JP5807558B2 - 駆動機構 - Google Patents

Description

本発明は、リードスクリュを回転させることにより、このリードスクリュに付設されたガイド部材などの移動体を軸線方向に移動させる駆動機構に関するものである。

従来、回転運動を直線運動に変換して、ガイド部材などの移動体を進退自在に移動させるものとして、例えば、図５に示すように、配管路に介装され、ステッピングモータ９と、このステッピングモータ９の作動により往復運動する可動ロッド１０と、当該可動ロッド１０の先端に設けられて、前記配管路と連通する弁室１１内に往復自在と成されるとともに、当該弁室１１内に形成された弁座を開閉する弁体１２とを有したバルブユニット１９が提案されている。なお、符号１８は、ハウジングである。

この従来のバルブユニット１９においては、ステッピングモータ９の回転軸に、当該回転軸に螺合する減速ギヤ列が組み込まれているとともに、この減速ギヤ列の最終段の出力ギヤ１３に、ピニオンギヤ１４が螺合され、かつ当該ピニオンギヤ１４が、軸受け１５を介してモータ側板１６に回動自在に支持されている。また、ピニオンギヤ１４は、その中心部が中空になっており、内周面の所定範囲にねじ部（雌ネジ）１４ａが形成されている。そして、このねじ部１４ａに可動ロッド（リードスクリュ）１０の基端部側の外周に螺設されたねじ部（雄ネジ）１０ａが螺合され、ピニオンギヤ１４の回転により、可動ロッド１０が、ピニオンギヤ１４の軸線方向に移動自在に支持されている。

ところで、回転運動を直線運動に変換する際、その変換をスムーズにおこなうために、上記ピニオンギヤ１４の内周面に螺設された上記雌ネジと、可動ロッド１０に螺設された上記雄ネジとにバックラッシュが設定されている。そのため、上記雄ネジと雌ネジとの歯の間に、バックラッシュに起因するガタが生じてしまい、ピニオンギヤ１４の上記雌ネジ側に、当該ガタを押さえるための、押さえスプリング１７を設けて、常に上記雄ネジと雌ネジの一方側の歯面を当接させる必要がある。

しかし、この押さえスプリング１７を用いた場合、可動ロッド１０の進行方向によってスプリング力が異なるため、スプリング力分の推力差が発生してしまう。そのため、可動ロッド１０の上記軸線方向に進退自在に移動する際に、その方向によって移動スピードが異なってしまうという問題がある。

また、押さえスプリング１７によって、バックラッシュに起因するガタを押さえているものの、上記雄ネジと雌ネジの他方側の各々の歯面の間には、隙間が形成されるため、外部からの衝撃や振動が加わった際に、その力が押さえスプリング１７のスプリング力に抗した場合に、ガタ分の動きが発生してしまい、精度が要求される精密機械などに使用することが難しいという問題もある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、リードスクリュの回転運動を、このリードスクリュに螺合される移動体を介して直線運動に変換する際に、当該移動体を異なる進行方向に移動させても、推力差が生じることなく、また外部からの衝撃などに影響されない駆動機構を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、外周面に雄ネジが螺設されたリードスクリュの回転に応じて、当該リードスクリュの軸線方向に移動体を移動させる駆動機構において、上記移動体は、各々の内周面に螺設された雌ネジを上記リードスクリュの上記雄ネジに螺合させて、当該リードスクリュの径方向に対向配置される上駒および下駒と、上記上駒と下駒とを連結するとともに、当該上駒と下駒とを近接する方向に付勢するバネ部材とを備えてなり、かつ上記上駒には、当該上駒と上記下駒とを上記リードスクリュの径方向に対向配置して螺合した際に、上記上駒の上記雌ネジのピッチと上記下駒の上記雌ネジのピッチとの間隔を合わせる位置決めストッパが、上記下駒を間に挟み上記雌ネジの螺旋方向に対向配置されていることを特徴としている。

そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記位置決めストッパは、各々の間に上記下駒を配設した際に、当該下駒と各々の上記位置決めストッパとの隙間寸法の和が、上記雄ネジおよび雌ネジのピッチ寸法の半分以下に設定されて対向配置されていることを特徴としている。

請求項１または２に記載の本発明によれば、移動体を構成する上駒と下駒との各々の内周面に螺設された雌ネジが、リードスクリュの雄ネジに螺合され、当該リードスクリュの径方向に対向配置されているとともに、上記上駒と下駒とを連結するバネ部材によって、当該上駒と下駒とを近接する方向に付勢しているため、上記リードスクリュの雄ネジの両側の歯面と、上記上駒および下駒の雌ネジの両側の歯面とを常に当接させることができ、上記移動体を上記リードスクリュの回転によって、上記軸線方向の異なる方向に移動させても、同じ推力によって移動させることができるとともに、外部から衝撃や振動が加わったりしても、上記移動体のズレを防ぐができる。これにより、精度が要求される精密機器に利用することができる。

また、上記リードスクリュが回転し、このリードスクリュの上記雄ネジに螺合されている上記移動体が移動する際に、上記雄ネジと雌ネジの当接歯面に加わる力が、上記バネ部材の付勢に抗すると、上記上駒と下駒とが離間する方向に移動するため、上記リードスクリュの回転により、当該リードスクリュに螺合されている上記移動体をスムーズに進退自在に移動させることができる。

請求項１に記載の発明および請求項２に記載の発明によれば、上記上駒に、当該上駒と上記下駒とを上記リードスクリュの径方向に対向配置させて螺合した際に、上記上駒の上記雌ネジのピッチと上記下駒の上記雌ネジのピッチとの間隔を合わせる位置決めストッパが、上記上駒の雌ネジの螺旋方向に対向配置されているとともに、上記位置決めストッパが、各々の間に上記下駒を配設した際に、当該下駒と各々の上記位置決めストッパとの隙間寸法の和を、上記雄ネジおよび雌ネジのピッチ寸法の半分以下に設定して対向配置されているため、上記位置決めストッパ間に、上記下駒を配置することにより、上記リードスクリュの雄ネジのねじ山に沿って、上記下駒を簡便に配置することができ、ねじ面に傷を付けることなく、上記上駒と上記下駒との各々のねじピッチの間隔を合わせて、上記リードスクリュの上記雄ネジに螺合させることができる。

本発明の駆動機構の一実施形態を示す斜視図である。 図１の駆動機構に用いられる移動体とリードスクリュとを分解した状態の斜視図である。 リードスクリュの径方向に、上駒と下駒とを対向配置させた状態を模した断面図である。 リードスクリュを間に挟んで、上駒の位置決めストッパの間に下駒をセットした状態を模した断面図である。 回転運動を直線運動に変換する機構を備えた従来例を示す断面図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態による駆動機構１は、外周面に雄ネジ４が螺設されたリードスクリュ２と、このリードスクリュ２の上記雄ネジに螺合されている移動体３とを備えて概略構成されている。

ここで、リードスクリュ２は、図２に示すように、一定範囲に雄ネジ４が螺設されている。また、このリードスクリュ２は、例えば、ステッピングモータ（図示なし）の回転軸に連通されて、当該ステッピングモータの回転に伴って、軸線回りに時計回り、半時計回りに回転する。

そして、移動体３は、上駒３ａと下駒３ｂとを有している。この上駒３ａと下駒３ｂは、リードスクリュ２の径方向に対向配置されている。また、上駒３ａは、リードスクリュ２の外周面に接する内周面に、雌ネジ５が螺設されている。そして、上駒３ａには、雌ネジ５の螺設方向の一端部側と他端部側の角隅部に、ガイド部材８が雌ネジ５の螺旋方向に対して垂直に立設されて一体成形されている。

さらに、上駒３ａには、リードスクリュ２を挟んで対向配置される下駒３ｂ側に突出して、一体成形されている位置決めストッパ７が設けられている。この位置決めストッパ７は、雌ネジ５の螺設方向の一端部側と他端部側に対向配置されている。また、対向配置される位置決めストッパ７間の距離寸法は、図４に示すように、位置決めストッパ７間に、下駒３ｂを配置した際に、Ａ＋Ｂ＜１／２Ｐ（ネジピッチ）の距離寸法に設定されている。

また、下駒３ｂは、略直方体をなし、リードスクリュ２の外周面に接する内周面に、雌ネジ５が螺設されている。そして、リードスクリュ２の径方向に対向配置された上駒３ａおよび下駒３ｂを連結する板バネ（バネ部材）６が設けられている。この板バネ６は、コ字状をなし、その付勢によって、上駒３ａと下駒３ｂとを近接する方向に押圧して、上駒３ａおよび下駒３ｂの雌ネジ５と、リードスクリュ２の雄ネジ４に螺合させている。

以上の構成による駆動機構１を用いて、例えば、ステッピングモータの回転によって、移動体３をリードスクリュ２の軸線方向に進退させて移動させる際の作用について説明する。

まず、上記ステッピングモータの回転により、このステッピングモータの回転軸に連通されたリードスクリュ２が回転する。この回転により、リードスクリュ２の雄ネジ４に螺合されている移動体３が移動する。この際に、移動体３は、図３に示すように、板バネ６のバネ力Ｆによって、リードスクリュ２を間に挟み、上駒３ａと下駒３ｂとが近接する方向に押圧されているため、当該上駒３ａおよび下駒３ｂ螺設されている雌ネジ５の両側の歯面が、リードスクリュ２の雄ネジ４の両側の歯面に当接されて螺合される。

この際の上記バネ力Ｆは、以下の式から求められる。
Ｆ＞Ｗtan（α＋φ）
Ｗ：推力＋ネジ径に対して水平方向の力
α：リード角
φ：摩擦角（摩擦係数０．３の場合、７°）

また、上駒３ａと下駒３ｂのネジの位相を合わせて制作するとともに、図４に示すように、上駒３ａに設けられた位置決めストッパ７間に、下駒３ｂを配設した際、当該位置決めストッパ７間の距離をＡ＋Ｂ＜１／２Ｐとすることにより、リードスクリュ２の雄ネジ４のねじ山に沿って、自動的に下駒３ｂを配置することができる。

そして、リードスクリュ２の回転により、このリードスクリュ２の雄ネジ４に螺合された移動体３が、当該リードスクリュ２の軸線方向に移動する。その際に、リードスクリュ２の雄ネジの一方側の歯面に当接さる上駒３ａおよび下駒３ｂの雌ネジ５の一方側の歯面に加わる力が、上駒３ａと下駒３ｂを連結している板バネ６の付勢に抗した際に、当該上駒３ａと下駒３ｂとが、離間した方向に移動することにより、移動体３をスムーズに移動させることができる。

このように、リードスクリュ２に螺設された雄ネジ４と、これに螺合される移動体３の上駒３ａと下駒３ｂとに螺設された雌ネジ５とに、バックラッシュを設けることなく、リードスクリュ２の回転により、当該リードスクリュ２の軸線方向に進退させても、同じ推力によって移動させることができる。

上述の実施形態による駆動機構１によれば、移動体３を構成する上駒３ａと下駒３ｂとの各々の内周面に螺設された雌ネジ５が、リードスクリュ２の雄ネジ４に螺合されて、当該リードスクリュ２の径方向に対向配置されているとともに、上駒３ａと下駒３ｂとを連結する板バネ６によって、当該上駒３ａと下駒３ｂとを近接する方向に付勢しているため、リードスクリュ２の雄ネジ４の両側の歯面と、上駒３ａおよび下駒３ｂの雌ネジ５の両側の歯面とを常に当接させることができ、移動体３をリードスクリュ２の回転によって、軸線方向の異なる方向に移動させても、同じ推力によって移動させることができるとともに、外部から衝撃や振動が加わったしても、移動体３のズレを防ぐができる。これにより、精度が要求される精密機器に利用することができる。

また、リードスクリュ２が回転し、このリードスクリュ２の雄ネジ４に螺合されている移動体３が移動する際に、雄ネジ４と雌ネジ５の当接歯面に加わる力が、板バネ６の付勢に抗すると、上駒３ａと下駒３ｂとが離間する方向に移動するため、リードスクリュ２の回転により、当該リードスクリュ２に螺合されている移動体３をスムーズに進退自在に移動させることができる。

そして、上駒３ａに、当該上駒３ａと下駒３ｂとをリードスクリュ２の径方向に対向配置して螺合させる際に、上駒３ａの雌ネジ５のピッチと下駒３ｂの雌ネジ５のピッチとの間隔を合わせる位置決めストッパ７が、上駒３ａの雌ネジ５の螺旋方向に対向配置されているため、位置決めストッパ７間を図４に示すように、Ａ＋Ｂ＜１／２Ｐの距離寸法に設定して下駒３ｂを配置することにより、リードスクリュ２の雄ネジ４のねじ山に沿って、下駒３ｂを簡便に配置することができ、ねじ面に傷を付けることなく、上駒３ａと下駒３ｂとの各々のねじピッチの間隔を合わせて、リードスクリュ２の雄ネジ４に螺合させることができる。

なお、上記実施の形態において、バネ部材６として板バネ６を用いる場合のみ説明したが、これに限定されるものでなく、例えば、上駒３ａと下駒３ｂを各々押圧するコイルスプリングを用いても対応可能である。

減速歯車列を備えたモータに用いることができる。

１ 駆動機構
２ リードスクリュ
３ 移動体
３ａ 上駒
３ｂ 下駒
４ 雄ネジ
５ 雌ネジ
６ 板バネ（バネ部材）
７ 位置決めストッパ

Claims (2)

1. 外周面に雄ネジが螺設されたリードスクリュの回転に応じて、当該リードスクリュの軸線方向に移動体を移動させる駆動機構において、
   上記移動体は、各々の内周面に螺設された雌ネジを上記リードスクリュの上記雄ネジに螺合させて当該リードスクリュの径方向に対向配置される上駒および下駒と、
   上記上駒と下駒とを連結するとともに、当該上駒と下駒とを近接する方向に付勢するバネ部材とを備えてなり、
   かつ上記上駒には、当該上駒と上記下駒とを上記リードスクリュの径方向に対向配置して螺合した際に、上記上駒の上記雌ネジのピッチと上記下駒の上記雌ネジのピッチとの間隔を合わせる位置決めストッパが、上記下駒を間に挟み上記雌ネジの螺旋方向に対向配置されていることを特徴とする駆動機構。
2. 上記位置決めストッパは、各々の間に上記下駒を配設した際に、当該下駒と各々の上記位置決めストッパとの隙間寸法の和が、上記雄ネジおよび雌ネジのピッチ寸法の半分以下に設定されて対向配置されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動機構。

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