JPS6090648A

JPS6090648A - 微動および早送り可能な移送装置

Info

Publication number: JPS6090648A
Application number: JP58198803A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Teramachi; 博寺町
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-11-10
Filing date: 1983-10-24
Publication date: 1985-05-21
Also published as: JPS6253296B2; DE3537728C2; DE3537728A1

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】本発明はボールねじ軸に鋼球を介してポールナツトを螺
合してそれらボールねじ軸とポールナツトとが相対的に
回転移動あるいは軸方向移動できるようにして、ポール
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、早送りする移送装置に関する。

従来、固定のベッ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・ンビングモータ
を連結し、そのボールねじ軸に鋼球を介して螺合したビ
ールナツトに移動テーブルを連結し、ステッピングモー
タの駆動によりボールねじ軸を回転式せてポールナツト
を該ボールねじ軸の軸方向に移動させてビールナツトに
連結された移動テーブルを固定のベッドに対して移動さ
せるようにした移送装置が知られている。然しなからこ
のようなものでは、ステッピングモータの１ステツプの
回転（例λば、８００分割のステップ６０モータの場合には、回転角　／８ｏｏ−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、ポー
ルナツトはそれらボールねじ軸およびポールナツトに形
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
−１’角を変えるか、あるいはステッピングモータとボ
ールねじ軸との間に変速装置を介在させてその変速装置
によってモータの所定の回転角度によるポールナツトの
軸方向移動距離を変化させ、これ罠よって移動テーブル
を微小送りしたり、早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
早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、１だ変速装置を用いた場合には、装置
全体が大型化するばかりでなく変速装置自体の不可避的
な製作誤差等により正確な微小送りが非常に難かしく、
更にステップ数の多い（即ち１ステップ当りの回転角が
小さい）ステッ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、ステップ数の多いステッピングモー
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。

そこで本発明は、変速装置を必要とせず、２個のステッ
ピングモータを用いて、一方のステッピングモータによ
りボールねじ軸を回転駆動するとともに、他方のステッ
ピングモータにより、ボールスプライン軸にスプライン
嵌合された外筒を介して、ボールねし軸に螺合したポー
ルナツトを該ボールねし軸に対して回転させて、それら
モータによるポ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ってポ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、あるいは早送りして高
精度の位置決めを行ないうる、安価でコンパクトな微動
および早送り可能な移送装置を提供することを目的とす
るものである。

以上の目的を有する第１発明の要旨は、固定のベッドに
回転方向に可動で且つ軸方向に固定させて支持されるボ
ールねじ軸と、そのパ？−ルねじ軸に鋼球を介して螺合
されるとともに回転方向および軸方向に可動なポールナ
ツトと、前記固定のベッドに前記ボールねじ軸に近接し
て回転可能に軸支されるボールスプライン軸と、そのボ
−ルスプライン軸に、軸方向に可動に目、つ該ボールス
プライン軸とともに回転しうるように鋼球を介してスプ
ライン嵌合され、前記ポールナツトに連動機構を介して
連結源れ該ポールナツトとともに回転する外筒と、前記
ボールねＬ軸およびスプライン軸にそれぞれ駆動連結さ
れる２個のステッピングモータとからなることを特徴と
する微動および早送り可能な移送装置にある。

また第２発明の要旨は、固定ベッド上に設けた軌道台と
、その軌道台上に直線摺動用ベアリングを介して軸方向
に移動可能に支持される移動テーブルと、前記固定のベ
ッドに回転方向に可動で且つ軸方向に固定させて軸支は
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および軸方向に可動な状態
で前記移動テーブルに連結されたボールナツトと、前記
固定のベッドに前記ボールねじ軸に近接して回転可能に
軸支されるボールスプライン軸と、そのボールスプライ
ン軸に、軸方向に可動に且つ該ボールスプライン軸とと
もに回転しうるように鋼球を介してスプライン嵌合され
、前記ポールナツトに連動機構を介して連結され該ポー
ルナツトとともに回転する外筒と、前記ボールねじ耐１
と前記ボールスプライン軸にそれぞれ駆動連結される２
個のステッピングモータとからなることを特徴とする、
微動および早送り可能な移送装置にある。

以下、図面により本発明の実施例について説明すると、
先ず第】〜３図に示されるように、固定のベッド１の上
面には一対の軌道台２，２が配設され、これら軌道台２
，２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に沿って軸
方向に摺動しうるように設けられている。

第２図から明らかなように、ベッド１の一端（第２図左
端）Ｋボルト等の固着具５，５．・・・・・・により固
着された端板６には、互に平行なボールねじ軸７および
スプライン軸８の一端が軸受９および１０を介してそれ
ぞれ回転自在に支持され、それらの他端は左右のベッド
１，１間にポル）１．３゜１３等により横架した支持部
材１４に軸受９′および１０′を介して回転自在に支持
されるとともに、ベッド１，１の他端にゼル）１５．１
５等により固着されたモータ取付板ｊ６に取付けられた
ステッピングモータ１７．１８の出力軸に継手】９゜２
０を介してそれぞれ連結されている。

ボールねじ軸７の外周面には、その両端のジャーナル部
を除いて略全長に亘って螺旋状のボールねじ（例えば右
ねじ〕が刻設され、またこのボールねじ軸７には後述す
るボールナツト組立体２３が嵌合され、このポールナツ
ト組立体２３は移動テーブル４の下面にビルト等の固着
具２４．２４により固着された軸受ハウソング２５に複
列アンギュラ玉軸受２６を介して回転方向に可動で且つ
軸方向に固定して支持されており、従ってボールねじ軸
７の回転によりポールナツト組立体２３はボールねじ軸
７に対して軸方向に移動するようになっている。

第２，４図を参照してポールナツト組立体２３の構成に
ついて説明すると、ボールねじ軸７の外周には円筒状の
ポールナツト２９が嵌合され、そのポールナツト２９は
、一端外周面に雄ねじ３０を形成した円筒状の第１ナツ
ト素体３１と、一端に取付フランジ３２を一体に形成し
た円筒状の第２ナツト素体３３と、それら第１、第２ナ
ツト素体３１，３３間に介入された環状の間座３４とか
らなり、第１．第２ナツト素体３１，３３の内周面には
、ボールねじ軸７外周の螺旋状のねじ溝７ａに対応して
それと同一リードの螺旋状のねじ溝３］ａ、３３ａが螺
旋状にそれぞれ形成され、それらねじ溝３１ａ、３３ａ
とボールねじ軸７外周のねじ溝７ａとの間には多数のｍ
球３５，３５゜・・・・・・が配設され、ボールねじ軸
７の回転に伴い鋼Ｍ３５，３５．・・・・・・がボール
ねじ軸７と第１、第２ナツト素体３１，３３の互に対応
するねじ溝７ａ、３１ａ、３３ａ内を転動して、第１、
第２ナツト素体３１，３３よりなるポールナツト２９を
ボ゛−ルねじ軸７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３］、３３はそれらの間に挿入
された間座３４により互に離隔する方向へ付勢されてお
り、鋼球３５，３５．・・・・・・とネＬ溝７　ａ、３
１　ａ、３３　ａ間にはバックラッシュ（軸方向間隙）
がなく、ボールねじ軸７の回転によりポールナツト２９
が軸方向へ移動する際の応答性がよくなっている。

ポールナツト２９の外周には複列アンギュラ玉軸受２６
および円筒状の間座３６が嵌合され、アンギュラ玉軸受
２６の内レース２６ａは第１ナツト素体３１の一端外周
に形成した雄ねじ３７に螺合されたロックナツト３８に
より間座３６を介して第２ナツト素体３３の数句フラン
ジ３３ｂへ押圧、固定菌れており、他方アンギュラ玉軸
受２６の外レース２６ｂは軸受ハウジング２５に固守支
持されている。従ってボールねじ軸７の回転によりボー
ルナンド２９が該ボールねじ軸７の軸方向に移動すると
、軸受ハウジング２５もボールナツト２９とともにボー
ルねじ軸７の軸方向に移動すイ）。

第２．３．５および６図に示すように、スプライン軸８
の外周面には、その両端のジャーナル部を除いて略全長
に亘って軸方向に延びる３条のスプライン８ａ、８ａ、
８ａが形成され、またスプライン軸８０り１周には外筒
４０がスズライン嵌合され、この外筒４０の内周面には
軸方向に延びる、深での大きな無負荷ボール案内溝４０
ａ、４０ａ。

４０ａおよびそれよりも浅いトルク伝達用の負荷ホール
案内溝４０ｂ、４０ｂ、４０ｂが円周方向に間隔をｗＶ
−て交互に形成芒れ、第６図に示すように、互に隣接す
る無負荷ボール案内溝４０８と９荷ボール案内溝４０ｂ
とはそれらの両端において連続してループ形状を呈する
ようになっており、捷たトルク伝達用負荷ボール案内溝
４０　ｂ、４０ｂ。

４０ｂの両隅部にはボールの曲率より若干大きい曲率の
ボール転走面が形成式れている。またスプライン軸８の
各スゲライン８ａ、８ａ、８ａの両側基部にもボールの
曲率より若干大きい曲率を有するボール転走ｉ＋が形成
される。面し、て、スゲライン軸８は、そのスゲライン
軸ａ、８ａ、Ｂａが外筒４０の各負荷ボール案内溝４０
ｂ、４０ｂ。

４０ｂの中央部と対応するように外筒４０内に嵌挿され
位置決めされている。この際、無負荷ゾール案内溝４０
ａ、４０ａ＋　４０ａおよび負荷ボール案内溝４０　ｂ
、４０　ｂ、４０　ｂには鋼、球よりなる多数のボール
５０，５０．・・・・・かＩＩｖ容され、それらが−ル
５０，５０．・・・・・・の直径は、自由状態で、各負
荷ボール案内溝４０ｂのボール転送面とボールスプライ
ン軸８の対応するボール転送面との間の距離よりも大き
く、外筒４０がボールスプライン軸８に嵌合式れる際に
ボール５０，５０．・・・・・・が圧縮されて予圧を加
えられ、鱈？−ル５０，５０゜・・・とボール転送面間
にトルク伝達方向の間隙が形成されないようになってい
る。外筒４０とスプライン軸８の間には保持器４１が組
込まれ、この保持器４］は外筒４０の各負荷ボール案内
溝４０ｂ内にあってスプライン軸８と当接してトルクを
伝達する倉荷ボールおよび外筒４０の無負荷ボール案内
溝４０　ａ、４０　ａ、４０　ａにあってトルク伝達に
寄与しない無負荷ボールをそれぞれ軸方向へ整列循環運
動させるボール溝’　１ａｒ　４１　ａを有している。

尚、負荷ボールおよび無負荷ボールは全く同一のボール
であり、外筒４０の案内溝４０ａ。

４０ｂと保持器４１０ポール溝４１ａ、４１ａ内を循環
移動する際に、トルク伝達に直接寄与しているか否かに
より異なる名称を付したものにすぎない。

外筒４０の外周には複列アンギュラ玉軸受４２が嵌合さ
れ、このアンギュラ玉軸受４２はｔｔ受ハウジング２５
に固定保持され、外筒４０の一端に螺着きれたロックナ
ラ）４４により外筒４ｏの外周に嵌合きれた間座４３を
介して該外筒４ｏの他端に一体に形成された取付フラン
ジ４５へ抑圧、固定されており、従って外筒４０はアン
ギュラ玉軸受４２を介して軸受ハウジング２５に回転方
向に可動で且つ軸方向に固定して支持されている。

また外筒４０の増刊フランジ４５には、ボルト等の固着
具４６（第６図）により駆動歯車４７が固着され、この
駆動歯車４７はゴールナツト２９の取付フランジ３３ｂ
Ｋボルト等の固着具４８により固着された被動歯車４９
と噛合しており、また図示の例では、Ｖ被動歯ψ４９と
略同−の直径を有しており、従ってスプライン軸８が回
転すると、該スプライン軸８と外筒４０間に介在された
ホール５０，５０．・・・・・・を介して外筒４０が一
体的に回転され、互に噛合する駆動歯車４７および被動
歯車４９を介してポールナツト２９はスプライン軸８の
回転方向と反対方向に回転される。このとき、示−ル５
０，５０．・・・・・・には前記したようにトルク伝達
方向に予圧が加えられているので、スプライン軸８か回
転する々外筒４（）も作動遅れなく回転きれ、従ってス
プライン軸８の回転に対する外筒４０の回転応答性か極
めて良い。

第７および８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おり、ｆａｌｌち
、各ベアリング３の内面には軸方向に延びる深きの浅い
ボール転勤用溝５３とボール循環用溝５Ｉｌが交互に形
成きれ、互に隣接するボール転勤用溝５３およびボール
循環用溝５４はそれらの両端において′連続されてそれ
ぞれ無端状のループを形成するようになっており、また
各＠通合２，２にも、各ベアリング３のボール転動用＠
５３に対応し２てパ？−ル転動用溝５５，５’５がそれ
ぞれ形成さ九、それらボール転動溝５３，５３，５５．
５５およびパーール循環用溝５４．５４内には多数のボ
ール５６．５６・・・・・が配設される。各ベアリング
３と各軌道台２，２間には保持器５７が組込まれ、この
保持器５７によりボール５６，５６．・・・・・・が保
持きれている。従って、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５６．５ｆ
ｉ、・・・・・はボール転動用溝５３，５３゜５５．５
５内を転動してボール循環用溝５４．．５４に入ってそ
こを軸方向に移動して再ひボール転動用溝５３，５３，
５５．５５内に戻るようになっており、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。

次にこの実施例の作用について説明すると、先ずボール
ねし軸７に連結されたステッピングモータ１７として例
えば８００分割、ｆｆ１Ｊち１ステップ当りの回転角度
が３６０／Ｂｏｏ＝（１，４５°であるステッピングモ
ータを、捷たボールスゲライン軸８に連結６れたステッ
ピングモータ１８として１０００分割のステッピングモ
ータをそれぞれ使用し、またボ゛−ルねじ軸７のボール
溝７ａは右ねじでそのリードは４龍であるものとする。

今、ステッピングモータ１８を停止させた状態でステッ
ピングモータ］７を１ステツブ右回りに回転すると、継
手】９を介してボールねじ軸７が３６０、／８００　＝
　０．４５°の角度だけ回転されて、その目−−ルねじ
軸７に螺合されたボールナツト２９が該ボールねじ軸７
の軸方向に４　Ｘ　（０，４５／３６０）＝　０　、０
０５　ｍｍだけ右方に移動はれ、従って軸受ハウソング
２５を介して移動テーブル４が軌道台２゜２上を同方向
（右方）に同距離移動はれる。

１だ、ステッピングモータ１７の右回転時にステッピン
グモータ１８をステッピングモータ１７七同一方向（右
回り）に回転駆動すると、継手２０を介Ｕ７てガー゛−
ルスプライン軸８かボールねじ１１：　７と同一方向に
同転されて該ボールねじ軸７と列部４０との間の資性ボ
ールを介し７て該外筒４０か回転濱れてその外筒４０と
一体の駆動歯車４７がボ−ルスゲライン軸８と同一方向
に回転され、従ってこの駆動歯車４７に噛合する被動歯
車４９は該駆動歯車４７の回転方向、即ちボールスプラ
イン軸８の回転方向と反対方向に回転される。この際、
ステッピングモ〜り１８が１ステップ右回りに回転され
ろと、ボールスプライン軸８は３６０／１０００二０．
３６°の角度たけ回転きれ、また駆動および被動歯車４
７，４９０清径は等し、いので、ポールナツト２９はボ
ールねじ軸７の軸方向に、目、つ該軸７の回転により移
動する方向と同一方向（右側）に４　Ｘ　（０，３６７
３６０）　＝　０．００４ｍｍの距離だけ移動きれる。

従って、ボールナツト２９はボールねじ軸７の軸方向に
、ステッピングモータ１７による移動路Ｎ　Ｏ，００５
關とステッピングモータ１８による移動距離０．００４
ｙ＋ｍとの和０．０（＋９財だけ右方に移動はれ、■１
」ち早送Ｖｌキれろ。

さらに、ステッピングモータ１７の右回転時にステッピ
ング”モータ１８を該モータ１７の回転方向と反対方向
（左回り）に１ステップ回転させると、日トール→−ッ
ト２９はボールねじ軸７の軸方向に、罠つ該軸７の回転
により移動する方向と反対方向（左方）に、０．００４
鰭の距離だけ移動はれ、従ってボールナツト２９はボー
ルねじ軸７の軸方向に、ステッピングモータ１７による
移動距離０．００５１ｍとステッピングモータ１８によ
る移動か離０．００１ｍｍとの差０．００１．ｙｏ＋＋
だげ右方に移動され、即ち微動送りされる。

以上の説明では、ステッピングモータ】７を右回りに回
転式せる場合について説明したが、ステッピングモータ
１８を左回りに回転させるとボルルナツト２９は上記と
は逆に一一−ルねじ＠７の軸方向左方に移動される。

上記したようなステッピングモータ１７．１８の回転方
向とボールナツト２９の移動距離との関併を、ステッピ
ングモータ１７と（７て８００分割および１６００分割
の４相のものを、またステッピングモータ１８よして５
００分割および１０００分割の５相のものをそれぞれ使
用するとともに、ボールねじ７のねじのリードをそれぞ
れ４闘および５闘とした場合について示すと下表の通り
である。

表　■ ボールねじのリード４　ｍ７１１の場合表　Ｔｉが−ルねじのリード５ｍｍの場合尚、以上の実施例では、駆動および被動歯車４７．４９
を同径とした場合について説明したが、これら歯車４．
７．４９の径を異ならせてもよい。

また、外筒４０とポールナツト２９とを連動させる連動
機構として互に噛合する駆動および被動歯車４７．４９
を使用した場合について説明したが、そのような連動機
構としては、外筒４０に設けた駆動スプロケットとビー
ルナツト２９に設けた被動スゲロケットとの間にタイミ
ングベルトを懸回して構成したり、外筒４０に設けた駆
動ローラとｉポールナツト２９に設けた被動ローラとを
互に圧着させるようにして構成し７てもよい。

以上の構成および作用を有する本発明の移送装置におい
ては、固定のベッドに回転方向に可動で几つ軸方向に固
定して軸支したボールねじ軸に、被動歯車を備えたポー
ルナツトを鋼球を介して螺合シ、そのポールナツトを回
転方向および軸方向に可動に保持し、また固定のベッド
に回転可能に軸支したボールスプライン軸に、駆動歯車
を備えた外筒を軸方向及び回転方向に可動の状態で鋼球
を介してスズライン嵌合し、前記ボールねじ軸およびボ
ールスプライン軸に２個のステッピングモータを駆動連
結したので、２個のステッピングモータを適当に制御す
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、それらモータによるが−ルナットの移動機を加え
合わせて、あるいはそれらの差によってポールナツトを
ボールねじ軸に対して極めて正確に微小送り、あるいは
早送りして高精度の位置決めを行なうことかできる。

また、２つモータのステップおよび回転方向を適当に選
択することにより微小送りから早送りまで段階的に変更
制御することができる。

芒らに、ゴールねじ軸とステッピングモータとの間に変
速装置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ッ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々かでき、またポールナ
ツトを微小送りするためにリードを小びくシたり、ある
いは１ステツグの回転当りの回転角が小ざ〈高価なステ
ッピングモータを使用する必要もないので製造費が安価
になる等諸々の効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は本発明に係る送り装置の実施例を示
すもので、第１区は第２図のＩ−Ｉ線断面１ｚ１、第２
図はその一部破断圧面図、第３図はその一部破断圧面図
、第４図はポールナツトのぎ−ルねじ軸への螺合状態を
示す縦断面図、第５図は第６図のｖ−Ｖ線断面図、第６
図は外面のボールスプライン軸への嵌合状態を示す一部
破断側面図、第７図は移動テーブル全直線摺動用ベアリ
ングを介して軌道台に摺動可能に支承した状態を示す側
面図、第８図は面線摺動用ベアリングと軌動台との関係
を示す部分断面正面図である。符号の説明ｌ・固定のペッド　２・・・軌道台３・・直線摺動用ベアリング４・・移動テーブル　７・・・ゾールねシ軸８・・ボー
ルスプライン軸］７．１８・・・ステッピングモータ２ｑ・・・ボールナツト　３５・・・鋼球４０・・・外
筒４７・・連動機構としての駆動歯車４９・連動機構としての被動歯車５０・・・鋼球特許出願人　寺　町　博第４図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）固定のベッドに回転方向に可動で且つ軸方向に固
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ｆａ球を介して螺合されるとともに回転方向および軸
方向に可動なボールナツトに、前記固定のベッドに前記
が−ルねじ軸に近接して回転可能に軸支されるが−ルス
プライン軸と、そのボールスプライン軸に、軸方向に可
動に且つ該ボールスプライン軸とともに回転しうるよう
に＆Ｉｌ１球を介してスプライン倒台きれ、前記ポール
ナツトに連動機構を介して連結され該ボールナツトとと
もに回転する外筒と、前記ボールねじ軸と前記ボールス
ゲライン軸に駆動連結゛される２個のステッピングモー
タとからなる、微動および早送り可能な移送装置。
（２）　前記連動機構は前記ボールナツトに設けられた
被動歯車と、前記外筒に設けられ、前記鼓動歯車と噛合
する駆動歯車とからなる、特許請求の範囲第（１）項記
載の微動および早送り可能な移送装置。
（３）　固定のベッド上に設けた軟道台と、その軟道台
上に直線摺動用ベアリングを介して軸方向に移動可能に
支持される移動テーブルと、前記固定のベッドに回転方
向に可動で且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
ともに回転方向および軸方向に可動な状態で前記移動テ
ーブルに連結されたボールナツトと、前記固定のベッド
に前記ボールねじ軸に近接して回転可能に軸支式れるボ
ールスプライン軸と、そのボールスプライン軸に、軸方
向に可動に且つ該ボールスプライン軸とともに回転しう
るように鋼球を介してスプライン嵌合され、前記ボール
ナツトに連動機構を介して連結され該ポールナツトとと
もに回転する外筒と、前記が−ルねじ軸と前記ボールス
プライン軸にそれぞれ駆動連結される２個のステッピン
グモータとからなる、微動および早送り可能な移送装置
。
（４）　前記連動機構は前記ボールナツトに設けられた
被動歯車と、前記外筒に設けられた被動歯車と、前記外
筒に設けられ、前記被動歯車と噛合する駆動歯車とから
なる、特許請求の範囲第（３）項記載の微動および早送
り可能な移送装置。