JP2013164133A

JP2013164133A - 直動装置

Info

Publication number: JP2013164133A
Application number: JP2012027595A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Miyazaki; 一成宮崎; Hideyuki Sato; 秀之佐藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2032-02-10
Also published as: JP5870727B2

Abstract

【課題】長手方向（軸方向）の省スペース化を実現する直動装置を提供する。
【解決手段】直動装置１は、巻き方向が異なる第１転動溝１１及び第２転動溝１２が外周面に螺旋状に設けられたねじ軸１０と、ねじ軸１０をその軸方向に移動させる第１ナット２１と、テーブル６０が設けられ、ねじ軸１０の軸方向に相対移動する第２ナット２２と、ねじ軸１０を回転可能に支持し、かつねじ軸１０の軸方向に移動可能に設置された複数の支持部材３０と、ねじ軸１０の両端部１０ａ，１０ｂの間に並ぶように設けられて、伝達部材５０を介してねじ軸１０に回転力を伝達するように連結されたモータ４０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじを用いた直動装置に関する。

従来より、ボールねじを用いた直動装置（駆動装置）において、送り速度を向上する構造としては、「ねじ軸又はナットの回転数を上げる構造」や、「ねじ軸やナットに設けられたねじ溝のリードを大きくする構造」が挙げられる。
そこで、特許文献１には、リード又はねじの巻き方向の異なる２種類のねじ溝を形成したねじ軸に対応する一対のナットを配置することで、必要な増減速効果が得られる駆動装置が提案されている。

また、同様の目的を達成するための他の構造としては、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ねじの構成の異なる２つのねじ軸を支持部材によって支持する構造が挙げられる。具体的には、図４（ａ），（ｂ）に示す直動装置１００は、巻き方向が異なるねじ軸１１１及びねじ軸１１２がそれぞれナット１２１及びナット１２２と螺合し、ナット１２１にはテーブル１３０が設けられ、ナット１２１は固定部材１４０を介して固定されている。そして、ねじ軸１１１の一方の端部１１１ａにはモータ１５０が接続されている。ねじ軸１１１は、その両端部１１１ａ，１１１ｂが、移動可能な支持部材１６１，１６０で回転可能に支持されている。また、ねじ軸１１２は、その両端部１１２ａ，１１２ｂが、移動可能な支持部材１６２，１６０で回転可能に支持されている。支持部材１６０は、ねじ軸１１１の他方の端部１１１ｂとねじ軸１１２の一方の端部１１２ａとを対向させて、ねじ軸１１１，１１２を回転可能に支持している。

このような構造を採用することで、直動装置１００は、支持スパンが短くなり、ボールねじの共振現象が発生する速度を引き上げ、長尺でも送り速度を向上させることが可能となる。さらに、直動装置１００を構成するねじ軸１１１，１１２のねじの巻き方向だけでなく、リードも相互に異なる形態とすることによっても更なる増速効果を発揮することができる。

特開２００１−２１０１９号公報

しかし、図４（ａ），（ｂ）に示す直動装置の構成では、ねじ軸が回転しながら軸方向に移動するため、直動装置の長手方向（軸方向）のスペースを長くとる必要があるという問題があった。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、長手方向（軸方向）の省スペース化を実現する直動装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の請求項１に係る直動装置は、巻き方向が異なる第１転動溝及び第２転動溝が外周面に螺旋状に設けられたねじ軸と、
前記ねじ軸の軸方向の移動が制限されると共に、第１転動溝に対応する転動溝が内周面に設けられ、該転動溝と第１転動溝とによって形成される転動体転動路に配設された複数の転動体を介して前記ねじ軸をその軸方向に移動させる第１ナットと、
テーブルが設けられ、第２転動溝に対応する転動溝が内周面に形成され、該転動溝と第２転動溝とによって形成される転動体転動路に配設された複数の転動体を介してねじ軸の軸方向に相対移動する第２ナットと、
前記ねじ軸の両端部近傍に当該ねじ軸を回転可能に支持し、かつ前記ねじ軸の軸方向に移動可能に設置された複数の支持部材と、
前記ねじ軸の両端部の間に並ぶように設けられて、伝達部材を介して前記ねじ軸に回転力を伝達するように連結された一以上のモータとを有することを特徴としている。

また、本発明の請求項２に係る直動装置は、請求項１に記載の直動装置において、前記ねじ軸は、外周面に転動溝が螺旋状に形成された第１ねじ軸と、第１ねじ軸と異なる巻き方向で外周面に転動溝が螺旋状に形成された第２ねじ軸とを連結してなることを特徴としている。
また、本発明の請求項３に係る直動装置は、請求項２に記載の直動装置において、第１ねじ軸の端部と第２ねじ軸の端部とを連結すると共に第１ねじ軸及び第２ねじ軸を回転可能に支持する支持部材がさらに設けられたことを特徴としている。

また、本発明の請求項４に係る直動装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の直動装置において、前記伝達部材が、前記ねじ軸の少なくとも一方の端部に設けられたことを特徴としている。
また、本発明の請求項５に係る直動装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の直動装置において、前記伝達部材が、前記ねじ軸の中間部分、又は第１ねじ軸と第２ねじ軸との連結部分近傍に設けられたことを特徴としている。

本発明によれば、長手方向（軸方向）の省スペース化を実現する直動装置を提供することができる。

本発明に係る直動装置の第１の実施形態における構成を示す図であり、（ａ），（ｃ）は平面図、（ｂ）は正面図である。本発明に係る直動装置の第２の実施形態における構成を示す平面図である。本発明に係る直動装置の第３の実施形態における構成を示す平面図である。従来の直動装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

以下、本発明に係る直動装置の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の直動装置の構成を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、直動装置１は、ベース部２と、レール３と、スライダ４と、ねじ軸１０と、第１ナット２１と第２ナット２２とから構成されるナット２０と、支持部材３０と、モータ４０と、伝達部材５０とを有する。

＜ねじ軸＞
ねじ軸１０は、巻き方向が異なる第１転動溝１１及び第２転動溝１２が外周面に螺旋状に設けられている。
＜第１ナット＞
第１ナット２１は、その内周面に、第１転動溝１１に対応する転動溝（図示せず）が設けられている。そして、この転動溝と第１転動溝１１とによって形成される転動体転動路に配設された複数の転動体（図示せず）を介してねじ軸１０の軸方向に相対移動するように、ねじ軸１０に対して第１ナット２１が設けられる。
ここで、第１ナット２１は、ねじ軸１０の軸方向についての移動が制限されるように、ブラケット２５を介してベース部２に固定されている。したがって、ベース部２に固定された第１ナット２１に対して、ねじ軸１０はその軸方向に移動するように設置される。

＜第２ナット＞
第２ナット２２は、その内周面に、第２転動溝１２に対応する転動溝が形成されている。そして、この転動溝と第２転動溝１２とによって形成される転動体転動路に配設された複数の転動体（図示せず）を介してねじ軸１０の軸方向に相対移動するように、ねじ軸１０に対して第１ナット２２が設けられる。
ここで、第２ナット２２には、テーブル６０が設けられている。テーブル６０は、ベース部２上に平行に敷設された１対のレール３，３に対して、その延長方向に移動可能に跨設されるスライダ４，４に接続されている。すなわち、第２ナット２２におけるベース部２と反対側にテーブル６０が設けられ、このテーブル６０に載置された物体が落下しないように、テーブル６０がスライダ４，４に接続されている。

＜支持部材＞
支持部材３０は、ねじ軸１０の両端部１０ａ，１０ｂの近傍に複数設置されて、ねじ軸１０を回転可能に支持し、かつねじ軸１０を軸方向に移動可能に支持するように設置される。この支持部材３０は、例えば、軸受である。
ここで、支持部材３０は、ベース部２上に平行に敷設された１対のレール３，３に対して、その延長方向に移動可能に跨設されるスライダ４，４に接続されている。このように、支持部材３０がスライダ４，４に接続されることで、複数の支持部材３０がねじ軸１０の軸方向にスムーズに移動可能とされる。

＜モータ＞
モータ４０は、ねじ軸１０の両端部１０ａ，１０ｂの間においてねじ軸１０と並ぶように設けられる。モータ４０の具体的な設置形態としては、モータ４０の近傍に位置し、かつスライダ４に接続された支持部材３０が好ましく、必要に応じて、レール３，３に対して、その延長方向に移動可能に跨設されるスライダ４を新たに設けて、そのスライダ４にモータ４０を設置してもよい。このとき、モータ４０は、モータ４０の回転軸４０ａが突出する向きと、モータ４０が設置された位置の近傍のねじ軸１０の端部１０ａの向きとがほぼ同じとなるように設置される。さらに、モータ４０は、その回転軸４０ａの先端部がねじ軸１０の端部１０ａと並ぶように設置される。なお、モータ４０は、１つ設けられてもよいし、複数設けられてもよい。
ここで、モータ４０も、ベース部２上に平行に敷設された１対のレール３，３に対して、その延長方向に移動可能に跨設されるスライダ４，４に接続されていることが好ましい。このように、モータ４０がスライダ４，４に接続されることで、モータ４０がねじ軸１０の軸方向にスムーズに移動可能とされる。

＜伝達部材＞
伝達部材５０は、モータ４０の回転軸４０ａによる回転力がねじ軸１０に伝達する部材である。伝達部材５０としては、例えば、モータ４０の回転軸４０ａとねじ軸１０とに架け渡されるベルトなどが採用される。すなわち、モータ４０は、ねじ軸１０に対して折り返したように、伝達部材５０を介してねじ軸１０に連結されている。

以上のようにして構成された直動装置１は、伝達部材５０を介してねじ軸１０に連結されるモータ４０を、ねじ軸１０の両端部１０ａ，１０ｂの間に並ぶように設けた。したがって、モータ４０が、ねじ軸１０の軸方向の延長上に設けられていないので、長手方向（軸方向）の省スペース化を実現することができる。

ここで、本実施形態では、ねじ軸１０の外周面に、巻き方向が異なる第１転動溝１１と第２転動溝１２が螺旋状に設けられた形態としたが、形態の異なる複数のねじ軸をシャフトカップリング（軸継手）等によって連結してもよい。具体的には、図１（ｃ）に示すように、外周面に転動溝１１が螺旋状に形成された第１ねじ軸１０Ａと、この第１ねじ軸１０Ａと異なる巻き方向で外周面に転動溝１２が螺旋状に形成された第２ねじ軸１０Ｂとをシャフトカップリング（軸継手）１３等で連結してなるねじ軸１０としてもよい。このような構成とすることによって、ねじ軸１０の製造工程における歩留まりを向上させることができる。

なお、ねじ軸１０が、前述のように形態の異なる第１ねじ軸１０Ａ及び第２ねじ軸１０Ｂを連結してなる場合、第１ねじ軸１０Ａの端部と第２ねじ軸１０Ｂの端部とを連結すると共に第１ねじ軸１０Ａ及び第２ねじ軸１０Ｂを回転可能に支持する支持部材がさらに設けられることが好ましい。このようにすることで、ねじ軸１０を支持部材によって支持する間隔が短くなり、ねじ軸１０の連結部分における強度をより向上させることができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明に係る直動装置の第２の実施形態における構成を示す平面図である。なお、本実施形態は、上述した第１の実施形態に対して、伝達部材の設置位置が相違するだけであるので、上述した第１の実施形態と同様の構成については説明を省略し、相違点について説明する。なお、図２ではベース部２、レール３、及びスライダ４を省略してある。
図２に示すように、本実施形態の直動装置１は、伝達部材５０が、ねじ軸１０の中間部分近傍に設けられている。
ここで、本実施形態においては、前述したように、ねじ軸１０が、形態の異なる複数本（第１ねじ軸，第２ねじ軸）のねじ軸を連結してなる場合、第１ねじ軸と第２ねじ軸との連結部分近傍に設けられていることが好ましい。
このように、本実施形態の直動装置１では、伝達部材５０を介してねじ軸１０に連結されるモータ４０を、ねじ軸１０の中間部分近傍に並ぶように設けた。したがって、モータ４０が、ねじ軸１０の軸方向の延長上に設けられていないので、長手方向（軸方向）の省スペース化を実現することができる。

（第３の実施形態）
図３は、本発明に係る直動装置の第３の実施形態における構成を示す正面図である。なお、本実施形態は、上述した第１の実施形態に対して、伝達部材の設置位置及び支持部材の形態が相違するだけであるので、上述した第１の実施形態と同様の構成については説明を省略し、相違点について説明する。なお、図３ではベース部２、レール３、及びスライダ４を省略してある。

図３に示すように、本実施形態の直動装置１には、ねじ軸１０における第１転動溝１１側の端部、第２転動溝１２側の端部、及び第１転動溝１１と第２転動溝１２との間にそれぞれ支持部材３０が設けられている。ここで、ベース部２に固定された第１ナット２１に対応する第１転動溝１１のリードは、第２転動溝１２のリードよりも小さく構成されている。そして、第１転動溝１１及び第２転動溝１２のうち、リードが大きい第２転動溝１２の両端に設置された支持部材３０にアンギュラ軸受が採用されている。なお、ねじ軸１０が、ベース部２に固定された第１ナット２１に対応する第１ねじ軸１０Ａと、第１ねじ軸１０Ａよりもリードが大きい第２ねじ軸１０Ｂとを連結してなる場合（図１（ｃ）参照）、第２ねじ軸１０Ｂの両端部を支持する支持部材にアンギュラ軸受が採用されていることが好ましい。

本実施形態は、長手方向（軸方向）の省スペース化を図るために、ベース部２に固定された第１ナット２１に対応する第１転動溝１１のリードを小さくしてねじ軸１０のストロークＳｔ１を短縮する形態に対応するものである。このような形態においては、第２転動溝１２側におけるねじ軸１０のストロークＳｔ２が長くなり、危険速度の問題が出てくる。そこで、図３に示すように、第２転動溝１２の両端を支持する支持部材３０Ａ，３０Ａにアンギュラ軸受を採用することにより、ラジアル、アキシアル共に固定することで支持剛性を向上し、危険速度を引き上げることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態の直動装置１は、伝達部材５０を介してねじ軸１０に連結されるモータ４０を、ねじ軸１０の両端部１０ａ，１０ｂの間に並ぶように設けた。したがって、モータ４０が、ねじ軸１０の軸方向の延長上に設けられていないので、長手方向（軸方向）の省スペース化を実現することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。例えば、本実施形態の直動装置は、上述したボールねじ装置に限られず、ボールスプライン、リニアガイド等の直動装置や、ねじ軸とナットとの間にボールやローラ等の転動体を介在させた上記以外の直動装置にも適用できる。

１直動装置
２ベース部
３レール
４スライダ
１０ねじ軸
１１第１転動溝
１２第２転動溝
２０ナット
２１第１ナット
２２第２ナット
３０支持部材
４０モータ
５０伝達部材
６０テーブル

Claims

巻き方向が異なる第１転動溝及び第２転動溝が外周面に螺旋状に設けられたねじ軸と、
前記ねじ軸の軸方向の移動が制限されると共に、第１転動溝に対応する転動溝が内周面に設けられ、該転動溝と第１転動溝とによって形成される転動体転動路に配設された複数の転動体を介して前記ねじ軸をその軸方向に移動させる第１ナットと、
テーブルが設けられ、第２転動溝に対応する転動溝が内周面に形成され、該転動溝と第２転動溝とによって形成される転動体転動路に配設された複数の転動体を介してねじ軸の軸方向に相対移動する第２ナットと、
前記ねじ軸の両端部近傍に当該ねじ軸を回転可能に支持し、かつ前記ねじ軸の軸方向に移動可能に設置された複数の支持部材と、
前記ねじ軸の両端部の間に並ぶように設けられて、伝達部材を介して前記ねじ軸に回転力を伝達するように連結された一以上のモータとを有することを特徴とする直動装置。
前記ねじ軸は、外周面に転動溝が螺旋状に形成された第１ねじ軸と、第１ねじ軸と異なる巻き方向で外周面に転動溝が螺旋状に形成された第２ねじ軸とを連結してなることを特徴とする請求項１に記載の直動装置。
第１ねじ軸の端部と第２ねじ軸の端部とを連結すると共に第１ねじ軸及び第２ねじ軸を回転可能に支持する支持部材がさらに設けられたことを特徴とする請求項２に記載の直動装置。
前記伝達部材が、前記ねじ軸の少なくとも一方の端部に設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の直動装置。
前記伝達部材が、前記ねじ軸の中間部分、又は第１ねじ軸と第２ねじ軸との連結部分近傍に設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の直動装置。