(57)【要約】【課題】曲率を持ったねじ軸上でナット部材を回転させながら往復運動させることが可能な円弧型転動体ねじ装置を提供する。【解決手段】円弧型転動体ねじ装置は、外周面に螺旋状の転動体転走溝１１ａを有するねじ軸１１と、内周面に転動体転走溝１１ａと対向する螺旋状の負荷転走溝１３ａを有するナット部材１３と、転動体転走溝１１ａと負荷転走溝１３ａとの間に転動自在に設置される複数の転動体１５とを備えており、さらに、ねじ軸１１が超弾性材料によって構成されることによって、曲率を持ったねじ軸１１のナット部材１３に対する相対的な回転運動に伴って、ナット部材１３が曲率を持ったねじ軸１１に対して相対的に往復運動することができるようになっている。なお、ねじ軸１１に採用される超弾性材料は、超弾性チタン合金、Ｎｉ−Ｔｉ系合金、形状記憶合金、金属ガラスの少なくとも１つであることが望ましい。【選択図】図１Ａ
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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転走溝を有するねじ軸と、
内周面に前記転動体転走溝と対向する螺旋状の負荷転走溝を有するナット部材と、
前記転動体転走溝と前記負荷転走溝との間に転動自在に設置される複数の転動体と、
を備え、
前記ねじ軸が超弾性材料によって構成されることにより、曲率を持った前記ねじ軸の前記ナット部材に対する相対的な回転運動に伴って、前記ナット部材が曲率を持った前記ねじ軸に対して相対的に往復運動することを特徴とする円弧型転動体ねじ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の円弧型転動体ねじ装置において、
前記超弾性材料は、超弾性チタン合金、Ｎｉ−Ｔｉ系合金、形状記憶合金、金属ガラスの少なくとも１つであることを特徴とする円弧型転動体ねじ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の円弧型転動体ねじ装置において、
前記ナット部材には、前記転動体転走溝と前記負荷転走溝とによって形成される負荷転走路の一端と他端とを連結することによって、前記複数の転動体を一端から掬い上げて他端に戻す戻し部材が設置され、
前記戻し部材は一端側の掬い上げ口と他端側の戻し口を備える部材であり、前記掬い上げ口と前記戻し口が向く方向は、前記負荷転走路が向く方向と一致するように設置されていることを特徴とする円弧型転動体ねじ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の円弧型転動体ねじ装置において、
前記ナット部材は、曲率を持った前記ねじ軸の凹側に前記戻し部材が位置するように設置されることを特徴とする円弧型転動体ねじ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の円弧型転動体ねじ装置において、
前記ナット部材は、前記ねじ軸が導通する開口部の両側に一対のねじ軸矯正手段を備え、
かかる一対のねじ軸矯正手段によって、前記ねじ軸は前記ナット部材内に位置する箇所が直線状に矯正されることを特徴とする円弧型転動体ねじ装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の円弧型転動体ねじ装置において、
前記負荷転走溝が形成される前記ナット部材の内周面は、前記ねじ軸の曲率と略同じ曲率を持つように形成されることを特徴とする円弧型転動体ねじ装置。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の円弧型転動体ねじ装置において、
前記ねじ軸は、軸方向に伸びて形成されるスプライン溝を備え、
前記ナット部材は、前記ねじ軸が導通する開口部の両側に一対のスプライン外筒を備え、
かかる一対のスプライン外筒が複数の転動体を介して前記スプライン溝に矯正力を加えることによって、前記ねじ軸は前記ナット部材内に位置する箇所が直線状に矯正されることを特徴とする円弧型転動体ねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円弧型転動体ねじ装置に係り、特に、ねじ軸に曲率を持たせた状態でナット部材を往復運動させることが可能な、従来にはない全く新しい円弧型の転動体ねじ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転運動と往復運動とを相互に変換することが可能な装置として、ねじ軸の回転軸線に沿ってナット部材が往復運動する転動体ねじ装置が知られている。そして、従来の転動体ねじ装置は、例えば、図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃに示されるような構成を有する装置である。ここで、図５Ａは、従来の転動体ねじ装置の一形態を例示する斜視図である。また、図５Ｂは、図５Ａにおいて示した従来の転動体ねじ装置の構成部材であるナット部材を示す斜視図であり、図５Ｃは、図５Ａにおいて示した従来の転動体ねじ装置が有するリターンパイプとねじ軸との設置関係を説明するための側面図である。
【０００３】
図５Ａないし図５Ｃに例示されるように、従来の転動体ねじ装置は、外周面に螺旋状のボール転走溝５１ａを有するねじ軸５１と、内周面にボール転走溝５１ａと対向する螺旋状の負荷転走溝５３ａを有するナット部材５３と、ボール転走溝５１ａと負荷転走溝５３ａとによって形成される負荷転走路に転動自在に設置される複数のボール５５とを備えている。さらに、従来の転動体ねじ装置は、ナット部材５３に嵌め込まれたリターンパイプ５７によって負荷転走路の一端と他端とを連結する構成を有しており、このリターンパイプ５７によって負荷転走路内を転がる複数のボール５５は、無限循環できるようになっている。したがって、従来の転動体ねじ装置においては、ねじ軸５１のナット部材５３に対する相対的な回転運動に伴って、ナット部材５３がねじ軸５１に対して相対的に往復運動することが可能となっている（例えば、下記特許文献１，２参照）。
【０００４】
【特許文献１】実開平６−６９５０２号公報
【特許文献２】特開２０００−１８３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上、従来技術に係る転動体ねじ装置の一般的な構成について説明したが、従来、ねじ軸に曲率を持たせて構成した転動体ねじ装置は存在しなかった。これは、たとえ曲率を持たせたねじ軸を製作したとしても、このようなねじ軸上でナット部材を回転させることが不可能であったからである。しかしながら、曲率を持ったねじ軸上でナット部材を回転させながら往復運動させることができれば、転動体ねじ装置の適用範囲を大いに拡大することができ、産業上の利用効果も計り知れないものがある。
【０００６】
本発明は、上述した課題の存在に鑑みて成されたものであって、その目的は、従来技術では不可能であった、曲率を持ったねじ軸上でナット部材を回転させながら往復運動させることが可能な円弧型の転動体ねじ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る円弧型転動体ねじ装置は、外周面に螺旋状の転動体転走溝を有するねじ軸と、内周面に前記転動体転走溝と対向する螺旋状の負荷転走溝を有するナット部材と、前記転動体転走溝と前記負荷転走溝との間に転動自在に設置される複数の転動体と、を備え、前記ねじ軸が超弾性材料によって構成されることにより、曲率を持った前記ねじ軸の前記ナット部材に対する相対的な回転運動に伴って、前記ナット部材が曲率を持った前記ねじ軸に対して相対的に往復運動することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る円弧型転動体ねじ装置において、前記超弾性材料は、超弾性チタン合金、Ｎｉ−Ｔｉ系合金、形状記憶合金、金属ガラスの少なくとも１つであることとすることができる。
【０００９】
また、本発明に係る円弧型転動体ねじ装置において、前記ナット部材には、前記転動体転走溝と前記負荷転走溝とによって形成される負荷転走路の一端と他端とを連結することによって、前記複数の転動体を一端から掬い上げて他端に戻す戻し部材が設置され、前記戻し部材は一端側の掬い上げ口と他端側の戻し口を備える部材であり、前記掬い上げ口と前記戻し口が向く方向は、前記負荷転走路が向く方向と一致するように設置されていることとすることができる。
【００１０】
さらに、本発明に係る円弧型転動体ねじ装置において、前記ナット部材は、曲率を持った前記ねじ軸の凹側に前記戻し部材が位置するように設置されることが好適である。
【００１１】
またさらに、本発明に係る円弧型転動体ねじ装置において、前記ナット部材は、前記ねじ軸が導通する開口部の両側に一対のねじ軸矯正手段を備え、かかる一対のねじ軸矯正手段によって、前記ねじ軸は前記ナット部材内に位置する箇所が直線状に矯正されることとすることができる。
【００１２】
また、本発明に係る別の円弧型転動体ねじ装置において、前記負荷転走溝が形成される前記ナット部材の内周面は、前記ねじ軸の曲率と略同じ曲率を持つように形成されることとすることができる。
【００１３】
また、本発明に係るさらに別の円弧型転動体ねじ装置において、前記ねじ軸は、軸方向に伸びて形成されるスプライン溝を備え、前記ナット部材は、前記ねじ軸が導通する開口部の両側に一対のスプライン外筒を備え、かかる一対のスプライン外筒が複数の転動体を介して前記スプライン溝に矯正力を加えることによって、前記ねじ軸は前記ナット部材内に位置する箇所が直線状に矯正されることとすることができる。
【００１４】
なお上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、曲率を持ったねじ軸上でナット部材を回転させながら往復運動させることが可能な円弧型の転動体ねじ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
まず、本発明に係る円弧型転動体ねじ装置の特徴的な点としては、円弧型転動体ねじ装置を構成するねじ軸が超弾性材料によって構成されていることを挙げることができる。ねじ軸を超弾性材料によって構成することによって、曲率を持ったねじ軸のナット部材に対する相対的な回転運動に伴って、ナット部材が曲率を持ったねじ軸に対して相対的に往復運動することができるという、従来技術では不可能であった全く新しい円弧型の転動体ねじ装置を実現することが可能となる。
【００１７】
ねじ軸を構成する超弾性材料には、超弾性チタン合金を採用することが好ましく、特に、株式会社豊田中央研究所が開発したゴムメタル（登録商標）を採用することが好適である。このゴムメタル（登録商標）は、ヤング率が低く、弾性変形が２．５％と巨大弾性変形能を有するという従来にはない全く新しい特性を有するチタン合金であり、また、冷間加工後に時効硬化させた場合の硬さが４００Ｈｖを示すため、複数の転動体から転動・摺動負荷を繰り返し受け、さらに曲率を持たせる必要がある本発明に係る円弧型転動体ねじ装置のねじ軸構成材料として、好適に用いることができる。
【００１８】
また、ねじ軸を構成する超弾性材料として好適に用いることができる超弾性チタン合金以外の超弾性材料としては、Ｎｉ−Ｔｉ系合金（Ｎｉ−Ｔｉ合金のほか、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｒ合金などを含む）、形状記憶合金、金属ガラスの少なくとも１つを採用することができる。
【００１９】
次に、本発明を実施するための具体的な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の各実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、各実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２０】
［第１の実施形態］
図１Ａは、第１の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の全体構成を説明するための部分縦断面側面図である。また、図１Ｂは、第１の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の構造を説明するための縦断面正面図である。図１Ａおよび図１Ｂに示される第１の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置は、ねじ軸１１の曲率が少なくても良い環境下で使用される場合を想定して設計された実施形態であり、ナット部材１３が固定された状態でねじ軸１１を回転させるという動作方法を想定した装置である。
【００２１】
第１の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置は、外周面に螺旋状の転動体転走溝１１ａを有するねじ軸１１と、内周面に転動体転走溝１１ａと対向する螺旋状の負荷転走溝１３ａを有するナット部材１３と、転動体転走溝１１ａと負荷転走溝１３ａとの間に転動自在に設置される複数のボール１５と、を備える装置であり、かかる装置を構成する部材のうち、ねじ軸１１が超弾性材料（上述した超弾性チタン合金、Ｎｉ−Ｔｉ系合金、形状記憶合金、金属ガラスの少なくとも１つ）によって構成されていることを特徴としている。
【００２２】
また、第１の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置では、ナット部材１３に対して戻し部材としてのリターンパイプ１７が設置されている。このリターンパイプ１７は、転動体転走溝１１ａと負荷転走溝１３ａとによって形成される負荷転走路の一端と他端とを連結することによって、複数のボール１５を一端から掬い上げて他端に戻すという役割を果たす部材である。また、リターンパイプ１７の構造は、ナット部材１３の外側に露出する水平部１７ａと、この水平部１７ａから折り曲がった状態で連接して負荷転走路にボール１５を案内する一対の脚部１７ｂ，１７ｃとから構成されている。したがって、負荷転走路とリターンパイプ１７とによってボール１５の無限循環路が形成され、複数のボール１５は無限循環が可能となっている。
【００２３】
一対の脚部１７ｂ，１７ｃは、ナット部材１３の回転方向によってそれぞれの役割が入れ替わる部材であり、ねじ軸１１が左回転して図１Ａの右方向に移動するときには、脚部１７ｂが掬い上げ口としての機能を発揮し、脚部１７ｃは戻し口としての機能を発揮する。逆に、ねじ軸１１が右回転して図１Ａの左方向に移動するときには、脚部１７ｃが掬い上げ口としての機能を発揮し、脚部１７ｂは戻し口としての機能を発揮することになる。
【００２４】
そして、第１の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置のさらなる特徴点として、ねじ軸１１とナット部材１３との設置関係を挙げることができる。すなわち、ナット部材１３は、曲率を持ったねじ軸１１の凹側（図１Ａにおける下側）にリターンパイプ１７が位置するように設置されており、さらに、掬い上げ口と戻し口としての機能を発揮するリターンパイプ１７の脚部１７ｂ，１７ｃが向く方向は、負荷転走路が向く方向と一致するように設置される。このような構成を採用することによって曲率に対するねじ軸１１の長さの変化量を少なくすることができるので、ナット部材１３のスムーズな軸方向移動が実現するのである。
【００２５】
［第２の実施形態］
上述した第１の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置は、ねじ軸１１の曲率が少なくても良い環境下で使用される場合を想定して設計されたものであった。次に説明する第２の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置は、ナット部材がねじ軸矯正手段を備えることによって局部的にねじ軸の曲率を修正し、ねじ軸とナット部材の相対的な回転運動および往復運動をスムーズなものとした形態を例示するものである。なお、上述した第１の実施形態と同一又は類似する部材については、同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図２Ａは、第２の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の全体構成を説明するための部分縦断面側面図である。また、図２Ｂは、第２の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置が備えるねじ軸矯正手段を説明するための正面図である。
【００２７】
第２の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の特徴的な点は、ナット部材１３が、ねじ軸１１が導通する開口部の両側に一対のねじ軸矯正手段２１，２１を備えていることである。かかる一対のねじ軸矯正手段２１，２１は、ねじ軸１１が有する転動体転走溝１１ａに嵌合してねじ軸１１に力を加え、曲率を持ったねじ軸１１を矯正して直線状にするための補助リング２２を有する部材である。
【００２８】
このような一対のねじ軸矯正手段２１，２１の作用効果によって、超弾性材料から成るねじ軸１１はナット部材１３内に位置する箇所のみが直線状に矯正されることになる。したがって、ねじ軸１１とナット部材１３との間のボール１５の循環を良好なものとすることが可能となる。
【００２９】
なお、第２の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置は、様々な形態を採ることが可能であり、例えば、図２Ａおよび図２Ｂにおいて例示するねじ軸矯正手段２１では、４つの補助リング２２を有する場合を示しているが、この補助リング２２の設置個数については、ねじ軸１１の曲率に応じて単数から複数まで任意に選択することができる。また、ねじ軸１１のナット部材１３内に位置する箇所を直線状とすることができることから、複数のボール１５を省略して滑りねじとした形態も実現可能である。
【００３０】
［第３の実施形態］
次に説明する第３の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置は、ねじ軸１１の曲率に合わせたナット部材３３を製作し、転動体転走溝１１ａの接線の角度に合わせてボール１５を循環させる方式を採用した場合を例示するものである。ここで、図３Ａは、第３の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の全体構成を説明するための部分縦断面側面図である。また、図３Ｂは、第３の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の構造を説明するための縦断面正面図である。なお、上述した第１および第２の実施形態と同一又は類似する部材については、同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、第３の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の場合、負荷転走溝３３ａが形成されるナット部材３３の内周面は、ねじ軸１１の曲率と略同じ曲率を持つように形成されている。したがって、超弾性材料から成るねじ軸１１の回転に伴って、ナット部材３３は、ねじ軸１１の曲率に沿った往復運動をできるようになっている。
【００３２】
なお、かかる構成からも明らかなとおり、ナット部材３３は１軸固定であり、ねじ軸１１の曲げ方向はリターンパイプ１７の側が凹側となるように設定される必要がある。また、この形態の場合の動作範囲は、同じ曲率の範囲内に限られることになるので、ねじ軸１１の曲率は一定に保たれる必要がある。
【００３３】
［第４の実施形態］
最後に説明する第４の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置は、前述した第２の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置と同様の作用効果を発揮することができる別の形態の装置を例示するものである。ここで、図４は、第４の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の全体構成を説明するための部分縦断面側面図である。なお、上述した第１ないし第３の実施形態と同一又は類似する部材については、同一符号を付して説明を省略する。
【００３４】
第４の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の特徴的な点は、ねじ軸４１が、転動体転走溝４１ａに加えて、その軸方向に伸びて形成されるスプライン溝４１ｂを備えており、一方、ナット部材４３は、ねじ軸４１が導通する開口部の両側に一対のスプライン外筒４４を備えていることにある。なお、この一対のスプライン外筒４４は、一般的なスプライン装置に用いられる機構を有するものであり、例えば、スプライン外筒４４には複数のボール４５をサーキット状に整列・保持する保持器（不図示）が組み込まれており、複数のボール４５が、スプライン外筒４４の負荷転動体転走溝とねじ軸４１のスプライン溝４１ｂとの間に転動自在に設置され、無負荷戻し通路を通って無限循環するように設置されるという構成を採ることができる。
【００３５】
かかる一対のスプライン外筒４４，４４が複数のボール４５を介してスプライン溝４１ｂに矯正力を加えることによって、ねじ軸４１はナット部材４３内に位置する箇所のみが直線状に矯正されることになる。
【００３６】
以上説明したように、一対のスプライン外筒４４，４４の作用効果によって、ねじ軸４１はナット部材４３内に位置する箇所のみが直線状に矯正されることになるので、ねじ軸４１とナット部材４３との間のボール１５の循環は、非常に良好なものとなる。
【００３７】
なお、第４の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置では、ナット部材４３に設置される戻し部材を、上述した各実施形態とは異なり、ナット部材４３と一体に組み合わされたブロック部材４３ａで構成した場合を例示している。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
【００３９】
例えば、上述した各実施形態では、複数の転動体にボール１５を用いた場合を例示して説明したが、転動体にはローラを用いることも可能である。また、ナット部材１３，３３，４３に設置される戻し部材としては、リターンパイプ１７やブロック部材４３ａを採用した場合を例示して説明したが、一端側の掬い上げ口と他端側の戻し口を備える部材として構成できるものであればどの様な形態を有するものであっても良く、例えば、デフレクタなどを採用することが可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】第１の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の全体構成を説明するための部分縦断面側面図である。
【図１Ｂ】第１の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の構造を説明するための縦断面正面図である。
【図２Ａ】第２の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の全体構成を説明するための部分縦断面側面図である。
【図２Ｂ】第２の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置が備えるねじ軸矯正手段を説明するための正面図である。
【図３Ａ】第３の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の全体構成を説明するための部分縦断面側面図である。
【図３Ｂ】第３の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の構造を説明するための縦断面正面図である。
【図４】第４の実施形態に係る円弧型転動体ねじ装置の全体構成を説明するための部分縦断面側面図である。
【図５Ａ】従来の転動体ねじ装置の一形態を例示する斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａにおいて示した従来の転動体ねじ装置の構成部材であるナット部材を示す斜視図である。
【図５Ｃ】図５Ａにおいて示した従来の転動体ねじ装置が有するリターンパイプとねじ軸との設置関係を説明するための側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１１  ねじ軸、１１ａ  転動体転走溝、１３  ナット部材、１３ａ  負荷転走溝、１５  ボール、１７  リターンパイプ、１７ａ  水平部、１７ｂ，１７ｃ  脚部、２１  ねじ軸矯正手段、２２  補助リング、３３  ナット部材、３３ａ  負荷転走溝、４１  ねじ軸、４１ａ  転動体転走溝、４１ｂ  スプライン溝、４３  ナット部材、４３ａ  ブロック部材、４４  スプライン外筒、４５  ボール、５１  ねじ軸、５１ａ  ボール転走溝、５３  ナット部材、５３ａ  負荷転走溝、５５  ボール、５７  リターンパイプ。
【図１Ａ】
2007100729.tif 000003
【図１Ｂ】
2007100729.tif 000004
【図２Ａ】
2007100729.tif 000005
【図２Ｂ】
2007100729.tif 000006
【図３Ａ】
2007100729.tif 000007
【図３Ｂ】
2007100729.tif 000008
【図４】
2007100729.tif 000009
【図５Ａ】
2007100729.tif 000010
【図５Ｂ】
2007100729.tif 000011
【図５Ｃ】
2007100729.tif 000012