JP5124554B2 - チェーン式伝動部材 - Google Patents

Description

本発明は伝動部材に係り、特に回転運動をリニア運動に変換するとともに、転がり体間にチェーンを取り付けるチェーン式伝動部材に関する。

最近は、高速化、静音化、及び長寿命化を満たす伝動部材が、より一層強く求められている。そのため、伝動部材には、転がり体を所定の間隔で隔てる連結チェーンを装着している。これにより、伝動部材では、隣り合う転がり体が転がっているときに、互いに衝突することを防止し、しかも回流経路を通過しているときにも、転がり体が位相のずれを生じることなく、その循環がスムーズに行われ、故に高速化と長寿命化が実現されるようになっている。

上記公知の技術として、例えば、アメリカ合衆国特許第６０８９１１７号（特許文献１）、第６２８６３８３号（特許文献２）には、連結チェーンを備えた伝動部材が開示されている。特許文献１（同明細書中の図２、図８及び図１７を参照されたい）には、導引部材８の両端が、連結チェーンを導引するための導引段１５を具備する、という構成が開示されている。しかし、転がり体が負荷領域（ナットとねじ軸との間の領域をいう）を通過しているときの連結チェーンの運動状況が一切記載されていない。また、特許文献２には、ナット内部において、ナット内面に嵌合した一つの螺旋部材を付設することにより、負荷領域における連結チェーンの動きを導引するものが開示されている。しかし、特許文献２は、特許文献１と同様に、負荷領域における連結チェーンの運動状況について一切記載されていない。

一方、図１と図２を参照されたい。連結チェーンは主に、転がり体７３の両側に設置される間隔部７２と、各間隔部７２を連結する連結部７１とにより構成される。該連結部７１は負荷領域において、ねじ軸外面５２とナット内面６２の間に位置され、その厚さＴがねじ軸５及びナット６の寸法を基にして算出される必要がある。そうしなければ、該連結部７１は、図１に示すように、ねじ軸外面５２と貼り合って摩擦を生じ、いわゆる干渉現象を生じるようになる。さらに、該連結部７１に、図２に示すようなねじり現象が発生する場合がある。この場合は、転がり体７３が間隔部７２と貼り合うことがなくなり、間隔部７２の片辺が力を受けるしかなくなる。このため、連結チェーンは摩損が加速され、寿命が短縮される他、循環がスムーズに行えず、連結部の破裂をも引き起こす恐れがある。そして、伝動部材は使用ができなくなるか、又は寿命が短縮されるようになる。

アメリカ合衆国特許第６０８９１１７号 アメリカ合衆国特許第６２８６３８３号

そこで、上記した従来技術の問題点に鑑み、本発明者は、研究に研究を重ねて改良した後、漸く下記目的を達成できる発明を生み出すことができた。

すなわち、本発明の主な目的は、連結チェーンが伝動部材の循環中において干渉現象を生じることなく、ねじり現象を確実に防止できるチェーン式伝動部材を提供することにある。

上記目的を解決するためになされた本発明の請求項１は、外面に螺旋状のねじ軸用転がり溝が形成されるねじ軸と、前記ねじ軸を穿設するための貫通孔と、前記貫通孔内面に前記ねじ軸用転がり溝に対応して形成されるナット用転がり溝と、前記ねじ軸用転がり溝と前記ナット用転がり溝とにより形成される負荷経路を有するナットと、前記ナットに設けられるとともに、前記負荷経路と連通して無限循環経路を形成する回流経路を有する回流部材と、前記無限循環経路に案内されるとともに、複数の転がり体と連結チェーンを有する転がり体案内モジュールと、からなり、前記連結チェーンは、複数の間隔部と連結部を具え、前記間隔部は、前記転がり体間に位置され、これにより、前記各転がり体を所定の距離で隔て、前記連結部は、前記間隔部の側面において前記各間隔部を連結し、前記転がり体は、前記ねじ軸用転がり溝とナット用転がり溝と接触し、且つ前記転がり体と前記ねじ軸用転がり溝との接触点から前記ねじ軸外面までの距離が、前記転がり体と前記ナット用転がり溝との接触点から前記ナット内面までの距離より小さくなるか、又は前記転がり体の中心から前記ナット内面までの距離が、前記転がり体の中心から前記ねじ軸外面までの距離より小さくなり、前記ねじ軸の外径が下記の関係式により、算出され、
ここで、ＯＤはねじ軸の外径、ＢＤは転がり体の直径、ＰＣＤはピッチ円の直径、ｓは転がり体間の距離、Ｋは連結部の厚さ、Ｔは連結部表面からねじ軸外面間までの距離であり、さらに、前記ねじ軸外面と前記ナット内面間における間隙の中心が描く円の直径ＣＤが前記ピッチ円の直径ＰＣＤより小さくなるように構成したことを特徴とするチェーン式伝動部材である。なお、ピッチ円とは、負荷経路における転がり体の中心が連続的に描いていく円の直径を意味する。

本発明の請求項２は、請求項１において、前記ねじ軸用転がり溝と前記ナット用転がり溝とは、歯の形状が異なって形成される。

なお、従来技術では、連結チェーンがねじ軸外面に沿って螺旋運動しているとき、その連結部がピッチ円の直径に従って運動軌道に乗ることなく、ピッチ円の直径より小さい運動軌道に乗るようになっている。このため、前記連結部とねじ軸外面とは干渉が生じやすく、故にねじり変形が発生する。これにより、転がり体が間隔部と貼り合わなくなり、連結チェーンが負荷経路においてスムーズに移動できなくなる。このような従来技術の問題点を解決するために、本発明では、転がり体とねじ軸用転がり溝との任意の一つの接触点からねじ軸外面までの距離が、転がり体とナット用転がり溝との任意の一つの接触点からナット内面までの距離より小さく（又は、転がり体の中心からナット内面までの距離が、転がり体の中心からねじ軸外面までの距離より小さく）なるように構成する。

上記した構成を達成するために、少なくとも、下記の二つの方式を採用することができる。
＜イ＞ねじ軸用転がり溝とナット用転がり溝の歯の形状を異に形成することにより、ねじ軸用転がり溝とナット用転がり溝と転がり体との接触点をコントロールする。
＜ロ＞ねじ軸の外径を上記した関係式に基づいて算出する。これにより、ねじ軸の外径をより効果的に縮小する。

本発明は、上述した構成を有するものであるため、連結チェーンがナット内面に向かう方向に移動することにより、ねじ軸外面との間に一定の距離を生じることができる。その結果、連結チェーンの連結部と軸外面とは、干渉が生じなくなり、連結チェーンは負荷経路においてスムーズに移動することができる。

公知のチェーン式伝動部材の軌道運行状況を示す説明図である。 公知のチェーン式伝動部材の軌道運行状況を示す説明図である。 本発明に係るチェーン式伝動部材を示す斜視図である。 本発明に係るチェーン式伝動部材のナットを取り除いた後の斜視図である。 本発明に係るチェーン式伝動部材の軌道運行状況を示す説明図である。 本発明におけるねじ軸とナットの外径の関係式に用いた符号の補足説明図である。 本発明における転がり体、ねじ軸用転がり溝、ナット用転がり溝の接触点の説明図である。

以下、本発明の特徴及び技術内容をより一層理解するために、本発明に係る実施形態及び図面を参照されたい。但し、当該実施形態又は図面などは単に本発明を説明または参考するために用いられるもので、本発明に対して如何なる制限はない。

図３乃至図７を参照されたい。本発明のチェーン式伝動部材は主にねじ軸１と、ナット２と、回流部材３と、転がり体案内モジュール４と、を含む。

ねじ軸１は、図３と図４に示すように、長柱状を呈し、外面にねじ軸用転がり溝１１が形成される。ナット２は、ねじ軸１を穿設するための貫通孔２３と、前記貫通孔２３内面に前記ねじ軸用転がり溝１１に対応して形成されるナット用転がり溝２１と、前記ねじ軸用転がり溝１１と前記ナット用転がり溝２１とにより形成される負荷経路を含む。

回流部材３は、前記ナット２に設けられており、前記負荷経路と連通して無限循環経路を形成する一つの回流経路（図示せず）を有する。

転がり体案内モジュール４は、前記無限循環経路内に設けられており、複数の転がり体４３と一つの連結チェーンを有する。前記連結チェーンは、複数の間隔部４２と二つの連結部４１を具え、前記間隔部４２は、前記転がり体４３間に位置され、これにより、前記各転がり体４３を転がり体間の距離ｓで隔てる。前記連結部４１は、前記間隔部４２の側面において前記各間隔部４２を連結する。

前記転がり体４３は、前記ねじ軸用転がり溝１１とナット用転がり溝２１と接触し、且つ前記転がり体４３と前記ねじ軸用転がり溝１１との任意の一つの接触点６２からねじ軸外面１２までの距離Ｃ２を、前記転がり体４３と前記ナット用転がり溝２１との任意の一つの接触点６１からナット内面２２までの距離Ｃ１より小さくなるように構成する。また、換言すれば、転がり体の中心４３１から前記ナット内面２２までの距離が、前記転がり体の中心４３１から前記ねじ軸外面１２までの距離より小さくなるように構成してもよい。

本発明では、転がり体４３とねじ軸用転がり溝１１との任意の一つの接触点６２からねじ軸外面１２までの距離Ｃ２が、転がり体４３とナット用転がり溝２１との任意の一つの接触点６１からナット内面２２までの距離Ｃ１より小さくなるようにしたので、ナット内面２２に向かう方向に連結部４１を移動させることにより、連結部４１とねじ軸外面１２との間には、一つの距離Ｔを発生させることができる。その結果、連結部４１とねじ軸外面１２とは、干渉が生じなくなり、連結チェーンは負荷経路において、よりスムーズに移動することができる。

そうしなければ、連結チェーンがねじ軸外面に沿って螺旋運動しているとき、その連結部４１がピッチ円の直径ＰＣＤに従って運動軌道に乗ることなく、ピッチ円の直径ＰＣＤより小さい運動軌道に乗るようになっている。このため、連結部４１はねじ軸外面１２との干渉を生じやすく、故にねじり変形が発生する。これにより、転がり体４３が間隔部４２と貼り合わなくなり、片辺のみでの摩損が発生するという問題をもたらすようになる。その結果、連結チェーンが負荷経路においてスムーズに移動できなくなる。なお、ピッチ円とは、転がり体４３が負荷経路を転がっているとき、転がり体の中心４３１が連続的に移動して形成される円の直径をいう。

ところで、伝動部材の転がり体４３とねじ軸用転がり溝１１との任意の一つの接触点６２からねじ軸外面１２までの距離Ｃ２を、転がり体４３とナット用転がり溝２１との任意の一つの接触点６１からナット内面２２までの距離Ｃ１より小さくなるように構成するためには、以下のような二つの方法を採用することができる。

＜イ＞ねじ軸用転がり溝１１とナット用転がり溝２１を加工する際に、両者の歯の形状又は断面の形状を相違させる加工成型により、ねじ軸用転がり溝１１と、ナット用転がり溝２１と、転がり体４３との接触点をコントロールする。

＜ロ＞ねじ軸１の外径を縮小することにより、上記構成を実現することができる。すなわち、ねじ軸１の外径は、下記の公式により算出して決定することができる（図６を参照）。
ここで、ＯＤはねじ軸の外径、ＢＤは転がり体の直径、ＰＣＤはピッチ円の直径、ｓは転がり体間の距離、Ｋは連結部の厚さ、Ｔは連結部表面からねじ軸外面間までの距離である。

以上を総合すると、本発明は、連結チェーンの連結部がねじ軸外面との干渉を発生しないので、伝動部材の効能及び使用寿命を大幅に向上させることができる。

なお、以上の内容は本発明の好ましい実施の形態であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなしえる修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、かつこの発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。

本発明に係る部分
１ ねじ軸
１１ ねじ軸用転がり溝
１２ ねじ軸外面
２ ナット
２１ ナット用転がり溝
２２ ナット内面
２３ 貫通孔
３ 回流部材
４ 転がり体案内モジュール
４１ 連結部
４２ 間隔部
４３ 転がり体
４３１ 転がり体の中心
６１ 接触点
６２ 接触点
Ｃ１ 転がり体４３とナット用転がり溝２１との接触点６１からナット内面２２までの距離
Ｃ２ 転がり体４３とねじ軸用転がり溝１１との接触点６２からねじ軸外面１２までの距離
ＯＤ ねじ軸の外径
ＢＤ 転がり体の直径
ＰＣＤ ピッチ円の直径
ｓ 転がり体間の距離
Ｋ 連結部の厚さ
Ｔ 連結部表面からねじ軸外面間までの距離
公知の技術に係る部分
５ ねじ軸
５１ 転がり溝
５２ ねじ軸外面
６ ナット
６１ 転がり溝
６２ ナット内面
７１ 連結部
７２ 間隔部
７３ 転がり体
Ｔ 厚さ

Claims (2)

1. 外面に螺旋状のねじ軸用転がり溝が形成されるねじ軸と、
   前記ねじ軸を穿設するための貫通孔と、前記貫通孔内面に前記ねじ軸用転がり溝に対応して形成されるナット用転がり溝と、前記ねじ軸用転がり溝と前記ナット用転がり溝とにより形成される負荷経路を有するナットと、
   前記ナットに設けられるとともに、前記負荷経路と連通して無限循環経路を形成する回流経路を有する回流部材と、
   前記無限循環経路に案内されるとともに、複数の転がり体と連結チェーンを有する転がり体案内モジュールと、からなり、
   前記連結チェーンは、複数の間隔部と連結部を具え、
   前記間隔部は、前記転がり体間に位置され、これにより、前記各転がり体を所定の距離で隔て、
   前記連結部は、前記間隔部の側面において前記各間隔部を連結し、
   前記転がり体は、前記ねじ軸用転がり溝とナット用転がり溝と接触し、且つ前記転がり体と前記ねじ軸用転がり溝との接触点から前記ねじ軸外面までの距離が、前記転がり体と前記ナット用転がり溝との接触点から前記ナット内面までの距離より小さくなるか、又は前記転がり体の中心から前記ナット内面までの距離が、前記転がり体の中心から前記ねじ軸外面までの距離より小さくなり、前記ねじ軸の外径が下記の関係式により、算出され、
   ここで、ＯＤはねじ軸の外径、ＢＤは転がり体の直径、ＰＣＤはピッチ円の直径、ｓは転がり体間の距離、Ｋは連結部の厚さ、Ｔは連結部表面からねじ軸外面間までの距離であり、
   さらに、前記ねじ軸外面と前記ナット内面間における間隙の中心が描く円の直径ＣＤが前記ピッチ円の直径ＰＣＤより小さくなるように構成したことを特徴とするチェーン式伝動部材。
2. 前記ねじ軸用転がり溝と前記ナット用転がり溝とは、歯の形状が異なって形成されたことを特徴とする、請求項１に記載のチェーン式伝動部材。