(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
おねじを有する回転ねじ体（１０）に沿って双方向の直線運動を受けるように構成され、回転ねじ体（１０）のおねじに噛み合うめねじを有するバックラッシ除去ナット（１２）であって、
ａ）各々が前記めねじを有し、かつねじ体（１０）上でユニットとして互いに相対的に動く２つのナット半体（１４，１６）と、
ｂ）ねじ体（１０）の前記おねじおよびナット（１２）の前記めねじ間のバックラッシの遊びを解消するように、２つのナット半体（１４，１６）を結合して、前記ねじ体（１０）上で互いに近づいた当接位置に向かって反対方向に前記両方のナット半体（１４，１６）の相対的な運動を誘発するねじりばね（６０）と、を備え、
ｃ）摩擦の大きい弾性樹脂製の摩擦付与手段が、各ナット半体（１４，１６）上に形成されてねじ体（１０）に対し直交する面（２４，４４）の間に設けられて、これらナット半体が当接している状態で、これらナット半体（１４，１６）間の相対的回転運動を制限することを特徴とするバックラッシ除去ナット（１２）。
【請求項２】
請求項１において、前記摩擦の大きい弾性樹脂製の摩擦付与手段が、摩擦の大きい弾性樹脂製の座金（５０）であるバックラッシ除去ナット（１２）。
【請求項３】
請求項１において、前記摩擦の大きい弾性樹脂製の摩擦付与手段が、２つの面（２４，４４）のうち少なくとも１つの面上に形成された被膜であるバックラッシ除去ナット（１２）。
【請求項４】
請求項１において、前記ナット半体（１４，１６）の一方がそのナット（１２）を負荷に取り付ける取付け板（１８）を有するバックラッシ除去ナット（１２）。
【請求項５】
請求項１において、前記ナット半体（１４，１６）の一方が、他方の中に回転可能にはまり込むバックラッシ除去ナット（１２）。
【発明の詳細な説明】
背景技術
データプリンタからロボット等に対する位置決め装置に至る多くの近代的な機械は、相対的に高速でしかもかなりの精度で往復運動させる為の要素を必要とする。今日の規格は、かかる機器が位置決めの高い反復性、信頼性および長い寿命を備えることを定めている。この機能を果たす為の代表的な要素は、親ねじ（lead screw）が回転する時に前後に移動することの出来る、親ねじに噛み合ったバックラッシ除去（anti-backlash）ナットである。
この様な要素は、我々の米国特許4,131,031に開示されており、それには、親ねじの回転に従って親ねじに沿った前後の直線運動を受けるバックラッシ除去ナットアセンブリが含まれている。ナット自身は２分割されていて、その両者はねじ体上のねじ山に噛み合うめねじを備える。ナットの２分割された各部分は、管状または環状のスペーサーにより径方向に拘束されて、ねじ上に保持される。ばねが、ねじ体の長手方向にバイアス力を加えて両方のナット半体を離すことにより、バックラッシを最小に、又は除去することが出来る。
上記の特許に基づいて作られたバックラッシ除去ナットは、満足し得ることを実証されているが、ばねが用いられているために、幾らかの制約を負う。ばねは、両方のナット半体を引き離す力を常に作用させ、両方のナット半体のねじ山フランジを親ねじの反対側のねじ山フランクに押し付ける。ばねがない状態でナット半体の一方にのみ負荷が作用すると、他方のナット半体は拘束されていない故に前者に相対的に直線運動を行う。この発明のバックラッシ除去の構成は、ばね自身の軸方向の力に基づくものである。負荷はばねを介して伝達される為に、剛性の高いばねが引き起こす摩擦力は過大となり、従って効率は低下する。逆にばねが弱過ぎるとバックラッシを充分に押さえることは出来なくなる。この様に、バックラッシ除去の機能は、ばねの力の効果のみでしかないと言える。本発明は、この問題に焦点をあてる。
上記とは別の要素が、我々の米国特許4,353,264に於いて記載されているが、この特許に於いて我々は、ねじ体の回転運動に応じてねじ体の長手方向の直接運動を受けるバックラッシ除去ナットアセンブリを開示した。そのメカニズムは、ねじ体と同じねじ山と方向を内側にねじ切りされた、２つのナット半体に分割されたナットを使用する。２つのナット半体はその一部を取り囲む同軸の円筒体により径方向に拘束されている。更に、ナットの表面間の保持手段にスペーサーが取り付けられ、これが表面の少なくとも一つに押し付けられることにより、ねじ体のねじ山とナットのねじ山との間に生じることのあるすき間を閉じる。このように、作用力は多数の機械的要素を用いることにより作り出される。
この作用力を作り出す為に多数の要素が用いられる時には、それらは機械的な問題および製造時の嵌合上の問題の故に軸方向の剛性が本質的に弱くなることは避けられない。理想的なバックラッシ除去ナットは、負荷が何れの方向にかかる時にもナット自身の弾性による動きが一切認められぬほどの無限大の軸方向の剛性を備える可きである。この様に、ナットのバックラッシ除去機能は、作成されたナットの剛性の効果のみでしかないと言える。この問題を解決することが、この発明の意図である。
発明の開示
本発明は、両方向の直線運動、即ち回転可能な親ねじに沿った前後方向の運動を受けるように構成されたバックラッシ除去ナットに関するものである。ナットはねじ体のねじ山に噛み合うめねじを有する。ナット自身は２つのナット半体を備え、これら両方のナット半体は回転可能な親ねじに沿ってユニットとして動くことが可能であると共に、ねじ体上で互いに相対的に回転することが出来る。互いに反対方向の閉じる位置に向かう両方のナット半体の相対的な回転を誘発する為の両方のナット半体に結合した手段が設けられており、その位置においては、ねじ体のねじ山とナットのねじ山との間のバックラッシはふさがれる。この回転を誘発するには、ねじりばねを用いることで充分である。
更に、両方のナット半体の間には、それらが近づいてはめ込んだ位置に在る時にバックラッシが再発することを防止する為に、それらの相対的な回転運動を制限する手段が設けられている。この目的のために、両方のナット半体の間に摩擦の大きい弾性樹脂製の（erastomeric）座金が用いられる。
本発明の一実施形態では、ナット半体の一方はナットを負荷に取り付ける為の取付け板を有する。
本発明の別の実施形態に於いては、ナット半体の一方は、他方の中に回転可能にはまり込む。
更に別の実施形態に於いては、ナット半体の各々はねじ体に対して直交方向に延びる面を有し、その面の少なくとも一つは摩擦の大きい弾性樹脂製の材料を用いて被膜されている。
各種の斬新な構造の詳細と部品の組み合わせを含む本発明の上記およびその他の特徴は、添付の図面を参照して詳述され、請求の範囲において指摘される。本発明を具体化する特定のバックラッシ除去ナットアセンブリは図によってのみ示されるが、発明をそれに限定するものではないと理解される。本発明の原理と特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく各種の多くの実施形態に使用されることが出来る。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明を説明する親ねじ上のバックラッシ除去ナットアセンブリの側面図である。
図２は、図１のバックラッシ除去ナットの分解図で、その一部を断面で示すものである。
図３は、図１の２つのバックラッシ除去ナット半体と親ねじの断面拡大詳細図である。
発明の好適な実施形態
図１および図２を参照して、本発明を具体化するバックラッシ除去ナットと説明する。１２の記号で示されているバックラッシ除去ナットアセンブリが取り付けられた、右ねじを切られた親ねじ１０が示されている。ナットは、第１又は左側ナット部１４と、第２又は右側ナット部１６とを備え、これらはねじ体１０の回転によりねじ１０に沿って双方向、即ち前後に直線運動を受ける。ナット部１４および１６はまた、ナット半体とも呼ばれる。左側ナット部１４は、親ねじにより前後に往復運動させられるように負荷にナットを接合する為の取付け板１８を備える。円形部２０が取付け板１８の右側面から突き出している。第２の円筒形部２２（図２）が、円形部２０から突き出し、親ねじ１０の軸αに直角に形成されている円形又はリング形の平面２４で終端している。円筒形部２２の面２４には、円形の孔２６が形成され、壁２７で終端している（図２）。
取付け板１８、円形部２０および円筒形部２２の一部のそれぞれの中心には、軸αに沿っためねじ２９が形成されている。これらは、親ねじ１０のねじ山と同じサイズと方向である。小さい孔３０が、円形部２０に形成されている。
次に、右側のナット半体１６について記述する。これは、円筒形部分４０と第２の小さい円筒形部４２とを有する。右側のナット半体１６の内側にも、親ねじ１０のねじ山と同じサイズと方向のねじ山が設けられている。円筒形部４０は親ねじ及びねじ山の軸αに直角に形成された平面４４を有している。面４４と面２４は互いに平行であり、両方のナット半体が後述の如く組み合わされる時に係合することが出来る。円筒形部４０の中にも第２の小さい孔４８が形成されている。
摩擦の大きい弾性樹脂製の座金５０の形の摩擦付与手段が設けられている。これはナット半体１６の円筒形部４２の直径よりも僅かに大きい円形の孔５２を有しているので、両方のナット半体が組み合わされる時には、弾性樹脂製の座金は円筒形部４２の上を摺動し、面４４に当接することが出来る。座金は又、面又は円形リング２４にも当接する。端末部６２および６４を有するねじりばね６０が設けられることにより、ねじ体上の両方のナット半体が図１に示される如く組み合わせられる時に、相対的な回転（反対方向）が誘発される。
右側のナット半体の円筒形部４２を左側のナット半体の円形孔２６の中にはめ込んで、図１に示された如く各ナット半体１４、１６は親ねじ１０にねじ込まれる。ねじりばね６０は、ばねを軽く締めるためにねじれがある。端末部６２は孔３０に、又端末部６４は孔４８にそれぞれ挿入される。組立てられた図１の状態では、弾性樹脂製の座金５２（図２）は、ナット半体１４の面２４とナット半体１６の面４６との間に位置し、しかもこれらの部品は両方のナット半体を反対方向に回転させるねじりばねの作用により、座金５０に対して当接する如く近づく。
本発明の別の実施形態では、両方のナット半体の面２４、４４に、例えば溶射により摩擦の大きい弾性樹脂製の材料を被膜する。これにより、摩擦の大きい弾性樹脂製の座金５０は不要となる。
この場合に、ねじりを生じる手段は端末部６２及び６４を有する従来のねじりばねとして示されるが、両方のナット半体を互いに反対方向に回転させる為に、例えば予め内部力が加えられた弾性樹脂製のスリーブ、又は両方のナット半体に力の作用する如く固定された弾性樹脂製の連結部材の如き任意の同等の手段を用いることが出来る。
図３に於いて、ねじりばねが図１に示された如く組み立てられた位置に在るとき、図３の左側のナット半体１４にはナット半体の下向きの矢印の方向への回転が誘発される。ナット半体１６には、ナット半体の上向きの矢印の方向への回転が誘発される。従って、両方のナット半体は互いに反対の方向に回転する。親ねじ１０のフランクとナット半体１４のねじ山との間のすき間は、a-aおよびb-bに生じる係合によりふさがれる。逆に反対方向への回転が誘発されるナット半体１６は、結果的にc-cおよびd-dに於いてねじ山のフランクに係合を生み出し、両方のナット半体は矢印eとfの方向、即ち互いに相手に向かって移動する。この動作は、ナット半体１４の面２４がナット半体１６の面４４に向かって動く間持続する。次に、両方のナット半体は摩擦の大きい弾性樹脂製の座金５０の背中合せの表面に到達して停止する。座金が使用されずに摩擦付与材料が溶射されている場合には、面２４および４４は互いに当接する。これはロックされた位置と称され、以後両方のナット半体１４、１６の相対回転は生じない。
両方のナット半体はa-a、b-b、c-cおよびd-dに於いてねじ山のフランクに対して押し付けられる。以後は回転は起きることがなく、更に重要なことは、座金５０と面２４、４４、又は被膜された両面自身の間の摩擦が大きい故に逆方向の回転も起きない。上向きの矢印の方向の親ねじ１０の回転（即ち図３の右から見た時には時計方向）により、両方のナット半体はユニットとして右の方向に動き、ナット半体１４上の取付け板１８に取り付けられた如何なる負荷も移動させる。
ナット半体１４がナット半体１６を図３における右側に押すことにより、親ねじ１０のねじ長さにわたる右方向への移動が終わると、親ねじの回転が反転する。この時点において、ねじ山のフランクは、c-c、d-dに於いてなおも係合し、これらの面はすでに密に接しているので、バックラッシの故の空転は起きることはない。この様な方法で力の作用を受ける両方のナット半体は、２つのナットシステムのくさび効果およびロック作用を生じる。
くさび作用が起きなければ、ナットは独立して動作し、ねじ山のフランク間のすき間のためにバックラッシが起きる。左側のナット半体１４又は取り付けナットに施された負荷は、単に右側のナット半体１６を左側のナット半惰いる円形又はリング形の平面２４で終端している。円筒形部２２の面２４には、円形の孔２６が形成され、壁２７で終端している（図２）。
取付け板１８、円形部２０および円筒形部２２の一部のそれぞれの中心には、軸αに沿っためねじ２９が形成されている。これらは、親ねじ１０のねじ山と同じサイズと方向である。小さい孔３０が、円形部２０に形成されている。
次に、右側のナット半体１６について記述する。これは、円筒形部分４０と第２の小さい円筒形部４２とを有する。右側のナット半体１６の内側にも、親ねじ１０のねじ山と同じサイズと方向のねじ山が設けられている。円筒形部４０は親ねじ及びねじ山の軸αに直角に形成された平面４４を有している。面４４と面２４は互いに平行であり、両方のナット半体が後述の如く組み合わされる時に係合することが出来る。円筒形部４０の中にも第２の小さい孔４８が形成されている。
、ねじりばね６０が両方のナット半体を一緒に回転させ続け、座金５０又は被膜された面２４、４４に於いてすき間の生じることは許されない。
その結果、このシステムは、圧縮コイルばねの力に左右される我々の以前の米国特許4,131,031に於けるようなことはない。摩耗は補償され、又システムの剛性を維持する為に必要なロック力は比較的小さくてよい。
その構造の簡単なこと、部品の数の少ないことおよび選ばれた機能により、我々の米国特許4,353,264の問題は解消される。
【図１】
0003689428.tif 000002
【図２】
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【図３】
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