(57)【要約】【課題】遊星ローラねじ装置の運転時における熱膨張に起因する内力の発生を防止する手段を提供する。【解決手段】外周面に軸ねじ３を形成した中央ねじ軸２と、内周面にナットねじ５を形成した円筒状のナット４と、軸ねじ３とナットねじ５とに噛合うローラねじ１０を外周面に有し、中央ねじ軸２とナット４との間を自転しながら公転する複数の遊星ローラ７とを備えた遊星ローラねじ装置１において、軸ねじ３と記ローラねじ１０とナットねじ５との互いの間の組立時における半径方向隙間を、中央ねじ軸２と遊星ローラ７とナット４との互いの間の運転時における温度差に起因する半径方向隙間の減少量より大きく設定する。【選択図】        図１
2008304013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に軸ねじを形成した中央ねじ軸と、内周面にナットねじを形成した円筒状のナットと、前記軸ねじと前記ナットねじとに噛合うローラねじを外周面に有し、前記中央ねじ軸とナットとの間を自転しながら公転する複数の遊星ローラとを備えた遊星ローラねじ装置において、
前記軸ねじと前記ローラねじと前記ナットねじとの互いの間の組立時における半径方向隙間を、前記中央ねじ軸と前記遊星ローラと前記ナットとの互いの間の運転時における温度差に起因する半径方向隙間の減少量より大きく設定したことを特徴とする遊星ローラねじ装置。
【請求項２】
外周面に軸ねじを形成した中央ねじ軸と、内周面にナットねじを形成した円筒状のナットと、前記軸ねじと前記ナットねじとに噛合うローラねじを外周面に有し、前記中央ねじ軸とナットとの間を自転しながら公転する複数の遊星ローラとを備えた遊星ローラねじ装置において、
前記軸ねじと前記ローラねじと前記ナットねじとの互いの間の組立時における軸方向のピッチを、前記中央ねじ軸と前記遊星ローラと前記ナットとの互いの間の運転時における温度差に起因する軸方向の変化量を打消す方向にずらして設定したことを特徴とする遊星ローラねじ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記ナットを、強制的に冷却することを特徴とする遊星ローラねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機やプレス成形機等の機械装置の送り機構や自動車用アクチュエータ等に用いられる遊星ローラねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の遊星ローラねじ装置は、外周面に軸ねじを形成した中央ねじ軸と内周面にナットねじを形成したナットとの間に、軸ねじとナットねじとに噛合うローラねじを有する複数の遊星ローラを保持器に保持させて配置し、遊星ローラの両側に設けた平歯車を有する遊星ピニオンギヤとナットに設けたリングギヤを噛合わせて遊星ローラの中央ねじ軸周りの自転や公転を円滑にしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、通常、組立時におけるナットねじとローラねじとの間の半径方向隙間は、比較的大型の遊星ローラねじ装置においても、０．１ｍｍ以下に設定され、遊星ローラの取付性を良好にするためには、半径方向隙間は更に小さく設定されている。
【特許文献１】特開昭５９−１４７１５１号公報（第１頁右下欄−第２頁左上欄、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、比較的大型の遊星ローラねじ装置を高負荷および／もしくは高速で用いる場合には、運転時のねじ間の摩擦熱により遊星ローラねじ装置が高温になり、潤滑剤の粘度低下等を要因とする油膜切れによるねじ面同士の金属接触を防止するために、冷却ファンや冷却液によって遊星ローラねじ装置を強制的に冷却することが行われている。
しかしながら、上述した従来の技術においては、組立時のナットねじとローラねじとの間の半径方向隙間は、０．１ｍｍ以下の小さい隙間に設定されているため、遊星ローラねじ装置を強制冷却した場合には、ナット側が主に冷却され、ナットと遊星ローラおよび中央ねじ軸との間に温度差が生じ、遊星ローラおよび中央ねじ軸の熱膨張量に較べてナットの熱膨張量が小さくなり、この熱膨張量の差に起因して組立時に設けられていた半径方向隙間が運転時に小さくなって、ナットねじとローラねじとのねじ面同士が熱膨張により押圧されて予期せぬ内力が発生し、それぞれのねじ面に外部荷重による外力に加えて内力が作用し、遊星ローラねじ装置の寿命を低下させる虞があるという問題がある。
【０００５】
このことは、往復運動の片側運動方向にのみ外部荷重が作用する運転条件においても、外部荷重が作用する運動方向だけでなく、外部荷重が作用しない運動方向においても内力が作用して発熱が促進される他、応力の繰返し回数も増加することになり、特に顕著になる。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、遊星ローラねじ装置の運転時における熱膨張に起因する内力の発生を防止する手段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】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために、外周面に軸ねじを形成した中央ねじ軸と、内周面にナットねじを形成した円筒状のナットと、前記軸ねじと前記ナットねじとに噛合うローラねじを外周面に有し、前記中央ねじ軸とナットとの間を自転しながら公転する複数の遊星ローラとを備えた遊星ローラねじ装置において、前記軸ねじと前記ローラねじと前記ナットねじとの互いの間の組立時における半径方向隙間を、前記中央ねじ軸と前記遊星ローラと前記ナットとの互いの間の運転時における温度差に起因する半径方向隙間の減少量より大きく設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
これにより、本発明は、運転時に中央ねじ軸と遊星ローラとナットとの互いの間に温度差が生じた場合においても、遊星ローラねじ装置の軸ねじとナットねじとローラねじとの互いの間に熱膨張に起因する内力が生ずることはなく、遊星ローラねじ装置の寿命を向上させることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、図面を参照して本発明による遊星ローラねじ装置の実施例について説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は実施例１の遊星ローラねじ装置の側方から見た部分断面を示す説明図である。
図１において、１は遊星ローラねじ装置である。
２は遊星ローラねじ装置１の中央ねじ軸であり、合金鋼等の鋼材製作された棒状部材であって、その外周面には軸ねじ３が所定のピッチＰおよびリードで螺旋状に形成されている。
【００１０】
４は遊星ローラねじ装置１のナットであり、合金鋼の鋼材で製作された円筒状部材であって、その内周面には多条のナットねじ５が軸ねじ３と同じピッチＰで形成されている。
また、ナット４の外周部にはフランジ部６が設けられており、ナット４を回転させるための駆動機構等が取付けられる。
７は遊星ローラであり、合金鋼等の鋼材で製作された棒状部材であって、両端部に円柱状の突起軸部８が形成され、この両方の突起軸部８の内側に隣接して遊星ローラ７と同軸に歯車を形成した遊星ピニオンギヤ９が設けられており、両方の遊星ピニオンギヤ９の間の外周面には軸ねじ３とナットねじ５とに噛合うローラねじ１０が所定のリードで軸ねじ３と同じピッチＰに形成されている。
【００１１】
１１は保持器であり、樹脂材料や金属材料で製作された円環状部材であって、遊星ローラ７の突起軸部８を回転自在に保持する保持穴１１ａが所定の角度ピッチで複数設けられており、遊星ローラ７の突起軸部８を保持穴１１ａで保持して中央ねじ軸２とナット４の間に複数の遊星ローラ７を所定の角度ピッチで配置する機能を有している。
１２はＣ型輪止め等の止め輪であり、ナット４の内周面にピン１３で取付けられたリングギヤ１４の軸方向の外側の突出部に設けられた係止溝に係止され、保持器１１の軸方向の移動を制限する機能を有している。
【００１２】
リングギヤ１４は、保持器１１に保持された小径の平歯車である遊星ピニオンギヤ９に噛合う内歯の平歯車であって、ナット４の回転に伴って噛合っている遊星ピニオンギヤ９回転させ、遊星ローラ７の公転を案内する機能を有している。
１５は給油穴であり、ナット４の外周面から内周面に向けてナット４を半径方向に貫通する貫通穴であって、ナットねじ５とローラねじ１０との間へグリース等の潤滑剤を供給する機能を有している。
【００１３】
上記の中央ねじ軸２の軸ねじ３とナット４のナットねじ５とに、保持器１１に保持されてリングギヤ１４と遊星ピニオンギヤ９により公転を案内された遊星ローラ７のローラねじ８が噛合い、ナット４を回転させることによって遊星ローラ７が中央ねじ軸２の周りを自転しながら公転して中央ねじ軸２を軸方向に移動させる。これによりナット４の回転運動が中央ねじ軸２の直線運動に変換される。
【００１４】
本実施例のナットねじ５とローラねじ１０との間の組立時における半径方向隙間Ｃｒは、ナットねじ５の有効径をＤｎ、運転時における中央ねじ軸２および遊星ローラ７の平均温度とナット４の温度との温度差をΔＴ、中央ねじ軸２と遊星ローラ７とナット４の線膨張係数の平均値（平均線膨張係数という。）をαｍとしたときに、
Ｃｒ  ≧  αｍ×Ｄｎ×ΔＴ    ・・・・・・・・・・・・・・・（１）
を満たすように、ローラねじ１０が噛合う側のナットねじ５の有効径Ｄｎが予め大きく設定されている。
【００１５】
この場合に、ローラねじ１０に噛合う側のナットねじ５の有効径Ｄｎを変更するのは、ローラねじ１０の有効径Ｄｒを変更してしまうと、遊星ローラ７と中央ねじ軸２の自転と公転の関係がくずれ、滑りが生じて寿命が低下してしまうからである。
また、ナット４と遊星ローラ７との間の初期の半径方向隙間が大きい場合でも、温度差が生じると、ナット４は中央ねじ軸２と同芯になるからである。
同様の温度となる軸ねじ３との間の半径方向隙間が大きくなりすぎ、騒音等の２次不具合が発生するからである。
【００１６】
上記の式（１）を用いて、軸ねじ３の有効径Ｄｓが１５０ｍｍ、ナットねじ５の有効径Ｄｎが２５０ｍｍ、ローラねじ１０の有効径Ｄｒが５０ｍｍ、平均線膨張係数αｍが１０．７×１０−６／℃の場合に、運転時における中央ねじ軸２および遊星ローラ７の平均温度とナット４の温度との温度差ΔＴを７４℃と仮定したときの半径方向隙間Ｃｒを求めると、
Ｃｒ  ≧  １０．７×１０−６×２５０×７４＝０．１９８ｍｍ
となり、組立時の半径方向隙間Ｃｒを０．２ｍｍとするためにナットねじ４の有効径Ｄｎを大きく設定して、遊星ローラねじ装置１を組立て、ナット４を冷却液による強制冷却により約３０℃に冷却して運転を行ったところ、運転時における中央ねじ軸２および遊星ローラ７の平均温度は６０℃（温度差＝約３０℃）まで上昇したが、ナットねじ５とローラねじ１０との間に半径方向の熱膨張に起因する内力が発生することはなかった。
【００１７】
これに対し、半径方向隙間Ｃｒを０．０５ｍｍに設定した場合には、運転時における中央ねじ軸２および遊星ローラ７の平均温度とナット４の温度との温度差ΔＴが１９℃より大きくなったときに、ナットねじ５とローラねじ１０との間に半径方向の熱膨張に起因する内力が発生した。
このように、本実施例の遊星ローラねじ装置１は、組立時における遊星ローラ７のローラねじ１０とナット４のナットねじとの半径方向隙間Ｃｒを、予め予測した運転時における中央ねじ軸２および遊星ローラ７の平均温度とナット４の温度との温度差ΔＴに起因する半径方向の熱膨張による半径方向隙間Ｃｒの減少量に基づいて、ローラねじ１０に噛合う側であるナットねじ５の有効径Ｄｎを予め大きく設定してナットねじ５とローラねじ１０との半径方向隙間Ｃｒを大きくしておくので、遊星ローラねじ装置１を高負荷や高速で用いる場合に、冷却ファンや冷却液によってナット４を強制冷却して運転時に中央ねじ軸２および遊星ローラ７とナット４との間に温度差ΔＴが生じたとしても、遊星ローラねじ装置１のナットねじ５とローラねじ１０との間に半径方向の熱膨張に起因する内力が生ずることはなく、遊星ローラねじ装置１の寿命を延長することができる。
【００１８】
また、往復運動の片側運動方向にのみ外部荷重が作用する運転条件においても、外部荷重が作用しない運動方向において内力が発生しないので、発熱が抑制され、応力の発生は外部荷重が作用する運動方向だけになって繰返し回数が減少し、遊星ローラねじ装置１の寿命を延長することができる。
以上説明したように、本実施例では、ナットねじとローラねじとの間の組立時における半径方向隙間Ｃｒを、中央ねじ軸および遊星ローラとナットとの間の運転時における温度差ΔＴに起因する半径方向隙間Ｃｒの減少量より大きく設定するようにしたことによって、運転時に中央ねじ軸および遊星ローラとナットとの間に温度差ΔＴが生じた場合においても、遊星ローラねじ装置のナットねじとローラねじとの間に半径方向の熱膨張に起因する内力が生ずることはなく、遊星ローラねじ装置の寿命を向上させることができる。
【００１９】
なお、本実施例においては、ナットを強制冷却した場合における、ナットねじとローラねじとの間の半径方向隙間を、運転時における温度差による半径方向の熱膨張量に基づいて予め増加させておくとして説明したが、強制冷却が不要な場合やナット以外の中央ねじ軸や遊星ローラを強制冷却する場合等であって、中央ねじ軸と遊星ローラ、遊星ローラと中央ねじ軸およびナットとの互いの間に運転時における温度差が存在する場合には、上記と同様にして、軸ねじとローラねじとナットねじとの互いの間の組立時における半径方向隙間を、それぞれの間の運転時における温度差に起因する半径方向隙間の減少量に応じてローラねじに噛合う側の軸ねじ、またはナットねじの有効径を小さく、または大きく設定するようにすれば、上記と同様の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００２０】
図２は実施例２の軸方向ピッチの設定方法を示す説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
上記実施例１においては、中央ねじ軸２と遊星ローラ７とナット４との軸方向ピッチＰ（単に、ピッチＰという。）を同じピッチＰに設定したが、本実施例においては、中央ねじ軸２と遊星ローラ７とナット４との互いの間の運転時における温度差に起因する熱膨張差を考慮して、予めローラねじ１０に噛合う側のピッチを、ローラねじ１０のピッチＰに次式で求められるピッチの変化量ΔＰを加えて予め大きく設定してある。
【００２１】
ΔＰ  ≧  αｍ×Ｐ×ΔＴ    ・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
例えば、ナット４を強制冷却した場合には、上記実施例１と同様に、中央ねじ軸２および遊星ローラ７とナット４との間に運転時における温度差ΔＴが生じ、中央ねじ軸２および遊星ローラ７の軸方向の熱膨張量が、ナット４の軸方向の熱膨張量がより大きくなってナットねじ５とローラねじ１０との間にピッチずれが生じ、ナットねじ５とローラねじ１０とのねじ面が干渉して予期せぬ内力が生ずる。
【００２２】
このため、本実施例では、ローラねじ１０に噛合う側であるナット４のナットねじ５のピッチは、図２に示すように、式（２）で求められたΔＰをローラねじ１０のピッチＰに加えて、予め大きく設定されている。
このように、本実施例の遊星ローラねじ装置１は、組立時におけるナット４のナットねじ５のピッチを、遊星ローラ７のローラねじ１０ピッチＰに、予め予測した運転時における中央ねじ軸２および遊星ローラ７の平均温度とナット４の温度との温度差ΔＴに起因する軸方向の熱膨張によるピッチの変化量ΔＰに基づいて、ローラねじ１０に噛合う側であるナットねじ５のピッチを予め大きく設定しておくので、遊星ローラねじ装置１を高負荷や高速で用いる場合に、冷却ファンや冷却液によってナット４を強制冷却して運転時に中央ねじ軸２および遊星ローラ７とナット４との間に温度差ΔＴが生じた場合においても、遊星ローラねじ装置１のナットねじ５とローラねじ１０との間に軸方向の熱膨張に起因するピッチずれによる内力が生ずることはなく、遊星ローラねじ装置１の寿命を延長することができる。
【００２３】
同様に、軸ねじ３を強制冷却した場合のローラねじ１０との間、ローラねじ１０を強制冷却した場合の軸ねじ３およびナットねじ５との間のピッチの設定においても、同様に、ローラねじ９に噛合う側のピッチを、ローラねじ１０のピッチＰに、式（２）で求めた変化量ΔＰに応じて、変化量ΔＰを打消す方向にずらして設定すれば、遊星ローラねじ装置１の寿命を延長することができる。
【００２４】
以上説明したように、本実施例では、軸ねじとローラねじとナットねじとの互いの間の組立時における軸方向のピッチを、中央ねじ軸と遊星ローラとナットとの互いの間の運転時における温度差ΔＴに起因する軸方向の変化量を打消す方向にずらして設定するようにしたことによって、運転時に中央ねじ軸と遊星ローラとナットとの互いの間に温度差ΔＴが生じた場合においても、遊星ローラねじ装置のナットねじとローラねじとの間に軸方向の熱膨張に起因する内力が生ずることはなく、遊星ローラねじ装置の寿命を向上させることができる。
【００２５】
なお、上記各実施例においては、遊星ローラねじ装置のナットを回転させて中央ねじ軸を軸方向に移動させるとして説明したが、中央ねじ軸を回転させてナットを軸方向に移動させる形式の遊星ローラねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１の遊星ローラねじ装置の側方から見た部分断面を示す説明図
【図２】実施例２の軸方向ピッチの設定方法を示す説明図
【符号の説明】
【００２７】
１    遊星ローラねじ装置
２    中央ねじ軸
３    軸ねじ
４    ナット
５    ナットねじ
６    フランジ部
７    遊星ローラ
８    突起軸部
９    遊星ピニオンギヤ
１０  ローラねじ
１１  保持器
１１ａ  保持穴
１２  止め輪
１３  ピン
１４  リングギヤ
１５  給油穴
【図１】
2008304013.tif 000003
【図２】
2008304013.tif 000004