JP5394831B2 - ボールねじ式駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、研削盤の可動テーブル等の可動体を駆動するボールねじ式駆動装置に関するものである。

研削盤の可動テーブル等の可動体を案内手段に沿って往復駆動する駆動装置にはボールねじ式のものがある。このボールねじ式駆動装置は、可動体に装着されたナットと、案内手段と略平行に配置され且つナットに螺合するねじ軸とを備え、ねじ軸の往復回転により、ナットを介して可動体を案内手段に沿って往復駆動するようになっている。

この種のボールねじ式駆動装置では、一般的にナットをボルトにより可動体に完全に固定する方法が採られているが、比較的剛性の高い滑り式の案内手段の場合には、別段問題はない。しかし、転がり式、静圧式のように外力の影響を受け易く、高精度な真直度を要求される案内手段の場合には、回転時に発生するねじ軸の振れがナットを介して可動体に伝達され、可動体の運動精度が低下するという問題がある。

そこで、このねじ軸の回転時の振れがナットを介して可動体に伝わらないようにする対策が従来から講じられている。例えば、従来は、可動体に左右一対のバネにより吊持された矩形状の保持枠をナットの外周に設け、この保持枠とナットとを上下方向の案内機構を介して摺動自在に結合すると共に、保持枠と可動体とを左右方向の案内機構を介して摺動自在に結合したもの（特許文献１）、可動体とナットとの間に、その内部のバネ関節により一体に構成された上下用、左右用の４組の平行リンクを有する直方体状のバネ体を介在し、このバネ体内を介してナットと可動体とを結合したもの（特許文献２）等がある。

特開昭６０−８５８４８号公報 特開平３−１９６９３２号公報

従来の駆動装置でも、ねじ軸の回転時に振れが発生すれば、ナットが可動体に対してラジアル方向に移動してその振れを吸収することができる。

しかし、特許文献１の場合には、保持枠が必要である上に、ニードルローラや転がり軸受を組み合わせて構成された案内機構により、保持枠とナット、保持枠と可動体間を相互に案内しており、また特許文献２の場合には、直方体状のバネ体内に縦横に多数のスリットを形成してバネ関節、平行リンクを構成している。従って、従来の駆動装置では構造的に非常に複雑なものとなり、装置全体が大型化すると共に製造コストが著しく高騰するという問題がある。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、簡単な構造で装置全体を小型化できると共に容易且つ安価に製作でき、しかも回転時のねじ軸の振れによる可動体への影響を無視できる程度まで小さくすることができるボールねじ式駆動装置を提供することを目的とする。

本発明は、案内手段により移動自在に支持された可動体にナットを備え、該ナットに螺合するねじ軸の往復回転により、該ナットを介して前記可動体を前記案内手段に沿って往復駆動するようにしたボールねじ式駆動装置において、前記ナットを軸心方向の両側から挟持して前記可動体に対してラジアル方向に移動自在に支持する第１スラスト軸受と第２スラスト軸受とを備え、前記可動体に周方向に略等配に固定され且つ前記ナットのブラケット部の取り付け孔に遊嵌された取り付けボルトを備え、前記可動体と前記ブラケット部との間に介在された前記第１スラスト軸受を前記取り付けボルトよりも内側で前記ナットの本体部の外周に套嵌し、前記各取り付けボルトの外周に該各取り付けボルト毎に前記第２スラスト軸受を套嵌したものである。

本発明によれば、簡単な構造で装置全体を小型化できると共に容易且つ安価に製作でき、しかも回転時のねじ軸の振れによる可動体への影響を殆ど無視できる程度まで小さくすることができる利点がある。

本発明の第１の実施形態を示す一部破断平面図である。 同要部の一部破断平面図である。 同要部の一部側面図である。 本発明の第２の実施形態を示す一部破断側面図である。 本発明の第３の実施形態を示す一部破断平面図である。 本発明の第４の実施形態を示す一部破断平面図である。 本発明の第５の実施形態を示す一部破断平面図である。 本発明の第６の実施形態を示す一部破断平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳述する。図１〜図３は本発明に係るボールねじ式駆動装置の第１の実施形態を例示する。図１において、１は研削盤等の基台で、この基台１上には可動テーブル等の可動体２が一対の案内手段３により往復移動自在に支持されている。案内手段３には静圧式が用いられている。なお、静圧式の案内手段３には空気式等のガス式と油圧式とがある。また案内手段３は静圧式の他、滑り式、転がり式でもよい。

可動体２はボールねじ４により案内手段３に沿って往復移動自在である。ボールねじ４は可動体２に装着されたナット５と、案内手段３間に略平行に配置され且つナット５に螺合するねじ軸６とを備え、ねじ軸６の一端側にモータ等の駆動手段７が設けられている。

ナット５は、図２及び図３に示すように、その軸心方向の両側に配置された第１スラスト軸受８及び第２スラスト軸受９と、これらスラスト軸受８，９及びナット５を可動体２側へと軸心方向に付勢する第１付勢手段１０と、ナット５を周方向に付勢して可動体２に対するナット５のガタツキを吸収する第２付勢手段１１とを介して可動体２にラジアル方向に移動自在に結合されており、このナット５のラジアル方向の相対移動により、回転時のねじ軸６の振れがナット５を介して可動体２に伝わらないようにしている。

可動体２は下側に取り付け部１３を有し、その取り付け部１３の側面にナット５が配置されている。ナット５はねじ軸６が螺合する本体部１４と、この本体部１４を支持するブラケット部１５とを有し、その本体部１４が可動体２の取り付け部１３に形成された開口１６に遊嵌され、ブラケット部１５と取り付け部１３とが軸心方向に相対向している。なお、取り付け部１３はねじ軸６、ナット５と直接干渉しない構造であればよい。

ナット５のブラケット部１５には、ねじ軸６の周方向に略等配に複数個、例えば２個の取り付け孔１７が形成されると共に、ねじ軸６の軸心廻りの同一側から各取り付け孔１７に対して略直交する収容孔１８が形成されている。

各取り付け孔１７にはねじ軸６と略平行に配置され且つ可動体２に固定された取り付けボルト１９が遊嵌状に挿通され、また各収容孔１８にはナット５を周方向の同一側に付勢するコイルバネ等の第２バネ２０が取り付けボルト１９と押えボルト２１との間に収容されている。押えボルト２１は収容孔１８の開口端側に螺合されている。

なお、取り付けボルト１９はねじ部１９ａが取り付け部１３のねじ孔１３ａに螺合され、またナット５に対して可動体２と反対側に頭部１９ｂを有する。

各スラスト軸受８，９は周方向に複数個の鋼球等のボール８ａ，９ａと、このボール８ａ，９ａを保持する保持器８ｂ，９ｂとを備えている。第１スラスト軸受８は各取り付けボルト１９よりも内側でナット５の本体部１４の外周に套嵌され、可動体２の取り付け部１３とナット５のブラケット部１５との対向端面間に介在されている。可動体２の取り付け部１３とナット５のブラケット部１５との対向端面は、ねじ軸６の軸心に対して略直角な平坦面に形成されており、その平坦な対向端面に第１スラスト軸受８のボール８ａが転動自在に当接している。

なお、第１スラスト軸受８の保持器８ｂがナット５の本体部１４の外周に遊嵌する場合には、取り付け部１３とブラケット部１５との対向端面の一方にねじ軸６と略同心状にボール８ａ，９ａ用の凹溝等の軌道部を形成してもよい。

第２スラスト軸受９はナット５に対して可動体２と反対側で各取り付けボルト１９の外周に套嵌されており、また取り付けボルト１９の外周には第２スラスト軸受９と取り付けボルト１９の頭部１９ｂとの間に座金２３、第１バネ２４が套嵌されている。各取り付けボルト１９の外周近傍では、ナット５のブラケット部１５と座金２３との対向端面は、ねじ軸６の軸心に対して略直角な平坦面に形成されており、その平坦な対向端面に第２スラスト軸受９のボール９ａが転動自在に当接している。

第１バネ２４は第１付勢手段１０を構成するためのもので、コイルバネ等の適宜バネが用いられており、各取り付けボルト１９に套嵌されている。この第１バネ２４の圧縮力は、後退時に可動体２に加わる後退抵抗以上に設定されている。また第２バネ２０は第２付勢手段１１を構成するためのもので、コイルバネ等の適宜バネが用いられている。この第２バネ２０の圧縮力は可動体２の後退時のナット５の回転トルクに打ち勝つに十分なように設定されている。

上記構成の駆動装置において、駆動手段７によりねじ軸６を前進方向に回転させると、ナット５が第１スラスト軸受８を介して可動体２を前進方向に押圧するため、可動体２が案内手段３により案内されながらＡ矢示方向に前進する。このときナット５と可動体２との間には第１スラスト軸受８があるが、可動体２に固定された取り付けボルト１９がナット５の取り付け孔１７に挿通されているため、この取り付けボルト１９によりナット５の回転が規制されることになり、ナット５はねじ軸６の回転に伴って第１スラスト軸受８を介して可動体２を前進方向へと押圧して行く。

また可動体２をＢ矢示方向に後退させる場合には、駆動手段７によりねじ軸６を後退方向に回転させると、ナット５の回転が第２バネ２０、取り付けボルト１９を介して規制されているため、ナット５が後退方向に移動する。そして、ナット５が第２スラスト軸受９、第１バネ２４、取り付けボルト１９を介して可動体２を後退方向に押圧するため、可動体２が案内手段３により案内されながら後退する。

このようにしてねじ軸６の回転により可動体２を案内手段３に沿って前進又は後退させる際に、ねじ軸６の振れが発生しても、ナット５がラジアル方向に移動してその振れを吸収する。そのため可動体２に伝達されるねじ軸６の振れの影響を殆ど無視できる程度に小さくすることができる。

即ち、ナット５はねじ軸６の軸心方向の両側に配置された第１スラスト軸受８と第２スラスト軸受９とにより保持され、取り付け孔１７と取り付けボルト１９との遊嵌代の範囲内で可動体２に対してラジアル方向に遊動自在であるため、ねじ軸６に振れが発生すれば、そのねじ軸６の振れに伴ってナット５がラジアル方向に移動して、このナット５の移動によりねじ軸６の振れを吸収することができる。

また第１バネ２４の圧縮力を可動体２の後退抵抗以上とし、第２バネ２０の圧縮力を後退時のナット５の回転トルク以上としているので、ナット５の両側に第１スラスト軸受８と第２スラスト軸受９とがあり、取り付け孔１７に取り付けボルト１９が遊嵌しているにも拘らず、ナット５のガタツキ等を防止できると共に、可動体２をノンバックラッシュで後退させることができる。

従って、滑り式の案内手段３は勿論のこと、転がり式、静圧式の案内手段３のように外力の影響を受け易く、高精度な直進度を要求される場合でも、ねじ軸６の振れによる可動体２への影響を無視できる程度に軽減できると共に、ノンバックラッシュで可動体２を駆動することができ、可動体２の運動精度が著しく向上する利点がある。また軸心方向の両側に配置された第１スラスト軸受８と第２スラスト軸受９とによりナット５を可動体２に対してラジアル方向に遊動自在に保持しているため、構造的に簡単で容易且つ安価に実施できると共に、全体を小型化できる利点がある。

図４は本発明の第２の実施形態を例示する。この実施形態では、ナット５のブラケット部１５には、各取り付け孔１７の外周に周方向に略等配に複数個、例えば３個の収容孔１８が形成され、その各収容孔１８に、取り付け孔１７内の取り付けボルト１９を弾性的に保持する第２バネ２０が収容されている。なお、第２付勢手段１１は周方向に複数個の第２バネ２０により構成されている。

各第２バネ２０の圧縮力は、可動体２の前進、後退時におけるナット５の回転トルクに打ち勝つ程度であり、取り付けボルト１９は各第２バネ２０により、取り付け孔１８の内周面に接触しないように、取り付け孔１７の略中心位置に保持されている。各収容孔１８には抑えボルト２１が螺合されている。他の構成は第１の実施形態と同様である。

この場合にも、取り付けボルト１９が取り付け孔１７に遊嵌しているにも拘わらず、取り付けボルト１９を取り付け孔１７内で弾性的にガタツキなく保持できるので、取り付けボルト１９の遊嵌に伴うバックラッシュの発生を防止することができる。従って、第２付勢手段１１は取り付け孔１７内でガタツキが生じないように取り付けボルト１９を付勢するものであってもよい。

図５は本発明の第３の実施形態を例示する。この実施形態では、可動体２とナット５との間に介在される第１スラスト軸受８は各取り付けボルト１９の外周に套嵌されている。他の構成は第１の実施形態と同様である。

このように各取り付けボルト１９に第１スラスト軸受８、第２スラスト軸受９を套嵌しても、第１の実施形態と同様のナット５によりねじ軸６の振れを吸収することができる。また取り付けボルト１９に第１スラスト軸受８を套嵌するため、ナット５本体の外周に套嵌する場合に比較して直径の小さいものを使用できる。

図６は本発明の第４の実施形態を例示する。この実施形態では、ナット５に対して可動体２と反対側に押え板２６が配置され、この押え板２６とナット５との間に、ねじ軸６の外周に第１スラスト軸受８と対向して第２スラスト軸受９が設けられている。押え板２６にはその取り付け孔１７に取り付けボルト１９が挿通されている。取り付けボルト１９の外周には、その頭部１９ａと押え板２６との間に第１バネ２４が介在されている。他の構成は各実施形態と同様である。このように各スラスト軸受８，９はナット５の両側でねじ軸６の外周に配置してもよい。

図７は本発明の第５の実施形態を例示する。この実施形態では、ブラケット部１５に対して本体部１４と反対側にねじ軸６と略同心状の筒状部１７ａが設けられ、この筒状部１７ａの外周に第２スラスト軸受９と座金２３とが套嵌され、その座金２３と押え板２６との間にねじ軸６に略同心状に第１バネ２４が介在されている。押え板２６は取り付けボルト１９の頭部１９ｂに当接している。他の構成は各実施形態と略同様である。このようすれば、第１バネ２４を１個にすることができる。

図８は本発明の第６の実施形態を例示する。この実施形態では、取り付けボルト１９はそのねじ部１９ａがブラケット部１５のねじ孔１５ａに螺合してナット５に固定されている。そして、取り付けボルト１９は可動体２の取り付け部１３に形成された取り付け孔１７に遊嵌されている。各取り付けボルト１９には、取り付け部１３と頭部１９ｂとの間に第２スラスト軸受９、座金２３、第１バネ２４が套嵌されている。また第２バネ２０は取り付け部１３側に設けられている。

このようにナット５に取り付けボルト１９を固定して、その取り付けボルト１９を取り付け部１３側の取り付け孔１７に遊嵌しても、第１の実施形態と同様に効果を得ることができる。

以上、本発明の各実施形態について詳述したが、本発明は各実施形態に限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、各実施形態では、ナット５が第１スラスト軸受８を介して可動体２を前進させ、可動体２の後退時にナット５が第２スラスト軸受９、座金２３、第１バネ２４、取り付けボルト１９を介して可動体２を後退させるようにしているが、前進、後退を逆にしてもよい。従って、逆にした場合には、第１バネ２４は可動体２の前進時にかかる前進抵抗以上に設定することになる。

スラスト軸受８，９はボール８ａ，９ａを保持器８ｂ，９ｂで保持した構造のものが一般的であるが、他の構造のものを使用してもよい。またスラスト軸受８，９は対向端面の一方に対して転がり接触すれば十分である。各付勢手段１０，１１としてコイルバネ等のバネ２０，２４を用いているが、他の皿バネ等を使用してもよいし、また流体圧式、例えば圧縮性を有する空気圧式等のガス圧式のものを使用してもよい。

実施形態では、ナット５の取り付け孔１７に取り付けボルト１９を挿通してナット５の廻り止めをしているが、ナット５のラジアル方向の移動を許容する係合手段を介して可動体２に対してナット５を廻り止めするようにしてもよい。第２付勢手段１１は省略してもよい。またスラスト軸受８，９の軸心方向の遊びが極僅かの場合には、第１付勢手段１０は省略してもよい。

可動体２の移動方向は上下方向、左右方向の何れでもよい。また例えば可動体２を水平方向に案内する場合、その案内手段３は左右に一対設けてもよいし、上下に一対設けてもよい。なお、案内手段３は３組以上を組み合わせてもよい。更に本発明は研削盤以外の各種の機械類において、その可動体を駆動する場合にも採用できることは云うまでもない。

２ 可動体
３ 案内手段
５ ナット
６ ねじ軸
８ 第１スラスト軸受
９ 第２スラスト軸受
１０ 第１付勢手段
１１ 第２付勢手段
１４ 本体部
１５ ブラケット部
１９ 取り付けボルト

Claims (5)

1. 案内手段により移動自在に支持された可動体にナットを備え、該ナットに螺合するねじ軸の往復回転により、該ナットを介して前記可動体を前記案内手段に沿って往復駆動するようにしたボールねじ式駆動装置において、
   前記ナットを軸心方向の両側から挟持して前記可動体に対してラジアル方向に移動自在に支持する第１スラスト軸受と第２スラスト軸受とを備え、
   前記可動体に周方向に略等配に固定され且つ前記ナットのブラケット部の取り付け孔に遊嵌された取り付けボルトを備え、
   前記可動体と前記ブラケット部との間に介在された前記第１スラスト軸受を前記取り付けボルトよりも内側で前記ナットの本体部の外周に套嵌し、
   前記各取り付けボルトの外周に該各取り付けボルト毎に前記第２スラスト軸受を套嵌した
   ことを特徴とするボールねじ式駆動装置。
2. 前記ナット及び前記各スラスト軸受を前記可動体側に軸心方向に付勢する第１付勢手段を設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ式駆動装置。
3. 前記第１付勢手段を前記各取り付けボルトの外周に設けた
   ことを特徴とする請求項２に記載のボールねじ式駆動装置。
4. 前記可動体に対する前記ナットのガタツキを吸収する第２付勢手段を設けた
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のボールねじ式駆動装置。
5. 前記ナットと前記各取り付けボルトとの間に介在され且つ前記各取り付けボルトをその軸心と交差方向に付勢する前記第２付勢手段を備えた
   ことを特徴とする請求項４に記載のボールねじ式駆動装置。

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