JPH0255647B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、使用条件によつて予圧量を無断階に
変え得るようにした直線運動案内機構の予圧調整
装置に関する。

（従来の技術） この種直線運動案内機構は、軌道台にボールを
介してスライダを移動自在に嵌合保持せしめて構
成され、工作機械のワークテーブルの摺動部等に
応用される。

ところで、工作機械のワークテーブル等の摺動
部に設けられる直線運動案内機構に軌道台の軸方
向ガタや軌道台と直交する横方向のガタがある
と、高精度な機械加工が望めない。そこで、斯か
る直線運動案内機構の軸方向及び又は横方向のガ
タを無くして高精度な機械加工を実現すべく当該
直線運動案内機構に予圧を付与することが行なわ
れる。而して、この予圧付与の方法としては軌道
台とスライダとの間に大きめのサイズのボールを
挿入するのが一般的である。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の上記した予圧の付与方法
（定圧予圧）によれば、切削加工時等の荷重の変
化、及び切削加工時と切削加工終了後のテーブル
移動時の変化に応じて予圧量を任意に変えること
ができないため、一方では予圧量の不足によつ
て、切削加工時にワークテーブルに切削反力や工
具側の振動等が作用して切削面のビビリ現象等を
生じ高精度な機械加工を行なえないといつた問題
が生じる。他方、過大な予圧量を付与すると、切
削加工終了後のテーブル移動時に、摺動抵抗が異
常に増加することによつてワークテーブルの早送
りや軽快な送りを行なえないばかりか、発熱や寿
命低下の問題を生じていた。

そこで本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、使用条件によつて
予圧を任意に調整できるようになし、これによつ
て一方では加工精度の向上を図るとともに、他方
では軽快な早送りを行なえる直線運動案内機構の
予圧調整装置を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る直線
運動案内機構の予圧調整装置にあつては、軌道台
にスライダを直線移動可能に嵌合し、上記軌道台
とスライダとの対向面間に鋼球を介装して成る直
線運動案内機構において、前記スライダの一方側
スカート部の内面に圧電アクチユエータを介して
ベアリングレースを取付け、当該ベアリングレー
スとスカート部との間に存する圧電アクチユエー
タの伸縮によつてベアリングレースを軌道台に向
つて進退させて鋼球の予圧を調整するようにした
ことを特徴とする。

（作用） 而して、圧電アクチユエータに一方向の電界を
印加すれば圧電気逆効果によつて圧電アクチユエ
ータが伸長するので、軌道台とスライダ間に介装
された鋼球に所定の予圧を付与することができ
る。この場合、圧電アクチユエータの電極に印加
される電圧と圧電素子の変位置とは比例関係にあ
るので、必要に応じて印加電圧の大きさを制御す
ることにより予圧量を無段階に調整することがで
きる。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて
説明する。

本発明に係る直線運動案内機構を工作機械の一
方向テーブルに応用した状態を示す第５図におい
て、１はハウジング本体２の側壁２ａ，２ｂ間に
水平に架設されたねじ軸にあつて、該ねじ軸１は
ボールベアリング３，３にて側壁２ａ，２ｂに回
転自在に支承されている。そして、このねじ軸１
の一方側端部にはギヤ４が結着されており、該ギ
ヤ４はモータ５の出力軸端に結着されたギヤ６に
噛合している。

ところで、前記ねじ軸１に第４図に示す如く一
条の連続した螺旋溝７が形成されており、該ねじ
軸１には螺旋溝７に係合する複数のボール８…を
介して２つのナツト９，１０が所定の間隔を設け
て移動自在に螺合している。そして両ダブルナツ
ト９，１０間には単一または二割りの環状圧電素
子１１が介設されている。この圧電素子には電圧
を印加すると素子が伸縮するという特性があるた
め、本発明においては当該圧電素子の特性を利用
した圧電アクチユエータ（変位素子）として構成
している。なお、圧電アクチユエータはねじ軸１
に平行状に配置される複数の棒状圧電素子によつ
て形成してもよいが、棒状のものに比べて環状の
アクチユエータの方が伸長幅が均一になるので予
圧調整量の誤差が少ない。以上のねじ軸１、、ブ
ルナツト９，１０及び圧電アクチユエータ１１に
よりボールねじ機構Ａが形成されるようになつて
いる。

また、第５図に示すごとく、両ナツト９，１０
はワークテーブル１６に垂設したブラケツト１５
に保持されており、このワークテーブル１６は後
述の直線運動案内機構Ｃを介して紙面垂直方向に
互いに平行に敷設された前後一対の軌道台１８，
１８に沿つて軸方向へ移動自在に支持され、該ワ
ークテーブル１６上にはワークＷがセツトされて
いる。尚、第５図中、１９は不図示の駆動源によ
つて回転駆動されてワークＷの上面を機械加工す
るフライス等の工具である。

前記スライドガラス機構Ｃは、第１図乃至第３
図（一方の軌道台のみ図示）に示すように、鋼球
としてのボール２０を介して軌道台１８にスライ
ダ２１を直線移動可能に嵌合した構成となつてい
る。軌道台１８は断面略矩形状を呈し、その左右
両側面上端部には側方に断面山形に突出する突堤
２２，２３が設けられた、各突堤２２，２３の上
下斜面にボール転走溝２５，２６，２７，２８が
形成されている。

一方、断面コ字形のブロツク体よりなるスライ
ダ２１は下面に軌道台１８が嵌込まれる凹所２９
を備えており、該凹所２９を挟む左右スカート部
３０，３１の一方側のスカート部３０側面には、
軌道台１８の一側面に設けたボール転走溝２５，
２６に対応させて二条のボール転走面３５，３６
が形成されている。また、他方のスカート部３１
の内側面には取付溝３３がスライダの全長にわた
つて長手方向に形成されており、また当該取付溝
３３には軌道台１８の他側面に設けたボール転走
溝２７，２８に対応するボール転走溝３７，３８
を設けたベアリングレース３２が取付けられてい
る。

このベアリングレース３２は略断面コ字形で、
前記取付溝３３内に水平方向に移動可能に保持さ
れている。取付溝３３の上端部はスライダ天井面
にも延びており、天井面に形成された取付溝３３
の段差３３ａによつてベアリングレース３２の移
動量を規制するものである。

一方、取付溝３３の中央奥端３３ｂには圧電ア
クチユエータ取付用の凹部４１がスライダの全長
にわたつて長手方向へ形成されていて、この凹部
４１に圧電アクチユエータ４０が凹部全長にわた
り装着されている。而して圧電アクチユエータ４
０に印加する電圧を制御することにより、圧電ア
クチユエータ４０を水平方向に伸縮させてベアリ
ングレース３２の水平位置を変化させて各ボール
２０に付与する予圧を調整するようになつてる。
すなわち、ベアリングレース３２の背面が取付溝
３３の奥端３３ｂに当接した位置で予圧は最小と
なり、ベアリングレース３２の上端部の先端がス
ライダ天井面に刻設された段差３３ａに当接した
位置で予圧が最大となる。またスライダ２１のス
カート部３１には上記スカート部３１外側面から
上記圧電アクチユエータ取付用の凹部４１まで貫
通する貫通孔４２が穿設されていて、この貫通孔
４２に圧電アクチユエータ４０通電用のリード線
４２ａが通される。

尚、上記ボール２０，…は各ボール転走面２
５，３５，２６，３６，２７，３７，２８，３８
間に挟持され、スライダ２１の左右スカート部３
０，３１の中実部に穿設したボール逃げ孔４５，
４６，４７，４８、およびスライダ２１の前後両
端面に取付けられた側蓋４３，４４に設けられた
ボール方向転換溝４９，４９，４９，４９を介し
て整列循環するようになつている。

ところで、第５図に示す実施例においては前記
ボールねじ機構Ａによりワークテーブル１６を軌
道台１８，１８にそつてＸ−Ｘ方向に移送せしめ
るものであるが、第６図に示す他の実施例におい
ては、ワークテーブル１６をＸ−Ｘ方向のみなら
ずこれと直交するＹ−Ｙ方向にも移送せしめる別
のボールねじ機構Ｂが設けられている。

第６図に示す実施例について更に詳述するに、
第５図に示す実施例と同一の構成要素については
同一の符号を付して説明すると、第６図の実施例
については、ワークテーブル１６を軌道台１８，
１８に沿つてＸ−Ｘ方向へ移送させる第一のボー
ルねじ機構Ａ（第５図のボールネジ機構Ａと全く
同一のもの）の直下位置に、該第一ボールねじ機
構Ａと直交するように第二のボールねじ機構Ｂが
設けられており、軌道台１８′，１８′に沿つてワ
ークテーブル１６をＸ−Ｘ方向と直交するＹ−Ｙ
方向に移送せしめるようになつている。而して、
この第二のボールねじ機構Ｂも第一ボールねじ機
構Ａと同じくねじ軸、ダブルナツト及び圧電アク
チユエータから構成されており、第一ボールねじ
機構Ａを保持するハウジング本体２を軌道台１
８′，１８′沿いてＹ−Ｙ方向へ移動させることに
より、テーブルをＹ−Ｙ方向へ移送させるもので
ある。要するに、第６図に示すねじ軸１′と不図
示のダブルナツト及び圧電アクチユエータが該ボ
ールねじ機構Ｂを構成し、このボールねじ機構Ｂ
はワークテーブルを軌道台１８′，１８′に沿つて
Ｙ−Ｙ方向へ移送せしめる。尚、上記ねじ軸１′
端部は不図示のギヤを介してモータ５′に連結さ
れている。

次に、ボールねじ機構Ａ，Ｂ及び直線運動案内
機構Ｃの作用を説明する。

例えば、モータ５と駆動すれば、このモータ５
の回転力はギヤ６，４を経てねじ軸１に伝達さ
れ、該ねじ軸１が定位置で回転駆動される。そし
て、このねじ軸１の回転によつてこれに螺合する
ナツト９，１０がねじ軸１に沿つて直線移動し、
この移動によつてワークテーブル１６が軌道台１
８，１８に沿つてＸ−Ｘ方向へ移送される。同様
の操作によつてワークテーブル１６をＹ−Ｙ方向
へ移送することもできる。

而して、例えばボールねじ機構Ａを構成するナ
ツト９，１０間に介設される圧電アクチユエータ
１１に必要に応じて電界を加えれば、この圧電ア
クチユエータ１１は圧電気逆効果によつてねじ軸
方向へ伸長し、両ナツト９，１０を互いに離間す
る方向へ付勢し、当該ボールねじ機構Ａの予圧を
任意に変える。そして、該ボールねじ機構Ａの予
圧を高めれば、ナツト９，１０のねじ軸１に沿う
動き（ガタ）が無くなり、従つてワークテーブル
１６のＸ−Ｘ方向に沿う軸方向ガタの解消と剛性
の向上を図ることができる。同様にしてボールね
じ機構Ｂの予圧を必要に応じて高めれば、ワーク
テーブル１６のＹ−Ｙ方向に沿う軸方向ガタも無
くなるばかりか剛性を高められる。

ところで、本発明に係る直線運動案内機構Ｃに
設けられる圧電アクチユエータ４０にも必要に応
じて電界を加えれば各ボール２０，…の予圧が任
意に調整される。すなわち、該圧電アクチユエー
タ４０を水平方向へ伸長させればベアリングレー
ス３２正面が軌道台１８側に向けて押圧される。
これによつてベアリングレース３２のボール転走
溝３７，３８と軌道台１８のボール転走溝２７，
２８間に挟持されるボール２０，２０が水平方向
から圧縮されると共に、このボール２０，２０か
らスライダ２１に作用する反力によつて他方のス
カート部３０も軌道台１８側に押圧され、ボール
転走面２５，３５，２６，３６間に介在されるボ
ール２０，２０も圧縮されて、ワークテーブルに
関する軌道台１８の軸方向及びこれと直交する横
方向のガタを解消し得るばかりか剛性を高めるこ
とができる。

次に以下の場合の予圧調整について説明する。

(A) 一方向テーブルに適用される場合（第５図参
照） 例えば、第５図に示す矢印ａ方向（Ｘ−Ｘ方
向）にワークテーブル１６を移送させながら定位
置の工具１９でワークＷを切削加工する場合、ボ
ールねじ機構Ａ及び直線案内機構Ｃの予圧を圧電
アクチユエータの作動によつて高めていくと、ワ
ークテーブル１６はＸ−Ｘ方向へ固定されるの
で、軸方向ガタを解消し得るのと同時に剛性を確
保し得、これによりワークＷの切削面のビビリ現
象が解消されてワークＷは高精度に機械加工され
得る。なお、切削加工時の荷重が変化すれば、こ
れに応じて予圧量を適宜調整することもできる。
そして、機械加工の終了後に圧電アクチユエータ
に対する電圧の印加量を減少させることによつて
予圧量を解消または低減すれば、ワークテーブル
１６は摺動抵抗のない状態で軽快に早送りでき、
当該ボールねじ機構Ａ及び直線運動案内機構Ｃの
発熱、寿命低下等の問題を生じることがない。

(B) Ｘ−Ｙテーブルに適用される場合（第６図参
照） 例えば、第６図に示す矢印ｂ方向（Ｘ−Ｘ方
向）にテーブル１６を移送させながら定位置の工
具１９でワークＷを切削加工する場合を例にとつ
て説明すると、Ｘ−Ｘ方向へのワークテーブル１
６の固定または解放は、第５図のときと同じくボ
ールねじ機構Ａ及び直線運動案内機構Ｃに対する
予圧の付与または解放によつて行なわれる。とこ
ろで、Ｘ−Ｘ方向へワークテーブル１６を移送さ
せながらワークＷの切削加工を行なう際に、当該
ワークテーブル１６に対してはＸ−Ｘ方向のみな
らずＹ−Ｙ方向にも切削反力や工具側の振動等が
作用していることから、Ｙ−Ｙ方向のガタの解消
及び剛性がないと、ワークテーブル１６がＹ−Ｙ
方向へ動いたりして加工精度が出ない。従つて、
第６図に示されるようなＸ−Ｙテーブルに応用さ
れる場合には、切削加工の際にＸ−Ｘ方向のみな
らずＹ−Ｙ方向にも二重に固定しておく必要があ
り、このためボールねじ機構Ｂ及び直線運動案内
機構Ｃの予圧を調整することによつてＹ−Ｙ方向
のガタの解消と剛性を確保しておくのである。

尚、ワークテーブル１６をＸ−Ｘ方向からＹ−
Ｙ方向へ方向転換して切削加工する場合や加工終
了後にテーブル移動させる場合には、必要に応じ
てボールねじ機構Ｂ及び直線運動案内機構Ｃの予
圧量を調整すればよい。

（発明の効果） 本発明は以上の構成および作用から成るもの
で、鋼球を介して軌道台に直線移動可能に保持さ
れるスライダにベアリングレースを移動自在に設
け、該ベアリングレースを圧電アクチユエータに
よつて軌道台に向けて進退させることにより直線
運動案内機構の予圧を調整するようにしたので、
使用条件に応じて予圧を任意に変えることがで
き、これにより軸方向及びこれと直交する水平方
向のガタの解消と必要な剛性を確保し得るので、
加工精度を向上させることができるばかりか寿命
の低下、発熱等の問題を解消することができると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る予圧調整装置を備えた直
線運動案内機構の縦断面図、第２図は第１図の
−線に沿う断面図、第３図は第１図の案内機構
の外観斜視図、第４図はボールねじ機構の断面
図、第５図は同直線運動案内機構を採用して成る
工作機械の一方向ワークテーブルの破断側面図、
第６図は同直線運動案内工作機械のＸ−Ｙワーク
テーブルの平面図である。 符号の説明、Ｃ…直線運動案内機構、１６…ワ
ークテーブル、１８…軌道台、２０…ボール（鋼
球）、２１…スライダ、３２…ベアリングレース、
４０…圧電アクチユエータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 軌道台にスライダを直線移動可能に嵌合し、
   上記軌道台とスライダとの対向面間に鋼球を介装
   して成る直線運動案内機構において、前記スライ
   ダの一方側スカート部の内面には圧電アクチユエ
   ータを介してベアリングレースを取付け、当該ベ
   アリングレースとスカート部との間に存する圧電
   アクチユエータの伸縮によつてベアリングレース
   を軌道台に向つて進退させて鋼球の予圧を調整す
   るようにしたことを特徴とする直線運動案内機構
   の予圧調整装置。