(57)【要約】【課題】ボールねじ装置のねじ軸の極慣性モーメントを低減する手段を提供する。【解決手段】外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットとを有し、軸軌道溝とナット軌道溝とを複数のボールを介して螺合させ、ねじ軸を回転させてナットをねじ軸の軸方向に移動させるボールねじ装置において、ねじ軸の軸芯ＣＬと軸起動溝の谷径Ｄｂとの間に、２以上の軸芯ＣＬと平行な長尺穴からなる集合穴を設け、この集合穴の回転重心を軸芯ＣＬに略一致させる。【選択図】        図１
2007107681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットとを有し、前記軸軌道溝とナット軌道溝とを複数のボールを介して螺合させ、前記ねじ軸を回転させて前記ナットを前記ねじ軸の軸方向に移動させるボールねじ装置において、
前記ねじ軸の軸芯と前記軸起動溝の谷径との間に、２以上の前記軸芯と平行な長尺穴からなる集合穴を設け、該集合穴の回転重心を前記軸芯に略一致させたことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記集合穴を、同じ内径を有する長尺穴で構成し、該長尺穴を前記軸芯を中心としたピッチ円上に等分に配置したことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記集合穴を、同じ長円形断面形状を有する長尺穴で構成し、該長尺穴を前記軸芯を中心としたピッチ円上に等分に配置したことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３において、
前記ねじ軸に、前記軸芯を中心とした中央穴を設けたことを特徴とするボールねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械や精密機械、半導体製造装置等の機械装置の移動台の送り機構等に用いられるボールねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のボールねじ装置は、ねじ軸の外周面に螺旋状に形成した軸軌道溝と、ナットの内周面に形成したナット軌道溝とを複数のセラミック製のボールを介して螺合させ、ねじ軸の回転によりナットをねじ軸の軸方向に移動可能に構成し、ねじ軸の軸芯を中心とした貫通穴を設け、この貫通穴に冷却剤を供給してボールねじ装置の温度上昇を抑制し、ボールねじ装置の高速化に伴う内部予圧の低下を抑制して位置決め精度の高精度化を図っている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−２７０６４９号公報（第２頁段落０００８−第３頁段落００１７、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来の技術においては、ねじ軸の軸芯を中心とした貫通穴を設けてセラミック製のボールを用いたボールねじ装置の高速化に伴う温度上昇を抑制して位置決め精度の高精度化を図っているので、位置決め精度の高精度化およびセラミック製のボールによる応答性の向上が図られるものの、ねじ軸の軸芯周りの慣性モーメント（極慣性モーメントという。）の低減に対しては、ねじ軸の軸芯に設けた貫通穴による極慣性モーメントの低減のみであるため、高速度化に伴う高応答性（ねじ軸の停止状態から所定の回転速度に達するまで、および所定の回転速度から回転を停止するまでの速さに優れることをいう。）に対する要求に応えるには極慣性モーメントの低減量が不足するという問題がある。
【０００４】
このことは、近年の半導体製造装置や工作機械等の製造効率の向上に対する要求、つまり急加速、高速移動、急停止による位置決め時間の短縮に対する要求を解決するために特に重要である。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、ボールねじ装置のねじ軸の極慣性モーメントを低減する手段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】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために、外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットとを有し、前記軸軌道溝とナット軌道溝とを複数のボールを介して螺合させ、前記ねじ軸を回転させて前記ナットを前記ねじ軸の軸方向に移動させるボールねじ装置において、前記ねじ軸の軸芯と前記軸起動溝の谷径との間に、２以上の前記軸芯と平行な長尺穴からなる集合穴を設け、該集合穴の回転重心を前記軸芯に略一致させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
これにより、本発明は、軸芯ＣＬを中心とした一つの穴に較べてねじ軸の極慣性モーメントを大幅に低減することができると共に、ねじ軸の回転時に生ずる不正な振動を許容範囲内にすることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、図面を参照して本発明によるボールねじ装置の実施例について説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は実施例１のボールねじ装置を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
図１において、１はボールねじ装置である。
２はボールねじ装置１のねじ軸であり、合金鋼や炭素鋼等の鋼材で製作された棒状部材であって、その外周面には略半円弧状断面形状の軸軌道溝３が所定のリードで螺旋状に形成されている。
【０００９】
４は駆動系取付部であり、ねじ軸２の一端に同軸に設けられた小径部であって、図示しないモータ等の駆動装置からの正逆方向の回転駆動力がカップリングや歯付ベルト等を介して伝達される部位である。
５はボールねじ装置１のナットであり、合金鋼や炭素鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、その内周面には軸軌道溝３と対向する略半円弧状断面形状のナット軌道溝６が軸軌道溝３と同じリードで形成されている。
【００１０】
７はフランジ部であり、ナット５の外周部に設けられ、フランジ部７に設けたボルト穴等により図示しない機械装置の移動台にボルト等で固定される。
８はボールであり、合金鋼等の鋼材またはセラミック材等で製作された球体である。
上記のねじ軸２の軸軌道溝３とこれに対向するナット５のナット軌道溝６およびこれを連結する連結路としての図示しないリターンチューブによりボールねじ装置１の循環路が形成される。
【００１１】
この循環路には、複数のボール８と所定の量の潤滑剤、例えばグリースが封入され、軸軌道溝３とナット軌道溝６とがボール８を介して螺合し、駆動系取付部４から供給される回転駆動力によりねじ軸２が正逆可能に回転し、ボール８が循環路を循環しながらナット５をねじ軸２の軸芯ＣＬに沿った軸方向に移動させ、ボール軸２の正逆方向の回転運動がナット５の往復直線運動に変換される。
【００１２】
１１は集合穴であり、ねじ軸２の軸芯ＣＬと平行に、ねじ軸２の全長と略同等の長さＬを有する有底の複数の長尺穴１２により構成される。
長尺穴１２は、その長さＬが内径Ｄｉより大きい細長比の大きい穴であって、図２に示すようにねじ軸２の軸芯ＣＬと軸軌道溝３の谷径Ｄｂとの間に設けられる。
本実施例の集合穴１１は、軸芯ＣＬを中心としたピッチ円ＰＣ上に１８０度等分に配置された同じ内径Ｄｉを有する円形断面形状の有底の２つの長尺穴１２で形成されている。
【００１３】
従って、集合穴１１を構成する２つの長尺穴１２の軸芯ＣＬ回りの回転重心は、軸芯ＣＬと一致しており、ねじ軸２の回転による遠心力により生ずる各長尺穴１２の不釣合い力を互いに打消すので、ねじ軸２の回転時に不正な振動等が生ずることはない。
この場合に、回転重心を軸芯ＣＬに真に一致させることは困難であるので、不正な振動等が生じない範囲でねじ軸２の角速度に応じた回転重心の軸芯ＣＬからの偏心量（回転重心と軸芯ＣＬとの半径方向距離をいう。）の許容値を設けて集合穴１１の回転重心を軸芯に略一致させるように各長尺穴１２の半径位置の精度を設定するとよい。
【００１４】
また、長尺穴１２は、ねじ軸２の軸芯ＣＬと軸軌道溝３の谷径Ｄｂとの間の軸芯ＣＬを中心としたピッチ円ＰＣ上、つまり軸芯ＣＬから半径方向に遠ざかった位置に配置されているので、長尺穴１２の断面積の合計と同じ断面積を有する軸芯ＣＬを中心とした一つの穴に較べて、ねじ軸２の極慣性モーメントを大幅に低減することができる。
以上説明したように、本実施例では、ねじ軸の軸芯ＣＬと谷径Ｄｂとの間に軸芯ＣＬと平行な２つの長尺穴からなる集合穴を設け、集合穴の回転重心を軸芯ＣＬに略一致するようにしたことによって、軸芯ＣＬを中心とした一つの穴に較べてねじ軸の極慣性モーメントを大幅に低減することができ、ボールねじ装置の応答性を向上させることができると共に、ねじ軸の回転時に生ずる不正な振動を許容範囲内にすることができる他、ねじ軸の加速のための駆動力が低減するので、駆動装置として用いるモータを小型化することができ、モータ自身の極慣性モーメントを低減して更なる応答性の向上を図ることができる。
【００１５】
また、同じ内径を有する２つの長尺穴を軸芯ＣＬを中心としたピッチ円ＰＣ上に等分に配置して集合穴を形成するようにしたことによって、回転重心が軸芯ＣＬに略一致する集合穴を容易に形成することができる。
なお、本実施例では、２つの長尺穴１２をピッチ円ＰＣ上に等配にして軸芯ＣＬと谷径Ｄｂとの間に配置するとして説明したが、長尺穴１２の数は２つに限らず、２以上であれば幾つであってもよい。３以上とすれば上記の極慣性モーメントを更に減少させることができる。
【００１６】
長尺穴１２の数を３以上した場合の配置例を図３から図５に示す。なお図３から図５は図２と同様の部位を示す断面図である。
図３は、３つの長尺穴１２をピッチ円ＰＣ上に１２０度等分に配置して形成した集合穴１１を示している。
図４は、４つの長尺穴１２をピッチ円ＰＣ上に９０度等分に配置して形成した集合穴１１を示している。
【００１７】
図５は、８つの長尺穴１２をピッチ円ＰＣ上に４５度等分に配置して形成した集合穴１１を示している。
なお、長尺穴１２の数は、必要とするねじ軸２の極慣性モーメントに応じて定めればよい。
【実施例２】
【００１８】
図６は実施例２のボールねじ装置を示す断面図、図７は図６のＢ−Ｂ断面図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の細長比の大きい長尺穴１２は、図７に示すようにねじ軸２の軸芯ＣＬと軸軌道溝３の谷径Ｄｂとの間に、ねじ軸２の軸芯ＣＬと平行に、ねじ軸２の略全長に渡って設けられた長円形断面形状を有する有底の穴である。
【００１９】
この長円形断面形状は、内径Ｄｉの２つの半円弧の弦を半径方向として対向配置し、これらの間を半円弧に内接および外接する軸芯ＣＬを中心とした大小２つの円弧で接続して形成される。
従って、本実施例の集合穴１１は、軸芯ＣＬを中心としたピッチ円ＰＣ上に９０度等分に配置された長円形断面形状の４つの長尺穴１２で形成されている。
【００２０】
このようにすれば、上記実施例１と同様の効果に加えて、長尺穴を長円形断面形状としたことによって、円形断面形状に較べて長尺穴の断面積を大きくすることが可能になり、軸芯ＣＬと軸軌道溝の谷径Ｄｂとの間が狭いねじ軸の極慣性モーメントの低減を容易に行うことができる。
【実施例３】
【００２１】
図８は実施例３のボールねじ装置を示す断面図、図９は図８のＣ−Ｃ断面図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図８において、２１は中央穴であり、ねじ軸２の軸芯ＣＬを中心としたねじ軸２を貫通する穴である。
本実施例の集合穴１１は、上記実施例１の図５に示した８つの長尺穴１２で形成されている。
【００２２】
このようにすれば、上記実施例１と同様の効果に加えて、ねじ軸の軸芯ＣＬを中心とした中央穴設けたことによって、ねじ軸の極慣性モーメントを更に低減することができる。
なお、本実施例の中央穴は、上記実施例１の図２、図３、図４および実施例２の図７に示した長尺穴の配置に対して適用しても同様の効果を得ることができる。
【実施例４】
【００２３】
図１０は実施例４のボールねじ装置を示す断面図、図１１は図１０のＥ−Ｅ断面図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の集合穴１１は、図１１に示すようにねじ軸２の軸芯ＣＬと軸軌道溝３の谷径Ｄｂとの間に、ねじ軸２の軸芯ＣＬと平行に、ねじ軸２の全長と略同等の長さＬで設けられた内径Ｄ１と内径Ｄ２の異なる内径の円形断面形状を有する有底の細長比の大きい長尺穴１２で形成されている。
【００２４】
この場合に、小さい内径Ｄ１の長尺穴１２と大きい内径Ｄ２の長尺穴１２は、集合穴１１の回転重心が軸芯ＣＬと略一致するように配置する。
すなわち、図１１に示すように１つの大きい内径Ｄ２の長尺穴１２の不釣合い力を打消すために、３つの小さい内径Ｄ１の長尺穴１２の半径位置を軸芯ＣＬから遠ざけて大きい内径Ｄ２の長尺穴１２の反対側に配置し、集合穴１１の回転重心を軸芯ＣＬと略一致させるようにする。
【００２５】
このようにすれば、異なる内径を有する長尺穴を用いても、上記実施例１と同様にねじ軸の極慣性モーメントを低減することができると共に、ねじ軸の回転による遠心力により生ずる不釣合い力を互いに打消して、ねじ軸の回転時に生ずる不正な振動を許容範囲内にすることができる。
なお、上記各実施例においては、長尺穴をねじ軸の全長と略同等の深さを有する有底の穴であるとして説明したが、ねじ軸の全長を貫通する貫通穴であってもよい。このようにすればねじ軸の極慣性モーメントを更に低減することができる。
【００２６】
なお、上記各実施例においては、リターンチューブを連結路としてボールを循環させるチューブ式の循環方式を用いたボールねじ装置に本発明を適用した場合を例に説明したが、連結路は前記に限らず、連結路をこま式やエンドキャップ式等とした循環方式のボールねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例１のボールねじ装置を示す断面図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】実施例１の３つの長尺穴の配置例を示す断面図
【図４】実施例１の４つの長尺穴の配置例を示す断面図
【図５】実施例１の８つの長尺穴の配置例を示す断面図
【図６】実施例２のボールねじ装置を示す断面図
【図７】図６のＢ−Ｂ断面図
【図８】実施例３のボールねじ装置を示す断面図
【図９】図８のＣ−Ｃ断面図
【図１０】実施例４のボールねじ装置を示す断面図
【図１１】図６のＥ−Ｅ断面図
【符号の説明】
【００２８】
１    ボールねじ装置
２    ねじ軸
３    軸軌道溝
４    駆動系取付部
５    ナット
６    ナット軌道溝
７    フランジ部
８    ボール
１１  集合穴
１２  長尺穴
２１  中央穴
【図１】
2007107681.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007107681.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007107681.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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