(57)【要約】【課題】小型かつ簡易な構造によりネジ軸外周面へのダスト等の付着を防止できる直動装置を提供すること。【解決手段】直動装置1は、外周面にネジ部が形成されたネジ軸2と、ネジ軸2と螺合するナット部材3であって、ネジ軸2がその軸線周りにナット部材3に対して相対的に回転することにより、ネジ軸2の軸線方向にネジ軸2に対して相対的に移動するナット部材3と、ネジ軸2の外周面に螺旋状に巻かれた細長いシート部材12と、ネジ軸2とナット部材3との相対的な回転運動を利用して、ナット部材3の移動方向前方でネジ軸2からシート部材12を解きつつ、ナット部材3の移動方向後方でネジ軸2にシート部材12を巻くためのシートハンドリング機構10と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にネジ部が形成されたネジ軸と、
前記ネジ軸と螺合するナット部材であって、前記ネジ軸がその軸線周りに前記ナット部材に対して相対的に回転することにより、前記ネジ軸の軸線方向に前記ネジ軸に対して相対的に移動するナット部材と、
前記ネジ軸の外周面に螺旋状に巻かれた細長いシート部材と、
前記ネジ軸と前記ナット部材との相対的な回転運動を利用して、前記ナット部材の移動方向前方で前記ネジ軸から前記シート部材を解きつつ、前記ナット部材の移動方向後方で前記ネジ軸に前記シート部材を巻くためのシートハンドリング機構と、を備えた直動装置。
【請求項２】
前記シートハンドリング機構は、前記ネジ軸から解かれた前記シート部材を巻き取り、前記ネジ軸に巻かれる前記シート部材を送り出すシート巻取りローラを有する、請求項１記載の直動装置。
【請求項３】
前記シート巻取りローラは、前記ナット部材に取り付けられて前記ナット部材と一体に移動するように構成されている、請求項２記載の直動装置。
【請求項４】
前記シート部材は、前記ナット部材の位置で第１シート部材と第２シート部材とに分割されており、
前記シート巻取りローラは、前記第１シート部材を巻き取る第１シート巻取りローラと、前記第２シート部材を巻き取る第２シート巻取りローラと、を有する、請求項３記載の直動装置。
【請求項５】
前記第１シート巻取りローラと前記第２シート巻取りローラとが共通の回転軸線周りに一体に回転するように構成されている、請求項４記載の直動装置。
【請求項６】
前記シート巻取りローラは、前記ネジ軸に平行な回転軸線周りに回転自在に配置されている、請求項２記載の直動装置。
【請求項７】
前記シートハンドリング機構は、前記シート部材に張力を付与するための張力発生機構を有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の直動装置。
【請求項８】
前記ネジ軸をその軸線周りに回転させる駆動機構をさらに備えた、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の直動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネジ軸とこれに螺合するナット部材とを備えた直動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械における送り装置等には、ボールネジを利用した直動装置が使用されることが多い。しかし、ボールネジを利用した直動装置においては、精密部品であるネジ軸が露出しているため、ダスト（粉塵）等が存在する環境で使用する場合には、ネジ軸の外周面に付着したダスト等がナット部材とネジ軸との間に噛み込み、損耗や寿命等に影響を与えるという問題がある。
【０００３】
このため、ダスト等がネジ軸の外周面に付着するのを防止するために、ボールネジの周囲にジャバラ、ベローズまたはテレスコピック形筒等のカバーを設けることが行われている（例えば、特許文献１、２）。
【０００４】
しかし、これらのカバーを設けると、ボールネジの直径に比べはるかに大きな外径（占有空間）が必要となる。また、伸縮率（最低長さと最長長さとの比）との関係で、直動装置として現実に必要とされる移動距離に対して最低長さに相当する距離だけボールネジを長くする必要があるため、直動装置が全体として相当大きなものとなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３００８３２
【特許文献２】特開２０１１−１０４７１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、小型かつ簡易な構造によりネジ軸の外周面へのダスト等の付着を防止することができる直動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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様による直動装置は、外周面にネジ部が形成されたネジ軸と、前記ネジ軸と螺合するナット部材であって、前記ネジ軸がその軸線周りに前記ナット部材に対して相対的に回転することにより、前記ネジ軸の軸線方向に前記ネジ軸に対して相対的に移動するナット部材と、前記ネジ軸の外周面に螺旋状に巻かれた細長いシート部材と、前記ネジ軸と前記ナット部材との相対的な回転運動を利用して、前記ナット部材の移動方向前方で前記ネジ軸から前記シート部材を解きつつ、前記ナット部材の移動方向後方で前記ネジ軸に前記シート部材を巻くためのシートハンドリング機構と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記シートハンドリング機構は、前記ネジ軸から解かれた前記シート部材を巻き取り、前記ネジ軸に巻かれる前記シート部材を送り出すシート巻取りローラを有する、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記シート巻取りローラは、前記ナット部材に取り付けられて前記ナット部材と一体に移動するように構成されている、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記シート部材は、前記ナット部材の位置で第１シート部材と第２シート部材とに分割されており、前記シート巻取りローラは、前記第１シート部材を巻き取る第１シート巻取りローラと、前記第２シート部材を巻き取る第２シート巻取りローラと、を有する、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記第１シート巻取りローラと前記第２シート巻取りローラとが共通の回転軸線周りに一体に回転するように構成されている、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第６の態様は、第２の態様において、前記シート巻取りローラは、前記ネジ軸に平行な回転軸線周りに回転自在に配置されている、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第７の態様は、第１乃至第６のいずれかの態様において、前記シートハンドリング機構は、前記シート部材に張力を付与するための張力発生機構を有する、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第８の態様は、第１乃至第７のいずれかの態様において、前記ネジ軸をその軸線周りに回転させる駆動機構をさらに備えた、ことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による直動装置について、ネジ軸の外周面に巻かれるシート部材およびシートハンドリング機構を省略してネジ軸とナット部材を主体として示す側面図。
【図２】本発明の一実施形態による直動装置を示す側面図。
【図３】図１に示した実施形態の一変形例による直動装置を示す側面図。
【図４】図１に示した実施形態の他の変形例による直動装置を示す側面図。
【図５】図４に示した直動装置を示す平面図。
【図６】図１に示した実施形態のさらに他の変形例による直動装置を示す側面図。
【図７】図６に示した直動装置を示す平面図。
【図８】図１に示した実施形態のさらに他の変形例による直動装置を示す側面図。
【図９】図８に示した直動装置を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態による直動装置について、図面を参照して説明する。
【００１７】
まず初めに、図１を参照して、本実施形態による直動装置１の一部として、ネジ軸２とナット部材３から成るボールネジ機構について、その構成および作用を説明する。
【００１８】
なお、以下においては、特に断らない限り、上部（上方）、下部（下方）、右側または左側の文言は、図面の紙面における位置関係や方向を意味するものとし、現実の使用状態における物理的な位置関係や方向を意味するものではない。
【００１９】
ボールネジ機構のネジ軸２は、細長い棒状の形状をしており、その外周面に螺旋状のネジ部（雄ネジ）２ａが形成されている。ナット部材３には貫通孔が設けられており、該貫通孔の内周面には、ネジ軸２の螺旋状のネジ部２ａと螺合する螺旋状のネジ部（雌ネジ）が形成されている。
【００２０】
ネジ軸２の一方（図中左側）の端部の位置には、駆動機構４が配置されている。駆動機構４には、電動機等が備えられており、直結または減速機構等を介してネジ軸２と接続され、ネジ軸２をその軸心周りに回転させる。
【００２１】
ネジ軸２の駆動機構４とは反対側には、ネジ受部５が備えられており、ネジ軸２を回転可能に支持している。ナット部材３は、駆動機構４によるネジ軸２の回転に伴い、ネジ軸２の軸方向（図中左右方向）に移動する。
【００２２】
以上の構成に基づき、ナット部材３にワーク、ツールその他の部材等を取り付けることにより、本実施形態による直動装置は、ワークやツール等をネジ軸２の軸方向に直線移動（直動）させることができる。
【００２３】
次に、本実施形態による直動装置１について、図２を参照して説明する。
【００２４】
ネジ軸２には、ネジ軸２の両端に固定されたシート部材１２が、ナット部材３を間に挟んで、ネジ軸２の外周面の略全体にわたり巻かれている。シート部材１２は、ナット部材３よりも左側の部分を構成する第１シート部材１２ａと、ナット部材３よりも右側の部分を構成する第２シート部材１２ｂとに分割されている。
【００２５】
第１シート部材１２ａの左側の端部は、ネジ軸２の左端の第１シート固定部１５ａに固定されており、第２シート部材１２ｂの右側の端部は、ネジ軸２の右端の第２シート固定部１５ｂに固定されている。
【００２６】
第１シート部材１２ａでは、ネジ軸２の下方からネジ軸２の紙面向こう側を通ってネジ部２の上方へ向かう方向に巻き付けられ、第２シート部材１２ｂは、ネジ軸２の下方からネジ軸２の紙面手前側を通ってネジ部２の上方へ向かう方向に巻き付けられている。すなわち、シート部材１２は、ナット部材３よりも左側の第１シート部材１２ａおよびナット部材３よりも右側の第２シート部材１２ｂのいずれも、巻かれたシート部材１２の螺旋形状の方向は、ネジ軸２のネジ部２ａの螺旋方向と一致している。
【００２７】
ナット部材３の上部には、左端部および右端部に、それぞれ、第１シートハンドリング機構１０ａおよび第２シートハンドリング機構１０ｂが取り付けられている。第１シート部材１２ａは、第１シートハンドリング機構１０ａによりネジ軸２への巻き動作および解き動作が行われ、第２シート部材１２ｂは、第２シートハンドリング機構１０ｂによりネジ軸２への巻き動作および解き動作が行われる。
【００２８】
なお、以下では、第１シートハンドリング機構１０ａと第２シートハンドリング機構１０ｂとを合わせてシートハンドリング機構１０と呼ぶことがある。
【００２９】
第１シートハンドリング機構１０ａおよび第２シートハンドリング機構１０ｂは、それぞれ、第１シート巻取りローラ１３ａおよび第２シート巻取りローラ１３ｂを有する。第１シート巻取りローラ１３ａは、第１シート部材１２ａのネジ部２からの巻き動作と解き動作の両方に使用するものである。同様に、第２シート巻取りローラ１３ｂは、第２シート部材１２ｂのネジ部２からの巻き動作と解き動作の両方に使用するものである。
【００３０】
第１シートハンドリング機構１０ａおよび第２シートハンドリング機構１０ｂは、それぞれ、第１張力発生機構１１ａおよび第２張力発生機構１１ｂを有する。
【００３１】
なお、以下では、第１シート巻取りローラ１３ａと第２シート巻取りローラ１３ｂとを総称してシート巻取りローラ１３と、第１張力発生機構１１ａと第２張力発生機構１１ｂとを総称して張力発生機構１１と呼ぶことがある。
【００３２】
張力発生機構１１は、シート巻取りローラ１３と同軸の中心軸の外周部にゼンマイバネを配置してあり、ゼンマイバネは、ネジ軸２からシート部材１２を巻き取る方向に中心軸を回転駆動する方向に張力を発生させている。これにより、シート部材１２がネジ軸２から解かれる際は、シート巻取りローラ１３の回転力により、ネジ軸２から解かれたシート部材１２がシート巻取りローラ１３に巻き取られる。
【００３３】
逆に、シート部材１２がネジ軸２に巻かれる際は、駆動機構４によるネジ軸２の回転力により、シート部材１２がシート巻取りローラ１３から引き出され、ネジ軸２に巻き付けられる。
【００３４】
また、張力発生機構１１によりシート部材１２に作用する張力は、直動装置の停止時、すなわち、ナット部材３の移動停止時におけるシート部材１２の弛み等の防止のためにも機能している。
【００３５】
このため、シート部材１２には、張力発生装置１１により発生させた張力が最大張力として作用することになる。したがって、張力発生装置１１により発生させる張力の大きさは、使用するシート部材１２の引っ張り強さ等の物性等をもとに選定される。
【００３６】
次に、第１シートハンドリング機構１０ａおよび第２シートハンドリング機構１０ｂの作用について説明する。
【００３７】
駆動機構４によりネジ軸２を図２に矢印Ａで示す方向（ネジ軸２の中心軸に垂直な断面において駆動機構４から見て時計回り）に回転させると、図１に示されるような螺旋状のネジ部２ａの形成方向から、ナット部材３は、図２に矢印Ｂで示す方向（左方向）に移動する。
【００３８】
このとき、ナット部材３の移動方向前方（左方向）にある第１シート部材１２ａは、ネジ軸２から解かれ、ナット部材３の移動方向後方（右方向）にある第２シート部材１２ｂは、ネジ軸２に巻かれる。
【００３９】
なお、ネジ軸２を前記と逆方向に回転させた場合には、ナット部材３の移動方向、第１シート部材１２ａおよび第２シート部材１２ｂの巻き動作、解き動作は前記と反対となる。
【００４０】
本実施形態においては、第１シートハンドリング機構１０ａおよび第２シートハンドリング機構１０ｂは、ナット部材３に固定して取り付けられているため、ナット部材３の移動に伴う第１シートハンドリング機構１０ａと第２シートハンドリング機構１０ｂのネジ軸外周面への投影軌跡は、ネジ部２ａと同じ螺旋形状となる。したがって、ネジ軸２の１回転あたりのナット部材３の移動距離、すなわちネジ軸２へのシート部材１２の巻き動作（および解き動作）のリードは、ネジ軸２の外周面に形成されたネジ部２ａのリードと一致する。
【００４１】
このように、シート部材１２は、ネジ軸２の回転動作に伴って、シートハンドリング機構１０により、ネジ部２ａと同じ軌跡を描いてネジ軸２に巻かれ、および解かれる。このため、シート部材１２の幅方向について均等に張力を発生させて、巻き動作や解き動作の際の弛み等をなくし、また、巻かれたシート部材１２の隣同士の隙間をなくすためには、シート巻取りローラ１３の中心軸の方向を、螺旋状に巻かれるシート部材１２の幅方向（シート長さ方向に直交する方向）に一致させることが最も望ましい。
【００４２】
次に、以上を踏まえて、シート部材１２の幅について説明する。
【００４３】
ネジ軸２の外周面と巻かれたシート部材１２との隙間、巻かれたシート部材１２の隣接部分同士の隙間等を無視すれば、理論上は、ネジ軸２の軸線方向におけるシート幅は、ネジ部２ａのリードの幅があれば、シート部材１２によりネジ軸２の外周面を覆うことができる。しかし、現実には、シート部材１２にシワやたるみ等が生じて、巻かれたシート部材１２の隣接部分同士の間に隙間が生じる可能性がある。そのため、現実には、巻かれたシート部材１２の隣接部分同士をオーバーラップさせる程度の幅とすることが望ましい。ただし、オーバーラップ幅を大きくしすぎると、シートハンドリング機構１０が大きくなるため、オーバーラップ幅を適切な大きさとする必要がある。
【００４４】
そこで、例えば、巻き付けられたシート部材１２のネジ軸２の軸線方向のオーバーラップ幅をネジ部２ａのリードの５％〜１０％の範囲で適宜選定することとする。なお、このオーバーラップ幅については、特に断らない限り、後述する変形例においても同様である。
【００４５】
次に、上述した実施形態の一変形例について、図３を参照して説明する。
【００４６】
図３（側面図）に示したように、本変形例においては、ナット部材３の左側の上部に第１シートハンドリング機構１０ａが取り付けられており、ナット部材３の右側の下部に第２シートハンドリング機構１０ｂが取り付けられている。すなわち、図２に示した上記実施形態においては第１シートハンドリング機構１０ａおよび第２シートハンドリング機構１０ｂのいずれもがナット部材３の上部に配置されているのに対し、本変形例においては、第１シートハンドリング機構１０ａを上部に配置し、第２シートハンドリング機構１０ｂを下部に配置している。
【００４７】
なお、ネジ軸２へのシート部材１２の巻き方向は、図２に示した実施形態と同様であり、巻かれたシート部材１２の螺旋形状の方向は、ネジ部２ａと一致している。
【００４８】
次に、上記実施形態の他の変形例について、図４および図５を参照して説明する。
【００４９】
図４（側面図）および図５（平面図）に示したように、第１シートハンドリング機構１０ａおよび第２シートハンドリング機構１０ｂを、ともに、ナット部材３の同じ側（図４においてナット部材３の手前側、図５においてナット部材３の下方）に配置し、第１シートハンドリング機構１０ａと第２シートハンドリング機構１０ｂとを結合し、さらにナット部材３の側面に取り付けるようにしたものである。
【００５０】
本変形例によれば、シートハンドリング機構１０の配置の自由度をさらに高めることができる。
【００５１】
次に、上記実施形態のさらに他の変形例について、図６および図７を参照して説明する。
【００５２】
図６（側面図）および図７（平面図）に示したように、本変形例においては、第１シート巻取りローラ１３ａの中心軸と第２シート巻取りローラ１３ｂの中心軸とを直接連結し、張力発生機構１１を兼用化してナット部材３の中央部に配置している。
【００５３】
本変形例によれば、第１シート巻取りローラ１３ａと第２シート巻取りローラ１３ｂとで、１つの張力発生機構１１を共用できるので、シートハンドリング機構１０の簡素化を図ることができる。
【００５４】
次に、上記実施形態のさらに他の変形例について、図８および図９を参照して説明する。
【００５５】
図８（側面図）および図９（平面図）に示したように、本変形例においては、シートハンドリング機構１０は、ネジ軸２と平行に延在する細長い棒状のシート巻取りローラ１３を備えている。シート巻取りローラ１３の両端は、駆動機構４とネジ受部５とで、軸受け（図時省略）を介して回転自在に支持されている。
【００５６】
本変形例においては、ナット部材３の進行方向前方（左方）からシート巻取りローラ１３に巻き取られたシート部材１２は、シート巻取りローラ１３に螺旋状に複数回巻かれた後、シート巻取りローラ１３から解されて、ナット部材３の進行方向後方（右方）にてネジ軸２に巻かれる。
【００５７】
シート巻取りローラ１３に巻かれたシート部材１２は、ネジ軸２に巻かれるに伴い、シート巻取りローラ１３を回転させる回転力を作用させる。
【００５８】
シート巻取りローラ１３の、駆動機構４および／またはネジ受部５の取り付け部には、シート部材１２の弛み等を発生しないようにシート部材１２に適度な張力を与えるべく、シート巻取りローラ１３をネジ軸２から引き離す方向に押すためにバネ等を配した張力発生装置１１が備えられている。
【００５９】
本変形例によれば、シート部材１２を連続した一体のものとでき、またシートハンドリング機構１０をナット部材３に取り付ける必要がなく、独立構造のものとして構成できるので、直動装置１の配置の自由度を高めることができる。
【００６０】
上記実施形態および各変形例によれば、ネジ軸２の外周面にシート部材１２を巻くだけなので、直動装置１としての本来の大きさをほぼ維持して、ネジ軸２の外周面へのダスト等の付着の防止を簡易に実現することができる。
【００６１】
また、上記実施形態および各変形例によれば、比較的簡易な構成であるシートハンドリング機構１０を、ナット部材３などに容易に取り付け可能である。このため、工作機械等における直動装置として上記実施形態および各変形例を適用する場合、既存の直動装置に容易に適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１  直動装置
２  ネジ軸
２ａ  ネジ軸のネジ部
３  ナット部材
４  駆動機構
５  ネジ受部
１０  シートハンドリング機構
１０ａ  第１シートハンドリング機構
１０ｂ  第２シートハンドリング機構
１１  張力発生機構
１１ａ  第１張力発生機構
１１ｂ  第２張力発生機構
１２  シート部材
１２ａ  第１シート部材
１２ｂ  第２シート部材
１３  シート巻取りローラ
１３ａ  第１シート巻取りローラ
１３ｂ  第２シート巻取りローラ
１５ａ  第１シート固定部
１５ｂ  第２シート固定部
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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