(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送りねじ軸と、送りねじ軸にねじはめられかつ送りねじ軸に対して相対的に回転および直線移動する移動用ナットとを備えた送りねじ装置であって、送りねじ軸に減衰用ナットがねじはめられ、移動用ナットと減衰用ナットとが、両ナットの送りねじ軸方向の相対変位可能な連結手段により連結され、移動用ナットと減衰用ナットとの間に、両ナットの送りねじ軸方向の相対変位によりエネルギ損失を生じるダンパ部が設けられている送りねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は送りねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
送りねじ装置として、従来、送りねじ軸と、送りねじ軸にねじはめられかつ送りねじ軸に対して相対的にその軸方向に移動する移動ナットとを備えており、送りねじ軸と移動ナットの相対的回転によって、移動ナットが送りねじ軸に対して相対的にその軸方向に移動し、これにより移動体が直線移動させられる送りねじ装置が知られている。従来の送りねじ装置の一例を図２に示す。
【０００３】
図２において、従来の送りねじ装置は、図示しないベース等に回転自在に支持されたボールねじ軸(1) （送りねじ軸）と、複数のオーバーサイズ循環ボール(2) を介してボールねじ軸(1) にねじはめられた移動用ボールナット(3) （移動用ナット）とを備えている。
【０００４】
ボールねじ軸(1) は、図示しない数値制御装置により回転駆動装置、たとえばサーボモータを介して任意の速度で任意の回転角となるように回転駆動される。循環ボール(2) は、図示しない循環回路内を循環するようになっている。移動用ボールナット(3) は、オーバーサイズ循環ボール(2) により予圧を受けた状態でボールねじ軸(1) にねじはめられており、ボールねじ軸(1) の軸方向に所定の剛性を有している。移動用ボールナット(3) は、図示しない案内機構によりボールねじ軸(1) の軸方向に移動可能である移動体(4) に固定されている。
【０００５】
このような送りねじ装置では、ボールナット(3) が移動体(4) に固定されているので、ボールねじ軸(1) が所定の回転角だけ回転させられた場合、ボールナット(3) は、ボールねじ軸(1) の周りに回転することなく、ボールねじ軸(1) の軸方向に直線的に移動し、その結果移動体(4) がボールねじ軸(1) の軸方向に移動する。ボールねじ軸(1) が等速回転している場合、ボールナット(3) はボールねじ軸(1) に対して等速直線運動を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ボールねじ軸(1) の回転数が変化し、角加速度が発生した場合、移動用ボールナット(3) にはボールねじ軸(1) の軸方向の加速度が発生し、移動体(4) およびボールナット(3) には、その合計質量に加速度を乗じた力が作用し、ボールナット(3) がボールねじ軸(1) 方向に剛性を有していることから、ボールナット(3) とボールねじ軸(1) との間にボールねじ軸(1) 方向の弾性変形が生じる。すなわち、ボールねじ軸(1) のねじ溝の周面、ボールおよびボールナット(3) のねじ溝の周面に弾性変形が生じる。そして、上記角加速度が急速に減少すると、弾性変形により蓄積された弾性エネルギが解放されることに起因して、ボールねじ軸(1) とボールナット(3) との間に軸方向の振動が発生する。その結果、この振動が減衰するまでボールナット(3) および移動体(4) の位置決めを精度良く行うことができず、移動体(4) の位置決めを精度良く行うのに比較的時間がかかるという問題がある。
【０００７】
また、移動体(4) にボールねじ軸(1) の軸方向の外力が作用した場合も、上記と同様にしてボールねじ軸(1) とボールナット(3) との間に軸方向の振動が発生し、その結果移動体(4) の位置決めを精度良く行うのに、比較的時間がかかるという問題がある。
【０００８】
この発明の目的は、上記問題を解決し、送りねじ軸と移動用ナットとの間に発生した軸方向の振動を速やかに減衰することができる送りねじ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段と発明の効果】
この発明による送りねじ装置は、送りねじ軸と、送りねじ軸にねじはめられかつ送りねじ軸に対して相対的に回転および直線移動する移動用ナットとを備えた送りねじ装置であって、送りねじ軸に減衰用ナットがねじはめられ、移動用ナットと減衰用ナットとが、両ナットの送りねじ軸方向の相対変位可能な連結手段により連結され、移動用ナットと減衰用ナットとの間に、両ナットの送りねじ軸方向の相対変位によりエネルギ損失を生じるダンパ部が設けられているものである。
【００１０】
この発明の送りねじ装置によれば、送りねじ軸の回転数が変化して角加速度が発生した場合、送りねじ軸と移動用ナットとの間には、上述した従来の装置の場合と同様に送りねじ軸方向の振動が発生する。また、移動用ナットの場合と同様にして、送りねじ軸と減衰用ナットとの間にも送りねじ軸方向の振動が発生する。ここで、減衰用ナットの送りねじ軸方向の剛性および／または減衰用ナットの質量を適切に設定することにより、送りねじ軸と減衰用ナットとの間の軸方向の振動の周波数を、送りねじ軸と移動用ナットとの間の軸方向の振動の周波数よりも大きくすることが可能になる。これらの周波数が異なると、移動用ナットと減衰用ナットとの間に送りねじ軸方向の相対変位が発生し、その結果、ダンパ部によってエネルギ損失を生じさせることが可能になり、送りねじ軸と移動用ナットとの間に発生した軸方向の振動を速やかに減衰することができる。したがって、送りねじ軸と移動用ナットとの相対位置決めを、比較的短時間で精度良く行うことができる。
【００１１】
移動用ナットに送りねじ軸方向の外力が作用した場合には、上記と同様にして送りねじ軸と移動用ナットとの間には送りねじ軸方向の振動が発生する。ところが、移動用ナットと減衰用ナットとは、両ナットの送りねじ軸方向の相対変位可能な連結手段により連結されているので、減衰用ナットには振動は発生しない。したがって、移動用ナットと減衰用ナットとの間に送りねじ軸方向の相対変位が発生し、その結果、ダンパ部によってエネルギ損失を生じさせることが可能になり、送りねじ軸と移動用ナットとの間に発生した軸方向の振動を速やかに減衰することができる。したがって、送りねじ軸と移動用ナットとの相対位置決めを、比較的短時間で精度良く行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１はこの発明による送りねじ装置を示す。なお、図１において、図２に示すものと同一物および同一部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の説明において、図面の左右を左右というものとする。
【００１４】
図１において、ボールねじ軸(1) には、移動用ボールナット(3) から左方に離隔した位置に、複数のオーバーサイズ循環ボール(5) を介して減衰用ボールナット(6) （減衰用ナット）がねじはめられている。減衰用ボールナット(6) は、オーバーサイズ循環ボール(5) により予圧を受けた状態でボールねじ軸(1) にねじはめられており、ボールねじ軸(1) の軸方向に所定の剛性を有している。移動用ボールナット(3) の左端部と減衰用ボールナット(6) の右端部との間は、可撓性を有するカバー(7) により覆われている。
【００１５】
移動用ボールナット(3) と減衰用ボールナット(6) とは、次のようにして連結され、両ボールナット(3)(6)は、ボールねじ軸(1) の軸方向にのみ相対変位し、ボールねじ軸(1) の周りには相対的に回転しないようになっている。減衰用ボールナット(6) の左端面の中央部には環状の左方突出部(6a)が一体に形成されている。減衰用ボールナット(6) にはその左端面における左方突出部(6a)の周囲の部分から右方に伸びる複数、ここでは２つの有底穴(8) が、周方向に等間隔をおいて形成されている。有底穴(8) の左端開口は、減衰用ボールナット(6) の左方突出部(6a)の周囲に固定された環状蓋(9) により閉鎖されている。環状蓋(9) の左端面における有底穴(8) と対応する位置に凹所(10)が形成され、凹所(10)の左端開口は環状蓋(9) に固定された閉鎖板(11)により閉鎖されている。
【００１６】
移動用ボールナット(3) の左端面における有底穴(8) と対応する位置に、有底穴(8) の内径よりも小さな外径を有する連結ロッド(12)が左方突出状に固定されている。連結ロッド(12)は減衰用ボールナット(6) における有底穴(8) よりも右側の部分を摺動自在に貫通して有底穴(8) に通され、さらに環状蓋(9) における凹所(10)よりも右側の部分を摺動自在に貫通しており、その左端は凹所(10)内に位置している。連結ロッド(12)における有底穴(8) 内に存在する部分の周面に、その長さ方向に間隔をおいて複数のピストン部(13)が固定状に設けられている。右端のピストン部(13)と有底穴(8) の底面との間隔、左端のピストン部(13)と環状蓋(9) との間隔、および連結ロッド(12)の左端と閉鎖板(11)との間隔は、それぞれ両ボールナット(3)(6)がボールねじ軸(1) の軸方向に相対変位したさいの連結ロッド(12)の左右方向の移動を許容しうるような大きさとなされている。そして、各有底穴(8) 内に油(14)が充填され、各ピストン部(13)の外周面と有底穴(8) の内周面との間に油(14)が通過しうる小さな隙間が形成されることによって、両ボールナット(3)(6)間に、両ボールナット(3)(6)がボールねじ軸(1) の軸方向の相対変位したさいに、油(14)が上記隙間を通って流動することによりエネルギ損失を生じる油圧ダンパ部(15)が設けられている。なお、減衰用ボールナット(6) と環状蓋(9) との間、減衰用ボールナット(6) と連結ロッド(12)との間、および環状蓋(9) と連結ロッド(12)との間はそれぞれＯリング(16)(17)(18)により密封されている。
【００１７】
上記構成の送りねじ装置において、ボールねじ軸(1) が等速回転させられている場合、従来の装置の場合と同様にして移動用ボールナット(3) はボールねじ軸(1) に対して等速直線運動を行う。このとき、減衰用ボールナット(6) は連結ロッド(12)を介して移動用ボールナット(3) に対してボールねじ軸(1) の周りに拘束されているので、移動用ボールナット(3) と同様に、ボールねじ軸(1) に対して等速直線運動を行い、その結果両ボールナット(3)(6)の相対変位は生じない。このため、油圧ダンパ部(15)によるエネルギ損失は発生しない。
【００１８】
ボールねじ軸(1) の回転数が変化し、角加速度が発生した場合、移動用ボールナット(3) にはボールねじ軸(1) の軸方向の加速度が発生し、移動体(4) およびボールナット(3) には、その合計質量に加速度を乗じた力が作用し、ボールナット(3) がボールねじ軸(1) の軸方向に剛性を有していることから、ボールナット(3) とボールねじ軸(1) との間にボールねじ軸(1) の軸方向の弾性変形が生じる。すなわち、ボールねじ軸(1) のねじ溝の周面、ボールおよびボールナット(3) のねじ溝の周面に弾性変形が生じる。そして、上記角加速度が急速に減少すると、弾性変形により蓄積された弾性エネルギが解放されることに起因して、ボールねじ軸(1) とボールナット(3) との間に軸方向の振動が周波数H1で発生する。また、減衰用ボールナット(6) にもボールねじ軸(1) の軸方向の加速度が発生し、ボールナット(6) には、その質量に加速度を乗じた力が作用し、ボールナット(6) がボールねじ軸(1) の軸方向に剛性を有していることから、ボールナット(6) とボールねじ軸(1) との間にボールねじ軸(1) の軸方向の弾性変形が生じる。すなわち、ボールねじ軸(1) のねじ溝の周面、ボールおよびボールナット(6) のねじ溝の周面に弾性変形が生じる。そして、上記角加速度が急速に減少すると、弾性変形により蓄積された弾性エネルギが解放されることに起因して、ボールねじ軸(1) とボールナット(6) との間に軸方向の振動が周波数H2で発生する。ここで、減衰用ボールナット(6) のボールねじ軸(1) 方向の剛性および／または減衰用ボールナット(6) の質量を適切に設定することにより、ボールねじ軸(1) と減衰用ボールナット(6) との間の軸方向の振動の周波数H2を、ボールねじ軸(1) と移動用ボールナット(3) との間の軸方向の振動の周波数H1よりも大きくすることが可能になる。これらの周波数H1、H2が異なると、移動用ボールナット(3) と減衰用ボールナット(6) との間にボールねじ軸(1) の軸方向の相対変位が発生し、その結果油圧ダンパ部(15)によってエネルギ損失を生じさせることが可能になり、ボールねじ軸(1) と移動用ボールナット(3) との間に発生した軸方向の振動を速やかに減衰することができる。したがって、ボールねじ軸(1) と移動用ボールナット(3) との相対位置決めを、比較的短時間で精度良く行うことができる。
【００１９】
移動用ボールナット(3) にボールねじ軸(1) の軸方向の外力が作用した場合には、上記と同様にしてボールねじ軸(1) と移動用ボールナット(3) との間にはボールねじ軸(1) の軸方向の振動が発生する。ところが、移動用ボールナット(3) と減衰用ボールナット(6) とは、両ボールナット(3)(6)のボールねじ軸(1) のねじ軸方向の相対変位を許容するように連結されているので、減衰用ボールナット(6) には振動は発生しない。したがって、移動用ボールナット(3) と減衰用ボールナット(6) との間にボールねじ軸(1) の軸方向の相対変位が発生し、その結果、油圧ダンパ部(15)によってエネルギ損失を生じさせることが可能になり、ボールねじ軸(1) と移動用ボールナット(3) との間に発生した軸方向の振動を速やかに減衰することができる。したがって、ボールねじ軸(1) と移動用ボールナット(3) との相対位置決めを、比較的短時間で精度良く行うことができる。この場合、減衰用ナット(6) は連結ロッド(12)を介して、減衰機能の反力としてボールねじ軸(1) の軸方向の力を受けるため、減衰用ナット(6) のボールねじ軸(1) の軸方向の剛性が大きいほど両ボールナット(3)(6)の相対変位は大きくなり、その結果減衰効果は向上する。
【００２０】
上記実施形態においては、送りねじ軸がボールねじ軸であり、移動用ナットおよび減衰用ナットがボールナットであるが、これに限るものではなく、送りねじ軸がすべりねじ軸であり、移動用ナットがすべりナットであってもよい。また、上記実施形態においては、ダンパ部は油の流動により減衰力を発生する油圧ダンパ部であるが、これに限るものではなく、固体摩擦により減衰力を発生するダンパ部であってもよい。さらに、上記実施形態においては、送りねじ軸が回転駆動されようになっているが、これに代えて、移動用ナットが回転駆動されるようになっていてもよい。すなわち、送りねじ軸が固定されるとともに、移動用ナットが移動体に回転自在であるが送りねじ軸方向に移動しないように取付けられ、移動用ナットがモータ等の回転駆動装置により回転させられることもある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の送りねじ装置の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】従来の送りねじ装置の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
(1)：ボールねじ軸（送りねじ軸）
(3)：移動用ボールナット（移動用ナット）
(6)：減衰用ボールナット（減衰用ナット）
(12)：連結ロッド
(15)：油圧ダンパ部
【図１】
0003694778.tif 000002
【図２】
0003694778.tif 000003