送りねじ
【課題】 ねじ山加工以外の煩雑な加工を行うことなく、かつ送りねじの寿命の低下を防止することが望まれている。
【解決手段】 ねじに螺合するナットが、ねじの材料よりもヤング率の小さい材料で形成されている。ねじとナットとの間の空間に潤滑剤が充填される。ねじとナットの、相互に対向するフランク面同士を近づけるように作用する力によってナットのねじ山が弾性変形し、ねじ及びナットの一方から他方に力が伝達される。
【解決手段】 ねじに螺合するナットが、ねじの材料よりもヤング率の小さい材料で形成されている。ねじとナットとの間の空間に潤滑剤が充填される。ねじとナットの、相互に対向するフランク面同士を近づけるように作用する力によってナットのねじ山が弾性変形し、ねじ及びナットの一方から他方に力が伝達される。
【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送りねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
ねじ山の頂面に、周方向に等ピッチで複数の孔を形成した送りねじが、特許文献１に開示されている。孔が形成された部分の剛性が低下し、荷重によるたわみ量が大きくなる。このため、荷重が加わると、ねじ歯面（フランク面）に、周方向に周期的なへこみ変形が生じる。この変形によって、くさび形の空間が形成され、くさび形の空間に潤滑油が充填される。くさび形の形状に応じて油膜圧力が発生し、対向する２つのフランク面が油膜圧力を介して支えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２３０２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ねじ山の頂面に、剛性を低下させるほどの大きさの孔を形成するために、ねじ山加工の他に煩雑な加工が必要になる。また、ねじ山の頂面に孔を形成すると、その部分の機械的強度が低下してしまう。機械的強度の低下は、送りねじの寿命の低下を招く。
【０００５】
ねじ山加工以外の煩雑な加工を行うことなく、かつ送りねじの寿命の低下を防止することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、
ねじと、
前記ねじの材料よりもヤング率の小さい材料で形成され、前記ねじに螺合するナットと、
前記ねじと前記ナットとの間の空間に充填される潤滑剤と、
を有し、
前記ねじと前記ナットの、相互に対向するフランク面同士を近づけるように作用する力によって前記ナットのねじ山が弾性変形し、前記ねじ及び前記ナットの一方から他方に力が伝達される送りねじが提供される。
【０００７】
本発明の他の観点によると、
ねじと、
前記ねじよりも剛性の低い材料で形成され、前記ねじに螺合するナットと、
前記ねじと前記ナットとの間の空間に充填される潤滑剤と、
を有し、
前記ナットのフランク面及び前記ねじのフランク面の少なくとも一方のフランク面に、周方向に対して交差する複数の溝が形成されている送りねじが提供される。
【０００８】
本発明のさらに他の観点によると、
ねじと、
前記ねじよりも剛性の低い材料で形成され、前記ねじに螺合するナットと、
前記ねじと前記ナットとの間の空間に充填される潤滑剤と、
を有し、
前記ねじ及び前記ナットのうち一方の部材のねじ山の山頂と、それに対向するねじ溝の谷底との間隔が周方向に増減しており、前記間隔が極小値をとる位置が、一周内に少なくとも２箇所存在する送りねじが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
ナットのねじ山を弾性変形させることにより、弾性流体潤滑状態を実現させやすくなり、送りねじの安定動作を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１による送りねじを用いた直動機構の概略図である。
【図２】（２Ａ）は、実施例１による送りねじの概略図であるり、（２Ｂ）はその展開図である。
【図３】実施例１による送りねじの、ナットのねじ山とねじのねじ溝の部分の断面図である。
【図４】（４Ａ）は、実施例２による送りねじの概略図であるり、（４Ｂ）はその展開図である。
【図５】（５Ａ）は、実施例３による送りねじの概略図であるり、（５Ｂ）はその展開図である。
【図６】（６Ａ）は、実施例４による送りねじの概略図であるり、（６Ｂ）はその展開図である。
【図７】（７Ａ）は、実施例５による送りねじの概略図であるり、（７Ｂ）はその展開図である。
【図８】実施例６による送りねじの概略図である。
【図９】実施例６の変形例によるねじの断面図である。
【図１０】実施例７による送りねじの概略図である。
【図１１】実施例８による送りねじのねじ軸に垂直な仮想平面への垂直投影像を示す線図である。
【図１２】実施例９による送りねじのねじ軸に垂直な仮想平面への垂直投影像を示す線図である。
【図１３】実施例１０による送りねじのねじ軸に垂直な仮想平面への垂直投影像を示す線図である。
【図１４】ストライベック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１に、実施例１による送りねじを用いた直動機構の概略図を示す。なお、この直動機構には、他の実施例による送りねじも適用される。筒状の外装１０の中に、可動体１１の一方の端部が挿入されている。可動体１１は、外装１０に対して軸方向に直進移動可能に支持されている。外装１０内にねじ１２が挿入され、ねじ１２は、軸受け１５Ａ及び１５Ｂにより、ねじ軸を中心として回転可能に支持されている。ねじ１２にナット１３が螺合している。ナット１３は、可動体１１に固定され、ねじ軸を回転中心としたナット１３の回転運動が禁止される。ねじ１２及びナット１３が格納された外装１０内の空間は、潤滑油（潤滑剤）１４で満たされている。
【００１３】
電動機１６の回転力（トルク）が減速機１８を介してねじ１２に伝達される。ブレーキシステム１７が、電動機１６の回転軸の回転速度を減速させるか、または回転を停止させる。ねじ１２が回転すると、ナット１３及び可動体１１が、ねじ軸に平行な方向に移動する。
【００１４】
図２Ａに、ねじ１２及びナット１３の概略図を示す。ねじ１２は１条ねじであり、リードＬと、ピッチＰとが等しい。ねじ１２の一方のフランク面（第１のフランク面）２１と、ナット１３の一方のフランク面（第１のフランク面）２４とが対向し、ねじ１２の他方のフランク面（第２のフランク面）２２と、ナット１３の他方のフランク面（第２のフランク面）２５とが対向する。ナット１３に用いられている材料のヤング率は、ねじ１２に用いられている材料のヤング率よりも小さい。
【００１５】
図２Ｂに、ねじ１２のねじ山、及びナット１３のねじ溝の展開図を示す。横軸は、周方向の位置を、基準方位を０°とした角度座標で表し、縦軸は、ねじ軸方向の位置を表す。この展開図は、ねじ１２及びナット１３の有効径を持つ仮想円筒面上におけるねじ山及びねじ溝を示す。ナット１３のねじ軸方向の寸法は、リードＬとほぼ等しい。
【００１６】
ナット１３のリード角βＮが、ねじ１２のリード角βＳよりも大きい。このため、ねじ１２の第１のフランク面２１と、ナット１３の第１のフランク面２４との間隔は、周方向に関して一定にはならない。図２Ｂにおいて、ねじ１２の第１のフランク面２１と、ナット１３の第１のフランク面２４との間隔は、左に向かって徐々に狭まっており、くさび形の空間が画定される。
【００１７】
ねじ１２の第１のフランク面２１とナット１３の第１のフランク面２４とを近づけるように作用するトルクが、ねじ１２に与えられた場合について考察する。具体的には、図２Ｂにおいて、ねじ１２の第１のフランク面２１が左向きに移動する。フランク面の間を満たしている潤滑油も左向きに流動し、フランク面の間隔が狭くなっている部分の面圧が局所的に高まる。ここで、「面圧」とは、油膜を介してフランク面同士が及ぼし合う圧力を意味する。局所的に面圧が高くなることにより、ねじ１２の第１のフランク面２１及びナット１３の第１のフランク面２４が弾性変形する。ナット１３のヤング率がねじ１２のヤング率よりも小さいため、特にナット１３の第１のフランク面２４の弾性変形量が大きくなる。
【００１８】
図１４に、ストライベック線図を示す。横軸は軸受特性数ηＮ／ｐを表し、縦軸は摩擦係数を表す。ここで、ηは潤滑油の粘度を示し、Ｎはねじの回転数を示し、ｐは面圧を示す。軸受特性数が大きくなる方向に向かって、境界潤滑領域Ｒ１、混合潤滑領域Ｒ２、及び流体潤滑領域Ｒ３がこの順番に並ぶ。
【００１９】
境界潤滑領域Ｒ１では、金属の摩擦面同士の接触が生じ、摩擦係数が高くなる。流体潤滑領域Ｒ３では、摩擦面同士が油膜を挟んで離れて対向する。この領域では、軸受特性数の低下に伴って、摩擦係数が低下する。境界潤滑領域Ｒ１と流体潤滑領域Ｒ３との間の混合潤滑領域Ｒ２では、境界潤滑と、流体潤滑とが同時に起こっている。混合潤滑領域Ｒ２では、軸受特性数の低下と共に、摩擦係数が急激に増加する。一例として、面圧ｐが高くなるか、回転数Ｎが低下すると、軸受特性数が低下して摩擦係数が急激に大きくなってしまう。一例として、金属面同士の接触が生じ、送りねじの寿命低下につながる。
【００２０】
流体潤滑領域Ｒ３のうち、軸受特性数が小さい一部の領域に、弾性流体潤滑（ＥＨＬ）領域Ｒ４が定義される。この領域では、摩擦面を画定する金属が油圧によって弾性変形し、摩擦面同士が接触しない。このため、安定した動作が可能になる。
【００２１】
実施例１においては、相互に対向する第１のフランク面２１と２４とで挟まれた空間がくさび形になっている。これにより、油膜を介して、面圧が局所的に高まる。流体潤滑領域Ｒ３で動作していたフランク面の面圧が、全域で均等に高くなると、動作点が混合潤滑領域Ｒ２内のＱ１に移動する。このため、金属面同士の接触の危険度が高まる。実施例１では、面圧が均等に高くなるのではなく、局所的に高くなるため、第１のフランク面２１、２４に弾性変形が生じやすくなる。弾性変形が生じた部分では、フランク面と潤滑油との接触面積が増大することにより、面圧ｐが低下し、動作点がＥＨＬ領域Ｒ４内のＱ２に移動する。このため、送りねじの安定した動作が可能になる。
【００２２】
ねじ１２のもう一方の第２のフランク面２２、及びナット１３のもう一方の第２のフランク面２５との位置関係も、第１のフランク面２１、２４の位置関係と同一である。このため、第２のフランク面２２と２５とを近づけるように作用するトルクが、ねじ１２に与えられた場合（ねじ１２を反対向きに回転させた場合）も、同様の効果が得られる。
【００２３】
図３に、ねじ１２の１つのねじ溝、及びナット１３の１つのねじ山の断面図を示す。ねじ１２及びナット１３のねじ山の軸断面の形状は、ほぼ長方形である。ねじ１２の第１のフランク面２１とナット１３の第１のフランク面２４とを近づけるように作用するトルクが、ねじ１２に与えられると、図３において、ナット１３のねじ山に軸方向の力が加わる。ナット１３に、ねじ１２よりもヤング率の低い材料が用いられているため、ナット１３のねじ山が軸方向に湾曲し易い。
【００２４】
このため、ねじ１２の第１のフランク面２１と、ナット１３の第１のフランク面２４との間隔は、中心軸から離れる向きに狭くなる。ねじ１２が回転すると、潤滑油１４が、遠心力によって中心軸から遠ざかる向きに流動する。第１のフランク面２１と２４との間隔が、中心軸から離れる向きに狭くなっているため、潤滑油１４を第１のフランク面２１と２４との間に安定して保持することができる。
【００２５】
実施例１で用いるねじ１２及びナット１３は、一般的なねじ及びナットのねじ溝の加工技術を用いて製造することが可能である。
【実施例２】
【００２６】
図４Ａに、実施例２による送りねじのねじ１２及びナット１３の概略図を示す。実施例２のねじ１２は１条ねじであり、リードＬとピッチＰとは等しい。ナット１３のねじ軸方向の寸法は、リードＬの約３倍である。ナット１３の軸方向の寸法が、実施例１の場合に比べて長い。このため、実施例１のように、ねじ１２のリード角とナット１３のリード角とを異ならせると、ねじ１２とナット１３とが螺合しなくなる。
【００２７】
図４Ｂに、ねじ１２のねじ山、及びナット１３のねじ溝の展開図を示す。横軸は、周方向の位置を、基準方位を０°とした角度座標で表し、縦軸は、ねじ軸方向の位置を表す。図２Ｂと同様に、この展開図は、ねじ１２及びナット１３の有効径を持つ仮想円筒面上におけるねじ山及びねじ溝を示す。
【００２８】
第１のフランク面２１と２４との間隔が周方向に変動している。間隔の変動は、周期的であり、その周期は３６０°である。角度座標が０°、３６０°、７２０°の位置Ｐｃ、すなわち、周方向に関して同じ位置で、第１のフランク面２１と２４との間隔が極小値をとる。
【００２９】
第１のフランク面２１と２４との間隔が極小値をとる位置Ｐｃの両側にくさび形の空間が画定される。ねじ１２を回転させると、一方のくさび形の空間から、間隔が極小値を示す位置Ｐｃに向かって潤滑油が流入する。このため、実施例１の場合と同様に、間隔が極小値をとる位置Ｐｃにおいて、面圧が局所的に高くなり、第１のフランク面２１及び２４が弾性変形する。これにより、送りねじの安定した動作が可能になる。
【００３０】
第２のフランク面２２と２５と間隔も、同様に周方向に変動している。このため、ねじ１２を反対方向に回転させた場合にも、同様に、送りねじの安定した動作が可能になる。
【実施例３】
【００３１】
図５Ａに、実施例３による送りねじのねじ１２及びナット１３の概略図を示し、図５Ｂに、ねじ１２のねじ山、及びナット１３のねじ溝の展開図を示す。以下、実施例２による送りねじとの相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００３２】
実施例３では、図５Ｂに示すように、角度座標が０°、４８０°、９６０°の位置で、第１のフランク面２１と２４との間隔が極小値を示す。すなわち、周方向に関して異なる位置で、第１のフランク面２１と２４との間隔が極小値を示す。このため、第１のフランク面２１と２４との面圧が局所的に高くなる位置が、周方向の一箇所に集中せず、分散する。特に、実施例３では、間隔が極小値を示す位置Ｐｃが、周方向に関して均一に分布するため、面圧が局所的に高くなる位置が、周方向に均等に分散する。このため、送りねじの動作を、より安定化させることができる。
【実施例４】
【００３３】
図６Ａに、実施例４による送りねじの、ねじ１２及びナット１３の概略図を示す。実施例４のねじ１２は多条ねじ（図６Ａには４条ねじを示す。）であり、リードＬがピッチＰの整数倍（図６Ａでは４倍）である。ナット１３のねじ軸方向の寸法は、リードＬとほぼ等しい。
【００３４】
図６Ｂに、ねじ１２及びナット１３のねじ山の展開図を示す。横軸は、周方向の位置を、基準方位を０°とした角度座標で表し、縦軸は、ねじ軸方向の位置を表す。図２Ｂと同様に、この展開図は、ねじ１２及びナット１３の有効径を持つ仮想円筒面上におけるねじ山及びねじ溝を示す。
【００３５】
ねじ１２に４本のねじ山２０、３０、４０、５０が形成されている。ねじ山２０の一方の第１のフランク面２１と、それに対向するナット１３の第１のフランク面２４との間隔は、図２Ｂに示した実施例１の場合と同様に、周方向に変動し、間隔が極小値を示す位置Ｐｃ１の角度座標は０°である。他のねじ山３０、４０、５０の、第１のフランク面２１と同一方向を向くフランク面と、それに対向するナット１３のフランク面との間隔も、同様に、それぞれ角度座標０°の位置Ｐｃ２、Ｐｃ３、Ｐｃ４で極小値を示す。
【００３６】
フランク面の間隔は、角度座標が１８０°の位置で極大値をとり、３６０°の位置で極小値に戻る。
【００３７】
多条ねじの各ねじ山とねじ溝において、実施例１の場合と同様に、相互に対向するフランク面の間にくさび形の空間が画定される。従って、実施例１の場合と同様に、送りねじの安定した動作が可能になる。
【実施例５】
【００３８】
図７Ａに、実施例５による送りねじの、ねじ１２及びナット１３の概略図を示す。実施例５のねじ１２は、実施例４と同様に多条ねじである。以下、実施例４による送りねじとの相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００３９】
図７Ｂに、ねじ１２及びナット１３のねじ山の展開図を示す。横軸は、周方向の位置を、基準方位を０°とした角度座標で表し、縦軸は、ねじ軸方向の位置を表す。図６Ｂと同様に、この展開図は、ねじ１２及びナット１３の有効径を持つ仮想円筒面上におけるねじ山及びねじ溝を示す。
【００４０】
ねじ山２０の第１のフランク面２１と、それに対向するナット１３の第１のフランク面２４との間隔は、角度座標が０°の位置Ｐｃ１で極小値を示す。ねじ山３０の、第１のフランク面２１と同じ方向を向くフランク面と、それに対向するナット１３のフランク面との間隔は、角度座標が２７０°の位置Ｐｃ４で極小値を示す。ねじ山４０、５０のフランク面については、それぞれ角度座標が１８０°、９０°の位置Ｐｃ３、Ｐｃ２で極小値を示す。フランク面の間隔は、角度座標に対して単調に増加する。
【００４１】
実施例５では、フランク面に作用する面圧が局所的に高くなる位置を、周方向に関して分散させることができる。特に、実施例５では、間隔が極小値を示す位置Ｐｃ１〜Ｐｃ４が周方向に関して均等に分散しているため、面圧が局所的に高くなる位置も、周方向に関して均等に分散する。このため、実施例３の場合と同様に、送りねじの動作を、より安定化させることができる。
【００４２】
また、実施例５では、フランク面の間隔の周方向の変動が単調であるため、実施例１の場合と同様に、一般的なねじ及びナットのねじ溝の加工技術を用いて製造することが可能である。
【実施例６】
【００４３】
図８Ａに、実施例６による送りねじのねじ軸に垂直な断面図を示す。ねじ１２とナット１３とが螺号している。実施例１の場合と同様に、ナット１３に用いられている材料のヤング率は、ねじ１２に用いられている材料のヤング率よりも小さい。ねじ１２にねじ山２０が形成されている。なお、ねじ山２０については、断面図ではなく、第１のフランク面２１を正面から見た図を示している。ねじ１２は右ねじであり、ねじ１２を時計回りに回転させると、ナット１３が手前に移動する。このとき、図８Ａに現れている第１のフランク面２１から、それに対向するナット１３のフランク面に、ナット１３を軸方向に移動させる力が加わる。
【００４４】
第１のフランク面２１に、複数の溝６０が形成されている。溝６０は、反時計回りに回転しながらねじ軸に近づくような渦巻き形状にされている。ねじ１２を時計回りに回転させると、第１のフランク面２１と、それに対向するナット１３のフランク面との間の潤滑油は、ねじ軸１２に対して相対的に反時計回りに流動する。潤滑油が、ねじ１２に対して反時計回りに流動しながら、溝６０内に流れ込む。このとき、溝６０の段差部の面圧が局所的に高くなる。このため、実施例１の場合と同様に、ねじ１２及びナット１３のフランク面に弾性変形が生じる。これにより、図１４に示した弾性流体潤滑状態が実現され、送りねじの動作を安定させることができる。
【００４５】
また、実施例６においては、潤滑油が、溝６０に沿ってねじ１２の中心に向かって流動する。このため、潤滑油が遠心力によって外側へ偏在してしまうことが防止される。
【００４６】
図８Ｂに、図８Ａの第１のフランク面２１とは反対向きの第２のフランク面２２に形成された溝６１を破線で示す。なお、図８Ｂは、図８Ａと同様に第１のフランク面２１が正面となる向きで観察した状態を示しており、第２のフランク面２２は、紙面の裏側を向いている。
【００４７】
溝６１の各々は、時計回りに回転しながらねじ軸に近づくような渦巻き形状にされている。このように、第１のフランク面２１に形成された溝６０と、第２のフランク面２２に形成された溝６１とでは、渦巻きの回転方向が逆である。なお、第２のフランク面２２を正面に見た状態（図８Ｂにおいて紙面の裏側から見た状態）では、図８Ａに示した溝６０と同様に、反時計回りに回転しながらねじ軸に近づくように、渦巻き形状にされている。
【００４８】
ねじ１２を反時計回りに回転させると、ナット１３が紙面の表側から裏側に向かって移動する。このとき、第２のフランク面２２から、それに対向するナット１３のフランク面に、ナット１３を軸方向に移動させる力が加わる。このフランク面の間の潤滑油は、ねじ１２に対して相対的に時計回りに流動する。このとき、潤滑油は、溝６１に沿ってねじ１２の中心に向かって流動する。このため、潤滑油が遠心力によって外側へ偏在してしまうことが防止される。
【００４９】
実施例６では、溝６０、６１を渦巻状にしたが、必ずしも渦巻状にする必要は無い。潤滑油が集中することによって、局所的に面圧が高くれば、弾性流体潤滑状態を実現することが可能である。
【００５０】
また、第１のフランク面２１内に、半径方向の全域に亘って溝を形成する必要はなく、例えば図９Ａに示すように、第１のフランク面２１のうち、外周側の一部分にのみ溝６２を形成してもよい。また、図９Ｂに示すように、頂点が周方向を向くシェブロン形状の溝６３を形成してもよい。この場合、シェブロン形状は、周方向に流動する潤滑油が、シェブロン形状の頂点に集まる向きとすることが好ましい。
【実施例７】
【００５１】
図１０に、実施例７による送りねじのねじ軸に垂直な断面図を示す。実施例６では、ねじ１２のフランク面に溝が形成されていたが、実施例７では、ナット１３のフランク面に溝６４が形成されている。
【００５２】
ナット１３の第１のフランク面２４を正面から見たとき、溝６４は、反時計回りにねじ１２の中心に近づく渦巻状である。ねじ１２を反時計回りに回転させると、ねじ１２の第１のフランク面から、ナット１３の第１のフランク面２４に力が加わり、ナット１３が紙面の表側から裏側に向かって移動する。潤滑油は、ナット１３に対して相対的に反時計回りに流動するとともに、溝６４内に流入して、ねじ１２の中心に向かって流動する。
【００５３】
このため、実施例６の場合と同様に、弾性流体潤滑状態を実現すると共に、潤滑油の外周側への偏在を防止することができる。
【００５４】
なお、ねじ１２のフランク面と、ナット１３のフランク面との両方に溝を形成してもよい。
【実施例８】
【００５５】
図１１に、実施例８による送りねじのねじ１２及びナット１３の、ねじ軸に垂直な仮想平面への垂直投影像を示す。実施例１の場合と同様に、ナット１３に用いられている材料のヤング率は、ねじ１２に用いられている材料のヤング率よりも小さい。ねじ１２のねじ山の山頂の投影像７０、ねじ溝の谷底の投影像７１、及びナット１３のねじ山の山頂の投影像７３は、円周状であるが、ナット１３のねじ溝の谷底の投影像７２は、楕円状である。このため、ねじ１２の山頂とナット１３の谷底との間隔は、周方向に増減する。一例として、ねじ１２の山頂の投影像７０の半径（ねじ１２の外径）をｒとしたとき、ナット１３のねじ溝の谷底の投影像７２の長半径ａは１．００２２ｒであり、短半径ｂは１．００１０ｒである。
【００５６】
実施例８においては、ねじ１２のねじ山の山頂と、ナット１３のねじ溝の谷底との間に、くさび形の空間が形成される。ねじ１２のねじ山の山頂と、ナット１３のねじ溝の谷底との間隔が極小値を示す位置において、面圧が局所的に高くなる。これにより、弾性流体潤滑状態を実現することができる。実施例８による送りねじは、径方向の荷重が印加される場合に、ねじ１２のねじ山の山頂と、ナット１３のねじ溝の谷底との接触を防止することができる。例えば、送りねじが、ねじ軸を水平にした状態、または鉛直方向から傾いた状態で使用される場合に、上記効果が顕著に現れる。
【００５７】
くさび形空間を形成する十分な効果を得るために、（ａ−ｒ）／（ｂ−ｒ）を、２〜４の範囲内とすることが好ましい。
【００５８】
実施例８では、ナット１３のねじ溝の谷底の投影像７２を楕円形状にしたが、ナット１３のねじ溝の谷底と、ねじ１２のねじ山の山頂との間にくさび形の空間が形成される楕円以外の形状としてもよい。例えば、谷底と山頂との間隔が、１リード内において３箇所以上で極小値をとるようにしてもよい。
【実施例９】
【００５９】
図１２に、実施例９による送りねじのねじ１２のねじ山の山頂、及びナット１３のねじ溝の谷底を、ねじ軸に垂直な仮想平面に垂直投影した像を示す。以下、実施例８による送りねじとの相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００６０】
実施例９のねじ１２は、多条ねじ、例えば４条ねじであり、４本のねじ山を有する。第１〜第４のねじ山の山頂に、それぞれナットのねじ溝の第１〜第４の谷底が対向する。第１〜第４のねじ山の山頂の、ねじ軸に垂直な仮想平面への垂直投影像７０は円周状である。第１〜第４の谷底の、ねじ軸に垂直な仮想平面への垂直投影像７２Ａ〜７２Ｄは楕円状である。垂直投影像７２Ａ〜７２Ｄの長軸は、９０°ずつずれた方位を向いている。このため、ねじのねじ山の山頂と、ナットのねじ溝の谷底との間隔が極小値をとる位置が、中心角にして９０°の間隔で分布する。これにより、径方向のいずれの向きの荷重に対しても、山頂と谷底との間で弾性流体潤滑状態を実現し易くなる。
【実施例１０】
【００６１】
図１３に、実施例１０による送りねじのねじ１２のねじ山の山頂、及びナット１３のねじ溝の谷底を、ねじ軸に垂直な仮想平面に垂直投影した像を示す。以下、実施例９による送りねじとの相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００６２】
実施例９では、垂直投影像７２Ａ〜７２Ｄが楕円状であったが、実施例１０では、第１〜第４の谷底の垂直投影像７２Ａ〜７２Ｄがすべて円周状である。また、実施例９では、楕円状の垂直投影像７２Ａ〜７２Ｄの中心が、ねじ山の山頂の垂直投影像７０の中心と一致していたが、実施例１０では、垂直投影像７２Ａ〜７２Ｄは、それぞれねじ山の山頂の垂直投影像７０の中心に対して、０°、９０°、１８０°、２７０°の方位に偏心している。このため、山頂と谷底との間隔が極小値をとる位置が、中心角にして９０°の間隔で分布する。これにより、実施例９の場合と同様に、径方向のいずれの向きの荷重に対しても、山頂と谷底との間で弾性流体潤滑状態を実現し易くなる。
【００６３】
実施例１〜実施例９では、潤滑剤として潤滑油を用いた事例を示したが、その他に流体潤滑及び弾性流体潤滑が生じる潤滑剤、例えばグリース等を用いてもよい。
【００６４】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 外装
１１ 可動体
１２ ねじ
１３ ナット
１４ 潤滑油
１５Ａ、１５Ｂ 軸受け
１６ 電動機
１７ ブレーキシステム
１８ 減速機
２０ ねじ山
２１ ねじの第１のフランク面
２２ ねじの第２のフランク面
２４ ナットの第１のフランク面
２５ ナットの第２のフランク面
３０、４０、５０ ねじ山
６０、６１、６２、６３、６４ 溝
７０ ねじの山頂の投影像
７１ ねじの谷底の投影像
７２ ナットの谷底の投影像
７３ ナットの山頂の投影像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動を直線運動に変換する送りねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
ねじ山の頂面に、周方向に等ピッチで複数の孔を形成した送りねじが、特許文献１に開示されている。孔が形成された部分の剛性が低下し、荷重によるたわみ量が大きくなる。このため、荷重が加わると、ねじ歯面（フランク面）に、周方向に周期的なへこみ変形が生じる。この変形によって、くさび形の空間が形成され、くさび形の空間に潤滑油が充填される。くさび形の形状に応じて油膜圧力が発生し、対向する２つのフランク面が油膜圧力を介して支えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２３０２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ねじ山の頂面に、剛性を低下させるほどの大きさの孔を形成するために、ねじ山加工の他に煩雑な加工が必要になる。また、ねじ山の頂面に孔を形成すると、その部分の機械的強度が低下してしまう。機械的強度の低下は、送りねじの寿命の低下を招く。
【０００５】
ねじ山加工以外の煩雑な加工を行うことなく、かつ送りねじの寿命の低下を防止することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、
ねじと、
前記ねじの材料よりもヤング率の小さい材料で形成され、前記ねじに螺合するナットと、
前記ねじと前記ナットとの間の空間に充填される潤滑剤と、
を有し、
前記ねじと前記ナットの、相互に対向するフランク面同士を近づけるように作用する力によって前記ナットのねじ山が弾性変形し、前記ねじ及び前記ナットの一方から他方に力が伝達される送りねじが提供される。
【０００７】
本発明の他の観点によると、
ねじと、
前記ねじよりも剛性の低い材料で形成され、前記ねじに螺合するナットと、
前記ねじと前記ナットとの間の空間に充填される潤滑剤と、
を有し、
前記ナットのフランク面及び前記ねじのフランク面の少なくとも一方のフランク面に、周方向に対して交差する複数の溝が形成されている送りねじが提供される。
【０００８】
本発明のさらに他の観点によると、
ねじと、
前記ねじよりも剛性の低い材料で形成され、前記ねじに螺合するナットと、
前記ねじと前記ナットとの間の空間に充填される潤滑剤と、
を有し、
前記ねじ及び前記ナットのうち一方の部材のねじ山の山頂と、それに対向するねじ溝の谷底との間隔が周方向に増減しており、前記間隔が極小値をとる位置が、一周内に少なくとも２箇所存在する送りねじが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
ナットのねじ山を弾性変形させることにより、弾性流体潤滑状態を実現させやすくなり、送りねじの安定動作を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１による送りねじを用いた直動機構の概略図である。
【図２】（２Ａ）は、実施例１による送りねじの概略図であるり、（２Ｂ）はその展開図である。
【図３】実施例１による送りねじの、ナットのねじ山とねじのねじ溝の部分の断面図である。
【図４】（４Ａ）は、実施例２による送りねじの概略図であるり、（４Ｂ）はその展開図である。
【図５】（５Ａ）は、実施例３による送りねじの概略図であるり、（５Ｂ）はその展開図である。
【図６】（６Ａ）は、実施例４による送りねじの概略図であるり、（６Ｂ）はその展開図である。
【図７】（７Ａ）は、実施例５による送りねじの概略図であるり、（７Ｂ）はその展開図である。
【図８】実施例６による送りねじの概略図である。
【図９】実施例６の変形例によるねじの断面図である。
【図１０】実施例７による送りねじの概略図である。
【図１１】実施例８による送りねじのねじ軸に垂直な仮想平面への垂直投影像を示す線図である。
【図１２】実施例９による送りねじのねじ軸に垂直な仮想平面への垂直投影像を示す線図である。
【図１３】実施例１０による送りねじのねじ軸に垂直な仮想平面への垂直投影像を示す線図である。
【図１４】ストライベック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１に、実施例１による送りねじを用いた直動機構の概略図を示す。なお、この直動機構には、他の実施例による送りねじも適用される。筒状の外装１０の中に、可動体１１の一方の端部が挿入されている。可動体１１は、外装１０に対して軸方向に直進移動可能に支持されている。外装１０内にねじ１２が挿入され、ねじ１２は、軸受け１５Ａ及び１５Ｂにより、ねじ軸を中心として回転可能に支持されている。ねじ１２にナット１３が螺合している。ナット１３は、可動体１１に固定され、ねじ軸を回転中心としたナット１３の回転運動が禁止される。ねじ１２及びナット１３が格納された外装１０内の空間は、潤滑油（潤滑剤）１４で満たされている。
【００１３】
電動機１６の回転力（トルク）が減速機１８を介してねじ１２に伝達される。ブレーキシステム１７が、電動機１６の回転軸の回転速度を減速させるか、または回転を停止させる。ねじ１２が回転すると、ナット１３及び可動体１１が、ねじ軸に平行な方向に移動する。
【００１４】
図２Ａに、ねじ１２及びナット１３の概略図を示す。ねじ１２は１条ねじであり、リードＬと、ピッチＰとが等しい。ねじ１２の一方のフランク面（第１のフランク面）２１と、ナット１３の一方のフランク面（第１のフランク面）２４とが対向し、ねじ１２の他方のフランク面（第２のフランク面）２２と、ナット１３の他方のフランク面（第２のフランク面）２５とが対向する。ナット１３に用いられている材料のヤング率は、ねじ１２に用いられている材料のヤング率よりも小さい。
【００１５】
図２Ｂに、ねじ１２のねじ山、及びナット１３のねじ溝の展開図を示す。横軸は、周方向の位置を、基準方位を０°とした角度座標で表し、縦軸は、ねじ軸方向の位置を表す。この展開図は、ねじ１２及びナット１３の有効径を持つ仮想円筒面上におけるねじ山及びねじ溝を示す。ナット１３のねじ軸方向の寸法は、リードＬとほぼ等しい。
【００１６】
ナット１３のリード角βＮが、ねじ１２のリード角βＳよりも大きい。このため、ねじ１２の第１のフランク面２１と、ナット１３の第１のフランク面２４との間隔は、周方向に関して一定にはならない。図２Ｂにおいて、ねじ１２の第１のフランク面２１と、ナット１３の第１のフランク面２４との間隔は、左に向かって徐々に狭まっており、くさび形の空間が画定される。
【００１７】
ねじ１２の第１のフランク面２１とナット１３の第１のフランク面２４とを近づけるように作用するトルクが、ねじ１２に与えられた場合について考察する。具体的には、図２Ｂにおいて、ねじ１２の第１のフランク面２１が左向きに移動する。フランク面の間を満たしている潤滑油も左向きに流動し、フランク面の間隔が狭くなっている部分の面圧が局所的に高まる。ここで、「面圧」とは、油膜を介してフランク面同士が及ぼし合う圧力を意味する。局所的に面圧が高くなることにより、ねじ１２の第１のフランク面２１及びナット１３の第１のフランク面２４が弾性変形する。ナット１３のヤング率がねじ１２のヤング率よりも小さいため、特にナット１３の第１のフランク面２４の弾性変形量が大きくなる。
【００１８】
図１４に、ストライベック線図を示す。横軸は軸受特性数ηＮ／ｐを表し、縦軸は摩擦係数を表す。ここで、ηは潤滑油の粘度を示し、Ｎはねじの回転数を示し、ｐは面圧を示す。軸受特性数が大きくなる方向に向かって、境界潤滑領域Ｒ１、混合潤滑領域Ｒ２、及び流体潤滑領域Ｒ３がこの順番に並ぶ。
【００１９】
境界潤滑領域Ｒ１では、金属の摩擦面同士の接触が生じ、摩擦係数が高くなる。流体潤滑領域Ｒ３では、摩擦面同士が油膜を挟んで離れて対向する。この領域では、軸受特性数の低下に伴って、摩擦係数が低下する。境界潤滑領域Ｒ１と流体潤滑領域Ｒ３との間の混合潤滑領域Ｒ２では、境界潤滑と、流体潤滑とが同時に起こっている。混合潤滑領域Ｒ２では、軸受特性数の低下と共に、摩擦係数が急激に増加する。一例として、面圧ｐが高くなるか、回転数Ｎが低下すると、軸受特性数が低下して摩擦係数が急激に大きくなってしまう。一例として、金属面同士の接触が生じ、送りねじの寿命低下につながる。
【００２０】
流体潤滑領域Ｒ３のうち、軸受特性数が小さい一部の領域に、弾性流体潤滑（ＥＨＬ）領域Ｒ４が定義される。この領域では、摩擦面を画定する金属が油圧によって弾性変形し、摩擦面同士が接触しない。このため、安定した動作が可能になる。
【００２１】
実施例１においては、相互に対向する第１のフランク面２１と２４とで挟まれた空間がくさび形になっている。これにより、油膜を介して、面圧が局所的に高まる。流体潤滑領域Ｒ３で動作していたフランク面の面圧が、全域で均等に高くなると、動作点が混合潤滑領域Ｒ２内のＱ１に移動する。このため、金属面同士の接触の危険度が高まる。実施例１では、面圧が均等に高くなるのではなく、局所的に高くなるため、第１のフランク面２１、２４に弾性変形が生じやすくなる。弾性変形が生じた部分では、フランク面と潤滑油との接触面積が増大することにより、面圧ｐが低下し、動作点がＥＨＬ領域Ｒ４内のＱ２に移動する。このため、送りねじの安定した動作が可能になる。
【００２２】
ねじ１２のもう一方の第２のフランク面２２、及びナット１３のもう一方の第２のフランク面２５との位置関係も、第１のフランク面２１、２４の位置関係と同一である。このため、第２のフランク面２２と２５とを近づけるように作用するトルクが、ねじ１２に与えられた場合（ねじ１２を反対向きに回転させた場合）も、同様の効果が得られる。
【００２３】
図３に、ねじ１２の１つのねじ溝、及びナット１３の１つのねじ山の断面図を示す。ねじ１２及びナット１３のねじ山の軸断面の形状は、ほぼ長方形である。ねじ１２の第１のフランク面２１とナット１３の第１のフランク面２４とを近づけるように作用するトルクが、ねじ１２に与えられると、図３において、ナット１３のねじ山に軸方向の力が加わる。ナット１３に、ねじ１２よりもヤング率の低い材料が用いられているため、ナット１３のねじ山が軸方向に湾曲し易い。
【００２４】
このため、ねじ１２の第１のフランク面２１と、ナット１３の第１のフランク面２４との間隔は、中心軸から離れる向きに狭くなる。ねじ１２が回転すると、潤滑油１４が、遠心力によって中心軸から遠ざかる向きに流動する。第１のフランク面２１と２４との間隔が、中心軸から離れる向きに狭くなっているため、潤滑油１４を第１のフランク面２１と２４との間に安定して保持することができる。
【００２５】
実施例１で用いるねじ１２及びナット１３は、一般的なねじ及びナットのねじ溝の加工技術を用いて製造することが可能である。
【実施例２】
【００２６】
図４Ａに、実施例２による送りねじのねじ１２及びナット１３の概略図を示す。実施例２のねじ１２は１条ねじであり、リードＬとピッチＰとは等しい。ナット１３のねじ軸方向の寸法は、リードＬの約３倍である。ナット１３の軸方向の寸法が、実施例１の場合に比べて長い。このため、実施例１のように、ねじ１２のリード角とナット１３のリード角とを異ならせると、ねじ１２とナット１３とが螺合しなくなる。
【００２７】
図４Ｂに、ねじ１２のねじ山、及びナット１３のねじ溝の展開図を示す。横軸は、周方向の位置を、基準方位を０°とした角度座標で表し、縦軸は、ねじ軸方向の位置を表す。図２Ｂと同様に、この展開図は、ねじ１２及びナット１３の有効径を持つ仮想円筒面上におけるねじ山及びねじ溝を示す。
【００２８】
第１のフランク面２１と２４との間隔が周方向に変動している。間隔の変動は、周期的であり、その周期は３６０°である。角度座標が０°、３６０°、７２０°の位置Ｐｃ、すなわち、周方向に関して同じ位置で、第１のフランク面２１と２４との間隔が極小値をとる。
【００２９】
第１のフランク面２１と２４との間隔が極小値をとる位置Ｐｃの両側にくさび形の空間が画定される。ねじ１２を回転させると、一方のくさび形の空間から、間隔が極小値を示す位置Ｐｃに向かって潤滑油が流入する。このため、実施例１の場合と同様に、間隔が極小値をとる位置Ｐｃにおいて、面圧が局所的に高くなり、第１のフランク面２１及び２４が弾性変形する。これにより、送りねじの安定した動作が可能になる。
【００３０】
第２のフランク面２２と２５と間隔も、同様に周方向に変動している。このため、ねじ１２を反対方向に回転させた場合にも、同様に、送りねじの安定した動作が可能になる。
【実施例３】
【００３１】
図５Ａに、実施例３による送りねじのねじ１２及びナット１３の概略図を示し、図５Ｂに、ねじ１２のねじ山、及びナット１３のねじ溝の展開図を示す。以下、実施例２による送りねじとの相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００３２】
実施例３では、図５Ｂに示すように、角度座標が０°、４８０°、９６０°の位置で、第１のフランク面２１と２４との間隔が極小値を示す。すなわち、周方向に関して異なる位置で、第１のフランク面２１と２４との間隔が極小値を示す。このため、第１のフランク面２１と２４との面圧が局所的に高くなる位置が、周方向の一箇所に集中せず、分散する。特に、実施例３では、間隔が極小値を示す位置Ｐｃが、周方向に関して均一に分布するため、面圧が局所的に高くなる位置が、周方向に均等に分散する。このため、送りねじの動作を、より安定化させることができる。
【実施例４】
【００３３】
図６Ａに、実施例４による送りねじの、ねじ１２及びナット１３の概略図を示す。実施例４のねじ１２は多条ねじ（図６Ａには４条ねじを示す。）であり、リードＬがピッチＰの整数倍（図６Ａでは４倍）である。ナット１３のねじ軸方向の寸法は、リードＬとほぼ等しい。
【００３４】
図６Ｂに、ねじ１２及びナット１３のねじ山の展開図を示す。横軸は、周方向の位置を、基準方位を０°とした角度座標で表し、縦軸は、ねじ軸方向の位置を表す。図２Ｂと同様に、この展開図は、ねじ１２及びナット１３の有効径を持つ仮想円筒面上におけるねじ山及びねじ溝を示す。
【００３５】
ねじ１２に４本のねじ山２０、３０、４０、５０が形成されている。ねじ山２０の一方の第１のフランク面２１と、それに対向するナット１３の第１のフランク面２４との間隔は、図２Ｂに示した実施例１の場合と同様に、周方向に変動し、間隔が極小値を示す位置Ｐｃ１の角度座標は０°である。他のねじ山３０、４０、５０の、第１のフランク面２１と同一方向を向くフランク面と、それに対向するナット１３のフランク面との間隔も、同様に、それぞれ角度座標０°の位置Ｐｃ２、Ｐｃ３、Ｐｃ４で極小値を示す。
【００３６】
フランク面の間隔は、角度座標が１８０°の位置で極大値をとり、３６０°の位置で極小値に戻る。
【００３７】
多条ねじの各ねじ山とねじ溝において、実施例１の場合と同様に、相互に対向するフランク面の間にくさび形の空間が画定される。従って、実施例１の場合と同様に、送りねじの安定した動作が可能になる。
【実施例５】
【００３８】
図７Ａに、実施例５による送りねじの、ねじ１２及びナット１３の概略図を示す。実施例５のねじ１２は、実施例４と同様に多条ねじである。以下、実施例４による送りねじとの相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００３９】
図７Ｂに、ねじ１２及びナット１３のねじ山の展開図を示す。横軸は、周方向の位置を、基準方位を０°とした角度座標で表し、縦軸は、ねじ軸方向の位置を表す。図６Ｂと同様に、この展開図は、ねじ１２及びナット１３の有効径を持つ仮想円筒面上におけるねじ山及びねじ溝を示す。
【００４０】
ねじ山２０の第１のフランク面２１と、それに対向するナット１３の第１のフランク面２４との間隔は、角度座標が０°の位置Ｐｃ１で極小値を示す。ねじ山３０の、第１のフランク面２１と同じ方向を向くフランク面と、それに対向するナット１３のフランク面との間隔は、角度座標が２７０°の位置Ｐｃ４で極小値を示す。ねじ山４０、５０のフランク面については、それぞれ角度座標が１８０°、９０°の位置Ｐｃ３、Ｐｃ２で極小値を示す。フランク面の間隔は、角度座標に対して単調に増加する。
【００４１】
実施例５では、フランク面に作用する面圧が局所的に高くなる位置を、周方向に関して分散させることができる。特に、実施例５では、間隔が極小値を示す位置Ｐｃ１〜Ｐｃ４が周方向に関して均等に分散しているため、面圧が局所的に高くなる位置も、周方向に関して均等に分散する。このため、実施例３の場合と同様に、送りねじの動作を、より安定化させることができる。
【００４２】
また、実施例５では、フランク面の間隔の周方向の変動が単調であるため、実施例１の場合と同様に、一般的なねじ及びナットのねじ溝の加工技術を用いて製造することが可能である。
【実施例６】
【００４３】
図８Ａに、実施例６による送りねじのねじ軸に垂直な断面図を示す。ねじ１２とナット１３とが螺号している。実施例１の場合と同様に、ナット１３に用いられている材料のヤング率は、ねじ１２に用いられている材料のヤング率よりも小さい。ねじ１２にねじ山２０が形成されている。なお、ねじ山２０については、断面図ではなく、第１のフランク面２１を正面から見た図を示している。ねじ１２は右ねじであり、ねじ１２を時計回りに回転させると、ナット１３が手前に移動する。このとき、図８Ａに現れている第１のフランク面２１から、それに対向するナット１３のフランク面に、ナット１３を軸方向に移動させる力が加わる。
【００４４】
第１のフランク面２１に、複数の溝６０が形成されている。溝６０は、反時計回りに回転しながらねじ軸に近づくような渦巻き形状にされている。ねじ１２を時計回りに回転させると、第１のフランク面２１と、それに対向するナット１３のフランク面との間の潤滑油は、ねじ軸１２に対して相対的に反時計回りに流動する。潤滑油が、ねじ１２に対して反時計回りに流動しながら、溝６０内に流れ込む。このとき、溝６０の段差部の面圧が局所的に高くなる。このため、実施例１の場合と同様に、ねじ１２及びナット１３のフランク面に弾性変形が生じる。これにより、図１４に示した弾性流体潤滑状態が実現され、送りねじの動作を安定させることができる。
【００４５】
また、実施例６においては、潤滑油が、溝６０に沿ってねじ１２の中心に向かって流動する。このため、潤滑油が遠心力によって外側へ偏在してしまうことが防止される。
【００４６】
図８Ｂに、図８Ａの第１のフランク面２１とは反対向きの第２のフランク面２２に形成された溝６１を破線で示す。なお、図８Ｂは、図８Ａと同様に第１のフランク面２１が正面となる向きで観察した状態を示しており、第２のフランク面２２は、紙面の裏側を向いている。
【００４７】
溝６１の各々は、時計回りに回転しながらねじ軸に近づくような渦巻き形状にされている。このように、第１のフランク面２１に形成された溝６０と、第２のフランク面２２に形成された溝６１とでは、渦巻きの回転方向が逆である。なお、第２のフランク面２２を正面に見た状態（図８Ｂにおいて紙面の裏側から見た状態）では、図８Ａに示した溝６０と同様に、反時計回りに回転しながらねじ軸に近づくように、渦巻き形状にされている。
【００４８】
ねじ１２を反時計回りに回転させると、ナット１３が紙面の表側から裏側に向かって移動する。このとき、第２のフランク面２２から、それに対向するナット１３のフランク面に、ナット１３を軸方向に移動させる力が加わる。このフランク面の間の潤滑油は、ねじ１２に対して相対的に時計回りに流動する。このとき、潤滑油は、溝６１に沿ってねじ１２の中心に向かって流動する。このため、潤滑油が遠心力によって外側へ偏在してしまうことが防止される。
【００４９】
実施例６では、溝６０、６１を渦巻状にしたが、必ずしも渦巻状にする必要は無い。潤滑油が集中することによって、局所的に面圧が高くれば、弾性流体潤滑状態を実現することが可能である。
【００５０】
また、第１のフランク面２１内に、半径方向の全域に亘って溝を形成する必要はなく、例えば図９Ａに示すように、第１のフランク面２１のうち、外周側の一部分にのみ溝６２を形成してもよい。また、図９Ｂに示すように、頂点が周方向を向くシェブロン形状の溝６３を形成してもよい。この場合、シェブロン形状は、周方向に流動する潤滑油が、シェブロン形状の頂点に集まる向きとすることが好ましい。
【実施例７】
【００５１】
図１０に、実施例７による送りねじのねじ軸に垂直な断面図を示す。実施例６では、ねじ１２のフランク面に溝が形成されていたが、実施例７では、ナット１３のフランク面に溝６４が形成されている。
【００５２】
ナット１３の第１のフランク面２４を正面から見たとき、溝６４は、反時計回りにねじ１２の中心に近づく渦巻状である。ねじ１２を反時計回りに回転させると、ねじ１２の第１のフランク面から、ナット１３の第１のフランク面２４に力が加わり、ナット１３が紙面の表側から裏側に向かって移動する。潤滑油は、ナット１３に対して相対的に反時計回りに流動するとともに、溝６４内に流入して、ねじ１２の中心に向かって流動する。
【００５３】
このため、実施例６の場合と同様に、弾性流体潤滑状態を実現すると共に、潤滑油の外周側への偏在を防止することができる。
【００５４】
なお、ねじ１２のフランク面と、ナット１３のフランク面との両方に溝を形成してもよい。
【実施例８】
【００５５】
図１１に、実施例８による送りねじのねじ１２及びナット１３の、ねじ軸に垂直な仮想平面への垂直投影像を示す。実施例１の場合と同様に、ナット１３に用いられている材料のヤング率は、ねじ１２に用いられている材料のヤング率よりも小さい。ねじ１２のねじ山の山頂の投影像７０、ねじ溝の谷底の投影像７１、及びナット１３のねじ山の山頂の投影像７３は、円周状であるが、ナット１３のねじ溝の谷底の投影像７２は、楕円状である。このため、ねじ１２の山頂とナット１３の谷底との間隔は、周方向に増減する。一例として、ねじ１２の山頂の投影像７０の半径（ねじ１２の外径）をｒとしたとき、ナット１３のねじ溝の谷底の投影像７２の長半径ａは１．００２２ｒであり、短半径ｂは１．００１０ｒである。
【００５６】
実施例８においては、ねじ１２のねじ山の山頂と、ナット１３のねじ溝の谷底との間に、くさび形の空間が形成される。ねじ１２のねじ山の山頂と、ナット１３のねじ溝の谷底との間隔が極小値を示す位置において、面圧が局所的に高くなる。これにより、弾性流体潤滑状態を実現することができる。実施例８による送りねじは、径方向の荷重が印加される場合に、ねじ１２のねじ山の山頂と、ナット１３のねじ溝の谷底との接触を防止することができる。例えば、送りねじが、ねじ軸を水平にした状態、または鉛直方向から傾いた状態で使用される場合に、上記効果が顕著に現れる。
【００５７】
くさび形空間を形成する十分な効果を得るために、（ａ−ｒ）／（ｂ−ｒ）を、２〜４の範囲内とすることが好ましい。
【００５８】
実施例８では、ナット１３のねじ溝の谷底の投影像７２を楕円形状にしたが、ナット１３のねじ溝の谷底と、ねじ１２のねじ山の山頂との間にくさび形の空間が形成される楕円以外の形状としてもよい。例えば、谷底と山頂との間隔が、１リード内において３箇所以上で極小値をとるようにしてもよい。
【実施例９】
【００５９】
図１２に、実施例９による送りねじのねじ１２のねじ山の山頂、及びナット１３のねじ溝の谷底を、ねじ軸に垂直な仮想平面に垂直投影した像を示す。以下、実施例８による送りねじとの相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００６０】
実施例９のねじ１２は、多条ねじ、例えば４条ねじであり、４本のねじ山を有する。第１〜第４のねじ山の山頂に、それぞれナットのねじ溝の第１〜第４の谷底が対向する。第１〜第４のねじ山の山頂の、ねじ軸に垂直な仮想平面への垂直投影像７０は円周状である。第１〜第４の谷底の、ねじ軸に垂直な仮想平面への垂直投影像７２Ａ〜７２Ｄは楕円状である。垂直投影像７２Ａ〜７２Ｄの長軸は、９０°ずつずれた方位を向いている。このため、ねじのねじ山の山頂と、ナットのねじ溝の谷底との間隔が極小値をとる位置が、中心角にして９０°の間隔で分布する。これにより、径方向のいずれの向きの荷重に対しても、山頂と谷底との間で弾性流体潤滑状態を実現し易くなる。
【実施例１０】
【００６１】
図１３に、実施例１０による送りねじのねじ１２のねじ山の山頂、及びナット１３のねじ溝の谷底を、ねじ軸に垂直な仮想平面に垂直投影した像を示す。以下、実施例９による送りねじとの相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００６２】
実施例９では、垂直投影像７２Ａ〜７２Ｄが楕円状であったが、実施例１０では、第１〜第４の谷底の垂直投影像７２Ａ〜７２Ｄがすべて円周状である。また、実施例９では、楕円状の垂直投影像７２Ａ〜７２Ｄの中心が、ねじ山の山頂の垂直投影像７０の中心と一致していたが、実施例１０では、垂直投影像７２Ａ〜７２Ｄは、それぞれねじ山の山頂の垂直投影像７０の中心に対して、０°、９０°、１８０°、２７０°の方位に偏心している。このため、山頂と谷底との間隔が極小値をとる位置が、中心角にして９０°の間隔で分布する。これにより、実施例９の場合と同様に、径方向のいずれの向きの荷重に対しても、山頂と谷底との間で弾性流体潤滑状態を実現し易くなる。
【００６３】
実施例１〜実施例９では、潤滑剤として潤滑油を用いた事例を示したが、その他に流体潤滑及び弾性流体潤滑が生じる潤滑剤、例えばグリース等を用いてもよい。
【００６４】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 外装
１１ 可動体
１２ ねじ
１３ ナット
１４ 潤滑油
１５Ａ、１５Ｂ 軸受け
１６ 電動機
１７ ブレーキシステム
１８ 減速機
２０ ねじ山
２１ ねじの第１のフランク面
２２ ねじの第２のフランク面
２４ ナットの第１のフランク面
２５ ナットの第２のフランク面
３０、４０、５０ ねじ山
６０、６１、６２、６３、６４ 溝
７０ ねじの山頂の投影像
７１ ねじの谷底の投影像
７２ ナットの谷底の投影像
７３ ナットの山頂の投影像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじと、
前記ねじの材料よりもヤング率の小さい材料で形成され、前記ねじに螺合するナットと、
前記ねじと前記ナットとの間の空間に充填される潤滑剤と、
を有し、
前記ナットのねじ山に、前記ヤング率の相違により前記ナットのねじ山を弾性変形させつつ、前記ねじ及び前記ナットの一方から他方に力を伝達させる弾性変形促進部を備える送りねじ。
【請求項２】
前記弾性変形促進部において、前記ねじと前記ナットの、相互に対向するフランク面同士を近づけるように作用する力によって前記ナットのねじ山が弾性変形する請求項１に記載の送りねじ。
【請求項３】
前記ねじ及び前記ナットの周方向に関して、フランク面の面圧が局所的に高くなることによって前記ナットのねじ山が弾性変形する請求項１または２に記載の送りねじ。
【請求項４】
前記ねじのフランク面と、該フランク面に対向する前記ナットのフランク面との間隔が周方向に変化し、該フランク面の間隔が相対的に狭い領域において面圧が高くなることにより、前記ナットのねじ山が弾性変形する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の送りねじ。
【請求項５】
前記ねじのリード角と、前記ナットのリード角とが異なっており、前記ねじのフランク面と前記ナットのフランク面との間隔が最小になる部分において前記ナットのねじ山が弾性変形する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の送りねじ。
【請求項６】
前記ナットのフランク面と、前記ねじのフランク面との間隔が、周方向に変動しており、周方向に関して異なる複数の位置で、フランク面の間隔が極小になる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の送りねじ。
【請求項７】
前記ねじが多条ねじであり
前記ナットの第１のねじ山のフランク面と、それに対向する前記ねじのフランク面との第１の間隔が周方向に変動しており、前記第１のねじ山とは異なる第２のねじ山のフランク面と、それに対向する前記ねじのフランク面との第２の間隔が周方向に変動しており、前記第１の間隔が極小になる周方向の位置と、前記第２の間隔が極小になる周方向の位置とが異なっている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の送りねじ。
【請求項８】
前記弾性変形促進部は、前記ナットのフランク面及び前記ねじのフランク面の少なくとも一方のフランク面に形成され、周方向に対して交差する複数の溝を含む請求項１乃至７のいずれか１項に記載の送りねじ。
【請求項９】
１つのフランク面に形成された複数の前記溝は、同一方向に回転しながら前記ねじの中心に近づく渦巻き形状にされている請求項８に記載の送りねじ。
【請求項１０】
１つのねじ山の一方のフランク面と、他方のフランク面では、前記溝の渦巻きの向きが反対である請求項８または９に記載の送りねじ。
【請求項１１】
前記弾性変形促進部は、前記ねじ及び前記ナットのうち一方の部材のねじ山の山頂と、それに対向するねじ溝の谷底との間隔が周方向に増減しており、前記間隔が極小値をとる位置が、一周内に少なくとも２箇所存在する構成を含む請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の送りねじ。
【請求項１２】
前記ねじが多条ねじであり、
前記一方の部材の１本のねじ山の山頂と、それに対向する１本のねじ溝の谷底との間隔が極小値をとる位置と、他の１本のねじ山の山頂と、それに対向する１本のねじ溝の谷底との間隔が極小値をとる位置とが、周方向に関して異なっている請求項１１に記載の送りねじ。
【請求項１】
ねじと、
前記ねじの材料よりもヤング率の小さい材料で形成され、前記ねじに螺合するナットと、
前記ねじと前記ナットとの間の空間に充填される潤滑剤と、
を有し、
前記ナットのねじ山に、前記ヤング率の相違により前記ナットのねじ山を弾性変形させつつ、前記ねじ及び前記ナットの一方から他方に力を伝達させる弾性変形促進部を備える送りねじ。
【請求項２】
前記弾性変形促進部において、前記ねじと前記ナットの、相互に対向するフランク面同士を近づけるように作用する力によって前記ナットのねじ山が弾性変形する請求項１に記載の送りねじ。
【請求項３】
前記ねじ及び前記ナットの周方向に関して、フランク面の面圧が局所的に高くなることによって前記ナットのねじ山が弾性変形する請求項１または２に記載の送りねじ。
【請求項４】
前記ねじのフランク面と、該フランク面に対向する前記ナットのフランク面との間隔が周方向に変化し、該フランク面の間隔が相対的に狭い領域において面圧が高くなることにより、前記ナットのねじ山が弾性変形する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の送りねじ。
【請求項５】
前記ねじのリード角と、前記ナットのリード角とが異なっており、前記ねじのフランク面と前記ナットのフランク面との間隔が最小になる部分において前記ナットのねじ山が弾性変形する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の送りねじ。
【請求項６】
前記ナットのフランク面と、前記ねじのフランク面との間隔が、周方向に変動しており、周方向に関して異なる複数の位置で、フランク面の間隔が極小になる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の送りねじ。
【請求項７】
前記ねじが多条ねじであり
前記ナットの第１のねじ山のフランク面と、それに対向する前記ねじのフランク面との第１の間隔が周方向に変動しており、前記第１のねじ山とは異なる第２のねじ山のフランク面と、それに対向する前記ねじのフランク面との第２の間隔が周方向に変動しており、前記第１の間隔が極小になる周方向の位置と、前記第２の間隔が極小になる周方向の位置とが異なっている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の送りねじ。
【請求項８】
前記弾性変形促進部は、前記ナットのフランク面及び前記ねじのフランク面の少なくとも一方のフランク面に形成され、周方向に対して交差する複数の溝を含む請求項１乃至７のいずれか１項に記載の送りねじ。
【請求項９】
１つのフランク面に形成された複数の前記溝は、同一方向に回転しながら前記ねじの中心に近づく渦巻き形状にされている請求項８に記載の送りねじ。
【請求項１０】
１つのねじ山の一方のフランク面と、他方のフランク面では、前記溝の渦巻きの向きが反対である請求項８または９に記載の送りねじ。
【請求項１１】
前記弾性変形促進部は、前記ねじ及び前記ナットのうち一方の部材のねじ山の山頂と、それに対向するねじ溝の谷底との間隔が周方向に増減しており、前記間隔が極小値をとる位置が、一周内に少なくとも２箇所存在する構成を含む請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の送りねじ。
【請求項１２】
前記ねじが多条ねじであり、
前記一方の部材の１本のねじ山の山頂と、それに対向する１本のねじ溝の谷底との間隔が極小値をとる位置と、他の１本のねじ山の山頂と、それに対向する１本のねじ溝の谷底との間隔が極小値をとる位置とが、周方向に関して異なっている請求項１１に記載の送りねじ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２２０３８５（Ｐ２０１１−２２０３８５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８７４５３（Ｐ２０１０−８７４５３）
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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