JPH02173452A

JPH02173452A - ころがり差動ねじ送り機構

Info

Publication number: JPH02173452A
Application number: JP32998288A
Authority: JP
Inventors: Katsuhide Sawada; 克秀沢田; Yusofu Hojiyatsuto; ユソフホジャット; Yoshiharu Kuwabara; 義治桑原
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1988-12-27
Publication date: 1990-07-04
Also published as: JPH0481655B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、駆動ねじ軸の回転運動を直線運動に変換する
ころがり差動ねじ送り機構に関する。

例えば、測定機や工作機械などのテーブルやヘッドの送
り機構として利用できる。

［従来の技術］一般に、回転運動を直線運動に変換する送り機構は、次
の３つのタイプ、つまり、Ａ：ずべりねじ、Ｂ：ころが
りねじ、Ｃ：非接触ねじ、に分類することかできる。

Ａ：ずベリねじは、通常のねじ軸とナツトとを組合わせ
た構造で、マイクロメータのスピンドル送りｉ構などに
利用されている。

Ｂ：ころがりねじは、さらに、■ポールねじタイプと、
■遊星ローラねじタイプとに分けることかできる。Ｂ−
■：ボールねじタイプは、ねじ軸とナツトとの間に複数
のボールを配置し、ねじ軸の回転に伴ってこれらのボー
ルかナツト内を循環する構造である。Ｂ−■：遊星ロー
ラねじタイプは、ねじ軸とナツトとの間にこれらと噛合
する複数の遊星ローラを配置し、ねじ軸の回転に件って
遊星ローラかねじ軸に対して公転する構造である。

Ｃ：非接触ねじは、静圧ねじに代表されるように、ねじ
軸とナツトとの間にエアーを介在させる構造である。

Ｕ発明が解決しようとする課題］」二連したＡ〜Ｃのタイプには、次のような欠点がある
。

Ａ：すべりねじタイプは、構造が簡単であることから広
く利用されているが、ねじ軸とナツトとの接触面がすべ
りとなるので、効率や耐久性の面で問題がある。また、
わし軸の１回転当りのナツトの移動量、つまりリードは
、ねじ軸のねじピッチである。

Ｂ−■二ポールねじタイプは、効率がよいことから主に
工作機械を中心に利用されているが、ボールのｆｌｉｔ
環による振動や騒音があること、ねじ軸とナラ１〜との
公証が困難なことなどの点で問題がある。また、リード
は、ねじ軸のねじピッチである。

Ｂ−■：遊星ローラねじタイプは、負荷容量か大きいこ
とから精密］二作機株の高速精密送り機構として利用さ
れる事例が多いが、最低３個の遊星ローラが必要である
ことがらｍ造が複雑であるという問題がある。しがも、
これらの遊星ローラがねじ軸に対して公転する構造であ
るから、送り機構自体か大型化するという問題がある。

また、リードは、ねじ軸とナラ１〜の条数を変えれは変
更てきるものの、大幅な変更は期待できない。

Ｃ：非接触ねじタイプは、ねじ軸とナツトとの間にエア
ーを介在さぜなけばならないので、エアーの供給か必要
不可欠である。

ここに、本発明の目的は、このような従来のねじ送り機
構の問題を解決したころがり差動ねじ送りＲＷｉを提供
することにある。つまり、効率や耐久性に優れ、しかも
、構造を簡単がっ小型化できる上、リードを広範囲内で
任意に設定てきるころがり差動ねじ送り機構を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］そのため、本発明では、相対移動可能な二部材の一方に
、外周面に雄ねじを有する駆動ねじ軸を相対移動方向に
治ってかつ回転ＴｉＩ能に設６フるとともに、前記相対
移動可能な二部材の他方に、前記駆動ねじ軸の雄ねじと
同ピッチの雄ねじを有するローラねじを前記駆動ねじ軸
の雄ねじに噛合さぜた状態て駆動ねじ軸の回転に追従し
てころがり回転可能に設（Ｊ、このローラねじの雄ねじ
の有効径を駆動ねじ軸の雄ねじの有効径に対して異なる
ように形成した、ことを特徴とする。

［作　用］駆動ねじ軸を回転させると、その駆動ねじ軸に噛合した
ローラねじを介して二部材が相対移動する。このとき、
駆動ねじ軸か回転すると、その駆動ねじ軸に噛合しなロ
ーラねじも駆動ねじ軸との間の摩擦により回転するから
、二部材の相対移動量は、駆動ねじ軸の回転による移動
量たけでなくローラねじの回転量との相対関係で決まる
。

そこて、この点を第１図を用いて具体的に説明する。第
１図に示すように、外周面に雄ねじ１を有する駆動ねじ
軸２の軸方向へ可動部材６を移動可能に設け、この可動
部材６に前記雄ねじ１と同ピッチで互いに噛合する雄ね
じ３を有するローラねじ４を駆動ねじ軸２の回転に追従
してころかり回転可能に設け、駆動ねじ軸２を例えばモ
ータ５などによって回転させると、可動部材６が駆動ね
じ軸２の軸方向へ移動される。

このとき、駆動ねじ軸２が回転すると、ローラねじ４も
駆動ねじ軸２との間の摩擦により回転するから、可動部
材６の移動量は、駆動ねじ軸２の回転による移動量たけ
でなく、ローラねじ４の回転量との相対関係で決まる。

ここで、駆動ねじ軸２の回転による移動量と、ローラね
じ４の回転による移動量とが同一方向であれは機構全体
としてのリード（駆動ねじ軸２の１回転当りの可動部材
６の移動ｉ）が増加し、逆方向であれはリードが減少す
ることになる。

いま、雄ねじ１．３のピッチをＰ、Ｐ、雄ねじ１の有効
径（駆動ねじ軸２の軸心からローラねじ４と接する点ま
での距離の２倍）をｄ、雄ねじ３の有効径（１′：７−
ラねじ４の軸心から駆動ねじ軸２と接する点までの距離
の２倍）をＤ、駆動ねじ軸２およびローラねじ４のそれ
ぞれのねじ条数をＳ。

Ｓとする。たたし、ｓ、Ｓは、ねじ方向が右ねじの場合
を＋、左ねじの場合を−とする。

この条件において、駆動ねじ軸２か１回転したときの移
動量はｐｓである。そのとき、ローラねじ４はｄ／Ｄ回
転するから、ローラねじ４の回転による移動量はｄ、／
Ｄ−ｐＳである。従って、機構全体としてのリードΔＸ
は、 Δｘ−ｐ　（ｓ＋ｄ／Ｄ　−Ｓ）・・・・・・・・・・
・・・・・（１）となる。

従って、（１）式から、雄ねじ１の有効径ｄに対して雄
ねじ３の有効径りを変化させれば、リードの大きさを選
択できることか判る。本発明では、ローラねじの有効径
を駆動ねじ軸の有効径に対して異なるように形成しであ
るから、ローラねじの有効径を選択することにより任意
にリードに設定できる。

例えば、駆動ねじ軸２の雄ねじ１およびローラねじ４の
雄ねじ３のピッチｐ、Ｐをｐ＝Ｐ＝１５［ｍｍ］、駆動
ねじ軸２の雄ねじ１の有効径ｄをｄ＝１５［ｍｍ］とし
、かつ、５＝ｓ＝１つよりねじ条数か共に１条でねじ方
向か同一とし、ローラねじ４の雄ねじ３の有効径りを変
化させると、リードΔＸは、第２図に示す傾向となる。

また、雄ねじ１．３のピッチｐ、Ｐおよび駆動ねじ軸２
の雄ねじ１の有効径ｄを上記条件と同一とし、かつ、ｓ
＝１．５−−１つよりねじ条数か１条でねじ方向が逆と
し、ローラねじ４の有効径りを変化させると、リードΔ
Ｘは、第３図に示す傾向となる。

このことから、駆動ねじ軸２の雄ねじ１の有効径ｄに対
してローラねじ４の雄ねじ３の有効径りを異ならせれば
、リードを広範囲内で任意に設定できることか判る。ま
た、ローラねじは駆動ねじ軸の回転に追従してころがり
回転するので、すべりねじに比べ効率や耐久性にも優れ
、さらに、ローラねじは１個でよく、かつ、公転しない
構造であるから、構造的には簡単かつ小型化できる。

［実施例］以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

第１実施例第１実施例を第４図〜第７図に示す６本実施例では、テ
ーブル送り装置に適用した例で、第４図に示す如く、ヘ
ッド１１に対してテーブル２１が第４図中左右方向へ往
復移動可能に設けられている。

これら相対移動する二部材の一方側、ここではベツド１
１側には、外周面に雄ねじ１２を有する駆動ねじ軸１３
が前記テーブル２１の往復移動方向に沿ってかつ回転可
能に設けられている。雄ねじ１２は、ピッチがｐ、有効
径がｄ、右ねじ１条つまりｓ＝１である。駆動ねじ軸１
３は、全体が磁性体材料から形成されているとともに、
両端が前記ベツド１１に設ｃ−ｔられなブラケッ１〜１
４（第４図中左端は図示省略）に回転可能に支持され、
かつ、一端に連結されたモータ１５により回転駆動され
る。

一方、テーブル２１側には、第５図および第６図に示す
如く、板はね２３を介して非磁性体材料からなる支持部
材２４が取付けられている。板ばね２３は、基端側が取
付台２２を介して前記テーブル２１に固定されていると
ともに、先端側つまり支持部材２４側か前記駆動ねじ軸
１３の軸線に対して直交する方向へ弾性変形できるよう
になっている。

支持部材２４側の両側には、磁性体材料からなる側板２
５Ａ、２５Ｂか固定されている。両側板２５Ａ、２５Ｂ
間には、非磁性体材料からなる支持軸２６を介して前記
駆動ねじ軸１３の雄ねじ１２と同ピッチの雄ねじ２７を
有する非磁性体材料からなるローラねじ２８が前記駆動
ねじ軸１３の雄ねじ１２に噛合された状態で駆動ねじ軸
１３の回転に追従してころがり回転可能に設けられてい
る。また、側板２５Ａから駆動ねじ軸１３を通り側板２
５Ｂへ戻る磁気回路を構成する永久磁石２９が取付けら
れている。

ローラねじ２８と支持軸２６との間には、ラジアルペア
リンク３１が介装されている。また、ローラねじ２８の
両端面と各側板２５Ａ、２５Ｂとの間には、イれぞれス
ラストベアリング３２が介装されている。

ここで、■コーラねじ２８に形成された雄ねじ２７と駆
動ねじ軸１３に形成された雄ねじ１２とは、ピッチＰ、
ｐが同じ（Ｐ＝ｐ）であるか、ねじ方向が逆の１条ねじ
く５＝−１，、ｓ＝１．）に形成されている。つまり、
雄ねじ１２は右ねじ１条に、雄ねじ２７は左ねじ１条に
それぞれ形成されている。しかも、雄ねじ２７の有効径
りは、雄ねじ１２の有効径ｄより僅か大きい寸法に形成
されている。

また、雄ねじ１２．２７のねじ山形状は、第７図（Ａ）
に示す如く、互いの有効円上で点接触する円弧面形状に
それぞり、形成されている。この場合、第７図（Ｂ）に
示す如く、雄ねじ１２．２７のいずれか一方、例えは雄
ねじ２７のねじ山形状を三角形状とし、いずれか他方、
つまり雄ねじ１２のねじ山形状をその三角形状の斜辺に
点接触す１する円弧面形状としてもよい。

次に、本実施例の作用を説明する。

永久磁石２９によって、駆動ねじ軸１３と側板２５Ａ、
２５Ｂとの間に磁気回路か形成されているので、その磁
気回路の磁力によって駆動ねじ軸１３とローラねじ２８
とか互いに押圧された状態となっている。つまり、この
押圧力により、ローラねじ２８を駆動ねじ軸１３へ押圧
する予圧が与えられている。

この状態において、モータ１５の駆動によって駆動ねじ
軸１３を回転させると、その駆動ねじ軸１３の雄ねじ１
２とローラねじ２８の雄ねじ２７とか互いに噛合ってい
るので、駆動ねじ軸１３の回転に追従してローラねじ２
８かころかり回転しながら駆動ねじ軸１３の軸線方向へ
移動される。

つまり、テーブル２］か移動される。このとき、雄ねじ
１．２．２７は互いに逆ねじで、がっ、雄ねじ２７の有
効径りが雄ねじ１２の有効径ｄに対して僅かに大きいの
で、雄ねじ１２のピッチｐよりもはるかに小さい微小リ
ードでテーブル２１か移動される。

例えば、雄ねじ１．２．２７のピッチｐ、ＰをｐＰ＝　
１．　、５１１ｒｎｍｌ　、雄ねじ１２の有効径ｄをｄ
１５［ｒｎｍｌ、雄ねじ２７の有効径りをＤ−１６［、
、ｍ］とすると、リードΔＸは、（１）式から、Δｘ＝
１．．５　（１−１５／１６ｘｌ）０．０９３７５ ’＝０．１［ｌｌ１ｍコとなる。

従って、本実施例によれば、ベツド１１に駆動ねじ軸１
３を設けるとともに、デープル２１にローラねじ２８を
駆動ねじ軸１３の回転に追従してころがり回転可能に設
け、駆動ねじ軸１３の雄ねじｊ２とローラねじ２８の雄
ねじ２７とを互いに逆ねじに、かつ、ローラねじ２８の
雄ねじ２７の有効径りを駆動ねじ軸］３の雄ねじ１２の
有効径ｄより大きく形成したのて、駆動ねじ軸１３の回
転により、雄ねじ１２のピッチｐよりも小さいリードで
テーブル２１を移動さぜることができる。

特に、ローラねじ２８の雄ねじ２７の有効径Ｄを駆動ね
じ軸１３の雄ねじ１２の有効１’！：　ｄより１かか大
きく形成したので、雄ねじ１２のピッチｐよりもはるか
に小さい微小リードでテーブル２１を移動させることか
できる。例えは、雄ねじ１２２７のピッチｐ、ｐをｐ＝
ｐ＝１．５　［ｗ］　、雄ねじ１２の有効径ｄをｄ＝１
５［ｍｍ］、雄ねじ２７の有効径りをＤ＝１６［ｍｍ］
とすれば、リードΔＸを雄ねじ１２のピッチｐ　＝　１
　、５　［ｍｍ］の約１／１５の値、つまり０．１［ｌ
ｌ１ｍ］という微小リードてテーブル２１−を移動さぜ
ることができる。

しかも、ローラねじ２８の雄ねじ２７の有効径りを駆動
ねじ軸１３の雄ねじ１２の有効径ｄより大きく形成しな
ので、リ−１くは０より大きくがっ雄ねじ１２のピッチ
ｐより小さくなる。この状態では、第１１図に示すよう
に、駆動ねじ軸１３の回転によりローラねじ２８には、
移動方向の力Ｃと、駆動ねじ軸１３から離れようとする
力りと、回転方向の力とか発生する。ローラねじ２８の
有効径りが駆動ねじ軸１３の有効径ｄより小さいと、回
転方向の力はＦとなり、ローラねじ２８の凹転方向と逆
向きとなるが、有効径りが有効径ｄより大きりれば、回
転方向の力はＥとなり、っまりローラねじ２８の回転方
向と同方向となるのて、滑らせる傾向がなくリードはよ
り安定する。

また、ローラねじ２８の雄ねじ２７および駆動ねじ軸１
３の雄ねじ１２のねじ山形状を、互いに円弧面形状、あ
るいは、一方を三角形状とし、他方を円弧面形状とした
ので、駆動ねじ軸１３とローラねじ２８とを常に有効円
上て点接触させることができる。駆動ねじ軸１３とロー
ラねじ２８とが接する点、つまり有効径が変動すると、
（１）式からリード八Ｘが変動するのて、駆動ねじ軸１
３とローラねじ２８とを常に有効円上て点接触さぜるこ
とができることは、リードΔＸを安定させることができ
る。

また、ローラねじ２８は駆動ねじ軸１３の回転に追従し
て回転するので、つまり従来のすべりねじのように接触
面がすべり接触するのでなく、ころがり接触なのて、効
率が高く、かつ、摩耗などの耐久性にも優れた効果かあ
る。

また、ローラねじ２８は１個でよく、がっ、駆動ねじ軸
１３に対して公転しない構造であるがら、構造的には簡
単に、かつ、小型化できる。つまり、遊星ローラねじの
場合には、複数の遊星ローラを必要とし、かつ、これら
の遊星ローラが駆動ねじ軸に対して公転する構造である
から、構造的にも複雑で、かつ、大型化するが、本実施
例の場合には、これらと異なるので、構造的には簡単に
、がっ、小型化できる。

また、ローラねじ２８と駆動ねじ軸１２とを容易に分離
することができることがら、組立てや分解も容易である
。この点、ボールねじの場合には、軸とナツトとの分離
が困離である。

また、永久磁石２つによって駆動ねじ軸１２と側板２５
Ａ、２５Ｂとの間に磁気回路を構成し、この磁気回路の
磁力を利用してローラねじ２８を駆動ねじ軸１３に押圧
する予圧を得るようにしたので、例えば予圧を得るため
に、はねなどを利用してローラねじ２８を駆動ねじ軸１
３に押圧したときに生じる反力の処理が全く必要ない利
点がある。

なお、上記第１実施例では、永久磁石２つによって駆動
ねじ軸１３と側板２５Ａ、２５Ｂとの間に磁気回路を構
成し、この磁気回路の磁力を利用して冒−ラねじ２８を
駆動ねじ軸１３に押圧する予圧を得るようにしたが、こ
れ以外に、弾性変形圧、はねあるいは圧電素子の応力な
どを利用してもよい。

また、上記実施例では、ローラねじ２８にラジアルベア
リング３１とスラストベアリング３２とを用いなが、ア
ンギュラ玉軸受やピボット玉軸受などを用いてもよい。

第２実施例第２実施例を第８図〜第１０図に示す。なお、これらの
図の説明に当って、第１実施例と同一構成要件について
は、同一符号を付し、その説明を省略する。

本実施例では、図示されていないテーブル２１側に、ホ
ルダ４１を介して前記駆動ねじ軸１３の雄ねじ１２と同
ピッチの雄ねじ２７を有する３つのローラねじ２８Ａ、
２８Ｂ、２８Ｃを、前記駆動ねじ軸１３の雄ねじ１２に
噛合させた状態て駆動ねじ軸１３の回転に追従してころ
かり回転可能に設けである。

各ローラねじ２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃは、前記ホルタ４
１の前記駆動ねじ軸１３を中心とする１２０度間隔位置
にそれぞれ回動可能に支持されている。また、各ローラ
ねじ２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃの外周面に形成された雄ね
じ２７は、駆動ねじ軸１３の雄ねじ１２に対して逆ねじ
で、有効径りが雄ねじ１２の有効径ｄより僅か大きい寸
法に形成されている６ホルタ４１は、中心に前記駆動ねじ軸１３を挿通させる
ための貫通孔４２を有する円筒形状に形成されている。

また、その周囲壁には、貫通孔４２との間に薄肉部を残
して外周面から貫通孔４２の手前まで達するスリット４
３が形成されているとともに、このスリブ１〜４３から
離れた位置に貫通孔４２から外周面まで達するすり割り
消４４が形成されている。すり割り溝４４を挟んでボル
ト４５が螺合されている。従って、ボルト４５を締付け
ていけば、スリ７１〜４３の薄肉部によってホルタ４１
の径が縮小される。つまり、各ローラねじ２８Ａ、２８
Ｂ、２８Ｂは必要な予圧（圧力）が与えられながら駆動
ねじ軸１３の雄ねじ１２に噛合される。

従って、本実施例によれば、第１実施例で述べた作用効
果のほかに、３つのローラねじ２８Ａ２８Ｂ、２８Ｃを
駆動ねじ軸１３を挟んで等間隔位置に設けであるから、
比較的大重量のデープルでも確実に移動させることがで
きる。

なお、上記各実施例では、駆動ねじ軸１３の雄ねじ１２
を右ねじとし、ローラねじ２８．２８Ａ２８Ｂ　　２８
Ｃの雄ねじ２７を左ねじとしたか、この逆でもよく、さ
らに、同一方向でもよい。同一方向とした場合でも、第
２図に示す傾向となるので、雄ねじ１２の有効径ｄに対
して雄ねじ２７の有効径りを選択すれば、雄ねじ１２の
ピッチ９以上の範囲でリードを任意に設定することがで
きる。

１つまた、上記各実施例では、雄ねじ１２および雄ねじ２７
を共に１条ねじとしたが、ねじの条数はこれに限られる
ものではない。

なお、本発明は、上記実施例で述べたテーブル送り装置
に限らす、例えば工作機械のコラムやヘッドなどでもよ
く、相対移動する二部材の送り機構一般に適用すること
かできる。

［発明の効果］以上の通り、本発明によれば、相対移動可能な二部材の
一方に駆動ねじ軸を設けるとともに、他方に駆動ねじ軸
の雄ねじと同ピッチの雄ねじを有するローラねじを駆動
ねじ軸に噛合さぜた状態で駆動ねじ軸の回転に追従して
ころかり回転可能に設け、このローラねじの雄ねじの有
効径を駆動ねじ軸の雄ねじの有効径に対して異なるよう
に形成したので、リードを広範囲内で任意に設定するこ
とかできる。しかも、ローラねじは駆動ねじ軸の回転に
追従してころかり回転するので、ずベリねじに比べ効率
や耐久性にも優れ、また、ローラねじは１個でよく、か
つ、公転しない構造であるから、構造的には簡単かつ小
型化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の技術的根拠を説明するための図、第２
図はローラねじの雄ねじを駆動ねじ軸の雄ねじに対して
ねじ方向を同じとしかつ有効径を変えたときのリードを
示す図、第３図はローラねじの雄ねじを駆動ねじ軸の雄
ねじに対してねじ方向を逆としかつ有効径を変えたとき
のリードを示す図である。第４図〜第７図は本発明の第１実施例を示すもので、第
４図は全体構成を示す正面図、第５図はその側面図、第
６図は斜視図、第７図（Ａ）（Ｂ）は駆動ねじ軸の雄ね
じとローラねじの雄ねじとのねじ山形状を示す図である
。第８図〜第１０図は本発明の第２実施例を示すもので、
第８図は要部を示す斜視図、第９図はその正面図、第１
０図は第９図のＸ−Ｘ線断面図である。第１１図は駆動
ねじ軸の回転によりローラねじに発生する力を説明する
ための図である。１１．２１・・・ベツドおよびテーブル（相対移動可能
な二部材）、１１２・・・駆動ねじ軸の雄ねじ、２１３・・・駆動ねじ軸、３２７・・・ローラねじの雄ねじ、４．２８．２８Ａ〜２８Ｃ・・・ローラねじ、ｐ、Ｐ・
・・ピッチ、ｄ、Ｄ・・・有効径、ｓ、Ｓ・・・条数。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）相対移動可能な二部材の一方に、外周面に雄ねじ
を有する駆動ねじ軸を相対移動方向に沿ってかつ回転可
能に設けるとともに、前記相対移動可能な二部材の他方に、前記駆動ねじ軸の
雄ねじと同ピッチの雄ねじを有するローラねじを前記駆
動ねじ軸の雄ねじに噛合させた状態で駆動ねじ軸の回転
に追従してころがり回転可能に設け、このローラねじの雄ねじの有効径を駆動ねじ軸の雄ねじ
の有効径に対して異なるように形成した、ことを特徴と
するころがり差動ねじ送り機構。