JPS62258258A - 差動式直線運動発生機構 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、回転運動を直線連動に変換し高精度で超微
細な制御を高出力下で可能とする差動式直線運動発生機
構に関するものである。

（従来の技？＆） ねじは回転運動を直線運動に変換する最も一般的なもの
で、最近はボールねじ加工技術の進歩により高精度の位
置決めが可能となりつつある。

第８図に示すものは一般的な従来の装置で、モータ（財
）の回転運動を歯車（Ｇｌ）及び（Ｇ２）を介して両端
を軸受罰で支承するねじ軸（８）を回転し、これに嵌合
するナツト（へ）を具設したテーブル（７）を図面の左
右にスライドさせて直線運動に変換させる機構である。

しかし目的とする位置決めや速度に正確に制御するため
には、ねじ軸の溝部各部の研削加工上の技術に限度があ
り、必然的にモータとねじ軸の分ｓｌｉ型とし、歯車や
ベルト等の減速機構を介して任意の位置速度及び推力を
発生しているが、機構上これ以上の精度向上は困難とな
りつつある。具体的には大荷重、超微速での精密加工か
ら軽荷重、超高速に変化させるにはおのずから機構的限
界になっていた。すなわち同一モータで駆動する限り送
りねじは可変ピッチリードねじにしない限り要求には応
じられなかった。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明は上記の問題を解決する目的のもので、
以下図面に従ってその一実施列を説明すると、ブレーキ
（４−１）又ｊ！　（４−２）　ｔＯＮ又はＯＦＦさせ
ることにより任意に固定あるいは回転可能な送り用ボー
ルねじ軸又はすべりねじ軸（１）をモータ（Ｍ　１　）
又は（Ｍ２）のｐ−タ（８Ｒ１）又は（Ｉｎ２）と結合
あるいは一体化した固定駆動部■及び■を設け、また上
記のねじ軸（１）を貫通するための中空孔を有するモー
タ（Ｍ３）のロータ（８Ｒ３）に送り用ボール又はすべ
りねじのナツト（２）を結合あるいは一体化し、ブレー
キ（４−３２をＯＮ又はＯＦＦさせることにより回転を
任意に固定あるいは回転可能とするスライド駆動部０を
設けてこの一端部または両端部に上記固定駆動部０及び
■を具設して成る差動式直線運動発生機構である。なお
図面において（５−１）。

（５−２）、及び（５−８）は各駆動部の■及びＯにそ
れぞれ設置したエンコーダ、−（６）はフロｔｍ受、（
７）はねじ軸固定部、（８）はスライド駆動部のスライ
ド部本体、（９）は中空孔軸、　ＩＪＯは基台、（６）
はスライドベース、（ロ）はレール、ａ３はスライドブ
レーキ。

そして（財）は移動レトロプリズム、ｆ４はレーザ干渉
計である。

（作　用） 以上の様に構成した本発明の詳細な説明すると、右固定
駆動部のをスライド駆動部（Ｏの右側一端部のみに設置
した第１図において、 ■　スライド駆動部０のブレーキ（４−８＞をＯＮする
ことにより、モータ（Ｍ８）のロータ（３ＢＢ）と一体
の中空孔軸（９）はロック状態となり、ボールねじナツ
ト（２）は固定されることにより従来型の送りねじ機構
となる。すなわち右固定駆動部■のモータ（Ｍｌ）によ
りねじ軸（１）を回転することによりスライドベースα
υは左右任意に移動できる。

ここでＮＦ・・固定部ねじ軸の回転数、ｌ・・ねじリー
ド、Δ８・・移動量とすれば Δ８−ＮＦＸ／　　　　　となる。

■　次に右固定駆動部■のブレーキ（４−１）をＯＮす
ることによりロータ（８Ｒ１）は四ツク状態となり、ボ
ールねじ軸（１）は固定される。次いでスライド駆動部
０のブレーキ（４−８）をＯＦＦにしてモータ（Ｍ３）
のロータ（８Ｒ８）によりねじナツト（２）を回転させ
ると、スライド部本体（８）並びにスライドベース（６
）は左右に任意に移動できる。ここでＮ８・・スライド
駆動部側ナツト回転数とすれば、− Ｎ８Ｘｌ雪ΔＳ：移動量　　となる。

■　また右固定駆動部■及びスライド駆動部０のブレー
キ（４−１）及び（４−８）を共にＯＦＦとし、各モー
タ（Ｍｌ）及び（Ｍ３）を同速で同方向に回転すると、
ねじ軸（１）及びナツト（２）共に等速回転のためスラ
イドベース（ロ）は全く移動しない。

すなわち Ｎ８−ＮＦ−ΔＳ−Ｏとなる。

又同様にスライドベースαυとレール＠の移動全固定す
るため、スライドブレーキ□□□を作動させどちらか一
方のモータを回すと、他方のモータも回転させられるが
同速運転となるので移動しない。

この場合も上記同様に　Ｎ８−ＮＦ−Δ８−０従ってこ
の時双方のモータは同速で回転しているのでブレーキを
解除して一方のモータの回転を増減することにより左右
の微小移動が高トルク下で可能となる。計算方式は後述
の（６）と同じとなる。

従って双方のモータの回転数の差がスライドベースαυ
の移動量になるので、エンコーダｔ　用イｆに、これに
代えてスライドベース（ロ）上に設置した移動レトロプ
リズムＩりと定置したレーザ干渉計（至）とにより直接
計測することも可能である。

■　右固定駆動部■及びスライド駆動部０のブレーキ（
４−１）及び（４−８）を共にＯＮにして各モータ（Ｍ
　１　）及び（Ｍ３）を駆動しても、双方共にロック状
態であるため全く移動しない。

Ｎ８＝ＮＦ−０ 但しこれはブレーキ力がモータの起動力よりも大きい場
合である。

■　また双方のブレーキをＯＦＦにして右固定駆動部■
のモータ（Ｍｌ）をスライド駆動部０側から見て時計回
りに回し、スライド駆動部Ｏのモータ（Ｍ３）を反時計
回りに回すと、スライドベース（６）は普通のポールね
じ軸の２倍の速さで図面の左方向へ移動する。また各モ
ータを逆回転させ゛ると図面の右方向へ移動する。即ち Ｎ　８　ｗ　Ｎ　Ｆ　ｒ、　ｐ、　ｍ （−Ｎ８）−ＮＦ−−２ＮＦ　　　−２ＮＦＸＺ雪ΔＳ
となる。

■　さらに双方の駆動部のブレーキ（４−１）及び＜４
−８）をＯＦＦとし、双方のモータ（Ｍｌ）及び（Ｍ３
）共に時計回りの上記■の状態から右固定駆動部＠側モ
ータ（Ｍｌ）Ｏ回転数ＮＦのみ毎分１回転遅くすると１ Ｎ８−ＮＦ−１（＋１）となり図面の右方へ移動する。

すなわち毎分ｌリード分スライドベースａηは右へ移動
する。ここで例えばリードｌ　ｗｍ　５　ｊ！１１で、
回転数Ｎ８＝１．００Ｏｒ、ｐ、ｎｌ　　　ＮＦｍ９９
９ｒ、ｐ、Ｉｌとすると、 すなわちモータ１回転につき５μＵ右へ移動するので、
リード５μのポールねじと同じことになる０ 又　　Ｎ　Ｆ　＝　１，００１　ｒ、　ｐ、　ｍ　　　
　Ｎ　Ｓ　＝　１，０００とすると、 となり すなわちこの場合は、モータ１−転につき６声だけ左へ
差動移動するものである。

従ってモータを逆転させることなくスライドベース（ロ
）の左右への差動移動が可能となった。そのため従来の
ようにモータを正転又は逆転することなしに速度変化の
みで左右に差動移動できるので、モータの余分なエネル
ギー損失もなく円滑な高能率の移動ができる。上記の微
小移動を微速度で送る時、従来の送りねじで考えると毎
分１回転のモータが必要となり、しかもシルクの大きな
ものを必要とすれば、とほうもない大きなモータを必要
上した。

しかし本発明では、例えば１，００　Ｑｒ、ｐ、ｍにお
いて９９９　ｒ、ｐ、ｍ又は１，００１　Ｌｐ、ｍ　（
Ｄ　１回転差のみで可能となるので、その時のリードｌ
、）ルクＴｐ、推力Ｆａ伝導効率ηの関係は すなわちモータの高速回転馬力を超［速の高推力にボー
ルねじの場合（効率？０．９９）よく転換できた。この
高推力や変速度範囲の広さは従来機構のいかなるもので
も出し得なかったもので、これにより出力一定型の直線
運動が可能となった。

■　また従来のモータ駆動型ボールねじ送りではモータ
特有のトルク特性を有しており、低速型又は高速型とそ
れぞれの用途に応じて使用されているが、本機構によれ
ば最適のトルクや最高効率点でのモータ使用により任意
の回転及び移動ができ、かつ出力一定型の直線運動が可
能となり利用範囲が大きく拡張された。

■　従来送りねじナツト回転でねじ軸固定の場合、高速
送りが可能となったが、さらに本発明ではナツト回転と
同時にねじ軸も危険速度限界まで高速回転させることに
より従来の２倍近い高速送りが可能となり、ナツト軸、
ねじ軸ともにモータを具備しているので出力も２倍とな
り、（両端に固定駆動部を設けた場合は３倍）いずれの
速度域でも最大の出力を引出せる特徴がある。

■　次に各駆動部の軸端に設置したエンコーダ（５−１
）（５−２）（５−８）の作用を説明すると、各モータ
の回転数はエンコーダによりその分解能を例えば１回転
につき１，０００パルストスレば、 Ｎ８−１ρｏｏｒ、ｐ、ｍニスライド部ナツト回転数Ｎ
Ｆ＝９９９ｒ、ｐ、ｍ　：　固定ｉｔ；ｉ　シａｔｍ転
ａとなり１回転における分解能は １．０００ＸＩ、０００−１，０００，０００　　パル
スとなり、極めて超微細な制御が高出力下で可能となっ
た。

［Ｆ］　なおスライドペース（ロ）の移動板ΔＳは＋Δ
８＝（Ｎｓ−ＮＦ）ｘ７・・山：図面の左方へ移動−Δ
８鵬（（−Ｎ８）−ＮＦ）Ｘ／・・（Ｉ）二図面の右方
へ移動ここでＮｓ鱈ＮＦとすれば（１）式は一２Ｆ−１
となり２倍送りの速度となる。但しこれは右ねじの場合
で、左ねじの場合は逆符号（反対方向）となるＯ ＯＩＢ２図は左固定駆動部■の断面図で、第１図のねじ
軸（１）が長い場合に第１図の固定軸支持ＳＯに代えて
矢印線のようにこれをスライド駆動＠Ｏの左側に取付け
るもので、右固定駆動部■と同じ機構を有しモータ（Ｍ
２）の追加により軸出力を従来方式の８倍とするもので
ある。駆動方法は上述の第１図の場合と同様であるが、
双方の固定駆動部の及び［Ｆ］のエンコーダにより双方
のねじれ角を同一となるように駆動することにより、従
来トルク伝達時に軸全体のねじれ角を約２分の１にすＺ
Ｉことを目的としたもので、左右双方から駆動力を発生
させることにより軸内の回転応力は２分。

ｌづつとなるので、中央部においては最大約４分の１の
ねじれ角とすることができるのは、本機構ならではの効
果である。又左右固定駆動部に予め張力を与えることに
より、いかなる推力発生時でも軸応力を圧縮荷重なしに
、あるいは軸が座屈しない程度の圧縮力に制御すること
ができるので高いｔ４Ｍｋ、力の発生が得られた０ 従ってこれら３基の駆動部を同時に制御することにより
、従来方式の２倍のリードスピードと８倍の推力発生と
、零速度でも高推力保持が氏意に設定可能となった。

（発明の効果） 本発明は以上説明した様に従来の各種サーボモータやス
テーピングモータ等による直接駆動方法では出し得なか
った超微連下での大きな推力を発生させたり、その推力
を維持したままで移動速度を零にしたり、送り用ねじ軸
と送り用ねじナツトを同時回転させることで高速送りも
従来の２倍が可能となり、２〜３台のサーボモータを同
時駆動すること、にょう大推力で超高連送りも可能とな
った。又モータ軸と送りねじ軸が同心に構成されるため
、機構全体が極めてコンパクトにできる効果がある。さ
らに増減速機構に歯車やベルト方式を採用しないモータ
直結型としたため、上記の様に高精度移動が可能にも拘
らず甚だ経済的である。

又空気あるいは油圧シリンダで駆動されていた自動機械
も本発明の機構を応用することにより、リミットスイッ
チや流体の速度ａｍ弁、配管、圧縮機あるいは油圧ポン
プエニット等が不要となり、かつ騒音を低下させる効果
も発揮するものである・なお空気あるいは油圧シリンダ
の様に常時一定の圧力を維持する必要がなく、同等に空
気シリンダを用いたプレスと比較すると全ストローク中
で終点近（０１ｍ１１程度で最大推力が必要なるも、シ
リンダ内には全ス）Ｗ−り分の高圧空気を必要とし、し
かもそのエネルギーはすべて大気中へ放散されるもので
あるが、本発明によると必要なエネルギーの電力量しか
必要としないＯこれはあたかも鉄道近代化において蒸気
機関車から電化されて大きな省エネルギーの効果を挙げ
た実績に匹敵する省エネルギー化の効果ｔ−：！Ａｒ４
するものである。

以上説明したように本発明は幾多の効果を奏する画期的
な差動式直線運動発生機構である。

【図面の簡単な説明】

第１図は右固定駆動部をスライド駆動部の一端に取付け
た亭釦明のＭＷＩ面図、１８２図は左固定駆動部の縦断
ｒｊｊＪ図で矢印線により第１図の軸支持部Ｏに代えて
設置することを示す。第３図は従来の直線運動機構の一
列を示すものである。 （１）・・ねじ軸　（２）・・ねじ軸のナツト　（ｌ　
ＩＬＩ）。 （８Ｒ２）　、　（３１Ｌ８）　　・・モータ（Ｍｌ）
、億２）、αＢ）のロータ　（４−１）　、　（４−２
）　、　（４−８）・・ブレーキ　（６−１）、　（５
−２）　、　（６−８）・・エンコーダ　（６）・・コ
ロ軸受（７）・・ねじ軸固定５（８）・・スライド部本
体　（９）・・中空孔軸　Ｑ（１・・基台　０１・・ス
ライドベース　四・拳レール　側・・スライドブレーキ
　６１・・移動レトロプリズム　曽・・レーザ干渉計０
・・右固定駆動部　■・・左固定駆動部　０・・スライ
ド駆動部　Ｏ・・軸支持部　（Ｍｌ）、億２）。 蓼３）・・モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 任意に固定あるいは回転可能な送り用ボールねじ軸又は
   すべりねじ軸を、モータのロータと結合あるいは一体化
   した固定駆動部を設け、また上記のねじ軸を貫通するた
   めの中空孔を有するモータのロータに送り用ボール又は
   すべりねじのナットを結合あるいは一体化し、回転を任
   意に固定あるいは回転可能とするスライド駆動部を設け
   て、この一端部または両端部に上記の固定駆動部を具設
   して成り、これらスライド駆動部と固定駆動部の双方の
   回転数差を任意に生ぜしめ、任意の直線往復運動並びに
   定出力で推力を発生することを特徴とする差動式直線運
   動発生機構。