JPH01288660A - 送りねじ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ボールねじ軸、すべりねじ軸等を用いた送り
ねじ装置に関し、特に熱変位に良好に対応できるように
したものである。

〔従来の技術〕

一般に、上記のような送りねじ装置にあっては、ねじ軸
とこれに嵌合されたナットとの間に発生ずる摩擦熱とか
機械本体に生しる発熱によってねじ軸と機械本体とが熱
膨張して、両者の間に相対的な変位が生じる。

このため位置決め精度が低下し、軸の両端を軸受により
固定支持する装置の場合には軸受に異常なアキシアル荷
重がかかり、最悪の場合は軸受を損傷させるおそれがあ
る。

そこで、従来からこのような熱膨張に伴うトラブルを防
止する提案がなされている。例えば特公昭４７−２９２
２４号公報に示されているように、予張力を送りねじに
与えておくことが提案されている（第１従来例）。この
ものは、予め軸のねじピンチを若干短くつくり、該軸を
両端で支持し、かつ軸方向に一定の予張力を該軸に与え
てこれを固定し回転自在にしたもので、被直線移動体で
あるテーブルには１個のナットが固着され、この軸を回
転させることによりテーブルに送りを与えるようにした
ものである。

また、実開昭６０−１７２６３９号公報には、雄ねじ軸
を支承する軸受のケースに斜面を設け、その斜面を案内
とするくさび状の間座を軸の軸心と直角の方向に移動さ
せて、軸に予張力を与えるようにした°°ねじ送り装置
°′が示されている（第２従来例）。

これらの従来例のように、軸に予張力（ブリテンション
）を与えるようにした熱膨張対策は、２〜３°Ｃ程度迄
の熱膨張に対して有効である。

しかし、近時、この種の軸を利用するＮＣ工作機械やロ
ボット等での送り速度の高速化が顕著であり、これに伴
って熱膨張対策が一層必要とされる。そこで軸側端の支
持構造のうち、一端側（位置決め側）は固定し、他端側
は軸を軸方向に逃がすようにした半固定構造にすること
が提案されている。このような、半固定の軸受構造の場
合は、軸受自体の内径または外径の一方もしくは両方を
ずきまばめとして、運転中の軸の熱変位に対応させて軸
受部をスライドさせている（第３従来例）。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、軸に予張力を付与する上記の第１従来例
及び第２従来例にあっては、軸を支承する軸受は両端共
いずれも固定支持方式である。そのため、熱膨張による
軸の僅かな伸びには予張力を付与することで対応できて
も、軸の縮みには対応できないという問題点があった。

例えば、軸・を取付ける機械のヘースがアルミニウム等
の熱膨張係数の大きな材料からなり、これに対して軸が
鉄またはステンレス等のより熱膨張係数の小さい材料か
らなる場合などは、機械温度が上昇するとヘースの伸び
量が軸の伸び量より大きくなる。その結果、軸に作用す
る力関係は、ヘースに対して軸が相対的に縮む方向に変
位したことと同しこととなり、また温度が下がれば逆に
軸かヘースに対して相対的に伸びたことと同じになり、
軸受に好ましくないアキシアル荷重がかかり、軸受の早
期破損を生じることがあった。

また、上記第３従来例にあっては、軸の一端側の軸受の
外輪・内輪をずきまばめによるスライド方式として、熱
による軸の変位を逃がすものとしたため、次のような種
々の問題点が生した。

■　スライド部分がこじられ易く、期待する軸の逃げが
得られないばかりか、軸受を損傷させ、思わぬトラブル
となる。■　軸受のはめあい部をスライドさせることは
、一つの対向すべり面とならないから良い方法ではない
。■　軸の回転数が軸の持つ固有振動数と合致して共振
する「危険速度」は、高速化に対応する意味で高いほう
が望ましい。そのためには軸の両端の軸受構造を共に剛
性の高い固定構造とする必要があるにもかかわらず、高
速化に伴う熱伸縮（熱変位）を逃がす対策として、軸受
の一方をずきまばめの半固定とせざるを得なかった。そ
のため危険速度の低下が避けられなかった。

また、軸の持つ固有振動数は、ねじ軸の支持スパンが短
い程高くなり、したがって危険速度も高くなるが、ねじ
軸の長さが一定の場合に上記従来例の如くナツトが１個
であると、ナツトと軸端の軸受間の支持スパンが長くな
ってしまうから、危険速度が低くなる。

要するに従来は、軸運転の高速化に伴い発生ずる軸の熱
変位と危険速度の低下という問題を同時に解決すること
は困難であった。

本発明は、このような従来の問題を同時に解決する軸の
支持装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段］ この目的を達成する本発明の第１の発明は、ねじ軸に螺
合され被直線移動体のハウジングに取付けられたナット
を備えた送りねじ装置において、前記ナソ１−は軸方向
に間隔を隔てて２個配設され、その一方は前記ハウジン
グに固定され他方は前記ハウジングに回動不能とされ且
つ軸方向に滑動自在に嵌合されるとともに弾性部材によ
り軸方向に付勢されてなる送りねじ装置である。

また、本発明の第２の発明は、ねじ軸をその両端部にお
いて回転自在に支承する支承手段と、前記ねじ軸に螺合
され被直線移動体のハウシングに取付けられたナットと
を備えた軸の支持装置において、前記支承手段は前記ね
じ軸を軸方向に移動不能に支承する一方の固定支承手段
と前記ねじ軸を軸方向に移動可動に支持し弾性部材によ
り張力を付与する他方の弾性支承手段であり、且つ前記
ナツトば軸方向に間隔を隔てて２個配設され、その一方
は前記ハウジングに固定され他方は前記ハウジングに回
動不能とされ且つ軸方向に滑動自在に嵌合されるととも
に弾性部材により軸方向に付勢されてなる送りねじ装置
である。

〔作用〕

ねじ軸に螺合するナツトを、軸方向に間隔を隔てて２個
独立的に配設したため、軸の支持スパンが短縮され、危
険速度に対して高い許容回転数が保証される。またナッ
トの一方が軸方向に可動に弾性支持されるから、軸の熱
変位に対してナットが容易に追従する。

また、軸が熱変位すると、弾性支承手段の内スリーブと
外スリーブとの間で軸方向のすべりが生して、内スリー
ブ、軸受、軸が一体的にスライドするから、軸の伸縮い
ずれにも対応できる。内スリーブの回転は廻り止め手段
で阻止されている。

また、弾性支承手段における弾性部材の強い弾性力で、
内スリーブと軸受と軸とが予張力を付与され、軸の両端
支持方式が実質的に固定−固定支持となり、この点でも
危険速度に対して高い許容回転数が保証される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図とともに説明する。

第１図ないし第３図は、本発明の一実施例を示すもので
、工作機械のテーブル送り装置に用いたボールねじに適
用した場合である。

図中、１はボールねじのねじ軸で、２個のポールナソｌ
−２Ａ、２Ｂがねじ溝の間を転動しつつ循環する多数の
鋼製ボールを介して螺合されている。

ねじ軸１の一端は、例えば組合わせアンギュラ玉軸受３
（又は複列アンギュラ玉軸受、以下、単に“軸受°′と
いう）がハウジング４に内蔵された固定支承手段５を介
して回動自在にベースＢに支承され、カップリングＣを
介し駆動モータＭに連結されている。ねじ軸１の他端は
、軸受３を収納した後述の弾性支承手段６を介して回動
自在にベースＢに支承されている。

２個のポールナソ）２Ａ、２Ｂは、被直線移動体である
テーブルＴの下面の端部に、ナットハウジング３０を介
し、軸方向に間隔Ｌ１を隔てて取付けられている。一方
のボールナツト２Ｂは、そのフランジ２ｆとナットハウ
ジング３０とをボルト結合して固着されている。他方の
ボールナツト２Ａの取付けについては後述される。

弾性支承手段６の詳細は、第２図に示される。

ベースＢに固着されたハウジング７に着脱自在に固着さ
れる外スリーブ８と、この外スリーブ８に軸方向摺動自
在に嵌挿された内スリーブ９と、この内スリーブ９の内
周面に嵌着された軸受３と、前記両スリーブ８，９の一
方、内スリーブ９に固着されるとともに、他方の外スリ
ーブ８に遊嵌された廻り止め手段１０と（勿論、外スリ
ーブ８に固着され内スリーブ９に遊嵌されるようにして
もよい）、両スリーブ８，９の対向する端面３ａ。

９Ｂ間に介装された弾性部材としての皿ばね１１とを備
えている。

弾性支承手段６について更に詳細に述べると、外スリー
ブ８は、一端側にフランジ８ｂ、他端側外径に雄ねじ８
Ｃが形成され、ハウジング７に挿通した後、雄ねじ８Ｃ
にロックナツト１２を螺合して締めつけることにより固
定される。

外スリーブのフランジ８ｂの内周には、円筒状の環体１
３が嵌着され、その外周に複数段（図では４段）の前記
皿ばね１１を装着した後、外スリーブ８内に内スリーブ
９が挿入される。内スリーブ９の内面とねじ軸１との間
に取付けた軸受の内輪３ａは、ねじ軸１の端部付近に形
成された雄ねじ１４に螺合したロックナツト１５を締め
つけて固定される。一方、軸受の外輪３ｂは、内スリー
ブ９の端部内周面に形成された雌ねじ１６に別のロック
ナツト１７を螺合し、締めつげて固定される。この締め
つけで、皿ばねＩＩをある程度圧縮して、軸受３を介し
てねじ軸１に適当な予張力を負荷する。

なお、１８，１．９はスペーサ、２０．２１ばダストシ
ールである。

廻り止め手段１０は、この実施例では一端側に雄ねじを
有するピンであり、内スリーブ９のフランジ９ｂの雌ね
じに螺着して立設され、ピン端は外スリーブ８の端面に
形成された軸方向のピン穴２２に遊嵌する。

次に、ボールナソｈ　２　Ａの取付は支持構造につき第
３図、第４図にしたがって詳説する。

ボールナット２Ａ自体は通常のものと略同様でよいが、
ただナツトフランジ２ｆには、通常の取付はボルト孔よ
り大径の複数（例えば６ケ所）の挿通孔３１が、ナノ１
〜ハウジング３ｏの取付けねじ穴３２に対応させて設け
られている。この挿通孔３１にガイドスリーブ３３が緩
く挿通されている。ガイドスリーブ３３の長さはナット
フランジ２ｆの幅Ｗより長くして、ねじ軸１の伸縮しろ
をとっである。

３５は、ナツトフランジ２ｆ側に位置してねじ軸１に挿
通された面板である。この面板３５の中心部には、ナツ
トフランジ２ｆに面した側にばね収納四部３Ｇが形成さ
れ、ここに複数段（図では４段）の皿ばねからなる弾性
部材３７が収納されている。一方、皿ばね３７に対面す
るナットフランジ２１面に、環状のばね座３８が取付け
ねじ３９で固着されている。面板３５には更に、座くり
を有するボルト挿通孔４０がガイドスリーブ３３の挿通
孔３１に対応させて形成されている。

上記面板３５は、ポルト挿通孔４０に挿通した取付はボ
ルト３４を、ガイドスリーブ３３を通してナツトハウジ
ング３０の取付けねじ穴３２にねじこ込んで、ナノ１〜
ハウジング３０の側面に固定されている。この状態で、
皿ばね３７はばね座３８に当接して所定量圧縮され、ボ
ールナット２Ａに軸方向の予圧を負荷する。

次に作用を説明する。

駆動モータＭの運転で、ねじ軸１が回転する。

ボールナツト２Ａ、２Ｂは、内蔵されたボールの転勤を
伴って、ねじ軸１の回転方向に応じ図で左右に移動する
。こうして、テーブルＴが所定位置に位置決めされる。

この動作を高速で繰り返すうちに、ねじ軸１とポールナ
ソ１〜２との間の摩擦熱でねじ軸１が加熱されて伸長す
る。もっとも、常にねじ軸１が伸長するとは限らない。

例えば、ねじ軸１を取付ける機械のベースＢやテーブル
Ｔがアルミニウム等の熱膨張係数の大きな材料からなり
、これに対してねじ軸１が鉄またはステンレス等のより
熱膨張係数の小さい材料からなる場合には、上記温度変
化でベースＢの方がねじ軸より大きく伸びる。すなわち
、ねじ軸１に作用する力関係についてみれば、ねじ軸１
には引っ張り応力が作用することになり、ねじ軸１がベ
ースＢに対して相対的に縮む方向に変位することと同じ
こととなる。

こうしたねじ軸１の相対的な縮み方向の変化に対しては
、弾性支承手段６において、ねじ軸１に固着された軸受
３．内スリーブ９が、皿ばね１１を圧縮しつつ一体的に
変位する。すなわち、従来とは異なり、軸受３の内輪、
外輪の相対位置は不変であり、弾性支承手段６の内スリ
ーブ９と外スリーブ８との間で軸方向のすべりが生じて
、内スリーブ９．軸受３．ねじ軸１が一体的にスライド
する。

他方、ねじ軸１がベースＢより大きく熱膨張して伸びる
場合に対しても、弾性支承手段６が同様に作用するから
、軸の伸縮いずれにも対応できて、軸受３の損傷は生じ
ない。

なお、ねじ軸１の回転時の内スリーブ９の回転は、廻り
止め手段１０で阻止される。

また、弾性支承手段６においては、皿ばね１１の強い弾
性力で、内スリーブ９．軸受３を介してねじ軸１に予張
力が付与されている。これにより、固定支承手段５と弾
性支承手段６とで構成されるねじ軸１の支持方式が、実
質的に固定−固定支持となり、危険速度を低下させるこ
とがなくて高い回転数が保証される。

ねじ軸１の変位に対して、ボールナツト２Ａは次のよう
に作用する。

ボールナソ）２Ａはボールを介してねじ軸１に螺合され
ており、ねじ軸１のラジアル方向の変位は阻止される。

ねじ軸１の伸縮、すなわちアキシアル方向の変位に対し
ては、ボールナツト２Ａが追従する。例えば、ねじ軸１
が伸びると、ボールナツト２のナツトフランジ２ｆがガ
イドスリーブ３３に案内されつつ軸方向に滑動して、皿
ばね３７を圧縮しつつ面板３５の方に応動できる。その
ため、従来のような、ねじ軸１の熱変位による事故は防
止できる。

また、テーブルＴば、従来であれば例えばナツト２Ａの
位置に取付けた１個のナットで支持されており、その場
合のねじ軸１の支持スパンは、第１図にして示される。

これに対して、本実施例にあっては、間隔Ｌ１を隔てた
２個のナツト２Ａ。

２Ｂで支持されるから、ねじ軸１の支持スパンはＬ−Ｌ
Ｉ＝Ｌ２　となり、Ｔ−＋　の分だけ短くなる。

その分、ねじ軸１の固有振動数が高くなり、その結果危
険速度が増加されるから、高速化に対応することができ
る。

第５図、第６図に、ボールナツト２Ａの取付は支持構造
について、他の実施例を示す。

この実施例は、第３図に示すものの皿ばね３７に代え、
仮ばねを利用したものである。

すなわち、面板４１は板厚２１１程度の薄鋼板で形成さ
れ、軸方向剛性を非常に小さくして、弾性変位可能にし
である。この面板４１はナツトハウジング３０の取付け
ねじ穴３２に、スペーサ４２を介して、ボルト孔４３ａ
に挿通した取付はボルト４３で取付げられている。面板
４１の表面側にはｄｌＩねじ４４を有する複数のねじ座
４５が固着されている。

ナットハウジング３０に装着されたボールナツト２Ａは
、上記面板４１のねじ座４５に、取付はボルト３４で固
定されている。

ねじ軸１の伸縮に伴うボールナソ１へ２への軸方向変位
は、上記面板４１の軸方向弾性により許容　２される。

この実施例によれば、部品点数が少なくて済め、且つま
た重量も軽減される利点がある。

なお、」−記の各実施例でば、弾性支承手段６における
内スリーブ９の廻り止め手段１０はピン方式としたもの
を示したが、キ一方式でもよい。

また、外スリーブ８の固定をロックナツト１２の締めつ
けで行うものとしたが、その他例えば、外スリーブのフ
ランジ８ｂに穴を開けて、これにねじを挿通してハウジ
ング７にねじ止めするなど種々の取付は手段が考えられ
る。

また、弾性支承手段６の弾性部材１１及びボールナツト
２Ａの弾性部材３７として、皿ばねの他コイルばね、ウ
レタンゴム等のばね部材が利用できる。

また、ボールナツト２Ａに代えて、プラスチック製のナ
ツトでもよい。

更に、上記実施例はボールねじの場合について述べたが
、ずベリねじの場合にも同様に適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、テーブルに２個
のナットを取付けることで軸の支持スパンを短縮した。

また、軸両端の支承方式を実質的に両端固定方式とした
。そのため、軸の固有振動数を高めることができて、危
険速度の低下という問題を解決することができるという
効果が得られる。

更には、軸の一端側を支承する軸受をスリーブに収納し
て、そのスリーブを軸方向に移動可能に弾性支持するも
のとした。また、ナットの一方を、軸方向に移動可能に
弾性支持するものとした。そのため、軸の伸び方向のみ
ならず、縮み方向をも含む変位に自在に応動できて、軸
の熱変位によるトラブルをも未然に防止できるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体側面図、第２図はその
構成要素である弾性支承手段を拡大して半断面で示す側
面図、第３図は第１図のナソ１−の支持構造部分を拡大
して半断面で示す側面図、第４図はナット外径の要部斜
視図、第５図はナツトの支持構造部分の他の実施例を示
す要部側面図、第６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ線矢視図（
但し取付けねじは図示を省いたもの）である。 １はねじ軸、２Ａ、２Ｂはナツト、３ば軸受、４．７は
（ねじ軸受の）ハウジング、５は固定支承手段、６は弾
性支承手段、８は外スリーブ、９は内スリーブ、１０は
廻り止め手段、１１．３７は弾性部材、３０は（ナツト
の）ハウジング、３５．４１は面板。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ねじ軸に螺合され被直線移動体のハウジングに取
   付けられたナットを備えた送りねじ装置において、前記
   ナットは軸方向に間隔を隔てて２個配設され、その一方
   は前記ハウジングに固定され他方は前記ハウジングに回
   動不能とされ且つ軸方向に滑動自在に嵌合されるととも
   に弾性部材により軸方向に付勢されてなる送りねじ装置
   。
2. （２）ねじ軸をその両端部において回転自在に支承する
   支承手段と、前記ねじ軸に螺合され被直線移動体のハウ
   ジングに取付けられたナットとを備えた軸の支持装置に
   おいて、前記支承手段は前記ねじ軸を軸方向に移動不能
   に支承する一方の固定支承手段と前記ねじ軸を軸方向に
   移動可動に支持し弾性部材により張力を付与する他方の
   弾性支承手段であり、且つ前記ナットは軸方向に間隔を
   隔てて２個配設され、その一方は前記ハウジングに固定
   され他方は前記ハウジングに回動不能とされ且つ軸方向
   に滑動自在に嵌合されるとともに弾性部材により軸方向
   に付勢されてなる送りねじ装置。