JP6975467B2 - リードスクリュナット - Google Patents

Description

本発明は、リードスクリュシステムに関する。

様々な用途において、リードスクリュナットは、レール対間でレール対に平行に取付けられ、キャリッジ等は、リードスクリュがテーブルを通過する状態で、レールに取付けられる。内ねじナットは、リードスクリュに、キャリッジの開口部内で取付けられて、リードスクリュが回転されるに従い、テーブルを平行なレール間で往復駆動する。キャリッジは、構造体又は機械の一部とすることもある。

完全に平行なレールを有するリードスクリュシステムを製造することは、極めて難しい。使用時に、構造的な屈曲が原因で、ある程度の摩耗が生じて、損傷が発生して、部品の嵌合が緩くなったり、部品が動かなくなったりする。その結果、システムは、ロックされたリードスクリュで、動かなくなる。そうなると、システムは分解されねばならなくなり、リードスクリュとレールは、再位置合せ及び／又は交換される。これは、更に、休止時間や費用に影響を及ぼす。その上、元々の製造で要求される精度のために、かかるシステムの作製が高価になる。

国際特許出願第ＷＯ２０１５／０８７０８１号 国際特許出願第ＷＯ２０１５／０８７０８０号

本発明によると、リードスクリュ用ナットは、内側環状部材、中間環状部材、外側環状部材を含み、該内側部材、中間部材及び外側部材は、同心であり、位置合せされた際に、共通軸を有し、内側環状部材は、中間環状部材内に存在し、中間環状部材は、外側環状部材内に存在し、内側環状部材は、凸球状外周部を有し、中間部材は、凹球状内周部を有し、両周部は、中心で同心であり、中間部材の内周部は、第１部材の外周部と係合され、中間部材である第２部材は、共通軸に直交する第１軸上で内側環状部材周りに回転するように制約され、中間環状部材は、凸球状外周部を有し、外側環状部材は、凹球状内周部を有し、両周部は、中心で同心であり、外側部材の内周部は、中間部材の外周部と係合され、外側環状部材は、共通軸と第１軸の両方に直交する第２軸上で中間環状部材周りに回転するように制約され：その場合、内側環状部材は、内ねじ山を有する中心穴を備え、外側環状部材は、少なくとも一対の平行な外面を有し；平行な外面は、フレームに取付けられる一対の対向する支持片の協働面と摺動接触状態で支持される。

外ねじ山を有するリードスクリュは、内側部材の中心開口部内に嵌合され、リードスクリュの外ねじ山は、中心開口部の内ねじ山と協働して、ナットをねじ山に関連して往復移動させる。

好適な実施形態において、理想的には、内側部材と外側部材は、平行な側面を有し、ナットが位置合せされた際に、板は、上記平行な側面に平行であると共に、板と上記平行な側面との間に空間を有する。

一実装では、外側部材の外周部の平行な一対の外面は、Ｖ字形の対向する縁部を有し、該Ｖ字形の縁部は、対応する支持片の対応する対向するＶ字形に係合する。

一実装では、ナットは、一対の平行な平縁部を有し、該平縁部は、対応する一対の支持片の平坦な平面と係合する。

ナットは、実施例で説明されているように、挟持部材を形成する板間で挟持される。

リードスクリュは、板にある幅広な開口部を通過し、それにより板に対するスクリュのかなりの側方運動が可能になる。２つの環状部材を有する実施形態では、スクリュは、板に対して２運動自由度を有し、中間部材を備えるナットでは、スクリュは、板に対して３運動自由度で自由に移動するが、両場合とも、板に対して直交して内方及び外方に移動できるのに加えて、そうした移動ができる。

１つの部材を、別の部材周りに回転するように制約する構成は：
１つの部材に取付けられ、第２部材へと通過する一対の直径方向に対向する軸体；又は
１つの部材の外周面から第２部材の内周面にある長孔内へと平面に沿って延在する複数対の直径方向に対向する突出部；又は
第１部材と中間部材とを結合する突出部と長孔、及び中間部材と外側部材の間の軸体
とすることができる。

軸体及び突出部の構造及び動作については、其々特許文献１及び特許文献２でより完全に説明される。

本発明についてより完全に理解できるように、実施例が、添付図に関して解説される。

実証用台（ｂｅｎｃｈ）上でレールと共に取付けられた本発明によるリードスクリュナットの第１実施例を示す説明図 本発明による第１実施例のリードスクリュナットの分解図 位置合せされた際の、図２のナットを通した断面図 位置合せされた際の、ナットの等角図 位置合せされた際の、ナットの縦断面 位置ズレした際の、ナットの横断面図 最終的な組立について示すナットの斜視図 図１〜７で説明されたナットの運動自由度を示す説明図 外観が第１実施例と同様だが、１つ少ない運動自由度を有する、本発明の第２実施例の等角図 本発明の第３実施例の等角図 本発明の第３実施例の分解図

図１では、一対のレール４が、其々一対の取付台５に取付けられ、該取付台５は、揺動板２に取付けられ、該揺動板２は、固定された底板１上で、該揺動板２の中点で揺動し、固定された底板１上で、それらの中点で支持される。キャリッジ３は、レール対上に、該レールに対して摺動するように、取付けられる。キャリッジ３の長孔６を通過するのが、リードスクリュ７であり、本発明によるリードスクリュナット８をリードスクリュ７上に有している。リードスクリュ７は、ハンドル９によって回動され、一対の取付台１０の間でテーブル１上に取付けられる。リードスクリュナット８は、キャリッジ３の開口部１１内に取付けられる。ハンドル９を回動して、リードスクリュ７を回転させ、リードスクリュの外ねじ１２が、リードスクリュナット８をリードスクリュ７に対して往復移動し、テーブルをレール４間で往復駆動させる。リードスクリュ及び／又はレールの如何なる位置ズレも、以下で説明するようなリードスクリュナット８によって補償される。図１では、リードスクリュナット８の端板４２を見ることができ、該端板については、図２〜図１３を参照して、後述する。

図２〜図７では、リードスクリュナット８は、内側環状部材１４、中間環状部材１８及び外側環状部材２６を含み、これら部材は、位置合せされた際に、共通軸Ｘ１−Ｘ１’と該軸上に共通中心Ｃを有する。

内側部材１４は、内ねじ１６を有する中心開口部１５を備える。内側部材の外周部１７は、凸状であり、共通中心Ｃにその中心がある球欠体である。

環状中間部材１８は、内側の凹球状内周部１９を有し、該環状中間部材１８は、共通中心Ｃにその中心がある球欠体である。外周部１７と内周部１９は、全体的に互いに係合される。

中間部材１８は、凸球状外周部２５を有する。外側部材２６は、凹球状内周部２７を有し、外周部２５と内周部２７は、共通の中心で同心の球欠体であり、中間部材１８の外周部２５は、外側部材２６の内周部２７と全体的に係合される。

中間部材１８は、一対の直径方向に対向する軸体２１を有し、該軸体２１は、軸孔２３に取付けられ、内側部材１４の軸孔２２内に入る。軸体２１は、軸Ｘ１−Ｘ１’に直交する軸Ｘ２−Ｘ２’上にあり、中間部材１８を、軸Ｘ２−Ｘ２’周りに内側部材１４に対して回転するように制約する。軸Ｘ２−Ｘ２’は、共通中心Ｃを通過する。

外側部材２６は、一対の直径方向に対向する軸体２８を有し、該軸体２８は、軸孔３０に取付けられ、中間部材１８にある軸孔２９内に入る。軸体２８は、軸Ｘ３−Ｘ３’上にあり、軸Ｘ１−Ｘ１’と軸Ｘ２−Ｘ２’の両方に直交し、共通の中心Ｃを通過する。軸体２８は、外側部材２６を、軸Ｘ３−Ｘ３’周りに中間部材１８に対して回転するように制約する。

外ねじ１２を有するリードスクリュ７は、内側部材１４の中心開口部１５内に、内側部材１４の内ねじ１６とその外ねじ１２を係合させて、嵌合される。

外側部材２６の外形は、一対の平行な縁部３３と、もう一対の平行な縁部３７を有する正方形の形をしている。対向する上下縁部３３は、逆Ｖ字形を有する。縁部３３の外側に取付けられるのは、対向する上下支持片３４であり、縁部３３に対向する支持片３４の面は、合致するＶ形状３５を有し、該Ｖ形状に逆Ｖ字形縁部３３が嵌入する。

上下片３４の各端部に向かい、切欠部３６が存在し、該切欠部３６に、側片３８の上下が嵌入する。外側部材２６の縁部３７に対面する側片３８の面３７Ａは、側面３７と同様に、平面である。これにより、側片３８が、上下片３４と縦方向に移動可能になる。側片３８の外面４０は、サイドクランプ３９のＶ字形断面の内面４１と協働するように、逆Ｖ字形断面である。この構成では、外側部材２６は、上下片３４及びサイドクランプ３９に対して、縦方向と側方の両方に移動可能なことが、分かる。縦方向の運動を容易にするために、サイドクランプ４１は、サイドクランプ３９の上部と、上下片３４の部材にある切欠部３６との間に、側片３８によって空間４７ができる程度に、浅くする（空間４７は、図５で最も良く分かる）。

部材１４、１８及び２６から離隔して、端板４２があり、端板４２は、内向き側面４５を有し、該側面４５は、内側部材１４及び外側部材２６の側面４３及び４４に平行で、側面４３、４４と内向き側面４５の間に空間４６を有する（図３で最も良く分かる）。側面４３及び側面４４は、同じ平面Ｐ１及びＰ２に存在する。中間部材１８の側面４８は、側面４３及び４４に亘り形成される理論上の平行な平面Ｐ１及びＰ２内側に存在し（図３参照）、それにより中間部材１８が、内側部材１４周りに自由に回転可能になる。

端板４２は、ナット８を、図１のキャリッジ等の移動構造体又は機械要素と結合するためのボルトタップ穴４９を有する。端板４２の幅は、エンドクランプ３９の分離より大きく、それにより組立てられたリードスクリュナット８が、図１のように、キャリッジ３にある長孔１１に嵌入可能となる。リードスクリュ７は、ユニットが開口部１１に差し込まれた後に、内側部材１４の開口部１５に嵌合されるであろう。

端板４２は其々、リードスクリュ７が通過する大開口部５０を有し、それにより端板４２に対する全ての次元でねじ１２の有意な間隙を可能にし、ナットが、移動構造体又は機械（図１のキャリッジ３等）との位置ズレを、二次元で、横方向と縦方向の両方で、補償可能にする。

ナット８の組立を支援するために 中間部材１８は、２つの直径方向に対向する装填長孔３１を有し、該装填長孔は、中間部材の幅の途中まで延在する。装填長孔は、該長孔の直径方向に対向する床部が、内側部材１４の外面１７の直径だけ離隔するように、寸法取りされる。各長孔３１の幅は、内側部材の幅と等しい、又は幅より僅かに大きい。内側部材１４は、横向きに長孔に導入され、次に、所定の位置まで回転される。その後軸体２１が挿入される。同様な過程が使用されて、中間部材１８を、装填長孔３２を用いて、外側部材２６に挿入し、その後軸体２８が所定位置に嵌合される。

図２〜図６では、明瞭化するため、ナットを一緒にボルト留めする構成は、省略されている。これらは、図７に示されている。視認できる主な部品は、図１〜図６で説明された通りであり、ここで再び紹介されない。

図７では、上下片３４は、段部３６まで貫通するボルト穴５２を有し、該段部３６に、側片３８が嵌合され、側片３８の端部には、ねじ穴５３を有する。更に、上下片３４には、側片３８の端部にある対応する位置決め穴５６との位置決め穴５５を有する。位置決めピン５４が、まず位置決め穴５５及び５６に挿入され、次にボルト５１が、ボルト穴５２を通してねじ穴５３に入り、締着される。

端板４２は、貫通するボルト穴５８を有する。サイドクランプ３９は、ねじ穴５９を有する。更に、端板４２は、サイドクランプ３９にある対応する位置決め穴６２との位置決め穴６１を有する。位置決めピン６０が、まず位置決め穴６１及び６２に挿入され、その後、ボルト５７が、ボルト穴５８を通り、ねじ穴５９に入り、締着される。こうすることで、サイドクランプ３９を、端板４２に対して固定した状態に保持するが、側片３８は、サイドクランプ３９のＶ字形をした内面４１の頂点と位置合せして、サイドクランプ３９に対して往復移動可能である。これにより、Ｖ字断面形状４１の頂点に平行な軸において、スクリュ７の相対運動に対して補償する。同様に、外側部材２６の外面３３のＶ字断面形状は、上下片３４のＶ字形状３５と係合しており、それにより、Ｖ字断面形状４１の頂点と直交する軸上でのスクリュ７の運動を許容する。説明したような環状部材１４、１８及び２６の構成は、スクリュ７によって駆動される構造体又は機械に対するスクリュ７の角度ズレを許容する。

本発明のリードスクリュナットは、取付けレール又はテーブルのリードスクリュが、縦横両方向に大幅に位置ズレしても、リードスクリュを継続して動作可能にするであろう。

図１〜図７では、「上（ｔｏｐ）」、「下（ｂｏｔｔｏｍ）」、「横（ｓｉｄｅ）」、「縦方向（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「横方向（ｈｏｒｉｚｏｔａｌ）」は、図２で示したような部品の方位を指しており、これらの表現は、使用中に、ナット８が適切な方位でスクリュ７に嵌合され得る場合のこれら部品の位置を限定するものとして、解釈されるべきではない。

図８では、ナット８が、図２〜図７で説明されたように、スクリュ７が板４２を貫通して、内側部材１４の内ねじを設けた内周部に入った状態で、示されている。スクリュ７を回動させることによって生ずる内側部材１４内外への運動の他に、スクリュ７は、８０及び８２で示された円錐の輪郭内で自由に移動でき、それによりナット８と位置ズレしたスクリュの運動を、ナット８内で大幅に補償可能である。

本発明が、二次元で補償可能にすることについて説明されたが、一次元のみを補償するようにも設計できる。実施例は、図９に示されている。ここでは、中間部材１８は、省略されており、ナットは、外側部材２６の凹状内周部２７と係合する内側部材１４の凸状外周部１７を含む。

外側部材２６の外形は、一対の平行な縁部３３ともう一対の平行な縁部３７を有する正方形の形をしている。対向する上下の縁部３３は、逆Ｖ字形を有する。縁部３３の外側に取付けられるのは、対向する上下支持片３４であり、該支持片３４の縁部３３に対向する面は、合致するＶ字形状３５を有し、該形状３５に、逆Ｖ字形縁部３３が嵌入する。側面３７は、支持されない。外側部材２６は、内側部材１４の中心軸に直交する軸上で内側部材周りに回転できるが、他の次元では回転できない。これを容易にするために、縁部３３は、支持片３４のＶ字形３５において摺動できる。端板４２は、前述したように、ナットの前後で嵌合されると共に、スクリュ７が長孔６５を介して端板４２を通り、内ねじを設けた内側部材１４に入る。

図９の実施形態では、スクリュ７は、９０及び９２で示された一次元体積の輪郭内で自由に移動し、それにより、ナット８と位置ズレした一次元のスクリュの運動についてナット８内で補償可能にする。

図１〜図８の実施例より軽量且つ安価に製造できるものの、図９で示された本発明の第２実施例の体積及び重量、従って費用は、図１０及び図１１で示された本発明の第３実施例では、更に軽減される。

図１０及び図１１では、他の図でアイテム７として示されたスクリュは、明瞭化のため省略されている。

ナット１００は、スクリュを受容するためのねじ山１０６を備えた中心穴１０４を有する内側環状部材１０２を含む。環状部材１０２は、中心軸Ｙ−Ｙ’を有する、と共に、環の中心Ｃは、軸Ｙ−Ｙ’上にある。

内側部材１０２は、凸状外周部１１４を有し、該外周部１１４は、外側部材１１２の凹状内周部１１６に対して係合する。

中心軸Ｘ−Ｘ’と直交する線Ｚ−Ｚ’に沿った軸を有する対向する軸体１０８は、外側部材の上下にある穴１１８に取付けられ、内側部材１０２の穴１１０へと通る。従って、外側部材１１２は、Ｚ−Ｚ’で画定された軸上で内側部材周りに回転できる。軸Ｚ−Ｚ’は、内側部材１０２の中心Ｃを通過する。外側部材１１２の上下部１２０は、平行な平面を画成する平面１１２を有する。直円柱の縁部の部分として形成される支持片１２４は、平坦な内面１２６及び筒状の外面１２８を有する。ボルト穴１３０及びピン穴１３２は、一方側から他側へ支持片を貫通する。外側部材１１２の上下面間にある側面１３４は、ボルト受け１３６を受容するために、切欠き部を有する。円形の端板１３８は、端板の周囲の方にボルト穴及びピン穴を有し、且つ大きな中心開口部も有し、該開口部を通り、スクリュが通過して、内側部材１０２の開口部１０４周りのねじ山１０６と係合する。支持片の外側筒状面１２８の曲率は、端板１３８の外周と合致する点に注目すべきである。端板は、ボルト及びピン用穴１４０及び１４２を有する。ボルト及びピン１４４及び１４６は、ボルト受け１３６及び支持片１２４と係合して、ナット１００を纏めてボルト留めする。

図９で実証されたように、内側部材と外側部材のみを有する図１０及び図１１のようなナットでは、内側部材１０２を通りどちらかにねじ回しされるスクリュに対して比較的自由な一次元の運動を可能にする。図９及び図１０のナットは、よりコンパクトであり、よって図１〜図８の実施例より軽い。

本明細書では、「上（ｔｏｐ）」、「下（ｂｏｔｔｏｍ）」、「横（ｓｉｄｅ）」、「縦方向（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「横方向（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」は、関連する図２に示されたような部品の方位を指しており、これらの表現は、使用中に、ナット８が適切な方位でスクリュ７に嵌合され得る場合のこれら部品の位置を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (7)

1. 内側環状部材、中間環状部材、外側環状部材を含み、前記内側環状部材、中間環状部材及び外側環状部材は、同心であり、位置合せされた際に、共通軸を有し、前記内側環状部材は、前記中間環状部材内に存在し、前記中間環状部材は、前記外側環状部材内に存在し、前記内側環状部材は、凸球状外周部を有し、前記中間環状部材は、凹球状内周部を有し、前記両周部は、中心で同心であり、前記中間環状部材の前記内周部は、前記内側環状部材の前記外周部と係合され、前記中間環状部材である第２部材は、前記共通軸と直交する第１軸上で前記内側環状部材周りに回転するように制約され、前記中間環状部材は、凸球状外周部を有し、前記外側環状部材は、凹球状内周部を有し、前記周部は、中心で同心であり、前記外側環状部材の前記内周部は、前記中間環状部材の前記外周部と係合され、前記外側環状部材は、前記共通軸と前記第１軸の両方に直交する第２軸上で前記中間環状部材周りに回転するように制約され、その場合、前記内側環状部材は、内ねじ山を有する中心穴を備え、前記外側環状部材は、少なくとも一対の平行な外面を有し、前記平行な外面は、フレームに取付けられる一対の対向する支持片の協働面と摺動接触状態で支持される
   ことを特徴とするリードスクリュ用ナット。
2. リードスクリュの外ねじ山を有し、該外ねじ山は、前記内側環状部材の中心開口部内で嵌合され、前記リードスクリュの外ねじ山は、前記中心開口部の前記内ねじ山と協働して、前記ナットを前記ねじ山に関連して往復移動させる
   請求項１に記載のナット。
3. 前記外側環状部材は、正方形の周部を有し、該周部は、フレームに取付けられる二対の対向する支持片の面と摺動接触状態で支持される端部を有する
   請求項１または２に記載のナット。
4. 前記外側環状部材の前記外周部の平行な一対の縁部は、Ｖ字形の対向する縁部を有し、該Ｖ字形の縁部は、前記支持片の逆Ｖ字形に係合する
   請求項１ないし３のいずれかに記載のナット。
5. 前記外側環状部材は、一対の平行な平縁部を有し、該平縁部は、対応する一対の支持片の平坦な平面と係合する
   請求項１または２に記載のナット。
6. 前記内側環状部材と前記外側環状部材は、平行な側面を有すると共に、前記外側環状部材は、前記両部材が位置合せされた際に、前記部材の前記平行な側面に平行な板間に、前記板と前記平行な側面との間に空間を有して配置される
   請求項１または２に記載のナット。
7. 内側環状部材、外側環状部材を含み、前記内側環状部材外側環状部材は、同心であり、位置合せされた際に、共通軸を有し、前記内側環状部材は、前記外側環状部材内に存在し、前記内側環状部材は、凸球状外周部を有し、前記外側環状部材は、凹球状内周部を有し、前記両周部は、中心で同心であり、前記外側環状部材の前記内周部は、前記内側環状部材の前記外周部と係合され、前記外側環状部材は、前記共通軸と直交する軸上で前記内側環状部材周りに回転するように制約され、前記内側環状部材は、内ねじ山を有する中心穴を備え、前記外側環状部材は、一対の平行な外面を有し、前記平行な外面は、フレームに取付けられる一対の対向する支持片の協働面と摺動接触状態で支持され、
   前記支持片は、一対の円形の端板の間に取り付けられ、直円柱の縁部の一部として形成されて筒状の外面を有し、前記筒状の外面の曲率が、前記円形の端板の外周の曲率と係合する
   ことを特徴とするリードスクリュ用ナット。

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