(57)【要約】【課題】低動摩擦トルク、長いま耐摩耗寿命を有する転がりねじ装置を提供する。【解決手段】ねじ軸とナットの転動体軌道溝間を転動する転動体１３の転がり接触面１３ａに軸方向の曲率Ｒを持たせ、転動体１３と転動体軌道溝とを夫々１点で接触させる。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状の転動体軌道溝を有するねじ軸と、前記転動体軌道溝に対向する螺旋状の転動体軌道溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸または前記ナットの相対的な回転運動により前記転動体軌道溝間を転動する多数の転動体とを備えてなる転がりねじ装置であって、
前記転動体は、前記転動体軌道溝と接触する転がり接触面を円周方向に有すると共に前記円周方向と直交する軸方向に少なくとも１つの平面部を有し、前記転がり接触面は前記転動体の軸方向に曲率を有し、前記転動体が前記ねじ軸の転動体軌道溝と前記ナットの転動体軌道溝に対して夫々一点で接触することを特徴とする転がりねじ装置。
【請求項２】
前記転動体は、該転動体の自転軸が隣り合う転動体同士で互い交叉するように前記転動体軌道溝間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の転がりねじ装置。
【請求項３】
前記転がり接触面と前記平面部との境界部に面取り部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の転がりねじ装置。
【請求項４】
前記平面部に潤滑剤貯溜用凹部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転がりねじ装置。
【請求項５】
前記各転動体の間に、転動体を保持する凹状溝を有する円盤状スペーサを配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の転がりねじ装置。
【請求項６】
前記ねじ軸の外周面と前記ナットの内周面との間の間隙部に係合して前記スペーサの倒れを防止する突起部を前記円盤状スペーサの周面部に設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の転がりねじ装置。
【請求項７】
前記転動体を循環させる転動体循環チューブの内面に前記突起部を前記転動体の進行方向に案内する案内溝を設けたことを特徴とする請求項６記載の転がりねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械や産業用ロボットなどで用いられる転がりねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械や産業用ロボットなどでは、モータ等の回転運動を直線運動に変換して可動体に伝えるものとして、ボールねじ装置が従来から広く使用されている。このボールねじ装置は、図１６に示されるように、ねじ軸１０１と、このねじ軸１０１の回転により軸方向に相対移動する円筒状のナット１０２とを備えており、ねじ軸１０１の外周面には螺旋状のボール軌道溝１０３が形成されている。このボール軌道溝１０３はナット１０２の内周面に形成された螺旋状のボール軌道溝１０４と対向しており、ねじ軸１０１またはナット１０２のいずれか一方が軸芯回りに回転するとナット１０２に組み込まれた転動体としての多数のボール１０５が上記ボール軌道溝１０３，１０４間を転動するようになっている。
【０００３】
このようなボールねじ装置は、図１７に示されるように、ボール１０５がボール軌道溝１０３，１０４と３点または４点で接触し合っている。
一方、ねじ軸およびナットの軌道溝間を転動する転動体として、円筒ローラを用いたローラねじ装置が後記の特許文献１に記載されている。
特許文献１に開示されたローラねじ装置は、図１８及び図１９に示されるように、外周面に螺旋状の軌道溝２０１を有するねじ軸２００と、内周面に上記軌道溝２０１と相対向する螺旋状の軌道溝２０３を有するナット２０４と、を備えている。更に、このナット２０４に取り付けられ、各端部を上記各軌道溝２０１、２０３によって構成される負荷軌道２０５の始端および終端にそれぞれ連結し、この負荷軌道路５とともに無限循環路２０８を構成する戻し通路（図示せず）をなす管状体（図示せず）を備えている。そして、上記無限循環路２０８には、この上記無限循環路２０８内を転走自在で、図１９に示すようにその回転中心軸γを交互に交差させた（互いに９０度ずつ異ならせた）状態（クロス配列）で回転自在に整列させて成る、多数の円筒ローラ２０７ａ、２０７ｂと、を備えることで構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１６１４５９号公報（第４頁、第１５及び１６図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１６及び図１７に示した従来のボールねじ装置は、ボール１０５がボール軌道溝１０３，１０４と３点または４点で接触し合っているため、差動滑りが大きく、それにより転動面の耐摩耗寿命が短いという問題があった。一方、上述したローラねじ装置では、図２０に示されるように、転動体としての円筒ローラ２０７が軌道溝２０１，２０３と線で接触し合っているため、装置自体の剛性が高い一方、動摩擦トルクが大きくなるという問題があった。
【０００６】
また、従来のローラねじ装置及びボールねじ装置は、構造上で軌道溝と転動体の間の空間が小さく、転がり軸受のように十分な潤滑剤を装入できなく、また溝面の粗さも転がり軸受に劣るので、十分な潤滑油膜を形成することが困難で、使用中に潤滑剤不足が生じ、その結果、位置決め精度に悪影響を与える転走面の異常摩耗が発生することもあった。
【０００７】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小さな動摩擦トルクを得ることができ、かつ長い耐摩耗寿命を有する転がりねじ装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、外周面に螺旋状の転動体軌道溝を有するねじ軸と、前記転動体軌道溝に対向する螺旋状の転動体軌道溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸または前記ナットの相対的な回転運動により前記転動体軌道溝間を転動する多数の転動体とを備えてなる転がりねじ装置であって、前記転動体は、前記転動体軌道溝と接触する転がり接触面を円周方向に有すると共に前記円周方向と直交する軸方向に少なくとも１つの平面部を有し、前記転がり接触面は前記転動体の軸方向に曲率を有し、前記転動体が前記ねじ軸の転動体軌道溝と前記ナットの転動体軌道溝に対して夫々一点で接触することを特徴とする。
【０００９】
このような構成によると、転動体の転がり接触面が転動体軌道溝と夫々１点で接触し、転動体軌道溝と転動体とが線で接触し合うローラねじ装置よりも動摩擦トルクが小さくなり、かつボールねじ装置の３点接触または４点接触の場合よりも小さな動摩擦トルクを得ることができる。
請求項２の発明は、前記転動体を隣り合う転動体同士で自転軸を互い交叉させて前記転動体軌道溝間に配置したことを特徴とするものであり、このような構成を採用することで、転動体に両方向のアキシャル荷重を負荷することが可能となるので、ボールねじ装置またはローラねじ装置と同様に正逆両方向に作動させることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、前記転がり接触面と前記平面部との境界部に面取り部を設けたことを特徴とするものであり、このような構成を採用することで、転動体が転動体軌道溝間で倒れた場合でも転動体軌道溝が転動体のエッジ部によって異常に摩耗されることがないので、転がりねじ装置の耐久寿命を向上させることができる。
【００１１】
請求項４の発明は、前記平面部に潤滑剤貯溜用凹部を設けたことを特徴とするものであり、このような構成を採用することで、潤滑剤貯溜用凹部に貯溜されたグリース等の潤滑剤が転動体と転動体軌道溝との接触部に供給されるので、潤滑剤不足による異常摩耗を防止することができる。
請求項５の発明は、前記各転動体の間に、転動体を保持する凹状溝を有する円盤状スペーサを配置したことを特徴とするものであり、このような構成を採用することで、転動体の姿勢を正しく保持することができ、またスペーサが緩衝体としての機能を果たすので、転動体の競り合いに起因する種々の弊害を防止することができる。
【００１２】
請求項６の発明は、前記ねじ軸の外周面と前記ナットの内周面との間の間隙部に係合して前記スペーサの倒れを防止する突起部を前記円盤状スペーサの周面部に設けたことを特徴とするものであり、このような構成を採用することで、転動体およびスペーサが安定した姿勢に保持されるので、スペーサの倒れ等を防止することができる。
【００１３】
請求項７の発明は、前記転動体を循環させる転動体循環チューブの内面に前記突起部を前記転動体の進行方向に案内する案内溝を設けたことを特徴とするものであり、このような構成を採用することで、転動体とスペーサが循環チューブをスムーズに通過し、転動体を安定した姿勢に保持でき、かつスペーサの倒れも防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図７は本発明の第１の実施形態を示す図であり、図１に示されるように、本発明の第１の実施形態に係る転がりねじ装置１０は、ねじ軸１１と、このねじ軸１１の回転運動により軸方向に相対移動する円筒状のナット１２と、このナット１２に組み込まれた多数の転動体１３（図２参照）とを備えて構成されている。
【００１５】
ねじ軸１１は、外周面に螺旋状の転動体軌道溝１４を有している。この転動体軌道溝１４は転動体１３と交互に接触する二つの溝面１４ａ，１４ｂ（図３参照）を有しており、これらの溝面１４ａ，１４ｂは転動体軌道溝１４の幅方向に沿う断面が円弧状に形成されている。
ナット１２はねじ軸１１の外径より径の大きい内径を有しており、このナット１２の内周面には、螺旋状の転動体軌道溝１５（図２参照）が前記転動体軌道溝１４と対向して形成されている。また、ナット１２は転動体戻しチューブ取付け座面１６（図１参照）を外周面に有しており、この転動体戻しチューブ取付け座面１６には、転動体戻し部材としての転動体戻しチューブ１７，１７が図示しないチューブ固定用ネジとチューブ固定用金具１８によって取り付けられている。
【００１６】
転動体軌道溝１５は転動体１３と交互に接触する二つの溝面１５ａ，１５ｂ（図３参照）を有しており、これらの溝面１５ａ，１５ｂは転動体軌道溝１５の幅方向に沿う断面が円弧状に形成されている。
転動体１３は、ねじ軸１１またはナット１２のいずれか一方が軸回りに回転すると、これに同期して転動体軌道溝１４，１５間を転動するようになっている。また、各転動体１３の間にはスペーサ１９（図３参照）が設けられている。
【００１７】
また、転動体１３は転動体軌道溝１４，１５と接触する転がり接触面１３ａ（図４参照）を円周方向に有している。この転がり接触面１３ａは転動体軌道溝１４，１５の溝面よりも径の小さい曲率Ｒを転動体１３の軸方向に有している。例えば、転動体１３は、図４に示すように、一組の平面１３ｂ，１３ｂを有する上下切断状玉（玉の上下部分を切断して平面１３ｂ，１３ｂを形成した構造のものをいう。）となっている。これにより、転動体１３は転動体軌道溝１４，１５と夫々１点で接触し合っている。また、転動体１３は円周方向と直交する軸方向の両端に平面部１３ｂ，１３ｂ（図４参照）を有しており、これらの平面部１３ｂ，１３ｂにはグリース等の潤滑剤を溜めておくための潤滑剤貯溜用凹部２１が形成されている。さらに、転動体１３は、図３に示されるように、隣り合う転動体同士で自転軸１３ｃを交叉させて転動体軌道溝１４，１５間に配置されており、各転動体１３の転がり接触面１３ａと平面部１３ｂとの境界部に面取り部２０（図４参照）が設けられている。
【００１８】
スペーサ１９は転動体１３より軟質の材料（例えば樹脂等）で形成されており、各スペーサ１９の両端面には、隣り合う各転動体１３を保持する凹状溝２６（図５参照）が形成されている。また、転動体転動面との接触面２２は、図６に示すように、スペーサ１９の径方向に沿う断面がゴシックアーチ状に形成されており、転動体１３の転がり接触面１３ａと２箇所で接触し合うようになっている。また、スペーサ１９は、図５に示すように、グリース等の潤滑剤を流通させるための貫通孔２５を転動体接触面２２に有している。
【００１９】
ねじ軸１１の外周面とナット１２の内周面との間には間隙部２３（図２参照）が形成されており、前記スペーサ１９の周面部には、間隙部２３に係合してスペーサ１９の倒れを防止する突起部２４，２４が設けられている。
ボール戻しチューブ１７は例えば金属パイプをＵ字状に曲げ加工して形成されており、このボール戻しチューブ１７の内面には、スペーサ１９の突起部２４，２４を転動体１３の進行方向に案内する案内溝２５，２５（図７参照）が設けられている。
【００２０】
このように構成される本発明の第１の実施形態では、転動体１３の転がり接触面１３ａが軸方向に曲率Ｒを有することで、転動体１３と転動体軌道溝１４，１５が夫々１点で接触する。したがって、前述したローラねじ装置に比べて動摩擦トルクを小さくすることでき、かつボールねじ装置の３点接触又は４点接触の場合よりも小さな動摩擦トルクを得ることができる。
【００２１】
また、上述した第１の実施形態のように、隣り合う転動体同士で自転軸１３ｃをクロスさせて転動体１３を転動体軌道溝１４，１５間に配置すると、転動体１３の転がり接触面１３ａが転動体軌道溝１４，１５の溝面１４ａ，１５ｂ及び１５ａ，１４ｂに交互に接触する。これにより、転動体１３に両方向のアキシャル荷重を負荷することが可能となるので、ボールねじ装置またはローラねじ装置と同様に正逆両方向に作動させることができる。さらに各転動体１３は円周方向と直交する軸方向に少なくとも１つの平面部１３ｂを有しているので、転動体軌道溝と転動体との間の空間が従来のローラねじやボールねじよりも大きく、より多くの潤滑剤を転動体と転動体軌道溝との接触部に供給でき、これにより転動体の転がり接触面や転動体軌道溝の溝面の潤滑状態が改善されるので、異常摩耗を避けることが可能となる。
【００２２】
また、転動体１３の転がり接触面１３ａと平面部１３ｂとの境界部に面取り部２０を設けたことにより、転動体１３が転動体軌道溝１４，１５間に倒れた場合でも転動体軌道溝１４，１５が転動体１３のエッジ部によって異常に摩耗されることがないので、転がりねじ装置の耐久寿命を向上させることができる。
また、上述した第１の実施形態のように、転動体１３の平面部１３ｂに潤滑剤貯溜用凹部２１を設けると、凹部２１に貯溜されたグリース等の潤滑剤が転動体１３と転動体軌道溝１４，１５との接触部に供給されるので、潤滑剤不足による異常摩耗を防止することができる。
【００２３】
さらに、各転動体１３の間に転動体１３を保持する凹状溝２６を有するスペーサ１９を配置したことにより、転動体１３の姿勢を正しく保持でき、またスペーサ１９が緩衝体として機能するので、転動体１３の競り合いに起因する騒音や振動等の発生を防止できるとともに、転動体１３の損傷による耐久寿命の低下を防止できる。
【００２４】
また、上述した第１の実施形態のように、円盤状スペーサ１９の転動体接触面２２に潤滑剤流通用貫通孔２５を設けたことにより、貫通孔２５が潤滑剤溜りとなり、転動体１３とスペーサ１９との接触部にグリース等の潤滑剤が供給されやすくなるので、転動体１３やスペーサ１９の異常摩耗を抑制することができる。また、ねじ軸１１の外周面とナット１２の内周面との間の間隙部２３に係合してスペーサの倒れを防止する突起部２４，２４を円盤状スペーサ１９の周面部に設けたことにより、転動体１３を安定した姿勢に保持でき、かつスペーサ１９の倒れも防止することができる。この場合、突起部２４，２４を転動体１３の進行方向に案内する案内溝２５，２５をボール戻しチューブ１７の内面に設けることが望ましい。
【００２５】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、第１の実施形態では周面部に突起部２４，２４を有する円盤状スペーサ１９を各転動体１３の間に配置したが、図８及び図９に示す第２の実施形態のように、突起部を持たない円盤状スペーサ１９を各転動体１３の間に配置してもよい。また、第１の実施形態では転動体軌道溝１４，１５間を転動する転動体として、軸方向の両端に平面部１３ｂ，１３ｂを有する転動体１９を使用したが、図１０に示すように、軸方向の一端のみに平面部１３ｂを有する転動体１９を使用しても第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２６】
さらに、第１の実施形態では断面がゴシックアーチ状の転動体接触面２２をスペーサ１９の端面部に設けたが、図１１に示すように、断面が円弧状の転動体接触面２２をスペーサ１９の端面部に設けても第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、第１の実施形態では転動体接触面２２に貫通孔２５を有するスペーサ１９を使用したが、図１２に示すように、転動体接触面２２に貫通孔を持たないスペーサ１９を使用してもよい。さらに、第１の実施形態では周面部に二つの突起部２４を有するスペーサ１９を使用したが、図１３に示すように、周面部に一つの突起部２４を有するスペーサ１９を使用してもよい。また、第１の実施形態では突起部２４の母線形状を直線状としたが、図１４に示すように、突起部２４の母線形状を曲線状としてもよい。さらに、第１の実施形態では突起部２４の厚さ方向の断面形状を矩形としたが、図１４および図１５に示すように、突起部２４の厚さ方向の断面形状を円形などの形状としてもよい。
【００２７】
また、転動体１３の平面部１３ｂ，１３ｂ間の距離Ｗ（図４参照）は、特に限定されないが、転動体１３の直径Ｄの５０％〜９０％が好ましい。また、スペーサ１９の材質は、特に限定されないが、例えば銀、黄銅、鉄、ステンレス鋼などの金属や、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリフェリレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂に代表されるポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリアミド６６（ナイロン６６）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、芳香族ポリイミド（ＰＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、芳香族ポリエステル（ＬＣＰ）および各種含ふっ素樹脂などを用いることができる。さらに、ねじ軸１１、ナット１２および転動体１３についても材質は特に限定されないが、例えば、軸受鋼、浸炭鋼、ステンレス鋼、耐熱銅、セラミックスなど使用できる。
【００２８】
また、ねじ軸１１、ナット１２および転動体１３の材質を同じにする必要はなく、必要により夫々異なる材質を使用してもよく（ハイブリッド）、本発明の範囲内で変更可能である。例えば、ねじ軸１１およびナット１２の材質を浸炭鋼とし、転動体１３の材質を軸受鋼としてもよい。
ねじ軸１１、ナット１２および転動体１３の表面被膜は、特に限定されるものではなく、浸炭や窒化などの表面強化処理してもよいし、しなくてもよい。被膜の場合の被膜材は、金属、金属化合物、セラミック被膜などが適宜選択可能である。
【００２９】
潤滑剤は、特に限定されるものではなく、グリースでもオイルでもよい。
軌道溝半径の値は特に限定されるものではないが、球面転動体の直径の５０．３〜５８％が好ましい。また、内外輪溝半径の値は同じであってもよいし、それぞれ異なってもよく、特に限定されるものではない。
転動体の精度値は特に限定されるものではないが、鋼球等級Ｇ６０以上に相当することが好ましい。
【００３０】
転動体と軌道溝との間における予圧の付与される状態は、特に限定されるものではなく、あってもなくても本発明の範囲内である。また、内部隙間を負に設定することで、バックラッシを完全に無くすことができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に係る転がりねじ装置によれば、転動体の転がり接触面が転動体軌道溝と夫々１点で接触し、転動体軌道溝と転動体とが線で接触し合うローラねじ装置よりも動摩擦トルクが小さくなり、かつボールねじ装置の３点接触または４点接触の場合より小さな動摩擦トルクを得ることができる。
【００３２】
請求項２の発明に係る転がりねじ装置によれば、転動体に両方向のアキシャル荷重を負荷することが可能となるので、上述した効果に加え、ボールねじ装置またはローラねじ装置と同様に正逆両方向に作動させることができる。
請求項３の発明に係る転がりねじ装置によれば、転動体軌道溝が転動体のエッジ部によって異常に摩耗されることがないので、上述した効果に加え、転がりねじ装置の耐久寿命を向上させることができる。
【００３３】
請求項４の発明に係る転がりねじ装置によれば、潤滑剤貯溜用凹部に貯溜されたグリース等の潤滑剤が転動体と転動体軌道溝との接触部に供給されるので、上述した効果に加え、潤滑剤不足による異常摩耗を防止することができる。
請求項５の発明に係る転がりねじ装置によれば、スペーサが緩衝体としての機能を果たすので、上述した効果に加え、転動体の競り合いに起因する種々の弊害を防止することができる。
請求項６及び７の発明に係る転がりねじ装置によれば、上述した効果に加え、転動体を安定した姿勢に保持でき、かつスペーサの倒れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る転がりねじ装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る転がりねじ装置の軸方向断面図である。
【図３】図２のねじ軸とナットの転動体軌道溝間を示す図である。
【図４】図３に示す転動体の断面図である。
【図５】図３に示すスペーサの斜視図である。
【図６】図５のスペーサと転動体との接触状態を示す図である。
【図７】図１に示す転動体戻しチューブの斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る転がりねじ装置の要部を示す図である。
【図９】図８に示すスペーサの斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る転がりねじ装置の転動体を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る転がりねじ装置の要部を示す図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る転がりねじ装置のスペーサを示す図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る転がりねじ装置のスペーサを示す図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態に係る転がりねじ装置のスペーサを示す図である。
【図１５】本発明の第８の実施形態に係る転がりねじ装置のスペーサを示す図である。
【図１６】ボールねじ装置の軸方向断面図である。
【図１７】図１６のボール軌道溝とボールとの接触状態を示す図である。
【図１８】ローラねじ装置の軸方向断面図である。
【図１９】ローラねじ装置の円筒ローラの配列状態を示す図である。
【図２０】図１８の転動体軌道溝と円筒ローラとの接触状態を示す図である。
【符号の説明】
１１　　ねじ軸
１２　　ナット
１３　　転動体
１３ａ　　転がり接触面
１３ｂ　　平面部
１３ｃ　　自転軸
１４，１５　　転動体軌道溝
１７　　転動体戻しチューブ
１９　　スペーサ
２０　　面取り部
２１　　潤滑剤貯溜用凹部
２２　　転動体接触面
２３　　間隙部
２４　　突起部
２５　　貫通孔
２６　　凹状溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004138163.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004138163.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004138163.tif 000011
【図１０】
2004138163.tif 000012
【図１１】
2004138163.tif 000013
【図１２】
2004138163.tif 000014
【図１３】
2004138163.tif 000015
【図１４】
2004138163.tif 000016
【図１５】
2004138163.tif 000017
【図１６】
2004138163.tif 000018
【図１７】
2004138163.tif 000019
【図１８】
2004138163.tif 000020
【図１９】
2004138163.tif 000021
【図２０】
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