JP2023047619A

JP2023047619A - 外側循環ボールねじ

Info

Publication number: JP2023047619A
Application number: JP2021156625A
Authority: JP
Inventors: 楊家銘; Chia-Ming Yang; 陳鼎元; Ting-Yuan Chen
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2023-04-06
Anticipated expiration: 2041-09-27
Also published as: JP7308242B2

Abstract

【課題】外側循環ボールねじを提供する。【解決手段】スクリューシャフトと、スクリューシャフトに覆設されているナットであって、ナットは少なくとも１つのスルーホールを有し、スルーホールがナットを貫通する箇所は開口縁端であるナットと、ナットに結合され、リターン部分及び継続部分を含むリターンスロットを有し、リターン部分の一端はスルーホールに連通され、リターン部分の他端は継続部分に接続され、リターン部分のスルーホールに連接されている一端は接続縁端を有し、接続縁端は開口縁端に当接し、リターン部分は基準点の周囲を旋回し、リターン部分の外壁面は弧形を呈していると共に基準点を円心とし、リターン部分の外壁面と基準点との間にはリターン半径の距離が開き、リターン半径の長さはボール径の１．２倍に等しいかそれより長く、ボール径の１．５倍に等しいかそれより短く、開口縁端と接続縁端との接続箇所は非接線相互接続であるリターン部材と、を備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、ボールねじに関し、更に詳しくは、外側循環ボールねじ（ｏｕｔｅｒｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇｂａｌｌｓｃｒｅｗ）に関する。

現代のカーエレクトロニクスや家電製品に対応するため、ボールねじは微小化の方向へ研究開発が進められている。しかし、従来の内循環リターンシートの設計において、ナットとリターンシートとの間に高度差が存在するため、ボールの直径が小さい場合には明らかに感度が鈍った。

従来の接線型外循環ボールねじ（図１参照）は、ナット７０と、前記ナット７０に結合されているリターンアッパーカバー８０と、前記ナット７０と前記リターンアッパーカバー８０との間で循環流動する複数のボール９０と、を備えている。ナット７０は２つのスルーホール７１を有し、前記スルーホール７１の延伸方向を移動方向Ｚと定義している。前記リターンアッパーカバー８０はこれら前記スルーホール７１に連通されているリターンチャンネル８１を有し、前記ボール９０がリターン効果を達成している。前記リターンチャンネル８１及び前記スルーホール７１は接線相互接続であり、前記リターンチャンネル８１は接続されているリターン部分８１１及び延伸部分８１２を有している。
前記リターンチャンネル８１及び前記スルーホール７１が接線接続の設計となっているため、リターン部分８１１の旋回空間が大きく、このため、ボール９０がスルーホール７１から前記リターン部分８１１に進入すると、ボール９０が慣性によりリターン部分８１１の壁面８１１Ａの上縁箇所に衝突し、ボール９０がリターン部分８１１の壁面８１１Ａに衝突した後に前記移動方向Ｚに沿った反作用力の分力が大きくなり、前方にあるボール９０と後方にあるボール９０とが押し合い、ボールの押し合う衝突力が大きくなるという欠点が存在した。

そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に至った。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボールの流動をスムーズにし、ボールが押し合う問題を回避する微小型ボールねじの外側循環ボールねじを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の外側循環ボールねじは、スクリューシャフトと、前記スクリューシャフトに覆設され、スクリューシャフトとの間にボールチャンネルを有し、前記ボールチャンネルに連通されている少なくとも１つのスルーホールを有し、前記スルーホールは開口縁端を有しているナットと、前記ボールチャンネルに循環回転するように設置され、前記ボールの直径をボール径と定義している複数のボールと、前記ナットに結合され、前記スルーホールに連通されているリターンスロットを有し、前記リターンスロットは前記スルーホールに接続されているリターン部分を有し、前記リターン部分は前記スルーホールに接続されている一端に接続縁端を有し、前記接続縁端は前記開口縁端に当接し、前記開口縁端と前記接続縁端との接続箇所は非接線相互接続であり、前記リターン部分は基準点の周囲を旋回し、前記リターン部分は外壁面に対応し、前記外壁面は弧形を呈していると共に前記基準点を円心とし、前記外壁面と前記基準点との間にはリターン半径の距離が開き、前記リターン半径の長さは前記ボール径の１．２倍に等しいかそれより長く、前記ボール径の１．５倍に等しいかそれより短いリターン部材と、を備えている。

前述のように、本発明は主に前記リターン半径の長さを前記ボール径の１．２倍に等しいかそれより長く、且つ前記ボール径の１．５倍に等しいかそれより短くなるように限定し、且つ前記開口縁端と前記接続縁端との接続箇所を非接線相互接続とすることで、ボールの流動がスムーズではないことによるボールが押し合う問題を効果的に抑制する。

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

従来のリターンチャンネル及び前記スルーホールが接線相互接続であるボールねじを図示する。本発明に係る外側循環ボールねじを示す分解図である。本発明に係る外側循環ボールねじを示す上面概略図である。本発明に係るスルーホール及びリターンスロットが非接線相互接続である概略図を示す。従来のリターンチャンネル及び前記スルーホールが接線相互接続である状況において、前記リターン半径が０．７ｍｍである条件で生じる衝突力のデータ図を示し、座標の各折れ線は各ボールが異なる時間点で発生する衝突力を示し、横軸は時間を示し、時間の単位は秒（Ｓ）であり、縦軸は衝突力を示し、衝突力の単位はニュートン（Ｎ）である。従来のリターンチャンネル及び前記スルーホールが接線相互接続である状況において、前記リターン半径が０．８ｍｍである条件で生じる衝突力のデータ図を示す。従来のリターンチャンネル及び前記スルーホールが接線相互接続である状況において、前記リターン半径が０．９ｍｍである条件で生じる衝突力のデータ図を示す。本発明に係るスルーホール及びリターンスロットが非接線相互接続である状況において、前記リターン半径が０．８ｍｍである条件で生じる衝突力のデータ図を示す。本発明に係るスルーホール及びリターンスロットが非接線相互接続である状況において、前記リターン半径が０．８５ｍｍである条件で生じる衝突力のデータ図を示す。本発明に係るスルーホール及びリターンスロットが非接線相互接続である状況において、前記リターン半径が０．９ｍｍである条件で生じる衝突力のデータ図を示す。本発明に係るスルーホール及びリターンスロットが非接線相互接続である状況において、前記リターン半径が１．０ｍｍである条件で生じる衝突力のデータ図を示す。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る外側循環ボールねじについて具体的に説明する。

まず、図２～４を参照しながら、本発明の一実施形態に係る外側循環ボールねじを詳しく説明する。外側循環ボールねじは下記部材で構成されている。

＜スクリューシャフト＞
スクリューシャフト１０は軸Ｌに沿って延伸し、前記スクリューシャフト１０の外周面には雄ネジ溝１１を有し、前記軸Ｌは軸方向Ｘを定義している。

＜ナット＞
ナット２０は前記スクリューシャフト１０に覆設され、前記スクリューシャフト１０を貫設するための貫通穴２０Ａを有し、対応する内壁２１及び外壁２２を有している。前記外壁２２は平面であり、前記内壁２１は前記貫通穴２０Ａに対向し、前記内壁２１は雌ネジ溝２１１を有し、前記雌ネジ溝２１１は前記雄ネジ溝１１に対応している。前記雌ネジ溝２１１と前記雄ネジ溝１１との間にはボールチャンネルＴ１が形成されている。
前記ナット２０は２つの第一ネジ穴２３及び２つのスルーホール２４を有し、前記２つのネジ穴２３及び前記２つのスルーホール２４は前記外壁２２を貫通し、前記ボールチャンネルＴ１は前記２つのスルーホール２４に連通されている。前記２つのスルーホール２４は前記外壁２２を貫通する箇所が開口縁端２４１であり、前記スルーホール２４の延伸方向は垂直方向Ｙである。

＜複数のボール＞
複数のボール３０は前記ボールチャンネルＴ１に循環回転するように設置され、前記ボール３０の直径はボール径ＢＤと定義している。具体的な実施例において、前記ボール径ＢＤは１．０ｍｍ～０．４ｍｍの間の範囲である。

＜リターン部材＞
リターン部材４０は前記ナット２０の前記外壁２２に結合され、前記リターン部材４０は前記外壁２２に対向する当接面４０Ａを有している。前記当接面４０Ａは平面であり、前記当接面４０Ａはリターンスロット４１を有し、前記リターンスロット４１及び前記２つのスルーホール２４が共同でリターン経路Ｔ２を構成している。前記リターン経路Ｔ２は前記ボールチャンネルＴ１に連通され、前記リターンスロット４１は順に接続されているリターン部分４１１と、継続部分４１２と、ガイド部分４１３と、を備えている。
前記リターン部分４１１は１つの前記スルーホール２４に連通され、前記ガイド部分４１３は他の前記スルーホール２４に連通されている。前記リターン部分４１１は前記スルーホール２４に連接されている一端に接続縁端４１１Ａを有し、前記接続縁端４１１Ａは前記開口縁端２４１に当接し、前記リターン部分４１１の他端は前記継続部分４１２に接続されている。前記リターン部分４１１の延伸方向は前記軸方向Ｘ及び前記垂直方向Ｙの分量を含み、前記リターン部分４１１が対応する外壁面４１１Ｂは弧形を呈し、前記リターン部分４１１は基準点Ａの周囲を旋回している。前記外壁面４１１Ｂは前記基準点Ａを円心とし、前記外壁面４１１Ｂは前記基準点Ａとの間にリターン半径Ｒの距離を開いている。前記リターン半径Ｒの長さは前記ボール径ＢＤの１．２倍に等しいかそれより長く、前記ボール径ＢＤの１．５倍に等しいかそれより短い。

前記開口縁端２４１及び前記接続縁端４１１Ａの接続箇所は非接線相互接続であり、前記リターン経路Ｔ２が非接線型の経路を呈している。

これにより、リターンスロット４１のリターン部分４１１の接続縁端４１１Ａ及びスルーホール２４の開口縁端２４１が非接線相互接続であるため、従来の接線接続の設計と比較し、同じリターン半径Ｒで本発明に係るリターン部分４１１の旋回空間が小さくなり、ボール３０がリターン部分４１１の外壁面４１１Ｂに衝突する位置が接続縁端４１１Ａの箇所に近接し、ボール３０が外壁面４１１Ｂに衝突する反作用力のうち軸方向Ｘに沿った分力が大きくなる。このため、前方にあるボール３０がリターン部分４１１に沿って継続部分４１２に進入する過程で後方にあるボール３０に押されにくくなり、衝突力が小さくなり、リターンがスムーズになる。

前記リターン部材４０は２つの第二ネジ穴４３をさらに有し、前記２つの第二ネジ穴４３の位置は前記２つの第一ネジ穴２３の位置にそれぞれ対応し、前記第一ネジ穴２３及び前記第二ネジ穴４３にそれぞれ貫設されて前記リターン部材４０を前記ナット２０にロックするための２つのロック部材５０をさらに有している。

好ましくは、前記リターン部材４０は２つの延伸部４２をさらに有し、これら前記延伸部４２は前記当接面４０Ａから延伸し、そのうちの１つの前記延伸部４２は前記リターン部分４１１に隣接し、他の前記延伸部４２は前記ガイド部分４１３に隣接し、これら前記延伸部４２はこれら前記スルーホール２４にそれぞれ進入している。

以上、本発明の各実施例は主要部材の形態の説明であり、本発明の効果については以下に説明する。

ボール９０が従来のリターンアッパーカバー８０を通過する際にリターンチャンネル８１に対し与える衝撃力をコンピューターによりシミュレーションする。
図５Ａ乃至図５Ｃは従来のリターンチャンネル８１及び前記スルーホール７１が接線相互接続であり、ボール径が０．６ｍｍである状況において、ボール９０がリターンチャンネル８１を通過する際に与える衝撃力を示し、座標中の各折れ線は各ボール９０がリターンチャンネル８１内で異なる時間点で発生する衝突力を示し、図中の横軸は時間を示し、時間の単位は秒（Ｓ）であり、縦軸は衝突力を示し、衝突力の単位はニュートン（Ｎ）である。前記リターン半径が０．７ｍｍである場合（図５Ａ参照）、ボール９０の平均衝突力は１３Ｎであり、ボール９０の最大衝突力は３５．３７Ｎである。リターン半径が０．８ｍｍである場合（図５Ｂ参照）、ボール９０の平均衝突力は１．５Ｎであり、ボール９０の最大衝突力は３．０９Ｎである。リターン半径が０．９ｍｍである場合（図５Ｃ参照）、ボール９０の平均衝突力は３．７Ｎであり、ボール９０の最大衝突力は６．４７Ｎである。

ボール３０が本発明のリターン部材４０を通過する際にリターンスロット４１に対し与える衝撃力をコンピューターによりシミュレーションする。
図５Ｄ乃至図５Ｆは本発明に係るスルーホール２４及びリターンスロット４１が非接線相互接続であり、且つボール径ＢＤが０．６ｍｍである状況において、ボール３０がリターンスロット４１を通過する際に与える衝撃力を示し、座標中の各折れ線は各ボール３０がリターンスロット４１内で異なる時間点で発生する衝突力を示し、図中の横軸は時間を示し、縦軸は衝突力を示す。前記リターン半径Ｒが０．８ｍｍである場合（図５Ｄ参照）、ボール３０の平均衝突力は０．２９Ｎであり、ボール３０の最大衝突力は０．７５Ｎである。リターン半径Ｒが０．８５ｍｍである場合（図５Ｅ参照）、ボール３０の平均衝突力は０．２６Ｎであり、ボール３０の最大衝突力は０．８９Ｎである。リターン半径Ｒが０．９ｍｍである場合（図５Ｆ参照）、ボール３０の平均衝突力は０．３８Ｎであり、ボール３０の最大衝突力は０．６６Ｎである。

また、図５Ｇは前記スルーホール２４及びリターンスロット４１が非接線相互接続であり、且つボール径ＢＤが０．６ｍｍである状況において、リターン半径Ｒが１．０ｍｍである場合、リターン半径Ｒの長さがボール径ＢＤの１．５倍に等しいかそれより短いという条件を満たせないことを示す。よって、テストの結果、ボール３０が詰まってスムーズにリターンしなくなる。

上述のように、リターン半径Ｒが同じ０．８ｍｍであっても、スルーホール２４及びリターンスロット４１が非接線相互接続である場合、ボール３０の平均衝突力は僅か０．２９Ｎにすぎず、リターンチャンネル８１及び前記スルーホール７１が接線相互接続である場合、ボール９０の平均衝突力が１．５Ｎまで上昇する。
また、リターン半径Ｒが同じ０．９ｍｍであっても、スルーホール２４及びリターンスロット４１が非接線相互接続である場合、ボール３０の平均衝突力は僅か０．３８Ｎにすぎず、リターンチャンネル８１及び前記スルーホール７１が接線相互接続である場合、ボール９０の平均衝突力が３．７Ｎまで上昇する。

前述のように、本発明は主に前記リターン半径Ｒの長さを前記ボール径ＢＤの１．２倍に等しいかそれより長く、前記ボール径ＢＤの１．５倍に等しいかそれより短くなるように限定し、且つ前記開口縁端２４１及び前記接続縁端４１１Ａの接続箇所を非接線相互接続とすることにより、ボール３０の流動がスムーズではないために生じるボールが押し合う問題を効果的に抑制している。

本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。

１０スクリューシャフト
１１雄ネジ溝
２０ナット
２０Ａ貫通穴
２１内壁
２１１雌ネジ溝
２２外壁
２３第一ネジ穴
２４スルーホール
２４１開口縁端
３０ボール
４０リターン部材
４０Ａ当接面
４１リターンスロット
４１１リターン部分
４１１Ａ接続縁端
４１１Ｂ外壁面
４１２継続部分
４１３ガイド部分
４２延伸部
４３第二ネジ穴
５０ロック部材
Ｌ軸
Ｔ１ボールチャンネル
Ｔ２リターン経路
Ａ基準点
Ｒリターン半径
ＢＤボール径
Ｘ軸方向
Ｙ垂直方向
７０ナット
７１スルーホール
８０リターンアッパーカバー
８１リターンチャンネル
８１１リターン部分
８１１Ａ壁面
８１２延伸部分
９０ボール
Ｚ移動方向

Claims

スクリューシャフトと、
前記スクリューシャフトに覆設され、スクリューシャフトとの間にボールチャンネルを有し、前記ボールチャンネルに連通されている少なくとも１つのスルーホールを有し、前記スルーホールは開口縁端を有しているナットと、
前記ボールチャンネルに循環回転するように設置され、前記ボールの直径をボール径と定義している複数のボールと、
前記ナットに結合され、前記スルーホールに連通されているリターンスロットを有し、前記リターンスロットは前記スルーホールに接続されているリターン部分を有し、前記リターン部分は前記スルーホールに接続されている一端に接続縁端を有し、前記接続縁端は前記開口縁端に当接し、前記開口縁端と前記接続縁端との接続箇所は非接線相互接続であり、前記リターン部分は基準点の周囲を旋回し、前記リターン部分は外壁面に対応し、前記外壁面は弧形を呈していると共に前記基準点を円心とし、前記外壁面と前記基準点との間にはリターン半径の距離が開き、前記リターン半径の長さは前記ボール径の１．２倍に等しいかそれより長く、前記ボール径の１．５倍に等しいかそれより短いリターン部材と、を備えていることを特徴とする、
外側循環ボールねじ。
前記ボール径は１．０ｍｍ～０．４ｍｍの間の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の外側循環ボールねじ。
前記リターンスロットは継続部分及びガイド部分をさらに備え、前記リターン部分の前記スルーホールと接続される一端と別の他端は前記継続部分に接続され、前記継続部分は前記ガイド部分に接続され、前記スルーホールの数量は２つであり、前記ガイド部分は他の前記スルーホールに連通されていることを特徴とする請求項１に記載の外側循環ボールねじ。
前記ナットは前記スクリューシャフトを貫設するための貫通穴を有し、前記スクリューシャフトは雄ネジ溝を有し、前記ナットは対応する内壁及び外壁を有し、前記内壁は前記貫通穴に対向し、前記内壁は雌ネジ溝を有し、前記雌ネジ溝は前記雄ネジ溝に対応し、前記雌ネジ溝と前記雄ネジ溝との間には前記ボールチャンネルが形成され、前記リターン部材は前記ナットの前記外壁に結合され、前記開口縁端は前記スルーホールが前記外壁を貫通する箇所であることを特徴とする請求項１に記載の外側循環ボールねじ。
前記ナットは２つの第一ネジ穴を有し、前記リターン部材は２つの第二ネジ穴を有し、これら前記第二ネジ穴の位置はこれら前記第一ネジ穴の位置にそれぞれ対応し、これら前記第一ネジ穴及びこれら前記第二ネジ穴にそれぞれ貫設されている２つのロック部材をさらに有していることを特徴とする請求項１に記載の外側循環ボールねじ。