JP4651167B2 - Return tube type ball screw - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械等に使用されるリターンチューブ式ボールねじに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に従来のリターンチューブ式ボールねじは、図4(a)から(c)に示すように、ねじ軸1の周りに所要数のボール2を充填してナット3を嵌合し、上記ナット3のねじ溝転走面4の両端部をリターンチューブ5により連通さて循環通路6を形成し、該循環通路6に上記ボール2を収納するようにしている。ボール2は、図示のように総負荷玉型の他、スペーサボール介在型、保持器介在型がある。
【0003】
上記のリターンチューブ5は図4(c)に示すように、コの字形に屈曲され、その両端部に差込み部7が形成される。差込み部7の内側に舌部8が形成され、その舌部8に対向した対向部9が形成される。対向部9は図示のように舌部8より長く延び出す場合、或いは舌部8より短い場合もある。上記のリターンチューブ5は、ナット3の外部に露出する部分においてチューブ押さえ11により押さえられる。
【0004】
上記構造のリターンチューブ式ボールねじは、ねじ軸1とナット3の相対的な直線運動に伴いボール2が循環通路6を無限に転動循環する。
【0005】
このようなリターンチューブ式ボールねじにおいては、循環通路6内においてボール2が引っかかることなくスムーズに流れることが重要な技術的観点となっている。
【0006】
このため、従来においては、ボール2の引っかかりがリターンチューブ5の差込み部7において生じやすいことから、もっぱら差込み部7の形状を工夫する手段が採られてきた(例えば、特開2000−18359号公報参照)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リターンチューブ5の差込み部7の形状を工夫するという従来の手段は、コストアップにつながる不利があるとともに、ボールの引っかかり現象が多く出現したり、時には出現しなかったりするなど性能が安定しない問題があった。このため、もっと容易にしかも確実にボール2の詰まりによる引っかかり現象を緩和抑制する手段を見出す必要があった。
【0008】
そこで、本願の発明者らは、ボール2の引っかかり現象を定性的、定量的に分析した。
【0009】
先ず、定性的な分析を図5に基づいて説明する。図5(a)から(c)は、リターンチューブ5の出口側において連続したNo.1からNo.3の3個のボール2の1個分の移動状況を示している。入口側においては、出口側とは逆に図5(c)から(a)の順に移動することになる。
【0010】
図5(a)のNo.2のボール2に着目すると、舌部8の下端から半分だけ下方に露出した状態にある。この状態からねじ軸1の回転が進むと、該ボール2の中心は舌部8の先端より下方に移動する。図5(b)の状態になると、該ボール2の移動可能な空間が広がり、ねじ溝転走面4の内側(同図の左方)に存在する小ポケット12に落ち込む。図5(c)においては、該ボール2はその小ポケット12から外れ、ねじ溝転走面4に沿って移動する。
【0011】
図5(a)において、ねじ軸1の中心Oに原点をもつ直交座標(X、Y)を定め、前記のNo.2のボール2の前後に並んだNo.1とNo.3のボール2の各中心を結んだ線分のY軸方向の長さをL1 とし、同様に図5(b)において同じくNo.1から3の各中心を結んだ線分のY軸方向の長さをL2 とする。図5(b)の場合は、No.2のボール2が内側に移動している分だけ上記線分の長さが小さくなっているから、L1 >L2 の関係にある。図5(c)においては、L1 に実質的に等しい。
【0012】
いま、No.1とNo.3のボール2に着目すると、これらのボール2はその間にNo.2のボール2を挟んだ状態で一定速度で移動している途中で、図5(b)の状態で中心間の距離がL1 からL2 に変化し、図5(c)でもとの状態に戻る。L1 >L2 であるから、No.2のボール2は図5(a)の状態から(c)の状態に移動する途中で、その速度が一時的に低下することになる。
【0013】
この関係を前述の図4(b)において見ると、ボール2がリターンチューブ5に入る入口側(図の左側)の部分が前述の図5(a)に相当し、出口側(図の右側)側が同じく図5(b)に相当する。即ち、連続した3個のボール2間の中心距離が、入口側ではL1 、出口側ではL2 (L1 >L2 )となる状態がある。この状態においては、前述のように、循環通路6の中心線上におけるボール2の速度が、入口側の方が相対的に速く、出口側の方が相対的に遅いことになる。
【0014】
入口側と出口側でこのような速度差が生じると、リターンチューブ5内でボール2が詰まり、リターンチューブ式ボールねじに特有の引っかかり現象が発生することになる。
【0015】
なお、舌部8と対向した対向部9の長さは、上記の分析に影響を与えない。
【0016】
次に、前記の図5(a)から(c)と、図6の速度変動図に基づいて定量的な分析を説明する。図6は、No.2のボール2について、図5(a)から(c)に1個分だけ移動する間の速度変動を実測し、その速度変動率(定常速度に対する実速度の比率)のカーブAを、ねじ軸1の回転角度との関係で表したものである。
途中急激に速度が落ち込んでいる部分が、図5(b)の状態である。
【0017】
一方、入口側においては、図5(a)を入口側と見て、同図(c)から(a)の状態にボール2が1個分上方へ移動した場合を示していると見ることができる。このときのボール2の速度変動率の変化は、図6(a)を右から左に見たものと同様の形状となる。図6(b)に入口側の速度変動率のカーブBを示す。
【0018】
上記の図6(a)と図6(b)を重ねると、図6(c)のようになり、入口側と出口側の速度変動率を同時に示すものとなる。図6(c)において※を付して示した2部分が、出口側が遅く、入口側が速い領域となり、これらの部分における速度変動差の絶対値の大きさが引っかかり現象の原因となると考えられる。
【0019】
この図6(c)の初期状態(回転角0の時点)は、出口側が図5(a)の状態,入口側が図5(c)であることから、リターンチューブ5の舌部8間に存在するボール2の数は整数個である。この場合も、舌部8と対向部9の長さは、上記の分析に影響を与えない。
【0020】
この発明は、以上のような定性的、定量的な分析結果に基づき、リターンチューブの差込み部の形状等を変えることなく、簡易な手段でボールの引っかかり現象を緩和抑制することを課題とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、前記のリターンチューブ5の舌部8間に存在するボール2の数を(整数+α)個に設定したのである。但し、0.2≦α≦0.6、望ましくはα=0.5である。
【0022】
このように設定すると、前記の図6(a)及び図6(c)において、一点鎖線で示すように出口側のカーブAの位相を右方向へα個分だけずらした状態となる。その状態を図6(a)及び図6(c)においてA’で示す。図6(c)から分かるように、※の部分における速度変動率の絶対値の差が小さくなる。これにより、ボール2の引っかかり現象が緩和抑制され、円滑に流れる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図1から図3に基づいて説明する。図1に示した第1実施形態のボールねじの基本構造は、前述した従来例のものと変わらない。即ち、ねじ軸1の周りに所要数のボール2を総負荷玉型に充填してナット3を嵌合し、上記ナット3のねじ溝転走面4の両端部をリターンチューブ5により連通さて循環通路6を形成し、該循環通路6に上記ボール2をすき間無く突き合わせて収納するようにしている。上記のリターンチューブ5は図1(c)に示すように、コの字形に屈曲されその両端部の差込み部7は、内側に舌部8が形成され、外側にはその舌部8に対向してこれより長く延び出した対向部9が形成される。上記のリターンチューブ5は、ナット3の外部に露出する部分においてチューブ押さえ11により押さえられる。対向部9が舌部8より短い場合があることも従来と同じである。
【0024】
上記構造のリターン式ボールねじは、ねじ軸1とナット3の相対的な直線運動に伴いボール2が循環通路6を無限に転動循環する。
【0025】
従来と相違する点は、リターンチューブ5の長さとボール2の数の関係が、従来例の場合は、特別な考慮を払われていなかったが、この実施形態の場合は、リターンチューブ5の両端部の舌部8間の範囲内に、(整数個+α)個のボール2が入るように設計されている。即ち、前記の図6(a)及び(c)の出口側のカーブAの位相をα個分だけ内側に移動した状態となり、入側・出側の速度差が小さくなる。
【0026】
上記のαは、後述の実験結果から、0.2から0.6、望ましくは0.5に設定される。αをこのように選定することにより、リターンチューブ5の入口側と出口側におけるボール2の移動速度の差が小さくなり、ボール2の引っかかり現象が緩和抑制されることになる。
【0027】
図2(a)に示した第2実施形態は、負荷ボール2の間にスペーサボール2’を介在したスペーサ介在型のリターンチューブ式ボールねじである。ボール2、2’の大きさ、及び数は前述の第1実施形態の総負荷玉型と同じであり、従って、リターンチューブ5の両端部の舌部8間の範囲内に、(整数+α)個のボール2、2’が入るように設計され、同様の作用・効果がある。
【0028】
図2(b)に示した第3実施形態は、保持器13によりボール2を一定間隔に保持した保持器介在型のリターンチューブ式ボールねじである。この場合においても、ボール2が舌部8下方の小ポケット12に落ち込むことがあるので、総負荷玉型の場合と同様の現象が発生する。この場合も同様の対策、即ち両端部の舌部8間に(整数+α)個のボール2を介在させるようにしている。
【0029】
【実験例】
図1に示した総負荷玉型のリターンチューブ式ボールねじを用い、そのリターンチューブ5の長さを変えて、その両端び舌部8間に入り得るボール2の数を変化させて、引っかかり回数を計測した。その結果を図3に示す。(N(整数)+α)の式において、αが0.5の場合に最も低い数値を示した。αを0.5個に設定することが難しい場合は、0.2≦α≦0.6の範囲で適宜選択することができる。
【0030】
【発明の効果】
以上のように、この発明は、従来格別な意識を持たずに設計されていた、チューブの長さ(詳しくは、両端部の舌部先端間の長さ)と、その間に収納されるボールの数に一定の関係、即ち(整数+α)(0.2≦α≦0.6)という特定の数値関係に設定することにより、図3の実験結果からも明かなように、顕著な効果を発揮することができたものである。これにより、リターンチューブの差込み部の形状を変えることなく、ボールの流れを一層スムーズにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)第1実施形態の平面図
(b)(a)図のb−b線の一部断面図
(c)同上のリターンチューブの斜視図
【図2】(a)第2実施形態の一部断面図
(b)第3実施形態の一部断面図
【図3】実験結果のグラフ
【図4】(a)従来例の平面図
(b)(a)図のb−b線の一部断面図
(c)同上のリターンチューブの斜視図
【図5】(a)〜(c)従来例のリターンチューブ出口側又は入口側の部分断面図
【図6(a)】速度変動図
【図6(b)】速度変動図
【図6(c)】速度変動図
【符号の説明】
1 ねじ軸
2 ボール
3 内輪
4 ねじ溝転走面
5 リターンチューブ
6 循環通路
7 差込み部
8 舌部
9 対向部
11 チューブ押さえ
12 小ポケット
13 保持器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a return tube type ball screw used for a machine tool or the like.
[0002]
[Prior art]
In general, as shown in FIGS. 4A to 4C, a conventional return tube type ball screw is filled with a required number of
[0003]
As shown in FIG. 4 (c), the
[0004]
In the return tube type ball screw having the above structure, the
[0005]
In such a return tube type ball screw, it is an important technical viewpoint that the
[0006]
For this reason, conventionally, since the catch of the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional means of devising the shape of the
[0008]
Therefore, the inventors of the present application analyzed the catching phenomenon of the
[0009]
First, qualitative analysis will be described with reference to FIG. FIGS. 5A to 5C show the movement of one of the three
[0010]
When attention is focused on the No. 2
[0011]
In FIG. 5A, Cartesian coordinates (X, Y) having an origin at the center O of the
[0012]
Now, paying attention to the No. 1 and No. 3
[0013]
When this relationship is seen in FIG. 4B, the part on the inlet side (left side in the figure) where the
[0014]
When such a speed difference occurs between the inlet side and the outlet side, the
[0015]
Note that the length of the facing
[0016]
Next, quantitative analysis will be described based on FIGS. 5A to 5C and the speed fluctuation diagram of FIG. FIG. 6 shows an actual measurement of the speed fluctuation of No. 2
The part where the speed has dropped suddenly is the state shown in FIG.
[0017]
On the other hand, on the entrance side, when viewing FIG. 5A as the entrance side, it can be seen that it shows a case where one
[0018]
When FIG. 6 (a) and FIG. 6 (b) are overlapped, the result is as shown in FIG. 6 (c), and the speed fluctuation rates on the inlet side and the outlet side are shown simultaneously. The two portions marked with * in FIG. 6C are regions where the exit side is slow and the entrance side is fast, and it is considered that the magnitude of the absolute value of the speed fluctuation difference in these portions causes the catching phenomenon.
[0019]
The initial state of FIG. 6C (at the time of the rotation angle 0) exists between the
[0020]
An object of the present invention is to alleviate and restrain the catching phenomenon of a ball by a simple means without changing the shape of the insertion portion of the return tube based on the qualitative and quantitative analysis results as described above.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the present invention sets the number of
[0022]
With this setting, in FIG. 6 (a) and FIG. 6 (c), the phase of the curve A on the exit side is shifted rightward by α as shown by the alternate long and short dash line. This state is indicated by A ′ in FIGS. 6 (a) and 6 (c). As can be seen from FIG. 6C, the difference in the absolute value of the speed fluctuation rate in the portion * is small. Thereby, the catching phenomenon of the ball |
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. The basic structure of the ball screw of the first embodiment shown in FIG. 1 is the same as that of the conventional example described above. That is, a required number of
[0024]
In the return-type ball screw having the above-described structure, the
[0025]
The difference from the prior art is that the relationship between the length of the
[0026]
The above α is set to 0.2 to 0.6, preferably 0.5, from the experimental results described later. By selecting α in this way, the difference in the moving speed of the
[0027]
The second embodiment shown in FIG. 2A is a spacer-interposed return tube type ball screw in which
[0028]
The third embodiment shown in FIG. 2B is a cage-incorporated return tube type ball screw in which the
[0029]
[Experimental example]
The total load ball-shaped return tube type ball screw shown in FIG. 1 is used, the length of the
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the length of the tube (specifically, the length between the tips of the tongues at both ends) and the ball accommodated between the tubes, which have been conventionally designed without special consciousness, are designed. By setting a fixed number relationship, that is, a specific numerical relationship of (integer + α) (0.2 ≦ α ≦ 0.6), a remarkable effect is exhibited as is apparent from the experimental results of FIG. It was possible. Thereby, the flow of the ball can be made smoother without changing the shape of the insertion portion of the return tube.
[Brief description of the drawings]
1A is a plan view of a first embodiment, FIG. 1B is a partial cross-sectional view taken along line bb in FIG. 1A, and FIG. 1C is a perspective view of the return tube of FIG. (B) Partial sectional view of the embodiment (b) Partial sectional view of the third embodiment [FIG. 3] Graph of experimental results [FIG. 4] (a) Plan view of a conventional example (b) (b) of FIG. (C) Perspective view of the return tube same as above (FIG. 5) (a) to (c) Partial sectional view of the return tube outlet side or inlet side of the conventional example [FIG. 6 (a)] Speed fluctuation [Fig. 6 (b)] Speed fluctuation diagram [Fig. 6 (c)] Speed fluctuation diagram [Explanation of symbols]
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