JP2004036789A - 循環コマ式ボールねじ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ボールナット12の内周面に循環コマ30を設け、循環コマ30内のバイパス路32を形成する出入り通路36a、36b及び中間通路38の各リード角の差を40度以内に構成し、バイパス路32の出入り口34a、34bの前後で、転動体軌道路22のリード角と、出入り通路36a、36bのリード角との差を40度以内として循環コマ式ボールねじ10を構成する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、転動体を無限循環させる無限循環回路の一部を循環コマにより構成した循環コマ式ボールねじに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ボールねじの転動体を無限循環させる形式として、外部循環形式のものと内部循環形式のものとがある。外部循環形式のボールねじは、ねじ軸とボールナットの各転動体転動溝が対向してなす螺旋状の転動体軌道路を、ボールナットの外周に配置した転動体循環チューブを用いてループ状に連続させ、無限循環回路を形成する。そして、転動体循環チューブが転動体を転動体軌道路の一端からボールナットの外部に導き、再び、転動体軌道路の他端へ戻し、転動体は無限循環回路内を無限循環する。しかし、この外部循環形式のボールねじは転動体循環チューブがボールナットの外周面上に出ており、ボールナットの外形が大きくなり、ボールねじの構造がコンパクトなものとならない。
【0003】
これに対して、内部循環形式のボールねじとして、循環コマ式ボールねじがある。図6及び図7に示すように、循環コマ式ボールねじ10は、ボールナット12の内周面に循環コマ30を有する。循環コマ30に設けられたバイパス路32は、ねじ軸14の転動体転動溝16とボールナット12の転動体転動溝20が対向してなす螺旋状の転動体軌道路22の両端を連結し、無限循環回路24を構成する。そして、多数の転動体Bが無限循環回路24内に充填されており、転動体Bは無限循環回路24内を無限循環する。
【0004】
次に、循環コマ30の構成を図7及び図8を参照して説明する。循環コマ30の上面31は、細長い小判形の面をなし、ボールナット12の内周面をなす曲面に応じた曲率で湾曲しており、ボールナット12の内周面上のねじ山21と同じ高さ位置にある。そして、循環コマ30の高さは転動体Bの直径の寸法よりも大きな寸法を有している。この上面31にバイパス路32をなす溝が形成されており、循環コマ30の一端にある出入り口34aから他端にある出入り口34bまで連なっている。バイパス路32の断面はUの字形をなし、バイパス路32の底は転動体Bの球面に対応した曲面からなっている。
【0005】
また、バイパス路32は、出入り口34a側にある出入り通路36a、出入り口34b側にある出入り通路36b、出入り通路36a及び36bをつなぐ中間通路38とからなる。上面31上で出入り通路36a及び出入り通路36bは大きく湾曲しており、およそSの字を裏返した形となっている。また、出入り口34aが転動体軌道路22の一端と連なっており、出入り口34bが転動体軌道路22の他端と連なっている。転動体軌道路22の一端から他端までは、ねじ軸14の外周沿いにほぼ1旋回しており、出入り口34aと出入り口34bとの間には、ねじ軸14のねじ山18及びボールナットのねじ山21が各1条存在している。中間通路38は、出入り口34aと出入り口34bとの間にあるねじ山18を乗り越えるように、ボールナット12の外周側へ緩やかに湾曲している。
【0006】
そして、転動体Bは、転動体軌道路22の一端へ移動し、出入り口34aを通って出入り通路36aに入り、出入り通路36aにそって進行方向を曲げて中間通路38へ入る。中間通路38へ入った転動体Bは、中間通路38沿いにねじ山18を乗り越えて出入り通路36bへ入り、出入り通路36bにそって進行方向を曲げて進み、出入り口34bを通って転動体軌道路22の他端へ戻る。循環コマ式ボールねじ10は、かかる転動体軌道路22と循環コマ30内のバイパス路32とからなる無限循環回路24を複数有する。
【0007】
循環コマ30はボールナット12の内周面上に存在するので、ボールナット12の外径が小さくなり、コンパクトな構造の循環コマ式ボールねじ10を得ることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の循環コマ式ボールねじ10を高速で運転すると、無限循環回路24内を転動体Bが高速で転動しつつ移動し、出入り口34aからバイパス路32へ転動体Bが高速で進入してくる。高速の転動体Bがバイパス路32へ進入すると、転動体Bは出入り通路36aにそって進行方向を大きく曲げる。転動体軌道路22の曲率半径に比べて、出入り通路36aの曲率半径ははるかに小さく、転動体Bから遠心力が大きな衝撃力として循環コマ30に作用する。同時に、同じ大きさの反作用が循環コマ30から転動体Bへ作用する。同様に、大きな衝撃力が、転動体Bが出入り通路36bを通過するときにも働く。したがって、バイパス路32内で転動体Bに大きな力が働くので、バイパス路32内での転動体Bの円滑な移動が妨げられたり、転動体Bがバイパス路32内で詰まったりするといった不具合を生じていた。さらに、転動体Bから働く力が原因となって、循環コマ30が破損するといった問題をも生じていた。
【0009】
また、ボールナットや循環コマを金属材料によって形成して循環コマの破損を防止しようとしても、高速運転する循環コマ式ボールねじにおいては転動体に異常磨耗を生じる可能性があり適切とは言えない。
本発明は、上記した従来の技術の問題点を除くためになされたものであり、その目的とするところは、高速運転しても循環コマの破損を防止でき、循環コマ内において転動体が詰まることを防止できる循環コマ式ボールねじを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項1の発明は、外周面上にねじ山及び転動体転動溝をなすねじ溝を有するねじ軸と、当該ねじ軸の転動体転動溝に対応する転動体転動溝を内周面に有するボールナットと、当該ボールナット及び前記ねじ軸の各転動体転動溝が対向してなす螺旋状の転動体軌道路を転動する多数の転動体と、前記ボールナットの内周面に設けられた循環コマとを備え、当該循環コマ内のバイパス路が前記転動体を前記ねじ軸のねじ山を乗り越えて案内し且つ前記転動体軌道路とともに転動体を無限循環させる無限循環回路を構成する循環コマ式ボールねじにおいて、前記バイパス路は、一方の出入り口から他方の出入り口まで、出入り通路と、中間通路と、出入り通路とが順に連続して形成されており、これらの各出入り通路及び中間通路は前記ボールナットの内周面上でそれぞれ直線状をなし、前記ねじ軸に対するこの中間通路のリード角と、前記ねじ軸に対する各出入り通路のリード角との差を40度以内に構成し、前記ねじ軸に対する前記各出入り通路のリード角と、前記ねじ軸に対する前記転動体軌道路のリード角との差を40度以内に構成した循環コマ式ボールねじである。
【0011】
請求項1の発明によると、循環コマのバイパス路を形成して相互に連続する各通路は、ボールナットの内周面上でおよそZの字形をなす。これらの各通路のリード角の差は40度以内の大きさに抑えられているので、Zの字の折れ曲がり部分で、各通路方向へ転動体の進行方向を曲げるために働く力は大きくならない。したがって、バイパス路内で転動体と循環コマとの間に大きな力が働くことは防止されて、循環コマが破損することが防止され、転動体は円滑にこのバイパス路内を移動可能となり、バイパス路内で転動体が詰まることが防止可能となり、バイパス路内で転動体が詰まって循環コマに大きな荷重が加わることも防止される。
【0012】
また、出入り通路と、転動体軌道路のリード角の差は40度以内の大きさに抑えられているので、バイパス路の出入り口を通過する転動体と無限循環回路の間に働く力も小さなものに抑えられる。
なお、ねじ軸に対する出入り通路のリード角とは、出入り通路の長手方向の接線が、ねじ軸の軸方向と垂直な面に対してなす角度をいい、中間通路、転動体軌道路の各リード角も同様である。以下の説明において、リード角は反時計回りの方向を正とする。
【0013】
また、各出入り通路及び中間通路は前記ボールナットの内周面上でそれぞれ直線状をなすとは、ねじ軸に対する各出入り通路及び中間通路の各リード角がそれぞれ一定であり変化していないことをいう。
請求項2の発明は、請求項1に記載の循環コマ式ボールねじであって、前記ねじ軸に対する前記各出入り通路のリード角及び前記ねじ軸に対する前記中間通路のリード角を同一の角度に構成した循環コマ式ボールねじである。
【0014】
請求項2の発明によると、循環コマのバイパス路内には、急激にその通路の方向を曲げる場所がなくなっており、転動体にはほぼ一定の大きさの力がバイパス路から働き続ける。したがって、バイパス路内の転動体と通路との間で急激に大きな力が働くことは防止される。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、図1ないし図3を参照して本実施の形態の構成を説明する。なお、従来ある循環コマ式ボールねじと同様の構成については同じ符号を付し重複する説明を省略する。
【0016】
図1に示すように、ボールナット12及びねじ軸14を有する循環コマ式ボールねじ10があり、ボールナット12及びねじ軸14の構成は従来のものと同様である。そして、循環コマ30は、図2及び図3に示すように、従来のものと同様に、その上面31上にバイパス路32をなす溝が形成されている。バイパス路32の両端には出入り口34a、34bがあり、これらの出入り口34a、34bによりバイパス路32は転動体軌道路22の両端部とそれぞれつながっている。また、出入り口34aから出入り口34bにかけて出入り通路36a、中間通路38、出入り通路36bが順番に連なってバイパス路32を形成しており、中間通路38と各出入り通路36a、36bの接続部分が折れ曲がっておよそZの字形をなす。また、これらの出入り通路36a、中間通路38、出入り通路36bは、上面31上でそれぞれ直線状をなしている。そして、中間通路38が、出入り口34aと出入り口34bとの間に挟まれたねじ軸14のねじ山18を乗り越えている。
【0017】
また、ねじ軸14に対する出入り通路36a、36bの各リード角θ1は、ねじ軸14に対する転動体軌道路22のリード角δと同じ値αに構成されている。したがって、出入り口34a、34bの前後で、転動体軌道路22のリード角δと、出入り通路36a、36bの各リード角θ1との差は0度となっている。さらに、ねじ軸14に対する中間通路38のリード角θ2の値はβとなっており、α−βの絶対値は40度以下に構成されている。
【0018】
かかる構成の循環コマ30を有する無限循環回路24が、ボールナット12の内周面上にn回路存在し、各無限循環回路24は円周方向に同じ位相間隔の位相差をとって同一回転方向に順に位相をずらしながらねじ軸14方向CLに沿って配列されている。
本実施の形態は上記のように構成されており、次にその作用について説明する。
【0019】
ボールナット12がねじ軸14に対して高速で相対移動すると、無限循環回路24を転動体Bが転動しつつ高速で移動する。転動体Bは、転動体軌道路22の一端まで移動し、出入り口34aから出入り通路36aへ入る。出入り口34aの前後で、無限循環回路24のリード角の変化は0度であり、転動体Bの進行方向に大きな変化はなく、転動体Bと転動体軌道路22及び出入り通路36aの間で大きな力が働くことは防止される。
【0020】
そして、転動体Bは出入り通路36aと中間通路38との間のZ字形の折れ曲がり部分に達すると、この折れ曲がり部分から力を受けて進行方向を曲げて中間通路38へ進入する。この折れ曲がり部分の前後でバイパス路32のリード角の変化は40度以内の大きさとなっており、転動体Bの進行方向を曲げるために転動体Bに働く力の大きさは、転動体Bの円滑な移動を妨げる大きさとはならない。したがって、この折れ曲がり部分で転動体Bからの反作用としてバイパス路32へ働く力も大きなものとはならず、循環コマ30の強度を超える大きさの力が働くことは防止される。
【0021】
中間通路38へ入った転動体Bは、中間通路38に導かれて出入り口34aと出入り口34bとの間に挟まれたねじ山18を乗り越えて移動する。中間通路38内で転動体Bの進行方向は大きく曲がることはなく、中間通路38と転動体Bの間で相互に働く力は大きなものとはならない。
転動体Bは中間通路38を出て出入り通路36bへ入り、中間通路38と出入り通路36bとの間のZ字形の折れ曲がり部分で再び進行方向を曲げる。この場合も、出入り通路36aと中間通路38との間の折れ曲がり部分においてと同様の力がバイパス路32と転動体Bの間で相互に働く。そして、転動体Bは出入り口34bから転動体軌道路22の他端へ戻る。出入り口34bの前後で、無限循環回路24のリード角の変化は0度であり、転動体Bと転動体軌道路22及び出入り通路36bの間で大きな力が働くことは防止される。
【0022】
したがって、本実施の形態に係る循環コマ式ボールねじ10によって、循環コマ30に転動体Bから大きな力が働いて循環コマ30が破損することが防止され、転動体Bに循環コマ30から大きな力が働いて転動体Bがバイパス路32内で詰まることが防止され、バイパス路32内で詰まった転動体Bから大きな力が循環コマ30に働いて循環コマ30が破損することも防止される。
【0023】
なお、本実施の形態において、循環コマ30のバイパス路32はおよそZの字形をなすとしたが、図4及び図5の変形例1に示すバイパス路32の形状とすることもできる。本変形例において、ねじ軸14に対するバイパス路32のリード角θは、出入り口34aから出入り口34bまで一定の値γに構成されている。すなわち、循環コマ30を上面31から見ると、バイパス路32は出入り口34aから出入り口34bまで一直線につながっている。なお、転動体軌道路22のリード角δとバイパス路32のリード角θとの差の絶対値は、40度以下の大きさとなっている。
【0024】
したがって、転動体Bが出入り口34a、34bにおいてその進行方向を曲げる角度は40度以内なので、出入り口34a、34bにおいて転動体Bと転動体軌道路22及び循環コマ30の間で働く力が大きなものとなることは防止される。さらに、バイパス路32は一直線となっているので、バイパス路32内で転動体Bと循環コマ30との間にはほぼ一定の大きさの力が働き続けるだけで、急に大きな力が働くことは防止される。
【0025】
【発明の効果】
本発明は、上記のような循環コマ式ボールねじであるので、高速運転しても循環コマの破損を防止でき、循環コマ内において転動体が詰まることを防止できる循環コマ式ボールねじを提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る循環コマ式ボールねじの斜視図である。
【図2】本実施の形態に係るボールナットの部分断面図である。
【図3】本実施の形態に係る循環コマの斜視図である。
【図4】変形例1に係る循環コマを備えたボールナットの部分断面図である。
【図5】変形例1に係るに係る循環コマの斜視図である。
【図6】従来の循環コマ式ボールねじの斜視図である。
【図7】従来の循環コマ式ボールねじのボールナットの部分断面図である。
【図8】従来の循環コマの斜視図である。
【符号の説明】
10 循環コマ式ボールねじ
12 ボールナット
14 ねじ軸
16 ねじ軸の転動体転動溝
18 ねじ軸のねじ山
20 ボールナットの転動体転動溝
21 ボールナットのねじ山
22 転動体軌道路
24 無限循環回路
30 循環コマ
31 循環コマの上面
32 バイパス路
34a、34b バイパス路の出入り口
36a、36b 出入り通路
38 中間通路
θ バイパス路のリード角
θ1 出入り通路のリード角
θ2 中間通路のリード角
δ 転動体軌道路のリード角
B 転動体
CL 中心軸
Claims (2)
- 外周面上にねじ山及び転動体転動溝をなすねじ溝を有するねじ軸と、当該ねじ軸の転動体転動溝に対応する転動体転動溝を内周面に有するボールナットと、当該ボールナット及び前記ねじ軸の各転動体転動溝が対向してなす螺旋状の転動体軌道路を転動する多数の転動体と、前記ボールナットの内周面に設けられた循環コマとを備え、当該循環コマ内のバイパス路が前記転動体を前記ねじ軸のねじ山を乗り越えて案内し且つ前記転動体軌道路とともに転動体を無限循環させる無限循環回路を構成する循環コマ式ボールねじにおいて、
前記バイパス路は、一方の出入り口から他方の出入り口まで、出入り通路と、中間通路と、出入り通路とが順に連続して形成されており、
これらの各出入り通路及び中間通路は前記ボールナットの内周面上でそれぞれ直線状をなし、
前記ねじ軸に対するこの中間通路のリード角と、前記ねじ軸に対する各出入り通路のリード角との差を40度以内に構成し、
前記ねじ軸に対する前記各出入り通路のリード角と、前記ねじ軸に対する前記転動体軌道路のリード角との差を40度以内に構成したことを特徴とする循環コマ式ボールねじ。 - 請求項1に記載の循環コマ式ボールねじであって、前記ねじ軸に対する前記各出入り通路のリード角及び前記ねじ軸に対する前記中間通路のリード角を同一の角度に構成したことを特徴とする循環コマ式ボールねじ。
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2002
- 2002-07-04 JP JP2002195818A patent/JP2004036789A/ja active Pending
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