(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に凹凸状の螺旋体を有して軸心を中心に往復回転する送り軸部材と、送り軸部材を定位置で往復回転させる駆動モータと、送り軸部材と平行に配置されたガイド手段と、ガイド手段に送り軸部材の軸方向に往復移動可能に支持され、ガイド手段から送り軸部材の方向に延在する先端に送り軸部材の螺旋体にその螺旋方向に摺動可能に係合する係合手段を有する移動体を具備した往復移動装置において、
前記送り軸部材の螺旋体のピッチを送り軸部材の軸方向で相違させ、
前記送り軸部材の螺旋体が、芯棒の外周にピッチを相違させて凸状に巻回した条体であり、
前記移動体の係合手段が前記条体を挟持する二股状の爪部材である、
ことを特徴とする往復移動装置。
【請求項２】
前記条体が、横幅一定かつ板厚一定の長尺な帯板を幅方向で螺旋状に曲げ成形した螺旋部品であることを特徴とする請求項１記載の往復移動装置。
【請求項３】
前記送り軸部材の螺旋体に係合する移動体の係合手段を、螺旋体との摺動抵抗を軽減させる方向に移動体に対して首振り可能に連結したことを特徴とする請求項２の往復移動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＯＡ機器における光学ヘッド等の往復送り装置や、精密工作機械における作業テーブル等の往復送り機構等に適用される往復移動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記往復移動装置としては、タイミングベルトとサーボモータ（ステッピングモータ）を使用したベルト式移動装置と、ボールネジとサーボモータを使用したボールネジ式移動装置が一般的である。ベルト式移動装置は、定区間で直線往復移動させる被移動物体にタイミングベルトを係止させ、タイミングベルトをサーボモータで定軌道を往復移動させることで被移動物体を往復移動させる。ボールネジ式移動装置は、前記被移動物体に固定したナット等をボールネジの等ピッチのネジ山或いはネジ溝に係合させ、ボールネジをサーボモータで正逆往復回転させることで被移動物体を往復移動させる。
【０００３】
これら往復移動装置においては、サーボモータに内蔵された速度制御回路でタイミングベルトの移動速度やボールネジの回転速度を自動制御することにより、被移動物体の定区間における往復移動速度を調整するようにしている。例えば、定区間で往復移動する被移動物体は、定区間の一端まで移動して一旦停止してから反対方向に移動を開始するが、この移動方向の反転時に受ける慣性力の影響を小さくするために、被移動物体が定区間の端に近付くと移動速度が徐々に低下するようにサーボモータの速度制御回路で自動制御している。また、被移動物体を定区間内の一部の区間では高速移動させ、他の一部の区間では低速移動させる用途においては、この用途に対応するようにサーボモータの速度制御回路を構成するか、速度制御回路に速度変更等の指令信号を与えてるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようなサーボモータを使用した往復移動装置は、定区間で往復移動する被移動物体の移動速度が任意に、高精度で調整できて、多様な用途に高性能装置として使用されているが、サーボモータが被移動物体の移動速度を可変調整するため必要としている速度制御回路のために高価となり、モータ全体が大型となっている。そのため、往復移動装置自体がサーボモータのために高価となり、往復移動装置を組込んだＯＡ機器等の機器製品のコストダウン化を難しくしている。また、定区間での被移動物体の移動速度をサーボモータで可変調整する場合、定区間の全区間における被移動物体の位置を逐一に検知し、その検知信号をサーボモータの速度制御回路にフィードバックするようにして、速度制御の誤動作を防止するのが通常であるが、この場合、定区間における被移動物体の位置を逐一に検知するための光学センサ等の検知手段や、この検知手段の検知ミスによるトラブル発生を防止する保護回路等が必要となり、なおさらに往復移動装置が高価となり、大型化しているのが現状である。
【０００５】
なお、前記サーボモータの代わりに、定速で往復回転だけする駆動モータを使用した往復移動装置もＯＡ機器等に使用されている。この移動装置は、定速回転する駆動モータが速度制御回路を装備しないために安価で小型であることから、サーボモータに伴う前記問題を有しないが、被移動物体の定区間でのほぼ全区間での移動速度が同一となるために、被移動物体を定区間で往復移動させて行われる作業内容が狭く限られて、汎用性に欠ける問題がある。また、被移動物体を定区間で高速移動させると、定区間の端で一旦停止させる時に急停止させることになり、この急停止時に被移動物体に大きな慣性力が作用する不具合が生じる。
【０００６】
それ故に、本発明の目的とするところは、サーボモータを使用しなくても被移動物体の往復移動速度が自在に調整可能となる安価で小型の往復移動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、外周に凹凸状の螺旋体を有して軸心を中心に往復回転する送り軸部材と、送り軸部材を定位置で往復回転させる駆動モータと、送り軸部材と平行に配置されたガイド手段と、ガイド手段に送り軸部材の軸方向に往復移動可能に支持され、ガイド手段から送り軸部材の方向に延在する先端に送り軸部材の螺旋体にその螺旋方向に摺動可能に係合する係合手段を有する移動体を具備した往復移動装置において、送り軸部材の螺旋体のピッチを送り軸部材の軸方向で相違させ、送り軸部材の螺旋体が、芯棒の外周にピッチを相違させて凸状に巻回した条体であり、移動体の係合手段が前記条体を挟持する二股状の爪部材であることを特徴とする。
【０００８】
ここで、送り軸部材の螺旋体は一定幅の螺旋突起であり、この螺旋体の３６０°で隣接する箇所間のピッチが相違させてある。送り軸部材を駆動モータで往復回転させると、螺旋体と移動体の係合手段を介して移動体がボールネジ方式で往復移動し、このときの移動速度は送り軸部材の螺旋体のピッチと送り軸部材の回転速度で決められる。送り軸部材を定速回転させると、移動体の移動速度は螺旋体のピッチだけで可変速的に決められ、この場合、送り軸部材を定速回転させる駆動モータに速度制御回路を装備しない安価で小型のモータが使用できる。
【０００９】
また、前記送り軸部材の螺旋体に係合する移動体の係合手段を、螺旋体との摺動抵抗を軽減させる方向に移動体に対して首振り揺動可能に連結することが、送り軸部材のピッチを相違させた螺旋体と移動体の係合手段との摩擦係合状態を常に安定したものにする上で望ましい。
【００１０】
また、前記送り軸部材の螺旋体が、芯棒の外周にピッチを相違させて凸状に巻回した条体であることが、ピッチを相違させた螺旋体を有する送り軸部材を低コストで製作する上に望ましい。
【００１１】
さらに、前記送り軸部材の芯棒の外周に条体を送り軸部材の軸方向に移動可能に巻回するようにすれば、送り軸部材の螺旋体のピッチを任意に変更させて、移動体の移動速度を変更させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
各種の実施形態について、図１乃至図１０を参照して説明する。なお、全図を通じて同一、又は、相当部分には同一符号を付している。
【００１３】
図１の一実施形態に示される往復移動装置は、直線状の送り軸部材１と、送り軸部材１をその軸心を中心に往復回転させる駆動モータ１０と、送り軸部材１に平行に配置されたガイド手段２０と、ガイド手段２０に移動方向をガイドされて支持された移動体３０を備える。移動体３０に図示しない被移動物体が連結されて、定区間を直線的に往復移動制御される。
【００１４】
送り軸部材１は、例えば１本の直線状の金属丸棒である芯棒３の外周に長尺な条体４ａを螺旋状に巻回して、条体４ａで芯棒３の外周に凸状の螺旋体２ａを形成したもので、螺旋体２ａのピッチＰが後述するように相違させてある。条体４ａは、例えば図２及び図３に示すような横幅ｗと板厚ｔが一定な帯状鋼板を幅方向に螺旋状に巻回した螺旋部品５である。このような螺旋部品５は、市販されているミニスパイラー（サンコール株式会社の商品名）等が適用でき、この適用で送り軸部材１が安価に製作できる。図３に示すように螺旋部品５の帯板状条体４ａの軸方向で連続するピッチＰは徐々に相違させてあり、この螺旋部品５の中に芯棒３が圧入されてピッチＰが固定化される。芯棒３の螺旋体２ａの無い両端部が軸受６、６で回転可能に支持され、軸受６、６が平板状の固定フレーム７に固定されて、送り軸部材１が固定フレーム７に平行に支持される。
【００１５】
駆動モータ１０は固定フレーム７に支持されて、送り軸部材１の芯棒３の片端部に減速機構１１を介して連結される。駆動モータ１０は、送り軸部材１を正逆いずれの方向にも定速回転させる、したがって、速度制御回路などを装備しない安価で小型のモータが適用される。なお、駆動モータ１０に従来の往復移動装置のようなサーボモータを適用することも可能であるが、この適用は後述する理由で不必要であり不経済である。
【００１６】
ガイド手段２０は送り軸部材１と平行なガイドロッド、ガイド溝、ガイドレール等であり、図１では直線状の１本のガイドロッド２０が示される。ガイドロッド２０に移動体３０が軸方向に摺動可能に嵌着される。ガイドロッド２０の両端部が支持台２１に固定され、支持台２１が固定フレーム７に固定される。
【００１７】
移動体３０は、ガイドロッド２０に摺動可能に嵌着される筒状のスライダー部３１と、スライダー部３１と一体でスライダー部３１から送り軸部材１に向けて延在する連結部３２と、連結部３２の先端に連結された係合手段３３を備える。係合手段３３は、送り軸部材１の螺旋体２ａの一部に螺旋体２ａの螺旋方向に摺動可能に係合するもので、螺旋体２ａが帯板状の条体４ａの場合、係合手段３３は帯板の条体４ａをその板厚方向で挟持する二股状の爪部材である。係合手段３３は送り軸部材１の螺旋体４ａに、送り軸部材１の軸心の半径方向で、かつ、ガイドロッド２０の在る定方向から係合する。送り軸部材１が回転すると、螺旋体４ａが係合手段３３に摩擦係合したまま回転して、係合手段３３を送り軸部材１の軸方向に移動させ、この軸方向移動で移動体３０がガイドロッド２０にガイドされて直線移動する。
【００１８】
送り軸部材１の螺旋体２ａのピッチＰは、例えば図１に示すように送り軸部材１の中央部のピッチＰａが最大で、この中央部から両端部に至るほどピッチが徐々に小さくなり、両端部のピッチＰｂが最小となるように相違させてある。図１の実線で示すように、送り軸部材１の中央部の螺旋体２ａに移動体３０の係合手段３３が係合している状態で、送り軸部材１を駆動モータ１０で正方向（図１の実線矢印方向）に定速回転させると、移動体３０は図１右方向に直線移動を開始する。この移動体３０の移動開始時の移動速度は、送り軸部材１の回転速度が一定なので係合手段３３が係合している螺旋体２ａのピッチＰａに比例し、したがって、移動開始時の移動速度が最大であり、移動するほどにピッチＰが小さくなって移動速度が徐々に低下し、移動体３０が送り軸部材１の片端部まで移動したところで最小ピッチＰｂによって最小移動速度となる。また、移動体３０が図１実線の位置に在るときに送り軸部材１を逆方向（図１の破線矢印方向）に定速回転させると、移動体３０は図１左方向に始め高速で徐々に低速となる速度変化パターンで直線移動する。
【００１９】
以上のように送り軸部材１を駆動モータ１０の定速回転でもって往復回転させると、移動体３０が送り軸部材１の中央部で高速移動し、両端部で低速移動するように、移動体３０の移動速度が任意に変えられる。なお、移動体３０がガイドロッド２０の両端近くの定位置まで移動すると、その位置を検知して電気信号を出力するリミットスイッチ等のスイッチ２２，２２を固定フレーム７に設置しておくことが望ましい。このスイッチ２２，２２の検知信号で送り軸部材１の回転を一時停止させ、移動体３０の直線移動を一時停止させてから、移動方向を反転させるようにする。
【００２０】
このような移動体３０の一時停止は、停止する直前の移動速度が最小ピッチＰｂで最小の低速になっているので、大きな慣性力を受けることなくスムーズに行える。また、送り軸部材１の中央部で移動体３０を高速で移動させることができるので、移動体３０と共に直線往復移動する被移動物体による各種の作業が高速で行える。さらに、移動体３０を速度を変化させて移動させる駆動源の駆動モータ１０は定速回転するだけの、したがって、回転のオン・オフスイッチ回路を装備した程度の安価で小型のモータが使用できる。また、移動体３０のガイドロッド２０の両端間で決められた移動区間（一対のスイッチ２２，２２の間の定区間に相当）内での各位置における移動速度は、送り軸部材１の螺旋体２ａのピッチＰで決められているので、移動区間の全区間において移動体３０の位置を逐一検知する必要無くして、移動体３０の移動全区間での移動速度が高精度に制御できる。
【００２１】
次に、本発明のより具体的な実施形態を図面に基づき順に説明する。
【００２２】
図１の実施形態に示すように、送り軸部材１を丸棒状の芯棒３に帯板状の条体４ａをピッチを相違させて螺旋状に巻回して構成した場合、図２の断面図に示すように芯棒３の外周に対して帯板状条体４ａが傾斜し、その傾斜角度θは条体４ａのピッチに比例する。そこで、条体４ａに係合させる移動体３０の係合手段３３を移動体３０の連結部３２に対して送り軸部材１の軸方向に首振り揺動可能に連結して、係合手段３３が係合する条体４ａの傾斜角度θの変化に追従して傾斜させるようにする。このようにすると係合手段３３は、条体４ａの傾斜角度θが変化しても常に条体４ａと平行する安定した状態で係合して、条体４ａに拗れることなく低摩擦抵抗で摺動するようになる。また、このように係合手段３３を首振り揺動可能に設置することで、送り軸部材１の螺旋体２ａを帯板状の条体４ａで、つまり、図３に示す市販品で安価な螺旋部品５で構成できる。
【００２３】
図４（Ａ）、（Ｂ）は前記係合手段３３の変形例を示すもので、帯板状条体４ａを挟持する二股状の係合手段３３に一対のローラ３４，３４を回転自在に組み込んで、一対のローラ３４，３４を条体４ａの両面に転動させるようにしている。このようにローラ３４，３４を介して係合手段３３を条体４ａに沿って摺動移動させることで、両者のより円滑な係合状態が確保できる。
【００２４】
図５の実施形態は、送り軸部材１の芯棒３の外周に丸棒状線材の条体４ｂをピッチを変えて巻回して凸状の螺旋体２ａを形成したものである。この場合も丸棒線材の条体４ｂに係合手段３３を挟持させるようにして、両者を摺動可能に係合させればよい。このような丸棒線材の螺旋状条体４ｂは、市販品で安価なスパイラルスプリング線が適用できる。
【００２５】
図６は、送り軸部材１の螺旋体２ｂの形状変更例を示す。この螺旋体２ｂは円柱状の芯棒３の外周に螺旋状に切削して形成された螺旋溝である。この螺旋溝２ｂの幅は一定で、溝間のピッチＰが相違させてある。係合手段３３は、螺旋溝２ｂに嵌入されて螺旋溝２ｂの両側壁面に摺動可能に摩擦係合する突起片３３’を一体に有する。このような螺旋溝２ｂの形成は、通常のネジ溝切削の要領でＮＣ制御して行えばよい。
【００２６】
図７（Ａ）（Ｂ）は、図２の実施形態の変形例である。すなわち、図２の実施形態の帯板状条体４ａを芯棒３の外周にピッチＰを相違させて巻回すると、そのまま芯棒３に固定化されるが、固定化せずに螺旋状の条体４ａの弾力を利用して芯棒３の外周に軸方向移動可能に弾圧結合させたのが、図７である。図７（Ａ）に示される条体４ａは図２と同様なピッチ状態が示され、この条体４ａを芯棒３に弾圧接触させたまま軸方向に移動させてピッチ変更させたのが図７（Ｂ）である。このように１つの送り軸部材１における螺旋体２ａのピッチＰを任意に変更可能とすることで、１つの送り軸部材１で移動体３０をより多様な移動速度で往復移動させることが可能となり、また、往復移動装置の使用段階において移動体３０の移動速度の変更が可能となる。
【００２７】
図８乃至図１０は、１つの送り軸部材１における螺旋体２ａのピッチ形態の各変形例を示すものである。つまり、図１の送り軸部材１は中央部でピッチＰａを最大に、両端部でピッチＰｂを最小にしたピッチ形態であるのに対して、図８は送り軸部材１の中央部のピッチＰｃを最小にし、両端部のピッチＰｄを最大にしている。また、図９の送り軸部材１は、その一端部のピッチＰｅを最小にし、他端部に至るほどピッチを拡大して他端部のピッチＰｆを最大にしている。このような図８と図９の送り軸部材１のピッチ形態は、移動体３０の定区間における移動速度の要求に応じて決められる。また、このようなピッチ形態の選択は、図７の実施形態のように条体４ａの芯棒３上でのピッチ変更を可能にしておけば、１つの送り軸部材１で実行可能である。
【００２８】
図１０の実施形態は、１本の芯棒３の長さ方向半分の外周に長尺な条体４ａを螺旋状に巻回してから、そのまま条体４ａを連続させて芯棒３の他の半分の外周に螺旋方向を逆にして巻回して、芯棒３の中央部から両側に螺旋方向が互いに逆の螺旋体２ａ’、２ａ”を形成し、それぞれの螺旋体２ａ’、２ａ”に独立した２つの移動体３０’，３０”を係合させたものである。各螺旋体２ａ’、２ａ”のピッチ形態は、送り軸部材１の中央側のピッチＰｇが小さく、両端側のピッチＰｈが大きく設定される。この送り軸部材１を往復回転させると、一対の移動体３０’、３０”が互いに反対方向に同様な速度変化をして同時移動する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、送り軸部材を駆動モータで定速で往復回転させると、送り軸部材の螺旋体の相違するピッチに応じた相違する速度で移動体が往復移動するので、移動体を所望の区間で高速移動させたり、移動体の所定の停止位置では低速移動させて停止させる等の移動速度の制御が送り軸部材の螺旋体のピッチだけで可能となり、移動体の様々な移動速度の設定が可能な高性能で、汎用性に優れた往復移動装置が提供できる。また、送り軸部材を定速回転させることで移動体の移動速度の制御が可能となるので、送り軸部材を往復回転させる駆動モータに速度制御回路を装備しない構造簡単で安価、小型のモータが適用できて、往復移動装置の低コスト化、小型化が容易となる。
【００３０】
また、送り軸部材の螺旋体を凸状の条体で形成し、この条体に移動体の係合手段を首振り揺動可能に係合させることで、螺旋状の条体に係合手段が拗れること無く円滑に摺動して、移動体の往復移動の動作が安定する。
【００３１】
また、芯棒の外周に条体を巻回して螺旋体を形成することで、ピッチを相違させた送り軸部材の製作が容易となり、製作費の低減化が可能となる。
【００３２】
また、芯棒の外周に条体をピッチ変更可能に巻回することで、１つの送り軸部材で移動体の様々な移動速度の変更が可能となり、往復移動装置の汎用性の拡大と付加価値の増大化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す往復移動装置の要部の平面図。
【図２】図１装置の部分拡大断面図。
【図３】図１装置における送り軸部材の分解斜視図。
【図４】（Ａ）は本発明の第２の実施形態を示す部分断面図、（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態を示す部分断面を含む部分平面図。
【図６】本発明の第４の実施形態を示す部分断面を含む部分平面図。
【図７】（Ａ）は本発明の第５の実施形態を示す部分断面図、（Ｂ）は図７（Ａ）の条体を移動させてピッチ変更したときの部分断面図。
【図８】本発明の第６の実施形態を示す要部の部分平面図。
【図９】本発明の第７の実施形態を示す要部の部分平面図。
【図１０】本発明の第８の実施形態を示す要部の部分平面図。
【符号の説明】
１    送り軸部材
２ａ    螺旋体
２ｂ    螺旋体
Ｐ    螺旋体のピッチ
３      芯棒
４ａ    条体（帯板状）
４ｂ    条体（丸棒状）
５    螺旋部品
１０    駆動モータ
２０    ガイド手段、ガイドロッド
３０    移動体
３３    係合手段
【図１】
0003630602.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003630602.tif 000008
【図８】
0003630602.tif 000009
【図９】
0003630602.tif 000010
【図１０】
0003630602.tif 000011