JPH0547737B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、送りねじ装置及びそのねじ軸の目盛
記録方法に係り、特に送りねじのねじ軸の外周面
上に目盛を含む情報を記録し、該情報の読取り手
段をナツトに備えることによりコンパクトで取り
扱いが容易であり、また作業者に必要な情報を適
切に提供し得る送りねじ装置及びその目盛記録方
法に関する。

従来の技術 モータ等の回転運動を直線運動に変換する機械
要素の１つとして送りねじ装置が実用に供されて
いるが、従来知られている送りねじ装置は、単に
回転運動を直線運動に変換する機能だけを有する
ものであつて、直線移動物の位置を制御しながら
移動させるにはサーボモータを用いて該ねじ軸を
回転させ、移動量を位置検出センサで検出しなが
らフイードバツク制御しなければならなかつた。
センサとしては例えばねじ軸の一端にエンコーダ
を取り付けてねじ軸の回転角度を検出し、該回転
角度とねじ軸のリード溝のピツチとから移動距離
を算出するか、又はねじ軸に平行にリニアスケー
ルを設け、移動物の移動量を検出しなければなら
ず、各々検出センサのための専用の設置場所を要
し、装置が大型となつてしまう欠点があつた。ま
たセンサーは一定距離移動するごとに単に信号を
出力するだけであり、運動の始点或いは終点を決
めるために更に他のセンサ、例えばリミツト・ス
イツチ等を備えなければならず、装置をコンパク
トにすることが困難であるという欠点があつた。

また他の例としては駆動モータとしてステツピ
ングモータを用いることも知られているが、この
場合には該ステツピングモータは一定角度（例え
ば1.8°又は15°）ずつ制御回路からの駆動信号に従
つて回転するので、位置検出センサは不要となる
が、これも運動の始点或いは終点検出用のセンサ
を必要とし、装置が大型となり、またセンサの設
置位置は略決まつてしまうので設計の自由度が制
限され、最適設計がしにくいという欠点があつ
た。またステツピングモータの最小回転角度はモ
ータの種類及び制御回路から決まり、高分解能化
は困難で精密な位置制御ができない欠点があつ
た。またモータ自身のコストも高く、かつ特殊な
駆動制御回路が必要となるのでコストが非常に高
くなるという欠点があつた。更には、作業者に対
する適切な作業情報を音声又は画像で与えること
が困難であつた。

また実公昭40−32286には、半固定可変抵抗器
が開示されているが、該従来例は、ねじ山に抵抗
体を設けると供に、ナツトに可動切片を設けるこ
とにより、ナツトの移動に伴ない抵抗値を連続的
に変化させるようにし、しかもねじ山の両側に独
立させて抵抗体を設けて一度に２つの抵抗値の変
化を取り出せるようにしたものであり、従つてこ
の抵抗値の変化からナツトの移動距離を測定する
には、測定値（抵抗値）をそのまま使うことはで
きず、算出手段により何らかの数値に変換をする
必要があり、この変換の過程において誤差の入り
混む余地があり、また抵抗値は０からの積算値と
してアナログ量で検出されるものであるから、デ
ジタル量に変換をしなければならず、極めて正確
な測定を行うことは不可能であり、ナツトの移動
距離を極く正確に測定し得るものではない。即
ち、該従来例の発明は、最初からデジタル量とし
ての目盛をねじ軸の外周面に備えた本願発明とは
その目的、構成及び作用効果が全く異なる別異の
発明である。

目 的 本発明は、上記した従来技術の欠点を除くため
になされたものであつて、その目的とするところ
は、断面円形の軸にリード溝を形成したねじ軸
と、該リード溝に嵌合して該ねじ軸の回転に同期
してねじ軸の軸線方向に移動するナツトとからな
る送りねじ装置において、該ねじ軸の外周面上に
該リード溝に沿いデジタル量しての目盛、音声情
報又は画像情報等の情報を記録したねじ軸と、該
情報を読み取るための読取り手段をナツトに備え
ることにより、位置を検出するためのセンサ及び
運動の始点及び終点を検出するセンサを特別に設
ける必要性をなくすことである。また他の目的
は、上記したセンサを不要とすることによつて設
計の自由度を大きくして最適設計を可能とすると
共に、装置を小型化することである。更に他の目
的は、位置検出の精度を向上させて精密な位置制
御を可能とすることである。また他の目的は、音
声又は画像情報によつて作業者に必要な情報を適
切に与え、作業能率を向上させ、誤りがなくかつ
安全な作業を容易に行うことができるようにする
ことである。更に他の目的は、高密度に記録され
た目盛を読み取ることで得られた位置情報と読取
りに要する時間とから移動物の速度、加速度又は
該移動物に作用する力を刻々と演算、算出して、
高精度の制御を行うことができるようにすること
である。

また他の目的は、リード溝に沿つてねじ軸の外
周面上にデジタル量としての目盛を記録すること
によつて、１つのねじ山でもねじ軸の直径の3.14
倍もの記録可能な長さを確保し、実際にはこの長
さのねじ山数倍の長さという非常に長い記録スペ
ースを確保することであり、またこれによつてね
じ軸に極めて多くの目盛情報を与えることができ
るようにすることである。

また他の目的は、ねじ軸の外周面上にデジタル
量しての目盛を記録してこれをナツトの読取り手
段で直接検知して読み取ることにより、単にアナ
ログ量をデジタル量に変えただけのものには止ま
らず、読み取り誤差の入り込む余地をなくし、極
めて正確な読取り精度を得ることである。

更に他の目的は、ねじ軸の外周面上にデジタル
量しての目盛を記録することにより、目盛部分が
動力伝達には参加しないようにして、擦られるこ
とがないようにし、またねじ軸の撓みや熱変形に
よる影響を受けることなく、常に正確な読取りを
可能として非常に精度の高い制御を行うことがで
きるようにすることである。

構 成 要するに本発明（請求項１）は、断面円形の軸
にリード溝を形成したねじ軸と、該リード溝に嵌
合して該ねじ軸の回転に同期して前記ねじ軸上を
該ねじ軸の軸線方向に移動するナツトとからなる
送りねじ装置において、前記ねじ軸の外周面上に
前記リード溝に沿つてデジタル量としての目盛を
備えたねじ軸と、前記目盛を読み取るための読取
り手段を前記ナツトに備えたことを特徴とするも
のである。

また本発明（請求項２）は、断面円形の軸にリ
ード溝を形成したねじ軸と、該リード溝に嵌合し
て該ねじ軸の回転に同期して前記ねじ軸上を該ね
じ軸の軸線方向に移動するナツトとからなる送り
ねじ装置において、前記ねじ軸のリード溝に沿う
外周面上に目盛、音声情報及び画像情報のうち少
なくとも１つのデジタル量としての情報を記録し
たねじ軸と、前記目盛、音声情報又は画像情報を
読み取るための読取手段を前記ナツトに備えたこ
とを特徴とするものである。

また本発明方法（請求項５）は、リード溝の形
成されたねじ軸の外周面上に目盛記録装置で目盛
を記録した後、前記ねじ軸を１目盛に相当する角
度だけ回転させると同時に、該回転と同期させて
前記リード溝のピツチにより決まる寸法分前記ね
じ軸を前記目盛記録装置に対して該ねじ軸の軸線
方向に相対移動させ、再び前記目盛記録装置によ
り前記ねじ軸外周面上に目盛を記録する操作を繰
り返して前記ねじ軸の外周面上に前記リード溝に
沿つて目盛を記録することを特徴とするものであ
る。

また本発明方法（請求項６）は、ねじ軸を静止
保持した状態で目盛記録装置を該ねじ軸の軸線方
向に移動させながら全長にわたつて前記ねじ軸の
外周面上に目盛を記録した後、１目盛に相当する
角度だけ前記ねじ軸を回転させ、再び前記目盛記
録装置をねじ軸の軸線方向に移動させながら、ね
じ軸の全長にわたつて目盛を記録する操作を前記
ねじ軸が１回転するまで繰り返すことにより前記
ねじ軸の外周面上に目盛を記録することを特徴と
するものである。

以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明す
る。第１図から第４図において、本発明に係る送
りねじ装置１は、ねじ軸２と、ナツト３と、読取
り手段４とを備えている。

第１図から第４図において、ねじ軸２は、断面
円形の軸であつて、一定ピツチのリード溝２ａが
略全長にわたつて形成されている。リード溝２ａ
の断面形状はリード溝２ａにより案内されるナツ
ト３の形式によつて異なり、例えば第１図及び第
３図に示す鋼球５がリード溝２ａ中を転動する形
式のナツト３との組合せにおいては半円形状であ
り、また第２図及び第４図に示す雌ねじ形式のナ
ツト３との組合せにおいては台形形状とされてい
る。またねじ軸２の外周面２ｄにはリード溝２ａ
に沿つてデジタル量としての目盛６が所定の間隔
で記録されている。目盛６は例えば磁性体に磁気
変化として記録したものであつてもよく、また例
えば光学的に読み取るためのピツトを多数配列す
ることによつて記録したものであつてもよい。

ナツト３は、リード溝２ａに嵌合して案内さ
れ、ねじ軸２の回転に同期して軸線方向、矢印Ａ
又はＢ方向に移動するものであり、第１図に示す
形式のナツト３においては断面半円形のリード溝
２ａと、ナツト３の内径部３ａに形成された断面
半円形の溝３ｂとの間に複数個の鋼球５が嵌合し
てねじ軸２の回転に伴ないリード溝２ａ及び半円
形溝３ｂとの間で転動できるようになつている。
また第２図に示す形式のナツト３においては、ナ
ツト３の内径部３ａには断面台形でリード溝２ａ
のリードと同じリードを持つ雌ねじ３ｃが形成さ
れ、リード溝２ａと隙間のないように嵌合してい
る。

読取り手段４は、磁気抵抗効果素子等の磁束応
答性の再生ヘツド又はピツトの有無をレーザ等を
用い光学的に読み取る光ピツクアツプ等であつ
て、読取り手段４の検出面４ａが目盛６に対向し
てナツト３に固着されている。そしてねじ軸２の
回転に伴ないねじ軸２の軸線方向に矢印Ａ又はＢ
方向にナツト３と共に移動しながら、目盛６を
次々と読み取つて信号を送出するようになつてい
る。読取り手段４から送出された信号は、インタ
フエースとしての入出力ポート８、CPU９、
RAM１０ａ及びROM１０ｂから構成される記
録装置１０によつて演算処理され、該処理された
結果を入出力ポート８を介してモータ１１に伝達
してモータ１１の回転を制御するようになつてい
る。モータ１１の回転は減速機等の動力伝達装置
１２を介してねじ軸２の回転を制御するようにな
つている。

そして本発明に係る方法（請求項５）は、第５
図及び第６図を参照してリード溝２ａの形成され
たねじ軸２の外周面２ｄ上に目盛記録装置（図示
せず）で目盛６を記録した後、ねじ軸２を１目盛
に相当する角度だけ矢印Ｃ方向に回転させると同
時に、該回転と同期させてリード溝２ａのピツチ
Ｐにより決まる寸法だけねじ軸２を目盛記録装置
に対して軸線方向（矢印Ｄ方向）に相対移動さ
せ、再び目盛記録装置によりねじ軸２の外周面２
ｄ上に目盛６を記録する操作を繰り返してねじ軸
２のリード溝２ａに沿つて目盛６を記録する方法
である。

また本発明方法（請求項６）は第７図及び第８
図を参照して、ねじ軸２を静止状態に保持した状
態で目盛記録装置（図示せず）をねじ軸２の軸線
方向（矢印Ｄ方向）に移動させながらねじ軸２の
全長にわたつて外周面２ｄに目盛６を記録した
後、１目盛に相当する角度だけ矢印Ｅ方向にねじ
軸２を回転させ、再び目盛記録装置をねじ軸２の
軸線方向に移動させながらねじ軸２の全長にわた
つて目盛６を記録する操作をねじ軸２が１回転す
るまで繰り返すことによりねじ軸２に目盛６を記
録する方法である。

また他の目盛６の記録方法としては、第９図及
び第１０図を参照して、予め目盛６の記録された
テープ状の記録体１４をねじ軸２の外周面２ｄ上
に接着等の手段でリード溝２ａに沿つて固着して
もよく、また第１１図及び第１２図を参照してね
じ軸２の外周面２ｄにリード溝２ａと略同心ピツ
チの浅い溝２ｅを設け、溝２ｅ内に予め目盛６の
記録されたテープ状の記録体１４を接着等の手段
で固着してもよい。

作 用 本発明は、上記のように構成されており、以下
その作用について説明する。第１図から第４図に
おいて、モータ１１の回転軸１５がCPU９の指
令により回転すると、該回転運動は動力伝達装置
１２によつて例えば減速（増速の場合もある。）
されてねじ軸２に伝達される。ねじ軸２の回転に
伴ないねじ軸２のリード溝２ａに嵌合しているナ
ツト３はリード溝２ａのピツチＰとねじ軸２の回
転角度θによつて式Ｐ×θ／360で計算される寸
法だけねじ軸２の回転方向に従い、矢印Ａ又はＢ
方向に移動する。ここでナツト３の移動の様子を
更に詳しく説明すると、第１図及び第３図に示す
ボールねじ型送りねじ装置１においては、ねじ軸
２が回転すると、ねじ軸２のリード溝２ａとナツ
ト３の半円形溝３ｂの間に嵌合している鋼球５は
転動しながらリード溝２ａ及び半円形溝３ｂに沿
つて移動し、ナツト３の半円形溝３ｂの終端に達
すると鋼球ガイド管１６中を通り、元の位置に戻
つて再びねじ軸２とナツト３の間を転動すること
でナツト３を矢印Ａ又はＢ方向に移動させる。

また第２図及び第４図に示す送りねじ装置にお
いては、ねじ軸２のリード溝２ａとナツト３の雌
ねじ３ｃとが通常のねじとナツトとの関係と同様
に嵌合しているので、ねじ軸２の回転に伴なつて
ナツト３を移動させる。両者の作用は同じである
が、ボールねじ型送りねじ装置１の方がねじ軸２
を回転させるに要する力が小さく、またねじ軸２
とナツト３との隙間も小さく作製できるので、よ
り高精度の送り制御を必要とする場合に使用され
る。

ナツト３に固着される読取り手段４は、ナツト
３と共にリード溝２ａにより矢印Ａ又はＢ方向に
移動するので、検出面４ａは常に目盛６に対向し
ねじ軸２の外周面２ｄ上に配設されている目盛６
を次々に読み取つて信号を送出する。該信号は
CPU９が所定の手順に従つて演算処理した結果
に基いてモータ１１を動きを制御することで、ナ
ツト３及びこれに固着された移動体（図示せず）
の位置を制御する。

目盛６は磁気又はピツトにより記録されている
ので従来の目盛６よりもはるかに高密度の目盛を
記録することが可能で、より高精度の位置制御を
行うことができる。また読取り手段４で読み取ら
れた該信号をCPU９で時間ｔで１回微分するこ
とによりナツト３の移動速度を、更に時間ｔで２
回微分することでナツト３の加速度も高精度で知
ることができ、また移動体の一例たるナツト３の
質量を予め測定しておけば、該加速度と質量との
積を求めることで移動体１８に働く慣性力も求め
られ、該演算結果を使用して複雑な制御を行うこ
ともできる。

また目盛６の始点又は終点に該始点、終点を識
別する特別の目盛６を記録しておくことで容易に
ナツト３の始点又は終点位置を知ることができ、
また該始点からの移動量は目盛６を読み取ること
でわかるので、ナツト３の位置をすべての位置に
ついて知ることができる。更には専用機における
位置制御のように同一パターンの動作を繰り返す
ものにあつては、目盛６の所定位置に音声情報又
は画像情報を記録しておくことで作業者に次の作
業を指示したり、又は注意事項等を音声又は画像
で出力し、作業の能率を向上させ、また安全を確
保することができる。

なお、上記実施例においては、ねじ軸２の外周
面２ｄはリード溝２ａの外径部として説明した
が、外周面２ｄは外径部に限定されるものではな
くリード溝２ａの谷径部であつてもよい。

効 果 本発明は、上記のように断面円形の軸にリード
溝を形成したねじ軸と、該リード溝に嵌合してね
じ軸の回転に同期してねじ軸の軸線方向に移動す
るナツトとからなる送りねじ装置において、該ね
じ軸の外周面上にリード溝に沿つて目盛、音声情
報又は画像情報等の情報を記録し、該情報を読み
取るための読取り手段をナツトに備えたので、ナ
ツトの位置を検出するセンサ及び該ナツトの運動
始点或いは終点を検出する特別のセンサを不要に
できる効果がある。またこれにより設計の自由度
を向上させ最適設計を可能ならしめると共に装置
を小型化できる効果がある。更に、位置検出精度
を向上させて精密な位置制御を行うことができる
効果がある。

また音声又は画像情報によつて作業者に必要な
情報を適切に与えて作業能率を向上させ、かつ誤
りのない安全な作業を容易に行うことができる効
果がある。また該情報を高密度とすることで移動
体の速度、加速度又は移動体に作用する慣性力を
高精度で知ることができ、より精度の高い制御を
行うことができる効果がある。

またリード溝に沿つてねじ軸の外周面上にデジ
タル量としての目盛を記録したので、１つのねじ
山でもねじ軸の直径3.14倍もの記録可能な長さを
確保でき、実際にはこの長さのねじ山数倍の長さ
という非常に長い記録スペースを確保することが
できる効果があり、またこの結果ねじ軸に極めて
多くの目盛情報を与えることができる効果があ
る。

またねじ軸の外周面上にデジタル量しての目盛
を記録してこれをナツトの読取り手段で直接検知
して読み取るようにしたので、単にアナログ量を
デジタル量に変えただけのものには止まらず、読
み取り誤差の入り込む余地をなくし、極めて正確
な読取り精度を得ることができるという効果が得
られる。

更には、ねじ軸の外周面上にデジタル量しての
目盛を記録したので、目盛部分が動力伝達には参
加しないため、擦られることがなく、またねじ軸
の撓みや熱変形による影響を受けることなく、常
に正確な読取りが可能となり、非常に精度の高い
制御を行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はポールねじを用いた送りねじ装置の部
分破断正面図、第２図は台形ねじを用いた送りね
じ装置の部分破断正面図、第３図はボールねじを
用いた送りねじ装置の要部斜視図、第４図は台形
ねじを用いた送りねじ装置の要部斜視図、第５図
及び第６図は目盛記録方法を示す送りねじの部分
正面図、第７図及び第８図は他の目盛記録方法を
示す送りねじの部分正面図、第９図及び第１０図
は更に他の目盛記録方法を示す送りねじの部分斜
視図、第１１図及び第１２図は更に他の目盛記録
方法を示す送りねじの部分斜視図である。 １は送りねじ装置、２はねじ軸、２ａはリード
溝、２ｄは外周面、３はナツト、４は読取り手
段、６は目盛である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 断面円形の軸にリード溝を形成したねじ軸
   と、該リード溝に嵌合して該ねじ軸の回転に同期
   して前記ねじ軸上をねじ軸の軸線方向に移動する
   ナツトとからなる送りねじ装置において、前記ね
   じ軸の外周面上に前記リード溝に沿つてデジタル
   量としての目盛を備えたねじ軸と、前記目盛を読
   み取るための読取り手段を前記ナツトに備えたこ
   とを特徴とする送りねじ装置。 ２ 断面円形の軸にリード溝を形成したねじ軸
   と、該リード溝に嵌合して該ねじ軸の回転に同期
   して前記ねじ軸上を該ねじ軸の軸線方向に移動す
   るナツトとからなる送りねじ装置において、前記
   ねじ軸のリード溝に沿う外周面上に目盛、音声情
   報及び画像情報のうち少なくとも１つのデジタル
   量としての情報を記録したねじ軸と、前記目盛、
   音声情報又は画像情報を読み取るための読取手段
   を前記ナツトに備えたことを特徴とする送りねじ
   装置。 ３ 前記目盛、音声情報及び画像情報は、磁性体
   に磁気変化として記録したデジタル量としての磁
   気情報であり、かつ前記読取り手段は磁束応答性
   の磁気再生ヘツドであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は第２項に記載の送りねじ装
   置。 ４ 前記目盛、音声情報及び画像情報は、ピツト
   として刻設され記録されるデジタル量としての情
   報であり、かつ前記読取り手段は、前記ピツトを
   光学的に読み取る光ピツクアツプであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
   の送りねじ装置。 ５ リード溝の形成されたねじ軸の外周面上に目
   盛記録装置で目盛を記録した後、前記ねじ軸を１
   目盛に相当する角度だけ回転させると同時に、該
   回転と同期させて前記リード溝のピツチにより決
   まる寸法分前記ねじ軸を前記目盛記録装置に対し
   て該ねじ軸の軸線方向に相対移動させ、再び前記
   目盛記録装置により前記ねじ軸外周面上に目盛を
   記録する操作を繰り返して前記ねじ軸の外周面上
   に前記リード溝に沿つて目盛を記録することを特
   徴とする送りねじ装置のねじ軸の目盛記録方法。 ６ ねじ軸を静止保持した状態で目盛記録装置を
   該ねじ軸の軸線方向に移動させながら全長にわた
   つて前記ねじ軸の外周面上に目盛を記録した後、
   １目盛に相当する角度だけ前記ねじ軸を回転さ
   せ、再び前記目盛記録装置をねじ軸の軸線方向に
   移動させながら、ねじ軸の全長にわたつて目盛を
   記録する操作を前記ねじ軸が１回転するまで繰り
   返すことにより前記ねじ軸の外周面上に目盛を記
   録することを特徴とする送りねじ装置のねじ軸の
   目盛記録方法。 ７ 前記目盛は、磁性体に磁気変化として記録し
   た目盛であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項又は第６項に記載の送りねじ装置のねじ軸の
   目盛記録方法。 ８ 前記目盛は、ねじ軸外周面上に刻設されたピ
   ツトであることを特徴とする特許請求の範囲第５
   項又は第６項に記載の送りねじ装置のねじ軸の目
   盛記録方法。