(57)【要約】【課題】送りねじ装置のねじ軸の危険速度を高めると共に小型化を図る手段を提供する。【解決手段】送りねじ装置１１が、外周面に螺旋状の軸軌道溝３を形成したねじ軸２と、内周面に軸軌道溝３に対向するナット軌道溝５を形成したナット４と、軸軌道溝３とナット軌道溝５とを螺合させる複数のボール７と、ナット４の両側に配置され、ねじ軸２の軸方向に移動可能に支持された移動支持体１６と、ナット４を軸方向に貫通するガイド穴に挿通し、両側の移動支持体１６に端部が固定されたガイドバー１２とを備える。【選択図】        図１
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【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、前記軸軌道溝とナット軌道溝とを螺合させる複数のボールと、前記ナットの両側に配置され、前記ねじ軸に該ねじ軸の軸方向に移動可能に支持された移動支持体と、前記ナットと前記移動支持体との間にそれぞれ配置され、前記ナットと前記移動支持体とを互いに離間させる方向の付勢力を有するバネ部材と、前記ナットを前記ねじ軸の軸方向に貫通するガイド穴と、該ガイド穴に挿通し、前記両側の移動支持体に端部が固定されたガイドバーとを備えたことを特徴とする送りねじ装置。
【請求項２】
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、前記軸軌道溝とナット軌道溝とを螺合させる複数のボールと、前記ナットの両側に配置され、前記ねじ軸に該ねじ軸の軸方向に移動可能に支持された移動支持体と、前記ナットと前記移動支持体との間にそれぞれ配置され、前記ナットと前記移動支持体とを互いに離間させる方向の付勢力を有するバネ部材と、前記ナットを前記ねじ軸の軸方向に貫通するガイド穴と、前記移動支持体を前記ねじ軸の軸方向に貫通する支持穴と、前記ガイド穴に挿通し、前記両側の移動支持体の前記支持穴に往復移動可能に支持されたガイドバーと、該ガイドバーの両端部に設けられた係止部とを備えたことを特徴とする送りねじ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記バネ部材を、前記ガイドバーに挿通させて配置したことを特徴とする送りねじ装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記移動支持体は、前記ねじ軸の軸軌道溝に嵌合し、保持帯に保持された球体により前記ねじ軸に支持されていることを特徴とする送りねじ装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記移動支持体は、前記ねじ軸の外周面を摺動する摺動ガイドにより前記ねじ軸に支持されていることを特徴とする送りねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械や産業機械、半導体製造装置、精密機械等の機械装置の移動台の駆動にボールねじ装置を用いた送りねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のボールねじ装置を用いた送りねじ装置は、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軸軌道溝に対向するナット軌道溝とを複数のボールを介して螺合させた第１および第２のボールねじ装置を設け、その第１のねじ軸をサーボモータで回転させて第１のナットに固定した移動台を直線往復移動可能に構成し、移動台のストロークの半分の長さを有する移動サポート台の両端に設けたねじ軸を滑動する支持点を、第１のナットの両側に配置すると共に、一方の支持点に第２のナットを固定し、他方の支持点に第１のねじ軸と平行に配置した第２のねじ軸を滑動させる支持点を設け、この第２のねじ軸を歯車装置により第１のねじ軸の半分の回転数で回転させて移動サポート台の移動を移動台に同期させ、ねじ軸の支点間距離を短くして第１のねじ軸の危険速度を高めている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−３３６５９６号公報（主に第３頁段落００１３−第３頁段落００２０、第３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、ねじ軸の危険速度を高めるために２つのボールねじ装置を並設し、２つのねじ軸を滑動する移動サポート台を歯車装置により移動台に同期させて移動させているため、送りねじ装置が複雑化すると共に、平行に配置されたボールねじ装置を設けるスペースを確保しなければならず、送りねじ装置が大型化するという問題がある。
【０００４】
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、送りねじ装置のねじ軸の危険速度を高めると共に小型化を図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、送りねじ装置が、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、前記軸軌道溝とナット軌道溝とを螺合させる複数のボールと、前記ナットの両側に配置され、前記ねじ軸に該ねじ軸の軸方向に移動可能に支持された移動支持体と、前記ナットと前記移動支持体との間にそれぞれ配置され、前記ナットと前記移動支持体とを互いに離間させる方向の付勢力を有するバネ部材と、前記ナットを前記ねじ軸の軸方向に貫通するガイド穴と、該ガイド穴に挿通し、前記両側の移動支持体に端部が固定されたガイドバーとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
これにより、本発明は、ねじ軸の実質的な長さを両側の移動支持体の設置間隔に相当する長さ分短くすることができ、送りねじ装置の危険速度を高めることができると共に、特別なスペースを設けなくとも危険速度を高めることが可能になり、送りねじ装置の小型化を図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の送りねじ装置の側面を示す説明図、図２は実施例１のボールねじ装置の断面を示す説明図、図３は図２のＡ−Ａ断面を示す説明図、図４は実施例１の移動支持体の断面を示す説明図、図５は図４のＢ−Ｂ断面を示す説明図である。
図２、図３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、合金鋼等の鋼材で製作された長尺の棒状部材であって、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】
本実施例のねじ軸２には、４条の軸軌道溝３が形成されている。
２ａは取付部であり、図１に示すようにねじ軸２の両端部に同軸に設けられた段付軸状部材であって、ねじ軸２を回転支持するための図示しない転がり軸受の内輪が嵌合する部位である。
また、一方の取付部２ａの端部は、ねじ軸２を回転させるための図示しないモータ等の駆動装置に連結されている。
【００１０】
４はボールねじ装置１のナットであり、合金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５が軸軌道溝３と同じリードで形成されている。
６はフランジ部であり、ナット４の外周部の一方の端部に設けられ、フランジ部６に設けられた図示しない取付ボルト穴により機械装置の移動台に取付ボルト等で固定される。
【００１１】
７はボールねじ装置１の転動体としてのボールであり、合金鋼等の鋼材で球形に製作され、対向配置された軸軌道溝３とナット軌道溝５とにより形成される負荷路に複数装填されてねじ軸２とナット４を螺合させる。
図３において、８は戻り路であり、ナット４の側壁の厚肉部に形成されたボール７を循環させるためのボール７の直径より大きい直径を有し、ナット４を軸方向に貫通する貫通穴であって、ナット４に形成されたナット軌道溝５の条数（本実施例では４条）に対応して設けられており、その軸方向の両端部には、図示しないエンドデフレクタが配置され、エンドデフレクタに形成された湾曲した通路である方向転換路により負荷路と戻り路８とが接続されている。
【００１２】
上記の負荷路の両端部は、図示しないエンドデフレクタの方向転換路とナット４の戻り路８とにより形成される連通路により連通されて循環路が形成され、この循環路には所定の量の潤滑剤、例えばグリースと複数のボール７が封入され、ねじ軸２を回転させることによって負荷路を転動するボール７がナット４に加えられた荷重を支持しながら循環路を循環し、ねじ軸２の回転運動がナット４の直線運動に変換され、ナット４がねじ軸２の長手方向に沿った直線往復移動可能に支持される。
【００１３】
図１において、１１は送りねじ装置である。
１２はガイドバーであり、高炭素鋼やステンレス鋼等の合金鋼等で形成された比較的高い強度を有する円柱状の中実軸であって、図２、図３に示すようにナット４の円周方向に１８０度等配に２箇所形成されたナット４の圧肉部を軸方向に貫通する貫通穴１３に装着されたリニアガイド１４に挿通している。
【００１４】
リニアガイド１４は、円周方向に等配に配置された複数の鋼球を軸方向に複数配置して保持器により保持した直線案内部材であって、ガイドバー１２の外周面を摺動する鋼球によりガイドバー１２を直線往復移動可能に支持しており、その鋼球により形成される内径側の穴が、ガイド穴として機能する。
１５は潤滑剤供給部材であり、含油樹脂等で形成された円環状部材であって、貫通穴１３の両端部に形成された取付穴に圧入等により取付けられ、ガイドバー１２の外周面に潤滑剤を供給する機能を有すると共に、リニアガイド１４が軸方向に移動するのを防止する機能を有している。
【００１５】
１６は移動支持体であり、ナット４の軸方向の両側に配置され、図４、図５に示すようにナット４と同等の外径を有する外輪１７と内輪１８との間に２列の玉１９を配設した複列の転がり玉軸受であって、外輪１７のナット４側の端面には、ガイドバー１２の端部を圧入等により固定する固定穴２０が形成されている。
このため、外輪は、その固定穴１０に固定されたナット４の貫通穴１３に挿通するガイドバー１２により回転を停止させられ、内輪１８は玉１９を介して外輪１７に回転自在に支持されている。
【００１６】
また、内輪１８のナット４の反対側の端面には、リング状の磁石２１ａが埋め込まれている。
２２は支持軸受であり、図４、図５に示すように、内輪１８の内周面に形成された球状凹面２３に嵌合すると共にねじ軸２の各条の軸軌道溝３にそれぞれ嵌合し、上記のボール７と同等の直径を有する鋼製等の球体２４を樹脂製等の保持帯２５のポケット２６に保持させて構成されており、ねじ軸２の軸方向に３箇所配置されている。
【００１７】
この支持軸受２２により、移動支持体１６がねじ軸２の回転に伴ってその軸方向に往復移動可能に支持される。
本実施例の軸軌道溝３は、４条であるので、球体２４はねじ軸２の円周方向に９０度等配に４個設けられている。
図１において、２７はストッパであり、ねじ軸２の両端部の取付部２ａの軸軌道溝３側にそれぞれ配置された円盤状部材であって、その移動支持体１６側の端面には、移動支持体１６の磁石２１ａに対向するリング状の磁石２１ｂが取付けられている。
【００１８】
磁石２１ａと磁石２１ｂは、それぞれの対向面が同一の極性となるように着磁された永久磁石であって、互いが接近したときに反発力が作用するよう構成されている。
２９はバネ部材としての圧縮コイルバネであり、その内径側にガイドバー１２を挿通させてナット４とその両側に配置された移動支持体１６との間にそれぞれ配置されており、ナット４と移動支持体１６とを互いに離間させる方向に付勢力を作用させる。
【００１９】
この同じ特性の圧縮コイルバネ２９、つまりばね定数および長さが同じ圧縮コイルバネ２９を両側の移動支持体１６とナット４との間に配置することにより、ナット４の軸方向の両側に作用する押圧力がバランスし、端部を両側の移動支持体１６に固定されたガイドバー１２により所定の間隔で配置された移動支持体１６の間の中央部にナット４を位置させることができる。
【００２０】
上記の構成の作用について説明する。
本実施例の送りねじ装置１１は、そのボールねじ装置１のねじ軸２を回転させると、ボール７を介して螺合しているナット４が軸軌道溝３のリードに従って軸方向に移動し、ナット４の両側に配置された移動支持体１６も支持軸受２２の球体２４が嵌合する各条の軸軌道溝３のリードに従ってナット４と同じ方向に移動する。
【００２１】
このとき、移動支持体１６とナット４とは圧縮コイルバネ２９により離間方向に同じ力で付勢されているので、移動支持体１６とナット４とが相対的に移動することはなく同じ移動速度で移動する。つまり、移動支持体１６の間の中央部にナット４が位置した状態で移動する。
そして、図６に示すように、移動支持体１６がねじ軸２の一方の軸端部のストッパ２７に接近すると、移動支持体１６の磁石２１ａとこれに対向するストッパ２７の磁石２１ｂとの間に反発力が生じ、移動支持体１６が減速しながら停止する。
【００２２】
このとき、保持帯２５に保持された支持軸受２２の球体２４は、移動支持体１６の減速に応じて自転速度が低下するが、外輪１７に回転自在に支持されている内輪１８が回転して球体２４を公転させ、球体２４の自転速度の低下に伴うねじ軸２の回転速度との不整合を吸収する。なお、移動支持体１６が停止したときは、球体２４の自転が停止し、内輪１８とねじ軸２の回転速度は同一になる。
【００２３】
また、ナット４は、移動支持体１６が減速を始めると、ストッパ２７側の圧縮コイルバネ２９を圧縮しながら軸軌道溝３のリードに従って同じ移動速度でストッパ２７により停止させられた移動支持体１６の側に移動する。
これにより、ナット４の両側に移動支持体１６を配置してもナット４のストローク範囲を確保することが可能になり、ねじ軸２の長さが過大になることはない。
【００２４】
更に、移動支持体１６を対向配置した磁石２１ａと磁石２１ｂの反発力により減速させながら停止させるので、移動支持体１６がストッパ２７に衝突することはなく、ナット４や移動支持体１６、ストッパ２７に負荷される衝撃力を緩和することができる。
ナット４が逆方向に移動する場合も同様である。
このように、本実施例の送りねじ装置１１は、ナット４の両側に移動支持体１６をナット４の貫通穴に挿通するガイドバー１２により所定の間隔で配置しているので、ねじ軸２の実質的な長さを両側の移動支持体１６の設置間隔に相当する分短くすることができ、ねじ軸２の系としての危険速度を高めて送りねじ装置１１のナット４の移動速度の高速化を図ることができる。
【００２５】
また、ナット４と同等の外径を有する移動支持体１６をナット４の軸方向の両側に配置するので、送りねじ装置１１の簡素化を図ることができる共に、特別なスペースを設けなくとも危険速度を高めることが可能になり、送りねじ装置１１の小型化を図ることができる。
更に、移動支持体１６とねじ軸２との間および各ガイドバー１２とナット４との間を、球体２４および鋼球を用いて支持するので、それぞれの間に隙間を設けなくとも、球体２４および鋼球が接触しながら転動することによりそれぞれの部位を円滑に支持することができ、ガイドバー１２により隔置された移動支持体１６によるねじ軸２の実質的な長さの短縮を確実なものとすることができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施例では、送りねじ装置に用いるボールねじ装置のナットの両側に移動支持体を配置し、この移動支持体をねじ軸の軸方向に移動可能に支持すると共に、ナットと両側の移動支持体との間にそれぞれを離間させる圧縮コイルバネを配置し、ナットを軸方向に貫通するガイド穴に挿通させたガイドバーを、両側の移動支持体に固定するようにしたことによって、ねじ軸の実質的な長さを両側の移動支持体の設置間隔に相当する長さ分短くすることができ、送りねじ装置の危険速度を高めることができると共に、特別なスペースを設けなくとも危険速度を高めることが可能になり、送りねじ装置の小型化を図ることができる。
【００２７】
また、ナットと両側の移動支持体との間に、それぞれガイドバーに挿通させた同じ特性を有する圧縮コイルバネを配置したことによって、移動支持体の間の中央部にナットを位置させることができ、ナットの往復移動の際のストローク範囲を均等なものにすることができると共に、圧縮コイルバネの脱落を防止することができる。
更に、移動支持体を、ねじ軸の軸軌道溝に嵌合し、保持帯に保持された球体によりねじ軸に支持するようにしたことによって、移動支持体をねじ軸に接した状態で支持することができ、移動支持体とねじ軸間との間の隙間を廃して移動支持体によるねじ軸の実質的な長さの短縮を確実なものとすることができる。
【００２８】
なお、本実施例においては、ガイドバーは移動支持体の固定穴に圧入により固定するとして説明したが、固定穴に嵌合させた後にスプリングピン等の止めピンや小ねじ等により固定するようにしてもよい。
【実施例２】
【００２９】
図７は実施例２の送りねじ装置の側面を示す説明図、図８は実施例２の移動支持体の断面を示す説明図、図９は図８のＣ−Ｃ断面を示す説明図である。
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。
本実施例のガイドバー１２は、実施例１のガイドバーより長く形成され、図７に示すようにナット４の両側に配置した移動支持体１６を軸方向に貫通して取付けられている。
【００３０】
図８、図９において、３１はリニアガイドであり、実施例１のリニアガイド１４と同様に構成されて、移動支持体１６の円周方向に１８０度等配に２箇所形成された移動支持体１６を軸方向に貫通する貫通穴３２に装着されており、ガイドバー１２の外周面を摺動する鋼球によりガイドバー１２を直線往復移動可能に支持しており、その鋼球により形成される内径側の穴が、ガイドバー１２を支持する支持穴として機能する。
【００３１】
３３は潤滑剤供給部材であり、実施例１の潤滑剤供給部材と同様に構成され、貫通穴３２の両端部に形成された取付穴に取付けられている。
３５は係止部であり、合金鋼等の鋼材で製作された円環状部材であって、その内周面がガイドバー１２の両端部の外周面に圧入等により嵌合して固定されている。
なお、係止部３５の外形形状は、ストッパ２７の外形形状と干渉しないように形成されている。
【００３２】
３７は圧縮コイルバネであり、その内径側にガイドバー１２を挿通させて移動支持体１６と係止部３５との間にそれぞれ配置されており、移動支持体１６と係止部３５とを互いに離間させる方向に付勢力を作用させる。
この同じ特性の圧縮コイルバネ３７を両側の移動支持体１６と係止部３５との間に配置することにより、ナット４の軸方向の両側に配置された圧縮コイルバネ２９の押圧力がバランスし、実施例１と同様に移動支持体１６の間の中央部にナット４を位置させることができる。
【００３３】
このように構成しても、ボールねじ装置１のねじ軸２を回転させると、実施例１と同様にして移動支持体１６の間の中央部にナット４が位置した状態で軸軌道溝３のリードに従ってナット４と移動支持体１６とが同じ方向に同じ移動速度で移動する。
そして、図１０に示すように、移動支持体１６がねじ軸２の一方の軸端部のストッパ２７に接近すると、実施例１と同様にして移動支持体１６が減速しながら停止する。
【００３４】
このときの支持軸受２２による移動支持体１６の作動、ナット４の作動、および対向配置した磁石２１ａと磁石２１ｂの反発力による作動は、上記実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
以上説明したように、本実施例の構成においても、ねじ軸の実質的な長さを短縮して送りねじ装置の危険速度を高めることができると共に、送りねじ装置の小型化を図ることができる。
【００３５】
なお、上記実施例１および本実施例においては、支持軸受の球体は４個設けるとして説明したが、２個以上であれば足り、軸軌道溝の条数に応じて適宜に定めればよい。
【実施例３】
【００３６】
図１１は実施例３の移動支持体の断面を示す説明図である。
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１１において、４１は移動支持体であり、合金鋼等の鋼材で形成されたナット４の外径と同等の直径の外周面と、ねじ軸２の外径より大きい直径の内周面とを有する円環状部材であって、実施例１と同様にガイドバー１２により隔置されてナット４の両側に配置されている。
【００３７】
４２は摺動ガイドとしてのリニアガイドであり、実施例１のリニアガイド１４と同様に構成されて、移動支持体４１の内周面に装着されており、鋼球がねじ軸２の外周面に接触しながら転動することにより移動支持体４１をねじ軸２の軸方向に直線往復移動可能に支持している。
４３は潤滑剤供給部材であり、実施例１の潤滑剤供給部材と同様に構成され、移動支持体４１の内周面の両端部に形成された取付穴に取付けられている。
【００３８】
このように構成すれば、上記実施例１と同様の効果に加えて、支持軸受を回転可能に支持する玉軸受を省略することができ、移動支持体の構成の簡素化を図ることができると共に、１条の軸軌道溝を有するねじ軸においても本発明を適用することが可能になる。
なお、図１１は実施例１の移動支持体に本実施例の摺動ガイドを適用した場合を例示したが、実施例２の移動支持体に適用しても同様の効果を得ることができる。
【００３９】
上記各実施例においては、ガイドバーは中実軸であるとして説明したが、中心部を中空にしたパイプ状の中空軸であってもよい。
また、上記各実施例においては、エンドデフレクタ用いて形成した連通路をボールが循環するデフレクタ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、連通路は前記に限らず、連通路をこま式やエンドキャップ式、チューブ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】
【００４０】
【図１】実施例１の送りねじ装置の側面を示す説明図
【図２】実施例１のボールねじ装置の断面を示す説明図
【図３】図２のＡ−Ａ断面を示す説明図
【図４】実施例１の移動支持体の断面を示す説明図
【図５】図４のＢ−Ｂ断面を示す説明図
【図６】実施例１の送りねじ装置の軸端部の作動を示す説明図
【図７】実施例２の送りねじ装置の側面を示す説明図
【図８】実施例２の移動支持体の断面を示す説明図
【図９】図８のＣ−Ｃ断面を示す説明図
【図１０】実施例２の送りねじ装置の軸端部の作動を示す説明図
【図１１】実施例３の移動支持体の断面を示す説明図
【符号の説明】
【００４１】
１    ボールねじ装置
２    ねじ軸
２ａ  取付部
３    軸軌道溝
４    ナット
５    ナット軌道溝
６    フランジ部
７    ボール
８    戻り路
１１  送りねじ装置
１２  ガイドバー
１３、３２  貫通穴
１４、３１、４２  リニアガイド
１５、３３、４３  潤滑剤供給部材
１６、４１  移動支持体
１７  外輪
１８  内輪
１９  玉
２０  固定穴
２１ａ、２１ｂ  磁石
２２  支持軸受
２３  球状凹面
２４  球体
２５  保持帯
２６  ポケット
２７  ストッパ
２９、３７  圧縮コイルバネ
３５  係止部
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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