JPH0470505B2 - - Google Patents

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JPH0470505B2
JPH0470505B2 JP59119786A JP11978684A JPH0470505B2 JP H0470505 B2 JPH0470505 B2 JP H0470505B2 JP 59119786 A JP59119786 A JP 59119786A JP 11978684 A JP11978684 A JP 11978684A JP H0470505 B2 JPH0470505 B2 JP H0470505B2
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ball screw
nut
drive source
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    • Y10T74/19893—Sectional
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

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に鋼球を介してボールナ
ツトを螺合してそれらボールねじ軸とボールナツ
トとを相対的に回転移動あるいは軸方向移動させ
てボールナツトに連結したワークテーブル等の移
動テーブルを微動送り、速送りするボールねじを
用いた移送装置に関する。
（従来の技術） 従来、固定のベツドに回転方向に可動で且つ軸
方向に固定させて支持したボールねじ軸にステツ
ピングモータを連結し、そのボールねじ軸に鋼球
を介して螺合したボールナツトに移動テーブルを
連結し、ステツピングモータの駆動によりボール
ねじ軸を回転させてボールナツトを該ボールねじ
軸の軸方向に移動させてボールナツトに連結され
た移動テーブルを固定のベツドに対して移動させ
るようにした移送装置が知られている。然しなが
らこのようなものでは、ステツピングモータの１
ステツプの回転（例えば、800分割のステツプモ
ータの場合には、回転角360／800＝0.45゜の回転）
によりボールねじ軸が一定角度回転されると、ボ
ールナツトはそれらボールねじ軸およびボールナ
ツトに形成されたねじのリードに応じて一定距離
だけボールねじ軸に対してその軸方向に移動す
る。この場合、ねじのリード角を変えるか、ある
いはステツピングモータとボールねじ軸との間に
変速ギアを介在させてその変速装置によつてモー
タの所定の回転角度によるボールナツトの軸方向
移動距離を変化させ、これによつて移動テーブル
を微小送りしたり、速送りするようにすることが
考えられるが、微小送りのためにねじのリードを
小さくすると速送りができなくなるとともに精密
なねじ切り加工が困難になり、一方、ねじのリー
ドを大きくすると微小送りが難かしくなり、また
変速ギアを用いた場合には、装置全体が大型化す
るばかりでなく変速ギア自体の不可避的な製作誤
差等により正確な微小送りが非常に難かしく、更
にステツプ数の多い（即ち１ステツプ当りの回転
角が小さい）ステツピングモータを用いて微小な
送りを得ようとする場合には、ステツプ数の多い
ステツピングモータ自体が極めて高価なものとな
り装置全体の製造費が高騰する。
また、ボールねじ軸とモータとは互に噛合する
一対の歯車を有するギアを介して連結されている
ので、それら歯車間のバツクラツシユによりモー
タの回転駆動力をボールねじ軸に正確に伝えるこ
とが難しく、またボールねじ軸自体も比較的大き
な慣性を有するので、ボールねじ軸に螺合された
ボールナツトに連結された移動テーブルを正確に
位置決めすることができないばかりでなく、モー
タの回転方向変換時のボールねじ軸の応答性が悪
いという欠点があつた。更に、移動テーブルの送
り速度を大きくするために、ボールねじ軸を高速
で回転させる場合には、ボールねじ軸の回転速度
が増大して一定値（所謂危険速度）以上になる
と、ボールねじ軸が共振を生起してしまうため、
前記危険速度により決められる許容回転速度以下
でボールねじ軸を回転させなければならないこと
から、移動テーブルの速送りに制約があつた。
（発明が解決しようとする問題点） そこで本発明は、変速ギアを必要とせず、２個
の駆動源を用いて、一方の駆動源によりボールね
じ軸を回転駆動するとともに、他方の駆動源によ
りボールねじ軸に螺合したボールナツトを該ボー
ルねじ軸に対して回転させて、それらの駆動源に
よるボールナツトの移動量を加え合わせて、ある
いはそれらの差によつてボールナツトをボールね
じ軸に対して極めて正確に微小送り、あるいは速
送りして高精度の位置決めを行なうことができ、
更に、他方の駆動源の回転駆動力をボールナツト
に正確に伝達しうるようにして、ボールナツトに
連結された移動テーブルの位置決め精度を著しく
向上することができるとともに、駆動源の回転方
向変換時のボールナツト延いては移動テーブルの
応答性を改善しうる、安価なボールねじを用いた
移送装置を提供することを目的とするものであ
る。
本発明の他の目的は、移動テーブルの送り速度
を何ら制約なく任意に増大しうるようにした、ボ
ールねじを用いた移送装置を提供することであ
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、本発明では、ボール
ねじ軸に第一駆動源を作動連結し、且つ移動テー
ブルに連結されるとともにボールねじ軸に螺合さ
れたボールナツトに、該移動テーブルに取付けた
駆動源を中空の伝動軸を介して直結状態にて作動
連結し、さらに直線摺動用ベアリングを軌道台が
嵌り込む断面コ字形状とし、この直線摺動用ベア
リングの内周と軌道台との間に、軌道台を左右か
ら挟むように左右２条ずつのボールを介在させて
摺動自在に組み付けて構成し、またボールナツト
および第二駆動源を一対の軌道台の間でかつ移動
テーブルの下面中央に配置し、さらにボールナツ
トを第１ナツト素体と第２ナツト素体とから構成
し、この第１および第２ナツト素体間に両ナツト
素体を離間させる方向に付勢してボールねじ軸と
ボールナツト間の鋼球に予圧を付与する間座を介
在させるように構成した。
（実施例） 以下、図面に基づき本発明に係わるボールねじ
を用いた移送装置の一実施例について説明する。
先ず、第１図乃至第３図に示されるように固定
ベツド１の両側のフランジ１ａ，１ａの上面には
一対の軌道台２，２が互に平行に配設され、これ
ら軌道台２，２の上には４個の直線摺動用ベアリ
ング３，３，３，３を介して移動テーブル４が該
軌道台２，２に沿つて軸方向に摺動しうるように
設けられている。
第１図及び第２図から明らかなように、ベツド
１の一端（第２図及び第３図左端）に固着された
端板５にはベアリングケース７が固着され、この
ベアリングケース７には軌道台２，２と平行なボ
ールねじ軸８の一端が複列アンギユラ玉軸受より
なる軸受９を介して回転自在に支持されている。
該軸受９より突出するボールねじ軸８の端部は、
ベツド１の端板５に固着されたブラケツト１３に
取付けられた第一駆動源としてのステツピングモ
ータ１４の回転軸１４ａに継手１５を介して連結
されている。
ボールねじ軸８の外周面には、その一端のジヤ
ーナル部を除いて略全長に亘つて螺旋状のボール
ねじ（例えば右ねじ）８ａが該設され、またこの
ボールねじ軸８には後述するボールナツト２０が
嵌合され、このボールナツト２０は、移動テーブ
ル４の下面にボルト等の固着具２１，２１…によ
り固着されたハウジング２２に、複列アンギユラ
玉軸受よりなる軸受２５を介して軸方向に固定且
つ回転方向に可動に支承されており、従つてボー
ルねじ軸８の回転によりボールナツト２０はボー
ルねじ軸８に対して軸方向に移動するようになつ
ている。
ボールナツト２０の構成について第４図を参照
して説明すると、ボールねじ軸８の外周に嵌合さ
れる円筒状のボールナツト２０は、一端に環状の
フランジ２８ｂを備えた円筒状の第１ナツト素体
２８と、円筒状の第２ナツト素体２９と、それら
第１、第２ナツト素体２８，２９間に介入された
環状の間座３０とからなり、第１、第２ナツト素
体２８，２９の内周面にはボールねじ軸８外周の
螺旋状のねじ溝８ａに対応してそれと同一リード
の螺旋状のねじ溝２８ａ，２９ａが螺旋状にそれ
ぞれ形成され、それらねじ溝２８ａ，２９ａとボ
ールねじ軸８外周のねじ溝８ａとの間には多数の
鋼球３１，３１…が配設され、ボールねじ軸８の
回転に伴い鋼球３１，３１…がボールねじ軸８と
第１、第２ナツト素体２８，２９の互に対応する
ねじ溝８ａ，２８ａ，２９ａ内を転動して、第
１、第２ナツト素体２８，２９よりなるボールナ
ツト２０をボールねじ軸８に対してその軸方向に
移動させる。また、第１、第２ナツト素体２８，
２９はそれらの間に挿入された間座３０により互
に離隔する方向へ付勢されており、鋼球３１，３
１…とねじ溝８ａ，２８ａ，２９ａ間にはバツク
ラツシユ（軸方向間隙）がなく、ボールねじ軸８
の回転によりボールナツト２０が軸方向へ移動す
る際の応答性が良くなつている。
またボールナツト２０は中空の伝動軸３５を介
して第二駆動源としてのステツピングモータ３６
に連結されている。即ち、ステツピングモータ３
６はブラケツト３７を介して移動テーブル４に取
付けられ、そのステツピングモータ３６の回転軸
３６ａは中空の伝動軸３５の一端に固着され、該
伝動軸３５の他端に一体に形成された環状のソケ
ツト３５ａにはボールナツト２０の一端が嵌合さ
れ、それらソケツト３５ａ及びボールナツト２０
はノツクピン３８，３８…及びキー３９によつて
一体に回転するように結合されている。伝動軸３
５はボールねじ軸８と同心状に配設され、該伝動
軸３５の中空内部３５ｂにはボールねじ軸８の一
端が回転自在に且つ軸方向に摺動自在に嵌合され
ている。これらのボールナツト２０とステツピン
グモータ３６は、移動テーブル４の下面中央に配
置されている。これによつて、移動テーブル４の
重心位置は低くなり安定性が向上する。そして、
この移動テーブル４の下面に重量物であるボール
ナツト２０とステツピングモータ３６が配置され
るので、移動テーブル４の重心はほぼボールナツ
ト２０の中心位置付近となり、移動テーブル４は
その重心位置付近にてボールねじ軸８によつて推
されることになる。
尚、図中、４０，４１は一対のアンギユラ玉軸
受９，９間に介装された間座、４２はアンギユラ
玉軸受９，９の一方と伝動軸３５のソケツト３５
ａ間に介装されたスペーサーである。
第５図及び第６図に示すように、移動テーブル
４は４個の直線摺動用ベアリング３，３，３，３
を介して軌道台２，２上に摺動自在に支持されて
いる。さらに詳述すると、各ベアリング３の内面
には軸方向に延びる負荷ボール溝５０と無負荷ボ
ール溝５１が円周方向に交互に形成され、互に隣
接する負荷ボール溝５０と無負荷ボール溝５１は
それらの両端において連続的に接続されてそれぞ
れ無端状のループを形成するようになつており、
また各軌道台２にも、各ベアリング３の負荷ボー
ル溝５０に対応してボール転走面５２がそれぞれ
形成され、それら負荷ボール溝５０とボール転走
面５２間及び無負荷ボール溝５１内には多数のボ
ール５３，５３…が配設される。このようにベア
リング３と軌道台２との間には軌道台２を左右か
ら挟むように左右２条づつの負荷状態のボール５
３が介在されている。各ベアリング３と各軌道台
２間には保持器５４によりボール５３，５３…が
保持されている。従つて、ベアリング３，３，
３，３が軌道台２，２上を軸方向に移動すると、
ボール５３，５３…は負荷ボール溝５０とボール
転走面５２間を転動して無負荷ボール溝５１内に
入つてそこを軸方向に移動して再び負荷ボール溝
５０とボール転走面５２間に戻るようになつてお
り、このようにして移動テーブル４の軌道台２，
２に対する円滑な移動を保証することができる。
（作用） 次に、この実施例の作用について説明すると、
先ずボールねじ軸８に連結されたステツピングモ
ータ１４として例えば800分割、即ち１ステツプ
当りの回転角度が360／800＝0.45゜であるステツ
ピングモータを、またボールナツト２０に連結さ
れたステツピングモータ３５として1000分割のス
テツピングモータをそれぞれ使用し、またボール
ねじ軸８のボール溝８ａは右ねじでそのリードは
４mmであるものとする。
今、ステツピングモータ１４を停止させた状態
でステツピングモータ３５を１ステツプ右回りに
回転すると、伝動軸３５を介してボールナツト２
０が同一方向に360／1000＝0.36゜の角度だけ回転
されてボールねじ軸８に対して軸方向に４×
（0.36／360）＝0.004mmだけ左方に移動され、従つ
てハウジング２２を介して移動テーブル４が軌道
台２，２上を同方向（左方）に同距離移動され、
またステツピングモータ３５を１ステツプ左回り
に回転すると、ボールナツト２０はボールねじ軸
８に対して軸方向に0.004mmだけ右方に移動され、
移動テーブル４も軌道台２，２上を同方向（右
方）に同距離移動される。
他方、ステツピングモータ３５の右回転時にス
テツピングモータ１４をステツピングモータ３５
と反対方向（左回り）に回転駆動すると該ステツ
ピングモータ１４により継手１５を介してボール
ねじ軸８が360／800＝0.45゜の角度だけ左方向に
回転されて、そのボールねじ軸８に螺合されたボ
ールナツト２０が該ボールねじ軸８の軸方向に４
×（0.45／360）＝0.005mmだけ左方に移動される。
従つて、ボールナツト２０はボールねじ軸８の軸
方向に、ステツピングモータ１４による移動距離
0.005mmとステツピングモータ３５による移動距
離0.004mmとの和0.009mmだけ左方に移動され、即
ち速送りされる。
さらに、ステツピングモータ３５の右回転時に
ステツピングモータ１４を該モータ３５の回転方
向と同一方向（右回り）に１ステツプ回転させる
と、ボールねじ軸８の右方向回転によりボールナ
ツト２０は右方向に0.005mmの距離だけ移動され、
従つてボールナツト２０はボールねじ軸８の軸方
向に、ステツピングモータ１４による移動距離
0.005mmとステツピングモータ３５による移動距
離0.004mmとの差0.001mmだけ右方に移動され、即
ち微動送りされる。
尚、以上の説明では、駆動源１４，３６として
ステツピングモータを用いたが、サーボモータ等
の他の駆動源を使用してもよい。
（発明の効果） 本発明は以上の構成及び作用を有するもので、
２個の駆動源を適当に制御することにより、ボー
ルねじ軸を段階的に微小角度回転させて、それら
駆動源によるボールナツトの移動量を加え合わせ
て、あるいはそれらの差によつてボールナツトを
ボールねじ軸に対して極めて正確に微小送り、あ
るいは速送りして高精度の位置決めを行なうこと
ができる。
また、ボールねじ軸と駆動源との間に変速ギア
を使用する必要がないので、変速装置を用いた場
合に較べて変速用ギアやクラツチ等の遊びや製作
誤差による作動遅れがなく応答性が非常に良いと
ともに、装置全体をコンパクトにまとめることが
でき、またボールナツトを微小送りするためにリ
ードを小さくしたり、あるいは１ステツプの回転
当りの回転角が小さく高価なステツピングモータ
を使用する必要もないので製造費が安価になる。
更に、ボールねじ軸に螺合したボールナツトと
第二駆動源とを中空の伝動軸を介して連結し、し
かも一対のナツト素体間に介在される間座によつ
て鋼球に予圧を付与してスラスト方向のバツクラ
ツシユを完全に解消することによつて該第二駆動
源の回転駆動力をボールナツトに正確に伝達する
ことができ、始動，停止時の作動応答性向上を図
ることができる。また従来のようにボールねじ軸
のみを回転させるものに較べて、ボールねじ軸を
比較的低速で回転させる一方、該ボールねじ軸よ
りも遥かに小型、軽量で慣性が小さいボールナツ
トを比較的高速で回転させることにより、該ボー
ルナツトに連結された移動テーブルの位置決め精
度を著しく向上させることができるとともに第二
駆動源の回転方向変換時のボールナツト延いては
移動テーブルの応答性を改善しうるものである。
また、ボールねじ軸の回転速度を比較的小さくし
てボールナツトを高速で回転させることによつて
移動テーブルの送り速度を制約なく任意に増大さ
せることができる。さらに、第二駆動源とボール
ナツトとの間に伝動用ギア等を介在させないの
で、装置の小型、軽量化を図ることができる。ま
た、断面コ字形の直線摺動用ベアリングを用い、
軌道台を挟むように左右２条ずつの負荷ボールを
介在させているので、移動テーブルに加わるモー
メント荷重に対する負荷性能を高めることができ
る。
さらに、第二駆動源を一対の軌道台の間でかつ
移動テーブルの中央下部に配置したので、移動テ
ーブルの重心位置が低くなり、モーメント荷重に
対する安定性をより向上させることができる。
さらにまた、ねじ軸によつて移動テーブルの重
心付近を推すようにしたので、走行時、特に始
動，停止時のピツチングを防止することができ、
より一層始動．停止時の応答性を向上させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明に係わる移送装置の一実施例を示
すもので、第１図はその一部を破断して要部を表
わした平面図、第２図はその要部を縦断した側面
図、第３図は第１図−線断面図、第４図はボ
ールナツトの拡大縦断側面図、第５図は移動テー
ブルの一部破断側面図、第６図はベアリングユニ
ツトの半截断面正面図である。 １…ベツド、４…移動テーブル、８…ボールね
じ軸、１４…第一駆動源としてのステツピングモ
ータ、２０…ボールナツト、３５…伝動軸、３６
…第二駆動源としてのステツピングモータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 固定のベツド上の両側縁に一対の軌道台を互
    いに平行に配設し、該軌道台上に摺動自在に装着
    される直線摺動用ベアリングを介して軸方向へ移
    動可能に支持される移動テーブルと、 一端を前記固定ベツドに回転方向に可動でかつ
    軸方向に固定させて軸支されるボールねじ軸と、 そのボールねじ軸に鋼球を介して螺合されると
    ともに回転方向に可動および軸方向に固定の状態
    で前記移動テーブルに支持されたボールナツト
    と、 前記固定ベツドに装着されて前記ボールねじ軸
    を回転駆動する第一駆動源と、 前記移動テーブルに装着され、中空の伝動軸を
    介して前記ボールナツトに直結状態にて作動連結
    される第二駆動源とから構成され、 前記伝動軸の中空内部に、前記ボールねじ軸の
    他端を回転自在にかつ軸方向に移動可能に同心状
    に嵌挿し、 前記直線摺動用ベアリングは軌道台が嵌り込む
    断面コ字形状で、この直線摺動用ベアリングの内
    周と軌道台との間に、軌道台を左右から挟むよう
    に左右２条ずつのボールを介在させて摺動自在に
    組み付けて構成され、 前記ボールナツトおよび第二駆動源を一対の軌
    道台の間で、かつ移動テーブルの中央下部に配置
    し、 さらにナツトを第１ナツト素体と第２ナツト素
    体とから構成し、この第１および第２ナツト素体
    間に両ナツト素体を離間させる方向に付勢してボ
    ールねじ軸とボールナツト間の鋼球に予圧を付与
    する間座を介在せしめてなることを特徴とするボ
    ールねじを用いた移送装置。
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