JPH076712U - 往復直動する移動体の位置検出機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロータリーエンコーダを付設する適切な回転
駆動系がない往復直動機構において、悪環境下でも、ま
た移動体にブレがあっても、移動体の直動を回転運動に
変換してロータリーエンコーダで安定に移動体の位置・
変位を検出できるようにする。 【構成】 移動体２にその移動方向に軸線を合せてボー
ルナット３を固着するとともに、このボールナット３に
ボールネジ４をねじ結合して移動体２の移動方向に配置
する。ボールナット３に対して移動体２の移動方向に対
向している固定体１にロータリーエンコーダ５を固着
し、その回転軸５ａをボールネジ４の延長線上に同軸に
配置する。ロータリーエンコーダ５の回転軸５ａの先端
部とボールネジ５の一端部とを自在継手１３で連結する
とともに、ボールネジ４の前記一端部の近傍を固定体１
に設けた軸受部７，８，９，１０，１１，１２により回
転自在に支持し、かつその軸受部に含まれる球面軸受１
２によりボールネジの軸振れをある程度許容する構成と
した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、例えばロール成形機やスピニング成形機などの各種の機械装置に おいて、往復直動する移動体の位置を検出する機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】

各種の工作機械においては、加工ヘッドなどの機械体（移動体）が適宜な案内 機構に沿って往復直動するように設けられ、その移動体がモータや油圧シリンダ などのアクチュエータによって移動される機構が多用されている。そして移動体 の位置を精密に制御するために、移動体の位置を検出するなんらかのセンサ手段 を付設するとともに、その位置検出信号に従ってアクチュエータをフィードバッ ク制御するサーボ機構が多用されている。

【０００３】 機械装置におけるこの種のサーボ機構の代表的なものでは、サーボモータを駆 動源とする送りネジ機構により移動体を往復直動させる構成とし、位置検出手段 としてはモータあるいは送りネジの回転系にロータリーエンコーダ（回転形位置 ・変位センサ）を付設している。また、油圧シリンダなどの直動式アクチュエー タで移動体を往復直動させる構成においては、移動体と固定部との間にインダク トシ（商品名）や磁気スケールを用いたリニア形位置・変位センサを設けている 。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

前述のように従来においては、移動体を往復直動させる駆動機構に回転系を含 まない場合はロータリーエンコーダではなく、移動体に直接的にリニア形位置・ 変位センサを付設していた。ここで、磁気スケールなどを用いたリニア型位置・ 変位センサはその取り付け環境によって正しい検出動作が行えなくなるという問 題があった。切削油や研削液あるいは金属粉に晒されるような悪環境下ではスケ ールの読み取り動作に支障をきたす。また、移動体のガイド機構が超高精度であ れば問題ないが、移動体が若干ブレながら移動するような機構ではスケールと読 み取り器との間隔が一定に保たれず、やはり読み取り動作に支障をきたす。

【０００５】 この考案は前述した従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、ロータ リーエンコーダを付設する適切な回転駆動系がない往復直動機構において、悪環 境下でも、また移動体にブレがあっても、移動体の直動を回転運動に変換してロ ータリーエンコーダで安定に移動体の位置・変位を検出することができる位置検 出機構を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

そこでこの考案では、移動体にその移動方向に軸線を合せてボールナットを固 着するとともに、このボールナットにボールネジをねじ結合して前記移動体の移 動方向に配置する。また、前記ボールナットに対して前記移動体の移動方向に対 向している固定体にロータリーエンコーダを固着し、その回転軸を前記ボールネ ジの延長線上に同軸に配置する。さらに、このロータリーエンコーダの回転軸の 先端部と前記ボールネジの一端部とを自在継手で連結するとともに、前記ボール ネジの前記一端部の近傍を前記固定体に設けた軸受部により回転自在に支持し、 かつその軸受部に含まれる球面軸受により前記ボールネジの軸振れをある程度許 容する構成とした。

【０００７】

【作用】

前記ボールナットが前記移動体と一体に直動すると、ボールナットにねじ結合 している前記ボールネジが回転する。これは通常の送りネジ機構と逆の運動であ り、移動体の直動がボールネジの回転に変換されたことになる。ボールネジが回 転すると前記自在継手を介してロータリーエンコーダが回転され、位置・変位の 検出信号が得られる。この信号は移動体の位置・変位に高精度に対応している。 移動体の直動に伴ってブレが生じ、そのブレがボールネジに伝わっても、前記球 面軸受がその軸ブレを許容するし、前記自在継手がボールネジの軸端のブレ変位 を吸収する。

【０００８】

【実施例】

この考案の一実施例による位置検出機構を図１に示している。機械装置におけ る固定体１に対して移動体２が適宜な案内機構（図示省略）に沿って矢印ＡＢの うに所定範囲内で往復直動する。移動体２を駆動するアクチュエータ系も図示し ていないが、例えば油圧シリンダにより移動体２が直接的に直動されるものであ る。

【０００９】 プレート状の移動体２の所定位置にボールナット３が固着されている。ボール ナット３はその軸線が移動体２の移動方向と平行に配設されている。ボールナッ ト３にはボールネジ４がねじ結合して装着されており、ボールネジ４は移動体２ に干渉せずにこれを貫通している。従ってボールネジ４の軸線は移動体２の移動 方向と平行である。

【００１０】 移動体２の上方に位置する固定体１には取り付けベース６を介してロータリー エンコーダ５が固着されている。ロータリーエンコーダ５の回転軸５ａは前記ボ ールネジ４の軸線上にあって下方に突出しており、以下のようにしてボールネジ ４の上端部と回転結合されている。

【００１１】 前記固定体１側の取り付けベース６の下部には筒状のの軸受カバー７が固着さ れ、その軸受カバー７の下部にリング状の軸受ハウジング８が固着されている。 前記ボールネジ４の上端部分が軸受ハウジング８の中心を貫通し、スラストベア リング９、ニードルベアリング１０、スラストベアリング１１、球面ベアリング １２によってボールネジ４が片持ち状に回転自在に支持されている。

【００１２】 球面ベアリング１２の外輪が軸受ハウジング８に嵌合され、球面ベアリング１ ２の内輪にニードルベアリング１０が嵌合し、ニードルベアリング１０の両端に 当接するように２つのスラストベアリング９および１１が装着されている。なお 実際には、ニードルベアリング１０とスラストベアリング９とが予め一体化され ている複合ベアリングを使用している。

【００１３】 そして、前記の軸受機構を貫通しているボールネジ４の上端が自在継手１３を 介してロータリーエンコーダ５の回転軸５ａの下端に連結されている。

【００１４】 以上の構成において、移動体２が駆動されて矢印ＡＢ方向に往復直動されると 、移動体２に固定されているボールナット３が回転することなくボールネジ４に 沿って移動する。するとボールネジ４がそのリードに従って回転することになる 。このボールネジ４の回転速度および回転量はボールナット３の移動速度および 移動量（すなわち移動体２の移動速度および移動量）に対応している。ボールネ ジ４の回転がロータリーエンコーダ５に伝わるので、ロータリーエンコーダ５の 出力信号を処理することで移動体２の位置・変位を高精度に検出することができ る。

【００１５】 ここで注目すべきことは、ボールネジ４は前記のベアリング群のうちの球面ベ アリング１２を介して最終的に固定部である軸受ハウジング８に片持ち状に支持 されているとともに、ボールネジ４の上端が自在継手１３を介してロータリーエ ンコーダ５の回転軸５ａに結合されていることである。

【００１６】 先に述べたように、移動体２の案内機構があまり高精度でないと、移動体２を 移動させるのに伴ってブレが生じる（完全な直線運動ではなく、不規則に移動軌 跡が変化する）。この移動体２のブレはボールナット３を介してボールネジ４に 伝わり、ボールネジ４に軸ブレ力が加わる。ボールネジ４にブレ力が加わると、 球面ベアリング１２の外輪の球面に沿ってコロおよび内輪が変位し、球面を中心 にしてボールネジ４のブレが起きるが、その回転にはなんら支障をきたすことが ない。このボールネジ４のブレによってその上端がラジアル方向に変位するが、 自在継手１３を介してロータリーエンコーダ５に連結されているので、ボールネ ジ４はなんら支障なく回転するとともに、ロータリーエンコーダ５に軸方向に過 大な力が加わることがない。

【００１７】

【考案の効果】

以上詳細に説明したように、この考案によれば、移動体を往復直動させる駆動 系にサーボモータのような回転系が含まれていなくても、移動体の直動をボール ネジの回転運動に変換してロータリーエンコーダに入力するので、例えば切削液 や研削液あるいは金属粉などに晒される悪環境下でも、信頼性の高いロータリー エンコーダによって高精度にかつ安定に移動体の位置・変位を検出することがで きる。特に、ボールネジの一端部を球面軸受を含んだ軸受部で片持ち状に支持す るとともに、ボールネジ端部を自在継手を介してロータリーエンコーダに連結し たので、移動体の動作に伴ってボールネジに軸ブレ力が加わっても、その軸ブレ を吸収してボールネジの円滑な回転を妨げないので、移動体の案内機構があまり 高精度でない場合にもなんら問題なく、高精度で安定な位置・変位の検出動作を 実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例による位置検出機構の概略
構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 固定体 ２ 移動体 ３ ボールナット ４ ボールネジ ５ ロータリーエンコーダ ６ 取り付けベース ７ 軸受カバー ８ 軸受ハウジング ９ スラストベアリング １０ ニードルベアリング １１ スラストベアリング １２ 球面ベアリング １３ 自在継手

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 適宜な案内機構に沿って所定範囲内で往
   復直動する移動体の位置を検出する機構であって、前記
   移動体にその移動方向に軸線を合せて固着されたボール
   ナットと、このボールナットにねじ結合して前記移動体
   の移動方向に配置されたボールネジと、前記ボールナッ
   トに対して前記移動体の移動方向に対向している固定体
   に固着され、その回転軸が前記ボールネジの延長線上に
   同軸に配設されたロータリーエンコーダと、このロータ
   リーエンコーダの回転軸の先端部と前記ボールネジの一
   端部とを連結する自在継手と、前記ボールネジの前記一
   端部の近傍を前記固定体に回転自在に支持するとともに
   前記ボールネジの軸振れを許容する球面軸受を含んだ軸
   受部とを備えたことを特徴とする位置検出機構。