JP2006009870A - Planetary roller screw device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、射出成形機やプレス成形機等の機械装置の送り機構や自動車用アクチュエータ等に用いられる遊星ローラねじ装置に関する。 The present invention relates to a planetary roller screw device used for a feed mechanism of a mechanical device such as an injection molding machine or a press molding machine, an automobile actuator, or the like.
従来の遊星ローラねじ装置は、外周面に1条の軸ねじ溝を形成したねじ軸と内周面に円周方向の粗い環状溝を複数形成したナットとの間に、外周面に環状溝に嵌合する大環状突条を形成すると共に、その大環状突条の外周面に軸ねじ溝と噛合う平行な小環状突条を形成した複数の遊星ローラを環状溝に嵌合させ、遊星ローラの数に応じて小環状突条のピッチをオフセットさせて配置し、ねじ軸の1回転あたりのナットの進み量を軸ねじ溝のリード(1条の場合はピッチと同一)未満として回転運動を直線運動に変換している(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、上述した従来の技術においては、ねじ軸1回転あたりのナットの進み量がねじ軸のリードと異なっているため、ねじ軸と遊星ローラの接触部に滑りが生じた場合にはその滑り率によってナットの進み量が変化してしまうという問題がある。
このナットの進み量の変化は、機械装置における位置決めにおいては正確な位置決めを困難にしてフィードバック制御ための機器を必要とし、自動車用アクチュエータにおいては駆動トルクの軸力への変換率を変化させて、制御システムの安定性を損ねる結果になりやすい。
However, in the above-described conventional technology, the amount of advance of the nut per one rotation of the screw shaft is different from that of the lead of the screw shaft. Therefore, when slip occurs at the contact portion between the screw shaft and the planetary roller, the slip ratio As a result, there is a problem that the amount of advance of the nut changes.
This change in the amount of advance of the nut requires a device for feedback control that makes accurate positioning difficult in positioning in a mechanical device, and in an automobile actuator, changes the conversion rate of driving torque to axial force, This can easily result in a loss of control system stability.
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、ねじ軸と遊星ローラの接触部に滑りが生じた場合においてもナットの進み量が変化しない遊星ローラねじ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a planetary roller screw device in which the amount of advance of the nut does not change even when slippage occurs in the contact portion between the screw shaft and the planetary roller. Objective.
本発明は、上記課題を解決するために、遊星ローラねじ装置が、外周面に軸ねじ溝を形成したねじ軸と、内周面に環状溝を形成したナットと、外周面に前記環状溝と嵌合する環状突条を形成すると共に、該環状突条の外周面に前記軸ねじ溝と噛合う前記軸ねじ溝と同じ捩れ方向のローラねじ溝を形成した複数の遊星ローラとを備え、前記ナットの環状溝の前記遊星ローラの環状突条との接触部の有効直径をdnとし、前記遊星ローラの環状突条の前記ナットの環状溝との接触部の有効直径をdr1とし、前記ねじ軸の軸ねじ溝の前記遊星ローラのローラねじ溝との接触部の有効直径をdSとし、前記遊星ローラのローラねじ溝の前記ねじ軸の軸ねじ溝との接触部の有効直径をdr2とし、前記ねじ軸の軸ねじ溝の条数をJSとし、前記遊星ローラのローラねじ溝の条数をJrとし、α=dn /dr1 、γ=dr2 /dr1と定義したときに、前記ねじ軸の軸ねじ溝の前記遊星ローラのローラねじ溝との接触部の有効直径をdSが、dS=dr1(α−γ−1)であり、かつ前記ねじ軸の軸ねじ溝の条数をJSが、Js=Jr・α/γであることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a planetary roller screw device in which a screw shaft having a shaft screw groove formed on an outer peripheral surface, a nut having an annular groove formed on an inner peripheral surface, and the annular groove formed on an outer peripheral surface. A plurality of planetary rollers that form an annular ridge to be fitted, and have a roller screw groove in the same twist direction as the shaft screw groove that meshes with the shaft screw groove on the outer peripheral surface of the annular ridge, The effective diameter of the contact portion of the annular groove of the nut with the annular protrusion of the planetary roller is dn, and the effective diameter of the contact portion of the annular protrusion of the planetary roller with the annular groove of the nut is dr1 , The effective diameter of the contact portion of the shaft screw groove of the screw shaft with the roller screw groove of the planetary roller is d S, and the effective diameter of the contact portion of the roller screw groove of the planetary roller with the shaft screw groove of the screw shaft is d. and r2, the number of threads of the axial thread groove of the screw shaft and J S, said Yu The number of threads of the roller screw groove of the roller and J r, α = d n / d r1, when defining a γ = d r2 / d r1, a roller screw groove of the planetary rollers in the axial thread groove of the screw shaft D S is d S = d r1 (α−γ−1), and the number of shaft thread grooves of the screw shaft is J S , J S = J r · α / It is characterized by being γ.
これにより、本発明は、ねじ軸と遊星ローラとの間にねじ軸の滑りが生じた場合においてもナットの進み量が変化することがなくなり、ねじ軸1回転あたりのナットの進み量を軸ねじ溝のリードと一致させることができ、機械装置における位置決めにおいてはフィードバック制御を行わなくても正確な位置決めを行うことができる他、自動車用アクチュエータにおいては駆動トルクの軸力への変換率を一定として制御システムの安定性を向上させることができるという効果が得られる。 Thus, according to the present invention, the amount of advance of the nut does not change even when the screw shaft slips between the screw shaft and the planetary roller, and the amount of advance of the nut per one rotation of the screw shaft is reduced. It can be matched with the lead of the groove, and in the positioning in the mechanical device, accurate positioning can be performed without performing feedback control. In the actuator for automobiles, the conversion rate of driving torque to axial force is constant. The effect that the stability of the control system can be improved is obtained.
以下に、図面を参照して本発明による遊星ローラねじ装置の実施例について説明する。 Embodiments of a planetary roller screw device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は実施例1の遊星ローラねじ装置を示す側方断面図である。
図1において、1は遊星ローラねじ装置である。
2は遊星ローラねじ装置1のねじ軸であり、合金鋼等の鋼材で製作された棒状部材であって、その外周面には1条または多条の軸ねじ溝3が所定のリードで螺旋状に形成されている。
FIG. 1 is a side sectional view showing a planetary roller screw device according to a first embodiment.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a planetary roller screw device.
4は遊星ローラねじ装置1のナットであり、合金鋼の鋼材で製作された円筒状部材であって、その内周面には略台形断面形状を有する円周方向の環状溝5が複数形成されている。
6は遊星ローラであり、合金鋼等の鋼材で製作された棒状部材であって、両端部に円柱状の軸部7が形成されており、その両方の軸部7の間の外周面にはナット4の環状溝5に嵌合する略台形断面形状を有する円周方向の環状突条8が形成され、その環状突条8の外周面には軸ねじ溝3に噛合う軸ねじ溝3と同じ捩れ方向の1条または多条のローラねじ溝9が螺旋状に形成されている。
Reference numeral 6 denotes a planetary roller, which is a rod-shaped member made of a steel material such as an alloy steel, and has
10は保持器であり、樹脂材料や鋼板等で製作された円環状部材であって、遊星ローラ6の軸部7が嵌合する嵌合孔11が所定の角度ピッチで複数設けられており、遊星ローラ6の軸部7を嵌合孔11で保持してねじ軸2とナット4の間に複数の遊星ローラ6を所定の角度ピッチで配置する。
上記のねじ軸2の軸ねじ溝3とナット4の環状溝5とに保持器9に保持された複数の遊星ローラ6のローラねじ溝9と環状突条8が嵌合し、ねじ軸2を回転させることによって遊星ローラ6がねじ軸2の周りを自転しながら公転してナット4を軸方向に移動させる。これにより回転運動が直線運動に変換される。
The roller screw grooves 9 and the annular protrusions 8 of the plurality of planetary rollers 6 held by the cage 9 are fitted in the
このねじ軸2の回転運動をナット4の直線運動に変換する際に、ねじ軸2の軸ねじ溝3と遊星ローラ6のローラねじ溝9の接触部に滑りが生じた場合においてもねじ軸2の回転に伴うナット4の進み量に変化が生じないようにするための構成を図2を用いて以下に説明する。
図2に用いた記号および説明に用いる記号の定義を以下にまとめて示す。
When the rotational motion of the
The symbols used in FIG. 2 and the definitions of symbols used in the explanation are summarized below.
dn :ナット4の環状溝5の遊星ローラ6の環状突条8との接触部の有効直径
dr1 :遊星ローラ6の環状突条8のナット4の環状溝5との接触部の有効直径
dS :ねじ軸2の軸ねじ溝3の遊星ローラ6のローラねじ溝9との接触部の有効直径
dr2 :遊星ローラ6のローラねじ溝9のねじ軸2の軸ねじ溝3との接触部の有効直径
O :遊星ローラ6の中心
dC :遊星ローラ6の中心Oのピッチ円直径
θ :ナット4と共に静止する座標系からみた遊星ローラ6の公転角度
φ :遊星ローラ6と共に回転する座標系からみた遊星ローラ6の自転角度
A :遊星ローラ6の自転角度φにおけるdr2上の点
B :遊星ローラ6の自転角度φにおけるdr1上の点
JS :ねじ軸2の軸ねじ溝3の条数
Jr :遊星ローラ6のローラねじ溝9の条数
P :軸ねじ溝3とローラねじ溝9の隣り合う溝間のピッチ
なお、座標軸は図2に示すy方向とz方向および紙面に直交方向をx方向とする。
d n : Effective diameter of the contact portion of the
ねじ軸2の軸ねじ溝3とナット4の環状溝5とに遊星ローラ6のローラねじ溝9と環状突条8が嵌合して遊星ローラ6が自転しながら公転するためには、
dC=dS+dr1=dn−dr2 ・・・・・・(1)
となることが必要であり、
α=dn /dr1 ・・・・・・(2)
γ=dr2 /dr1 ・・・・・・(3)
と定義すると、軸ねじ溝3のローラねじ溝9との接触部の有効直径dSは、
dS=dr1(α−γ−1) ・・・・・・(4)
とする必要がある。
In order for the roller screw groove 9 and the annular protrusion 8 of the planetary roller 6 to fit in the
d C = d S + d r1 = d n −d r2 (1)
It is necessary to become
α = d n / d r1 (2)
γ = d r2 / d r1 (3)
The effective diameter d S of the contact portion of the
d S = d r1 (α−γ−1) (4)
It is necessary to.
遊星ローラ6がねじ軸2の周りを自転しながら公転している場合の公転角度θ、自転角度φのときの点A、点Bおよび遊星ローラ6の中心Oのy座標はそれぞれ
When the planetary roller 6 is revolving while rotating around the
LSr=PJs ・・・・・・(19)
となり、ねじ軸6の滑りがあったとしてもねじ軸2の1回転あたりのナット4の進み量は常に軸ねじ溝3の1リード分となる。
L Sr = PJ s (19)
Thus, even if the screw shaft 6 slips, the amount of advance of the
すなわち、式(4)および式(18)の条件を満たせば、ねじ軸2の滑りに無関係にねじ軸2の1回転あたりのナット4の進み量を常にねじ軸2のリードと一致させることができる。
なお、式(18)の条件を満たす組合せは無限に存在し、例えばα=5、γ=5/6、Jr =1、Js =6の組合せにするとねじ軸2の1回転あたりのナット4の進み量は軸ねじ溝3のリード、つまり軸ねじ溝3やローラねじ溝9のピッチPの6倍となり、α=9/4、γ=3/4、Jr =1、Js =3の組合せにするとねじ軸2の1回転あたりのナット4の進み量は軸ねじ溝3等のピッチPの3倍となる等である。
That is, if the conditions of the equations (4) and (18) are satisfied, the advance amount of the
There are an infinite number of combinations that satisfy the expression (18). For example, when α = 5, γ = 5/6, J r = 1, and J s = 6, nuts per one rotation of the
以上説明したように、本実施例では、ナットの環状溝と遊星ローラの環状突条を嵌合させ、軸ねじ溝に軸ねじ溝と同じ捩れ方向のローラねじ溝を嵌合させて、
α=dn /dr1、 γ=dr2 /dr1
と定義したときに、
dS=dr1(α−γ−1)
Js =Jr・α/γ
を満足するようにナット、ねじ軸および遊星ローラを構成したことによって、ねじ軸と遊星ローラとの間にねじ軸の滑りが生じた場合においても、ナットの進み量が変化することがなくなり、ねじ軸1回転あたりのナットの進み量を軸ねじ溝のリードと一致させることができる。
As described above, in this embodiment, the annular groove of the nut and the annular protrusion of the planetary roller are fitted, and the roller screw groove in the same twist direction as the shaft screw groove is fitted to the shaft screw groove,
α = d n / d r1 , γ = d r2 / d r1
Defined as
d S = d r1 (α−γ−1)
J s = J r · α / γ
By configuring the nut, screw shaft and planetary roller so as to satisfy the requirements, even if the screw shaft slips between the screw shaft and the planetary roller, the amount of advance of the nut does not change, and the screw The amount of advance of the nut per rotation of the shaft can be matched with the lead of the shaft thread groove.
これにより、機械装置における位置決めにおいてはフィードバック制御を行わなくても正確な位置決めを行うことができる他、自動車用アクチュエータにおいては駆動トルクの軸力への変換率を一定として制御システムの安定性を向上させることができる。 As a result, accurate positioning can be performed without performing feedback control in positioning in mechanical devices, and the stability of the control system is improved by maintaining a constant conversion rate of driving torque to axial force in automotive actuators. Can be made.
図3は実施例2の遊星ローラねじ装置を示す側方断面図である。
なお、上記実施例1と同様の部分は同一の符号を付して、その説明を省略する。
図3において、21は遊星ピニオンギヤであり、遊星ローラ6と同軸で、その両側の軸部7の内側に隣接して設けられた小径の平歯車である。
22はリングギヤであり、保持器10に保持された遊星ローラ6の遊星ピニオンギヤ21に噛合う内歯の平歯車であって、保持器10と遊星ローラ6の環状突条8の端面との間に配置され、ナット4の内側に嵌合してその軸方向の移動が制限される。
FIG. 3 is a side sectional view showing the planetary roller screw device according to the second embodiment.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to the said Example 1, and the description is abbreviate | omitted.
In FIG. 3,
A
リングギヤ22と遊星ピニオンギヤ21とのギヤ比は、ナット4の環状溝5の有効直径dnと遊星ローラ6の環状突条8の有効直径dr1との比、つまりαと同一となるように設定される。
これにより、ナットと遊星ローラとの間の滑りを確実に防止して、上記実施例1の効果をより確実なものとすることができる。
Gear ratio between the
Thereby, slipping between the nut and the planetary roller can be reliably prevented, and the effect of the first embodiment can be made more reliable.
なお、上記各実施例においては、遊星ローラねじ装置のねじ軸を回転させてナットを軸方向に移動させるとして説明したが、ナットを回転させてねじ軸を移動させる形式の遊星ローラねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を奏することができる。 In each of the above embodiments, the screw shaft of the planetary roller screw device is rotated to move the nut in the axial direction. However, the present invention is applied to a planetary roller screw device of the type that rotates the nut to move the screw shaft. Even if the invention is applied, the same effect can be obtained.
1 遊星ローラねじ装置
2 ねじ軸
3 軸ねじ溝
4 ナット
5 環状溝
6 遊星ローラ
7 軸部
8 環状突条
9 ローラねじ溝
10 保持器
11 嵌合孔
21 遊星ピニオンギヤ
22 リングギヤ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Planetary
Claims (5)
前記遊星ローラを、前記ねじ軸とナットとの間に自転しながら公転させると共に、前記ねじ軸1回転あたりの前記ナットの進み量を前記軸ねじ溝のリードに一致させたことを特徴とする遊星ローラねじ装置。 A screw shaft having a shaft screw groove formed on the outer peripheral surface, a nut having an annular groove formed on the inner peripheral surface, an annular ridge that fits the annular groove formed on the outer peripheral surface, and an outer peripheral surface of the annular ridge A plurality of planetary rollers formed with roller screw grooves in the same twist direction as the shaft screw grooves meshing with the shaft screw grooves,
The planetary roller is revolved while rotating between the screw shaft and the nut, and the advance amount of the nut per one rotation of the screw shaft is matched with the lead of the shaft screw groove. Roller screw device.
前記ナットの環状溝の前記遊星ローラの環状突条との接触部の有効直径をdnとし、前記遊星ローラの環状突条の前記ナットの環状溝との接触部の有効直径をdr1とし、前記ねじ軸の軸ねじ溝の前記遊星ローラのローラねじ溝との接触部の有効直径をdSとし、前記遊星ローラのローラねじ溝の前記ねじ軸の軸ねじ溝との接触部の有効直径をdr2とし、前記ねじ軸の軸ねじ溝の条数をJSとし、前記遊星ローラのローラねじ溝の条数をJrとし、
α=dn /dr1、 γ=dr2 /dr1
と定義したときに、
前記ねじ軸の軸ねじ溝の前記遊星ローラのローラねじ溝との接触部の有効直径をdSが、
dS=dr1(α−γ−1)
であり、かつ前記ねじ軸の軸ねじ溝の条数をJSが、
Js =Jr・α/γ
であることを特徴とする遊星ローラねじ装置。 A screw shaft having a shaft screw groove formed on the outer peripheral surface, a nut having an annular groove formed on the inner peripheral surface, an annular ridge that fits the annular groove formed on the outer peripheral surface, and an outer peripheral surface of the annular ridge A plurality of planetary rollers formed with roller screw grooves in the same twist direction as the shaft screw grooves meshing with the shaft screw grooves,
The effective diameter of the contact portion of the annular groove of the nut with the annular protrusion of the planetary roller is dn, and the effective diameter of the contact portion of the annular protrusion of the planetary roller with the annular groove of the nut is dr1 , The effective diameter of the contact portion between the shaft screw groove of the screw shaft and the roller screw groove of the planetary roller is d S, and the effective diameter of the contact portion of the roller screw groove of the planetary roller with the shaft screw groove of the screw shaft is defined as d S. d r2 , J S is the number of shaft thread grooves of the screw shaft, J r is the number of roller thread grooves of the planetary roller,
α = d n / d r1 , γ = d r2 / d r1
Defined as
D S is an effective diameter of a contact portion between the shaft screw groove of the screw shaft and the roller screw groove of the planetary roller.
d S = d r1 (α−γ−1)
And J S is the number of thread grooves in the screw shaft.
J s = J r · α / γ
A planetary roller screw device characterized by
前記ねじ軸の軸ねじ溝が、多条であることを特徴とする遊星ローラねじ装置。 In claim 1 or claim 2,
A planetary roller screw device, wherein the screw shaft has a plurality of shaft screw grooves.
前記遊星ローラのローラねじ溝が、多条であることを特徴とする遊星ローラねじ装置。 In claim 1, claim 2 or claim 3,
A planetary roller screw device, wherein the planetary roller has a plurality of roller screw grooves.
前記遊星ローラに遊星ピニオンギヤを設けると共に、該遊星ピニオンギヤに噛合うリングギヤを設け、
前記リングギヤと前記遊星ピニオンギヤとのギヤ比を、前記ナットの環状溝の前記遊星ローラの環状突条との接触部の有効直径dnと、前記遊星ローラの環状突条の前記ナットの環状溝との接触部の有効直径dr1との比としたことを特徴とする遊星ローラねじ装置。 In claim 1 to claim 3 or claim 4,
A planetary pinion gear is provided on the planetary roller, and a ring gear that meshes with the planetary pinion gear is provided.
The gear ratio of the planetary pinion and the ring gear, and the effective diameter d n of the contact portion between the annular ridge of the planetary rollers of the annular groove of the nut, an annular groove of said nut annular ridge of the planetary rollers A planetary roller screw device characterized by having a ratio to the effective diameter dr1 of the contact portion.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2004185235A JP2006009870A (en) | 2004-06-23 | 2004-06-23 | Planetary roller screw device |
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JP2004185235A JP2006009870A (en) | 2004-06-23 | 2004-06-23 | Planetary roller screw device |
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Cited By (1)
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CN109630635A (en) * | 2019-01-21 | 2019-04-16 | 洛阳德美机械有限公司 | A kind of planetary roller screw transmission system |
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2004
- 2004-06-23 JP JP2004185235A patent/JP2006009870A/en active Pending
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