JPH0786403B2

JPH0786403B2 - リード可変ねじ送り機構

Info

Publication number: JPH0786403B2
Application number: JP1024396A
Authority: JP
Inventors: 克秀沢田; ユソフホジャット
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1989-02-02
Filing date: 1989-02-02
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPH02203202A

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
り機構として利用できる。

［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、ねじ軸とナットとを組合わせたねじ送り機構と、摩
擦送り機構とに大別することができる。

前者のねじ送り機構は、通常のねじ軸とナットとを直接
組合わせたすべりねじタイプ、ねじ軸とナットとの間に
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、ねじ軸とナットとの間
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
らナットが移動する構造である。

後者の摩擦送り機構は、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摩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題］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、ねじ軸にナットが直接あるい
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。

後者の摩擦送り機構は、駆動軸の周面に摩擦ローラが圧
接した構造であるから、駆動軸の軸線に対して摩擦ロー
ラの軸線が異なる角度に可変できるように、駆動軸の軸
線および摩擦ローラの軸線に対して直交する軸を中心に
摩擦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、摩擦力を得るために
大きな押圧力を必要とし、しかも、得られる推力も小さ
いことから利用できる分野も制限される上、リードの可
変範囲も大きくなることができない。

しかも、摩擦ローラを駆動軸の軸線および摩擦ローラの
軸線に対する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
摩擦ローラの軸線を所定の角度に可変するための機構や
その角度に摩擦ローラを固定するための機構が必要とな
るので、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、構造がきわめて簡単で、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し
て安定送りすることが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］そのため、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
に伸延しかつ軸線を中心として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、前記ローラねじと前記駆動ねじ軸
の各雄ねじとを、互いの有効円上で常時点接触するよう
なねじ山形状とするとともに、前記ローラねじの雄ねじ
をその有効径が前記駆動ねじ軸の雄ねじの有効径よりも
大きくなるように形成し、該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］上記構成による本発明では、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
の両端面を挾持する一対の挾持部材7A,7Bを設ける。ロ
ーラねじ４の雄ねじ３と駆動ねじ軸２の雄ねじ１とは、
互いの有効円上で常時点接触するようなねじ山形状とさ
れているとともに、雄ねじ３の有効径（Ｄ）は雄ねじ１
の有効形（ｄ）よりも大きくなるように構成されてい
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、雄ねじ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（＞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、ねじ方向が右ねじの場合を＋、
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、機構全体としてのドームΔx₁
は、 Δx₁＝ｐ〔ｓ＋（d/D）・Ｓ〕 ……（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Δx₂
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＝1.5［m
m］、有効径ｄをｄ＝15［mm］、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ＤをＤ＝17
（＞ｄ＝15）［mm］、右ねじ１条つまりＳ＝１とする
と、ローラねじ４の回転が規制さ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Δx₂は、（１）（２）式から、 Δx₁＝1.5〔１＋（15/17）×１〕＝2.823［mm］ Δx₂＝1.5×１＝1.5［mm］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Δx₂
は、（１）（２）式から、 Δx₁＝1.5〔１＋（15/17）×−１〕＝0.1764［mm］ Δx₂＝1.5×１＝1.5［mm］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の回転が規制さ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＋（15/17）×２〕＝4.1470［mm］ Δx₂＝1.5×１＝1.5［mm］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。

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。

また、ローラねじ４と駆動ねじ軸２の各雄ねじ（3,1）
とを互いの有効円上で常時点接触するように形成したの
で、両雄ねじ（3,1）の接触する点を一定とすることが
できリードΔｘを一段と安定化・高精度化できる。ま
た、ローラねじ４の雄ねじ３の有効径Ｄを駆動ねじ軸２
の雄ねじ１の有効径ｄよりも大きく形成したので、リー
ドは雄ねじ２のピッチｐより小さくなる。この状態で
は、駆動ねじ軸２の回転によってローラねじ４に作用す
る回転方向の力（Ｅ）はローラねじ４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化
・高精度化する（第６図参照）。

［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、ベッド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、ここではベッド11
側には、外周面の雄ねじ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
m］、有効径ｄ＝15［mm］、右ねじ１条つまりｓ＝１で
ある。駆動ねじ軸13は、その両端が前記ベッド11に設け
られたブラケット14（第２図中左橋は図示省略）に回転
可能に支持され、かつ、一端に連結されたモータ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。両側板25A,25B間の下部には、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
された状態で駆動ねじ軸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に形成された雄ねじ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Ｄは、雄ねじ12の有効径ｄより僅
か大きい寸法（Ｄ＝17［mm］）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、互いの有効円上で常時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31が設けら
れている。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3
2A,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（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）ベッド11に対してテーブル21を微動送りするには、圧電
素子35への通電を切つた状態、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、 Δx₁＝1.5〔１＋（15/17）×−１〕＝0.1764［mm］となる。つまり、ベッド11に対してテーブル21を約0.17
64［mm］のリードで微動送りさせることができる。

（粗動送り）ベッド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を介して一対の挾
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は両端面が挾
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＝1.5×１＝1.5［mm］となる。つまり、ベッド11に対してテーブル21を1.5［m
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12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、ローラねじ28と駆動ねじ軸13との各雄ねじ
（27,12）を、互いの有効円上で常時点接触するような
ねじ山形状とするとともに、雄ねじ27の有効径Ｄが雄ね
じ12の有効径ｄよりも大きくなるように形成し、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またはローラねじ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、構造がきわめて簡単で
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、ローラねじ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Ｄ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［mm］に対してＤ＝17
［mm］としたので、雄ねじ12のピッチｐ（＝1.5［m
m］）よりはるかに小さい微小リード（Δx₂＝0.1764［m
m］）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および駆動ねじ軸13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13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のより一層の安定化・高精度化を達成できる
ことを意味する。

また、ローラねじ28の雄ねじ27の有効径Ｄを駆動ねじ軸
13の雄ねじ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Ｄと、回転方向の力と
が発生する。ローラねじ28の有効径Ｄ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Ｄが有効径
ｄより大きければ、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
リードはより安定化・高精度化する。

なお、上記実施例では、ローラねじ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Ｄ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,4
2B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36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、ローラねじ
と駆動ねじ軸との各雄ねじを互いの有効円上で常時点接
触するねじ山形状とするとともに、ローラねじの雄ねじ
をその有効径が駆動ねじ軸の雄ねじの有効径よりも大き
くなるように形成し、ローラねじの回転を規制する回転
規制手段を設けたので、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、ローラねじと駆動ねじ軸とを互いの有効円上で常
時点接触させることができ、リードをより一層安定化・
高精度化することができる。また、ローラねじの有効径
が駆動ねじ軸の有効径より大きいので、駆動ねじの回転
によりローラねじに発生する回転方向の力はローラねじ
の回転方向と同方向となるので、滑らせる傾向がなくリ
ードはより安定化・高精度化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念を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……ベッドおよびテーブル（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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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伸延しかつ
軸線を中心として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、前記ローラねじと前記駆動ねじ軸の各雄ねじとを、互い
の有効円上で常時点接触するようなねじ山形状とすると
ともに、前記ローラねじの雄ねじをその有効径が前記駆
動ねじ軸の雄ねじの有効径よりも大きくなるように形成
し、該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。