JP2810228B2 - ローラースクリュー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ローラーを用いて回転運動と直線運動とを
相互に変換することが可能なローラースクリューに関す
る。

［従来の技術］ 従来、産業用機械等の分野においては、回転運動と直
線運動とを相互に変換する装置としてボールスクリュー
が一般に多用されている。

このボールスクリューは、所定のリード角を有する螺
旋状の転走溝が刻設されたスクリューシャフトと、上記
転走溝と相俟ってボールを挟み込む螺旋状の負荷転走溝
及びこの負荷転走溝の一端から他端へボールが循環する
ボールリターン通路を備えたナットとから構成されてお
り、例えば、シャフトあるいはナットのいずれか一方に
回転運動を与えることにより、他方から直線運動を導き
出すことができる。

しかし、このような構成の基に多用されているボール
スクリューは以下に示すような幾つかの問題点を有して
いる。

ボールは断面略半円形状の転走溝及び負荷転走溝の内
部を面接触しながら転走するため、回転軸心を中心とす
るボールの外側接触直径と内側接触直径との間には差が
生じ、ボールの自転には上記各溝との間の滑りが必ず伴
なうので、動作時の発熱量が大きい。

リターン通路によってボールを無限循環させているの
で、シャフトの転走溝からリターン通路へボールを掬い
上げる際に衝突音が発生し、又、リターン通路内でボー
ル同志が接触することから高い騒音を発生する。

この様なボールスクリューの問題点に鑑み、近年にお
いては上記欠点を補填する直線運動・回転運動の変換装
置として、実開平１−113656号に示される送り装置が提
案されている。

具体的には、所定のリード角に合致して傾いた姿勢の
ローラー複数個を円筒状シャフトの外周面に配すると共
に、これらローラーをシャフト外周面とナット内周面と
の間に挟み込んだものであり、ローラーがシャフト外周
面を公転する際に生じる軸方向の力を利用してナットあ
るいはシャフトを軸方向に駆動する仕組みとなってい
る。

この装置（以下、ローラースクリュー）によれば、ロ
ーラーはナット内周面を円周方向に沿って転走するの
で、ボールスクリューのように転動体を無限循環させる
ためのリターン通路をナットに設ける必要がなく、非常
に静粛な動作をなし得る他、ローラーの自転はシャフト
外周面とナット内周面に対する滑りを伴なわないので、
動作時の発熱を最小限に押さえられる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、このローラースクリューにおいては、ロー
ラーとシャフト外周面との間に生じる摩擦力がナットあ
るいはシャフトの軸方向推力に利用されているため、当
該摩擦力をより大きく設定することができれば、ローラ
ー数を減じて装置の小型化が図れるといった面で好まし
い。

しかしながら、従来のローラースクリューにあって
は、カムフォロア等のローラーベアリングに用いられて
いる円筒状ローラーを流用しているに過ぎないので、上
述のように所定の角度をもってローラーをシャフト周囲
に配した場合、ローラーは軸方向の中央部のみがシャフ
ト外周面に接触する構造となってしまう。従って、両者
の間に十分な接触面積を生み出すことができず、十分な
軸方向推力を生み出すためにはローラー数を必要以上に
多くしなければならなかった。

軸方向推力を向上させる手段としては、ローラーとシ
ャフト外周面との圧接力を高める方法、すなわち、ロー
ラーにより大きな予圧を付与する方法も考えられるが、
その場合には、シャフトあるいはナットの回転に一層大
きなトルクが必要になるといった弊害が生じる。

又、上述したようにローラーとシャフト外周面との接
触が一様でなく、同様にしてローラーとナット内周面と
の接触も一様でないことから、ローラーに付与する予圧
を大きくした場合にはローラーに無理な弾性変形が生じ
て破損を招く可能性や、ローラーのスキューによって運
動不能に陥る可能性もある。

本発明はこの様な問題点に鑑みなされたものであり、
その目的とすところは、コンパクトな構成で軸方向の推
力が大きく、且つ、安定した運動を達成することか可能
なローラークリューを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明のローラースクリ
ューは、円筒状シャフトと、このシャフトの軸心に対し
て所定角度に傾斜させた状態でシャフトの円周方向に沿
って配列されると共に、上記シャフト外周面と線接触し
ながら当該外周面を転走する複数のローラーと、これら
ローラーが線接触しながら転走する凸曲面状の負荷転走
面を内周面の円周方向に沿って有し、上記シャフトと相
俟ってローラーを挟み込む外筒部材と、上記ローラを保
持する保持器とを備えていることを特徴とするものであ
る。

この様な技術的手段において、上記ローラーはシャフ
ト外周面と線接触することが要求され、その形状は、中
央部直径か両端部直径に比して小さい略鼓状に形成さ
れ、外周面は軸方向に沿った凹曲面となる。この凹曲面
の面形状は、ローラーがシャフト軸心に対して傾斜して
いる角度、すなわちリード角に応じて適宜設計変更して
差支えない。

又、上記外筒部材としては、その内周面の円周方向に
沿って上記ローラーの転走する負荷転走面を有すると共
に、この負荷転走面が軸方向に沿った凸曲面状に形成さ
れてローラーと線接触するものであれば、固定用のフラ
ンジ部やグリース封入のためのシール部材を設ける等、
その構造を適宜設計変更して差支えない。

更に、本発明のローラースクリューにおいては、ロー
ラーに付与する予圧を調整することで外筒部材のシャフ
トに対する剛性を高め、更に、軸方向の推進力を調整可
能である。この際、上記予圧を調整するための手段とし
ては、外筒部材の外周面をテーパー状に形成し、その外
周面をテーパースリーブのテーパー状内周面に圧入して
ローラーに予圧を付与する構成が好ましい。この構成に
よれば、外筒部材のテーパースリーブへの圧入量に応じ
て容易に予圧量を調整できる他、外筒部材の周囲に突出
物がないので、外筒部材を容易にテーブル等に組み込む
ことが可能となる。

［作用］ この様な技術的手段によれば、ローラーはその軸方向
の全長がシャフト及び外筒部材と接触した状態で両者の
間を転動するので、ローラーとシャフトとの間の摩擦力
が増加して外筒部材あるいはシャフトの軸方向推力が向
上する。

又、ローラーとシャフトとの間の摩擦力が大きいこと
から予圧量が小さい場合でも十分な軸方向推進力を得ら
れ、その分シャフトあるいは外筒部材の回転に必要なト
ルクが軽減される。

更に、ローラーの外周面は略均一にシャフト及び外筒
部材に当接し、ローラーに無理な弾性変形の発生した
り、荷重が偏って作用することがない。

［実施例］ 以下、添付図面に基づいて本発明のローラースクリュ
ーを詳細に説明する。

第１図は本発明の第一実施例を示すものでり、円筒状
に形成されてその外周面11がローラー転走面となるシャ
フト１と、シャフト１の円周方向に沿って配列された複
数のローラー２と、内周面に上記ローラー２の転走する
負荷転走面31を有し、上記シャフト１と相俟ってローラ
ー２を挟み込むリング状外筒部材３と、この外筒部材３
の外周面32に嵌合して上記ローラー２に予圧を付与する
テーパースリーブ４とから構成されている。

上記ローラー２は、シャフト１の軸心に対して所定の
角度θだけ傾斜した姿勢で外筒部材３の負荷転走面31と
シャフト外周面11とに接触しており、シャフト１あるい
は外筒部材３が回転すると、シャフト外周面11に関して
は螺旋状の軌跡を描きながら当該面11を転走する一方、
上記負荷転走面31に関しては円周方向に沿って転走する
ようになっている。

このローラー２の姿勢は第６図及び第７図に示すとこ
ろの保持器５によって維持されている。この保持器５に
はローラー２を組み付けるポケット51が円周方向を12等
分するよう開設される一方、各ポケット51にはローラー
２を挾持する保持片52が突出しており、ローラー２の姿
勢を維持する他、外筒部材３をシャフト１から抜いた際
のローラー２の脱落を防止している。

又、第２図に示すように、ローラー２はシャフト１外
周面との接触長を大きく採るために、軸方向中央部21の
直径が両端部22の直径よりも小さい略鼓状に形成され
て、その外周面は軸方向に沿った凹状曲面となってい
る。この凹状曲面は、第３図に示すように、ローラー２
の軸方向に合致してシャフト１を切断した際に生じる楕
円の短軸と直交する円弧12より若干大きい曲率あるいは
同一の曲率を有している。

一方、上記外筒部材３は、その負荷転走面31がローラ
ー２の凹状曲面に対応した凸状曲面に形成されており、
ローラー２と外筒部材３との間においてもローラー２の
接触長の増加が図られている（第３図参照）。

又、外筒部材３の外周には当該部材３をテーブル等に
固定するためのフランジ部33が突設されており、このフ
ランジ部33には固定ボルト（図示せず）が貫通する取付
孔34が穿設されている。又、上記フランジ部33には、第
５図に示すように、ローラー２の転走する負荷域にグリ
ースを供給するための供給通路35が半径方向に穿設され
ると共に、当該通路35に連通する供給口36が軸方向に開
設され、Ｌ字型の油送路が形成されている。尚、符号37
は、上記供給通路35の一端を塞ぐための盲栓、符号６
は、負荷域からのグリース洩れを防止するオイルシール
である。

又、外筒部材３の外周面32は、フランジ部33側で直径
が大きく他端側で直径の小さいテーパー状に形成されて
おり、この外周面32には内周面41が逆テーパー状に形成
された上記テーパースリーブ４が嵌合している。このテ
ーパースリーブ４には、外筒部材３のフランジ部33を貫
通する予圧調整ボルト42が螺合しており、当該ボルト42
を締結するとテーパースリーブ４がスライドして外筒部
材３が締め付けられ、負荷転走面31を転走するローラー
２に予圧が付与される。更に、この実施例では、上記フ
ランジ部33にスリット38が形成されており、フランジ部
33の剛性によって外筒部材３の締め付けが阻害されない
構造となっている。従って、予圧調整ボルト42の締結量
を任意に調整することでローラー２の予圧量を自由に変
化させることが可能となっている。尚、フランジ部33に
開設された捩子孔39は、テーパースリーブ４を外筒部材
３から外す際に当該スリーブ４を押圧するボルト（図示
せず）を螺合させるものである。

このように構成された本実施例のローラースクリュー
は、例えばシャフト１を回転自在に支持する一方、外筒
部材３はテーブル等の可動体へ回転不能に固定し、ステ
ッピングモータ等でシャフト１に所定の回転角を与えて
外筒部材３に生じる軸方向の推進力でテーブルを直線移
動させて使用される。

このとき、本実施例によれば、ローラー２を略鼓形状
に成形したことにより、ローラー２とシャフト１との接
触長が充分に発生するので、両者1,2の間に大きな摩擦
力が作用することとなり、当該摩擦力を利用した外筒部
材３の軸方向の推進力が向上したものとなる。

又、ローラー２の外周面は略均一にシャフト外周面11
及び外筒部材３の負荷転走面31に接触するので、ローラ
ー２に無理な弾性変形が生じることもなく、且つ、荷重
の偏りによってローラー２の転動が不安定となることも
ない。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明のローラースクリュ
ーによれば、ローラーとシャフトとの間の摩擦力が増加
して外筒部材あるいはシャフトの軸方向推力が向上する
ので、従来に比してコンパクトな構成で同程度の軸方向
推進力を得ることが可能である。

又、小さな予圧量でも十分な軸方向推進力が生じるの
で、シャフトあるいは外筒部材の回転に必要なトルクが
軽減され、起動力の小さなモータを動力源とすることが
できる。

更に、ローラーの外周面がシャフト及び外筒部材に均
一に接触するので、ローラーの破損やスキューが防止さ
れ、長期にわたって安定した運動性能を維持することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のローラースクリューの第一実施例を示
す正面断面図、第２図はローラーを示す斜視図、第３図
は第１図のIII−III断面図、第４図は第一実施例に係る
ローラースクリューの側面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ
断面図、第６図は第一実施例に係る保持器を示す側面
頭、第７図は第６図のＡ矢視図（一部切欠き断面図）で
ある。 ［符号説明］ 1:シャフト、2:ローラー 3:外筒部材、4:テーパースリーブ 31:負荷転走面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16H 19/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状シャフトと、このシャフトの軸心に
   対して所定角度に傾斜させた状態でシャフトの円周方向
   に沿って配列されると共に、上記シャフト外周面と線接
   触しながら当該外周面を転走する複数のローラーと、こ
   れらローラーが線接触しながら転走する凸曲面状の負荷
   転走面を内周面の円周方向に沿って有し、上記シャフト
   と相俟ってローラーを挟み込む外筒部材と、上記ローラ
   を保持する保持器とを備えていることを特徴とするロー
   ラースクリュー。
2. 【請求項２】上記外筒部材は、その外周面がテーパー状
   に形成されると共に、かかる外周面に圧入されて上記ロ
   ーラに予圧を付与する円筒状のテーパスリーブを有して
   いることを特徴とする請求項１記載のローラースクリュ
   ー。