WO2007126025A1 - ローラねじ及びローラねじの無負荷ローラ戻し通路の設計方法 - Google Patents

ローラねじ及びローラねじの無負荷ローラ戻し通路の設計方法 Download PDF

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WO2007126025A1
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WO
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roller
path
load
unloaded
return passage
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PCT/JP2007/059116
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Soshi Miyahara
Masahiko Yoshino
Takashi Sakuyama
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Thk Co., Ltd.
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Publication date
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    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
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    • F16H25/2247—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with rollers
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    • Y10T74/19781—Non-recirculating rolling elements
    • Y10T74/19791—Cylindrical or quasi-cylindrical roller element [e.g., inclined roller, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a roller screw in which a roller is interposed between a screw shaft and a nut so as to allow rolling motion, and a method for designing a no-load roller return path of the roller screw.
  • a ball screw in which a ball is interposed between a screw shaft and a nut so as to allow rolling motion can reduce the coefficient of friction when rotating the screw shaft with respect to the nut. It is often used for a feed mechanism or an automobile steering gear.
  • the roller screw has a screw shaft having a spiral roller rolling portion on the outer peripheral surface, a nut having a spiral load roller rolling portion facing the roller rolling portion of the screw shaft on the inner peripheral surface of the nut, A plurality of rollers interposed between the roller rolling portion of the screw shaft and the loaded roller rolling portion of the nut so as to be capable of rolling motion.
  • the roller rolls between the screw shaft and the nut.
  • the roller that has rolled to one end of the loaded roller rolling part of the nut is guided into a no-load roller return passage provided in the nut. Then, it returns to the other end of the loaded roller rolling path again via the no-load roller return path.
  • the ball can roll in any direction in all directions.
  • the force roller has only one rolling direction.
  • the posture of the roller in the no-load roller return path at the connection between the no-load roller return path and the load roller rolling path It is necessary to match the posture of the roller in the loaded roller rolling path. From this request, as shown in FIGS. 18 and 19, the middle of the no-load roller return passage 51 is twisted, and the posture of the roller 52 is changed when moving the no-load roller return passage 51 (the center of the roller 52).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11 210858
  • the inventor sweeps the cross-section of the veg roller 53 in which the cross-sectional shape of the no-load roller return path is formed in a quadrangle similar to the cross-sectional shape of the roller 53, A passage was designed. Specifically, the movement trajectory of the central axis of the roller 53 in the no-load roller return path was designed in the shape of a belt-like surface, and the movement trajectory 54 in the shape of a belt-like surface was aimed. Then, the wall surface 55 of the unloaded roller return passage was designed by translating the movement locus 54 in the form of the belt-like surface by a distance obtained by adding a clearance to the roller diameter. Initially, it seemed that the roller 53 was accommodated in the unloaded roller return passage designed in this way with little play.
  • the roller 53 interferes with the wall surface 55 of the no-load roller return path.
  • the cause of the interference lies in the bulges 57 and 58 before and after the outline 56 of the cylindrical roller 53.
  • roller screws have been developed, they have not yet been commercialized. In actual trial production, it is extremely difficult to move the rollers smoothly.
  • the above-described conventional design method for the no-load roller return path is also considered to be a factor that hinders smooth circulation of the roller.
  • an object of the present invention is to provide a new shape and shape of a no-load roller return path that can smoothly move a roller, and a new design method for a no-load roller return path of a roller screw. To do.
  • the invention according to claim 1 is characterized in that a screw shaft (1) having a spiral roller rolling portion (la) on an outer peripheral surface and the roller rolling on an inner peripheral surface.
  • a non-load roller return passage (10) having a spiral loaded roller rolling section (2a, 36a) facing the section (la) and connecting one end and the other end of the loaded roller rolling section (2a, 36a).
  • a roller screw provided with a plurality of rollers (4) arranged in parallel so that the axes of adjacent rollers (4) are substantially parallel to a roller circulation path constituted by passages (10, 32)
  • At least a part (10a, 32a) in the longitudinal direction of the no-load roller return path (10, 32) is moved when the roller (4) moves in the no-load roller return path (10, 32).
  • the central axis (13) of the roller (4) is twisted so as to be inclined, and the cross-sectional shape of the twisted portion of the unloaded roller return passage (10, 32) is opposed to the side surface of the roller (4).
  • Each of the pair of side surface corresponding parts (25c, 25d) is formed in a convex shape toward the inside of the no-load roller return path (10, 32).
  • the invention according to claim 2 includes a screw shaft (1) having a spiral roller rolling portion (la) on an outer peripheral surface, and a spiral facing the roller rolling portion (la) on an inner peripheral surface. (2a, 36a) and a load roller rolling part (2a, 36a) and a nut (2 36), a loaded roller rolling path (9) between the roller rolling section (la) and the loaded roller rolling section (2a, 36a) and the no-load roller return path (10, 32).
  • a roller screw having a plurality of rollers (4) arranged in parallel so that the axes of adjacent rollers (4) are kept substantially parallel to the roller circulation path formed, the unloaded roller return passage ( 10 and 32) at least part of the longitudinal direction (10a, 32a) force When the roller (4) moves through the no-load roller return passage (10, 32), the central axis (13) of the roller (4) Like tilting And a pair of end face corresponding portions (25a, 25b) facing the end face of the roller (4) according to the cross-sectional shape of the twisted portion of the unloaded roller return passage (10, 32). Is formed in a convex shape toward the outside of the no-load roller return passage (10, 32).
  • the invention according to claim 3 is a screw shaft (1) having a spiral roller rolling part (la) on the outer peripheral surface.
  • a spiral load roller rolling portion (2a, 36a) facing the roller rolling portion (la) on the inner peripheral surface, and one end and the other end of the load roller rolling portion (2a, 36a) No-load roller connecting the roller (10, 32) with a nut (2, 36), and the loaded roller rolling between the roller rolling section (la) and the loaded roller rolling section (2a, 36a).
  • each of the pair of side surface corresponding parts (25c, 25d) facing the side surface of the roller (4) is formed in a convex shape by urging the inner side of the no-load roller return path (10, 32), and In the cross-sectional shape of the twisted portion of the no-load roller return path (10, 32), each of the pair of end face corresponding parts (25a, 25b) facing the end face of the roller (4) is the unload roller return path It is formed in a convex shape toward the outside of (10, 32).
  • the invention according to claim 4 is the roller screw according to any one of claims 1 to 3, wherein the unloaded roller return passage (10, 32) connected to the loaded roller rolling passage (9).
  • the cross-sectional shape of both ends is formed in a quadrangle similar to the cross-sectional shape along the central axis (13) of the roller (4).
  • the invention according to claim 5 is the roller screw according to claim 4, wherein the both ends of the no-load roller return passage (10, 32) keep the roller (4) in the same posture. It is characterized by being moved along a straight track.
  • the invention according to claim 6 is the roller screw according to any one of claims 1 to 5, wherein the unloaded roller return path (10, 32) is a roller (4) along a linear track.
  • the straight path (10a, 32a) of (10, 32) is such that the central axis (13) of the roller (4) is inclined when the roller (4) moves in the straight path (10a, 32a).
  • the direction change path (10b, 32b) of the unloaded roller return path (10, 32) is twisted when the roller (4) moves along the direction change path (10b, 32b).
  • the center axis (13) of the roller (4) is twisted so as not to tilt, and is characterized in that
  • the invention according to claim 7 includes a screw shaft (1) having a spiral roller rolling part (la) on an outer peripheral surface, and a spiral facing the roller rolling part (la) on an inner peripheral surface. (2a, 36a) and a load roller rolling part (2a, 36a) and a nut (2 36), a loaded roller rolling path (9) between the roller rolling section (la) and the loaded roller rolling section (2a, 36a) and the no-load roller return path (10, 32).
  • the moving locus (20) of the central axis (13) of the recording roller (4) is designed in the shape of a belt-like surface, and at least a part of the moving locus (20) in the longitudinal direction of the belt-like surface shape is designed.
  • the unloaded roller return path for designing the unloaded roller return path (10, 32) by moving the roller (4) along the twisted surface design process and the movement locus (20) in the shape of the band-shaped surface. And a design process.
  • the invention according to claim 8 is the design method of the no-load roller return path of the roller screw according to claim 7, wherein the roller (4) actually used in the no-load roller return path design step. It is characterized in that a virtual roller (21) having a slightly larger diameter and height is used. The invention's effect
  • the cross-sectional shape of the movement trajectory of the roller is such that the cross-sectional shape of the unloaded roller return passage is not a quadrangle similar to the cross-sectional shape along the central axis of the roller. become. Therefore, a no-load roller return path having a minimum clearance through which the roller can pass is obtained.
  • the roller can be more smoothly transferred from the no-load roller return path to the load roller rolling path.
  • the roller since the direction changing path for moving the roller along the curved path is twisted, the roller is inclined in the direction changing path. It can prevent the roller from moving badly.
  • the cross-sectional shape of the unloaded roller rolling path is a cross-sectional shape of the movement trajectory of the roller that is not a quadrangle similar to the cross-sectional shape along the central axis of the roller. Can do.
  • FIG. 1 is a perspective view of a roller screw according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing rollers arranged on a loaded roller rolling path.
  • FIG. 5 Diagram showing a nut ((A) shows a front view, (B) shows a cross-sectional view, and (C) shows a rear view)
  • FIG. 6 Diagram showing the trajectory of the center point of the roller ((A) in the figure shows the trajectory as seen from the axial direction of the screw shaft, and (B) shows the trajectory as seen from the side of the screw shaft. Indicate)
  • FIG.8 Diagram showing a virtual roller moving along a movement trajectory
  • FIG. 13 A diagram showing a cross-sectional shape of the no-load roller return passage (FIG. (A) shows an example of a rectangular shape, and FIG. (B) shows an example of an irregularly shaped quadrangle)
  • FIG. 14 is a diagram showing a cross-sectional shape of a no-load roller return passage
  • FIG. 15 is a view showing a nut of a roller screw in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a view showing a conventional unloaded roller return path twisted by a roller screw.
  • FIG. 20 is a view showing interference between the unloaded roller return path and a roller.
  • roller rolling groove roller rolling part
  • FIG. 1 and 2 show a roller screw according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a roller screw.
  • the roller screw is opposed to the screw shaft 1 having a roller rolling groove la as a spiral roller rolling part formed on the outer peripheral surface and the roller rolling groove la on the inner peripheral surface.
  • a nut 2 in which a loaded roller rolling groove 2a is formed as a spiral loaded roller rolling portion.
  • a plurality of rollers 4 are arranged in the load roller-roller rolling path between the roller rolling groove la of the screw shaft 1 and the loaded roller rolling groove 2a of the nut 2.
  • a retainer 5 is interposed between the rollers 4 to prevent the rollers 4 from contacting each other.
  • Seals are attached to both ends of the nut 2 in the axial direction to prevent foreign matter adhering to the surface of the screw shaft 1 from entering the inside of the nut 2 and to prevent lubricant from leaking from the inside of the nut 2.
  • Member 6 is attached.
  • circulating members 7 and 8 are attached to the nut 2.
  • a no-load roller return passage 10 is formed that connects one end and the other end of the loaded roller rolling groove 2 a of the nut 2.
  • the plurality of rollers 4 roll and move along the load roller rolling path 9 between the single roller rolling groove la and the load roller rolling groove 2 a.
  • the roller 4 that has rolled to one end of the loaded roller rolling path 9 passes through the no-load roller return path 10 of the circulating members 7 and 8, and then returns to the other end of the loaded roller rolling path 9 several turns before.
  • the circulation members 7 and 8 include a straight path constituting member 7 and a pair of direction change path constituting members 8 provided at both ends of the straight path constituting member 7.
  • a through hole 11 extending in parallel with the axis of the screw shaft 1 is formed in the nut 2, and a nove-shaped linear passage constituting member 7 is inserted into the through hole 11.
  • a straight path 10a for moving the roller along a straight track is formed in the straight path constituting member 7.
  • the straight passage 10a extends linearly in parallel with the axis of the screw shaft 1.
  • Direction change path constituting members 8 are attached to both end faces of the nut 2 in the axial direction.
  • the direction change path constituting member 8 is formed with a direction change path 10b for moving the roller along a curved line, for example, an arcuate path.
  • the direction change path component 8 is divided into two parts, an outer peripheral side 8a and an inner peripheral side 8b of the arcuate track.
  • Each of the outer peripheral side 8a and the inner peripheral side 8b of the direction change path constituting member 8 has a flange portion.
  • the outer peripheral side 8a and the inner peripheral side 8b of the direction change path constituting member 8 are overlapped and positioned on the end surface of the nut 2, and the flange portion is fixed to the end surface of the nut 2 with fixing means such as bolts. Since both ends of the straight path constituting member 7 are fitted into the direction changing path constituting member 8, the straight path constituting member 7 is also fixed to the nut 2 by fixing the direction changing path constituting member 8 to the nut 2.
  • FIG. 3 shows the rollers 4 a and 4 b arranged in the loaded roller rolling path 9.
  • the nut 2 is seen through to show the rollers 4a and 4b arranged in the load roller rolling path.
  • the roller screw This is a double thread.
  • a spiral roller rolling groove la is formed on the outer peripheral surface of the screw shaft 1
  • a helical load roller rolling groove 2 a is formed on the inner peripheral surface of the nut 2.
  • Two sets of circulating members 7 and 8 are also attached to the nut 2 so as to be able to cope with the double thread.
  • a roller 4 a that can load a load in one direction (1) in the axial direction of the screw shaft 1 is arranged.
  • this load roller rolling path 9 a plurality of rollers 4a are arranged in parallel so that the axes of the adjacent rollers 4a are kept substantially parallel.
  • the force shown is one roller 4a per turn.
  • a plurality of rollers 4a are filled over the entire circumference of the loaded roller rolling path.
  • Roller rolling paths 9 are arranged with rollers 4 b that can apply a load in the direction (2) opposite to the axial direction of the screw shaft 1.
  • a plurality of rollers 4b are arranged in parallel so that the axis of the roller 4b adjacent to the loaded roller rolling path 9 is substantially parallel.
  • the threader screw is a double thread so as to be able to apply loads in both directions of the axial direction of the screw shaft! /, The load in only one direction in the axial direction of the screw shaft If this is the case, the roller screw may be a single thread, or a triple thread may be used.
  • the central axes 13a, 13b of the rollers 4a, 4b pass through the axis of the screw shaft 1 in the loaded roller rolling path. Even if the rollers 4a and 4b are located around the screw shaft 1, the central shafts 13a and 13b of the rollers 4a and 4b pass through the axis of the screw shaft 1. Thus, it is possible to prevent the rollers 4a and 4b from tilting and causing skew when the rollers 4a and 4b move on the load roller rolling path 9. Since the rollers 4a and 4b are arranged in the loaded roller rolling path 9 in such a posture, strictly speaking, the axes of adjacent rollers 4a or rollers 4b are not parallel. However, since the axes of adjacent rollers 4a or rollers 4b are almost parallel, it can be said that they are almost parallel.
  • FIG. 4 shows the screw shaft 1.
  • a spiral roller rolling groove la having a predetermined V-shaped cross section and having a substantially V-shaped cross section is formed.
  • Roller 4a that can load (1) in the axial direction of screw shaft 1 is aligned in parallel with one roller rolling groove la, and the axial direction of screw shaft 1 is aligned with another roller rolling groove la.
  • Rollers 4b that can apply a load in the opposite direction (2) are arranged in parallel.
  • FIG. 5 shows the nut 2.
  • the nut 2 is formed with a spiral loaded roller rolling groove 2a having a predetermined V-shaped section and facing the roller rolling groove la of the screw shaft 1 and having a substantially V-shaped cross section.
  • the nut 2 is provided with a through hole 11 for inserting the linear passage constituting member 7.
  • a recess 15 for mounting the direction change path component 8 is formed on the end face of the nut 2.
  • the roller screw is a double thread, two sets of circulating members 7 and 8 are attached to the nut.
  • Fig. 6 shows the movement locus of the center point of the roller moving along the loaded roller rolling path and the unloaded roller return path of one strip.
  • 6 (A) shows the movement trajectory of the screw shaft 1 viewed from the axial direction
  • FIG. 6 (B) shows the movement trajectory of the screw shaft 1 viewed from the side.
  • the movement locus 16 of the center point of the roller 4 is the radius of the roller 4 in the shape of the spiral roller rolling groove la of the screw shaft 1 or the loaded roller rolling groove 2a of the nut 2.
  • the movement locus 16 has a circular shape with a radius RCD / 2 when the axial force of the screw shaft 1 is also seen, and a spiral shape when the lateral force of the screw shaft 1 is seen.
  • both ends of the movement locus 16 of the center point of the roller 4 in the loaded roller rolling path 9 are grasped, both ends of the movement locus 16 of the center point are extended in the tangential direction.
  • the movement locus 17 of the center point of the roller 4 is a straight line parallel to the center line lb of the screw shaft 1.
  • the movement trajectory 16 extending in the tangential direction and the movement trajectory 17 in the straight path 10a are connected by a curved line, for example, an arc having a radius of curvature R to obtain the movement trajectory 18 of the center point of the roller 4 in the direction change path 10b.
  • the movement trajectories 17 and 18 of the center point of the roller 4 in the no-load roller return passage 10 can be designed into a line shape.
  • the central axis 13 of the roller 4 is moved along the movement locus 16 to 18 of the center point of the line shape, and the movement locus 20 of the central axis 13 of the roller 4 is Design in the shape of a strip-shaped surface.
  • Al and A5 are regions at both ends of the no-load roller return passage 10
  • A2 and A4 are regions of the direction change passage 10b
  • A3 is a region of the straight passage 10a.
  • the roller 4 must be returned to the loaded roller rolling path 9 without being reversed. From these requests, At least a part in the longitudinal direction of the no-load roller return passage 10 is twisted so that the central axis of the roller 4 is inclined when moving in the no-load roller return passage 10.
  • the straight passage 10a is twisted, and the central axis of the roller 4 is inclined by about 90 degrees at the inlet and outlet of the straight passage 10a. Therefore, in the region A3 of the straight passage 10a, the movement locus 20 of the central axis of the roller 4 is in the form of a twisted belt-like surface.
  • the torsion rate of this straight passage 10a (ratio of the moving distance of the roller 4 and the inclination angle of the central axis of the roller 4) is constant.
  • the movement locus 20 of the central axis of the roller 4 is not twisted. This is to prevent the movement of the roller 4 from deteriorating due to the inclination of the central axis of the roller 4 when the roller 4 is moved along the arcuate track.
  • the movement locus 20 is formed by bending the belt along an arc.
  • the areas A1 to A5 described above are the areas of the no-load roller return passage 10.
  • the no-load porter return passage 10 is formed in the circulation members 7 and 8 attached to the nut 2.
  • this unloaded roller return passage 10 there is a slight clearance around the roller 4, and the roller 4 moves by being pushed by the subsequent roller.
  • the spiral region other than the regions A1 to A5 is the region of the load roller rolling path 9.
  • the roller 4 is sandwiched between the roller rolling groove la of the screw shaft 1 and the load roller rolling groove 2a of the nut 2 and receives a load.
  • the roller 4 rolls along with the relative rotation of the screw shaft 1 with respect to the nut 2 and moves in a spiral shape.
  • the end of the load roller rolling path 9 is connected to the unloaded roller return path 10 from the loaded roller rolling path 9 or from the unloaded roller return path 10 to the loaded roller rolling path 9.
  • a crowning may be provided in the loaded roller rolling groove 2a of the nut 2.
  • the load roller rolling path 9 to the no-load port When moving to the roller return path, the load on the roller 4 is gradually released at the end of the load roller rolling path 9 and eventually the roller 4 may not receive the load.
  • the portion where such a crowning is provided is also called a loaded roller rolling path 9.
  • the no-load roller return passage 10 is designed by moving the virtual roller 21 along the movement locus 20 in the form of a band-like surface.
  • the virtual roller 21 having a slightly larger diameter and height than the actually used roller 4 is used.
  • the virtual roller 21 is moved along the movement locus 20 (more specifically, the central axis of the virtual roller 21 is orthogonal to the movement locus 17, 18 in the form of a line, and the central axis of the virtual roller 21 is twisted.
  • the virtual roller 21 is moved little by little so as to be positioned in the belt-like plane). It can be seen that when the virtual roller 21 is moved (for example, moved from (1) to (2)), the central axis of the virtual roller 21 is inclined. Fig.
  • FIG. 9 shows a set of virtual rollers 21 moved little by little.
  • a swept curved surface 22 is obtained by moving a virtual roller 21 having a volume.
  • a wall surface 23 of the no-load roller return path is created from the sweep curved surface 22 of FIG.
  • FIG. 11 and FIG. 12 show the straight path 10a of the no-load roller return path 10 designed by the design method described above.
  • the cross section of the straight passage 10a (more precisely, the cross section in the plane perpendicular to the movement locus 17 of the line of the center point of the roller 4) is cut, the cross sectional shape 24 is not a quadrangle. Become a shape.
  • FIG. 13 shows a comparison between the cross-sectional shape of the conventional no-load roller return passage and the cross-sectional shape of the straight passage 10a of the no-load roller return passage 10 of the present embodiment.
  • the cross-sectional shape of the conventional no-load roller return path is a quadrangle similar to the cross-sectional shape of the roller 4 along the center line of the roller 4 as shown in FIG. It was.
  • the cross-sectional shape of the straight passage 10a of the no-load roller return passage 10 of the present embodiment is such that each of the pair of side surface corresponding portions 25c and 25d facing the side surface of the roller 4 It is formed in a convex shape with directing force to the side.
  • the central portion 28 of the side surface corresponding portions 25c and 25d is the most concave, and the concave portion gradually becomes shallower from the central portion 28 toward the end portion 27 (left and right end portions in the figure).
  • each of the pair of end surface corresponding portions 25a and 25b facing the end surface of the roller 4 is formed in a convex shape by force toward the outside of the unloaded roller return passage 10. More specifically, the center part 26 of the end face corresponding parts 25a, 25b is swelled most outward, and the center part 26 to the end part 27 ( In the figure, the swelling gradually decreases toward the upper and lower ends.
  • the convex shapes of the end face corresponding portions 25a and 25b and the side face corresponding portions 25c and 25d may be formed of curves, or may be formed of a polygonal force combining a plurality of line segments.
  • the cross-sectional shape of both ends of the unloaded roller return passage 10 (regions A1-1, A5-1-1 connected to the loaded roller rolling path 9) is a quadrangle similar to the cross-sectional shape along the central axis of the roller 4 Is formed.
  • the sectional shape of the loaded roller rolling path 9 is the same quadrangle as the sectional shape along the central axis of the roller 4.
  • FIG. 15 shows a nut of a roller screw in the second embodiment of the present invention.
  • a return pipe type roller screw is used instead of the so-called end cap type roller screw.
  • the present invention can also be applied to a return pipe type roller screw.
  • the no-load roller return passage 32 is formed in the return pipe 33.
  • the return nove 33 is composed of a main body part 34 in which the direction changing path 32b of the no-load roller return path 32 is formed, and a pair of legs 35 in which the straight path 32a is formed.
  • the roller screw is a double thread similarly to the roller screw of the first embodiment.
  • the return pipe 33 is also attached to the upper and lower portions of the nut 36. In this embodiment, the lower return pipe is omitted.
  • the direction changing path 32b only moves the roller along the arcuate track, and is not twisted.
  • the central axis of the roller always faces the horizontal direction.
  • the cross-sectional shape of the direction change path 32b is formed in a quadrangle similar to the cross-sectional shape along the central axis of the roller.
  • the straight passage 32a of the leg 35 is twisted. Do not reverse the roller through the no-load roller return path 32 (Do not change the direction of the load that the roller can receive) In order to return to the la rolling road, the twist angle of the pair of legs 35 must be 90 degrees in total.
  • One leg 35 is twisted by about 10 degrees in order to match the posture of the roller in the load roller rolling groove 36a of the nut 36 with the posture in the direction change path 32b.
  • the remaining legs 35 are twisted approximately 80 degrees in order to return to the loaded roller rolling groove 36a of the nut 36 without reversing the rollers in the direction change path 32b.
  • FIG. 16 is a plan view of the nut
  • FIG. 17 is a sectional view of the nut.
  • the nut 36 is formed with a pair of through holes 37 extending to the load roller rolling groove 36a.
  • the pair of leg portions 35 of the return pipe 33 are inserted into the pair of through holes 37.
  • the end of the load roller rolling groove 36 a of the nut 36 ends in a horizontal plane parallel to the center line 36 b of the nut 36.
  • the unloaded roller return passage 32 is designed as follows in the same manner as the end cap type roller screw. First, both ends of the spiral movement locus 38 of the center point of the roller on the loaded roller rolling path are extended in the tangential direction. Then, the movement trajectory 39 extended in the tangential direction and the arc-shaped movement trajectory of the center point of the roller in the direction switching path 32b are connected by a vertical line 40 (see FIG. 15). It is desirable to connect the movement locus 39 extended in the tangential direction as it is to the movement locus of the direction change path 32b. If the trajectory 39 is extended in the tangential direction, the vertical line 40 is provided when the leg 35 is broken.
  • the central axis of the roller is moved along the movement trajectory 39, 40 in the form of a line, so that the movement trajectory of the central axis of the roller becomes the shape of a belt-like surface, and the shape of the belt-like surface Twist the trajectory in the leg 35.
  • the unloaded roller return passage 32 is designed by moving the rollers along the movement locus in the form of a belt-like surface.
  • the cross-sectional shape of the twisted straight passage is an irregular quadrangle as shown in FIG. 13 (B).
  • the cross-sectional shape of the untwisted direction change path 32b and both ends is a quadrangle similar to the cross-sectional shape of the roller as shown in FIG. 13 (A).
  • the roller may be a conical taper roller in addition to a cylindrical roller.

Abstract

　ローラを円滑に移動させることができる無負荷ローラ戻し通路の新しい形状を提供する。 　ローラねじのローラの循環経路を負荷ローラ転走路と無負荷ローラ戻し通路で構成する。無負荷ローラ戻し通路１０を、ローラ４が無負荷ローラ戻し通路１０を移動するときにローラの中心軸が傾くようにねじる。無負荷ローラ戻し通路１０のねじられた部分の断面形状において、ローラ４の端面に対向する一対の側面対応部２５ｃ，２５ｄそれぞれが、無負荷ローラ戻し通路１０の内側に向かって凸形状に形成される。

Description

明 細 書
ローラねじ及びローラねじの無負荷ローラ戻し通路の設計方法
技術分野
[0001] 本発明は、ねじ軸とナット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 及び該ローラねじの無負荷ローラ戻し通路の設計方法に関する。
背景技術
[0002] ねじ軸とナット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は、ナット 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 'ロボットの 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多用されている。
[0003] 近年許容荷重を増大するために、ボールの替わりにローラを使用したローラねじが 開発されている。ローラねじは、外周面に螺旋状のローラ転走部を有するねじ軸と、 ナットの内周面にねじ軸のローラ転走部に対向する螺旋状の負荷ローラ転走部を有 するナットと、ねじ軸のローラ転走部とナットの負荷ローラ転走部との間に転がり運動 可能に介在される複数のローラと、で構成される。ねじ軸に対するナットの相対的な 回転に伴い、ローラがねじ軸とナットの間を転がり運動する。ナットの負荷ローラ転走 部の一端まで転がったローラは、ナットに設けられる無負荷ローラ戻し通路内に導か れる。そして、無負荷ローラ戻し通路を経由して再び負荷ローラ転走路の他端に戻さ れる。
[0004] ボールは四方八方いずれの方向に転がることができる。し力しローラはその転がる 方向が一方向に限られている。無負荷ローラ戻し通路から負荷ローラ転走路へロー ラを円滑に移行させるためには、無負荷ローラ戻し通路と負荷ローラ転走路との接続 部分において、無負荷ローラ戻し通路内でのローラの姿勢と負荷ローラ転走路内で のローラの姿勢とを一致させる必要がある。この要請から、図 18及び図 19に示される ように、無負荷ローラ戻し通路 51の途中をねじり、無負荷ローラ戻し通路 51を移動す るときにローラ 52の姿勢を変化させる（ローラ 52の中心軸を傾ける）ことが行われてい た (例えば特許文献 1参照)。そして、無負荷ローラ戻し通路 51の断面形状は、ロー ラ 52の中心軸に沿ったローラ 52の断面形状と相似の四角形に形成されていた。 [0005] 特許文献 1 :特開平 11 210858号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 発明者は、図 20に示されるように、無負荷ローラ戻し通路の断面形状をローラ 53の 断面形状と相似の四角形に形成すベぐローラ 53の断面を掃引させて無負荷ローラ 戻し通路を設計した。具体的には、無負荷ローラ戻し通路におけるローラ 53の中心 軸の移動軌跡を帯状の面の形に設計すると共に、帯状の面の形の移動軌跡 54をね じった。そして、該帯状の面の形の移動軌跡 54をローラ径にクリアランスを加えた距 離だけ平行移動させて無負荷ローラ戻し通路の壁面 55を設計した。当初は、このよ うに設計された無負荷ローラ戻し通路内に遊びが少な 、状態でローラ 53が収容され ると思われた。
[0007] しかし、無負荷ローラ戻し通路の断面形状をローラ 53の中心軸に沿った断面形状 と相似の四角形にしたのでは、ローラ 53が無負荷ローラ戻し通路の壁面 55に干渉し てしまう。干渉の原因は、円筒形状のローラ 53の外形線 56の前後にある膨らみ 57, 58にある。ローラ 53の断面を掃引させただけでは、ローラ 53の外形線 56を含む一 つの断面でし力ローラ 53の形状を捉えておらず、ローラ 53の外形線 56の前後の部 分の膨らみを考慮して 、な 、。干渉をなくすために無負荷ローラ戻し通路の断面形 状を相似的に拡大させると、今度は逆にローラ 53の遊びが大きくなつてしまう。このよ うなローラの遊びはローラの循環不良を招く。
[0008] ローラねじは開発されているものの、未だ製品化されていない。実際に試作してみ ると、ローラを円滑に移動させることが極めて困難だ力もである。上述の無負荷ローラ 戻し通路の従来の設計方法もローラの円滑な循環を妨げる要因になっていると考え られる。
[0009] そこで本発明は、ローラを円滑に移動させることができる無負荷ローラ戻し通路の 新し 、形状、並びにローラねじの無負荷ローラ戻し通路の新たな設計方法を提供す ることを目的とする。
課題を解決するための手段
[0010] 以下、本発明について説明する。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。
[0011] 上記課題を解決するために、請求項 1に記載の発明は、外周面に螺旋状のローラ 転走部 (la)を有するねじ軸 (1)と、内周面に前記ローラ転走部 (la)に対向する螺旋状 の負荷ローラ転走部 (2a,36a)を有すると共に、前記負荷ローラ転走部 (2a,36a)の一端 と他端を接続する無負荷ローラ戻し通路 (10,32)を有するナット (2,36)と、前記ローラ転 走部 (la)と前記負荷ローラ転走部 (2a,36a)との間の負荷ローラ転走路 (9)及び前記無 負荷ローラ戻し通路 (10,32)で構成されるローラ循環経路に、隣接するローラ (4)の軸 線がほぼ平行を保つようにパラレル配列される複数のローラ (4)と、を備えるローラね じにおいて、前記無負荷ローラ戻し通路 (10,32)の長手方向の少なくとも一部 (10a,32a )が、前記ローラ (4)が無負荷ローラ戻し通路 (10,32)を移動するときに前記ローラ (4)の 中心軸 (13)が傾くようにねじられ、そして、前記無負荷ローラ戻し通路 (10,32)のねじら れた部分の断面形状において、前記ローラ (4)の側面に対向する一対の側面対応部 ( 25c,25d)それぞれが、前記無負荷ローラ戻し通路 (10,32)の内側に向かって凸形状に 形成されることを特徴とする。
[0012] 請求項 2に記載の発明は、外周面に螺旋状のローラ転走部 (la)を有するねじ軸 (1) と、内周面に前記ローラ転走部 (la)に対向する螺旋状の負荷ローラ転走部 (2a,36a)を 有すると共に、前記負荷ローラ転走部 (2a,36a)の一端と他端を接続する無負荷ローラ 戻し通路 (10,32)を有するナット (2,36)と、前記ローラ転走部 (la)と前記負荷ローラ転走 部 (2a,36a)との間の負荷ローラ転走路 (9)及び前記無負荷ローラ戻し通路 (10,32)で構 成されるローラ循環経路に、隣接するローラ (4)の軸線がほぼ平行を保つようにパラレ ル配列される複数のローラ (4)と、を備えるローラねじにおいて、前記無負荷ローラ戻 し通路 (10,32)の長手方向の少なくとも一部 (10a,32a)力 前記ローラ (4)が無負荷ロー ラ戻し通路 (10,32)を移動するときに前記ローラ (4)の中心軸 (13)が傾くようにねじられ、 そして、前記無負荷ローラ戻し通路 (10,32)のねじられた部分の断面形状にぉ 、て、 前記ローラ (4)の端面に対向する一対の端面対応部 (25a,25b)それぞれが、前記無負 荷ローラ戻し通路 (10,32)の外側に向かって凸形状に形成されることを特徴とする。
[0013] 請求項 3に記載の発明は、外周面に螺旋状のローラ転走部 (la)を有するねじ軸 (1) と、内周面に前記ローラ転走部 (la)に対向する螺旋状の負荷ローラ転走部 (2a,36a)を 有すると共に、前記負荷ローラ転走部 (2a,36a)の一端と他端を接続する無負荷ローラ 戻し通路 (10,32)を有するナット (2,36)と、前記ローラ転走部 (la)と前記負荷ローラ転走 部 (2a,36a)との間の負荷ローラ転走路 (9)及び前記無負荷ローラ戻し通路 (10,32)で構 成されるローラ循環経路に、隣接するローラ (4)の軸線がほぼ平行を保つようにパラレ ル配列される複数のローラ (4)と、を備えるローラねじにおいて、前記無負荷ローラ戻 し通路 (10,32)の長手方向の少なくとも一部 (10a,32a)力 前記ローラ (4)が無負荷ロー ラ戻し通路 (10,32)を移動するときに前記ローラ (4)の中心軸 (13)が傾くようにねじられ、 前記無負荷ローラ戻し通路 (10,32)のねじられた部分の断面形状にぉ 、て、前記ロー ラ (4)の側面に対向する一対の側面対応部 (25c,25d)それぞれが、前記無負荷ローラ 戻し通路 (10,32)の内側に向力つて凸形状に形成され、そして、前記無負荷ローラ戻 し通路 (10,32)のねじられた部分の断面形状において、前記ローラ (4)の端面に対向 する一対の端面対応部 (25a,25b)それぞれが、前記無負荷ローラ戻し通路 (10,32)の 外側に向かって凸形状に形成されることを特徴とする。
[0014] 請求項 4に記載の発明は、請求項 1ないし 3いずれかに記載のローラねじにおいて 、前記負荷ローラ転走路 (9)に接続される前記無負荷ローラ戻し通路 (10,32)の両端 部の断面形状が、前記ローラ (4)の中心軸 (13)に沿った断面形状と相似の四角形に 形成されることを特徴とする。
[0015] 請求項 5に記載の発明は、請求項 4に記載のローラねじにおいて、前記無負荷ロー ラ戻し通路 (10,32)の前記両端部は、前記ローラ (4)を同じ姿勢を保ったまま直線状の 軌道に沿って移動させることを特徴とする。
[0016] 請求項 6に記載の発明は、請求項 1ないし 5いずれかに記載のローラねじにおいて 、前記無負荷ローラ戻し通路 (10,32)は、直線状の軌道に沿ってローラ (4)を移動させ る直線通路 (10a,32a)と、曲線状の軌道に沿ってローラ (4)を移動させる方向転換路 (1 0b,32b)と、を組み合わせて構成され、前記無負荷ローラ戻し通路 (10,32)の前記直線 通路 (10a,32a)は、前記ローラ (4)が前記直線通路 (10a,32a)を移動するときに前記ロー ラ (4)の中心軸 (13)が傾くようにねじられ、前記無負荷ローラ戻し通路 (10,32)の前記方 向転換路 (10b,32b)は、前記ローラ (4)が前記方向転換路 (10b,32b)を移動するときに 前記ローラ (4)の中心軸 (13)が傾かな 、ようにねじられて 、な 、ことを特徴とする。
[0017] 請求項 7に記載の発明は、外周面に螺旋状のローラ転走部 (la)を有するねじ軸 (1) と、内周面に前記ローラ転走部 (la)に対向する螺旋状の負荷ローラ転走部 (2a,36a)を 有すると共に、前記負荷ローラ転走部 (2a,36a)の一端と他端を接続する無負荷ローラ 戻し通路 (10,32)を有するナット (2,36)と、前記ローラ転走部 (la)と前記負荷ローラ転走 部 (2a,36a)との間の負荷ローラ転走路 (9)及び前記無負荷ローラ戻し通路 (10,32)で構 成されるローラ循環経路に配列される複数のローラ (4)と、を備えるローラねじの無負 荷ローラ戻し通路の設計方法にぉ 、て、前記無負荷ローラ戻し通路 (10,32)における 前記ローラ (4)の中心点の移動軌跡 (17,18)を線の形に設計する線設計工程と、前記 線の形の移動軌跡 (17,18)に沿って前記ローラ (4)の中心軸 (13)を移動させて、前記口 ーラ (4)の中心軸 (13)の移動軌跡 (20)を帯状の面の形に設計すると共に、前記帯状の 面の形の移動軌跡 (20)の長手方向の少なくとも一部をねじる面設計工程と、前記帯 状の面の形の移動軌跡 (20)に沿ってローラ (4)を移動させて、前記無負荷ローラ戻し 通路 (10,32)を設計する無負荷ローラ戻し通路設計工程と、を備えることを特徴とする
[0018] 請求項 8に記載の発明は、請求項 7に記載のローラねじの無負荷ローラ戻し通路の 設計方法において、前記無負荷ローラ戻し通路設計工程では、実際に使用するロー ラ (4)よりもわずかに直径及び高さが大きい仮想ローラ (21)を用いることを特徴とする。 発明の効果
[0019] 請求項 1ないし 3いずれかに記載の発明によれば、無負荷ローラ戻し通路の断面 形状がローラの中心軸に沿った断面形状と相似な四角形ではなぐローラの移動軌 跡の断面形状になる。よって、ローラが通過できる最小限のクリアランスをもった無負 荷ローラ戻し通路が得られる。
[0020] 請求項 4に記載の発明によれば、無負荷ローラ戻し通路の両端部の断面形状を負 荷ローラ転走路の断面形状に近似させることにより、無負荷ローラ戻し通路から負荷 ローラ転走路へローラを円滑に移行させることができる。
[0021] 請求項 5に記載の発明によれば、無負荷ローラ戻し通路から負荷ローラ転走路へ口 ーラをより円滑に移行させることができる。 [0022] 請求項 6に記載の発明によれば、ローラを曲線状の軌道に沿って移動させる方向 転換路がねじられて 、な 、ので、方向転換路にお 、てローラに傾きが生じてローラ の動きが悪くなるのを防止できる。
[0023] 請求項 7又は 8に記載の発明によれば、無負荷ローラ転走路の断面形状をローラ の中心軸に沿った断面形状と相似な四角形ではなぐローラの移動軌跡の断面形状 にすることができる。
図面の簡単な説明
[0024] [図 1]本発明の第一の実施形態におけるローラねじの斜視図
[図 2]上記ローラねじの分解斜視図
[図 3]負荷ローラ転走路に配列されるローラを示す斜視図
圆 4]ねじ軸を示す側面図
[図 5]ナットを示す図（図中 (A)は正面図を示し、図中（B)は断面図を示し、図中（C) は背面図を示す）
[図 6]ローラの中心点の移動軌跡を示す図（図中（A)はねじ軸の軸線方向からみた 移動軌跡を示し、図中（B)はねじ軸の側方カゝらみた移動軌跡を示す）
[図 7]ローラの中心軸の移動軌跡を示す図
[図 8]移動軌跡に沿って移動する仮想ローラを示す図
[図 9]仮想ローラの集合を示す図
[図 10]設計された無負荷ローラ戻し通路の壁面を示す図
[図 11]設計された無負荷ローラ戻し通路の直線通路を示す図
[図 12]設計された無負荷ローラ戻し通路の直線通路を示す図
[図 13]無負荷ローラ戻し通路の断面形状を示す図（図 (A)は長方形に形成された例 を示し、図（B)は異形の四角形に形成された例を示す）
[図 14]無負荷ローラ戻し通路の断面形状を示す図
[図 15]本発明の第二の実施形態におけるローラねじのナットを示す図
[図 16]ナットの平面図
[図 17]ナットの断面図
[図 18]従来のローラねじの断面図 [図 19]従来のローラねじのねじられた無負荷ローラ戻し通路を示す図 [図 20]無負荷ローラ戻し通路とローラの干渉を示す図
符号の説明
[0025] la…ローラ転走溝（ローラ転走部）
1…ねじ軸
2, 36· · ·ナツ卜
2a, 36a…負荷ローラ転走溝 (負荷ローラ転走部）
4…ローラ ト'直線通路構成部材 (循環部材）
8…方向転換路構成部材 (循環部材）
9…負荷ローラ転走路
10, 32· · ·無負荷ローラ戻し通路
10a, 32a…直線通路
10b, 32b…方向転換路
13, 13a, 13b…中心軸
16, 17, 18· · ·線の形の移動軌跡
20…面の形の移動軌跡
21…仮想ローラ
24…無負荷ローラ戻し通路の断面形状
25a, 25b…端面対応部
25c, 25d…側面対応部
33· ··リターンパイプ (循環部材）
38, 39, 40· · ·線の形の移動軌跡
発明を実施するための最良の形態
[0026] 以下添付図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。図 1及び図 2は本 発明の一実施形態におけるローラねじを示す。
[0027] 図 1はローラねじの斜視図を示す。ローラねじは、外周面に螺旋状のローラ転走部 としてのローラ転走溝 laが形成されたねじ軸 1と、内周面にローラ転走溝 laに対向 する螺旋状の負荷ローラ転走部としての負荷ローラ転走溝 2aが形成されるナット 2と を備える。ねじ軸 1のローラ転走溝 laとナット 2の負荷ローラ転走溝 2aとの間の負荷口 ーラ転走路には、複数のローラ 4が配列される。ローラ 4間にはローラ 4同士の接触を 防止するリテーナ 5が介在される。ナット 2の軸線方向の両端には、ねじ軸 1の表面に 付着する異物がナット 2の内部に入るのを防止するため、並びにナット 2の内部から 潤滑剤が漏れるのを防止するために、シール部材 6が取り付けられる。
[0028] 図 2に示されるように、ナット 2には循環部材 7, 8が装着される。循環部材 7, 8には 、ナット 2の負荷ローラ転走溝 2aの一端と他端を接続する無負荷ローラ戻し通路 10 が形成される。ねじ軸 1に対してナット 2を相対的に回転させると、複数のローラ 4が口 一ラ転走溝 laと負荷ローラ転走溝 2aとの間の負荷ローラ転走路 9を転がり運動する 。負荷ローラ転走路 9の一端まで転がったローラ 4は、循環部材 7, 8の無負荷ローラ 戻し通路 10を経由した後、数巻き手前の負荷ローラ転走路 9の他端に戻される。
[0029] 循環部材 7, 8は、直線通路構成部材 7と、直線通路構成部材 7の両端に設けられ る一対の方向転換路構成部材 8とからなる。ナット 2には、ねじ軸 1の軸線と平行に伸 びる貫通孔 11が形成され、この貫通孔 11にノイブ状の直線通路構成部材 7が挿入 される。直線通路構成部材 7には、直線状の軌道に沿ってローラを移動させる直線 通路 10aが形成される。直線通路 10aは、ねじ軸 1の軸線と平行に直線状に伸びる。
[0030] ナット 2の軸線方向の両端面には、方向転換路構成部材 8が取付けられる。方向転 換路構成部材 8には、曲線状、例えば円弧状の軌道に沿ってローラを移動させる方 向転換路 10bが形成される。方向転換路構成部材 8は、円弧状の軌道の外周側 8a と内周側 8bとに二分割される。これら方向転換路構成部材 8の外周側 8a及び内周 側 8bそれぞれはフランジ部を有する。方向転換路構成部材 8の外周側 8a及び内周 側 8bを重ね合わせてナット 2の端面に位置決めし、ボルト等の固定手段でフランジ部 をナット 2の端面に固定する。直線通路構成部材 7の両端は方向転換路構成部材 8 に嵌まるので、方向転換路構成部材 8をナット 2に固定することで、直線通路構成部 材 7もナット 2に固定される。
[0031] 図 3は負荷ローラ転走路 9に配列されるローラ 4a, 4bを示す。この図では負荷ロー ラ転走路に配列されるローラ 4a, 4bを示すためにナット 2が透けている。ローラねじは ニ条ねじである。すなわち、ねじ軸 1の外周面には螺旋状のローラ転走溝 laがニ条 形成され、ナット 2の内周面にも螺旋状の負荷ローラ転走溝 2aがニ条形成される。循 環部材 7, 8もニ条に対応できるようにナット 2に二組装着される。
[0032] ニ条の負荷ローラ転走路 9のうちの一つの条の負荷ローラ転走路 9には、ねじ軸 1 の軸線方向の一方向 (1)の荷重を負荷できるローラ 4aが配列される。この負荷ローラ 転走路 9には、隣接するローラ 4aの軸線がほぼ平行を保つように複数のローラ 4aが パラレル配列される。図 3では、一巻き当たり一つのローラ 4aが示されている力 実際 には負荷ローラ転走路の全周に亘り複数のローラ 4aが充填される。残りの条の負荷 ローラ転走路 9には、ねじ軸 1の軸線方向の反対方向 (2)の荷重を負荷できるローラ 4 bが配列される。この負荷ローラ転走路 9にも隣接するローラ 4bの軸線が実質的に平 行を保つように複数のローラ 4bがパラレル配列される。
[0033] なお、この実施形態では、ねじ軸の軸線方向の両方向の荷重を負荷できるように口 ーラねじをニ条ねじにして!/、る力 ねじ軸の軸線方向の一方向のみの荷重を負荷す ればよ 、場合はローラねじを一条ねじにしてもょ 、し、さらにこの他にも三条ねじにし てもよい。
[0034] 図 3に示されるように、負荷ローラ転走路において、ローラ 4a, 4bの中心軸 13a, 1 3bはねじ軸 1の軸線を通る。たとえローラ 4a, 4bがねじ軸 1の周囲のどの位置にいて も、ローラ 4a, 4bの中心軸 13a, 13bはねじ軸 1の軸線を通る。これ〖こより、ローラ 4a, 4bが負荷ローラ転走路 9を移動する際にローラ 4a, 4bが傾 、てスキューを起こすの を防止することができる。ローラ 4a, 4bはこのような姿勢で負荷ローラ転走路 9に配列 されているので、厳密に言うと隣接するローラ 4a同士又はローラ 4b同士の軸線は平 行ではない。しかし、隣接するローラ 4a同士又はローラ 4b同士の軸線は平行に近い ので、ほぼ平行であるといえる。
[0035] 図 4はねじ軸 1を示す。ねじ軸 1の外周面には所定のリードを有する断面ほぼ V字 形状のニ条の螺旋状のローラ転走溝 laが形成される。一条のローラ転走溝 laにね じ軸 1の軸線方向の一方向 (1)の荷重を負荷できるローラ 4aがパラレル配列され、もう 一つの条のローラ転走溝 laにねじ軸 1の軸線方向の反対方向 (2)の荷重を負荷でき るローラ 4bがパラレル配列される。 [0036] 図 5はナット 2を示す。ナット 2には、ねじ軸 1のローラ転走溝 laに対向し、所定のリ ードを有する断面ほぼ V字形状のニ条の螺旋状の負荷ローラ転走溝 2aが形成され る。ナット 2には直線通路構成部材 7を挿入するための貫通孔 11が開けられる。ナツ ト 2の端面には、方向転換路構成部材 8を装着するための凹部 15が形成される。この 実施形態ではローラねじがニ条であるので、ナットに循環部材 7, 8が二組装着され る。
[0037] 図 6は一つの条の負荷ローラ転走路及び無負荷ローラ戻し通路を移動するローラ の中心点の移動軌跡を示す。図 6 (A)はねじ軸 1の軸線方向からみた移動軌跡を示 し、図 6 (B)はねじ軸 1の側方からみた移動軌跡を示す。負荷ローラ転走路 9では、口 ーラ 4の中心点の移動軌跡 16は、ねじ軸 1の螺旋状のローラ転走溝 la又はナット 2 の負荷ローラ転走溝 2aの形状にローラ 4の半径を加味した形状になる。よって移動 軌跡 16は、ねじ軸 1の軸線方向力もみたときは半径 RCD/2の円形状になり、ねじ軸 1 の側方力 みたときは螺旋形状になる。
[0038] 負荷ローラ転走路 9でのローラ 4の中心点の螺旋状の移動軌跡 16を把握したら、こ の中心点の移動軌跡 16の両端を接線方向に伸ばす。無負荷ローラ戻し通路 10の 直線通路 10aでは、ローラ 4の中心点の移動軌跡 17はねじ軸 1の中心線 lbに平行 な直線になる。そして、接線方向に伸ばした移動軌跡 16と直線通路 10aでの移動軌 跡 17を曲線状、例えば曲率半径 Rの円弧で繋げて、方向転換路 10bにおけるローラ 4の中心点の移動軌跡 18を得る。以上により、無負荷ローラ戻し通路 10における口 ーラ 4の中心点の移動軌跡 17, 18を線の形に設計することができる。
[0039] 次に図 7に示されるように、線の形の中心点の移動軌跡 16〜18に沿ってローラ 4の 中心軸 13を移動させて、ローラ 4の中心軸 13の移動軌跡 20を帯状の面の形に設計 する。この図において、 Al, A5が無負荷ローラ戻し通路 10の両端部の領域であり、 A2, A4が方向転換路 10bの領域であり、 A3が直線通路 10aの領域である。無負荷 ローラ戻し通路 10から負荷ローラ転走路 9へ円滑にローラを移動させるためには、無 負荷ローラ戻し通路 10の両端部におけるローラ 4の姿勢を負荷ローラ転走路 9内の ローラ 4の姿勢に一致させる必要がある。し力もローラ 4をパラレル配列した場合、口 ーラ 4を反転させな 、で負荷ローラ転走路 9に戻す必要がある。これらの要請から、 無負荷ローラ戻し通路 10を移動するときのローラ 4の中心軸が傾くように、無負荷口 ーラ戻し通路 10の長手方向の少なくとも一部がねじられている。この実施形態では、 直線通路 10aをねじり、直線通路 10aの入口と出口でローラ 4の中心軸を約 90度傾 けている。よって直線通路 10aの領域 A3では、ローラ 4の中心軸の移動軌跡 20はね じられた帯状の面の形になる。この直線通路 10aのねじり率 (ローラ 4の移動距離と口 ーラ 4の中心軸の傾き角度との比）は一定である。
[0040] 方向転換路 10bの領域 A2, A4では、ローラ 4の中心軸の移動軌跡 20はねじられ ていない。円弧状の軌道に沿ってローラ 4を移動させるときに、ローラ 4の中心軸が傾 いてローラ 4の動きが悪くなるのを防止するためである。方向転換路 10bでは、移動 軌跡 20は帯を円弧に沿って折り曲げた形になる。
[0041] 無負荷ローラ戻し通路 10の両端部の、負荷ローラ転走路 9に接続される部分の領 域 Al— l, A5— 1でも、ローラ 4の中心軸の移動軌跡 20はねじられていない。この 領域 Al— 1, A5— 1では、無負荷ローラ戻し通路 10の両端部がローラを同じ姿勢を 保ったまま直線状の軌道に沿って移動させる。一方、方向転換路 10bに接続される 部分の領域 A1— 2, A5— 2では、方向転換路 10bに繋げるためにローラ 4の中心軸 の移動軌跡 20がねじられている。領域 Al— 2, A5— 2では、ローラ 4の中心軸の移 動軌跡 20はねじられた帯状の面の形になる。
[0042] 以上に記載の A1〜A5の領域が無負荷ローラ戻し通路 10の領域である。無負荷口 ーラ戻し通路 10は、ナット 2に装着される循環部材 7, 8に形成される。この無負荷口 ーラ戻し通路 10では、ローラ 4の周囲に僅かなクリアランスがあり、ローラ 4が後続の口 ーラに押されて移動する。一方、 A1〜A5の領域以外の螺旋状領域が負荷ローラ転 走路 9の領域である。ここでは、ローラ 4がねじ軸 1のローラ転走溝 laとナット 2の負荷 ローラ転走溝 2aとの間に挟まれて荷重を受ける。ローラ 4はナット 2に対するねじ軸 1 の相対的な回転に伴って転がり運動して、螺旋状に移動する。
[0043] なお厳密に言うと、負荷ローラ転走路 9の端部には、負荷ローラ転走路 9から無負 荷ローラ戻し通路 10へ、または無負荷ローラ戻し通路 10から負荷ローラ転走路 9へ のローラ 4の移行を円滑にするためにナット 2の負荷ローラ転走溝 2aにクラウユングが 設けられることがある。クラウニングが設けられると、負荷ローラ転走路 9から無負荷口 ーラ戻し通路へ移行するとき、負荷ローラ転走路 9の端部でローラ 4にかかる荷重が 除々に解放され、最終的にはローラ 4が荷重を受けなくなることもある。本実施形態で は、このようなクラウユングが設けられる部分も負荷ローラ転走路 9と呼ぶ。
[0044] 次に、図 8に示されるように、帯状の面の形の移動軌跡 20に沿って仮想ローラ 21を 移動させて無負荷ローラ戻し通路 10を設計する。ここでは、実際に使用するローラ 4 よりもわずかに直径及び高さが大きい仮想ローラ 21を用いる。そして、仮想ローラ 21 を移動軌跡 20に沿って移動させる（より詳しくは、仮想ローラ 21の中心軸が線の形の 移動軌跡 17, 18に直交し、且つ仮想ローラ 21の中心軸がねじられた帯状の面内に 位置するように、仮想ローラ 21を少しずつ移動させる)。仮想ローラ 21を移動させる（ 例えば (1)から (2)に移動させる）ときに仮想ローラ 21の中心軸が傾くのがわかる。図 9 は少しずつ移動させた仮想ローラ 21の集合を示す。この図 9に示されるように、体積 のある仮想ローラ 21を移動させて掃引曲面 22を得る。そして図 10に示されるように、 図 9の掃引曲面 22から無負荷ローラ戻し通路の壁面 23を作成する。
[0045] 図 11及び図 12は、上述の設計方法により設計された無負荷ローラ戻し通路 10の 直線通路 10aを示す。直線通路 10aの断面 (より正確にはローラ 4の中心点の線の移 動軌跡 17に直交する面内での断面）を切ると、その断面形状 24は四角形ではなぐ 太鼓のような特徴的な形状になる。
[0046] 図 13は従来の無負荷ローラ戻し通路の断面形状と、本実施形態の無負荷ローラ 戻し通路 10の直線通路 10aの断面形状の比較を示す。従来の無負荷ローラ戻し通 路の断面形状は、図 13 (A)に示されるように、ローラ 4の中心線に沿ったローラ 4の 断面形状と相似の四角形であり、例えば長方形に形成されていた。これに対し、本実 施形態の無負荷ローラ戻し通路 10の直線通路 10aの断面形状は、ローラ 4の側面に 対向する一対の側面対応部 25c, 25dそれぞれが、無負荷ローラ戻し通路 10の内 側に向力つて凸形状に形成される。より詳しくは、側面対応部 25c, 25dの中央部 28 が最も窪み、中央部 28から端部 27 (図では左右の端部）に向かって除々に窪みが 浅くなる。また、ローラ 4の端面に対向する一対の端面対応部 25a, 25bそれぞれ力 無負荷ローラ戻し通路 10の外側に向力つて凸形状に形成される。より詳しくは、端面 対応部 25a, 25bの中央部 26が外側に最も膨らんでいて、中央部 26から端部 27 ( 図では上下の端部）に向かって徐々に膨らみが小さくなる。端面対応部 25a, 25b及 び側面対応部 25c, 25dの凸形状は曲線から構成されてもよいし、複数の線分を組 み合わせた多角形力も構成されてもょ 、。
[0047] 図 14に示されるように、実際には側面対応部 25c, 25dの中央部 28の窪みはごく 僅かであり、側面対応部 25c, 25dの中央部 28間の距離 L1と、側面対応部 25c, 25 dの端部 27間の距離 L2との差は僅かである。
[0048] 無負荷ローラ戻し通路 10の両端部 (負荷ローラ転走路 9に接続される領域 A1— 1 , A5— 1)の断面形状は、ローラ 4の中心軸に沿った断面形状と相似の四角形に形 成される。負荷ローラ転走路 9の断面形状はローラ 4の中心軸に沿った断面形状と同 一の四角形である。無負荷ローラ戻し通路 10の両端部の断面形状を負荷ローラ転 走路 9の断面形状に近似させることにより、無負荷ローラ戻し通路 10から負荷ローラ 転走路 9へローラ 4を円滑に移行させることができる。
[0049] 図 15は本発明の第二の実施形態におけるローラねじのナットを示す。この実施形 態では、所謂エンドキャップ方式のローラねじの替わりに、リターンパイプ方式のロー ラねじを用いている。本発明はリターンパイプ方式のローラねじにも適用することがで きる。
[0050] リターンノィプ方式のローラねじでは、無負荷ローラ戻し通路 32はリターンパイプ 3 3内に形成される。リターンノイブ 33は、無負荷ローラ戻し通路 32の方向転換路 32b が形成される本体部 34と、直線通路 32aが形成される一対の脚部 35とで構成される 。ローラねじは上記第一の実施形態のローラねじと同様にニ条ねじである。リターン パイプ 33もナット 36の上下の二箇所に取り付けられる力 この実施形態では下側のリ ターンパイプを省略して 、る。
[0051] 方向転換路 32bは円弧状の軌道に沿ってローラを移動させるのみで、ねじられて いない。方向転換路 32bでは、ローラの中心軸は常に水平方向を向く。方向転換路 32bの断面形状は、ローラの中心軸に沿った断面形状と相似の四角形に形成される
[0052] 一方、脚部 35の直線通路 32aはねじられている。無負荷ローラ戻し通路 32を経由 したローラを反転させな 、で (ローラが受けられる荷重の方向を変えな 、で)負荷ロー ラ転走路に戻すためには、一対の脚部 35のひねり角度を合計 90度にしなければな らない。一方の脚部 35は、ナット 36の負荷ローラ転走溝 36a内のローラの姿勢を方 向転換路 32b内の姿勢に合わせるために約 10度ねじられる。残りの脚部 35は、方向 転換路 32b内のローラを反転させないでナット 36の負荷ローラ転走溝 36aに戻すた めに約 80度ねじられる。
[0053] 図 16はナットの平面図を、図 17はナット断面図を示す。ナット 36には負荷ローラ転 走溝 36aまで伸びる一対の貫通孔 37が開けられる。この一対の貫通孔 37にリターン パイプ 33の一対の脚部 35が挿入される。リターンパイプ方式のボールねじでは、ナ ット 36の負荷ローラ転走溝 36aの端部がナット 36の中心線 36bに平行な水平面内で 終了している。
[0054] 無負荷ローラ戻し通路 32はエンドキャップ方式のローラねじと同様に以下のように 設計される。まず、負荷ローラ転走路でのローラの中心点の螺旋状の移動軌跡 38の 両端を接線方向に伸ばす。そして、この接線方向に伸ばした移動軌跡 39と、方向転 換路 32bにおけるローラの中心点の円弧状の移動軌跡とを垂直線 40 (図 15参照）で 結ぶ。接線方向に伸ばした移動軌跡 39をそのまま方向転換路 32bの移動軌跡に繋 げることが望ましい。接線方向に移動軌跡 39を延ばすと脚部 35を突き破る場合には ゝ垂直線 40を設ける。
[0055] 次に、線の形の移動軌跡 39, 40に沿ってローラの中心軸を移動させて、ローラの 中心軸の移動軌跡を帯状の面の形にすると共に、帯状の面の形の移動軌跡を脚部 35内にてねじる。そして、帯状の面の形の移動軌跡に沿ってローラを移動させて無 負荷ローラ戻し通路 32を設計する。設計された無負荷ローラ戻し通路は、ねじられた 直線通路の断面形状が図 13 (B)に示されるような異形の四角形になる。ねじられて いない方向転換路 32bおよび両端部の断面形状は、図 13 (A)に示されるようなロー ラの断面形状に相似の四角形になる。
[0056] 本発明は上記実施形態に限られることなぐ本発明の要旨を変更しない範囲で様 々に変更可能である。例えば、ローラには円筒形のローラの他、円錐形のテーパロ ーラを用いてもよい。
[0057] 本明細書は、 2006年 4月 28日出願の欄 2006— 126613に基づく。この内容は すべてここに含めておく。

Claims

請求の範囲
[1] 外周面に螺旋状のローラ転走部を有するねじ軸と、内周面に前記ローラ転走部に対 向する螺旋状の負荷ローラ転走部を有すると共に、前記負荷ローラ転走部の一端と 他端を接続する無負荷ローラ戻し通路を有するナットと、前記ローラ転走部と前記負 荷ローラ転走部との間の負荷ローラ転走路及び前記無負荷ローラ戻し通路で構成さ れるローラ循環経路に、隣接するローラの軸線がほぼ平行を保つようにパラレル配列 される複数のローラと、を備えるローラねじにおいて、
前記無負荷ローラ戻し通路の長手方向の少なくとも一部が、前記ローラが無負荷口 ーラ戻し通路を移動するときに前記ローラの中心軸が傾くようにねじられ、
そして、前記無負荷ローラ戻し通路のねじられた部分の断面形状において、前記口 ーラの側面に対向する一対の側面対応部それぞれが、前記無負荷ローラ戻し通路 の内側に向かって凸形状に形成されることを特徴とするローラねじ。
[2] 外周面に螺旋状のローラ転走部を有するねじ軸と、内周面に前記ローラ転走部に対 向する螺旋状の負荷ローラ転走部を有すると共に、前記負荷ローラ転走部の一端と 他端を接続する無負荷ローラ戻し通路を有するナットと、前記ローラ転走部と前記負 荷ローラ転走部との間の負荷ローラ転走路及び前記無負荷ローラ戻し通路で構成さ れるローラ循環経路に、隣接するローラの軸線がほぼ平行を保つようにパラレル配列 される複数のローラと、を備えるローラねじにおいて、
前記無負荷ローラ戻し通路の長手方向の少なくとも一部が、前記ローラが無負荷口 ーラ戻し通路を移動するときに前記ローラの中心軸が傾くようにねじられ、
そして、前記無負荷ローラ戻し通路のねじられた部分の断面形状において、前記口 一ラの端面に対向する一対の端面対応部それぞれが、前記無負荷ローラ戻し通路 の外側に向かって凸形状に形成されることを特徴とするローラねじ。
[3] 外周面に螺旋状のローラ転走部を有するねじ軸と、内周面に前記ローラ転走部に対 向する螺旋状の負荷ローラ転走部を有すると共に、前記負荷ローラ転走部の一端と 他端を接続する無負荷ローラ戻し通路を有するナットと、前記ローラ転走部と前記負 荷ローラ転走部との間の負荷ローラ転走路及び前記無負荷ローラ戻し通路で構成さ れるローラ循環経路に、隣接するローラの軸線がほぼ平行を保つようにパラレル配列 される複数のローラと、を備えるローラねじにおいて、
前記無負荷ローラ戻し通路の長手方向の少なくとも一部が、前記ローラが無負荷口 ーラ戻し通路を移動するときに前記ローラの中心軸が傾くようにねじられ、
前記無負荷ローラ戻し通路のねじられた部分の断面形状において、前記ローラの 側面に対向する一対の側面対応部それぞれが、前記無負荷ローラ戻し通路の内側 に向力つて凸形状に形成され、
そして、前記無負荷ローラ戻し通路のねじられた部分の断面形状において、前記口 一ラの端面に対向する一対の端面対応部それぞれが、前記無負荷ローラ戻し通路 の外側に向かって凸形状に形成されることを特徴とするローラねじ。
[4] 前記負荷ローラ転走路に接続される前記無負荷ローラ戻し通路の両端部の断面形 状が、前記ローラの中心軸に沿った断面形状と相似の四角形に形成されることを特 徴とする請求項 1な 、し 3 、ずれかに記載のローラねじ。
[5] 前記無負荷ローラ戻し通路の前記両端部は、前記ローラを同じ姿勢を保ったまま直 線状の軌道に沿って移動させることを特徴とする請求項 4に記載のローラねじ。
[6] 前記無負荷ローラ戻し通路は、直線状の軌道に沿ってローラを移動させる直線通路 と、曲線状の軌道に沿ってローラを移動させる方向転換路と、を組み合わせて構成さ れ、
前記無負荷ローラ戻し通路の前記直線通路は、前記ローラが前記直線通路を移動 するときに前記ローラの中心軸が傾くようにねじられ、
前記無負荷ローラ戻し通路の前記方向転換路は、前記ローラが前記方向転換路を 移動するときに前記ローラの中心軸が傾かな 、ようにねじられて 、な 、ことを特徴と する請求項 1な 、し 5 、ずれかに記載のローラねじ。
[7] 外周面に螺旋状のローラ転走部を有するねじ軸と、内周面に前記ローラ転走部に対 向する螺旋状の負荷ローラ転走部を有すると共に、前記負荷ローラ転走部の一端と 他端を接続する無負荷ローラ戻し通路を有するナットと、前記ローラ転走部と前記負 荷ローラ転走部との間の負荷ローラ転走路及び前記無負荷ローラ戻し通路で構成さ れるローラ循環経路に配列される複数のローラと、を備えるローラねじの無負荷ロー ラ戻し通路の設計方法にぉ ヽて、 前記無負荷ローラ戻し通路における前記ローラの中心点の移動軌跡を線の形に設 計する線設計工程と、
前記線の形の移動軌跡に沿って前記ローラの中心軸を移動させて、前記ローラの 中心軸の移動軌跡を帯状の面の形に設計すると共に、前記帯状の面の形の移動軌 跡の長手方向の少なくとも一部をねじる面設計工程と、
前記帯状の面の形の移動軌跡に沿ってローラを移動させて、前記無負荷ローラ戻 し通路を設計する無負荷ローラ戻し通路設計工程と、を備えることを特徴とするロー ラねじの無負荷ローラ戻し通路の設計方法。
前記無負荷ローラ戻し通路設計工程では、実際に使用するローラよりもわずかに直 径及び高さが大きい仮想ローラを用いることを特徴とする請求項 7に記載のローラね じの無負荷ローラ戻し通路の設計方法。
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