(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケージ式ボール・スクリューにおいて、
少なくともその外部表面にスクリュー・スロットを備えたスクリュー軸と、
該スクリュー軸の外部に嵌められたスクリュー・ナット本体と、
内側に該スクリュー軸のスクリュー・スロットと対応するスクリュー・スロットを備えた中空状態の該スクリュー・ナット本体と、
該スクリュー軸及びスクリュー・ナット本体のスクリュー・スロットの間にある多数のボールと、
該スクリュー軸及びスクリュー・ナット本体の間に設けられた筒状のボール・ホルダーとを含み、
該ボール・ホルダーには、多数の保持穴が設けられ、該保持穴には、該ボールが隣り合わせのボールと接触しないように、該ボールが一個ずつ入れてあり、
且つ該ボール・ホルダーの外側には、該スクリュー・ナット本体のスクリュー・スロットに沿って伸長体が設けられる一方、
該保持穴の両側の伸長体の上には、保持穴の中のボールが外部に脱落しないようにボール・ホルダーの外側へ向けて張り出した突出体が設けられていて、
該ボール・ホルダーの両側には連結孔が設けられ、隣り合う両ボール・ホルダーの連結孔に結合帯を貫通することによって、隣り合うボール・ホルダーが相互に結合されたことを特徴とする、
ケージ式ボール・スクリュー。
【請求項２】
該ボール・ホルダーの伸長体の外側には、Ｖ字型溝が設けられたことを特徴とする、請求項１に記載のケージ式ボール・スクリュー。
【請求項３】
多数の保持穴が設けられたボール・ホルダーの本体は、銅、アルミ、又はその合金を鋳造して製造され、保持穴の中のボールが外部に脱落しないようにボール・ホルダーの外側へ向けて設けられる突出体は押出成型によって形成され、かつ伸長体の外側にはＶ字型溝が設けられたことを特徴とする、請求項１に記載のケージ式ボール・スクリュー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はボール・スクリューに係り、特にスクリュー軸及びスクリュー・ナット本体の間にケージ式ボール・ホルダーを設け、隣り合わせのボールがお互いに接触せず、且つボールがスクリュー・ナット本体のカバーする範囲外に転動した場合でも、脱落しないケージ式ボール・スクリューに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のボール・スクリュー軸は、スクリュー軸と、スクリュー・ナット・ユニット、及びスクリューとスクリュー・ナット・ユニットの間にて循環的に転動する多数のボールと、スクリュー軸の外部表面に円弧状の断面を有するスクリュー・スロットを備え、そしてそのスクリュー・ナット・ユニットに、一つのスクリュー・ナット本体及びボールの循環的転動用の部品と、スクリュー軸の外側に中空状のスクリュー・ナット本体が嵌められ、その内側にスクリュー軸のスクリュー・スロットに対応するスクリュー・スロットがあり、多数のボールがスクリュー軸及びスクリュー・ナット・ユニットの間におかれ、スクリュー・ナット・ユニットによって、ボールを循環的に転動させる部品及びボールの転動で、スクリュー軸及びスクリュー・ナット・ユニットの間で相互に回転し、且つスクリュー軸のスクリュー・スロットの長さに関わりなく、スクリュー・ナット・ユニットがスクリュー軸のスクリュー・スロットに対し螺旋運動を行う事ができるようになっている。
【０００３】
又、図１０は、前記ボール・スクリュー軸の改良型設計によるものであり（米国特許第４５４２６６１号）、図１１は図１０のＡ―Ａ’線の断面図で、スクリュー軸１及びスクリュー・ナット本体２の上には、それぞれスクリュー・スロットが設けられ（符号１１と２１を参照）、スクリュー・ナット本体２の上には、スクリュー・ナット本体２と外部機構とが結合する場合のためのフランジ２２が設けられ、スクリュー軸１及びスクリュー・ナット本体２の間には、ケージ（Cage）式のボール・ホルダー４が設けられ、そしてボール・ホルダー４には数多くのボール３を入れるための保持穴４１があり、該保持穴４１にはボールを一個ずつ入れてあり、ボールとボールの間はボール・ホルダー４によって、隔離されているため、ボールとボールの間で相互に摩擦を起こす問題を避けている。
【０００４】
しかし、ボール・ホルダー４はボールがスクリュー軸１のスクリュー・スロット１１の表面から外側に脱落することを制限することができないため、スクリュー・ナット本体２のスクリュー・スロット２１でカバーする範囲を除き、ボールは、ホルダー４から外側に脱落する。
なお、図１０の設計では、スクリュー・ナット本体２の両側にそれぞれシンブル５をボール３の外周に包み、ボールが脱落するのを防いでいる。スリーブの長さはスクリュー・ナット本体２の運動ストロークの約半分の長さである。
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】
前記従来の設計によるボール・スクリューは、ボールが二つずつ相互に接触し、摩擦するので、摩擦による阻止力が比較的に大きく、且つその循環構造において、ボールとスクリュー・スロットとは接触せず、且つスクリュー・スロットは循環構造のなかのボールの運動の動力を提供することができない。
そのため、循環構造のなかのボールは、次々に前のボールを押しながら前進するのである。ボールの相互摩擦及び押し合いによって、ボール・スクリューの摩擦による阻止力が増大し、ボール・スクリューの瞬間反転時のねじり力の変化をもたらすばかりでなく、循環構造の受ける負荷も大きく、循環構造の破壊という問題が生じ易い。
【０００６】
そして、図１０に示すような従来の設計では、シンブル５がスクリュー・ナット本体２に固定して設置されているため、スクリュー・ナット本体２が移動するとき、シンブル５（thimble）もそれにつれて移動し、スクリュー・ナット本体２がストロークの極限点までに移動した場合、シンブル５はストロークの極限点を越え、スクリュー１のベアリング・ブロック（表示せず）に干渉することになる。
ベアリング・ブロックがシンブル５との干渉を生じないようにするためには、ベアリング・ブロックとストロークの極限点の間における距離は、少なくともシンブル５の長さより大きくなければならず、そうすると、大部分の状況下では、機械の長さを大幅に継ぎ足すほかなく、機械の製造コストが嵩むことになる。
【０００７】
【本発明の目的】
本発明の目的は、主として隣り合わせのボールがお互いに摩擦せず、且つボールの循環構造を設置する必要がなく、且つスクリュー・ナット本体の両側にシンブルを設けないボール・スクリューを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明は、ケージ式ボール・スクリューにおいて、少なくともその外部表面にスクリュー・スロットを備えたスクリュー軸と、該スクリュー軸の外部に嵌められたスクリュー・ナット本体と、内側に該スクリュー軸のスクリュー・スロットと対応するスクリュー・スロットを備えた中空状態の該スクリュー・ナット本体と、該スクリュー軸及びスクリュー・ナット本体のスクリュー・スロットの間にある多数のボールと、該スクリュー軸及びスクリュー・ナット本体の間に設けられた筒状のボール・ホルダーとを含み、該ボール・ホルダーには、多数の保持穴が設けられ、該保持穴には、該ボールが隣り合わせのボールと接触しないように、該ボールが一個ずつ入れてあり、且つ該ボール・ホルダーの外側には、該スクリュー・ナット本体のスクリュー・スロットに沿って伸長体が設けられる一方、該保持穴の両側の伸長体の上には、保持穴の中のボールが外部に脱落しないようにボール・ホルダーの外側へ向けて張り出した突出体が設けられていて、該ボール・ホルダーの両側には連結孔が設けられ、隣り合う両ボール・ホルダーの連結孔に結合帯を貫通することによって、隣り合うボール・ホルダーが相互に結合されたことを特徴とする、ケージ式ボール・スクリューである。
さらに、該ボール・ホルダーの伸長体の外側には、Ｖ字型溝が設けられることが特徴である。
【０００９】
また、本発明は、上記ケージ式ボール・スクリューにおいて、多数の保持穴が設けられたボール・ホルダーの本体は、銅、アルミ、又はその合金を鋳造して製造され、保持穴の中のボールが外部に脱落しないようにボール・ホルダーの外側へ向けて設けられる突出体は押出成型によって形成され、かつ伸長体の外側にはＶ字型溝が設けられたことを特徴とする、ケージ式ボール・スクリューである。
【００１０】
【作用】
本発明のケージ式ボール・スクリューでは、上記のように構成されるから、隣り合わせのボールがお互いに摩擦せず、且つボールの循環構造を設置することがなく、且つスクリュー・ナット本体の両側にシンブルを設ける必要がない。
そのため、摩擦や循環構造機構の破壊が起こる危険を押さえることができると共に、スクリュー・ナット本体の両側にシンブルを設けないことは、機械と機械の間のスペースの無駄を省き、機械の製作コストを下げることができる。
このほか、本発明の製作を簡素化し、シンブルを標準化するために、本発明では更にシンブルとシンブルの連結方式を提案し、製品の規格化の一助とすることができた。
【００１１】
本発明のケージ式ボール・スクリューは、スクリュー軸と、少なくともスクリュー・ナット本体を含み、スクリュー軸の外部表面には、円弧状の断面をもったスクリュー・スロットを備え、中空状のスクリュー・ナット本体はスクリュー軸の外側に嵌められ、その内側には、スクリュー軸のスクリュー・スロットに対応する円弧状の断面をもったスクリュー・スロットがあり、多数のボールがスクリュー軸とスクリュー・ナット本体のネジ山の間におかれ、スクリュー・スロットに沿って転動するようになっている。ボールはスクリュー・スロットに沿って転動するため、スクリュー軸及びスクリュー・ナット本体の間でお互いに螺旋運動をすることになる。
【００１２】
又、転動するボールどうしが接触するのを避けるため、本発明において設計した新型式のボール・ホルダーには、保持穴を設け、この保持穴がボールをそのなかに保持し、また本発明では、シンブルを使ってボールの転動を制限しないため、本発明のボール・ホルダーにはボールの脱落を防ぐ機能を持たせる。
即ち、スクリュー・ナット本体にカバーされていない区域のボールがスクリュー軸のスクリュー・スロットの表面を離れて外側に脱落するのを防ぐため、ボール・ホルダーの構造を特別に設計する。
【００１３】
スクリュー・ナット本体のスクリュー・スロットは螺旋状の凹んだ溝であり、その溝の中における２個のボールが接触する場合は、点と点の接触なので、溝の底部付近のボールと隣り合わせのボールはお互いに接触せず、且つ相当の隙間がある、そこで、本発明はその隙間区域を利用して伸長体を設け、その伸長体はボールの両側にあり、そして伸長体の上にはボールに近い突出体を設け、ボールが保持穴の外に脱落することを制限している。
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
【発明の実施の形態１】
図１は本発明のケージ式ボール・スクリューの実施形態１を示すものである。本発明のケージ式ボール・スクリューは、スクリュー軸１及びスクリュー・ナット本体２を備えている。
スクリュー・ナット本体２のスクリュー・スロット２１は、丁度スクリュー軸１のスクリュー・スロット１１の外側に設けられ、スクリュー・スロット１１及びスクリュー・スロット２１は、共同してボール３が螺旋運動を行うガイドレールを提供している。
ここで、スクリュー軸１及びスクリュー・ナット本体２の間には明らかな隙間間隔があり、この隙間間隔には、ケージ式のボール・ホルダー４が設けられ、そして、このボール・ホルダー４の運動軌道の上に多数のボール３を保持する保持穴が設けられ、保持穴の中には、ボール３が一個ずつ入れられ、ボールとボールの間はボール・ホルダー４によって隔離されているので、ボールとボールがお互いに摩擦することが避けられる。
【００１６】
更に、シンブルを設けると、ベアリング・ブロックとの間で干渉が生じるので、本発明によるケージ式ボール・スクリューは、従来の設計のように機械の長さが長くなり、又は、製作コストが増加するなどの欠点を避けるため、スクリュー・ナット２の両側にシンブルを設けていない。
【００１７】
スクリュー軸１とスクリュー・ナット本体２が相対的に回転する時、ボール３はスクリュー・ナット２のスクリュー軸１に対する回転速度の約半分の速度でスクリュー軸１に対して回転し、本発明のケージ式ボール・スクリューを設計の有効ストローク範囲内におき、スクリュー・ナット本体２がすべて十分な量のボールと接触できるようにするため、ボール・ホルダー４の長さはスクリュー・ナット本体２の長さより長くなければならず、且つその継ぎ足し量はスクリュー・ナット本体２のスクリュー軸に対する移動ストロークの約半分に相当する。
【００１８】
スクリュー・ナット本体２の両側にシンブルを設けないので、ボール・ホルダー４の長さは、明らかにスクリュー・ナット本体２の長さより長くなければならない。スクリュー・ナット本体２にカバーされない区域のボール３がスクリュー軸１のスクリュー・スロット１１の表面から外側に脱落するのを防ぐため、ボール・ホルダー４の構造を特別に設計する必要がある。
【００１９】
本発明のボール・ホルダー４の構造を図によって説明すると、図２は図１のＢ−Ｂ’の断面図であり、図３は図２のＣ−Ｃ’の局部断面図を更に図示したものである。
図３の断面図に示すように、ボール・ホルダー４には、スクリュー・ナット本体２のスクリュー・スロット２１がカバーする区域内に伸長体４２を設けて有り、スクリュー・ナット本体２のスクリュー・スロット２１は螺旋状の凹んだ溝であるため、ボール・ホルダー４の外側の、スクリュー・スロット２１の凹み部に対応して設置された伸長体４２は、スクリュー軸１とスクリュー・ナット本体２が相互に螺合して回転する過程でスクリュー・ナット本体２と干渉を生じることはない。
【００２０】
伸長体４２を図２の視角から観察すると、螺旋状に配列した伸長体４２は、保持穴４１によって、多数の小さいセックションに分割され、ボール３は、円筒状の保持穴４１の中に保持される。
そして、保持穴４１の外側の左右両辺には、それぞれ保持穴４１から伸長した突出部４２１が設けられ、ボール３が突出部４２１の制限を受けて保持穴４１から脱落することがない。
【００２１】
【製造方法】
本発明のケージ式ボール・スクリューの製造方法において、特に突出部４２１含む保持穴４１を製造するには、多くの製造方法がある。本発明において、研究分析の結果、この保持穴及び突出部の製作には、以下のような三つの製造方式が適用できる。
【００２２】
第一方法は、まず保持穴の直径より小さく且つ突出部４２１に影響を及ぼさない程度のドリル加工で穿孔を行い、次にボーリング・バイトで穿孔穴の内側を設計した保持穴の径と同じ大きさまで加工する、この方法は生産効率が低くいので、小ロットの生産に適する。
【００２３】
第二方法は、まずボール・ホルダー４の上に保持穴４１を加工し、次に押し出し、又は叩き出し方式で、伸長体４２の隣り合わせの二つの保持穴の間にＶ字型溝４２２を開設する（図２参照）。
このＶ字型溝４２２を製作する時、保持穴４１の外側の材料が保持穴４１の方向に移動するので、突出部４２１を作り出す。
この方法では、一つ一つの保持穴にもう一度穿孔加工を行って製造することになるので、小ロットの生産に適するが、大量に製作する場合は、製作コストが依然高すぎる。
【００２４】
第三方法は、蝋型法、又はその他精密鋳造方式でボール・ホルダーと保持穴を同時に完成する方法であり、型抜きをし易くするために、保持穴４１の両側の突出部をまず一時的に保持穴の穴壁の外に向かって伸長させ、型抜きの邪魔にならないようにしておき、型抜きを完成してからローリング圧着方式で保持穴４１に沿って穴壁の外側に伸長した突出部を保持穴の方向に押し付け、Ｖ字型溝４２２を形成して、ボール３が保持穴４１から脱落するのを防ぐ。
【００２５】
【発明の実施の形態２】
図４は本発明の実施形態２を示すもので、図５は図４のＣ−Ｃ’線の局部断面図である。
保持穴４１は、ボール・ホルダー４に接近した内径の所の（図中の４５１）口径をボールの直径より小さくし、ボール３がボール・ホルダー４から保持穴４１の外側を通り抜けてボール・ホルダー４の内側に脱落しないようにする。
そして、このボール・ホルダー４の中のボールはボール・ホルダー４とスクリュー軸１及びスクリュー・ナット本体２が同時に分離する時、ボール３は依然ボール・ホルダー４から脱落することがない。
このことは、この製品のユーザーにとって、相当の便利さを与え、その調整や組立が容易になる。
【００２６】
図５は図４のＣ−Ｃ’線の断面図であり、図中には、保持穴４１の内径の所にある口径がボールの直径より小さいことを示しており、ボール・ホルダー４の内側のスクリュー軸１のスクリュー・スロット１１の凹み部に沿って内伸長体４５が設けられ、そしてこの内伸長体４５の突出部４５１はボールが保持穴４１からボール・ホルダー４の内側に脱落しないようになっている。
【００２７】
【製造方法】
本発明の実施形態２では、保持穴４１の外側及び内側のどちらもボール３を通過させないので、ボール３を保持穴４１のなかに入れる方法の一つとして、先ずは突出部４２１を成型せず、成型する前にボール３を保持穴４１の外側から保持穴４１の中に入れ、次に押し出し又は叩き出し方式で伸長体４２の外側に突出部４２１を作り出す方法が考えられる。
【００２８】
ボール・ホルダー４の長さとスクリュー・ナット本体２の長さ及びスクリュー・ナット本体２の回転ストロークとは関係があるので、異なる使用条件のもとでは、ボール・ホルダー４は異なる長さが必要となる。
そして、ボール・ホルダー４を機械加工方式で製造する場合、長さがあまり長いと加工に不便であり、しかもボール・ホルダー４を鋳造方式で製造する場合は、更に異なる長さのため、いちいち鋳型を作る訳にはゆかない。
従って、ボール・ホルダー４を相互に組み合わせることのできるように設計する必要がある。
【００２９】
図６は、本発明のケージ式ボール・スクリューのボール・ホルダー４の一実施形態であり、ボール・ホルダー４の保持穴４１と伸長体４２は交互に螺旋状に連結しており、両端にはそれぞれ連結孔４３を設け、連結孔４３を設置する位置も丁度螺旋の上にあり、隣り合わせのボール・ホルダー４と連結している。
【００３０】
図７は２個のボール・ホルダーの相互連結形態を示すものである。図８は図７のＤ−Ｄ’線の局部断面図である。
結合帯６が左側のボール・ホルダー４及び右側のボール・ホルダー４’の連結孔４３に貫通して、二つのボール・ホルダー（４及び４’）と相互に連結している。
結合帯６の位置は丁度スクリュー軸１のスクリュー・ナット本体２のスクリュー・スロット２１の位置の上にある。
結合帯６のボール・ホルダー４の外径部分に突出した部分は、丁度スクリュー・ナット本体２のスクリュー・スロット２１の中にあり、そして結合帯６のボール・ホルダー４の内径部分に突出している部分は、丁度スクリュー軸１のスクリュー・スロット１１の中にある。
従って、スクリュー・ナット本体２とスクリュー軸１が相互回転する時の干渉を生じることがない。また曲がりの可塑性を与えるため、結合帯６は通常金属材料を使用して製作する。
【００３１】
図９は結合帯６の結合方式のもう一つの実施形態を示しており、二つのボール・ホルダー４及び４’の連結孔４３の間には、結合帯６の二つの末端部が結合帯の逃げ溝４４の中に嵌るように、結合帯の逃げ溝４４を設け、結合の安定性を向上している。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のケージ式ボール・スクリューは特殊なボール・ホルダーの設計により、ボールがお互いに摩擦せず且つボールの循環構造を設ける必要がなく、且つスクリュー・ナット本体の両側にもシンブルを設ける必要がない。
従って、摩擦を減らし、循環構造が破壊される危険もなく、また機械の無駄なスペースを省き、機械製作のコストを下げることができる。
【００３３】
また、保持穴の内側と外側には、突出部を設け、ボール・ホルダーとスクリュー軸及びスクリュー・ナット本体が同時に分離した場合、ボールがボール・ホルダーから脱落することを防止することができる。
【００３４】
この他、ボール・ホルダーの規格化、組立化を図れる製造方法によって、ケージ式ボール・スクリューの製作コストを低減できると共に、産業上の利用と普及を促進することができる。
従って、本発明は明らかに、進歩性が十分あるのみならず、且つ産業上の利用価値も極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るケージ式ボール・スクリューの実施形態１の説明図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ’線の局部断面図である。
【図３】図２のＣ−Ｃ’線の局部断面図である。
【図４】本発明に係るケージ式ボール・スクリューの実施形態２の説明図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ’線の局部断面図である。
【図６】本発明のボール・ホルダーの一実施形態の説明図である。
【図７】本発明のボール・ホルダーの相互連結の形態を示す説明図である。
【図８】図７のＤ−Ｄ’線の局部断面図である。
【図９】本発明のもう一つの結合方式の局部断面図である。
【図１０】従来のボール・スクリューの説明図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ’線の断面図である。
【符号の説明】
１      スクリュー軸
２      スクリュー・ナット本体
３      ボール
４      ボール・ホルダー
５      シンブル
６      結合帯
１１    スクリュー・スロット
２１    スクリュー・スロット
２２    フランジ
４１    保持穴
４２    伸長体
４３    連結孔
４４    結合帯逃げ溝
４５    内伸長体
４２１  突出部
４２２  Ｖ字型溝
４５１  突出部
【図１】
0003637443.tif 000002
【図２】
0003637443.tif 000003
【図３】
0003637443.tif 000004
【図４】
0003637443.tif 000005
【図５】
0003637443.tif 000006
【図６】
0003637443.tif 000007
【図７】
0003637443.tif 000008
【図８】
0003637443.tif 000009
【図９】
0003637443.tif 000010
【図１０】
0003637443.tif 000011
【図１１】
0003637443.tif 000012