ボールネジについて

Question

私は学生なのですが、下記のような問題がでました。

『使用されているボールネジは、片側はサポートユニットを介してその位置（軸心と長さ方向）が完全に拘束されている。もう一方の側は、軸心はベアリングとボールネジサポートにより拘束されているが、長さ方向に関しては拘束はなく全くフリーである。これはボールネジの最も一般的な支持方法であるが、何故片側は長さ方向に関して拘束せずにフリーにしているか、その理由を述べよ』

というものです。少しイメージがつきにくいかもしれませんが教えてください。
またわからなくても意見あればお願いします。

ここに質問して相応しいものかわからないのですがおねがいします。

技術の森のサイトを今回初めて使ったのですが・・・ここまで適確な回答が多数も得られるなんてビックリです。知識のない自分には聞いてばかりになるサイトになりそうですが、１番目の回答者さんが言われるように自分でももっと考えて行こうと思います。　みなさん本当にありがとうございました。

Accepted Answer

もし両端共に拘束されていると温度変化による
ボールネジの伸び縮みを吸収できずに拘束部分にガタが出るためです
サーボ側を完全に拘束していても
片側をフリーにしておけば伸び縮みはそこで吸収できるので
サーボ側の軸受けを痛めることはありません。
したがって高精度な送りを実現することができます。

ちなみに温度変化による寸法の変化がうちの機械は０．０１ぐらい発生します。そのため機械温度を安定させるための暖気運転は欠かせません。

Answer

皆さんが御回答されている通り、ボールネジの温度変化による熱変位を考慮してのものです。両端面を固定してしまうと、温度上昇したときに熱膨張の逃げ場が無くなり、サポートベアリングに過剰な負荷が掛かる事になります。そのまま使用を続けると当然ベアリングは破損します。このようなトラブルを避ける為に片側支持（又は自由）とするのが一般的です。さらに、ある程度の精度が必要な場合は、制御的に補正を掛ける等の対処をします。

高精度な機械や、特別な仕様を要する機械では、両側固定を使用することもありますが、その場合はボールネジを冷却し温度を一定に保つような構造としたり、熱膨張を考慮してあらかじめ引張った状態でボールネジをセットする方法がとられたりしています。後者の場合は、長時間の停止が頻繁に繰り返されるような機械では逆効果となる場合もあります。間違いなく言える事は、両側固定方式での設計は難しいという事です。

今回の問題に限らず、機械設計をしていく上で熱変形を考慮しなければならない事はよくありますので注意して下さいね。

問題に対する回答例としては、「ボールネジの熱変位による負荷を、ベアリングに伝えないようにするため」といった感じでしょうか？

参考になれば幸いです。

Answer

ボールネジが短い場合は、
片側をサポートユニットを介してその位置が完全に拘束されているのみ
もあります。
もう一方の側は、完全にフリーです。

これ等は、動作時にねじが温度上昇して、伸びる応力を逃がす役目があります。

ボールネジの固定方法は、
☆回転方向と軸方向（前後共）－－－★フリー（何も無し）
☆回転方向と軸方向（前後共）－－－★回転方向（軸方向フリー）
☆回転方向と軸方向（前のみor後のみ）－－－★回転方向と軸方向（☆と逆のみ）
☆回転方向と軸方向（前後共）－－－★回転方向と軸方向（前後共）
がありますが、下２つはねじの温度上昇を抑制して、測定用の使用されます。

当然、ねじの危険回転数の問題で、下へ下への選択となりますが。

Answer

お答えします。

ボールネジも金属でできている以上、熱による寸法変化から逃れません。
片方をフリーにする事で曲がりを防ぐ？
これが正解かも知れません。

しかし現在の工作機械（精密な機械）はボールネジを使用する場合、
ダブルアンカー方式を採用される場合があります。

この方式のサポートは事前に、ねじを両側固定して熱で伸びる寸法分を事前に引っ張って、熱で伸びてもピッチ精度の影響を最小に押さえ、
又、ねじの振れも抑える為に採用される様です。

蛇足ですが
ボールネジを固定するベアリングは、フリーであれば６０００番台の物が使われますが、ダブルアンカー等の場合は６０度タイプのアンギュラベアリング（ＴＡＣなど）が両側で使用されます。

Answer

あなたが考えた答えと理由をいくつか出してみてはいかがですか

ボールネジについての問題とは？