JP5934747B2 - 負荷区を拡充する変位予圧式のボールねじ - Google Patents
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Description
また、図3はナット溝121の軸方向座標と螺旋角座標との関係図であり、この型式のボールねじの偏位予圧方式ではナット溝121に変位点Pが設置され、図3の横軸にはナット溝121の螺旋角座標が表示され、縦軸にはナット溝121の軸方向座標が表示され、変位点Pの左側はナット溝121の螺旋角座標と軸方向座標とが等比例関係にあることを示し、螺旋角座標が360度(即ち、ナット12一回転)増加する毎の対応する軸方向座標の増加量はリード値Lと定義される。変位点Pの右側はナット溝121の螺旋角座標と軸方向座標とが同様に等比例関係にあることを示し、即ちリード値Lである。但し変位点Pの箇所ではナット溝121はリード変位値δを発生させ、これにより二者間にはリード変位が発生し、これに基づき変位点Pの両側のボール13に反対方向への予圧が発生する。
図1の下方には上方の構造の予圧力変化図を示し、図の横軸は軸方向座標を表示し、縦軸は前記軸方向座標の箇所のボール13が受ける予圧力を表示し、正負符号は予圧力の方向を表示する。図形から分かるように、図1のボールねじ10のボール13が受ける予圧力の方向は変位点Pの箇所で急激に変化し、変位点Pの左側のボールねじ10の予圧力は正値であり、変位点Pの右側のボールねじ10の予圧力は突然負値に変化し、予圧力の斜率は無限大であり、前記箇所の曲線の一次微分は無限大と定義される。負荷が劇的に変化するため、ボールねじ10全体の動作がスムーズに行われなくなる。
図2は他の設計のボールねじ10を示し、ボール13の予圧力は図2の下方に示す。予圧力は比較的平穏に変化するが、但し変位点P付近では同様に斜率が無限大の予圧力変化が発生し、同様の欠点を有する。
図5の下方には上方の構造の予圧力変化図を示し、図中の横軸は軸方向座標を表示し、縦軸は軸方向座標の箇所のボール23が受ける予圧力を表示し、正負の符号は予圧力の方向を表示する。しかしながら、図形からは現在の循環回路の無負荷区溝部Bの両側のボールが負荷を受け無負荷区溝部Bに進入する過程で、斜率が無限大の予圧力変化が発生し、ボールの予圧力が無負荷区溝部Bに進入すると急速に0まで低下していることが理解できる。
故に、ボールねじ20は循環過程で予圧力の急速な変化を発生させ、ボールねじ20全体の動作過程で騒音や振動現象が発生する。また、中間の無負荷区Bのボール23はねじ21及びナット22による負荷を受けず、無負荷区Bはボールねじ10の負荷能力に対し助けにならない。
以下、本発明の実施形態に係る負荷区を拡充する変位予圧式のボールねじを図6〜7Cを参照しながら説明する。本発明の負荷区を拡充する変位予圧式のボールねじは、軸方向Xに沿って長さが延長され、外表面には外部のねじ山溝31を有し、ねじ30の外部のねじ山溝31には固定のねじリード値L0を有し、即ち、外部のねじ山溝31の螺旋角が360度(一回転)増加する毎に軸方向Xに変位する値はねじリード値L0に等しいねじ30と、軸方向Xに沿って長さが延長され、内表面には内部のねじ山溝41を有し、ねじ30の外に締結され、内部のねじ山溝41と外部のねじ山溝31との間は対応し合い負荷経路となるナット40を備える。
内部のねじ山溝41は連続的に接合される第一ねじ山溝部411、第二ねじ山溝部412、及び第三ねじ山溝部413を少なくとも含む。第一ねじ山溝部411の螺旋角が360度(一回転)増加する毎に軸方向Xに変位する値は第一リード値L1に等しく、第二ねじ山溝部412の螺旋角が360度増加する毎に軸方向Xに変位する値は第二リード値L2に等しく、第三ねじ山溝部413の螺旋角が360度増加する毎に軸方向Xに変位する値は第三リード値L3に等しく、第一リード値L1及び第三リード値L3とねじリード値L0とは同じである。
予圧リード変位値δが0に等しくなく、第一リード値L1は第三リード値L3に等しい条件下では、予圧リード変位値δはW(L2―L1)/L2に等しい。Wは第二ねじ山溝部412の軸方向X上での第二ねじ山溝部の長さWであり、第一リード値L1は第二リード値L2とは不等である。図6では、第二ねじ山溝部の長さWはほぼ第二リード値L2であるが、図6は概略図であり、第二ねじ山溝部の長さWは第二リード値L2の1倍に限定されず、設計上第二ねじ山溝部412の長さWは第二リード値L2の0.5〜2倍に設計でき、1倍前後が好ましい設計である。
このほか、説明が必要なのは、図7Aは概略図であり、実務上第一リード値L1と第二リード値L2との差値はとても小さく、予圧リード変位値δは第一リード値L1の量よりずっと小さく、一般的には第一リード値L1の百分の一より小さいか等しい(図7Aは予圧リード変位値δの量値を意図的に拡大し、図形中の第一ねじ山溝部411、第二ねじ山溝部412、及び第三ねじ山溝部413等の3つの溝部が直線に近似し区別が付きづらくならないように描画している)。
図7Bに示すように、横軸は内部のねじ山溝41の螺旋角座標を表示し、縦軸は対応する変位量を表示し、第二ねじ山溝部412内の変位量は傾斜する直線を呈し、即ち変位量は連続的に変化し、第二ねじ山溝部412内の変位量は第二ねじ山溝部412の螺旋角の変化率に対し固定される。
第一ねじ山溝部411は固定の偏位値を有し、受ける予圧力も固定値であり、予圧力P0と表示する。第三ねじ山溝部413では予圧力P0とは反対の力を受け、作用力が反対であるため―P0と表示する。第二ねじ山溝部412内の偏位値は傾斜する直線を呈し、よって第二ねじ山溝部412内のボール50が受ける負荷は連続的に変化する。
シミュレーション後に中間には小溝部を有し受力しない区となるが、第二ねじ山溝部412の範囲内には斜率が無限大(即ち、受力急激変化)の区は全くない。つまりは、本発明ではナット40が外部からの負荷を受けないよう設計され、ボール50が受力しても従来の技術のような急速な変化はない。
第二ねじ山溝部412のリード変位値δが変化しない状況で、図7Cの第二ねじ山溝部412に位置されるボールが受ける負荷曲線は平行に変位してP1曲線に接続し、第二ねじ山溝部412内に位置されるボール50が受ける正方向の負荷も増加し、ボール50が受ける反対方向の負荷は減少し、これは図7Cの点線に示す。
ボール50は第二ねじ山溝部412内で完全に正方向の負荷を受け、これによりボールねじ全体の正方向の負荷を受ける能力が向上し、ねじ30の外部に加えられる正方向の力を変化させることでボール50が受ける負荷の状態を調整させ、ボールねじ全体の適用性を高める。同時に、第三ねじ山溝部413内に位置されるボール50が受ける力量は0まで低下し、反対方向の内応力が減少し、第二ねじ山溝部412内のボール50が完全に正方向の負荷を受ける。
同様に、ナット40が反対方向の外力を受ける場合、第二ねじ山溝部412内のボール50も反対方向の負荷を受ける。即ち、第二ねじ山溝部412内のボール50は外力の方向が異なるため、負荷区が拡充され、正方向或いは反対方向の負荷を受け、ボールねじの負荷の受力能力が従来のねじより高まり、本発明に係るボールねじは更に大きな負荷を受力可能になる。
11 ねじ
111 ねじ溝
12 ナット
121 ナット溝
13 ボール
20 ボールねじ
21 ねじ
22 ナット
23 ボール
L リード値
P 変位点
δ リード変位量
A 負荷区
B 無負荷区
C 負荷区
30 ねじ
31 外部のねじ山溝
40 ナット
41 内部のねじ山溝
411 第一ねじ山溝部
412 第二ねじ山溝部
413 第三ねじ山溝部
50 ボール
X 軸方向
L0 ねじリード値
L1 第一リード値
L2 第二リード値
L3 第三リード値
P0 予圧力
P1 圧力
P2 圧力
W 第二ねじ山溝部の長さ
δ リード変位値
Claims (5)
- 軸方向Xに沿って長さが延長され、外表面には外部のねじ山溝を有すると共に前記外部のねじ山溝には固定のねじリード値を有するねじと、
前記軸方向に沿って長さが延長され、内表面には内部のねじ山溝を有し、且つ前記ねじの外に締結され、前記内部のねじ山溝と前記外部のねじ山溝との間は対応し合い負荷経路となるナットと、
前記負荷経路内に納置される複数のボールを備え、
前記内部のねじ山溝は少なくとも連続的に接合される第一ねじ山溝部、第二ねじ山溝部、及び第三ねじ山溝部からなり、前記第一ねじ山溝部の螺旋角が360度(一回転)増加する毎に前記軸方向に変位する値は第一リード値に等しく、前記第二ねじ山溝部の螺旋角が360度増加する毎に前記軸方向に変位する値は第二リード値に等しく、前記第三ねじ山溝部の螺旋角が360度増加する毎に前記軸方向に変位する値は第三リード値に等しく、前記第一リード値及び前記第三リード値は前記ねじリード値と同じであり、前記第一リード値と前記第二リード値とは不等であることを特徴とする、
負荷区を拡充する変位予圧式のボールねじ。 - 前記第二ねじ山溝部内の前記ボールが受ける負荷は連続的に変化する負荷であり、前記第二ねじ山溝部内の予圧力による前記ねじに対する螺旋角の変化関係の一次微分は無限大ではないことを特徴とする、請求項1に記載の負荷区を拡充する変位予圧式のボールねじ。
- 前記ナットが受ける外部からの負荷が0である場合、前記第二ねじ山溝部内に納置される前記ボールは正方向の力及び反対方向の力を受けることを特徴とする、請求項1に記載の負荷区を拡充する変位予圧式のボールねじ。
- 前記第一ねじ山溝部及び前記第三ねじ山溝部の延長線が前記軸方向にある軸方向偏位値は予圧リード変位値であり、前記予圧リード変位値は0に等しくなく、前記第二ねじ山溝部の前記軸方向には第二ねじ山溝部の長さを有し、前記予圧リード変位値はW(L2―L1)/L2であり、Wは前記第二ねじ山溝部の長さであり、L1は前記第一リード値であり、L2は前記第二リード値であり、前記予圧リード変位値は前記第一リード値L1の百分の一より小さいか等しいことを特徴とする、請求項1に記載の負荷区を拡充する変位予圧式のボールねじ。
- 前記第二ねじ山溝部の前記軸方向には第二ねじ山溝部の長さを有し、前記第二ねじ山溝部の長さは前記第二リード値の0.5〜2倍であり、前記第二ねじ山溝部内の変位量の前記第二ねじ山溝部の螺旋角に対する変化率は固定であり、前記第二ねじ山溝部内の前記ボールは異なる外力の方向に基づき負荷区が拡充され、且つ正方向或いは反対方向への負荷を受け、前記第二ねじ山溝部中の前記ボールが負荷を受けて前記ねじの螺旋角が変化する関係の一次微分は無限大ではないことを特徴とする、請求項1に記載の負荷区を拡充する変位予圧式のボールねじ。
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