JPS6396350A - ネジ軸とナツトとの螺合回転による直線移動装置 - 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】 く本発明が属する技術分野〉 本発明は、ネジ軸とこれに螺合するナツトを共に回転さ
せ、両者の回転数の差（＝相対回転数）により直線移動
が得られるようにしたネジ軸とナツトとの螺合回転によ
る直線移動装置に関する。

く本発明の背景〉 従来、回転を入力すると直線運動が得られるネジ軸とナ
ツトの螺動を利用した装置には、（１）ネジ軸を回転可
能かつ軸方向移動不能に固定側に取付けるとともに、ネ
ジ軸に螺合したナツトを直線ガイドに案内される可動体
に固定し、ネジ軸をモータまたはハンドルで回転する方
法。

（２）ネジ軸を固定するとともに、ネジ軸に螺合したナ
ツトを直線ガイドに案内される可動体に回転可能に取付
け、ナツトを可動体より設けたモータまたはハンドルで
回転する方法。

（３）ネジ軸を直線ガイドに案内される可動体に固定し
、ネジ軸に螺合したナー、トを回転可能かつネジ軸方向
移動不能に固定側に取付け、ナツトを固定側より設けた
モータまたはハンドルで回転する方法。

（４）ネジ軸を直線ガイドに案内される可動体に回転可
能かつ軸方向移動不能に取付け、ネジ軸に螺合したナツ
トを固定側に固定し、ネジ軸を可動体より設けたモータ
またはハンドルで回転する方法。

の四つの方法以外は提供されていなかった。

マイクロメーターや精密位置決めテーブルに応用されて
いる差動ネジの原理も、ネジ軸とナツトの一方を回転し
他方を固定した機構を重複して有していて移動量が相殺
されるようになっているにすぎない。

他方、ネジ軸とナツトの螺動と利用して高速移動を行わ
せるには、ポールネジが使用され、ネジ軸の一回転で一
ピッチ移動するので、高速移動には限度がある。ネジ軸
を一条ネジでなく二条ネジまたは三条ネジにすれば一条
ネジの二倍または二倍の高速移動が実現できる訳である
が、ボールナツトがきわめて大径になるとともに製造に
は困難が伴い、あまりに高価となる。

本発明者は、遊星差動歯車機構のように、それぞれ高速
で回転する二つの回転体の回転数の差（＝相対回転数）
を実際の回転として取出すことができる機構を構成すれ
ば、それは大幅に減速した減速機構を実現すること梅る
ものと認識し、相対回転数を実際の回転や直線移動量と
して取出すことができる機構を研究していたところ、ネ
ジ軸とこれに螺合するナツトを同一方向に回転させ、か
つ回転数を僅かに異ならせると、減速機を用いなくても
入力回転数に対して大幅に減速した直線移動が得られる
ことを思い付いた。

〈従来技術とその問題点〉 そこで、本願出願人が特許調査したところによれば、従
来において、ネジ軸とこれに螺合するナツトを共に回転
させ、両者の回転数の差により直線移動が得られるよう
にしたネジ軸とナツトとの螺合回転による直線移動装置
は、日本国・特許出願公開公報・昭和５８年第５７５５
７号にかかる発明が唯一存在するのみであった。

く本発明の目的〉 本発明は、ネジ軸とナツトを僅かに回転数が相違するよ
うに同一方向に同時回転させることにより微速ないし超
々微速か得られ、またネジ軸とナツトを互いに反対方向
に回転させることにより、ネジのリードの約二倍の相当
する高速移動が得られる直線移動装置を提供することを
主たる目的としている。

また本発明は、精密位置決めテーブルや高速位置決めテ
ーブル、モータ駆動式の大推力もしくは高速のシリンダ
装置などの駆動ユニットとして好適な構造であるネジ軸
とナツトとの螺合回転による直線移動装置を提供するこ
とを副次的な目的としている。

また本発明は、従来のモータの設置スペースや電気配線
の不便を解消できるネジ軸とナツトとの螺合回転による
直線移動装置を提供することを副次的な目的としている
。

く本発明の概要〉 本発明のネジ軸とナツトとの螺合回転による直線移動装
置は、 ナツトが螺合するネジ軸がダブルに設けられ、ナツト同
士及びネジ軸同士の少くとも一方が相互に回転伝達する
ように連結され、ネジ軸とナツトを同一方向に僅かに異
なる回転数で同時回転させられるようになっているか、
互いに反対方向に同時回転させられるようになっていて
１部品点数が少く構造が簡単である。

ナツト同士及びネジ軸同士を相互に回転伝達できるよう
に連結することにより、ネジ軸を２００回転、ナツトを
同一方向に１９９回転させることができる。もって、ネ
ジ軸の１回転当りネジピッチの１／　１００〜１／２０
０の送りが容易に実現され、減速機が不要なモータ直結
型の超精密位置決め用テーブル装置やシリンダ装置がき
わめて低コストで実現できる。さらに大幅な減速が実現
できるので、大推力が得られるとともにセルフロック機
構が働き、超小型大出力シリンダ装置が実現できる。ナ
ツト同士及びネジ軸同士の一方ではなく一方を相互に回
転伝達できるように連結した場合には、二つのモータで
相互に解消しながら回転を与えるので、一方を２００回
転、他方を１９９回転させることは難しいが、五対四と
か四対三とか比率で回転を与えることが可能であり、微
速移動が実現できる。

他方、ナツト同士及びネジ軸同士の回転伝達手段とネジ
の方向に組合わせいかんで、ネジ軸とナツトを反対方向
に同時回転させる構造にもなり、この場合には、ネジ軸
とナツトをダブルでなくシングルに設けた従来の送り量
とほぼ同じになる。さらに、一方のネジ軸を回転不能に
ロックすり ると、送り量は従来の送り量Ｉはぼ半分になる。

これについては、特にメリットがない新規な移動装置の
提供に思えるが、そうではなく、二つのモータで駆動す
る実施態様では一方を正転させたまま他方を停止または
反転させると微速ないし超々微速の移動と、高速移動が
切替え式に得られる。二つの回転伝達手段によりナツト
同士またはネジ軸同士を二重連結する場合には、一方の
回転伝達手段について、クラッチブレーキや回転を反転
させて伝達する機構を含めて構成することにより、微速
ないし超々微速の移動と、高速移動が切替え式に実現で
きる。

く本発明の目的達成の手段〉 二本のネジ軸と、該二本のネジ軸を互いに平行させて回
転可能にかつ軸方向相対移動不能に支持する軸支持要素
と、各ネジ軸に螺合され推力によって螺動が生起し得る
ナツトと、二本のネジ軸に螺合するナツトを回転可能か
つ軸方向相対移動不能に支持するナツト支持要素とを備
え、さらに、ナツト間・回転伝達手段とネジ軸間・回転
伝達手段のいずれか一方または一方を有し、軸支持要素
とナツト支持要素の一方が固定側とされ、他方が直線移
動するようになっており、ネジ軸とナツトを同一方向に
僅かに異なる回転数で同時回転させて、可動側の支持要
素において微速ないし超々微速で移動が得られるか、ま
たは、ネジ相当する高速移動が得られるものである。

以下、本発明のネジ軸とナツトとの螺合回転による直線
移動装置がどのように具体化されるか実施例によって詳
しく説明する。

く第一実施例・・・第１図〉 先ず、構成を説明する。

ナラ）１が螺合するネジ軸２と、ナツト３が螺合するネ
ジ軸４が、上面が長尺なベッド面となる軸支持要素５に
より互いに平行してそれぞれが回転可能にかつ軸方向相
対移動不能に両端支持されるとともに、ナツト１と３が
スライダーとなるナツト支持要素６により、それぞれが
回転可能にかつ軸方向相対移動不能に両端支持されてい
る。

ナツト支持要素６は、軸支持要素５に側方と上部を囲ま
れており、分割組付は構造とされ、ナツトｌと３を内部
に収容して支持している。

ネジ軸２と４は、それぞれ軸受７．７、・・を介して軸
支持要素５に支持されており、また、ナツトｌと３は、
中程が大径で両端が小径となる段軸状に形成され、小径
部が軸受８．８．拳拳を介してナツト支持要素６に支持
されている。ネジ軸２の左端部は軸支持要素５の左直立
壁外面５ａを貫通して外方に延びていて、そこに、軸支
持要素５の左直立壁外面５ａへ取付けたダイレクトドラ
イブ争制御用モータ９の中空コアが被嵌され。

またネジ軸４の右端部は軸支持要素５の右直立壁外面５
ａを貫通して外方に延びていて、そこに、軸支持要素５
の右直立壁外面５ｂへ取付けたダイレクトドライブ・制
御用モータ１０の中空コアが被嵌されている。ナツト１
と２の外側にそれぞれ歯車１１．１２が設けられ、歯車
１１と１２は互いに噛合されている。歯車１１と１２は
互いに相手側のナツト２または１に回転を伝達する回転
伝達手段である。制御用モータ９と１０は、コントロー
ラ１３から出力される制御信号に基いて信号変換するモ
ータドライバエ４、工５により回転駆動される。ナツト
支持要素６の両側部下端と、軸支持要素５をｎ形に跨ぐ
可動ステージ１６の下端とが一体に連結されている。該
可動ステージ１６は、ステージ部１６ａの下面に付設さ
れた直線ガイドブロック１７と、軸支持要素５の上面に
備えられたガイドレール１８との保合案内を介して、安
定して直線移動されるようになっている。

次に作用を説明する。

歯車１１．１２のそれぞれの歯数をＺＵ、Ｚ１２とし、
歯車１１（ナツト１）、歯車１２（ナツト３）のそれぞ
れの回転数をＮｉｌ、Ｎ１２とし、ネジ軸２．４のそれ
ぞれのネジピッチをＰ２．Ｐ４　とし、ネジ軸２．４の
回転数をＮ２　、Ｎ４とする。

歯車１１と１２は噛合っているので、回転数の比は歯数
の逆数比と等しい。

今、制御用モータｌＯを停止させ、制御用モータ９によ
りネジ軸２を矢印１９の方向に回転させると、歯車１１
は矢印２０の方向に、歯車１２は矢印２１の方向にそれ
ぞれ回転する。ナツト１２の回転数をＮ１２とすれば、
ナツト支持要素６はＰ４　・Ｎ１２だけ左方向に移動す
る。歯車１１が固定されていて歯車１２と噛合っていな
いものと仮定した場合の歯車１１の移動量は、Ｐ２・Ｎ
２である。しかし、歯車１１は、ネジ軸２と同一方向に
回転し、ナツト１は回転不能であるならば左方向へＰ２
・Ｎ２だけ移動すべきところを、Ｐ２　・Ｎｉｌだけ右
方向へ戻っているとみなすことができる。

したがって、 Ｐ２　・Ｎ２＝Ｐ２　・Ｎ１１＋Ｐ４　・Ｎ１２＝Ｐ２
−　Ｎ１１＋Ｐ４　・Ｎｌｌ＠Ｚｌｌ／Ｚ１２＝Ｎ１１
（Ｐ２　　・Ｚ　１２／　Ｚ　１２＋　Ｐ　４　　・Ｚ
　１１／　Ｚ　１２）＝Ｎ１１（Ｐ２　　・Ｚ１２＋Ｐ
４　　拳Ｚｌｌ）／Ｚ１２ゆえに、 Ｎ１１＝Ｐ２　・Ｎ２・２１２ ／　（Ｐ２　拳　Ｚ１２＋Ｐ４　−　　Ｚｌｌ）ナツト
支持要素６の左方向の移動量を出すと、Ｐ４　・Ｎ１２
＝Ｐ２　・Ｎ２−Ｐ２　・Ｎｉ１＝Ｐ２　　　・　Ｎ２
　−Ｐ２　　・　Ｐ２　　・　Ｎ２　　拳　Ｚ　１２／
（Ｐ２　　會　Ｚ１２＋Ｐ４　　・　Ｚｌｌ）会　・　
φ　式（１） 同様に、制御用モータ９を停止させ、制御用モータ１０
によりネジ軸４を矢印２２の方向に回転させると、やは
り歯車１１は矢印２０の方向に、歯車１２は矢印２１の
方向にそれぞれ回転し、ナツト支持要素６はＰ２・Ｎ１
１゛だけ右方向に移動する。しかし、歯車１２は、歯車
１１と噛合ってネジ軸４と同一方向に回転し、右方向へ
Ｐ４−Ｎ４だけ移動すべきところを、 Ｐ４　・Ｎ１２′だけ左方向へ戻っているとみなすこと
ができる。

したがって。

Ｐ４　・Ｎ４　＝Ｐ４　＠Ｎ１２’＋Ｐ２　・Ｎ１１＋
Ｐ４　　　・　Ｎ１２　　°　＋Ｐ２　　拳　Ｎ１２　
　”−Ｚ１２／Ｚｌｌ＝Ｎ１２’　　（Ｐ４　＠Ｚ１１
＋Ｐ２　・Ｚ１２）／Ｚｌｌゆえに、 Ｎ１２’＝Ｐ４・Ｎ４・Ｚｌｌ ／（Ｐ４・Ｚ１１＋Ｐ２・Ｚ１２） ナツト支持要素６の右方向の移動量を出すと、Ｐ２・Ｎ
１１’＝Ｐ４・Ｎ４−Ｐ４争Ｎ１２′＝Ｐ４−Ｎ４−Ｐ
４　・Ｐ４・Ｎ４・Ｚｌｌ／　（Ｐ４−　Ｚ１１＋Ｐ２
　・Ｚ１２）・Φ・式（２） そこでもしも、制御用モータ９，１０をそれぞれ矢印１
９．２２の方向に回転させる場合には、歯車１１がＮ１
１＋Ｎ１ビ回転し、また歯車１２がＮ１２＋Ｎ１２’回
転して式（１）と（２）による移動量の差引が行われる
。この場合、ナツト支持要素６が左方向へ移動する場合
をプラスとすれば、ナツト支持要素６の移動量Ｓは、 ５＝Ｐ４　拳Ｎ１２−Ｐ２　・Ｎ１１′＝（Ｐ２・Ｎ２
−Ｐ４　・Ｎ４）−（Ｐ２−Ｐ２・Ｎ２・Ｚ１２−Ｐ４
・Ｐ４・Ｎ４・Ｚｌｌ）／　　（Ｐ２　　＠　Ｚ１２＋
Ｐ４　　拳　Ｚｌｌ）この式はそれぞれ二つある回転数
やネジピッチ及び歯数について同一という条件を与える
と、以下のような式になる。

（Ｉ）式（３）において、 Ｐ２　＝Ｐ４　＝Ｐとし、またＮ２　＝Ｎ４　＝Ｎとし
、Ｚｌｌ〜Ｚ１２とした場合、 ５＝Ｐ−Ｎ　　拳　（Ｚｌｌ−２１２）　　／　　（Ｚ
１１＋２１２）−・・式（３ａ） ここで、Ｚ１１＝１００　、　Ｚ１２＝９９とすると、
Ｓ＝Ｐ＠Ｎ−１／１９９となる。

１／　１９９は減速比であり、歯車１１と１２の歯数を
大きくとりかつ一枚差にして、二つのモータを同一回転
数で駆動するときわめて大幅な減速が行われるか理解さ
れるであろう。

（ＩＩ）式（３）において、 Ｐ２　＝Ｐ４　＝Ｐとし、またＺ　１１＝　Ｚ　１２＝
　Ｚとし、Ｎ２〜Ｎ４とした場合。

Ｓ＝ｐ　（Ｎ２−Ｎ４　）−Ｐ２　　（Ｎ２　・Ｚ１２
−Ｎ４φＺｌｌ）　／　（Ｚ１２＋２１１） ・争・式（３ｂ） （ＩＩＩ）式（３）において、 Ｎ２　＝Ｎ４　＝Ｎとし、またＺ　１１＝　Ｚ　１２＝
　Ｚとし、Ｐ２　＃Ｐ４　とした場合、 Ｓ＝Ｎ　（Ｐ２−Ｐ４　）−Ｎ　（Ｐ２・Ｐ２−Ｐ４　
・Ｐ４　）　／　（Ｐ２　＋Ｐ４　） ・・・０式（３Ｃ） 続いてもしも、制御用モータ９を矢印１９の方向に回転
させ、制御用モータ１０を矢印２２と反対方向に回転さ
せる場合には、歯車１１がＮ１１−Ｎ！１′回転し、ま
た歯車１２がＮ１２−Ｎｌ２”回転して式（１）と（２
）による移動量の和が行われ、ナツト支持要素６が左方
向に大きく移動する。

その移動量Ｓ′とすると、 Ｓ　’　＝Ｐ４−　Ｎ１２＋Ｐ２・Ｎｉｌ′＝（Ｐ２・
８２　＋Ｐ４１１Ｎ４　）−（Ｐ４　・Ｐ４・　Ｎ４　
−　　Ｚ１１＋Ｐ２　　・　Ｐ２　拳　Ｎ２　争　Ｚ　
１２）／　（Ｐ２−　Ｚ１２＋Ｐ４・Ｚｌｌ）拳　・　
−式（０ この式もまた、それぞれ二つある回転数やネジピッチ及
び歯数について同一という条件を与えると、以下のよう
な式になる０式（４）において、Ｐ２　＝Ｐ４　＝Ｐと
し、またＮ２＝Ｎ４＝Ｎとし、Ｚ１１＝Ｚ１２とした場
合、　　　ｓ’−％ｐ・Ｎ第１図においてネジ軸２と４
が右ネジであるが、ネジ軸２が左ネジで、ネジ軸４が右
ネジとしたり、歯車１１と１２の間に中間歯車を入れる
と、制御用モータ９，１０をそれぞれ矢印１９．２２の
方向に回転させる場合には上記式（０が当てはまり、制
御用モータ９を矢印１９の方向に回転させ、制御用モー
タｌＯを矢印２２と反対方向に回転させる場合には、上
記式（３）が当てはまる。なお、ネジピッチを大きく異
ならせる場合には、ナラ）ｌと３が推力によりネジ軸２
．４に対し螺動が生起するようネジレ角を大きく取る必
要がある。

く第二実施例吻・・第２図〉 この実施例は、制御用モータ９．１０並びに歯車１１．
１２の取付位置が上記第一実施例と相違しているだけで
あり、その他の構成は上記第一実施例と同一である。

説明すると、制御用モータ９、ｌＯは、軸支持要素５に
固定されておらずナツト支持要素６に固定され、それぞ
れナツトｌ、３をダイレクトドライブするようになって
おり、また歯車１１．１２は、ナツト１，３を噛合連結
しておらずネジ軸２と４を噛合連結して設けられ、互い
に回転を干渉するようになっている。

従って、制御用モータ９，１０によりそれぞれナツト１
．３がダイレクトドライブされるとともに、ネジ軸２と
４が同時回転されるようになっていて、制御用モータ９
．１０の回転数の相違か、ネジ軸２と４のネジピッチの
相違か、または歯車１１．１２の歯数の相違により、第
一実施例で示した式（３）または式（４）に従い、ナツ
ト支持要素６が移動するようになっている。

なお、軸支持要素５はベッド形とせずに、第４図に示す
ブラケット形でも良い。

−〉−一一 く第三実施例Ｏ・・第３図〉 この実施例は、軸支持要素５が可動テーブルとされ、ナ
ツト支持要素６が固定ブラケットとされた構成であり、
その他の構成は上記第二実施例と同一である０発明構成
要素について符号を付して説明は省略する。モータに符
号を付していないのは発明構成要素ではないからである
。この実施例では、この実施例装置のユーザーが購入後
において、モータを取付けることはできないが、第一実
施例装置では購入後においてモータを取付けることが可
能であることから、モータは発明構成要素ではなく任意
構成要素であるものと理解されたい。

く第四実施例会・・第４図〉 この実施例は、軸支持要素５はベッド形とせずにブラケ
ット形に形成されている。そして、−個の制御用モータ
９で駆動を行うために、ナツト１とナツト３とが歯車列
からなる回転伝達手段で連結されているとともにネジ軸
２と４が回転伝達手段で連結されている。ネジ軸２は右
ネジで、ネジ軸４が左ネジであるために、回転伝達手段
である歯車列は、中間歯車を宥してナツトｌと３並びに
ネジ軸２と４が同一方向回転するように構成されている
。すなわち、ナツト１の外側の歯車１１とナツト３の外
側の歯車１２との間に軸付中間歯車２３が設けられてお
り、また、ネジ軸２の右端に設けられた歯車２４とネジ
軸４の右端に設けられた歯車２５との間に中間歯車２６
が設けられている。制御用モータ９は、中間歯車２６の
軸と直結されている。

作用を説明する。

制御用モータ９を駆動すると、ネジ軸２と４が同一方向
に回転する。今、ネジ軸２と４がそれぞれ矢印２７．２
８の方向に回転するものとする。すると、ナシ）１と３
はそれぞれ矢印２９．３０の方向に回転する。すなわち
、ナツト１と３とネジ軸２と４は全て同一方向回転とな
る。

歯車１１．１２のそれぞれの歯数をＺｌｌ、Ｚ１２とし
、歯車１１（ナツト１）、歯車１２（ナツト３）のそれ
ぞれの回転数をＮｉ１．　Ｎ１２とし、ネジ軸２．４の
それぞれのネジピッチをＰ２．Ｐ４とし、ネジ軸２．４
の回転数をＮ２．Ｎ４とする。

今、歯車２６から歯車２５への回転伝達を無視しネジ軸
４が回転しないものと仮定した場合。

ネジ軸２が矢印２７の方向に回転すると、歯車１１は矢
印２９の方向に、歯車１２は矢印３０の方向にそれぞれ
回転する。ナツト１２の回転数をＮ１２とすれば、ネジ
軸４が左ネジであるからナツト支持要素６はＰ４・Ｎ１
２だけ左方向に移動する。

歯車１１は、ネジ軸２と同一方向に回転し、ナツト１は
回転不能であるならば左方向へＰ２−Ｎ２だけ移動すべ
きところを、Ｐ２・Ｎｉｌだけ右方向へ戻っているとみ
なすことができる。

したがって、 Ｐ２−　Ｎ２　＝Ｐ２−　Ｎ１１＋Ｐ４−　Ｎ１２今度
は、歯車２６から歯車２４への回転伝達を無視しネジ軸
２が回転しないものと仮定した場合、 ネジ軸４が矢印２８の方向に回転すると、やはり歯車１
１は矢印２９の方向に、歯車１２は矢印３０の方向にそ
れぞれ回転する。ナツト１１の回転数をＮｉｌ”とすれ
ば、ネジ軸２が右ネジであるからナツト支持要素６はＰ
２・Ｎｉｌ’だけ右方向に移動する。

歯車１２はネジ軸４と同一方向に回転し、ナツト３が回
転不能であるならば右方向へＰ４・Ｎ４だけ移動すべき
ところを、Ｐ４・Ｎ１２′だけ左方向へ戻っているとみ
なすことができる。

したがって、 Ｐ４・Ｎ４＝Ｐ４拳Ｎ１２’＋Ｐ２・Ｎ１１゛実際は、
歯車２６から歯車２４と２５への回転伝達が行われるの
で、上記二つの仮定を解いた場合と同じになり、歯車１
１がＮ　１１＋　Ｎ　１１”回転し、また歯車１２がＮ
　１２＋　Ｎ　１２′回転して左方向と右方向の移動量
の差引が行われる。この場合、ナツト支持要素６が左方
向へ移動する場合をプラスとすれば、ナツト支持要素６
の移動量Ｓは、５＝Ｐ４　ψＮ１２−Ｐ２・Ｎｉｌ’ ところで１以上の説明は、第一実施例における作用と全
く同一であり、第一実施例の作用説明移動における式（
３）が全く当てはまることになる。

歯車２４と２５の歯数をＺ２４、Ｚ２５とすると、ネジ
軸２がＮ２回転すると、 ネジ軸４の回転Ｎ４は、 Ｎ４　＝Ｎ２−　Ｚ２４／Ｚ２５回転すルノテ１式（３
）ハ以下のようになる。

５＝Ｐ４　・Ｎ１２−Ｐ２・Ｎｉｌ’ ＝（Ｐ２・Ｎ２−Ｐ４　・Ｎ２・Ｚ　２４／　Ｚ　２５
）−（Ｐ２　・Ｐ２−Ｎ２・２１２−Ｐ４　・Ｐ４・Ｎ
２・　Ｚ２４　・　Ｚ　　１１／Ｚ２５）　　／　　（
Ｐ２　　・　Ｚ１２＋Ｐ４　　拳　Ｚｌｌ） ・・・式（５） 式（５）において・ Ｐ２　＝Ｐ４　＝Ｐ、Ｎ２　＝Ｎ４　＝Ｎ。

Ｚ２４＝Ｚ２５、Ｚ１１＃Ｚ１２　　とした場合。

Ｓ＝Ｐ＠Ｎ・（Ｚｌｌ−Ｚ１２）　／　（Ｚ１１＋Ｚ１
２）これは、第一実施例の作用説明における式（３ａ）
と一致する。

なお、この実施例の場合、回転祖達手段は、ナツト１と
３並びにネジ軸２と４が同一方向に回転するように両者
を相互に回転伝達する連結手段であれば良く、歯車列に
変えて捲掛は装置が使用できる。捲掛は装置としては、
滑りが生じない歯付きベルト式のものが良い。

く第五実施例・・拳第５図〉 この実施例は、軸支持要素５が可動テーブルされ、ナツ
ト支持要素６が固定ブラケットとされ、制御用モータ９
が中間歯車２３を回転駆動するよ°うになっている点が
、第４図に示す第四実施例と異なり、その他の構成は第
四実施例と全く同一であり、発明構成要素について符号
を付して説明は省略する。

く第六実施例・・令弟６図〉 この実施例は、軸支持要素５がベッドとされ、ナツト支
持要素６が軸支持要素５の内側に収容されるスライダー
とされ、ナツト支持要素６に軸支持要素５をｎ形に跨ぐ
可動ステージ１６が支持されている。軸支持要素５に両
端支持されるネジ軸２と４は、共に右ネジであり互いに
反対回転されるように歯車２４．２５により連結されて
いる。

ナツト支持要素６に回転自在に支持されるナツトｌと３
は、互いに反対回転されるように歯車１１．１２により
連結されている。そして、ネジ軸４が制御用モータ９に
より回転されるようになっている。ネジ軸２と４との間
の二軸−回転伝達手段は、歯車２４．２５の他、中間伝
達軸３１及びクラッチ拳ブレーキ３２を含んで構成され
ている。該クラッチ・ブレーキ３２は、ネジ軸２の側３
２ａがブレーキであり、ブレーキオンのときネジ軸２を
停止できるようになっているとともに、歯車２４の側が
クラッチ３２ｂでありオン拳オフによって中間伝達軸３
１とネジ軸２との間の回転を伝達したり遮断したりする
。

従って、クラッチ・ブレーキ３２は、ブレーキ３２ａが
オフのときネジ軸２の回転が保障され、このときクラッ
チ３２ｂがオンとなりネジ軸２と４との間で相互に回転
が伝達されるようになっている。このときのネジ軸４の
回転方向を矢印３３で示すと、ネジ軸２の回転方向を矢
印３４．ナツト３の回転方向は矢印３５、ナラ）ｌの回
転方向は矢印３６で示され、作用は、第四実施例の式（
５）が適用される。

他方、ブレーキ３２ａがオンのときネジ軸２は回転停止
され、このときクラッチ３２ｂはオフとなり、ネジ軸２
と中間伝達軸３１との間で回転が相互に伝達されること
はない、従って、ネジ軸２が回転しないから、制御用モ
ータ９を駆動するとネジ軸４が回転され、ナツト３はネ
ジ軸と同一方向に、またナラ）１は反対方向に回転され
、ナツト支持要素６は左方向へ移動することになる。こ
のときの移動量Ｓは、 ５＝Ｐ２　・Ｎ１１＝Ｐ４　　（Ｎ４−Ｎ１２）＝　Ｐ
４　　（Ｎ４−Ｎｉｌ拳Ｚ　１１／　Ｚ　１２）ゆえに
、 Ｎ１１＝Ｐ４　ΦＮ４・Ｚ１２ ／（Ｐ２・Ｚ１２＋Ｐ４・Ｚｌｌ） 従って、 Ｓ　　＝　　Ｐ２　　　＠　Ｎ１１＝　　Ｐ２　　・　
Ｐ４　　・　Ｎ４　　拳　Ｚ１２／（Ｐ２　・Ｚ１２＋
Ｐ４　　・Ｚｌｌ）Ｐ２＝Ｐ４とすれば、 ５＝Ｎ４　　・Ｐ　＠Ｚ１２／　（Ｚ１１＋　Ｚ１２）
したがって、　Ｚ１１＝２１２とすれば、５＝Ｎ４−Ｐ
／２ Ｚ　１１＝　２１２とする場合には Ｚ２４洪Ｚ２５　　または　Ｐ２＃Ｐ４とする必要があ
る。

なお、この実施例において、 Ｚ　１１＝　Ｚ　１２＝　Ｚ２４＃　Ｚ２５とすること
は可能かどうかについて付言する。

Ｚ　１１＝　Ｚ　１２＝　Ｚ　２４＝　１００枚、Ｚ　
２５＝　９８〜９９枚、または１０１〜１０２枚とする
ことは可能である。

Ｚ　１１＝　Ｚ　１２＝　Ｚ　２４＝　２５枚、Ｚ２５
＝２４または２８枚とすることも可能である。

Ｚ　１１＝　Ｚ　ｔ２＝　Ｚ２４＝　１３枚、Ｚ２５＝
１２または１４枚とすることは一対の歯車について転移
歯車（アンダーカット歯車）とすれば可能である。

く第７実施例・・・第７図〉 この実施例は、第１図に示す第一実施例と略同−のメカ
ニカル構造をしているシリンダ装置である。

軸支持要素５は端板ブロック５Ｃ１５ｄと円筒シリンダ
５ｅとからなり、端板ブロック５Ｃ１５ｄによりネジ軸
２と４を両端支持している。ネジ軸２と４は、端板ブロ
ック５Ｃを貫通していて右端に、端板ブロック５Ｃへ取
付けたモータ９．１０の中空コアが被央している。モー
タ９．１０はモータカバー３７で隠蔽されている。ネジ
軸２に螺合するナツト１の外側に歯車１１が設けられ、
またネジ軸４に螺合するナツト４の外側に歯車１２が設
けられ、軸付中間歯車２３を介して噛合されている。そ
して、円筒５ｅの内側でスライダーとなるナツト支持要
素５が、歯車１１と１２と軸付中間歯車２３を内部に収
容するようにナツトｌと３を回転自在に両端支持してい
る。ピストンロッド３８は、ナツト支持要素６に穿設さ
れたリーマ孔に嵌入され、リーマポルト３９により連結
され、軸支持要素５の端板ブロック５ｄに貫通案内され
ている。

しかして、そのメカニカル構造の木質は上記第一実施例
と同一であり、従って、作用についても第一実施例とほ
ぼ同一であるので説明は省略する。

このシリンダ装置は、推力方向に微速、無負荷方向に高
速、及び中間位置決めがフレキシブルに行える。また、
モータを二個使用するので、推力方向はピストンロッド
の伸張方向と引退方向のどちらにでも換えられる。減速
が大幅に行われるので、減速機が不要であり、トルクが
小さい小型モータが使用でき、小型大出力シリンダ装置
が実現できる。

く第八実施側番・・第８図〉 この実施例は、第四実施例と略同−のメカニカル構造を
しているシリンダ装置である。第七実施例と相違する点
は、−個のモータで駆動されるようになっている点であ
る。

しかして、そのメカニカル構造の木質は上記第四実施例
と同一であり、従って、作用についても第四実施例とほ
ぼ同一であるので、第四実施例と対応する構成要素に同
一符号を付して説明は省略する。

このシリンダ装置は、微速、大推力が得られ、中間位置
決めがフレキシブルに行える。減速が第七実施例よりも
大幅に、かつ確実に行われるので、減速機が不要であり
、トルクが小さい小型モータが使用でき、超小型大出力
シリンダ装置が実現できる。

く変形例、その池水発明に含まれる範囲〉（１）図面は
角ネジ、台形ネジ、三角ネジ等として示されているが、
一般的な用途ではなく超精密、または高速位置決め用と
する場合にはポールネジを使用するのが好ましい。

角ネジ、台形ネジ、三角ネジまたは丸ネジは、二条ネジ
、三条ネジとしても差支えない。ポールネジについては
二条ネジもしくは三条ネジの実現が現状において困難で
あるが、実用化されるならば適用可能である。ナツトは
、ネジ軸とのバックラッシをＯとすることが重要であり
、そのために、ダブルナツトとするのが良い。

ネジ軸やナツトを回転自在に支持する構造は、工作機械
や計測機械、あるいはモータ駆動シリンダ装置において
実施されている軸受設計手法を種々に選択して採用可能
である。

（２）二軸間回転伝達手段は、二個の歯車に限定される
ものでなく、三個以上の歯車列であっても良い、中間歯
車が奇数の場合と偶数の場合とに切変る構成であっても
良い、歯車列が多段もしくは無段変速機を構成していて
も良い。ナツトとその外側に歯車は一体形成品または組
立品のいずれでも良い、その他、歯車列に変えて、ベル
トもしくはチェーン等の捲掛装置であっても良い。

（３）回転駆動手段は必須構成要件ではなく、モータと
手動ハンドルのいずれにより、回転し得るどの部品に対
して回転入力が行われても良い。

（４）移動量または位置検出のためリニアエンコーダを
用いても良い。

（５）す、トとネジ軸にロータリーエンコーダヲそれぞ
れ直接取付けて、モータ始動時における二つのロータリ
ーエンコーダのいずれか一方のパルス信号が入力したと
きではなく、他方のパルス信号が入力したときに、二軸
間回転伝達手段のバックラッシが解消され、ナツトとネ
ジ軸の螺動が行われると考えられるので、このときに可
動側の支持要素が移動開始するものとして、それ以後の
いずれか一方のパルス信号を得て移動量または位置検出
制御をすること。

〈発明の効果〉 以上説明してきたように、本発明のネジ軸とナツトとの
螺合回転による直線移動装置は、ナツトが螺合するネジ
軸をダブルに設けて、ナツト同士及びネジ軸同士をそれ
ぞれ支持要素で支持し、ナツト同士及びネジ軸同士の少
くとも一方を回転伝達手段で連結した構成なので以下の
効果を有する。

（１）ネジ軸とナツトを僅かに回転数が相違するように
同一方向に同時回転させ得る場合にあっては微速ないし
超々微速か得られ、またネジ軸とナツトを互いに反対方
向に回転させ得る場合にあっては一回転当り、ネジのリ
ードにほぼ等しい高速移動が得られる。

（２）大幅な減速が行われるので、減速機が不要、であ
り、モータを直結できる。グラフ÷・九−ヤ付七−夕ｊ
”ｍｕ。

（３）大幅な減速が行われるので、モータは減速機を備
える場合のトルク出力と同じにすることができる。この
結果、従来のモータ、パルスモータ、またはステップモ
ータはダイレクトドライブ用となり得る。これは重大な
コストパーフォーマンスをもたらすことになる。すなわ
ち、ダイレクトドライブ用モータは、高トルク・低回転
を得るためにコイルの巻数が数十倍となりきわめて大径
かつ高価である。

（４）ネジ軸とナツトの螺動により直線移動するので、
ストロークは長大から極小まで任意に取ることができる
。このため、上記の（１）ないしく３）との関係におい
て、計測機械、直交座標ロボット、超精密加工機、半導
体製造・検査装置の超精密位置決めテーブルまたは超精
密位置決め駆動手段として、あるいは、光ディスクの原
盤記憶装置やコンパクトディスクやビデオディスクのピ
ックアップ装置として、あるいは、枚葉印刷機や枚葉包
装機のシート紙のテーブル昇降手段として好適である。

また、プリンターやプロッターにおける高速移動手段と
しても好適であり、カラースキャナーの副走査装置とし
ても好適である。

（５）大幅な減速が行われるとともに、大きな推力が得
られるので、モータが停止した場合セルフロックが働く
、このため、ブレーキ装置が不要な小型大出力のモータ
駆動シリンダ装置が実現できる。また、重量物を無重力
状態に吊上げるバランサーのシリンダ装置にも好適であ
る。他方、回転伝達手段に反転機構を含めれば一回転当
りネジのリードに相当する高速移動も得られ、従って、
大出力トルクモータを用いて回転駆動するように構成し
、射出成型機の型締めシリンダ装置に使用すれば、型同
士が合わされる前は高速・低トルクで、型同士が合わさ
った後は大推力で型締めが実現できる。

（６）位置決めテーブルやモータ駆動式シリンダ装置な
どとして駆動ユニット化する上で好適な構造である。

（７）部品点数が少く、構造が簡単で、製作コストがは
るかに安価である。

既存の超精密位置決め用の微速移動装置、特に差動ネジ
式のものに比べてもストロークをはるかに大きくとるこ
とができ１部品点数が少く、構造が簡単で、製作コスト
がはるかに安価である。ネジ軸とナツトと歯車と軸受け
は大量−超精密製造技術が確立しており、新規な部品は
支持要素のみであり特に複雑な構造でないので、製作コ
ストはきわめて低く押えることができる。

（８）ストロークを長大に取れるので、モータ等、磁界
発生源が近くにあってはならないとされる重用 子ビームパターン転写装置攬テーブルにも採用可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は、いずれも本発明のネジ軸とナー
７トとの螺合回転による直線移動装置にかかる第一実施
例ないし第八実施例であり、第１図ないし第６図はテー
ブル装置とした実施例の縦断正面図であり、第７図及び
第８図はシリンダ装置とした実施例の縦断正面図である
。 １・・ナツト、　　　　２−１１ネジ軸、３・・ナツト
、　　　　　４争・ネジ軸、５・Ｑ軸支持要素、　　６
・・ナツト支持要素、９．１０１１・モータ、１３Φ・
拳コントローラ、１４．１５・・・モータドライバ、 １１．１２．２３．２４．２５．２６・拳・歯車３２・
・Φクラッチ・ブレーキ。 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 二本のネジ軸と、該二本のネジ軸を互いに平行させて回
   転可能にかつ軸方向相対移動不能に支持する軸支持要素
   と、各ネジ軸に螺合され推力によって螺動が生起し得る
   ナットと、二本のネジ軸に螺合するナットを回転可能か
   つ軸方向相対移動不能に支持するナット支持要素を備え
   、さらに、ナット間・回転伝達手段とネジ軸間・回転伝
   達手段のいずれか一方または一方を備え、 軸支持要素とナット支持要素の一方が固定側とされ、他
   方が直線移動するようになっていることを特徴とするネ
   ジ軸とナットとの螺合回転による直線移動装置。