JP2008069846A - Planetary roller screw device - Google Patents

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Yasumi Watanabe
靖巳 渡辺
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a planetary roller screw device having low friction on a sliding surface and excellent operation efficiency in conversion of rotary motion to axial linear motion. <P>SOLUTION: A planetary roller screw device is provided with a screw shaft 1 having a screw groove 1a formed on an outer circumference surface, a nut 2 having a screw groove 2a opposing to the screw groove 1a of the screw shaft 1 formed on an inner circumference surface, a roller row comprising a plurality of rollers 3 rollably put between both screw grooves 1a, 2a, and two gears 4, 4 fitted on the nut 2. Oil pockets comprising a lot of minute hollow parts are formed on at least one sliding surface of the screw groove 1a of the screw shaft 1, a screw groove 2a of the nut 2 and rolling surfaces 3a of the rollers 3. Arithmetical mean roughness Ra of a surface on which the oil pockets are formed is set to 0.4μm or less. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は遊星ローラねじ装置に関する。   The present invention relates to a planetary roller screw device.

従来の遊星ローラねじ装置としては、螺旋状のねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成されたナットと、両ねじ溝間に転動自在に介装された複数のローラからなるローラ列と、を備え、ローラ列のうち両端のローラを回転自在に支持する保持器がねじ軸とナットとの間に介装され、ローラ列のうち両端のローラに形成された歯と噛み合う歯車がねじ軸又はナットに嵌合されたものが知られている(例えば特許文献1を参照)。   Conventional planetary roller screw devices include a screw shaft having a helical thread groove formed on the outer peripheral surface, a nut having a screw groove facing the screw groove of the screw shaft formed on the inner peripheral surface, and a gap between both screw grooves. A roller row composed of a plurality of rollers that are rotatably mounted on the roller, and a cage that rotatably supports the rollers at both ends of the roller row is interposed between the screw shaft and the nut. 2. Description of the Related Art A gear in which gears meshing with teeth formed on rollers at both ends in a row are fitted to a screw shaft or a nut is known (see, for example, Patent Document 1).

米国特許第2683379号明細書US Pat. No. 2,683,379 特許第1594395号公報Japanese Patent No. 1594395 特許第3357661号公報Japanese Patent No. 3357661 特開2004−316699号公報JP 2004-316699 A

遊星ローラねじ装置は、ボールねじと比べて転動体とねじ溝との摩擦が大きいため(すなわち摺動面の摩擦が大きいため)、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率が低いという特有の問題点を有している。摩擦が大きくなる原因は以下の通りである。
まず、第一の原因として、滑りがあげられる。遊星ローラねじ装置においては、ローラが転動(自転)しながらねじ軸の周りを螺旋状に公転するが、ローラの進行方向と自転軸とが直角ではないので、ローラは軸方向に滑り運動をしている。ボールねじにおいては、転動体であるボールの進行方向と自転軸とがほぼ直角であるので、遊星ローラねじ装置ほどの大きな滑りは発生しない。
The planetary roller screw device has a lower friction efficiency between the rolling element and the screw groove than the ball screw (that is, because the friction of the sliding surface is large), so that the operation efficiency for converting the rotational motion into the linear motion in the axial direction is low. Has its own problems. The causes of increased friction are as follows.
First, the first cause is slippage. In the planetary roller screw device, the roller rolls (rotates) and revolves around the screw shaft in a spiral shape. However, since the roller traveling direction and the rotation shaft are not perpendicular, the roller slides in the axial direction. is doing. In the ball screw, since the traveling direction of the ball, which is a rolling element, and the rotation axis are substantially perpendicular, slipping as large as that of the planetary roller screw device does not occur.

次に、第二の原因として、摺動面の表面粗さがあげられる。ボールねじにおいては、ボールには超仕上げ加工が施されており、ボールが摺接する摺動面であるねじ溝には研削仕上げ加工が施されている場合が多いが、ボールの表面粗さはねじ溝のそれに比べて1/100程度の高精度に仕上げられているため、潤滑状態を比較的良好に保つことが可能である。これに対して、遊星ローラねじ装置においては、ローラ及びねじ溝ともに研削仕上げ加工が施されており、表面粗さが比較的粗いもの同士を摺接させているため、潤滑状態を良好に保つことが困難である。   Next, the second cause is the surface roughness of the sliding surface. In ball screws, the balls are super-finished, and the thread grooves, which are the sliding surfaces on which the balls come into sliding contact, are often subjected to grinding finish processing. Since it is finished with high accuracy of about 1/100 compared with that of the groove, it is possible to keep the lubrication state relatively good. On the other hand, in the planetary roller screw device, both the roller and the screw groove are subjected to grinding finish processing, and those having a relatively rough surface are brought into sliding contact with each other, so that the lubrication state is kept good. Is difficult.

このように、滑りが大きく且つ摺動面の表面粗さが粗いために、遊星ローラねじ装置はボールねじと比べて摺動面の摩擦が大きくなり、その結果作動効率が低くなる。特に、低速運転時においては油膜の形成が不十分となるため、高速運転時と比べて作動効率が低くなりやすい。この作動効率の低さは、発熱の増大や駆動装置の消費電力の増大を引き起こすおそれがある。
そこで、本発明は、上記のような従来の遊星ローラねじ装置が有する問題点を解決し、摺動面の摩擦が小さく、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率が優れた遊星ローラねじ装置を提供することを課題とする。
As described above, since the sliding is large and the surface roughness of the sliding surface is rough, the planetary roller screw device has a friction on the sliding surface larger than that of the ball screw, resulting in lower operating efficiency. In particular, since the formation of an oil film becomes insufficient during low-speed operation, the operating efficiency tends to be lower than during high-speed operation. This low operating efficiency may cause an increase in heat generation and an increase in power consumption of the drive device.
Accordingly, the present invention solves the problems of the conventional planetary roller screw device as described above, and the planetary roller excellent in operating efficiency for converting the rotational motion into the linear linear motion with small friction on the sliding surface. It is an object to provide a screw device.

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項1の遊星ローラねじ装置は、螺旋状に連続するねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成されたナットと、前記両ねじ溝間に転動自在に介装された複数のローラと、を備え、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転運動により、前記ローラの転動を介して、前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向へ相対移動するようになっている遊星ローラねじ装置において、前記ねじ軸のねじ溝,前記ナットのねじ溝,及び前記ローラの転動面の少なくとも一つに、算術平均粗さRaが0.05μm超過0.4μm以下となるように多数の微小凹部からなる油溜まりを形成したことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, in the planetary roller screw device according to the first aspect of the present invention, a screw shaft in which a spirally continuous screw groove is formed on the outer peripheral surface, and a screw groove facing the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface. A formed nut and a plurality of rollers interposed so as to be freely rollable between the both screw grooves, and by the relative rotation movement of the screw shaft and the nut, via the rolling of the roller, In the planetary roller screw device in which the screw shaft and the nut move relative to each other in the axial direction, at least one of a screw groove of the screw shaft, a screw groove of the nut, and a rolling surface of the roller The oil reservoir is formed of a large number of minute recesses so that the arithmetic average roughness Ra is more than 0.05 μm and not more than 0.4 μm.

また、本発明に係る請求項2の遊星ローラねじ装置は、請求項1に記載の遊星ローラねじ装置において、前記油溜まりは100m/s以上の噴射速度でショット材を吹き付けるショットピーニングにより形成されたものであり、前記ショット材の硬さは、前記ショットピーニングを施す被処理面の硬さと同等以上で、粒径は40μm以上200μm以下であることを特徴とする。   The planetary roller screw device according to a second aspect of the present invention is the planetary roller screw device according to the first aspect, wherein the oil reservoir is formed by shot peening in which a shot material is sprayed at an injection speed of 100 m / s or more. The hardness of the shot material is equal to or greater than the hardness of the surface to be treated for shot peening, and the particle size is 40 μm or more and 200 μm or less.

さらに、本発明に係る請求項3の遊星ローラねじ装置は、請求項1又は請求項2に記載の遊星ローラねじ装置において、前記油溜まりは、種類の異なるショット材を用いた2つ以上のショットピーニングにより形成されたものであることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項4の遊星ローラねじ装置は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の遊星ローラねじ装置において、前記ローラの軸方向位置が前記軸又は前記ナットにより拘束されていて、前記軸及び前記ナットのうち前記ローラの軸方向位置を拘束していない方の部材と前記ローラとの一方又は両方に、前記油溜まりが形成されていることを特徴とする。
Furthermore, the planetary roller screw device according to claim 3 of the present invention is the planetary roller screw device according to claim 1 or 2, wherein the oil sump includes two or more shots using different types of shot materials. It is formed by peening.
Furthermore, the planetary roller screw device according to claim 4 of the present invention is the planetary roller screw device according to any one of claims 1 to 3, wherein the axial position of the roller is constrained by the shaft or the nut. In addition, the oil reservoir is formed in one or both of the shaft and the nut that are not constraining the axial position of the roller and the roller.

本発明の遊星ローラねじ装置は、摺動面の摩擦が小さく、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率が優れている。   The planetary roller screw device of the present invention has a small friction on the sliding surface, and is excellent in operating efficiency for converting a rotational motion into an axial linear motion.

本発明に係る遊星ローラねじ装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態である遊星ローラねじ装置を軸方向に平行な平面で破断した断面図である。なお、以降の説明に用いる各図においては、同一又は相当する部分には同一の符号を付してある。
図1に示すように、本実施形態の遊星ローラねじ装置は、螺旋状に連続する断面略V字状のねじ溝1aが外周面に形成されたねじ軸1と、ねじ軸1のねじ溝1aに対向する断面略V字状のねじ溝2aが内周面に形成されたナット2と、両ねじ溝1a,2a間に転動自在に介装された複数のローラ3からなるローラ列と、ナット2の内周面に嵌合された2つの歯車4,4と、を備えている。
An embodiment of a planetary roller screw device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a planetary roller screw device according to an embodiment of the present invention, taken along a plane parallel to the axial direction. In the drawings used for the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
As shown in FIG. 1, the planetary roller screw device of the present embodiment includes a screw shaft 1 having a substantially V-shaped screw groove 1 a formed in a spiral shape on the outer peripheral surface, and a screw groove 1 a of the screw shaft 1. A roller array comprising a nut 2 having a substantially V-shaped thread groove 2a opposed to the inner peripheral surface thereof, and a plurality of rollers 3 interposed between the thread grooves 1a and 2a so as to be able to roll. And two gears 4 and 4 fitted to the inner peripheral surface of the nut 2.

前記ローラ列の外周面は、両ねじ溝1a,2aに噛み合うようなねじ状に形成されており、両ねじ溝1a,2a及びローラ3のねじれ方向は、全て同じ方向である。ねじ軸1,ナット2,及びローラ3の材質は特に限定されるものではないが、SCM415H等のような鋼が好ましい。
歯車4,4は、軸方向に離れて配されており、前記ローラ列のうち両端のローラ3’,3’に形成された歯6とそれぞれ噛み合っている。そして、ねじ軸1とナット2との相対回転運動により、ローラ3の転動を介して、ねじ軸1とナット2とが軸方向へ相対移動するようになっている。
The outer peripheral surface of the roller row is formed in a screw shape so as to mesh with both screw grooves 1a, 2a, and the screw threads 1a, 2a and the roller 3 are all twisted in the same direction. The material of the screw shaft 1, nut 2, and roller 3 is not particularly limited, but steel such as SCM415H is preferable.
The gears 4 and 4 are disposed apart from each other in the axial direction, and mesh with the teeth 6 formed on the rollers 3 ′ and 3 ′ at both ends of the roller train. The screw shaft 1 and the nut 2 are moved relative to each other in the axial direction through the rolling of the roller 3 by the relative rotational movement of the screw shaft 1 and the nut 2.

この遊星ローラねじ装置には2つの環状保持器5,5が備えられており、ねじ軸1とナット2との間で且つ両端のローラ3’,3’の軸方向外側に介装されている。環状保持器5,5には周方向に沿って複数のローラ支持孔5aが設けられており、両端のローラ3’,3’に設けられた軸方向外側に突出する突起7をローラ支持孔5aに挿通することにより、環状保持器5,5はローラ3’,3’を回転自在に支持している。なお、ローラ支持孔5aは、貫通孔であってもよいし、有底孔であってもよい。   This planetary roller screw device is provided with two annular cages 5 and 5 and is interposed between the screw shaft 1 and the nut 2 and outside the rollers 3 ′ and 3 ′ at both ends in the axial direction. . The annular cages 5 and 5 are provided with a plurality of roller support holes 5a along the circumferential direction, and the protrusions 7 projecting outward in the axial direction provided in the rollers 3 ′ and 3 ′ at both ends are provided in the roller support holes 5a. The annular cages 5 and 5 support the rollers 3 ′ and 3 ′ so as to be rotatable. The roller support hole 5a may be a through hole or a bottomed hole.

さらに、ナット2における環状保持器5,5の軸方向外側には、環状保持器5,5と接触するように抜け止めリング9が取り付けられていて、ローラ3’の突起7が環状保持器5のローラ支持孔5aから抜けることが防止されている。また、抜け止めリング9は、環状保持器5がナット2に対して軸方向に位置ズレしたり、環状保持器5が遊星ローラねじ装置から脱落することを防ぐ機能も有している。この抜け止めリング9は、ナット2と一体のものでもよいし、別体の部材でもよい。   Further, a retaining ring 9 is attached to the nut 2 on the outer side in the axial direction of the annular cages 5 and 5 so as to contact the annular cages 5 and 5, and the protrusion 7 of the roller 3 ′ is connected to the annular cage 5. Is prevented from coming out of the roller support hole 5a. The retaining ring 9 also has a function of preventing the annular retainer 5 from being displaced in the axial direction relative to the nut 2 and preventing the annular retainer 5 from falling off the planetary roller screw device. The retaining ring 9 may be integral with the nut 2 or may be a separate member.

さらに、ねじ軸1のねじ溝1a,ナット2のねじ溝2a,及びローラ3の転動面3aの少なくとも一つの摺動面には、多数の微小凹部からなる油溜まり(図示せず)が形成されており、油溜まりが形成されている面の算術平均粗さRaは0.05μm超過0.4μm以下とされている。油溜まりを構成する微小凹部の形状は特に限定されるものではないが、図2に示すような断面円弧状の凹面からなる凹部が好ましい。   Further, an oil sump (not shown) made up of a number of minute recesses is formed on at least one sliding surface of the screw groove 1a of the screw shaft 1, the screw groove 2a of the nut 2, and the rolling surface 3a of the roller 3. The arithmetic mean roughness Ra of the surface on which the oil sump is formed is 0.05 μm and 0.4 μm or less. The shape of the minute concave portion constituting the oil reservoir is not particularly limited, but a concave portion having a concave surface having an arcuate cross section as shown in FIG. 2 is preferable.

本実施形態の遊星ローラねじ装置は、潤滑油を保持する油溜まりを摺動面に備えているので、摺動面間に油膜が十分に形成されて潤滑状態が良好に保たれる。そのため、摺動面の摩擦が小さく、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率が優れている。作動効率が優れているので、発熱や焼付きが抑制され、駆動装置の消費電力も抑えられる。さらに、摩擦が低減されるため、摩耗も生じにくい。   Since the planetary roller screw device of the present embodiment is provided with an oil reservoir for holding lubricating oil on the sliding surface, an oil film is sufficiently formed between the sliding surfaces, and the lubrication state is kept good. Therefore, the friction of the sliding surface is small, and the operation efficiency for converting the rotational motion into the linear motion in the axial direction is excellent. Since the operation efficiency is excellent, heat generation and seizure are suppressed, and the power consumption of the drive device is also suppressed. Furthermore, since friction is reduced, wear is less likely to occur.

粘度の低い潤滑油を用いた場合、又は、粘度が高い潤滑油を用いても高温となった場合には、油膜の形成が不十分となるため金属接触により摩擦が生じやすくなり、特に低速運転時には摩擦が生じやすい。しかしながら、摺動面に油溜まりが形成されていれば、上記のような油膜の形成が不十分となりやすい条件下であっても摺動面間に油膜が十分に形成されるので、摺動面の摩擦が小さい。よって、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率が優れている。   When a low viscosity lubricant is used, or when a high viscosity is used even when a high viscosity lubricant is used, the formation of an oil film becomes insufficient and friction is likely to occur due to metal contact, especially at low speeds. Sometimes friction is likely to occur. However, if an oil reservoir is formed on the sliding surface, an oil film is sufficiently formed between the sliding surfaces even under conditions where the formation of the oil film is likely to be insufficient. The friction of is small. Therefore, the operation efficiency which converts rotational motion into axial linear motion is excellent.

油溜まりを形成する方法は特に限定されるものではないが、ショット材を吹き付けるショットピーニングが好ましい。ショットピーニングの条件は特に限定されるものではないが、ショット材の噴射速度は100m/s以上であることが好ましい。噴射速度が100m/s未満であると、ショット材の運動エネルギーが不足し良好な表面粗さが得られないという不都合が生じるおそれがある。また、ショット材の材質は、金属やセラミックが好ましい。   The method for forming the oil reservoir is not particularly limited, but shot peening in which a shot material is sprayed is preferable. The conditions for shot peening are not particularly limited, but the shot material injection speed is preferably 100 m / s or more. If the injection speed is less than 100 m / s, there is a risk that the kinetic energy of the shot material is insufficient and a favorable surface roughness cannot be obtained. The material of the shot material is preferably metal or ceramic.

さらに、ショット材の硬さは、ショットピーニングを施す被処理面(摺動面)の硬さと同等以上であることが好ましく、ショット材の粒径は40μm以上200μm以下であることが好ましい。ショット材の粒径が40μm未満であると、処理時間が長くなるという不都合が生じるおそれがあり、200μm超過であると算術平均粗さRaを0.4μm以下とすることが困難となるという不都合が生じるおそれがある。   Furthermore, the hardness of the shot material is preferably equal to or greater than the hardness of the surface to be treated (sliding surface) on which shot peening is performed, and the particle size of the shot material is preferably 40 μm or more and 200 μm or less. If the particle size of the shot material is less than 40 μm, there is a possibility that the processing time becomes long, and if it exceeds 200 μm, it is difficult to make the arithmetic average roughness Ra 0.4 μm or less. May occur.

ただし、この油溜まりは、1つのショットピーニングにより形成するよりも、種類の異なるショット材を用いた2つ以上のショットピーニングにより形成する方が好ましい。一例として、2つのショットピーニングにより油溜まりを形成する方法を説明する。まず、第一ショットピーニングとして、比較的尖鋭な部分を表面に有する炭化ケイ素粉末をショット材として用いたショットピーニングを施す。これにより、摺動面に過剰なショットピーニングが施され微小凹部と微小凸部が形成されるため、算術平均粗さRaが0.4μmを超えて1μm近くになる。これでは金属接触が生じやすくなるので、ここに第二ショットピーニングを施す。第二ショットピーニングでは、表面が比較的滑らかなアルミナ粉末,シリカビーズをショット材として用い、前述の微小凸部を平坦化する。微小凹部はそのまま残るため、平坦な部分が多く形成されるとともに深い微小凹部を形成することができる。   However, it is preferable to form the oil reservoir by two or more shot peenings using different types of shot materials, rather than by one shot peening. As an example, a method for forming an oil sump by two shot peenings will be described. First, as the first shot peening, shot peening is performed using silicon carbide powder having a relatively sharp portion on the surface as a shot material. As a result, excessive shot peening is applied to the sliding surface to form minute concave portions and minute convex portions, so that the arithmetic average roughness Ra exceeds 0.4 μm and is close to 1 μm. Since metal contact is likely to occur, second shot peening is performed here. In the second shot peening, alumina powder and silica beads having a relatively smooth surface are used as a shot material, and the above-mentioned minute projections are flattened. Since the minute recesses remain as they are, many flat portions can be formed and deep minute recesses can be formed.

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、油溜まりを形成する摺動面は特に限定されるものではなく、ねじ軸1のねじ溝1a,ナット2のねじ溝2a,及びローラ3の転動面3aのうちいずれか一つの摺動面に形成してもよいし、前記三つの摺動面のうち二つに形成してもよいし、前記三つの摺動面全てに形成してもよい。   In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. For example, the sliding surface that forms the oil reservoir is not particularly limited, and any one of the sliding groove 1a of the screw shaft 1, the thread groove 2a of the nut 2, and the rolling surface 3a of the roller 3 is slid. It may be formed on a surface, may be formed on two of the three sliding surfaces, or may be formed on all three sliding surfaces.

ただし、本実施形態の遊星ローラねじ装置のようにローラ3の軸方向位置がナット2によって拘束されている場合(ナット2に嵌合された2つの歯車4,4とローラ列のうち両端のローラ3’,3’に形成された歯6とが噛み合っているため、ローラ3の軸方向位置がナット2によって拘束されている)には、ローラ3の軸方向位置を拘束していない方の部材であるねじ軸1とローラ3との一方又は両方に、すなわち、ねじ軸1のねじ溝1aとローラ3の転動面3aとの一方又は両方に、油溜まりを形成することが好ましい。   However, when the axial position of the roller 3 is restrained by the nut 2 as in the planetary roller screw device of this embodiment (the two gears 4 and 4 fitted to the nut 2 and the rollers at both ends of the roller train) Since the teeth 6 formed on the 3 ′ and 3 ′ mesh with each other, the axial position of the roller 3 is constrained by the nut 2). It is preferable to form an oil reservoir in one or both of the screw shaft 1 and the roller 3, that is, in one or both of the thread groove 1 a of the screw shaft 1 and the rolling surface 3 a of the roller 3.

そうすれば、摺動面の摩擦がより小さくなるため、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率がより優れたものとなる。これは、ローラ3とナット2との関係はハスバ歯車と同様となるためローラ3はナット2に対してほぼ転がり運動をしていることになるが、ローラ3はねじ軸1に対して周方向への転がり運動とともに軸方向への滑り運動をしているためであると考えられる。摩擦の多くはローラ3とねじ軸1との滑り運動によるので、ねじ軸1のねじ溝1aとローラ3の転動面3aとの一方又は両方に油溜まりを形成すれば、摩擦を小さくすることができる。   Then, since the friction of the sliding surface becomes smaller, the operation efficiency for converting the rotational motion into the linear motion in the axial direction becomes better. This is because the relationship between the roller 3 and the nut 2 is the same as that of the helical gear, so that the roller 3 is almost rolling with respect to the nut 2, but the roller 3 is circumferential with respect to the screw shaft 1. This is considered to be due to the sliding motion in the axial direction along with the rolling motion. Since most of the friction is due to the sliding motion between the roller 3 and the screw shaft 1, the friction can be reduced by forming an oil reservoir in one or both of the thread groove 1a of the screw shaft 1 and the rolling surface 3a of the roller 3. Can do.

反対に、図3に示す遊星ローラねじ装置のようにローラ3の軸方向位置がねじ軸1によって拘束されている場合(ねじ軸1に嵌合された2つの歯車4,4とローラ列のうち両端のローラ3’,3’に形成された歯とが噛み合っているため、ローラ3の軸方向位置がねじ軸1によって拘束されている)には、ローラ3の軸方向位置を拘束していない方の部材であるナット2とローラ3との一方又は両方に、すなわち、ナット2のねじ溝2aとローラ3の転動面3aとの一方又は両方に、油溜まりを形成することが好ましい。   On the other hand, when the axial position of the roller 3 is constrained by the screw shaft 1 as in the planetary roller screw device shown in FIG. 3 (the two gears 4 and 4 fitted to the screw shaft 1 and the roller train). Since the teeth formed on the rollers 3 ′ and 3 ′ at both ends mesh with each other, the axial position of the roller 3 is not constrained by the screw shaft 1). It is preferable to form an oil reservoir in one or both of the nut 2 and the roller 3 which are the other members, that is, in one or both of the thread groove 2a of the nut 2 and the rolling surface 3a of the roller 3.

上記の場合と同様に、ローラ3とねじ軸1との関係はハスバ歯車と同様となるためローラ3はねじ軸1に対してほぼ転がり運動をしていることになるが、ローラ3はナット2に対して周方向への転がり運動とともに軸方向への滑り運動をしている。摩擦の多くはローラ3とナット2との滑り運動によるので、ナット2のねじ溝2aとローラ3の転動面3aとの一方又は両方に油溜まりを形成すれば、摩擦を小さくすることができる。   As in the case described above, the relationship between the roller 3 and the screw shaft 1 is the same as that of the helical gear, so that the roller 3 is almost rolling with respect to the screw shaft 1, but the roller 3 is a nut 2. On the other hand, it slides in the axial direction along with the rolling motion in the circumferential direction. Since most of the friction is due to the sliding motion between the roller 3 and the nut 2, the friction can be reduced by forming an oil reservoir in one or both of the thread groove 2a of the nut 2 and the rolling surface 3a of the roller 3. .

以下に、図3の遊星ローラねじ装置の構造を詳細に説明する。なお、図3の遊星ローラねじ装置の構成及び作用は、図1の遊星ローラねじ装置の場合とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。
図3の遊星ローラねじ装置は、螺旋状に連続する断面略V字状のねじ溝1aが外周面に形成されたねじ軸1と、ねじ軸1のねじ溝1aに対向する断面略V字状のねじ溝2aが内周面に形成されたナット2と、両ねじ溝1a,2a間に転動自在に介装された複数のローラ3からなるローラ列と、ねじ軸1に嵌合された2つの歯車4,4と、を備えている。前記ローラ列の外周面は、両ねじ溝1a,2aに噛み合うようなねじ状に形成されており、両ねじ溝1a,2aのねじれ方向は同じ方向であるが、ローラ3のねじれ方向は両ねじ溝1a,2aのねじれ方向とは逆方向である。
Hereinafter, the structure of the planetary roller screw device of FIG. 3 will be described in detail. The configuration and operation of the planetary roller screw device of FIG. 3 are almost the same as those of the planetary roller screw device of FIG.
The planetary roller screw device of FIG. 3 has a screw shaft 1 having a substantially V-shaped screw groove 1a formed on the outer peripheral surface thereof and a substantially V-shaped cross section facing the screw groove 1a of the screw shaft 1. The screw shaft 2 is fitted to a screw shaft 1 and a nut 2 having a screw groove 2a formed on the inner peripheral surface, a roller train composed of a plurality of rollers 3 interposed between the screw grooves 1a and 2a so as to be able to roll. Two gears 4 and 4 are provided. The outer peripheral surface of the roller row is formed in a screw shape so as to mesh with both screw grooves 1a and 2a, and the twist directions of both screw grooves 1a and 2a are the same, but the twist direction of the roller 3 is the both screws. The direction of twisting of the grooves 1a and 2a is opposite.

歯車4,4は、軸方向に離れて配されており、前記ローラ列のうち両端のローラ3’,3’に形成された歯とそれぞれ噛み合っている。また、ねじ軸1における環状保持器5,5の軸方向外側には、環状保持器5,5と接触するように抜け止めリング9が取り付けられていて、ローラ3’の突起7が環状保持器5のローラ支持孔5aから抜けることが防止されている。また、抜け止めリング9は、環状保持器5がねじ軸1に対して軸方向に位置ズレしたり、環状保持器5が遊星ローラねじ装置から脱落することを防ぐ機能も有している。この抜け止めリング9は、ねじ軸1と一体のものでもよいし、別体の部材でもよい。   The gears 4 and 4 are arranged apart from each other in the axial direction, and mesh with the teeth formed on the rollers 3 'and 3' at both ends of the roller train. Further, a retaining ring 9 is attached to the outer side in the axial direction of the annular cages 5 and 5 on the screw shaft 1 so as to come into contact with the annular cages 5 and 5, and the protrusion 7 of the roller 3 ′ is connected to the annular cage 5 is prevented from coming out of the roller support hole 5a. Further, the retaining ring 9 has a function of preventing the annular cage 5 from being displaced in the axial direction with respect to the screw shaft 1 and preventing the annular cage 5 from falling off the planetary roller screw device. The retaining ring 9 may be integral with the screw shaft 1 or may be a separate member.

〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。図1の遊星ローラねじ装置とほぼ同様の構成を有する遊星ローラねじ装置を用意して、その性能を評価した。使用した遊星ローラねじ装置の仕様は以下の通りである。
ねじ溝有効径:ねじ軸29.840mm、ナット50mm、ローラ10mm
リード :ねじ軸10mm、ナット10mm、ローラ2mm
条数 :ねじ軸5条、ナット5条、ローラ1条
有効噛み合い長さ:25mm
ローラの数 :6個
荷重 :3750N
潤滑油 :出光興産株式会社製のダフニー メカニックオイル68
〔Example〕
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. A planetary roller screw device having substantially the same configuration as that of the planetary roller screw device of FIG. 1 was prepared, and its performance was evaluated. The specifications of the planetary roller screw device used are as follows.
Effective thread groove diameter: 29.840 mm screw shaft, 50 mm nut, 10 mm roller
Lead: Screw shaft 10mm, nut 10mm, roller 2mm
Number of threads: 5 screw shafts, 5 nuts, 1 roller Effective meshing length: 25 mm
Number of rollers: 6 Load: 3750N
Lubricating oil: Daphne Mechanic Oil 68 manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.

このような遊星ローラねじ装置の摺動面に、下記のようなショットピーニングを施した。まず、ショット材として平均粒径45μmの炭化ケイ素粉末を用いた第一ショットピーニングを施し、微小凸部及び微小凹部を形成した。その条件は下記の通りである。
噴射速度:200m/s
噴射圧力:0.39MPa
噴射時間:10min
噴射距離:15〜40mm
The following shot peening was performed on the sliding surface of such a planetary roller screw device. First, first shot peening was performed using silicon carbide powder having an average particle diameter of 45 μm as a shot material to form minute convex portions and minute concave portions. The conditions are as follows.
Injection speed: 200m / s
Injection pressure: 0.39 MPa
Injection time: 10min
Injection distance: 15-40mm

なお、噴射距離とは、ショット材の噴射口と被処理材(摺動面)との間の距離である。第一ショットピーニングを施す前の算術平均粗さRaは0.4μm以下で最大高さRyは2〜3μmであったが、このような第一ショットピーニングにより過剰なショットピーニングが施されて、摺動面の光沢が失われ、算術平均粗さRaは0.4μm超過で最大高さRyは6μm以上となった。   The injection distance is a distance between the shot material injection port and the material to be processed (sliding surface). The arithmetic average roughness Ra before the first shot peening was 0.4 μm or less and the maximum height Ry was 2 to 3 μm. However, excessive shot peening was applied by such first shot peening, The gloss of the moving surface was lost, the arithmetic average roughness Ra exceeded 0.4 μm, and the maximum height Ry was 6 μm or more.

次に、第一ショットピーニングを施した摺動面に、ショット材として平均粒径45μmのシリカビーズを用いた第二ショットピーニングを施した。その条件は第一ショットピーニングの場合と同じである。第二ショットピーニングにより、第一ショットピーニングで生じた微小凸部が削り取られて平坦な部分が増加して(微小凹部はそのまま残り油溜まりとなる)、摺動面に光沢が戻り、算術平均粗さRaは0.4μm以下となった。   Next, the second shot peening was performed on the sliding surface subjected to the first shot peening using silica beads having an average particle diameter of 45 μm as a shot material. The conditions are the same as in the first shot peening. Due to the second shot peening, the minute projections generated by the first shot peening are scraped off and the flat parts increase (the minute depressions remain as oil pools), and the gloss is restored to the sliding surface. Ra was 0.4 μm or less.

このような摺動面に油溜まりが形成された遊星ローラねじ装置を駆動して、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率を測定した。なお、実施例1は、ローラの転動面のみに油溜まりが形成されたものであり、実施例2は、ねじ軸のねじ溝及びローラの転動面に油溜まりが形成されたものである。また、比較例は、油溜まりが形成されていないものである。   The planetary roller screw device in which the oil reservoir was formed on such a sliding surface was driven to measure the operation efficiency for converting the rotational motion into the linear motion in the axial direction. In Example 1, an oil sump is formed only on the rolling surface of the roller, and in Example 2, an oil sump is formed on the thread groove of the screw shaft and the rolling surface of the roller. . In the comparative example, an oil sump is not formed.

結果を図4のグラフに示す。比較例の遊星ローラねじ装置は、低速運転になるにしたがって作動効率が低下した。これに対して、実施例1の遊星ローラねじ装置は、低速運転時においても潤滑状態が良好であるため、比較例よりも作動効率が優れていた。また、実施例2の遊星ローラねじ装置は、ねじ軸のねじ溝及びローラの転動面に油溜まりが形成されているため、実施例1よりもさらに作動効率が優れていた。   The results are shown in the graph of FIG. The operation efficiency of the planetary roller screw device of the comparative example decreased as the operation speed decreased. In contrast, the planetary roller screw device of Example 1 was superior in operating efficiency to the comparative example because the lubrication state was good even during low-speed operation. In addition, the planetary roller screw device of Example 2 was more excellent in operating efficiency than Example 1 because oil pools were formed in the thread groove of the screw shaft and the rolling surface of the roller.

次に、実施例2の遊星ローラねじ装置において、第二ショットピーニングの処理時間(噴射時間)を変更することにより摺動面の算術平均粗さRaが種々異なるものを用意して、回転速度10rpmという低速運転時の作動効率を測定した。結果を図5のグラフに示す。その結果、算術平均粗さRaが0.4μm超過であると、作動効率が比較例と同レベルであった。第二ショットピーニングの処理時間が短すぎる場合は、第二ショットピーニングを行っていないもの(第一ショットピーニングのみを施したもの)と算術平均粗さRaがほぼ同レベルであるが、作動効率は比較例よりもむしろ悪かった。よって、第二ショットピーニングの処理時間は、算術平均粗さRaが0.4μm以下となるような時間とすることが好ましい。   Next, in the planetary roller screw device of the second embodiment, by changing the processing time (injection time) of the second shot peening, various slides having different arithmetic average roughness Ra are prepared, and the rotational speed is 10 rpm. The operating efficiency during low-speed operation was measured. The results are shown in the graph of FIG. As a result, when the arithmetic average roughness Ra exceeded 0.4 μm, the operating efficiency was the same level as that of the comparative example. When the processing time of the second shot peening is too short, the arithmetic average roughness Ra is substantially the same level as that of the one not subjected to the second shot peening (only the first shot peening), but the operating efficiency is It was worse than the comparative example. Therefore, the processing time for the second shot peening is preferably set to a time such that the arithmetic average roughness Ra is 0.4 μm or less.

なお、算術平均粗さRaの下限値は、ショットピーニングによらない軸受の軌道面の表面粗さとしてRa0.05μm超過が好ましく(例えば特開平10−311337号公報を参照)、図5のグラフの下限値であるRa0.15μm超過がより好ましい。また、第一ショットピーニングを施さず第二ショットピーニングを施しただけでは、深さが3μm以上あるような深い微小凹部は形成されず、このような遊星ローラねじ装置の作動効率は比較例とほとんど同レベルであった。   The lower limit value of the arithmetic average roughness Ra is preferably more than Ra 0.05 μm as the surface roughness of the raceway surface of the bearing not based on shot peening (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-311337). The lower limit Ra of more than 0.15 μm is more preferable. In addition, when only the second shot peening is performed without performing the first shot peening, a deep minute recess having a depth of 3 μm or more is not formed, and the operation efficiency of such a planetary roller screw device is almost the same as that of the comparative example. It was the same level.

本発明の一実施形態である遊星ローラねじ装置を軸方向に平行な平面で破断した断面図である。It is sectional drawing which fractured | ruptured the planetary roller screw apparatus which is one Embodiment of this invention by the plane parallel to an axial direction. 油溜まりを説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining an oil sump. 本実施形態の変形例の遊星ローラねじ装置を軸方向に平行な平面で破断した断面図である。It is sectional drawing which fractured | ruptured the planetary roller screw apparatus of the modification of this embodiment by the plane parallel to an axial direction. 遊星ローラねじ装置の運転速度(回転速度)と作業効率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the operating speed (rotational speed) of a planetary roller screw device, and work efficiency. 遊星ローラねじ装置の摺動面の算術平均粗さRaと作業効率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between arithmetic mean roughness Ra of the sliding surface of a planetary roller screw device, and working efficiency.

符号の説明Explanation of symbols

1 ねじ軸
1a ねじ溝
2 ナット
2a ねじ溝
3 ローラ
3’ 端のローラ
3a 転動面
4 歯車
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Screw shaft 1a Thread groove 2 Nut 2a Thread groove 3 Roller 3 'End roller 3a Rolling surface 4 Gear

Claims (4)

螺旋状に連続するねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成されたナットと、前記両ねじ溝間に転動自在に介装された複数のローラと、を備え、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転運動により、前記ローラの転動を介して、前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向へ相対移動するようになっている遊星ローラねじ装置において、
前記ねじ軸のねじ溝,前記ナットのねじ溝,及び前記ローラの転動面の少なくとも一つに、算術平均粗さRaが0.05μm超過0.4μm以下となるように多数の微小凹部からなる油溜まりを形成したことを特徴とする遊星ローラねじ装置。
A screw shaft in which a spiral groove is formed on the outer peripheral surface, a nut formed on the inner peripheral surface of the screw shaft opposite to the screw groove of the screw shaft, and a roll between the screw grooves. A plurality of interposed rollers, and the screw shaft and the nut move relative to each other in the axial direction through the rolling of the roller by the relative rotational movement of the screw shaft and the nut. In the planetary roller screw device,
At least one of the screw groove of the screw shaft, the screw groove of the nut, and the rolling surface of the roller is composed of a large number of minute recesses so that the arithmetic average roughness Ra exceeds 0.05 μm and is 0.4 μm or less. A planetary roller screw device characterized in that an oil reservoir is formed.
前記油溜まりは100m/s以上の噴射速度でショット材を吹き付けるショットピーニングにより形成されたものであり、前記ショット材の硬さは、前記ショットピーニングを施す被処理面の硬さと同等以上で、粒径は40μm以上200μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の遊星ローラねじ装置。   The oil reservoir is formed by shot peening in which shot material is sprayed at an injection speed of 100 m / s or more, and the hardness of the shot material is equal to or greater than the hardness of the surface to be treated to which shot peening is applied. The planetary roller screw device according to claim 1, wherein the diameter is 40 μm or more and 200 μm or less. 前記油溜まりは、種類の異なるショット材を用いた2つ以上のショットピーニングにより形成されたものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の遊星ローラねじ装置。   The planetary roller screw device according to claim 1 or 2, wherein the oil reservoir is formed by two or more shot peenings using different types of shot materials. 前記ローラの軸方向位置が前記軸又は前記ナットにより拘束されていて、前記軸及び前記ナットのうち前記ローラの軸方向位置を拘束していない方の部材と前記ローラとの一方又は両方に、前記油溜まりが形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の遊星ローラねじ装置。   The axial position of the roller is constrained by the shaft or the nut, and one or both of the roller and the member that does not constrain the axial position of the roller among the shaft and the nut, The planetary roller screw device according to any one of claims 1 to 3, wherein an oil sump is formed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010069162A1 (en) * 2008-12-16 2010-06-24 Xu Zhong Roller screw
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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