WO2016035275A1 - 送りねじ装置 - Google Patents

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WO2016035275A1
WO2016035275A1 PCT/JP2015/004208 JP2015004208W WO2016035275A1 WO 2016035275 A1 WO2016035275 A1 WO 2016035275A1 JP 2015004208 W JP2015004208 W JP 2015004208W WO 2016035275 A1 WO2016035275 A1 WO 2016035275A1
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screw shaft
axial
feed screw
motor
screw device
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PCT/JP2015/004208
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English (en)
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Inventor
渓太郎 岡
大介 丸山
Original Assignee
日本精工株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms

Definitions

  • This invention relates to a feed screw device.
  • the feed screw device includes a screw shaft, a nut having a spiral groove through which the screw shaft is inserted and in surface contact with the spiral groove of the screw shaft or in point contact with a rolling element (ball or roller), and the axial direction of the screw shaft And a motor coupled to one end via a shaft coupling, and converts the rotation of the motor into a linear motion of the nut.
  • a general feed screw device used in a machine tool or the like has a ball screw feed structure in which a spiral groove 11 of a screw shaft 1 and a spiral groove of a nut 2 are in point contact via a ball. .
  • the motor side end portion 12 which is one end portion in the axial direction of the screw shaft 1
  • the non-motor side end portion 13 which is the other axial end portion of the screw shaft 1 is rotatably supported by the deep groove ball bearing 4 and the housing 5 with respect to the base 8 in a state in which axial displacement is allowed.
  • Such a conventional feed screw device has a problem in that the axial rigidity greatly changes at the stroke position of the nut (the position in the range where the nut moves linearly).
  • Patent Document 1 supports both ends of a feed screw (supports both ends in the axial direction of a screw shaft so as to be rotatable in a state in which axial displacement is constrained with respect to a base).
  • a feed screw driving method has been proposed in which servo motors are connected to both ends of the feed screw (both ends in the axial direction of the screw shaft) and the servo motors are driven synchronously with each other.
  • a conventional feed screw device is required because a motor needs to be provided at both ends of the screw shaft in the axial direction and a complicated control mechanism for synchronously driving the motor is necessary. It is inevitable that the cost will be higher than that.
  • the problem of the present invention is that the cost does not increase significantly compared to the conventional feed screw device (for example, the same or lower cost as the conventional feed screw device, or low cost compared with the method of Patent Document 1). It is an object of the present invention to provide a feed screw device in which changes in axial stiffness due to stroke position are suppressed.
  • a feed screw device is characterized by having the following configurations (1) to (3).
  • the motor side end portion which is one end portion in the axial direction of the screw shaft, is rotatably supported with respect to the base in a state where axial displacement is allowed.
  • the non-motor side end which is the other axial end of the screw shaft, is rotatably supported with respect to the base in a state where axial displacement is constrained.
  • the feed screw device according to the second aspect of the present invention is characterized by having the above configurations (1) and (3) and the following configuration (4). (4) A motor side end portion which is one end portion in the axial direction of the screw shaft is not supported with respect to the base.
  • a feed screw device in which the change in the axial rigidity due to the stroke position is suppressed by a method that does not increase the cost as compared with the conventional feed screw device.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram which shows the feed screw apparatus of 1st embodiment. It is a top view which shows the machine tool which has a feed screw apparatus. It is a graph which shows the relationship between an axial displacement and axial rigidity, and a stroke position about the feed screw apparatus of FIG. It is the graph which compared the change (G1) of the axial direction rigidity in the stroke position of the feed screw device of embodiment, and the change (G2) of the axial direction rigidity in the stroke position of the conventional feed screw device.
  • a feed screw device 10 of this embodiment includes a screw shaft 1, a nut 2, a motor 3, a deep groove ball bearing 4, a housing 5 of a deep groove ball bearing 4, and a double row angular ball bearing. 6 and a housing 7 of a double-row angular ball bearing 6.
  • the feed screw device 10 has a ball screw feed structure in which a screw shaft 1 is inserted into a nut 2 and the spiral groove 11 of the screw shaft 1 and the spiral groove of the nut 2 are in point contact via a ball (rolling element).
  • a motor 3 is coupled to one end of the screw shaft 1 in the axial direction via a shaft coupling 31.
  • the shaft coupling 31 has a structure that can absorb the axial displacement of the screw shaft 1.
  • Examples of the shaft coupling 31 include a leaf spring coupling, an Oldham coupling (installed by providing an axial gap between the protruding portion of the intermediate body and the groove into which the intermediate body is fitted), and a rigid coupling with a key.
  • a connecting portion between the screw shaft 1 and the motor 3 by the shaft coupling 31 is disposed in a housing 32 fixed to the base 8.
  • the inner ring of the deep groove ball bearing 4 is fixed to the motor side end 12 which is one axial end of the screw shaft 1, and the lower part of the housing 5 to which the outer ring of the deep groove ball bearing 4 is fixed is fixed to the base 8. Yes. Thereby, the motor side end portion 12 of the screw shaft 1 is rotatably supported with respect to the base 8 in a state where axial displacement is allowed.
  • the double-row angular ball bearing 6 is composed of two angular ball bearings combined in a DF type (front combination).
  • the housing 7 has a shoulder portion that restrains the axial end surface of the outer ring of the double-row angular ball bearing 6.
  • the inner ring of the double-row angular ball bearing 6 is fixed to the non-motor end 13 which is the other axial end of the screw shaft 1, and the lower part of the housing 7 to which the outer ring of the double-row angular ball bearing 6 is fixed is a base. 8 is fixed. Thereby, the non-motor side end 13 of the screw shaft 1 is rotatably supported with respect to the base 8 in a state in which the axial displacement is constrained.
  • the feed screw device 10 is used as a moving mechanism for reciprocating the table 15 in, for example, the machine tool 20 shown in FIG.
  • the machine tool 20 shown in FIG. 2 has a pair of linear guide devices that guide the reciprocating movement of the table 15.
  • Each linear guide device has a guide rail 34 and two sliders 35. Therefore, as shown in FIG. 1, the table 15 is fixed to the nut 2 of the feed screw device 10 via a bracket 9 having a cylindrical portion 91 and a table mounting portion 92 extending in the radial direction of the cylindrical portion 91. .
  • the cylindrical portion 91 of the bracket 9 is fitted to the outside of the nut 2 with the table mounting portion 92 facing the opposite side of the base 8, and the table 15 is fixed to the table mounting portion 92.
  • the screw shaft 1 rotates, and the nut 2 reciprocates linearly within the stroke range by the ball screw mechanism.
  • the table 15 reciprocates along the screw shaft 1, and each linear guide device guides the reciprocation of the table 15.
  • the axial rigidity of the entire feed system of the feed screw device is determined by the sum of the axial displacements of the parts constituting the feed system.
  • the displacement of the component parts includes (a) axial displacement of the fixed bearing, (b) axial displacement of the nut due to the force acting between the nut and the screw shaft, and (c) compression force or There are axial displacement of the screw shaft caused by the application of tensile force and (d) axial displacement of the nut accompanying torsional deformation of the screw shaft.
  • the displacement in (d) is the axis generated in the nut as the screw shaft receives torque from the nut and undergoes torsional deformation when an axial load is applied to the table fixed to the nut while the screw shaft does not rotate.
  • the configuration of the feed screw device 10 is as follows.
  • the outer diameter of the screw shaft 1 is 40 mm
  • the lead is 40 mm
  • the stroke of the nut 2 is 1000 mm
  • the deep groove ball bearing 4 is model number 6206 (allowable radial load 19500 N, allowable rotation speed). 7500 rpm)
  • the double-row angular contact ball bearing 6 has the same model number 30TAC62B (allowable axial load 43000 N, allowable rotation speed 3000 rpm).
  • the stroke position in FIG. 3 indicates a relative position where the stroke end on the counter-motor side (left side in FIG. 1) is “0” and the stroke end on the motor side (right side in FIG. 1) is “1”.
  • the axial displacements of (a) and (b) are constant at about 10 ⁇ m over the entire stroke range, but the axial displacement of (c) is zero at the left end and toward the right. It increases linearly and reaches a maximum of about 52 ⁇ m at the right end.
  • the axial displacement of (d) is maximum at the left end of about 52 ⁇ m, decreases linearly toward the right, and is about 15 ⁇ m at the right end.
  • the sum of the axial displacements of the components is about 72 ⁇ m at the left end and about 87 ⁇ m at the right end, and the difference is as small as about 5 ⁇ m.
  • a line G1 in FIG. 3 shows a change in the axial rigidity in the stroke range.
  • the minimum value of the axial stiffness is about 116 N / ⁇ m
  • the maximum value is about 140 N / ⁇ m
  • the amount of change in the stroke range of the axial stiffness is about 24 N / ⁇ m.
  • a line G2 in FIG. 11 shows the change in the axial rigidity in the stroke range.
  • the minimum value of axial rigidity is about 83 N / ⁇ m
  • the maximum value is about 290 N / ⁇ m
  • the amount of change in the stroke range of axial rigidity is about 207 N / ⁇ m.
  • the line G1 and the line G2 can be compared. From the above, the feed screw device 10 of the first embodiment shown in FIG. 1 has a smaller change in axial rigidity due to the stroke position than the conventional feed screw device 100 shown in FIG. It can be seen that the minimum value of the axial rigidity is increased.
  • the feed screw device 10 shown in FIG. 1 is composed of the same components as the feed screw device 100 shown in FIG. 10 and the bearing and the housing are installed reversely on the motor side and the non-motor side, It can be obtained at the same cost as the feed screw device 100.
  • the results in FIG. 3 are the results when the same outer diameter and lead are used for the screw shaft, but the rigidity determined by the displacement in (c) changes according to the outer diameter of the screw shaft, and (d) The rigidity determined by the displacement changes according to the outer diameter of the screw shaft and the lead.
  • a feed screw device 10A shown in FIG. 6 is a feed screw device that constitutes the machine tool of FIG. 2, and includes a screw shaft 1, a nut 2, a motor 3, a housing 7, a housing 7, and a screw shaft 1. It has bearings arranged between them.
  • This feed screw device 10A has a ball screw feed structure in which a screw shaft 1 is inserted into a nut 2 and the spiral groove of the screw shaft 1 and the spiral groove of the nut 2 are in point contact via a ball (rolling element).
  • a motor 3 is coupled to one end of the screw shaft 1 in the axial direction via a shaft coupling 31.
  • a bearing and a housing are not installed between the motor-side end 12 that is one axial end of the screw shaft 1 and the base 8. That is, the motor side end 12 of the screw shaft 1 is not supported with respect to the base 8.
  • the opposite end portion 13 in the axial direction of the screw shaft 1 has a shoulder portion that restrains the double-row angular contact ball bearing 6 and the axial end surface of the outer ring.
  • the housing 7 has a base 8 that is rotatably supported in a state where axial displacement is constrained. Therefore, in the feed screw device 10A of the second embodiment, the change in the axial stiffness due to the stroke position is smaller than that of the conventional feed screw device 100 shown in FIG. It is getting bigger. Further, the feed screw device 10A of the second embodiment does not require a bearing and a housing that support the motor side end portion 12 of the screw shaft 1, and thus can be obtained at a lower cost than the feed screw device 100 shown in FIG.
  • a feed screw device 10B shown in FIG. 7 is a feed screw device that constitutes the machine tool of FIG. 2, and includes a screw shaft 1, a nut 2, a motor 3, housings 7, 50, housings 7, 50, and screws. Each bearing is arranged between the shaft 1.
  • This feed screw device 10B has a ball screw feed structure in which the screw shaft 1 is inserted through a nut 2 and the spiral groove of the screw shaft 1 and the spiral groove of the nut 2 are in point contact via a ball (rolling element).
  • a motor 3 is coupled to one end of the screw shaft 1 in the axial direction via a shaft coupling 31.
  • a double row angular ball bearing 60 composed of two angular ball bearings combined in the DB form (rear combination) shown in FIG. 8 and two deep groove balls shown in FIG.
  • the bearing 40 can be illustrated.
  • the housing 50 does not have a shoulder portion that restrains the axial end surface of the outer ring of the double row angular ball bearing 60.
  • the opposite end portion 13 in the axial direction of the screw shaft 1 has a shoulder portion that restrains the double-row angular contact ball bearing 6 and the axial end surface of the outer ring.
  • the housing 7 has a base 8 that is rotatably supported in a state where axial displacement is constrained.
  • the change in the axial stiffness due to the stroke position is smaller than that of the conventional feed screw device 100 shown in FIG. It is getting bigger.
  • the motor-side end portion 12 of the screw shaft 1 is supported by a single deep groove ball bearing 4, and the feed screw device 10 of the first embodiment and the feed screw device 10A of the second embodiment that is not supported by the bearing. Then, the vibration of the motor 3 is easy to propagate to the feed system.
  • the motor side end 12 of the screw shaft 1 is supported by a double row ball bearing, so that the vibration of the motor 3 propagates to the feed system. Can be prevented.
  • the feed screw device 10B of the third embodiment can be obtained with a slight increase in cost compared to the feed screw device 100 shown in FIG. 10, and can be obtained at a lower cost than the feed screw device obtained by the method of Patent Document 1. It is done.
  • the feed screw device according to the first aspect has the configurations (1) to (3), the change in the axial rigidity due to the stroke position is suppressed as compared with the conventional feed screw device.
  • This feed screw device uses the same components as the conventional feed screw device, and supports the base at the motor side end of the screw shaft in the conventional feed screw device and the base at the opposite motor side end. It is obtained by assembling with the supporting state against the opposite.
  • the feed screw device according to the second aspect has the configurations (1), (3), and (4), the change in the axial rigidity due to the stroke position is suppressed as compared with the conventional feed screw device.
  • this feed screw device can be obtained at a lower cost than the conventional feed screw device because it does not require a part that supports the side to which the motor is coupled.
  • the feed screw device may have the following configuration (5) or (6).
  • (5) The relationship between the lead (L) of the screw shaft and the outer diameter (A) of the screw shaft satisfies the following expression (1). 0.86A ⁇ L ⁇ 1.75A (1) (6)
  • the shaft coupling has a structure capable of absorbing axial displacement of the screw shaft.

Abstract

　この発明の送りねじ装置（１０）は、ねじ軸（１）とナット（２）と、ねじ軸（１）の軸方向一端に軸継手（３１）を介して結合されたモータ（３）を有する。ねじ軸（１）の軸方向一端部であるモータ側端部（１２）は、基台（８）に対して、軸方向変位が許容された状態で回転自在に支持されている。ねじ軸（１）の軸方向他端部である反モータ側端部（１３）は、基台（８）に対して、軸方向変位が拘束された状態で回転自在に支持されている。モータ（３）の回転がナット（２）の直線運動に変換される。

Description

送りねじ装置
　この発明は送りねじ装置に関する。
　送りねじ装置は、ねじ軸と、ねじ軸が挿通され、ねじ軸の螺旋溝と面接触するか転動体（ボールまたはローラ）を介して点接触する螺旋溝を有するナットと、ねじ軸の軸方向一端に軸継手を介して結合されたモータと、を有し、モータの回転をナットの直線運動に変換する装置である。
　工作機械等で使用される一般的な送りねじ装置は、例えば図１０に示すように、ねじ軸１の螺旋溝１１とナット２の螺旋溝がボールを介して点接触するボールねじ送り構造を有する。
　この送りねじ装置１００では、ねじ軸１の軸方向一端部であるモータ側端部１２が、複列アンギュラ玉軸受６とハウジング７により、基台８に対して、軸方向変位が拘束された状態で回転自在に支持されている。また、ねじ軸１の軸方向他端部である反モータ側端部１３が、深溝玉軸受４とハウジング５により、基台８に対して、軸方向変位が許容された状態で回転自在に支持されている。
　このような従来の送りねじ装置には、軸方向剛性がナットのストローク位置（ナットが直線移動する範囲での位置）で大きく変化するという問題点がある。
　この問題点を解消するために、特許文献１には、送りねじを両端支持し（ねじ軸の軸方向両端を、基台に対して軸方向変位が拘束された状態で回転自在に支持し）、送りねじの両端（ねじ軸の軸方向両端）に各々サーボモータを連結して、両サーボモータを相互に同期駆動する送りねじの駆動方法が提案されている。
特開平１０－８６０２７号公報
　特許文献１に記載された提案では、モータをねじ軸の軸方向両端に設ける必要があることや、モータを同期駆動するための複雑な制御機構が必要であること等により、従来の送りねじ装置よりもコストが高くなることは避けられない。
　この発明の課題は、従来の送りねじ装置と比較して大きなコスト増とならない（例えば、従来の送りねじ装置と同じコストかより低いコスト、あるいは特許文献１の方法との比較で低コストな）方法で、軸方向剛性のストローク位置による変化が抑制された送りねじ装置を提供することである。
　上記課題を解決するために、この発明の第一態様の送りねじ装置は、下記の構成(1)～(3)を有することを特徴とする。
(1)ねじ軸と、前記ねじ軸が挿通され、前記ねじ軸の螺旋溝と面接触するか転動体を介して点接触する螺旋溝を有するナットと、前記ねじ軸の軸方向一端に軸継手を介して結合されたモータと、を有し、前記モータの回転を前記ナットの直線運動に変換する。
(2)前記ねじ軸の軸方向一端部であるモータ側端部は、基台に対して、軸方向変位が許容された状態で回転自在に支持されている。
(3)前記ねじ軸の軸方向他端部である反モータ側端部は、基台に対して、軸方向変位が拘束された状態で回転自在に支持されている。
　この発明の第二態様の送りねじ装置は、上記構成(1)(3)と下記の構成(4)を有することを特徴とする。
(4)前記ねじ軸の軸方向一端部であるモータ側端部は、基台に対して支持されていない。
　この発明によれば、従来の送りねじ装置と比較して大きなコスト増とならない方法で、軸方向剛性のストローク位置による変化が抑制された送りねじ装置が提供される。
第一実施形態の送りねじ装置を示す概略構成図である。 送りねじ装置を有する工作機械を示す平面図である。 図１の送りねじ装置について、軸方向変位および軸方向剛性とストローク位置との関係を示すグラフである。 実施形態の送りねじ装置のストローク位置での軸方向剛性の変化（Ｇ１）と、従来の送りねじ装置のストローク位置での軸方向剛性の変化（Ｇ２）を比較したグラフである。 図３に示す(c) の変位による剛性（Ｇｃ）と(d) の変位による剛性（Ｇｄ）との比（Ｇｄ／Ｇｃ）が０．４以上１．６以下の範囲となる、ねじ軸の外径とリードとの関係を示すグラフである。 第二実施形態の送りねじ装置（図２の工作機械を構成する送りねじ装置の一例）を示す側面図である。 第三実施形態の送りねじ装置（図２の工作機械を構成する送りねじ装置の一例）を示す側面図である。 第三実施形態の送りねじ装置を構成するモータ側端部を支持する軸受の一例を示す断面図である。 第三実施形態の送りねじ装置を構成するモータ側端部を支持する軸受の一例を示す断面図である。 従来の送りねじ装置を示す概略構成図である。 図１０の送りねじ装置について、軸方向変位および軸方向剛性とストローク位置との関係を示すグラフである。
　以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明はこの実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。
［第一実施形態］
　図１に示すように、この実施形態の送りねじ装置１０は、ねじ軸１と、ナット２と、モータ３と、深溝玉軸受４と、深溝玉軸受４のハウジング５と、複列アンギュラ玉軸受６と、複列アンギュラ玉軸受６のハウジング７を有する。この送りねじ装置１０は、ねじ軸１がナット２に挿通され、ねじ軸１の螺旋溝１１とナット２の螺旋溝がボール（転動体）を介して点接触するボールねじ送り構造を有する。
　ねじ軸１の軸方向一端に、軸継手３１を介してモータ３が結合されている。軸継手３１は、ねじ軸１の軸方向変位が吸収できる構造を有する。軸継手３１としては、板ばね式カップリング、オルダムカップリング（中間体の突出部とこれが嵌まる溝との間に軸方向隙間を設けて設置）、キー固定されたリジットカップリングが例示できる。軸継手３１によるねじ軸１とモータ３との結合部分は、基台８に固定されたハウジング３２内に配置されている。
　深溝玉軸受４の内輪が、ねじ軸１の軸方向一端部であるモータ側端部１２に固定され、深溝玉軸受４の外輪が固定されたハウジング５の下部が、基台８に固定されている。これにより、ねじ軸１のモータ側端部１２が、基台８に対して、軸方向変位が許容された状態で回転自在に支持されている。
　複列アンギュラ玉軸受６は、ＤＦ形（正面組合せ）で組み合わされた二個のアンギュラ玉軸受からなる。ハウジング７は、複列アンギュラ玉軸受６の外輪の軸方向端面を拘束する肩部を有する。複列アンギュラ玉軸受６の内輪が、ねじ軸１の軸方向他端部である反モータ端部１３に固定され、複列アンギュラ玉軸受６の外輪が固定されたハウジング７の下部が、基台８に固定されている。これにより、ねじ軸１の反モータ側端部１３が、基台８に対して、軸方向変位が拘束された状態で回転自在に支持されている。
　この送りねじ装置１０は、例えば図２に示す工作機械２０において、テーブル１５を往復移動する移動機構として使用される。図２に示す工作機械２０は、テーブル１５の往復移動を案内する一対のリニアガイド装置を有する。各リニアガイド装置は案内レール３４と二個のスライダ３５を有する。
　そのため、図１に示すように、送りねじ装置１０のナット２に、円筒部９１と円筒部９１の径方向に延びるテーブル取付部９２とを有するブラケット９を介して、テーブル１５が固定されている。テーブル取付部９２を基台８の反対側に向けて、ブラケット９の円筒部９１がナット２の外側に嵌合され、テーブル取付部９２にテーブル１５が固定されている。
　モータ３を所定の制御プログラムで駆動することにより、ねじ軸１が回転し、ボールねじ機構によりナット２がストローク範囲で往復直線運動する。これに伴って、テーブル１５がねじ軸１に沿って往復移動し、各リニアガイド装置がテーブル１５の往復移動を案内する。
＜送りねじ装置の軸方向剛性について＞
　送りねじ装置の送り系全体における軸方向剛性は、送り系を構成する部品の軸方向変位の和によって決まる。構成部品の変位としては、(a)固定軸受の軸方向変位と、(b)ナットとねじ軸との間に作用する力に伴うナットの軸方向変位と、(c)ねじ軸に圧縮力または引張力が作用することで生じるねじ軸の軸方向変位と、(d)ねじ軸のねじり変形に伴うナットの軸方向変位がある。
　(d)の変位は、ねじ軸が回転しない状態でナットに固定されたテーブルに軸方向荷重が加わった場合に、ねじ軸がナットからトルクを受けてねじり変形することに伴ってナットに生じる軸方向変位である。
　ここで、図１の送りねじ装置１０に、１０ｋＮの軸方向荷重を加えた場合の(a)～(d)の軸方向変位および軸方向剛性と、ストローク位置との関係を調べた。送りねじ装置１０の構成は、ねじ軸１の外径が４０ｍｍでリードが４０ｍｍ、ナット２のストロークが１０００ｍｍ、深溝玉軸受４が日本精工（株）の型番６２０６（許容ラジアル荷重１９５００Ｎ、許容回転数７５００ｒｐｍ）、複列アンギュラ玉軸受６が同型番３０ＴＡＣ６２Ｂ（許容アキシャル荷重４３０００Ｎ、許容回転数３０００ｒｐｍ）とした。
　その結果を図３に示す。図３のストローク位置は、反モータ側（図１の左側）のストローク端を「０」とし、モータ側（図１の右側）のストローク端を「１」とした相対位置を示す。
　図３に示すように、(a)および(b)の軸方向変位は、全ストローク範囲でそれぞれ１０μｍ程度で一定であるが、(c)の軸方向変位は、左端が０で右に向かうにつれて直線状に増加して右端で最大の５２μｍ程度となっている。(d)の軸方向変位は、左端が５２μｍ程度で最大となり、右に向かうにつれて直線状に減少して右端で最小の１５μｍ程度となっている。また、構成部品の軸方向変位の和は、左端で７２μｍ程度、右端で８７μｍ程度となり、その差は５μｍ程度と小さい。
　図３のラインＧ１は、ストローク範囲での軸方向剛性の変化を示す。ラインＧ１を見ると、軸方向剛性の最低値は１１６Ｎ／μｍ程度、最大値は１４０Ｎ／μｍ程度であり、軸方向剛性のストローク範囲での変化量は２４Ｎ／μｍ程度になっている。
　比較例として、図１０に示す従来の送りねじ装置１００についても同じ条件での(a)～(d)の軸方向変位および軸方向剛性と、ストローク位置との関係を調べた。その結果を図１１に示す。
　図１０に示す従来の送りねじ装置１００では、図１１に示すように、(a)～(c)の軸方向変位は図２と同じであるが、(d)の軸方向変位は、左端が最小の１５μｍ程度で、右に向かうにつれて直線状に増加して右端で最大の５２μｍ程度となっている。また、構成部品の軸方向変位の和は、左端で３４μｍ程度、右端で１２４μｍ程度となり、その差は９０μｍ程度と大きい。
　図１１のラインＧ２は、ストローク範囲での軸方向剛性の変化を示す。ラインＧ２を見ると、軸方向剛性の最低値は８３Ｎ／μｍ程度、最大値は２９０Ｎ／μｍ程度であり、軸方向剛性のストローク範囲での変化量は２０７Ｎ／μｍ程度になっている。図４のグラフにおいて、ラインＧ１とラインＧ２が比較できる。
　以上のことから、図１に示す第一実施形態の送りねじ装置１０は、図１０に示す従来の送りねじ装置１００と比較して、軸方向剛性のストローク位置による変化が小さくなっていると共に、軸方向剛性の最低値が大きくなっていることが分かる。
　また、図１に示す送りねじ装置１０は、図１０に示す送りねじ装置１００と同じ構成部品からなり、モータ側と反モータ側とで軸受およびハウジングを逆に設置したものであるため、従来の送りねじ装置１００と同じコストで得られる。
　なお、図３の結果は、外径とリードが同じねじ軸を用いた場合の結果であるが、(c)の変位で決まる剛性はねじ軸の外径に応じて変化し、(d)の変位で決まる剛性はねじ軸の外径とリードに応じて変化する。(d)の変位による剛性Ｇｄが(c)の変位による剛性Ｇｃの０．４倍以上１．６倍以下の範囲であれば、軸方向剛性のストローク位置による変化を抑制する効果が高いと考えられる。剛性の比（Ｇｄ／Ｇｃ）が０．４以上１．６以下の範囲となるねじ軸の外径（Ａ）とリード（Ｌ）との関係を計算した。
　その結果、ねじ軸の外径（Ａ）とリード（Ｌ）との関係で０．４≦Ｇｄ／Ｇｃ≦１．６を満たす範囲は、図５のグラフで、Ｌ＝αＡのライン（α＝０．８６）上およびＬ＝βＡのライン（β＝１．７５）上となる関係と、両ラインの間の範囲となる関係であることが分かった。よって、ねじ軸のリード（Ｌ）とねじ軸の外径（Ａ）との関係が下記の(1) 式を満たす送りねじ装置であれば、軸方向剛性のストローク位置による変化を抑制する効果が高い。
　０．８６Ａ≦Ｌ≦１．７５Ａ…(1) 
［第二実施形態］
　図６に示す送りねじ装置１０Ａは、図２の工作機械を構成する送りねじ装置であって、ねじ軸１と、ナット２と、モータ３と、ハウジング７と、ハウジング７とねじ軸１との間に配置された軸受を有する。この送りねじ装置１０Ａは、ねじ軸１がナット２に挿通され、ねじ軸１の螺旋溝とナット２の螺旋溝がボール（転動体）を介して点接触するボールねじ送り構造を有する。ねじ軸１の軸方向一端に、軸継手３１を介してモータ３が結合されている。
　ねじ軸１の軸方向一端部であるモータ側端部１２と基台８との間には、軸受およびハウジングが設置されていない。つまり、ねじ軸１のモータ側端部１２は、基台８に対して支持されていない。ねじ軸１の軸方向他端部である反モータ側端部１３は、図１の送りねじ装置１０と同様に、複列アンギュラ玉軸受６と、その外輪の軸方向端面を拘束する肩部を有するハウジング７により、基台８に対して、軸方向変位が拘束された状態で回転自在に支持されている。
　そのため、第二実施形態の送りねじ装置１０Ａは、図１０に示す従来の送りねじ装置１００と比較して、軸方向剛性のストローク位置による変化が小さくなっていると共に、軸方向剛性の最低値が大きくなっている。
　また、第二実施形態の送りねじ装置１０Ａは、ねじ軸１のモータ側端部１２を支持する軸受およびハウジングが不要であるため、図１０に示す送りねじ装置１００よりも低いコストで得られる。
［第三実施形態］
　図７に示す送りねじ装置１０Ｂは、図２の工作機械を構成する送りねじ装置であって、ねじ軸１と、ナット２と、モータ３と、ハウジング７，５０と、ハウジング７，５０とねじ軸１との間に配置された各軸受を有する。この送りねじ装置１０Ｂは、ねじ軸１がナット２に挿通され、ねじ軸１の螺旋溝とナット２の螺旋溝がボール（転動体）を介して点接触するボールねじ送り構造を有する。ねじ軸１の軸方向一端に、軸継手３１を介してモータ３が結合されている。
　ねじ軸１の軸方向一端部であるモータ側端部１２は、複列の玉軸受とそのハウジング５０により、基台８に対して、軸方向変位が許容された状態で回転自在に支持されている。複列の玉軸受の具体例としては、図８に示すＤＢ形（背面組合せ）で組み合わされた二個のアンギュラ玉軸受からなる複列アンギュラ玉軸受６０と、図９に示す二個の深溝玉軸受４０が例示できる。ハウジング５０は、複列アンギュラ玉軸受６０の外輪の軸方向端面を拘束する肩部を有さない。
　ねじ軸１の軸方向他端部である反モータ側端部１３は、図１の送りねじ装置１０と同様に、複列アンギュラ玉軸受６と、その外輪の軸方向端面を拘束する肩部を有するハウジング７により、基台８に対して、軸方向変位が拘束された状態で回転自在に支持されている。
　そのため、第三実施形態の送りねじ装置１０Ｂは、図１０に示す従来の送りねじ装置１００と比較して、軸方向剛性のストローク位置による変化が小さくなっていると共に、軸方向剛性の最低値が大きくなっている。
　また、ねじ軸１のモータ側端部１２が、一個の深溝玉軸受４で支持されている第一実施形態の送りねじ装置１０と、軸受で支持されていない第二実施形態の送りねじ装置１０Ａでは、モータ３の振動が送り系へ伝播し易い。これに対して、第三実施形態の送りねじ装置１０Ｂは、ねじ軸１のモータ側端部１２が複列の玉軸受で支持されていることにより、モータ３の振動が送り系へ伝播することが防止できる。
　さらに、第三実施形態の送りねじ装置１０Ｂは、図１０に示す送りねじ装置１００に対しては僅かなコスト増で得られ、特許文献１の方法で得られる送りねじ装置よりも低コストで得られる。
［第一態様および第二態様に関する追加の説明］
　第一態様の送りねじ装置は、前記構成(1)～(3)を有することで、従来の送りねじ装置と比較して、軸方向剛性のストローク位置による変化が抑制される。また、この送りねじ装置は、従来の送りねじ装置と同じ構成部品を用い、従来の送りねじ装置におけるねじ軸のモータ側端部での基台に対する支持状態と反モータ側端部での基台に対する支持状態を反対にして組み立てることで得られる。
　第二態様の送りねじ装置は、前記構成(1)(3)(4)を有することで、従来の送りねじ装置と比較して、軸方向剛性のストローク位置による変化が抑制される。また、この送りねじ装置は、モータが結合される側を支持する部品が不要なため、従来の送りねじ装置よりも低いコストで得ることができる。
　第一態様および第二態様の送りねじ装置は、下記の構成(5)または(6)を有することができる。
(5)前記ねじ軸のリード（Ｌ）とねじ軸の外径（Ａ）との関係が下記の(1)式を満たす。
　０．８６Ａ≦Ｌ≦１．７５Ａ…(1) 
(6)前記軸継手は、前記ねじ軸の軸方向変位を吸収可能な構造を有する。
　１　ねじ軸
　１０　送りねじ装置
　１０Ａ　送りねじ装置
　１０Ｂ　送りねじ装置
　１００　送りねじ装置
　１１　ねじ軸の螺旋溝
　１２　ねじ軸の軸方向一端（モータ側端部）
　１３　ねじ軸の軸方向他端（反モータ側端部）
　１５　テーブル
　２　ナット
　２０　工作機械
　３　モータ
　３１　軸継手
　３２　ハウジング
　３４　案内レール
　３５　スライダ
　４　深溝玉軸受
　４０　複列の深溝玉軸受
　５　ハウジング
　５０　ハウジング
　６　ＤＦ形の複列アンギュラ玉軸受
　６０　ＤＢ形の複列アンギュラ玉軸受
　７　ハウジング
　８　基台
　９　ブラケット
　９１　円筒部
　９２　テーブル取付部

Claims (4)

  1. 　ねじ軸と、
    　前記ねじ軸が挿通され、前記ねじ軸の螺旋溝と面接触するか転動体を介して点接触する螺旋溝を有するナットと、
    　前記ねじ軸の軸方向一端に軸継手を介して結合されたモータと、
    を有し、
    　前記ねじ軸の軸方向一端部であるモータ側端部は、基台に対して、軸方向変位が許容された状態で回転自在に支持され、
    　前記ねじ軸の軸方向他端部である反モータ側端部は、前記基台に対して、軸方向変位が拘束された状態で回転自在に支持され、
    　前記モータの回転を前記ナットの直線運動に変換する送りねじ装置。
  2. 　ねじ軸と、
    　前記ねじ軸が挿通され、前記ねじ軸の螺旋溝と面接触するか転動体を介して点接触する螺旋溝を有するナットと、
    　前記ねじ軸の軸方向一端に軸継手を介して結合されたモータと、
    を有し、
    　前記ねじ軸の軸方向一端部であるモータ側端部は、基台に対して支持されず、
    　前記ねじ軸の軸方向他端部である反モータ側端部は、前記基台に対して、軸方向変位が拘束された状態で回転自在に支持され、
    　前記モータの回転を前記ナットの直線運動に変換する送りねじ装置。
  3. 　前記ねじ軸のリード（Ｌ）とねじ軸の外径（Ａ）との関係が下記の(1) 式を満たす請求項１または２記載の送りねじ装置。
    　０．８６Ａ≦Ｌ≦１．７５Ａ…(1) 
  4. 　前記軸継手は、前記ねじ軸の軸方向変位を吸収可能な構造を有する請求項１～３のいずれか１項に記載の送りねじ装置。
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