(57)【要約】【課題】ボールねじの自由端を擬似的に支持する擬似支持機構を備え、ボールねじを鉛直に設けた場合であっても駆動手段の制御上の負担を軽減できるボールねじ駆動機構を提供すること。【解決手段】本発明では、シリンダ３１内において保持リング３２よりボールねじナット２３から離間する側に設けられてシリンダ３１の断面中空部を閉塞する第１プラグ４と、保持リング３２の第１プラグ４と対向する側においてシリンダ３１内面に摺動可能に設けられた第２プラグ５と、シリンダ３１内面とから気密性を有するシリンダ室７を形成し、シリンダ室７の圧力を調整することで、第２プラグ５およびシリンダ３１を介してボールねじナット２３に上向きの力Ｆを与える。この上向きの力Ｆにより、ボールねじナット２３に加えられる各部材２４，３１の重力を相殺し、上下方向における駆動手段２２の駆動トルクの差を抑え、駆動手段２２の制御上の負担を軽減する。【選択図】図２
2011027193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が自由端とされたボールねじと、前記ボールねじの他端に接続され前記ボールねじを回転駆動する駆動手段と、前記ボールねじに螺合するボールねじナットと、前記ボールねじナットに連結された筒状のスライダと、前記スライダ内に配置され前記ボールねじナットに連結されるとともに筒状に形成され前記自由端を囲むシリンダ、および前記自由端において前記シリンダの内面に摺動可能に設けられた保持リングを有し、前記自由端を擬似的に支持する擬似支持機構とを備えたボールねじ駆動機構であって、
前記シリンダ内において前記保持リングより前記ボールねじナットから離間する側に設けられ、前記シリンダの断面中空部を閉塞する板状の第１プラグと、
板状に形成されるとともに前記保持リングの前記第１プラグと対向する側において前記シリンダの内面に摺動可能に設けられ、前記第１プラグおよび前記シリンダの内面と共に前記シリンダ内に気密性を有するシリンダ室を形成する第２プラグと、
前記シリンダ室の圧力を調整する圧力調整装置とを備える
ことを特徴とするボールねじ駆動機構。
【請求項２】
請求項１に記載のボールねじ駆動機構において、
前記ボールねじナットと前記スライダとの間には、前記ボールねじナットの振れ回りを吸収する振れ取り機構が設けられている
ことを特徴とするボールねじ駆動機構。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のボールねじ駆動機構を備えることを特徴とする産業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ駆動機構および産業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、三次元測定機や工作機械等の産業機械では、所定の部材（スライダ）を精密に直線駆動させるための機構としてボールねじ駆動機構を用いることがある（例えば、特許文献１）。ボールねじ駆動機構は、ボールねじと、ボールねじに螺合するとともにスライダが連結されたボールねじナットとを備え、ボールねじを回転させることで、ボールねじナットをボールねじに沿って移動させ、スライダを直線移動させる。このようなボールねじ駆動機構において、ボールねじの一端を自由端としたものがある（例えば、特許文献２）。
【０００３】
図４は、特許文献２に記載のボールねじ駆動機構２Ａを示す側断面図である。
特許文献２に記載のボールねじ駆動機構２Ａは、ボールねじ２１、駆動手段としてのモータ２２、ボールねじナット２３、スライダ２４、ガイド部２５、振れ取り機構２６、および擬似支持機構３を備え、ボールねじ２１が水平に設けられている。
ボールねじ２１の一端は、軸受部２１１に設けられた組み合わせアンギュラ玉軸受２１２に支持され、他端は自由端とされている。
モータ２２は、軸受部２１１に固定されたブラケット２１３に取り付けられるとともに、カップリング２２１を介してボールねじ２１の一端に連結され、ボールねじ２１を回転駆動する。
【０００４】
ボールねじナット２３は、ボールねじ２１に螺合し、ボールねじ２１の回転に伴ってその軸方向へ移動する。
スライダ２４は、四角筒状に形成され、ボールねじナット２３に連結されている。スライダ２４の先端には、測定子を有するプローブ等からなる測定ヘッド２４１が取り付けられている。
ガイド部２５は、ボールねじ２１と平行に設けられたエアベアリングであり、断面視矩形の内周面により、スライダ２４を摺動自在に支持するとともに、スライダ２４がボールねじナット２３と共に回転してしまうことを防止する。
【０００５】
振れ取り機構２６は、トラニオン機構等からなり、ボールねじナット２３およびスライダ２４を連結するとともにボールねじナット２３の振れ回りを吸収し、ボールねじナット２３から伝達された推力をスライダ２４に伝達する。
擬似支持機構３は、シリンダ３１と、保持リング３２とを備えている。
シリンダ３１は、ボールねじ２１の自由端を囲む円筒状に形成されるとともに、端部にフランジ３１１が設けられている。シリンダ３１は、このフランジ３１１を利用して振れ取り機構２６およびスライダ２４に連結され、スライダ２４内に配置されている。
【０００６】
保持リング３２は、ボールねじ２１の自由端先端に設けられたラジアル軸受３２１と、ラジアル軸受３２１の外側に嵌められた筒状のリング本体３２２とを備えている。リング本体３２２は、外周面にＯリング等からなるリング状弾性摺動材３２３を備え、シリンダ３１の内周面に摺動可能に設けられている。この保持リング３２を介してボールねじ２１の自由端は、ボールねじナット２３に連結されたシリンダ３１に擬似的に支持される。
【０００７】
これにより、特許文献２に記載のボールねじ駆動機構２Ａでは、ボールねじ２１は、一端が組み合わせアンギュラ玉軸受に支持され、他端が単列深溝玉軸受等により支持されたいわゆる「固定―支持」による支持構造と擬似的に固有振動数（危険回転数）が同等となり、ボールねじ２１の他端を自由端としても、ボールねじ２１の固有振動数を低下させることなくスライダ２４の優れた直線的幾何運動精度を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１５７５０４号公報（図４参照）
【特許文献２】特開平１１−２４７９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載のボールねじ駆動機構２Ａでは、ボールねじ２１を鉛直に設けた場合、ボールねじナット２３に、スライダ２４、振れ取り機構２６、およびシリンダ３１の重力による下向きの力が加わり、上下方向でモータ２２の駆動トルクが大きく異なることとなるため、モータ２２の制御上の負担が増大してしまうという問題がある。
【００１０】
そこで、ボールねじナット２３にカウンターバランスを取り付け、ボールねじナット２３に上向きの力を加えることにより、ボールねじナット２３に加えられる前記下向きの力を相殺することが考えられるが、この場合、カウンターバランスを設けることにより駆動質量が増大してしまうので、やはりモータ２２の制御上の負担が増大してしまうという問題がある。
また、エアバランスにより前記下向きの力を相殺することも考えられるが、エアバランスさせることは構造上難しく、実現させることが困難であるという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、ボールねじの自由端を擬似的に支持する擬似支持機構を備え、ボールねじを鉛直に設けた場合であっても、ボールねじを駆動する駆動手段の制御上の負担を軽減することができるボールねじ駆動機構および産業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のボールねじ駆動機構は、一端が自由端とされたボールねじと、前記ボールねじの他端に接続され前記ボールねじを回転駆動する駆動手段と、前記ボールねじに螺合するボールねじナットと、前記ボールねじナットに連結された筒状のスライダと、前記スライダ内に配置され前記ボールねじナットに連結されるとともに筒状に形成され前記自由端を囲むシリンダ、および前記自由端において前記シリンダの内面に摺動可能に設けられた保持リングを有し、前記自由端を擬似的に支持する擬似支持機構とを備えたボールねじ駆動機構であって、前記シリンダ内において前記保持リングより前記ボールねじナットから離間する側に設けられ、前記シリンダの断面中空部を閉塞する板状の第１プラグと、板状に形成されるとともに前記保持リングの前記第１プラグと対向する側において前記シリンダの内面に摺動可能に設けられ、前記第１プラグおよび前記シリンダの内面と共に前記シリンダ内に気密性を有するシリンダ室を形成する第２プラグと、前記シリンダ室の圧力を調整する圧力調整装置とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、シリンダ内において保持リングよりボールねじナットから離間する側に設けられてシリンダの断面中空部を閉塞する板状の第１プラグと、保持リングの第１プラグと対向する側においてシリンダ内面に摺動可能に設けられた板状の第２プラグと、シリンダ内面と、から気密性を有するシリンダ室が形成されるので、ボールねじを鉛直に設けた場合であっても、圧力調整装置によってシリンダ室の圧力を調整することで、第２プラグに上向きの力を与えることができ、ひいてはシリンダを介してボールねじナットに上向きの力を与えることができる。そして、この上向きの力により、ボールねじナットに加えられるスライダやシリンダ等の重力等による下向きの力を相殺することができるので、上下方向における駆動手段の駆動トルクの差を抑えることができ、駆動手段の制御上の負担を軽減することができる。
また、シリンダ室は、ボールねじナットやボールねじと同軸線上に設けられるので、ボールねじナットに、第２プラグおよびシリンダを介して該軸線に沿った上向きの力を与えることができ、ボールねじナットの運動精度を良好に維持することができる。
【００１４】
本発明のボールねじ駆動機構では、前記ボールねじナットと前記スライダとの間には、前記ボールねじナットの振れ回りを吸収する振れ取り機構が設けられていることが好ましい。
本発明によれば、ボールねじナットとスライダとの間に、ボールねじナットの振れ回りを吸収する振れ取り機構が設けられているので、スライダの運動精度を向上させることができる。
【００１５】
本発明の産業機械は、前述のボールねじ駆動機構を備えることを特徴とする。
本発明によれば、前述のボールねじ駆動機構を備えるので、駆動手段の制御上の負担を軽減することができるなど、前述と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る三次元測定機を示す斜視図。
【図２】ボールねじ駆動機構を示す側断面図。
【図３】ボールねじの一端を示す拡大図。
【図４】従来のボールねじ駆動機構を示す側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る産業機械としての三次元測定機１を示す斜視図である。
三次元測定機１は、基台１１と、基台１１上においてＹ軸方向に沿って移動可能に設けられた門型フレーム１２と、門型フレーム１２のＸ軸ビーム１２１に沿ってＸ軸方向に移動可能に設けられたＸ軸スライダ１３と、測定子を有する測定ヘッドとしてのプローブ２４１が下端に取り付けられＸ軸スライダ１３にＺ軸方向に沿って移動可能に設けられたＺ軸スライダ２４とを備えている。Ｘ軸スライダ１３内には、Ｚ軸スライダ２４を駆動するボールねじ駆動機構２が設けられている。
【００１８】
図２は、ボールねじ駆動機構２を示す側断面図である。以下、従来のボールねじ駆動機構２Ａと同一機能部位には同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
ボールねじ駆動機構２は、従来のボールねじ駆動機構２Ａと同様のボールねじ２１、駆動手段としてのモータ２２、ボールねじナット２３、Ｚ軸スライダ２４、ガイド部２５、振れ取り機構２６、および擬似支持機構３を備え、ボールねじ２１が鉛直に設けられている。
【００１９】
図３は、ボールねじ２１の一端を示す拡大図である。
ボールねじ２１の一端は、自由端とされ、擬似支持機構３により擬似的に支持される。
擬似支持機構３は、シリンダ３１と、保持リング３２とを備えている。
シリンダ３１は、Ｚ軸スライダ２４内に配置されボールねじナット２３に連結されるとともに円筒状に形成され、ボールねじ２１の自由端を囲む。
【００２０】
保持リング３２は、ボールねじ２１の自由端先端に設けられたラジアル軸受３２１と、ラジアル軸受３２１の外側に嵌められた筒状のリング本体３２２とを備えている。リング本体３２２は、外周面にＯリング等からなるリング状弾性摺動材３２３を備え、シリンダ３１の内周面に摺動可能に設けられている。
【００２１】
このようなボールねじ駆動機構２は、さらに第１プラグ４と、第２プラグ５と、圧力調整装置６とを備えている。
第１プラグ４は、円板状に形成されるとともにシリンダ３１の開口端に設けられ、該開口を閉塞する。この第１プラグ４には継ぎ手６１が取り付けられている。
【００２２】
第２プラグ５は、円板状に形成され、リング本体３２２の第１プラグ４と対向する側において、シリンダ３１の内周面に摺動可能に設けられている。これら第２プラグ５、第１プラグ４、およびシリンダ３１の内周面からシリンダ３１内に気密性を有するシリンダ室７が形成される。
圧力調整装置６は、このシリンダ室７と、前記継ぎ手６１および図示しない接続管を介して連通しており、シリンダ室７の圧力を調整可能に構成されている。圧力調整装置６としては、例えばエゼクタを用いることができる。
【００２３】
以上のボールねじ駆動機構２では、モータ２２によりボールねじ２１を回転駆動させ、ボールねじナット２３をボールねじ２１に沿って上下方向に移動させることで、振れ取り機構２６を介してＺ軸スライダ２４およびプローブ２４１を上下方向に移動させる。この際、圧力調整装置６によってシリンダ室７を負圧にすることにより、第１プラグ４に上向きの力Ｆを与え、ひいては、シリンダ３１を介してボールねじナット２３に上向きの力Ｆを与える。そして、ボールねじ駆動機構２では、この上向きの力Ｆにより、ボールねじナット２３にかかるＺ軸スライダ２４やプローブ２４１，振れ取り機構２６，シリンダ３１等の重力を相殺し、上下方向におけるモータ２２の駆動トルクの差を抑えることで、モータ２２の制御上の負担を軽減している。
【００２４】
なお、シリンダ室７の負圧は最大でマイナス１気圧（−９８ｋＰａ）とされ、第１プラグ４に与えられる上向きの力Ｆの最大は、マイナス１気圧と第１プラグ４の受圧面積との積とされる。各部材２４，２４１，２６，３１の質量は、ボールねじナット２３にかかる各部材２４，２４１，２６，３１の重力による下向きの力がこの上向きの力Ｆの最大を超えないように設定される。
【００２５】
以上の本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
第１プラグ４、第２プラグ５、およびシリンダ３１内周面から気密性を有するシリンダ室７が形成されるので、このシリンダ室７の圧力を調整することで、第１プラグ４に上向きの力Ｆを与え、ひいてはボールねじナット２３に上向きの力Ｆを与えることができる。そして、この上向きの力Ｆにより、ボールねじナット２３にかかる各部材２４，２４１，２６，３１の重力を相殺することができるので、上下方向におけるモータ２２の駆動トルクの差を抑えることができ、モータ２２の制御上の負担を軽減することができる。
【００２６】
シリンダ室７は、ボールねじナット２３やボールねじ２１と同軸線上に設けられているので、ボールねじナット２３に、第２プラグ５およびシリンダ３１を介して該軸線に沿った上向きの力Ｆを与えることができ、ボールねじナット２３の運動精度を良好に維持することができる。
ボールねじナット２３とＺ軸スライダ２４との間に、ボールねじナット２３の振れ回りを吸収する振れ取り機構２６が設けられているので、Ｚ軸スライダ２４の運動精度を向上させることができる。
【００２７】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、圧力調整装置６は、ボールねじナット２３に、各部材２４，２４１，２６，３１の重力を相殺する上向きの力Ｆを与えていた。しかしながら、ボールねじナット２３に、各部材２４，２４１，２６，３１の重力以外で既知の外力が加わる場合、例えば、本発明を工作機械等に適用した場合においてボールねじナット２３に既知の加工反力が加わる場合や、スライダ２４が各部材２４，２４１，２６，３１以外の既知の重量物を牽引することによりボールねじナット２３に既知の重量物の重力が加わる場合、圧力調整装置６は、各部材２４，２４１，２６，３１の重力に加え、それらの外力を考慮した上向きの力をボールねじナット２３に加わればよい。このようにすれば、適用する産業機械に対応してモータ２２の制御上の負担を適切に軽減できる。
【００２８】
前記実施形態のボールねじ駆動機構２では、ボールねじ２１は、モータ２２が上側に、Ｚ軸スライダ２４が下側に配置されるようにして鉛直に設けられていたが、ボールねじ２１は、モータ２２が下側に、Ｚ軸スライダ２４が上側に配置されるようにして鉛直に設けられていてもよい。この場合、シリンダ室７をコンプレッサ等からなる圧力調整装置によって正圧とすることで、第１プラグ４に上向きの力を与えることができ、ひいてはボールねじナット２３に上向きの力を与えることができる。そして、この上向きの力により、ボールねじナット２３に加わる各部材２４，２４１，２６，３１の重力等の外力による下向きの力を相殺することができる。なお、ボールねじ駆動機構では、ボールねじを鉛直に設けている必要はなく、ボールねじを鉛直方向に対して斜めに設けていてもよい。
【００２９】
前記実施形態では、第１プラグ４は、シリンダ３１の開口端に設けられて該開口を閉塞していたが、第１プラグは、シリンダ３１内において保持リング３２よりボールねじナット２３から離間する側に設けられてシリンダ３１の断面中空部を閉塞していればよい。
前記実施形態では、Ｚ軸スライダ２４は四角筒状に形成されていたが、スライダは、四角筒以外の多角筒状に形成されていてもよいし、円筒状に形成されていてもよい。スライダを円筒状に形成する場合には、スライダがボールねじナットと共に回転してしまうことを防止する機構を設ければよい。
前記実施形態では、第１，第２プラグ４，５は円板状に形成されていたが、第１，第２プラグは、シリンダの内径形状と等しい外径形状を有する板状に形成されていればよい。
【００３０】
前記実施形態では、ボールねじナット２３とＺ軸スライダ２４との間に振れ取り機構２６が設けられていたが、振れ取り機構は設けられていなくてもよく、ボールねじナットとスライダとが直接連結されていてもよい。
前記実施形態では、シリンダ３１は、振れ取り機構２６に直接連結されていたが、シリンダは、スライダの内側に固定され、スライダを介して振れ取り機構に連結されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、三次元測定機などの測定機、工作機械、精密加工機等の産業機械、およびそのような産業機械に用いられるボールねじ駆動機構に利用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１     三次元測定機（産業機械）
２     ボールねじ駆動機構
３     擬似支持機構
４     第１プラグ
５     第２プラグ
６     圧力調整装置
７     シリンダ室
２１   ボールねじ
２２   モータ（駆動手段）
２３   ボールねじナット
２４   Ｚ軸スライダ（スライダ）
２６   振れ取り機構
３１   シリンダ
３２   保持リング
【図１】
2011027193.tif 000003
【図２】
2011027193.tif 000004
【図３】
2011027193.tif 000005
【図４】
2011027193.tif 000006