(57)【要約】【課題】  減速動作を可能な限り無くし、広いストローク範囲において高速移動ができる装置を提供する。【解決手段】  ネジ軸１２と、ネジ軸１２をその端部近傍で支持する軸受装置１０ａ，１０ｂと、ネジ軸１２を回転駆動する駆動手段１６と、ネジ軸１２に螺合するナット部材１８を有する可動部材２０とを備え、ネジ軸１２の回転によって可動部材２０を該ネジ軸１２の軸線に沿って移動させるボールネジ装置を改良した。すなわち、軸受装置１０ａ，１０ｂより内側の位置においてネジ軸１２を支持する副支持部材２４と、該副支持部材２４を可動部材２０に対して退避させる手段が設けられている。退避させる手段は、副支持部材２４を移動可能に支持する手段３０，３２、接触の際の衝撃を吸収する手段３４等を備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネジ軸と、前記ネジ軸をその端部近傍で支持する軸受装置と、前記ネジ軸を回転駆動する駆動手段と、前記ネジ軸に螺合するナット部材を有する可動部材とを備え、前記ネジ軸の回転によって前記可動部材を該ネジ軸の軸線に沿って移動させるボールネジ装置において、
前記軸受装置より内側の位置において前記ネジ軸を支持する副支持部材と、該副支持部材を前記可動部材に対して退避させる手段が設けられていることを特徴とするボールネジ装置。
【請求項２】
前記副支持部材が複数設けられてることを特徴とする請求項１に記載のボールネジ装置。
【請求項３】
前記副支持部材は、前記ネジ軸の軸線方向に移動可能であり、前記可動部材との間に緩衝部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のボールネジ装置。
【請求項４】
前記副支持部材は、前記可動部材の位置を検出するセンサの出力に基づいて退避動作を行うようになっていることを特徴とする請求項１に記載のボールネジ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、レーザ光を照射して被加工物を加工するレーザ加工装置に用いるボールネジ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工装置においては、ワークに対して加工ヘッドをＸＹ平面内（あるいはＸＹＺ空間内）で相対移動させながらレーザ光を照射し、ワークの加工を行う。ワークや加工ヘッドを直線的に移動させるために、モータによって回転駆動されるネジ軸と、ネジ軸に螺合し、前記ネジ軸の回転に伴ってネジ軸に沿って移動する可動部材とを有するボールネジ装置が用いられる。
【０００３】
このようなボールネジ装置においては、ネジ軸の回転速度がその固有振動数と関連するある値に達すると、両端の軸受を「節」とする共振を起こして運動不能となるので、この共振を起こす速度（危険速度）以下で使用しなければならない。この危険速度は、節間距離すなわち軸受間の距離が大きいほど小さくなる。したがって、移動のストロークが大きな装置であるほど問題となる。
【０００４】
例えば、一端側にモータが接続されたネジ軸の場合、危険速度は図９に示すように直線的に増加する。危険速度に達するのを避けるために、同図に示すような比較的単純な速度上昇パターンで速度を制御すると、中間部での速度が小さいために全体の加工スピードが遅くなってしまう。また、危険速度の線に沿って段階的に速度を上げるような制御も可能ではあるが、ストローク途中で回転数を上げて速度を上昇させるので動作が円滑でなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、ボールネジ装置において、減速動作を可能な限り無くし、広いストローク範囲において高速移動ができる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載のボールネジ装置は、ネジ軸と、前記ネジ軸をその端部近傍で支持する軸受装置と、前記ネジ軸を回転駆動する駆動手段と、前記ネジ軸に螺合するナット部材を有する可動部材とを備え、前記ネジ軸の回転によって前記可動部材を該ネジ軸の軸線に沿って移動させるボールネジ装置において、前記軸受装置より内側の位置において前記ネジ軸を支持する副支持部材と、該副支持部材を前記可動部材に対して退避させる手段が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載のボールネジ装置においては、ネジ軸は、軸受装置に加え、副支持部材により、軸受装置の支持位置より内側の位置においてさらに支持される。副支持部材の存在により、支持点の間距離が短くなり、危険な振動が抑制される。副支持部材は可動部材に対して退避可能であるので、可動部材の走行を妨げない。
【０００８】
請求項２に記載のボールネジ装置は、請求項１に記載の発明において、前記副支持部材が複数設けられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載のボールネジ装置においては、複数の副支持部材を設けることにより、その内の少なくとも１つが、ネジ軸の振動を抑制するのに好適な位置に来ることが期待される。複数の副支持部材は、好ましくは、可動部材の両側に配置する。個別に退避させるようにしてもよく、連動するようにしてもよい。
【００１０】
請求項３に記載のボールネジ装置は、請求項１に記載の発明において、前記副支持部材は、前記ネジ軸の軸線方向に移動可能であり、前記可動部材との間に緩衝部材が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載のボールネジ装置においては、可動部材の移動に伴い、副支持部材は緩衝部材を介して可動部材から反力を受け、可動部材から退避する。
【００１２】
請求項４に記載のボールネジ装置は、請求項１に記載の発明において、前記副支持部材は、前記可動部材の位置を検出するセンサの出力に基づいて退避動作を行うようになっていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載のボールネジ装置においては、可動部材の位置を検出するセンサの出力に基づき、所定のアクチュエータが動作して、副支持部材を可動部材から退避させる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１ないし請求項４に記載のボールネジ装置によれば、副支持部材の支持が付加されることにより、ネジ軸を支持する支持点の間の距離が短くなり、危険な振動が抑制される。したがって、ネジ軸の回転速度、すなわち、可動部材の走行速度を高めることができ、搬送効率が向上し、このボールネジ装置を用いる処理装置の稼動効率も向上する。副支持部材は、可動部材に対して退避するので可動部材の走行を妨げず、可動部材は安定した状態で走行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１ないし図５は、この発明の第１の実施の形態のボールネジ装置を示すものであり、図１は実体的に示す図、図２ないし図５は模式的に示す図である。このボールネジ装置は、一対の軸受装置１０ａ，１０ｂによってその両端部で支持されたネジ軸１２と、このネジ軸１２に減速機（図示略）、駆動プーリ１４等を介して接続され、ネジ軸１２を制御された回転数で回転駆動する駆動モータ１６と、ネジ軸１２に螺合するナット部材１８を有するナットブラケット（可動部材）２０とを有している。ナットブラケット２０は、図示しないガイドレールによってネジ軸１２の軸線方向に移動可能なキャリッジ２２上に取り付けられている。
【００１６】
ネジ軸１２は、滑らかな外周面にネジ溝が形成された軸体である。このネジ軸１２はナット部材１８と、ネジ溝間にボール（図示略）を介在させた状態で螺合しており、摺動の際の摩擦を低減するようにしている。一対の軸受装置１０ａ，１０ｂは、ネジ軸１２を回転自在に支持するとともに、軸方向（以下、ｘ軸方向と呼ぶ。）のスラストを負荷している。
【００１７】
キャリッジ２２は、例えば、搬送テーブルや加工ヘッド等の被搬送体に取り付けられているので、ナットブラケット２０のネジ軸１２周りの回転は規制されている。したがって、ナット部材１８、ナットブラケット２０及びキャリッジ２２、およびこれに取り付けられ、または搭載された被搬送体は、駆動モータ１６が作動してネジ軸１２が回転すると、駆動モータ１６の回転速度に比例する速度でネジ軸１２に沿って直線移動する。
【００１８】
このボールネジ装置には、ネジ軸１２を一対の軸受装置１０ａ，１０ｂより内側の位置において支持する副支持部材である軸受部材２４が設けられている。この実施の形態においては、軸受部材２４は、ｘ軸方向においてナットブラケット２０を間に挟むように対向して配置され、かつ連結部材２６によって互いに連結されている。軸受部材２４は、それぞれネジ軸１２を回転自在に支持する潤滑リング（軸受体）２８を有している。これらの軸受部材２４の間隔は、例えば、ボールネジ装置の全体のストロークの約１／２に設定されている。また、軸受部材２４は、ネジ軸１２に平行に設置されたガイドレール３０に係合するスライド部材３２を有しており、軸受部材２４自体もｘ軸方向に移動自在になっている。
【００１９】
潤滑リング２８は、滑り軸受を構成する部材であって、この実施の形態では、高密度ポリエチレンのような高密度樹脂を多孔質に成形したもの（例えば、作新工業株式会社製の「ニューライト」（商品名））を素材として用いている。これにより、低摩擦係数、高い耐衝撃特性、含油による自己潤滑性、軽量性等を確保している。勿論、軸受素材としての性能を有する他の樹脂、セラミックス、金属等の適宜の素材を用いることができる。また、潤滑リング２８は、ネジ軸１２を回転方向及び軸方向に移動可能に支持することができれば、このような単純な滑り軸受構造ではなく、機械的に複雑な構造を有するものであってもよい。
【００２０】
各軸受部材２４のｘ軸方向における内側の面（ナットブラケット２０に向かう面）には、衝撃吸収用の素材からなる緩衝部材３４が設けられ、軸受部材２４とナットブラケット２０の衝突の際の衝撃を吸収するようにしている。副支持部材である軸受部材２４、潤滑リング２８、および緩衝部材３４等は、可能な限り軽量であることが望ましい。また、軸受部材２４が円滑に移動できるように、潤滑リング２８の軸受穴やスライド部材３２の溝等の寸法精度は十分高く維持することが好ましい。このような、軸受部材２４が移動可能である構成および緩衝部材３４とが軸受部材２４を可動部材２０から退避させる手段を構成している。
【００２１】
上記のように構成されたボールネジ装置においては、従来の場合に比較して高い速度でナットブラケット２０を移動させることができる。以下、図２ないし図５を参照してこの実施の形態のボールネジ装置の動作を、具体的に説明する。なお、これらの図では、ガイドレール３０等を省いて簡略化している。
【００２２】
図２ないし図５において、ナットブラケット２０は、一方の軸受装置１０ａから距離ｄ０にある停止位置から、他方の軸受装置１０ｂまでを走行する際の動作を説明する。なお、以下の説明は、各部材や安全装置等のｘ軸方向の厚さを無視した概略的なものである。副支持部材である軸受部材２４間の距離（≒連結部材２６の長さ）は、Ｌより小さい所定の値に設定されるが、通常、Ｌ’＝Ｌ／２に設定している。
【００２３】
ネジ軸１２の共振点、すなわち、危険速度（回転数Ｎで表す。）は、従来の場合のように副支持部材が無いボールネジ装置では、以下の式で表される。
Ｎ＝λ×ｄ／Ｌ２
ここで、
λ：ボールネジ取付方法によって決まる係数
ｄ：ネジ軸谷径
Ｌ：支持点間距離
である。
一方、図２に示す本発明の第１の実施の形態の場合には、危険速度Ｎは、概略以下の式で表される。
Ｎ＝λ×ｄ／Ｌ’２
＝４λ×ｄ／Ｌ２
したがって、この実施の形態の装置では、従来の場合よりも４倍の回転数に耐えることができ、すなわち、４倍の移動速度でナットブラケット２０を走行させることができる。したがって、危険速度が従来の場合より４倍大きいので、早い段階においてナットブラケット２０をその定常速度まで上昇させることができ、また、定常速度自体を高めることができる。
【００２４】
次に、図３に示すように、ストローク（Ｌ−ｄ０）の半分の距離を走行した時点において、ナットブラケット２０と軸受部材２４とが緩衝部材３４を介して衝突し、以降、ナットブラケット２０と軸受部材２４とはｘ軸方向に連動する。なお、ナットブラケット２０とこれに取り付けられた、あるいは搭載された被搬送物の重量は、軸受部材２４の重量より大きく、また、軸受部材２４の走行時の摩擦は小さいので、軸受部材２４が一体に移動する場合でもナットブラケット２０の速度が大きく変化することはない。すなわち、軸受部材２４がナットブラケット２０の走行に与える影響は小さい。
【００２５】
ナットブラケット２０がストロークの終わりの位置に近づくと、モータ１６が減速し、ネジ軸１２の回転速度およびナットブラケット２０の走行速度も低下する。軸受部材２４にはブレーキ作用が働かないので、慣性によりｘ軸方向に走行するが、所定の位置に設けられたストッパに当たり、図４に示すように停止する。
【００２６】
次に、ネジ軸１２が逆方向に回転すると、図５に示すようにナットブラケット２０が右方向に移動し、軸受部材２４は残る。先の場合と同様に、ナットブラケット２０がストロークの半分を移動するとナットブラケット２０と軸受部材２４とが緩衝部材３４を介して衝突し、両者が連動する。以下、同様の過程を繰り返して移動する。ナットブラケット２０が軸受部材２４の間のみで往復移動する場合には両者が衝突することはない。
【００２７】
上述したように、このボールネジ装置においては、副支持部材の軸受間距離がＬ／２であるので、装置全体の最大の軸受部間距離はＬ／２を超えることがない。したがって、危険速度は従来の場合の４倍となり、ネジ軸１２の高速回転が可能となり、ナットブラケットの移動速度が高められ、作業効率が向上する。また、減速領域を小さくすることができ、減速過程を頻繁に行う必要がないので、動作が円滑であり、騒音等の発生が少ない。
【００２８】
図６および図７はこの発明の第１の実施の形態の変形例を示すものである。先ず、図６の実施の形態では、軸受部材２４Ａをガイドするガイドレール３０Ａが、ナットブラケット２０が取り付けられたキャリッジ２２に設置されている。軸受部材２４Ａは、その下端に設けられたガイド部材３２Ａによって、ガイドレール３０Ａ上を摺動する。キャリッジ２２は、ボールネジ装置のベースに設置された他のガイドレールによってｘ軸方向に移動自在に支持されている。この実施の形態では、２つの軸受部材２４Ａの間の距離がキャリッジ２２の長さの半分程度に限定されるので、軸受部間距離の最大寸法が先の第１の実施の形態の場合よりも大きくなり、危険速度はやや低下する。しかしながら、軸受部材２４Ａを支持するガイドレール３０Ａをベースに設置する必要が無いので、装置構成をコンパクトにすることができる。
【００２９】
図７の実施の形態では、図６の実施の形態と同様に、軸受部材２４Ｂはキャリッジ２２上に設置されたガイドレール３０Ａによりガイドされている。そして、２つの軸受部材２４Ｂとナットブラケット２０の中央のナット部材１８の間にはコイルバネのようなバネ部材３６が設けられており、このバネ部材３６がこれらを離間する方向に付勢している。キャリッジ２２には、軸受部材２４Ｂがキャリッジ２２から飛び出すのを防ぐストッパ（図示略）が設けられている。軸受部材２４Ｂが移動可能である構成およびバネ部材３６とが軸受部材２４Ｂを可動部材２０から退避させる手段を構成している。
【００３０】
この実施の形態のボールネジ装置においては、図示するように、ナットブラケット２０がネジ軸１２のストロークの中央部に有るときには、２つの軸受部材２４Ｂはバネに付勢されて互いに最大距離離間した状態に有る。したがって、軸受部材２４Ｂは常に、ナットブラケット２０に対して退避した状態にある。ナットブラケット２０が端部側に移動して、これらの軸受部材２４Ｂの一方が軸受装置１０ａ，１０ｂと図示しない緩衝部材３４を介して接触すると、軸受部材２４Ｂは内側（ナットブラケット２０側）に押されて移動するが、バネによる反発力はナットブラケット２０の駆動力に比較して充分小さいので、ナットブラケット２０の移動が妨げられることがない。装置構成がコンパクトになる等の特徴は、図６の実施の形態と同様である。
【００３１】
図８は、この発明の他の実施の形態のボールネジ装置を示すもので、副支持部材２４Ｃは、ベース部に取り付けられたシリンダ装置（退避手段）３８と、そのピストン３８ａの先端に取り付けられた押圧部材４０から構成されている。シリンダ装置３８はその伸張時において押圧部材４０により所定の圧力でネジ軸１２を押圧してこれを支持する。シリンダ装置３８は、ナットブラケット２０の位置を検出するセンサ（図示略）の出力に応じて、ナットブラケット２０が設置位置に来る時には収縮して押圧部材４０を退避させるようになっている。
【００３２】
押圧装置４０は、好ましくは異なるｘ軸方向位置に少なくとも２つを設置し、１つが退避している場合でも他の少なくとも１つがネジ軸１２を支持しているようにする。押圧部材４０の表面はネジ軸１２に適合する円筒状であり、平滑でかつ潤滑されていることが好ましい。図示例は、ネジ軸１２の一方側からこれを押さえるようにしているが、異なる２つ以上の方向に設置して、より安定に支持させるようにしてもよい。この実施の形態のボールネジ装置では、先の実施の形態のように副支持部材２４Ｃがナットブラケット２０や軸受装置１０と接触することがないので、動作の安定性に優れるという利点が有る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るボールネジ装置を説明する図である。
【図２】図１のボールネジ装置の動作を説明する図である。
【図３】同じく、図１のボールネジ装置の動作を説明する図である。
【図４】同じく、図１のボールネジ装置の動作を説明する図である。
【図５】同じく、図１のボールネジ装置の動作を説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るボールネジ装置を説明する図である。
【図７】同じく、本発明の第３の実施に係るボールネジ装置を説明する図である。
【図８】同じく、本発明の第４の実施に係るボールネジ装置を説明する図である。
【図９】従来のボールネジ装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０ａ，１０ｂ  軸受装置
１２  ネジ軸
１６  駆動モータ（駆動手段）
１８  ナット部材
２０  ナットブラケット（可動部材）
２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ  軸受部材（副支持部材）
３０  ガイドレール
３２  スライド部材
３２Ａ  ガイド部材
３４  緩衝部材
２６  バネ部材（緩衝部材）
３８  シリンダ装置（退避手段）
【図１】
2005240860.tif 000003
【図２】
2005240860.tif 000004
【図３】
2005240860.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005240860.tif 000007
【図６】
2005240860.tif 000008
【図７】
2005240860.tif 000009
【図８】
2005240860.tif 000010
【図９】
2005240860.tif 000011