JP2014088883A - Ball screw - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はボールねじに関する。 The present invention relates to a ball screw.
2つのボールねじ機構による差動構造を備えたボールねじが、従来から知られている。例えば、特許文献1には、第一ねじ溝111を外周面に設けたねじ軸101と、第一ねじ溝111に対向する第二ねじ溝(図示せず)を内周面に設けた差動ナット102と、第一ねじ溝111と第二ねじ溝との間に転動自在に配された内側ボール(図示せず)と、差動ナット102の外周面に設けた第三ねじ溝113に対向する第四ねじ溝(図示せず)を内周面に設けたナット104と、第三ねじ溝113と第四ねじ溝との間に転動自在に配された外側ボール(図示せず)と、を備えるボールねじが開示されている(図2を参照)。
A ball screw having a differential structure with two ball screw mechanisms is conventionally known. For example, in Patent Literature 1, a
しかしながら、特許文献1に開示のボールねじにおいては、差動ナット102に設けた第二ねじ溝及び第三ねじ溝113のねじれ方向及びリードの組み合わせによって、差動ナット102及びナット104の移動方向及び移動量が決定されるため、移動方向及び移動量が異なる種々のボールねじを得るためには、所望の移動方向及び移動量に対応するねじれ方向及びリードを有する差動ナット102及びナット104を製造してボールねじを組み立てる必要があった。そのため、ボールねじの生産効率が十分に高いとは言えないことに加えて、様々な移動方向及び移動量のボールねじを求める市場ニーズに対する対応能力が十分に高いとは言えなかった。
However, in the ball screw disclosed in Patent Document 1, the moving direction of the
また、内側ボールを循環させる循環部がコマ式やチューブ式である場合は、循環部が差動ナット102の外周面に存在するが、循環部と干渉しないように第三ねじ溝113を差動ナット102の外周面に形成するためには、第三ねじ溝113のリードを大きくする必要があった(図3を参照)。よって、リードが制限されるので、種々のボールねじを求める市場ニーズに対する対応能力が十分に高いとは言えなかった。
In addition, when the circulating part for circulating the inner ball is a top type or a tube type, the circulating part exists on the outer peripheral surface of the
さらに、内側ボールを循環させる循環部がエンドキャップ式やエンドデフレクタ式である場合は、循環部は差動ナット102の外周面には存在せず、差動ナット102の軸方向両端間を内側ボールが循環するが、このとき差動ナット102及びナット104の移動可能量は以下の通りとなる。
Furthermore, when the circulating portion for circulating the inner ball is an end cap type or an end deflector type, the circulating portion does not exist on the outer peripheral surface of the
すなわち、図3のボールねじのねじ軸101の軸方向長さをL、差動ナット102の外周面のうち第三ねじ溝113が形成されている領域の軸方向長さをP、差動ナット102のフランジの軸方向長さをF、ナット104の軸方向長さをQとすると、差動ナット102の移動可能量はL−P−Fとなり、ナット104の移動可能量はP−Qとなる。
That is, the axial length of the
よって、両ナット102,104ともに、差動ナット102の外周面のうち第三ねじ溝113が形成されている領域の軸方向長さPに、その移動可能量が従属するため、両ナット102,104の移動可能量をそれぞれ独立して設定することはできなかった。
Therefore, since both the
そのため、ナット104の移動可能量を変更せずに差動ナット102の移動可能量を大きくするためには、ねじ軸101の軸方向長さLを大きくする必要があり、その結果、ボールねじの全長及び質量が大きくなるという問題があった。ボールねじの全長及び質量が大きくなると、高速回転時の振動等が発生し易くなる。
Therefore, in order to increase the movable amount of the
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、生産効率及び市場ニーズに対する対応能力が高く、且つ、2つのナットの移動可能量をそれぞれ長く設定しても振動等の発生が抑制され、安定して稼動することが可能なボールねじを提供することを課題とする。 Therefore, the present invention solves the problems of the prior art as described above, has high production efficiency and ability to respond to market needs, and generates vibration and the like even if the movable amounts of the two nuts are set long. It is an object of the present invention to provide a ball screw that can be stably operated.
前記課題を解決するため、本発明のボールねじの態様は次のような構成からなる。 In order to solve the above-mentioned problems, the ball screw according to the present invention has the following configuration.
すなわち、本発明の一態様に係るボールねじは、2つのボールねじ機構を備えるボールねじであって、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有する内側ナットと、前記ねじ軸のねじ溝と前記内側ナットのねじ溝とにより形成される螺旋状の内側ボール転走路に転動自在に配された複数の内側ボールと、を有し、前記内側ボールを介して前記ねじ軸に螺合されている前記内側ナットを前記ねじ軸に対して相対回転運動させることにより、前記内側ナットが前記ねじ軸に対して軸方向に相対移動するようになっている内側ボールねじ機構と、前記内側ナットは、螺旋状のねじ溝を外周面に有し、かつ、このねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有する外側ナットと、前記内側ナットのねじ溝と前記外側ナットのねじ溝とにより形成される螺旋状の外側ボール転走路に転動自在に配された複数の外側ボールとからなる外側ボールねじ機構とを有している。 That is, the ball screw according to an aspect of the present invention is a ball screw including two ball screw mechanisms, a screw shaft having a helical screw groove on the outer peripheral surface, and a screw facing the screw groove of the screw shaft. An inner nut having a groove on the inner peripheral surface, and a plurality of inner balls arranged to roll freely on a spiral inner ball rolling path formed by the thread groove of the screw shaft and the thread groove of the inner nut; And rotating the inner nut that is screwed to the screw shaft via the inner ball with respect to the screw shaft so that the inner nut is axially relative to the screw shaft. An inner ball screw mechanism adapted to move; and the inner nut has a helical thread groove on the outer peripheral surface and an outer nut having a thread groove opposite to the thread groove on the inner peripheral surface; A thread groove of the inner nut; And an outer ball screw mechanism comprising a plurality of outer balls rollably disposed spiral outer ball rolling path formed by the screw groove of Kisotogawa nut.
ここで、少なくとも前記内側ナットの一方の端部は、転がり軸受により回転自在に支持されていることを特徴とする。 Here, at least one end portion of the inner nut is rotatably supported by a rolling bearing.
このボールねじにおいては、前記内側ボールねじ機構のリードと前記外側ボールねじ機構のリードとが、同一であってもよいし異なっていてもよい。また、前記内側ボール転走路のねじれ方向と前記外側ボール転走路のねじれ方向とが、同一であってもよいし異なっていてもよい。 In this ball screw, the lead of the inner ball screw mechanism and the lead of the outer ball screw mechanism may be the same or different. Further, the twisting direction of the inner ball rolling path and the twisting direction of the outer ball rolling path may be the same or different.
本発明のボールねじは、内側ボールねじ機構の内側ナットの一方の端部は転がり軸受により回転自在に支持されているため、内側ナットが回転する場合においても振動等の発生が少なく、より高速での回転が可能となる。また、稼動可能な領域を広範囲に設定することができるため、生産効率及び市場ニーズに対する対応能力が高く、且つ、2つのナットの移動可能量をそれぞれ、より一層長く設定することが可能である。 In the ball screw of the present invention, since one end of the inner nut of the inner ball screw mechanism is rotatably supported by a rolling bearing, even when the inner nut rotates, vibrations and the like are less generated, and at a higher speed. Can be rotated. Further, since the operable range can be set in a wide range, the production efficiency and the ability to respond to market needs are high, and the movable amounts of the two nuts can be set longer.
本発明に係るボールねじの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態であるボールねじの断面図を示す。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a ball screw according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a ball screw according to an embodiment of the present invention.
図1のボールねじは、2つのボールねじ機構による差動構造を備えたボールねじである。このボールねじは、内側ボールねじ機構と外側ボールねじ機構とを備えており、内側ボールねじ機構は、螺旋状のねじ溝1aを外周面に有するねじ軸1と、ねじ軸1のねじ溝1aに対向するねじ溝2aを内周面に有する内側ナット2と、ねじ軸1のねじ溝1aと内側ナット2のねじ溝2aとにより形成される螺旋状の内側ボール転走路に転動自在に配された複数の内側ボール3と、内側ボール3を内側ボール転走路の終点から始点へ戻し循環させる循環部(図示せず)と、を有しており、内側ボール3を介してねじ軸1に螺合されている内側ナット2をねじ軸1に対して相対回転運動させることにより、内側ナット2がねじ軸1に対して軸方向に相対移動するようになっている。 The ball screw of FIG. 1 is a ball screw having a differential structure by two ball screw mechanisms. The ball screw includes an inner ball screw mechanism and an outer ball screw mechanism. The inner ball screw mechanism includes a screw shaft 1 having a helical thread groove 1 a on the outer peripheral surface, and a screw groove 1 a of the screw shaft 1. It is arranged to roll freely on a spiral inner ball raceway formed by an inner nut 2 having an opposing thread groove 2a on the inner peripheral surface, a thread groove 1a of the screw shaft 1 and a thread groove 2a of the inner nut 2. A plurality of inner balls 3 and a circulation portion (not shown) for circulating the inner balls 3 from the end point of the inner ball rolling path back to the starting point. The inner nut 2 is moved relative to the screw shaft 1 in the axial direction by causing the inner nut 2 to be coupled to rotate relative to the screw shaft 1.
ここで前記循環部はエンドデフレクタ方式、ミドルデフレクタ方式、コマ式等各種のものが採用できる。 Here, various types such as an end deflector system, a middle deflector system, and a coma system can be adopted as the circulation unit.
また、外側ボールねじ機構は、内側ナット2の外周面に形成された螺旋状のねじ溝4aと、ねじ溝4aに対向するねじ溝5aを内周面に有する外側ナット5と、ねじ溝4aと外側ナット5のねじ溝5aとにより形成される螺旋状の外側ボール転走路に転動自在に配された複数の外側ボール6と、外側ボール6を外側ボール転走路の終点から始点へ戻し循環させる循環部(図示せず)と、を有しており、外側ボール6を介して内側ナット2に螺合されている外側ナット5を相対回転運動させることにより、外側ナット5が内側ナット2に対して軸方向に相対移動するようになっている。 The outer ball screw mechanism includes a spiral screw groove 4a formed on the outer peripheral surface of the inner nut 2, an outer nut 5 having a screw groove 5a facing the screw groove 4a on the inner peripheral surface, and a screw groove 4a. A plurality of outer balls 6 movably arranged on a spiral outer ball rolling path formed by the thread groove 5a of the outer nut 5 and the outer balls 6 are circulated back from the end point of the outer ball rolling path to the starting point. And the outer nut 5 is engaged with the inner nut 2 via the outer ball 6, and the outer nut 5 is moved relative to the inner nut 2. It moves relative to the axial direction.
図1に示すように、ねじ軸1は、床面11に平行をなし、且つ、床面11に垂直な壁体13にその一端が回転不能且つ軸方向に移動不能に固定されている。ねじ軸1の他端は何物に対しても固定されていないので、ねじ軸1は壁体13から垂直に突出した状態となっている。 As shown in FIG. 1, the screw shaft 1 is fixed to a wall body 13 which is parallel to the floor surface 11 and which is perpendicular to the floor surface 11 so that one end thereof cannot rotate and cannot move in the axial direction. Since the other end of the screw shaft 1 is not fixed to anything, the screw shaft 1 protrudes vertically from the wall body 13.
このねじ軸1に取り付けられた内側ナット2のフランジ2bには、プーリ等を用いた回転伝達機構15を介してモータ17が接続されていて、モータ17によって内側ナット2が両方向に回転されるようになっている。ねじ軸1と内側ナット2と内側ボール3とによって内側ボールねじ機構が構成されているので、内側ナット2の回転に伴って内側ナット2はねじ軸1に対して軸方向両方向に移動可能となっている。モータ17は、軸方向に移動可能に床面11上に載置されているので、内側ナット2が移動すれば、内側ナット2とともにモータ17も同方向に移動するようになっている。なお、ねじ軸1のねじ溝1aと内側ナット2のねじ溝2aは、ねじれ方向とリードがいずれも同一であることは勿論である。
A
内側ナット2の外側には、前記の通り外側ナット5が螺合されている。 As described above, the outer nut 5 is screwed onto the outer side of the inner nut 2.
内側ナット2と外側ナット5と外側ボール6とで外側ボールねじ機構が構成されているので、内側ナット2の回転に伴って外側ナット5は内側ナット2に対して軸方向両方向に移動可能となっている。外側ナット5は、軸方向に移動可能に床面11上に載置されたガイド部19に固定されているので、内側ナット2が回転した際には、外側ナット5は回転せずに、ガイド部19とともに軸方向に移動するようになっている。
Since the inner ball 2, the outer nut 5, and the outer ball 6 constitute an outer ball screw mechanism, the outer nut 5 can move in both axial directions with respect to the inner nut 2 as the inner nut 2 rotates. ing. Since the outer nut 5 is fixed to the
なお、内側ナット2のねじ溝4aと外側ナット5のねじ溝5aは、ねじれ方向とリードがいずれも同一であることは勿論である。ただし、内側ボール転走路のねじれ方向と外側ボール転走路のねじれ方向とは、同一であってもよいし異なっていてもよい。また、前記両ねじれ方向が同一である場合であっても異なる場合であっても、内側ボールねじ機構のリードと外側ボールねじ機構のリードとは、同一であってもよいし異なっていてもよく、両リードは任意に設定することができる。 Needless to say, the screw groove 4a of the inner nut 2 and the screw groove 5a of the outer nut 5 have the same twist direction and lead. However, the twist direction of the inner ball rolling path and the twist direction of the outer ball rolling path may be the same or different. Further, the lead of the inner ball screw mechanism and the lead of the outer ball screw mechanism may be the same or different, regardless of whether the two twist directions are the same or different. Both leads can be set arbitrarily.
モータ17を所定の方向に回転させると内側ナット2が回転するが、ねじ軸1が回転不能且つ軸方向に移動不能に壁体13に固定されているので、内側ナット2は回転しつつねじ軸1に沿って軸方向に移動する。このとき、内側ナット2の回転方向及び移動方向は、内側ボール転走路のねじれ方向が右螺旋か左螺旋かによって決定し、内側ナット2のねじ軸1に対するモータ17一回転当たりの移動量は内側ボールねじ機構のリードによって決定する。
When the
内側ナット2が回転しつつ軸方向に移動すると、内側ナット2に一体的に固定されている内側ナット2も、内側ナット2とともに回転しつつ軸方向に移動する。外側ナット5は回転不能にガイド部19に固定されているので、内側ナット2の回転に伴って外側ナット5は円筒状部材4に沿って軸方向に移動する。
When the inner nut 2 moves in the axial direction while rotating, the inner nut 2 fixed integrally with the inner nut 2 also moves in the axial direction while rotating together with the inner nut 2. Since the outer nut 5 is fixed to the
このとき、外側ナット5の移動方向は、外側ボール転走路のねじれ方向が右螺旋か左螺旋かによって決定し、外側ナット5の内側ナット2に対するモータ17一回転当たりの移動量は外側ボールねじ機構のリードによって決定する。よって、外側ナット5のねじ軸1に対するモータ17一回転当たりの移動量は、内側ボール転走路のねじれ方向及び外側ボール転走路のねじれ方向、並びに、内側ボールねじ機構のリードと外側ボールねじ機構のリードとの差によって決定することとなる。
At this time, the moving direction of the outer nut 5 is determined by whether the twisting direction of the outer ball rolling path is the right spiral or the left spiral, and the moving amount of the outer nut 5 with respect to the inner nut 2 per one rotation of the
更に、図1に示す形態では、モータ17と連結し同期して移動するようにモータ17に転がり軸受用のハウジング23を連結している。転がり軸受20は、ハウジング23に間座21、22を介して収容されている。転がり軸受20は、内側ナット2の固定側と反対側の軸端部4に設けられた段部4bを支持している。
Further, in the embodiment shown in FIG. 1, a
すなわち、内側ナット2の一方の軸端部4を回転自在に、転がり軸受20により支持している。かかる構成とすることにより、内側ナット2が高速で回転した場合であっても、また、内側ナット2をより長尺のものとした場合であっても、内側ナット2の回転によって発生する振動等を抑制することができる。 That is, one shaft end 4 of the inner nut 2 is rotatably supported by the rolling bearing 20. With such a configuration, even when the inner nut 2 rotates at a high speed or when the inner nut 2 is made longer, vibrations generated by the rotation of the inner nut 2 or the like Can be suppressed.
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、外側ナット4の循環部の循環方式は特に限定されるものではなく、コマ式、チューブ式、エンドキャップ式、エンドデフレクタ式等の慣用の方式を用いることができる。 In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. For example, the circulation method of the circulation part of the outer nut 4 is not particularly limited, and a conventional method such as a top type, a tube type, an end cap type, an end deflector type, or the like can be used.
また、本実施形態においては、2つのボールねじ機構を備えるボールねじを例示したが、3つ以上のボールねじ機構を備えていてもよい。 Moreover, in this embodiment, although the ball screw provided with two ball screw mechanisms was illustrated, you may provide the 3 or more ball screw mechanism.
1 ねじ軸 1 Screw shaft
Claims (3)
螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有する内側ナットと、前記ねじ軸のねじ溝と前記内側ナットのねじ溝とにより形成される螺旋状の内側ボール転走路に転動自在に配された複数の内側ボールと、を有し、前記内側ボールを介して前記ねじ軸に螺合されている前記内側ナットを前記ねじ軸に対して相対回転運動させることにより、前記内側ナットが前記ねじ軸に対して軸方向に相対移動するようになっている内側ボールねじ機構と、
前記内側ナットの外周面に形成された螺旋状のねじ溝と、このねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有する外側ナットと、これらで形成される外側ボール転走路に転動自在に配された複数の外側ボールと、を有し、前記外側ボールを介して前記外側ナットを前記内側ナットに対して相対回転運動させることにより、前記外側ナットが前記内側ナットに対して軸方向に相対移動するようになっている外側ボールねじ機構と、を備えており、少なくとも、前記内側ボールねじ機構の前記内側ナットの片方の端部は、転がり軸受により回転自在に支持されていることを特徴とするボールねじ。 A ball screw having two ball screw mechanisms,
A screw shaft having a helical thread groove on the outer peripheral surface, an inner nut having a screw groove facing the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface, and a screw groove of the screw shaft and a screw groove of the inner nut. A plurality of inner balls arranged to be freely rollable on the formed spiral inner ball rolling path, and the inner nut screwed to the screw shaft via the inner ball is connected to the screw shaft. An inner ball screw mechanism in which the inner nut moves relative to the screw shaft in the axial direction by rotating relative to the screw shaft;
A spiral screw groove formed on the outer peripheral surface of the inner nut, an outer nut having a screw groove opposite to the screw groove on the inner peripheral surface, and an outer ball rolling path formed by these are rotatably arranged. A plurality of outer balls, and the outer nut is moved relative to the inner nut in the axial direction by rotating the outer nut relative to the inner nut via the outer ball. An outer ball screw mechanism, and at least one end of the inner nut of the inner ball screw mechanism is rotatably supported by a rolling bearing. Ball screw.
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