JP2008075804A - 遊星ローラねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理などによってリングギアに変形が生じてもそのリングギアをナットへ容易かつ精度良く組み込むことが可能な新規な遊星ローラねじ装置の提供。
【解決手段】遊星ローラねじ装置１００のナット２０端部のリングギア収容部５０に嵌合されるリングギア４１の外周面または前記リングギア収容部５０の内周面の一方、あるいは両面の嵌合端側にテーパー部４３，５１を形成する。これによって、熱処理などによってリングギア４０、４１に変形が生じてもそのリングギア４０，４１をナット２０へ容易かつ精度良く組み込むことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ボールねじ装置に代わりとしてあるいはボールねじ装置と共にステアリング装置や重量物移動用装置、加工用機械、精密位置決め装置などの送りねじ装置として使用可能な遊星ローラねじ装置に関するものである。

係る遊星ローラねじ装置は、例えば図５に示すように外周面に軸ねじを形成したねじ軸１０と、内周面にナットねじを形成したナット２０との間に、これら両ねじと噛み合う遊星ローラ３０を複数公転自在に備えたものであり、従来のボールねじ装置におけるボールの代わりに円周溝をもつ円筒ローラを配置し、一種の遊星歯車のような動きをできるようにした送りねじ装置である。

そして、従来のボールねじ装置におけるボールでは点接触であるが、ローラでは線接触となってより広い接触面をもつことができるため、ボールねじ装置のもつ低摩擦や高速性・高精度といった性質を維持しつつ、優れた振動減衰性や高い剛性といった特徴も兼ね備えることができる（特許文献１）。
また、同図に示すように、この遊星ローラ３０の両端には、それぞれ歯車３１，３１が設けられており、これら歯車３１，３１がナット２０両端部のリングギア（内歯歯車）４０，４０に噛み合うことで遊星ローラ３０がナット２０に対して軸方向に相対移動することなくねじ軸１０の周囲を公転するようになっている。

そして、このリングギア４０，４０は、図６に示すようにナット２０とは別個に加工された独立した部材から構成されており、これをナット２０の両端部にそれぞれ形成された環状のリングギア収容部５０，５０に嵌合させ、図５に示すようにスプリングピン７０などによってその回転と軸方向への移動が規制されるようになっている。
米国特許第２６８３３７９号明細書

ところで、このリングギア４０，４０は、遊星ローラ３０の歯車３１，３１と常時噛み合うようになっていることから、硬度を高くして耐摩耗性を向上させるために予め所定の熱処理が施されるようになっている。
しかしながら、このリングギア４０，４０は薄肉の部品であるため、熱処理を行った際に変形を起こし易く、その変形量が大きいと最悪の場合ナット２０への組み込みができないといったケースが生ずる。

すなわち、図７に示すようにこのリングギア４０，４０は、熱処理前は図示一点鎖線で示すように外径ｄ３の真円であっても、例えば熱処理を行う際に冷却速度が場所によって異なったりした場合には、その全体が変形し、図中実線に示すようにその全体が特に楕円形状（２次の円）や３つ山形状（３次の円）になり易い。また、金属材料自体も熱処理時のマルテンサイト変態によって膨張・収縮を起こすため、その変形がより一層増幅されてしまう傾向にある。

そのため、従来では、熱処理変形が生じてもナット２０への嵌め込みが可能なように熱処理後にそのリングギア４０外周面を正規の外径になるように再度に削り直しているが、この結果、その肉厚が場所によって異なってしまい、歯車の有効径を熱処理前の外周面を基準に加工していた場合には歯車の有効径も熱処理変形の受けて大きく変化してしまうという不都合が生じる。
また、熱処理後にリングギア４０外周面と歯車の両方の研削仕上げを行えば歯車の有効径を真円に近づけることができ、かつ歯車の有効径と外周面の同軸度を精度良く仕上げることができるが、大幅なコストアップとなってしまう。

さらに、安価に熱処理変形問題を解決するためには、熱処理変形後の外周面外接円径（最大径、以下同じ）ｄ５を予め実験などによって予測し、熱処理前のリングギア４０の外径を小さくしても良いが、その場合においてもリングギア４０の歯車有効径は熱処理変形を起こし、また、リングギア４０をナット２０に組み込んだ後には場所によって大きな隙間が生じてしまい、この隙間によってリングギア４０が不安定となり、故障の原因ともなる。
そこで、本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、その主な目的は、熱処理などによってリングギアに変形が生じてもそのリングギアをナットへ容易かつ精度良く組み込むことが可能な新規な遊星ローラねじ装置を提供するものである。

前記課題を解決するために請求項１の発明は、
外周面に軸ねじを形成したねじ軸と当該ねじ軸を囲繞する内周面にナットねじを形成した円筒状のナットとの間に外周面に前記軸ねじと前記ナットねじとに噛み合うローラねじを形成した複数の遊星ローラを備えると共に、当該ナットの端部に前記遊星ローラの公転を案内すべく環状のリングギアを備えた遊星ローラねじ装置であって、前記リングギアは、前記ナット端部の内周面に形成されたリングギア収容部に嵌合されるようになっていると共に、当該リングギアの外周面または前記リングギア収容部の内周面の一方、あるいは両面の嵌合端側にテーパー部が形成されていることを特徴とする遊星ローラねじ装置である。

また、請求項２の発明は、
請求項１に記載の遊星ローラねじ装置において、
前記リングギアは金属材料を所定形状に加工した後、所定の熱処理を施して形成されると共に当該熱処理後であって前記リングギア収容部に嵌合していない状態では、その外周面の最大径が前記リングギア収容部の内径より大きく、かつその円筒部外周面の平均径が前記リングギア収容部の内径より小さいことを特徴とする遊星ローラねじ装置である。

本発明によれば、リングギアの外周面または前記リングギア収容部の内周面の一方、あるいは両面の嵌合端側にテーパー部を形成したため、そのテーパー部先端と相手材との隙間が従来よりも大きくなって両者を簡単に嵌め合わせることができる。
また、このリングギアをそのリングギア収容部に嵌め込んだ後は、そのリングギアがリングギア収容部の形状に倣うように変形してその形状が矯正されるため、嵌め合わせた後にリングギアとリングギア収容部との間に大きな隙間などが生ずることもない。

従って、熱処理などによってリングギアに多少の変形が生じても、そのリングギアをナットに対して容易かつ精度良く組み込むことができる。
また、熱処理後にその変形具合などに応じてリングギアやリングギア収容部を再度削り直すなどといった加工も不要となるため、コストの上昇も抑えることができる。
また、さらにこのリングギアの熱処理後の寸法が、請求項２のような条件を満たせば、これらの効果に加えてナットへの組み付け後にリングギアとリングギア収容部との間に大きな隙間などが生じることがなくなり、信頼性の高い遊星ローラねじ装置を得ることができる。

次に、本発明に係る遊星ローラねじ装置１００の実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１および図２は、本発明に係る遊星ローラねじ装置１００の第１の実施の形態を示したものである。
図示するようにこの遊星ローラねじ装置１００は、外周面に軸ねじ１１が形成されたねじ軸１０と、このねじ軸１０を囲繞すると共にその内周面にナットねじ２１が形成された円筒状のナット２０と、このナット２０とねじ軸１０との間で転動する複数の遊星ローラ３０と、この遊星ローラ３０の両端に噛み合う一対のリングギア４１，４１とから主に構成されている。

この遊星ローラ３０は、ナット２０の軸と平行であってそのナット２０とほぼ同じ長さの軸部３３の周囲に、前記軸ねじ１１とナットねじ２１とに噛み合うローラねじ３２が設けられていると共にその両端に、それぞれ前記リングギア４１，４１の内歯４２、４２と噛み合う歯車３１，３１がそれぞれ一体的に形成されている。
一方、リングギア４１，４１は、外径ｄ３の環状の内歯歯車からなっており、それぞれナット２０の両端に形成された内径ｄ１の環状のリングギア収容部５０，５０に嵌合して組み込まれると共に、スプリングピン７０，７０によってその回転と軸方向への移動が規制されるようになっている。

そして、本実施の形態に係るリングギア４１，４１にあっては、図２に示すようにその外周面の嵌合端側に、これより縮径するようにテーパー部４３が形成された構造となっており、そのテーパー部４３の先端外径ｄ２は、リングギア収容部５０の内径ｄ１よりもかなり小さくなっている。
すなわち、このリングギア４１，４１は鋼材などの金属材料を所定の内歯歯車形状に加工した後、所定の熱処理を施して形成されるようになっており、その熱処理後であって前記リングギア収容部５０，５０に嵌合される前の寸法は、その外周面外接円径ｄ５（図７参照）がリングギア収容部５０，５０の内径ｄ１より大きく、かつそのテーパー部４１を除く円筒部４４の外周面の平均外径ｄ３がリングギア収容部５０，５０の内径ｄ１より小さくなっている。

従って、このリングギア４１，４１は、このままではリングギア収容部５０には嵌め合わせることは不可能であるが、そのテーパー部４３の先端外径ｄ２は、リングギア収容部５０の内径ｄ１よりもかなり小さくなっていることから、このテーパー部４３の先端部分は、容易にそのリングギア収容部５０内に嵌め込むことができる。
そのため、このテーパー部４３の先端部分をそのリングギア収容部５０内に嵌め合わせた後、専用の治具などによってそのリングギア４１をリングギア収容部５０内に圧入して組み付けることが可能となる。

これによって、熱処理などによって前記のようにその外周面外接円径ｄ５がリングギア収容部５０，５０の内径ｄ１より大きくなっていても、そのリングギア４１をリングギア収容部５０内に容易かつ確実に組み込むことができる。
また、このようにリングギア４１の円筒部４４の外周面平均外径ｄ３は、リングギア収容部５０，５０の内径ｄ１より小さくなっているため、これをリングギア収容部５０内に圧入して組み付ける際に、そのリングギア４１がクサビ効果によりリングギア収容部５０の形状に倣うように変形してその形状が矯正されるため、嵌め合わせた後にリングギア４１とリングギア収容部５０との間に大きな隙間などが生ずることもない。

また、リングギア４１の外周面を基準にしてその内歯４２の歯車加工を行った場合には、このリングギア４０の外周面の矯正に伴ってその内歯４２の有効径も真円形に矯正されることになるため、その作動も良好となり、送りねじ装置としての寿命も長くなる。
また、従来のように熱処理後にその変形具合などに応じてリングギア４１やリングギア収容部５０を再度削り直すなどといった加工も不要となるため、製造コストの上昇も抑えることができる。

なお、本実施の形態では、リングギア４１の外周面にテーパー部４３を形成するようにしたが、図３に示すようにリングギアは従来のものをそのまま用い、リングギア収容部５０の内周面端部側にこれよりも拡径するようにテーパー部５１を形成しても良い。すなわち、熱処理によってリングギア４０の外周面外接円径ｄ５がリングギア収容部５０の内径ｄ１よりも大きくなってしまっても、そのリングギア収容部５０のテーパー部５１の端部内径ｄ４をリングギア４０の外周面外接円径ｄ５よりも大きくすることでそのリングギア４０をリングギア収容部５０に容易かつ確実に嵌め込むことができる。

また、リングギア４１の外周面とリングギア収容部５０の内周面の両方にそれぞれテーパー部４３、５１を形成するようにしても良い。
また、このリングギア収容部５０は熱処理後に内径を研磨し、精度良く仕上げを行うことが望ましい。
また、リングギア４１の外周面円筒部４４とテーパー部４３はリングギア収容部５０の内周面と擦り合うことになるため、加工時の旋削目などが残っていると引っかかりが生じ、リングギア４１の圧入が困難となる。そのため、予めこれらの表面を研削加工あるいは紙ヤスリなどで滑らかに加工することが望ましい。

また、リングギア４１の外周面円筒部４４とテーパー部４３の境目、あるいはリングギア収容部５０の内周面円筒部５２とテーパー部５１との境目は、加工時のバリや段差などが生じ易く、これが圧入の邪魔になるため、このバリや段差なども同じく予め研削加工あるいは紙ヤスリなどで除去しておくことが望ましい。
また、本発明はリングギア４１の外周面の熱処理後の寸法に関してその円筒部外接円径がリングギア収容部５０の内周面の円径ｄ１より大きく、リングギア４１の外周面の円筒部平均円径ｄ３がリングギア収容部５０の内周面の円径ｄ１よりも小さいことを特徴としているが、リングギア４１の熱処理変形は、後述する実施例からも分かるようにバラツキが大きいため、製造ロット内でリングギア４１の円筒部外接円径ｄ５がリングギア収容部５０の内周面内径ｄ１よりも小さいものであっても構わない。

次に、本発明に係る具体的実施例を説明する。
図４は、実際に加工された金属製のリングギア４０（テーパー部なし），４１（テーパー部あり）に対して所定の熱処理を行い、その形状の変形量とナット２０のリングギア収容部５０への組み込み可能性を検討したものである。

（比較例１）
先ず、図４の下段部分に示すように、テーパー部を有しない従来例である比較例１は、リングギア４０の材料として「Ｓ４５Ｃ」を用いたものであり、熱処理前の外周面円筒部４４の円径ｄ３は、「１１５．９８ｍｍ」であったのに対し、熱処理（焼入れ・焼戻し、油冷）後の寸法は、変形により円筒部外接円径ｄ５（１１６．３３ｍｍ）およびその平均円径ｄ３（１１６．０９ｍｍ）ともにリングギア収容部５０の内周面内径ｄ１（１１６．０２ｍｍ）よりも大きくなってしまい、そのリングギア収容部５０にリングギア４０を嵌め込むことができない。

（比較例２）
また、同じく従来例である比較例２の場合も熱処理後は、変形によりその円筒部外接円径ｄ５がリングギア収容部５０の内周面内径ｄ１よりも大きくなってしまった。
なお、本例では、そのリングギア４０の円筒部平均円径ｄ３（１１５．９７ｍｍ）については、そのリングギア収容部５０の内周面内径ｄ１よりも小さいため、治具などを用いて強制的に圧入すればそのリングギア４０をリングギア収容部５０に嵌め込むことは可能であるが、その作業は容易でなく組立性が極めて悪い。

（比較例３）
また、同じく従来例である比較例３の場合は、熱処理後の変形はその円筒部外接円径ｄ５および円筒部平均円径ｄ３ともにリングギア収容部５０の内周面内径ｄ１よりも小さかったため、そのリングギア収容部５０に対する嵌め込み自体は可能であった。
しかしながら、本例の場合はそもそも熱処理前のリングギアの外周面円筒部４４の円径が「１１５．６８ｍｍ」と、比較例１および２よりもかなり小さかったため、変形後の円筒部内接円径（最小径）ｄ６（図７参照）が「１１５．４２ｍｍ」となり、組み付け後にリングギア収容部５０との間に所々に大きな隙間ができてしまうという新たな問題が生ずる。
すなわち、リングギア４０とリングギア収容部５０との隙間が大きいとリングギア４０がリングギア収容部５０のなかで遊びをもってしまったり、また、組み付け後の両者の同軸度を許容値内に収めることができなくなってしまい、遊星ローラ３０の作動不良や騒音の増大、あるいは早期破損を招いてしまうという問題が生ずる。

（比較例４）
また、同じく従来例である比較例４の場合は、リングギアの材料として「ＳＵＳ４４０Ｃ」を用いると共に熱処理として真空焼入れ（窒素ガス冷却）を行ったものであり、「Ｓ４５Ｃ」を用いた前記比較例１〜３の場合と同様に熱処理後に変形を生じるが、その変形量は前記各例に比べて小さく抑えることができる。
また、前記各例では熱処理によってリングギアの平均円径ｄ３が膨張するのに対し、リングギアの材料として「ＳＵＳ４４０Ｃ」を用いた本例の場合は、熱処理によってリングギアの平均円径ｄ３が収縮する（小さくなる）のが特徴である。そのため、本例の場合も比較例３と同様にリングギア収容部５０に対する嵌め込み自体は可能であるが、加工前のリングギアの寸法が適切でない（１１５．８７ｍｍ）ため、リングギア４０とリングギア収容部５０との間に大きな隙間が生じてしまうといった問題が生じる。

（実施例１）
これに対し、外周面にテーパー部４３を形成したリングギア４１を用いる本発明に係る実施例１の場合は、図４の上段部分に示すように、そのリングギア４１の外周面の円筒部円径が熱処理後には「１１５．８７ｍｍ」から最大で「１１６．２４ｍｍ」となってしまい、比較例１と同じくリングギア収容部５０の内径ｄ１（１１６．０２ｍｍ）よりも大きくなってしまったが、そのテーパー部４３の外接円径ｄ２（１１５．７６ｍｍ）および円筒部平均円径ｄ３（１１５．９９ｍｍ）は、いずれもリングギア収容部５０の内周面内径ｄ１よりも小さいため、圧入によって容易にそのリングギア収容部５０に嵌合することができる。

（実施例２）
また、同じく本発明に係る実施例２は、そのテーパー部４３の円径が実施例１よりも大きくなっているが、熱処理後のテーパー部４３の外接円径ｄ２（１１５．８８ｍｍ）および円筒部平均円径（１１５．９８ｍｍ）に関しては、同じくいずれもリングギア収容部５０の内径よりも小さいため、実施例１と同様に圧入により容易にそのリングギア収容部５０に嵌合することができる。

（実施例３）
また、同じく本発明に係る実施例３は、前記比較例４と同様にリングギア４１の材料として「ＳＵＳ４４０Ｃ」を用いると共に熱処理として真空焼入れ（窒素ガス冷却）を行ったものであり、本例の場合も前記実施例１および２に比べて熱処理後の変形を小さく抑えることができる。
また、前記比較例４と同様に熱処理によってリングギア４１の平均円径が収縮したが、加工前のリングギアの寸法が熱収縮を考慮した適切なサイズ（１１６．０７ｍｍ）であったため、実施例１と同様に圧入により容易にそのリングギア収容部５０に嵌合できただけでなく、リングギア４１とリングギア収容部５０との間に大きな隙間が生じることもなく精度良く組み付けることができる。

本発明に係る遊星ローラねじ装置の実施の一形態を示す一部破断断面図である。 本発明に係る遊星ローラねじ装置を構成するナットおよびリングギアの実施の一形態を示す一部破断断面図である。 本発明に係る遊星ローラねじ装置を構成するナットおよびリングギアの他の実施の形態を示す一部破断断面図である。 実際に加工されたリングギアに対して所定の熱処理を行い、その熱処理前後のリングギア外周面の寸法変化などを示した表図である。 従来の遊星ローラねじ装置の一例を示す一部破断断面図である。 従来の遊星ローラねじ装置を構成するナットおよびリングギアの一例を示す一部破断断面図である。 熱処理前後のリングギアの変形状態を示す説明図である。

符号の説明

１００…遊星ローラねじ装置
１０…ねじ軸
２０…ナット
３０…遊星ローラ
４０…リングギア（テーパー部なし）
４１…リングギア（テーパー部あり）
４３…テーパー部（リングギア側）
５１…テーパー部（リングギア収容部側）
４４…リングギア円筒部

Claims (2)

1. 外周面に軸ねじを形成したねじ軸と、当該ねじ軸を囲繞する内周面にナットねじを形成した円筒状のナットとの間に、外周面に前記軸ねじと前記ナットねじとに噛み合うローラねじを形成した複数の遊星ローラを備えると共に、当該ナットの端部に前記遊星ローラの公転を案内すべく環状のリングギアを備えた遊星ローラねじ装置であって、
   前記リングギアは、前記ナット端部の内周面に形成されたリングギア収容部に嵌合されるようになっていると共に、当該リングギアの外周面または前記リングギア収容部の内周面の一方、あるいは両面の嵌合端側にテーパー部が形成されていることを特徴とする遊星ローラねじ装置。
2. 請求項１に記載の遊星ローラねじ装置において、
   前記リングギアは金属材料を所定形状に加工した後、所定の熱処理を施して形成されると共に当該熱処理後であって前記リングギア収容部に嵌合していない状態では、その外周面の最大径が前記リングギア収容部の内径より大きく、かつその円筒部外周面の平均径が前記リングギア収容部の内径より小さいことを特徴とする遊星ローラねじ装置。

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