JPH09166193A - 静圧ねじ機構および静圧ねじの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷容量が大きくねじ効率の良いねじ機構を
提供する。 【構成】 ねじ軸１に一対のナット３，４を螺合し、そ
のナット３，４をケース２に個別に収容する。ナット
３，４はケース２中で軸線方向に摺動自在とし、そのナ
ット３，４には各々その外周面から内周のねじ山３１，
４１に通じる給油孔３２，４２を形成して、圧力油をね
じ軸１との間に給油できるようにする。このうち、一方
のナット３にはそのねじ山３１に給油孔３２が連通する
油溜部を形成し、その油溜部の周縁から流出する圧力油
の静圧でねじ軸１とナット３が非接触状態を維持できる
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プレス機その他の高負
荷機の駆動系に有用な静圧ねじ機構と、その種の静圧ね
じ機構に用いられる静圧ねじの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ねじには物体の締結または移動用として
の用途があるが、このうち移動用には摩擦が少なくねじ
効率の高い角ねじが多用され、大きな荷重が作用すると
ころには台形ねじなども広く利用されている。

【０００３】また、それらのねじの他、鋼球の転動を利
用して摩擦力を小さくし動力を円滑に伝達できるように
したボールねじもある。

【０００４】それらのねじ機構では、主としてねじ軸
（雄ねじ）を回転し、ねじ軸またはナット（雌ねじ）を
軸線方向に移動できるようになっており、工作機械その
他の軽負荷機やプレス機を主とする高負荷機など多種多
様の機械や装置の送り装置として用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ねじ機構によれば、角ねじや台形ねじなどの摺動ねじを
用いたねじ機構では雄ねじと雌ねじ、ねじ軸とナットの
摩擦が相対的な回転速度に比例して大きくなる関係上ね
じ軸を高速回転できないから、送り速度が秒速で１０ｍ
ｍ以下と小さく高速送りを要求される自動機などには不
向きであって生産性の向上を図れないという欠点があっ
た。

【０００６】一方、ボールねじではねじ効率が非常に高
く高速回転、高速移動が可能で工作機械その他の軽負荷
機の駆動系に適しているが、この種のねじ機構は基本的
に負荷容量が小さくプレス機などのような大型機械の駆
動系には利用できなかった。

【０００７】そこで、本発明は負荷容量が大きく効率の
良いねじ機構を開発することを目的とした。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記事情に鑑
み、ねじ機構におけるねじ面の摩擦係数を０．０１以
下、負荷容量を２５０ｋｇ／ｃｍ2 以上、回転速度を秒
速で２．５ｍ以上、また送り速度を秒速で２５０ｍｍ以
上にしようとするものであり、その手段として本発明は
ケースの中に収容されるナットと該ナットに螺入される
ねじ軸で成り、前記ナットはその外周面から内周のねじ
山に通じる給油孔を形成するとともに前記ねじ山に前記
給油孔が連通する油溜部を形成した静圧ねじとして構成
されていることを特徴とする静圧ねじ機構を提供するも
のである。

【０００９】特に、本発明ではより好適な態様として、
ケースの中に収容される一対のナットと該ナットに螺入
されるねじ軸で成り、前記ケースには前記ナットを個別
に且つ前記ねじ軸の軸線方向に摺動自在に収容する収容
部を形成するとともに、その収容部の負荷側の間隙を油
槽として相互に連通し、また前記ナットには各々その外
周面から内周のねじ山に通じる給油孔を形成するととも
に、少なくとも一方のナットは前記ねじ山に前記給油孔
が連通する油溜部を形成した静圧ねじとして構成したこ
とを特徴とする静圧ねじ機構を提供するものである。

【００１０】また、本発明は上記の静圧ねじ機構などに
用いられる静圧ねじを容易に製造できるようにするた
め、ねじ軸に螺合されるナットを前記ねじ軸の軸線に沿
って分断し、その各断片のねじ山の側面にそれぞれ油溜
部となる溝を加工するとともに外周面からその溝に通じ
る給油用の孔を掘削し、次いでその各断片を前記ねじ軸
の外周で組み合わせ、その後その各断片の間隙に樹脂を
充填して前記溝の両端を閉じることを特徴とする静圧ね
じの製造方法を提供するものである。

【００１１】

【作用】本発明によれば、給油孔を通じてナットの中に
圧力油を送り込むと、その圧力油がねじ軸とナットの間
隙に流出して相互間の摩擦を軽減するようになる。この
ため、ねじ軸を高速で回転して送り速度を大幅に上げる
ことができる。また、静圧ねじとしてのナットでは、油
溜部に与えられた圧力油が油溜部の周縁から流出するよ
うになり、その流出抵抗によりナットがケース中でねじ
軸に対し静圧的に浮遊した状態に支持されるようにな
る。このため、このナットはその静圧容量以内の負荷に
は充分に耐えられる状態を維持する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体例を図面に基
づいて詳細に説明すると、図１は本発明に係わる静圧ね
じ機構の一例を示した断面図である。図１において、１
はモータなどにて正逆に回転されるねじ軸であり、この
ねじ軸１は台形ねじや角ねじなどで成る送りねじとして
構成してある。

【００１３】また、図中２はケースである。このケース
２は、例えば摩擦プレスやスクリュウプレスなどのプレ
ス機の機枠の上部に固定されるか、あるいはそれらの機
枠で上下方向に摺動自在に支持され、固定時にはねじ軸
１が軸線方向に運動し、非固定時にはケース２がねじ軸
１に沿って運動する。このケース２には図示するように
ねじ軸１が貫通され、ねじ軸１とケース２の間隙は図示
せぬオイルシールで密閉するようにしている。また、ケ
ース２の中には隔壁２１で区分した２つの収容部２２，
２３を形成し、その収容部２２，２３に一対のナット
３，４を個別に収容している。

【００１４】そのナット３，４は、各々収容部２２，２
３に嵌合されて軸方向に摺動自在とされており、収容部
２２，２３中でねじ軸１に螺合している。ナット３，４
の外周面は例えば円形としているが、それらは外周面の
一部をキーで支持してケース２中での回転を規制してい
る。その手段として、例えば図１に示すようにナット
３，４の外周面にそれぞれ軸方向に向くキー溝５を形成
し、そのキー溝５に嵌合したキー６をケース２の内面に
固定している。なお、ナット３，４にキーを固定し、そ
のキーが嵌合されるキー溝をケースの内面に形成する方
法などもある。

【００１５】ここで、収容部２２，２３にはナット３，
４の摺動方向に一定の間隙が形成されるが、一方の収容
部２２では隔壁２１側を油槽２２ａとし、また他方の収
容部２３ではナット４の両側をそれぞれ油槽２３ａ，２
３ｂとして各油槽２２ａ，２３ａ，２３ｂがケース２と
ナット３，４とで常時密閉されるようにしている。

【００１６】一方、ナット３，４には図示するように外
周面から内周のねじ山３１，４１に通じる数条の給油孔
３２，４２を多岐状に形成してある。また、それらの外
周面には各給油孔３２，４２と繋がる切欠溝３３，４３
を形成し、特に一方のナット３はそのねじ山３１に給油
孔３２が連通する油溜部を形成して静圧ねじとして構成
している。

【００１７】ところで、切欠溝３３，４３と各油槽２２
ａ，２３ａ，２３ｂにはケース２の外部より通路７を分
配して接続し、図示せぬ油圧ポンプからその通路７を通
じて圧力油を給油できるようにしている。特に、収容部
２２，２３における負荷側の間隙となる油槽２２ａ，２
３ａは逆止弁７１で区分した通路７の一部で相互に連通
している。

【００１８】通路７の構成としては、ケース２の部分を
穴としてケース２の成形時に形成し、これに配管などを
ケース２の外周側から接続するなどの方法がある。な
お、ケース２中には図示せぬ戻り用の配管を接続し、そ
の配管を上述の油圧ポンプを介して通路７に接続してい
る。従って、通路７を通じてケース２中に送り込まれた
圧力油は戻り用の配管を通じて循環され、特に切欠溝３
３，４３に送り込まれた圧力油は給油孔３２，４２を通
じてナット３，４とねじ軸１との間に流出するからナッ
ト３，４はケース２中でねじ軸１に対して浮遊状態に支
持されるようになり、また油槽２２ａ，２３ａの間で圧
力油は作動油となって存在するようになる。

【００１９】斯くして、無負荷時には一方のナット３は
油槽２２ａに送り込まれる圧力油により油槽２２ａの逆
側に押え付けられるようになり、また他方のナット４は
一方の油槽２３ｂを他方の油槽２３ａより面積を大きく
している関係上ナット３とは逆向きの油槽２３ａ側に押
え付けられるようになる。

【００２０】そして、このときナット３，４とねじ軸１
とは相互に非接触状態を維持している。この状態でねじ
軸１に図の左側へ向くスラスト荷重が作用したとき、一
方のナット３は油槽２２ａ中の作動油の圧力に抗して荷
重方向に移動し、これによって油槽２２ａ中の圧力が通
路７を流れる圧力油の静圧より高まると、逆止弁７１が
閉じて油槽２２ａと連通する油槽２３ａの圧力も上昇
し、斯くてナット４は荷重方向の逆向きに動作して一方
のナット３と負荷を共同で受けるようになる。そして、
無負荷状態に戻れば双方のナット３，４は圧力油の働き
で初期位置に押し戻されねじ軸１と非接触状態となって
ねじ軸１の高速回転が可能な状態となる。

【００２１】図２および図３は、ナット３，４とねじ軸
１の噛み合い状態を拡大して示した断面図である。図２
に示すように、ナット４とねじ軸１との間には相互に接
触しない程度の充分なクリアランスｄｔ、好ましくは１
〜２ｍｍの間隙を形成し、そのクリアランスｄｔ中に給
油孔４２より流出する圧力油を介してねじ軸１とナット
４が相対的な高速回転に耐えられるようにしてある。

【００２２】一方、ナット３とねじ軸１は、図３に示す
ようにクリアランスｄｔに比較して非常に小さな間隔、
例えば０．１〜０．５ｍｍの間隔で近接している。３４
はナット３におけるねじ山３１の両側面に形成した油溜
部であり、この油溜部３４には給油孔３２が連通してい
る。油溜部３４の周縁は一定幅のランド部３５となり、
このランド部３５とねじ軸１のねじ山１２との微小な間
隙から流出する圧力油の流出抵抗により、ねじ軸１とナ
ット３がその静圧以内の負荷では非接触状態を維持でき
るようにしてある。

【００２３】また、図４は一方のナット３側における軸
直角断面を示す。この図で明らかなように、静圧ねじと
してのナット３は軸線方向で分割されており、各分割面
は合成樹脂などで成るシール材８で密閉されている。そ
のシール材８は油溜部３４を周方向で区分するランド部
３６となり、各油溜部３４の静圧を維持することとな
る。

【００２４】図４において、ｒはナット３におけるねじ
の内径、ｒ′はねじの谷径であり、油溜部３４はその内
径ｒと谷径ｒ′に沿って円形状に形成され、ランド部３
５とシール材８で成るランド部３６とで周縁を包囲され
た状態となっており、その各油溜部３４にそれぞれ給油
孔３２が連通するようにしてある。

【００２５】次に、図５は本願に係わる静圧ねじ機構の
使用例として摩擦プレス機を示す。図５において、Ａは
摩擦プレスの機枠、Ｂは機枠Ａで支持された回転軸、Ｃ
は回転軸Ｂの両端に取り付けてある摩擦車、Ｄは摩擦車
Ｃの一方と周縁が接触して正逆に回転するはずみ車であ
り、ねじ軸１ははずみ車Ｄの車軸に一端を固定して他端
にラムＥを取り付けてある。また、ケース２は機枠Ａの
上部に固定して、ねじ軸１の上下運動を案内するように
してある。なお、このときケース２は収容部の負荷側の
間隙となる油槽２２ａ，２３ａを上向きにして固定され
る。

【００２６】いま、この摩擦プレスでプレス加工を行う
とき、ねじ軸１とナットの摩擦が少ないからねじ軸１を
高速で回転してラムＥを高速で昇降でき、また加工時の
荷重はねじ軸１を通じて一対のナットに分散されるから
耐荷重性が良く高圧のプレス加工に使用できる。

【００２７】なお、その他にもスクリュウプレスなど各
種の装置、機械の駆動系に用いることができ、例えばス
クリュウプレスの駆動系に用いるには、その機枠でねじ
１を回転自在に支持し、またケース２を昇降自在に支持
してケース２にラムを取り付けるなどの構成とすること
ができる。

【００２８】次に、上述のように構成した静圧ねじ機構
を例にして静圧ねじの製造方法を説明する。先ず、ねじ
軸１に螺合されるナット３として、図６に示すナットＮ
をねじ軸の軸線に沿って分断する。例えば、図６に示す
破線の部分で４等分するのであり、その破断にはレーザ
加工法や工作機械その他による切削加工法を用いること
ができる。

【００２９】図７は分断した一つの断片ｎを示し、また
図８はその断片ｎの軸線に沿った断面を部分的に拡大し
て示してある。これらの図に示すようにナットＮを分断
した後、各断片ｎのねじ山ｆの側面には該ねじ山ｆの長
手方向に沿って油溜部３４となる溝ｔを加工し、また図
８に示すように外周面からその溝ｔに通じる給油孔３２
となる給油用の孔ｕを掘削する。特に、溝ｔは図８に示
すようにねじ山ｆの両側面に対向して形成し、孔ｕは対
向する溝ｔを連通する横孔ｕ′と外周面から横孔ｕ′に
通じる縦孔ｕ″とで形成する。溝ｔと孔ｕの加工には工
作機械を用いることができ、取り分け溝ｔの加工にはマ
シニングセンタが、また孔ｕの加工にはボール盤が有用
であろう。なお、溝ｔと孔ｕの加工順序は何れが先でも
後でも構わない。

【００３０】各断片ｎに溝ｔと孔ｕを加工したら、次に
その各断片ｎを図９に示すようにねじ軸１の外周で組み
合わせ、分離しないように治具などでクランプしてから
各断片ｎの間隙にシール材８としての樹脂ｐを充填す
る。使用する樹脂ｐはエポキシ樹脂やフェノール樹脂な
どの熱硬化性樹脂が好ましく、その樹脂ｐが硬化した後
には各断片ｎを再度分離して樹脂部のバリを除去して樹
脂のランド部３６を仕上げて静圧ねじとしてのナット３
を得る。

【００３１】

【発明の効果】本発明の静圧ねじ機構によれば、ねじ軸
と螺合するナットの外周面から内周のねじ山に通じる給
油孔を形成し、またそのねじ山に給油孔が通じる油溜部
を形成して静圧ねじとしているから、給油孔を通じてね
じ軸とナットの間隙に圧力油を送り込むことができる。
このため、ねじ軸とナットの摩擦が少なくなり、ねじ軸
を高速で回転できるようになるから、送り速度が大幅に
上がって生産性も向上する。しかも負荷時には油溜部の
周縁から流出する圧力油の静圧と、ねじ軸およびナット
の噛み合いとで負荷を受けるようになるから、負荷容量
が大きく高負荷機の駆動系に用いることができる。

【００３２】特に、請求項２の発明では、収容部の負荷
側の間隙を油槽として相互に連通し、ねじ軸あるいはケ
ースに作用したスラスト荷重が一対のナットに分散する
ようにしているから負荷容量を大幅に上げることができ
る。

【００３３】また、静圧ねじの製造方法として、ナット
を軸線に沿って数個の断片に分断するようにしているか
ら、そのねじ山に油溜部となる溝を精度良く容易に加工
することができ、しかも各断片の間隙に樹脂を充填して
溝の両端を閉じるようにしているから油溜部の仕上げも
容易で油漏れもなく高い静圧を維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる静圧ねじ機構の好適な一例を示
す内部構造図

【図２】ナットとねじ軸の噛み合い状態を示す部分拡大
図

【図３】他のナットとねじ軸の噛み合い状態を示す部分
拡大図

【図４】静圧ねじ機構の要部を示す軸直角断面図

【図５】静圧ねじ機構の使用例として摩擦プレスを示し
た正面概略図

【図６】ナットを分断する状態を示す斜視図

【図７】分断したナットの断片を示す正面概略図

【図８】その断片の要部を拡大して示す軸線断面図

【図９】その断片をねじ軸の外周で組み合わせて樹脂を
充填した状態を示す端面図

【符号の説明】

１ ねじ軸 １２ ねじ山 ２ ケース ２２，２３ 収容部 ２２ａ，２３ａ 油槽 ３，４，Ｎ ナット ３１，４１，ｆ ねじ山 ３２，４２ 給油孔 ３４ 油溜部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケースの中に収容されるナットと該ナッ
   トに螺入されるねじ軸で成り、前記ナットはその外周面
   から内周のねじ山に通じる給油孔を形成するとともに前
   記ねじ山に前記給油孔が連通する油溜部を形成した静圧
   ねじとして構成されていることを特徴とする静圧ねじ機
   構。
2. 【請求項２】 ケースの中に収容される一対のナットと
   該ナットに螺入されるねじ軸で成り、前記ケースには前
   記ナットを個別に且つ前記ねじ軸の軸線方向に摺動自在
   に収容する収容部を形成するとともに、その収容部の負
   荷側の間隙を油槽として相互に連通し、また前記ナット
   には各々その外周面から内周のねじ山に通じる給油孔を
   形成するとともに、少なくとも一方のナットは前記ねじ
   山に前記給油孔が連通する油溜部を形成した静圧ねじと
   して構成したことを特徴とする静圧ねじ機構。
3. 【請求項３】 ねじ軸に螺合されるナットを前記ねじ軸
   の軸線に沿って分断し、その各断片のねじ山の側面にそ
   れぞれ油溜部となる溝を加工するとともに外周面からそ
   の溝に通じる給油用の孔を掘削し、次いでその各断片を
   前記ねじ軸の外周で組み合わせ、その後その各断片の間
   隙に樹脂を充填して前記溝の両端を閉じることを特徴と
   する静圧ねじの製造方法。