(57)【要約】【課題】大きな減速比が得られ、製作が容易で、強度の向上も図れ、耐久性を向上できる微少・早送り装置を提供することにある。【解決手段】駆動ねじ部１３を設けた第１の軸４と、第２の軸６と、この第２の軸に対して軸方向の移動のみ許容され、かつ駆動ねじ部とピッチ及びリードが同じでねじれ方向が異なる従動ねじ部１５とからなり、モータ１２によって第１の軸と第２の軸に回転数比を与えた状態でリードの進み方向が同方向になる回転を付与することにより、駆動ねじ部１３の回転によるリードと従動ねじ部１５の回転によるリードの差により従動ねじ部を第２の軸の軸方向に微少送りし、第１の軸と第２の軸をリードに進む方向が逆方向になる回転を付与することにより、駆動ねじ部の回転によるリードに対し従動ねじ部の回転によるリードが加算され、従動ねじ部を第２の軸の軸方向に早送りする。【選択図】　　　　　図１
2004100838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の雄ねじ部を設けた回転自在な第１の軸と、
この第１の軸と平行に設けた回転自在な第２の軸と、
この第２の軸に対して周方向の回転は拘束され、軸方向の移動は許容された状態で前記第１の軸の雄ねじ部に係合され、かつ前記第１の雄ねじ部とピッチ及びリードが同じでねじれ方向が異なる第２の雄ねじ部と、
前記第１の軸と第２の軸を回転させる駆動手段とからなり、
前記駆動手段によって前記第１の軸と第２の軸に回転数比を与えた状態でリードの進み方向が同方向になる回転を付与することにより、前記第１の雄ねじ部の回転によるリードと第２の雄ねじ部の回転によるリードの差により第２の雄ねじ部を第２の軸の軸方向に微少送りし、
前記第１の軸と第２の軸をリードに進む方向が逆方向になる回転を付与することにより、前記第１の雄ねじ部の回転によるリードに対し第２の雄ねじ部の回転によるリードが加算され、第２の雄ねじ部を第２の軸の軸方向に早送りすることを特徴とする微少・早送り装置。
【請求項２】
前記第２の軸は、その軸方向にキー溝を有しており、第２の雄ねじ部が前記キー溝と係合して第２の軸に対して回転不能で、かつ軸方向に移動自在に嵌合されていることを特徴とする請求項１に記載の微少・早送り装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、前記第１及び第２の軸の軸端部に設けられたモータであることを特徴とする請求項１記載の微少・早送り装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記第１及び第２の軸の一方の軸端部に設けられたモータと、他方の軸端部に設けられたアイドルギヤを含むギヤであることを特徴とする請求項１記載の微少・早送り装置。
【請求項５】
前記第２の雄ねじ部には、これと一体的に移動するスライダーを備え、このスライダーは被駆動部材に連動して微少送りすることを特徴とする請求項１に記載の微少・早送り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、微少送り・早送りを必要とする例えば薬剤注入器等の医療機器、精密機器等の産業機器に適用される微少・早送り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、医療における治療として患部に長時間かけて安定して薬剤を注入する処方がある。この場合、体腔内の患部に連通するカテーテルを注入器に接続し、注入器を微少送りして薬剤を微量ずつ徐々に患部に注入する必要があり、注入器を人為的に操作することは不可能である。
【０００３】
そこで、従来においては、駆動源としてモータを使用し、モータの回転を減速歯車機構によって減速して雄ねじを回転させ、この雄ねじと螺合する雌ねじを有したナットによって回転運動を直線運動に変換してスライダーを移動させ、このスライダーの移動によって注入器を駆動させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、注入器を入力回転数にもよるが１時間に１ｍｍ以下で超微少送りするためには、減速歯車機構として多数のギヤが必要となり、動力伝達のロスとともに、減速歯車機構が大型化するという問題がある。
【０００５】
また、雄ねじと雌ねじの螺合による減速は、ねじ山のピッチ及びリードを微少にする必要があり、加工精度が要求されるとともに、ねじ部の強度の面においても問題がある。また、雄ねじは精密加工がしやすいが雌ねじのねじ山のピッチ及びリードを微少に加工することは困難である。
【０００６】
さらに、注入器の場合、超微少送りによってシリンジ内の薬剤を完全に注入した後は、ピストンを戻してシリンジ内に薬剤を入れ直す必要がある。この場合、ピストンを素早く戻すことが要求されているが、送り方向と逆方向に回転させてもピストンを素早く戻すことはできず、待ち時間が長くなり、作業性が悪いという問題がある。
【０００７】
この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、微少送り・早送りができるとともに、加工が容易で高精度に製作できる微少・早送り装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記目的を解決するために、請求項１は、第１の雄ねじ部を設けた回転自在な第１の軸と、この第１の軸と平行に設けた回転自在な第２の軸と、この第２の軸に対して周方向の回転は拘束され、軸方向の移動は許容された状態で前記第１の軸の雄ねじ部に係合され、かつ前記第１の雄ねじ部とピッチ及びリードが同じでねじれ方向が異なる第２の雄ねじ部と、前記第１の軸と第２の軸を回転させる駆動手段とからなり、前記駆動手段によって前記第１の軸と第２の軸に回転数比を与えた状態でリードの進み方向が同方向になる回転を付与することにより、前記第１の雄ねじ部の回転によるリードと第２の雄ねじ部の回転によるリードの差により第２の雄ねじ部を第２の軸の軸方向に微少送りし、前記第１の軸と第２の軸をリードに進む方向が逆方向になる回転を付与することにより、前記第１の雄ねじ部の回転によるリードに対し第２の雄ねじ部の回転によるリードが加算され、第２の雄ねじ部を第２の軸の軸方向に早送りすることを特徴とする微少・早送り装置にある。
【０００９】
請求項２は、請求項１の前記第２の軸は、その軸方向にキー溝を有しており、第２の雄ねじ部が前記キー溝と係合して第２の軸に対して回転不能で、かつ軸方向に移動自在に嵌合されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３は、請求項１の前記駆動手段は、前記第１及び第２の軸の軸端部に設けられたモータであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４は、請求項１の前記駆動手段は、前記第１及び第２の軸の一方の軸端部に設けられたモータと、他方の軸端部に設けられたアイドルギヤを含むギヤであることを特徴とする。
【００１２】
請求項５は、請求項１の前記第２の雄ねじ部には、これと一体的に移動するスライダーを備え、このスライダーは被駆動部材に連動して微少送りすることを特徴とする。
【００１３】
前記構成によれば、前記駆動手段によって前記第１の軸と第２の軸に回転数比を与えた状態でリードの進み方向が同方向になる回転を付与することにより、前記第１の雄ねじ部の回転によるリードと第２の雄ねじ部の回転によるリードの差により第２の雄ねじ部を第２の軸の軸方向に微少送りする。また、前記第１の軸と第２の軸をリードに進む方向が逆方向になる回転を付与することにより、前記第１の雄ねじ部の回転によるリードに対し第２の雄ねじ部の回転によるリードが加算され、第２の雄ねじ部を第２の軸の軸方向に早送りする。
【００１４】
このようにピッチ及びリード角が同じでねじれ方向が異なる第１の雄ねじ部と第２の雄ねじ部とを係合することにより、第１の雄ねじ部の回転による進みに対してねじれ方向が逆である第２の雄ねじ部によって戻されることになり、大きな減速が得られる。さらに、第１と第２の雄ねじ部の回転比及びねじのピッチとねじれ方向により自在な微少移動量と方向が設定できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図３は第１の実施形態を示し、図１（ａ）は微少・早送り装置の斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿う断面図、図２は要部の斜視図、図３は医療機器に採用した場合の微少・早送り装置の斜視図である。
【００１７】
図１に示すように、長方形状の基台１の長手方向の両端部には支持板２，３が対峙した状態に設けられている。一対の支持板２，３間には円柱棒状の第１の軸４、第２の軸５及び第３の軸６が互いに離間して平行に配置されており、各軸４，５，６の両端部は支持板２，３に軸受４ａ，５ａ，６ａを介して回転自在に支持されている。
【００１８】
第１の軸４の一端部には支持板２の外側部において第１のギヤ７が嵌着されている。第２の軸５の一端部には支持板３の外側部において第２のギヤ８が嵌着されている。第１の軸４及び第２の軸５の他端部は軸受４ａ，５ａにそれぞれ回転自在に支持されている。
【００１９】
第３の軸６の一端部には支持板２の外側部において第３のギヤ９が嵌着され、この第３のギヤ９は第１のギヤ７と噛合し、第１の軸４の回転が第３の軸６に伝達されるようになっている。
【００２０】
第３の軸６の他端部には支持板３の外側部において第４のギヤ１０が嵌着され、この第４のギヤ１０は第２のギヤ８の隣側に離間して設けられている。また、第２のギヤ８と第４のギヤ１０はアイドルギヤ１１と噛合されている。なお、第４のギヤ１０は第２の軸５を第３の軸６と同一方向に回転する際にはアイドルギヤ１１を介して第２のギヤ８と噛合し、第２の軸５を逆方向に回転させる際にはアイドルギヤ１１を介さず、第２のギヤ８と噛合するようになっている。
【００２１】
前記第１のギヤ７側には駆動手段としてのモータ１２が設けられている。このモータ１２の回転軸は第１のギヤ７に直結されている。従って、第１のギヤ７の回転は第３のギヤ９に伝達され、第３の軸６が回転し、第３の軸６の回転は第４のギヤ１０を介してアイドルギヤ１１に伝達され、アイドルギヤ１１の回転は第２のギヤ８を介して第２の軸５に伝達されるようになっている。
【００２２】
第１の軸４にはこれと一体に、第１の雄ねじ部としての例えば左ねじからなる駆動ねじ部１３が設けられている。また、第２の軸５には軸方向に亘ってキー溝１４が設けられている。この第２の軸５にはキー溝１４と係合した状態で、第２の雄ねじ部としての例えば右ねじからなる従動ねじ部１５が嵌合されている。従って、従動ねじ部１５は第２の軸５に対して周方向の回転は拘束され、軸方向の移動は許容された状態で第１の軸４の駆動ねじ部１３に係合されている。
【００２３】
駆動ねじ部１３と従動ねじ部１５とはねじ山のピッチとリード角が同じであるが、駆動ねじ部１３が左ねじで、従動ねじ部１５は右ねじであることから、ねじれ方向が逆である。
【００２４】
また、駆動ねじ部１３と従動ねじ部１５のリードの進み方向が同じとなる回転と互いの総リードが同じになるような回転数を付与すると、従動ねじ部１５は第２の軸５の軸方向に対して静止した状態を保つが、前記条件にて第２の軸５を回転して駆動ねじ部１３のリードと従動ねじ部１５のリードに差を付けるように回転数比を与えると、従動ねじ部１５は駆動ねじ部１３のリードと従動ねじ部１５の総リードの差の分だけ第２の軸５の軸方向に微少移動するようになっている。ここで、総リード＝ねじ山のリード×回転数である。
【００２５】
従動ねじ部１５にはこれを覆うようにスライダー１６が設けられ、スライダー１６は従動ねじ部１５と一体的に第３の軸６の軸方向に移動するようになっている。そして、スライダー１６によって被駆動部材１７を駆動できるようになっている。
【００２６】
被駆動部材１７は、本実施形態では、第３の軸６と平行に設けられた注入器１８であり、この注入器１８は注入口１９ａを有するシリンジ１９と、このシリンジ１８に対して進退自在に挿入されたピストン２０とから構成されている。
【００２７】
シリンジ１９は固定ホルダー２１によって支持板３に固定され、ピストン２０はスライドホルダー２２を介してスライダー１６と連結されている。従って、スライダー１６の移動によってピストン２０がシリンジ１８に対して進退するようになっている。
【００２８】
次に、前述のように構成された微少・早送り装置の作用について説明する。注入器１８のシリンジ１９に薬剤を収容し、ピストン２０を微少送りして薬剤をシリンジ１９の注入口１９ａから微量ずつ安定して注入する場合について説明する。
【００２９】
モータ１２を駆動すると、第１のギヤ７及び第１の軸４が矢印ａ方向に回転する。第１のギヤ７に噛合している第３のギヤ９を介して第３の軸６が矢印ｂ方向に回転し、第４のギヤ１０も同方向に回転する。第４のギヤ１０の回転はアイドルギヤ１１を介して第２のギヤ８に伝達されるため、第２の軸５が第１の軸４と逆方向の矢印ｃ方向に回転する。
【００３０】
第２の軸５に嵌合された従動ねじ部１５は第２の軸５に対して周方向の回転は拘束され、軸方向の移動は許容された状態で第１の軸４の駆動ねじ部１３に係合されている。
【００３１】
また、駆動ねじ部１３と従動ねじ部１５とはねじ山のピッチとリード角が同じであるが、駆動ねじ部１３が左ねじで、従動ねじ部１５は右ねじであることから、ねじれ方向が逆である。
【００３２】
また、駆動ねじ部１３と従動ねじ部１５のリードの進む方向が同じとなる回転と互いの総リードが同じになるような回転数を付与すると、従って、従動ねじ部１５は第２の軸５の軸方向に対して静止した状態を保つが、前記条件にて第２の軸５を回転して駆動ねじ部１３のリードと従動ねじ部１５のリードに差を付けるように回転数比を与えると、従動ねじ部１５は駆動ねじ部１３のリードと従動ねじ部１５の総リードの差の分だけ第２の軸５の軸方向に微少移動する。
【００３３】
このようにピッチ及びリード角が同じでねじれ方向が異なる駆動ねじ部１３と従動ねじ部１５とを係合することにより、駆動ねじ部１３の回転による進みに対してねじれ方向が逆である従動ねじ部１５によって戻されることになり、大きな減速が得られる。ここで、矢印ｄは駆動ねじ部１３と従動ねじ部１５の回転方向とねじれ方向によるリードの進み方向を示し、従動ねじ部１５の矢印ｄ方向の微少送りによってスライダー１６が一体的に移動する。
【００３４】
スライダー１６の移動はスライドホルダー２２を介して注入器１９のピストン２０に伝達され、ピストン２０はシリンジ１９に収容された薬液を注入口１９ａから微量ずつ注入することができる。すなわち、患者の患部に薬液を数日間かけて超微量ずつ安定して注入する処方において、本装置が好適するものである。
【００３５】
また、シリンジ１９内の薬液を全て注入し、シリンジ１９内に新たに薬液を補給する場合には、ピストン２０を戻す必要があり、また新しいシリンジ１９と交換する場合にもスライダーホルダー２２を含むスライダー１６を復帰させる必要がある。
【００３６】
この場合、アイドルギヤ１１を外し、第２のギヤ８と第４のギヤ１０とを噛合させると、第２の軸５が矢印ｃ方向と逆方向に回転する。つまり、第１の軸４と第２の軸５をリードの進み方向が逆方向になる回転を付与する。駆動ねじ部１３と従動ねじ部１５のリードに進み方向が反対となる回転を与えると、従動ねじ部１５またはスライダー１６は各ねじ部の総リードの和の分軸方向に移動する。従って、従動ねじ部１５を第２の軸５の軸方向（矢印ｄ方向と逆方向）に早送りすることができる。
【００３７】
なお、駆動ねじ部１３と従動ねじ部１５を雄ねじ部によって形成したが、両者をウォームギヤとして互いに噛合するようにしても同様の効果が得られるものであり、雄ねじ部はウォームギヤを含むものである。
【００３８】
ここで、関係式を示すと、
▲１▼駆動ねじ部１３の１回転当りのスライダー１６の進む量δ（ｍｍ）
【数１】
2004100838.tif 000003
Ａ：第１のギヤ７の歯数
Ｄ：第２のギヤ８の歯数
Ｂ：第３のギヤ９の歯数
Ｃ：第４のギヤ１０の歯数
Ｌａ　：駆動ねじ部１３のリード（ｍｍ）
Ｌｂ　：従動ねじ部１５のリード（ｍｍ）
±　　：駆動ねじ部１３と従動ねじ部１５の回転方向が反対の場合は−で微少送り（アイドルギヤ１１要）
駆動ねじ部１３と従動ねじ部１５の回転方向が同一の場合は＋で早送り（アイドルギヤ１１不要）
▲２▼ＬａとＬｂの進む方向及びスライダー１６の進む方向の定義
駆動ねじ部１３と従動ねじ部１５のねじれ及び回転方向によりリードの進む方向が向かって右側となる回転方向及びスライダー１６の移動方向は＋（右移動）と反対方向を−（左方向）とした。
【００３９】
▲３▼駆動ねじ部１３の１回転当りのスライダー１６の進む量δ（ｍｍ）の計算例
駆動ねじ部１３：Ｌａ＝３．１５０９２８８（ｍ０．５Ｐ．Ｃ．Ｄ＝φ１３ｚｗ＝２条−Ｌ）
従動ねじ部１５：Ｌｂ＝６．３０１８５７５（ｍ０．５Ｐ．Ｃ．Ｄ＝φ２６ｚｗ＝４条−Ｒ）
ｍ：モジュール
ｚｗ：条数
Ｐ．Ｃ．Ｄ：ピッチ円直径
第１のギヤＡ＝５７、第２のギヤＤ＝４８、第３のギヤＢ＝７８、第４のギヤＣ＝３３　アイドルギヤ１１付き
駆動ねじ部１３と従動ねじ部１５の互いのリードの進む方向を−方向となる回転方向とした場合、
δ＝＋０．０１５１４８６／ｒｅｖ
回転方向を互いのリードの進む方向を逆に＋側（＋方向）した場合、
δ＝−０．０１５１４８６／ｒｅｖ
なお、ギヤ比の変更、駆動ねじ部１３と従動ねじ部１５の回転比及びねじのピッチさらにねじれ方向を変更することにより、自在な微少移動量と方向を設定することができる。
【００４０】
さらに、第１の軸４にモータ１２を直結して回転駆動し、第２の軸５の回転は、アイドルギヤ１１からの回転によって駆動するようにしたが、第２の軸５の一端部にもモータを直結して回転駆動し、アイドルギヤ１１を含む第２のギヤ８を省略してもよい。要は、第２の軸５を第１の軸４と逆方向（微少送り）に回転させたり、同方向（早送り）に回転させることができればよい。
【００４１】
なお、前記実施形態においては、左右一対の支持板２．３をそれぞれ１枚板で一体構造としたが、第３の軸６を境として第１の軸４側の支持板と第２の軸５側の支持板とを２分割し、第３の軸６を支点として支持板２．３を回動可能とすれば、駆動ねじ部１３と従動ねじ部１５の噛合を瞬時に切り離すことができる。従って、従動ねじ部１５及びスライダー１６を軸方向に手動で移動させることもできる。
【００４２】
なお、前記実施形態においては、微少・早送り装置を医療機器の薬剤の注入器に採用した場合について説明したが、矯正機器、塗料及び食品関連の自動調合機、精密機器、光学機器、測定機器、ジャッキ等の微少送り・早送りを必要とするあらゆる産業機器に適用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ピッチ及びリード角が同じでねじれ方向が異なる第１の雄ねじ部と第２の雄ねじ部とを係合することにより、ねじのピッチを小さくすることなく、１回転でミクロン単位の送りが可能な大きな減速比が得られ、製作が容易で、強度の向上も図れ、耐久性を向上できる。さらに、モータの出力軸に大きな比の減速歯車機構を設ける必要がなく、装置の小型化、軽量化が図れ、微少送り、早送りを必要とするあらゆる産業機器に適用できる。
【００４４】
また、雄ねじ同士の係合であり、雄ねじと雌ねじの係合に比べ、加工性が優れ、高精度の加工ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示し、（ａ）は微少・早送り装置の斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図２】同実施形態を示し、要部の斜視図。
【図３】同実施形態を示し、医療機器に採用した場合の微少・早送り装置の斜視図。
【符号の説明】
４…第１の軸
５…第２の軸
１２…モータ（駆動手段）
１３…駆動ねじ部（第１の雄ねじ部）
１５…従動ねじ部（第２の雄ねじ部）
１６…スライダー
１７…被駆動部材
【図１】
2004100838.tif 000004
【図２】
2004100838.tif 000005
【図３】
2004100838.tif 000006