JP2023156010A - ねじ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造を有し作動条件の設定が容易な小リードのねじ機構を得る。
【解決手段】回転軸心Ｘの周りに回転する入力軸Ａ１と、入力軸Ａ１と同軸心状に配置され、入力軸Ａ１に対して第１ねじ部ｓ１を介して螺合する中間軸Ａ２と、入力軸Ａ１と同軸心状に配置され、第１ねじ部ｓ１と逆ねじである第２ねじ部ｓ２を介して中間軸Ａ２と螺合する出力軸Ａ３と、入力軸Ａ１・中間軸Ａ２・出力軸Ａ３の何れか一つに軸支され、軸支されていない他の二つの軸に歯合して、入力軸Ａ１および出力軸Ａ３を相対回転させると共に、入力軸Ａ１および出力軸Ａ３を中間軸Ａ２に対して回転軸心Ｘと平行に相対直線運動させる中間回転体と、を備えたねじ機構Ｋ。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力軸と出力軸との間に他の歯車要素やねじ要素を備え、高効率で小リードを有するねじ機構に関する。

従来、このようなねじ機構としては例えば特許文献１に示すものがある（〔０００７〕、〔００２７〕および図 参照）。

このねじ機構は、同軸状に回転する太陽軸・遊星軸・リング軸を有し、夫々には互いに共働する、はすば状太陽歯車・はすば状遊星歯車・はすば状リング歯車を持つ第一の遊星歯車機構と、ねじ状太陽歯車・ねじ状遊星歯車・ねじ状リング歯車を持つ第二の遊星ねじ機構と、が設けられている。

この構成によれば、太陽軸及びリング軸が相対的に回転されると、歯数比が異なるねじ状太陽歯車が設けられた太陽軸又はねじ状リング歯車が設けられたリング軸が回転軸線に沿って直線運動する。逆に、太陽軸及びリング軸が回転軸線に沿って相対的に直線運動されると、歯数比が異なるねじ状太陽歯車が設けられた太陽軸又はねじ状リング歯車が設けられたリング軸が相対的に回転運動する。従って太陽軸とリング軸との間に於いて回転運動と直線運動との間の運動変換を行わせることができるというものである。

特開２００７－５６９５２号公報

上記従来のねじ機構にあっては、太陽軸とリング軸とを所期の条件で相対回転或いは直線運動させるためには、第一の遊星歯車機構を構成する各はすば歯車の歯数と、第二の遊星ねじ機構を構成する各ねじ歯車のピッチを適合させる必要がある。

ただし、当該ねじ機構では、ねじ状遊星歯車とねじ状リング歯車との螺合構造において、遊星軸とリング軸とは回転軸線の延出方向に沿って相対移動しないように構成されている。そのため遊星軸とリング軸との回転比率が限定され、太陽軸とリング軸との適切な相対移動条件を設定する際の自由度が低くなる。

また、ねじ機構の構成として、遊星軸がリング軸に対して直線方向に相対移動しないように保持する機構が必要となるなどねじ機構が複雑なものとなり、加工工数や製造コストが増大する。

このように、上記従来のねじ機構においては、種々の解決すべき課題を有しており、簡素な構造を有し作動条件の設定が容易な小リードのねじ機構が求められていた。

（特徴構成）
本発明に係るねじ機構の特徴構成は、
回転軸心の周りに回転する入力軸と、
前記入力軸と同軸心状に配置され、前記入力軸に対して第１ねじ部を介して螺合する中間軸と、
前記入力軸と同軸心状に配置され、前記第１ねじ部と逆ねじである第２ねじ部を介して前記中間軸と螺合する出力軸と、
前記入力軸および前記中間軸および前記出力軸の何れか一つに軸支され、軸支されていない他の二つの軸に歯合して、前記入力軸および前記出力軸を相対回転させると共に、前記入力軸および前記出力軸を前記中間軸に対して前記回転軸心と平行に相対直線運動させる中間回転体と、を備えた点にある。

（効果）
本構成のねじ機構は、中間回転体を挟んで入力軸と出力軸とが相対回転する状態に配置され、入力軸および出力軸に対して中間軸が螺合配置されるものである。中間回転体は、入力軸・中間軸・出力軸の何れか一つに軸支されており、これら三つの軸は互いに相対回転する。第１ねじ部と第２ねじ部とは逆ねじであり、入力軸と出力軸が中間軸に対して回転する際に、入力軸および出力軸は中間軸に対して夫々回転軸心と平行に相対直線運動する。

本構成において第１ねじ部と第２ねじ部とのピッチを適宜設定することで、中間軸に対する入力軸と出力軸の螺進距離を設定することができる。例えば、入力軸を比較的速く回転駆動した場合でも、入力軸に対する出力軸の螺進距離を小さく設定することができる。この場合に、第１ねじ部と第２ねじ部は通常のリード角を備えたもので良い。

このように、本構成であれば、全体の摩擦損失が少ない通常リード角のねじを組み合わせることで簡素な構造を有し作動条件の設定が容易であって小リードのねじ機構を得ることができる。その際に、入力軸・中間軸・出力軸が回転軸心と平行に相対直線運動するから、各ギアや各ねじの条件設定が容易である。また、中間軸を回転軸心と平行な方向に移動しないように固定する必要がなく、全体の構成が簡略化され、部品点数や組立工数が削減されて低コスト化が可能となる。

（特徴構成）
本発明に係るねじ機構にあっては、前記中間回転体を、前記中間軸に軸支され、前記入力軸と前記出力軸とに歯合する遊星ギアで構成することができる。

(効果)
中間回転体を中間軸に軸支された遊星ギアとすることで、入力軸と出力軸とは互いに滑りを生じさせず確実に相対回転することとなる。よって、入力軸の回転駆動に基づく出力軸の螺進距離を正確に設定することができる。

また、仮に中間回転体を摩擦当接するローラー部材等で構成することもできるが、この場合、ローラー部材の滑りを軽減するために、入力軸と出力軸との間に過度な押圧力が生じるなど各軸の回転抵抗が増大する可能性がある。また、ローラー部材の変形や摩耗も生じ易い。

しかし、遊星ギアとすることで、入力軸と出力軸とは例えば平歯車で歯合することとなり両者間の回転抵抗が極めて少なくなる。よって、円滑動作が可能なねじ機構を得ることができる。

（特徴構成）
本発明に係るねじ機構にあっては、前記中間軸を前記入力軸と前記出力軸との間に挿入された円筒形の部材とし、前記中間回転体が、前記中間軸の壁部において周方向に沿って形成された複数の窓部に挿入配置されつつ前記壁部に軸支された構成にすることができる。

(効果)
本構成であれば、入力軸および出力軸、中間回転体が柱状部材あるいは円筒状の部材で構成できるから全体の構成が簡便なものとなる。

また、中間軸の壁部に設けた窓部に中間回転体を挿入し、軸支する構成であれば、中間軸の円筒構造による強度を活用でき、軸部材を中間軸に挿入するだけの簡単な組み立て手法を採ることができる。よって、合理的で安価なねじ機構を得ることができる。

（特徴構成）
本発明に係るねじ機構にあっては、前記出力軸が最外側に配置され、前記中間回転体が前記出力軸に軸支される遊星ギアであって前記入力軸の外面と前記中間軸の外面に歯合する構成であっても良い。

(効果)
本構成であれば、中間回転体を、例えば出力軸の端面に設けた軸部に回転支持させると共に、中間回転体を入力軸と中間軸の外側に配置することができる。この場合、中間回転体は、入力軸に対する歯合部と中間軸に対する歯合部とを持つことができ、これ等歯合部の歯数などを設定することで、各軸の回転条件の設定範囲が大きくなる。よって、使用する部位に応じた最適なねじ機構が得易くなる。

第１実施形態に係るねじ機構の構成部材を示す斜視図 第１実施形態に係るねじ機構を示す断面図 第２実施形態に係るねじ機構を示す断面図

〔第１実施形態〕
（概要）
本発明は、通常のリード角を備えたねじ部の組み合わせにより、極めて小さなリード角を有するねじ機構Ｋを得るものである。図１および図２に、当該ねじ機構Ｋの第１実施形態を示す。

当該ねじ機構Ｋは、図外のモータなどからの駆動回転を入力軸Ａ１が受け、ねじ機構Ｋの内部で各種のギアの組み合わせにより小さなリード角を形成し、大幅に減速した駆動回転を出力軸Ａ３から駆動対象に出力するものである。

より具体的には、ねじ機構Ｋは回転軸心Ｘを同軸心とした三層構造であり、中心部の側から順に入力軸Ａ１、中間軸Ａ２、出力軸Ａ３を備えている。

（入力軸）
入力軸Ａ１は、その一端部が図外のベアリングを介してハウジング１に軸支されている。長手方向に沿った一方側の領域には、例えば平歯車からなる第１ギアｇ１が形成されており、これに隣接する他方側の領域には、雄ねじ部からなる第１雄ねじｓ１１が形成されている。第１ギアｇ１は平歯車の他にはすば歯車等で構成しても良い。また、第１雄ねじｓ１１のリード角は一般的なもので良い。

（中間軸）
中間軸Ａ２は筒状の部材であり、壁部２の一部において回転方向に沿って複数の窓部３を備えている。夫々の窓部３には、中間回転体としての遊星ギアｇｐが挿入され軸支されている。この遊星ギアｇｐは入力軸Ａ１の第１ギアｇ１と、後述の出力軸Ａ３の第２ギアｇ２と歯合している。夫々の遊星ギアｇｐは、中間軸Ａ２の一方から打ち込まれたピン部材４に軸支されている。

中間軸Ａ２のうち窓部３を設けたのと反対の領域においては、内面に中間雌ねじｓ１２が形成され、外面に中間雄ねじｓ２１が形成されている。中間雌ねじｓ１２は第１雄ねじｓ１１と螺合して第１ねじ部ｓ１を形成する。また、中間雄ねじｓ２１は後述の第２雌ねじｓ２２と螺合して第２ねじ部ｓ２を形成する。この中間軸Ａ２は、入力軸Ａ１や出力軸Ａ３に対して回転軸心Ｘと平行な方向に移動可能である。よって、ねじ機構Ｋの構成が簡略化され、部品点数や組立工数が削減される。

本構成であれば、中間回転体を中間軸Ａ２に軸支された遊星ギアｇｐとすることで、入力軸Ａ１と出力軸Ａ３とを互いに滑りを生じさせずに確実に相対回転させることができる。よって、入力軸Ａ１の回転駆動に基づく出力軸Ａ３の螺進距離等を正確に設定することができる。

また、遊星ギアｇｐを用いることで、入力軸Ａ１と出力軸Ａ３とを平歯車で歯合することができ、両者間の回転抵抗が極めて少なくなる。よって、円滑動作が可能なねじ機構Ｋを得ることができる。

さらに、中間軸Ａ２の円筒構造による強度を活用でき、入力軸Ａ１を中間軸Ａ２に挿入するだけの簡単な組み立て手法を採ることができる。よって、合理的で安価なねじ機構Ｋを得ることができる。

（出力軸）
出力軸Ａ３も円筒状の部材であり、中間軸Ａ２に外挿配置される。その内面において一方の領域には、遊星ギアｇｐが歯合する内歯として第２ギアｇ２を備えている。また、同じく内面のうち第２ギアｇ２に隣接する領域には、中間雄ねじｓ２１に螺合する第２雌ねじｓ２２が形成されている。これら中間雄ねじｓ２１と第２雌ねじｓ２２とで第２ねじ部ｓ２が形成される。第２ねじ部ｓ２のリード角も一般的なものである。第１ねじ部ｓ１と第２ねじ部ｓ２は逆ねじの関係に形成してあり、当該ねじ機構Ｋは以下の様に動作する。

入力軸Ａ１を一方向に回転させると、中間軸Ａ２が遊星ギアｇｐを回転させつつ入力軸Ａ１よりも速く回転する。また、内歯である第２ギアｇ２を有する出力軸Ａ３が遊星ギアｇｐを介して回転するため、出力軸Ａ３は中間軸Ａ２よりも常に遅く回転する。つまり、同一方向に沿ってみた回転の速さは入力軸Ａ１、中間軸Ａ２、出力軸Ａ３の順序となる。

このとき中間軸Ａ２は第１ねじ部ｓ１の効果により、入力軸Ａ１と相対回転しつつ入力軸Ａ１の回転軸心Ｘに沿って一方側に移動する。また、出力軸Ａ３は、逆ねじである第２ねじ部ｓ２によって中間軸Ａ２と相対回転するから中間軸Ａ２の移動方向と反対側に移動する。入力軸Ａ１と出力軸Ａ３は中間軸Ａ２に対して同じ方向に直線移動することになるが、入力軸Ａ１と出力軸Ａ３とが回転軸心Ｘの方向に沿って同じ絶対位置或いは同じ相対位置を維持することは少なく、何れかの方向に相対移動する。出力軸Ａ３の絶対的な回転方向および回転速度は各ギアおよび各ねじ部の構成によって適宜設定可能である。

このように、通常のリード角を備えたねじ部を組み合わせることで、全体の構成を簡略なものとしつつ、特に小さいリードのねじ機構Ｋを得ることができる。一般に小リード角のねじ部は摩擦損失が大きいが、本構成であれば、全体の摩擦損失が少ない通常リード角のねじを組み合わせることで高効率なねじ機構Ｋを得ることができる。

〔第１実施例〕
例えば、第１ギアｇ１の歯数：３０、第２ギアｇ２の歯数：６０、第１ねじ部ｓ１のリード：１.２５、第２ねじ部ｓ２のリード：１.７５とすると、入力軸Ａ１の回転速度が１のとき出力軸Ａ３の回転速度は０.３３となる。また、出力軸Ａ３のトータルのリードは０.２５となる。

〔第２実施形態〕
図３には、別構成のねじ機構Ｋを示す。ここでは、中間回転体である遊星ギアｇｐが、最外側に配置された出力軸Ａ３に軸支されている。出力軸Ａ３は筒状であり、回転方向に沿って複数形成した窓部３に遊星ギアｇｐが夫々軸支されている。遊星ギアｇｐは、１段目ギアｇｐ１と２段目ギアｇｐ２の二段に構成されている。１段目ギアｇｐ１は入力軸Ａ１の第１ギアｇ１と歯合し、２段目ギアｇｐ２は中間軸Ａ２の第２ギアｇ２と歯合する。

入力軸Ａ１の外面と中間軸Ａ２の内面との間には第１ねじ部ｓ１が形成され、中間軸Ａ２の外面と出力軸Ａ３の内面との間には第２ねじ部ｓ２が形成されている。

〔第２実施例〕
本構成の場合には、例えば、第１ギアｇ１の歯数：３０、１段目ギアｇｐ１の歯数：３０、２段目ギアｇｐ２の歯数：１５、第２ギアｇ２の歯数：４５、第１ねじ部ｓ１のリード：１.２５、第２ねじ部ｓ２のリード：１.７５とすると、入力軸Ａ１の回転速度が１のとき出力軸Ａ３の回転速度は０.３３となり、出力軸Ａ３のトータルのリードは０.２５となる。

本構成の場合でも、各ギアおよび各ねじのリードを適宜設定することで、通常構成のギアやねじ部を用いながら、大きな減速比と小さなリードを持つねじ機構Ｋを得ることができる。

〔その他の実施形態〕
上記各実施形態では、中間回転体を遊星ギアｇｐで構成したが、これに代えて、摩擦当接するローラー部材を用いることもできる。ただし、この場合には、ローラー部材の滑りを軽減するために、例えば入力軸Ａ１と出力軸Ａ３との間に過度な押圧力を発生させる必要があるなど各軸の回転抵抗が増大する可能性がある。また、ローラー部材の変形や摩耗も生じ易い。しかしながら、ローラー部材の構成は簡便であるから、全体としてシンプルで低コストなねじ機構Ｋを得ることができる。

本発明のねじ機構は、入力軸と出力軸とが同軸心状であり、入力軸から出力軸への減速比が大きくリードが極めて小さなものとして各種の機械に広く用いることができる。

２ 壁部
３ 窓部
Ａ１ 入力軸
Ａ２ 中間軸
Ａ３ 出力軸
ｇｐ 遊星ギア
Ｋ ねじ機構
ｓ１ 第１ねじ部
ｓ２ 第２ねじ部
Ｘ 回転軸心

Claims (4)

1. 回転軸心の周りに回転する入力軸と、
   前記入力軸と同軸心状に配置され、前記入力軸に対して第１ねじ部を介して螺合する中間軸と、
   前記入力軸と同軸心状に配置され、前記第１ねじ部と逆ねじである第２ねじ部を介して前記中間軸と螺合する出力軸と、
   前記入力軸および前記中間軸および前記出力軸の何れか一つに軸支され、軸支されていない他の二つの軸に歯合して、前記入力軸および前記出力軸を相対回転させると共に、前記入力軸および前記出力軸を前記中間軸に対して前記回転軸心と平行に相対直線運動させる中間回転体と、を備えたねじ機構。
2. 前記中間回転体が、前記中間軸に軸支され、前記入力軸と前記出力軸とに歯合する遊星ギアである請求項１に記載のねじ機構。
3. 前記中間軸が前記入力軸と前記出力軸との間に挿入された円筒形の部材であり、前記中間回転体が、前記中間軸の壁部において周方向に沿って形成された複数の窓部に挿入配置されつつ前記壁部に軸支されている請求項１または２に記載のねじ機構。
4. 前記出力軸が最外側に配置され、前記中間回転体が前記出力軸に軸支される遊星ギアであって前記入力軸の外面と前記中間軸の外面に歯合している請求項１に記載のねじ機構。

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