JP5318894B2 - 循環ユニット、および、それを用いたボールねじ - Google Patents

Description

本発明は、循環ユニット、および、それを用いたボールねじに関するものである。

リニアアクチュエータは、機具を正確なおかつ精密に作動させることが可能であるため、様々な産業領域に汎用されている。よく見掛けられているリニアアクチュエータはボールねじ、リニアガイドまたはリニアモーターを含む。

ボールねじは、表面にねじ山を有するシャフトと、シャフトに装着されたナットと、ねじとナットとの間に配置される数多くのベアリングとを有する。ベアリングはチェーンとともに同調循環作動を行い、シャフトとナットとの間に配置されるため、ナットはシャフトに沿って回転移動することが可能である。

特許文献１により掲示された技術内容は、可撓性チェーン（Ball Connector）に数多くのボール３（Ball）を配置することによって作動の際、チェーンを各方向に湾曲させることができることである。特許文献１の図１９に示すように該案において、ナット１５２は回流管１５４が増設され、チェーン２とボール３とは回流管１５４内部を通り、回流管１５４は内壁上のあらゆるガイド溝１５７によってチェーン２の連結部５を誘導するため、チェーン２およびボール３は順調に循環し、かつナット１５２とシャフト１５０との間をベアリングすることが可能である。回流管１５４のガイド溝１５７は回流管１５４の中心から伸びるように回流管１５４内壁に配置される。チェーン２はガイド溝１５７に沿って移動することが可能である。

チェーン２は循環作動の際、作動径路によってねじれを生成するため、連結部５はガイド溝１５７上の異なる位置に異なる状態に変形する。しかしながら、ガイド溝１５７は回流管１５４内部においての断面形状が一致するため、チェーン２はガイド溝１５７に対応できず、かつガイド溝1５７内壁に過度に接触し、連結部５とガイド溝１５７との間に比較的大きい摩擦を生じさせることが原因で連結部５を余計に摩損させ、チェーン全体の使用寿命を縮減してしまう。

米国特許ＵＳ５，９９３，０６４号明細書

本発明の主な目的は、チェーンの摩損現象を減少させることによってチェーンの使用寿命を延長可能な循環ユニットを提供することである。
本発明のもう一つの目的は、成形用型を離型の簡単な構造にすることによって生産コストを削減し、生産効率を向上可能な循環ユニットを提供することである。

上述の目的を達成するために、本発明による循環ユニットは、ベアリングのボールが通る循環ユニットであって、第１接合面を有する本体および第２接合面を有する連結ユニットを備える。本体と連結ユニットとは、第１接合面と第２接合面とを合わせることで、ボールが回流径路に沿って通る通路を形成する。通路は、第一ガイド溝、および、第一ガイド溝の向かい合う両側に形成されている二つの第二ガイド溝を有する。二つの第二ガイド溝は、第一ガイド溝から延出されている第一壁面および第二壁面を有し、通路の断面は第一壁面と第二壁面との接続部を通る軸線を含み、第二ガイド溝が第一ガイド溝に向かうに従って幅広になるように、第一壁面および第二壁面のうち少なくとも一つが軸線と交わる。通路において、第一壁面および第二壁面のうち少なくとも一つと軸線との間に形成される角度は、回流径路の位置によって変化しており、軸線と第１接合面および第２接合面との間に形成される角度は、回流径路の位置によって変化している。

循環ユニットの技術特徴を実現させるために、本発明に適用されたボールねじはシャフトおよびナットを備える。シャフトは外周面にらせん状溝を有する。ナットは内周面にらせん状溝を有する。ナットはシャフトに嵌合される。循環ユニットは、ナットの位置決め面に配置される。第一壁面と位置決め面とは互いに垂直である。

通路の第二ガイド溝の技術特徴により、本発明はチェーンの変形空間をより大きくし、チェーンの摩損現象を減少させ、チェーンの使用寿命を伸ばすことが可能なだけでなく、生産コストを削減し、生産効率を向上させることが可能である。

本発明の第１実施形態による循環ユニットをボールねじに組み付けた状態を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態による循環ユニットをボールねじに組み付けた状態を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態による循環ユニットをボールねじに組み付けた状態を示す平面図である。 本発明の第１実施形態による循環ユニットの底部を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態による循環ユニットの底部を示す平面図である。 本発明の第１実施形態による循環ユニットが分解された状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態による循環ユニットを示す断面図。 図３の８−８線に沿った断面図である。 図３の９−９線に沿った断面図である。 図３の１０−１０線断面図である。 本発明の第２実施形態による循環ユニットを示す断面図である。

以下、本発明による複数の実施形態の循環ユニットの詳細な構造、特徴および使用方式を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態による循環ユニットをボールねじに組み付けた状態を示す斜視図である。
図２は、本発明の第１実施形態による循環ユニットをボールねじに組み付けた状態を示す分解斜視図である。
図３は、本発明の第１実施形態による循環ユニットをボールねじに組み付けた状態を示す平面図である。
図４は、本発明の第１実施形態による循環ユニットの底部を示す斜視図である。
図５は、本発明の第１実施形態による循環ユニットの底部を示す平面図である。
図６は、本発明の第１実施形態による循環ユニットが分解された状態を示す断面図である。
図７は、本発明の第１実施形態による循環ユニットを示す断面図。
図８は、図３の８−８線に沿った断面図である。
図９は、図３の９−９線に沿った断面図である。
図１０は、図３の１０−１０線断面図である。
図１１は、本発明の第２実施形態による循環ユニットを示す断面図である。

（第１実施形態）
図１から図３に示すのは本発明の第１実施形態によるボールねじ６０に用いる循環ユニット１０である。ボールねじ６０は、シャフト６１と、シャフト６１に嵌合されるナット６２とを備える。シャフト６１は外周面にらせん状溝６３を有する。ナット６２は内周面にらせん状溝を有する。チェーン５０は、らせん状溝に装着され、かつ数多くのベアリング５２を同調連動させ、シャフト６１とナット６２との間において循環およびベアリングさせることが可能である（図７参照）。図２に示すように、ボールねじ６０のナット６２は、外周面に位置決め面６４と、位置決め面６４からナット６２を貫通する二つの穿孔６６とを有する。

図２および図４から図６に示すように、循環ユニット１０は、互いに結合する本体お１１よび連結ユニット２０を備える。本体１１は基部１２を有する。基部１２は、頂面１３に弧状に伸びて形成された突出部１５と、底面１４上の向かい合う側に形成された二つの脚部１８とを有する。底面１４は、さらに第一陥没溝１６を有し、第一陥没溝１６は突出部１５に対応し、二つの脚部１８の間まで伸びることによって突出部１５の内部を中空にし、かつ第１接合面１９を形成する。

図６および図７に示すように、循環ユニット１０の連結ユニット２０は、頂部に形成された第２接合面２２と、第２接合面２２に形成された第二陥没溝２４とを有する。連結ユニット２０は、基部１２の底面１４の第一陥没溝１６に嵌合され、第２接合面２２を本体１１の第１接合面１９に当接させるため、循環ユニット１０の内部に通路３０が形成される。通路３０は回流径路３１に沿って循環ユニット１０を貫通する。循環ユニット１０は、ボールねじ６０のナット６２に装着され、二つの脚部１８が二つの穿孔６６に差し込まれる。通路３０はシャフト６１の表面上のらせん状溝６３の切線方向へと連続する。

通路３０の循環ユニット１０の内部には、ベアリング５２が通過可能な一つの第一ガイド溝３２が形成されている。第一ガイド溝３２の向かい合う両側には、別々に形成された二つの第二ガイド溝３４を有する。第二ガイド溝３４は、ベアリング５２のチェーン５０の両側を導引して動かす。第二ガイド溝３４は、第一ガイド溝３２から延出されている第一壁面３８および第二壁面４０を有する。第一壁面３８と第二壁面４０との間には、略円弧状の接続部４２を有する。

第二ガイド溝３４は回流径路３１上の異なる位置によって断面形状が変化する。通路３０の断面は、第一壁面３８と第二壁面４０との接続部４２の中心を通る軸線４６を含む。第二ガイド溝３４の第一壁面３８は軸線４６と交わる。第二壁面４０と軸線４６とは平行となる。本実施形態の場合、接続部４２は略円弧状であるため、軸線４６は接続部４２の円心を通る。例えば、接続部４２が円弧状でない場合、軸線４６は接続部４２の輪郭線の中央位置を通る。第一壁面３８と基部１２の底面１４との間に形成された角度Ａは約９０度である。第一壁面３８と第１接合面１９、２２との間に形成された角度Ｂは３０度から１５０度であってもよい。特に９０度が最も好ましい。角度が３０度以下または１５０度以上であれば、第１接合面１９、２２の接触面積が小さ過ぎるため、ボールねじが回転する際に、振動および騒音現象が発生しやすい。

図８〜図１０に示すように、循環ユニット１０はボールねじ６０のナット６２に装着され、チェーン５０およびベアリング５２は通路３０を貫通する。チェーン５０は二つの第二ガイド溝３４に沿って循環ユニット１０内部を循環移動し、ベアリング５２は第一ガイド溝３２に沿って循環ユニット１０内部を循環移動する。移動中のチェーン５０は、通路３０の湾曲状態に応じ、ねじれまたは回転を生じて変形する。第二ガイド溝３４の第一壁面３８は、軸線４６と交わり、第１接合面１９、２２との間で所定の角度Ｂを形成する技術特徴により、第一壁面３８から第一ガイド溝３２まで伸びて形成された空間が第二壁面４０から形成された空間より大きいため、第一壁面３８によってチェーン５０を第二ガイド溝３４内に装着し、チェーン５０が移動する際、第二ガイド溝３４の内壁に過度に接触摩擦するという現象を発生させないことが可能なだけでなく、チェーン５０の摩損現象を減少させることが可能である。通路３０全体の第二ガイド溝３４の形状は、チェーン５０がボールねじ６０に作動して生じた変形状態に基づいて第一壁面３８上の異なる位置の形状を作動中のチェーン５０の形状に対応させることが可能である。このため、チェーン５０は最良の方式で通路３０を移動することができ、チェーン５０の使用寿命を伸ばすことが可能となる。

チェーン５０は、シャフト６１のらせん状溝６３の切線方向に沿って通路３０を通るため、チェーン５０およびベアリング５２はよりスムーズに作動することが可能である。通路３０は循環ユニット１０の本体１１と連結ユニット２０との結合によって形成される。射出成型によって循環ユニット１０を製造する際、第二ガイド溝３４の傾斜した第一壁面３８の形状によって射出成型用型の離型ができないことを発生させない構造設計を採用すれば、循環ユニットの離型を簡単にし、型を設計する際の難度を低減し、生産コストの削減および生産効率の向上を達成することが可能である。

（第２実施形態）
図１０に示すのは本発明の第２実施形態によるボールねじに用いる循環ユニット７０である。その特徴は次の通りである。循環ユニット７０の接合面７１は頂部から底部まで伸びて形成され、循環ユニット７０は左側の型および右側の型によって成型され、通路７２は第一ガイド溝７３および第二ガイド溝７４を有し、第二ガイド溝７４の第一壁面７５は、軸線７６と交わり、接合面７１との間で形成された角度Ｃの範囲は３０度から１５０度である。

本実施形態では、通路７２上の第二ガイド溝７４の非対称的な形状により、チェーン５０の変形空間をより大きくし、チェーン５０の摩損現象を減少させ、チェーン５０の使用寿命を伸ばすことが可能なだけでなく、生産コストの削減および生産効率の向上を実現させる目的を達成することが可能である。

（他の実施形態）
上述の実施形態による循環ユニットはボールねじに装着されるが、他の実施形態では、循環作動するチェーンおよびベアリングが必要なリニアアクチュエータ、例えばリニアガイドなどに適用することが可能である。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

１０・・・循環ユニット、
１１・・・本体、
１２・・・基部、
１３・・・頂部、
１５・・・突出部、
１６・・・第一陥没溝、
１８・・・脚部、
１９・・・第１接合面、
２０・・・連結ユニット、
２２・・・第２接合面、
２４・・・第二陥没溝、
３０・・・通路、
３１・・・回流径路、
３２・・・第一ガイド溝、
３４・・・第二ガイド溝、
３８・・・第一壁面、
４０・・・第二壁面、
４２・・・接続部、
４６・・・軸線、
Ａ ・・・角度、
Ｂ ・・・角度、
５０・・・チェーン、
５２・・・ベアリング、
６０・・・ボールねじ、
６１・・・シャフト、
６２・・・ナット、
６３・・・らせん状溝、
６４・・・位置決め面、
６６・・・穿孔、
７０・・・循環ユニット、
７１・・・接合面、
７２・・・通路、
７３・・・第一ガイド溝、
７４・・・第二ガイド溝、
７５・・・第一壁面

Claims (10)

1. ベアリングのボールが通る循環ユニットであって、
   第１接合面を有する本体および第２接合面を有する連結ユニットを備え、
   前記本体と前記連結ユニットとは、前記第１接合面と前記第２接合面とを合わせることで、前記ボールが回流径路に沿って通る通路を形成し、
   前記通路は、第一ガイド溝、および、前記第一ガイド溝の向かい合う両側に形成されている二つの第二ガイド溝を有し、
   二つの前記第二ガイド溝は、前記第一ガイド溝から延出されている第一壁面および第二壁面を有し、前記通路の断面は前記第一壁面と前記第二壁面との接続部を通る軸線を含み、前記第二ガイド溝が前記第一ガイド溝に向かうに従って幅広になるように、前記第一壁面および前記第二壁面のうち少なくとも一つが前記軸線と交わり、
   前記通路において、
   前記第一壁面および前記第二壁面のうち少なくとも一つと前記軸線との間に形成される角度は、前記回流径路の位置によって変化しており、
   前記軸線と前記第１接合面および前記第２接合面との間に形成される角度は、前記回流径路の位置によって変化していることを特徴とする循環ユニット。
2. 前記本体は、基部を有し、当該基部は頂面および底面を有し、当該頂面に弧状に伸びて形成された突出部を有し、前記底面に第一陥没溝を有し、当該第一陥没溝は前記突出部に対応し、前記底面まで伸びることで前記突出部を中空にし、
   前記連結ユニットは第二陥没溝を有し、前記連結ユニットは前記基部の底面に装着されることで前記第一陥没溝と前記第二陥没溝との間に前記通路が形成されることを特徴とする請求項１に記載の循環ユニット。
3. 前記本体は、さらに二つの脚部を有し、前記通路は二つの前記脚部の間を貫通し、前記脚部はボールねじのナットに装着されることを特徴とする請求項２に記載の循環ユニット。
4. 前記第一壁面と前記第１接合面および前記第２接合面との間に形成された角度は、３０度〜１５０度であることを特徴とする請求項２に記載の循環ユニット。
5. 前記第一壁面と前記第１接合面および前記第２接合面との間に形成された角度は、９０度であることを特徴とする請求項２に記載の循環ユニット。
6. 外周面にらせん状溝を有するシャフトと、
   内周面にらせん状溝を有し、外周面に位置決め面を有し、かつ前記シャフトに嵌合されるナットと、
   ベアリングのボールが通る循環ユニットと、を備え、
   前記循環ユニットは、第１接合面を有する本体および第２接合面を有する連結ユニットを備え、
   前記本体と前記連結ユニットとは、前記第１接合面と前記第２接合面とを合わせることで、前記ボールが回流径路に沿って通る通路を形成し、
   前記通路は、第一ガイド溝、および、第一ガイド溝の向かい合う両側に形成されている二つの第二ガイド溝を有し、
   二つの前記第二ガイド溝は、前記第一ガイド溝から延出されている第一壁面および第二壁面を有し、前記通路の断面は前記第一壁面と前記第二壁面との接続部を通る軸線を含み、前記第二ガイド溝が前記第一ガイド溝に向かうに従って幅広になるように、前記第一壁面および前記第二壁面のうち少なくとも一つが前記軸線と交わり、
   前記循環ユニットは、前記ナットの位置決め面に配置され、前記第一壁面と前記位置決め面とは互いに垂直であり、
   前記通路において、
   前記第一壁面および前記第二壁面のうち少なくとも一つと前記軸線との間に形成される角度は、前記回流径路の位置によって変化しており、
   前記軸線と前記第１接合面および前記第２接合面との間に形成される角度は、前記回流径路の位置によって変化していることを特徴とするボールねじ。
7. 前記循環ユニットの前記通路は、前記ナットの前記らせん状溝の切線方向へと連続することを特徴とする請求項６に記載のボールねじ。
8. 前記本体は、基部を有し、前記基部は頂面および底面を有し、前記頂面に弧状に伸びて形成された突出部を有し、前記底面に第一陥没溝を有し、前記第一陥没溝は前記突出部に対応し、前記底面まで伸びることで前記突出部を中空にし、
   前記連結ユニットは第二陥没溝を有し、前記連結ユニットが前記基部の前記底面に装着されることで前記第一陥没溝と前記第二陥没溝との間に前記通路が形成されることを特徴とする請求項６に記載のボールねじ。
9. 前記本体は、さらに二つの脚部を有し、前記通路は二つの前記脚部の間を貫通し、前記脚部は前記ナットに差し込まれることで前記通路を前記ナットの前記らせん状溝へと連続させることを特徴とする請求項６に記載のボールねじ。
10. 前記第一壁面と前記第１接合面および前記第２接合面との間に形成された角度は、３０度〜１５０度であることを特徴とする請求項６に記載のボールねじ。

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