JP4353377B2

JP4353377B2 - ボールねじ用回流通路の構造

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Publication number: JP4353377B2
Application number: JP2006004177A
Authority: JP
Inventors: 陳▲彦▼羽; 鄒健偉
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2026-01-11
Also published as: JP2007187201A

Description

本発明は、ボールねじ用回流通路の構造に係り、特に、回流用湾折通路の内側の曲率半径をより小さくして、回流用湾折通路の断面形状を非正円形状にすることにより、離間具の通過が順調になるボールねじ用回流通路の構造に関するものである。

目下、ボールねじにおいて、各ボールの転がりを順調にし騒音を低減するために、各ボールの間に離間具を設置することは一般である。

各ボールの間に離間具を設置する場合に、離間具の寸法の設計は極めて重要なことであり、離間具の寸法が小さすぎると、ボールの間に設置された離間具は緩みになり、ひいては倒れた離間具がボールの転がりを妨害し、また、離間具の寸法が大きすぎると、離間具の外縁は通路の壁面と接触して干渉が発生し、ひいてはボールの転がりが乱される。だから、離間具の寸法をボールの直径よりもやや小さくすることは一般であり、例えば米国特許第６７４２４０８号公報の記載では、離間具の最大外径をボールの直径の0.5〜0.9倍に設定することにより、上記問題を解決する。

図１は従来の外部循環式ボールねじの構造を示す概略図であって、ナット８１には螺旋溝８２に対応して回流穴８３を開設して湾折管８４を組付けることにより、ボール７を回流する。

外部循環式ボールねじは、外部のスペースの制限がより少ないので、湾折管８４の曲率半径をより大きくすることができ、そうすると、離間具の最大外径をボールの直径の0.5〜0.9倍に設定することにより、離間具８５の緩みや倒れや干渉などの問題を有効に解決でき、且つボール７および離間具８５は湾折管８４内に順調に運行できる。

しかし、外部に露出した湾折管８４が外力を受けたと変形し易く、酷い場合にはボールと離間具の通過ができなくなる。また、現在のボールねじの構造は軽量化および小型化に進むので、ナットの内部に回流通路を設けるスペースは小さくなり、また、外部循環式ボールねじは小型化に不向きであるので、内部循環式ボールねじをどのように工夫して軽量化および小型化にすることは各メーカの課題である。

図２は従来の内部循環式ボールねじの構造を示す概略図であって、ナット９１に回流穴９２が開設してあり、前記回流穴９２の両端には一つの回流具９３がそれぞれ設けてあり、各回流具９３にはボール７と離間具９４を通過するための回流用湾折通路９３１がそれぞれ設けてある（例えば米国特許第６１７６１４９号参照）。

しかしながら、小型化の設計において、ナットの外径が縮小になるので、回流具９３の回流用湾折通路９３１の曲率半径も縮小になる。回流用湾折通路９３１の曲率半径が縮小になった後、ボール７は依然として通過できるが、ボールの間に設置された離間具９４は、二つのボールに挟まれて移動し、すなわち、転がり方式で通過するのではないので、回流用湾折通路９３１において離間具９４が内側へ押され、ひいては離間具９４が回流用湾折通路９３１の内縁面に当接してボールが運行不能になることがあり、図３に示すのは、ボール７が正常に回流できなくなった状態である。

ボールねじの技術分野において、上記課題を解決するための提案は提出されていない。だが、リニアガイドウェーの技術分野において、上記課題を解決するための提案は既に提出され、例えば米国特許第６５１３９７７号の記載では、リニアガイドウェーの回流通路の湾折部分と直線部分の接続箇所に面取り（chamfers）を加工することにより、直線部分から湾折部分に進入する離間具は干渉されなくなる。

しかし、上記設計によれば、離間具は、回流通路の湾折部分と直線部分の接続箇所に接触しないが、回流通路の他の部分に接触して干渉を発生する可能性はある。だから、米国特許第６５１３９７７号の出願者は再び米国特許第６６６３２８５号を提案し、あれは、ニアガイドウェーの回流通路の内縁面部分に対して改善し、すなわち、回流用湾折通路の内縁面部分の曲率半径を縮小することにより、回流用湾折通路の内縁面を内側へ後退させ、そうすると、離間具が回流用湾折通路の内縁壁面に接触する問題を回避できる。

ここで、もう一度強調したいのは、米国特許第６５１３９７７号と米国特許第６６６３２８５号の提案は全てニアガイドウェーの構造に適用する発明であり、そのままボールねじに適用しようとすると使用できない問題がある。

その原因は、ニアガイドウェーにおいて、回流用湾折通路の利用可能なスペースはより大きいので、ニアガイドウェーの回流用湾折通路は一般に曲率半径のより大きい半円形状に設計され、半円形状を持つ回流用湾折通路を二つの互いに平行する直線通路に接続し、だから、ニアガイドウェーの回流用湾折通路の内縁面部分は同心円の半径を縮小する設計を採用することができる。

しかし、ボールねじにおいて、回流用湾折通路がエンドプラグの内部に設けられることは一般であり、図４に示すように、エンドプラグ６の回流用湾折通路６１の両端には直線状の案内通路６２，６３を設けることが必要であり、前記案内通路６２，６３は、ナットの螺旋溝６４と、ナットの軸線方向に平行する回流穴６５とにそれぞれ接続し、だから、回流用湾折通路６１の両端の成し角度は９０度よりも小さく、ここで、ボールねじのエンドプラグに、米国特許第６６６３２８５号の記載の同心円の半径を縮小する設計を採用すると、図５に示すように、回流用湾折通路６１の両端の前記案内通路６２，６３と螺旋溝６４および回流穴６５の間に段差Ｇが発生し、そうすると、ボールの運行が妨害され、酷い場合には、ボールは運行不能になる。上記説明から明らかなように、離間具が回流用湾折通路の内縁壁面に接触する問題について、米国特許第６６６３２８５号の記載の同心円の半径を縮小する設計は、そのままボールねじに適用することができない。

本発明の主な目的は、回流用湾折通路の内側の曲率半径をより小さくして、回流用湾折通路の断面形状を非正円形状にすることにより、ボールに挟まれる離間具は回流用湾折通路を順調に通過できるボールねじ用回流通路の構造を提供する。

上記目的を達成するためになされた本願の発明は、一つのねじ軸と一つのナットを組付けてボールねじが構成され、前記ねじ軸とナットの対向面には螺旋溝がそれぞれ設けてあり、前記螺旋溝には、ボールと、ボールを離間するための離間具とが多数に設けてあり、前記ナットには軸線方向に延びた回流穴が開設してあり、前記回流穴の両端には一つのエンドプラグがそれぞれ設けてあり、各エンドプラグの内部には前記螺旋溝と前記回流穴を連接するための回流通路が設けてあり、多数のボール及び離間具が前記回流通路内に回流し、前記回流通路は、一つの回流用湾折通路と、前記回流用湾折通路の両端と前記螺旋溝と前記回流穴を連接し直線状を呈する案内通路とを含み、前記回流用湾折通路は一つの内案内面と一つの外案内面とから構成されたものであり、前記内案内面が内円弧線に接続し、前記外案内面が外円弧線に接続し、離間具の外径をＳとし、離間具の内側へ押えられる最大変位量をｙとし、回流構造の二つの案内通路の中心から内縁面までの距離をｗとし、回流用湾折通路の本来の通路中心の曲率半径をＲとし、ボールの半径をＢとし、離間具の中心の厚さ（すなわち、隣接する二つの離間具の最小距離）をｄとし、内円弧線Ｉの最大後退量をｘとし、回流用湾折通路の本来の内縁面の曲率半径をｒとし、ｒから二つの案内通路の内縁面の交差点までの距離をｍとし、二つの案内通路の内縁面の成し角度をαとし、後退後の内円弧線Ｉの曲率半径をｒ２としたとき、数式１によって求められる最大後退量ｘと後退後の内円弧線Ｉの曲率半径ｒ２を求め、内縁面の成し角度αの分角線に沿って内円弧線Ｉの円心を求めることによって、後退後の内円弧線Ｉに接する内案内面の曲がり程度を緩和し、前記内案内面と前記外案内面とから構成された前記回流用湾折通路の断面形状を非正円形にし、前記回流用湾折通路を通過する際に離間具が前記内案内面に接触しないことを特徴とするものである。

本願の発明では、前記外案内面の断面形状は半円形状を呈し、且つ前記外案内面の直径は少なくとも前記ボールの直径と同じであり、前記内案内面の断面形状は一つの円弧段と一つの直線段とを有するＵ字形を呈し、前記円弧段の直径は少なくとも前記ボールの直径と同じであり、且つ前記直線段により前記円弧段が前記外案内面と接続し、前記回流用湾折通路の断面形状は長形円形を呈することを特徴とする請求項１に記載のボールねじ用回流通路の構造であることを要旨としている。

本願の発明では、前記外案内面の断面形状は円弧形状を呈し、且つ前記外案内面の直径は少なくとも前記ボールの直径と同じであり、前記内案内面の断面形状も円弧形状を呈し、且つ前記内案内面の直径は少なくとも前記離間具の直径よりも大きくて前記ボールの直径よりも小さく、前記内案内面と前記外案内面を接合すると非正円形断面形状を呈する回流用湾折通路が構成されることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ用回流通路の構造であることを要旨としている。

本発明に係るボールねじ用回流通路の構造によれば、ボールに挟まれる離間具は回流用湾折通路を順調に通過できるという効果がある。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず、図６乃至図８を参照する。本発明に係る実施例１のボールねじは、一つのねじ軸１と一つのナット２を組付けて構成され、前記ねじ軸１とナット２の対向面には螺旋溝１１，２１がそれぞれ設けてあり、前記螺旋溝１１，２１には、ボール３と、ボール３を離間するための離間具４とが多数に設けてあり、前記ナット２には軸線方向に延びた回流穴２２が開設してあり、前記回流穴２２の両端には一つのエンドプラグ５がそれぞれ設けてあり、各エンドプラグ５の内部には前記螺旋溝２１と前記回流穴２２を連接するための回流通路が設けてあり、多数のボール３及び離間具４が前記回流通路内に回流する。

また、図７を参照する。前記回流通路は、一つの回流用湾折通路５１と、前記回流用湾折通路５１の両端と前記螺旋溝２１と前記回流穴２２を連接し直線状を呈する案内通路５２，５３とを含み、前記回流用湾折通路５１は、図８に示すように、一つの内案内面５１１と一つの外案内面５１２とから構成されたものであり、前記内案内面５１１が内円弧線Ｉに接続し、前記外案内面５１２が外円弧線Ｏに接続し、前記内円弧線Ｉの長さは円周長さの1/2よりも小さく、且つ前記内円弧線Ｉの円心は前記外円弧線Ｏの円心の外円弧線から遠ざかった側に位置し（すなわち、内円弧線の円心が外側へ移動し）、そうすると、前記内円弧線Ｉと前記外円弧線Ｏは平行しない形態にあり、前記内案内面５１１と前記外案内面５１２とから構成された前記回流用湾折通路５１の断面形状を非正円形にし、これにより、前記回流用湾折通路５１を通過する際に離間具４が前記内案内面５１１Ａに接触しなくなる。

本実施例では、図８に示すように、外案内面５１２の断面形状は半円形状を呈し、且つ前記外案内面５１２の直径は少なくともボール３の直径と同じであり、内案内面５１１の断面形状は一つの円弧段Ａと一つの直線段Ｂとを有するＵ字形を呈し、前記円弧段Ａの直径は少なくとも前記ボール３の直径と同じであり、且つ前記直線段Ｂにより前記円弧段Ａが前記外案内面５１２と接続し、これにより、回流用湾折通路５１の断面形状は長形円形を呈する。

また、図７と図８に示すように、離間具４は、二つのボール３に挟まれて移動し、すなわち、転がり方式で通過するのではないので、回流用湾折通路５１において離間具４が内側へ押され、だから、前記離間具４に接触されないために、回流用湾折通路５１の内案内面５１１は内側へ後退しなければいけない。出願者の研究によれば、離間具４の内側へ押される変位量は、回流用湾折通路５１の中央点に近接するほど大きくなり、また、回流用湾折通路５１の中央点から離れるほど小さくなり、だから、内円弧線Ｉの内側への後退量は離間具４の内側へ押される変位量に応じて変化するといい。すなわち、離間具４が回流用湾折通路５１の中央点に位置するときに内側へ押される最大変位量ｙを内円弧線Ｉの内側への最大後退量ｘとして、離間具４の外径Ｓと関連条件を考慮して内円弧線Ｉの半径ｒ２と各関連条件を定義する。その関係式は下記にある。

まず、離間具４の外径をＳとし、
離間具４の内側へ押えられる最大変位量をｙとし、
回流構造の二つの案内通路５２，５３の中心から内縁面までの距離をｗとし、
回流用湾折通路５１の本来の通路中心の曲率半径をＲとし、
ボール３の半径をＢとし、
離間具４の中心の厚さ（すなわち、隣接する二つの離間具の最小距離）をｄとし、
内円弧線Ｉの最大後退量をｘとし、
回流用湾折通路５１の本来の内縁面の曲率半径をｒとし、
ｒから二つの案内通路５２，５３の内縁面の交差点までの距離をｍとし、
二つの案内通路５２，５３の内縁面の成し角度をαとし、
後退後の内円弧線Ｉの曲率半径をｒ２とすれば、

上記公式（数１）により、ｘとｒ２が算出され、ｘは、内円弧線Ｉの最大後退量であり、すなわち、内円弧線Ｉの二つの案内通路５２，５３の内縁面の成し角度の分角線上の後退距離であり、また、ｒ２は後退後の内円弧線Ｉの曲率半径である。

ｘとｒ２が算出されたと、αの分角線に沿って内円弧線Ｉの円心を求めることができ、ひいては後退後の内円弧線Ｉを求めることもできる。

本発明では、内円弧線Ｉの円心を内側へ移動して、内円弧線Ｉの曲率半径ｒ２を増大することにより、前記内円弧線Ｉに外接する内案内面５１１の曲がり程度がより緩和になり（すなわち、曲率がより小さくなり）、だから、内側へ押された離間具４が内案内面５１１に接触に接触しなく、離間具４は、回流用湾折通路５１を順調に通過でき、回流用湾折通路５１の内縁壁面に接触しなくなる。

もちろん、本発明に係る回流用湾折通路の断面形状は、上記実施例１で述べた長形円形の他に、別の形状にしてもいい。図９に示すのは本発明に係る実施例２の回流用湾折通路の断面形状であって、外案内面５１２Ａの断面形状が円弧形状を呈し、且つ外案内面５１２Ａの直径は少なくとも前記ボールの直径と同じであり、また、内案内面５１１Ａの断面形状も円弧形状を呈し、且つ前記内案内面５１１Ａの直径は少なくとも前記離間具の直径よりも大きくてボールの直径よりも小さく、これにより、前記内案内面５１１Ａと前記外案内面５１２Ａを接合すると非正円形断面形状を呈する回流用湾折通路５１Ａが構成される。

回流用湾折通路において、離間具だけが内側へ押されるので、本実施例では、後退部分だけを離間具が通過可能の断面形状にし、そうすると、本実施例は実施例１と同様な効果を達成できる。

従来の外部循環式ボールねじの構造を示す概略図である。従来の内部循環式ボールねじの構造を示す概略図である。内部循環式ボールねじにおける離間具が回流用湾折通路の内縁面に当接した状態を示す概略図である。従来のボールねじの回流用湾折通路をエンドプラグに設けたことを示す概略図である。回流用湾折通路の内縁面は同心円半径縮小技術によって後退した後に、案内通路と螺旋溝と回流穴に段差が発生した状態を示す概略図である。本発明に係るボールねじの構造を示す概略図である。本発明に係る回流用湾折通路の構造を示す概略図である。本発明に係る回流用湾折通路の断面形態を示す概略図である。本発明に係る実施例２の回流用湾折通路の断面形態を示す概略図である。

１ねじ軸２ナット
１１，１２螺旋溝２２回流穴
３ボール４離間具
５エンドプラグ５１回流用湾折通路
５２，５３案内通路５１１内案内面
５１２外案内面
Ｉ内円弧線Ｏ外円弧線
Ａ半円段Ｂ直線段
Ｓ離間具の外径
ｙ離間具の内側へ押えられる最大変位量
ｗ回流構造の二つの案内通路の中心から内縁面までの距離
Ｒ回流用湾折通路の本来の通路中心の曲率半径
Ｂボールの半径
ｄ離間具の中心の厚さ
ｘ内円弧線の最大後退量
ｒ回流用湾折通路の本来の内縁面の曲率半径
ｍｒから二つの案内通路の内縁面の交差点までの距離
α 二つの案内通路の内縁面の成し角度
ｒ２後退後の内円弧線Ｉの曲率半径
５１Ａ回流用湾折通路５１１Ａ内案内面
５１２Ａ外案内面

Claims

一つのねじ軸と一つのナットを組付けてボールねじが構成され、
前記ねじ軸とナットの対向面には螺旋溝がそれぞれ設けてあり、
前記螺旋溝には、ボールと、ボールを離間するための離間具とが多数に設けてあり、
前記ナットには軸線方向に延びた回流穴が開設してあり、
前記回流穴の両端には一つのエンドプラグがそれぞれ設けてあり、
各エンドプラグの内部には前記螺旋溝と前記回流穴を連接するための回流通路が設けてあり、
多数のボール及び離間具が前記回流通路内に回流し、
前記回流通路は、一つの回流用湾折通路と、前記回流用湾折通路の両端と前記螺旋溝と前記回流穴を連接し直線状を呈する案内通路とを含み、
前記回流用湾折通路は一つの内案内面と一つの外案内面とから構成されたものであり、
前記内案内面が内円弧線に接続し、前記外案内面が外円弧線に接続し、
離間具の外径をＳとし、
離間具の内側へ押えられる最大変位量をｙとし、
回流構造の二つの案内通路の中心から内縁面までの距離をｗとし、
回流用湾折通路の本来の通路中心の曲率半径をＲとし、
ボールの半径をＢとし、
離間具の中心の厚さ（すなわち、隣接する二つの離間具の最小距離）をｄとし、
内円弧線Ｉの最大後退量をｘとし、
回流用湾折通路の本来の内縁面の曲率半径をｒとし、
ｒから二つの案内通路の内縁面の交差点までの距離をｍとし、
二つの案内通路の内縁面の成し角度をαとし、
後退後の内円弧線Ｉの曲率半径をｒ２としたとき、
下記の公式によって求められる最大後退量ｘと後退後の内円弧線Ｉの曲率半径ｒ２を求め、内縁面の成し角度αの分角線に沿って内円弧線Ｉの円心を求めることによって、後退後の内円弧線Ｉに接する内案内面の曲がり程度を緩和し、
前記内案内面と前記外案内面とから構成された前記回流用湾折通路の断面形状を非正円形にし、
前記回流用湾折通路を通過する際に離間具が前記内案内面に接触しないことを特徴とする、
ボールねじ用回流通路の構造。
前記外案内面の断面形状は半円形状を呈し、且つ前記外案内面の直径は少なくとも前記ボールの直径と同じであり、前記内案内面の断面形状は一つの円弧段と一つの直線段とを有するＵ字形を呈し、前記円弧段の直径は少なくとも前記ボールの直径と同じであり、且つ前記直線段により前記円弧段が前記外案内面と接続し、前記回流用湾折通路の断面形状は長形円形を呈することを特徴とする、請求項１に記載のボールねじ用回流通路の構造。
前記外案内面の断面形状は円弧形状を呈し、且つ前記外案内面の直径は少なくとも前記ボールの直径と同じであり、前記内案内面の断面形状も円弧形状を呈し、且つ前記内案内面の直径は少なくとも前記離間具の直径よりも大きくて前記ボールの直径よりも小さく、前記内案内面と前記外案内面を接合すると非正円形断面形状を呈する回流用湾折通路が構成されることを特徴とする、請求項１に記載のボールねじ用回流通路の構造。