JP4437268B2 - Coil roller - Google Patents

Description

【０００１】
［産業上の利用分野］
工場設備、産業機械等でボールネジを使用したいが、コストが高いために使用されてない分野。
【０００２】
［従来の技術］
１、直線運動駆動装置 特願平７−６５３２２
同心をなす円筒外面と円筒内面の間を円筒コイルばねが、前記円筒面の軸と傾斜をなす方向に前記円筒面に圧接してころがることにより、前記円筒面に軸方向に相対運動を生じさせる。
２、ボールネジと電動モーターの組合せ。
【０００３】
［発明が解決しようとする課題］
１、前従来技術の項１の直線運動駆動装置に対して、逆に円筒面の一方を軸方向に動かすことにより、他方を回転させる装置とした場合には、円筒コイルばねを前記両円筒面の軸方向とかなりの傾斜角をもって組み込む必要が生じる、すなわち、円筒外周面に螺旋状に巻き付けた状態を保たなければならない。
２、前従来技術の項１の直線運動駆動装置の本来の効果は、従来のボールねじと比較して、著しくコストを下げる点にある。上記先行発明に於ては、円筒コイルばねを傾斜角を保って支持する機構に低コスト化も含めた課題が残っている。
【０００４】
［課題を解決するための手段］
１、円筒コイルばねのコイル内径よりわずかに小さい外径の線材を螺旋状に加工し、該螺旋状線材に上記円筒コイルばねを通した状態で同心をなす円筒外面と円筒内面の間を円筒コイルばねを転動させることにより、円筒コイルばねと前記両円筒面の軸と傾斜角を保つ。
２、前１項の螺旋状線材の螺旋の円筒軸と前記両円筒面の軸を同一にするためにに、該螺旋状線材の端部を該螺旋状線材の内径及び外径に合った両円筒面に嵌合固定する。
３、前２項の螺旋状線材と同数の鋼球を軸方向に押し圧することにより、該螺旋状線材を嵌合した円筒面を変形させて、該螺旋状線材の互いの相対位置を保って固定する。
【０００５】
［発明の実施の形態］
図面に従って説明する。
図１は本願発明の軸方向断面図であり、円筒状に成形した円筒コイルばね１を、該円筒コイルばね１のコイル内径よりわずかに大きい線径の螺旋状に成形した螺旋状線材２に弾性変形させて通し、該螺旋状線材の両端にストッパー７を取り付けると、該円筒コイルばね１の中心軸を螺旋状態に保つことができ、螺旋状円筒コイルばね１ができる。
前記螺旋状円筒コイルばね１を、ロッド３とパイプ４の間に両者の相対的回転を伴って圧入すると、円筒コイルばね１がロッド３とパイプ４間に螺旋状に弾性変形された状態で圧接されて組み立てられる。
上記の組み立てた状態で、ロッド３とパイプ４を相対的に回転すると、円筒コイルばね１が圧接された状態で転動し、ロッド３とパイプ４は相対的に直線運動をする、逆に、ロツド３とパイプ４を相対的に直線運動させるとロッド３とパイプ４は相対的に回転する。
上記圧接された状態での圧接力を生じる弾性変形の大半は、円筒コイルばね１のコイル径の縮小、即ち、円筒コイルばね１の巻数の増大である。このことが、円筒コイルばね１が、大なる圧接力にもかかわらず、両円筒面間を滑らかに転動できる原因である。
次に、ロッド３とパイプ４の相対的な直線運動距離と回転数の比率は、螺旋状線材の円筒コイル中心径と螺旋ピッチの双方に起因する。
次に、図１に於いては、螺旋状線材２及び円筒コイルばね１が各一本使用しているが、この場合にロッド３とパイプ４の軸が自動的に一致するためには、円筒コイルばね１の長さを螺旋状線材２の３／２ピッチ分の長さより長くしなければならない。
図２は、本願発明の軸直角断面図であり、図１のＡ−Ｂ断面図である。
次に、本願発明に於いて、ロッド３とパイプ４間の伝達力を保持する力は、円筒コイルばね１の圧接点での摩擦力であるから、この保持する力を増やすためには、圧接点を増やす、即ち、円筒コイルばね１の巻数を増やす必要がある。
そうすると、小型化という点で、円筒コイルばね１及び螺旋状線材２の本数を最大限増やす必要が生じる。
図３は、円筒コイルばね１の長さを螺旋状線材２の螺旋ピッチの１／１００程度とし、各８本使用した場合の軸方向断面図であり、図４は、図３のＣ−Ｄ断面図であり、特に、回転力を直線力として増力する場合である。
円筒内面５と円筒外面６を有するリングに、螺旋状線材２を他の治具を用いて、螺旋の外内径を固定し、且つ、リングの開放端をカシメることにより円周位置を固定した後に円筒コイルばね１を各螺旋状線材２に通して、ストッパー７を固定する。上記カシメ作業に際しては、螺旋状線材２と同数の鋼球を外側に広がるのを拘束して軸方向に押し付けると、鋼球が螺旋状線材２の螺旋に沿ってころがり、螺旋状線材２の円周方向の正確な分割が容易にできます。
次に、図１の場合と同様にロツド３とパイプ４間に回転させながら圧入する。
図３及び図４に示した本願発明の動作は、例えば、ロッド３を電動モーター等で高速回転させ、パイプ４の回転を止めると、パイプ４が軸方向に増力されて直線運動する。
【０００６】
［実施例］
１、 図１、２の場合の実施例の詳細は以下のごとくである。
円筒コイルばね１
材質 ピアノ線、 線径 １・５ｍｍ、 コイル外径 １０・２５ｍｍ、
巻数 １００、 自由長 ２４０ｍｍ。
螺旋状線材２
材質 軟鋼、 線径 ６ｍｍ、 螺旋コイル中心径 ４０ｍｍ、
螺旋ピッチ １２０ｍｍ、 軸方向長さ １５０ｍｍ。
ロッド３
材質 高周波焼入鋼、 外径 ３０ｍｍ。
パイプ４
材質 ステンレス、 内径 ５０ｍｍ、 外径 ５５ｍｍ。
ストッパー７
材質 ウレタン 内径 ５・８ｍｍ、 外径 ８ｍｍ。
以上の条件で実施した結果、軸方向の直線移動ストローク約１２０ｍｍに対して一回転のスムースな変換が確認できた。
２、 図３、４の場合、ここで記載してない項目は図１、２の場合と同一です。
円筒コイルばね１
巻数 ２０、 自由長 ３６ｍｍ。
螺旋状線材２
螺旋コイル中心径 ３０ｍｍ、 螺旋ピッチ １２００ｍｍ
軸方向長さ ５０ｍｍ。
ロッド３ 外径 ２０ｍｍ。
パイプ４ 内径 ４０ｍｍ、 外径 ４３ｍｍ。
以上の条件で実施した結果、一回転に対して、約１・５ｍｍの軸方向直線移動ストロークのスムースな変換が確認できた。
【０００７】
［発明の効果］
本願発明の第一の効果は、円筒コイルばね１を、ロッド３及びパイプ４の軸方向と一定の傾斜角を保って転動させることが可能で、且つ、傾斜角の範囲は極めて広範囲で、しかも極めて安価なコイルローラーを提供できる点にある。
このことは、図１に示す本願発明では、大きいコイル（螺旋状線材２）に小さいコイル（円筒コイルばね１）を通しただけであることから充分推測できる。
第二の効果は、コイルローラーの軸方向の長さを一定とした場合に、円筒コイルばね１の巻数を最大にすることができるコイルローラーを提供できる点にある。なぜならば、図４から、本願発明の機構即ち円筒コイルばね１を螺旋状線材２に通す機構が、最大の巻数を可能とする機構であることが解るからである。
第三の効果は、複数の螺旋状線材２を、螺旋の中心軸及び円周を一致させ、且つ、円周方向に等分割して固定するための容易な方法を提供できる点にある。
即ち、図３に示すごとく、螺旋状線材２の螺旋の円筒外周面及び円筒内周面と同径の円筒内周面５及び円筒外周面６を有するリング８に複数（８本）の螺旋状線材２を嵌合することにより螺旋の円筒面を固定し、次に、螺旋状線材２と同数の鋼球を外側に広がるのを拘束した状態で螺旋に沿って軸方向に加圧することにより、螺旋状線材２の円周上の分割位置を決めると同時にリング８の開放端をカシメる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の軸方向断面図である。
【図２】本願発明の軸直角断面図であり、図１のＡ−Ｂ断面図。
【図３】本願発明の他の実施態様の軸方向断面図である。
【図４】本願発明の他の実施態様の軸直角断面図であり、図３のＣ−Ｄ断面図。
【符号の説明】
（１）は円筒コイルばね。
（２）は螺旋状線材。
（３）はロッド。
（４）はパイプ。
（５）は円筒外周面。
（６）は円筒内周面。
（７）はストッパー。
（８）はリング。[0001]
[Industrial application fields]
Fields where you want to use ball screws in factory equipment, industrial machinery, etc., but are not used due to high costs.
[0002]
[Conventional technology]
1. Linear motion drive device Japanese Patent Application No. 7-65322
A cylindrical coil spring is pressed between the concentric cylindrical outer surface and the cylindrical inner surface in a direction inclining with the axis of the cylindrical surface and rolls against the cylindrical surface, thereby causing relative motion in the axial direction on the cylindrical surface. .
2. Combination of ball screw and electric motor.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
1. In contrast to the linear motion drive device according to item 1 of the prior art, when one of the cylindrical surfaces is moved in the axial direction and the other is rotated, the cylindrical coil springs are connected to the two cylindrical surfaces. Therefore, it is necessary to maintain a state of being spirally wound around the outer peripheral surface of the cylinder.
2. The original effect of the linear motion drive device according to item 1 of the prior art is that the cost is significantly reduced as compared with the conventional ball screw. In the above prior invention, there remains a problem including cost reduction in the mechanism for supporting the cylindrical coil spring while maintaining the inclination angle.
[0004]
[Means for solving problems]
1. A wire rod having an outer diameter slightly smaller than the coil inner diameter of a cylindrical coil spring is processed into a spiral shape, and a cylindrical coil is formed between a cylindrical outer surface and a cylindrical inner surface that are concentric with the cylindrical coil spring being passed through the spiral wire rod. By rolling the spring, the axis and inclination angle of the cylindrical coil spring and the two cylindrical surfaces are maintained.
2. In order to make the spiral cylindrical axis of the spiral wire rod of the preceding item 1 and the axis of the both cylindrical surfaces the same, both ends of the spiral wire rod are matched with the inner diameter and outer diameter of the spiral wire rod. Fit and fix on the cylindrical surface.
3. By pressing the same number of steel balls as the spiral wire rod in the previous two items in the axial direction, the cylindrical surface fitted with the spiral wire rod is deformed, and the relative positions of the spiral wire rods are maintained. Fix it.
[0005]
[Embodiment of the Invention]
This will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view in the axial direction of the present invention. A cylindrical coil spring 1 formed into a cylindrical shape is elastically formed into a helical wire 2 formed into a spiral shape having a wire diameter slightly larger than the coil inner diameter of the cylindrical coil spring 1. When the stopper 7 is attached to both ends of the spiral wire rod after being deformed, the central axis of the cylindrical coil spring 1 can be kept in a spiral state, and the spiral cylindrical coil spring 1 can be formed.
When the helical cylindrical spring 1 is press-fitted between the rod 3 and the pipe 4 with relative rotation of both, the cylindrical coil spring 1 is pressed in a state of being elastically deformed between the rod 3 and the pipe 4 in a helical shape. Assembled.
When the rod 3 and the pipe 4 are rotated relative to each other in the assembled state, the cylindrical coil spring 1 rolls in a pressed state, and the rod 3 and the pipe 4 relatively linearly move. When the rod 3 and the pipe 4 are relatively linearly moved, the rod 3 and the pipe 4 are relatively rotated.
Most of the elastic deformation that generates a pressure contact force in the above-described pressure contact state is a reduction in the coil diameter of the cylindrical coil spring 1, that is, an increase in the number of turns of the cylindrical coil spring 1. This is the reason why the cylindrical coil spring 1 can smoothly roll between both cylindrical surfaces despite a large pressure contact force.
Next, the ratio of the relative linear movement distance and the rotational speed of the rod 3 and the pipe 4 is caused by both the cylindrical coil center diameter and the helical pitch of the helical wire.
Next, in FIG. 1, one spiral wire 2 and one cylindrical coil spring 1 are used. In this case, in order for the axes of the rod 3 and the pipe 4 to automatically coincide with each other, a cylinder is used. The length of the coil spring 1 must be longer than the length corresponding to 3/2 pitch of the spiral wire 2.
FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the axis of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line AB of FIG.
Next, in the present invention, the force that holds the transmission force between the rod 3 and the pipe 4 is the frictional force at the pressure contact of the cylindrical coil spring 1. It is necessary to increase the number of points, that is, increase the number of turns of the cylindrical coil spring 1.
If it does so, it will be necessary to increase the number of the cylindrical coil spring 1 and the helical wire 2 to the maximum at the point of size reduction.
FIG. 3 is a sectional view in the axial direction when the length of the cylindrical coil spring 1 is about 1/100 of the helical pitch of the spiral wire 2 and each of the eight is used. FIG. It is sectional drawing, and is a case where it increases in particular as a rotational force as a linear force.
The spiral wire 2 was fixed to the ring having the cylindrical inner surface 5 and the cylindrical outer surface 6 by using another jig, and the circumferential position was fixed by crimping the open end of the ring. Later, the cylindrical coil spring 1 is passed through each helical wire 2 to fix the stopper 7. When the caulking operation is performed, the same number of steel balls as the spiral wire 2 are restrained from spreading outward and pressed in the axial direction, so that the steel ball rolls along the spiral of the spiral wire 2 and the spiral wire 2 circles. Accurate circumferential division is easy.
Next, it press-fits while rotating between the rod 3 and the pipe 4 as in the case of FIG.
In the operation of the present invention shown in FIGS. 3 and 4, for example, when the rod 3 is rotated at high speed by an electric motor or the like and the rotation of the pipe 4 is stopped, the pipe 4 is increased in the axial direction and linearly moves.
[0006]
[Example]
1. Details of the embodiment in FIGS. 1 and 2 are as follows.
Cylindrical coil spring 1
Material Piano wire, wire diameter 1.5mm, coil outer diameter 10.25mm,
Number of windings 100, free length 240 mm.
Spiral wire 2
Material Mild steel, Wire diameter 6mm, Spiral coil center diameter 40mm,
Spiral pitch 120mm, axial length 150mm.
Rod 3
Material Induction hardened steel, outer diameter 30mm.
Pipe 4
Material Stainless steel, inner diameter 50mm, outer diameter 55mm.
Stopper 7
Material Urethane inner diameter 5.8mm, outer diameter 8mm.
As a result of carrying out under the above conditions, a smooth conversion of one rotation could be confirmed with respect to the axial linear movement stroke of about 120 mm.
In the case of 2, 3 and 4, the items not described here are the same as those in FIGS.
Cylindrical coil spring 1
Number of windings 20, free length 36 mm.
Spiral wire 2
Spiral coil center diameter 30mm, Spiral pitch 1200mm
Axial length 50mm.
Rod 3 Outer diameter 20mm.
Pipe 4 inner diameter 40mm, outer diameter 43mm.
As a result of carrying out under the above conditions, smooth conversion of the axial linear movement stroke of about 1.5 mm per rotation was confirmed.
[0007]
[The invention's effect]
The first effect of the present invention is that the cylindrical coil spring 1 can be rolled while maintaining a constant inclination angle with the axial direction of the rod 3 and the pipe 4, and the range of the inclination angle is extremely wide. And it exists in the point which can provide a very cheap coil roller.
In the present invention shown in FIG. 1, this can be sufficiently inferred from only passing a small coil (cylindrical coil spring 1) through a large coil (spiral wire 2).
The second effect is that it is possible to provide a coil roller that can maximize the number of turns of the cylindrical coil spring 1 when the axial length of the coil roller is constant. This is because it can be seen from FIG. 4 that the mechanism of the present invention, that is, the mechanism that passes the cylindrical coil spring 1 through the spiral wire 2 is a mechanism that enables the maximum number of turns.
The third effect is that it is possible to provide an easy method for fixing the plurality of spiral wires 2 by aligning the central axis and the circumference of the spiral and equally dividing and fixing them in the circumferential direction.
That is, as shown in FIG. 3, a plurality of (eight) spirals are formed on a ring 8 having a cylindrical inner peripheral surface 5 and a cylindrical outer peripheral surface 6 having the same diameter as the spiral cylindrical outer peripheral surface and cylindrical inner peripheral surface of the spiral wire 2. By fixing the cylindrical surface of the spiral by fitting the wire 2, and then pressurizing in the axial direction along the spiral in a state in which the same number of steel balls as the spiral wire 2 are restrained from spreading outward, The opening position of the ring 8 is crimped at the same time as determining the division position on the circumference of the spiral wire 2.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an axial sectional view of the present invention.
2 is a cross-sectional view perpendicular to the axis of the present invention, taken along the line AB of FIG.
FIG. 3 is an axial sectional view of another embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view perpendicular to the axis of another embodiment of the present invention, taken along the line CD in FIG.
[Explanation of symbols]
(1) is a cylindrical coil spring.
(2) is a spiral wire.
(3) is a rod.
(4) is a pipe.
(5) is a cylindrical outer peripheral surface.
(6) is the cylindrical inner peripheral surface.
(7) is a stopper.
(8) is a ring.

Claims (1)

円筒コイルばね（１）を螺旋状線材（２）に通し、且つ、該円筒コイルばねの外周面が、ロッド（３）の円筒外周面と、該ロッドと同心となるパイプ（４）の円筒内周面に圧接しながら転動するコイルローラー。The cylindrical coil spring (1) is passed through the helical wire (2), and the cylindrical outer surface of the cylindrical coil spring is in the cylinder of the pipe (4) concentric with the cylindrical outer surface of the rod (3). Coil roller that rolls while pressing against the peripheral surface.

Images