(57)【要約】【課題】転動体の軸方向滑りを抑制して動摩擦トルクを小さくすることのできる転がりねじ装置を提供する。【解決手段】円錐ころ状に形成された転動体３３を、転動体３３の周面部３３ｃに作用する接触荷重ＰＳ，ＰＮの転動体軸方向成分ＰＳ，ＰＮ’と転動体３３の周面部３３ｃと軌道溝３６，３７の溝面との間に生じる滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２とのベクトル内積が負の値になるように、ねじ軸３１とナット３２との間に配置する。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状軌道溝を有するねじ軸と、前記螺旋状軌道溝に対向する螺旋状軌道溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸または前記ナットの相対的な回転運動により前記螺旋状軌道溝間を転動する多数の転動体とを備えてなる転がりねじ装置において、
前記転動体は、円錐ころ状に形成されていて、前記転動体の周面部に作用する接触荷重の転動体軸方向成分と前記転動体の周面部と前記螺旋状軌道溝との間に発生する滑り摩擦力とのベクトル内積が負の値となるように前記ねじ軸と前記ナットとの間に配置されていることを特徴とする転がりねじ装置。
【請求項２】
外周面に螺旋状軌道溝を有するねじ軸と、前記螺旋状軌道溝に対向する螺旋状軌道溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸または前記ナットの相対的な回転運動により前記螺旋状軌道溝間を転動する多数の円錐ころ状転動体とを備え、前記ナットに軸方向荷重が作用すると共に前記ねじ軸が回転駆動される転がりねじ装置において、
前記円錐ころ状転動体の大径側端面部が前記ねじ軸の外周面に形成された前記螺旋状軌道溝の溝面と対向するように前記円錐ころ状転動体を前記ねじ軸と前記ナット間に配置したことを特徴とする転がりねじ装置。
【請求項３】
外周面に螺旋状軌道溝を有するねじ軸と、前記螺旋状軌道溝に対向する螺旋状軌道溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸または前記ナットの相対的な回転運動により前記螺旋状軌道溝間を転動する多数の円錐ころ状転動体とを備え、前記ねじ軸に軸方向荷重が作用すると共に前記ナットが回転駆動される転がりねじ装置において、
前記円錐ころ状転動体の小径側端面部が前記ねじ軸の外周面に形成された前記螺旋状軌道溝の溝面と対向するように前記円錐ころ状転動体を前記ねじ軸と前記ナット間に配置したことを特徴とする転がりねじ装置。
【請求項４】
前記転動体を前記螺旋状軌道溝に対して一定の姿勢に保持する保持ピースを前記ねじ軸と前記ナット間に設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転がりねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転運動を直線運動に変換する駆動用に使用される転がりねじ装置に係り、特に、転動体として円錐ころを用いた転がりねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機やプレス成形機などでは、従来、可動型を油圧装置で駆動していたが、近年の機械設備の省力化に伴い、可動型を進退駆動する装置に機械効率の高いボールねじ等の転がりねじ装置を利用したものが増えてきている。
転動体にボールを用いたボールねじ装置は、例えば、図１２に示すように、ねじ軸１と、このねじ軸１の回転運動により軸方向に相対移動するナット２と、このナット２内に組み込まれた多数のボール３とを備えており、ねじ軸１またはナット２の一方が軸回りに回転すると、これに同期してボール３がねじ軸１の外周面とナット２の内周面に相対向して形成された螺旋状軌道溝５，６間を転動し、軌道溝５，６間を転動したボール３は転動体循環チューブ４内を通って元の位置に戻るようになっている。
【０００３】
このようなボールねじ装置は、モータ等の回転運動を直線運動に変換する装置として広く使用されているが、射出成形機やプレス成形機などで駆動用として用いられる油圧装置に比べ、負荷容量が劣るという難点がある。これは、油圧装置は負荷を油圧ピストンの面で受けるのに対して、ボールねじ装置は負荷をボールと軌道溝との接触点で受けるためである。そこで、射出成形機やプレス成形機などの駆動用として好適な転がりねじ装置として、特許文献１には、転動体に円筒ころ７（図１３参照）や円錐ころを用いたものが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１３−２４１５２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような転がりねじ装置は、転動体と軌道溝とが線で接触し合うため、ボールと軌道溝とが点で接触し合うボールねじ装置よりも大きな負荷容量を得ることができる。しかしながら、特許文献１に開示された転がりねじ装置では、転動体７の周面部が螺旋状軌道溝５，６と線で接触し合っているため、転動体７に軸方向滑りが生じ、この軸方向滑りによって転動体７の端面部が螺旋状軌道溝５又は６の溝面に接触する。このため、転動体７の端面部と螺旋状軌道溝５又は６の溝面との間に摩擦力が発生し、この摩擦力によって転がりねじ装置の動摩擦トルクが大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、転動体の軸方向滑りを抑制して動摩擦トルクを小さくすることのできる転がりねじ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、外周面に螺旋状軌道溝を有するねじ軸と、前記螺旋状軌道溝に対向する螺旋状軌道溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸または前記ナットの相対的な回転運動により前記螺旋状軌道溝間を転動する多数の転動体とを備えてなる転がりねじ装置において、前記転動体が、円錐ころ状に形成されていて、前記転動体の周面部に作用する接触荷重の転動体軸方向成分と前記転動体の周面部と前記螺旋状軌道溝との間に生じる滑り摩擦力とのベクトル内積が負の値となるように前記ねじ軸と前記ナットとの間に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、外周面に螺旋状軌道溝を有するねじ軸と、前記螺旋状軌道溝に対向する螺旋状軌道溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸または前記ナットの相対的な回転運動により前記螺旋状軌道溝間を転動する多数の円錐ころ状転動体とを備え、前記ナットに軸方向荷重が作用すると共に前記ねじ軸が回転駆動される転がりねじ装置において、前記円錐ころ状転動体の大径側端面部が前記ねじ軸の外周面に形成された前記螺旋状軌道溝の溝面と対向するように前記円錐ころ状転動体を前記ねじ軸と前記ナット間に配置したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、外周面に螺旋状軌道溝を有するねじ軸と、前記螺旋状軌道溝に対向する螺旋状軌道溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸または前記ナットの相対的な回転運動により前記螺旋状軌道溝間を転動する多数の円錐ころ状転動体とを備え、前記ねじ軸に軸方向荷重が作用すると共に前記ナットが回転駆動される転がりねじ装置において、前記円錐ころ状転動体の小径側端面部が前記ねじ軸の外周面に形成された前記螺旋状軌道溝の溝面と対向するように前記円錐ころ状転動体を前記ねじ軸と前記ナット間に配置したことを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の転がりねじ装置においいて、前記転動体を前記螺旋状軌道溝に対して一定の姿勢に保持する保持ピースを前記ねじ軸と前記ナット間に設けたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図３は本発明の第１の実施形態を示す図であり、図１に示されるように、本発明の第１の実施形態に係る転がりねじ装置１０は、図中矢印Ａ方向に回転するねじ軸１１と、このねじ軸１１の回転により軸方向に相対移動するナット１２と、このナット１２に組み込まれた多数の転動体１３と、これらの転動体１３を循環させる転動体循環チューブ１４とを備えている。さらに、転がりねじ装置１０は転動体１３を後述する螺旋状軌道溝１６，１７に対して一定の姿勢に保持する連結式保持ピース１５（図２参照）を備えており、この保持ピース１５はねじ軸１１とナット１２との間に設けられている。
【００１２】
前記ねじ軸１１は軸方向に直交する断面が円形に形成されており、このねじ軸１１の外周面には、螺旋方向が右ねじ回りの螺旋状軌道溝１６が形成されている。一方、ナット１２はねじ軸１１の外径より大きい内径を有しており、このナット１２の内周面には、螺旋方向が右ねじ回りの螺旋状軌道溝１７が形成されている。なお、ナット１２には図中左方から軸方向荷重Ｂが加わるようになっている。
【００１３】
螺旋状軌道溝１６，１７は、幅方向に沿う断面がほぼＶ字状に形成されている。また、これらの軌道溝１６，１７は互いに対向しており、ねじ軸１１またはナット１２の一方が回転すると、これに同期して転動体１３が軌道溝１６，１７間を転動するようになっている。
転動体１３は、円錐ころ状に形成されている。また、転動体１３はその大径端面部１３ａを螺旋状軌道溝１６の溝面１６ａに対向させてねじ軸１１とナット１２との間に配置されている。さらに、転動体１３は、図３に示すように、転動体１３の周面部１３ｂに作用する接触荷重ＰＳ，ＰＮの転動体軸方向成分ＰＯと転動体１３の周面部１３ｂと軌道溝１６，１７の溝面との間に生じる滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２とのベクトル内積が負の値になるようにねじ軸１１とナット１２との間に配置されている。
【００１４】
前記保持ピース１５は、図２に示すように、ねじ軸１１またはナット１２のランド部１１ａ，１２ａ（図３参照）あるいは軌道溝１６，１７にガイドされて転動体１３と共に公転し、転動体１３の自転軸が保持ピースガイド面１５ａの進行方向に対する直交面に一定の姿勢を保つような転動体ポケット面１５ｂを有している。
【００１５】
このような構成において、ねじ軸１１を矢印Ａ方向に回転させると、図３に示すように、転動体１３の周面部１３ｃと軌道溝１６，１７の溝面との間に矢印方向の滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２が発生すると共に矢印方向の接触荷重ＰＳ，ＰＮが発生する。このとき、転動体１３の周面部１３ｃと軌道溝１６，１７の溝面との間に発生した接触荷重ＰＳ，ＰＮの転動体軸方向成分ＰＯは滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２の作用方向と逆方向に作用する。これにより、滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２によって転動体１３の小径端面部１３ｂと螺旋状軌道溝１７の溝面との間に発生する摩擦力が前述した従来の転がりねじ装置に比較して小さくなるので、転動体１３の軸方向滑りを抑制して動摩擦トルクを小さくすることができる。
【００１６】
また、ねじ軸１１が回転すると転動体１３の姿勢を変化させる摩擦力が転動体１３と軌道溝１６，１７との接触部に生じるが、上述した第１の実施形態では転動体１３が保持ピース１５によって一定の姿勢に保持されるので、転動体１３を滑らかに循環させることができる。
図４乃至図７は本発明の第２の実施形態を示す図であり、図４に示されるように、本発明の第２の実施形態に係る転がりねじ装置２０は、図中矢印Ｃ方向に回転するねじ軸２１と、このねじ軸２１の回転により軸方向に相対移動するナット２２と、このナット２２内に組み込まれた多数の転動体２３と、これらの転動体２３を循環させる転動体循環チューブ２４とを備えている。さらに、転がりねじ装置２０は転動体２３を後述する螺旋状軌道溝２６，２７に対して一定の姿勢に保持する分離式保持ピース２５（図５及び図６参照）を備えており、この保持ピース２５はねじ軸１１とナット１２との間に設けられている。
【００１７】
前記ねじ軸２１は軸方向に直交する断面が円形に形成されており、このねじ軸２１の外周面には、螺旋方向が右ねじ回りの螺旋状軌道溝２６が形成されている。一方、ナット２２はねじ軸２１の外径より大きい内径を有しており、このナット２２の内周面には、螺旋方向が右ねじ回りの螺旋状軌道溝２７が形成されている。なお、ナット２２には図中左方から軸方向荷重Ｂが加わるようになっている。
【００１８】
軌道溝２６，２７は、幅方向に沿う断面がほぼＶ字状に形成されている。また、これらの軌道溝２６，２７は互いに対向しており、ねじ軸２１またはナット２２が相対回転すると、これに同期して転動体２３が軌道溝２６，２７間を転動するようになっている。
転動体２３は、円錐ころ状に形成されている。また、転動体２３はその小径端面部２３ｂを螺旋状軌道溝２６の溝面２６ａに対向させてねじ軸２１とナット２２との間に配置されている。さらに、転動体２３は、図７に示すように、転動体２３の周面部２３ｃに作用する接触荷重ＰＳ，ＰＮの転動体軸方向成分ＰＯと転動体２３の周面部２３ｃと軌道溝２６，２７の溝面との間に生じる滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２とのベクトル内積が負の値になるようにねじ軸２１とナット２２との間に配置されている。
【００１９】
前記保持ピース２５は、ねじ軸２１またはナット２２のランド部２１ａ，２２ａ（図７参照）あるいは軌道溝２６，２７にガイドされて転動体２３と共に公転し、転動体２３の自転軸が保持ピースガイド面２５ａの進行方向に対する直交面に一定の姿勢を保つような転動体ポケット面２５ｂ，２５ｃを有している。
このような構成において、ねじ軸２１を矢印Ａ方向に回転させると、図７に示すように、転動体２３の周面部２３ｃと軌道溝２６，２７の溝面との間に矢印方向の滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２が発生すると共に矢印方向の接触荷重ＰＳ，ＰＮが発生する。このとき、転動体２３の周面部２３ｃと軌道溝２６，２７の溝面との間に発生した接触荷重ＰＳ，ＰＮの転動体軸方向成分ＰＯは滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２の作用方向と逆方向に作用する。これにより、滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２によって転動体２３の小径端面部２３ｂと螺旋状軌道溝１６の溝面との間に発生する摩擦力が前述した従来の転がりねじ装置に比較して小さくなるので、転動体２３の軸方向滑りを抑制して動摩擦トルクを小さくすることができる。
【００２０】
また、ねじ軸２１が回転すると転動体２３の姿勢を変化させる摩擦力が転動体２３と軌道溝２６，２７との接触部に生じるが、上述した第２の実施形態では転動体２３が保持ピース２５によって一定の姿勢に保持されるので、転動体２３を滑らかに循環させることができる。
図８及び図９は本発明の第３の実施形態を示す図であり、図８に示されるように、本発明の第３の実施形態に係る転がりねじ装置３０は、図中矢印Ａ方向に回転するねじ軸３１と、このねじ軸３１の回転により軸方向に相対移動するナット３２と、このナット３２内に組み込まれた多数の転動体３３と、これらの転動体３３を循環させる転動体循環チューブ３４とを備えている。
【００２１】
前記ねじ軸３１は軸方向に直交する断面が円形に形成されており、このねじ軸３１の外周面には、螺旋方向が左ねじ回りの螺旋状軌道溝３６が形成されている。一方、ナット３２はねじ軸３１の外径より大きい内径を有しており、このナット３２の内周面には、螺旋方向が左ねじ回りの螺旋状軌道溝３７が形成されている。なお、ナット３２には図中右方から軸方向荷重Ｄが加わるようになっている。
【００２２】
軌道溝３６，３７は、幅方向に沿う断面がほぼＶ字状に形成されている。また、これらの軌道溝３６，３７は互いに対向しており、ねじ軸３１またはナット３２が相対回転すると、これに同期して転動体３３が軌道溝３６，３７間を転動するようになっている。
転動体３３は、円錐ころ状に形成されている。また、転動体３３はその大径端面部３３ａを螺旋状軌道溝３６の溝面３６ａに対向させてねじ軸３１とナット３２との間に配置されている。さらに、転動体３３は、図９に示すように、転動体３３の周面部３３ｃに作用する接触荷重ＰＳ，ＰＮの転動体軸方向成分ＰＯと転動体３３の周面部３３ｃと軌道溝３６，３７の溝面との間に生じる滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２とのベクトル内積が負の値になるようにねじ軸３１とナット３２との間に配置されている。
【００２３】
このような構成において、ねじ軸３１を矢印Ａ方向に回転させると、図９に示すように、転動体３３の周面部３３ｃと軌道溝３６，３７の溝面との間に矢印方向の滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２が発生すると共に矢印方向の接触荷重ＰＳ，ＰＮが発生する。このとき、転動体３３の周面部３３ｃと軌道溝３６，３７の溝面との間に発生した接触荷重ＰＳ，ＰＮの転動体軸方向成分ＰＯは滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２の作用方向と逆方向に作用する。これにより、滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２によって転動体３３の小径端面部３３ｂと螺旋状軌道溝３７の溝面との間に発生する摩擦力が前述した従来の転がりねじ装置に比較して小さくなるので、転動体３３の軸方向滑りを抑制して動摩擦トルクを小さくすることができる。
【００２４】
図１０及び図１１は本発明の第４の実施形態を示す図であり、図１０に示されるように、本発明の第４の実施形態に係る転がりねじ装置４０は、図中矢印Ｃ方向に回転するねじ軸４１と、このねじ軸４１の回転により軸方向に相対移動するナット４２と、このナット４２内に組み込まれた多数の転動体４３と、これらの転動体４３を循環させる転動体循環チューブ４４とを備えている。
【００２５】
前記ねじ軸４１は軸方向に直交する断面が円形に形成されており、このねじ軸４１の外周面には、螺旋方向が左ねじ回りの螺旋状軌道溝４６が形成されている。一方、ナット４２はねじ軸４１の外径より大きい内径を有しており、このナット４２の内周面には、螺旋方向が左ねじ回りの螺旋状軌道溝４７が形成されている。なお、ナット４２には図中左方から軸方向荷重Ｄが加わるようになっている。
【００２６】
軌道溝４６，４７は、幅方向に沿う断面がほぼＶ字状に形成されている。また、これらの軌道溝４６，４７は互いに対向しており、ねじ軸４１またはナット４２が相対回転すると、これに同期して転動体４３が軌道溝４６，４７間を転動するようになっている。
転動体４３は、円錐ころ状に形成されている。また、転動体４３はその小径端面部４３ｂを螺旋状軌道溝４６の溝面４６ａに対向させてねじ軸４１とナット４２との間に配置されている。さらに、転動体４３は、図１１に示すように、転動体４３の周面部４３ｃに作用する接触荷重ＰＳ，ＰＮの転動体軸方向成分ＰＯと転動体４３の周面部４３ｃと軌道溝４６，４７の溝面との間に生じる滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２とのベクトル内積が負の値になるようにねじ軸４１とナット４２との間に配置されている。
【００２７】
このような構成において、ねじ軸４１を矢印Ａ方向に回転させると、図１１に示すように、転動体４３の周面部４３ｃと軌道溝４６，４７の溝面との間に矢印方向の滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２が発生すると共に矢印方向の接触荷重ＰＳ，ＰＮが発生する。このとき、転動体４３の周面部４３ｃと軌道溝４６，４７の溝面との間に発生した接触荷重ＰＳ，ＰＮの転動体軸方向成分ＰＯは滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２の作用方向と逆方向に作用する。これにより、滑り摩擦力Ｆ１，Ｆ２によって転動体４３の小径端面部４３ｂと螺旋状軌道溝４６の溝面との間に発生する摩擦力が前述した従来の転がりねじ装置に比較して小さくなるので、転動体４３の軸方向滑りを抑制して動摩擦トルクを小さくすることができる。
【００２８】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。たとえば、上述した各実施形態では転動体を循環させる転動体循環部材として転動体循環チューブを用いたが、転動体循環チューブの代わりに循環こまを用いてもよい。また、上述した各実施形態ではねじ軸を回転させてナットを軸方向に相対移動させる形式の転がりねじ装置に本発明を適用した場合を例示したが、ナットを回転させてねじ軸を軸方向に相対移動させる形式の転がりねじ装置にも本発明を適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３の発明に係る転がりねじ装置によれば、転動体の周面部に作用する接触荷重の転動体軸方向成分が転動体の周面部と螺旋状軌道溝との間に発生する滑り摩擦力の合力に対して逆方向に作用し、滑り摩擦力によって転動体の端面部と螺旋状軌道溝との間に発生する接触荷重が前述した従来の転がりねじ装置に比較して小さくなるので、転動体の軸方向滑りを抑制して動摩擦トルクを小さくすることができる。
請求項４の発明に係る転がりねじ装置によれば、転動体が保持ピースによって一定の姿勢に保持されるので、上述した効果に加え、転動体を滑らかに循環させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る転がりねじ装置の軸方向断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る転がりねじ装置の保持ピースを示す図である。
【図３】図１に示す転がりねじ装置の作用説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る転がりねじ装置の軸方向断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る転がりねじ装置の保持ピースを示す図である。
【図６】図５の保持ピースを矢印ＩＶ方向から見た図である。
【図７】図４に示す転がりねじ装置の作用説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る転がりねじ装置の軸方向断面図である。
【図９】図８に示す転がりねじ装置の作用説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る転がりねじ装置の軸方向断面図である。
【図１１】図１０に示す転がりねじ装置の作用説明図である。
【図１２】ボールねじ装置の軸方向断面図である。
【図１３】転動体として円筒ころを用いた転がりねじ装置の軸方向断面図である。
【符号の説明】
１１，２１，３１，４１　　ねじ軸
１２，２２，３２，４２　　ナット
１３，２３，３３，４３　　転動体
１３ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ　　大径端面部
１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ，４３ｂ　　小径端面部
１３ｃ，２３ｃ，３３ｃ，４３ｃ　　周面部
１４，２４，３４，４４　　転動体循環チューブ
１５，２５　　保持ピース
１６，２６，３６，４６　　螺旋状軌道溝
１７，２７，３７，４７　　螺旋状軌道溝
【図１】
2004100762.tif 000003
【図２】
2004100762.tif 000004
【図３】
2004100762.tif 000005
【図４】
2004100762.tif 000006
【図５】
2004100762.tif 000007
【図６】
2004100762.tif 000008
【図７】
2004100762.tif 000009
【図８】
2004100762.tif 000010
【図９】
2004100762.tif 000011
【図１０】
2004100762.tif 000012
【図１１】
2004100762.tif 000013
【図１２】
2004100762.tif 000014
【図１３】
2004100762.tif 000015