(57)【要約】【課題】摺動面の摩擦が小さく、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率が優れた遊星ローラねじ装置を提供する。【解決手段】遊星ローラねじ装置は、ねじ溝１ａが外周面に形成されたねじ軸１と、ねじ軸１のねじ溝１ａに対向するねじ溝２ａが内周面に形成されたナット２と、両ねじ溝１ａ，２ａ間に転動自在に介装された複数のローラ３からなるローラ列と、ナット２に嵌合された２つの歯車４，４と、を備えている。ねじ軸１のねじ溝１ａ，ナット２のねじ溝２ａ，及びローラ３の転動面３ａの少なくとも一つの摺動面には、多数の微小凹部からなる油溜まりが形成されており、油溜まりが形成されている面の算術平均粗さＲａは０．４μｍ以下とされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状に連続するねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成されたナットと、前記両ねじ溝間に転動自在に介装された複数のローラと、を備え、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転運動により、前記ローラの転動を介して、前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向へ相対移動するようになっている遊星ローラねじ装置において、
前記ねじ軸のねじ溝，前記ナットのねじ溝，及び前記ローラの転動面の少なくとも一つに、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ超過０．４μｍ以下となるように多数の微小凹部からなる油溜まりを形成したことを特徴とする遊星ローラねじ装置。
【請求項２】
前記油溜まりは１００ｍ／ｓ以上の噴射速度でショット材を吹き付けるショットピーニングにより形成されたものであり、前記ショット材の硬さは、前記ショットピーニングを施す被処理面の硬さと同等以上で、粒径は４０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の遊星ローラねじ装置。
【請求項３】
前記油溜まりは、種類の異なるショット材を用いた２つ以上のショットピーニングにより形成されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の遊星ローラねじ装置。
【請求項４】
前記ローラの軸方向位置が前記軸又は前記ナットにより拘束されていて、前記軸及び前記ナットのうち前記ローラの軸方向位置を拘束していない方の部材と前記ローラとの一方又は両方に、前記油溜まりが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の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としては、螺旋状のねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成されたナットと、両ねじ溝間に転動自在に介装された複数のローラからなるローラ列と、を備え、ローラ列のうち両端のローラを回転自在に支持する保持器がねじ軸とナットとの間に介装され、ローラ列のうち両端のローラに形成された歯と噛み合う歯車がねじ軸又はナットに嵌合されたものが知られている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第２６８３３７９号明細書
【特許文献２】特許第１５９４３９５号公報
【特許文献３】特許第３３５７６６１号公報
【特許文献４】特開２００４−３１６６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
遊星ローラねじ装置は、ボールねじと比べて転動体とねじ溝との摩擦が大きいため（すなわち摺動面の摩擦が大きいため）、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率が低いという特有の問題点を有している。摩擦が大きくなる原因は以下の通りである。
まず、第一の原因として、滑りがあげられる。遊星ローラねじ装置においては、ローラが転動（自転）しながらねじ軸の周りを螺旋状に公転するが、ローラの進行方向と自転軸とが直角ではないので、ローラは軸方向に滑り運動をしている。ボールねじにおいては、転動体であるボールの進行方向と自転軸とがほぼ直角であるので、遊星ローラねじ装置ほどの大きな滑りは発生しない。
【０００５】
次に、第二の原因として、摺動面の表面粗さがあげられる。ボールねじにおいては、ボールには超仕上げ加工が施されており、ボールが摺接する摺動面であるねじ溝には研削仕上げ加工が施されている場合が多いが、ボールの表面粗さはねじ溝のそれに比べて１／１００程度の高精度に仕上げられているため、潤滑状態を比較的良好に保つことが可能である。これに対して、遊星ローラねじ装置においては、ローラ及びねじ溝ともに研削仕上げ加工が施されており、表面粗さが比較的粗いもの同士を摺接させているため、潤滑状態を良好に保つことが困難である。
【０００６】
このように、滑りが大きく且つ摺動面の表面粗さが粗いために、遊星ローラねじ装置はボールねじと比べて摺動面の摩擦が大きくなり、その結果作動効率が低くなる。特に、低速運転時においては油膜の形成が不十分となるため、高速運転時と比べて作動効率が低くなりやすい。この作動効率の低さは、発熱の増大や駆動装置の消費電力の増大を引き起こすおそれがある。
そこで、本発明は、上記のような従来の遊星ローラねじ装置が有する問題点を解決し、摺動面の摩擦が小さく、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率が優れた遊星ローラねじ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の遊星ローラねじ装置は、螺旋状に連続するねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成されたナットと、前記両ねじ溝間に転動自在に介装された複数のローラと、を備え、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転運動により、前記ローラの転動を介して、前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向へ相対移動するようになっている遊星ローラねじ装置において、前記ねじ軸のねじ溝，前記ナットのねじ溝，及び前記ローラの転動面の少なくとも一つに、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ超過０．４μｍ以下となるように多数の微小凹部からなる油溜まりを形成したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る請求項２の遊星ローラねじ装置は、請求項１に記載の遊星ローラねじ装置において、前記油溜まりは１００ｍ／ｓ以上の噴射速度でショット材を吹き付けるショットピーニングにより形成されたものであり、前記ショット材の硬さは、前記ショットピーニングを施す被処理面の硬さと同等以上で、粒径は４０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係る請求項３の遊星ローラねじ装置は、請求項１又は請求項２に記載の遊星ローラねじ装置において、前記油溜まりは、種類の異なるショット材を用いた２つ以上のショットピーニングにより形成されたものであることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項４の遊星ローラねじ装置は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の遊星ローラねじ装置において、前記ローラの軸方向位置が前記軸又は前記ナットにより拘束されていて、前記軸及び前記ナットのうち前記ローラの軸方向位置を拘束していない方の部材と前記ローラとの一方又は両方に、前記油溜まりが形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の遊星ローラねじ装置は、摺動面の摩擦が小さく、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率が優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る遊星ローラねじ装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態である遊星ローラねじ装置を軸方向に平行な平面で破断した断面図である。なお、以降の説明に用いる各図においては、同一又は相当する部分には同一の符号を付してある。
図１に示すように、本実施形態の遊星ローラねじ装置は、螺旋状に連続する断面略Ｖ字状のねじ溝１ａが外周面に形成されたねじ軸１と、ねじ軸１のねじ溝１ａに対向する断面略Ｖ字状のねじ溝２ａが内周面に形成されたナット２と、両ねじ溝１ａ，２ａ間に転動自在に介装された複数のローラ３からなるローラ列と、ナット２の内周面に嵌合された２つの歯車４，４と、を備えている。
【００１２】
前記ローラ列の外周面は、両ねじ溝１ａ，２ａに噛み合うようなねじ状に形成されており、両ねじ溝１ａ，２ａ及びローラ３のねじれ方向は、全て同じ方向である。ねじ軸１，ナット２，及びローラ３の材質は特に限定されるものではないが、ＳＣＭ４１５Ｈ等のような鋼が好ましい。
歯車４，４は、軸方向に離れて配されており、前記ローラ列のうち両端のローラ３’，３’に形成された歯６とそれぞれ噛み合っている。そして、ねじ軸１とナット２との相対回転運動により、ローラ３の転動を介して、ねじ軸１とナット２とが軸方向へ相対移動するようになっている。
【００１３】
この遊星ローラねじ装置には２つの環状保持器５，５が備えられており、ねじ軸１とナット２との間で且つ両端のローラ３’，３’の軸方向外側に介装されている。環状保持器５，５には周方向に沿って複数のローラ支持孔５ａが設けられており、両端のローラ３’，３’に設けられた軸方向外側に突出する突起７をローラ支持孔５ａに挿通することにより、環状保持器５，５はローラ３’，３’を回転自在に支持している。なお、ローラ支持孔５ａは、貫通孔であってもよいし、有底孔であってもよい。
【００１４】
さらに、ナット２における環状保持器５，５の軸方向外側には、環状保持器５，５と接触するように抜け止めリング９が取り付けられていて、ローラ３’の突起７が環状保持器５のローラ支持孔５ａから抜けることが防止されている。また、抜け止めリング９は、環状保持器５がナット２に対して軸方向に位置ズレしたり、環状保持器５が遊星ローラねじ装置から脱落することを防ぐ機能も有している。この抜け止めリング９は、ナット２と一体のものでもよいし、別体の部材でもよい。
【００１５】
さらに、ねじ軸１のねじ溝１ａ，ナット２のねじ溝２ａ，及びローラ３の転動面３ａの少なくとも一つの摺動面には、多数の微小凹部からなる油溜まり（図示せず）が形成されており、油溜まりが形成されている面の算術平均粗さＲａは０．０５μｍ超過０．４μｍ以下とされている。油溜まりを構成する微小凹部の形状は特に限定されるものではないが、図２に示すような断面円弧状の凹面からなる凹部が好ましい。
【００１６】
本実施形態の遊星ローラねじ装置は、潤滑油を保持する油溜まりを摺動面に備えているので、摺動面間に油膜が十分に形成されて潤滑状態が良好に保たれる。そのため、摺動面の摩擦が小さく、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率が優れている。作動効率が優れているので、発熱や焼付きが抑制され、駆動装置の消費電力も抑えられる。さらに、摩擦が低減されるため、摩耗も生じにくい。
【００１７】
粘度の低い潤滑油を用いた場合、又は、粘度が高い潤滑油を用いても高温となった場合には、油膜の形成が不十分となるため金属接触により摩擦が生じやすくなり、特に低速運転時には摩擦が生じやすい。しかしながら、摺動面に油溜まりが形成されていれば、上記のような油膜の形成が不十分となりやすい条件下であっても摺動面間に油膜が十分に形成されるので、摺動面の摩擦が小さい。よって、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率が優れている。
【００１８】
油溜まりを形成する方法は特に限定されるものではないが、ショット材を吹き付けるショットピーニングが好ましい。ショットピーニングの条件は特に限定されるものではないが、ショット材の噴射速度は１００ｍ／ｓ以上であることが好ましい。噴射速度が１００ｍ／ｓ未満であると、ショット材の運動エネルギーが不足し良好な表面粗さが得られないという不都合が生じるおそれがある。また、ショット材の材質は、金属やセラミックが好ましい。
【００１９】
さらに、ショット材の硬さは、ショットピーニングを施す被処理面（摺動面）の硬さと同等以上であることが好ましく、ショット材の粒径は４０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。ショット材の粒径が４０μｍ未満であると、処理時間が長くなるという不都合が生じるおそれがあり、２００μｍ超過であると算術平均粗さＲａを０．４μｍ以下とすることが困難となるという不都合が生じるおそれがある。
【００２０】
ただし、この油溜まりは、１つのショットピーニングにより形成するよりも、種類の異なるショット材を用いた２つ以上のショットピーニングにより形成する方が好ましい。一例として、２つのショットピーニングにより油溜まりを形成する方法を説明する。まず、第一ショットピーニングとして、比較的尖鋭な部分を表面に有する炭化ケイ素粉末をショット材として用いたショットピーニングを施す。これにより、摺動面に過剰なショットピーニングが施され微小凹部と微小凸部が形成されるため、算術平均粗さＲａが０．４μｍを超えて１μｍ近くになる。これでは金属接触が生じやすくなるので、ここに第二ショットピーニングを施す。第二ショットピーニングでは、表面が比較的滑らかなアルミナ粉末，シリカビーズをショット材として用い、前述の微小凸部を平坦化する。微小凹部はそのまま残るため、平坦な部分が多く形成されるとともに深い微小凹部を形成することができる。
【００２１】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、油溜まりを形成する摺動面は特に限定されるものではなく、ねじ軸１のねじ溝１ａ，ナット２のねじ溝２ａ，及びローラ３の転動面３ａのうちいずれか一つの摺動面に形成してもよいし、前記三つの摺動面のうち二つに形成してもよいし、前記三つの摺動面全てに形成してもよい。
【００２２】
ただし、本実施形態の遊星ローラねじ装置のようにローラ３の軸方向位置がナット２によって拘束されている場合（ナット２に嵌合された２つの歯車４，４とローラ列のうち両端のローラ３’，３’に形成された歯６とが噛み合っているため、ローラ３の軸方向位置がナット２によって拘束されている）には、ローラ３の軸方向位置を拘束していない方の部材であるねじ軸１とローラ３との一方又は両方に、すなわち、ねじ軸１のねじ溝１ａとローラ３の転動面３ａとの一方又は両方に、油溜まりを形成することが好ましい。
【００２３】
そうすれば、摺動面の摩擦がより小さくなるため、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率がより優れたものとなる。これは、ローラ３とナット２との関係はハスバ歯車と同様となるためローラ３はナット２に対してほぼ転がり運動をしていることになるが、ローラ３はねじ軸１に対して周方向への転がり運動とともに軸方向への滑り運動をしているためであると考えられる。摩擦の多くはローラ３とねじ軸１との滑り運動によるので、ねじ軸１のねじ溝１ａとローラ３の転動面３ａとの一方又は両方に油溜まりを形成すれば、摩擦を小さくすることができる。
【００２４】
反対に、図３に示す遊星ローラねじ装置のようにローラ３の軸方向位置がねじ軸１によって拘束されている場合（ねじ軸１に嵌合された２つの歯車４，４とローラ列のうち両端のローラ３’，３’に形成された歯とが噛み合っているため、ローラ３の軸方向位置がねじ軸１によって拘束されている）には、ローラ３の軸方向位置を拘束していない方の部材であるナット２とローラ３との一方又は両方に、すなわち、ナット２のねじ溝２ａとローラ３の転動面３ａとの一方又は両方に、油溜まりを形成することが好ましい。
【００２５】
上記の場合と同様に、ローラ３とねじ軸１との関係はハスバ歯車と同様となるためローラ３はねじ軸１に対してほぼ転がり運動をしていることになるが、ローラ３はナット２に対して周方向への転がり運動とともに軸方向への滑り運動をしている。摩擦の多くはローラ３とナット２との滑り運動によるので、ナット２のねじ溝２ａとローラ３の転動面３ａとの一方又は両方に油溜まりを形成すれば、摩擦を小さくすることができる。
【００２６】
以下に、図３の遊星ローラねじ装置の構造を詳細に説明する。なお、図３の遊星ローラねじ装置の構成及び作用は、図１の遊星ローラねじ装置の場合とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。
図３の遊星ローラねじ装置は、螺旋状に連続する断面略Ｖ字状のねじ溝１ａが外周面に形成されたねじ軸１と、ねじ軸１のねじ溝１ａに対向する断面略Ｖ字状のねじ溝２ａが内周面に形成されたナット２と、両ねじ溝１ａ，２ａ間に転動自在に介装された複数のローラ３からなるローラ列と、ねじ軸１に嵌合された２つの歯車４，４と、を備えている。前記ローラ列の外周面は、両ねじ溝１ａ，２ａに噛み合うようなねじ状に形成されており、両ねじ溝１ａ，２ａのねじれ方向は同じ方向であるが、ローラ３のねじれ方向は両ねじ溝１ａ，２ａのねじれ方向とは逆方向である。
【００２７】
歯車４，４は、軸方向に離れて配されており、前記ローラ列のうち両端のローラ３’，３’に形成された歯とそれぞれ噛み合っている。また、ねじ軸１における環状保持器５，５の軸方向外側には、環状保持器５，５と接触するように抜け止めリング９が取り付けられていて、ローラ３’の突起７が環状保持器５のローラ支持孔５ａから抜けることが防止されている。また、抜け止めリング９は、環状保持器５がねじ軸１に対して軸方向に位置ズレしたり、環状保持器５が遊星ローラねじ装置から脱落することを防ぐ機能も有している。この抜け止めリング９は、ねじ軸１と一体のものでもよいし、別体の部材でもよい。
【００２８】
〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。図１の遊星ローラねじ装置とほぼ同様の構成を有する遊星ローラねじ装置を用意して、その性能を評価した。使用した遊星ローラねじ装置の仕様は以下の通りである。
ねじ溝有効径：ねじ軸２９．８４０ｍｍ、ナット５０ｍｍ、ローラ１０ｍｍ
リード      ：ねじ軸１０ｍｍ、ナット１０ｍｍ、ローラ２ｍｍ
条数        ：ねじ軸５条、ナット５条、ローラ１条
有効噛み合い長さ：２５ｍｍ
ローラの数  ：６個
荷重        ：３７５０Ｎ
潤滑油      ：出光興産株式会社製のダフニー  メカニックオイル６８
【００２９】
このような遊星ローラねじ装置の摺動面に、下記のようなショットピーニングを施した。まず、ショット材として平均粒径４５μｍの炭化ケイ素粉末を用いた第一ショットピーニングを施し、微小凸部及び微小凹部を形成した。その条件は下記の通りである。
噴射速度：２００ｍ／ｓ
噴射圧力：０．３９ＭＰａ
噴射時間：１０ｍｉｎ
噴射距離：１５〜４０ｍｍ
【００３０】
なお、噴射距離とは、ショット材の噴射口と被処理材（摺動面）との間の距離である。第一ショットピーニングを施す前の算術平均粗さＲａは０．４μｍ以下で最大高さＲｙは２〜３μｍであったが、このような第一ショットピーニングにより過剰なショットピーニングが施されて、摺動面の光沢が失われ、算術平均粗さＲａは０．４μｍ超過で最大高さＲｙは６μｍ以上となった。
【００３１】
次に、第一ショットピーニングを施した摺動面に、ショット材として平均粒径４５μｍのシリカビーズを用いた第二ショットピーニングを施した。その条件は第一ショットピーニングの場合と同じである。第二ショットピーニングにより、第一ショットピーニングで生じた微小凸部が削り取られて平坦な部分が増加して（微小凹部はそのまま残り油溜まりとなる）、摺動面に光沢が戻り、算術平均粗さＲａは０．４μｍ以下となった。
【００３２】
このような摺動面に油溜まりが形成された遊星ローラねじ装置を駆動して、回転運動を軸方向の直線運動に変換する作動効率を測定した。なお、実施例１は、ローラの転動面のみに油溜まりが形成されたものであり、実施例２は、ねじ軸のねじ溝及びローラの転動面に油溜まりが形成されたものである。また、比較例は、油溜まりが形成されていないものである。
【００３３】
結果を図４のグラフに示す。比較例の遊星ローラねじ装置は、低速運転になるにしたがって作動効率が低下した。これに対して、実施例１の遊星ローラねじ装置は、低速運転時においても潤滑状態が良好であるため、比較例よりも作動効率が優れていた。また、実施例２の遊星ローラねじ装置は、ねじ軸のねじ溝及びローラの転動面に油溜まりが形成されているため、実施例１よりもさらに作動効率が優れていた。
【００３４】
次に、実施例２の遊星ローラねじ装置において、第二ショットピーニングの処理時間（噴射時間）を変更することにより摺動面の算術平均粗さＲａが種々異なるものを用意して、回転速度１０ｒｐｍという低速運転時の作動効率を測定した。結果を図５のグラフに示す。その結果、算術平均粗さＲａが０．４μｍ超過であると、作動効率が比較例と同レベルであった。第二ショットピーニングの処理時間が短すぎる場合は、第二ショットピーニングを行っていないもの（第一ショットピーニングのみを施したもの）と算術平均粗さＲａがほぼ同レベルであるが、作動効率は比較例よりもむしろ悪かった。よって、第二ショットピーニングの処理時間は、算術平均粗さＲａが０．４μｍ以下となるような時間とすることが好ましい。
【００３５】
なお、算術平均粗さＲａの下限値は、ショットピーニングによらない軸受の軌道面の表面粗さとしてＲａ０．０５μｍ超過が好ましく（例えば特開平１０−３１１３３７号公報を参照）、図５のグラフの下限値であるＲａ０．１５μｍ超過がより好ましい。また、第一ショットピーニングを施さず第二ショットピーニングを施しただけでは、深さが３μｍ以上あるような深い微小凹部は形成されず、このような遊星ローラねじ装置の作動効率は比較例とほとんど同レベルであった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態である遊星ローラねじ装置を軸方向に平行な平面で破断した断面図である。
【図２】油溜まりを説明する模式図である。
【図３】本実施形態の変形例の遊星ローラねじ装置を軸方向に平行な平面で破断した断面図である。
【図４】遊星ローラねじ装置の運転速度（回転速度）と作業効率との関係を示すグラフである。
【図５】遊星ローラねじ装置の摺動面の算術平均粗さＲａと作業効率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１      ねじ軸
１ａ    ねじ溝
２      ナット
２ａ    ねじ溝
３      ローラ
３’    端のローラ
３ａ    転動面
４      歯車
【図１】
2008069846.tif 000003
【図２】
2008069846.tif 000004
【図３】
2008069846.tif 000005
【図４】
2008069846.tif 000006
【図５】
2008069846.tif 000007