JPH02203202A - リード可変ねじ送り機構 - 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、駆動ねじ軸の回転運動を直線運動に変換する
リード可変ねじ送り機構に関する。特に、リードを可変
できるようにしたねじ送り機構に関する。

例えば、測定機や工作機械などのテーブルやヘッドの送
りＩ！横として利用できる。

［従来の技術］ 従来、駆動軸の回転運動を直線運動に変換する送り機構
は、ねじ軸とナツトとを組合わせたねじ送り機構と、牽
擦送り機構とに大別することができる。

前者のねし送り機構は、通常のねじ軸とナツトとを直接
組合わせたすべりねじタイプ、ねじ軸とナツトとの間に
ボール（ボールねじ）やローラ（遊星ローラねじ）など
を配置したころがりねじタイプ、ねじ軸とナツトとの間
にエアーを介在させた非接触ねじタイプなどに分類する
ことができるが、いずれのタイプもねじ軸に係合しなが
らナツトが移動する構造である。

後者の中擦送り機構は、駆動軸の周面に摩擦ローラを圧
接し、駆動軸の回転に伴ってＩ擦ローラに生じる駆動軸
の軸方向分力（推力）で送り動作を行う構造である。

［発明が解決しようとする課Ｕ］ しかしながら、上述した従来の送り機構では、次のよう
な欠点がある。

前者のねじ送り機構では、ねじ軸にナツトが直接あるい
はボールやローラを介して係合した構造であるから、ね
じ軸のピッチや条数などによってリード（ねじ軸１回転
当りの移動量）が一定に決まってしまう、従って、リー
ドを可変することはできない。

後者のＩＩＩ擦送り機構は、駆動軸の周面に中棒ローラ
が圧接した構造であるから、駆動軸の軸線に対して中棒
ローラの軸線が異なる角度に可変できるように、駆動軸
の軸線および中棒ローラの軸線に対して直交する軸を中
心に＊１＊ローラを回動可能に構成すれば、あるいは、
駆動軸の軸線に対して異なる角度の摩擦ローラを複数組
設け、これらを選択的に駆動軸の周面に圧接するように
構成すれば、それぞれリードを可変することができる。

しかし、いずれの構成にあっても、庫擦力を得るために
大きな押圧力を必要とし、しがも、得られる推力も小さ
いことがら利用できる分野も制限される上、リードの可
変範囲も大きくとることができない。

しかも、ＩＩＩ擦ローラを駆動軸の軸線および摩擦ロー
ラの軸線に対して直交する軸を中心として回動可能に構
成することは、構造が複雑化する上、駆動軸の軸線に対
してＪｌ擦ローラの軸線を所定の角度に可変するための
機構やその角度にＪｌ擦ローラを固定するための機構が
必要となるで、より構造が複雑化する。

また、複数組の摩擦ローラを設け、これらを選択的に駆
動軸の周面に圧接可能に構成することは、まず、摩擦ロ
ーラが複数組必要である上、それらを選択的に駆動軸の
周面に圧接するための切換機構が必要である。

ここに、本発明の目的は、このような従来の送り機構の
問題を解決したリード可変ねじ送り機構を提供すること
にある。つまり、楕遣がきわめて簡単で、しかも、大き
な推力が得られる上、リードも大幅にかつ簡単に可変で
きるリード可変ねじ送り機構を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ そのなめ、本発明では、相対移動可能な二部材の一方に
、外周面に雄ねじを有する駆動ねじ軸を相対移動方向に
沿ってかつ回転可能に設けるとともに、前記相対移動可
能な二部材の曲方に、前記駆動ねじ軸の雄ねじと同ピッ
チでかつ互いに噛合する雄ねじを有するローラねじを前
記駆動ねじ軸の回転に追従してころがり回転可能に設け
、このローラねじの回転を規制する回転規制手段を設け
た、ことを特徴とする。

［作　用１ 駆動ねじ軸を回転させると、その駆動ねじ軸に噛合した
ローラねじを介して二部材が相対移動する。このとき、
ローラねじの回転が回転規制手段によって規制されてい
ない状態では、駆動ねじ軸の回転に伴いローラねじも駆
動ねじ軸との間の摩擦により回転するから、二部材の相
対移動量は、駆動ねじ軸の回転による移動量だけでなく
、ローラねじの回転量との相対関係で決まる。一方、ロ
ーラねじの回転を回転規制手段によって規制すると、駆
動ねじ軸に対してローラねじが回転することなくすべり
ながら移動するので、二部材の相対移動量は、駆動ねじ
軸の回転による移動量のみによって決まる。

そこで、この点を第１図を用いて具体的に説明する。第
１図に示すように、外周面に雄ねじ１を有する駆動ねじ
軸２の軸方向へ可動部材６を移動可能に設け、この可動
部材６に前記雄ねじ１と同ピッチで互いに噛合する雄ね
じ３を有するローラねじ４を駆動ねじ軸２の回転に追従
してころがり回転可能に設けるとともに、ローラねじ４
の回転を規制する回転規制手段７、例えばローラねじ４
の両端面を挟持する一対の挟持部付７Ａ、７Ｂを設ける
。なお、５は駆動ねじ軸２を回転させるためのモータで
ある。

ここで、雄すじ１．３のピッチをｐ、Ｐ、雄ねじ１の有
効径（駆動ねじ軸２の軸心からローラねじ４と接する点
までの距離の２倍）をｄ、雄ねじ３の有効径（ローラね
じ４の軸心から駆動、ねじ軸２と接する点までの距離の
２倍）をＤ、雄ねじ１゜３のそれぞれのねじ条数をｓ、
Ｓとする。ただし、ｓ、Ｓは、ねじ方向が右ねしめ場合
を士、左ねじの場合を−とする。

いま、ローラねじ４の回転が回転規制手段７によって規
制されてない状態において、駆動ねじ軸２を回転させる
と、ローラねじ４も駆動ねじ軸２との間の摩擦により回
転するから、二部材の相対移動量は、駆動ねじ軸２の回
転による移動量だけでなく、ローラねじ４の回転量との
相対関係で決まる。つまり、駆動ねじ軸２が１回転した
ときの移動量はｐｓである。そのとき、ローラねじ４は
ｄ／Ｄ回転するから、ローラねじ４の回転による移動量
はｄ／Ｄ　−ｐＳである。従って、機構全体としてのリ
ードΔＸ、は、 ΔＸ＋　＝ｐ　（ｓ十ｄ／Ｄ−３）・・・・・・・・・
・・・・・・（１）で与えられる。

一方、ローラねじ４の回転を回転規制手段７によって規
制すると、ローラねじ４は回転することがないから、駆
動ねじ軸２が１回転したときの可動部材６のリードΔｘ
２は、 Δｘ２＝ｐｓ　　　　　　　　・・・・・・・・・・・
・・・・（２）で与えられる。従って、ローラねじ４の
回転を許容、規制すれば、（１）（２）式からリードを
可変できることが判る。

例えば、駆動ねじ軸２の雄ねじ１のピッチｐをｐ＝１．
５　［鰭］、有効径ｄをｄ＝１５［市］、右ねじ１条つ
まりｓ＝１とし、ローラねじ４の雄ねじ３の有効径りを
Ｄ＝１７［ｎｗ＋］、右ねじ１条つまりＳ＝１とすると
、ローラねじ４の回転が規制れてない状態でのリードΔ
Ｘ、およびローラねじ４の回転が規制された状態でのリ
ードΔｘ２は、（１）（２）式から、 Δｘ　＋　＝　１　、５　（１＋１５　／　１７　Ｘ　
１　）＝２．８２３［ａｍ］ ΔＸ２＝１．５８１ ＝１．５［ｍ］ となる、従って、ローラねじ４の回転が規制されてない
状態では粗動に、ローラねじ４の回転が規制された状態
では微動にそれぞれ切換えることができる。

また、雄ねじ１のピッチｐ、有効径ｄ、ねじ方向および
条数Ｓが前記と同一条件において、ローラねじ４の雄ね
じ３のねじ方向を駆動ねじ軸２の雄ねじ１と逆ねじ、つ
まり雄ねじ３を左ねじ１条（Ｓ＝−１）とすると、ロー
ラねじ４の回転が規制れてない状態でのリードΔｘ１お
よびローラねじ４の回転が規制された状態でのリードΔ
ｘ２は、（Ｎ　（２）式から、 Δ）（、＝ｌ、５（ｉ＋１５／１７ｘ　　１）＝０．１
７６４　［ｒＭａ］ Δｘ２＝１．５Ｘ１ ＝１．５［■］ となる、従って、ローラねじ４の回転が規制され”てな
い状態では微動に、ローラねじ４の回転が規制された状
態では粗動にそれぞれ切換えることができる。

また、雄ねじ１のピッチｐ、有効径ｄ、ねじ方向および
条数Ｓが前記と同一条件において、ローラねじ４の雄ね
じ３のねじ条数を右ねじ２条（Ｓ＝２）とすると、ロー
ラねじ４の回転が規制れてない状態でのリードΔｘ１お
よびローラねじ４の回転が規制された状態でのリードΔ
ｘ２は、（１）（２）式から、 Δｘ１＝１．５　（１＋１５／１７ｘ２）＝４．１４７
０　［ｍ＋］ ΔＸ２＝１．５Ｘ１ ＝１．５　［圓］ となる。従って、ローラねじ４１の回転が規制されてな
い状態では粗動に、ローラねじ４の回転が規制された状
態では微動にそれぞれ切換えることができる。

このように、ローラねじの回転を許容、規制するだけで
、リードを大幅にかつ簡単に可変することができる。し
かも、ローラねじまたは駆動ねじ軸も各１本でよく、か
つ、ローラねじの回転を規制する回転規制手段を設ける
だけでよいから、構造がきわめて簡単である。さらに、
駆動ねじ軸とローラねじとの噛合によって推力を得てい
るから、従来の摩擦送り機構に比べ、より大きな推力を
得ることができる。

［実施例］ 以下、本発明を第２図〜第５図に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。

本実施例では、テーブル送り装置に適用した例で、第２
図に示す如く、ベツド１１に対してテーブル２１が第２
図中左右方向へ往復移動可能に設けられている。

これら相対移動する二部材の一方側、ここではベツド１
１ｒＩ！Ａには、外周面に雄ねじ１２を有する駆動ねじ
軸１３が前記テーブル２１の往復移動方向に沿ってかつ
回転可能に設けられている。雄ねじ１２は、例えばピッ
チｐ＝１．５［ｍ］、有効径ｄ＝１５１：ｍ］、右ねじ
１条つまりｓ＝１である。駆動ねじ軸１３は、その両端
が前記ベツド１１に設けられたブラケット１４（第２図
中左端は図示省略）に回転可能に支持され、かつ、一端
に連結されなモータ１５により回転駆動される。

一方、テーブル２１側には、支持部材２２が固定されて
いる。支持部材２２の両側には、側板２５Ａ、２５Ｂが
固定されている１両側板２５Ａ。

２５Ｂｆｍの下部には、支持軸２６を介して前記駆動ね
じ軸１３の雄ねじ１２と同ピッチの雄ねじ２７を有する
ローラねじ２８が前記駆動ねじ軸１３の雄ねじ１２に噛
合された状態で駆動すじ軸１３の回転に追従して回転可
能に設けられている。

ここで、ローラねじ２８に形成された誼ねじ２７と駆動
ねじ軸１３に形成された雄ねじ１２とは、ピッチＰ、ｐ
が同じ（Ｐ＝ｐ）であるが、ねじ方向が逆の１条ねじ（
Ｓ＝−１）に形成されている。

つまり、雄ねじ１２は右ねじ１条に、雄ねじ２７は左ね
じ１条にそれぞれ形成されている。しかも、雄ねじ２７
の有効径りは、雄ねじ１２の有効径ｄより僅か大きい寸
法（Ｄ−１７［Ｔｌ１１１］　）に形成されている。

また、雄ねじ１２．２７のねじ山形状は、第５図（Ａ＞
に示す如く、互いの有効円上で点接触する円弧面形状に
それぞれ形成されている。この場合、第５図（Ｂ）に示
す如く、雄ねじ１２と雄ねじ２７とのいずれか一方、例
えば雄ねじ２７のねじ山形状を三角形状とし、いずれか
他方、つまり雄ねじ１２のねじ山形状をその三角形状の
斜辺に点接触する円弧面形状としてもよい。

また、前記両側板２５Ａ、２５Ｂ間の上部には、前記ロ
ーラねじ２８の回転を選択的に規制する回転規制手段３
１が設けられている０回転規制手段３１は、中間部が前
記各支持部材２５Ａ、２５Ｂに前記ローラねじ２８の軸
線に対して直交する軸３２Ａ、３２Ｂを中心として揺動
自在に設けられかつ下端が前記ローラねじ２８の両端面
を挾持可能な一対の挾持部材３３Ａ、３３Ｂと、この一
対の支持部材３３Ａ、３３Ｂ間の上部に調整板３４を介
して挿入されかつ通電により長手方向く第２図中左右方
向）へ変位する圧電素子３５とから構成されている。な
お、３６は調整板３４に対向して挾持部材３３Ａに設け
られた調整ねじである。

次に、本実施例の作用を説明する。

（微動送り） ベツド１１に対してテーブル２１を微動送りするには、
圧電素子３５への通電を切った状態、つまりローラねじ
２８が回転可能な状態で行う、この状態において、モー
タ１５により駆動ねじ軸１３を回転させると、駆動ねじ
軸１３の回転に追従してローラねじ２８がころがり回転
しながら移動される。

このとき、ローラねじ２８は駆動ねじ軸１３の回転に追
従して回転するから、リードΔＸ１は、（１）式から、 ΔＸｔ　＝１．５　（１＋１５／１７Ｘ　　１）＝０　
、　１７６４　［０］ となる。つまり、ベツド１１に対してテーブル２１を約
０．１７６４　［Ｍ］のリードで微動送りさせることが
できる。

（粗動送り） ベツド１１に対してテーブル２１を粗動送りするには、
圧電素子３５へ通電する・すると、調整板３４を介して
一対の挟持部材３３Ａ、３３Ｂが軸３２Ａ、３２Ｂを支
点として下端が互いに接近する方向へ揺動するので、ロ
ーラねじ２８は両端面が挟持された状態で回転規制され
る。この状態では、駆動ねじ軸１３に対してローラねじ
２８が回転することなくすべりながら移動される。

このとき、ローラねじ２８は回転することがないから、
リードΔｘ２は、（２）式から、Δｘ２＝１．５Ｘ１ ＝１．５［ｌ１ＩＩ］ となる、つまり、ベツド１１に対してテーブル２１を１
．５［ｍ］のリードで粗動送りさせることができる。

従って、本実施例によれば、駆動ねじ軸１３の雄ねじ１
２と同ピッチでかつ互いに噛合する雄ねじ２７を有する
ローラねじ２８を駆動ねじ軸１３の回転に追従してころ
がり回転可能に設けるとともに、このローラねじ２８の
回転を規制する回転規制手段３１を設けたので、この回
転規制手段３１によってローラねじ２８の回転を許容、
規制するだけで、リードを大幅にかつ簡単に可変するこ
とができる。しかも、駆動ねじ軸１３とローラねじ２８
との噛合によって推力を得ているから、従来の摩擦送り
機構に比べ、より大きな推力を得ることができる。

また、駆動ねじ軸１３まなはローラねじ２８も各１本で
よく、かつ、ローラねじ２８の回転を単に規制する回転
規制手段３１を設けるだけでよいので、構追がきわめて
簡単である。しかも、ローラねじ２８は駆動ねじ軸１３
に常に噛合されている構成であるから、リードを可変す
る際の変動もない。

特に、微動送りにあっては、口―うねじ２８のねじ方向
を駆動ねじ軸１３の雄ねじ１２に対して逆ねじに、しか
も、有効径りを雄ねじ１２の有効径ｄより僅か大きくし
たので、つまり雄ねじ１２の有効径ｄ＝１５［■］に対
してＤ＝１７［鴫］としたので、雄ねじ１２のピッチｐ
（＝１．５［ｌＩｎ］＞よりはるかに小さい微小リード
（八ｘ２＝０．１７６４　［ａｍ］　）でテーブル２１
を微動送りさせることができる。つまり、送り速度を大
幅に切換えることができる。しかも、ローラねじ２８は
、微動送り時には駆動ねじ軸１３の回転に追従して回転
するので、つまりすべりねじのように接触面がすべり接
触するのでなく、ころがり接触なので、効率が高く、か
つ、磨耗などの耐久性にも優れた効果がある。

また、ローラねじ２８の雄ねじ２７の有効径りを駆動ね
じ軸１３の雄すじ１２の有効径ｄより大きく形成したの
で、リードは０より大きくかつ雄ねじ１２のピッチｐよ
り小さくなる。この状態では、第６図に示すように、駆
動ねじ軸１３の回転によりローラねじ２８には、移動方
向の力Ｃと、駆動ねじ軸１３から離れようとする力りと
、回転方向の力とが発生する。ロー°うねじ２８の有効
径りが駆動ねじ軸１３の有効径ｄより小さいと、回転方
向の力はＦとなりローラねじ２８の回転方向と逆向きと
なるが、有効径りが有効径ｄより太きければ、回転方向
の力はＥとなりローラねじ２８の回転方向と同方向とな
るので、滑らせる傾向がなくリードはより安定する。

また、ローラねじ２８の雄ねじ２７および駆動ねじ軸１
３の雄ねじ１２のねじ山形状を、互いに円弧面形状、あ
るいは、一方を三角形状とし、他方を円弧面形状とした
ので、駆動ねじ軸１３とローラねじ２８とを常に有効円
上で点接触させることができる。駆動ねじ軸１３とロー
ラねじ２８とが接する点、つまり有効径が変動すると、
（１）式からリードΔＸが変動するので、駆動ねじ軸１
３とローラねじ２８とを常に有効円径上で点接触させる
ことができることは、リードΔＸを安定させることがで
きる。

なお、上記実施例では、ローラｂじ２８の有効径Ｄ、ね
じ方向および条数Ｓのうち、ねじ方向を駆動ねじ軸１３
の雄ねじ１２に対して逆ねじとしたが、有効径りまたは
条数Ｓを互いに異なるようにしてもよく、さらに、有効
径Ｄ、ねじ方向および条数Ｓの２つ以上が互いに異なる
ように構成してもよい。

また、回転規制手段３１については、上記実施例で述べ
た圧電素子３５を利用したものに限らず、例えば電磁石
やソレノイドの磁力を利用して一対の挾持部材３３Ａ、
３３Ｂを揺動させるように構成してもよく、あるいは、
シリンダを利用して一対の挾持部材３３Ａ、３３Ｂを揺
動させるように構成してもよい。

また、ローラねじ２８を支持軸２６に組込むに当って、
例えば第７図に示す如く、ローラねじ２８の両端面側に
ラジアルベアリング４１Ａ、４１Ｂとスラストベアリン
グ４２Ａ、４２Ｂとを介装すれば、ローラねじ２８をそ
の軸方向およびそれと直交する方向に対してガタなく、
かつ、駆動ねじ軸１３の回転に追従して円滑に回転させ
ることができる。この場合、ラジアルベアリング４１Ａ
。

４１Ｂとスラストベアリング４２Ａ、４２Ｂとに代えて
、アンギュラ玉軸受などでもよい、なお、第７図では、
圧電素子３５の両端面側に調整板３４および調整ねじ３
６をそれぞれ設けている。

なお、本発明は、上記実施例で述べたテーブル送り装置
に限らず、例えば工作機械のコラムやヘッドなどでもよ
く、相対移動する二部材の送り機構一般に利用すること
ができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、駆動ねじ軸の雄ねじと同ピッチでかつ
互いに噛合する雄ねじを有するローラねじを駆動ねじ軸
の回転に追従してころがり回転可能に設けるとともに、
ローラねじの回転を規制する回転規制手段を設けなので
、回転規制手段によってローラねじの回転を許容、規制
するだけでリードを大幅にかつ簡単に可変することがで
きる。

しかも、ローラねじまたは駆動ねじ軸も各１本でよく、
かつ、ローラねじの回転を単に規制する回転規制手段を
設けるだけでよいので、構造がきわめて簡単である。さ
らに、駆動ねじ軸とローラねじとの噛合によって推力を
得ているから、従来の瑠擦送り機構に比べ、より大きい
な推力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための図である。第２
図〜第６図は本発明の一実施例を示すもので、第２図は
正面図、第３図は側面図、第４図は要部を示す斜視図、
第５図は駆動ねじ軸とローラねじとのねじ山形状を示す
図、第６図は駆動ねじ軸の回転によりローラねじに発生
する力を説明するための図である。第７図はローラねじ
を支持軸に組込む場合の具体例を示す断面図である。 １１．２１・・・ベツドおよびテーブル（相対移動可能
な二部材）、 １．１２・・・雄ねじ、 ２．１３・・・駆動ねじ軸、 ３．２７・・・雄ねじ、 ２８・・・ローラねじ、 ３１・・・回転規制手段、 ｐ、Ｐ・・・ピッチ ｄ、Ｄ・・・有効径、 ｓ、Ｓ・・・条数。 １・−雄、ｈｌ、− ２−Ｍｍ７ＩねＪ− ３−４尋Ｕ ４−０−８龜り ７−　■飄逸（４暖 ｐｌＰ−ピ→ ｄ、Ｄ・−為動径 ｓ、Ｓ−一冬扱 第１図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）相対移動可能な二部材の一方に、外周面に雄ねじ
   を有する駆動ねじ軸を相対移動方向に沿ってかつ回転可
   能に設けるとともに、 前記相対移動可能な二部材の他方に、前記駆動ねじ軸の
   雄ねじと同ピッチでかつ互いに噛合する雄ねじを有する
   ローラねじを前記駆動ねじ軸の回転に追従してころがり
   回転可能に設け、 このローラねじの回転を規制する回転規制手段を設けた
   、 ことを特徴とするリード可変ねじ送り機構。