(57)【要約】【課題】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。【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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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