JP2001021019A - ボールねじおよび駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【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。

Description

【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５
８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５
mm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”（φ３．１７
５）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５
mm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２
ａ，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。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ），（Ｂ）は各々この発明の一実施形態に
かかるボールねじを応用した直線駆動装置の互いに異な
る動作状態を示す破断正面図である。

【図２】（Ａ），（Ｂ）は各々この発明の他の実施形態
にかかるボールねじを応用した直線駆動装置の互いに異
なる動作状態を示す破断正面図である。

【図３】この発明のさらに他の実施形態にかかるボール
ねじを応用した直線駆動装置の破断正面図である。

【図４】この発明のさらに他の実施形態にかかるボール
ねじを応用した直線駆動装置の破断正面図である。

【図５】（Ａ），（Ｂ）は各々従来例における互いに異
なる動作状態を示す破断正面図である。

【符号の説明】

１…ボールねじ ２…ねじ軸 ３，４…ナット ５，６…ねじ軸のねじ溝 ７，８…ナットのねじ溝 ９…ボール １１…固定側部材 １２…モータ（回転駆動源） １４…支持用スライダ １５…スライド側部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。