KR20190067858A

KR20190067858A - 볼 나사

Info

Publication number: KR20190067858A
Application number: KR1020197013656A
Authority: KR
Inventors: 게이타로 오카
Original assignee: 닛본 세이고 가부시끼가이샤
Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2019-06-17
Also published as: JPWO2018088506A1; TWI670429B; JP7302171B2; US11506269B2; EP3540263B1; CN109937316A; EP3540263A1; TW201823611A; KR102269699B1; WO2018088506A1; CN109937316B; EP3540263A4; US20200191247A1

Abstract

외주면에 나선상의 제 1 나사 홈 (11) 이 형성된 나사축 (10) 과, 나사축 (10) 의 주위에 배치되고, 내주면에 나선상의 제 2 나사 홈 (21) 이 형성된 너트 (20) 와, 대향하는 양 나사 홈 (11, 21) 에 의해 형성되는 전동로 (23) 내에 수용되는 복수의 볼 (30) 과, 복수의 볼 (30) 을 1 감김 이하의 전동로 (23) 에서 순환시키기 위한 볼 복귀 통로 (42) 를 갖는다. 나사축 (10) 의 제 1 나사 홈 (11) 으로부터 픽업되는 볼 (30) 의 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이에 있어서의 볼 복귀 통로 (42) 의 길이 (L) 는, 그 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이에 충전되는 볼 수의 정수값에 대해, 볼 (30) 의 직경의 －0.1 ∼ ＋0.3 배로 한 값으로 설정된다.

Description

볼 나사

본 발명은, 볼 나사에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 나사축과 너트 사이에 형성되는 전동로를 순환하는 복수의 볼을 되돌리는 볼 복귀 통로를 너트의 내부에 배치한 내부 순환 방식의 볼 나사에 관한 것이다.

종래, 피스식의 볼 나사는, 각종 볼 나사 중에서도, 가장 컴팩트하게 할 수 있는 장점을 갖지만, 저속역에 있어서는, 스파이크상의 토크 파형이 나타나는 경우가 있어, 저속역에서의 작동 특성이 다른 형식의 볼 나사와 비교하여 낮다. 이와 같은 피스식의 볼 나사 장치를 공작 기계의 이송계에 사용하면, 스파이크상의 토크 파형에서 기인하는 이송 속도의 불균일이 발생하여, 가공면에 줄무늬가 생기거나, 위치 결정 정밀도가 저하되는 경우가 있다.

특허문헌 1 에는, 수평 상태로 배치되어 회전하는 나사축과, 그 나사축에 외측에서 끼우는 너트와, 나사축 및 너트의 볼 전동 홈에 의해 형성되는 궤도 내에 전동 가능하게 충전되는 복수의 볼과, 볼 복귀 홈을 갖고 너트에 내장되는 복수의 순환 피스를 구비하는 볼 나사 장치가 개시되어 있다. 복수의 순환 피스는, 너트의 축 방향으로 일렬로, 또한, 각 순환 피스의 위상이 거의 위가 되도록 배치함으로써, 볼 복귀 홈 내에 항상 간극을 발생시켜 볼의 클로깅 현상을 방지하고, 볼 통과 주기의 작동 토크의 변동을 억제하여, 작동 토크의 변동에 수반되는 문제의 억제를 도모하고 있다.

또, 특허문헌 2 에는, 각 볼 사이에 탄성체를 개재시키고, 순환부 일단의 볼과 타단의 볼 사이에 작용하는 볼 출입 방향의 탄성체의 스프링 정수 (定數) 를 규정함으로써, 순환부 내에서의 볼의 출입 변동을 흡수하도록 한 볼 나사가 알려져 있다.

일본 공개특허공보 2012-47333호 일본 공개특허공보 2004-108395호

그런데, 홈이나 원통 등에 의해 생긴 곡선로에 구체를 나열하여 이동시키면, 구체열의 전체 길이가 곡선로에 있어서의 구체의 위치에 따라 변화하는 현상이 발생한다. 예를 들어, 도 12 와 같은 곡선로에 구체 B 를 충전한 경우, 도 12 의 (a) 와 (b) 에서 구체 B 의 위치에 차가 있어, 그 전체 길이는 미묘하게 상이하다. 이것은, 구체 B 의 중심을 연결한 선 S1 이 홈의 중심선 S2 로부터 어긋나 쇼트컷되는데, 그 쇼트컷량이 구체 B 의 위치에 따라 변하는 것에서 기인한다. 요컨대, 도 12 와 같은 홈의 안을 구체열이 통과하면, 그 전체 길이 L1, L2 가 신축하게 된다.

만약, 무한하게 계속되는 구체열이 곡선로를 통과하면, 신축이 발생해도 전후에 구체 B 가 있어 신장되지 못하고, 구체 B 자신이 탄성 변형하여 신장을 없애게 된다. 그 결과, 신장되는 타이밍에서 구체 B 가 서로 밀며 부딪히기 때문에, 원활하게 곡선로를 통과할 수 없게 된다. 단, 신축량은 곡선로의 곡률 반경이나 곡선의 길이에 따라 변화하기 때문에, 신축량이 작아지는 곡선 형상을 알 수 있으면 원활한 구체 B 의 통과를 실현할 수 있다.

또한, 구체열이 신축하면 곡선로의 출입구에 있어서, 구체 B 가 입구에 진입한 양과 출구로부터 나온 양이 동일하게 되지 않고 신축된 만큼 상이하다. 그 때문에, 이 현상을 출입 변동이라고 칭하고, 신축량을 출입 변동량이라고 하는 경우가 있다.

피스식 볼 나사는 순환 피스의 내부에 복잡한 3 차원 곡선 형상의 순환로를 갖고, 그 안을 강구열이 통과하는 구조로 되어 있다. 그 때문에, 출입 변동이 발생하여 강구가 순환로 내를 원활하게 순환하지 않는다는 과제가 있었다.

또, 특허문헌 1 에 기재된 볼 나사 장치에 의하면, 순환 피스를 끼워 맞추기 위한 구멍 또는 홈을 너트에 형성할 필요가 있어, 너트의 열 처리시에 변형되기 쉽다는 생산상의 과제가 있다. 또, 순환 피스 내에 있는 볼은, 부하를 받을 수 없어, 각 볼의 부하 밸런스가 나빠지기 때문에, 결과적으로, 볼 나사 장치의 수명이 저하될 가능성이 있다.

또, 특허문헌 2 에 기재된 볼 나사는, 볼 사이에 탄성체를 개재시키는 만큼, 볼 수를 줄일 필요가 있다. 이 때문에, 볼 나사의 부하 용량이 저감된다. 또, 조립시의 볼 충전 작업이 번잡해짐과 함께, 유연성이 높은 재질로 구성되는 탄성체의 강도나 내마모성이 염려되어, 고속 회전 조건에서의 사용은 곤란하다.

본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 볼이 볼 복귀 통로를 통과할 때의 출입 변동 (작동 토크 변동) 을 저감시켜, 저속시에 있어서의 작동 특성의 향상을 도모한 볼 나사를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 상기 목적은, 하기의 구성에 의해 달성된다.

(1) 외주면에 나선상의 나사 홈이 형성된 나사축과,

상기 나사축의 주위에 배치되고, 내주면에 나선상의 나사 홈이 형성된 너트와,

대향하는 상기 양 나사 홈에 의해 형성되는 전동로 내에 수용되는 복수의 볼과,

그 복수의 볼을 1 감김 이하의 상기 전동로에서 순환시키기 위한 볼 복귀 통로를 갖는 볼 나사로서,

상기 나사축의 나사 홈으로부터 픽업되는 상기 볼의 픽업 포인트 사이에 있어서의 상기 볼 복귀 통로의 길이는, 그 픽업 포인트 사이에 충전되는 상기 볼 수의 정수값에 대해, 상기 볼의 직경의 －0.1 ∼ ＋0.3 배로 한 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 볼 나사.

(2) 상기 양 나사 홈의 리드각이 5°미만에 있어서, 상기 나사축의 축 방향에 대해 수직인 면에 대한 상기 볼 복귀 통로의 최대 경사 각도는 20 ∼ 40°이고,

상기 양 나사 홈의 리드각이 5°이상 7°이하에 있어서, 상기 볼 복귀 통로의 최대 경사 각도는 20 ∼ 60°이고,

상기 양 나사 홈의 리드각이 7°초과에 있어서, 상기 볼 복귀 통로의 최대 경사 각도는 40 ∼ 60°인 것을 특징으로 하는 (1) 에 기재된 볼 나사.

(3) 상기 볼 복귀 통로는, 순환 피스에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2) 에 기재된 볼 나사.

본 발명의 볼 나사에 의하면, 외주면에 나선상의 나사 홈이 형성된 나사축과, 나사축의 주위에 배치되고, 내주면에 나선상의 나사 홈이 형성된 너트와, 대향하는 양 나사 홈에 의해 형성되는 전동로 내에 수용되는 복수의 볼과, 복수의 볼을 1 감김 이하의 전동로에서 순환시키기 위한 볼 복귀 통로를 갖는다. 그리고, 나사축의 나사 홈으로부터 픽업되는 볼의 픽업 포인트 사이에 있어서의 볼 복귀 통로의 길이는, 그 픽업 포인트 사이에 충전되는 볼 수의 정수값에 대해, 볼의 직경의 －0.1 ∼ ＋0.3 배로 한 값으로 설정되므로, 볼이 볼 복귀 통로를 통과할 때의 출입 변동 (작동 토크 변동) 을 억제할 수 있어, 저속시에 있어서의 작동 특성이 향상된다.

도 1 은 본 발명에 관련된 볼 나사의 사시도이다.
도 2 는 순환로를 통과하는 강구열과 함께, 나사축 및 순환 피스를 나타내는 사시도이다.
도 3 은 도 1 에 나타내는 볼 나사의 주요부의 단면도이다.
도 4 의 (a) 는, 나사축의 나사 홈과 순환 피스의 볼 복귀 통로를 나타내는 모식도, (b) 는, 볼의 픽업 포인트 사이에 충전된 볼 복귀 통로의 단면도이다.
도 5 의 (a) 는, 순환 피스의 볼 복귀 통로의 형상을 나타내는 평면도, (b) 는, (a) 의 볼 복귀 통로 중심선을 따른 단면도이다.
도 6 은 볼 복귀 통로를 통과하는 볼의 거동을 나타내는 설명도이다.
도 7 의 (a) 는, 본 발명에 관련된 볼 나사의 출입 변동이 작은 토크 파형을 나타내는 그래프, (b) 는, 종래의 볼 나사의 출입 변동이 큰 토크 파형을 나타내는 그래프이다.
도 8 은 볼 복귀 통로의 픽업 포인트 사이에 충전되는 볼 수와, 출입 변동의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 는 나사축의 축 직경과, 출입 변동이 최소가 되는 픽업 포인트 사이에 충전되는 볼 수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10 은 출입 변동이 최소가 되는, 나사 홈의 리드각과, 볼 복귀 통로의 최대 경사 각도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11 은 볼 복귀 통로/볼의 직경과, 최소 출입 변동량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12 의 (a) 및 (b) 는, 구체의 위치에 따른 구체열의 전체 길이의 변화를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명에 관련된 볼 나사의 일 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 1 은, 본 발명에 관련된 볼 나사의 사시도이고, 도 2 는, 순환로를 통과하는 강구열과 함께, 나사축 및 순환 피스를 나타내는 사시도이고, 도 3 은, 도 1 에 나타내는 볼 나사의 주요부의 단면도이다.

도 1 에 나타내는 내부 순환 방식의 볼 나사 (1) 는, 공작 기계나 산업 기계 등의 반송이나 정밀 위치 결정에 사용되는 것으로, 특히, 금형 가공 등의 고정밀도의 가공에 사용되는 고정밀도 공작 기계에 바람직하게 사용된다.

이 볼 나사 (1) 는, 나사축 (10) 과, 너트 (20) 와, 복수의 볼 (30) 과, 복수의 순환 피스 (40) 를 구비하여 구성되어 있다. 나사축 (10) 은, 중심축 (CL) 을 중심으로 한 원통 형상으로 형성되고, 그 외주면에 소정의 리드를 갖는 나선상의 제 1 나사 홈 (11) 이 형성되어 있다.

너트 (20) 는 대략 원통상을 이루고, 그 내경은 나사축 (10) 의 외경보다 크게 형성되어 있고, 나사축 (10) 에 소정의 간극을 갖고 외측에서 끼워져 있다. 너트 (20) 의 일단부에는, 안내 대상과 결합하기 위한 플랜지 (25) 가 형성되어 있다. 너트 (20) 의 내주면에는, 나사축 (10) 의 제 1 나사 홈 (11) 과 동등한 리드를 갖고, 제 1 나사 홈 (11) 과 대향하는 제 2 나사 홈 (21) 이 형성되어 있다. 그리고, 나사축 (10) 의 제 1 나사 홈 (11) 과 너트 (20) 의 제 2 나사 홈 (21) 에 의해 단면 대략 원형상의 전동로 (23) 가 형성되어 있다. 이 전동로 (23) 내에 복수의 볼 (30) 이 전동 가능하게 충전 배치되어 있다.

또, 너트 (20) 의 내주면에는, 볼 (30) 을 바로 앞의 전동로 (23) 로 되돌리기 위한 복수의 순환 피스 (40) 가 장착되어 있다. 각 순환 피스 (40) 에는, 전동로 (23) 의 일단과 1 감김 바로 앞의 전동로 (23) 의 타단을 연결하는 볼 복귀 통로 (42) 가 형성되어 있다. 이 볼 복귀 통로 (42) 에 의해, 각 순환 피스 (40) 를 향하여 전동로 (23) 를 굴러 오는 볼 (30) 을 나사축 (10) 의 직경 방향으로 픽업하고, 또한 나사축 (10) 의 나사산 (12) 을 타고 넘게 하여, 1 감김 바로 앞 (1 리드 바로 앞) 의 전동로 (23) 로 되돌림으로써 볼 (30) 을 순환 가능하게 하고 있다.

그리고, 이 볼 복귀 통로 (42) 및 전동로 (23) 에 의해 나사축 (10) 의 외측에 대략 원환상의 무한 순환로 (24) 가 형성된다. 이로써, 너트 (20) 에 대한 나사축 (10) 의 상대적인 회전에 수반하여, 복수의 볼 (30) 이 무한 순환로 (24) 내를 무한 순환함으로써, 너트 (20) 가 나사축 (10) 에 대해 나사축 (10) 의 축 방향으로 직선 운동하는 것이 가능해진다.

다음으로, 각 순환 피스 (40) 에 대해 도 4 및 도 5 를 참조하여 상세하게 설명한다. 순환 피스 (40) 는, 예를 들어 소결 합금에 의해 형성된, 평면에서 보았을 때, 대략 타원형의 부재이고, 그 내면에는, 대략 S 자형의 볼 복귀 통로 (42) 가 형성되어 있다. 볼 복귀 통로 (42) 는, 순환 피스 (40) 의 일단의 픽업 포인트 (43a) 에서, 나사축 (10) 의 제 1 나사 홈 (11) 으로부터 볼 (30) 을 픽업하고, 중간 통로 (45) 를 통하여 나사산 (12) 을 타고 넘어, 타단에 있는 픽업 포인트 (43b) 에서 볼 (30) 을 1 감김 바로 앞의 제 1 나사 홈 (11) 에 반송한다.

또한, 여기서 말하는 픽업 포인트 (43a, 43b) 란, 나사축 (10) (제 1 나사 홈 (11)) 상에서의 볼 (30) 의 궤적 T₁ 과, 순환 피스 (40) 내에서의 볼 (30) 의 궤적 T₂ 의 접점, 즉, 나사축 (10) 상을 이동하는 볼 (30) 이, 궤적 T₁ 로부터 멀어지는 점이다.

또, 나사축 (10) 의 중심축 (CL) 에 직교하는 면 (S) 과, 볼 복귀 통로 (42) 내에서의 볼 (30) 의 궤적 T₂ 가 이루는 경사 각도는, 순환 피스 (40) 의 경로 상의 피스 중심 (C) 에서의 각도가 최대 경사 각도 (α) 가 된다. 또, 나사축 (10) 상에서의 볼 (30) 의 궤적 T₁ 과, 나사축 (10) 의 중심축 (CL) 에 직교하는 면 (S) 이 이루는 각도가, 나사 홈 (11, 21) 의 리드각 (β) 이 된다.

여기서, 발명자는, 예의 연구한 결과, 볼 복귀 통로 (42) 내, 엄밀하게는, 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이에 충전되는 볼 수와, 출입 변동 사이에 관계성이 있는 것을 알아내었다. 또한, 이하의 설명에서는, 볼 복귀 통로 (42) 의 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이의 길이를, 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이에 충전되는 볼 수로 나타내지만, 볼 수에 미치지 못하는 길이에 대해서도, 편의상, 볼 (30) 의 직경으로 환산하여, 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이에 충전되는 볼 수로서 나타내는 것으로 한다.

예를 들어, 도 4(b) 는, 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이에 충전되는 볼 수가 4.1 개 인 경우를 나타내고 있다.

출입 변동이란, 볼 복귀 통로 (42) 내에서의 볼 이동량의 차이고, 도 6 에 나타내는 예에서는, 도면 중, 하측의 볼 (30) 이 순환 피스 (40) 내를 향하여 0.917 ㎜ 이동한 것에 반하여, 상측의 볼 (30) 이 0.906 ㎜ 밖에 이동하고 있지 않다. 이 볼 이동량의 차에 의해 볼 (30) 의 순환에 불균일이 발생하여, 토크의 변동이 되어 나타난다.

예를 들어, 도 7(a) 에 나타내는 바와 같이, 출입 변동의 차가 작은 (0.04 ㎜) 의 순환 피스 (40) 이면, 토크 파형의 변동이 작아진다. 한편, 도 7(b) 에 나타내는 바와 같이, 출입 변동의 차가 큰 (0.11 ㎜) 의 순환 피스 (40) 이면, 토크 파형의 변동도 커진다.

도 8 은, 나사축 (10) 의 축 직경을 50 ㎜ 로 했을 때의 일례에서는, 볼 복귀 통로 (42) 의 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이에 충전되는 볼 수와, 출입 변동의 관계를 계산에 의해 구한 결과이고, 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이에 충전되는 볼 수에 따라 출입 변동이 크게 변하는 것을 알 수 있다. 또, 이 경우, 볼 수가 4.2 부근에서, 출입 변동이 최소가 되는 것을 알 수 있다.

그래서, 본 발명자는, 나사축 (10) 의 축 직경이 20 ∼ 63 ㎜, 나사 홈 (11, 21) 의 리드가 5 ∼ 20 ㎜, 볼 직경이 1/8 ∼ 3/8 in 인 각종 볼 나사 (1) 에 대해, 출입 변동이 최소가 되는 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이에 충전되는 볼 수를 계산에 의해 조사하였다.

도 9 는, 나사축의 축 직경과, 출입 변동이 최소가 되는 픽업 포인트 사이에 충전되는 볼 수의 관계를 나타내는 그래프이다. 따라서, 도 8 및 도 9 에 나타내는 바와 같이, 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이에 있어서의 볼 복귀 통로 (42) 의 길이를, 그 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이에 충전되는 볼 수의 정수값에 대해, 볼 (30) 의 직경의 －0.1 ∼ ＋0.3 배로 한 값으로 설정하는 경우에는, 출입 변동이 작아지는 것을 알 수 있다.

또한, 이로써, 각종 볼 나사 (1) 에 있어서의 출입 변동은, 모두 0.05 ㎜ 이하의 최소의 값이 얻어진다.

또, 도 9 중, 도 7(a), 도 7(b) 는, 각각의 피스 설계값에서의 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이에 충전되는 볼 수를 나타내고 있다.

또, 나사축 (10) 의 축 직경, 나사 홈 (11, 21) 의 리드, 볼 직경을, 도 9 의 조건과 동일 조건으로 하여, 출입 변동이 최소가 되는, 나사 홈 (11, 21) 의 리드각 (β) 과, 볼 복귀 통로 (42) 의 순환 피스 (40) 의 경로 상의 피스 중심 (C) 에서의 각도 (α) (최대 경사 각도) 의 관계를 계산에 의해 조사하였다.

그 결과, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 양 나사 홈 (11, 21) 의 리드각 (β) 이 5°미만에 있어서는 볼 복귀 통로 (42) 의 순환 피스 (40) 의 경로 상의 피스 중심 (C) 에서의 각도 (α) 를 20 ∼ 40°, 바람직하게는, 20 ∼ 30°로 설정하고, 양 나사 홈 (11, 21) 의 리드각 (β) 이 5°이상 7°이하에 있어서는 볼 복귀 통로 (42) 의 순환 피스 (40) 의 경로 상의 피스 중심 (C) 에서의 각도 (α) 를 20 ∼ 60°로 설정하고, 양 나사 홈 (11, 21) 의 리드각 (β) 이 7°초과에 있어서는 볼 복귀 통로 (42) 의 경로 상의 피스 중심 (C) 에서의 각도 (α) 를 40 ∼ 60°로 설정하면, 출입 변동을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 양 나사 홈 (11, 21) 의 리드각 (β) 에 따라, 경로 상의 피스 중심 (C) 에서의 각도 (α) 를 상기의 범위로 설정하면 된다.

또, 순환 피스 (40) 내의 볼 (30) 에 대해 볼 복귀 통로 (42) 의 폭이 넓으면, 볼 (30) 이 볼 복귀 통로 (42) 의 중심으로부터 어긋나 버리기 때문에, 볼 (30) 의 나열이 불안정해져, 순환 피스 (40) 내에서의 볼 (30) 의 궤적 T₂ 에도 영향을 미친다. 볼 (30) 을 설계와 같이, 볼 복귀 통로 (42) 의 중앙 부근에 나열하기 위해, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 볼 복귀 통로 (42) 의 폭 W 는, 볼 (30) 의 직경 × 1.07 이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 순환 피스 (40) 내에서의 볼 (30) 의 궤적 T₂ 의 변동은, 볼 복귀 통로 (42) 의 곡률 반경 r 이 클수록 작아지는 특징을 갖는다. 여기서, 각종 제원(축 직경 32 ∼ 63 ㎜) 의 볼 나사에 있어서, 볼 복귀 통로 (42) 의 곡률 반경 r/볼 (30) 의 직경을 1 ∼ 2.2 의 사이에서 변화시켰을 때에, 최소가 되는 출입 변동량을 계산하였다. 도 11 에 나타내는 바와 같이, 작은 경로 변동을 얻기 위해서는, 볼 복귀 통로 (42) 의 곡률 반경 r/볼 (30) 의 직경을 1.5 이상으로 하면 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 볼 복귀 통로 (42) 의 곡률 반경 r 의 최소값은, 볼 (30) 의 직경 × 1.5 이상으로 하는 것이 바람직하고, 볼 (30) 의 직경 × 1.6 이상이 보다 바람직하고, 볼 (30) 의 직경 × 1.7 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 볼 나사 (1) 에 의하면, 외주면에 나선상의 제 1 나사 홈 (11) 이 형성된 나사축 (10) 과, 나사축 (10) 의 주위에 배치되고, 내주면에 나선상의 제 2 나사 홈 (21) 이 형성된 너트 (20) 와, 대향하는 양 나사 홈 (11, 21) 에 의해 형성되는 전동로 (23) 내에 수용되는 복수의 볼 (30) 과, 복수의 볼 (30) 을 1 감김 이하의 전동로 (23) 에서 순환시키기 위한 볼 복귀 통로 (42) 를 갖는다. 나사축 (10) 의 제 1 나사 홈 (11) 으로부터 픽업되는 볼 (30) 의 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이에 있어서의 볼 복귀 통로 (42) 의 길이 (L) 는, 그 픽업 포인트 (43a, 43b) 사이에 충전되는 볼 수의 정수값에 대해, 볼 (30) 의 직경의 －0.1 ∼ ＋0.3 배로 한 값으로 설정되므로, 볼 (30) 이 볼 복귀 통로 (42) 를 통과할 때의 출입 변동 (작동 토크 변동) 을 억제할 수 있어, 저속시에 있어서의 작동 특성이 향상된다.

또, 이로써, 그 볼 나사 (1) 를 사용한 이송 장치는, 위치 결정 정밀도나 운동 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 양 나사 홈 (11, 21) 의 리드각 (β) 이 5°미만에 있어서, 나사축 (10) 의 축 방향에 대해 수직인 면 (S) 에 대한 볼 복귀 통로 (42) 의 경로 상의 피스 중심 (C) 에서의 각도 (α) (최대 경사 각도) 는 20 ∼ 40°, 바람직하게는 20 ∼ 30°이고, 양 나사 홈 (11, 21) 의 리드각 (β) 이 5°이상 7°이하에 있어서, 볼 복귀 통로 (42) 의 경로 상의 피스 중심 (C) 에서의 각도 (α) 는 20 ∼ 60°이고, 양 나사 홈 (11, 21) 의 리드각 (β) 이 7°초과에 있어서, 볼 복귀 통로 (42) 의 경로 상의 피스 중심 (C) 에서의 각도 (α) 는 40 ∼ 60°이므로, 볼 (30) 이 볼 복귀 통로 (42) 를 통과할 때의 출입 변동 (작동 토크 변동) 을 더욱 억제할 수 있어, 저속시에 있어서의 작동 특성이 향상된다.

또, 볼 복귀 통로 (42) 는, 순환 피스 (40) 에 의해 구성되므로, 너트 (20) 의 가공이 복잡해지지 않고, 정밀도가 양호한 볼 복귀 통로 (42) 를 용이하게 제작할 수 있다.

또한, 본 발명은, 전술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 적절히 변형, 개량 등이 가능하다.

볼 복귀 통로 (42) 는, 볼 (30) 이 1 감김 이하의 전동로 (23) 에서 순환하도록 형성되면 되고, 임의의 형식이 채용 가능하다. 예를 들어, 본 실시형태에서는, 너트 (20) 의 내면에 배치 형성한 순환 피스 (40) 에 의해 볼 복귀 통로 (42) 를 형성했지만, 순환 피스 (40) 에 한정되지 않고, 볼 복귀 통로를 내주면에 일체 형성한 너트 (일본 공개특허공보 2003-307623호 참조) 여도 된다. 이 경우, 볼 복귀 통로가 너트와 일체화되므로, 볼 복귀 통로와 너트의 나사 홈이 단차 없이 형성되고, 볼 (30) 이 단차에 걸리지 않고, 매끄러운 작동을 실현할 수 있다.

또, 볼 복귀 통로는, 나사축의 외주면으로부터 볼을 이격시켜, 순환 피스에의해서만 볼 (30) 이 순환하도록 해도 되고 (일본 공개특허공보 1993-10412호 참조), 또, 볼 복귀 통로가, 터널상으로 형성되어도 된다 (일본 특허 제4462458호 참조). 또한, 순환 피스는, 나사축의 나사 홈 내에 들어가는 텅 부분을 가지고 있어도 된다.

본 출원은, 2016년 11월 14일에 출원된 일본 특허출원 2016-221428호에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 받아들여진다.

1 : 볼 나사
10 : 나사축
11 : 제 1 나사 홈 (나사 홈)
20 : 너트
21 : 제 2 나사 홈 (나사 홈)
23 : 전동로
30 : 볼
40 : 순환 피스
42 : 볼 복귀 통로
43a, 43b : 볼의 픽업 포인트
L : 볼 복귀 통로의 길이
S : 나사축의 축 방향에 대해 수직인 면
α : 볼 복귀 통로의 경로 상의 피스 중심에서의 각도 (최대 경사 각도)
β : 나사 홈의 리드각

Claims

외주면에 나선상의 나사 홈이 형성된 나사축과,
상기 나사축의 주위에 배치되고, 내주면에 나선상의 나사 홈이 형성된 너트와,
대향하는 양 상기 나사 홈에 의해 형성되는 전동로 내에 수용되는 복수의 볼과,
그 복수의 볼을 1 감김 이하의 상기 전동로에서 순환시키기 위한 볼 복귀 통로를 갖는 볼 나사로서,
상기 나사축의 나사 홈으로부터 픽업되는 상기 볼의 픽업 포인트 사이에 있어서의 상기 볼 복귀 통로의 길이는, 그 픽업 포인트 사이에 충전되는 상기 볼 수의 정수값에 대해, 상기 볼의 직경의 －0.1 ∼ ＋0.3 배로 한 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
제 1 항에 있어서,
양 상기 나사 홈의 리드각이 5°미만에 있어서, 상기 나사축의 축 방향에 대해 수직인 면에 대한 상기 볼 복귀 통로의 최대 경사 각도는 20 ∼ 40°이고,
양 상기 나사 홈의 리드각이 5°이상 7°이하에 있어서, 상기 볼 복귀 통로의 최대 경사 각도는 20 ∼ 60°이고,
양 상기 나사 홈의 리드각이 7°초과에 있어서, 상기 볼 복귀 통로의 최대 경사 각도는 40 ∼ 60°인 것을 특징으로 하는 볼 나사.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 볼 복귀 통로는, 순환 피스에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 볼 나사.