(57)【要約】【課題】スプライン付きのボールねじ結合に歯形クラッチ結合を導入し、制御を容易にする。【解決手段】ボールねじにスプライン溝を設け、ボールねじナットとボールねじの結合を確実にしたこと、移動台側とボールねじナットの結合もクラッチ結合で確実にしたこと。ボールねじナットへ歯車列を結合して、ボールねじ回転力の取り出しとクラッチ結合開放時の移動台制御を容易にしたこと。【選択図】図１
2006125611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプライン付きのボールねじに於いて、ボールねじに結合するボールねじナットの結合軸上前後に歯形クラッチを用いてボールねじとの結合を確保して移動体を駆動する構造のボールねじ装置。
【請求項２】
ボールねじナットと移動体はベアリングを介して結合し、歯形クラッチと歯車結合を介してボールねじの回転力を移動体外部へ取り出せる用にしたボールねじ結合構造。
【請求項３】
ボールねじナットと結合するボールねじ軸上を摺動する歯形クラッチの結合を容易にする為に櫛型案内ボール溝と其処へ嵌合する歯形結合用案内ボールを有するクラッチ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】従来ボールねじの利用は通常のねじ結合の摩擦を軽減する目的で、ボールねじ回転でボールねじナットが固定されている移動体をボールねじ軸上に沿って前後に移動するものである。本案はこのボールねじ結合の改良に係わる考案である。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平７−２０８５７２号公報（第１−５頁、第１図）
ボールねじ装置及びこれを備えたテーブル駆動装置、では長軸のボールねじに嵌合するベアリングで支持されるボールねじナットが移動台に組み付けられている。このボールねじナットは移動台上に取り付けられるモーターに依り回転され、従い移動台がボールねじに沿って摺動する。本特許の論点は長軸のボールねじが移動台の急速運動に依って振動を起こすので其れを収束させる工夫が眼目である。外部からボールねじナットを回転させて移動台を駆動する事は通常の使用方法であるので回転導入自体は特許には該当していない。【特許文献２】特開平９−２５３９６９号公報（第１ー７頁、第１図）
ボールスプラインを備えたテーブル装置、すなわち移動台ではボールねじで駆動される移動台の広範囲な移動運動を容易にするために、移動用のボールを組み込んだスプライン軸を用いて広範囲な急速移動を可能にさせ、局部的な精密移動はボールねじを採用する複合的工夫である。スプライン軸とボールねじ軸は独立している。【特許文献３】実開平６−６７９３号公報（第１頁）
制振型送りボールねじ軸においてボールねじ外形表面に鉛メッキなどの振動減衰率の大きい材料で被覆してボールねじ軸の振動を抑制する提案である。【特許文献４】特開平８−２００３９７号公報（第１ー４頁、第１図）
車両用変速機の同期装置、では同軸上に隣接した相対回転自由な回転体の噛み合いの切り換えを回転中に同期させて行うものである。自動車などに採用される場合、本特許文献４の同期装置は回転体の結合トルクが大きいので、回転数を同期させる目的で、相対する回転体の間隙に堅牢な摩擦車を配してその摩擦に依って回転数の同期を得る方法が採用されている。【非特許文献１】池貝鐵工（株）編発行、池貝技法、１９６５年８月号、Ｐ．１０〜Ｐ．４０
池貝Ａ２０型旋盤にボールねじが刃物台駆動用として親ねじに使用されている事を報じている。親ねじ（ボールねじ）に関わる構造の詳細は述べられていない。【非特許文献２】伊東誼著発行、物つくり立国への道標、平成１５年３月２２日発行、非売品、Ｐ．１６〜Ｐ．８０
池貝Ａ２０型旋盤の詳細設計内容が語られている。此処ではボールねじが親ねじとして使われている、と同時に刃物台を搭載したサドル、すなわち移動台には独立した別軸の駆動系が導入されている。親ねじは回転せず、固定されていることが示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】ボールねじ雄・雌を装置の移動設定用いる場合、それらの相対的な移動はねじ軸上に束縛されている雄・雌ボールねじ相互別々に或いは単独に外部から回転運動を与える事がねじの性質から帰結する。此処で雄ねじと雌ねじを機械的に結合固定することは移動機構としての目的を外れるので通常は行わない事である。しかし雄雌ねじを一時的に固定する事で雄ねじの回転を同期的に取り出す構造上の必要が生じた。本発明は此の問題を解決するものである。以下項目０００４〜０００８は公開特許などとの相違点を分析する。【０００４】今回提案の特許工夫ではボールねじとボールねじナットをクラッチで結合させて、ボールねじの回転をボールねじナットに結合した歯車で外部へ導出し、かつボールねじナットとボールねじを結合する歯形クラッチが開放されて居るときには外部からの回転がボールねじナットを駆動する通常のボールねじ使用法に帰着するが、ボールねじとボールねじナットが歯形クラッチで結合される場合は通常の使用法ではなく、ボールねじの回転と完全に同期した回転出力を移動体内へ導出するものであり、特許文献１の意味する内容は今回の特許請求項２を制約するものではない。【０００５】今回特許請求項１の提案であるボールねじ自体にスプライン溝を加工し付与させる方法と特許文献２の内容の相異が分かる。ボールねじとは独立したスプライン軸を導入する構造は目的も構造も全く異なる。従い、特許文献２はボールねじ外周面にスプライン溝を加工する今回提案の請求項目１を制約するようなものではない。【０００６】特許文献３の目的と構造はボールねじの高速回転時に生じる振動を防ぐことに眼目がある。此に反して、今回提案の特許の請求項目１が意図するボールねじ外形の加工はスプライン溝を構築して同軸上に摺動するクラッチを装着する目的であり、全く特許文献３の内容とは別次元の目的である。従い今回提案の請求項目１をなんら制約しない。【０００７】同軸上に存在する異種回転体の回転数同期自体を得る目的は今回特許申請した工夫、特許請求項目３と同じである。しかし其の方法は異なる。今回提案の特許請求項３の工夫は相対回転数が極めて小さく、また結合トルクも小規模であるので、摩擦を得る構造は簡単である。詳細は図面の説明に譲るが、摺動円錐軸部に嵌合するボールリテーナー内の歯形結合用案内ボールとの摩擦で同期を得る事と櫛形案内ボール溝で相対する歯形クラッチの同期結合を容易に整合させる方法であり、今回の特許請求項目３と自動車などのクラッチ機構とは別次元のものであり、制約要因にはならない。【０００８】池貝Ａ−２０型旋盤を分析研究する中で今回提案の特許を着想した。池貝２０型旋盤は我が国代表的な汎用旋盤であるが、大型機であるため旋盤ベッド上を移動する刃物台の駆動は親ねじに採用したボールねじと同時に別の制御軸が採用されている。Ａ２０型では親ねじは固定で、ボールねじナットを制御軸を介して外部から駆動する方式であるが、移動台上の各種刃物台の駆動制御には外部駆動軸が採用され、親ねじ（ボールねじ）は駆動軸には成っていない、豊富な駆動資源のある大型機なのでその必要が無かった、と言える。従って親ねじ、即ちボールねじとボールねじナットとの結合に依って制御関係構造を簡略化する必要がなく、クラッチ結合は採用されていない。従い、本特許請求項目１を制約しない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】本案のスプライン溝付きのボールねじ１とボルねじナット５の結合が中立で相互の回転が自由な場合は、図１に示す様にボールねじナット５と歯形クラッチＡ３及びＢ４または歯形クラッチＣ７及びＤ９の結合がない場合である。具体的にはレバー連接桿２１で結合されるクラッチＤ側及びＡ側切換レバー１７、と２４の位置が１８、２５又は２０、２７の位置にはない場合を指す。その中立状態はクラッチＤ側及びＡ側切換レバー位置を１９、２６に設定する事で得られる。【００１０】本案のスプライン付きボールねじ１、ボールねじナット５の結合を行う歯形クラッチが中立状態、即ち歯形クラッチ結合自由な場合。ボールねじナット５へ外部から回転入／出力軸２３を経由して歯車結合で導入される回転力で、ボールねじ１軸上をボールねじナット５は前後に移動できる、すなわち移動台６の駆動がボールねじ１の回転力とは独立した外部の回転力で行われる。【００１１】スプライン付きのボールねじ１に嵌合するボールねじナット５は移動台６に対してベアリングを介して取り付けられる。これにより歯形クラッチ結合でスプライン付きのボールねじ１のボールねじ回転方向２と移動台６の運動の関連は切り離すことができる。ボールねじナット５は歯形クラッチＣ７と、移動台６に結合する移動台側スプライン付き案内筒８に嵌合する歯形クラッチＤ９の噛み合わせか、又はボールねじ嵌合の歯形クラッチＡ３及びＢ４の噛み合わせとの相反的選択ができる。即ち組み合わせ７、９か３，４のボールねじナット５前後二組の歯形クラッチ結合のどちらかが選択され、それぞれ相反的独立に結合が為される。すなわち歯形クラッチ組み合わせ７，９の場合に於ける移動体ボールねじ駆動形式と歯形クラッチ３，４の場合に於ける移動体固定形式の二つの作業形態が生まれる。【００１２】歯形クラッチＤ９がボールねじナット５と結合している移動台ボールねじ駆動の場合は、スプライン付きのボールねじ１の回転によるボールねじナットとの結合によりボールねじ１の回転時に移動台６はそのねじピッチに応じて移動される。これは従来形のナットと移動体が固定している結合の場合と変わらない。移動台６の駆動はボールねじ１のみの回転で駆動される。【００１３】スプライン付きのボールねじ１に加工されたスプライン溝３０、その溝深さはボールねじ用球体２９の直径の１０％程度、に嵌合したボールねじ１と嵌合する歯形クラッチＡ３とボールねじナット５が歯形クラッチＢ４を介して結合している移動体固定形式の場合は、ボールねじ１とボールねじナット５の相対距離は固定しているので、ボールねじナット５はボールねじ１軸上の一カ所に固定してボールねじ１の回転と一体となって回転する。この場合は移動台６は同一場所に固定される。加えてボールねじナット５に結合されている歯形クラッチＣ７の外周部のベベル歯車と回転導出／入ベベルピニオン歯車２２を経由してボールねじ１の回転と同期した回転出力が移動台６の外部へ回転入／出力軸２３を介して取り出せる。【００１４】移動体を中立状態に固定静止させて置くためには、外部からの回転振動などから隔絶されている条件が必要である。その為、本案では図１に見られるようにボールねじ駆動軸１１で外部からの駆動軸回転方向１２又はボールねじ回転駆動軸受１３を介する全装置架台からの振動を電磁クラッチ結合部１０で遮断している。レバー位置Ｂ１９に連動して電磁クラッチスイッチ１６で固定電磁巻線１４と電磁クラッチ巻線用電源１５を開放にする。【００１５】作業形態を切り換えるための行う、歯形クラッチＡ３と歯形クラッチＤ９の切り換えはボールねじ１の駆動時または静止中立時におこなわれる。歯形クラッチの噛み合わせを容易にする為に図３歯形クラッチ結合部詳細に示す摺動円錐部４ａを歯形クラッチＢ４、Ｃ７の内部へ配置し、相対する歯形クラッチＡ３、Ｄ９の内部にボールリテナー３ａ、に保持された歯形結合用案内ボール３４が嵌合い、歯形クラッチ部が相対的に回転し、接近すると円錐部と案内ボールの摩擦で相互の回転速度が同期する。さらに歯形クラッチ梯形歯型部３２の頂部が接近すると図４に示す櫛形案内ボール溝３３によって歯頂部同志が接触することが避けられ、クラッチ歯形相互の結合が為される。斯くして梯形歯形部３２を持つ歯形クラッチＢ４、Ｃ７の内部に櫛形案内ボール溝３３を彫り込み加工された摺動円錐部４ａの構造は同期結合操作を容易にする。
【発明の効果】上述の如く図１に示すクラッチ式結合を採用することで、移動台の運動制御の駆動軸がボールねじ一本に縮約され、制御が簡単になり、従来は独立な駆動軸を別途必要としていた移動台制御系が簡素化される。
【発明を実施するための最良の形態】実施形態としては小型旋盤、フライス盤などが応用範囲にあると考えられる。
ボールねじ、クラッチ部に塵埃の侵入を防ぐ工夫と形態が望まれる。本案はボールねじ駆動の移動台に特別な高速移動を要さない場合に有効であろう。然し精密な制御を必要とする利用形態には効果的であると考えられる。
【実施例】本案によるボールねじ駆動の簡易システムは、小型精密旋盤などの如く出来る限りの小部品点数で構成する実用的な小規模な工作機械などに応用実施され得る。
【産業上の利用可能性】一般的なボールねじ駆動系で移動台の操作を簡易にする必要が有る場合には応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】クラッチ結合ボールねじ
【図２】スプライン付きボールねじ詳細
【図３】歯形クラッチ結合部詳細  図３−１、歯形クラッチ開放状態  図３−２、歯形クラッチ結合状態
【図４】櫛形案内部
【符号の説明】
【００１７】１．ボールねじ（外径部分にスプライン溝を持つ）
２．ボールねじ回転方向
３．歯形クラッチＡ（内径にスプライン溝あり）
３ａ．ボールリテナー
４．歯形クラッチＢ（ボールねじナットに固定される）
４ａ．摺動円錐部
５．ボールねじナット
６．移動台
７．歯形クラッチＣ（外径部にボールねじナットに固定されるベベル歯車を持つ）
８．移動台側スプライン付き案内筒
９．歯形クラッチＤ（外径部にスプライン溝を持ち移動台側案内筒に嵌合）
１０．電磁クラッチ結合部
１１．ボールねじ駆動軸
１２．駆動軸回転方向
１３．ボールねじ回転駆動軸受
１４．固定電磁巻線
１５．電磁クラッチ巻線用電源
１６．電磁クラッチスイッチ
１７．クラッチＤ側切換レバー
１８．レバー位置Ａ（クラッチＤ側結合）
１９．レバー位置Ｂ（中立開放位置）
２０．レバー位置Ｃ（クラッチＡ側結合）
２１．レバー連接桿
２２．回転導出／入ベベルピニオン歯車
２３．回転入／出力軸
２４．クラッチＡ側切換レバー（１７と連動）
２５．レバー位置Ａ（１８と連動）
２６．レバー位置Ｂ（１９と連動）
２７．レバー位置Ｃ（２０と連動）
２８．歯形クラッチ結合部
２９．ボールねじ用球体（直径Ｒｍｍ）
３０．スプライン溝
３１．スプライン溝深さ（〜０．１×Ｒ）
３２．歯形クラッチ梯形歯形部
３３．櫛形案内ボール溝
３４．歯形結合用案内ボール
【図１】
2006125611.tif 000003
【図２】
2006125611.tif 000004
【図３】
2006125611.tif 000005
【図４】
2006125611.tif 000006