JP2008202653A - Feed screw - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は送りねじに関するものである。 The present invention relates to a lead screw.
送りねじは、自在に回転するねじ軸と、そのねじ軸に螺合するナットから構成されて、回転運動と直進運動を相互に変換する機械要素であり、送り運動、動力伝達あるいは位置決め等の用途に使用される。 A feed screw is a mechanical element that consists of a freely rotating screw shaft and a nut that engages with the screw shaft, and converts rotational motion and rectilinear motion to each other. Use for feed motion, power transmission, positioning, etc. Used for.
現在実用されている送りねじは、すべりねじ、ボールねじ及び静圧ねじの3形式に大別されるが、いずれの形式の送りねじにおいても、機械加工されたねじ軸を使用しているので高価である。 The feed screws in practical use are roughly classified into three types: slide screws, ball screws, and hydrostatic screws, but any type of feed screw is expensive because it uses a machined screw shaft. It is.
機械加工されたねじ軸は、伝達効率の向上(摩擦損の低減)や位置決め精度の向上のために必要である。しかし、送りねじを使用する機器の中には、伝達効率や位置決め精度をそれほど必要としないものも多々存在する。そのような機器であっても、他に適当な代替手段がないので、機械加工されたねじ軸を使用する高価な送りねじを用いていた。 The machined screw shaft is necessary for improving transmission efficiency (reducing friction loss) and improving positioning accuracy. However, there are many devices that use a feed screw that do not require so much transmission efficiency and positioning accuracy. Even with such equipment, there was no other suitable alternative, so expensive feed screws using machined screw shafts were used.
そこで、機械加工されたねじ軸に代えて、細長い平鋼板を長軸回りに捩って螺旋面を形成した螺旋棒をねじ軸として使用する送りねじが特許文献1で提案されている。図6は、特許文献1に記載された送り装置の斜視図である。図6に示すように、送り装置30は、基台31、基台31に固定されたスライド軸32、スライド軸32に平行に配置されてギヤードモータ33で回転駆動される螺旋棒34、スライド軸32に摺動支持されてスライド軸32の長さ方向に自在に移動する移動台35、及び移動台35の下方に固定されたローラ台36を備えている。
Therefore, instead of a machined screw shaft,
なお、螺旋棒34は細長い平鋼板をその長軸まわりに捩って螺旋面を形成した棒状の部材であり、その製造方法及び製造装置は特許文献2あるいは特許文献3に記載されている。
The
図7は、送り装置30の螺旋棒34とローラ台36の取り合い部の詳細を示す拡大図である。図7に示すように、螺旋棒34の両側にはローラ台36に軸支されて、Z1軸及びZ2軸回りに自在に回転するローラ37,38が備えられている。このように構成されているので、螺旋棒34がギヤードモータ33によって駆動されてX軸回りに回転すると、ローラ台36(すなわち、移動台35は)はX軸方向に直進運動する。
FIG. 7 is an enlarged view showing details of a connecting portion between the
特許文献1の発明は、機械加工されたねじ軸に代えて、平鋼板を長軸回りに捩って螺旋面を形成してなる螺旋棒をねじ軸として使用するので、安価な送りねじを提供することができる。しかしながら、特許文献1で開示された送りねじ(以下、従来の送りねじという)は、耐久性に難点があるのと、高負荷に対応できないという問題がある。
The invention of
図8は、従来の送りねじの問題を示す説明図であり、図7のX軸方向から見た図である。図8に示すように螺旋棒34が時計回りに回転するときは、ローラ37は常に点pで螺旋棒34のエッジと接触し、ローラ38は常に点qで螺旋棒34のエッジと接触する。また、螺旋棒34が反時計回りに回転するときは、ローラ37,38は常に点p’,q’で螺旋棒34のエッジと接触する。
FIG. 8 is an explanatory view showing a problem of a conventional feed screw, and is a view seen from the X-axis direction of FIG. As shown in FIG. 8, when the
このように、従来の送りねじではローラ37,38の特定の部位が常に螺旋棒34のエッジと接触して擦られるので、短期間で当該特定の部位の摩耗が進み、使用に耐えなくなるという問題が生じる。
As described above, in the conventional feed screw, the specific portion of the
また、ローラ37,38は螺旋棒34によって押圧されるで、ローラ37とローラ38の間隔を広げる方向のモーメントが生じるが、ローラ37,38はローラ台36に片持ち支持されているので、このモーメントに対して脆弱である。そのため従来の送りねじに大きな負荷を与えることは難しい。
Further, since the
また、螺旋棒34とローラ37,38が一点で接触しているので、螺旋棒34の寸法・形状の誤差がそのまま移動台35の位置の誤差となって現れる。そのため、移動台35の位置精度(螺旋棒34の回転角度と移動台35の位置の線形性)が悪いという問題もある。
Further, since the
本発明はこれらの課題を解決するためになされたものであり、形材をその長軸回りに捩って螺旋面を形成してなる螺旋棒をねじ軸とする送りねじであって、位置精度が高く、耐久性に優れ、かつ高負荷に耐えられる送りねじを提供するものである。 The present invention has been made in order to solve these problems, and is a feed screw having a helical rod formed by twisting a shape member around its major axis to form a helical surface, and having a positional accuracy. The present invention provides a feed screw that is high in durability, excellent in durability, and capable of withstanding a high load.
本発明に係る送りねじの第1の構成は、形材を長軸回りに捩って螺旋面を形成した螺旋棒と、前記螺旋棒と螺合するナットからなる送りねじにおいて、前記ナットは前記螺旋棒の螺旋面と面接触する螺旋溝を備えることを特徴とする。 A first configuration of a feed screw according to the present invention is a feed screw comprising a spiral rod in which a spiral surface is formed by twisting a shape member around a major axis, and a nut screwed with the spiral rod, It is characterized by comprising a spiral groove in surface contact with the spiral surface of the spiral rod.
この構成によれば、螺旋面と螺旋溝が面接触するので、ナットに加わる押圧力が螺旋溝全体に分散される。このため、ナットの耐久性が向上し、高負荷に耐えられるようになる。 According to this configuration, since the spiral surface and the spiral groove are in surface contact, the pressing force applied to the nut is dispersed throughout the spiral groove. For this reason, durability of a nut improves and it comes to be able to endure high load.
ここで、形材は平鋼(flat bar)に限られるものではない。例えば、平鋼に代えて角管を長軸回りに捻って螺旋棒を形成すれば、軽量で剛性の高い螺旋棒が得られる。また、形材は狭義の形材(すなわち、所望の断面形を成すように圧延された棒状の素材)に限られるものではない。例えば、平板(plate)から所望の断面形を成す平鋼を切り出して螺旋棒の素材としてもよい。 Here, the shape material is not limited to a flat bar. For example, if a spiral bar is formed by twisting a square tube around the long axis instead of flat steel, a lightweight and highly rigid spiral bar can be obtained. Further, the shape material is not limited to a shape material in a narrow sense (that is, a rod-shaped material rolled to have a desired cross-sectional shape). For example, a flat bar having a desired cross-sectional shape may be cut out from a flat plate (plate) and used as a material for a spiral bar.
本発明に係る送りねじの第2の構成は、前記第1の構成に加えて、前記ナットは回転中心周りに円柱状の空洞部を備えるとともに、前記螺旋溝の側壁は、前記空洞部に向かって突出していることを特徴とする。 In the second configuration of the feed screw according to the present invention, in addition to the first configuration, the nut includes a cylindrical cavity around the rotation center, and the side wall of the spiral groove faces the cavity. It is characterized by protruding.
この構成によれば、ナットの回転中心周りに円柱状の空洞部を設けることによって、ナットの製造を容易にする(切削加工でナットを製造する場合は、切削工具の取り回しが容易になり、樹脂成形で製造する場合は、型の抜き出しが容易になる。また、全体に薄肉になるので、精度の確保が容易になる。)とともに、螺旋溝の側壁を前記空洞部に向かって突出させているので、螺旋棒の螺旋面と接触する面積を十分確保することができる。つまり、この構成を備えることによって、製造の容易性と高機能を両立させることができる。 According to this configuration, the cylindrical cavity is provided around the rotation center of the nut, thereby facilitating the manufacture of the nut (when the nut is manufactured by cutting, the cutting tool is easily handled and the resin In the case of manufacturing by molding, it is easy to extract the mold, and since the whole is thin, it is easy to ensure accuracy), and the side wall of the spiral groove protrudes toward the cavity. Therefore, it is possible to secure a sufficient area for contacting the spiral surface of the spiral rod. That is, by providing this configuration, both ease of manufacture and high functionality can be achieved.
また、前記空洞部を設けることによって、ナットは軽量化される。前記空洞部を流れる空気はナットの冷却を促す。また、螺旋溝内に入り込んだ異物は前記空洞部に落下して、外部に排出される。 Moreover, a nut is reduced in weight by providing the said cavity part. The air flowing through the cavity promotes cooling of the nut. Further, the foreign matter that has entered the spiral groove falls into the cavity and is discharged to the outside.
本発明に係る送りねじの第3の構成は、前記第1又は第2の構成に加えて、前記螺旋溝の幅は前記螺旋棒の素材の板厚の両側に逃げ幅を有することを特徴とする。 The third configuration of the feed screw according to the present invention is characterized in that, in addition to the first or second configuration, the width of the spiral groove has a clearance width on both sides of the plate thickness of the material of the spiral rod. To do.
平板状の素材を長軸回りに捩って螺旋面を形成した螺旋棒は、機械加工されたねじ軸に比べて寸法や形状の誤差が大きいが、この構成によれば、螺旋棒の寸法や形状の誤差を逃げ幅で吸収することができる。 A spiral rod formed by twisting a flat plate material around the long axis to form a spiral surface has a larger size and shape error than a machined screw shaft. Shape error can be absorbed by the clearance width.
本発明に係る送りねじの第4の構成は、前記第1ないし第3の構成に加えて、前記ナットの回転軸に垂直な面で切断した前記螺旋溝の断面の底部の両隅部に逃げ溝を有することを特徴とする。 In addition to the first to third configurations, the fourth configuration of the feed screw according to the present invention escapes to both corners of the bottom of the cross section of the spiral groove cut by a plane perpendicular to the rotation axis of the nut. It has a groove.
この構成によれば、螺旋溝の底部の両隅部に逃げ溝を有するので、螺旋溝の幅方向に螺旋棒が移動するときに、螺旋棒の断面のエッジは逃げ溝の幅の範囲内で移動する。そのため、エッジで螺旋溝の底部を削ることがない。 According to this configuration, since the clearance grooves are provided at both corners of the bottom of the spiral groove, when the spiral rod moves in the width direction of the spiral groove, the edge of the cross section of the spiral rod is within the range of the clearance groove width. Moving. Therefore, the bottom of the spiral groove is not scraped by the edge.
本発明に係る送りねじの第5の構成は、前記第4の構成に加えて、前記逃げ溝は前記逃げ幅の2倍より大きな幅を有することを特徴とする。 The fifth configuration of the feed screw according to the present invention is characterized in that, in addition to the fourth configuration, the clearance groove has a width larger than twice the clearance width.
この構成によれば、前記逃げ溝は前記逃げ幅の2倍より大きな幅を有するので、螺旋溝の中で、螺旋棒がどのように動いても、螺旋棒の断面のエッジは逃げ溝の中にある。そのため、エッジで螺旋溝の底部を削ることが全くない。 According to this configuration, since the clearance groove has a width larger than twice the clearance width, the edge of the cross-section of the spiral rod is in the clearance groove no matter how the spiral rod moves in the spiral groove. It is in. For this reason, the bottom of the spiral groove is never scraped by the edge.
本発明に係る送りねじの第6の構成は、前記第4又は第5の構成に加えて、前記逃げ溝の断面の輪郭は連続した曲線を成すことを特徴とする。 The sixth configuration of the feed screw according to the present invention is characterized in that, in addition to the fourth or fifth configuration, the contour of the cross section of the escape groove forms a continuous curve.
この構成によれば、逃げ溝の断面を連続した曲線部の輪郭を曲線で構成するので、応力集中が緩和され、ナットの耐久性が向上する。なお、連続した曲線とは応力集中の緩和に必要な程度に滑らかな曲線で構成されていることを意味し、幾何学的に厳密な連続性を求める意ではない。 According to this configuration, since the contour of the curved portion that has a continuous cross section of the relief groove is configured by a curve, the stress concentration is alleviated and the durability of the nut is improved. Note that the continuous curve means that the curve is as smooth as necessary to alleviate stress concentration, and does not mean geometrically strict continuity.
本発明に係る送りねじの第7の構成は、前記第4ないし第6の構成に加えて、前記ナットの断面の輪郭において、前記逃げ溝と前記螺旋溝の底部との境界は連続した曲線をなすことを特徴とする。 In the seventh configuration of the feed screw according to the present invention, in addition to the fourth to sixth configurations, the boundary between the relief groove and the bottom of the spiral groove has a continuous curve in the outline of the cross section of the nut. It is characterized by doing.
この構成によれば、逃げ溝と螺旋溝の底部との境界にエッジが生じないので、エッジで螺旋棒を傷付けたり、逆に螺旋棒がエッジを砕くような不具合がない。 According to this configuration, since an edge does not occur at the boundary between the escape groove and the bottom of the spiral groove, there is no problem that the spiral rod is damaged by the edge or the spiral rod breaks the edge.
以上説明したように本発明によれば、従来のローラ台に代えて、ねじ棒の螺旋面と面接触するナットを使用するので、大トルクを効率良く伝達して、大きな推力を発生させることができる。つまり、高負荷に耐えられる送りねじが実現できる。また、ねじ棒とナットが面で接触するので、摩耗が特定の部位に集中することがない。そのため、送りねじの耐久性が向上する。 As described above, according to the present invention, a nut that is in surface contact with the helical surface of the screw rod is used instead of the conventional roller base, so that a large torque can be efficiently transmitted and a large thrust can be generated. it can. That is, a feed screw that can withstand a high load can be realized. Further, since the screw rod and the nut are in contact with each other on the surface, wear does not concentrate on a specific part. Therefore, the durability of the feed screw is improved.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例を示す送り装置の側断面図である。図1に示すように、送り装置1は、上面が開放されたケーシング2と、一端で軸受け3を介してケーシング2に回転自在に支持されるとともに、他端でモータ4に結合された螺旋棒5と、ケーシング2の底部に螺旋棒5と平行に固定された直動レール6と、直動レール6に摺動自在に支持されたハウジング7と、ハウジング7に固定されるとともに螺旋棒5と螺合するナット8から構成される。
FIG. 1 is a side sectional view of a feeding device showing an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a
螺旋棒5は、平板状の鋼板をその長軸回りに捩って螺旋面を形成した棒状の部材である。なお、螺旋棒5の素材は、銅、アルミニウム、黄銅、青銅等の金属材料、あるいは塑性加工が可能で、所望の性能(強度、対摩耗性等)が得られる各種材料(非金属材料を含む)を選択することができる。また、螺旋棒5の製造方法および製造装置については、特許文献2に詳述されているので、説明を省略する。
The
図2は、ナット8の詳細形状を示す図であり、図2(a)は正面図であり、図2(b)は側断面図である。図2に示すように、ナット8は、ケーシング2と連結するためのフランジ部8aと、前後に貫通する空洞を有する円筒部8bからなり、円筒部8bの内側には螺旋棒5と螺合する螺旋溝9が刻まれている。また、ナット8は1リード(2ピッチ)相当の長さを備えているので、螺旋棒5と螺旋溝9の寸法誤差はナット8の中で平均化され、相殺される。そのため、送りねじの位置精度(螺旋棒5の回転角度に対するナットの位置の線形性)が向上する。
FIG. 2 is a diagram showing a detailed shape of the
なお、螺旋溝9の底部に円筒部8bの外側まで貫通する排出穴9aを設けると、螺旋溝9に混入した異物が排出穴9aから排出されるので、送り装置1の動作が円滑になる。
In addition, if the
さて、螺旋棒5は平板状の鋼板を長軸回りに捻って螺旋面を形成しているので、前記長軸(つまり、螺旋棒5の回転軸)に垂直な面で切断して得られる断面形は元の鋼板の断面形に等しい。したがって、ナット8を螺旋棒5の回転軸に垂直な面で切断して得られる螺旋溝9の断面の幅は前記鋼板の板厚に等しければ十分であるが、螺旋棒5の寸法や形状にはある程度の誤差が避けられない。そこで、前記断面形に表れるに螺旋溝9の幅は前記鋼板の板厚の両側に所定の逃げ幅を設けて、誤差を吸収している。
Now, since the
図3は、螺旋棒5の回転軸に垂直な面で切断して得られるナット8の断面形の細部を示す図であり、斜体数字は寸法(単位mm)を示している。図3に示すように、螺旋溝9の幅は螺旋棒5の素材の板厚(5.0mm)の両側に逃げ幅(0.30mm)を与えているので、5.6mmになる。また、螺旋溝9の深さ方向にはナット8の深さに対して余裕(0.1mm)を与えている。前述したように、螺旋棒5は捻り加工によって形成されるので、ピッチの誤差が(機械加工で切り出したねじ軸に比べて)大きいので、螺旋溝9の幅方向の誤差は大きい。一方螺旋棒5の直径は素材の鋼板の寸法によって決まり、捻り加工によって生じる誤差は小さい。そのため、螺旋溝9の深さ方向の余裕は、逃げ幅に比べて小さくすることができる。また、螺旋溝9の底の隅部には、幅1.0mm深さ0.5mmの逃げ溝10が形成されている。
FIG. 3 is a diagram showing details of the cross-sectional shape of the
また、ナット8は、回転中心周りに円柱状の空洞部11を備えているので全体として薄肉になる。そのため、樹脂成型後の変形が小さくなり、精度が向上する。また空洞部11を備えることによって、成型用の型の抜き出しも容易にする。また、樹脂成型に代えて、ナット8を素材から削り出す場合は、空洞部11を備えることによって、切削工具の取り回しが容易になる。一方、ナット8に大トルクを伝達するためには、螺旋棒5と螺旋溝9の接触面積を大きくする必要があるが、そのために螺旋溝9の側壁12を空洞部11に向けて突出させている。これによって螺旋溝9を深くして、接触面積を大きしている。
Moreover, since the
図4は、逃げ溝10の作用を説明する図であり、図4(a)は、螺旋棒5が反時計回りに回転する場合を、図4(b)は、螺旋棒5が時計回りに回転する場合を、それぞれ示している。螺旋棒5が反時計回りに回転する場合は、螺旋棒5は螺旋溝9の左壁に面接触して前記左壁を押圧し、螺旋棒5が時計回りに回転する場合は、螺旋棒5の螺旋溝9の右壁に面接触して前記右壁を押圧する。螺旋棒5の回転方向を反時計回りから時計回りに切り替える際は、螺旋棒5は螺旋溝9の中で右に動いて、図4(a)の状態から図4(b)の状態に変わる。逆に、螺旋棒5の回転方向を時計回りから反時計回りに切り替える際は、螺旋棒5は螺旋溝9の中で左に動いて図4(b)の状態から図4(a)の状態に変わる。このように、螺旋棒5が螺旋溝9の中で最大で逃げ幅の2倍の距離を動くが、逃げ溝10の幅(1.0mm)は逃げ幅の2倍(0.6mm)より大きいので、螺旋棒5の断面のエッジ5aは逃げ溝10の幅の中で移動する。そのため、エッジ5aが螺旋溝9の底を擦ることがない。
4A and 4B are diagrams for explaining the operation of the
なお、図3に示したように、螺旋溝9と螺旋棒5の間には深さ方向に0.1mmの隙間があるので、設計上はエッジ5aが螺旋溝9の底を擦ることはないが、螺旋棒5の製造時に寸法や形状に誤差が生じる場合があるし、螺旋棒5の自重で変形する場合もある。このような場合であっても、逃げ溝10があるので、エッジ5aが螺旋溝9の底を擦ることがない。また、螺旋棒5が螺旋溝9の中で傾いても、図4(c)に示すように、エッジ5aは逃げ溝10の中に収まるので、螺旋溝9の底を擦ることがない。前述したように、逃げ溝10の幅は逃げ幅の2倍より大きくすることが望ましいが、これよりも小さい幅を選んでもよい。例えば、螺旋溝9の深さを大きくすることによって、エッジ5aと螺旋溝9の底との接触を回避できるような場合は、逃げ溝10の幅を小さくすることができる。
As shown in FIG. 3, since there is a gap of 0.1 mm in the depth direction between the
このように、エッジ5aが螺旋溝9の底を擦ることがないように構成されているので、金属製の螺旋棒5とプラスチック製のナット8を組み合わせても、エッジ5aでナット8を削って損耗することがない。
Thus, since the
図5は、螺旋溝9の別の例を示す断面図である。図5(a)は逃げ溝10の底の断面形を円弧とした例を示している。このように、逃げ溝10の底の断面形を円弧とすることによって、螺旋溝9の隅部に生じる応力集中を緩和して、ナット8の耐久性を向上させることができる。また図5(b)は逃げ溝10と螺旋溝9の間を円弧で結んだ例を示している。このように、逃げ溝10と螺旋溝9の間を円弧で結んだので、図4や図5(a)にあったような逃げ溝10と螺旋溝9の境界のエッジが存在しない。そのため、前記エッジが螺旋棒5を擦って傷付けたり、逆に螺旋棒5が前記エッジに衝突して前記エッジを砕くような不具合が生じない。なお、ここでは逃げ溝10の底の断面形や逃げ溝10と螺旋溝9の境界を円弧とした例を示したが、前述した効果が得られる滑らかな連続した曲線ならば、他の適当な曲線を選んでもよい。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the
1 送り装置
2 ケーシング
3 軸受け
4 モータ
5 螺旋棒
5a エッジ
6 直動レール
7 ハウジング
8 ナット
8a フランジ部
8b 円筒部
9 螺旋溝
9a 排出穴
10 逃げ溝
11 空洞部
12 側壁
30 送り装置
31 基台
32 スライド軸
33 ギヤードモータ
34 螺旋棒
35 移動台
36 ローラ台
37 ローラ
38 ローラ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記螺旋棒と螺合するナットからなる送りねじにおいて、
前記ナットは前記螺旋棒の螺旋面と面接触する螺旋溝を備える
ことを特徴とする送りねじ。 A spiral rod formed by twisting a profile around the major axis to form a spiral surface;
In the feed screw consisting of a nut screwed with the spiral rod,
The feed screw according to claim 1, wherein the nut includes a spiral groove in surface contact with a spiral surface of the spiral rod.
回転中心周りに円柱状の空洞部を備えるとともに、
前記螺旋溝の側壁は、前記空洞部に向かって突出していることを特徴とする請求項1に記載の送りねじ。 The nut includes a cylindrical cavity around the center of rotation,
The feed screw according to claim 1, wherein a side wall of the spiral groove protrudes toward the cavity.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の送りねじ。 The feed screw according to claim 1 or 2, wherein the spiral groove has a clearance width on both sides of the thickness of the spiral rod material.
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3に記載の送りねじ。 The feed screw according to any one of claims 1 to 3, further comprising relief grooves at both corners of the bottom of the cross-section of the spiral groove cut along a plane perpendicular to the rotation axis of the nut.
ことを特徴とする請求項4に記載の送りねじ。 The feed screw according to claim 4, wherein the relief groove has a width larger than twice the relief width.
ことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の送りねじ。 The feed screw according to claim 4 or 5, wherein a contour of a section of the relief groove forms a continuous curve.
ことを特徴とする請求項4ないし請求項6のいずれかに記載の送りねじ。 7. The feed screw according to claim 4, wherein a boundary between the clearance groove and a bottom portion of the spiral groove is formed by a curved line in a contour of a cross section of the nut. 8.
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