KR101297882B1

KR101297882B1 - 롤러 나사 및 롤러 나사의 롤러의 순환 방법

Info

Publication number: KR101297882B1
Application number: KR1020077022894A
Authority: KR
Inventors: 히데까즈 미찌오까; 마꼬또 이이즈미; 사또시 후지따; 아끼마사 요시다
Original assignee: 티에치케이 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2013-08-19
Also published as: JPWO2006095637A1; KR20070106800A; TWI357959B; EP1862706A4; CN101142425A; WO2006095637A1; US20090249912A1; JP4829878B2; EP1862706B1; CN100529472C; US7950304B2; TW200702573A; EP1862706A1

Abstract

롤러를 원활하게 순환시킬 수 있는 롤러 나사를 제공한다. 본 발명의 롤러 나사는, 외주에 리드를 갖는 나선 모양의 롤러 전주면(1a)이 형성된 나사축(1)과, 내주에 나사축(1)의 롤러 전주면(1a)에 대향하는 나선 모양의 롤러 전주면(2a)이 형성된 너트(2)와, 나사축(1)의 롤러 전주면(1a)과 너트(2)의 롤러 전주면(2a) 사이의 전주로(3)에 배열되며, 자전하면서 나사축의 주위를 공전하는 복수의 롤러(4)를 구비한다. 이 롤러 나사에 있어서, 각 롤러(4)의 자전축(4a)은, 나사축(1)의 중심선(1b)을 실질적으로 지난다. 전주로(3)에 리드를 붙인 경우에도, 롤러(4)의 자전축(4a)이 나사축(1)의 중심선(1b)을 지나므로(즉 전주로(3)에 배열된 롤러(4)가 처음부터 스큐를 일으키지 않음), 롤러(4)를 원활하게 이동시킬 수 있다.

롤러, 전주로, 자전축, 나사축, 중심선

Description

롤러 나사 및 롤러 나사의 롤러의 순환 방법{ROLLER SCREW AND METHOD FOR CIRCULATING ROLLER OF ROLLER SCREW}

본 발명은, 나사축과 너트 사이에 구름 운동 가능하게 롤러를 개재시킨 롤러 나사에 관한 것이다.

나사축과 너트 사이에 구름 운동 가능하게 볼을 개재시킨 볼 나사가 알려져 있다. 볼 나사는, 미끄럼 접촉하는 나사에 비하여, 너트에 대하여 나사축을 회전시킬 때의 마찰 계수를 저감할 수 있으므로, 공작 기계·로봇의 위치 결정 기구, 이송 기구, 혹은 자동차의 스티어링 기어 등에 실용화되고 있다.

최근 허용 하중을 증대시키기 위해, 전동체로서 볼 대신에 롤러를 사용한 롤러 나사가, 예를 들어 특허 문헌1과 같이 고안되어 있다. 이러한 종류의 롤러 나사에서는, 나사축의 외주에 나선 모양의 롤러 전주면을 형성하고, 너트의 내주에도 나사축의 롤러 전주면에 대향하는 나선 모양의 롤러 전주면을 형성하고, 나사축의 롤러 전주면과 너트의 롤러 전주면 사이의 전주로에, 전동체로서 복수의 롤러를 배열하고 있다． 그리고, 나사축 또는 너트의 한 쪽을 회전시키면, 롤러가 자전하면서 나사축의 주위를 공전한다.

특허 문헌1 : 일본 특개평11-210858호 공보

롤러 나사는 전술된 바와 같이 고안되어 있지만, 아직 실용화되지는 않았다. 발명자는 이 롤러 나사를 실용화하기 위해, 전동체에 롤러를 이용한 회전 베어링의 발상으로부터 롤러 나사의 개발을 시도했다.

회전 베어링에서는, 일 평면 내에 복수의 롤러가 둥근 고리 모양으로 배치되고, 각 롤러의 자전축이, 둥근 고리 모양의 전주로의 중심을 향한다. 롤러 나사는 롤러 베어링에 리드를 붙인 것으로 생각할 수 있으므로, 회전 베어링의 전주로에 리드를 붙여 롤러 나사를 설계하고, 그리고 리드를 붙인 나선 모양의 전주로에 롤러(32)를 배치했다.

전동체에 사방팔방으로 구를 수 있는 볼을 이용했을 때는, 회전 베어링의 발상으로부터 볼 나사를 설계해도, 문제는 발생하지 않았다. 그러나, 전동체에 구르는 방향이 한 방향으로 한정되는 롤러를 이용했을 때, 볼일 때에는 예기치 못한 문제, 즉 롤러가 원활하게 이동하지 않는다는(심한 경우에는 로크되어 이동할 수 없는) 문제가 순간 발생했다.

도20은, 리드를 붙인 나선 모양의 전주로에 배치한 롤러의 자전축의 이동을 도시한다(도면 중 (A)는 전주로에 배치된 롤러의 사시도, 도면 중 (B)는 자전축의 이동을 도시하는 사시도, 도면 중 (C)는 자전축의 이동을 도시하는 정면도, 도면 중 (D)는 자전축의 이동을 도시하는 측면도). 발명자는, 문제가 발생하는 롤러 나사의 전주로에 배치한 각 롤러의 자전축에 주목한 결과, 각 롤러(32)의 자전축(32a)이 나사축(31)의 중심선(31a)을 지나지 않고, 각 롤러(32)의 이동에 수반하여, 롤러(32)의 자전축(32a) 상의 점(P)이, 나사축(31)의 중심선(31a)을 중심으로 해서 코일 형상으로 이동하는 것을 발견했다. 그리고, 전주로에 리드를 붙이면, 롤러(32)의 자전축(32a)이 나사축(31)의 중심선(31a)으로부터 벗어나기 때문에(바꿔 말하면 롤러가 처음부터 스큐를 일으키기 때문에), 롤러(32)가 원활하게 이동할 수 없는 것을 지견했다.

이하, 본 발명에 관하여 설명한다. 또한, 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위해서 첨부된 도면의 참조 번호를 괄호 쓰기로 부기하지만, 그것에 의해 본 발명이 도시한 형태에 한정되는 것은 아니다.

발명자는, 전주로에 리드를 붙인 경우에도, 롤러의 자전축이 나사축의 중심선을 지나도록 함으로써 전술한 과제를 해결했다. 즉 청구항 1에 기재된 발명은, 외주에 리드를 갖는 나선 모양의 롤러 전주면(1a)이 형성된 나사축(1)과, 내주에 상기 나사축(1)의 상기 롤러 전주면(1a)에 대향하는 나선 모양의 롤러 전주면(2a)이 형성된 너트(2)와, 상기 나사축(1)의 상기 롤러 전주면(1a)과 상기 너트(2)의 상기 롤러 전주면(2a) 사이의 전주로(3)에 배열되고, 자전하면서 상기 나사축(1)의 주위를 공전하는 복수의 롤러(4)를 구비하고, 각 롤러(4)의 자전축(4a)이, 상기 나사축(1)의 중심선(1b)을 실질적으로 지나는 것을 특징으로 하는 롤러 나사에 의해, 상술한 과제를 해결한다.

여기서, 롤러의 자전축이 나사축의 중심선을 실질적으로 지난다는 것은, 롤러의 자전축이 나사축의 중심선을 지나는 경우 외에, 롤러가 원활하게 이동할 수 있을 정도로 나사축의 중심선으로부터 약간 벗어난 경우도 포함한다.

청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 롤러 나사에 있어서, 상기 각 롤러(4)의 자전축(4a)과, 상기 각 롤러(4)의 중심으로부터 상기 나사축(1)의 중심선(1b)을 향해서 내린 수선(9)이 이루는 각도(θ)를 일정하게 유지한 채, 상기 각 롤러(4)가 상기 나사축(1)의 주위를 공전하는 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 롤러 나사에 있어서, 상기 각 롤러(4)의 자전축(4a)이 상기 나사축(1)의 중심선(1b)을 실질적으로 지날 수 있도록, 상기 각 롤러(4)는, 상기 각 롤러(4)의 자전축(4a)과 상기 나사축(1)의 중심선(1b)을 포함하는 평면 내의 초기 접촉선(4d)으로부터 약간 벗어난 2차 접촉선(17, 18)에 의해, 상기 나사축(1)의 상기 롤러 전주면(1a) 및 상기 너트(2)의 상기 롤러 전주면(2a)과 접촉하는 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 롤러 나사에 있어서, 상기 각 롤러(4)는 원통 형상인 것을 특징으로 한다.

청구항5에 기재된 발명은, 청구항 4에 기재된 롤러 나사에 있어서, 상기 전주로(3)에는, 상기 복수의 롤러(4)의 진행 방향으로부터 본 상태에 있어서, 인접하는 롤러(4)의 자전축(4a)이 서로 직교하도록 상기 복수의 롤러(4)가 크로스 배열되는 것을 특징으로 한다.

청구항6에 기재된 발명은, 청구항 4 또는 5에 기재된 롤러 나사에 있어서, 상기 롤러(4)의 축선 방향의 길이(L)와 외부 직경(D)의 비는, L/D<1인 것을 특징으로 한다.

청구항 7에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 롤러 나사에 있어서, 인접하는 롤러(4) 사이에, 상기 각 롤러(4)의 자전축(4a)이 상기 나사축(1)의 중심선(1b)을 실질적으로 지나도록 상기 각 롤러(4)의 자세를 유지하는 스페이서(11)가 마련되는 것을 특징으로 한다.

청구항 8에 기재된 발명은, 나사축(1)의 외주의 나선 모양의 롤러 전주면(1a)과, 상기 롤러 전주면(1a)에 대향하는 너트(2)의 내주의 나선 모양의 롤러 전주면(2a) 사이의 전주로(3)에 배열되는 복수의 롤러(4)가, 자전하면서 상기 나사축(1)의 주위를 공전하는 롤러 나사의 롤러의 순환 방법에 있어서, 각 롤러(4)의 자전축(4a)이 상기 나사축(1)의 중심선(1b)을 실질적으로 지나면서, 상기 각 롤러(4)가 공전하는 것을 특징으로 하는 롤러 나사의 롤러의 순환 방법에 의해, 상술한 과제를 해결한다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 전주로에 리드를 붙인 경우에도, 롤러의 자전축이 나사축의 중심선을 지나므로(바꿔 말하면 전주로에 배열된 롤러가 처음부터 스큐를 일으키지 않기 때문에), 롤러를 원활하게 이동시킬 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 롤러를 보다 원활하게 이동시킬 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 롤러의 자전축을, 나사축의 중심선을 향하게 할 수 있다.

청구항4에 기재된 발명에 의하면, 미끄럼이 발생하기 쉬워, 스큐를 일으키기 쉬운 원통형의 롤러를 사용해도, 롤러를 원활하게 이동시킬 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 나사축의 축선 방향의 상반하는 2 방향의 하중을 받을 수 있어, 실용화에 가까운 롤러 나사가 얻어진다.

청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 롤러를 전주로 내에 수용할 수 있다．

청구항7에 기재된 발명에 의하면, 리테이너가 롤러의 자세를 롤러의 자전축이 나사축의 중심선을 지나도록 유지하므로, 롤러를 보다 원활하게 이동시킬 수 있다.

청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 전주로에 리드를 붙인 경우에도, 롤러의 자전축이 나사축의 중심선을 지나므로(바꿔 말하면 전주로에 배열된 롤러가 처음부터 스큐를 일으키지 않기 때문에), 롤러를 원활하게 이동시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 롤러 나사의 사시도(너트는 단면도로 표시).

도2는 롤러의 위치를 바꾼 롤러 나사의 사시도.

도3은 롤러의 위치를 바꾼 롤러 나사의 사시도.

도4는 롤러의 위치를 바꾼 롤러 나사의 사시도.

도5는 롤러의 위치를 바꾼 롤러 나사의 사시도.

도6은 크로스 배열된 롤러를 도시하는 사시도.

도7은 나사축의 축선 방향으로부터 본 롤러 나사를 도시하는 도면.

도8은 나사축의 롤러 전주면 상을 구르는 롤러의 상세도.

도9는 나사축의 롤러 전주면 상을 구르는 롤러의 상세도.

도10은 너트의 롤러 전주면 상을 구르는 롤러의 상세도.

도11은 너트의 롤러 전주면 상을 구르는 롤러의 상세도.

도12는 나사축과 너트 사이를 이동하는 롤러의 개념도.

도13은 종래예의 롤러의 배치에 있어서, 롤러에 발생하는 미끄럼을 도시하는 도면.

도14는 롤러 전주면의 설계 방법을 도시하는 도면.

도15는 나사축의 롤러 전주면의 설계 방법을 도시하는 도면.

도16은 너트의 롤러 전주면의 설계 방법을 도시하는 도면.

도17은 롤러 나사에 순환 경로를 설치한 예를 도시하는 사시도(엔드 캡 방식).

도18은 롤러 나사에 순환 경로를 설치한 예를 도시하는 사시도(엔드 캡 방식).

도19는 롤러 나사에 순환 경로를 설치한 예를 도시하는 사시도(리턴 파이프 방식).

도20은 리드를 붙인 나선 모양의 전주로에 배치한 롤러의 자전축의 이동을 도시하는 도면[도면 중 (A)는 전주로에 배치된 롤러의 사시도, 도면 중 (B)는 자전축의 변화를 나타내는 사시도, 도면 중 (C)는 자전축의 변화를 나타내는 정면도, 도면 중 (D)는 자전축의 변화를 나타내는 측면도].

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 나사축

1a, 2a : 롤러 전주면

2 : 너트

3 : 전주로

4 : 롤러

4a : 자전축

4d : 초기 접촉선

9 : 수선

11 : 스페이서

17, 18 : 2차 접촉선

이하 첨부된 도면에 기초하여, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 롤러 나사에 대해서 첨부 도면에 기초하여 설명한다. 각 도면에 있어서 동일의 기계 요소에는 동일한 부호를 붙인다.

도1 내지 도5는, 롤러 나사의 사시도(너트는 단면도로 표시)를 도시한다. 롤러 나사는, 외주에 나선 모양의 롤러 전주면(1a)이 형성되는 나사축(1)과, 내주에 나선 모양의 롤러 전주면(2a)이 형성되는 너트(2)를 구비한다. 나사축(1)의 롤러 전주면(1a)과 너트(2)의 롤러 전주면(2a)은 서로 대향하고, 이들 롤러 전주면(1a, 2a) 사이에 나선 모양의 전주로(3)가 형성된다. 여기서 나선 모양의 전주로(3)의 중심선(3a)을 도면 중 일점쇄선으로 나타낸다.

전주로(3)에는 복수의 롤러(4)가 구름 운동 가능하게 수용된다(도1 내지 도5에서는, 롤러(4)의 움직임을 나타내기 위해 하나의 롤러(4)만을 도시하고 있음). 너트(2)에 대하여 나사축(1)을 상대적으로 회전시키면, 나사축(1) 및 너트(2)의 롤러 전주면(1a, 2a)의 리드에 의해, 너트(2)가 나사축(1)의 축선 방향으로 상대적으 로 직선 이동한다. 이 때, 전주로(3)에 수용된 롤러(4)가, 나사축(1)의 롤러 전주면(1a) 및 너트(2)의 롤러 전주면(2a) 상을 구름 운동한다. 나사축(1) 및 너트(2)의 롤러 전주면(1a, 2a)과 롤러(4)는 선접촉하므로, 점접촉하는 볼 나사에 비교하여, 롤러 나사에 걸리는 허용 가중을 크게 할 수 있다.

나사축(1)의 외주에는, 롤러 전주면(1a)을 구성하는 나선 모양의 단면 V자형 형상의 홈(6)이 형성되고, 너트(2)의 내주에도 롤러 전주면(2a)을 구성하는 나선 모양의 단면 V자형 형상의 홈(7)이 형성된다. 나사축(1) 및 너트(2)의 단면 V자형 형상의 홈(6, 7)에 의해 단면 정방형의 전주로(3)가 형성된다. 이 전주로(3)에 원통 형상의 롤러(4)가 수용된다. 롤러(4)는, 그 외주면이 나사축(1)의 홈(6)의 벽면(롤러 전주면(1a))과, 상기 벽면에 대향하는 너트(2)의 홈(7)의 벽면(롤러 전주면(2a)) 사이에 끼워져 있다. 또 본 실시 형태에서는, 복수의 롤러(4)는, 그 진행 방향으로부터 보아 인접하는 롤러(4)의 축선이 서로 직교하도록 크로스 배열된다 (도6 참조). 크로스 배열됨으로써, 나사축(1)의 중심선의 한 방향(1) 및 타 방향(2)의 쌍방으로부터의 하중을 부하할 수 있다． 또한, 한 방향(1)의 하중을 부하하는 롤러(4)의 수와 타 방향(2)의 하중을 부하하는 롤러(4)의 수를 동일하게 해도 되고, 양방향의 허용 하중을 바꾸려는 경우에는, 한 방향(1)의 하중을 부하하는 롤러(4)의 수와 타 방향(2)의 하중을 부하하는 롤러(4)의 수를 상이하게 해도 된다.

롤러(4)는 자전하면서 나사축(1)의 주위를 공전한다. 본 발명의 본질적 특징은, 롤러(4)가 자전하면서 나사축(1)의 주위를 공전할 때, 도1 내지 도5에 도시된 바와 같이 롤러(4)의 자전축이 나사축(1)의 중심선을 지나는 것에 있다. 비록 도1 → 도5에 따라 롤러(4)의 위치가 변화되었다고 해도, 롤러(4)의 자전축(4a)은 항상 나사축(1)의 중심선(1b)을 지난다. 또한, 나사축(1)의 중심선(1b)은, 롤러(4)의 공전 궤도의 중심선과 일치한다. 또 롤러(4)는, 그 자전축(4a)과, 롤러(4)의 중심으로부터 나사축(1)의 중심선(1b)을 향해 내린 수선(9)이 이루는 각도θ를 일정하게 유지한 상태에서, 본 실시 형태에서는 45도를 유지한 상태에서, 나사축(1)의 주위를 공전한다. 이로 인해, 나사축(1)의 중심선과 롤러(4)의 자전축이 이루는 각도도 일정하여 45도로 된다.

도7은 나사축(1)의 축선 방향으로부터 본 롤러 나사를 도시한다. 롤러(4)가 나사축(1)의 주위의 어느 위치에 있어도, 롤러(4)의 자전축(4a)은 나사축(1)의 중심선(1b)을 지난다. 이 도면에서는，1개뿐인 롤러(4)가 도시되어 있지만, 나사축(1)의 주위를 공전하는 모든 롤러(4)가 나사축(1)의 중심선(1b)을 지난다. 반대로 말하면, 나사축(1)의 중심선(1b)으로부터 방사 형상으로 복수의 롤러(4)의 자전축(4a)이 신장된다.

도8 및 도9는, 나사축(1)의 롤러 전주면(1a) 상을 구르는 롤러(4)의 상세도를 도시한다. 롤러(4)는 단면 V자 형상의 홈(6)의 편측의 벽면인 롤러 전주면(1a) 상을 구른다. 롤러(4)가 롤러 전주면(1a) 상을 구를 때, 롤러(4)의 단부면(4b)이 홈(6)의 남은 벽면(1c)에 접촉함으로써, 롤러(4)의 자세가 서서히 변화된다. 롤러(4)의 위치가 변화되어도 롤러(4)의 자전축(4a)은 나사축(1)의 중심선(1b)을 향한다.

도10 및 도11은, 너트(2)의 롤러 전주면(2a) 상을 구르는 롤러(4)의 상세도 를 도시한다. 너트(2)측에 있어서도, 롤러(4)는 단면 V자형 형상의 홈(7)의 편측의 벽면인 롤러 전주면(2a) 상을 구른다. 롤러(4)가 롤러 전주면(2a) 상을 구를 때, 롤러(4)의 단부면(4b)이 홈(7)의 남은 벽면(2b)에 접촉하여, 롤러(4)의 자전축(4a)이 나사축(1)의 중심선(1b)을 향하도록 롤러(4)의 자세가 서서히 변화된다.

도11로부터 알 수 있는 바와 같이, 롤러(4)의 축선 방향의 길이(L)와 외부 직경(D)과의 비는, L/D<1이다. 이것은, 회전 베어링의 둥근 고리 모양의 전주로에 수용되는 롤러와 마찬가지로, 롤러(4)의 단부면(4b)과 전주로(3)의 벽면이 간섭하는 것을 방지하기 위해서이다. L/D의 값에는 나사축(1)의 리드도 영향을 준다. 나사축(1)의 리드를 크게 함에 따라, L/D를 보다 작게 할 필요가 있다.

도12는 나사축(1)과 너트(2) 사이를 이동하는 롤러(4)의 개념도이다(나사축의 중심선의 방향으로부터 본 도면). 도면 중 파선은 종래예의 롤러(4)의 배치를 나타내고, 파선의 롤러에 숨어 있는 실선은 본 발명의 롤러의 배치를 나타낸다. 실선으로 나타내는 롤러(4)에서는, 그 자전축(4a)이 나사축(1)의 중심선(1b)을 지나므로(바꿔 말하면 전주로(3)에 배열된 롤러(4)가 처음부터 스큐를 일으키지 않고 있기 때문에), 롤러(4)를 원활하게 이동시킬 수 있다. 이에 대하여 파선으로 나타내는 롤러(4)는, 그 자전축(4c)이 나사축(1)의 중심선(1b)의 방향을 향하지 않고 있으므로, 롤러(4)가 처음부터 스큐를 일으키고 있는 상태에서 배치되게 된다. 이 때문에 롤러(4)가 화살표의 방향으로 이동하려고 하면, 나사축(1)이나 너트(2)의 벽면에 롤러(4)가 충돌하여, 롤러(4)에 큰 하중이 발생한다.

도13은 종래예의 롤러(4)의 배치에 있어서, 롤러(4)에 발생하는 미끄럼을 도 시한다. 롤러(4)에 발생하는 미끄럼은, 회전 베어링과 동종의 미끄럼(S1)과, 그 이외의 리드각에 의한 미끄럼(S2)으로 나눌 수 있다. 회전 베어링과 동종의 미끄럼(S1)은, 내측과 외측의 원주차에 의한 것이다. 미끄럼(S1)의 양은, 롤러(4)의 크기와 롤러(4)의 회전 중심 직경(RCD)과의 관계에 의해 결정된다. 롤러(4)의 길이에 대하여, 회전 중심 직경이 커질수록 미끄럼량은 작아지고, 회전 중심 직경이 작아질수록 미끄럼량은 증가한다.

본 실시 형태와 같이, 롤러(4)의 자전축(4a)이 나사축(1)의 중심선(1b)을 지나도록 하면, 리드각에 의한 미끄럼(S2)은, 없어지기는 않지만, 스큐를 일으키도록은 작용하지 않게 된다. 회전 베어링과 동종의 미끄럼(S1)은, 내측과 외측과의 원주차에 의한 것이므로, 본 실시 형태에서도 완전하게는 없앨 수 없다.

이하에 나사축(1)의 롤러 전주면(1a) 및 너트(2)의 롤러 전주면(2a)의 설계 방법에 관하여 설명한다.

우선, 도14의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이 롤러(4)의 자전축(4a)을 나사축(1)의 중심선(1b)을 향하고, 또한 롤러(4)의 자전축(4a)과 나사축(1)의 중심선(1b)이 이루는 각도를 45도로 설정한다. 다음에 도면 중 (C)에 도시된 바와 같이, 롤러(4)의 자전축(4a)과 나사축(1)의 중심선(1b)을 포함하는 단면으로 롤러(4)를 절단하고, 상기 단면 내의 롤러(4)의 초기 접촉선(4d)을 얻는다. 이 초기 접촉선(4d)을 삼차원 공간에서 나선 모양으로 전개(즉 소인)하여, 도면 중 (C)에 도시하는 바와 같은 띠 형상의 나사축의 초기 접촉면(13)을 얻는다. 도15의 (A)는 나사축(1)의 초기 접촉면(13)을 도시하고, 도16의 (A)는 마찬가지로 해서 구한 너 트(2)측의 초기 접촉면(14)을 도시한다.

다음에 도14의 (D) 및 (E)에 도시된 바와 같이, 이 나사축(1)의 초기 접촉면(13) 상에, 다시 롤러(4)를, 그 자전축(4a)이 나사축(1)의 중심선(1b)을 지나고, 또한 롤러(4)의 자전축(4a)과 나사축(1)의 중심선(1b)이 이루는 각도를 45도로 설정한 롤러(4)를 배치한다. 그러면, 나사축(1)의 초기 접촉면은 리드를 가지므로, 조금 전의 초기 접촉선(4d)의 위치로부터 약간 벗어난 위치에서 롤러(4)가 나사축(1)의 초기 접촉면에 접촉·간섭한다.

도15의 (B)는 롤러(4)가 나사축(1)의 초기 접촉면(13)에 간섭하는 부분(15)을 도시하고, 도16의 (B)는 롤러(4)가 너트의 초기 접촉면(14)에 간섭하는 부분(16)을 도시한다. 나사축(1)과 너트(2)에 의해 간섭하는 부분(15, 16)의 형상이 상위한 것은, 롤러(4)와 나사축(1)은 대소 2개의 원이 외측에서 접촉하는 것에 비하여, 롤러(4)와 너트(2)는 소직경의 원의 외측이 대직경의 원의 내측에 접촉하기 때문이다. 이 도15의 (B) 및 도16의 (B)에 도시된 바와 같이, 간섭 부분은 삼차원 CAD 상에서는 장방 형상이나 북 형상으로 형성되지만, 실제로 육안으로 간섭 부분을 확인하면 선에 가깝다.

다음에 간섭의 가장 깊은 2차 접촉선(17, 18)의 위치를 구하고, 구한 2차 접촉선(17, 18)을 간섭 연삭과 같이, 삼차원 공간에서 나선 모양으로 전개한다. 이상에 의해, 최종적으로 나사축(1) 및 너트(2)의 롤러 전주면(1a, 2a)이 설계된다. 최종적으로 설계된 롤러 전주면(1a, 2a) 사이에 끼워져 있던 롤러(4)의 자전축(4a)은, 나사축(1)의 중심선(1b)을 지난다. 그리고, 롤러(4)와 나사축(1) 및 너트(2) 의 롤러 전주면(1a, 2a)은, 2차 접촉선(17, 18)의 위치에서 접촉한다.

전술된 바와 같이 설계된 롤러 전주면(1a, 2a)의 가공 방법의 일례에 관하여 설명한다. 예를 들어, 롤러 직경과 동일 직경의 지석을 이용하여, 지석의 중심선이 나사축의 중심선을 지나도록 지석을 배치하고, 상기 지석으로 롤러 전주면을 연삭 가공함으로써 상기 복합적인 형상의 롤러 전주면을 가공할 수 있다． 또한 연삭 가공 이외에도, 롤러 전주면을 대략적인 형상으로 절삭 또는 전조 가공하고, 열처리한 후에, 초경(初硬) 팁으로 상기 복합적인 형상으로 절삭 가공하고, 마지막으로 피니셔로 마무리 가공하여도 된다.

도17 및 도18은, 상기 실시 형태의 롤러 나사에 순환 경로를 설치한 예를 도시한다. 이 예에서는, 전주로(3)를 이동하는 롤러(4)를 복귀시키기 위한 무부하 복귀 통로(19)를 설치하고 있다. 전주로(3)의 일단부터 타단까지 구른 롤러(4)는, 무부하 복귀 통로(19)를 경유한 후, 수회 감기 직전의 원래의 전주로(3)의 일단으로 복귀된다.

도18에 도시된 바와 같이, 무부하 복귀 통로(19)는, 중앙부의 직선 통로(20)와, 양단부의 방향 전환로(21)로 구성된다. 너트(2)에는, 나사축(1)의 중심선과 평행하게 신장되는 관통 구멍이 형성되고, 이 관통 구멍에 파이프 모양의 직선부(22)가 삽입된다. 이 직선부(22) 내에, 직선적인 궤도를 갖는 단면 사각 형상의 직선 통로(20)가 형성된다. 직선 통로(20)는, 나사축(1)의 중심선(1b)과 평행하게 직선 모양으로 신장된다. 방향 전환로(21)는, 곡선 모양, 예를 들어 원호 모양으로 신장된다.

너트(2)의 축선 방향의 양 단부면에는, 방향 전환로 구성부(23)가 부착된다. 방향 전환로 구성부(23)에는, 원호 모양의 궤도를 갖는 동시에 단면 사각 형상의 방향 전환로(21)가 형성된다. 방향 전환로 구성부(23)는, 방향 전환로(21)의 사각형 단면의 대각선의 위치에서 내주측과 외주측으로 2분할되어 있다.

도17에 도시된 바와 같이, 롤러(4) 사이에는, 롤러(4)의 자전축이 나사축의 중심선을 지나도록 롤러(4)의 자세를 유지하는 스페이서(11)가 형성된다. 스페이서(11)의 진행 방향의 양단에는, 롤러(4)의 외형 형상에 맞춘 곡면 형상 오목부가 형성되고, 상기 곡면 형상 오목부가 롤러(4)의 외주면에 접촉함으로써 롤러(4)를 소정의 자세로 유지한다. 스페이서(11)를 형성함으로써, 롤러(4)의 단부면(4b)이 나사축(1) 및 너트(2)의 홈(6, 7)의 벽면(1c, 2b)(도8 및 도11 참조)에 접촉하지 않아도, 롤러 전주면(1a, 2a)을 구르는 롤러(4)의 자세를 변화시킬 수 있다.

도19는 롤러의 순환 경로의 다른 예를 도시한다. 이 예에서는, 너트(2)에 문형의 리턴 파이프(25)를 부착하고, 이 리턴 파이프(25)에 의해 전주로(3)의 일단부터 타단까지 구른 롤러(4)를 올려, 리턴 파이프(25) 내의 무부하 복귀 통로를 경유시킨 후, 수회 감기 바로 전의 전주로(3)의 타단으로 복귀시킨다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다른 실시 형태에도 구현화할 수 있다. 예를 들어, 롤러의 배열은, 인접하는 롤러의 축선이 직교하는 크로스 배열에 한정되지 않고, 인접하는 롤러의 축선이 평행한 병렬 배열이어도 된다． 또한 롤러에는, 원통 형상의 것은 아니고, 테이퍼 형상의 롤러를 이용해도 된다． 테이퍼 형상의 롤러를 이용하면, 내 측과 외측의 원주차에 의한 미끄럼을 적게 할 수 있으므로，보다 롤러를 원활하게 이동시킬 수 있다. 또한 롤러 전주면의 조수는 1조, 2조, 3조 등 다양하게 설정 할 수 있다.

본 명세서는, 2005년 3월 9일 출원의 일본 특원2005-065410에 기초한다. 이 내용은 전부 여기에 포함시켜 둔다.

Claims

외주에 리드를 갖는 나선 모양의 롤러 전주면이 형성된 나사축과,

내주에 상기 나사축의 상기 롤러 전주면에 대향하는 나선 모양의 롤러 전주면이 형성된 너트와,

상기 나사축의 상기 롤러 전주면과 상기 너트의 상기 롤러 전주면 사이의 전주로에 배열되어, 자전하면서 상기 나사축의 주위를 공전하는 복수의 롤러를 구비하고,

각 롤러의 자전축이, 상기 나사축의 중심선을 지나는 것을 특징으로 하는 롤러 나사.
제1항에 있어서, 상기 각 롤러의 자전축과, 상기 각 롤러의 중심으로부터 상기 나사축의 중심선을 향하여 내린 수선이 이루는 각도를 일정하게 유지한 채, 상기 각 롤러가 상기 나사축의 주위를 공전하는 것을 특징으로 하는 롤러 나사.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 롤러의 자전축이, 상기 나사축의 중심선을 지날 수 있도록, 상기 각 롤러는, 상기 각 롤러의 자전축과 상기 나사축의 중심선을 포함하는 단면 내의 초기 접촉선으로부터 약간 벗어난 2차 접촉선에 의해, 상기 나사축의 상기 롤러 전주면 및 상기 너트의 상기 롤러 전주면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 롤러 나사.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 롤러는 원통 형상인 것을 특징으로 하는 롤러 나사.
제4항에 있어서, 상기 전주로에는, 상기 복수의 롤러의 진행 방향으로부터 본 상태에 있어서, 인접하는 롤러의 자전축이 서로 직교하도록 상기 복수의 롤러가 크로스 배열되는 것을 특징으로 하는 롤러 나사.
제4항에 있어서, 상기 롤러의 축선 방향의 길이(L)와 외부 직경(D)의 비는, L/D<1인 것을 특징으로 하는 롤러 나사.
제1항 또는 제2항에 있어서, 인접하는 롤러간에, 상기 각 롤러의 자전축이 상기 나사축의 중심선을 지나도록 상기 각 롤러의 자세를 유지하는 스페이서가 형성되는 것을 특징으로 하는 롤러 나사.
나사축의 외주의 나선 모양의 롤러 전주면과, 상기 롤러 전주면에 대향하는 너트의 내주의 나선 모양의 롤러 전주면 사이의 전주로에 배열되는 복수의 롤러가, 자전하면서 상기 나사축의 주위를 공전하는 롤러 나사의 롤러의 순환 방법에 있어서,

각 롤러의 자전축이 상기 나사축의 중심선을 지나면서, 상기 각 롤러가 공전하는 것을 특징으로 하는 롤러 나사의 롤러의 순환 방법.