JP7098779B2 - 外循環式ボールねじ - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじ、特に外循環式ボールねじに関するものである。

特許文献１により開示されたボールねじにおいて、還流溝はナットに配置され、両端が装着溝に別々に繋がる。二つの装着溝はそれぞれ内部に誘導部材を有する。二つの誘導部材はそれぞれ還流溝に繋がる通路を有する。還流溝および二つの通路はボールを還流させる還流経路を構成する。
しかし、還流経路は一部分がナットに位置付けられるため、ナットと二つの誘導部材を相互に対応させないと連結箇所に段差が形成され、ボールの転動に支障を来すことが発生する。従って、特許文献１は製造工程が比較的難しい。

特許文献２により開示された外循環式ボールねじにおいて、二つの装着孔はナットに配置される。誘導部材の誘導部および蓋の凸状部は一つの装着孔に嵌まり込む。誘導部材の誘導部は負荷経路に繋がる第一還流溝を有する。蓋はそれぞれの凸状部に第一還流溝に繋がる誘導延伸溝を有し、第二当接平面に二つの誘導延伸溝に繋がる第二還流溝を有する。第一還流溝、二つの誘導延伸溝および第二還流溝はボールを還流させる還流経路を構成する。
しかし、それぞれの誘導部材の誘導部はナットの装着孔に嵌まり込んで装着されるため、装着作業の誤差またはサイズの公差が原因で第一還流溝と負荷経路との間に段差が生じてボールの転動に支障を来す可能性がある。

ＵＳ１０，０３５，５３６Ｂ２号公報 ＴＷ Ｍ５１９１９９号公報

本発明は、装着作業および位置決め作業を簡単化し、ボールをより円滑に転動させることができる外循環式ボールねじを提供することを主な目的とする。

上述した課題を解決するため、外循環式ボールねじはねじ軸、ナット、還流部材および複数のボールを備える。ねじ軸は外側ねじ溝を有する。ナットはねじ軸の軸方向に沿って移動できるようにねじ軸に装着され、内側ねじ溝を有する。ナットの内側ねじ溝とねじ軸の外側ねじ溝は相互に対応して負荷経路を構成する。ナットはさらに外周面に二つの内側ねじ溝に繋がる錐形溝を有する。還流部材は二つの還流ユニットおよび蓋を有する。二つの還流ユニットはそれぞれ錐形部と、錐形部に繋がる還流部と、錐形部および還流部を貫通する第一還流溝とを有する。還流ユニットは錐形部がナットの錐形溝内に装着され、還流部がねじ軸とナットとの間に位置付けられる。蓋は二つの還流ユニットに当接するようにナットの外周面に装着され、第二還流溝を有する。第二還流溝は両端が二つの還流ユニットの第一還流溝に繋がることによって第一還流溝と結合して還流経路になる。還流経路は両端が負荷経路に繋がることによって負荷経路と結合して循環経路になる。複数のボールは循環経路を転動する。

上述した構造特徴をまとめると、本発明による外循環式ボールねじは錐形面によって還流ユニットの装着および位置決め作業を迅速に完了させ、還流経路全体を還流部材に位置させるため、還流ユニットとナットとの接続箇所に存在する段差を効果的に排除し、ボールをより円滑に転動させることができる。

比較的好ましい場合、ナットはさらに第一平面を有する。ナットの錐形溝は第一平面に形成され、口径が第一平面と逆の方向に沿って漸減する。それぞれの還流ユニットはさらに第二平面を有する。還流ユニットにおいて、第二平面は錐形部に連結される。第一還流溝は第二平面を貫通する。錐形部の外径は第二平面と逆の方向に沿って漸減する。蓋は第三平面を有する。蓋において第二還流溝は第三平面に形成される。第三平面はナットの第一平面および還流ユニットの第二平面に当接する。

比較的好ましい場合、それぞれの錐形部の外周面と仮想平面は夾角をなす。仮想平面はナットの第一平面に平行であり、ねじ軸の中心を通る。夾角は４０から６０度の間である。４５度の夾角が最も好ましい。夾角が４０度以下である場合、錐型部の体積が増大すれば錐形溝の口径が増大するとともにナットのサイズも増大する。夾角が６０度以上である場合、錐型部の体積が減少すれば第一還流溝の還流半径が小さくなるとともに第一還流溝を転動する複数のボールは速度が速くなり、蓋に衝突した時の衝撃力を増大させる。

本発明による外循環式ボールねじの詳細な構造、特徴、組み立てまたは使用方法について、以下の実施形態の詳細な説明を通して明確にする。なお、以下の詳細な説明および本発明により提示された実施形態は本発明を説明するための一例に過ぎず、本発明の請求範囲を限定できないことは、本発明にかかわる領域において常識がある者ならば理解できるはずである。

本発明の第１実施形態による外循環式ボールねじを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態による外循環式ボールねじを示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態による外循環式ボールねじの還流ユニットを下から見た斜視図である。 図１中の４－４線に沿った断面図である。 図１中の５－５線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態による外循環式ボールねじにおいてナットおよび還流ユニットとの間になした夾角、仮想平面およびナットセンターの関係を示す模式図である。 本発明の第１実施形態による外循環式ボールねじの蓋が外された状態を示す平面図である。 本発明の第２実施形態による外循環式ボールねじにおいてナットおよび還流ユニットとの間になした夾角、仮想平面およびナットセンターの関係を示す模式図である。 本発明の第２実施形態による外循環式ボールねじの蓋が外された状態を示す平面図である。 本発明の第３実施形態による外循環式ボールねじにおいてナットおよび還流ユニットとの間になした夾角、仮想平面およびナットセンターの関係を示す模式図である。 本発明の第３実施形態による外循環式ボールねじを示す平面図である。 本発明の第１実施形態による外循環式ボールねじにおいて錐形部の夾角が４５度である際、ボールが蓋に生じた衝撃力を示すグラフである。 本発明の第２実施形態による外循環式ボールねじにおいて錐形部の夾角が４０度である際、ボールが蓋に生じた衝撃力を示すグラフである。 本発明の第３実施形態による外循環式ボールねじにおいて錐形部の夾角が６０度である際、ボールが蓋に生じた衝撃力を示すグラフである。

以下、本発明による外循環式ボールねじを図面に基づいて説明する。なお、明細書および図面において、方向性用語は図面中の方向に基づいて表現される。同じ符号は同じ部品または類似した部品の構造の特徴を示す。

（第１実施形態）
図１および図２に示すように、本発明の第１実施形態による外循環式ボールねじ１０はねじ軸２０、ナット３０、還流部材４０および複数のボール７０を備える。

ナット３０はねじ軸２０の軸方向に沿って移動できるようにねじ軸２０に装着され、内側ねじ溝３２を有する。ねじ軸２０は外側ねじ溝２２を有する。ナット３０の内側ねじ溝３２とねじ軸２０の外側ねじ溝２２は相互に対応して負荷経路７２（図４参照）を構成する。ナット３０はさらに第一平面３４、第一平面３４に形成された二つの錐形溝３６および二つのねじ孔３８を有する。二つの錐形溝３６は内側ねじ溝３２に繋がり、口径が第一平面３４と逆の方向に沿って漸減する。

還流部材４０は二つの還流ユニット５０および蓋６０を有する。図２および図３に示すように、二つの還流ユニット５０はそれぞれ第二平面５２、錐形部５４、還流部５６および第一還流溝５８を有する。錐形部５４は第二平面５２の周縁部から下へ広がって形成され、外径が第二平面５２と逆の方向に沿って漸減する。還流部５６は錐形部５４の小径端部と繋がって一体になる。第一還流溝５８は還流部５６、第二平面５２および錐形部５４を貫通する。
図２に示すように、蓋６０は円弧面６２、第三平面６４、二つのザグリ穴６６および第二還流溝６８を有する。二つのザグリ穴６６はそれぞれ円弧面６２および第三平面６４を貫通する。第二還流溝６８は第三平面６４に形成される。

還流部材４０とナット３０とを組み合わせる際、図４および図５に示すように、二つの還流ユニット５０は錐形部５４がナット３０の錐形溝３６内に装着され、還流部５６がねじ軸２０とナット３０との間に位置付けられる。二つの還流ユニット５０の錐形部５４およびナット３０の錐形溝３６は相互に当接し、傾斜角が相互に対応する。二つのねじＳが蓋６０の二つのザグリ穴６６からナット３０の二つのねじ孔３８内に締め付けられ、図５に示すように蓋６０の第三平面６４がナット３０の第一平面３４および二つの還流ユニット５０の第二平面５２に当接すれば、還流部材４０とナット３０の組み合わせ作業が完了する。
組み合わせ作業が完了した後、二つの第一還流溝５８はそれぞれ第二還流溝６８の一端に連結される。二つの第一還流溝５８および第二還流溝６８は結合して還流経路７４になる。還流経路７４は両端が負荷経路７２に繋がることによって負荷経路７２と結合して循環経路７６になる。複数のボール７０は循環経路７６を転動する。

図６、図８および図１０に示すように、それぞれの錐形溝３６の壁面に対応する錐形部５４の外周面と仮想平面Ｐとの間の夾角はθで表示される。仮想平面Ｐはナット３０の第一平面３４に平行であり、ねじ軸２０の中心Ｃを通る。夾角θは４０から６０度の間である。図６に示すように、４５度の夾角θが最も好ましい。夾角θが４５度である図６に対し、夾角θが４０度である図８には、錐形部５４の体積は比較的大きく（図６および図８参照）、第二平面５２の面積も比較的大きい（図７および図９参照）ため、錐形部５４に対応する錐形溝３６の口径が増大する。つまり、夾角θが４０度以下であれば、ナット３０のサイズが増大する。
夾角θが６０度である図１０は、錐形部５４の体積は比較的小さく（図６および図１０参照）、第二平面５２の面積も比較的小さい（図７および図１１参照）ため、第一還流溝５８の還流半径が小さくなるとともに第一還流溝５８を転動するボール７０は速度が速くなり、蓋６０に衝撃した時の衝撃力を増大させる。

図１２から図１４は錐形部５４の外周面と仮想平面Ｐとの間の夾角θの大きさによって蓋６０の耐えた衝撃力を表示するグラフである。夾角θは４０度、４５度および６０度に設定される。パラメータ条件は３９個の直径が１．５ｍｍのボール７０と、外径が８ｍｍでリードが４ｍｍであるねじ軸２０とを使用し、ねじ軸２０を３０００ｐｍで回転させることである。
機構解析ソフトＲｅｃｕｒＤｙｎ（登録商標）を用いて上述したパラメータに基づいて演算および解析を行い、解析結果を表１で表示する。表１により、夾角θが４５度である際、ナット３０の大きさと蓋６０の耐えた衝撃力とのバランスを良好に維持できることが判明した。

上述した構造の特徴をまとめると、本発明による外循環式ボールねじ１０は錐形面によって還流ユニット５０の装着および位置決め作業を迅速に完了させ、還流経路７４の全体を還流部材４０に位置させるため、還流ユニット５０とナット３０との接続箇所に存在する段差を効果的に排除し、ボール７０をより円滑に転動させることができる。

１０ 外循環式ボールねじ
２０ ねじ軸
２２ 外側ねじ溝
３０ ナット
３２ 内側ねじ溝
３４ 第一平面
３６ 錐形溝
３８ ねじ孔
４０ 還流部材
５０ 還流ユニット
５２ 第二平面
５４ 錐形部
５６ 還流部
５８ 第一還流溝
６０ 蓋
６２ 円弧面
６４ 第三平面
６６ ザグリ穴
６８ 第二還流溝
７０ ボール
７２ 負荷経路
７４ 還流経路
７６ 循環経路
Ｓ ねじ
Ｐ 仮想平面
Ｃ ナットセンター
θ 夾角

Claims (4)

1. ねじ軸、ナット、還流部材および複数のボールを備え、
   前記ねじ軸は外側ねじ溝を有し、
   前記ナットは前記ねじ軸の軸方向に沿って移動できるように前記ねじ軸に装着され、内側ねじ溝および二つの前記内側ねじ溝に繋がる錐形溝を有し、
   前記ナットの前記内側ねじ溝と前記ねじ軸の前記外側ねじ溝は相互に対応して負荷経路を構成し、
   前記還流部材は二つの還流ユニットおよび蓋を有し、
   二つの前記還流ユニットはそれぞれ錐形部と、前記錐形部に繋がる還流部と、前記錐形部および前記還流部を貫通する第一還流溝とを有し、前記錐形部は前記ナットの前記錐形溝内に装着され、前記還流部は前記ねじ軸と前記ナットとの間に位置付けられ、
   前記蓋は二つの前記還流ユニットに当接するように前記ナットの外周面に装着され、第二還流溝を有し、前記第二還流溝は両端が二つの前記還流ユニットの前記第一還流溝に繋がることによって前記第一還流溝と結合して還流経路を構成し、前記還流経路は両端が前記負荷経路に繋がることによって循環経路を構成し、
   複数の前記ボールは前記循環経路内に配置されることを特徴とする、
   外循環式ボールねじ。
2. 前記ナットはさらに第一平面を有し、前記ナットの前記錐形溝は前記第一平面に形成され、口径が前記第一平面と逆の方向に沿って漸減し、二つの前記還流ユニットはさらに第二平面を有し、前記還流ユニットにおいて、前記第二平面は前記錐形部に連結され、前記第一還流溝は前記第二平面を貫通し、前記錐形部の外径は前記第二平面と逆の方向に沿って漸減し、前記蓋は第三平面を有し、前記蓋において前記第二還流溝は前記第三平面に形成され、前記第三平面は前記ナットの前記第一平面および二つの前記還流ユニットの前記第二平面に当接することを特徴とする請求項１に記載の外循環式ボールねじ。
3. それぞれの前記錐形部の外周面と、ナットセンターを通る仮想平面とは夾角を成し、前記仮想平面は前記ナットの前記第一平面に平行であり、前記ねじ軸の中心を通り、前記夾角は４０度から６０度の間であり、それぞれの前記錐形部およびそれぞれの前記錐形溝は傾斜度が一致することを特徴とする請求項２に記載の外循環式ボールねじ。
4. 前記夾角は４５度であることを特徴とする請求項３に記載の外循環式ボールねじ。

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