JPS6253296B2 - - Google Patents

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、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、早送りする
移送装置に関する。 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装
置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、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、また変速装
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
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。さらにまた、特開昭58
−57557号公報及び同58−118361号公報に開示さ
れた従来例においては、２個のモータのうち一方
のモータが可動部材側に搭載されていることか
ら、可動部材の全体重量が大きくなり、比例的に
慣性力が増加して可動部材の起動時や停止時の応
答性が低下するばかりでなく、駆動源の動力損を
招来する不都合があつた。また可動部材にモータ
を搭載する場合には、可動部材の移動とともにリ
ード線も移動するので当該リード線が近傍の機器
と干渉したり、或いはこの干渉を避けるための余
分なスペースを余儀なくされる等の不都合を生じ
ていた。 そこで本発明は、変速装置を必要とせず、しか
も可動部材を軽量化でき２個のステツピングモー
タを用いて、一方のステツ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
ツ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、それらモータ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
て正確な微小送り、あるいは早送りして応答性が
よくかつ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１〜３図に示されるように、固定
のベツド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に沿つ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、ベツド１の一端
（第２図左端）にボルト等の固着具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ツド１，１間にボルト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、ベツド１，１の他端にボルト１５，１５
等により固着されたモータ取付板１６に取付けら
れたステツピングモータ１７，１８の出力軸に継
手１９，２０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）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、このボールナツト組立体２３は移動
テーブル４の下面にボルト等の固着具２４，２４
により固着された軸受ハウジング２５に複列アン
ギユラ玉軸受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、従つてボール
ねじ軸７の回転によりボールナツト組立体２３は
ボールねじ軸７に対して軸方向に移動するように
なつている。 第２，４図を参照してボールナツト組立体２３
の構成について説明すると、ボールねじ軸７の外
周には円筒状のボールナツト２９が嵌合され、そ
のボールナツト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７
ａに対応してそれと同一リードの螺旋状のねじ溝
３１ａ，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との間には多数の鋼球３５，３５…
が配設され、ボールねじ軸７の回転に伴い鋼球３
５，３５…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，３１
ａ，３３ａ内を転動して、第１，第２ナツト素体
３１，３３よりなるボールナツト２９をボールね
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３１，３３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…とねじ溝７ａ，３
１ａ，３３ａ間にはバツクラツシユ（軸方向間
隙）がなく、ボールねじ軸７の回転によりボール
ナツト２９が軸方向へ移動する際の応答性がよく
なつている。 ボールナツト２９の外周には複列アンギユラ玉
軸受２６および円筒状の間座３６が嵌合され、ア
ンギユラ玉軸受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
合されたロツクナツト３８により間座３６を介し
て第２ナツト素体３３の取付フランジ３３ｂへ押
圧、固定されており、他方アンギユラ玉軸受２６
の外レース２６ｂは軸受ハウジング２５に固定支
持されている。従つてボールねじ軸７の回転によ
りボールナツト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
る。 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、その両端のジヤーナル部
を除いて略全長に亘つて軸方向に延びる３条のス
プライン８ａ，８ａ，８ａが形成され、またスプ
ライン軸８の外周には外筒４０がスプライン嵌合
され、この外筒４０の内周面には軸方向に延び
る、深さの大きな無負荷ボール案内溝４０ａ，４
０ａ，４０ａおよびそれよりも浅いトルク伝達用
の負荷ボール案内溝４０ｂ，４０ｂ，４０ｂが円
周方向に間隔を置いて交互に形成され、第６図に
示すように、互に隣接する無負荷ボール案内溝４
０ａと負荷ボール案内溝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つ
ており、ま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されてい
る。またボールスプライン軸８の各スプライン８
ａ，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面が形成され
る。而して、スプライン軸８は、そのスプライン
８ａ，８ａ，８ａが外筒４０の各負荷ボール案内
溝４０ｂ，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、無負荷ボール案内溝４０ａ，４０ａ，４
０ａおよび負荷ボール案内溝４０ｂ，４０ｂ，４
０ｂには鋼球よりなる多数のボール５０，５０，
…が収容され、それらボール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４
０がボールスプライン軸８に嵌合される際にボー
ル５０，５０，…が圧縮されて予圧を加えられ、
ボール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つてい
る。外筒４０とスプライン軸８の間には保持器４
１が組込まれ、この保持器４１は外筒４０の各負
荷ボール案内溝４０ｂ内にあつてスプライン軸８
と当接してトルクを伝達する負荷ボールおよび外
筒４０の無負荷ボール案内溝４０ａ，４０ａ，４
０ａにあつ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４１ａ，４１ａ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４１の
ボール溝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ユラ玉軸受４２
が嵌合され、このアンギユラ玉軸受４２は軸受ハ
ウジング２５に固定保持され、外筒４０の一端に
螺着されたロツクナツト４４により外筒４０の外
周に嵌合された間座４３を介して該外筒４０の他
端に一体に形成された取付フランジ４５へ押圧、
固定されており、従つて外筒４０はアンギユラ玉
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の取付フランジ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はボールナツト２９
の取付フランジ３３ｂにボルト等の固着具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、該被動歯車４９と略同一の直径
を有しており、従つてスプライン軸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
ボール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を介してボールナツト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、ボール５０，５０，…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が回転すると外筒４０も作動遅れな
く回転され、従つてスプライン軸８の回転に対す
る外筒４０の回転応答性が極めて良い。 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、即ち、各ベアリング３の内面には軸方向に延
びる深さの浅いボール転動用溝５３とボール循環
用溝５４が交互に形成され、互に隣接するボール
転動用溝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つており、また各軌道台
２，２にも、各ベアリング３のボール転動用溝５
３に対応してボール転動用溝５，５５がそれぞれ
形成され、それらボール転動溝５３，５３，５
５，５５およびボール循環用溝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５６，５
６，…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５６，５６，…はボール転動用溝
５３，５３，５５，５５内を転動してボール循環
用溝５４，５４に入つてそこを軸方向に移動して
再びボール転動用溝５３，５３，５５，５５内に
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。 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７に連結されたステツピングモー
タ１７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、またボールスプライン軸８に連結
されたステツピングモータ１８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７のボール溝７ａ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１８を停止させた状態
でステツピングモータ１７を１ステツプ右回りに
回転すると、継手１９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、そのボ
ールねじ軸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×（0.45／360）＝
0.005mmだけ右方に移動され、従つて軸受ハウジ
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）に同距離移動される。 また、ステツピングモータ１７の右回転時にス
テツピングモータ１８をステツピングモータ１７
と同一方向（右回り）に回転駆動すると、継手２
０を介してボールスプライン軸８がボールねじ軸
７と同一方向に回転されて該ボールねじ軸７と外
筒４０との間の負荷ボールを介して該外筒４０が
回転されてその外筒４０と一体の駆動歯車４７が
ボールスプライン軸８と同一方向に回転され、従
つてこの駆動歯車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、ステツピングモータ１８が１ステツプ右回り
に回転されると、ボールスプライン軸８は360／
1000＝0.36゜の角度だけ回転され、また駆動およ
び被動歯車４７，４９の直径は等しいので、ボー
ルナツト２９はボールねじ軸７の軸方向に、且つ
該軸７の回転により移動する方向と同一方向（右
側）に４×（0.36／360）＝0.004mmの距離だけ移動
される。従つて、ボールナツト２９はボールねじ
軸７の軸方向に、ステツピングモータ１７による
移動距離0.005mmとステツピングモータ１８によ
る移動距離0.004mmとの和0.009mmだけ右方に移動
され、即ち早送りされる。 さらに、ステツピングモータ１７の右回転時に
ステツピングモータ１８を該モータ１７の回転方
向と反対方向（左回り）に１ステツプ回転させる
と、ボールナツト２９はボールねじ軸７の軸方向
に、且つ該軸７の回転により移動する方向と反対
方向（左方）に、0.004mmの距離だけ移動され、
従つてボールナツト２９はボールねじ軸７の軸方
向に、ステツピングモータ１７による移動距離
0.005mmとステツピングモータ１８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。 以上の説明では、ステツピングモータ１７を右
回りに回転させる場合について説明したが、ステ
ツピングモータ１８を左回りに回転させるとボー
ルナツト２９は上記とは逆にボールねじ軸７の軸
方向左方に移動される。 上記したようなステツピングモータ１７，１８
の回転方向とボールナツト２９の移動距離との関
係を、ステツピングモータ１７として800分割お
よび1600分割の４相のものを、またステツピング
モータ１８として500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４mmおよび５mmとし
た場合について示すと下表の通りである。

【表】

【表】 尚、以上の実施例では、駆動および被動歯車４
７，４９を同径とした場合について説明したが、
これら歯車４７，４９の径を異ならせてもよい。
また、外筒４０とボールナツト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
けた駆動スプロケツトとボールナツト２９に設け
た被動スプケツ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
とボールナツト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、２個のステツ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、あるいは早送りして高
精度の位置決めを行なうことができる。 また、２つのモータのステツプおよび回転方向
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。 さらに、ボールねじ軸とステツピングモータと
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。さらにまたステツピングモータを
可動部材に設けないで固定ベツド上に設けたの
で、可動部材全体の重量を軽量化することができ
動力損を低減することができる。一方、慣性力に
よる起動、停止時の作動遅れを防止できることか
ら、変速装置等が不用になることと相俟つて、よ
り一層の応答性の向上を図ることができる。ま
た、可動部材にステツピングモータを設ける場合
のようにモータのリード線等の干渉防止用のスペ
ースを設ける必要がないので、装置構成の一層の
小型化を図ることもできる等の種々の効果を奏す
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図は第２図の−線断
面図、第２図はその一部破断平面図、第３図はそ
の一部破断正面図、第４図はボールナツトのボー
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−線断面図、第６図は外筒のボール
スプライン軸への嵌合状態を示す一部破断側面
図、第７図は移動テーブルを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図は直線摺動用ベアリングと軌道
台との関係を示す部分断面正面図である。 符号の説明、１……固定のベツド、２……軌道
台、３……直線摺動用ベアリング、４……移動テ
ーブル、７……ボールねじ軸、８……ボールスプ
ライン軸、１７，１８……ステツピングモータ、
２９……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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固定ベツドに定位置で回転可能に軸支される
   ボールねじ軸と、前記固定ベツドに定位置で回転
   可能に軸支される、上記ボールねじ軸と平行配置
   のボールスプライン軸と、上記ボールねじ軸及び
   ボールスプライン軸上を両軸に沿つて直線方向へ
   移動する可動部材と、当該可動部材に回転自在に
   保持され且つ前記ボールねじ軸に鋼球を介して螺
   合されるボールナツトと、前記可動部材に回転自
   在に保持され且つ前記ボールスプライン軸に鋼球
   を介してスプライン嵌合される筒体であつて、前
   記ボールナツトに連動機構を介して作動連結され
   該ボールナツトとともに回転する外筒と、前記ボ
   ールねじ軸とボールスプライン軸にそれぞれ駆動
   連結される固定ベツド上の２個のステツピングモ
   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。 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１項記載の微動および早送り可能な移送装
   置。 ３ 固定ベツド上に平行配置された一組の軌道台
   と、該各軌道台上に直線摺動用ベアリングを介し
   て直線移動可能に支持される移動テーブルと、固
   定ベツドに定位置で回転可能に軸支されるボール
   ねじ軸と、前記固定ベツドに定位置で回転可能に
   軸支される、上記ボールねじ軸と平行配置のボー
   ルスプライン軸と、前記移動テーブルに回転自在
   に保持され且つ前記ボールねじ軸に鋼球を介して
   螺合されるボールナツトと、前記移動テーブルに
   回転自在に保持され且つ前記ボールスプライン軸
   に鋼球を介してスプライン嵌合される筒体であつ
   て、前記ボールナツトに連動機構を介して作動連
   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ボールスプライン軸にそれぞ
   れ駆動連結される固定ベツド上の２個のステツピ
   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。 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。