| 【発明の名称】 |
ボールねじおよび駆動装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】信朝 雅弘
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| 【要約】 |
【課題】ボール径とねじ溝のリードの関係による制限にかかわらずに、任意の減速または増速機能が得られるものとする。これに伴い、ボールねじ使用機器の部品点数の削減、組立工数の削減等が図れるようにする。
【解決手段】このボールねじ１は、ねじ軸２に互いに仕様の異なる２種類のねじ溝５，６を形成し、各々のねじ溝５，６に対応する一対のナット３，４を設けたものとする。２種類のねじ溝５，６は、互いに巻き方向が同じでリードが異なるものであっても、また巻き方向が異なるものであっても良い。片方のナット３は、固定側部材１１に固定し、もう片方のナット４はスライド側部材１５に固定する。ねじ軸２に連結したモータ１２は、支持用スライダ１４を介して固定側部材１１に進退自在に設置する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ねじ軸の外径面と、このねじ軸の外周に遊嵌するナットの内径面とに、それぞれ螺旋状のねじ溝が設けられ、前記ねじ軸およびナットのねじ溝の間に複数のボールを介在させたボールねじにおいて、前記ねじ軸の外径面に互いに巻き方向、およびリードの少なくとも一方が異なる２種類のねじ溝を形成し、各々のねじ溝に対応するねじ溝をそれぞれ有する一対のナットを設けたことを特徴とするボールねじ。
【請求項２】 前記２種類のねじ溝は、互いに巻き方向が同じでリードが異なるものとし、前記一対のナットのうちの一方のナットは固定側の部材に結合され、他方のナットはスライド側の部材に結合され、前記ねじ軸は回転駆動される請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】 前記２種のねじ溝は、互いに巻き方向が逆方向であり、前記一対のナットのうちの一方のナットは固定側の部材に結合され、他方のナットはスライド側の部材に結合され、前記ねじ軸は回転駆動される請求項１に記載のボールねじ。
【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のボールねじと、このボールねじのねじ軸に連結された回転駆動源とを備えるボールねじ使用直線駆動装置。
【請求項５】 前記ボールねじにおける２種類のねじ軸を別体とし、これら２本のねじ軸を互いに連結自在とした請求項４に記載のホールねじ使用直線駆動装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電動射出成形機や電動プレスなど、従来は油圧シリンダを用いていたような高荷重を受ける用途を、電動機駆動に置き換える場合、あるいは高速位置決めの用途などに応用できるボールねじ、およびこれを用いた直線駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ボールねじの用途には、大きくは、工作機械に代表される位置決めの用途と、電動射出成形機に代表される回転力を直線力に変換する用途とがある。後者の場合は、モータの回転力をボールねじのねじ軸またはナットに伝え、この力を直線移動力に変換している。ボールねじの一般的な軸回転の駆動形態を図５に示す。通常、同図に示すように、モータ５１の回転を２個のプーリ５２，５３とタイミングベルト５４の組み合わせにより減速し、ボールねじ５５のねじ軸５６に伝える。これは、減速することで、より大きな推力を得るためである。ねじ軸５６の軸端には、アキシアル荷重を受けるためのベアリング５８（通常、アンギュラベアリングやテーパローラベアリング）が取付けられる。ベアリング５８は、機械ベース６０に設置される。同図は、アンギュラベアリングを４列で使用したものである。ナット５７には、円筒状の駆動ラム５９が取付けられており、その端面５９ａに、荷重を加える部材、例えば射出形成機の射出部や型締め部（図示せず）を取付ける。モータ５１が回転することで、ボールねじ５５のナット５７が直線駆動され、ラム５９の端面５９ａに荷重を加えることができる。その反力は、軸端のベアリング５８で支持される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ボールねじ５５は、高負荷を得るために、軸径と比較し大きなボールを用いることが一般的である。しかし、ボールねじ５５のリードは、必ずボール径よりも小さくする必要がある。推力を上げるためには、ボールねじ５５のリードを小さくするのが効果的であるが、ボール径とリードの制約のために最小のリードが決定されてしまう。また、この構造では、減速用のプーリ５２，５３やタイミングベルト５４が必要で、さらにベアリング５８も必要になる。このように、ボールねじ５５の他に種々の部品が必要なため、部品点数が増えるという課題がある。さらに、ベアリング５８の取付部となる機械ベース６０は、高精度の嵌合を持った印籠結合でなければならず、ベアリング５８の組付けに際しても、正面、背面合わせ等、所定の予圧を得るには工数が必要であった。
【０００４】この発明の目的は、ボール径とねじ溝のリードの関係による制限にかかわらずに、任意の減速または増速機能が得られ、これに伴い、ボールねじ使用機器の部品点数の削減、組立工数の削減等が図れるボールねじを提供することである。この発明の他の目的は、高い減速機能を得ることができて、別途に減速用機器等を設けることなく、高荷重を負荷でき、ボールねじ使用機器の部品点数の削減、組立工数の削減が図れるボールねじを提供することである。この発明の他の目的は、一般的なボールねじの限界ＤＮ値による送り速度よりも速い送り速度が実現できるボールねじを提供することてある。この発明のさらに他の目的は、増減速用の部品や、ねじ軸の軸端支持用の軸受が削減できて、部品点数の削減、組立工数の削減等が図れるボールねじ使用直線駆動装置を提供することである。この発明のさらに他の目的は、増減速比の変更を容易とすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明のボールねじは、ねじ軸の外径面と、このねじ軸の外周に遊嵌するナットの内径面とに、それぞれ螺旋状のねじ溝が設けられ、前記ねじ軸およびナットのねじ溝の間に複数のボールを介在させたボールねじにおいて、前記ねじ軸の外径面に互いに仕様の異なる２種類のねじ溝を形成し、各々のねじ溝に対応するねじ溝をそれぞれ有する一対のナットを設けたことを特徴とする。仕様の異なる２種類のねじ溝は、互いに巻き方向、およびリードの少なくとも一方が異なる２種類のねじ溝とする。この構成によると、ねじ軸に巻き方向またはリードの異なる２種類のねじ溝を設け、各々のねじ溝に対応する一対のナットを設けたため、２種類のねじ溝の巻き方向やリードの組み合わせにより、ボール径とねじ溝のリードの関係による制限にかかわらずに、任意の減速または増速機能が得られる。これに伴い、ボールねじ使用機器の部品点数の削減、組立工数の削減等が図れる。また、片方のナットを固定側の部材に設置することで、ねじ軸の軸端のアキシアル荷重を支持する軸受が不要となり、これによりボールねじ使用機器のより一層の部品点数の削減、組立工数の削減等が図れる。
【０００６】この発明のボールねじにおいて、前記２種類のねじ溝は、互いに巻き方向が同じでリードが異なるものとし、前記一対のナットのうちの一方のナットは固定側の部材に結合され、他方のナットはスライド側の部材に結合されるものとしても良い。前記ねじ軸は回転駆動されるものとする。この構成の場合、ねじ軸の１回転で、２種類のねじ溝のリードの差だけスライド側の部材が前進または後退する。そのため、大きな減速比が得られて、高荷重に対応でき、駆動源とねじ軸との間に減速機構を設けることが不要となる。また、２種類のねじ溝のリードの組み合わせを任意に変えることで、減速比を自由に選択できる。
【０００７】この発明のボールねじにおいて、前記２種類のねじ溝は、互いに巻き方向が逆方向であり、前記一対のナットのうちの一方のナットは固定側の部材に結合され、他方のナットはスライド側の部材に結合され、前記ねじ軸は回転駆動されるものとしても良い。この構成の場合、ねじ軸の１回転で、２種類のねじ溝のリードの和だけスライド側の部材が前進または後退する。そのため、単独のボールねじの限界ＤＮ値（限界の直径×回転数の値）による送り速度よりも速い送り速度が実現でき、最高で２倍までの送り速度が得られる。また、２種類のねじ溝のリードの組み合わせを任意に変えることで、減速比ないし増速比を自由に選択できる。
【０００８】この発明のボールねじ使用直線駆動装置は、この発明の上記いずれかの構成のボールねじと、このボールねじのねじ軸に連結された回転駆動源とを備えるものである。このボールねじ使用直線駆動装置によると、この発明のボールねじの特長を効果的に生かし、増減速用の部品や、ねじ軸の軸端支持用の軸受が削減できて、部品点数の削減、組立工数の削減等が図れる。
【０００９】この発明のボールねじ使用直線駆動装置において、前記ボールねじにおける２種類のねじ軸を別体とし、これら２本のねじ軸を互いに連結およびその連結の解除を自在としても良い。この構成の場合、２本のねじ軸を組替えて、ねじ溝のリードの組み合わせを任意に変えることで、減速比を自由に選択することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１と共に説明する。同図は、この発明の一実施形態にかかるボールねじを使用した直線駆動装置の破断側面図である。同図の例は、減速して使用する場合の例を示す。ボールねじ１は、１本のねじ軸２と、一対のナット３，４とを備える。ねじ軸２は、互いに仕様の異なる２種類のねじ溝５，６を各々外径面に形成したねじ軸部分２ａ，２ｂを軸方向に並んで有しており、各ナット３，４は、各々のねじ軸部分２ａ，２ｂの外周に遊嵌して配置されている。各ナット３，４は、ねじ軸２の各ねじ溝５，６に対応するねじ溝７，８が各々形成されている。これらねじ軸２のねじ溝５，６とナット３，４のねじ溝７，８の間に、多数のボール９が介在している。ナット３，４には、ねじ軸２との間でボール９を無限に循環させる循環部（図示せず）を有している。この循環部は、いわゆるリターンチューブ式、コマ式、ガイドプレート式等のいずれの形式のものであっても良い。また、ナット３，４は、他の部品への取付用のフランジ３ａ，４ａを一端の外周に有している。
【００１１】片方のねじ溝５，７と、もう片方のねじ溝６，８との仕様の違いは、リードの違いとされ、片方（図の右側）のねじ溝５，７のリードＬ１の方が、もう片方（図の左側）のねじ溝６，８のリードＬ２よりも大きくされている。ねじ溝５，７と、ねじ溝６，８の巻き方向は同じである。
【００１２】このリードの大きい方のナット３は、機械ベース等となる固定側部材１１に固定する。このとき、ナット３のフランジ３ａを固定側部材１１に取付けるだけのため、従来のねじ軸の軸端支持に採用されていたベアリングが挿入される印籠加工は不要である。ねじ軸２の固定端側（右端）は、回転駆動源であるモータ１２に継手１３を介して直結されている。モータ１２は、支持用スライダ１４を介して、固定側部材１１にねじ軸２の軸方向に進退自在に設置さている。支持用スライダ１４は、固定側部材１１に対して、進退自在であって、モータ１２の回転に対する回り止めが可能なものであれば良く、高精度は不要である。この例では、支持用スライダ１４は、モータ設置部１４ａと軸状の複数本のガイド部１４ｂとでなり、各ガイド部１４ｂが固定部材１１に設けられたガイド孔１１ａに進退自在に嵌挿されている。リードの小さい方のナット４には、スライド側部材１５が取付けられている。スライド側部材１５は、先端面が荷重支持面１５ａとなる駆動ラムであり、円筒状ととされ、ナット４のフランジ４ａに取付けられている。スライド側部材１５はガイド手段（図示せず）で進退自在に支持されており、ナット４を回転止めしている。
【００１３】上記構成の動作を説明する。ねじ軸２をモータ１２で１回転させると、固定側部材１１に対してねじ軸２がナット３のリードＬ１分だけ、図中左方向に移動する。ここで、ナット４はスライド側部材１５で回転止めされているため、ねじ軸２に対してリードＬ２分だけ図中右方向に移動する。すなわち、ナット３が取付けられたている固定側部材１１に対して、スライド側部材１５の端面である荷重支持面１５ａは、Ｌ１−Ｌ２分だけ左方向に移動することになる。なお、図中、ｍＬ１，ｍＬ２は、各々ねじ軸２がｍ回転したときの移動量を示し、ｍ回転でｍＬ１−ｍＬ２＝ｍＬだけ移動することになる。例えば、ナット３のリードを２５mmとして、ナット４のリード４を２０mmとすると、このリードの差分５mmだけ、スライド側部材１５は固定側部材１１に対して左方向に駆動されることになる。リードが２０mmのボールねじを用いた場合、従来のものでは、プーリやギヤを使った１：４の減速を行う必要があったが、この実施形態ではボールねじ１のみで減速が可能である。また、見かけ上の送りから得られるリード５mmでは、ボールねじのボールの径は５mm以下、例えば１／８”（φ３．１７５）の制約が従来はあったものが、最大２０mm、例えば５／８”（φ１５．８７５）の大径ボール９（リード５mmの５倍径のボール）が使用でき、負荷容量をかせぐことが可能となる。
【００１４】図２は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、ねじ軸２に設けた２か所のねじ部２ａ，２ｂにそれぞれ設けられるねじ溝５，６は、互いに巻き方向が逆のものとしてある。これに対応して、ナット３，４のねじ溝７，８も互いに巻き方向が逆方向とされている。片方のねじ溝５，７のリードＬ１と、もう片方のねじ溝６，８のリードＬ２は、互いに同じであっても良く、また異ならせても良い。図２の実施形態における上記の他の構成は、図１の実施形態と同じであるため、対応部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００１５】この実施形態の場合、モータ１２が一回転すると、スライド側部材１５は、お互いのリードＬ１，Ｌ２の合計Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌだけ左方向に移動できる。図中、ｍＬ１，ｍＬ２は、各々ねじ軸２がｍ回転したときの移動量を示し、ｍ回転でｍＬ１−ｍＬ２＝ｍＬだけ移動することになる。各々のナット３，４の最高回転数をｎとすると、従来ｎ×（リード）で限界であったスライド側部材１５の進退速度を、最高２倍まで速めるるとができる。
【００１６】なお、前記各実施形態では、ねじ軸２を全体が一体の単独部品としたが、例えば図３に示すように、ねじ軸２の互いに異なる仕様のねじ溝５，６（図１）を形成した部分を各々別体のねじ軸２Ａ，２Ｂとし、これらねじ軸２Ａ，２Ｂを互いに連結解除自在に連結しても良い。同図の例では、両ねじ軸２Ａ，２Ｂは、各々一端にフランジ２Ａａ，２Ｂａを設け、これらフランジ２Ａａ，２Ｂａを互いに合わせてボルト等の結合部品（図示せず）で着脱自在に結合している。図３の例は、ねじ軸２を２本のねじ軸２Ａ，２Ｂで形成したことの他は、図１の実施形態と同じである。また、図３の例は、ねじ軸２を２本のねじ軸２Ａ，２Ｂで形成したことの他を、図２の実施形態と同じとしても良い。
【００１７】図４は、図３の実施形態において、スライド側部材１５を進退自在に案内するガイド１７を設けたものである。ガイド１７は、軸状に形成されて、固定側部材１１に設けられたものであり、スライド側部材１５に設けられたガイド孔１５ｂに進退自在に嵌合している。なお、図１および図２の実施形態では、スライド側部材１５を進退自在に案内するガイド手段の図示を省略したが、そのガイド手段として、図４の例と同様なガイド１７を用いても良い。
【００１８】
【発明の効果】この発明のボールねじは、ねじ軸の外径面に互いに巻き方向およびリードの少なくとも一方が異なる２種類のねじ溝を形成し、各々のねじ溝に対応するねじ溝をそれぞれ有する一対のナットを設けたため、ボール径とねじ溝のリードの関係による制限にかかわらずに、任意の減速または増速機能が得られ、これに伴い、ボールねじ使用機器の部品点数の削減、組立工数の削減等を図ることができる。２種のねじ溝を、互いに巻き方向が同じでリードが異なるものとし、前記一対のナットのうちの一方のナットを固定側の部材に結合し、他方のナットをスライド側の部材に結合し、前記ねじ軸を回転駆動するものとした場合は、高い減速機能を得ることができて、別途に減速用機器等を設けることなく、高荷重を負荷でき、ボールねじ使用機器の部品点数の削減、組立工数の削減が図れる。２種のねじ溝を、互いに巻き方向が逆方向であり、前記一対のナットのうちの一方のナットを固定側の部材に結合し、他方のナットをスライド側の部材に結合し、前記ねじ軸を回転駆動するものとした場合は、一般的なボールねじの限界ＤＮ値による送り速度よりも速い送り速度が実現できる。この発明のボールねじ使用直線駆動装置は、この発明のボールねじと、そのねじ軸に連結された回転駆動源とを備えるものであるため、増減速用の部品や、ねじ軸の軸端支持用の軸受が削減できて、部品点数の削減、組立工数の削減等が図れる。前記ボールねじにおける２種類のねじ軸を別体とし、これら２本のねじ軸を互いに連結およびその連結の解除を自在とした場合は、増減速比の変更を容易に行うことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１０２６９２
【氏名又は名称】エヌティエヌ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年７月６日（１９９９．７．６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８６７９３
【弁理士】
【氏名又は名称】野田 雅士 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２１０１９（Ｐ２００１−２１０１９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１月２６日（２００１．１．２６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１９１５５５ |
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