(57)【要約】【課題】高速である粗動送り動作と高精度である微動送り動作とを可能とし、摩耗による耐久性の低下を防止できる送り装置を提供する。【解決手段】スパイラル軸２１に複数の鋼球２３を介して螺合されるナット２２と前記ナット２２を摺動可能に内設するとともに、その中心を回転軸として前記ナット２２と一体となって回転可能とされるシリンダ３とを備えた前記ナット２２の送り動作を行う送り装置１００であって、前記スパイラル軸２１と平行に設けられたドライブギア軸５と前記シリンダ３と前記ドライブギア軸５とを連動して回転可能とするシリンダ入力ギアユニット６と前記ドライブギア軸５に、該ドライブギア軸５への回転動力の伝達及び遮断を切り替えるためのクラッチ機構７と該ドライブギア軸５の回転を停止可能とするブレーキ機構８とを備え、前記クラッチ機構７と前記ブレーキ機構８の操作によって微動送り動作と粗動送り動作を可能とした。【選択図】図１
2010276118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータにより回転駆動されるスパイラル軸と、
前記スパイラル軸に複数の鋼球を介して螺合されるナットと、
前記ナットを摺動可能に内設するとともに、その中心を回転軸として前記ナットと一体となって回転可能とされるシリンダとを備えた、前記ナットの回転軸方向への送り動作を行う送り装置であって、
前記スパイラル軸と平行に配置されて前記モータにより回転駆動されるドライブギア軸と、
前記シリンダと前記ドライブギア軸とを連動して回転可能とするシリンダ入力ギアユニットと、
前記ドライブギア軸に、該ドライブギア軸への前記モータの回転動力の伝達及び遮断を切り替えるためのクラッチ機構と、
該ドライブギア軸の回転を停止可能とするブレーキ機構と、を備え、
前記モータによる前記スパイラル軸の回転駆動に加えて、
前記クラッチ機構により前記モータの回転動力を前記ドライブギア軸へ伝達するとともに前記ブレーキ機構により前記ドライブギア軸の回転停止状態を解除して、前記モータの回転動力を前記シリンダへ伝達することによって前記ナットを前記スパイラル軸と同じ方向に回転させて、前記ナットを微動送りする微動送り動作と、
前記クラッチ機構により前記モータの回転動力の前記ドライブギア軸への伝達を遮断するとともに前記ブレーキ機構により前記ドライブギア軸を回転停止状態として、前記モータによる前記スパイラル軸の回転駆動のみによって、前記ナットを粗動送りする粗動送り動作と、
を行うことが可能であることを特徴とする送り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動を送り運動に変換する送り装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
被試験部材に連続的に振動を加えることで、被試験部材の疲労強度を試験する疲労強度試験装置は、モータ軸等の回転運動を直線方向への送り運動に変換する送り装置を備えたものがある。
【０００３】
例えば、送り装置として用いられるボールネジは、回転駆動するスパイラル軸に複数の鋼球を介してナットが螺合された構造となっており、スパイラル軸の回転運動を、ナットの送り運動に変換可能とするものである。これにより、ボールネジを備えた疲労強度試験装置では、スパイラル軸の回転方向ならびに回転速度等を変更することによって被試験部材に加える振動の周波数ならびに振幅を任意に設定することを可能としている。
【０００４】
このような、ボールネジを用いた送り装置は搬送機等にも採用されており、高速で搬送ステージを移動可能とする粗動用ユニットと低速で高精度に搬送ステージを移動可能とする微動用ユニットを備えたものがあった（例えば特許文献１参照。）。
また、簡素な構造として、円筒形状に形成されたナットの外周面にドリブンギアを設け、スパイラル軸と平行に設けられたドライブギアによって従動回転させることで、スパイラル軸の回転速度が速い場合であってもナットの送り速度を減速可能としたものがあった（例えば特許文献２参照。）。
【０００５】
しかし、特許文献２に示す送り装置では、ナットの外周に設けられたドリブンギアと、該ドリブンギアを回転させるドライブギアのギア比等によって送り速度が決定されるために、高速である粗動送りと高精度である微動送りとを両立させることは困難であった。
また、粗動送りを可能とするギア比等に構成された送り装置において、微動送りを繰り返し行う場合は、鋼球がスパイラル軸やナットに常に同じ場所で接触するために、接触部分で油膜切れが生じやすく、いわゆるフレッチング摩耗やアブレシブ摩耗による耐久性の低下を招く場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２９９７７３号公報
【特許文献２】実開平４−６６４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであり、簡素な構造でありながら高速である粗動送り動作と高精度である微動送り動作とを可能とし、更に、摩耗による耐久性の低下を防止することができる送り装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、モータにより回転駆動されるスパイラル軸と、前記スパイラル軸に複数の鋼球を介して螺合されるナットと、前記ナットを摺動可能に内設するとともに、その中心を回転軸として前記ナットと一体となって回転可能とされるシリンダとを備えた、前記ナットの回転軸方向への送り動作を行う送り装置であって、前記スパイラル軸と平行に配置されて前記モータにより回転駆動されるドライブギア軸と、前記シリンダと前記ドライブギア軸とを連動して回転可能とするシリンダ入力ギアユニットと、前記ドライブギア軸に、該ドライブギア軸への前記モータの回転動力の伝達及び遮断を切り替えるためのクラッチ機構と、該ドライブギア軸の回転を停止可能とするブレーキ機構と、を備え、前記モータによる前記スパイラル軸の回転駆動に加えて、前記クラッチ機構により前記モータの回転動力を前記ドライブギア軸へ伝達するとともに前記ブレーキ機構により前記ドライブギア軸の回転停止状態を解除して、前記モータの回転動力を前記シリンダへ伝達することによって前記ナットを前記スパイラル軸と同じ方向に回転させて、前記ナットを微動送りする微動送り動作と、前記クラッチ機構により前記モータの回転動力の前記ドライブギア軸への伝達を遮断するとともに前記ブレーキ機構により前記ドライブギア軸を回転停止状態として、前記モータによる前記スパイラル軸の回転駆動のみによって、前記ナットを粗動送りする粗動送り動作と、を行うものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る送り装置により、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、簡素な構造でありながら高速である粗動送り動作と高精度である微動送り動作とを行うことが可能となり、更に、ボールネジのフレッチング摩耗やアブレシブ摩耗等による耐久性の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る送り装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を用いて本発明に係る送り装置１００の構成について説明する。
【００１４】
図１に示すように、送り装置１００は、主にモータ１と、ボールネジ２と、シリンダ３と、ピストン４と、ドライブギア軸５と、シリンダ入力ギアユニット６と、クラッチ機構７と、ブレーキ機構８と、ドライブギア軸入力ギアユニット９とから構成されて、モータ１による回転運動をピストン４の送り運動に変換するものである。なお、図中の矢印はピストン４の送り方向を示したものである。
【００１５】
モータ１は、図示しない電源装置から電力を供給されてモータ軸１１を回転駆動する電気モータであって、回転方向ならびに回転速度等を任意に変更できるとともに回転角度を認識できるサーボモータとされる。
【００１６】
ボールネジ２は、主にスパイラル軸２１と、ナット２２と、スパイラル軸２１とナット２２との間に介装される複数の鋼球２３とから構成されて、モータ１によって回転駆動されるスパイラル軸２１の回転運動を、ナット２２の送り運動に変換するものである。
【００１７】
スパイラル軸２１は、モータ１によってその軸心を回転軸として回転される軸形状の部材であって、その外周面には略円弧形状の断面を有するボール溝が螺旋状に穿設されている。このボール溝は、一定の断面形状で、且つ、一定のリード角で螺旋状に穿設されており、その穿設方向は右スパイラルであっても左スパイラルであっても良く、これを限定するものではない。
【００１８】
ナット２２は、後述するシリンダ３に摺動可能に内設された略円筒形状の部材であって、該ナット２２の軸心方向には、その中心軸を中心とした貫通穴が設けられている。そして、該貫通穴の内径は一端から他端まで一定とされて、その内周面には略円弧形状の断面を有するボール溝が螺旋状に穿設されている。なお、このボール溝は、一定の断面形状で、且つ、スパイラル軸２１のボール溝と同様のリード角で穿設されており、その穿設方向も同じとされる。
【００１９】
これにより、スパイラル軸２１をナット２２の貫通穴に挿通するとともに、スパイラル軸２１の外周面に穿設されたボール溝と、ナット２２の貫通穴の内周面に穿設されたボール溝とを互いに対向するように配置することで、略円形状の断面を有する螺旋空間を構成することが可能となる。
【００２０】
鋼球２３は、前述した螺旋空間部分に介装される球形状の部材であって、スパイラル軸２１のボール溝の壁面とナット２２のボール溝の壁面とで互いに当接するようにして挟持される。これにより、スパイラル軸２１の外周面とナット２２の貫通穴の内周面との間には所定の隙間が設けられて、スパイラル軸２１にナット２２が鋼球２３を介して螺合されることとなる。なお、前記螺旋空間部分には複数の鋼球２３が連続して同様に挟持されるために、スパイラル軸２１に螺合するナット２２がガタつくことはない。
【００２１】
このような構成により、スパイラル軸２１の回転によって生じるナット２２との滑り抵抗を、鋼球２３によって転がり抵抗に変換できるために滑らかな送り運動を行うことが可能となる。
【００２２】
シリンダ３は、その外周面にドリブンギア３ａが設けられるとともに内部にボールネジ２を内設する略円環形状の部材であって、ボールネジ２を構成するスパイラル軸２１の中心軸と同軸となるように配置されている。そして、シリンダ３の内周面には矩形状に突設されたリニアガイド３ｂが軸心方向に平行に設けられており、ナット２２の外周面に穿設されたガイド溝に挿嵌することによって、該ナット２２をリニアガイド３ｂに沿って軸心方向へ摺動可能としている。
【００２３】
更に、シリンダ３は、その軸心を回転軸として回転可能に軸支されており、シリンダ３に内設されてリニアガイド３ｂがそのガイド溝に挿嵌されているナット２２は、該シリンダ３の回転に伴って一体的に回転される。
【００２４】
ピストン４は、シリンダ３に摺動可能に内設された略円筒形状の部材であって、その一端はナット２２に固設され、他端はシリンダ３の端部から突出するように配置されて、ナット２２と一体となって送り運動を行うものである。
【００２５】
ドライブギア軸５は、スパイラル軸２１から所定の距離をあけて平行に設けられた軸形状の部材であって、ドライブギア軸入力ギアユニット９を介することでモータ１によって回転駆動される駆動軸である。
つまり、ドライブギア軸入力ギアユニット９は、モータ１のモータ軸１１と一体的に回転可能に固設された駆動ギア９ａと、ドライブギア軸５と一体的に回転可能に固設された入力ギア９ｂとが歯合されて、モータ軸１１の回転運動を駆動ギア９ａならびに入力ギア９ｂを通じて減速しつつドライブギア軸５に入力するように構成されている。
【００２６】
そして、ドライブギア軸５の中途部にはドライブギア５ａが設けられており、シリンダ３の外周面に設けられたドリブンギア３ａとはシリンダ入力ギアユニット６を介して連動可能とされている。
つまり、シリンダ入力ギアユニット６は、該シリンダ入力ギアユニット６を構成するギアがシリンダ３のドリブンギア３ａに歯合されるとともに、ドライブギア軸５のドライブギア５ａに歯合されており、ドライブギア軸５の回転運動をシリンダ３に伝達可能としている。
なお、ドライブギア軸入力ギアユニット９及びシリンダ入力ギアユニット６における回転の減速比は任意に設定することが可能とされる。
【００２７】
また、ドライブギア軸５には、ドライブギア軸入力ギアユニット９に固設される軸端部とドライブギア５ａとの間に、モータ１の回転動力の伝達及び遮断を切り替えるためのクラッチ機構７が備えられており、反ドライブギア軸入力ギアユニット側の軸端部とドライブギア５ａとの間には、ドライブギア軸５の回転を制動して停止可能とするためのブレーキ機構８が備えられている。
【００２８】
これにより、ブレーキ機構８を操作してドライブギア軸５のブレーキ状態（回転停止状態）を解除するとともにクラッチ機構７を操作してモータ１からドライブギア軸５への回転動力の伝達を行うと、モータ１の回転動力がドライブギア軸５ならびにシリンダ入力ギアユニット６を介してドリブンギア３ａに伝達されてシリンダ３が回転駆動されることとなる。そして、これに伴ってナット２２は、シリンダ３とともに従動回転されることとなる。なお、このときのナット２２の回転方向は、スパイラル軸２１の回転方向と同じとされる。
【００２９】
また、クラッチ機構７を操作してモータ１からドライブギア軸５への回転動力の遮断を行うとともにブレーキ機構８を操作してブレーキを作動させると、ドライブギア軸５の回転は停止されて、モータ１の回転動力はドリブンギア３ａに伝達されなくなる。従って、シリンダ３は回転駆動することなく停止され、シリンダ３に内設されたナット２２は軸心方向への摺動のみ可能となる。
【００３０】
このような構成により、クラッチ機構７ならびにブレーキ機構８の操作によって、ナット２２をスパイラル軸２１と同じ回転方向に従動回転させた場合は、スパイラル軸２１の回転角とナット２２の回転角の相対差が小さくなるために、ナット２２の送り量を微小とすることが可能となる。
つまり、クラッチ機構７を操作してモータ１の回転動力をドライブギア軸５へ伝達するとともに、ブレーキ機構８を操作してドライブギア軸５の回転停止状態を解除することで、モータ１の回転動力をシリンダ３へ伝達することが可能となり、スパイラル軸２１と同じ方向にナット２２を従動回転させることができて、該ナット２２の微動送り動作を実現することが可能となる。
一方、クラッチ機構７を操作してモータ１の回転動力のドライブギア軸５への伝達を遮断するとともに、ブレーキ機構８を操作してドライブギア軸５を回転停止状態とすることで、ナット２２は従動回転されず、スパイラル軸２１の回転に応じたナット２２の送り運動を行うことが可能となる。このとき、スパイラル軸２１の回転角とナット２２の回転角の相対差がナット２２を従動回転させた場合に比べて大きくなるために該ナット２２の粗動送り動作を実現することが可能となる。
【００３１】
このように、スパイラル軸２１の回転角が同じである場合、ナット２２の送り量は、ナット２２を従動回転させた場合には小さく、ナット２２を従動回転させない場合には大きくできる。換言すると、ナット２２と一体となって摺動するピストン４を、同じ送り量だけ摺動させるために必要なスパイラル軸２１の回転角は、スパイラル軸２１と同じ回転方向にナット２２を従動回転させた場合の方が、ナット２２を従動回転させないとした場合よりも大きくなる。
【００３２】
従って、クラッチ機構７ならびにブレーキ機構８の操作によって、スパイラル軸２１と同じ回転方向にナット２２を従動回転させた場合では、ナット２２の送り量が微小であってもスパイラル軸２１の回転角は大きくなるために、ナット２２の微動送りを繰り返し行うような場合であっても、スパイラル軸２１のボール溝とナット２２のボール溝とこれらに挟持された鋼球２３とが常に同じ場所で接触することがなく、油膜切れを生じない。
このため、微小な振幅でピストン４の動作を行う場合であっても、凝着によるフレッチング摩耗やフレッチング摩耗による摩耗粉によってアブレシブ摩耗を引き起こすことが防止される。
【００３３】
以上のように、本発明に係る送り装置１００においては、従来のボールネジを用いた送り装置に、ドライブギア軸５、シリンダ入力ギアユニット６、クラッチ機構７、ブレーキ機構８、ドライブギア軸入力ギアユニット９などを設けるだけの簡単な構成で、高速である粗動送り動作と高精度である微動送り動作とを行うことが可能となり、更に微小な振幅でピストン４の動作を繰り返し行う場合であっても、摩耗による耐久性の低下を防ぐことが可能となる。
【符号の説明】
【００３４】
１        モータ
２        ボールネジ
３        シリンダ
４        ピストン
５        ドライブギア軸
５ａ      ドライブギア
６        シリンダ入力ギアユニット
７        クラッチ機構
８        ブレーキ機構
９        ドライブギア軸入力ギアユニット
９ａ      駆動ギア
９ｂ      入力ギア
１１      モータ軸
２１      スパイラル軸
２２      ナット
２３      鋼球
１００    送り装置
【図１】
2010276118.tif 000003