JPH06297287A - 工作機械の送りねじ機構の弾性調心装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工作機械の送りねじ機構にモータ出力軸と送
りねじ軸とを一体化した軸体を設けたとき、この軸体を
各所で支持する複数の支持部の軸心を相互に自動的に同
心状態に調心する調心装置を得ること。 【構成】 工作機械の送りねじ機構の少なくともサーボ
モータ２２をばね座３２を介して取付け領域１２等に取
着し、ばね座３２の座面３４が軸体１０の軸心と異なる
方向へ弾性変位することにより、モータ出力軸２０と送
りねじ軸１８とを一体化した軸体１０を支持する支持手
段２６、２８やナット１６の軸心を同心に自動的に調心
する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の送りねじ機
構に設けられる弾性調心装置に関し、特に、送りねじ機
構の駆動源サーボモータの出力軸を支持する支持部と同
出力軸に一体に直結された送りねじ軸を支持する支持部
とを同心状態に弾性的に調心、設定することが可能な工
作機械の送りねじ機構の弾性調心装置に関し、殊にナノ
メータ（１０億分の１メートル )の単位で加工精度が競
われる精密工作機械の送りねじ機構に適用して有効な弾
性調心装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の送りねじ機構は、駆動源モー
タ、即ち、サーボモータの出力軸と送りねじ軸とが結合
され、送りねじ軸の回動に応じて同ねじ軸に係合したナ
ット部材を直線軸に沿って移動させ、以て同ナットと一
体の機械要素、例えば、テーブル等を直線軸に沿って送
り動作させる構成を有している。このとき、送りねじ軸
の軸心と駆動源モータの出力軸の軸心とを誤差なく同心
状態に結合することは不可能である。更に、工作機械の
運転中の温度変化による影響で両軸に伸縮現象が発生す
ることに起因した軸心のずれ、両軸の機械的な撓み現象
に起因した軸心のずれ、ねじ係合部の摩耗に起因した軸
心のずれ等が発生する。このために、一般的には駆動源
モータの出力軸と送りねじ軸は分離、別体化し、たわみ
軸継手、オルダム継手等のフレキシブルカップリング手
段を介在させて両軸を結合して当該フレキシブルカップ
リング手段内部で軸心ずれを吸収する方法がとられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、この種の
フレキシブルカップリング手段が介在した場合には、同
継手々段にバックラッシュが有ること、また、駆動源サ
ーボモータから送りねじ機構の送り検出機構のフィード
バックラインを経由したサーボ系に継手手段による弾性
体が介在することによってサーボ剛性の低下が発生する
こと、送りねじ軸と継手手段を介在して結合されたモー
タ出力軸の固有振動数が同継手々段の介在に起因して低
下し、送りねじ機構の振動原因になること等が、送りね
じ機構の精度に影響し、結果的には送り制御性の低下を
来して工作機械の加工精度を低下させると言う問題があ
る。

【０００４】依って、斯かる問題を解消するには、工作
機械の送りねじ機構と駆動源サーボモータの出力軸とを
一体に結合して軸継手手段の介在を排除をすることが望
ましい。特に、既述の近年、開発された精密工作機械に
おいては、サーボモータの出力軸と送りねじ機構の送り
ねじ軸とを一体化して軸継手手段の介在を排し、送りね
じ機構のサーボ系のサーボ剛性を高剛性化し、送り制御
性を高レベルに維持することが要請される。

【０００５】他方、このようなモータ出力軸と送りねじ
軸との一体化を図った場合には、長尺の一体化された軸
体を軸方向の各所で支持する支持部間の同心性を確保す
ることが必須とされる。

【０００６】依って、本発明の目的は、工作機械の送り
ねじ機構における駆動源サーボモータの出力軸と送りね
じ軸とを結合、一体化した場合に、該一体化された軸体
を軸方向の複数箇所で支持する複数の支持部を相互に同
心状態に調心することが可能な調心装置を提供すること
にある。本発明の他の目的は、比較的簡単な構造を有し
た工作機械の送りねじ機構の調心装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の発明の
目的に鑑みて、工作機械の送りねじ機構の駆動源サーボ
と送りねじ軸とを一体化した一本の軸体で形成した場合
に、駆動源サーボモータの出力軸部分と送りねじ軸部分
とを夫々、支持する複数支持部の相互間における同心状
態を得るように、少なくとも駆動源サーボモータを固定
するモータ取付け部と同サーボモータとの間にばね座手
段を介在させ、該ばね座手段により同心ずれを吸収する
ことができるように構成したものである。

【０００８】すなわち、本発明によれば、サーボモータ
の出力軸と一体に結合された送りねじ軸を有する工作機
械の送りねじ機構に設けられる弾性調心装置において、
前記サーボモータおよび送りねじ軸における少なくとも
該サーボモータとモータ取付け部との間に取付け座面を
有したばね座を設け、前記ばね座は、一体結合された前
記モータ出力軸と送りねじ軸の軸心方向には前記取付け
座面が弾性ずれ変位をしない機械的剛性を有すると共に
該軸心方向と異なる方向には前記座面が弾性変位可能な
弾性変形部を備え、以てモータ出力軸の支持部と送りね
じ軸の支持部とを調心するようにした工作機械の送りね
じ機構の弾性調心装置が提供される。

【０００９】

【作用】上述した構成によれば、サーボモータの出力軸
部分と送りねじ軸部分とを支持する夫々の支持部同志の
間に生じた同心ずれは、該サーボモータをばね座の座面
に取着したとき、同ばね座の弾性変形部において吸収さ
れるので、一体化された軸体を各所で支持する支持部の
同心性が確保できる。 以下、本発明を添付図面に示す
実施例に基づいて更に詳細に説明する。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例を示す工作機械の
送りねじ機構の一部断面図を含んだ側面図、図２は、本
発明の他の実施例を示す工作機械の送りねじ機構の一部
断面図を含んだ側面図、図３は、本発明に係るばね座の
一実施例の斜視図、図４は、図３に示したばね座の座面
が弾性変位した状態を図示した斜視図、図５は、本発明
に係るばね座の他の実施例の斜視図、図６は、図５に示
したばね座の座面が弾性変形した状態を図示した斜視図
である。

【００１１】図１に示す実施例を参照すると、工作機械
の送りねじ機構に本発明に係る弾性調心装置を備えた構
成が示されており、本実施例は、特に、精密工作機械の
送りねじ機構に弾性調心装置を適用した構成が示されて
いる。

【００１２】この送りねじ機構は、精密工作機械のベッ
ド１２上に、スライド１４と後述する送りねじ軸部１８
に螺合したナット、特に圧力空気層を介在して螺合した
空気ナット１６とにより構成した移動体３０を、送りね
じ軸部１８の軸心方向に摺動変位させ、また位置決めす
る送り機構として構成され、以て同移動体３０に直結し
たワークテーブル（図示なし）等を工作機械の主軸部に
対して所定の位置へ移動させ、かつ位置決め可能にして
いる。

【００１３】上記ねじ軸部１８は、一端側が駆動源のサ
ーボモータ２２における回転ロータ２４が有する出力軸
部２０と継手手段を介することなく、一体結合または一
体加工された一本の軸体１０として形成されている。こ
のとき、サーボモータ２２の出力軸部２０は、回転軸
受、特に、精密工作機械の場合には、圧力空気層を内外
輪間に介在させて内部摩擦を充分に低減させた空気軸受
２６、２６により回動自在に支持され、他方、送りねじ
軸部１８は、ねじ部分の両側を夫々、前記空気軸受２６
と同様の空気軸受２８、２８によって回動自在に支持さ
れている。

【００１４】ここで、サーボモータ２２は、ベッド１２
のモータ取付け面１２ａに搭載されており、他方、送り
ねじ軸部１８の空気軸受２８、２８から成る支持手段
は、ベッド１２の取付け面１２ｂに搭載されている。こ
のような取付け面１２ａ、１２ｂは一般には同一の平坦
面に形成し得ない場合が多く、特に、一体化された軸体
１０を水平状態に配設して移動体３０を水平な軸心方向
に移動可能に設けるためには、図示のごとく、ベッド１
２の取付け面１２ａ、１２ｂとは相互に段差を有した２
つの異なる面である場合が多い。

【００１５】上述のような一体軸体１０を形成する送り
ねじ軸部１８とモータ出力軸部２０とを軸心が水平とな
るように夫々ベッド１２の取付け面１２ａ、１２ｂに取
着する際には、必然的に、サーボモータ２２の出力軸部
２０を支持する２つの空気軸受２６と送りねじ軸部１８
を支持する２つの空気軸受２８の４つの支持体は相互に
軸体１０の軸心に関して同心状態に設定されなければな
らない。

【００１６】本発明によると、ここでサーボモータ２２
と、同モータ２２を取付けるベッド１２の取付け面１２
ａとの間に弾性変位性能を有したばね座３２を介在、配
置して上述した４つの空気軸受２６、２６、２８、２８
の各軸心を同心状態に調心するように構成したものであ
る。

【００１７】ここで、図３、図４を参照すると、ばね座
３２は上面側に座面３４を有し、また底面側にベッド１
２の取付け面１２ａに固定される固定面３６を有し、こ
れらの座面３４と固定面３６との間に２つの平面状の平
行スリット３８ａ、３８ｂを配して略Ｓ字型の弾性変形
部４０を具備した構造を有している。このＳ字型構造を
有することにより、同ばね座３２の弾性変形部４０は、
ベッド１２（図１）の取付け面１２ａへ取付ける場合
に、一体化された軸体１０の軸心方向には弾性変形性能
を呈することはないが、同軸心方向と異なる方向へは座
面３４が弾性的に変位し得る構造である点を特徴として
いる。つまり、座面３４は、図４に明示するように、上
下に平行変位が可能であり、また、必要に応じて傾斜変
位することも可能である。このために、図１に示すごと
く、ばね座３２の座面３４にサーボモータ２２が搭載、
取着され、同サーボモータ２２を下方から支持したと
き、出力軸部２０を支持する空気軸受２６、２６側と、
送りねじ軸部１８を支持する空気軸受２８、２８との間
に排除困難な僅かな心ずれが製造上で不可避であって
も、同心ずれをばね座３２の弾性変形部４０が弾性的に
吸収して一体化された軸体１０の軸心に対して自動的に
同心状態に調心し、心ずれを略完全に解消することがで
きるのである。

【００１８】ここで、ばね座３２は、一般的には弾性金
属材料、例えば、ステンレス鋼によって作製され、か
つ、同ばね座３２の幅Ｗ、座面３４や固定面３６を有し
た板部の厚み、平面状のスリット３８ａ、３８ｂ間の板
部の厚み等の幾何学的寸法を調節することにより弾性係
数を調節し、最適な弾性変形部４０を構成することがで
きる。

【００１９】図２に示す他の実施例を参照すると、精密
工作機械の送りねじ機構に本発明に係る他の実施例に係
る弾性調心装置を備えた構成が示されている。本実施例
においては、送りねじ機構の駆動源を構成するサーボモ
ータ２２は、前述したばね座３２と実質的に同じばね座
３２の座面に取着され、同ばね座３２は工作機械の１つ
の軸方向、例えばＸ軸方向に摺動する一方のスライド６
２に固定されている。

【００２０】他方、サーボモータ２２の駆動軸部２０
は、回転ロータ２４に結合され、空気軸受２６、２６に
より回動自在に支持されている。そして、この駆動軸部
２０の先端は送りねじ軸部１８の一端と一体に結合さ
れ、一本の軸体１０を形成している。軸体１０の送りね
じ軸部１８には圧力空気層を介在した空気ナット１６が
螺合され、送りねじ軸部１８の回動に従って軸体１０の
軸心方向と一致した直線方向に前進または後退する構成
になっている。ここで、ナット１６は、その下端が移動
体３０ａと一体に固定されており、この移動体３０ａが
別のばね座３２の座面に固定、取着され、同ばね座３２
を介して、上述のスライド６２の摺動方向（例えば、Ｘ
軸方向）と直交する他の軸方向、本例では、軸体１０の
軸心方向と一致したＹ軸方向に摺動可能に設けられた別
のスライド６４上に搭載、取着されている。即ち、ナッ
ト１６の前進、後退に従ってばね座３２、移動体６４も
一体となってＹ軸方向に摺動する構成を有している。

【００２１】本実施例では、送りねじ機構の軸体１０の
送りねじ軸部１８は、前述した図１の実施例と異なり、
軸受手段で支持される構成はなく、ナット１６を移動体
３０ａ、ばね座３２を介してスライド６４上に支持され
た構成を有している。このように、一本の軸体１０のモ
ータ出力軸部２０が１対の空気軸受２６、２６およびば
ね座３２を介してスライド６２上に支持され、送りねじ
軸部１８が、上述のようにナット１６、移動体３０ａ、
ばね座３２を介して他のスライド６４上に支持されてい
る構造において、空気軸受２６、２６および空気ナット
１６の夫々の軸心を同心状態に調心、設定するために、
２つのばね座３２が介挿されている。つまり、軸体１０
の軸心に対する空気軸受２６、２６、空気ナット１６の
軸心は、夫々ばね座３２の介在により、ずれ分が両ばね
座３２により弾性的に吸収され、同心状態に自動的に調
心される。従って、空気軸受２６、２６、空気ナット１
６が一体化された軸体１０の軸心と一致した同心状態に
設定されることから、サーボモータ２２には軸心ずれに
起因した負荷が掛けられることはなく、故に、サーボモ
ータ２２の出力に応じて出力軸部２０、送りねじ軸部１
８が一体化された軸体１０は円滑に回動する。この結
果、空気ナット１６も直線方向に円滑に移動することが
可能となる。

【００２２】ここで、ばね座３２の具体的な構造は、図
３、図４に図示されているが、ばね座の他の実施例が図
５、図６に図示されている。図５、図６に示す実施例の
ばね座３２ａは、左右に一対の同一平面の取付け座面３
４ａ、３４ｂが設けられ、各取付け座面３４ａおよび３
４ｂは、間隙５２を介して上下に対向した１対の足板３
５、３５によって形成されている。また、左右の取付け
座面３４ａ、３４ｂを形成する足板３５の間にはＴ字型
の弾性変形部４０ａが取付け座面３４ａ、３４ｂの座面
位置より低位の位置に設けられ、同弾性変形部４０ａ
は、内部に板状スリット３８ｃを有し、Ｔ字型の両突出
部４２ａ、４２ａは、左右の取付け座面３４ａ、３４ｂ
に結合されている。なお、弾性変形部４０ａの下底面側
も取付け座面３４ａ、３４ｂの下底面３６ａ、３６ｂよ
り僅かに浮き上がった位置に設けられている。

【００２３】このような構造を有したばね座３２ａは、
前述したばね座３２と異なり、図６に示すように、弾性
変形部４０ａがＷ字型に弾性変形することに応じて、左
右の取付け座面３４ａ、３４ｂの各一対の足板３５、３
５が上下に、また傾斜状に弾性変位し得るような構造を
有している。勿論、このばね座３２ａも図６に矢印Ｐで
示す軸線方向には機械的に高剛性を有し、従って、ばね
座として図１、図２に示すようなねじ送り機構の調心装
置として挿着、使用される場合には、軸体１０の軸心方
向には高剛性を発揮するように挿着されることは言うま
でもない。

【００２４】また、本実施例に係るばね座３２ａもステ
ンレス鋼材等の弾性材料により作製され、また、弾性変
形部４０ａの幅寸法や厚さ寸法、板状スリット３８ｃの
厚さ等をパラメータとして適正弾性を有するように作製
される。

【００２５】本発明を種々の実施例に基づいて説明した
が、本発明は、平板状の機器取付け座面３４、３４ａ、
３４ｂを有し、これらの取付け座面が弾性的に変位する
ことにより、モータ出力軸と送りねじ軸とを一体化させ
た軸体を各所で支持する支持部を同心状態に自動的にか
つ、簡単に調心することが可能な調心装置を形成するこ
とができ、従って、工作機械、特に、精密工作機械の製
造、組立段階のみならず、工作機械の運転時にも機械の
使用現場における温度変化の影響を吸収することがで
き、また、長期間に渡る工作機械の使用に従って摩耗現
象が生じた場合にも、摩耗による軸心ずれを吸収するこ
とができるのである。勿論、本発明は実施例に示す精密
工作機械とは異なる一般の工作機械にも適用することが
可能であることは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上から、本発明に依れば、工作機械、
特に、ナノメータ単位の加工精度が要求される精密工作
機械の送りねじ機構におけるサーボモータの出力軸と送
りねじ軸とを一体化した一本の軸体を各所で軸受等の支
持手段に支持する場合に、それら複数の支持部の各軸心
を自動的にかつ容易に同心状態に調心することができる
のである。

【００２７】また、本発明によれば、ばね座によって構
成される調心装置は、工作機械の運転中の温度変化が送
りねじ機構のねじ軸および同ねじ軸と直結されたサーボ
モータの出力軸ならびにこれら両軸を支持する支持部に
影響して変形や変位を生ぜしめる場合にも、それらの変
形、変位を吸収して、当初に設定した同心性を維持する
機能を発揮するので、常に工作機械の加工精度を高精度
に維持することができる。

【００２８】更に、また、上記ばね座は、工作機械の送
り軸機構において長期間の運転によって生ずる摩耗等の
誤差影響も常時、吸収して摩耗の影響が送りねじ機構に
及ぶのを防止するので、工作機械の長い使用期間に亘っ
て送りねじ機構の精度を高精度に維持することに寄与す
ることもできる。更に、本発明の調心装置を備えること
により、モータ出力軸と送りねじ軸とを一体に結合した
長尺の軸体を各所で支持する複数の支持手段間の同心性
を常に高レベルの同心状態に維持することができるか
ら、従来のようにフレキシブルカップリング等の軸継手
々段を排除することが可能となる。故に、サーボモータ
と送りねじ機構との間にバックラッシュ要因が無く、高
精度の回転伝達系を形成して延いては、高精度の機械加
工を可能にする。また、同様に、サーボモータを駆動源
とした送りねじ機構のサーボ系の高サーボ剛性が確保で
き、従って、ねじ送り機構の高い送り精度が確保され、
加工精度の向上に寄与することができる。しかも、両軸
間に弾性体の介在がないため、モータ出力軸の固有振動
数が、高振動数領域に設定でき、故に、加工精度の低下
原因となる振動問題が発生する危惧が解消されると言う
効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す工作機械の送りねじ機
構の一部断面図を含んだ側面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す工作機械の送りねじ
機構の一部断面図を含んだ側面図である。

【図３】本発明に係るばね座の一実施例の斜視図であ
る。

【図４】図４は、図３に示したばね座の座面が弾性変位
した状態を図示した斜視図である。

【図５】本発明に係るばね座の他の実施例の斜視図であ
る。

【図６】図５に示したばね座の座面が弾性変形した状態
を図示した斜視図である。

【符号の説明】

１０…軸体 １２…ベッド １６…空気ナット １８…ねじ軸部 ２０…出力軸部 ２２…サーボモータ ２４…回転ロータ ２６…空気軸受 ２８…空気軸受 ３２…ばね座 ３２ａ…ばね座 ３４…座面 ３４ａ…取付け座面 ３８ａ…スリット ３８ｂ…スリット ３８ｃ…スリット ４０…弾性変形部 ４０ａ…弾性変形部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーボモータの出力軸と一体に結合され
   た送りねじ軸を有する工作機械の送りねじ機構に設けら
   れる弾性調心装置において、 前記サーボモータおよび送りねじ軸における少なくとも
   該サーボモータとモータ取付け部との間に取付け座面を
   有したばね座を設け、 前記ばね座は、一体結合された前記モータ出力軸と送り
   ねじ軸の軸心方向には前記取付け座面が弾性ずれ変位を
   しない機械的剛性を有すると共に該軸心方向と異なる方
   向には前記座面が弾性変位可能な弾性変形部を備え、以
   てモータ出力軸の支持部と送りねじ軸の支持部とを調心
   するようにしたことを特徴とする工作機械の送りねじ機
   構の弾性調心装置。