WO2005038301A1 - ローラねじ - Google Patents

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load
rolling groove
roller rolling
nut member
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Akihiro Teramachi
Hidekazu Michioka
Hiroshi Niwa
Kentaro Nishimura
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Thk Co., Ltd.
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    • Y10T74/19744—Rolling element engaging thread
    • Y10T74/19749—Recirculating rolling elements
    • Y10T74/19767—Return path geometry

Definitions

  • the present invention relates to a roller screw having a roller interposed between a screw shaft and a nut member so as to be able to roll.
  • a ball screw in which a ball is interposed between a screw shaft and a nut member so as to be capable of rolling motion is known.
  • the ball is interposed between a spiral ball rolling groove formed on the outer peripheral surface of the screw shaft and a spiral load ball rolling groove formed on the inner peripheral surface of the nut member.
  • Patent Document 1 JP-A-11 210858
  • Patent Document 2 Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 6-87764
  • roller screws are often used in a state where a large load is applied.
  • rigidity is one of those that cannot be lacking. If there is a gap between the rollers and the roller rolling grooves, so-called looseness, or if the rigidity is insufficient even if the looseness is eliminated, the point at which the machine incorporating the roller screw performs work will be displaced. No, it lacks accuracy. Also, if the machine vibrates when it stops after moving fast, It is hard to settle down.
  • roller screws that use rollers as rolling elements have been devised, for example, as in Patent Documents 1 and 2, but those that have not yet been commercialized have developed technology to apply a preload to roller screws. ⁇ .
  • an object of the present invention is to provide a roller screw that can optimally apply a preload in accordance with the structure of a roller screw that improves the rigidity of the roller screw.
  • the invention of claim 1 is directed to a screw shaft (1) in which a spiral roller rolling groove (la) having a V-shaped cross section is formed on an outer peripheral surface and an inner peripheral surface.
  • a plurality of rollers (6) housed between the roller rolling grooves (2a), and the plurality of rollers (6) are arranged in one direction ((1) in the axial direction of the screw shaft (1)).
  • rollers in the traveling direction of the rollers are cross-arranged so that the axes of the rollers ⁇ and the axes thereof are orthogonal to each other, and the load in the direction opposite to the one direction ((2))
  • a plurality of rollers (6) having a diameter (D), a wall (la) of the roller rolling groove on which the roller rolls, and a roller (6) facing the wall (la).
  • Said b A roller having an oversize larger than a distance between the load roller rolling groove and a wall surface (2a) on which the roller rolls is used.
  • the invention of claim 2 provides a screw shaft (1) in which a spiral roller rolling groove (la) having a V-shaped cross section is formed on the outer peripheral surface, and the roller rolling groove (la) on the inner peripheral surface.
  • the central groove (22) which has a large pitch, is formed on both sides of the central groove (22). It has a pitch (PI) and a pair of end grooves (23, 24) having the same pitch.
  • the invention of claim 3 provides a screw shaft (1) in which a spiral roller rolling groove (la) having a V-shaped cross section is formed on the outer peripheral surface and the roller rolling groove (la) on the inner peripheral surface.
  • a plurality of rollers (6) housed between the first nut member (12) and the second nut member (12) in the axial direction.
  • a plurality of first nut rollers (6) separated and accommodated in the first nut member (12); and a plurality of second nut rollers (6) accommodated in the second nut.
  • a shim (13) is interposed between the first nut member (12) and the second nut member (12) so that a compressive load can be applied to each.
  • both the roller ⁇ group and the roller group receive the load as described above, so that the number of rollers receiving the load is doubled.
  • the rollers existing in the nut member can be effectively used against the external force that acts, and the load can be distributed so that the rollers can receive the load without originally receiving the load, thereby improving the rigidity.
  • the roller diameter is smaller than the distance (specified size) between the wall of the roller rolling groove and the wall of the load roller rolling groove, the roller receiving the axial load becomes ⁇ Group or j8 group only. Therefore, the number of rollers receiving the load is halved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a roller screw according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view showing a screw shaft.
  • FIG. 3 is a detailed sectional view of a roller rolling groove and a load roller rolling groove.
  • FIG. 4 is a graph showing a relationship between a load and a displacement caused by a preload.
  • FIG. 5 is a diagram showing a return pipe.
  • FIG. 6 is a diagram showing spacers interposed between rollers.
  • FIG. 7 is a sectional view showing a roller screw according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view of a nut member according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged sectional view of a roller screw according to a third embodiment of the present invention. Explanation of symbols
  • FIG. 1 shows a roller screw according to an embodiment of the present invention.
  • the roller screw has a screw shaft 1 having a spiral roller rolling groove la formed on the outer peripheral surface, and a spiral load roller rolling groove 2a corresponding to the roller rolling groove la formed on the inner peripheral surface.
  • a nut member 2 rotatably mounted on the screw shaft 1.
  • the nut member 2 has a return pipe 4 as a return member that connects one end and the other end of the load roller rolling path 3 between the roller rolling groove la of the screw shaft 1 and the load roller rolling groove 2a of the nut member 2. It is attached.
  • a roller return path 5 having a quadrangular cross section along the axial direction, in this embodiment, a square, is formed.
  • the load roller rolling path 3 between the roller rolling groove la of the screw shaft 1 and the load roller rolling groove 2a of the nut member 2 and the roller return path 5 in the return pipe 4 have a plurality of rollers 6 Is contained in the array '.
  • the screw shaft 1 rotates relative to the nut member 2
  • the nut member 2 linearly moves relative to the screw shaft 1 in the axial direction of the screw shaft 1.
  • the roller 6 rolls between the roller rolling groove la and the load roller rolling groove 2a.
  • the roller 6 that has rolled to one end of the load roller rolling groove 2a is guided to the roller return path 5 in the return pipe 4, and is returned to the other end of the load roller rolling groove 2a several turns before.
  • the roller 6 circulates in the roller circulation path constituted by the load roller rolling path 3 and the roller return path 5.
  • FIG. 2 shows the screw shaft 1.
  • a spiral roller On the outer periphery of the screw shaft 1 is a spiral roller A running groove la is formed.
  • the cross section of the roller rolling groove la is V-shaped and its opening angle is set to 90 degrees.
  • Various types of screws such as a single screw, a double screw, and a triple screw, can be used. In this embodiment, a double screw is used.
  • FIG. 3 is a detailed view of the roller rolling groove la of the screw shaft 1 and the load roller rolling groove 2a of the nut member 2.
  • the nut member 2 is formed with a spiral load roller rolling groove 2a facing the roller rolling groove la.
  • the cross section of the load roller rolling groove 2a of the nut member 2 is also V-shaped, and its opening angle is set to 90 degrees.
  • the pitch of the roller rolling groove la of the screw shaft 1 and the pitch of the load roller rolling groove 2a of the nut member 2 are both constant over the entire length of the groove.
  • the roller rolling groove la and the load roller rolling groove 2a form a load roller rolling path 3 having a square cross section, in this embodiment, a square.
  • a plurality of rollers 6 are crossed on the load roller rolling path 3 such that the rotation axes 7 and 8 of the adjacent rollers 6 are orthogonal to each other when viewed along the load roller rolling path.
  • the ball applies a load in one direction in the axial direction of the screw shaft and in the other direction opposite to the negative direction.
  • the roller 6 applies a load by its peripheral surface being compressed between one wall surface of the roller rolling groove la and one wall surface of the load roller rolling groove 2a facing the wall. Therefore, the load can be applied in only one direction in the axial direction of the screw shaft 1.
  • a load in one direction (1) and another direction (2) in the axial direction of the screw shaft 1 can be applied.
  • a roller that applies a load in one direction (1) in the axial direction of the screw shaft 1 is an ex group
  • a roller that applies a load in the other direction (2) is a ⁇ group.
  • the number of rollers in the group and the number of rollers in the group are preferably the same.
  • the rollers ⁇ and the rollers j8 are alternately arranged as ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , a, j8,. If there is, besides this, you can be a rooster yourself in the form of, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ , ⁇ , j8 ..., a, ⁇ , ⁇ , ⁇ , a, a, a,, j8 ... May be arranged.
  • the diameter D of the roller 6 is larger than the length L in the axial direction.
  • the diameter D of the roller 6 is larger than the distance between the wall surface 9 of the roller rolling groove la and the wall surface 10 of the load roller rolling groove 2a opposed to the wall surface 9, that is, a so-called oversized one. Therefore, the load roller rolling path 3
  • the roller is elastically deformed in the inside, and a load commensurate therewith exists inside the nut member 2 as a preload. Since the rollers 6 are arranged crosswise in the loaded roller rolling path 3, the load applied to the nut member 2 from the roller 6 acts in a direction in which the adjacent rollers 6 and 6 repel each other.
  • FIG. 4 shows this relationship in detail. Since the preload is applied by inserting the oversized roller 6, the rollers of the group of rollers ⁇ are elastically deformed by ⁇ 1 and the rollers of the group of rollers j8 are elastically deformed by ⁇ 2 in the initial state. The load generated at that time is ⁇ in the preload load.
  • the axial load P acts on it and generates an axial displacement ⁇
  • the displacement increases along the elastic displacement diagram for the roller group ⁇ , and decreases along the elastic displacement diagram for the roller group ⁇ . Will be.
  • the load acting on the roller group ⁇ becomes ⁇ + ⁇
  • the load acting on the roller j8 group becomes AC. Therefore, the applied load P is divided into B and C, and the direction of the load is applied to the roller ⁇ group and the roller ⁇ group. Even if it changes to this state, the internal load must be balanced.
  • the reason that the rigidity is increased by applying the preload is that the number of rollers that receive the load increases and the roller load per roller decreases.
  • the roller is used without a preload smaller than the specified size for the diameter of the roller 6, only the roller a or the group ⁇ receives the axial load.
  • both the roller ⁇ group and the roller j8 group receive the load as described above, so that the number of rollers receiving the load is doubled.
  • the roller 6 existing in the nut member 2 can be effectively utilized for the external force acting thereon, and the load can be distributed so that the roller 6 can receive the load without receiving the load.
  • the roller rolling groove la of the screw shaft 1 and the load roller rolling of the nut member 2 Escape grooves lb, 2b are further formed along the grooves at the bottom of each of the running grooves 2a.
  • the intersection between the upper surface and the peripheral surface of the roller 6 and the intersection between the bottom surface and the peripheral surface are rounded 6a. Since the dimension L in the axial direction of the roller 6 is smaller than the diameter D of the roller 6, the roller 6 is biased during the rolling motion S and the roundness 6a of the roller 6 contacts the relief grooves lb, 2b. There is. When a preload is applied to the roller 6, this bias phenomenon tends to occur.
  • the round radius of the clearance grooves lb, 2b is set to be larger than the round radius of the roller 6 so that resistance is not generated when the roller 6 is biased and does not hinder the rotation of the roller 6. Also, by forming the relief grooves lb and 2b, it is not necessary to cut the pointed end of the V-groove, so that the cutting workability is of course improved.
  • FIG. 5 shows the return pipe 4 attached to the nut member 2.
  • a plurality of return pipes 4 are attached to the nut member 2 corresponding to the roller rows to be circulated.
  • the return pipe 4 connects one end and the other end of the load roller rolling path 3, and returns the roller 6 that has rolled to one end of the load roller rolling path 3 to the other end of the load roller rolling path 3 several turns before.
  • Inside the return pipe 4 a roller return path 5 having a square cross section is formed along the axial direction.
  • the return pipe 4 has a central portion 14 extending linearly, and a pair of ends 15 bent at about 90 ° on both sides of the central portion, and the entire shape thereof is formed in a gate shape.
  • the end portion 15 includes an arc portion 15a having a constant curvature and a linear tip portion 15b extending from the arc portion 15a.
  • the tip 15b is inclined in the lead angle direction and in the opposite direction to each other when viewed from the side of the screw shaft 1.
  • the tip portion 15b faces the tangential direction of the load roller rolling path.
  • the tip 28 of the end of the return pipe 4 extends to a horizontal plane 17 including the axis of the screw shaft 1.
  • the axis of the roller 6 is inclined by the lead angle.
  • the posture of the rollers 6 when the rollers 6 are guided from the load roller rolling path 3 into the return pipe 4 and when the rollers 6 are returned from the return pipe 4 to the load roller rolling path 3 are extremely low. It is important.
  • the attitude of the roller 6 changes when entering the load roller rolling path 3 from the return pipe 4.
  • the roller 6 can be smoothly returned to the load roller rolling path 3 without any occurrence (no so-called skew in which the axis of the roller 6 is inclined). Further, the roller 6 can be smoothly guided from the load roller rolling path 3 into the return pipe 4.
  • an arch-shaped cut 18 is formed at the tip 15b along the center line of the track of the roller 6.
  • the shape of the cut 18 as viewed from the axial direction of the screw shaft 1 is formed in an arc shape.
  • a roller guide portion 19 that enters the inside of the thread is formed inside the cut 18 when the axial force of the screw shaft 1 is viewed.
  • the cross-sectional shape of the roller return path 5 at the position of the roller guide 19 is formed in a quadrangle, in this embodiment, a square.
  • the section in which the cross-sectional shape of the roller return path 5 in a plane orthogonal to the axis of the return pipe 4 is formed in a square becomes longer. For this reason, the gap h in which the roller return path 5 having a square cross section is not formed can be reduced, and the continuity of the cross-sectional shapes of the load roller rolling path 3 and the roller return path 5 can be improved.
  • FIG. 6 shows a spacer 31 interposed between the rollers 6.
  • curved concave portions 31 a, 31 a are formed so as to conform to the outer peripheral surface of the adjacent roller 6 and slidably contact the outer peripheral surface of the roller 6.
  • the curved concave portions 31a, 31a are formed so that the rollers can be arranged crosswise, and the radius of curvature thereof is set slightly larger than the radius of the roller 6.
  • FIG. 7 shows a roller screw according to a second embodiment of the present invention.
  • the basic configurations of the screw shaft 1, the nut member 2, and the roller 6 are the same as those in the first embodiment, and thus the same reference numerals are given and the description thereof will be omitted.
  • one pitch P2 of the central groove 22 in the central portion of the loaded ball rolling groove 2a of the nut member 2 is set slightly larger than the pitch P1 of the screw shaft.
  • the pitch P3 of the end grooves 23, 24 on both sides of the center groove 22 is set equal to the pitch P1 of the screw shaft.
  • a preload load (compressive load) indicated by (1) in the figure is applied to the roller 6 on the end groove 23 side.
  • a preload (compression load) indicated by (2) in the figure is applied to the roller 6 on the side of the end groove 24.
  • rollers 6 are arranged in a cross so that the axes of the adjacent rollers are orthogonal to each other. Also not shown However, the roller 6 rolling between the roller rolling groove la of the screw shaft 1 and the load roller rolling groove 2a of the nut member 2 is circulated by a return pipe.
  • FIG. 8 and FIG. 9 show a roller screw according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view of the nut member
  • FIG. 9 is an enlarged sectional view of the roller screw to which a preload is applied.
  • the nut member 2 is axially separated by two separating nuts 12, 12, and a shim 13 is interposed between the two separating nuts 12, 12.
  • the configurations of the screw shaft 1, the separation nut 12 (corresponding to the nut member 2 of the first embodiment), the roller 6, and the return pipe 4 are substantially the same as those of the roller screw of the first embodiment, and therefore are the same. The description is omitted by attaching reference numerals.
  • the pitch of the loaded roller rolling grooves 2a of the separation nuts 12, 12 is equal to the pitch of the roller rolling grooves la of the screw shaft 1.
  • P2 n X Pl + al (al: thickness of the shim, P1: Pitch of the load roller rolling groove la, n: any integer). Since the pitch P1 of the load roller rolling grooves la of the screw shaft 1 is always constant, the distance P2 between the load roller rolling grooves 2a, 2a on both sides of the shim 13 is determined by the presence of the shim 13. It will be S wide by the thickness.
  • a preload (compression load) shown in (1) in the drawing is applied to the roller 6 in one separation nut 12, and a roller (2) in the drawing is applied to the roller 6 in the other separation nut 12.
  • Preload compression load
  • a highly rigid roller screw can be obtained.
  • the plurality of rollers 6 are arranged in a so-called parallel manner so that the axis of the rollers 6 faces in the same direction when viewed from the traveling direction of the rollers.
  • the roller 6 in one separation nut 12 is moved from the traveling direction of the roller 6 with respect to the roller 6 in the other separation nut 12 so that preloads (1) and (2) in opposite directions can be applied. They are arranged so that their axes are orthogonal.
  • the rollers 6 rolling between the roller rolling groove la of the screw shaft 1 and the load roller rolling groove 2a of the nut member 2 are circulated by a return pipe.
  • the rollers 6 may be arranged in a cross arrangement, and the rollers arranged in a cross arrangement may be circulated through a return pipe.
  • the embodiment of the present invention can be variously modified without changing the gist of the present invention.
  • the present invention can be applied to a roller screw of a type that does not include a force that circulates a roller through a return pipe and does not circulate the roller.

Landscapes

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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

明 細 書
ローラねじ
技術分野
[0001] 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。 背景技術
[0002] 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。
[0003] 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 、と 、う欠点があった。
[0004] 許容荷重を大きくすべぐボールの替わりにローラを使用したローラねじ力 例えば 特許文献 1, 2に開示されている。
[0005] 特許文献 1 :特開平 11 210858号公報
特許文献 2：実開平 6— 87764号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] ローラねじは大きな荷重をカ卩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、欠力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 、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つてしまう。
[0007] 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ぐローラねじに予圧を付与 する技術も未だ開発されて ヽな ヽ。
[0008] そこで本発明は、ローラねじの剛性を向上すベぐ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。
課題を解決するための手段
[0009] 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。
[0010] 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（la)が形成されたねじ軸（1)と、内周面に前記ローラ転走溝（la)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（la)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 oc群と、前記ローラの進行方向力 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（la)と、該壁面（la)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。
[0011] 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（la)が形成さ れたねじ軸（1)と、内周面に前記ローラ転走溝（la)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 ( la)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（PI)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
[0012] 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（la)が形成さ れたねじ軸（1)と、内周面に前記ローラ転走溝（la)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 (la)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。
発明の効果
[0013] 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 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 、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 、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 j8群の一方のみである。したがつ て、荷重を受けるローラ数が半分になってしまう。
[0014] 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。
[0015] 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。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]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]図 2は、ねじ軸を示す側面図である。
[図 3]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]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]図 5は、リターンパイプを示す図である。
[図 6]図 6は、ローラ間に介在されるスぺーサを示す図である。
[図 7]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]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]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
[0017] 1 ねじ軸、 la 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、 2 2 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。
発明を実施するための最良の形態
[0018] 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 laが形成されたねじ軸 1と、内周面に前記ローラ転走溝 la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 la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。
[0019] ねじ軸 1のローラ転走溝 la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 la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。
[0020] 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 laが形成される。ローラ転走溝 la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、ニ条ねじ、三条ねじ等様々なものを用いることができ る力 この実施形態ではニ条ねじを用いている。
[0021] 図 3はねじ軸 1のローラ転走溝 la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 la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 la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 la 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 クロス酉己歹 Uされる。
[0022] 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ー方向と反対の他方 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 la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 ex群と 、 、、他方向 (2)の荷重を負荷するローラを β群と 、う。往 復動のバランスを良くするために、 ひ群のローラと 群のローラの数は好ましくは同 数とされる。
[0023] なお、この実施形態では、ローラ αとローラ j8とは交互に、 α , β , α , β , α , β , a , j8…という具合に配列されている力 ローラ α群ローラ j8群とがあればこの他にも , , α · · · , β , β , j8…という具合に酉己列されてもいいし、 a , α , β , β , a , a , , j8…という具合に配列されてもよい。
[0024] 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 la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 、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つている。この状態力もナット部材 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 Βだけ増えて Α+Βとなり、ローラ j8群の各ローラの荷重は Cだけ減って A— Cとなる。
[0025] 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 δ 1だけ、ローラ j8群のローラは δ 2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 Α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 Α+Βとなり、ローラ j8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。
[0026] 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!、ローラを用いると、軸線方向荷重を受けるローラ 6は a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群及び口 ーラ j8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 、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。
[0027] 図 3に示されるように、ねじ軸 1のローラ転走溝 la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 lb, 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 力 S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 lb, 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 lb, 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 lb, 2bを形成することで、 V溝の尖つ 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。
[0028] 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 つたローラ 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 イブ 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の軸線方向力 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 1 7まで伸びる。
[0029] 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 、て 、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 イブ 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。
[0030] リターンノィプ 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の軸線方向力 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 1 9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'性をちたせることができる。
[0031] 図 6はローラ 6間に介在されるスぺーサ 31を示す。スぺーサ 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。
[0032] 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。
[0033] 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 ヽローラねじが得られる。
[0034] 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 la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。
[0035] 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。
[0036] 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 la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 X Pl + a l ( a l : シムの厚み， P1 :負荷ローラ転走溝 la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 la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つ 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 力 S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 ヽローラねじが得られる。
[0037] 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 la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ょ 、。
[0038] 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力 リタ 一ンノイブを備えない、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。

Claims

請求の範囲
[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 OC 群と、前記ローラの進行方向力 見た状態で前記ローラ oc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 、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 V、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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