WO2017064742A1 - 直線駆動装置 - Google Patents

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WO2017064742A1
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WO
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lead screw
slider
guide shaft
drive device
linear drive
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PCT/JP2015/005228
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English (en)
French (fr)
Inventor
高徳 大川
裕之 畑迫
Original Assignee
日本電産サンキョーシーエムアイ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/2003—Screw mechanisms with arrangements for taking up backlash
    • F16H25/2009—Screw mechanisms with arrangements for taking up backlash with radial preloading
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/2003—Screw mechanisms with arrangements for taking up backlash
    • F16H25/2006—Screw mechanisms with arrangements for taking up backlash with more than one nut or with nuts consisting of more than one bearing part
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/204—Axial sliding means, i.e. for rotary support and axial guiding of nut or screw shaft

Definitions

  • the present invention relates to a linear drive device that linearly moves a slider by rotation of a motor.
  • a motor such as a step motor, a lead screw (feed screw) that is rotationally driven by the motor, a guide shaft arranged in parallel to the lead screw, and a base that supports the lead screw and the guide shaft (Case), a guide hole through which the guide shaft penetrates, and a nut into which the lead screw is screwed, and the lead screw rotates so that rotation is prevented by the guide shaft in the axial direction of the lead screw.
  • a motor such as a step motor, a lead screw (feed screw) that is rotationally driven by the motor, a guide shaft arranged in parallel to the lead screw, and a base that supports the lead screw and the guide shaft (Case), a guide hole through which the guide shaft penetrates, and a nut into which the lead screw is screwed, and the lead screw rotates so that rotation is prevented by the guide shaft in the axial direction of the lead screw.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 is known that includes a slider that moves linearly along the
  • This invention is made in view of the said situation, and makes it a subject to provide the linear drive device which can prevent generation
  • the invention described in claim 1 includes a lead screw that is rotationally driven by a motor, a guide shaft that is arranged in parallel to the lead screw at a position eccentric to the lead screw, A base having a running surface parallel to the axial direction of the lead screw and the guide shaft and supporting the lead screw and the guide shaft; a guide hole through which the guide shaft passes; and a nut to which the lead screw is screwed And the guide screw is guided in the moving direction while being prevented from rotating around the axis of the lead screw by the guide shaft, and is guided in the axial direction of the lead screw and the guide shaft.
  • Linear drive having a slider that moves linearly along
  • an urging means for applying a rotational urging force along a circumferential direction around the lead screw or the guide shaft to the slider, and the running surface between the running surface of the base and the slider.
  • a rolling element that is arranged so as to be able to travel along the surface direction, and that transmits a rotational biasing force applied to the slider by the biasing means to the travel surface and receives the reaction force. is there.
  • the slider in the linear drive device according to the first aspect, includes a slider main body having a nut screwed into the lead screw and a guide hole through which the guide shaft passes, and the slider
  • the movable member is divided into a movable member that is relatively displaceable in the circumferential direction or a tangential direction of the circumference with respect to the main body, and the slider main body and the movable member are urged in the separating direction between the slider main body and the movable member.
  • the first preload spring as the urging means is interposed in a compressed state, and the slider body and the movable member are equipped with the rolling elements, respectively.
  • a cylinder is formed on one of the slider body or the movable member and a piston is formed on the other, and the piston is formed with respect to the cylinder.
  • the first preload spring is interposed between the cylinder and the piston.
  • the nut is composed of two divided nuts divided in the axial direction, and at least one of the divided nuts,
  • the second preload spring is provided with a preload for adjusting the axial distance between the two split nuts.
  • the slider play due to the clearance can be suppressed.
  • the rotation applied to the slider when the direction perpendicular to the running surface in the plane perpendicular to the axial direction of the lead shaft and guide shaft is the X direction and the direction parallel to the running surface in the same plane is the Y direction.
  • the reaction force acting on the rolling element from the running surface with respect to the urging force is directed in the X direction perpendicular to the running surface.
  • the rolling element guides the movement of the slider by freely traveling on the traveling surface, and therefore, only the reaction force in the direction perpendicular to the traveling surface acts on the rolling element. Therefore, the play in the X direction between the meshing portion of the lead screw and the nut or between the guide shaft and the guide hole is suppressed by the reaction force in the X direction.
  • the reaction force acting on the slider from the lead screw or guide shaft against the rotational biasing force applied to the slider causes the line segment connecting the center of the lead screw and the center of the guide shaft to travel along the Y direction.
  • it is inclined or perpendicular (not parallel to the Y direction)
  • it is directed in a direction having at least a force component in the Y direction. Therefore, the play in the Y direction between the lead screw and nut meshing portion or between the guide shaft and the guide hole is suppressed by the force component in the Y direction.
  • the slider since the slider receives a reaction force against the rotational biasing force in both the X direction and the Y direction, the slider is in the XY plane (a plane perpendicular to the axial direction of the lead shaft and the guide shaft). Play (radial play) can be suppressed.
  • the lead screw or the guide shaft is centered between the slider body and the movable member by the first preload spring interposed between the slider body and the movable member.
  • a rotational biasing force along the circumferential direction can be applied, and the rolling biasing force provided to the slider body and the movable member can be pressed against the traveling surface of the base by the rotational biasing force.
  • the reaction force in the direction perpendicular to the running surface received by the rolling element can be transmitted to the slider.
  • the first preload spring interposed between the cylinder and the piston causes a circle around the lead screw or the guide shaft between the slider body and the movable member. A rotational urging force along the circumferential direction can be easily applied.
  • the two split nuts are separated by applying a preload in the Z direction (axial direction) by a second preload spring between the two split nuts.
  • it can be relatively moved in the approaching direction, so that the clearance in the Z direction between the male screw on the lead screw side and the female screw on the nut side can be absorbed, and in the Z direction that is the axial direction of the lead screw.
  • the backlash (backlash in the thrust direction) can be suppressed.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a linear drive device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the axial direction of the linear drive device.
  • FIG. 2B is an enlarged view of the IIb circle in FIG. 2A.
  • FIG. 3A is a longitudinal sectional view at the position of the lead screw of the linear drive device.
  • FIG. 3B is an enlarged view of the IIIb circle in FIG. 3A.
  • the linear drive device has a base 1, a step motor 2 attached to the base 1, a lead screw 10 that is rotated by the step motor 2, and a lead screw 10.
  • the guide shaft 11 is arranged in an eccentric position in parallel with the lead screw 10, the guide hole 29 through which the guide shaft 11 passes, and the nut 28 into which the lead screw 10 is screwed.
  • the lead screw 10 is arranged around its axis.
  • a slider 20 that is guided by the guide shaft 11 in the moving direction while being prevented from rotating about the axis of the lead screw 10 by the guide shaft 11 and moves linearly along the axial direction of the lead screw 10 and the guide shaft 11. ing.
  • a base 1 is formed by bending flanges 1b and 1c at the base end and the front end in the longitudinal direction of a band-like base body 1a.
  • a step motor 2 is fixed to the outside of 1b.
  • the upper surface of the base body 1 a is a running surface 1 d that is parallel to the axial direction of the lead screw 10 and the guide shaft 11.
  • the lead screw 10 is integrally formed on the extension of the rotation shaft of the step motor 2, and the tip is rotatably supported by a flange 1 c on the tip side of the base 1 via a radial-thrust bearing 15. .
  • the guide shaft 11 is disposed obliquely above, which is an eccentric position with respect to the lead screw 10, and both ends thereof are fixed to the base 1 side flange 1 b and the distal end side flange 1 c. .
  • the direction perpendicular to the traveling surface 1d is the X direction
  • the direction parallel to the traveling surface 1d is the Y direction, the X direction, and the Y direction.
  • the following description will be made with the direction perpendicular to the direction, that is, the axial direction of the lead shaft 10 and the guide shaft 11 as the Z direction.
  • a line segment S connecting the center axis of the lead screw 10 and the center axis of the guide shaft 11 is in the Y direction in the XY plane. It is inclined about 30 ° to 60 °. That is, the line segment S is not parallel to the Y direction, and the positions of the lead screw 10 and the guide shaft 11 with respect to the traveling surface 1d are determined at positions that satisfy the condition.
  • the slider 20 incorporates a first preload spring (biasing means) 35 that applies a rotational biasing force along the circumferential direction around the lead screw 10. .
  • a steel ball (rolling element) 24 that can travel along the surface direction of the traveling surface 1d.
  • the steel ball 24 is mounted so as to be able to roll in all directions along the surface direction of the traveling surface 1d, and transmits a rotational biasing force applied to the slider 20 to the traveling surface 1d by the first preload spring 35. It fulfills the function of receiving the reaction force.
  • the slider 20 has a nut 28 that is screwed into the lead screw 10 and a guide body 29 that passes through the guide shaft 11, and a relative displacement in the circumferential direction or a tangential direction of the circumference with respect to the slider body 21. It is divided into possible movable members 30.
  • the slider 20 is provided with two leg portions 22 and 23 on both sides in the Y direction across the lead screw 10, and the slider body 21 is provided with one leg portion 22 of the slider 20,
  • the movable member 30 is provided with the other leg portion 23 of the slider 20.
  • the steel ball 24 is equipped at the lower end of each leg part 22 and 23 so that rotation in all directions is possible.
  • a cylinder 25 is formed on the shoulder of the slider body 21 opposite to the side where the guide shaft 11 is located.
  • the movable member 30 is formed with a piston 31 corresponding to the cylinder 25.
  • the piston 31 is combined with the cylinder 25 so as to be slidable in the tangential direction of the circumference around the lead screw 10. That is, the outer peripheral surface 31a of the piston 31 is slidably fitted to the inner peripheral surface 25a of the cylinder 25.
  • the tangential direction in this case is set to an angle near 45 ° obliquely with respect to the X direction and the Y direction.
  • a spring accommodating space 32 is provided inside the piston 31, and a column part 27 protruding from the inner bottom 25 a of the cylinder 25 is inserted into the spring accommodating space 32 with an annular gap. Then, a first preload spring 35 made of a compression coil spring is accommodated in the annular gap, and both ends of the first preload spring 35 are pressed against the inner bottom portion 25a of the cylinder 25 and the inner bottom portion of the spring accommodating space 32 of the piston 31. By doing so, the cylinder 25 and the piston 31 are urged in the separating direction by the forces FA and FB.
  • the nut 28 screwed onto the outer periphery of the lead screw 10 includes two divided nuts 28 a and 28 b divided in the axial direction (Z direction) of the lead screw 10. These split nuts 28a and 28b are fitted into a recess 28d penetrating in the axial direction of the slider main body 21, and one of these split nuts 28a is formed on holding walls 28e and 28f projecting from the inner wall of the recess 28d. It is held so as not to be sandwiched and moved in the axial direction. The other split nut 28b is accommodated in the recess 28d so as to be movable in the axial direction.
  • a second preload spring 40 made of a compression coil spring is interposed between one split nut 28a or holding wall 28f and the other split nut 28b, and the two preload springs 40 provide two split nuts.
  • a preload is applied between 28a and 28b to increase the distance in the axial direction (Z direction) between the split nuts 28a and 28b in the separating direction.
  • the operation of the linear drive device having the above configuration will be described.
  • the slider main body 21, the movable member 30, and the urging force FA, FB of the first preload spring 35 interposed between the cylinder 25 on the slider main body 21 side and the piston 31 on the movable member 30 side are used.
  • rotational urging forces RA and RB along the circumferential direction around the lead screw 10 can be applied.
  • the steel balls 24 equipped with the lower end of the leg portion 22 on the slider body 21 side and the lower end of the leg portion 23 on the movable member 30 side are attached to the running surface 1d of the base 1 by the rotational biasing forces RA and RB. Can be pressed.
  • the reaction forces NA and NB in the direction perpendicular to the traveling surface 1d (X direction) received by the steel ball 24 from the traveling surface 1d can be transmitted to the slider 20.
  • the reason is that the steel ball 24 guides the movement of the slider 20 by freely traveling on the traveling surface 1d in all directions, so that the steel ball 24 is opposite in the direction perpendicular to the traveling surface 1d (X direction). This is because only force acts.
  • reaction forces NA and NB acting on the steel balls 24 from the running surface 1d with respect to the rotational biasing forces RA and RB applied to the slider body 21 and the movable member 30 are directed in the X direction perpendicular to the running surface 1d. It will be. Therefore, as a result, the engagement between the lead screw 10 and the nut 28 and the play in the X direction between the guide shaft 11 and the guide hole 29 can be suppressed by the reaction forces NA and NB in the X direction.
  • the reaction force NC acting on the slider body 21 from the guide shaft 11 against the rotational biasing forces RA and RB applied to the slider body 21 and the movable member 30 connects the center of the lead screw 10 and the center of the guide shaft 11. Since the line segment S is inclined with respect to the running surface 1d along the Y direction (that is, not parallel to the Y direction), it is directed to at least a direction having a force component in the Y direction orthogonal to the X direction. Become. Therefore, rattling in the Y direction between the lead screw 10 and the nut 28 and the guide shaft 11 and the guide hole 29 can be suppressed by the force component in the Y direction.
  • the slider body 21 and the movable member 30 receive the reaction forces NA, NB, NC against the rotational biasing forces RA, RB in both the X direction and the Y direction.
  • the backlash of the slider 20 can be suppressed.
  • the two split nuts 28a and 28b are separated from each other by applying a preload in the Z direction (axial direction) by the second preload spring 40 between the two split nuts 28a and 28b. Therefore, the Z-direction clearance (backlash) between the male screw on the lead screw 10 side and the female screw on the nut 28 side can be absorbed, and the slider 20 in the Z direction can be absorbed. The backlash can be suppressed.
  • the cylinder 25 is formed on the slider main body 21 side and the piston is formed on the movable member 30 side.
  • the piston is formed on the slider main body 21 side and on the movable member 30 side.
  • a cylinder may be formed.
  • the line segment S connecting the central axis of the lead screw 10 and the central axis of the guide shaft 11 is about 30 ° to 60 ° in the XY plane with respect to the running surface 1d of the base 1.
  • the said line segment S may be perpendicular
  • the case where the urging direction of the cylinder 25 and the piston 31 by the first preload spring 35 is set to the tangential direction of the circumference around the lead screw 10 is shown. You may set to the tangent direction of the circumference which makes a center. As a result, a rotational urging force in the circumferential direction around the guide shaft 11 acts on the slider body 21 and the movable member 30.
  • the direction in which the preload is applied to the two split nuts 28a, 28b by the second preload spring 40 is set to the direction in which the two split nuts 28a, 28b are separated from each other. May be set in a direction in which the two split nuts 28a and 28b approach each other.

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Abstract

　スライダにおけるガタの発生を確実に防止することのできる直線駆動装置を提供する。本発明は、リードスクリュー（１０）およびガイドシャフト（１１）と、それらに平行な走行面（１ｄ）を有するベース（１）と、ガイドシャフトが貫通するガイド孔（２９）とリードスクリューが螺合するナット（２８）とを有しリードスクリューが回転することで軸線方向に直線移動するスライダ（２０）とを有する直線駆動装置において、スライダにリードスクリューを中心とする円周方向に沿った回転付勢力（ＲＡ、ＲＢ）を付与する第１の与圧バネ（３５）と、走行面とスライダとの間に走行自在に配され、スライダに加えられる回転付勢力を走行面に伝達してその反力を受け止める鋼球（２４）とを備えている。

Description

直線駆動装置
　本発明は、モータの回転によりスライダを直線移動させる直線駆動装置に関するものである。
　この種の直線駆動装置として、ステップモータ等のモータと、モータによって回転駆動されるリードスクリュー（送りねじ）と、リードスクリューと平行に配されたガイドシャフトと、リードスクリューおよびガイドシャフトを支持するベース（ケース）と、ガイドシャフトが貫通するガイド孔とリードスクリューが螺合するナットとを有し、上記リードスクリューが回転することにより、ガイドシャフトによって回転を阻止された状態でリードスクリューの軸線方向に沿って直線移動するスライダと、を備えたものが、例えば特許文献１などにおいて知られている。
特開２００９－１２７７４２号公報
　ところで、この種の直線移動機構では、リードスクリューとナットとの間のクリアランスやガイドシャフトとガイド孔との間のクリアランスの影響で、スライダの動きにガタが生じることがあった。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スライダにおけるガタの発生を確実に防止することのできる直線駆動装置を提供することを課題とするものである。
　上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータによって回転駆動されるリードスクリューと、上記リードスクリューに対して偏心した位置に上記リードスクリューと平行に配されたガイドシャフトと、上記リードスクリューおよびガイドシャフトの軸線方向に対して平行な走行面を有して上記リードスクリューおよびガイドシャフトを支持するベースと、上記ガイドシャフトが貫通するガイド孔と上記リードスクリューが螺合するナットとを有し、上記リードスクリューがその軸線回りに回転することにより、上記ガイドシャフトによって上記リードスクリューの軸線回りに回転を阻止されつつ移動方向に案内されて、上記リードスクリューおよびガイドシャフトの軸線方向に沿って直線移動するスライダとを有する直線駆動装置において、上記スライダに、上記リードスクリューまたはガイドシャフトを中心とする円周方向に沿った回転付勢力を付与する付勢手段と、上記ベースの走行面と上記スライダとの間に上記走行面の面方向に沿って走行自在に配され、上記付勢手段によって上記スライダに加えられる回転付勢力を上記走行面に伝達してその反力を受け止める転動体とを設けたことを特徴とするものである。
　請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の直線駆動装置において、上記スライダが、上記リードスクリューに螺合するナットおよび上記ガイドシャフトの貫通するガイド孔を有したスライダ本体と、このスライダ本体に対して上記円周方向またはその円周の接線方向に相対変位可能な可動部材とに分割され、上記スライダ本体と上記可動部材との間に、スライダ本体と可動部材を離間方向に付勢する上記付勢手段としての第１の予圧バネが圧縮状態で介装されており、上記スライダ本体と上記可動部材にそれぞれ上記転動体が装備されていることを特徴とするものである。
　請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の直線駆動装置において、上記スライダ本体または可動部材の一方にシリンダが形成されると共に他方にピストンが形成されて、上記シリンダに対して上記ピストンが上記接線方向に摺動自在に組み合わせられ、上記シリンダとピストンとの間に上記第１の予圧バネが介装されていることを特徴とするものである。
　請求項４に記載の発明は、請求項１～３のいずれかに記載の直線駆動装置において、上記ナットが、軸線方向に分割された２つの分割ナットよりなり、これら分割ナットの少なくとも一方に、第２の予圧バネによって、２つの分割ナット間の軸線方向距離を調節する予圧が付与されていることを特徴とするものである。
　請求項１～４のいずれかに記載の発明によれば、リードスクリューおよびガイドシャフトの軸線方向と直交する平面内における、リードスクリューとナットの噛み合い部のクリアランスやガイドシャフトとガイド孔との間のクリアランスによるスライダのガタを抑制することができる。例えば、リードシャフトおよびガイドシャフトの軸線方向に垂直な平面内において上記走行面に垂直な方向をＸ方向、同平面内において走行面に平行な方向をＹ方向とするとき、スライダに付与された回転付勢力に対し、転動体に走行面から作用する反力は、走行面に垂直なＸ方向を指向する。転動体は走行面を自在に走行することで、スライダの移動を案内するので、転動体には走行面に垂直な方向の反力しか作用しないからである。従って、リードスクリューとナットの噛み合い部やガイドシャフトとガイド孔との間のＸ方向のガタは、このＸ方向の反力によって抑制される。
　次に、スライダに付与された回転付勢力に対し、リードスクリューまたはガイドシャフトからスライダに作用する反力は、リードスクリューの中心とガイドシャフトの中心を結ぶ線分がＹ方向に沿った走行面に対して傾斜または垂直をなしている（Ｙ方向に平行でない）と、少なくともＹ方向の力成分を持つ方向を指向することになる。従って、リードスクリューとナットの噛み合い部やガイドシャフトとガイド孔との間のＹ方向のガタは、このＹ方向の力成分によって抑制される。即ち、スライダは、Ｘ方向にもＹ方向にも回転付勢力に対する反力を受けるようになっているので、Ｘ－Ｙ平面（リードシャフトおよびガイドシャフトの軸線方向に垂直な平面）内でのスライダのガタ（ラジアル方向のガタ）を抑制することができる。
　また、請求項２に記載の発明によれば、スライダ本体と可動部材との間に介装した第１の予圧バネによって、スライダ本体と可動部材との間に、リードスクリューまたはガイドシャフトを中心とする円周方向に沿った回転付勢力を付与することができ、その回転付勢力によって、スライダ本体および可動部材にそれぞれ装備した転動体をベースの走行面に対して押圧させることができ、走行面から転動体が受けた走行面に垂直な方向の反力をスライダに伝えることができる。
　さらに、請求項３に記載の発明によれば、シリンダとピストンとの間に介在させた第１の予圧バネによって、スライダ本体と可動部材との間に、リードスクリューまたはガイドシャフトを中心とする円周方向に沿った回転付勢力を簡単に付与することができる。
　また、請求項４に記載の発明によれば、リードスクリューおよびガイドシャフトの軸線方向における、リードスクリューとナットの噛み合い部のクリアランス（雄ねじと雌ねじ間のバックラッシュ）によるガタを抑制すことができる。例えば、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向をＺ方向とするとき、２つの分割ナット間に第２の予圧バネによってＺ方向（軸線方向）の予圧を掛けることで、２つの分割ナットを離間方向または接近方向に相対的に微小移動させることができ、それにより、リードスクリュー側の雄ねじとナット側の雌ねじ間のＺ方向のクリアランスを吸収することができ、リードスクリューの軸線方向であるＺ方向のガタ（スラスト方向のガタ）を抑制することができる。
図１は、本発明の実施形態の直線駆動装置の外観斜視図である。 図２Ａは、同直線駆動装置の軸線方向に垂直な平面で切断した断面図である。 図２Ｂは、図２ＡのＩＩｂ円部の拡大図である。 図３Ａは、同直線駆動装置のリードスクリューの位置での縦断面図である。 図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩｂ円部の拡大図である。
　以下、図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。
　この直線駆動装置は、図１および図２Ａに示すように、ベース１と、ベース１に取り付けられたステップモータ２と、ステップモータ２によって回転駆動されるリードスクリュー１０と、リードスクリュー１０に対して偏心した位置にリードスクリュー１０と平行に配されたガイドシャフト１１と、ガイドシャフト１１が貫通するガイド孔２９とリードスクリュー１０が螺合するナット２８とを有し、リードスクリュー１０がその軸線回りに回転することにより、ガイドシャフト１１によってリードスクリュー１０の軸線回りに回転阻止されつつ移動方向に案内されて、リードスクリュー１０およびガイドシャフト１１の軸線方向に沿って直線移動するスライダ２０と、を有している。
　図１および図３Ａに示すように、ベース１は、帯板状のベース本体１ａの長手方向の基端と先端にフランジ１ｂ、１ｃを折り曲げ形成したものであり、ベース１の基端側のフランジ１ｂの外側にステップモータ２が固定されている。ベース本体１ａの上面は、リードスクリュー１０およびガイドシャフト１１の軸線方向に対して平行な走行面１ｄとなっている。
　また、リードスクリュー１０は、ステップモータ２の回転軸の延長上に一体形成されており、先端が、ベース１の先端側のフランジ１ｃにラジアル－スラスト軸受１５を介して回転自在に支持されている。また、ガイドシャフト１１は、リードスクリュー１０に対して偏心した位置である斜め上方に配置されており、両端が、ベース１の基端側のフランジ１ｂと先端側のフランジ１ｃとに固定されている。
　ここでは、リードシャフト１０およびガイドシャフト１１の軸線方向に垂直な平面内において上記走行面１ｄに垂直な方向をＸ方向、同平面内において走行面１ｄに平行な方向をＹ方向、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向、つまり、リードシャフト１０およびガイドシャフト１１の軸線方向をＺ方向として、以下の説明を行う。
　ガイドシャフト１１がリードスクリュー１０の斜め上側に配置されていることで、リードスクリュー１０の中心軸線とガイドシャフト１１の中心軸線とを結ぶ線分Ｓは、Ｘ－Ｙ平面内において、Ｙ方向に対して３０°から６０°程度傾斜している。つまり、上記線分Ｓは、Ｙ方向に対して平行とはなっていず、その条件を満たす位置に、走行面１ｄに対するリードスクリュー１０とガイドシャフト１１の位置が定められている。
　スライダ２０には、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、リードスクリュー１０を中心とする円周方向に沿った回転付勢力を付与する第１の予圧バネ（付勢手段）３５が組み込まれている。また、ベース１の走行面１ｄとスライダ２０との間には、走行面１ｄの面方向に沿って走行自在とされた鋼球（転動体）２４が設けられている。鋼球２４は、走行面１ｄの面方向に沿った全方向に転動自在に装備されており、第１の予圧バネ３５によって、スライダ２０に加えられる回転付勢力を走行面１ｄに伝達してその反力を受け止める機能を果たす。
　スライダ２０は、リードスクリュー１０に螺合するナット２８およびガイドシャフト１１の貫通するガイド孔２９を有したスライダ本体２１と、スライダ本体２１に対して円周方向またはその円周の接線方向に相対変位可能な可動部材３０とに分割されている。スライダ２０には、リードスクリュー１０を挟んだＹ方向両側に位置させて、２つの脚部２２、２３が設けられており、スライダ本体２１には、スライダ２０の一方の脚部２２が設けられ、可動部材３０には、スライダ２０の他方の脚部２３が設けられている。そして、各脚部２２、２３の下端に鋼球２４が全方向回転自在に装備されている。
　スライダ本体２１のガイドシャフト１１が位置する側と反対側の肩部にはシリンダ２５が形成されている。また、可動部材３０には、シリンダ２５に対応させてピストン３１が形成されている。そして、シリンダ２５に対してピストン３１が、リードスクリュー１０を中心とする円周の接線方向に摺動自在に組み合わせられている。つまり、シリンダ２５の内周面２５ａに、ピストン３１の外周面３１ａが摺動自在に嵌合されている。この場合の接線方向は、Ｘ方向およびＹ方向に対して斜め４５°近辺の角度に設定されている。
　ピストン３１の内部にはバネ収容空間３２が設けられており、シリンダ２５の内底部２５ａに突設した柱部２７が、バネ収容空間３２の内部に環状隙間をあけて挿入されている。そして、その環状隙間に圧縮コイルバネよりなる第１の予圧バネ３５が収容され、この第１の予圧バネ３５の両端が、シリンダ２５の内底部２５ａとピストン３１のバネ収容空間３２の内底部に押圧することで、シリンダ２５とピストン３１が力ＦＡ、ＦＢで離間方向に付勢されている。このように、力ＦＡ、ＦＢで、シリンダ２５とピストン３１が付勢されることで、スライダ本体２１と可動部材３０には、図２Ａに矢印ＲＡ、ＲＢで示すような、リードスクリュー１０を中心とする回転付勢力が付与されている。
　また、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、リードスクリュー１０の外周に螺合するナット２８は、リードスクリュー１０の軸線方向（Ｚ方向）に分割された２つの分割ナット２８ａ、２８ｂよりなる。これら分割ナット２８ａ、２８ｂは、スライダ本体２１の軸線方向に貫通した凹部２８ｄに嵌め込まれており、これらのうちの一方の分割ナット２８ａは、凹部２８ｄの内壁に突設した保持壁２８ｅ、２８ｆに挟まれて軸線方向に移動しないように保持されている。また、他方の分割ナット２８ｂは、軸線方向に移動できるように凹部２８ｄに収容されている。
　そして、一方の分割ナット２８ａまたは保持壁２８ｆと他方の分割ナット２８ｂとの間に、圧縮コイルバネよりなる第２の予圧バネ４０が介装され、この第２の予圧バネ４０によって、２つの分割ナット２８ａ、２８ｂ間には、分割ナット２８ａ、２８ｂ間の軸線方向（Ｚ方向）の距離を離間方向に拡げる予圧が付与されている。
　次に、上記構成からなる直線駆動装置の作用を説明する。
　この直線駆動装置では、スライダ本体２１側のシリンダ２５と可動部材３０側のピストン３１との間に介装した第１の予圧バネ３５の付勢力ＦＡ、ＦＢによって、スライダ本体２１と可動部材３０との間に、リードスクリュー１０を中心とする円周方向に沿った回転付勢力ＲＡ、ＲＢを付与することができる。そして、その回転付勢力ＲＡ、ＲＢによって、スライダ本体２１側の脚部２２の下端、および、可動部材３０側の脚部２３の下端それぞれ装備した鋼球２４を、ベース１の走行面１ｄに対して押圧させることができる。従って、走行面１ｄから鋼球２４が受けた走行面１ｄに垂直な方向（Ｘ方向）の反力ＮＡ、ＮＢをスライダ２０に伝えることができる。その理由は、鋼球２４は、走行面１ｄを全方向に自在に走行することで、スライダ２０の移動を案内するので、鋼球２４には走行面１ｄに垂直な方向（Ｘ方向）の反力しか作用しないからである。
　即ち、スライダ本体２１および可動部材３０に付与された回転付勢力ＲＡ、ＲＢに対し、鋼球２４に走行面１ｄから作用する反力ＮＡ、ＮＢは、走行面１ｄに垂直なＸ方向を指向することになる。従って、その結果、リードスクリュー１０とナット２８の噛み合い部やガイドシャフト１１とガイド孔２９との間のＸ方向のガタは、このＸ方向の反力ＮＡ、ＮＢによって抑制することができる。
　また、スライダ本体２１および可動部材３０に付与された回転付勢力ＲＡ、ＲＢに対し、ガイドシャフト１１からスライダ本体２１に作用する反力ＮＣは、リードスクリュー１０の中心とガイドシャフト１１の中心を結ぶ線分ＳがＹ方向に沿った走行面１ｄに対して傾斜している（つまりＹ方向に平行でない）ことから、少なくともＸ方向と直交するＹ方向の力成分を持った方向を指向することになる。そのため、リードスクリュー１０とナット２８の噛み合い部やガイドシャフト１１とガイド孔２９との間のＹ方向のガタは、このＹ方向の力成分によって抑制することができる。
　このように、スライダ本体２１および可動部材３０は、Ｘ方向にもＹ方向にも回転付勢力ＲＡ、ＲＢに対する反力ＮＡ、ＮＢ、ＮＣを受けるようになっているので、Ｘ－Ｙ平面内でのスライダ２０のガタを抑制することができる。
　また、スラスト方向（Ｚ方向）については、２つの分割ナット２８ａ、２８ｂ間に第２の予圧バネ４０によってＺ方向（軸線方向）の予圧を掛けることで、２つの分割ナット２８ａ、２８ｂを離間方向に相対的に微小移動させることができるので、それにより、リードスクリュー１０側の雄ねじとナット２８側の雌ねじ間のＺ方向のクリアランス（バックラッシュ）を吸収することができ、スライダ２０のＺ方向のガタを抑制することができる。
　なお、上記実施形態では、スライダ本体２１側にシリンダ２５が形成され、可動部材３０側にピストンが形成されていたが、この逆に、スライダ本体２１側にピストンが形成され、可動部材３０側にシリンダが形成されていてもよい。
　また、上記実施形態では、リードスクリュー１０の中心軸線とガイドシャフト１１の中心軸線とを結ぶ線分Ｓが、ベース１の走行面１ｄに対して、Ｘ－Ｙ平面内で３０°から６０°程度傾斜している場合を示したが、上記線分Ｓが、Ｙ方向に対し垂直になっていれもよい。つまり、Ｘ方向に一致していてもよい。
　また、上記実施形態では、第１の予圧バネ３５によるシリンダ２５とピストン３１の付勢方向を、リードスクリュー１０を中心とする円周の接線方向に設定した場合を示したが、ガイドシャフト１１を中心とする円周の接線方向に設定してもよい。そうすると、スライダ本体２１と可動部材３０には、ガイドシャフト１１を中心とする円周方向の回転付勢力が作用することになる。
　また、上記実施形態では、２つの分割ナット２８ａ、２８ｂに対して第２の予圧バネ４０で予圧を付与する方向を、２つの分割ナット２８ａ、２８ｂが離間する方向に設定したが、予圧バネ４０を分割ナット２８ｂの外側に配置するなどして、２つの分割ナット２８ａ、２８ｂが接近する方向に設定してもよい。
　モーターの回転により直線移動されるスライダにおけるガタの発生を確実に防止することのできる直線駆動装置を提供できる。
１　ベース
１ｄ　走行面
２　ステップモータ
１０　リードスクリュー
１１　ガイドシャフト
２０　スライダ
２１　スライダ本体
２４　鋼球（転動体）
２５　シリンダ
２８　ナット
２８ａ，２８ｂ　分割ナット
２９　ガイド孔
３０　可動部材
３１　ピストン
３５　第１の予圧バネ（付勢手段）
４０　第２の予圧バネ
ＦＡ，ＦＢ　付勢力
ＲＡ，ＲＢ　回転付勢力
ＮＡ，ＮＢ，ＮＣ　反力
　

Claims (4)

  1. 　モータによって回転駆動されるリードスクリューと、上記リードスクリューに対して偏心した位置に上記リードスクリューと平行に配されたガイドシャフトと、上記リードスクリューおよびガイドシャフトの軸線方向に対して平行な走行面を有して上記リードスクリューおよびガイドシャフトを支持するベースと、上記ガイドシャフトが貫通するガイド孔と上記リードスクリューが螺合するナットとを有し、上記リードスクリューがその軸線回りに回転することにより、上記ガイドシャフトによって上記リードスクリューの軸線回りに回転を阻止されつつ移動方向に案内されて、上記リードスクリューおよびガイドシャフトの軸線方向に沿って直線移動するスライダと、を有する直線駆動装置において、
    　上記スライダに、上記リードスクリューまたはガイドシャフトを中心とする円周方向に沿った回転付勢力を付与する付勢手段と、上記ベースの走行面と上記スライダとの間に上記走行面の面方向に沿って走行自在に配され、上記付勢手段によって上記スライダに加えられる回転付勢力を上記走行面に伝達してその反力を受け止める転動体とを設けたことを特徴とする直線駆動装置。
  2. 　上記スライダが、上記リードスクリューに螺合するナットおよび上記ガイドシャフトの貫通するガイド孔を有したスライダ本体と、このスライダ本体に対して上記円周方向またはその円周の接線方向に相対変位可能な可動部材とに分割され、上記スライダ本体と上記可動部材との間に、スライダ本体と可動部材を離間方向に付勢する上記付勢手段としての第１の予圧バネが圧縮状態で介装されており、上記スライダ本体と上記可動部材にそれぞれ上記転動体が装備されていることを特徴とする請求項１に記載の直線駆動装置。
  3. 　上記スライダ本体または可動部材の一方にシリンダが形成されると共に他方にピストンが形成されて、上記シリンダに対して上記ピストンが上記接線方向に摺動自在に組み合わせられ、上記シリンダとピストンとの間に上記第１の予圧バネが介装されていることを特徴とする請求項２に記載の直線駆動装置。
  4. 　上記ナットが、軸線方向に分割された２つの分割ナットよりなり、これら分割ナットの少なくとも一方に、第２の予圧バネによって、２つの分割ナット間の軸線方向距離を調節する予圧が付与されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の直線駆動装置。
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