回転直動変換機構
【課題】リード精度を向上させることのできる回転直動変換機構を提供する。
【解決手段】回転直動変換機構は、外周面に雄ねじ１ａを有するシャフト１と、内周面に雌ねじ２ａを有するナット２と、シャフト１の外周面及びナット２の内周面との間に介在されて雄ねじ１ａ及び雌ねじ２ａに螺合するねじ３ａを有するローラ３とを備える。ローラ３の一部に平歯車３ｂ及び平歯車３ｃを設け、シャフト１の一部にはローラ３に設けられた平歯車３ｂにかみ合う平歯車１ｂを設ける。また、ナット２の一部にはローラ３に設けられた平歯車３ｃにかみ合う内歯４ａを設ける。
【解決手段】回転直動変換機構は、外周面に雄ねじ１ａを有するシャフト１と、内周面に雌ねじ２ａを有するナット２と、シャフト１の外周面及びナット２の内周面との間に介在されて雄ねじ１ａ及び雌ねじ２ａに螺合するねじ３ａを有するローラ３とを備える。ローラ３の一部に平歯車３ｂ及び平歯車３ｃを設け、シャフト１の一部にはローラ３に設けられた平歯車３ｂにかみ合う平歯車１ｂを設ける。また、ナット２の一部にはローラ３に設けられた平歯車３ｃにかみ合う内歯４ａを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動を直線運動に変換する、または直線運動を回転運動に変換する回転直動変換機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、こうした回転直動変換機構としては、例えば特許文献１に記載のローラねじを用いた機構などがある。
この機構は、外周面にねじを有するシャフトと、内周面にねじを有するナットと、シャフトの外周面及びナットの内周面との間に介在されて上記各ねじに螺合するローラとを備えており、さらにナットとローラとは歯車にてかみ合わされる構造となっている。そして、上記ナットを回転させるとローラは自転するとともにシャフトの周りを公転する、すなわち遊星運動し、同ローラのねじに螺合されているシャフトは軸方向に直線運動するようになっている。
【特許文献１】特開平１０−１９６７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記回転直動変換機構におけるリード（ナット１回転当たりのシャフトのストローク量）は、シャフト、ナット、及びローラにそれぞれ設けられた各ねじの条数及び該回転直動変換機構の減速比等によって決定される。このうち、減速比は各ねじの有効径の比によって決定されるが、各ねじの実際の有効径は、ねじの加工精度に起因してばらついたり、螺合するねじ同士の接触面の摩耗等によって変化したりするため、安定した一定の減速比を得ることは困難となる。
【０００４】
また、上記文献に記載の機構では、ナットの中心軸に対するシャフトの中心軸の位置や、ナットの中心軸に対するローラの公転軸の位置がねじのかみ合いによって決定されるため、シャフトの中心軸やローラの公転軸がナットの中心軸からずれやすくなっている。このようにシャフトの中心軸やローラの公転軸がナットの中心軸からずれてしまうと、各ねじの接触面の位置が変化するため、これに起因して各ねじの実際の有効径も変化し、この場合にも安定した一定の減速比を得ることが困難となる。
【０００５】
このように回転直動変換機構において安定した一定の減速比を得ることができない場合には、上記リードを設計値通りに確保することが困難となり、リード精度は低下してしまうようになる。
【０００６】
本発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、リード精度を向上させることのできる回転直動変換機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、外周面にねじを有するシャフトと、内周面にねじを有するナットと、前記シャフトの外周面及び前記ナットの内周面との間に介在されて前記各ねじに螺合するねじを有するローラとを備え、前記シャフト及びナットのいずれか一方の回転運動を変換して他方を直線運動させる回転直動変換機構において、前記ローラの一部には歯車が設けられており、前記シャフトの一部及び前記ナットの一部には前記ローラに設けられた歯車にかみ合う歯車がそれぞれ設けられていることをその要旨とする。
【０００８】
同構成によれば、当該回転直動変換機構の減速比が、シャフト、ナット、及びローラに設けられた各歯車同士のかみ合いによって決定される。そのため、シャフト、ナット、あるいはローラに設けられた各ねじの実際の有効径が、ねじの加工精度に起因してばらついたり、螺合するねじ同士の接触面の摩耗等によって変化したりする場合であっても、そのようなねじの有効径の影響を受けることなく、当該回転直動変換機構の減速比を安定した一定の値に維持することができ、もってリード精度を向上させることができるようになる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転直動変換機構において、前記シャフトの歯車にかみ合う前記ローラの歯車は、前記ローラに対して前記シャフトの歯車が相対移動する範囲に対応させて設けられてなることをその要旨とする。
【００１０】
上記シャフト及びナットのいずれか一方の回転運動を変換して他方を直線運動させる際には、上記ローラとシャフトとが、該シャフトの軸方向において互いに相対移動する。ここで同構成では、ローラに対してシャフトの歯車が相対移動する範囲に対応させて、該ローラの歯車を設けるようにしている。そのため、ローラに設けられた歯車とシャフトに設けられた歯車とのかみ合いを維持しつつ、ローラとシャフトとを互いに相対移動させることができるようになる。従って、同構成によれば、シャフトとローラとを歯車にてかみ合わせる場合であっても、ローラとシャフトとを互いに相対移動させることができるようになる。
【００１１】
なお、ローラの歯車にかみ合うナットの歯車の構成としては、請求項３に記載の発明によるように、前記ナットの内周面には、前記ナットの歯車を構成する内歯が形成されたリングギアを備えてなる、といった構成を採用することができる。この場合には、ナットの内周面に直接歯車を形成する場合と比較して、より容易にナット側の歯車を設けることができるようになる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、外周面にねじを有するシャフトと、内周面にねじを有するナットと、前記シャフトの外周面及び前記ナットの内周面との間に介在されて前記各ねじに螺合するねじを有するローラとを備え、前記シャフト及びナットのいずれか一方の回転運動を変換して他方を直線運動させる回転直動変換機構において、前記シャフトの外周面を支持するとともに前記ナットの内周面に固定される第１支持部材と、前記シャフトを囲む環状形状を有して前記ローラの両端をそれぞれ支持するリテーナと、これら各リテーナのそれぞれの外周面を回転可能に支持するとともに前記ナットの内周面に固定される第２支持部材とを備えることをその要旨とする。
【００１３】
同構成によれば、ナットの中心軸に対するシャフトの中心軸の位置は上記第１支持部材によって決定され、ナットの中心軸に対するローラの公転軸の位置は上記第２支持部材によって決定される。そのため、シャフトの中心軸やローラの公転軸をナットの中心軸に合わせやすくなり、これにより各ねじの接触面の位置も安定するようになるため、各ねじの実際の有効径も安定するようになる。従って、同構成によれば、当該回転直動変換機構の減速比を安定した一定の値に維持することができ、もってリード精度を向上させることができるようになる。
【００１４】
なお、上記第１支持部材や第２支持部材として、請求項５に記載の発明によるように転がり軸受を採用したり、請求項６に記載の発明によるようにすべり軸受を採用したりすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる回転直動変換機構を具体化した第１の実施形態について、図１〜図４を併せ参照して説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態にかかる回転直動変換機構の構造について、軸方向における断面図を模式的に示している。
この図１に示すように、本回転直動変換機構は、外周面にねじを有するシャフト１、シャフト１の外側に設けられて内周面にねじを有するナット２、シャフト１の外周面とナット２の内周面との間に介在され、シャフト１のねじ及びナット２のねじに螺合するねじを有する複数のローラ３、ナット２の内周面に設けられるリングギア４等から構成されている。そして、この回転直動変換機構はナット２の回転運動をシャフト１の直線運動に変換する、いわゆるローラネジ機構となっている。以下、上記各構成部材を詳細に説明する。
【００１７】
シャフト１の外周面には雄ねじ１ａが形成されており、その雄ねじ１ａは、例えば多条の右ねじとされている。
また、シャフト１の端部には、同シャフトの外径とほぼ同一の外径を有する平歯車１ｂが設けられている。この平歯車１ｂとシャフト１とは別部材からなり、シャフト１の端部に設けられた凸部に平歯車１ｂの内周面を嵌合させることによって同平歯車１ｂはシャフト１に固定されている。なお、平歯車１ｂと同一の歯をシャフト１の外周面に直接形成するようにしてもよい。
【００１８】
図２にローラ３の形状を示す。この図２及び先の図１に示されるように、ローラ３は円柱形状をなしており、その軸方向の外周面全体にはシャフト１の雄ねじ１ａと螺合するねじ３ａが形成されている。このねじ３ａは、例えば１条の左ねじとされている。また、ローラ３はシャフト１の外周面を囲むように等ピッチにて複数（本実施形態においては９本）配設されている。また、このローラ３の一部には平歯車３ｂ及び平歯車３ｃが設けられている。
【００１９】
平歯車３ｂは、ローラ３の軸方向における両端部のうち、シャフト１の平歯車１ｂに対面する側の端部外周面に一体形成されており、同平歯車１ｂとかみ合うようになっている。また、この平歯車３ｂは、ローラ３に対してシャフト１の平歯車１ｂが軸方向に相対移動する範囲に対応させて設けられている。また、図２に示すごとく、ローラ３においてねじ３ａが形成された部分（同図２に示すねじ形成部）に、平歯車３ｂの歯は形成されている。このねじ３ａと平歯車３ｂの歯とが形成された部分（同図２に示す歯形成部）の加工については、例えばねじ３ａを形成した後に平歯車３ｂの歯を形成する、あるいは平歯車３ｂの歯を形成した後にねじ３ａを形成する、あるいはねじ３ａの形成と平歯車３ｂの歯の形成とを同時に行うなどすればよい。
【００２０】
平歯車３ｃは、ローラ３の軸方向における両端部のうち、上記平歯車３ｂが設けられた端部とは反対の端部外周面に一体形成されており、上記リングギア４とかみ合うようになっている。また、この平歯車３ｃの歯も図２に示すごとく、ローラ３においてねじ３ａが形成された部分（同図２に示すねじ形成部）に形成されている。このねじ３ａと平歯車３ｃの歯とが形成された部分（同図２に示す歯形成部）の加工については、平歯車３ｂと同様な態様で行うことができる。
【００２１】
ちなみに、平歯車３ｂや平歯車３ｃをローラ３とは別部材とし、該平歯車３ｂや該平歯車３ｃをローラ３の端部にそれぞれ組み付けるようにしてもよい。また、平歯車３ｂや平歯車３ｃのブランク（歯切り前の歯車部材）をローラ３の端部にそれぞれ組み付け、その後、ねじ３ａや各歯車の歯を形成するようにしてもよい。
【００２２】
上記ナット２の内周面にはローラ３のねじ３ａに螺合する雌ねじ２ａが形成されており、その雌ねじ２ａは、例えば雄ねじ１ａとは異なる条数であって多条の左ねじとされている。
【００２３】
また、同ナット２の内周面の一部には、ローラ３の平歯車３ｂ及び平歯車３ｃにそれぞれかみ合う歯車が設けられている。より具体的には、ナット２の内周面には平歯車３ｂ及び平歯車３ｃにかみ合う上記リングギア４が２つ設けられている。
【００２４】
このリングギア４は環状に形成されており、その外周面はナット２の内周面に固定されている。また、その内周面には平歯車３ｂや平歯車３ｃの歯とかみ合う平歯の内歯４ａが形成されており、この内歯４ａの内径は、ナット２に形成された雌ねじ２ａの内径とほぼ同一とされている。そして、同雌ねじ２ａの両端にこのリングギア４はそれぞれ設けられている。
【００２５】
なお、シャフト１の雄ねじ１ａの有効径、ローラ３のねじ３ａの有効径、ナット２の雌ねじ２ａの有効径の比をそれぞれ「α：β：λ」とした場合に、シャフト１の平歯車１ｂの歯数、ローラ３の平歯車３ｂ及び平歯車３ｃの各歯数、リングギア４の内歯４ａの歯数の比もそれぞれ「α：β：λ」となるように各歯車の歯数は設定されている。これにより、各ねじの螺合による減速比と各歯車のかみ合いによる減速比とは一致するようになっている。
【００２６】
このように構成された本実施形態の回転直動変換機構について、例えばナット２が回転可能且つ軸方向への移動が不可となるように支持され、シャフト１が回転不能且つ軸方向への移動が可能なように支持されている場合の作動を以下に説明する。
【００２７】
このような場合にあってナット２を回転させると、ローラ３はナット２の雌ねじ２ａ及びシャフト１の雄ねじ１ａと螺合しながら、シャフト１の周りを自転及び公転する。すなわち、その運動は遊星運動となり、この回転直動変換機構の減速比及び各ねじの条数に応じて決定されるリードにて、シャフト１はその軸方向に直線運動する。
【００２８】
例えば、シャフト１、ローラ３、ナット２の減速比をそれぞれ「３：１：５」に設定し、シャフト１の雄ねじ１ａ、ローラ３のねじ３ａ、ナット２の雌ねじ２ａの条数をそれぞれ「４条：１条：５条」に設定した場合、ナット２を１回転させるとシャフト１のストローク量は雄ねじ１ａの１ピッチ分となる。すなわち、このときのリードは雄ねじ１ａの１ピッチ分となる。
【００２９】
ここで、先の図１に示す矢印Ａ側の本回転直動変換機構の構造を示した図３、あるいは先の図１に示されるように、本実施形態では、ナット２に固定されたリングギア４の内歯４ａがローラ３に設けられた平歯車３ｃにかみ合い、同ローラ３に設けられた平歯車３ｂがシャフト１の一部に設けられた平歯車１ｂにかみ合うようになっている。そのため、当該回転直動変換機構の減速比は、シャフト１、ナット２、及びローラ３に設けられた各歯車同士のかみ合いによって決定される。従って、シャフト１、ナット２、あるいはローラ３に設けられた各ねじの実際の有効径が、ねじの加工精度に起因してばらついたり、螺合するねじ同士の接触面の摩耗等によって変化したりする場合であっても、そのようなねじの有効径の影響を受けることなく、当該回転直動変換機構の減速比を安定した一定の値に維持することができる。そのためナット２が１回転したときのシャフト１のストローク量、すなわちリードも安定した一定の値に維持されるようになり、もってリード精度を向上させることができるようになる。
【００３０】
図４に、本実施形態にかかる回転直動変換機構のストローク精度を示す。なお、同図４に示す各線は、ナットを回転させたときのシャフト１のストローク量を示している。また、線Ｌ１にて示される実線は、本実施形態にかかる回転直動変換機構の設計上のストローク量、いわば目標値を示している。また、線Ｌ２にて示される一点鎖線は、本実施形態にかかる回転直動変換機構の実際のストローク量を示している。また線Ｌ３にて示される二点鎖線は、シャフト、ローラ、ナットがそれぞれねじで螺合しているのみであってギア無しの回転直動変換機構においてナットを正転させたときのストローク量、いわば送り量を示している。そして、線Ｌ４にて示される二点鎖線は、同ギア無しの回転直動変換機構においてナットを正転させた後、逆転させたときのストローク量、いわば戻り量を示している。
【００３１】
ギア無しの回転直動変換機構では、各ねじの有効径の影響によって減速比が設計値とは異なるようになるとともにその値自体も不安定になり、リード精度が低下しやすくなっている。そのため、この図４に示されるように、目標値（線Ｌ１）と実際のストローク量（線Ｌ３及び線Ｌ４）とが大きくずれてしまい、要求されるストローク精度を確保することが困難となってしまう。ちなみに、このギア無しの回転直動変換機構では、ナットの回転回数が同じであっても、ナット正転時（線Ｌ３）とナット逆転時（線Ｌ４）とではストローク量が異なることも確認された。
【００３２】
一方、本実施形態の回転直動変換機構では、上述したように回転直動変換機構の減速比を安定した一定の値、すなわち設計値に維持することができ、リード精度の向上を図ることができる。そのため、同図４に示されるように、実際のストローク量（線Ｌ２）と目標値（線Ｌ１）とがほぼ一致するようになり、要求されるストローク精度を確保することができる。このように本実施形態の回転直動変換機構では、上記ギア無しの回転直動変換機構と比較して、ストローク精度が向上するようになる。
【００３３】
他方、ナット２の回転運動を変換してシャフト１を直線運動させる際、上記ローラ３とシャフト１とは、該シャフト１の軸方向に互いに相対移動するが、本実施形態では、ローラ３に対してシャフト１の平歯車１ｂが相対移動する範囲に対応させて、該ローラ３の平歯車３ｂを設けるようにしている。そのため、ローラ３の平歯車３ｂとシャフト１の平歯車１ｂとのかみ合いを維持しつつ、ローラ３とシャフト１とを互いに相対移動させることができる。従って、シャフト１とローラ３とを歯車にてかみ合わせる場合であっても、ローラ３とシャフト１とを互いに相対移動させることができるようになる。
【００３４】
また、本実施形態では、ローラ３の平歯車３ｂや平歯車３ｃにかみ合うナット２側の歯車として、同平歯車３ｂや平歯車３ｃにかみ合う内歯４ａが形成されたリングギア４を用意し、これをナット２の内周面に備えるようにしている。そのため、ナット２の内周面に直接歯車を形成する場合と比較して、より容易にナット２側の歯車を設けることができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果を得ることができる。
（１）外周面に雄ねじ１ａを有するシャフト１と、内周面に雌ねじ２ａを有するナット２と、シャフト１の外周面及びナット２の内周面との間に介在されて前記雄ねじ１ａ及び雌ねじ２ａにそれぞれ螺合するねじ３ａを有するローラ３とを備える回転直動変換機構において、ローラ３の一部に歯車（平歯車３ｂ及び平歯車３ｃ）を設けるようにしている。そして、シャフト１の一部にはローラ３の歯車（平歯車３ｂ）にかみ合う歯車（平歯車１ｂ）を、ナット２の一部にはローラ３の歯車（平歯車３ｃ）にかみ合う歯車（内歯４ａ）をそれぞれ設けるようにしている。
【００３６】
従って、当該回転直動変換機構の減速比は、シャフト１、ナット２、及びローラ３に設けられた各歯車同士のかみ合いによって決定される。そのため、その減速比を安定した一定の値に維持することができ、もってリード精度を向上させることができるようになる。
【００３７】
（２）シャフト１の歯車（平歯車１ｂ）にかみ合うローラ３の歯車（平歯車３ｂ）を、ローラ３に対してシャフト１の歯車（平歯車１ｂ）が相対移動する範囲に対応させて設けるようにしている。そのため、シャフト１とローラ３とを歯車にてかみ合わせる場合であっても、ローラ３とシャフト１とを互いに相対移動させることができるようになる。
【００３８】
（３）ローラ３の歯車（平歯車３ｂ及び平歯車３ｃ）にかみ合うナット２の歯車として、同ナット２の内周面には、該ナット２の歯車を構成する内歯４ａが形成されたリングギア４を備えるようにしている。そのため、ナット２の内周面に直接歯車を形成する場合と比較して、より容易にナット２側の歯車を設けることができるようになる。
（第２の実施形態）
次に、本発明にかかる回転直動変換機構を具体化した第２の実施形態について、図５〜図７を併せ参照して説明する。
【００３９】
図５は、本実施形態にかかる回転直動変換機構の構造について、軸方向における断面図を模式的に示している。
この図５に示すように、本実施形態の回転直動変換機構は、シャフト１１、シャフト１１の外側に設けられるナット１２、シャフト１１の外周面とナット１２の内周面との間に介在されてシャフト１１の周りを自転及び公転する複数のローラ１３、ナット１２の内周面に設けられるリングギア１４等から構成されている。さらに、ローラ１３の両端をそれぞれ支持するリテーナ１５、このリテーナ１５を支持するブッシュ１６、上記シャフト１１を支持するベアリング１７も設けられており、この回転直動変換機構もナット１２の回転運動をシャフト１１の直線運動に変換する、いわゆるローラネジ機構となっている。以下、上記各構成部材を詳細に説明する。
【００４０】
シャフト１１の外周面には雄ねじ１１ａが形成されており、その雄ねじ１１ａは、例えば多条の右ねじとされている。
図６にローラ１３の形状を示す。この図６及び先の図５に示されるように、ローラ１３は、円柱形状であってその軸方向の外周面全体にシャフト１１の雄ねじ１１ａと螺合するねじ１３ａが形成されたねじ部と、該ねじ部の両端に設けられた各シャフト１３ｂとから構成されている。このねじ１３ａは、例えば１条の左ねじとされている。また、ローラ１３はシャフト１１の外周面を囲むように等ピッチにて複数（本実施形態においては９本）配設されている。ローラ１３の両端に設けられた各シャフト１３ｂは、シャフト１１を囲む環状の上記リテーナ１５によってそれぞれ回転可能に支持されている。このリテーナ１５によって、シャフト１１の周方向における各ローラ１３の配設位置（上記等ピッチ）は維持される。
【００４１】
また、ローラ１３のねじ部両端の外周面には、上記リングギア１４とかみ合う平歯車１３ｄがそれぞれ一体形成されている。すなわち、同図６に示すごとく、ローラ１３においてねじ１３ａが形成された部分（同図６に示すねじ形成部）に、これら各平歯車１３ｄの歯は形成されている。このねじ１３ａと平歯車１３ｄの歯とが形成された部分（同図６に示す歯形成部）の加工については、前記平歯車３ｂや平歯車３ｃの加工と同様な態様で行うことができる。
【００４２】
上記ナット１２の内周面にはローラ１３のねじ１３ａに螺合する雌ねじ１２ａが形成されており、その雌ねじ１２ａは、例えば雄ねじ１１ａとは異なる条数であって多条の左ねじとされている。
【００４３】
また、同ナット１２の内周面の一部には、ローラ１３の各平歯車１３ｄにそれぞれかみ合う歯車が設けられている。より具体的には、ナット１２の内周面には各平歯車１３ｄにかみ合う上記リングギア１４が２つ設けられている。
【００４４】
これら各リングギア１４は環状に形成されており、その外周面はナット１２の内周面に固定されている。また、その内周面には平歯車１３ｄの歯とかみ合う平歯の内歯１４ａが形成されており、この内歯１４ａの内径は、ナット１２に形成された雌ねじ１２ａの内径とほぼ同一とされている。そして、同雌ねじ１２ａの両端にこのリングギア１４はそれぞれ設けられている。
【００４５】
なお、ローラ１３のねじ１３ａの有効径、ナット１２の雌ねじ１２ａの有効径の比をそれぞれ「β：λ」とした場合に、ローラ１３の平歯車１３ｄの歯数、リングギア１４の内歯１４ａの歯数の比もそれぞれ「β：λ」となるように各歯車の歯数は設定されている。これにより、各ねじの螺合による減速比と各歯車のかみ合いによる減速比とは一致するようになっている。
【００４６】
上記リテーナ１５の外周面は、すべり軸受として機能するブッシュ１６の内周面にて回転可能に支持されており、該ブッシュ１６はナット１２の内周面に圧入されている。なおブッシュ１６をナット１２に固定する態様としては、圧入以外の態様を適宜採用することができる。また、このブッシュ１６は上記第２支持部材を構成している。このようにローラ１３の両端に設けられた各リテーナ１５は、それぞれに対応する各ブッシュ１６と摺動しながらローラ１３の公転に合わせてナット１２内を回転する。
【００４７】
上記ナット１２の内周面にあって軸方向の両端には、それぞれベアリング１７が圧入されており、これら各ベアリング１７によってシャフト１１は軸支されている。より具体的には、同ベアリング１７は転がり軸受であり、上記シャフト１１の外周面はベアリング１７の内輪１７ａによって支持されている。また、内輪１７ａの内側をシャフト１１が移動できるように、ベアリング１７の内輪１７ａとシャフト１１とは、いわゆる「すきまばめ」とされている。そして、ベアリング１７の外輪１７ｂはナット１２の内周面に圧入されている。なお外輪１７ｂをナット１２に固定する態様としては、圧入以外の態様を適宜採用することができる。また、これらベアリング１７は上記第１支持部材を構成している。
【００４８】
このように構成された本実施形態の回転直動変換機構について、例えばナット１２が回転可能且つ軸方向への移動が不可となるように支持され、シャフト１１が回転不能且つ軸方向への移動が可能なように支持されている場合の作動を以下に説明する。
【００４９】
このような場合にあってナット１２を回転させると、ローラ１３はナット１２の雌ねじ１２ａ及びシャフト１１の雄ねじ１１ａと螺合しながら、また各平歯車１３ｄとリングギア１４の内歯１４ａとがかみ合ながら、シャフト１１の周りを自転及び公転する。すなわち、その運動は遊星運動となり、この回転直動変換機構の減速比及び各ねじの条数に応じて決定されるリードにて、シャフト１１はその軸方向に直線運動する。
【００５０】
例えば、シャフト１１、ローラ１３、ナット１２の減速比をそれぞれ「３：１：５」に設定するために、シャフト１１の雄ねじ１１ａ、ローラ１３のねじ１３ａ、ナット１２の雌ねじ１２ａの有効径をそれぞれ「３：１：５」に設定する。そして、シャフト１１の雄ねじ１１ａ、ローラ１３のねじ１３ａ、ナット１２の雌ねじ１２ａの条数をそれぞれ「４条：１条：５条」に設定した場合、ナット２を１回転させるとシャフト１のストローク量は雄ねじ１ａの１ピッチ分となる。すなわち、このときのリードは雄ねじ１ａの１ピッチ分となる。
【００５１】
ここで、上記従来の機構では、ナットの中心軸に対するシャフトの中心軸の位置や、ナットの中心軸に対するローラの公転軸の位置がねじのかみ合いによって決定されるため、シャフトの中心軸やローラの公転軸がナットの中心軸からずれやすくなっている。このようにシャフトの中心軸やローラの公転軸がナットの中心軸からずれてしまうと、各軸間距離が変化してシャフト、ローラ、あるいはナットに設けられた各ねじの接触面の位置も変化するようになるため、これに起因して各ねじの実際の有効径が変化し、安定した一定の減速比を得ることが困難となる。
【００５２】
この点、本実施形態では、先の図５に示すＢ−Ｂ断面の本回転直動変換機構の構造を示した図７、あるいは先の図５に示されるように、ナット１２に固定されたベアリング１７にてシャフト１１を支持するようにしているため、ナット１２の中心軸とシャフト１１の中心軸とを一致させることができる。また、同じくナット１２に固定されたブッシュ１６にてリテーナ１５を回転可能に支持するようにしているため、ナット１２の中心軸とリテーナ１５の中心軸、すなわちローラ１３の公転軸とを一致させることができる。
【００５３】
このように、本実施形態の回転直動変換機構では、ナット１２の中心軸に対するシャフト１１の中心軸の位置はベアリング１７によって決定され、ナット１２の中心軸に対するローラ１３の公転軸の位置はブッシュ１６によって決定されるため、シャフト１１の中心軸やローラ１３の公転軸をナット１２の中心軸に合わせやすくなる。そのため、上述したような各軸間距離の変化を抑えることができ、各ねじの接触面の位置も安定するようになり、その結果各ねじの実際の有効径も安定するようになる。従って、各ねじの有効径の比によって決定される当該回転直動変換機構の減速比を安定した一定の値に維持することができ、ナット１２が１回転したときのシャフト１１のストローク量、すなわちリードも安定した一定の値に維持されるようになって、リード精度を向上させることができるようになる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果を得ることができる。
（１）外周面に雄ねじ１１ａを有するシャフト１１と、内周面に雌ねじ１２ａを有するナット１２と、シャフト１１の外周面及びナット１２の内周面との間に介在されて前記雄ねじ１１ａ及び雌ねじ１２ａにそれぞれ螺合するねじ１３ａを有するローラ１３とを備える回転直動変換機構において、次のような部材を備えるようにしている。すなわち、シャフト１１の外周面を支持するとともにナット１２の内周面に固定されるベアリング１７、シャフト１１を囲む環状形状を有してローラ１３の両端をそれぞれ支持するリテーナ１５、これら各リテーナ１５のそれぞれの外周面を回転可能に支持するとともにナット１２の内周面に固定されるブッシュ１６を備えるようにしている。
【００５５】
そのため、シャフト１１の中心軸やローラ１３の公転軸をナット１２の中心軸に合わせやすくなり、これにより雄ねじ１１ａ、雌ねじ１２ａ、あるいはねじ１３ａといった各ねじの接触面の位置も安定するようになるため、各ねじの実際の有効径も安定するようになる。従って、当該回転直動変換機構の減速比を安定した一定の値に維持することができ、もってリード精度を向上させることができるようになる。
【００５６】
なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第１の実施形態において、リングギア４の内歯４ａをナット２の内周面に直接形成するようにしてもよい。この場合にはリングギア４を省略することができる。同様に、第２の実施形態において、リングギア１４の内歯１４ａをナット１２の内周面に直接形成するようにしてもよい。この場合にはリングギア１４を省略することができる。
【００５７】
・第１の実施形態におけるリングギア４、あるいは第２の実施形態におけるリングギア１４は１つでもよい。
・第１の実施形態において、平歯車１ｂの配設位置は任意に変更することができる。要は、ローラ３に設けられた歯車とかみ合う歯車をシャフト１に設けるようにすればよい。
【００５８】
・第２の実施形態においてシャフト１１を支持する第１支持部材はベアリング１７であったが、この第１支持部材はこれに限定されるものではない。要は、シャフト１１の外周面を支持するとともにナット１２の内周面に固定される部材であって、シャフト１１の中心軸をナット１２の中心軸に合わせることが可能な部材であれば他の部材でもよい。例えば、転がり軸受であるベアリング１７をブッシュ１６のようなすべり軸受に変更してもよい。
【００５９】
また、同第２の実施形態においてリテーナ１５を支持する第２支持部材はブッシュ１６であったが、この第２支持部材はこれに限定されるものではない。要は、リテーナ１５の外周面を回転可能に支持するとともにナット１２の内周面に固定される部材であって、ローラ１３の公転軸をナット１２の中心軸に合わせることが可能な部材であれば他の部材でもよい。例えば、すべり軸受であるブッシュ１６をベアリング１７のような転がり軸受に変更してもよい。
【００６０】
・第２の実施形態では２つのブッシュ１６を備えるようにしたが、一方のブッシュ１６を省略してもよい。また、同第２の実施形態では２つのベアリング１７を備えるようにしたが、一方のベアリング１７を省略してもよい。これらの場合でもある程度、シャフト１１の中心軸やローラ１３の公転軸をナット１２の中心軸に合わせることができる。
【００６１】
・第１及び第２の実施形態では、シャフトの外周面に設けられた歯車、ローラの外周面に設けられた歯車、ナットの内周面に設けられた歯車をそれぞれ平歯車としたが、他の歯車としてもしてもよい。例えば、はすば歯車や、やまば歯車としてもよい。
【００６２】
・第１及び第２の実施形態で説明した各回転直動変換機構について、ナットを回転不能且つ軸方向への移動が可能なように支持し、シャフトを回転可能且つ軸方向への移動が不可となるように支持することにより、シャフトの回転をナットの直線運動に変換することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明にかかる回転直動変換機構の第１の実施形態について、その断面構造を示す模式図。
【図２】同実施形態におけるローラの構造を示す模式図。
【図３】図１の矢印Ａ側からみた同回転直動変換機構の構造を示す模式図（図１の矢視Ａ図）。
【図４】同実施形態にかかる回転直動変換機構のストローク精度を示すグラフ。
【図５】本発明にかかる回転直動変換機構の第２の実施形態について、その断面構造を示す模式図。
【図６】同実施形態におけるローラの構造を示す模式図。
【図７】図５のＢ−Ｂ断面における同回転直動変換機構の構造を示す模式図。
【符号の説明】
【００６４】
１…シャフト、１ａ…雄ねじ、１ｂ…平歯車、２…ナット、２ａ…雌ねじ、３…ローラ、３ａ…ねじ、３ｂ、３ｃ…平歯車、４…リングギア、４ａ…内歯、１１…シャフト、１１ａ…雄ねじ、１２…ナット、１２ａ…雌ねじ、１３…ローラ、１３ａ…ねじ、１３ｂ…シャフト、１３ｄ…平歯車、１４…リングギア、１４ａ…内歯、１５…リテーナ、１６…ブッシュ、１７…ベアリング、１７ａ…内輪、１７ｂ…外輪。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動を直線運動に変換する、または直線運動を回転運動に変換する回転直動変換機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、こうした回転直動変換機構としては、例えば特許文献１に記載のローラねじを用いた機構などがある。
この機構は、外周面にねじを有するシャフトと、内周面にねじを有するナットと、シャフトの外周面及びナットの内周面との間に介在されて上記各ねじに螺合するローラとを備えており、さらにナットとローラとは歯車にてかみ合わされる構造となっている。そして、上記ナットを回転させるとローラは自転するとともにシャフトの周りを公転する、すなわち遊星運動し、同ローラのねじに螺合されているシャフトは軸方向に直線運動するようになっている。
【特許文献１】特開平１０−１９６７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記回転直動変換機構におけるリード（ナット１回転当たりのシャフトのストローク量）は、シャフト、ナット、及びローラにそれぞれ設けられた各ねじの条数及び該回転直動変換機構の減速比等によって決定される。このうち、減速比は各ねじの有効径の比によって決定されるが、各ねじの実際の有効径は、ねじの加工精度に起因してばらついたり、螺合するねじ同士の接触面の摩耗等によって変化したりするため、安定した一定の減速比を得ることは困難となる。
【０００４】
また、上記文献に記載の機構では、ナットの中心軸に対するシャフトの中心軸の位置や、ナットの中心軸に対するローラの公転軸の位置がねじのかみ合いによって決定されるため、シャフトの中心軸やローラの公転軸がナットの中心軸からずれやすくなっている。このようにシャフトの中心軸やローラの公転軸がナットの中心軸からずれてしまうと、各ねじの接触面の位置が変化するため、これに起因して各ねじの実際の有効径も変化し、この場合にも安定した一定の減速比を得ることが困難となる。
【０００５】
このように回転直動変換機構において安定した一定の減速比を得ることができない場合には、上記リードを設計値通りに確保することが困難となり、リード精度は低下してしまうようになる。
【０００６】
本発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、リード精度を向上させることのできる回転直動変換機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、外周面にねじを有するシャフトと、内周面にねじを有するナットと、前記シャフトの外周面及び前記ナットの内周面との間に介在されて前記各ねじに螺合するねじを有するローラとを備え、前記シャフト及びナットのいずれか一方の回転運動を変換して他方を直線運動させる回転直動変換機構において、前記ローラの一部には歯車が設けられており、前記シャフトの一部及び前記ナットの一部には前記ローラに設けられた歯車にかみ合う歯車がそれぞれ設けられていることをその要旨とする。
【０００８】
同構成によれば、当該回転直動変換機構の減速比が、シャフト、ナット、及びローラに設けられた各歯車同士のかみ合いによって決定される。そのため、シャフト、ナット、あるいはローラに設けられた各ねじの実際の有効径が、ねじの加工精度に起因してばらついたり、螺合するねじ同士の接触面の摩耗等によって変化したりする場合であっても、そのようなねじの有効径の影響を受けることなく、当該回転直動変換機構の減速比を安定した一定の値に維持することができ、もってリード精度を向上させることができるようになる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転直動変換機構において、前記シャフトの歯車にかみ合う前記ローラの歯車は、前記ローラに対して前記シャフトの歯車が相対移動する範囲に対応させて設けられてなることをその要旨とする。
【００１０】
上記シャフト及びナットのいずれか一方の回転運動を変換して他方を直線運動させる際には、上記ローラとシャフトとが、該シャフトの軸方向において互いに相対移動する。ここで同構成では、ローラに対してシャフトの歯車が相対移動する範囲に対応させて、該ローラの歯車を設けるようにしている。そのため、ローラに設けられた歯車とシャフトに設けられた歯車とのかみ合いを維持しつつ、ローラとシャフトとを互いに相対移動させることができるようになる。従って、同構成によれば、シャフトとローラとを歯車にてかみ合わせる場合であっても、ローラとシャフトとを互いに相対移動させることができるようになる。
【００１１】
なお、ローラの歯車にかみ合うナットの歯車の構成としては、請求項３に記載の発明によるように、前記ナットの内周面には、前記ナットの歯車を構成する内歯が形成されたリングギアを備えてなる、といった構成を採用することができる。この場合には、ナットの内周面に直接歯車を形成する場合と比較して、より容易にナット側の歯車を設けることができるようになる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、外周面にねじを有するシャフトと、内周面にねじを有するナットと、前記シャフトの外周面及び前記ナットの内周面との間に介在されて前記各ねじに螺合するねじを有するローラとを備え、前記シャフト及びナットのいずれか一方の回転運動を変換して他方を直線運動させる回転直動変換機構において、前記シャフトの外周面を支持するとともに前記ナットの内周面に固定される第１支持部材と、前記シャフトを囲む環状形状を有して前記ローラの両端をそれぞれ支持するリテーナと、これら各リテーナのそれぞれの外周面を回転可能に支持するとともに前記ナットの内周面に固定される第２支持部材とを備えることをその要旨とする。
【００１３】
同構成によれば、ナットの中心軸に対するシャフトの中心軸の位置は上記第１支持部材によって決定され、ナットの中心軸に対するローラの公転軸の位置は上記第２支持部材によって決定される。そのため、シャフトの中心軸やローラの公転軸をナットの中心軸に合わせやすくなり、これにより各ねじの接触面の位置も安定するようになるため、各ねじの実際の有効径も安定するようになる。従って、同構成によれば、当該回転直動変換機構の減速比を安定した一定の値に維持することができ、もってリード精度を向上させることができるようになる。
【００１４】
なお、上記第１支持部材や第２支持部材として、請求項５に記載の発明によるように転がり軸受を採用したり、請求項６に記載の発明によるようにすべり軸受を採用したりすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる回転直動変換機構を具体化した第１の実施形態について、図１〜図４を併せ参照して説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態にかかる回転直動変換機構の構造について、軸方向における断面図を模式的に示している。
この図１に示すように、本回転直動変換機構は、外周面にねじを有するシャフト１、シャフト１の外側に設けられて内周面にねじを有するナット２、シャフト１の外周面とナット２の内周面との間に介在され、シャフト１のねじ及びナット２のねじに螺合するねじを有する複数のローラ３、ナット２の内周面に設けられるリングギア４等から構成されている。そして、この回転直動変換機構はナット２の回転運動をシャフト１の直線運動に変換する、いわゆるローラネジ機構となっている。以下、上記各構成部材を詳細に説明する。
【００１７】
シャフト１の外周面には雄ねじ１ａが形成されており、その雄ねじ１ａは、例えば多条の右ねじとされている。
また、シャフト１の端部には、同シャフトの外径とほぼ同一の外径を有する平歯車１ｂが設けられている。この平歯車１ｂとシャフト１とは別部材からなり、シャフト１の端部に設けられた凸部に平歯車１ｂの内周面を嵌合させることによって同平歯車１ｂはシャフト１に固定されている。なお、平歯車１ｂと同一の歯をシャフト１の外周面に直接形成するようにしてもよい。
【００１８】
図２にローラ３の形状を示す。この図２及び先の図１に示されるように、ローラ３は円柱形状をなしており、その軸方向の外周面全体にはシャフト１の雄ねじ１ａと螺合するねじ３ａが形成されている。このねじ３ａは、例えば１条の左ねじとされている。また、ローラ３はシャフト１の外周面を囲むように等ピッチにて複数（本実施形態においては９本）配設されている。また、このローラ３の一部には平歯車３ｂ及び平歯車３ｃが設けられている。
【００１９】
平歯車３ｂは、ローラ３の軸方向における両端部のうち、シャフト１の平歯車１ｂに対面する側の端部外周面に一体形成されており、同平歯車１ｂとかみ合うようになっている。また、この平歯車３ｂは、ローラ３に対してシャフト１の平歯車１ｂが軸方向に相対移動する範囲に対応させて設けられている。また、図２に示すごとく、ローラ３においてねじ３ａが形成された部分（同図２に示すねじ形成部）に、平歯車３ｂの歯は形成されている。このねじ３ａと平歯車３ｂの歯とが形成された部分（同図２に示す歯形成部）の加工については、例えばねじ３ａを形成した後に平歯車３ｂの歯を形成する、あるいは平歯車３ｂの歯を形成した後にねじ３ａを形成する、あるいはねじ３ａの形成と平歯車３ｂの歯の形成とを同時に行うなどすればよい。
【００２０】
平歯車３ｃは、ローラ３の軸方向における両端部のうち、上記平歯車３ｂが設けられた端部とは反対の端部外周面に一体形成されており、上記リングギア４とかみ合うようになっている。また、この平歯車３ｃの歯も図２に示すごとく、ローラ３においてねじ３ａが形成された部分（同図２に示すねじ形成部）に形成されている。このねじ３ａと平歯車３ｃの歯とが形成された部分（同図２に示す歯形成部）の加工については、平歯車３ｂと同様な態様で行うことができる。
【００２１】
ちなみに、平歯車３ｂや平歯車３ｃをローラ３とは別部材とし、該平歯車３ｂや該平歯車３ｃをローラ３の端部にそれぞれ組み付けるようにしてもよい。また、平歯車３ｂや平歯車３ｃのブランク（歯切り前の歯車部材）をローラ３の端部にそれぞれ組み付け、その後、ねじ３ａや各歯車の歯を形成するようにしてもよい。
【００２２】
上記ナット２の内周面にはローラ３のねじ３ａに螺合する雌ねじ２ａが形成されており、その雌ねじ２ａは、例えば雄ねじ１ａとは異なる条数であって多条の左ねじとされている。
【００２３】
また、同ナット２の内周面の一部には、ローラ３の平歯車３ｂ及び平歯車３ｃにそれぞれかみ合う歯車が設けられている。より具体的には、ナット２の内周面には平歯車３ｂ及び平歯車３ｃにかみ合う上記リングギア４が２つ設けられている。
【００２４】
このリングギア４は環状に形成されており、その外周面はナット２の内周面に固定されている。また、その内周面には平歯車３ｂや平歯車３ｃの歯とかみ合う平歯の内歯４ａが形成されており、この内歯４ａの内径は、ナット２に形成された雌ねじ２ａの内径とほぼ同一とされている。そして、同雌ねじ２ａの両端にこのリングギア４はそれぞれ設けられている。
【００２５】
なお、シャフト１の雄ねじ１ａの有効径、ローラ３のねじ３ａの有効径、ナット２の雌ねじ２ａの有効径の比をそれぞれ「α：β：λ」とした場合に、シャフト１の平歯車１ｂの歯数、ローラ３の平歯車３ｂ及び平歯車３ｃの各歯数、リングギア４の内歯４ａの歯数の比もそれぞれ「α：β：λ」となるように各歯車の歯数は設定されている。これにより、各ねじの螺合による減速比と各歯車のかみ合いによる減速比とは一致するようになっている。
【００２６】
このように構成された本実施形態の回転直動変換機構について、例えばナット２が回転可能且つ軸方向への移動が不可となるように支持され、シャフト１が回転不能且つ軸方向への移動が可能なように支持されている場合の作動を以下に説明する。
【００２７】
このような場合にあってナット２を回転させると、ローラ３はナット２の雌ねじ２ａ及びシャフト１の雄ねじ１ａと螺合しながら、シャフト１の周りを自転及び公転する。すなわち、その運動は遊星運動となり、この回転直動変換機構の減速比及び各ねじの条数に応じて決定されるリードにて、シャフト１はその軸方向に直線運動する。
【００２８】
例えば、シャフト１、ローラ３、ナット２の減速比をそれぞれ「３：１：５」に設定し、シャフト１の雄ねじ１ａ、ローラ３のねじ３ａ、ナット２の雌ねじ２ａの条数をそれぞれ「４条：１条：５条」に設定した場合、ナット２を１回転させるとシャフト１のストローク量は雄ねじ１ａの１ピッチ分となる。すなわち、このときのリードは雄ねじ１ａの１ピッチ分となる。
【００２９】
ここで、先の図１に示す矢印Ａ側の本回転直動変換機構の構造を示した図３、あるいは先の図１に示されるように、本実施形態では、ナット２に固定されたリングギア４の内歯４ａがローラ３に設けられた平歯車３ｃにかみ合い、同ローラ３に設けられた平歯車３ｂがシャフト１の一部に設けられた平歯車１ｂにかみ合うようになっている。そのため、当該回転直動変換機構の減速比は、シャフト１、ナット２、及びローラ３に設けられた各歯車同士のかみ合いによって決定される。従って、シャフト１、ナット２、あるいはローラ３に設けられた各ねじの実際の有効径が、ねじの加工精度に起因してばらついたり、螺合するねじ同士の接触面の摩耗等によって変化したりする場合であっても、そのようなねじの有効径の影響を受けることなく、当該回転直動変換機構の減速比を安定した一定の値に維持することができる。そのためナット２が１回転したときのシャフト１のストローク量、すなわちリードも安定した一定の値に維持されるようになり、もってリード精度を向上させることができるようになる。
【００３０】
図４に、本実施形態にかかる回転直動変換機構のストローク精度を示す。なお、同図４に示す各線は、ナットを回転させたときのシャフト１のストローク量を示している。また、線Ｌ１にて示される実線は、本実施形態にかかる回転直動変換機構の設計上のストローク量、いわば目標値を示している。また、線Ｌ２にて示される一点鎖線は、本実施形態にかかる回転直動変換機構の実際のストローク量を示している。また線Ｌ３にて示される二点鎖線は、シャフト、ローラ、ナットがそれぞれねじで螺合しているのみであってギア無しの回転直動変換機構においてナットを正転させたときのストローク量、いわば送り量を示している。そして、線Ｌ４にて示される二点鎖線は、同ギア無しの回転直動変換機構においてナットを正転させた後、逆転させたときのストローク量、いわば戻り量を示している。
【００３１】
ギア無しの回転直動変換機構では、各ねじの有効径の影響によって減速比が設計値とは異なるようになるとともにその値自体も不安定になり、リード精度が低下しやすくなっている。そのため、この図４に示されるように、目標値（線Ｌ１）と実際のストローク量（線Ｌ３及び線Ｌ４）とが大きくずれてしまい、要求されるストローク精度を確保することが困難となってしまう。ちなみに、このギア無しの回転直動変換機構では、ナットの回転回数が同じであっても、ナット正転時（線Ｌ３）とナット逆転時（線Ｌ４）とではストローク量が異なることも確認された。
【００３２】
一方、本実施形態の回転直動変換機構では、上述したように回転直動変換機構の減速比を安定した一定の値、すなわち設計値に維持することができ、リード精度の向上を図ることができる。そのため、同図４に示されるように、実際のストローク量（線Ｌ２）と目標値（線Ｌ１）とがほぼ一致するようになり、要求されるストローク精度を確保することができる。このように本実施形態の回転直動変換機構では、上記ギア無しの回転直動変換機構と比較して、ストローク精度が向上するようになる。
【００３３】
他方、ナット２の回転運動を変換してシャフト１を直線運動させる際、上記ローラ３とシャフト１とは、該シャフト１の軸方向に互いに相対移動するが、本実施形態では、ローラ３に対してシャフト１の平歯車１ｂが相対移動する範囲に対応させて、該ローラ３の平歯車３ｂを設けるようにしている。そのため、ローラ３の平歯車３ｂとシャフト１の平歯車１ｂとのかみ合いを維持しつつ、ローラ３とシャフト１とを互いに相対移動させることができる。従って、シャフト１とローラ３とを歯車にてかみ合わせる場合であっても、ローラ３とシャフト１とを互いに相対移動させることができるようになる。
【００３４】
また、本実施形態では、ローラ３の平歯車３ｂや平歯車３ｃにかみ合うナット２側の歯車として、同平歯車３ｂや平歯車３ｃにかみ合う内歯４ａが形成されたリングギア４を用意し、これをナット２の内周面に備えるようにしている。そのため、ナット２の内周面に直接歯車を形成する場合と比較して、より容易にナット２側の歯車を設けることができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果を得ることができる。
（１）外周面に雄ねじ１ａを有するシャフト１と、内周面に雌ねじ２ａを有するナット２と、シャフト１の外周面及びナット２の内周面との間に介在されて前記雄ねじ１ａ及び雌ねじ２ａにそれぞれ螺合するねじ３ａを有するローラ３とを備える回転直動変換機構において、ローラ３の一部に歯車（平歯車３ｂ及び平歯車３ｃ）を設けるようにしている。そして、シャフト１の一部にはローラ３の歯車（平歯車３ｂ）にかみ合う歯車（平歯車１ｂ）を、ナット２の一部にはローラ３の歯車（平歯車３ｃ）にかみ合う歯車（内歯４ａ）をそれぞれ設けるようにしている。
【００３６】
従って、当該回転直動変換機構の減速比は、シャフト１、ナット２、及びローラ３に設けられた各歯車同士のかみ合いによって決定される。そのため、その減速比を安定した一定の値に維持することができ、もってリード精度を向上させることができるようになる。
【００３７】
（２）シャフト１の歯車（平歯車１ｂ）にかみ合うローラ３の歯車（平歯車３ｂ）を、ローラ３に対してシャフト１の歯車（平歯車１ｂ）が相対移動する範囲に対応させて設けるようにしている。そのため、シャフト１とローラ３とを歯車にてかみ合わせる場合であっても、ローラ３とシャフト１とを互いに相対移動させることができるようになる。
【００３８】
（３）ローラ３の歯車（平歯車３ｂ及び平歯車３ｃ）にかみ合うナット２の歯車として、同ナット２の内周面には、該ナット２の歯車を構成する内歯４ａが形成されたリングギア４を備えるようにしている。そのため、ナット２の内周面に直接歯車を形成する場合と比較して、より容易にナット２側の歯車を設けることができるようになる。
（第２の実施形態）
次に、本発明にかかる回転直動変換機構を具体化した第２の実施形態について、図５〜図７を併せ参照して説明する。
【００３９】
図５は、本実施形態にかかる回転直動変換機構の構造について、軸方向における断面図を模式的に示している。
この図５に示すように、本実施形態の回転直動変換機構は、シャフト１１、シャフト１１の外側に設けられるナット１２、シャフト１１の外周面とナット１２の内周面との間に介在されてシャフト１１の周りを自転及び公転する複数のローラ１３、ナット１２の内周面に設けられるリングギア１４等から構成されている。さらに、ローラ１３の両端をそれぞれ支持するリテーナ１５、このリテーナ１５を支持するブッシュ１６、上記シャフト１１を支持するベアリング１７も設けられており、この回転直動変換機構もナット１２の回転運動をシャフト１１の直線運動に変換する、いわゆるローラネジ機構となっている。以下、上記各構成部材を詳細に説明する。
【００４０】
シャフト１１の外周面には雄ねじ１１ａが形成されており、その雄ねじ１１ａは、例えば多条の右ねじとされている。
図６にローラ１３の形状を示す。この図６及び先の図５に示されるように、ローラ１３は、円柱形状であってその軸方向の外周面全体にシャフト１１の雄ねじ１１ａと螺合するねじ１３ａが形成されたねじ部と、該ねじ部の両端に設けられた各シャフト１３ｂとから構成されている。このねじ１３ａは、例えば１条の左ねじとされている。また、ローラ１３はシャフト１１の外周面を囲むように等ピッチにて複数（本実施形態においては９本）配設されている。ローラ１３の両端に設けられた各シャフト１３ｂは、シャフト１１を囲む環状の上記リテーナ１５によってそれぞれ回転可能に支持されている。このリテーナ１５によって、シャフト１１の周方向における各ローラ１３の配設位置（上記等ピッチ）は維持される。
【００４１】
また、ローラ１３のねじ部両端の外周面には、上記リングギア１４とかみ合う平歯車１３ｄがそれぞれ一体形成されている。すなわち、同図６に示すごとく、ローラ１３においてねじ１３ａが形成された部分（同図６に示すねじ形成部）に、これら各平歯車１３ｄの歯は形成されている。このねじ１３ａと平歯車１３ｄの歯とが形成された部分（同図６に示す歯形成部）の加工については、前記平歯車３ｂや平歯車３ｃの加工と同様な態様で行うことができる。
【００４２】
上記ナット１２の内周面にはローラ１３のねじ１３ａに螺合する雌ねじ１２ａが形成されており、その雌ねじ１２ａは、例えば雄ねじ１１ａとは異なる条数であって多条の左ねじとされている。
【００４３】
また、同ナット１２の内周面の一部には、ローラ１３の各平歯車１３ｄにそれぞれかみ合う歯車が設けられている。より具体的には、ナット１２の内周面には各平歯車１３ｄにかみ合う上記リングギア１４が２つ設けられている。
【００４４】
これら各リングギア１４は環状に形成されており、その外周面はナット１２の内周面に固定されている。また、その内周面には平歯車１３ｄの歯とかみ合う平歯の内歯１４ａが形成されており、この内歯１４ａの内径は、ナット１２に形成された雌ねじ１２ａの内径とほぼ同一とされている。そして、同雌ねじ１２ａの両端にこのリングギア１４はそれぞれ設けられている。
【００４５】
なお、ローラ１３のねじ１３ａの有効径、ナット１２の雌ねじ１２ａの有効径の比をそれぞれ「β：λ」とした場合に、ローラ１３の平歯車１３ｄの歯数、リングギア１４の内歯１４ａの歯数の比もそれぞれ「β：λ」となるように各歯車の歯数は設定されている。これにより、各ねじの螺合による減速比と各歯車のかみ合いによる減速比とは一致するようになっている。
【００４６】
上記リテーナ１５の外周面は、すべり軸受として機能するブッシュ１６の内周面にて回転可能に支持されており、該ブッシュ１６はナット１２の内周面に圧入されている。なおブッシュ１６をナット１２に固定する態様としては、圧入以外の態様を適宜採用することができる。また、このブッシュ１６は上記第２支持部材を構成している。このようにローラ１３の両端に設けられた各リテーナ１５は、それぞれに対応する各ブッシュ１６と摺動しながらローラ１３の公転に合わせてナット１２内を回転する。
【００４７】
上記ナット１２の内周面にあって軸方向の両端には、それぞれベアリング１７が圧入されており、これら各ベアリング１７によってシャフト１１は軸支されている。より具体的には、同ベアリング１７は転がり軸受であり、上記シャフト１１の外周面はベアリング１７の内輪１７ａによって支持されている。また、内輪１７ａの内側をシャフト１１が移動できるように、ベアリング１７の内輪１７ａとシャフト１１とは、いわゆる「すきまばめ」とされている。そして、ベアリング１７の外輪１７ｂはナット１２の内周面に圧入されている。なお外輪１７ｂをナット１２に固定する態様としては、圧入以外の態様を適宜採用することができる。また、これらベアリング１７は上記第１支持部材を構成している。
【００４８】
このように構成された本実施形態の回転直動変換機構について、例えばナット１２が回転可能且つ軸方向への移動が不可となるように支持され、シャフト１１が回転不能且つ軸方向への移動が可能なように支持されている場合の作動を以下に説明する。
【００４９】
このような場合にあってナット１２を回転させると、ローラ１３はナット１２の雌ねじ１２ａ及びシャフト１１の雄ねじ１１ａと螺合しながら、また各平歯車１３ｄとリングギア１４の内歯１４ａとがかみ合ながら、シャフト１１の周りを自転及び公転する。すなわち、その運動は遊星運動となり、この回転直動変換機構の減速比及び各ねじの条数に応じて決定されるリードにて、シャフト１１はその軸方向に直線運動する。
【００５０】
例えば、シャフト１１、ローラ１３、ナット１２の減速比をそれぞれ「３：１：５」に設定するために、シャフト１１の雄ねじ１１ａ、ローラ１３のねじ１３ａ、ナット１２の雌ねじ１２ａの有効径をそれぞれ「３：１：５」に設定する。そして、シャフト１１の雄ねじ１１ａ、ローラ１３のねじ１３ａ、ナット１２の雌ねじ１２ａの条数をそれぞれ「４条：１条：５条」に設定した場合、ナット２を１回転させるとシャフト１のストローク量は雄ねじ１ａの１ピッチ分となる。すなわち、このときのリードは雄ねじ１ａの１ピッチ分となる。
【００５１】
ここで、上記従来の機構では、ナットの中心軸に対するシャフトの中心軸の位置や、ナットの中心軸に対するローラの公転軸の位置がねじのかみ合いによって決定されるため、シャフトの中心軸やローラの公転軸がナットの中心軸からずれやすくなっている。このようにシャフトの中心軸やローラの公転軸がナットの中心軸からずれてしまうと、各軸間距離が変化してシャフト、ローラ、あるいはナットに設けられた各ねじの接触面の位置も変化するようになるため、これに起因して各ねじの実際の有効径が変化し、安定した一定の減速比を得ることが困難となる。
【００５２】
この点、本実施形態では、先の図５に示すＢ−Ｂ断面の本回転直動変換機構の構造を示した図７、あるいは先の図５に示されるように、ナット１２に固定されたベアリング１７にてシャフト１１を支持するようにしているため、ナット１２の中心軸とシャフト１１の中心軸とを一致させることができる。また、同じくナット１２に固定されたブッシュ１６にてリテーナ１５を回転可能に支持するようにしているため、ナット１２の中心軸とリテーナ１５の中心軸、すなわちローラ１３の公転軸とを一致させることができる。
【００５３】
このように、本実施形態の回転直動変換機構では、ナット１２の中心軸に対するシャフト１１の中心軸の位置はベアリング１７によって決定され、ナット１２の中心軸に対するローラ１３の公転軸の位置はブッシュ１６によって決定されるため、シャフト１１の中心軸やローラ１３の公転軸をナット１２の中心軸に合わせやすくなる。そのため、上述したような各軸間距離の変化を抑えることができ、各ねじの接触面の位置も安定するようになり、その結果各ねじの実際の有効径も安定するようになる。従って、各ねじの有効径の比によって決定される当該回転直動変換機構の減速比を安定した一定の値に維持することができ、ナット１２が１回転したときのシャフト１１のストローク量、すなわちリードも安定した一定の値に維持されるようになって、リード精度を向上させることができるようになる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果を得ることができる。
（１）外周面に雄ねじ１１ａを有するシャフト１１と、内周面に雌ねじ１２ａを有するナット１２と、シャフト１１の外周面及びナット１２の内周面との間に介在されて前記雄ねじ１１ａ及び雌ねじ１２ａにそれぞれ螺合するねじ１３ａを有するローラ１３とを備える回転直動変換機構において、次のような部材を備えるようにしている。すなわち、シャフト１１の外周面を支持するとともにナット１２の内周面に固定されるベアリング１７、シャフト１１を囲む環状形状を有してローラ１３の両端をそれぞれ支持するリテーナ１５、これら各リテーナ１５のそれぞれの外周面を回転可能に支持するとともにナット１２の内周面に固定されるブッシュ１６を備えるようにしている。
【００５５】
そのため、シャフト１１の中心軸やローラ１３の公転軸をナット１２の中心軸に合わせやすくなり、これにより雄ねじ１１ａ、雌ねじ１２ａ、あるいはねじ１３ａといった各ねじの接触面の位置も安定するようになるため、各ねじの実際の有効径も安定するようになる。従って、当該回転直動変換機構の減速比を安定した一定の値に維持することができ、もってリード精度を向上させることができるようになる。
【００５６】
なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第１の実施形態において、リングギア４の内歯４ａをナット２の内周面に直接形成するようにしてもよい。この場合にはリングギア４を省略することができる。同様に、第２の実施形態において、リングギア１４の内歯１４ａをナット１２の内周面に直接形成するようにしてもよい。この場合にはリングギア１４を省略することができる。
【００５７】
・第１の実施形態におけるリングギア４、あるいは第２の実施形態におけるリングギア１４は１つでもよい。
・第１の実施形態において、平歯車１ｂの配設位置は任意に変更することができる。要は、ローラ３に設けられた歯車とかみ合う歯車をシャフト１に設けるようにすればよい。
【００５８】
・第２の実施形態においてシャフト１１を支持する第１支持部材はベアリング１７であったが、この第１支持部材はこれに限定されるものではない。要は、シャフト１１の外周面を支持するとともにナット１２の内周面に固定される部材であって、シャフト１１の中心軸をナット１２の中心軸に合わせることが可能な部材であれば他の部材でもよい。例えば、転がり軸受であるベアリング１７をブッシュ１６のようなすべり軸受に変更してもよい。
【００５９】
また、同第２の実施形態においてリテーナ１５を支持する第２支持部材はブッシュ１６であったが、この第２支持部材はこれに限定されるものではない。要は、リテーナ１５の外周面を回転可能に支持するとともにナット１２の内周面に固定される部材であって、ローラ１３の公転軸をナット１２の中心軸に合わせることが可能な部材であれば他の部材でもよい。例えば、すべり軸受であるブッシュ１６をベアリング１７のような転がり軸受に変更してもよい。
【００６０】
・第２の実施形態では２つのブッシュ１６を備えるようにしたが、一方のブッシュ１６を省略してもよい。また、同第２の実施形態では２つのベアリング１７を備えるようにしたが、一方のベアリング１７を省略してもよい。これらの場合でもある程度、シャフト１１の中心軸やローラ１３の公転軸をナット１２の中心軸に合わせることができる。
【００６１】
・第１及び第２の実施形態では、シャフトの外周面に設けられた歯車、ローラの外周面に設けられた歯車、ナットの内周面に設けられた歯車をそれぞれ平歯車としたが、他の歯車としてもしてもよい。例えば、はすば歯車や、やまば歯車としてもよい。
【００６２】
・第１及び第２の実施形態で説明した各回転直動変換機構について、ナットを回転不能且つ軸方向への移動が可能なように支持し、シャフトを回転可能且つ軸方向への移動が不可となるように支持することにより、シャフトの回転をナットの直線運動に変換することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明にかかる回転直動変換機構の第１の実施形態について、その断面構造を示す模式図。
【図２】同実施形態におけるローラの構造を示す模式図。
【図３】図１の矢印Ａ側からみた同回転直動変換機構の構造を示す模式図（図１の矢視Ａ図）。
【図４】同実施形態にかかる回転直動変換機構のストローク精度を示すグラフ。
【図５】本発明にかかる回転直動変換機構の第２の実施形態について、その断面構造を示す模式図。
【図６】同実施形態におけるローラの構造を示す模式図。
【図７】図５のＢ−Ｂ断面における同回転直動変換機構の構造を示す模式図。
【符号の説明】
【００６４】
１…シャフト、１ａ…雄ねじ、１ｂ…平歯車、２…ナット、２ａ…雌ねじ、３…ローラ、３ａ…ねじ、３ｂ、３ｃ…平歯車、４…リングギア、４ａ…内歯、１１…シャフト、１１ａ…雄ねじ、１２…ナット、１２ａ…雌ねじ、１３…ローラ、１３ａ…ねじ、１３ｂ…シャフト、１３ｄ…平歯車、１４…リングギア、１４ａ…内歯、１５…リテーナ、１６…ブッシュ、１７…ベアリング、１７ａ…内輪、１７ｂ…外輪。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にねじを有するシャフトと、内周面にねじを有するナットと、前記シャフトの外周面及び前記ナットの内周面との間に介在されて前記各ねじに螺合するねじを有するローラとを備え、前記シャフト及びナットのいずれか一方の回転運動を変換して他方を直線運動させる回転直動変換機構において、
前記ローラの一部には歯車が設けられており、前記シャフトの一部及び前記ナットの一部には前記ローラに設けられた歯車にかみ合う歯車がそれぞれ設けられている
ことを特徴とする回転直動変換機構。
【請求項２】
前記シャフトの歯車にかみ合う前記ローラの歯車は、前記ローラに対して前記シャフトの歯車が相対移動する範囲に対応させて設けられてなる
請求項１に記載の回転直動変換機構。
【請求項３】
前記ナットの内周面には、前記ナットの歯車を構成する内歯が形成されたリングギアを備えてなる
請求項１または２に記載の回転直動変換機構。
【請求項４】
外周面にねじを有するシャフトと、内周面にねじを有するナットと、前記シャフトの外周面及び前記ナットの内周面との間に介在されて前記各ねじに螺合するねじを有するローラとを備え、前記シャフト及びナットのいずれか一方の回転運動を変換して他方を直線運動させる回転直動変換機構において、
前記シャフトの外周面を支持するとともに前記ナットの内周面に固定される第１支持部材と、
前記シャフトを囲む環状形状を有して前記ローラの両端をそれぞれ支持するリテーナと、
これら各リテーナのそれぞれの外周面を回転可能に支持するとともに前記ナットの内周面に固定される第２支持部材とを備える
ことを特徴とする回転直動変換機構。
【請求項５】
前記第１支持部材及び第２支持部材の少なくとも一方は転がり軸受である
請求項４に記載の回転直動変換機構。
【請求項６】
前記第１支持部材及び第２支持部材の少なくとも一方はすべり軸受である
請求項４に記載の回転直動変換機構。
【請求項１】
外周面にねじを有するシャフトと、内周面にねじを有するナットと、前記シャフトの外周面及び前記ナットの内周面との間に介在されて前記各ねじに螺合するねじを有するローラとを備え、前記シャフト及びナットのいずれか一方の回転運動を変換して他方を直線運動させる回転直動変換機構において、
前記ローラの一部には歯車が設けられており、前記シャフトの一部及び前記ナットの一部には前記ローラに設けられた歯車にかみ合う歯車がそれぞれ設けられている
ことを特徴とする回転直動変換機構。
【請求項２】
前記シャフトの歯車にかみ合う前記ローラの歯車は、前記ローラに対して前記シャフトの歯車が相対移動する範囲に対応させて設けられてなる
請求項１に記載の回転直動変換機構。
【請求項３】
前記ナットの内周面には、前記ナットの歯車を構成する内歯が形成されたリングギアを備えてなる
請求項１または２に記載の回転直動変換機構。
【請求項４】
外周面にねじを有するシャフトと、内周面にねじを有するナットと、前記シャフトの外周面及び前記ナットの内周面との間に介在されて前記各ねじに螺合するねじを有するローラとを備え、前記シャフト及びナットのいずれか一方の回転運動を変換して他方を直線運動させる回転直動変換機構において、
前記シャフトの外周面を支持するとともに前記ナットの内周面に固定される第１支持部材と、
前記シャフトを囲む環状形状を有して前記ローラの両端をそれぞれ支持するリテーナと、
これら各リテーナのそれぞれの外周面を回転可能に支持するとともに前記ナットの内周面に固定される第２支持部材とを備える
ことを特徴とする回転直動変換機構。
【請求項５】
前記第１支持部材及び第２支持部材の少なくとも一方は転がり軸受である
請求項４に記載の回転直動変換機構。
【請求項６】
前記第１支持部材及び第２支持部材の少なくとも一方はすべり軸受である
請求項４に記載の回転直動変換機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−５７０２５（Ｐ２００７−５７０２５Ａ）
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４４５６６（Ｐ２００５−２４４５６６）
【出願日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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