JPH0448977B2

JPH0448977B2 -

Info

Publication number: JPH0448977B2
Application number: JP57145770A
Authority: JP
Inventors: Isamu Inoe; Seiji Nishiwaki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-08-23
Filing date: 1982-08-23
Publication date: 1992-08-10
Also published as: JPS5937030A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は精密工作機械等の精密機器における高
精度直進テーブルのネジ送り装置に関するもので
ある。

従来例の構成とその問題点第１図に従来のネジ送り装置の要部の構成を示
す。１は公知の直進空気軸受で、２は矩形断面を
有する案内体で、３は前記案内体２をとり囲むよ
うに構成された可動体である。可動体３と案内体
２の間には図示しない手段により高圧空気が圧送
されており、可動体３は案内体２から非接触で浮
上し矢印Ａ方向にのみ移動自在である。

円弧部５を有する板バネ４は、平面部６にて図
示しないがネジ等で可動体３に固定され、また円
弧部５の先端に形成された平面部７において、ビ
ス８により送りネジ９に螺合するナツト１０に固
定される。即ち、本従来装置においては、板バネ
４を介してナツト１０と可動体３が結合される。

送りネジ９の回転運動は、ナツト１０に伝達さ
れようとするが、ナツト１０は板バネ４の平面部
７により回転が拘束される様に保持されているの
で、結局、送りネジ９の回転運動は、ナツト１０
をＡ方向に駆動する直進運動に変換され、ナツト
１０の結合された可動体３が直進駆動されること
となる。

上記従来装置を精度の観点から見ると、先ず、
送りネジのラジアル振れによる駆動精度の劣化が
大きな課題となる。

即ち、送りネジ９は、細く長いものであるか
ら、これを完全な真直形状に加工することは工作
精度の点で不可能であり、現実には数十μm程度
ではあるが、弓状の反りを有する。即ち、送りネ
ジ９の両端を結ぶ直線を基準直線とすると、送り
ネジの中央部では、基準直線から約数十μmほど
ずれた弓状の形状で加工されている。

この様な反りを有する送りネジ９を、両端を支
持して回転させた場合、送りネジ９の中央部で
は、送りネジ９の軸に垂直な方向すなわちラジア
ル方向には、前記の反りの２倍の量を振幅とする
振れが発生する。

ナツト１０に結合された可動体３を高精度で駆
動するには、このラジアル方向の振れについては
極力、可動体に伝達されないように、またネジ軸
の回転運動については、確実に直進運動に変換し
て可動体に伝達出来るように、ナツト１０と可動
体３とを結合せねばならない。

そこで、板バネ４は、円弧部５を設けることに
より送りネジ９に直交する矢印Ｂ方向の剛性を低
く、送りネジ９のラジアル方向の振れがナツト１
０になるべく伝達されないようにしようとするも
のである。

しかしながら、第１図に示す従来装置では、下
記の問題が発生する。

板バネに円弧部５を設けて矢印Ｂ方向の剛性を
低下させたことにより、矢印Ｃで示す送りネジ９
の回転方向の剛性も低下する。このため、送りネ
ジ９を回転させたとき、ナツト１０が送りネジ９
の回転につれてある程度の角度、回転することが
避けられない。

そのため、このナツトの回転量に対応する分だ
け、送りネジ９の回転運動はナツト１０の直進運
動に変換されず、結局、可動体３を高精度に駆動
することが困難になる。

しかも、送りネジ９の振れが可動体３に与える
影響を小さくするために円弧部５の剛性を小さく
すればするほど、矢印Ｃ方向の剛性も低下して可
動体を高精度に駆動することが一層困難になると
いう基本的な欠点を有する。

さらには板バネ４は正確に成形し難く第２図と
第３図に示すような形状誤差が生じやすい。形状
誤差が大きくなると可動体３とナツト１０の間に
無理な力が働き、かえつて可動体３の直進精度を
劣化させることもある。

これらの問題点を解決するために、振れの小さ
い送りネジを製作して使用する、あるいは送りネ
ジの径を小さくしてネジの曲げ剛性を下げ、送り
ネジに振れがあつても可動体の運動にならわせ
る、あるいは空気軸受の剛性を上る、あるいはナ
ツトと可動体を弾性体で結合する等の方法も考え
られるが、いずれの方法も一長一短があり完全な
ものではない。

以上の従来装置の課題に鑑み、送りネジにラジ
アル振れがあつてもそのラジアル振れが可動体に
伝達されて可動体の直進精度を劣化させることが
なく、しかもナツトの軸方向運動を忠実に伝達し
得るネジ送り装置を、本願発明者等は特願昭57−
72150号において提案した。

この先行技術である特願昭57−72150号に記載
の一実施例を、第４，５，６図に基づき説明す
る。なお、上記従来例と同一機能を有する構成要
素等については、同符号を付す。

第４図において、１４，１５はそれぞれ玉軸受
１６，１７を内蔵するブラケツトで、前記案内体
２に固定されている。９は送りネジで前記玉軸受
１６，１７により支持されている。１０は送りネ
ジ９に螺合するナツトである。図示しないが送り
ネジ９の軸端１８はモータ等に結合されて回転駆
動される。

第５図は、第４図のナツト１０と可動体３とを
結合する軸受け部の詳細図である。

可動体３には、円筒孔２３を有する部材２２が
ボルト２４により固定されている。そしてナツト
１０には、前記円筒孔２３に遊嵌される丸軸２１
が植立されている。

そして、ナツト１０に植立された丸軸２１と円
筒孔２３との間隙部には、単列に配置した複数の
鋼球２５がマイナスすきまで嵌合されて、ナツト
１０と可動体３との結合が行なわれている。な
お、２６は、丸軸２１、円筒孔２３及び鋼球２５
に遊嵌する、鋼球の保持器である。

送りネジ９の回転運動に伴い、ナツト１０もＣ
方向に回転しようとするが、このナツトの回転は
上記の軸受け部において阻止される。その結果、
送りネジ９の回転運動は、ナツト１０の直進運動
に変換され、ナツト１０に結合された可動体３が
直進駆動される。

この様に構成された上記先行技術においては、
上記の通りナツト１０と部材２２とがマイナスす
きまの状態で鋼球２５により結合されているの
で、両者の結合にはガタがない。

従つて、送りネジ９の回転運動は、確実にナツ
トの直進運動に変換される。また、このナツトの
直進運動も、ガタのない上記軸受け部を介して可
動体３に伝達されるので、この直進運動にもガタ
が発生する事がない。

そして、かかる構成によれば、特許57−72150
号にも詳記されているが、以下の通り、送りネジ
９のラジアル振れは可動体に伝達されると言う従
来技術の課題を解決することができる。

即ち、上記構成の軸受け部では、鋼球２５は単
列に配置されているため、軸２１は、孔２３の中
心軸に対して数度の範囲内で容易に傾くことがで
きる。更に、鋼球２５は軸２１と孔２３との間隙
内を容易に転動可能であるから、丸軸２１は、そ
の軸方向にも容易に移動可能である。

従つて、上記軸受け部により可動体３に結合さ
れ、また送りネジ９に螺合した状態のナツト１０
は、送りネジ９に垂直な平面内において、孔２３
に対して数度傾くことも、また丸軸２１の軸方向
に移動することも容易である。即ち、基本的に２
次元の動きを滑らかに行なうことができる。

従つて、送りネジ９のラジアル方向すなわち送
りネジ９に垂直な平面内での振れは、このナツト
１０に許容された２次元の動きにより吸収されて
可動体３に伝達されることがないのである。

以上の様に、上記先行技術においては、送りネ
ジのラジアル方向の振れは可動体に殆ど伝達され
ることがなく、しかもガタのない結合が実現され
ており、高精度の駆動、位置決めを実現できるも
のである。

しかしながら、上記先行技術においては、以下
の課題があつた。

上記先行技術においては、可動体３とナツト１
０とは、送りネジ９の片側の１箇所において結合
されている。従つて、第７図に示すように可動体
３を駆動するための負荷Ｆによつて、送りネジ９
に曲げモーメントＦ・ｒが生じ、送りネジ９は線
Ｄで示すように曲り（逆に負荷F′が生じると線
D′のように曲り）送り方向の位置決め精度が劣
化する。

また可動体３を高加速度で加減速した場合可動
体に慣性力が同様に発生し、ネジ曲りによる剛性
劣化のために振動が発生し、またその振動減衰時
間が長くなる等の不都合が生じる。

また負荷が大きい場合はナツトに大きなモーメ
ント荷重がかかりナツトの寿命にも影響を及ぼ
す。

発明の目的本発明は、上記従来装置における、送りネジの
ラジアル振れが可動体に伝達されて可動体の直進
精度が劣化する、あるいは送りネジの回転運動が
確実にナツトの並進運動に変換されないといつた
課題、及び上記先行技術における、送りネジの曲
げモーメントの発生による剛性の低下、位置決め
精度の劣化、等の課題を解決したネジ送り装置を
提供することを目的とする。

発明の構成本発明は、直進方向にのみ可動体の移動を許す
案内手段と、回転駆動される送りネジと、前記送
りネジに螺合するナツトとを具備し、前記ナツト
と前記可動体とが、第１の軸受け部と、第２の軸
受け部を介して結合された構成のネジ送り装置で
あつて、前記第１の軸受け部においては、前記ナツト全体が、前記送りネジの軸に直交す
る平面内においては、前記可動体に対して振子運
動と、その振子運動におけるナツトの傾斜方向の
移動のみが可能であるように結合し、前記第２の軸受け部においては、前記ナツトを、前記送りネジのネジ軸方向への
移動は拘束し前記送りネジの軸に直交する平面内
での移動は許容するように、前記可動体に結合
し、かつ前記第１、第２の軸受け部により、ネジ
軸方向の推力を、前記推力が前記送りネジのネジ
軸に及ぼすモーメントが相殺される様に受けるこ
とを特徴とするネジ送り装置である。

実施例の説明本発明の第１の実施例を、従来例と同様に可動
体の案内に空気軸受を用いたものについて、第８
〜１１図を用いて説明する。また従来例と同一の
機能を有する構成要素については同符号を付して
いる。

本実施例では、丸軸２１、部材２２、鋼球２５
を有する、上記先行技術と同様の第１の軸受け部
と共に、角軸３０、角孔３６、転動体である鋼球
３７を有する第２の軸受け部が形成され、この第
１、第２の軸受け部を介してナツト１０と可動体
３とが結合されている。

第１の軸受け部は、上記先行技術におけると同
様であるので、第２の軸受け部について説明す
る。

第８図ａは、第２の軸受け部の分解詳細図であ
る。また、第８図ｂは、第８図ａに示す実施例装
置を、丸軸２１の中心軸を含み、送りネジ９に垂
直な平面で切断した断面図である。

第８図ａにおいて、３０はナツト１０に前記丸
軸２１と反対側に植立された角軸である。３１は
コ字形の凹分３２を有する部材で、可動体３にボ
ルト３３により固定される。凹部３２の開口辺部
に部材３４をボルト３５で固定し、角軸３０が遊
嵌される角孔３６を形成する。

第８図ｂに示す様に、角孔３６には角軸３０が
遊嵌状態で挿入される。そして、第８図ａ，ｂに
示すように、角軸３０と角孔３６との間隙部に、
鋼球３７を、角軸３０を送りネジ９の軸方向だけ
から挟み込む様にマイナスすきまで嵌合させて、
角軸３０と部材３１との結合を行なつている。角
軸３０の他の２面については、鋼球は配設されて
おらず、又この２面については、第８図ｂにも示
すように、角孔３６との間に間隙が残されたまま
である。なお、複数の鋼球３７は、保持器３８に
遊嵌状態で保持されている。

上記の通りに構成された本実施例の第２の軸受
け部における角軸３０の動きについて説明する。

まず、送りネジ９の軸方向への移動は、マイナ
スすきまで配設された鋼球３７によりガタなく拘
束されている。

一方、送りネジ９に直交する平面内の移動につ
いてみれば何らの拘束も行なわれておらず、しか
も鋼球３７の転動によりガタのない移動が容易に
行える。

さて、以上のように構成された本実施例装置に
おける、送りネジ９のラジアル方向の振れの吸収
について、第８図ｂを参照しながら詳細に説明す
る。

今、送りネジ９が、その回転によりラジアル方
向たとえばＲ方向に振れようとしているとき、こ
のＲ方向の振れを吸収し、それが可動体３に伝達
されることがないようにするためには、振れＲの
Ｘ，Ｙ方向の成分RX，RYを吸収する必要があ
る。なお、Ｘ，Ｙ軸は、ネジ軸に直交する平面内
で直交する座標軸としている。

丸軸２１、単列の鋼球２５、部材２２を有する
第１の軸受け部においては、上記先行技術におけ
る軸受け構成と同様の構成であるから、丸軸２１
がガタなくあらゆる方向に数度、傾くことも、ま
た傾いた状態でその軸方向に移動することも拘束
されずに許容されている。

そして、第２の軸受け部においても、上記の通
り、ネジ軸に直交する平面内での移動は拘束され
ずに許容されている。

その結果、本実施例においては、一体的に構成
されたナツト１０は、Ｘ−Ｙ平面内において、単
列の鋼球２５の保持部の中心Ｏを回転中心とし
て、数度の角度範囲内で振子運動即ち矢印Ｃ方向
の円弧状の往復運動と、その振子運動におけるナ
ツトの傾斜方向即ち矢印Ａ方向（丸軸２１の軸方
向）の直進運動とが独立に可能となる。従つて、
ナツト１０は、基本的に２次元の動きが可能であ
る。

従つて、ネジ軸のラジアル方向即ちＸ−Ｙ平面
内の振れは、ナツト１０に許容された上記の移動
により吸収されて、可動体３に伝達されることが
ない。

しかも、ナツト１０の回転は、第１の軸受け部
においてガタなく阻止されるので、送りネジの回
転運動は確実にナツトの直進運動に変換されると
共に、このナットの直進運動は、第１及び第２の
軸受け部を介してガタなく可動体３に伝達され
る。

なお、本実施例では、第１の軸受け部における
丸軸２１の傾き角度は数度の範囲内に限定される
が、吸収すべきネジ軸のラジアル方向の振れ量と
しては、高々、数百μmを見込んでおけば十分で
あるから、この傾き角度の制限は現実には全く問
題とはならない。

次に、本実施例装置では、ナツト１０が受ける
Ａ方向の推力は、第１の軸受け部と第２の軸受け
部で受けることとなるが、第１の軸受け部と第２
の軸受け部は送りネジ９の両側に形成されている
ので、この第１の軸受け部と第２の軸受け部で
は、送りネジ９に及ぼすモーメントが相殺される
ように推力を受けている。

従つて、従来のように送りネジ９に曲げモーメ
ントを生じない。したがつてネジ軸は曲ることは
ないので送り方向の剛性が劣化することはない。
またナツト１０にもモーメント荷重が作用しない
のでナツトの寿命に影響を与えることはない。

なお丸軸２１及び孔２３は円形である必要はな
く、第１１図に示すようにそれぞれ角軸４０、角
孔４１とし、ナツト１０の推力を受ける鋼球４２
と回転力を受ける単列の鋼球４３を図のように配
設してもよい。

また鋼球４２，４３のかわりに角軸４０の軸方
向に転動可能なコロを用いてもよい。すなわち軸
４０の軸方向に転動可能な転動体であればよい。

また鋼球２５，４２，４３あるいはそれに代わ
る転動体の数及び鋼球３７の数は実施例に示す数
に限るものではなく負荷あるいは慣性力の大きさ
に応じて決定すればよい。また軸２１，３０を部
材２２，３１側に孔２３，３６をナツト１０側に
設けてもよい。

以上の実施例は、丸軸２１、転動体である鋼球
２５、部材２２を備えた第１の軸受け部と、角軸
３０、部材３１、転動体である鋼球３７を備えた
第２の軸受け部を、ネジ軸の中心をはさんで配設
し、第１の軸受け部でナツトの回転力と推力を受
け、第２の軸受け部でナツトの推力のみを受ける
構成としたものである。

次に、本願発明の第２の実施例について説明す
る。

第２の実施例を、第１２〜１４図に示す。上記
第１の実施例では、第１の軸受け部において、ナ
ツトの回転力と推力を受け、第２の軸受け部では
ナツトの推力を受けていた。

これに対して、本実施例では、第１の軸受け部
においては、ナツト５０の回転力のみを受け、第
２の軸受け部においては推力のみを受ける構成と
したものである。

以下、詳細に説明する。

本実施例における第１の軸受け部について説明
すると、まず円筒状のナツト５０には、ボルト５
８により送りネジ９に直交する方向すなわちラジ
アル方向に突出する角軸５７が固定されている。

また、ボルト６０により可動体３に固定された
部材５４には、この角軸５７が遊嵌する角孔５９
が形成されている。

そして、角軸５７と角孔５９との間には、第１
２図〜第１４図に示すように、ナツト５０の回転
方向の力のみを受ける位置に単列の鋼球６１がマ
イナスすきまで配設されて、角軸５７と部材５４
とが結合されている。なお、６２は前記実施例と
同様の鋼球６１の保持器である。

次に、第２の軸受け部は、送りネジ９の軸方向
を向くナツト１０の両端面と、部材５４にボルト
５５で固定され、ナツトの前記両端面に間隙を隔
てて対向する面を有するエンドプレート５２と、
鋼球５１を有しており、前記間隙に複数の鋼球５
１をマイナス隙間で嵌合することにより、ナツト
１０とエンドプレート５２を結合した構成であ
る。また、鋼球５１は、第１３図に示すように、
送りネジ９の周囲にほぼ対称に配設されている。

本実施例では、ナツト５０と可動体３は、第１
の軸受け部と第２の軸受け部を介して結合された
ことになる。

本実施例では、前記実施例と同様に、第１の軸
受け部は、角軸５７がネジ軸９に直交する平面内
において数度の範囲で傾くことを許容する構成で
あることは明かである。

また、第２の軸受け部も、前記実施例と同様
に、ナツト１０が送りネジ９に直交する平面内で
は移動を許容し、ネジ軸方向への移動をガタなく
拘束する構成であることも明かである。

従つて、本実施例においても、第１および第２
の軸受け部により、ナツト５０は送りネジ９に直
交する平面内において可動であるように可動体３
の結合されているから、送りネジ９のラジアル振
れは、第１及び第２の軸受け部において吸収され
て可動体３に伝達されることがない。

そして、第１の軸受け部では、ナツト５０のＣ
方向の回転力をガタなく受けることとなり、送り
ネジ９の回転運動を正確にナツト１０の直進運動
に変換できる。

また、第１４図に示すように、鋼球はナツト５
０の回転方向においてのみ配設されており、ネジ
軸の方向には配設されていないので、第１の軸受
け部においては、ナツト５０のＡ方向の推力は受
けない。

つまり、ナツト５０のＡ方向の推力は、第２の
軸受け部において、マイナスすきまで嵌合された
鋼球５１を介して可動体３にガタなく伝達され
る。

また、本実施例においても、ナツト５０のＡ方
向推力は、第２の軸受け部において、ネジ軸に及
ぼすモーメントが相殺される様に受けられてい
る。

即ち、推力は、各鋼球５１を通じて可動体に伝
達されるが、第２の軸受け部では、各鋼球５１
を、第１３図に示すようにネジ軸の周囲にほぼ対
称に配設して、推力がネジ軸に及ぼすモーメント
が相殺されるように、推力を受けている。

従つて、本実施例においても、ネジ軸に曲げモ
ーメントが生じることがない。また前記実施例よ
りも多数の鋼球を配設できるので負荷能力の点で
有利である。

発明の効果以上のように本発明によれば、送りネジのラジ
アル振れはほとんど可動体に伝達されることがな
いので何ら可動体の本来の直進精度を損なうこと
なく、しかも送りネジに曲げモーメントを生じる
ことがないのでネジの曲がりによる送り方向の鋼
性損失のないきわめて高精度のネジ送り装置を実
現できる。

したがつて空気軸受のような剛性の低い案内を
用いても何ら本来有する高精度の直進精度を損な
うことはなく、しかも大きな送り方向の負荷が生
じる場合においても送り方向の位置決め精度が劣
化することがない。また可動体を高加速度で加減
速する場合においても剛性劣化による振動、振動
の減衰不良等がないので高速位置決めに何ら支障
をきたすことはない。また、組立て時における部
品取付け位置の多少の誤差を吸収し得る構成であ
り、組立てが容易である。

さらにナツトにモーメント荷重が作用しないの
でナツトの寿命に悪影響を与えることはない等の
多大の効果を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は１部分解して示す従来例のネジ送り装
置の概略斜視図、第２図は第１図に使用する板バ
ネの形状誤差を説明するための側面図、第３図は
同正面図、第４図は本発明の前段階として考案さ
れたネジ送り装置を示す概略斜視図、第５図は第
４図の要部詳細縦断面図、第６図は第５図のＧ−
G′断面図、第７図は第４図の構造体の動作を概
念的に示す図、第８図ａ，ｂはそれぞれ本発明の
一実施例のネジ送り装置の要部を一部分解して示
す斜視図と断面図、第９図は同要部詳細縦断面
図、第１０図は第９図のＨ−H′断面図、第１１
図は第９図の一部のその他の実施例を断面で示す
図、第１２図は本発明の他の実施例の要部詳細縦
断面図、第１３図は第１２図のJKLM断面図、第
１４図は第１３図のＮ−N′断面図である。１……直進空気軸受、２……案内体、３……可
動体、１６，１７……玉軸受、９……送りネジ、
１０，５０……ナツト、２１……丸軸、２３……
丸孔、２５，３７，４２，４３，５１，６１……
鋼球、２６，３８，５６，６２……保持器、３
０，４０，５７……角軸、３６，４１，５９……
角孔、５１……エンドプレート。

Claims

【特許請求の範囲】１直進方向にのみ可動体の移動を許す案内手段
と、回転駆動される送りネジと、前記送りネジに
螺合するナツトとを具備し、前記ナツトと前記可
動体とが、第１の軸受け部と、第２の軸受け部を
介して結合された構成のネジ送り装置であつて、
前記第１の軸受け部においては、前記ナツト全体が、前記送りネジの軸に直交す
る平面内においては、前記可動体に対して振子運
動と、その振子運動におけるナツトの傾斜方向の
移動のみが可能であるように結合し、前記第２の軸受け部においては、前記ナツトを、前記送りネジのネジ軸方向への
移動は拘束し前記送りネジの軸に直交する平面内
での移動は許容するように、前記可動体に結合
し、かつ前記第１、第２の軸受け部により、ネジ
軸方向の推力を、前記推力が前記送りネジのネジ
軸に及ぼすモーメントが相殺される様に受けるこ
とを特徴とするネジ送り装置。２前記第１の軸受け部は、軸受け部を構成する、前記送りネジのラジアル
方向に軸方向を有する第１の軸と前記第１の軸が
挿入される第１の孔部とが、前記ナツトと前記可
動体に分けて形成され、前記第１の軸と前記第１
の孔部とは、前記第１の軸の側面に配置された単
列の転動体によりマイナスすきまの状態で結合さ
れて構成され、前記第２の軸受け部は、軸受け部を構成する、前記送りネジのラジアル
方向に軸方向を有する第２の軸と前記第２の軸が
挿入される第２の孔部とが、前記ナツトと前記可
動体に分けて形成され、前記第２の軸と前記第２
の孔部とは、両者の間隙部において、前記送りネ
ジのネジ軸方向のみの相対的移動を拘束する位置
にマイナスすきまの状態で配設された転動体によ
り結合されて構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
ネジ送り装置。３前記第１の軸受け部は、軸受け部を構成する第１の孔部と第１の軸と
が、前記ナツトと前記可動体に分けて形成され、
前記第１の軸と前記第１の軸が挿入される前記第
１の孔部とは、両者の間隙部において前記ナツト
の回転を阻止する位置にマイナスすきまの状態で
配設された単列の転動体により結合されて構成さ
れ、前記第２の軸受け部は、前記ナツトの、前記送りネジのネジ軸方向を向
く２つの端面と、前記可動体に結合され前記ナツ
トの２つの端面に対して間隙を有して対向する面
を有する部材とが、前記間隙においてマイナスす
きまの状態で配設された転動体により結合されて
構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載のネジ送り装置。