JPH0816508B2 - 送りねじ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、送りねじ装置に関し、例えば回転軸の回転
運動をブロックの直線運動に変換する装置として用いら
れて各種のロボット、工作機械、産業機械等に使用され
る。

〔従来の技術〕

従来、送りねじ装置としては、三角ねじ、台形ねじ、
角ねじ等が形成されたねじ軸にナットを螺合させ、両者
のねじ面を滑らせ動力を伝達する方法（例えば、特開昭
58−178046号公報参照）に示すボールねじ、スパイラル
・ボール・スプライン等にある様にねじ軸50とナット51
のねじ溝の間に鋼球52を多数介在させて動力を伝達する
方法がある（例えば、技術雑誌、日経メカニカル、198
4.12.17「寿命試験が生んだ新型ボールねじ整数巻きや
滑りのない構造を考案」）。また、特開昭50−15962号
公報は、台座５に配された外レース４、内レース８等か
らなる玉軸受３の前記内レース８の角をねじ１のねじ溝
の２ケ所に接して配することで、前記ねじ１の回転とと
もに前記玉軸受け３を同時に回転させることで、ねじ回
転による力の回転運動を直線運動に転換する回転運動を
並進運動に変換する装置である。しかしながら、前記特
開昭58−178046号公報に於いては鋼玉滑りによる動力伝
達のため高速でねじ軸ナットを回転送りできないこと、
また前記特開昭50−15962号公報は、ねじ溝で滑りを発
生するため高速で回転送りできない問題点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記の問題点に鑑みなされるものであっ
て、滑ることなく高速回転送り可能な送りねじ装置を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

螺旋状のねじ溝が外周に刻設された回転軸と、該回転
軸のねじ軸に内接するように、前記回転軸の軸心に対し
て、前記ねじ溝のリード角と同一角度に配された２つの
リングと、前記回転軸を配置するための前記回転軸の外
径と略同一の大きさの貫通孔、及び該貫通孔の軸心に対
して平行な底面、及び該底面に対して前記ねじ溝の前記
リード角と略同一の角度で以って立つ２つの側面を備え
たブロックと、前記リングを前記ねじ溝に押圧するため
に前記ブロックを付勢する付勢手段と、前記ブロックの
前記底面を保持して回転可能なホルダーとから構成さ
れ、前記ブロックを前記付勢手段にて付勢することで前
記ブロックに前記ホルダーに対する回転を与え、該ブロ
ックに配された前記の２つのリングを前記ねじ溝に内接
させて押圧することで前記回転軸の回転運動を前記ブロ
ックの直線運動に変換することを特徴とする送りねじ装
置を手段として採用するものである。

〔作用〕

上記構成を手段として採用することで、即ち、特に、
前記リングを前記ねじ溝に押圧するために前記ブロック
を付勢する付勢手段と、前記ブロックの前記底面を保持
して回転可能なホルダーとを備え、前記ブロックを前記
付勢手段にて付勢することで前記ブロックに前記ホルダ
ーに対する回転を与え、該ブロックに配された前記の２
つのリングを前記ねじ溝に内接させて押圧することで前
記回転軸の回転運動を前記ブロックの直線運動に変換す
ることを特徴とする送りねじ装置を手段として採用する
ことから、前記溝での前記リングとの滑りを防止する作
用を付すことができる。

〔発明の効果〕 本発明の構成を手段として採用したことから上記の作
用を付すことができ、これより滑ることなく高速回転送
りねじ装置を提供することが可能となる。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例を第１図から第４図に基づい
て説明する。第１図は本発明の一実施例を示す構成図、
第２図は第１図におけるII−II線に沿った部分断面図、
第３図は第２図におけるIII−III線に沿いリングの回転
軸心と平行な面での部分断面図、第４図は第１図におけ
るIV−IV線に沿った部分断面図である。

図中符号１は外周に螺旋状のねじ溝1aが２条形成され
た回転軸である。

このねじ溝1aに係合するようにその内周の断面が凸状
を有する２個のリング２は、２条のねじ溝1aの各々の溝
に内接するように、ブロック３に支持されている。リン
グ２は第３図に示す様に、その外周に設けられる剛球４
及びアウタレース5,6で構成される玉軸受によって、回
転自在に支持され、ボルト７によってアウタレース5,6
はブロック３に固定されている。符号８は、２個のリン
グ２と回転軸１のねじ溝1aとの寸法関係を適正に調節す
るため、ブロック３とアウタレース６との間に介在する
リング状のスペーサである。

リング２を回転自在に支持するブロック３はほぼ三角
柱形状をしており、リング２を支持する支持面3a,3bの
間には、回転軸１が配設されるように底面3cと平行な貫
通孔3dが形成されている。また回転軸１の軸と直角な平
面及び支持面3a,3bによって形成される支持角αは、回
転軸１のリード角、すなわち回転軸１の円筒面における
螺旋状ねじ溝1aのつる巻きを展開した時に得られる、回
転軸１の軸方向と直角な面に対するねじ溝1aのつる巻き
とのなす角、すなわちリード角とほぼ等しい角度に設定
されており、これによってリング２が回転軸１のねじ溝
1aに沿って円滑に回転可能となるように、ブロック３の
支持面3a,3bに支持されることとなる。

尚、上述にリード角は回転軸１の有効径に基づいて考
えたが、リード角は回転軸１の外径、又はねじ溝1aの谷
の部分の径で考えた場合には多少異なるため、前記支持
角αは有効径で考えたリード角とほぼ等しい、あるいは
これらのリード角の最大値と最小値の間にあるのが好ま
しい。

尚、第１図に示す様に２つのリング２の一方は、図中
上方のねじ溝1aに内接して係合し、他方のリングは図中
下方のねじ溝1aに内接して係合するようにブロック３の
支持面3a,3bに取付けられることによって、リング２か
ら回転軸１に作用する曲げ応力ができるだけ相殺するよ
うに構成されている。しかしながら、回転軸１に十分な
曲げ強度がある場合等は、２つのリング２を共に第１図
中の上方のねじ溝1a、又は下方のねじ溝1aに内接して係
合することも可能であることは言うまでもない。ただ
し、このときブロック３の支持面3bが第２図に示した支
持面3aと平行に、又は支持面3aが第２図に示した支持面
3bと平行になり、そしてブロック３は上記支持面3a,3b
を２辺とした平行四辺形の底面を有する四角柱になる。

ブロック３の底面3cには平板状のホルダ101が向い合
うようにして配されている。このホルダ101の底面3cと
の当接面には、円形状の円形窪み101aが形成されてお
り、この円形窪み101a内には、キー部102aを有する平板
円板状の円板シュー102が嵌め入れられている。キー部1
02aは断面が四角形状をなしており、円板シュー102の表
面にて直径方向に形成されている。

一方、ブロック３の底面には回転軸１の軸心と直角方
向に伸びる断面四角形状のキー溝3eが形成されており、
このキー溝3eに円板シュー102のキー部102aが嵌め入れ
られている。

尚、円板シュー102は円形窪み101a内を、相対的に回
転可能となっており、またキー部102aはキー溝3e内を溝
方向に摺動自在となっている。

ホルダ101の上面には、第１図中上方に向って突出す
るボルト固定部101bが２個所形成されている。このボル
ト固定部101bには雌ねじ101cが螺刻されており、この雌
ねじ101cにはボルト104が螺着されている。そして、こ
のボルト104とブロック３の三角形状をなす上面301,302
との間には皿ばね103が配されている。

この皿ばね103はブロック３に対して付勢力を与える
もので、第１図からも分かるように、上下に配された２
つの皿ばね103の付勢方向軸が互いにくい違っているの
で、ブロック３に対して回転力を与えている。すなわ
ち、キー部102aを介して円板シュー102と一体となった
ブロック３が、円形窪み101a内にて回転する力が与えら
れている。

次に作動について説明する。

上記構成において、回転軸１の一端を駆動モータ等と
連結して回転駆動可能にするとともに、ホルダ101を回
転軸１の軸方向に沿って設けられる直線状のガイド上を
（図示せず）摺動自在に、かつ回転はできないように設
ける。回転軸１を回転駆動すると、ホルダ101に回転自
在に支持されたリング２が回転軸１のねじ溝1aに沿って
回転する作動によって、ホルダ101は回転することなく
ガイドに沿って直線駆動される。即ち送り駆動される。

また、回転軸１を回転しないように規制し、かつ回転
軸１をその軸方向には移動自在に支持すると共に、ホル
ダ101を回転駆動すると、リング２と回転軸１のねじ溝1
aの作動により、回転軸１がその軸方向へ送られて直線
駆動される。

尚、回転軸１のねじ溝1aとホルダ101に取付けられ、
ブロック３に回転自在に支持されたリング２の作動によ
り、上述と逆に回転軸１の直線駆動をホルダ101の回転
駆動に、またホルダ101の直線駆動を回転軸１の回転駆
動に伝達変換することも可能である。

ブロック３はキー溝3eとキー部102aとが噛み合うこと
により、キー部102aの伸長方向に移動自在であり、ま
た、円板シュー102と一体となって円形窪み部101a内を
回転自在となっている。そして、ブロック３の上面301
には皿ばね103が当接しており、この皿ばねの付勢力に
よりリング２が常に一定の荷重でねじ溝1aに押し付けら
れている。

回転軸１のねじ溝1aは、その全長に渡って変動、累積
代表リード誤差と呼ばれる誤差や、ねじ径の誤差が避け
られない。このような加工上の寸法誤差があっても、リ
ング２は常に一定の予圧でねじ溝1aに噛み合っている。

次に回転軸１のねじ溝1aの形状およびリング２の内周
断面の凸状の形状について、第５図から第12図に基づい
て説明する。

第５図に示すように回転軸１のねじ溝1aのリード角は
谷径（θ_１）と外径（θ_２）とでは多少異なることは先
にも説明したが、更に詳細にねじ溝1aを観察すると、そ
の谷径部と外径部とはねじの進み量に差が有り、谷径部
を基準にしてみれば、左右の外径部では各々＋β、−β
の進み量に差が生じている。そこで、このようにねじ溝
1aの場所によってリード角も、進み量も異なり、ねじ溝
1aに対する直角の断面が半円状をなす溝に、第12図に示
す様な内周断面形状が半円状のリング２をねじ溝1aのリ
ード角（ねじ溝1aのリード角の最大値と最小値の間の角
度）だけ傾けて係合させると、リング２の半円状の曲率
はねじ溝1aの半円状の曲率より小さくしても、リング２
とねじ溝1aとは２点接触となり、回転力を伝達する時に
リング２とねじ溝1aの間に滑りを生じ伝達効率が低下す
る。

そこでこの干渉を避ける形状として、まずリング２が
第12図に示すような半円状の場合には、第６図に示す様
にねじ溝1aの谷部にストレート部Ｓを設けたり、第７図
に示す様に第６図のストレート部Ｓ相当部を逃げとした
り、第８図に示す様にストレート部Ｓを設けリング２が
接触しない側の曲率半径R₁を他側の曲率半径Ｒより大き
くする。ここで、図中のＲはねじ溝に必要な半円状の曲
率である。

次にねじ溝が第９図に示す様に半円状（第９図に示す
形状）の場合は、第10図、第11図に示す様にリング２の
半円形状の曲率中心を左右Ｌだけ移動させゴシック状と
する。第11図に示す方法ではリング２の内径部が鋭角に
なるのを防ぐため先端部をγ_１だけ更に曲率を設けるこ
とで、先端部での大きな応力発生を防ぐことができる。
ここでγはリング２に必要な半円状の曲率であり、γ＞
γ_１である。

以上述べたうちの一つの方法をとることでリング２と
ねじ溝1aは干渉することなく係合させることができる。

次に上述した送りねじ装置を直角装置ロボットに適用
した例を第13図〜第15図に基づいて説明する。

第13図は直角座標ロボットの斜視図、第14図は第13図
におけるＤ−Ｄ線に沿う断面図、第15図は第13図におけ
るＥ−Ｅ線に沿う断面図である。

この直角座標ロボットは、Ｘ軸に沿って摺動するＸス
ライドフレーム16と、工具21及び工具駆動用モータ22を
装着してＹ軸に沿って摺動するＹスライドフレーム17と
から構成される。このスライドフレーム16,17は、各々
上述した送りねじ装置によって直線駆動される。

ガイドフレーム13の上面には、スライドフレーム16を
フレーム13の長手方向に沿って摺動する摺動面が形成さ
れており、そのフレーム13の両端部は第14図に示す様
に、ベアリング軸受15が設けられて上述の回転軸１を回
転自在に支持する。Ｘスライドフレーム16の下部には、
回転軸１と嵌合する上述したホルダ101が設けられてい
る。このホルダ101は前述した様に回転軸１のねじ溝に
内接するリング２を有しており、Ｘスライドフレーム16
に固定されている。よってガイドフレーム13に固定した
Ｘ軸駆動モータ11が回転すると、カップリング12を介し
てモータ11と連結された回転軸１が回転し、前述した回
転軸１とホルダ101の作動によってホルダ101及びＸスラ
イドフレーム16がＸ軸方向のガイドフレーム13に沿って
直線駆動される。

Ｘスライドフレーム16に固定されたガイドフレーム1
8、ガイドフレーム19は、Ｙスライドフレーム17に取り
付けられた軸受によりＹスライドフレーム17をＹ軸方向
に摺動自在に支持する。またＸスライドフレーム16とガ
イドフレーム18の一端には、回転軸１を回転自在に支持
するベアリング軸受15が設けられている。またＹスライ
ドフレーム17内には、ホルダ101が前記Ｘスライドフレ
ーム16に固定されたのと同様に固定されている。よっ
て、フレーム16に固定されたＹ軸駆動モータ11が回転す
ると、カップリング12を介してモータ11と連結された回
転軸１が回転し、前述した様に、回転軸１とブロック３
の作動によってホルダ101及びＹスライドフレーム18が
Ｙ軸方向のガイドバー19に沿って直線駆動する。

ここでねじ溝の形成された回転軸１のリード角を大き
くすると、モータ11の１回転当りのホルダ101の直線移
動量が大きくなるので、回転軸１の外径を大きくするこ
となく、しかもモータ11の回転速度を大きくすることな
く、X,Yスライドフレーム16,17を高速で送り駆動するこ
とが可能となる。尚、上述の実施例においては、ねじ溝
1aのリード角を45度以上にすることができた。

尚、上述の実施例では、２条のねじ溝1aと２個のリン
グ２あるいは１条のねじ溝1aと１個のリングでの嵌合に
よって構成されているが、ねじ溝1aの条数、リング２の
個数は上述以外であっても同様の効果を有することは言
うまでもない。

また、上述の実施例では皿ばね103であったが、これ
はつるまきばね、板ばね、ねじりコイルばね、コイル、
あるいは気圧、液圧で荷重を発生するシリンダであって
も良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の送りねじ装置の一実施例を示す構成図
である。第２図は第１図におけるII−II線に沿った部分
断面図、第３図は第２図におけるIII−III線に沿いリン
グの回転軸心と平行な面での部分断面図、第４図は第１
図におけるIV−IV線に沿った部分断面図、第５図はねじ
溝の進み量の差を示す回転軸の部分図、第６図から第９
図は回転軸をリード直角で断面した部分断面図、第10か
ら第12図はリングの部分断面図、第13図は本発明の送り
ねじ装置を適用した直角座標ロボットの一例を示す斜視
図、第14図は第13図のＤ−Ｄ線に沿う部分断面図、第15
図は第13図のＥ−Ｅ線に沿う断面図、第16図は従来のボ
ールねじを示す断面図である。 １……回転軸,1a……ねじ溝,2……リング,3……ブロッ
ク,4……剛球,5,6……アウタレース,101……ホルダ,102
……シュー,103……皿ばね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】螺旋状のねじ溝が外周に刻設された回転軸
   と、 該回転軸のねじ溝に内接するように、前記回転軸の軸心
   に対して、前記ねじ溝のリード角と同一角度に配された
   ２つのリングと、 前記回転軸を配置するための前記回転軸の外径と略同一
   の大きさの貫通孔、及び該貫通孔の軸心に対して平行な
   底面、及び該底面に対して前記ねじ溝の前記リード角と
   該同一の角度で以って立つ２つの側面を備えたブロック
   と、 前記リングを前記ねじ溝に押圧するために前記ブロック
   を付勢する付勢手段と、 前記ブロックの前記底面を保持して回転可能なホルダー
   とから構成され、 前記ブロックを前記付勢手段にて付勢することで前記ブ
   ロックに前記ホルダーに対する回転を与え、該ブロック
   に配された前記のかつのリングを前記ねじ溝に内接させ
   て押圧することで前記回転軸の回転運動を前記ブロック
   の直線運動に変換することを特徴とする送りねじ装置。