JPS6262054A - 送りねじ装置 - Google Patents

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、送りねじ装置に関し、例えば回転軸の回転運
動をブロックの直線運動に変換する装置として用いられ
て各種のロボット、工作機械、産業機械等に使用される
。

〔従来の技術〕

従来、送りねじ装置としては、三角ねし、台形ねし、角
ねじ等の形成されたねじ軸とナンドのねじ面を滑らせ動
力を伝達する方法と、第８図に示すボールねし、スパイ
ラル・ボール・スプライン等にある様にねじ軸５０とナ
ツト５１のねじ溝の間に鋼球５２を多数介在させて動力
を伝達する方法がある（例えば、技術雑誌、日経メカニ
カル、１９８４．１２．１７「寿命試験が生んだ新型ボ
ールねし整数巻きや滑りのない構造を考案」）。

ところが、前者は機械効率が低いということと、滑りに
よる動力伝達のため高速でねじ軸やナツトを回転できな
いという問題が有り、又後者は鋼球が記法形式で組み込
まれていることから、鋼球同士の衝突音による騒音や摩
擦・摩耗が発生したり、特にポールねしにおいては、取
り扱い中の鋼球の脱落、あるいはリード角の限界から高
速送りが不可能であるという、問題点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記の問題点に鑑みなされるものであって、
その目的は高い機械効率を得るとともに、騒音の発生す
ることのない静粛な、しかも大きなリード角により高速
送りが可能な送りねじ装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

しかして、その構成は、螺旋状のねじ溝が外周に形成さ
れた回転軸と、該回転軸のねじ溝のリード角に相対し、
かつ前記回転軸のねじ溝に内接するリングと、該リング
を回転自在に支持するとともに、前記回転軸に対して回
転可能に支持され、もしくは前記回転軸の軸方向に直線
移動可能に支持されるブロックとを具備することを特徴
とする。

〔作　用〕

上記構成によると、例えば回転軸が回転駆動された場合
は、ブロックに回転自在に支持されたリングが回転軸の
ねじ溝に沿って回転する作動により、ブロックが回転軸
の軸方向に沿って直線移動いわゆる送り移動する。又ブ
ロックが回転駆動される場合は、リングと回転軸のねじ
溝の作動により、回転軸がその軸方向へ送り移動するこ
とになる。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例を第１図、第２図に基づいて説
明する。第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２
図は第１図におけるＡ−Ａ線を含みリングでの回転軸と
平行な面に沿う部分断面図である。

図中符号１は外周に螺旋状のねじ溝１ａが２条形成され
た回転軸であって、このねじ溝１ａはね゛じ溝１ａに対
する直角の断面において半円状の溝である。

このねじ溝１ａに係合するようにその内周の断面が凸の
半円状を有する２個のリング２は、２条のねじ１ａの各
々の溝に内接するように、ブロック３に支持されている
。リング２は第２図に示す様に、その外周に設けられる
鋼球４及びアウタレース５．６で構成される玉軸受によ
って、回転自在に支持され、ボルト７によってアウタレ
ース５．６はブロック３に固定されている。符号８は、
２個のリング２と回転軸１のねじ？Ｊ１１ａとの寸法関
係を適正に調節するため、ブロック３とアウタレース６
との間に介在するリング状のスペーサである。

リング２を回転自在に支持するブロック３はほぼ三角柱
形状をしており、リング２を支持する支持面３ａ、３ｂ
の間には、回転軸１が配設されるように底面３Ｃと平行
な貫通孔３ｄが形成されている。また回転軸１の軸と直
角な平面及び支持面３ａ、３ｂによって形成される支持
角αは、回転軸１のリード角、すなわち回転軸１の円筒
面における螺旋状ねじ溝１ａのつる巻きを展開した時に
得られる、回転軸１の軸方向と直角な面に対するねじ溝
１ａのつる巻きとのなす角とほぼ等しい角度に設定され
ており、これによづてリング２が回転軸１のねじ溝１ａ
　に沿ワて円滑に回転可能となるように、ブロック３の
支持面３ａ、３ｂに支持されることとなる。

尚、上述のリード角は回転軸１の有効径に基づいて考え
たが、リード角は回転軸１の外径、又はねじ溝１ａの谷
の部分の内径で考えた場合には多少異なるため、前記支
持角αは有効径で考えたリード角とほぼ等しい、あいは
これらのリード角の最大値と最小値の間にあるのが好ま
しい。

尚、第１図に示す様に２つのリング２の一方は、図中上
方のねじみぞ１ａに内接して係合し、他方のリングは図
中下方のねじ溝１ａに内接して係合するようにブロック
３の支持面３ａ、３ｂに取付けられることによって、リ
ング２から回転軸１に作用する曲げ応力ができるだけ相
殺するように構成されている。しかしながら、回転軸１
に十分な曲げ強度がある場合等は、２つのリング２を共
に第１図中の上方のねじ溝１ａ、又は下方のねじ溝１ａ
に内接して係合することも可能であることは言うまでも
ない。ただし、このときブロック３の支持面３ｂが第１
図に示した支持面３ａと平行に、又は支持面３ａが第１
図に示した支持面３ｂと平行になり、そしてブロック３
は上記支持面３　ａ　＋３ｂを２辺とした平行四辺形の
底面を有する四角柱になる。

次に作動について説明する。

上記構成において、回転軸１の一端を駆動モータ等と連
結して回転駆動可能にするとともに、ブロック３を回転
軸１の軸方向に沿って設けられる直線状のガイド上を（
図示せず）摺動自在に、かつ回転は規制されるように設
けて、回転軸１を回転駆動すると、ブロック３に回転自
在に支持されたリング２が回転軸１のねじ溝１ａに沿っ
て回転する作動によって、ブロック３は回転する・こと
なくガイドに沿つう直線駆動される、即ち送り駆動され
る。

また、回転軸１を回転しないように規制し、かつ回転軸
１をその軸方向には摺動自在に支持すると共に、ブロッ
ク３を回転駆動すると、リング２と回転軸１のねじ溝１
ａの作動により、回転軸１がその軸方向へ送られて直線
駆動される。

尚、回転軸１のねじ溝１ａとブロック３に回転自在に支
持されたリング２の作動により、上述と逆に回転軸１の
直線駆動をブロック３の回転駆動に、またブロック３の
直線駆動を回転軸１の回転駆動に伝達変換することも可
能であることは言うまでもない。

スペーサ８は、送りねじ装置の構成部の加工による寸法
差を調整するための部品で、回転軸ｌのねじ溝１ａにリ
ング２を内接させる場合、その使用目的によってはねじ
溝１ａとリング２の間に適当な予圧を与えたり、あるい
はクリアランスを与えるが、この時スペーサ８の長さ寸
法の変更だけで予圧やクリアランスの設定を容易に行う
ことが出来る。

次に上述した送りねじ装置を直角装置ロボットに適用し
た例を第３図〜第５図に基づいて説明する。

第３図は直角座標ロボットの斜視図、第４図は第３図に
おけるＤ−Ｄ線に沿う断面図、第５図は第３図における
Ｅ−Ｅ線に沿う断面図である。

この直角座標ロボットは、Ｘ軸に沿って摺動するＸスラ
イドフレーム１６と、工具２１及び工具駆動用モータ２
２を装着してＹ軸に沿って摺動するＹスライドフレーム
１７とから構成される。このスライドフレーム１６．１
７は、各々上述した送りねじ装置によって直線駆動され
る。

ガイドフレーム１３の上面には、スライドフレーム１６
をフレーム１３の長手方向に沿って摺動する摺動面が形
成されており、そのフレーム１３の両端部は第４図に示
す様に、ベアリング軸受１５が設けられて上述め回転軸
１を回転自在に支持する。Ｘスライドフレーム１６の下
部には、回転軸１と嵌合する上述したブロック３が設け
られている。このブロック３は前述した様に回転軸１の
ねじ溝に内接するリング２を有しており、Ｘスライドフ
レーム１６に固定されている。よってガイドフレームＩ
３に固定したＸ軸駆動モータ１１が回転すると、カップ
リング１２を介してモータ１１と連結された回転軸１が
回転し、前述した回転軸１とブロック３の作動によって
ブロック３及びＸスライドフレーム１６がＸ軸方向のガ
イドフレーム１３に沿って直線駆動される。

Ｘスライドフレーム１６に固定されたガイドフレーム１
８．ガイドバー１９は、Ｙスライドフレーム１７に取り
付けられた軸受によりＹスライドフレーム１７をＹ軸方
向に摺動自在に支持する。

またＸスライドフレーム１６とガイドフレーム１８の一
端には、回転軸１を回転自在に支持するベアリング軸受
１５が設けられている。またＹスライドフレーム１７内
には、ブロック３が前記Ｘスライドフレーム１６に固定
されたのと同様に固定されている。よって、フレーム１
６に固定されたＸ軸駆動モータ１１が回転すると、カッ
プリング１２を介してモータ１１と連結された回転軸１
が一回転し、前述した様に、回転軸１とブロック３の作
動によってブロック３及びＹスライドフレーム１８がＹ
軸方向のガイドバー１９に沿って直線駆動する。

ここでねし溝の形成された回転軸１のリード角を大きく
すると、モータ１１の１回転当りのブロック３の直線移
動量が大きくなるので、回転軸１の外径を大きくするこ
となく、しかもモータ１１の回転速度を大きくすること
なく、Ｘ、Ｙスライドフレーム１６．１７を高速で送り
駆動することが可能となる。尚、上述の実施例において
は、ねじ溝１ａのリード角を４５度以上にすることがで
きた。

次に本発明による送りねじ装置をボルト締め回転駆動装
置に応用した例について第６図、第７図に基づいて説明
する。第６図はボルト締め回転駆動装置の斜視図、第７
図はその縦断面図を示す。

ねじ溝１ａの形成された回転軸１は出力軸部１ｂを介し
て、その一端にドライバビット３１が装着されるととも
に、シリンダ３２及びシリンダカバー３３に取り付けら
れた軸受３４によって回転自在に支持されている。シリ
ンダ３２内には、回転軸１のねじ溝１ａと内接するリン
グ２を有するブロック３及びこのブロック７３にボルト
４６で固定したブロック４７がピストンとして摺動自在
に収納されており、このブロック３及びブロック４７は
シリンダ３２内を２個の圧力室４２．４３に区画形成す
る。圧力室４２．４３は各々シリンダカバー３３に形成
された油圧ボート４４．シリンダ３２に形成された油圧
ボート４５を介して圧油が供給される。

このブロック３及びブロック４７の外周面はシ　　　　
゛リンダ３２内で摺動可能なように円筒形状している。

またブロック３及びブロック４７には、一端をシリンダ
カバー３３に圧入固定されたガイドピン３５が摺動自在
に貫通しており、このガイドピン３５によってブロック
３及びブロック４７の回転が規制される。

尚、圧力室４２．４３は、ブロック３及びブロック４７
側にあるシール用０リング３６、及びガイドピン３５の
外周に設けられるＯリング３７によって隔離されてい。

環状シール部材４１の内側には、回転軸１のねじ溝１ａ
に対応した形状で、かつそのねじ溝１ａの条数に対応し
た数のシール突部４１ａが形成されており、ねじ溝１ａ
を介して圧力室４２．４３が連通しないようにシールし
ている。尚、符号３８．３９はシール用０リング、４０
はシリンダカバー３３と一体に固定されるプレート部材
である。

この実施例はリング２及びこれを支える鋼球４、アウタ
レース５．６は１組の場合を示した。この場合、回転軸
１のねじ溝１ａは１条でよいことはいうまでもない。

上述のボルト締め回転駆動装置において、油圧ボート４
５から圧油が供給される圧力室４３の圧力が上昇すると
、ピストンであるブロック５がシリンダ３２内を第７図
に示す矢印方向に油圧を受けて摺動する。この摺動は、
ブロック３のリング２とねしｌｌａの作動によって、回
転軸１、出力部１ｂ及びドライバビット３１の矢印方向
の回転駆動に変換されて、図示せぬボルトを回転ねじ締
めする。尚、矢印方向に対して逆転するときは、油圧ボ
ート４５から圧油が供給する。

ここでねし溝１ａのリード角を大きくすると、ブロック
５の外径及び油圧が同一であっても、出力部１ｂから得
られる回転トルクは大きくなることは言うまでもない。

従って、本発明の送りねじ装置を適用すると、このリー
ド角を大きくすることができるとともに機械嶋効率が向
上するので、従来の同一の油圧、同一の外径のピストン
を用いても大トルクの、しかも安定した回転駆動力を得
ることができる。

尚、上述の実施例において、回転軸１の外周に形成され
るねじ溝１ａ、及びリング２の内周は半円状であったが
、この形状はＶ字形状、又は円弧の一部を組合せた形状
、更にはねじ溝１ａとリング２が嵌合する他の形状てあ
っても良い。また上述の実施例では、２条のねじ溝１ａ
と２個のリング２あるいは１条のねじ溝１ａと１−個の
リングでの嵌合によって構成されているが、ねじａｌａ
の゛条数、リング２の個数は上述以外であっても同様の
効果を有することは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上述べた様に、本発明による送りねじ装置は回転軸の
外周に形成されたねじ溝と、これに相対したリングを内
接する構造であるから、次の様な効果を有する。

第１には、本発明の送りねじ装置は、ブロックに回転自
在に支持されるリングの転がり接触によって回転駆動が
直線駆動に、又はその逆に直線駆動が回転駆動に伝達変
換されるため、従来のボールねじでの問題、すなわち第
８図で示す鋼球５２同士の衝突やリターンチューブ部５
３での不規則な鋼球５２の運動によって発生する騒音が
なくなり、非常に静粛で、かつ機械的効率が高いものと
なる。

第２には、従来のボールねしはねじ軸５０とナツト５１
の間に鋼球５２を介在させてねじ軸５０がナツト５１の
内側でねし溝に係合させる構成であるためナツト５１の
内側に形成する雌ねじ５１ａはその加工上の制約により
リード角を一定以上（約１８度）大きくすることが出来
なかったのに対して、本発明は回転軸のねじ溝にリング
を内接させる構成であるため、ねじ溝のリード角を大き
くすることができる。従って、本発明の送りねじ装置を
工作機械等に採用して、リード角を大きくすると、従来
の高速送り用ハイリードボールねしくねじ軸径とリード
が等しいボールねじ）と同一の軸外径、同一回転速度に
おいて比較すると、２倍以上の高速な直線駆動、すなわ
ち高速送り駆動が可能となる。

第３には、本発明の送りねじ装置はブロック内にリング
を回転自在に支持するだけの極めて簡単な構造であるた
め、安価で、かつ耐久性が良く、しかも回転軸のねじ溝
とローラとの間に滑り、摩耗が発生しないので高い送り
精度が得られる等の数々の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の送りねじ装置の一実施例を示す構成図
であって、ブロックを透視した状態で描かれている。第
２図は第１図におけるＡ−Ａ線を含みリング２の回転軸
と平行な面に沿う部分断面図、第３図は本発明の送りね
じ装置を適用した直角座標ロボットの一例を示す斜視図
、第４図は第３図のＤ−Ｄ線に沿う部分断面図、第５図
は第３図のＥ−Ｅ′！ａに沿う断面図、第６図は本発明
の送りねじ装置を適用したボルト締め回転駆動装置の斜
視図、第７図は第６図に示した装置の縦断面図、第８図
は従来のボールねじを示す断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）螺旋状のねじ溝が外周に形成された回転軸と、該
   回転軸のねじ溝のリード角に相対し、かつ前記回転軸の
   ねじ溝に内接するリングと、該リングを回転自在に支持
   するとともに、前記回転軸に対しての回転可能に支持さ
   れ、もしくは前記回転軸の軸方向に直線移動可能に支持
   されるブロックとを具備することを特徴とする送りねじ
   装置。
2. （２）前記リングを回転自在に支持する前記ブロックの
   支持面は、前記回転軸と垂直な平面に対して、前記回転
   軸のねじ溝のリード角とほぼ等しい支持角を持つように
   設けられている特許請求の範囲第１項記載の送りねじ装
   置。