JPH0262454A - 送りねじ装置及びそのねじ軸の目盛記録方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、送りねじ装置及びそのねじ軸の目盛記録方法
に係り、特に送りねじのねじ軸の外周面上に目盛を含む
情報を記録し、該情報の読取り手段をナットに備えるこ
とによりコンパクトで取り扱いが容易であり、また作業
者に必要な情報を適切に提供し得る送りねじ装置及びそ
の目盛記録方法に関する。

従来の技術 モータ等の回転運動を直線運動に変換する機械要素の１
つとして送りねじ装置が実用に供されているが、従来知
られている送りねじ装置は、単に回転運動を直線運動に
変換する機能だけを有するものであって、直線移動物の
位置を制御しながら移動させるにはサーボモータを用い
て該ねじ軸を回転させ、移動量を位置検出センサで検出
しながらフィードハック制御しなければならなかった。

センサとしては例えばねじ軸の一端にエンコーダを取り
付けてねじ軸の回転角度を検出し、該回転角度とねじ軸
のリード溝のピッチとから移動距離を算出するか、又は
ねじ軸に平行にリニアスケールを設け、移動物の移動量
を検出しなければならず、各々検出センサのための専用
の設置場所を要し、装置が大型となってしまう欠点があ
った。またセンサは一定距離移動するごとに単に信号を
出力するだけであり、運動の始点或いは終点を決めるた
めに更に他のセンサ、例えばリミット・スイッチ等を備
えなければならず、装置をコンパクトにすることが困難
であるという欠点があった。

また他の例としては駆動モータとしてステッピングモー
タを用いることも知られているが、この場合には該ステ
ッピングモータは一定角度（例えば１．８　°又は１５
°）ずつ制御回路からの駆動信号に従って回転するので
、位置検出センサは不要となるが、これも運動の始点或
いは終点検出用のセンサを必要とし、装置が大型となり
、またセンサの設置位置は略決まってしまうので設計の
自由度が制限され、最適設計がしにくいという欠点があ
った。またステッピングモータの最小回転角度はモータ
の種類及び制御回路から決まり、高分解能化は困難で精
密な位置制御ができない欠点があった。またモータ自身
のコストも高く、かつ特殊な駆動制御回路が必要となる
のでコストが非常に高くなるという欠点があった。更に
は、作業者に対する適切な作業情報を音声又は画像で与
えることが困難であった。

目　　的 本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされ
たものであって、その目的とするところは、断面円形の
軸にリード溝を形成したねじ軸と、該リード溝に嵌合し
て該ねじ軸の回転に同朋してねじ軸の軸線方向に移動す
るナットとからなる送りねじ装置において、咳ねじ軸の
外周面上に該リード溝に沿い目盛、音声情報又は画像情
報等の情報を記録したねじ軸と、該情報を読み取るため
の読取り手段をナットに備えることにより、位置を検出
するためのセンサ及び運動の始点及び終点を検出するセ
ンサを特別に設ける必要性をなくすことである。また他
の目的は、上記したセンサを不要とすることによって設
計の自由度を大きくして最適設計を可能とすると共に、
装置を小型化することである。更に他の目的は、位置検
出の精度を向上させて精密な位置制御を可能とすること
である。また他の目的は、音声又は画像情報によって作
業者に必要な情報を適切に与え、作業能率を向上させ、
誤りがなくかつ安全な作業を容易に行うことができるよ
うにすることである。更に他の目的は、高密度に記録さ
れた目盛を読み取ることで得られた位置情報と読取りに
要する時間とから移動物の速度、加速度又は該移動物に
作用する力を刻々と演算、算出して、高精度の制御を行
うことができるようにすることである。

構成 要するに本発明（請求項１）は、断面円形の軸にリード
溝を形成したねじ軸と、該リード溝に嵌合して該ねじ軸
の回転に同期して前記ねじ軸上を該ねじ軸の軸線方向に
移動するナットとからなる送りねじ装置において、前記
ねじ軸の外周面上に前記リード溝に沿って目盛を備えた
ねじ軸と、前記目盛を読み取るための読取り手段を前記
ナットに備えたことを特徴とするものである。

また本発明（請求項２）は、断面円形の軸にリード溝を
形成したねじ軸と、該リード溝に嵌合して該ねじ軸の回
転に同期して前記ねじ軸上を該ねじ軸の軸線方向に移動
するナットとからなる送りねじ装置において、前記ねじ
軸のリード溝に沿う外周面上に目盛、音声情報及び画像
情報のうち少なくとも１つの情報を記録したねじ軸と、
前記目盛、音声情報又は画像情報を読み取るための読取
り手段を前記ナットに備えたことを特徴とするものであ
る。

また本発明方法（請求項５）は、リード溝の形成された
ねじ軸の外周面上に目盛記録装置で目盛を記録した後、
前記ねじ軸を１目盛に相当する角度だけ回転させると同
時に、該回転と同期させて前記リード溝のピッチにより
決まる寸法分前記ねじ軸を前記目盛記録装置に対して該
ねじ軸の軸線方向に相対移動させ、再び前記目盛記録装
置により前記ねじ軸外周面上に目盛を記録する操作を繰
り返して前記ねじ軸の外周面上に前記リード溝に沿って
目盛を記録することを特徴とするものである。

また本発明方法（請求項６）は、ねじ軸を静止保持した
状態で目盛記録装置を該ねじ軸の軸線方向に移動させな
がら全長にわたって前記ねじ軸の外周面上に目盛を記録
した後、■目盛に相当する角度だけ前記ねじ軸を回転さ
せ、再び前記目盛記録装置をねじ軸の軸線方向に移動さ
せながら、ねじ軸の全長にわたって目盛を記ｉ、工する
操作を前記ねじ軸が１回転するまで繰り返すことにより
前記ねじ軸の外周面上に目盛を記録することを特徴とす
るものである。

以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。第１
図から第４図において、本発明に係る送りねじ装置１は
、ねじ軸２と、ナツト３と、読取り手段４とを備えてい
る。

第１図から第４図において、ねじ軸２は、断面円形の軸
であって、一定ピツチのリード／＃２ａが略全長にわた
って形成されている。リード溝２ａの断面形状はリード
溝２ａにより案内されるナツト３の形式によって異なり
、例えば第１図及び第３図に示す鋼球５がリード溝２ａ
中を転動する形式のナノｈ　３との組合せにおいては半
円形状であり、また第２図及び第４図に示す雌ねじ形式
のナツト３との組合せにおいては台形形状とされている
。またねじ軸２の外周面２ｄにはリード？ｇ２ａに沿っ
て目盛６が所定の間隔で記録されている。

目盛６は例えば磁性体に磁気変化として記録したもので
あってもよく、また例えば光学的に読み取るためのピッ
トを多数配列することによって記録したものであっても
よい。

ナツト３は、リード溝２　ａに嵌合して案内され、ねじ
軸２の回転に同期して軸線方向、矢印Ａ又はＢ方向に移
動するものであり、第１図に示す形式のナツト３におい
ては断面半円形のリード溝２ａと、ナツト３の内径部３
ａに形成された断面半円形の溝３ｂとの間に複数個の鋼
球５が嵌合してねじ軸２の回転に伴ないリード溝２ａ及
び半円形溝３ｂとの間で転勤できるようになっている。

また第２図に示す形式のナツト３においては、ナツト３
の内径部３ａには断面台形でリード溝２ａのリードと同
じリードを持つ雌ねじ３Ｃが形成され、リード？Ｒ２ａ
と隙間のないように嵌合している。

読取り手段４は、磁気抵抗効果素子等の磁束応答性の再
生ヘンド又はピットの有無をレーザ等を用い光学的に読
み取る光ピツクアップ等であって、読取り手段４の検出
面４ａが目盛６に対向してナツト３に固着されている。

そしてねじ輔２の回転に伴ないねじ軸２の軸線方向に矢
印Δ又はＢ方向にナツト３と共に移動しながら、目盛６
を次々と読み取って信号を送出するようになっている。

読取り手段４から送出された信号は、インタフェースと
しての入出力ボート８、ＣＰＵ９、ＲＡＭ１０ａ及びＲ
ＯＭ１０ｂから構成される装置によって演算処理され、
該処理された結果を入出力ポート８を介してモータ１ｌ
に伝達してモータ１１の回転を制御するようになってい
る。モータ１１の回転は減速器等の動力伝達装置１２を
介してねじ軸２００回転制御するようになっている。

そして本発明に係る方法（請求項５）は、第５図及び第
６図を参照してリード溝２ａの形成されたねじ軸２の外
周面２ｄ上に目盛記録装置（図示せず）で目盛６を記録
した後、ねじ軸２を１目盛に相当する角度だけ矢印Ｃ方
向に回転させると同時に、該回転と同期させてリード溝
２ａのピノ千Ｐにより決まる寸法だけねじ軸２を目盛記
録装置Ｉ３に対して軸線方向（矢印Ｄ方向）に相対移動
させ、再び目盛記１、ゑ装置１３によりねじ軸２の外周
面２ｄ上に目盛６を記録する操作を繰り返してねじ軸２
のリード溝２ａに沿って目盛６を記録する方法である。

また本発明方法（請求項６）は第７図及び第８図を参照
して、ねじ輔２を静止状態に保持した状態で目盛記録装
置（図示せず）をねじ輔２の軸線方向（矢印Ｄ方向）に
移動させながらねじ軸２の全長にわたって外周面２ｄに
目盛６を記録した後１目盛に相当する角度だけ矢印Ｅ方
向にねじ軸２を回転させ、再び目盛記録装置１３をねじ
軸２の軸線方向に移動させながらねじ軸２の全長にわた
って目盛６を記録する操作をねじ軸２が１回転するまで
繰り返すことによりねじ軸２に目盛６を記録する方法で
ある。

また他の目盛６の記録方法としては、第９図及び第１０
図を参照して、予め目盛６の記録されたテープ状の記録
体ｌ４をねじ軸２の外周面２ｄ上に接着等の手段でリー
ド溝２ａに沿って固着してもよく、また第１１図及び第
１２図を参照してねじ軸２の外周面２ｄにリードｉ２ａ
と略同心ピノチの浅い溝２ｅを設け、溝２ｅ内に予め目
盛６の記録されたテープ状の記録体１４を接着等の手段
で固着してもよい。

作用 本発明は、上記のように構成されており、以下その作用
について説明する。第１図から第４図において、モータ
ＩＩの回転軸１５がＣＰＵ９の指令により回転すると、
該回転運動は動力伝達装置１２によって例えば減速（増
速の場合もある。）されてねじ軸２に伝達される。ねじ
軸２の回転に伴ないねじ軸２のリード溝２ａに嵌合して
いるナツト３はリード溝２　ａのピノ千Ｐとねじ軸２の
回転角度θによって式Ｐ×θ／３６０で計算される寸法
だけねじ輔２の回転方向に従い、矢印Ａ又はＢ方向に移
動する。ここでナツト３の移動の様子を更に詳しく説明
すると、第１図及び第３図に示すボールねじ型送りねじ
装置１においでは、ねじ軸２が回転ずると、ねじ軸２の
リード溝２ａとナツト３の半円形溝３ｂの間に嵌合して
いる鋼球５は転動しながらリード溝２ａ及び半円形溝３
ｂに沿って移動し、ナツト３の半円形溝３ｂの終端に達
すると鋼球ガイド管１６中を通り、元の位置に戻って再
びねじ軸２とナノＩ・３の間を転動ずることでナツト３
を矢印Ａ又はＢ方向に移動させる。

また第２図及び第４図に示す送りねじ装置においては、
ねじ軸２のリード溝２ａとナツト３の雌ねじ３ｃとが通
常のねじとナツトとの関係と同様に嵌合しているので、
ねじ軸２の回転に伴なってナツト３を移動させる。両者
の作用は同じであるが、ポールねじ型送りねじ装置１の
方がねじ軸２を回転させるに要する力が小さく、またね
じ軸２とナツト３との隙間も小さく作製できるので、よ
り高精度の送り制御を必要とする場合に使用される。

ナツト３に固着される読取り手段４は、ナツト３と共に
リード溝２ａにより矢印Ａ又はＢ方向に移動するので、
検出面４ａは常に目盛６に対向しねじ軸２の外周面２ｄ
上に配設されている目盛６を次々に読み取って信号を送
出する。該信号はＣＰＵ９が所定の手順に従って演算処
理した結果に基いてモータ１１の動きを制御することで
、ナツト３及びこれに固着された移動体１８　（図示せ
ず）の位置を制御する。

目盛６は磁気又はピットにより記録されているので従来
の目盛６よりもはるかに高密度の目盛を記録することが
可能で、より高精度の位置制御を行うことができる。ま
た読取り手段４で読み取られた該信号をＣＰＵ９で時間
ｔで１回微分することによりナツト３の移動速度を、更
に時間ｔで２回微分することでナツト３の加速度も高精
度で知ることができ、また移動体の一例たるナツト３の
質量を予め測定しておけば、該加速度と質量との積を求
めることで移動体１８に働く慣性力も求められ、該演算
結果を使用して複雑な制御を行うこともできる。

また目盛６の始点又は終点に該始点、終点を識別する特
別の目盛６を記録してお（ことで容易にナツト３の始点
又は終点位置を知ることができ、また該始点からの移動
量は目盛６を読み取ることでわかるので、ナツト３の位
置をすべての位置について知ることができる。更には専
用機における位置制御のように同一パターンの動作を繰
り返すものにあっては、目盛６の所定位置に音声情報又
は画像情報を記録しておくことで作業者に次の作業を指
示したり、又は注意事項等を音声又は画像で出力し、作
業の能率を向上させ、また安全を確保することができる
。

なお、上記実施例においては、ねじ軸２の外周面２ｄは
リード溝２ａの外径部として説明したが、外周面２ｄは
外径部に限定されるものではなくリート？４２ａの谷径
部であってもよい。

効果 本発明は、上記のように断面円形の軸にリード溝を形成
したねじ軸と、該リード溝に嵌合してねじ軸の回転に同
期してねじ軸の軸線方向に移動するナットとからなる送
りねじＨｌにおいて、該ねじ軸の外周面上にリード溝に
沿って目盛、音声情報又は画像情報等の情報を記録し、
該情報を読み取るための読取り手段をナツトに備えたの
で、ナットの位置を検出するセンサ及び該ナツトの運動
始点或いは終点を検出する特別のセンサを不要にできる
効果がある。またこれにより設計の自由度を向上させ最
適設計を可能ならしめると共に装置を小型化できる効果
がある。更に、位置検出精度を向上させて精密な位置制
御を行うことができる効果がある。

また音声又は画像情報によって作業者に必要な情報を適
切に与えて作業能率を向上させ、かつ誤りのない安全な
作業を容易に行うことができる効果がある。また該情報
を高密度とすることで移動体の速度、加速度又は移動体
に作用する慣性力を高精度で知ることができ、より精度
の高い制御を行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はポールねじを用いた送りねじ装置の部分破断正
面図、第２図は台形ねじを用いた送りねじ装置の部分破
断正面図、第３図はポールねじを用いた送りねじ装置の
要部斜視図、第４図は台形ねじを用いた送りねじ装置の
要部斜視図、第５図及び第６図は目盛記録方法を示す送
りねじの部分正面図、第７図及び第８図は他の目盛記録
方法を示す送りねじの部分正面図、第９図及び第１０図
は更に他の目盛記録方法を示す送りねじの部分斜視図、
第１１図及び第１２図は更に他の目盛記録方法を示す送
りねじの部分斜視図である。 ■は送りねじ装置、２はねじ軸、２ａはリード溝、２ｄ
は外周面、３ばナツト、４は読取り手段、６は目盛であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　断面円形の軸にリード溝を形成したねじ軸と、該リ
   ード溝に嵌合して該ねじ軸の回転に同期して前記ねじ軸
   上を該ねじ軸の軸線方向に移動するナットとからなる送
   りねじ装置において、前記ねじ軸の外周面上に前記リー
   ド溝に沿って目盛を備えたねじ軸と、前記目盛を読み取
   るための読取り手段を前記ナットに備えたことを特徴と
   する送りねじ装置。 ２　断面円形の軸にリード溝を形成したねじ軸と、該リ
   ード溝に嵌合して該ねじ軸の回転に同期して前記ねじ軸
   上を該ねじ軸の軸線方向に移動するナットとからなる送
   りねじ装置において、前記ねじ軸のリード溝に沿う外周
   面上に目盛、音声情報及び画像情報のうち少なくとも１
   つの情報を記録したねじ軸と、前記目盛、音声情報又は
   画像情報を読み取るための読取り手段を前記ナットに備
   えたことを特徴とする送りねじ装置。 ３　前記目盛、音声情報及び画像情報は、磁性体に磁気
   変化として記録した磁気情報であり、かつ前記読取り手
   段は磁束応答性の磁気再生ヘッドであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の送りねじ装
   置。 ４　前記目盛、音声情報及び画像情報は、記録すべき情
   報をデジタル化処理し、該結果に基き刻設されたピット
   として記録される情報であり、かつ前記読取り手段は、
   前記ピットを光学的に読み取る光ピックアップであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
   の送りねじ装置。 ５　リード溝の形成されたねじ軸の外周面上に目盛記録
   装置で目盛を記録した後、前記ねじ軸を１目盛に相当す
   る角度だけ回転させると同時に、該回転と同期させて前
   記リード溝のピッチにより決まる寸法分前記ねじ軸を前
   記目盛記録装置に対して該ねじ軸の軸線方向に相対移動
   させ、再び前記目盛記録装置により前記ねじ軸外周面上
   に目盛を記録する操作を繰り返して前記ねじ軸の外周面
   上に前記リード溝に沿って目盛を記録することを特徴と
   する送りねじ装置のねじ軸の目盛記録方法。 ６　ねじ軸を静止保持した状態で目盛記録装置を該ねじ
   軸の軸線方向に移動させながら全長にわたって前記ねじ
   軸の外周面上に目盛を記録した後、１目盛に相当する角
   度だけ前記ねじ軸を回転させ、再び前記目盛記録装置を
   ねじ軸の軸線方向に移動させながら、ねじ軸の全長にわ
   たって目盛を記録する操作を前記ねじ軸が１回転するま
   で繰り返すことにより前記ねじ軸の外周面上に目盛を記
   録することを特徴とする送りねじ装置のねじ軸の目盛記
   録方法。 ７　前記目盛は、磁性体に磁気変化として記録した目盛
   であることを特徴とする特許請求の範囲第５項又は第６
   項に記載の送りねじ装置のねじ軸の目盛記録方法。 ８　前記目盛は、ねじ軸外周面上に刻設されたピットで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第５項又は第６項
   に記載の送りねじ装置のねじ軸の目盛記録方法。