JP2013160257A

JP2013160257A - ネジ機構

Info

Publication number: JP2013160257A
Application number: JP2012020500A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ito; 浩伊藤; Tsutomu Kanazawa; 勉金沢; Toru Mawatari; 亨馬渡; Makoto Takahashi; 誠高橋
Original assignee: KANAZAWA KASEI KK
Current assignee: KANAZAWA KASEI KK
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-19

Abstract

【課題】単純な構造で雄ネジ部材と雌ネジ部材との食い付きを防止することが可能なネジ機構を提供する。
【解決手段】本発明に係るネジ機構８０は雄ネジ部材３０のネジ条３２の先端部がストッパ面３６で終端している。そして、ストッパ面３６と対応する側のネジ溝４２の奥端部が当接面４６で終端している。これにより、ストッパ面３６と当接面４６とが当接する点で雄ネジ部材３０の移動は停止する。そして、このストッパ面３６と当接面４６とはある程度の厚み及び面積を有しているため、ストッパ面３６と当接面４６とが食い付くことはない。
【選択図】図１

Description

本発明は、雄ネジ部材と雌ネジ部材との食い付きを防止したネジ機構に関するものである。

雄ネジ部材と雌ネジ部材とで構成されたネジ機構の使用方法として、例えば雄ネジ部材をモータ等の回転駆動体に接続し、雌ネジ部材を可動体に接続したアクチュエータ等が挙げられる。このようなアクチュエータでは、ネジ機構が回転駆動体の回転運動を軸方向の直線運動に変換する。これにより、可動体が回転軸の軸線方向に前進及び後退動作する。

ここで、図５（ａ）に従来のネジ機構の螺合時を示す模式断面図を、図５（ｂ）に螺合時の雄ネジ部材の先端部分の拡大図を示す。尚、図５及び後述の図１中の破線はネジ溝４２を模式的に示したものである。

従来のネジ機構１０は、螺旋状のネジ山で形成されたネジ条３２を備えた雄ネジ部材３０と、螺旋状のネジ溝４２を有するネジ孔４４を備えた雌ネジ部材４０とで主に構成されている。そして、ネジ条３２の先端部分１４は、一方の側面が雄ネジ部材３０の端面に沿って、他方の側面が自身のネジ条３２の側面に沿って連続的に薄くなり、その結果、略楔形状を呈している。また、雌ネジ部材４０のネジ溝４２の奥端部分１６は、一方の側面がネジ孔４４の底面に沿って、他方の側面が自身のネジ溝４２の側面に沿って連続的に狭くなり、その結果、ネジ条３２の先端部分１４と対応した逆楔形状を呈している。

このように、従来のネジ機構１０の先端部分１４、及び奥端部分１６は、略楔形状、及び逆楔形状を呈しているため、雄ネジ部材３０の先端部分１４が雌ネジ部材４０の奥端部分１６に達したときに、先端部分１４と奥端部分１６とで食い付きが発生する。この食い付きは、バックラッシュや雄ネジ部材３０の停止位置の位置バラつきの原因となり、例えば可動体の位置制御時の精度の低下を引き起こす。また、食い付きからの離脱には通常動作時よりも大きなトルクを要するため、通常動作時に必要な能力よりも大きなトルク性能の回転駆動体（モータ）が必要となる。

これらの問題を解決するため下記［特許文献１］には、図５（ｃ）に示すように、雄ネジ部材３０のシャフト９にストッパーピン１２を設け、また雌ネジ部材４０にストッパー片１３を設けた直動型ステッピングモータに関する発明が開示されている。この［特許文献１］に開示された発明では、ストッパーピン１２がストッパー片１３と回転方向で当接することで雄ネジ部材３０のネジ孔４４側への移動を規制し、これにより雄ネジ部材３０と雌ネジ部材４０との食い付きを防止する。

特開平７−２７４４７２号公報

しかしながら、［特許文献１］に開示された発明では、雄ネジ部材３０側にストッパーピン１２を設け、雌ネジ部材４０側にストッパー片１３を設けるため、部品の製造が煩雑化するとともに、ネジ機構１０の構造が複雑化し、またストッパー部材の分だけネジ機構１０が大型化するという問題点がある。さらに、ストッパーピン１２の位置とネジ条３２、ネジ溝４２の位相にばらつきが存在する場合、ストッパー部材による停止位置がネジ機構１０毎にばらつき、これによって可動体の停止位置もネジ機構１０毎にばらつくという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、単純な構造で雄ネジ部材と雌ネジ部材との食い付きを防止することが可能なネジ機構を提供することを目的とする。

本発明は、
（１）螺旋状のネジ条３２を有する雄ネジ部材３０と、螺旋状のネジ溝４２を有するネジ孔４４を備え前記雄ネジ部材３０と螺合する雌ネジ部材４０と、を有するネジ機構において、
前記ネジ条３２の少なくとも一方の端部は前記ネジ条３２が所定の角度で切断された形状のストッパ面３６で終端しており、
前記ネジ溝４２の少なくとも一方の端部は前記ストッパ面３６が当接する当接面４６で終端していることを特徴とするネジ機構８０を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係るネジ機構は、雄ネジ部材のネジ条と雌ネジ部材のネジ溝とにそれぞれストッパ機能を果たすストッパ面及び当接面を形成するため、単純な構造で雄ネジ部材と雌ネジ部材との食い付きを防止することができる。このため、雄ネジ部材及び雌ネジ部材を従来の方法で簡単に製造することができ、またネジ機構自体も複雑化、大型化することがない。

本発明に係るネジ機構の螺合時を示す模式断面図である。本発明に係るストッパ面及び当接面の角度の例を示す図である。本発明に係るストッパ面の形成位置の例を示す図である。本発明に係るネジ機構を水配管の切替弁に適用した例を示す図である。従来のネジ機構の螺合時を示す模式断面図である。

本発明に係るネジ機構の実施の形態について図面に基づいて説明する。尚、従来技術と同様の部材及び部位に関しては従来と同符号にて示す。

図１（ａ）は本発明に係るネジ機構８０の螺合時を示す模式断面図である。また、図１（ｂ）は螺合時の雄ネジ部材の先端部分の部分拡大図である。図１に示す本発明に係るネジ機構８０は、螺旋状のネジ山で形成されたネジ条３２を備えた雄ネジ部材３０と、螺旋状のネジ溝４２を有するネジ孔４４を備えた雌ネジ部材４０と、を有している。そして、雄ネジ部材３０のネジ条３２は雌ネジ部材４０のネジ溝４２と螺合する。

雄ネジ部材３０にはシャフト９が設置され、シャフト９は例えばモータ等の回転駆動体に接続される。そして、回転駆動体が回転動作すると、雄ネジ部材３０はネジ条３２がネジ溝４２と螺合しながらネジ孔４４の奥側に向かって移動する。また、回転駆動体が逆回転動作すると、雄ネジ部材３０はネジ条３２がネジ溝４２と螺合しながらネジ孔４４の手前側に向かって移動する。

このとき、雄ネジ部材３０を固定し雌ネジ部材４０に可動体を設置すれば、可動体は回転駆動体の回転動作により雌ネジ部材４０とともに図１の左右方向に移動する。反対に、雌ネジ部材４０を固定し雄ネジ部材３０に可動体を設置すれば可動体は雄ネジ部材３０とともに図１の左右方向に移動する。尚、本例では雄ネジ部材３０に回転駆動体を接続する例を説明するが、回転駆動体は雌ネジ部材４０側に設置しても良い。

また、本発明に係るネジ機構８０は、雄ネジ部材３０に形成されたネジ条３２の少なくとも一方の端部がストッパ面３６で終端し、雌ネジ部材４０に形成されたネジ溝４２のストッパ面３６と対応する端部が当接面４６で終端していることを大きな特徴とする。尚、ネジ条３２に形成されるストッパ面３６は、ネジ条３２をあたかも所定の面で切除したときの断面形状を呈している。また、雌ネジ部材４０のネジ溝４２に形成される当接面４６は、ネジ溝４２をあたかも所定の面で閉塞したときの形状を呈している。

ストッパ面３６の形成角度に特に限定はないが、図２に示すように、雄ネジ部材３０の接線方向とストッパ面３６とのなす角を角度θとしたときに、角度θは
３０°≦θ≦１２０° の範囲が好ましい。また、当接面４６の形成角度にも特に限定はないが、ネジ孔４４の接線方向と当接面４６とのなす角を角度θ’としたときに、角度θ’は約９０°が好ましい。この場合、図２（ａ）に示すようにストッパ面３６の形成角度θも９０°とすれば、ストッパ面３６と当接面４６との形成角度が一致し、ストッパ面３６と当接面４６とを面状態で当接させることができる。このため、雄ネジ部材３０の移動の規制をより安定的に行うことができる。尚、ストッパ面３６の形成角度θと当接面４６の形成角度θ’とは必ずしも同等でなくとも良い。例えば、図２（ｂ）に示すようにストッパ面３６の形成角度θを４５°とし、当接面４６の形成角度θ’を９０°としても本発明は十分に機能する。

さらに、ストッパ面３６の形成位置に関しても特に限定は無く、図３（ａ）〜図３（ｆ）に示すようにネジ条３２の谷の境界でも山の境界でもその間でも良い。尚、本例ではネジ条３２の断面が台形のものを例に説明を行っているが、ネジ条３２の断面は台形に限らず、周知の形状のネジ条３２、ネジ溝４２に適用が可能である。また、ネジ条３２が複数のネジ機構に対しても適用が可能である。さらに、ストッパ面３６及び当接面４６は、ネジ条３２及びネジ溝４２の両端に設けても良い。

雄ネジ部材３０、雌ネジ部材４０を金型により成形する場合、雄ネジ部材３０の成形金型はネジ条形成溝の端部を所定の角度で埋めたものを使用する。また、雌ネジ部材４０の成形金型はネジ溝形成条の端部を所定の角度で切除したものを使用する。そして、これらの金型を使用することで従来と同様の方法で、本発明に係る雄ネジ部材３０及び雌ネジ部材４０を製造することができる。尚、雄ネジ部材３０、雌ネジ部材４０の製造方法は特に上記の方法に限定されるものではない。

次に、本発明に係るネジ機構８０を水配管の切替弁１００に用いた例を図４を用いて説明する。切替弁１００は、冷水配管１０２に接続する冷水配管接続部１１２と、温水配管１０４に接続する温水配管接続部１１４と、流路切替機構として動作するネジ機構８０と、ユーザ側に水もしくは湯を供給する給水管１０６に接続する給水配管接続部１１６と、を有している。また、ネジ機構８０は、雄ネジ部材３０と雌ネジ部材４０とを有しており、雄ネジ部材３０には中心を貫通するようにシャフト９が設置されている。そして、シャフト９の一端はスプラインギア等の伝達部材７を介して回転駆動体であるモータ１に接続される。また、シャフト９の他端には冷水流路を開閉する第１弁１１８ａと、温水流路を開閉する第２弁１１８ｂとが固定されている。また、雌ネジ部材４０は切替弁１００のケース内に設置される。このとき、雌ネジ部材４０の設置部分にはＯリング６が設置され、雌ネジ部材４０からの漏水を防止する。また、雌ネジ部材４０には第１弁１１８ａの移動によって開閉する第１開閉口１２０を有している。また、切替弁１００の温水流路には第２弁１１８ｂの移動によって開閉する第２開閉口１２２を有している。

ここで、給水管１０６に冷水を流下させる場合、図示しない制御部はモータ１を例えば正方向に回転動作させる。これにより、雄ネジ部材３０は雌ネジ部材４０のネジ孔４４の奥方向に移動する。この雄ネジ部材３０の移動に伴い、第１弁１１８ａは第１開閉口１２０を開く方向に、また第２弁１１８ｂは第２開閉口１２２を閉じる方向に移動する。これにより、給水管１０６には冷水配管１０２からの冷水が、冷水配管接続部１１２、雌ネジ部材４０、第１開閉口１２０、給水配管接続部１１６を介して供給される。また第２弁１１８ｂが第２開閉口１２２を閉じる方向に移動することで、温水配管１０４から給水管１０６に供給される湯量は減少する。

そして、雄ネジ部材３０のストッパ面３６が雌ネジ部材４０の当接面４６に当接すると雄ネジ部材３０の移動は停止し、モータ１の回転動作も停止する。この際、雄ネジ部材３０と雌ネジ部材４０との間に食い付きは発生しない。また、このとき第２開閉口１２２は第２弁１１８ｂによって完全に閉じられ、温水配管１０４からの給水管１０６への湯の供給は停止する。

次に、給水管１０６に湯を流下させる場合、モータ１を逆方向に回転動作させる。これにより、雄ネジ部材３０はネジ孔４４の手前方向に移動する。このとき、雄ネジ部材３０と雌ネジ部材４０には食い付きが生じていないため通常動作時と同等のトルクで容易に離脱する。この雄ネジ部材３０の移動に伴い、第１弁１１８ａは第１開閉口１２０を閉じる方向に、また第２弁１１８ｂは第２開閉口１２２を開く方向に移動する。これにより、給水管１０６には温水配管１０４からの湯が、温水配管接続部１１４、第２開閉口１２２、給水配管接続部１１６を介して供給される。また第１弁１１８ａが第１開閉口１２０を閉じる方向に移動することで、冷水配管１０２から給水管１０６に供給される冷水量は減少する。

そして、第１弁１１８ａが第１開閉口１２０を閉じると雄ネジ部材３０の移動は停止し、モータ１の回転動作も停止する。これに伴い、冷水配管１０２からの給水管１０６への冷水の供給は停止する。

以上のように、本発明に係るネジ機構８０は雄ネジ部材３０のネジ条３２の先端部がストッパ面３６で終端している。そして、ストッパ面３６と対応する側のネジ溝４２の奥端部が当接面４６で終端している。これにより、ストッパ面３６と当接面４６とが当接する点で雄ネジ部材３０の移動は停止する。そして、このストッパ面３６と当接面４６とはある程度の厚み及び面積を有しているため、ストッパ面３６と当接面４６とが食い付くことはない。このため、当接時のトルク変化は食い付き発生時と異なり瞬時に増大する。よって、制御部は当接位置（最大押し込み位置）を高い精度で検出することができ、可動体制御時の位置精度の向上を図ることができる。また、食い付きが発生しないためバックラッシュを抑制することができる。

さらに、食い付きが発生しないことから、ストッパ面３６と当接面４６との離脱の際にも大きなトルクを必要としない。このため、回転駆動体（モータ）は通常動作時に必要なトルク性能のもので良く、回転駆動体の小型化やコスト削減が可能となる。

また、ストッパ面３６及び当接面４６はそれぞれネジ条３２、ネジ溝４２に形成されるため、雄ネジ部材３０及び雌ネジ部材４０が大型化することも、ネジ機構８０の構造が複雑化することもない。また、ストッパ面３６、当接面４６による停止位置がネジ機構８０毎にばらつくこともない。さらに、雄ネジ部材３０及び雌ネジ部材４０は、成形金型を変えるだけで従来と同様の方法で簡単に製造することができる。

尚、本例で示したネジ機構８０は一例であり、切替弁の他の様々な用途のネジ機構８０に適用が可能である。また、本例で示したネジ機構８０は一例であるから、各部の構成、寸法、機構等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。

３０雄ネジ部材
３２ネジ条
３６ストッパ面
４０雌ネジ部材
４２ネジ溝
４４ネジ孔
４６当接面
８０ネジ機構

Claims

螺旋状のネジ条を有する雄ネジ部材と、
螺旋状のネジ溝を有するネジ孔を備え前記雄ネジ部材と螺合する雌ネジ部材と、を有するネジ機構において、
前記ネジ条の少なくとも一方の端部は前記ネジ条が所定の角度で切断された形状のストッパ面で終端しており、
前記ネジ溝の少なくとも一方の端部は前記ストッパ面が当接する当接面で終端していることを特徴とするネジ機構。