JPWO2005038301A1 - ローラねじ - Google Patents

Abstract

ローラねじは、外周面に螺旋状のローラ転走溝１ａが形成されたねじ軸１と、内周面にローラ転走溝１ａに対向する螺旋状の負荷ローラ転走溝２ａが形成されたナット部材２と、ローラ転走溝１ａと負荷ローラ転走溝２ａとの間に収容される複数のローラ６とを備える。複数のローラ６はクロス配列され、またその直径Ｄには、規定寸法よりも大きいオーバーサイズのものが用いられる。このようなローラねじによれば、ローラねじの構造に応じて最適に予圧を付与することができるので、ローラねじの剛性を向上することができる。

Description

本発明は、ねじ軸とナット部材との間に転がり運動可能にローラを介在させたローラねじに関する。

ねじ軸とナット部材との間に転がり運動可能にボールを介在させたボールねじが知られている。ボールは、ねじ軸の外周面に形成される螺旋状のボール転走溝とナット部材の内周面に形成される螺旋状の負荷ボール転走溝との間に介在される。ナット部材に対してねじ軸を相対的に回転させると、複数のボールがねじ軸のボール転走溝及びナット部材の負荷ボール転走溝上を転がる。

ボールねじを使用すると、ナット部材に対してねじ軸を回転させる際の摩擦係数を低減できるので、工作機械の位置決め機構、送り機構、あるいは自動車のステアリングギヤ等に実用化されている。しかし、ボールと該ボールの周囲のねじ軸のボール転走溝及びナット部材の負荷ボール転走溝との接触が点接触に近くなるので、ボールねじに加えられる許容荷重を大きくできないという欠点があった。

許容荷重を大きくすべく、ボールの替わりにローラを使用したローラねじが、例えば特許文献１，２に開示されている。

特開平１１−２１０８５８号公報 実開平６−８７７６４号公報

ローラねじは大きな荷重を加えられた状態で使用されることが多い。ローラねじに求められる性能のうち、欠かせないものとして剛性が挙げられる。ローラとローラ転走溝との間に隙間、いわゆるガタがあったり、あるいはガタをなくしたとしても剛性が不足していたりすると、ローラねじが組み込まれる機械が仕事を行うポイントが変位してしまい、正確さを欠いてしまう。また、早く運動した後に停止したときに機械が振動してなかなか静定しなくなってしまう。

転がり軸受の分野では、剛性を向上させるために、予圧を付与する技術が知られている。転動体としてローラを使用したローラねじは、例えば特許文献１及び２のように考案されてはいるものの未だ製品化されているものはなく、ローラねじに予圧を付与する技術も未だ開発されていない。

そこで本発明は、ローラねじの剛性を向上すべく、ローラねじの構造に応じて最適に予圧を付与することができるローラねじを提供することを目的とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。

上記課題を解決するために請求項１の発明は、外周面に断面Ｖ字形状の螺旋状のローラ転走溝（１ａ）が形成されたねじ軸（１）と、内周面に前記ローラ転走溝（１ａ）に対向する断面Ｖ字形状の螺旋状の負荷ローラ転走溝（２ａ）が形成されたナット部材（２）と、前記ローラ転走溝（１ａ）と前記負荷ローラ転走溝（２ａ）との間に収容される複数のローラ（６）と、を備え、前記複数のローラ（６）は、前記ねじ軸（１）の軸線方向の一方向（（１））の荷重を負荷するローラα群と、前記ローラの進行方向から見た状態で前記ローラα群とその軸線が直交するようにクロス配列され、前記一方向と反対方向（（２））の荷重を負荷するローラβ群とを有し、前記複数のローラ（６）の直径（Ｄ）には、前記ローラが転がる前記ローラ転走溝の壁面（１ａ）と、該壁面（１ａ）に対向し、前記ローラが転がる前記負荷ローラ転走溝の壁面（２ａ）との間の距離よりも大きいオーバーサイズのものが用いられることを特徴とする。

請求項２の発明は、外周面に断面Ｖ字形状の螺旋状のローラ転走溝（１ａ）が形成されたねじ軸（１）と、内周面に前記ローラ転走溝（１ａ）に対向する断面Ｖ字形状の螺旋状の負荷ローラ転走溝（２ａ）が形成されたナット部材（２）と、前記ローラ転走溝（１ａ）と前記負荷ローラ転走溝（２ａ）との間に収容される複数のローラ（６）と、を備え、前記ナット部材（２）の前記負荷ローラ転走溝（２ａ）は、前記ねじ軸（１）のピッチ（Ｐ１）よりもそのピッチが大きい中央溝（２２）と、中央溝（２２）の両側に形成され、前記ねじ軸（１）のピッチ（Ｐ１）とそのピッチが等しい一対の端部溝（２３，２４）とを有することを特徴とする。

請求項３の発明は、外周面に断面Ｖ字形状の螺旋状のローラ転走溝（１ａ）が形成されたねじ軸（１）と、内周面に前記ローラ転走溝（１ａ）に対向する断面Ｖ字形状の螺旋状の負荷ローラ転走溝（２ａ）が形成されたナット部材（２）と、前記ローラ転走溝（１ａ）と前記負荷ローラ転走溝（２ａ）との間に収容される複数のローラ（６）と、を備え、前記ナット部材（２）は、軸線方向に第１のナット部材（１２）と第２のナット部材（１２）とに分離され、前記第１のナット部材（１２）内に収容される複数の第１のナット用ローラ（６）、及び前記第２のナットに収容される複数の第２のナット用ローラ（６）それぞれに圧縮荷重を付与できるように、前記第１のナット部材（１２）と第２のナット部材（１２）の間にシム（１３）を介在させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、予圧を付与することによって、上述のようにローラα群及びローラβ群の双方が荷重を受けるようになるので、荷重を受けるローラ数が倍になる。このため作用する外力に対してナット部材内に存在するローラを有効に活かし、本来荷重を受けないローラも荷重を受けられるように負荷を分布させることができ、したがって剛性を向上させることができる。これに対し、仮にローラの直径に、ローラ転走溝の壁面と負荷ローラ転走溝の壁面との間の距離（規定寸法）よりも小さいものを用いると、軸線方向荷重を受けるローラはα群又はβ群の一方のみである。したがって、荷重を受けるローラ数が半分になってしまう。

請求項２の発明によれば、予圧を付与することによって剛性が高くなるローラねじが得られる。

請求項３の発明によれば、予圧を付与することによって剛性が高くなるローラねじが得られる。

図１は、本発明の一実施形態におけるローラねじを示す断面図である。 図２は、ねじ軸を示す側面図である。 図３は、ローラ転走溝及び負荷ローラ転走溝の詳細断面図である。 図４は、荷重と予圧による変位の関係を示すグラフである。 図５は、リターンパイプを示す図である。 図６は、ローラ間に介在されるスペーサを示す図である。 図７は、本発明の第２の実施形態におけるローラねじを示す断面図である。 図８は、本発明の第３の実施形態におけるナット部材の平面図である。 図９は、本発明の第３の実施形態におけるローラねじの拡大断面図である。

符号の説明

１ ねじ軸、１ａ ローラ転走溝、２ ナット部材、２ａ 負荷ローラ転走溝、６ ローラ、２２ 中央溝、２３，２４ 端部溝、１２，１２ 分離ナット（第１のナット部材，第２のナット部材）、１３シム。

図１は、本発明の一実施形態におけるローラねじを示す。ローラねじは、外周面に螺旋状のローラ転走溝１ａが形成されたねじ軸１と、内周面に前記ローラ転走溝１ａに対応する螺旋状の負荷ローラ転走溝２ａが形成されて、ねじ軸１に相対的に回転可能に組み付けられたナット部材２とを備える。ナット部材２には、ねじ軸１のローラ転走溝１ａとナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａとの間の負荷ローラ転走路３の一端と他端を繋ぐ戻し部材としてのリターンパイプ４が取り付けられる。リターンパイプ４の内部には軸線方向に沿って断面四角形、この実施形態では正方形のローラ戻し路５が形成される。

ねじ軸１のローラ転走溝１ａとナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａとの間の負荷ローラ転走路３、及びリターンパイプ４内のローラ戻し路５には複数のローラ６が配列・収容される。ねじ軸１のナット部材２に対する相対的な回転に伴って、ナット部材２がねじ軸１に対してねじ軸１の軸線方向に相対的に直線運動する。このときローラ６はローラ転走溝１ａと負荷ローラ転走溝２ａとの間を転がり運動する。負荷ローラ転走溝２ａの一端まで転がったローラ６は、リターンパイプ４内のローラ戻し路５に導かれ、数巻き前の負荷ローラ転走溝２ａの他端に戻される。これによりローラ６が負荷ローラ転走路３及びローラ戻し路５で構成されるローラ循環路を循環する。

図２はねじ軸１を示す。ねじ軸１の外周には所定のリードを有する螺旋状のローラ転走溝１ａが形成される。ローラ転走溝１ａの断面はＶ字形状でその開き角度は９０度に設定される。ねじには一条ねじ、二条ねじ、三条ねじ等様々なものを用いることができるが、この実施形態では二条ねじを用いている。

図３はねじ軸１のローラ転走溝１ａ及びナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａの詳細図を示す。ナット部材２にはローラ転走溝１ａに対向する螺旋状の負荷ローラ転走溝２ａが形成される。ナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａの断面もＶ字形状でその開き角度は９０度に設定される。ねじ軸１のローラ転走溝１ａのピッチとナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａのピッチはいずれも、溝の全長に渡って一定で等しい。ローラ転走溝１ａと負荷ローラ転走溝２ａとにより断面四角形、この実施形態では正方形の負荷ローラ転走路３が形成される。負荷ローラ転走路３には複数のローラ６が負荷ローラ転走路に沿って見た状態において隣接するローラ６の回転軸７，８が互いに直交するようにクロス配列される。

ボールねじではボールがねじ軸の軸線方向の一方向及び該一方向と反対の他方向の荷重を負荷する。これに対してローラ６は、その周面がローラ転走溝１ａの一方の壁面と該壁面に対向する負荷ローラ転走溝２ａの一方の壁面との間で圧縮されることで荷重を負荷するので、ねじ軸１の軸線方向の一方向の荷重しか負荷できない。本実施形態のようにローラ６をクロス配列することで、ねじ軸１の軸線方向の一方向（１）及び他方向（２）の荷重を負荷することができる。ねじ軸１の軸線方向の一方向（１）の荷重を負荷するローラをα群といい、他方向（２）の荷重を負荷するローラをβ群という。往復動のバランスを良くするために、α群のローラとβ群のローラの数は好ましくは同数とされる。

なお、この実施形態では、ローラαとローラβとは交互に、α，β，α，β，α，β，α，β…という具合に配列されているが、ローラα群ローラβ群とがあればこの他にもα，α，α…，β，β，β…という具合に配列されてもいいし、α，α，β，β，α，α，β，β…という具合に配列されてもよい。

ローラ６の直径Ｄは軸線方向の長さＬよりも大きい。ローラ６の直径Ｄには、ローラ転走溝１ａの壁面９と該壁面９に対向する負荷ローラ転走溝２ａの壁面１０との間の距離よりも大きい所謂オーバーサイズのものが用いられる。このため負荷ローラ転走路３内でローラは弾性変形していることになり、それに見合う荷重が予圧荷重としてナット部材２の内部に存在する。ローラ６は負荷ローラ転走路３内でクロス配列されているので、ローラ６からナット部材２に加わる荷重は隣接するローラ６，６で互いに反発する方向に作用する。初期状態では、各ローラ６には予圧荷重Ａが作用しており、上下左右方向に荷重が釣り合っている。この状態からナット部材２に軸線方向荷重Ｐを作用させ、ナット部材２が軸線方向にδ変位したとする。ナット部材２の変位によってローラα群の各ローラ６の荷重はＢだけ増えてＡ＋Ｂとなり、ローラβ群の各ローラの荷重はＣだけ減ってＡ−Ｃとなる。

図４はこの関係を詳しく示す。オーバーサイズのローラ６を挿入して予圧を付与しているので、初期状態でローラα群のローラはδ１だけ、ローラβ群のローラはδ２だけ、それぞれ弾性変形している。そのときに生じている荷重が予圧荷重でＡとなる。そこに軸線方向荷重Ｐが作用して軸線方向変位δを生じると、ローラα群では弾性変位線図に沿って変位が増加し、ローラβ群では弾性変位線図に沿って変位が減少していることになる。これによりローラα群に作用している荷重はＡ＋Ｂとなり、ローラβ群に作用している荷重はＡ−Ｃになる。したがって作用荷重ＰがＢとＣとに分けられ、ローラα群及びローラβ群に方向を変えて作用したことになる。この状態に変わっても内部荷重は釣り合っていなければならないので、簡略的に式で表すと、
（Ａ＋Ｂ）−（Ａ−Ｃ）−Ｐ＝０
∴Ｂ＋Ｃ＝Ｐ
となる。

予圧を付与することによって剛性が高くなるのは、荷重を受けるローラ数が増えて、一個あたりのローラ荷重が減ったことに因る。ローラ６の直径に規定寸法よりも小さい予圧の無いローラを用いると、軸線方向荷重を受けるローラ６はα群又はβ群の一方のみである。しかし、予圧を付与することによって、上述のようにローラα群及びローラβ群の双方が荷重を受けるようになるので、荷重を受けるローラ数が倍になる。このため作用する外力に対してナット部材２内に存在するローラ６を有効に活かし、本来荷重を受けないローラ６も荷重を受けられるように負荷を分布させることができる。

図３に示されるように、ねじ軸１のローラ転走溝１ａ及びナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａそれぞれの溝の底部には溝に沿ってさらに逃げ溝１ｂ，２ｂが形成される。ローラ６の上面と周囲面との交差部分、及び底面と周囲面との交差部分には丸み６ａが付けられている。ローラ６の軸線方向の寸法Ｌはローラ６の直径Ｄよりも小さいので、転がり運動しているときにローラ６が偏ってローラ６の丸み６ａが逃げ溝１ｂ，２ｂに接触することがある。ローラ６に予圧を与えるとこの偏り現象が生じ易い。ローラ６が偏ったとき抵抗が生じてローラ６の回転を妨げないように、逃げ溝１ｂ，２ｂの丸み半径はローラの丸み半径よりも大きく設定される。また逃げ溝１ｂ，２ｂを形成することで、Ｖ溝の尖った先端を切削加工する必要もなくなるので、切削の加工性も勿論向上する。

図５はナット部材２に取り付けられるリターンパイプ４を示す。ナット部材２には循環すべきローラ列に対応して複数のリターンパイプ４が取り付けられる。リターンパイプ４は、負荷ローラ転走路３の一端と他端とを繋ぎ、負荷ローラ転走路３の一端まで転がったローラ６を数巻き手前の負荷ローラ転走路３の他端に戻す。リターンパイプ４の内部には軸線方向に沿って断面正方形のローラ戻し路５が形成される。このリターンパイプ４は、直線状に延びる中央部１４と、中央部の両側に約９０°折り曲げられた１対の端部１５とを有し、その全体形状が門形に形成される。端部１５は曲率一定の円弧部１５ａと円弧部１５ａから伸びる直線状の先端部１５ｂとからなる。図５（ａ）に示されるように先端部１５ｂはねじ軸１の側方から見た状態において、リード角方向に、且つ互いに逆方向に傾けられる。また図５（ｃ）に示されるように、ねじ軸１の軸線方向から見た状態において、先端部１５ｂは負荷ローラ転走路の接線方向を向いている。リターンパイプ４をナット部材２に据え付け、リターンパイプ４の中央部１４を水平方向に配置した状態において、リターンパイプ４の端部の先端２８はねじ軸１の軸線を含む水平面１７まで伸びる。

クロスローラリングのような環状のローラ転走路に比べて、螺旋状の負荷ローラ転走路３ではローラ６の軸線がリード角分傾いている。円滑にローラを循環させるためには、ローラ６が負荷ローラ転走路３からリターンパイプ４内に導かれる際、またリターンパイプ４内から負荷ローラ転走路３に戻される際のローラ６の姿勢が極めて大事である。ローラ６の姿勢をリード角分傾けてリターンパイプ４から負荷ローラ転走路３へ戻すことで、リターンパイプ４から負荷ローラ転走路３へ入るときにローラ６の姿勢が変化することがなく（ローラ６の軸線が傾く所謂スキューが生じることがなく）、負荷ローラ転走路３にローラ６をすんなり戻すことができる。また負荷ローラ転走路３からリターンパイプ４内にローラ６をすんなり導くこともできる。

リターンパイプ４とねじ軸１のねじ山との干渉を避けるために、先端部１５ｂにはローラ６の軌道の中心線に沿ったアーチ形状の切れ目１８が形成される。ねじ軸１の軸線方向からみた切れ目１８の形状は円弧形状に形成される。また切れ目１８の内側にはねじ軸１の軸線方向から見た状態において、ねじ山の内部に入り込むローラ案内部１９が形成される。ローラ案内部１９の位置における、ローラ戻し路５の断面形状は四角形、この実施形態では正方形に形成される。ローラ案内部１９を設けることによってリターンパイプ４の軸線に直交する面でのローラ戻し路５の断面形状が正方形に形成される区間が長くなる。このため、断面正方形のローラ戻し路５が形成されていない隙間ｈを小さくすることができ、負荷ローラ転走路３とローラ戻し路５との断面形状の連続性をもたせることができる。

図６はローラ６間に介在されるスペーサ３１を示す。スペーサ３１の両端には、隣り合うローラ６の外周面に形状を合わせ、ローラ６の外周面に摺動自在に接触する曲面状凹部３１ａ，３１ａが形成される。曲面状凹部３１ａ，３１ａはローラをクロス配列できるように形成され、その曲率半径はローラ６の半径よりも若干大きく設定される。

図７は本発明の第２の実施形態におけるローラねじを示す。ねじ軸１，ナット部材２，ローラ６の基本的な構成は上記第１の実施形態と同様なので同一の符号を附してその説明を省略する。この実施形態では、ナット部材２の負荷ボール転走溝２ａの中央部分における中央溝２２の１ピッチＰ２が、ねじ軸のピッチＰ１よりも若干大きく設定される。また中央溝２２の両側の端部溝２３，２４のピッチＰ３はねじ軸のピッチＰ１と等しく設定される。

ナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａを上述のように形成することで、端部溝２３側におけるローラ６には図中（１）で示される予圧荷重（圧縮荷重）が付与され、端部溝２４側におけるローラ６には図中（２）で示される予圧荷重（圧縮荷重）が付与される。ローラ６に予圧荷重を付与することで、剛性の高いローラねじが得られる。

ローラ６は隣接するローラの軸線が直交するようにクロス配列される。また図示しないが、ねじ軸１のローラ転走溝１ａとナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａとの間を転がるローラ６はリターンパイプによって循環される。

図８及び図９は、本発明の第３の実施形態におけるローラねじを示す。図８はナット部材の平面図を示し、図９は予圧荷重が付与されたローラねじの拡大断面図を示す。この実施形態では、ナット部材２は２つの分離ナット１２，１２に軸線方向に分離されていて、２つの分離ナット１２，１２間にはシム１３が介在されている。ねじ軸１，分離ナット１２（上記第１の実施形態のナット部材２に相当），ローラ６，リターンパイプ４の構成は上記第１の実施形態におけるローラねじと略不同様なので同一の符号を附してその説明を省略する。

分離ナット１２，１２それぞれの負荷ローラ転走溝２ａのピッチは、ねじ軸１のローラ転走溝１ａのピッチに等しい。分離ナット１２，１２間にシム１３を介在させることによって、シム１３の両側の負荷ローラ転走溝２ａ，２ａ間の距離Ｐ２は、Ｐ２＝ｎ×Ｐ１＋α１（α１：シムの厚み，Ｐ１：負荷ローラ転走溝１ａのピッチ，ｎ：任意の整数）となる。ねじ軸１の負荷ローラ転走溝１ａのピッチＰ１は常に一定なので、シム１３を介在させることによって、シム１３の両側の負荷ローラ転走溝２ａ，２ａ間の距離Ｐ２がシム１３の厚さ分だけ広がることになる。これにより、一方の分離ナット１２内のローラ６には図中（１）で示される予圧荷重（圧縮荷重）が付与され、他方の分離ナット１２内のローラ６には図中（２）で示される予圧荷重（圧縮荷重）が付与される。ローラ６に予圧荷重を付与することで、剛性の高いローラねじが得られる。

分離ナット１２，１２それぞれにおいて、複数のローラ６はローラの進行方向からみてローラ６の軸線が同一方向を向くように所謂パラレル配列される。また互いに逆方向の予圧荷重（１），（２）を負荷できるように、一方の分離ナット１２内のローラ６は、他方の分離ナット１２内のローラ６に対して、ローラ６の進行方向からみて軸線が直交するように配列される。またそれぞれの分離ナット１２において、ねじ軸１のローラ転走溝１ａとナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａとの間を転がるローラ６はリターンパイプによって循環される。なおこの他にも分離ナット１２それぞれにおいて、ローラ６をクロス配列させ、クロス配列させたローラをリターンパイプで循環させてもよい。

なお本発明の実施形態は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更可能である。例えば、本実施形態ではローラをリターンパイプによって循環させているが、リターンパイプを備えない、ローラを循環させないタイプのローラねじにも、本発明は適用することができる。

本発明は、ねじ軸とナット部材との間に転がり運動可能にローラを介在させたローラねじに関する。

ねじ軸とナット部材との間に転がり運動可能にボールを介在させたボールねじが知られている。ボールは、ねじ軸の外周面に形成される螺旋状のボール転走溝とナット部材の内周面に形成される螺旋状の負荷ボール転走溝との間に介在される。ナット部材に対してねじ軸を相対的に回転させると、複数のボールがねじ軸のボール転走溝及びナット部材の負荷ボール転走溝上を転がる。

ボールねじを使用すると、ナット部材に対してねじ軸を回転させる際の摩擦係数を低減できるので、工作機械の位置決め機構、送り機構、あるいは自動車のステアリングギヤ等に実用化されている。しかし、ボールと該ボールの周囲のねじ軸のボール転走溝及びナット部材の負荷ボール転走溝との接触が点接触に近くなるので、ボールねじに加えられる許容荷重を大きくできないという欠点があった。

許容荷重を大きくすべく、ボールの替わりにローラを使用したローラねじが、例えば特許文献１，２に開示されている。

特開平１１−２１０８５８号公報 実開平６−８７７６４号公報

ローラねじは大きな荷重を加えられた状態で使用されることが多い。ローラねじに求められる性能のうち、欠かせないものとして剛性が挙げられる。ローラとローラ転走溝との間に隙間、いわゆるガタがあったり、あるいはガタをなくしたとしても剛性が不足していたりすると、ローラねじが組み込まれる機械が仕事を行うポイントが変位してしまい、正確さを欠いてしまう。また、早く運動した後に停止したときに機械が振動してなかなか静定しなくなってしまう。

転がり軸受の分野では、剛性を向上させるために、予圧を付与する技術が知られている。転動体としてローラを使用したローラねじは、例えば特許文献１及び２のように考案されてはいるものの未だ製品化されているものはなく、ローラねじに予圧を付与する技術も未だ開発されていない。

そこで本発明は、ローラねじの剛性を向上すべく、ローラねじの構造に応じて最適に予圧を付与することができるローラねじを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るローラねじは、外周面に断面Ｖ字形状の螺旋状のローラ転走溝が形成されたねじ軸と、内周面に前記ローラ転走溝に対向する断面Ｖ字形状の螺旋状の負荷ローラ転走溝が形成されたナット部材と、前記ローラ転走溝と前記負荷ローラ転走溝との間に収容される複数のローラと、を備え、前記複数のローラは、前記ねじ軸の軸線方向の一方向の荷重を負荷するローラα群と、前記ローラの進行方向から見た状態で前記ローラα群とその軸線が直交するようにクロス配列され、前記一方向と反対方向の荷重を負荷するローラβ群とを有し、前記複数のローラの直径には、前記ローラが転がる前記ローラ転走溝の壁面と、該壁面に対向し、前記ローラが転がる前記負荷ローラ転走溝の壁面との間の距離よりも大きいオーバーサイズのものが用いられることを特徴とする。

本発明に係る別のローラねじは、外周面に断面Ｖ字形状の螺旋状のローラ転走溝が形成されたねじ軸と、内周面に前記ローラ転走溝に対向する断面Ｖ字形状の螺旋状の負荷ローラ転走溝が形成されたナット部材と、前記ローラ転走溝と前記負荷ローラ転走溝との間に収容される複数のローラと、を備え、前記複数のローラは、前記ねじ軸の軸線方向の一方向の荷重を負荷するローラα群と、前記ローラの進行方向から見た状態で前記ローラα群とその軸線が直交するようにクロス配列され、前記一方向と反対方向の荷重を負荷するローラβ群とを有し、前記複数のローラの直径には、前記ローラが転がる前記ローラ転走溝の壁面と、該壁面に対向し、前記ローラが転がる前記負荷ローラ転走溝の壁面との間の距離よりも大きいオーバーサイズのものが用いられ、前記ローラから前記ナット部材に加わる荷重が、前記ローラα群と前記ローラβ群とで互いに反発する方向に作用することを特徴とする。

上記の本発明に係る別のローラねじは、前記ローラα群と前記ローラβ群とは交互に配列されており、前記ローラから前記ナット部材に加わる荷重が、隣接するローラα群とローラβ群とで互いに反発する方向に作用するように構成することができる。

また、本発明に係る他のローラねじは、外周面に断面Ｖ字形状の螺旋状のローラ転走溝が形成されたねじ軸と、内周面に前記ローラ転走溝に対向する断面Ｖ字形状の螺旋状の負荷ローラ転走溝が形成されたナット部材と、前記ローラ転走溝と前記負荷ローラ転走溝との間に収容される複数のローラと、を備え、前記ナット部材の前記負荷ローラ転走溝は、前記ねじ軸のピッチよりもそのピッチが大きい中央溝と、中央溝の両側に形成され、前記ねじ軸のピッチとそのピッチが等しい一対の端部溝とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る更に他のローラねじは、外周面に断面Ｖ字形状の螺旋状のローラ転走溝が形成されたねじ軸と、内周面に前記ローラ転走溝に対向する断面Ｖ字形状の螺旋状の負荷ローラ転走溝が形成されたナット部材と、前記ローラ転走溝と前記負荷ローラ転走溝との間に収容される複数のローラと、を備え、前記ナット部材は、軸線方向に第１のナット部材と第２のナット部材とに分離され、前記第１のナット部材内に収容される複数の第１のナット用ローラ、及び前記第２のナットに収容される複数の第２のナット用ローラそれぞれに圧縮荷重を付与できるように、前記第１のナット部材と第２のナット部材の間にシムを介在させることを特徴とする。

本発明によれば、予圧を付与することによって、上述のようにローラα群及びローラβ群の双方が荷重を受けるようになるので、荷重を受けるローラ数が倍になる。このため作用する外力に対してナット部材内に存在するローラを有効に活かし、本来荷重を受けないローラも荷重を受けられるように負荷を分布させることができ、したがって剛性を向上させることができる。これに対し、仮にローラの直径に、ローラ転走溝の壁面と負荷ローラ転走溝の壁面との間の距離（規定寸法）よりも小さいものを用いると、軸線方向荷重を受けるローラはα群又はβ群の一方のみである。したがって、荷重を受けるローラ数が半分になってしまう。

また、本発明によれば、予圧を付与することによって剛性が高くなるローラねじが得られる。

図１は、本発明の一実施形態におけるローラねじを示す。ローラねじは、外周面に螺旋状のローラ転走溝１ａが形成されたねじ軸１と、内周面に前記ローラ転走溝１ａに対応する螺旋状の負荷ローラ転走溝２ａが形成されて、ねじ軸１に相対的に回転可能に組み付けられたナット部材２とを備える。ナット部材２には、ねじ軸１のローラ転走溝１ａとナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａとの間の負荷ローラ転走路３の一端と他端を繋ぐ戻し部材としてのリターンパイプ４が取り付けられる。リターンパイプ４の内部には軸線方向に沿って断面四角形、この実施形態では正方形のローラ戻し路５が形成される。

ねじ軸１のローラ転走溝１ａとナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａとの間の負荷ローラ転走路３、及びリターンパイプ４内のローラ戻し路５には複数のローラ６が配列・収容される。ねじ軸１のナット部材２に対する相対的な回転に伴って、ナット部材２がねじ軸１に対してねじ軸１の軸線方向に相対的に直線運動する。このときローラ６はローラ転走溝１ａと負荷ローラ転走溝２ａとの間を転がり運動する。負荷ローラ転走溝２ａの一端まで転がったローラ６は、リターンパイプ４内のローラ戻し路５に導かれ、数巻き前の負荷ローラ転走溝２ａの他端に戻される。これによりローラ６が負荷ローラ転走路３及びローラ戻し路５で構成されるローラ循環路を循環する。

図２はねじ軸１を示す。ねじ軸１の外周には所定のリードを有する螺旋状のローラ転走溝１ａが形成される。ローラ転走溝１ａの断面はＶ字形状でその開き角度は９０度に設定される。ねじには一条ねじ、二条ねじ、三条ねじ等様々なものを用いることができるが、この実施形態では二条ねじを用いている。

図３はねじ軸１のローラ転走溝１ａ及びナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａの詳細図を示す。ナット部材２にはローラ転走溝１ａに対向する螺旋状の負荷ローラ転走溝２ａが形成される。ナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａの断面もＶ字形状でその開き角度は９０度に設定される。ねじ軸１のローラ転走溝１ａのピッチとナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａのピッチはいずれも、溝の全長に渡って一定で等しい。ローラ転走溝１ａと負荷ローラ転走溝２ａとにより断面四角形、この実施形態では正方形の負荷ローラ転走路３が形成される。負荷ローラ転走路３には複数のローラ６が負荷ローラ転走路に沿って見た状態において隣接するローラ６の回転軸７，８が互いに直交するようにクロス配列される。

ボールねじではボールがねじ軸の軸線方向の一方向及び該一方向と反対の他方向の荷重を負荷する。これに対してローラ６は、その周面がローラ転走溝１ａの一方の壁面と該壁面に対向する負荷ローラ転走溝２ａの一方の壁面との間で圧縮されることで荷重を負荷するので、ねじ軸１の軸線方向の一方向の荷重しか負荷できない。本実施形態のようにローラ６をクロス配列することで、ねじ軸１の軸線方向の一方向(1)及び他方向(2)の荷重を負荷することができる。ねじ軸１の軸線方向の一方向(1)の荷重を負荷するローラをα群といい、他方向(2)の荷重を負荷するローラをβ群という。往復動のバランスを良くするために、α群のローラとβ群のローラの数は好ましくは同数とされる。

なお、この実施形態では、ローラαとローラβとは交互に、α，β，α，β，α，β，α，β…という具合に配列されているが、ローラα群ローラβ群とがあればこの他にもα，α，α…，β，β，β…という具合に配列されてもいいし、α，α，β，β，α，α，β，β…という具合に配列されてもよい。

ローラ６の直径Ｄは軸線方向の長さＬよりも大きい。ローラ６の直径Ｄには、ローラ転走溝１ａの壁面９と該壁面９に対向する負荷ローラ転走溝２ａの壁面１０との間の距離よりも大きい所謂オーバーサイズのものが用いられる。このため負荷ローラ転走路３内でローラは弾性変形していることになり、それに見合う荷重が予圧荷重としてナット部材２の内部に存在する。ローラ６は負荷ローラ転走路３内でクロス配列されているので、ローラ６からナット部材２に加わる荷重は隣接するローラ６，６で互いに反発する方向に作用する。初期状態では、各ローラ６には予圧荷重Ａが作用しており、上下左右方向に荷重が釣り合っている。この状態からナット部材２に軸線方向荷重Ｐを作用させ、ナット部材２が軸線方向にδ変位したとする。ナット部材２の変位によってローラα群の各ローラ６の荷重はＢだけ増えてＡ＋Ｂとなり、ローラβ群の各ローラの荷重はＣだけ減ってＡ−Ｃとなる。

図４はこの関係を詳しく示す。オーバーサイズのローラ６を挿入して予圧を付与しているので、初期状態でローラα群のローラはδ１だけ、ローラβ群のローラはδ２だけ、それぞれ弾性変形している。そのときに生じている荷重が予圧荷重でＡとなる。そこに軸線方向荷重Ｐが作用して軸線方向変位δを生じると、ローラα群では弾性変位線図に沿って変位が増加し、ローラβ群では弾性変位線図に沿って変位が減少していることになる。これによりローラα群に作用している荷重はＡ＋Ｂとなり、ローラβ群に作用している荷重はＡ−Ｃになる。したがって作用荷重ＰがＢとＣとに分けられ、ローラα群及びローラβ群に方向を変えて作用したことになる。この状態に変わっても内部荷重は釣り合っていなければならないので、簡略的に式で表すと、
（Ａ＋Ｂ）−（Ａ−Ｃ）−Ｐ＝０
∴Ｂ＋Ｃ＝Ｐ
となる。

予圧を付与することによって剛性が高くなるのは、荷重を受けるローラ数が増えて、一個あたりのローラ荷重が減ったことに因る。ローラ６の直径に規定寸法よりも小さい予圧の無いローラを用いると、軸線方向荷重を受けるローラ６はα群又はβ群の一方のみである。しかし、予圧を付与することによって、上述のようにローラα群及びローラβ群の双方が荷重を受けるようになるので、荷重を受けるローラ数が倍になる。このため作用する外力に対してナット部材２内に存在するローラ６を有効に活かし、本来荷重を受けないローラ６も荷重を受けられるように負荷を分布させることができる。

図３に示されるように、ねじ軸１のローラ転走溝１ａ及びナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａそれぞれの溝の底部には溝に沿ってさらに逃げ溝１ｂ，２ｂが形成される。ローラ６の上面と周囲面との交差部分、及び底面と周囲面との交差部分には丸み６ａが付けられている。ローラ６の軸線方向の寸法Ｌはローラ６の直径Ｄよりも小さいので、転がり運動しているときにローラ６が偏ってローラ６の丸み６ａが逃げ溝１ｂ，２ｂに接触することがある。ローラ６に予圧を与えるとこの偏り現象が生じ易い。ローラ６が偏ったとき抵抗が生じてローラ６の回転を妨げないように、逃げ溝１ｂ，２ｂの丸み半径はローラの丸み半径よりも大きく設定される。また逃げ溝１ｂ，２ｂを形成することで、Ｖ溝の尖った先端を切削加工する必要もなくなるので、切削の加工性も勿論向上する。

図５はナット部材２に取り付けられるリターンパイプ４を示す。ナット部材２には循環すべきローラ列に対応して複数のリターンパイプ４が取り付けられる。リターンパイプ４は、負荷ローラ転走路３の一端と他端とを繋ぎ、負荷ローラ転走路３の一端まで転がったローラ６を数巻き手前の負荷ローラ転走路３の他端に戻す。リターンパイプ４の内部には軸線方向に沿って断面正方形のローラ戻し路５が形成される。このリターンパイプ４は、直線状に延びる中央部１４と、中央部の両側に約９０°折り曲げられた１対の端部１５とを有し、その全体形状が門形に形成される。端部１５は曲率一定の円弧部１５ａと円弧部１５ａから伸びる直線状の先端部１５ｂとからなる。図５（ａ）に示されるように先端部１５ｂはねじ軸１の側方から見た状態において、リード角方向に、且つ互いに逆方向に傾けられる。また図５（ｃ）に示されるように、ねじ軸１の軸線方向から見た状態において、先端部１５ｂは負荷ローラ転走路の接線方向を向いている。リターンパイプ４をナット部材２に据え付け、リターンパイプ４の中央部１４を水平方向に配置した状態において、リターンパイプ４の端部の先端２８はねじ軸１の軸線を含む水平面１７まで伸びる。

クロスローラリングのような環状のローラ転走路に比べて、螺旋状の負荷ローラ転走路３ではローラ６の軸線がリード角分傾いている。円滑にローラを循環させるためには、ローラ６が負荷ローラ転走路３からリターンパイプ４内に導かれる際、またリターンパイプ４内から負荷ローラ転走路３に戻される際のローラ６の姿勢が極めて大事である。ローラ６の姿勢をリード角分傾けてリターンパイプ４から負荷ローラ転走路３へ戻すことで、リターンパイプ４から負荷ローラ転走路３へ入るときにローラ６の姿勢が変化することがなく（ローラ６の軸線が傾く所謂スキューが生じることがなく）、負荷ローラ転走路３にローラ６をすんなり戻すことができる。また負荷ローラ転走路３からリターンパイプ４内にローラ６をすんなり導くこともできる。

リターンパイプ４とねじ軸１のねじ山との干渉を避けるために、先端部１５ｂにはローラ６の軌道の中心線に沿ったアーチ形状の切れ目１８が形成される。ねじ軸１の軸線方向からみた切れ目１８の形状は円弧形状に形成される。また切れ目１８の内側にはねじ軸１の軸線方向から見た状態において、ねじ山の内部に入り込むローラ案内部１９が形成される。ローラ案内部１９の位置における、ローラ戻し路５の断面形状は四角形、この実施形態では正方形に形成される。ローラ案内部１９を設けることによってリターンパイプ４の軸線に直交する面でのローラ戻し路５の断面形状が正方形に形成される区間が長くなる。このため、断面正方形のローラ戻し路５が形成されていない隙間ｈを小さくすることができ、負荷ローラ転走路３とローラ戻し路５との断面形状の連続性をもたせることができる。

図６はローラ６間に介在されるスペーサ３１を示す。スペーサ３１の両端には、隣り合うローラ６の外周面に形状を合わせ、ローラ６の外周面に摺動自在に接触する曲面状凹部３１ａ，３１ａが形成される。曲面状凹部３１ａ，３１ａはローラをクロス配列できるように形成され、その曲率半径はローラ６の半径よりも若干大きく設定される。

図７は本発明の第２の実施形態におけるローラねじを示す。ねじ軸１，ナット部材２，ローラ６の基本的な構成は上記第１の実施形態と同様なので同一の符号を附してその説明を省略する。この実施形態では、ナット部材２の負荷ボール転走溝２ａの中央部分における中央溝２２の１ピッチＰ２が、ねじ軸のピッチＰ１よりも若干大きく設定される。また中央溝２２の両側の端部溝２３，２４のピッチＰ３はねじ軸のピッチＰ１と等しく設定される。

ナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａを上述のように形成することで、端部溝２３側におけるローラ６には図中(1)で示される予圧荷重（圧縮荷重）が付与され、端部溝２４側におけるローラ６には図中(2)で示される予圧荷重（圧縮荷重）が付与される。ローラ６に予圧荷重を付与することで、剛性の高いローラねじが得られる。

ローラ６は隣接するローラの軸線が直交するようにクロス配列される。また図示しないが、ねじ軸１のローラ転走溝１ａとナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａとの間を転がるローラ６はリターンパイプによって循環される。

図８及び図９は、本発明の第３の実施形態におけるローラねじを示す。図８はナット部材の平面図を示し、図９は予圧荷重が付与されたローラねじの拡大断面図を示す。この実施形態では、ナット部材２は２つの分離ナット１２，１２に軸線方向に分離されていて、２つの分離ナット１２，１２間にはシム１３が介在されている。ねじ軸１，分離ナット１２（上記第１の実施形態のナット部材２に相当），ローラ６，リターンパイプ４の構成は上記第１の実施形態におけるローラねじと略不同様なので同一の符号を附してその説明を省略する。

分離ナット１２，１２それぞれの負荷ローラ転走溝２ａのピッチは、ねじ軸１のローラ転走溝１ａのピッチに等しい。分離ナット１２，１２間にシム１３を介在させることによって、シム１３の両側の負荷ローラ転走溝２ａ，２ａ間の距離Ｐ２は、Ｐ２＝ｎ×Ｐ１＋α１（α１：シムの厚み，Ｐ１：負荷ローラ転走溝１ａのピッチ，ｎ：任意の整数）となる。ねじ軸１の負荷ローラ転走溝１ａのピッチＰ１は常に一定なので、シム１３を介在させることによって、シム１３の両側の負荷ローラ転走溝２ａ，２ａ間の距離Ｐ２がシム１３の厚さ分だけ広がることになる。これにより、一方の分離ナット１２内のローラ６には図中(1)で示される予圧荷重（圧縮荷重）が付与され、他方の分離ナット１２内のローラ６には図中(2)で示される予圧荷重（圧縮荷重）が付与される。ローラ６に予圧荷重を付与することで、剛性の高いローラねじが得られる。

分離ナット１２，１２それぞれにおいて、複数のローラ６はローラの進行方向からみてローラ６の軸線が同一方向を向くように所謂パラレル配列される。また互いに逆方向の予圧荷重(1)，(2)を負荷できるように、一方の分離ナット１２内のローラ６は、他方の分離ナット１２内のローラ６に対して、ローラ６の進行方向からみて軸線が直交するように配列される。またそれぞれの分離ナット１２において、ねじ軸１のローラ転走溝１ａとナット部材２の負荷ローラ転走溝２ａとの間を転がるローラ６はリターンパイプによって循環される。なおこの他にも分離ナット１２それぞれにおいて、ローラ６をクロス配列させ、クロス配列させたローラをリターンパイプで循環させてもよい。

なお本発明の実施形態は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更可能である。例えば、本実施形態ではローラをリターンパイプによって循環させているが、リターンパイプを備えない、ローラを循環させないタイプのローラねじにも、本発明は適用することができる。

図１は、本発明の一実施形態におけるローラねじを示す断面図である。 図２は、ねじ軸を示す側面図である。 図３は、ローラ転走溝及び負荷ローラ転走溝の詳細断面図である。 図４は、荷重と予圧による変位の関係を示すグラフである。 図５は、リターンパイプを示す図である。 図６は、ローラ間に介在されるスペーサを示す図である。 図７は、本発明の第２の実施形態におけるローラねじを示す断面図である。 図８は、本発明の第３の実施形態におけるナット部材の平面図である。 図９は、本発明の第３の実施形態におけるローラねじの拡大断面図である。

符号の説明

１ ねじ軸、１ａ ローラ転走溝、２ ナット部材、２ａ 負荷ローラ転走溝、６ ローラ、２２ 中央溝、２３，２４ 端部溝、１２，１２ 分離ナット（第１のナット部材，第２のナット部材）、１３ シム。

Claims (3)

1. 外周面に断面Ｖ字形状の螺旋状のローラ転走溝が形成されたねじ軸と、
   内周面に前記ローラ転走溝に対向する断面Ｖ字形状の螺旋状の負荷ローラ転走溝が形成されたナット部材と、
   前記ローラ転走溝と前記負荷ローラ転走溝との間に収容される複数のローラと、
   を備え、
   前記複数のローラは、前記ねじ軸の軸線方向の一方向の荷重を負荷するローラα群と、前記ローラの進行方向から見た状態で前記ローラα群とその軸線が直交するようにクロス配列され、前記一方向と反対方向の荷重を負荷するローラβ群とを有し、
   前記複数のローラの直径には、前記ローラが転がる前記ローラ転走溝の壁面と、該壁面に対向し、前記ローラが転がる前記負荷ローラ転走溝の壁面との間の距離よりも大きいオーバーサイズのものが用いられることを特徴とするローラねじ。
2. 外周面に断面Ｖ字形状の螺旋状のローラ転走溝が形成されたねじ軸と、
   内周面に前記ローラ転走溝に対向する断面Ｖ字形状の螺旋状の負荷ローラ転走溝が形成されたナット部材と、
   前記ローラ転走溝と前記負荷ローラ転走溝との間に収容される複数のローラと、
   を備え、
   前記ナット部材の前記負荷ローラ転走溝は、前記ねじ軸のピッチよりもそのピッチが大きい中央溝と、中央溝の両側に形成され、前記ねじ軸のピッチとそのピッチが等しい一対の端部溝とを有することを特徴とするローラねじ。
3. 外周面に断面Ｖ字形状の螺旋状のローラ転走溝が形成されたねじ軸と、
   内周面に前記ローラ転走溝に対向する断面Ｖ字形状の螺旋状の負荷ローラ転走溝が形成されたナット部材と、
   前記ローラ転走溝と前記負荷ローラ転走溝との間に収容される複数のローラと、
   を備え、
   前記ナット部材は、軸線方向に第１のナット部材と第２のナット部材とに分離され、
   前記第１のナット部材内に収容される複数の第１のナット用ローラ、及び前記第２のナットに収容される複数の第２のナット用ローラそれぞれに圧縮荷重を付与できるように、前記第１のナット部材と第２のナット部材の間にシムを介在させることを特徴とするローラねじ。

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