JPH0481655B2 - - Google Patents

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
ツ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：すべりね
じ、Ｂ：ころがりねじ、Ｃ：非接触ねじ、に分類
することができる。

Ａ：すべりねじは、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
送り機構などに利用されている。

Ｂ：ころがりねじは、さらに、ボールねじタ
イプと、遊星ローラねじタイプとに分けること
ができる。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
の回転に伴つてこれらのボールがナツト内を循環
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、ねじ軸の回転に伴つて
遊星ローラが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。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した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、ねじ軸の１回転当りのナツ
トの移動量、つまりリードは、ねじ軸のねじピツ
チである。

Ｂ−：ボールねじタイプは、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
ールの循環による振動や騒音があること、ねじ軸
とナツトとの分離が困難なことなどの点で問題が
ある。また、リードは、ねじ軸のねじピツチであ
る。

Ｂ−：遊星ローラねじタイプは、負荷容量が
大きいことから精密工作機械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から構造が複雑であると
いう問題がある。しかも、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
構自体が大型化するという問題がある。また、リ
ードは、ねじ軸とナツトの条数を変えれば変更で
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せなければならないので、エ
アーの供給が必要不可欠である。

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
り機構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、構造を簡単かつ小型化でき
る上、リードを広範囲内で任意に設定できるころ
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、磁性体材料から形成された外周面に雄
ねじを有する駆動ねじ軸を相対移動方向に沿つて
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
同ピツチの雄ねじを有する非磁性体材料から形成
されたローラねじを磁性体材料からなる一対の側
板間に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、前記両側板の前記ローラねじの配設位置よ
りも下方側を前記駆動ねじ軸の外周面に臨む形状
とする、とともにその上方側に磁気回路を形成す
る永久磁石を介装し、かつ前記永久磁石を含む両
側板を前記駆動ねじ軸の軸線に対して直交する方
向に弾性変位可能に非磁性体材料を介して前記二
部材の他方に支持した、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、駆動ねじ軸が回転すると、その駆
動ねじ軸に噛合した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だけでな
く、ローラねじの回転量との相対関係で決まる。

そこで、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
ピツ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がり
回転可能に設け、駆動ねじ軸２を例えばモータ５
などによつて回転させると、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
回転による移動量だけでなく、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
あれば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の移動量）が増加し、逆
方向であればリードが減少することになる。

いま、雄ねじ１，３のピツチを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（ローラねじ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。ただし、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が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。従つて、機構
全体としてのリードΔxは、 Δx＝ｐ（ｓ＋ｄ／Ｄ・Ｓ） ……（１） となる。

従つて、（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Ｄを変化させれば、リー
ドの大きさを選択できることが判る。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てあるから、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のピツチｐ，Ｐをｐ＝Ｐ＝1.5
［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、ｓ＝Ｓ＝１つまりねじ条数
が共に１条でねじ方向が同一とし、ローラねじ４
の雄ねじ３の有効径Ｄ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のピツチ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，Ｓ＝−１つまりねじ条数が
１条でねじ方向が逆とし、ローラねじ４の有効径
Ｄを変化させると、リードΔxは、第３図に示す
傾向となる。

さらに、かかる駆動ねじ軸２とローラねじ４と
の両雄ねじ１，３は、ローラねじ４を回転支持す
る一対の磁性体材料からなる側板２５Ａ，２５Ｂ
と上方側の永久磁石２９と磁性体材料からなる駆
動ねじ軸２とから形成され、かつ非磁性体材料を
介して二部材の他方に駆動ねじ軸の軸線に対して
直交する方向に弾性変位可能に支持された磁気回
路によつて、適宜な圧接力で確実に密接されてい
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Ｄ
を異ならせれば、リードを広範囲内で任意に設定
できることが判る。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。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、ベツド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１１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
向に沿つてかつ回転可能に設けられている。雄ね
じ１２は、ピツチがｐ、有効径がｄ、右ねじ１条
つまりｓ＝１である。駆動ねじ軸１３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に設けられたブラケツト１４（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、板ばね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側が前記駆動ねじ軸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つ
ている。

つまり、詳細後記の永久磁石２９、両側板２５
Ａ，２５Ｂ、駆動ねじ軸１３からなる磁気回路を
弾性変位させることができる。

支持部材２４側の両側には、磁性体材料からな
る側板２５Ａ，２５Ｂが固定されている。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１
２と同ピツチの雄ねじ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、両側板２５Ａ，２５Ｂのローラねじ２
８が配設された位置よりも上方側には、側板２５
Ａから駆動ねじ軸１３を通り側板２５Ｂ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。その下方側は駆動ねじ軸１３の外周面に臨む
形状とされている。

ローラねじ２８と支持軸２６との間には、ラジ
アルベアリング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、それぞれスラストベアリング３２が介
装されている。

ここで、ローラねじ２８に形成された雄ねじ２
７と駆動ねじ軸１３に形成された雄ねじ１２と
は、ピツチＰ，ｐが同じ（Ｐ＝ｐ）であるが、ね
じ方向が逆の１条ねじ（Ｓ＝−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Ｄ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
弧面形状にそれぞれ形成されている。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、例えば雄ねじ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によつて、駆動ねじ軸１３と側板
２５Ａ，２５Ｂとの間に磁気回路が形成されてい
るので、その磁気回路の磁力によて駆動ねじ軸１
３とローラねじ２８とが互いに押圧された状態と
なつている。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の駆動によつて
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１２とローラねじ２８の雄ねじ２７
とが互いに噛合つているので、駆動軸１３の回転
に追従してローラねじ２８がころがり回転しなが
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２１が移動される。このとき、雄ね
じ１２，２７は互いに逆ねじで、かつ、雄ねじ２
７の有効径Ｄ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のピツチｐよりもは
るかに小さい微小リードでテーブル２１が移動さ
れる。

例えば、雄ねじ１２，２７のピツチｐ，Ｐをｐ
＝Ｐ＝1.5［mm］、雄ねじ１２の有効径ｄをｄ＝15
［mm］、雄ねじ２７の有効径ＤをＤ＝16［mm］とす
ると、リードΔxは、（１）式から、 Δx＝1.5（１−15／16×１） ＝0.09375 ≒0.1［mm］ となる。

従つて、本実施例によれば、ベツド１１に駆動
ねじ軸１３を設けるとともに、テーブル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１２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Ｄを駆動ねじ軸１３の雄ねじ１２の有効径
ｄより大きい形成したので、駆動ねじ軸１３の回
転により、雄ねじ１２のピツチｐよりも小さいリ
ードでテーブル２１を移動させることができる。

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の有効径ｄより僅
か大きく形成したので、雄ねじ１２のピツチｐよ
りもはるかに小さい微小リードでテーブル２１を
移動させることができる。例えば、雄ねじ１２，
２７のピツチｐ，Ｐをｐ＝Ｐ＝1.5［mm］、雄ねじ
１２の有効径ｄをｄ＝15［mm］、雄ねじ２７の有効
径ＤをＤ＝16［mm］とすれば、リードΔxを雄ねじ
１２のピツチｐ＝1.5［mm］の約1/15の値、つまり
0.1［mm］という微小リードでテーブル２１を移動
させることができる。

しかも、ローラねじ２８の雄ねじ２７の有効径
Ｄを駆動ねじ軸１３の雄ねじ１２の有効径ｄより
大きく形成したので、リードは０より大きくかつ
雄ねじ１２のピツチ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Ｄと、
回転方向の力とが発生する。ローラねじ２８の有
効径Ｄ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
回転方向と逆向きとなるが、有効径Ｄが有効径ｄ
より大きければ、回転方向の力はＥとなり、つま
りローラねじ２８の回転方向と同方向となるの
で、滑らせる傾向がなくリードはより安定する。

また、永久磁石２９によつて駆動ねじ軸１２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、ばねなどを利用
してローラねじ２８を駆動ねじ軸１３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。

また、ローラねじ２８の雄ねじ２７および駆動
ねじ軸１３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とを常に有効円上で点接触させるこ
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Δxが変動するので、駆動ねじ軸１
３とローラねじ２８とを常に有効円上で点接触さ
せ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
ろがり接触なので、効率が高く、かつ、摩耗など
の耐久性にも優れた効果がある。

また、ローラねじ２８は１個でよく、かつ、駆
動ねじ軸１３に対して公転しない構造であるか
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、かつ、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から、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難である。

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
を用いたが、アンギユラ玉軸受やピポツト玉軸受
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つて、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と同ピツチの雄ねじ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
に設けてある。

各ローラねじ２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃは、前記
ホルダ４１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，２８
Ｃ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Ｄ
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。

ホルダ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４
２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ツト４３が形成されている
とともに、このスリツト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溝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。従つて、ボルト４５を締
付けていけば、スリツト４３の薄肉部によつてホ
ルダ４１の径が縮小される。つまり、各ローラね
じ２８Ａ，２８Ｂ，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。

従つて、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２８Ａ，
２８Ｂ，２８Ｃを駆動ねじ軸１３を挟んで等間隔
位置に設けてあるから、比較的大重量のテーブル
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２８，２８
Ａ，２８Ｂ，２８Ｃの雄ねじ２７を左ねじとした
が、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Ｄを選択すれば、雄ねじ１２のピ
ツチｐ以上の範囲でリードを任意に設定すること
ができる。

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
送り装置に限らず、例えば工作機械のコラムやヘ
ツドなどでもよく、相対移動する二部材の送り機
構一般に適用することができる。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、相対移動可能な
二部材の一方に磁性体材料からなる駆動ねじ軸を
設けるとともに、他方に駆動ねじ軸の雄ねじと同
ピツチの雄ねじを有する非磁性体材料からなるロ
ーラねじを駆動ねじ軸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、
かつローラねじを永久磁石と両側板と駆動ねじ軸
を含む磁気回路で駆動ねじ軸に圧接させる、とと
もに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
ができる。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、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図は傾斜図、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
１０図は第９図の−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）、１，１２……駆動ねじ軸の雄
ねじ、２，１３……駆動ねじ軸、３，２７……ロ
ーラねじの雄ねじ、４，２８，２８Ａ〜２８Ｃ…
…ローラねじ、ｐ，Ｐ……ピツチ、ｄ，Ｄ……有
効径、ｓ，Ｓ……条数。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相対移動可能な二部材の一方に、磁性体材料
   から形成された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つ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ツチの雄ねじを有する非磁
   性体材料から形成されたローラねじを磁性体材料
   からなる一対の側板間に前記駆動ねじの雄ねじに
   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、 前記両側板の前記ローラねじの配設位置よりも
   下方側を前記駆動ねじ軸の外周面に臨む形状とす
   る、とともにその上方側に磁気回路を形成する永
   久磁石を介装し、 かつ前記永久磁石を含む両側板を前記駆動ねじ
   軸の軸線に対して直交する方向に弾性変位可能に
   非磁性体材料を介して前記二部材の他方に支持し
   た、ことを特徴とするころがり差動ねじ送り機
   構。