JP2013167319A - Linear motion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボールねじを用いた直動装置に関する。 The present invention relates to a linear motion device using a ball screw.
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。
Conventionally, in a linear motion device (drive device) using a ball screw, as a structure for improving the feed rate, “a structure for increasing the rotational speed of a screw shaft or a nut” or “a screw provided on a screw shaft or a nut” The structure which enlarges the lead | read | reed of a groove | channel "is mentioned.
Therefore, Patent Document 1 proposes a drive device that can obtain a necessary acceleration / deceleration effect by arranging a pair of nuts corresponding to screw shafts in which two types of screw grooves with different lead or screw winding directions are formed. Has been.
また、同様の目的を達成するための他の構造としては、図3(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3(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。
Further, as another structure for achieving the same object, there is a structure in which two screw shafts having different screw configurations are supported by a support member as shown in FIGS. Specifically, in the
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。
By adopting such a structure, the
しかし、図3(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。
However, in the configuration of the linear motion device shown in FIGS. 3A and 3B, since the screw shaft moves in the axial direction while rotating, it is necessary to take a long space in the longitudinal direction (axial direction) of the linear motion device. There was a problem that there was.
Accordingly, the present invention has been made paying attention to the above-described problems, and an object thereof is to provide a linear motion device that realizes space saving in the longitudinal direction (axial direction).
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、
前記ねじ軸を支持する複数の支持部材と、
伝達部材を介して第1ナット及び第2ナットのそれぞれに回転力を伝達するように連結された複数のモータとを有することを特徴としている。
The linear motion device according to claim 1 of the present invention for solving the above-described problem is a screw shaft in which a first rolling groove and a second rolling groove having different winding directions are spirally provided on an outer peripheral surface;
A rolling element in which movement of the screw shaft in the axial direction is restricted, and a rolling groove corresponding to the first rolling groove is provided on the inner peripheral surface, and is formed by the rolling groove and the first rolling groove. A first nut that moves the screw shaft in the axial direction via a plurality of rolling elements disposed in a rolling path;
A table is provided, a rolling groove corresponding to the second rolling groove is formed on the inner peripheral surface, and a plurality of rolling grooves arranged in the rolling element rolling path formed by the rolling groove and the second rolling groove are provided. A second nut that moves relative to the axial direction of the screw shaft via the rolling elements of
A plurality of support members for supporting the screw shaft;
And a plurality of motors coupled to transmit the rotational force to each of the first nut and the second nut via the transmission member.
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、前記モータは、第1ナットと第2ナットとの間に並ぶよう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3に係る直動装置は、請求項1又は2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。
The linear motion device according to claim 2 of the present invention is the linear motion device according to claim 1, wherein the motor is provided so as to be arranged between the first nut and the second nut. It is said.
The linear motion device according to claim 3 of the present invention is the linear motion device according to claim 1 or 2, wherein the screw shaft is a first screw shaft in which a rolling groove is spirally formed on an outer peripheral surface. And a second screw shaft having a rolling groove spirally formed on the outer peripheral surface in a winding direction different from that of the first screw shaft.
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、前記ねじ軸は、ほぼ全長に亘る中空穴を有し、該ねじ軸の中空穴内には径方向にわずかな隙間を有して長尺の中軸が同芯に挿入され、前記中軸はその両端部が保持手段により前記ねじ軸に保持され、前記隙間は前記ねじ軸の半径方向の振動時に前記中軸が前記中空穴の内面と衝突すべくされていることを特徴としている。
The linear motion device according to
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the linear motion apparatus which implement | achieves space saving of a longitudinal direction (axial direction) can be provided.
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)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。
Embodiments of a linear motion device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
1A and 1B are diagrams showing a configuration of a linear motion device according to a first embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a front view.
As shown in FIGS. 1A and 1B, the linear motion device 1 includes a base portion 2, a rail 3, a
<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、軸方向(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、上述したように第1ナット21に対して相対移動するように設置されたねじ軸10は、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の軸方向に移動可能とされる。
また、第1ナット21の端部には、図1に示すように、後述する伝達部材50が架け渡される円筒形状のプーリー部21aが、第1ナット21の外周面よりも小さい径でかつ第1ナット21と同心で設けられてもよい。
<Screw shaft>
As for the
<First nut>
The
Here, the
Further, as shown in FIG. 1, a
<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。なお、テーブル60はスライダ4,4に直接的に接続されており、第2ナット22自身の回転に伴って軸方向に移動する第2ナット22と同調して軸方向に移動可能に第2ナット22と間接的に接続されている。
また、第2ナット22の端部には、図1に示すように、後述する伝達部材50が架け渡される円筒形状のプーリー部22aが、第2ナット22の外周面よりも小さい径でかつ第2ナット22と同心で設けられてもよい。
<Second nut>
As for the
Here, the
Further, as shown in FIG. 1, a
<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。
<モータ>
モータ40は、伝達部材50を介して第1ナット21に取り付けられた第1モータ41と、伝達部材50を介して第2ナット22に取り付けられた第2モータ42とから構成される。第1モータ41及び第2モータ42は、それぞれ、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ことが好ましい。第1モータ41及び第2モータ42の具体的な設置形態としては、第1モータ41及び第2モータ42のそれぞれの回転軸41a,42aが伝達部材50,50を介して第1ナット21及び第2ナット22のそれぞれの外周面、又はプーリー部21a,22aに回転力を伝達するように連結される。このとき、第1モータ41は、第1モータ41の回転軸41aが突出する向きと、第1ナット21の外側の端部(第2ナット22に対向する端部と反対側の端部)の向きとがほぼ同じとなるように設置される。同様に、第2モータ42は、第2モータ42の回転軸42aが突出する向きと、第2ナット22の外側の端部(第1ナット21に対向する端部と反対側の端部)の向きとがほぼ同じとなるように設置される。さらに、第1モータ41及び第2モータ42は、それぞれの回転軸41a,42aの先端部が第1ナット21及び第2ナット22のそれぞれの外側の端部と並ぶように設置される。
<Supporting member>
A plurality of
<Motor>
The motor 40 includes a
ここで、第1モータ41及び第2モータ42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。このように、第1モータ41及び第2モータ42がスライダ4,4に接続されることで、第1モータ41及び第2モータ42がねじ軸10の軸方向にスムーズに移動可能とされる。
Here, the
<伝達部材>
伝達部材50は、第1モータ41及び第2モータ42の回転軸41a,42aによる回転力を、第1ナット21及び第2ナット22を回転させる回転力として伝達する部材である。伝達部材50としては、例えば、回転軸41a,42aと第1ナット21及び第2ナット22のそれぞれの外周面、又はプーリー部21a,22aとに架け渡されるベルトなどが採用される。このようにして、第1モータ41及び第2モータ42は、第1ナット21及び第2ナット22に対して折り返したように、伝達部材50を介して第1ナット21及び第2ナット22に連結されている。
<Transmission member>
The
このようにして構成された直動装置1の駆動方法としては、ベース部2に固定された第1ナット21を回転させて、ねじ軸10を移動させる。このとき、ねじ軸10は、第1ナット21の回転によって相対的に軸方向に移動するため、回転せずに軸方向に移動する。さらに、軸方向に移動するねじ軸10に螺合する第2ナット22を回転させることで、テーブル60の速度が大きくなる。
As a driving method of the linear motion device 1 configured as described above, the
以上説明したように、本実施形態の直動装置1では、伝達部材50を介して第1ナット21及び第2ナット22に連結される第1モータ41及び第2モータ42を、第1モータ41及び第2モータ42の内方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。また、第1モータ41及び第2モータ42を、第1ナット21及び第2ナット22の間に並ぶように設けることにより、さらに長手方向(軸方向)の省スペース化を実現することができる。
As described above, in the linear motion device 1 of the present embodiment, the
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。
Here, in the present embodiment, the first rolling
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。
When the
(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図であり、(a)は直動装置の平面図、(b)はねじ軸の平面図である。なお、本実施形態は、上述した第1の実施形態に対して、ねじ軸の構成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。
(Second Embodiment)
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing the configuration of the linear motion device according to the second embodiment of the present invention, wherein FIG. 2A is a plan view of the linear motion device, and FIG. 2B is a plan view of the screw shaft. The present embodiment is different from the first embodiment described above only in the configuration of the screw shaft. Therefore, the description of the same configuration as that of the first embodiment described above will be omitted, and the difference will be described. Will be described. In FIG. 2, the base portion 2, the rail 3, and the
図2(a)に示すように、本実施形態の直動装置1は、ねじ軸10が、ほぼ全長に亘る中空穴14を有し、その中空穴14内には径方向にわずかな隙間を有して長尺の中軸15が同芯に挿入されている。そして、中軸15は、その両端部が保持手段によりねじ軸10に保持されている。また、前記隙間はねじ軸10の半径方向の振動時に中軸15が中空穴14の内面と衝突すべくされている。
As shown in FIG. 2A, in the linear motion device 1 of the present embodiment, the
具体的には、図2(b)に示すように、本実施形態の直動装置1に用いられるねじ軸10は、ほぼ全長に亘る中空穴14を有しており、その中空穴14には、中軸15が半径方向にわずかな隙間を有して配されている。その中軸15の両端には、小径部が形成されており、その小径部には中軸15を保持するための雄ねじ溝15aが設けられている。
Specifically, as shown in FIG. 2 (b), the
保持手段である中軸固定部材16は、段付部材で一方の端部にねじ軸10の中空穴14に嵌合する嵌合部を有している。中軸固定部材16の嵌合部側の軸端面には中軸15の雄ねじ溝15aに螺合する雌ねじ溝16aが設けられている。中軸固定部材16のねじ溝側の外径部は一方のねじ軸の中空穴14の内径部と嵌合され、ボルト17により固定されている。中軸固定部材16の雌ねじ溝16aは、ねじ軸10の中空穴14に挿通された中軸15の一方の雄ねじ溝15aと螺合している。中軸15の他方の雄ねじ溝15aには、中軸固定部材16の雌ねじ溝16aが螺合されており、中軸固定部材16の嵌合部は他方のねじ軸10の中空穴14の内径部と嵌合され、ボルト17によりねじ軸10の軸方向の移動不能及び回転不能に固定されている。このとき、中軸15の両端の雄ねじ溝15a、15aと中軸固定部材16、16の雌ねじ溝16a,16aとの螺合は、中軸15に適度な締付力が加わった状態で締め付けられ、ボルト17にて中軸固定部材16,16がねじ軸10に固定される。中軸固定部材16,16のねじ穴底部には軸方向に小径のキリ穴及びこのキリ穴の底部から中軸固定部材の外面に通ずる小径のキリ穴が設けられている。このキリ穴によって中軸固定部材16,16を中軸15に螺合させ、中軸固定部材16,16をねじ軸10の中空穴14内に嵌合する際、中空穴14内の空気が圧縮されて嵌合しにくくならないよう中軸固定部材16,16のねじ部と外部を連通させるエアー抜き穴16bとなっている。また、このエアー抜き穴16bは本実施形態の著駆動装置1が高速作動による温度上昇のため、中空穴14内の内圧が上昇するのを防止している。
The middle
このようにして構成された本実施形態の直動装置1は、第1ナット21及び第2ナット22が回転駆動された際にねじ軸10が振動を受けるときには、ねじ軸10が軸芯と直角な方向に変位し、中軸15はねじ軸10の変位と同じ方向に移動しようとするが、ねじ軸10の振動周期と中軸15の振動周期は一般に異なり、中空穴14と中軸15との隙間はわずかであるから、中軸15はねじ軸10に衝突してねじ軸10の振動が妨げられる。特に、本実施形態の直動装置は、ナットが回転する形態であり、ねじ軸10が回転せず、しかも、ねじ軸10の両端が固定されているため、軸回転で使用する直動装置に比べて、ねじ軸10の振動発生の面では有利である。
In the linear motion device 1 of the present embodiment configured as described above, when the
このように、本実施形態の直動装置1によれば、ねじ軸10に中空穴14を設け、その中空穴14内に中軸15を遊嵌させるという簡単な構造によって、ボールねじが作動する際の振動を低減させることができる。その結果、危険速度を超えて使用する直動装置が実現でき、生産性の向上が計れると共に、テーブルの長ストローク化も容易となるので、加工部品の多様化にも対応できるようになった。また、高速化が必要な場合にあっても、従来のねじ軸に比べねじ軸の軸径を小さくすることが可能となり、直動装置を安価にすることができるコストメリットも得られる。
As described above, according to the linear motion device 1 of the present embodiment, when the ball screw operates by a simple structure in which the
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を介して第1ナット21及び第2ナット22に連結される第1モータ41及び第2モータ42を、第1モータ41及び第2モータ42の内方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。
As described above, the linear motion device 1 according to this embodiment includes the
As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to this, A various change and improvement can be performed. For example, the linear motion device of the present embodiment is not limited to the above-described ball screw device, and linear motion devices such as ball splines and linear guides, and rolling elements such as balls and rollers are interposed between a screw shaft and a nut. It can also be applied to linear motion devices other than those described above.
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
14 中空穴
15 中軸
16 中軸固定部材
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
41 第1モータ
42 第2モータ
50 伝達部材
60 テーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Linear motion apparatus 2 Base part 3
Claims (4)
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、
前記ねじ軸を支持する複数の支持部材と、
伝達部材を介して第1ナット及び第2ナットのそれぞれに回転力を伝達するように連結された複数のモータとを有することを特徴とする直動装置。 A screw shaft in which a first rolling groove and a second rolling groove having different winding directions are spirally provided on the outer peripheral surface;
A rolling element in which movement of the screw shaft in the axial direction is restricted, and a rolling groove corresponding to the first rolling groove is provided on the inner peripheral surface, and is formed by the rolling groove and the first rolling groove. A first nut that moves the screw shaft in the axial direction via a plurality of rolling elements disposed in a rolling path;
A table is provided, a rolling groove corresponding to the second rolling groove is formed on the inner peripheral surface, and a plurality of rolling grooves arranged in the rolling element rolling path formed by the rolling groove and the second rolling groove are provided. A second nut that moves relative to the axial direction of the screw shaft via the rolling elements of
A plurality of support members for supporting the screw shaft;
A linear motion device comprising: a plurality of motors coupled to transmit a rotational force to each of the first nut and the second nut via a transmission member.
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