(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にねじ溝が形成された軸部材と、
内周面に前記軸部材の前記ねじ溝と噛み合うねじ溝が形成されたナット部材と、
前記軸部材および前記ナット部材のうち一方部材に固定され、当該一方部材の前記ねじ溝を振動させる振動発生部材と、を備え、
前記一方部材の前記ねじ溝は、前記軸部材および前記ナット部材のうち他方部材の前記ねじ溝と噛み合う軸方向範囲において、軸方向に離間して設けられた複数のねじ溝部により構成され、
前記振動発生部材は、複数の前記ねじ溝部の間に介在して固定され、前記軸部材に対して前記ナット部材が軸方向に相対移動される際に複数の前記ねじ溝部を相対的に振動させるように制御されて、前記他方部材に対して相対移動する前記一方部材の前記ねじ溝を加振する送りねじ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記一方部材は、別体に形成され複数の前記ねじ溝部を設けられた複数のねじ溝部本体と、複数の当該ねじ溝本体を一体的に連結する連結部と、を有し、
前記振動発生部材は、信号電圧を印加されて振動する圧電素子である送りねじ装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記軸部材の前記ねじ溝の軸方向長さが前記ナット部材の前記ねじ溝の軸方向長さよりも長い場合に、前記ナット部材を前記一方部材とする送りねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動により移動体を直線運動させる送りねじ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
送りねじ装置は、工作機械や自動車などの様々な分野において、移動体を直線方向に位置決めを行う機械要素として使用されている。この送りねじ装置は、軸部材とナット部材にそれぞれ形成されたねじ溝を直接的に噛み合わせ、または複数のボールを介して間接的に噛み合わせ、回転運動を直線運動に変換して移動体を移動させている。また、送りねじ装置には、軸部材を回転させてナット部材を直線運動させるものと、ナット部材を回転させて軸部材を直線運動させるものがある。何れの構成においても、送りねじ装置は、回転運動させる部材の回転量に応じて移動体を位置決めしている。
【０００３】
このような送りねじ装置の軸部材およびナット部材において、噛み合っている各ねじ溝には摩擦力が発生している。ねじ溝に発生する摩擦力は、必要となる回転駆動力や位置決め精度、装置の耐久性などに影響するおそれがあるため、なるべく低減させることが好適である。そこで、例えば、特許文献１，２には、高周波振動を発生する加振装置を用いた摩擦力の低減方法が開示されている。この方法によると、加振装置により、軸部材またはナット部材を加振することで、ねじ溝に発生する摩擦力を低減できるものとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−２３８５４０号公報
【特許文献２】特開２００５−２５６９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような加振装置を用いて摩擦力を低減させる送りねじ装置においては、加振する際の周波数や振幅の設定、高周波振動を発生させる振動発生部材をどのように配置するかによって、その効果が大きく変動することがある。また、加振装置についても小型化などの要請があるため、より効率的にねじ溝を加振して摩擦力を低減させることが求められている。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、より効率的にねじ溝を加振することによって、ねじ溝に発生する摩擦力を低減することが可能な送りねじ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】
【０００６】
上述した課題を解決するために、請求項１に係る発明によると、外周面にねじ溝が形成された軸部材と、内周面に前記軸部材の前記ねじ溝と噛み合うねじ溝が形成されたナット部材と、前記軸部材および前記ナット部材のうち一方部材に固定され、当該一方部材の前記ねじ溝を振動させる振動発生部材と、を備え、前記一方部材の前記ねじ溝は、前記軸部材および前記ナット部材のうち他方部材の前記ねじ溝と噛み合う軸方向範囲において、軸方向に離間して設けられた複数のねじ溝部により構成され、前記振動発生部材は、複数の前記ねじ溝部の間に介在して固定され、前記軸部材に対して前記ナット部材が軸方向に相対移動される際に複数の前記ねじ溝部を相対的に振動させるように制御されて、前記他方部材に対して相対移動する前記一方部材の前記ねじ溝を加振する。
【０００７】
請求項２に係る発明によると、請求項１において、前記一方部材は、別体に形成され複数の前記ねじ溝部を設けられた複数のねじ溝部本体と、複数の当該ねじ溝本体を一体的に連結する連結部と、を有し、前記振動発生部材は、信号電圧を印加されて振動する圧電素子である。
請求項３に係る発明によると、請求項１または２において、前記軸部材の前記ねじ溝の軸方向長さが前記ナット部材の前記ねじ溝の軸方向長さよりも長い場合に、前記ナット部材を前記一方部材とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によると、軸部材およびナット部材のうち振動発生部材が固定される一方部材のねじ溝は、軸方向に離間した複数のねじ溝部により構成されている。そして、振動発生部材が複数のねじ溝部の間に介在して固定される構成としている。これにより、複数のねじ溝部のうち何れかのねじ溝部が基準となり、その他のねじ溝部を振動発生部材により加振することができる。従来においては、例えば、特許文献１では軸部材の端部から加振し、特許文献２ではナット部材の端部から加振する構成としている。このような従来の構成では、振動発生部材が、配置される軸部材またはナット部材を基準として振動すると、十分に軸部材またはナット部材を加振できないことが懸念される。これに対して、本発明では、上述のように、少なくとも何れかのねじ溝部が基準となるため、より効率的にねじ溝を加振することができる。よって、ねじ溝に発生する摩擦力を低減することができる。
【０００９】
また、ねじ溝を構成する複数のねじ溝部は、振動発生部材が固定されない側の他方部材のねじ溝と噛み合う軸方向範囲において離間するものとしている。つまり、このような複数のねじ溝部の間に介在する振動発生部材は、各ねじ溝が噛み合う軸方向範囲の内側に位置することになる。そのため、振動発生部材から効率的に振動がそれぞれのねじ溝部に伝達されるので、確実にねじ溝に発生する摩擦力を低減することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明によると、振動発生部材が固定される一方部材は、別体に形成された複数のねじ溝部本体を連結部により一体的に連結している。これにより、ねじ溝部を設けられた複数のねじ溝部本体のうち何れかのねじ溝部本体が基準となり、その他のねじ溝部本体を振動発生部材により加振することができる。よって、確実にねじ溝部を加振し、摩擦力を低減することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明によると、ナット部材に振動発生部材を固定する構成としている。送りねじ装置は、軸部材に対してナット部材が相対的に直線運動することにより、移動体を位置決めしている。また、用途にもよるが一般に、軸部材のねじ溝の軸方向長さがナット部材のねじ溝の軸方向長さよりも長い場合が多い。そのため、ナット部材のねじ溝を軸方向に離間した複数のねじ溝部により構成することで、その間に介在する振動発生部材は、常に加振の対象であるねじ溝の近傍に位置することになり、効率的に加振することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一実施形態：送りねじ装置の全体を示す断面図である。
【図２】軸部材とナット部材の噛み合いを示す拡大断面図である。
【図３】第二実施形態：軸部材とナット部材の噛み合いを示す拡大断面図である。
【図４】第三実施形態：軸部材とナット部材の噛み合いを示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の送りねじ装置を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
＜第一実施形態＞
（送りねじ装置１の構成）
本実施形態の送りねじ装置１について、図１および図２を参照して説明する。送りねじ装置１は、図１に示すように、軸部材１０と、ナット部材２０と、駆動装置３０と、加振装置４０を備えている。また、本実施形態において、送りねじ装置１は、軸部材１０を駆動装置３０により回転させて、ナット部材２０を直線運動させる構成としている。これにより、ナット部材２０に設けられた移動体２は、ナット部材２０の直線運動に伴って軸方向に移動し、駆動装置３０の制御により所定の軸方向位置に位置決めされる。
【００１５】
軸部材１０は、軸方向に延びる円柱状部材であり、その外周面に一方側の端部から他方側の端部に亘ってねじ溝である雄ねじ１１が形成されている。また、軸部材１０は、複数の軸受により回転可能に支持され、後述する駆動装置３０により回転駆動する。
【００１６】
ナット部材２０は、図１および図２に示すように、第一ナット本体２１と、第二ナット本体２２と、連結部２３を有している。第一ナット本体２１は、環状からなり内周面にねじ溝である雌ねじ２１ａが設けられている。第二ナット本体２２は、第一ナット本体２１と同様に、環状からなり内周面にねじ溝である雌ねじ２２ａが設けられている。第一ナット本体２１および第二ナット本体２２は、別体に形成された部材であり、送りねじ装置１における軸方向に離間して配置されている。
【００１７】
そして、各雌ねじ２１ａ，２２ａは、軸部材１０の雄ねじ１１とそれぞれ噛み合っている。このような構成からなる第一ナット本体２１および第二ナット本体２２は、本発明の「ねじ溝部本体」相当するものである。そして、ナット部材２０のねじ溝は、軸方向に離間しても設けられた複数のねじ溝部である各雌ねじ２１ａ，２２ａにより構成されている。
【００１８】
連結部２３は、複数のねじ溝部本体に相当する第一ナット本体２１および第二ナット本体２２を一体的に連結する部材である。本実施形態においては、第一ナット本体２１および第二ナット本体２２に設けられた貫通孔を挿通し、ボルト締結により両部材を連結している。また、連結部２３は、環状からなる第一ナット本体２１および第二ナット本体２２の周方向に等間隔で複数設けられている。そして、連結部２３は、第一ナット本体２１に対する第二ナット本体２２の周方向の相対移動を規制して回転駆動力を伝達可能とするとともに、微小な軸方向の相対移動を許容している。
【００１９】
このような構成からなるナット部材２０は、軸部材１０と互いのねじ溝で噛み合い、回転運動を直線運動に変換可能としている。そして、ナット部材２０は、軸部材１０が回転すると、その回転量に応じて、第二ナット本体２２の外周側に設置された移動体２とともに軸方向に移動する。ここで、移動体２の可動域を十分に確保するために、図１および図２に示すように、軸部材１０のねじ溝に相当する雄ねじ１１の軸方向長さＬ１は、ナット部材２０のねじ溝に相当する各雌ねじ２１ａ，２２ａの軸方向長さＬ２よりも長く形成されている。この軸方向長さＬ２は、軸部材１０とナット部材２０の各ねじ溝（雄ねじ１１，雌ねじ２１ａ，２２ａ）が噛み合う軸方向範囲と等しい。
【００２０】
駆動装置３０は、軸部材１０を回転駆動させるものであって、モータ３１とカップリング３２を有する。モータ３１は、図示しない制御装置に連結され、当該制御装置からモータアンプなどを介して供給される電流によって所定の位相まで回転する電動機である。また、モータ３１は、送りねじ装置１において回転可能に支持された軸部材の一端とカップリング３２を介して連結されている。これにより、モータ３１の回転駆動が軸部材１０に伝達されるようになっている。
【００２１】
加振装置４０は、送りねじ装置１においてナット部材２０を加振するものであって、圧電素子４１とアンプ４２を有する。圧電素子４１は、印加された電圧によって振動する素子であり、本発明の「振動発生部材」に相当する。この圧電素子４１は、図示しない制御装置にアンプ４２を介して連結され、制御装置により印加される信号電圧によって所定の振幅および振動数で振動する。
【００２２】
また、圧電素子４１は、ナット部材２０の第一ナット本体２１および第二ナット本体２２の隙間において周方向に複数配置され、連結部２３によって両部材２１，２２に挟持されるように固定されている。このように、振動発生部材である圧電素子４１は、ナット部材２０のねじ溝（各雌ねじ２１ａ，２２ａ）の間に介在して固定される構成となっている。
【００２３】
（送りねじ装置１による作用および効果）
上述した送りねじ装置１によると、駆動装置３０により所定の回転量だけ軸部材１０を回転させて、軸部材１０と噛み合うナット部材２０を軸方向に移動させる。これにより、ナット部材２０に設置された移動体２を所定の軸方向位置に位置決めする。また、送りねじ装置１の軸部材１０およびナット部材２０において、噛み合っている雄ねじ１１および各雌ねじ２１ａ，２２ａには摩擦力が発生している。
【００２４】
そこで、送りねじ装置１は、ナット部材２０のねじ溝（雌ねじ２１ａ，２２ａ）を加振装置４０によって加振することにより、上記の摩擦力の低減を図っている。そして、本実施形態の送りねじ装置１は、振動発生部材である圧電素子４１をナット部材２０に固定するものとしている。さらに、ナット部材２０のねじ溝が軸方向に離間した雌ねじ２１ａおよび雌ねじ２２ａにより構成されるものとし、圧電素子４１をこれらの間に介在して固定される構成としている。
【００２５】
このような構成において、加振装置４０がアンプ４２を介して圧電素子４１に信号電圧を印加すると、圧電素子４１が固定された第一ナット本体２１および第二ナット本体２２が相対的に振動する。軸部材１０の雄ねじ１１との噛合力や移動体２から受ける反力などにも影響されるが、第一ナット本体２１および第二ナット本体２２のうち一方が基準となり、他方が振動することも想定される。何れにしても、少なくとも一方が振動することにより、ナット部材２０のねじ溝を構成する各雌ねじ２１ａ，２２ａのうち少なくとも一方を加振することができる。これにより、軸部材１０のねじ溝（雄ねじ１１）とナット部材２０のねじ溝に発生する摩擦力を低減することができる。
【００２６】
さらに、送りねじ装置１は、圧電素子４１が軸方向に離間した雌ねじ２１ａおよび雌ねじ２２ａの間に介在するものとした。これにより、圧電素子４１は、雄ねじ１１と各雌ねじ２１ａ，２２ａが噛み合う軸方向範囲Ｌ２の内側に位置することになる。そのため、圧電素子４１から効率的に振動がナット部材２０のねじ溝部に相当する各雌ねじ２１ａ，２２ａに伝達されるので、確実にねじ溝に発生する摩擦力を低減することができる。
【００２７】
また、圧電素子４１が固定されるナット部材２０は、別体に形成された複数の第一ナット本体２１および第二ナット本体２２を連結部２３により一体的に連結して構成される。これにより、雌ねじ２１ａを設けられた第一ナット本体２１および雌ねじ２２ａを設けられた第二ナット本体２２のうち何れかの一方が基準となり、他方を圧電素子４１により加振することができる。よって、確実にナット部材２０のねじ溝部を加振し、摩擦力を低減することができる。
【００２８】
ここで、送りねじ装置１は、本実施形態において、軸部材１０に対してナット部材２０が相対的に直線運動することにより、移動体２を位置決めするものとした。この場合に、用途にもよるが一般に、軸部材１０の雄ねじ１１の軸方向長さＬ１がナット部材２０のねじ溝（雌ねじ２１ａ，２２ａ）の軸方向長さＬ２よりも長い場合が多い。そのため、ナット部材２０のねじ溝を軸方向に離間した雌ねじ２１ａおよび雌ねじ２２ａにより構成することで、その間に介在する圧電素子４１は、常に加振の対象である雌ねじ２１ａ，２２ａの近傍に位置することになり、効率的に加振することができる。
【００２９】
＜第二実施形態＞
本実施形態の送りねじ装置１０１について、図３を参照して説明する。本実施形態における送りねじ装置１０１は、主として、第一実施形態とナット部材の構成が相違する。その他の共通する構成については、第一実施形態と実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。以下、相違点のみについて説明する。
【００３０】
送りねじ装置１０１は、軸部材１０と、ナット部材１２０と、駆動装置３０と、加振装置４０を備えている。ナット部材１２０は、図３に示すように、複数の雌ねじ１２４ａ〜１２４ｃと、複数の凹部１２５ａ，１２５ｂを有している。このナット部材１２０は、第一実施形態のナット部材２０とは異なり、一体部材として形成されている。ナット部材１２０は、環状からなり内周面にねじ溝である複数の雌ねじ１２４ａ〜１２４ｃが異なる軸方向位置に設けられている。複数の雌ねじ１２４ａ〜１２４ｃは、軸部材１０の外周面に形成された雄ねじ１１とそれぞれ噛み合っている。各雌ねじ１２４ａ〜１２４ｃは、ナット部材１２０に設けられた複数のねじ溝部に相当する。
【００３１】
また、ナット部材１２０は、内周面において全周に亘って形成された複数の凹部１２５ａ，１２５ｂが各雌ねじ１２４ａ〜１２４ｃの間に形成されている。これにより、各雌ねじ１２４ａ〜１２４ｃは、凹部１２５ａ，１２５ｂの軸方向幅の分だけ軸方向に離間している。また、各凹部１２５ａ，１２５ｂは、その底面とナット部材１２０の外周面までの所定距離となるように設計される。これにより、各雌ねじ１２４ａ〜１２４ｃが設けられた各部位の間での回転駆動力を伝達可能とするとともに、微小な軸方向の相対移動を許容している。
【００３２】
そして、送りねじ装置１０１は、加振装置４０の圧電素子４１を複数の凹部１２５ａ，１２５ｂにそれぞれ配置している。これにより、送りねじ装置１０１は、ナット部材１２０に固定された圧電素子４１が、制御装置により印加される信号電圧によって所定の振動をナット部材１２０のねじ溝（雌ねじ１２４ａ〜１２４ｃ）に伝搬して加振する構成となっている。このような構成の送りねじ装置１０１によると、第一実施形態と同様の効果を奏する。
【００３３】
また、本実施形態では、異なる軸方向位置に形成された凹部１２５ａ，１２５ｂにそれぞれ圧電素子４１を配置する構成とした。これは、用途などによって適宜設定されたナット部材１２０の軸方向長さと、圧電素子４１の加振能力を勘案したものであって、さらに圧電素子４１を異なる軸方向位置に配置する構成としてもよい。
【００３４】
＜第三実施形態＞
本実施形態の送りねじ装置２０１について、図４を参照して説明する。本実施形態における送りねじ装置２０１は、主として、第一実施形態と振動発生部材の配置する部材が異なり、これに伴い軸部材およびナット部材の構成が相違する。その他の共通する構成については、第一実施形態と実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。以下、相違点のみについて説明する。
【００３５】
送りねじ装置２０１は、軸部材２１０と、ナット部材２２０と、駆動装置３０と、加振装置４０を備えている。軸部材２１０は、図４に示すように、第一軸本体２１２と、第二軸本体２１３と、連結部２１４を有している。第一軸本体２１２は、外周面にねじ溝である雄ねじ２１２ａが設けられている。第二軸本体２１３は、第一軸本体２１２と同様に、外周面にねじ溝である雄ねじ２１３ａが設けられている。第一軸本体２１２および第二軸本体２１３は、別体に形成された部材であり送りねじ装置２０１における軸方向に離間して配置されている。
【００３６】
そして、各雄ねじ２１２ａ，２１３ａは、後述するナット部材２２０の雌ねじ２２０ａとそれぞれ噛み合っている。このような構成からなる第一軸本体２１２および第二軸本体２１３は、本発明の「ねじ溝部本体」に相当するものである。そして、軸部材２１０のねじ溝は、軸方向に離間して設けられた複数のねじ溝部である各雄ねじ２１２ａ，２１３ａにより構成されている。
【００３７】
連結部２１４は、複数のねじ溝部本体に相当する第一軸本体２１２および第二軸本体２１３を一体的に連結する部材である。本実施形態においては、第一軸本体２１２および第二軸本体２１３の対向する端面に設けられた圧入孔に圧入されて両部材を連結している。また、連結部２１４は、円柱状からなる第一軸本体２１２および第二軸本体２１３の周方向に等間隔で複数設けられている。そして、連結部２１４は、第一軸本体２１２に対する第二軸本体２１３の周方向の相対移動を規制して回転駆動力を伝達可能とするとともに、微小な軸方向の相対移動を許容している。
【００３８】
ナット部材２２０は、環状からなり内周面にねじ溝である雌ねじ２２０ａが設けられている。雌ねじ２２０ａは、第一軸本体２１２の雄ねじ２１２ａおよび第二軸本体２１３の雄ねじ２１３ａと噛み合っている。このような構成からなるナット部材２２０は、軸部材２１０の回転に伴い、その回転量に応じてナット部材２２０に設置された移動体２とともに軸方向に移動する。
【００３９】
また、本実施形態において、ナット部材２２０は、雌ねじ２２０ａが軸部材２１０の雄ねじ２１２ａおよび雄ねじ２１３ａと常に噛み合っている軸方向範囲を可動範囲としている。つまり、ナット部材２２０の可動範囲は、ナット部材２２０の雌ねじ２２０ａの軸方向長さＬ３から第一軸本体２１２と第二軸本体２１３の軸方向の離間距離Ｌ４を差し引いた距離となる。このように、軸部材２１０のねじ溝は、ナット部材２２０のねじ溝（雌ねじ２２０ａ）と噛み合う軸方向範囲Ｌ３において、軸方向に離間して設けられた複数のねじ溝部（雄ねじ２１２ａ，２１３ａ）により構成されていることになる。
【００４０】
そして、送りねじ装置２０１は、加振装置４０の圧電素子４１を第一軸本体２１２と第二軸本体２１３の間に配置している。これにより、送りねじ装置２０１は、軸部材２１０に固定された圧電素子４１が、制御装置により印加される信号電圧によって所定の振動を軸部材２１０のねじ溝（雄ねじ２１２ａ，２１３ａ）に伝搬して加振する構成となっている。このような構成の送りねじ装置２０１によると、第一実施形態と同様の効果を奏する。
【００４１】
＜実施形態の変形態様＞
実施形態（第一実施形態〜第三実施形態）において、振動発生部材として圧電素子４１を例示して説明した。これに対して、振動発生部材は、軸部材のねじ溝またはナット部材のねじ溝を加振できるものであれば、圧電効果を利用した振動子以外であっても適用することができる。また、実施形態において、送りねじ装置１，１０１，２０１は、軸部材を回転させてナット部材を直線運動させる構成とした。これに対して、送りねじ装置は、駆動装置によりナット部材を回転させて軸部材を直線運動させてもよい。
【００４２】
さらに、軸部材のねじ溝とナット部材のねじ溝が直接的に噛み合う構成を例示して説明した。これに対して、送りねじ装置は、軸部材とナット部材にそれぞれ形成されたねじ溝を、複数のボールを介して間接的に噛み合わせたボールねじ装置としてもよい。この場合は、軸部材の外周面に形成されたボールの軌道溝がねじ溝に相当し、当該軌道溝とボールにより雄ねじが形成される。何れの構成においても本発明を適用することで、同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００４３】
１，１０１，２０１：送りねじ装置、  ２：移動体
１０，２１０：軸部材、  １１：雄ねじ（ねじ溝）
２１２：第一軸本体（ねじ溝部本体）、  ２１３：第二軸本体（ねじ溝部本体）
２１２ａ，２１３ａ（ねじ溝部、ねじ溝）、  ２１４：連結部
２０，１２０，２２０：ナット部材、  ２１：第一ナット本体（ねじ溝部本体）
２２：第二ナット本体（ねじ溝部本体）
２１ａ，２２ａ，２２０ａ：雌ねじ（ねじ溝部、ねじ溝）、  ２３：連結部
１２４ａ〜１２４ｃ：雌ねじ、  １２５ａ，１２５ｂ：凹部
３０：駆動装置、  ３１：モータ、  ３２：カップリング
４０：加振装置、  ４１：圧電素子（振動発生部材）、  ４２：アンプ
【図１】
0005884410.tif 000002
【図２】
0005884410.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005884410.tif 000005