JPS63172056A - 再循環随伴ローラ付ねじ装置 - 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、ミクロンオーダーの極めて精密な並進運動を
行う、機械工学分野で用いられる再循環随伴ローラ付ね
じ装置に関するものである。

［従来の技術］ 工業では、ある部品をある直線に沿って非常に正確な隔
りで変位させなければならない場合が数多く見受けられ
る０例えば光線に対して位置調整がなされるレンズを用
いた光学測定具がこれに当てはまる。別の例は約１００
ｋｇ毎に測られる２木のローラの間隔を１０ｇｍの精度
で調整する圧延機において見られる。

これらの場合における問題点は人間の目で見える変位、
すなわちセンナメートルのオーダーの変位を微小な動き
に変換することにある。変位を縮小させるためのこの目
的に有効な数多くの方法の１つとして、固定したナツト
の内部でねじを回転する方法がある。平均ピッチが１ｍ
腫のねじでは、ねじの完全な１回転はねじの縦方向の１
Ｈの変位に相当し　１００分の１回転は１０Ｂｍの変位
に相当する。現在では、例えばそのねじに接続した円周
が１ｍのハンドホイールの助けによって、或いは電気に
よるステッピングモータを用いることで、１回りの　１
／　１００回転が容易に達成される。

現状では、ねじとナツトとの間で部分的に生じるすベリ
摩擦は動き始めで急に減少する特徴がある。換言すれば
、静止状態のねじを動かすときの初期抵抗は、ねじが既
に回り始めたときの抵抗に比べて遥かに大きい、この現
象により非常に僅かな変位が妨害される。これはねじを
回転状態にするために最初にねじに作用した偶力を直ち
に小さくできないことによる。

この不具合を解消するため、すべり摩擦を一定な回転摩
擦に置き換えるように、ねじとナツトの間のねじ回りに
環状溝の付いた一式のローラを配置している。この回転
摩擦を極力減らすために全体の装置が鋼鉄のような硬質
材料でつくられる。

ねじとナツトの双方のねじ山は直線側に沿って３０′″
に決められ、同時に環状溝はキャップ状に９０＠に調整
される。これにより各々の溝と個々のねじ山との間には
ただ１つの接触点しか存在しないようになる。しかしこ
れらのローラがねじと一緒に回り、同様に縦方向に変位
してす一／　）力）ら逃ようとする事実から新たな問題
が生じる。このためにローラを再循環させる機構、すな
わちローラをナツトの中心に正常に戻す機構を設ける必
要力（ある。

ローラを再循環させるには、通常す、）のねじ山に縦方
向に溝を形成し、ナツトの入口と出口にそれぞれ２つの
カムを配置することにより行われる。これによりローラ
がねじの回りを回転してし）る最中にローラがこの溝の
前方位置に入り込め１ｆローラは２つのカムの１つによ
ってねじのねじ山から押し離される。これらのカムはカ
ム突出量に応じてねじの１又は２ピツチに相当する間隔
でローラをナツトの内部方向に動かすものである。

ローラは次いでローラケージによって横方向に押されて
正規のねじ山に戻り、再び回り始める。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、この装置には動作時に数多くの不都合がある。

ローラがカムに接すると、僅かな衝撃力（起こる。この
装置を集中して使用すると、例えｉｆ毎分３００回の速
度で連続して往復運動させると、衝撃の連続は不快音を
生じるばかりでなく、全体として機械に振動を起こす、
ｍ械の設計によってはこれらの振動は増幅され、摩滅が
容易に早められ、その機械の全体の信頼性を危くする。

更に、カムが摩滅すると、摩耗鉄粉がねじの山に容易に
入り込み、結果としてねじの変位精度を壊してしまう。

別の不都合は、カムによりローラをねじのピッチに厳密
に等しい距離だけ変位させる必要から生じている、これ
は、もしそうしないと、いわゆる「ハードポイントＪ　
（ｈａｒｄ　ｐｏｉｎｔ）が生じ、言い換えればローラ
がねじとナツトの各ねじ山に噛合うときに動かなくなる
重大な結果を生じるからである。カムとローラは個別に
製造されるため、溝に対してローラの接触面とカムの肩
の高さとを正確に調整する必要がある。こうした厳格な
条件によって製造部品のかなりの量が不良品として失わ
れ、かつ非常に注意深い、精巧な組立品が要求され、ね
じ装置の最終的なコストが押上げられている。

本発明の目的は、まず第一に衝撃の発生を防止するねじ
装置を提起することによりこれらの問題を解決すること
にある。このねじ装置は部品の寸法について一般的な方
法でより広い公差を許容する。更に、本発明のねじ装置
は標準的な部品もしくは単純な部品から組立てられ、こ
れにより部品をより容易に製造かつ組立てることができ
、最終的なコストを下げることができる。

［問題点を解決するための手段］ これらの目的を達成するために、本発明は、ナツトと、
周囲に配置された一式のローラによりナツトの中心に保
持されるねじと、ローラを再循環させるための間隙と、
ナツトの両端にねじ止めされねじに対して自由な通路を
残すがローラをナツトの内部に維持するキャップとを備
えた再循環随伴ローラ付ねじ装置であって、ローラはそ
の両端にローラをナツトの中心に戻そうとする弾性手段
を備えたことを特徴とする。

有利な実施例によれば、その弾性手段は、ローラの軸部
内に形成された空洞と、この空洞に収容され、ねじ付き
キャップに作用するビンを空洞から押出すスプリングと
からなる。

ねじ付きキャップをポリテトラフルオエチレン（商標名
テフロン）もしくはナイロン又は他のプラスチック材料
でつくることが有利である。

第二実施例によれば、弾性手段は、ねじ付きキャップと
、ポール溝に任意に配列された一式のポールと、保持ワ
ッシャとからなる軌道輪に作用する。

第三実施例によれば、その軌道輪の保持ワッシャはロー
ラケージの一構成部分として形成される。

第四実施例によれば、ローラは上下の２つの厚いディス
クにより互いに所定位置に保たれる。各ディスクはロー
ラの円滑端部が着座する凹部を有し、各キャップからみ
て軌道輪の反対側に延びて形成される。

別の特徴ある点は、ローラを再循環させるための１又は
２以上の間隙溝がねじに沿って形成されることにある。

変形例としては、１本のローラの半分だけに溝を設け、
残りの半分を滑らかにしておく、これらのローラをねじ
の周囲に交互に反対方向に配置する。

［作　用］ ローラが間隙に入ると、キャップに作用していたスプリ
ングとピンを含む弾性手段がローラをナツトの内部方向
に再循環させる。ローラが間隙からねじとナツトの各ね
じ山の間に再び入ると。

ローラは元の位置に戻る。

［実施例］ 次に図面に示される限定的でない本発明の代表例をより
詳しく説明する。

第１図に示すように、本実施例ねじ装置は、ナツト１１
０と、ねじ１０１　と、ねじ１０１　とナツト１１０の
間に設けられた環状溝のある一式のローラ１０Ｂと、上
下の２つのキャップ１０２により構成される。２つのキ
ャップ１０２はねじ１０１に対して自由な通路を残すが
ローラ１０８をナラ）　１１０の内部に維持する。各キ
ャップ１０２は小ねじ１０３により所定位置で固定され
る。第１図のＡ側に示すように、ローラ１０８の環状溝
はナラ）　１１０及びねじ１０１の双方のねじ山に噛合
う０回転摩擦を減らすため一般的に行われている方法で
ローラ１０８の環状溝は各ねじ山に対してただ１点で接
触するように形成される。これらのローラ１０８はロー
ラケージ１１４により互いに所定位置に保持される。ケ
ージ１１４の基部はキャップ１０２内で自由に回転する
０回転摩擦しか作用しないので、ねじ１０１を所望の速
度で非常にゆっくりと回転させることができる。

ナー、）１１０は通例は機械の骨組に一体的に結合され
、ねじ１０１は位置調整を要する部品を変位させるため
に用いられる。この配置を反対にしても同様に使用でき
る。この場合、ねじ１０１を軸受に支持してモータの軸
に一体的に結合し、モータにより回転させる。その結果
ねじ１０１に沿ってナツト１１０が並進運動する。

ねじ１０１が回転すると、ローラ１０Ｂがねじ１０１と
ナツト１１０の双方に沿って回り、次いで２つのキャッ
プ１０２の一方に向ってナラ）　１１０に沿いながら並
進運動する。ローラ１０８が終端に達したときにローラ
１０８の再循環を可能にするため、第１図のＢ側に示す
ように縦方向に延びる間隙溝１０８がナツト１１０のね
じ山に形成される。

ローラ１０８が並進運動している間、キャップ１０２に
ピン１０４が作用して隣接するスプリング１０７を圧縮
する。その同じローラ１０８は間隙溝１０６に入ると、
ナツト１１０の側面ではもはや保持されず、スプリング
１０７の作用でねじ１０１のねじ山から離れるようにな
る。そのローラ１０８は回転自由となり、圧縮スプリン
グ１０７が伸びてローラ１０８はナツト１１Ｏの中央ま
で押し戻される。ローラ１０８はナツト１１０の中央位
置まで戻れば上下の２つのスプリング１０７がつり合っ
て安定する。

ケージ１１４は他のローラ１０Ｂにより駆動され、回転
自由なローラ１０８をナツト１１０とねじ１０１の各ね
じ山の間に復帰させる。場合に応じて、最終的なローラ
ＩＱ８の上方又は下方の変位は溝に続いてのねじ山によ
って与えられる。従来はカムの存在により一又は他の方
向への動きが妨げられ、これにより「ハードポイント」
をつくり出していたものが、スプリング１０７によって
この動きは非常に滑らかに行われる。

間隙溝ｌＯＢの幅は１回にただ１本のローラ１０８だけ
が解放されるように、通常はローラ１０８の直径にほぼ
等しい、ローラ１０８の数が多い場合１例えば１０本以
上の場合には、間隙１１１！１０Ｂに入っていた前のロ
ーラ１０８が再度ねじ山の間に戻る時点で１本のローラ
１ＧＢが解放されるように、間隙溝１０Ｂの幅を２つの
隣合うローラ１０８の間の距離に等しくすると有利であ
り、軽微な衝撃を弱める最良の方法であることが実験室
のテストで示されている。

各ローラ１０８の長さと２つのキャップ１０２の厚さは
重大でないことに気付くべきである。簡単な製造操作で
ローラ１０８の両端にすき間が形成される。低価格で市
販されている並みの公差のスプリング及びピンを利用す
ることができる。ピン１０４の側面に粘性グリースを塗
布しておけば、組立てている間ビン１０４がローラ１０
Ｂ内の所定位置に保たれ、組立てが容易に行われる。こ
れにより本発明はより少ないコストで性能のより良いね
じ装置が得られる。

ねじ装置の基本型では、ピン１０４がナラ）１１Ｇの内
周を回転するときにピン１０４の丸くした端部がねじ付
きキャップ１０２に擦れる。このすべり摩擦の強さを減
らすために、これらのキャップ１０２をポリテトラフル
オエチレン（商標名テフロン）やナイロンや他のプラス
チックスでつくることが望ましい、更にねじ１０１にあ
る程度ぴったり一致する部分をキャップ１０２に設けて
、これにより塵埃を払うようにすることもできる。

第２図は本発明の第二実施例を示す０図においてピン１
０４が、市場で入手可能な一式のポール１１３とワッシ
ャ１１２　とからなる軌道輪を介して、キャップ１０２
に作用する。ねじ装置が連続して使用され、キャップ１
０２に対するピン１０４の永続するすべり摩擦が熱とな
り、機械力を損失させる場合には、この改良は特に重要
となる。ポール１１３の転がる溝はその中に保持される
ポール１１３の大きさに応じて片面又は両面に形成され
る。

第３図は本発明の第三実施例を示す９図において上述の
ワッシャ１１２はローラケージ１１４　と一体重につく
られ全く同じ部品１１５となる。このねじ装置では、コ
ストは若干高くなるが、前記実施例で生じたすべり摩擦
は、特にピン１０４又はケージ１１５とキャップ１０２
の間ではポール１１３のところの僅かな回転摩擦だけを
残して完全に除かれる。

第５図に基づいて後述する工程によって、また僅かなね
じピッチによって、全てのローラ１０８がそれぞれの再
循環の間で僅かに、例えば８ｍｍ未満しか移動しない場
合には、製造が複雑なローラケージ１１４を第４図に示
される上下の２つの変形ワッシャ１１７に代えてもよい
、これらの厚いワッシャ１１７は周囲にローラ１０８を
収容するための深い凹部１１８を有する。ローラ１０８
−は両端にそれぞれ凹部１１８の幅より僅かに小さい直
径の円滑部１０５を具備する。

第４図から明らかなように、ローラ１０８はナラ）１１
０に対して丁度その中央位置に置かれる。凹部１１８の
深さ及び円滑部１０５の長さは少なくともローラ１０８
の最大変位量りの２倍を上回る。前記実施例と同様に軌
道輪１１３により摩擦力が弱められそれにより機械力の
損失が減少する。

ねじ装置がより単純になったことに加えて、この構成で
は全てのローラ１０８をより近接して一緒に配置できる
ので、所定の周囲に収容できるローラ１０８の本数を増
やすことができ、これによりねじ装置にかかる最大軸荷
重を大きくすることができる。ねじ山の間にローラ１０
８がそれぞれ入ると２つのワッシャ１１７が互いに再整
夕呼しようとすることが分っている。

間隙溝１０［１の位置は今ではカムの位置に依存しない
ので、第５図に示すようにこの間隙溝１０Ｅｉをねじ１
０１自体に、例えばねじ１０１の縦方向に延びる平坦面
１２０の形で形成するのが有利であることが分る。この
平坦面１２０はねじを切落すことにより極めて容易に形
成される。

二番目の凹部１２１の形状はとがった角が全くないので
、ローラ１０８が再循環した後でねじ山の間に再びより
滑らかに入る。

この配置ではローラ１０Ｂがナツト１１０の回りを完全
に１回転した後でなく、換言すればねじｌピッチに等し
い縦変位の後でなく、ねじ１０１上の溝がローラ１０８
を捕えるや否や、極めて素早くローラ１０８が再循環す
る。

所定のローラ１０８が再循環する頻度と位置は、それぞ
れのねじ山が位置するねじ１０１の外径とナツト１１０
の内径に基本的に依存する。第５図に示されるねじ装置
の位置関係では、例えばす−／　）１１０の回りを２／
３回転だけ回った後でローラ１０８が再循環されること
を意味している。このときローラ１０８はねじピッチの
値にして２／３ピツチだけ縦方向に変位したことになる
。これにより、ローラ１０Ｂが移動するナツト１１０内
の第４図の距＃ｈで示すスペースを減少させることがで
きる。

反対に移動用のスペース量が、例えは６■鳳と決まって
いれば、よりピッチが大きくて多数の入口のあるねじ山
を切ることが可能になる。こうしたねじ山は単一の入口
を有するねじ山と比べて迅速につくられる。

全てのローラ１０８の再循環はもはや一箇所だけでなく
ナツト１１０の全周にわたって行われることに注目すべ
きである。これによりねじ装置は中心軸に関して対称に
働く。

直径がより大きなねじ１０１の場合にはねじ１０１の回
りは沢山のローラ１０８で囲まれるが、再循環をより多
くさせるためにねじ１０１の周囲に等間隔に数個の間隙
溝を切っておくことが望ましい。

場合によっては、ねじ１０１とナツト１１０の間の全て
の軸方向の遊びを除き、ねじ装置の剛性を高め、かつね
じ１０１の回転初めに要求される最小の偶力を増加する
ために、ねじ装置に「予めのねじ込みＪ　　（ｐｒｅｃ
ｈａｒｇｅ）　　を与える必要があるかもしれない、こ
の予めのねじ込みを与える装置が第６図に示される０図
においてナツトは上部１２４と下部１２６と目盛付キー
１０９により構成される。上部１２４と下部１２Ｂには
ともにねじが切られ、この全ての配置が箱１３０に収容
される。キー１０９の厚さはねじピッチより僅かに小さ
いか大きい、キー１０９の厚さがねじピッチより小さい
ときには、上部１２４に切られた全ねじ山はローラ１０
８に対して下方に作用し、同時に下部１２Ｅｉに切られ
た全ねじ山は同一ローラ１０８に対して上方に作用する
。これによりローラ１０８はねじ１０１に抗する力とな
る。この緊張作用は回転摩擦及びねじの回転初めに要す
る最小の偶力を増大させる。

このような状況ではローラ１０８がねじ山の間に入ると
ハードポイントが起きるであろう、このくさび作用の強
さを半減させるために、第６図のローラ１２８は半分を
滑らかに、他の半分を溝付きにしである。これらのロー
ラ１２８はねじ１０１の周囲に交互に反対方向に配置す
る。すなわち「上付き」ローラは「下付き」ローラの次
になり、これらのローラは交互に再循環する。上の間隙
溝は下の間隙溝に対してずらしておくとよい、このずら
した配置は２本のローラを同時に再循環させる必要の有
無に拘らず考慮しておくとよい、これによりこの配置に
は中央断面に関して作用が対称となる注意が払われてい
る。

本発明によって再循環ローラ付ねじ装置にもたらされる
進展は小さな装置から大きなユニットまで等しく適用さ
れる。第１図に示されるねじ装置は、他の特質とともに
ポリテトラフルオエチレン（商標名テフロン）のキャッ
プに直接作用するビンやナツトの内部に設けられた間隙
溝によって特徴づけられているが、電子工学から一例を
選ぶと線型ポテンシオメータのような小さな装置に好適
である。このねじ装置が現在利用可能な最もシンプルな
基本型式である。軌道輪のようなオプションの選択や、
ワッシャ１１７によるローラケージの代替えや、ナツト
上又はねじ上での間隙溝の位置決めや、部分的に円滑に
しであるローラの使用は、それぞれのねじ装置の意図す
る特別な用途や技術的かつ経済的な要求に応じてなされ
る。

１層重を越えるまで位置が変化しない重量のある装置に
は、それを取扱うために用いられるねじ装置はねじ山を
厚くシ、ねじピッチを大きくすることが要求される。こ
の場合、軌道輪上を循環する保持ワッシャ１１７とロー
ラの変位を縦方向に限定する１又は２以上の間隙溝１２
１を備えたねじとを用いることが好ましい。

スプリング１１７の位置まで正確に能率良く注油するに
はビンの両端に縦孔を形成しておくとよい。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、ナツトの内側のね
じの周囲に配置したローラの両端にスプリングとビンを
収容した空洞を設けたので、ローラ端部がキャップに衝
撃を与えず、騒音や振動が防止され、ねじ装置の変位精
度を損ねることがない、また厳格な組立条件が要求され
ないため市販の公差の広い部品を利用でき、製造コスト
及び製品コストを低減できる。

またキャップをプラスチックスで形成すれば、すべり摩
擦を低くでき、更に軌道輪を設ければ、より一層摩擦力
を低下させ、機械力の損失を防止できる。

またローラを２つ厚いディスクで保持すれば、複雑なロ
ーラケージが不要となり、ねじ回りに配置可能なローラ
本数を増大でき、ね℃装置にかかる最大軸荷重を大きく
できる。

更に溝付きローラを縦方向に部分的に円滑にしローラを
交互に配置することにより、ハードポイントを起・こす
ことなく予めのねじ込みを付与でき、装置の剛性が強化
され、その軸方向の遊びを除去し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例再循環随伴ローラ付ねじ装置を示
す縦断面図であって、ねじは立体図でローラの下部は断
面図で示す。 第２図〜第４図はそのビンを保持するための種々の構成
例を示す詳細な断面図である。 第５図は本発明の別の実施例の間隙溝を示す横断面図で
ある。 第６図は本発明の更に別の実施例の要部縦断面図である
。 １０１　：ねじ、　　　　１０２：キャップ、１０４：
ビン、　　　　１０８，１２０，１２１　：間隙溝、１
０７：スプリング、　１０８，１２８：ローラ、１１０
：ナツト、　　　１１２，１１５．１１７　：ワッシャ
、１１３：ポール、　　　１１４：ローラケージ、１１
８：凹部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ナットと、周囲に配置された一式のローラにより前
   記ナットの中心に保持されるねじと、前記ローラを再循
   環させるための間隙と、前記ナットの両端にねじ止めさ
   れ前記ねじに対して自由な通路を残すが前記ローラを前
   記ナットの内部に維持するキャップとを備えた再循環随
   伴ローラ付ねじ装置において、 前記ローラはその両端に前記ローラを前記ナットの中心
   に戻そうとする弾性手段を備えたことを特徴とする再循
   環随伴ローラ付ねじ装置。 ２）前記弾性手段は、前記ローラの軸部に縦方向に形成
   されスプリングを収容する空洞を備え、前記スプリング
   は前記空洞からピンを押出し前記ねじ付きキャップに作
   用するように構成された特許請求の範囲第１項に記載の
   再循環随伴ローラ付ねじ装置。 ３）前記ねじ付きキャップは、ポリテトラフルオエチレ
   ンもしくはナイロン又はプラスチックスからつくられた
   特許請求の範囲第１項に記載の再循環随伴ローラ付ねじ
   装置。 ４）前記各ローラの弾性手段は、前記ねじ付きキャップ
   と、ボール溝に任意に着座した一式のボールと、保持ワ
   ッシャとからなる軌道輪に作用するように構成された特
   許請求の範囲第１項に記載の再循環随伴ローラ付ねじ装
   置。 ５）前記軌道輪の保持ワッシャは、ローラケージの一構
   成部分として形成された特許請求の範囲第４項に記載の
   再循環随伴ローラ付ねじ装置。 ６）前記ローラは、上下の２つの厚いディスクにより互
   いに所定位置に保たれ、前記各ディスクは前記ローラの
   円滑端部を収容する凹部を有し、前記各キャップからみ
   て前記軌道輪の反対側に延びて形成された特許請求の範
   囲第１項に記載の再循環随伴ローラ付ねじ装置。 ７）前記ローラを再循環させるための１又は２以上の間
   隙溝が前記ねじに沿って形成された特許請求の範囲第１
   項に記載の再循環随伴ローラ付ねじ装置。 ８）前記ローラの半分にだけ溝を設け、残りの半分を滑
   らかにしておき、こうして形成された全てのローラが前
   記ねじの周囲に交互に反対方向に配置された特許請求の
   範囲第１項に記載の再循環随伴ローラ付ねじ装置。