【図５】第３実施例の要部断面図。
【図６】第４実施例の要部断面図。
【図７】第５実施例の断面図。
【符号の説明】
１・・・・・ねじ軸
２，３・・・ナット
４・・・・・ボール
５・・・・・付勢子
５ａ・・・・フランジ
７・・・・・外側のスリーブ
７ａ・・・・内向きフランジ
８ａ・・・・圧力室
１１・・・・・先端
２０・・・・・キー
２０ａ・・・・キー溝
２４・・・・・ボス
２４ａ・・・・スプライン歯
２４ｂ・・・・突起
２６・・・・・リング
２６ａ・・・・スプライン歯
２８・・・・・皿ばね
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭47−31050（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−292439（ＪＰ，Ａ)
実開 昭58−38056（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭59−144253（ＪＰ，Ｕ)
西独国特許出願公開1934840（ＤＥ,
Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F16H 25/20 - 25/24
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 外面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸
と、該ねじ軸に螺合した第１のナットと、該第１のナッ
トに対して直列に配され前記ねじ軸に螺合された第２の
ナットと、前記第１のナットに対して前記第２のナット
の相対回転を阻止する回り止め手段と、前記第１のナッ
トと前記第２のナットに軸方向において互いに逆方向の
力を与える付勢子を含む付勢手段と、前記付勢子が所定
量移動したときに付勢子の移動を阻止するストッパ手段
とを備えたねじ装置における予圧機構。
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|---|---|---|---|
| JP02005593A JP3398998B2 (ja) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | ねじ装置における予圧機構 |
| DE4403724A DE4403724C2 (de) | 1993-02-08 | 1994-02-07 | Vorab-Schubmechanismus für eine Schraubenvorrichtung |
| US08/194,370 US5582072A (en) | 1993-02-08 | 1994-02-08 | Preliminary thrusting mechanism for a screw device |
| US08/602,276 US5697252A (en) | 1993-02-08 | 1996-02-16 | Preliminary thrusting mechanism for a screw device |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02005593A JP3398998B2 (ja) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | ねじ装置における予圧機構 |
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