(57)【要約】      （修正有）【課題】ナット径サイズが小さく、製造プロセスが簡単で、ボールの逆動作中における円滑性が良好な内部循環ボールリードスクリューを提供する。【解決手段】リードスクリューユニットと、ナット２と、複数のボール３と、Ｓ字状ボール溝４ｄを有するボールサーキュレータとを含む一種の脊柱型内部循環ボールスクリューユニットにおいて、前記サーキュレータは、ナット２の直線溝の内側に取り付けられ、前記直線溝の底部はアーチ形の湾曲面２ｂである。ナット２通路の底部は、それが切り取られる部分で前記アーチ形の湾曲面２ｂへ向かって滑らかに移行する。ボール溝４ｄを有する前記サーキュレータの内側部分はリードスクリューユニットに向けられており、一方、ボール溝４ｄの開放側は、直線溝のアーチ形の湾曲面２ｂに向けられているとともに、アーチ形の湾曲面２ｂと協働してボール戻り通路を形成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードスクリューユニットと、ナットと、複数のボールと、Ｓ字状ボール溝を有するボールサーキュレータとを備えた脊柱型内部循環ボールスクリューユニットであって、前記ナットの内面には長手方向の直線溝が設けられ、前記直線溝は、前記ナットの螺旋状の通路を切り取っており、前記サーキュレータが、前記ナットの直線溝の内側に取り付けられているところのボールスクリューユニットにおいて、
前記直線溝の底部がアーチ形の湾曲面であり、前記ナットの通路の底部が、それが切り取られる部分で前記アーチ形の湾曲面へ向かって滑らかに移行しており、ボール溝を有する前記サーキュレータの内側部分がリードスクリューユニットに向けられており、一方、ボール溝の開放側が、直線溝のアーチ形の湾曲面に向けられているとともに、アーチ形の湾曲面と協働してボール戻り通路を形成することを特徴とし、
外部循環の長所と内部循環の長所とを組み合わせ、内部循環形式のものと同様のコンパクトな構造および小さいナット半径サイズを有しているのみならず、ボールの逆動作の不安定性という内部循環形式のものの欠点を克服するとともに、簡単な製造技術および良好な作動円滑性を有する一種の内部循環ボールスクリューユニットである
ことを特徴とする脊柱型内部循環ボールスクリューユニット。
【請求項２】
前記サーキュレータは、ボール溝のボール入口および出口において、リードスクリューユニットの螺旋状の通路内へ突出していることを特徴とする、請求項１に記載の脊柱型内部循環ボールスクリューユニット。
【請求項３】
前記サーキュレータのボール溝のボール入口における突出部分は、ボール出口における突出部分に接続されて、螺旋状の突出ビームを形成することを特徴とする、請求項２に記載の脊柱型内部循環ボールスクリューユニット。
【請求項４】
突出位置決め支柱が、前記サーキュレータの両端に配置されて、ボールループの外側のナットの通路内に挿入されることを特徴とする、請求項１に記載の脊柱型内部循環ボールスクリューユニット。
【請求項５】
アーチ形の湾曲面が、ナット通路の底部と接線方向で接触することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の脊柱型内部循環ボールスクリューユニット。
【請求項６】
前記サーキュレータがエンジニアリング・プラスチックから形成されることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の脊柱型内部循環ボールスクリューユニット。
【請求項７】
長手方向の直線溝が７５°〜９５°の中心角を有することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の脊柱型内部循環ボールスクリューユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールスクリューユニットドライブに関し、特に、Ｓ字状ボール溝を有するボールサーキュレータを有するボールリードスクリューユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールリードスクリューユニットは、直線動作と旋回動作とが交互に互いへと変化する駆動ユニットである。リードスクリューユニットが回転していると、ボ−ルは、低い摩擦損失、高い駆動効率、安定した動作で、緩慢な徐行速度なしに、また、高い駆動精度で、通路内で回転して通路に沿って前後動する。リードスクリューユニットにおけるナットは、隙間を完全に排除し且つ駆動剛性を高めるように、非常にしっかりとプレストレスがかけられる。上述した特徴により、ボールリードスクリューユニットは、多くの産業で益々重要視されている。
【０００３】
ボールリードスクリューユニットのナットは、通常、２つのボール循環方式、すなわち、循環中に時々ボールがリードスクリューユニットと接触しなくなる外部循環方式と、ボールが常にリードスクリューユニットと接触し続ける内部循環方式とがある。内部循環構造は、典型的なものとして、円形または楕円のテンションケージを有しており、また、外部循環構造は、典型的なものとして、差し管（ｓｐｉｌｅ）を有している。
【０００４】
外部循環のための差し管は、簡単な方法で製造され、幅広く使用され得る。しかし、ナットの径サイズは小さい。ナットは、湾曲チューブの端部がボールバリアとして使用されるため、剛性および耐磨耗性が低く、ノイズレベルが高い。
【０００５】
円形および楕円の内部循環テンションケージは、戻り通路が短く、構造がコンパクトであり、また、位置決め信頼性および剛性および耐磨耗性が高い。戻り通路にもかかわらず、サーキュレータは、構造が複雑であり、製造プロセスが困難であるとともに、サーキュレータとナット通路との間の接続が滑らかでなく、それにより、ボールの転動の安定性が低く、ボールの詰まりやノイズ生成などをもたらす。また、ボールは、内部循環モードにおける逆動作中にリードスクリューユニットの歯先を横断しなければならず、そのため、リードスクリューユニットの歯先の面取り角度が逆ボールの円滑性に影響を及ぼす。
【０００６】
内部循環テンションケージの、構造が複雑であること、および、製造プロセスが困難であること、のような問題を解決するため、ある発明者が、直線溝を有するナットを使用して、位置決め突出端およびボール溝を有するブッシュ形状テンションケージ（サーキュレータ）の隙間内へ直線溝を挿入することと、２つの位置決め突出端がナットネジ通路内に挿入されることと、ボールは、ナットとテンションケージとから成る閉ループ内に配置されることと、ナットの螺旋状の通路上に位置決めするためにテンションケージの位置決め突出端が使用されることと、限られた範囲内でのテンションケージの自由な浮遊によってボールがボール溝と位置合わせし、それにより、ナットの閉ループ内でボールが前後に転動できるようにすることとを特徴とするスロット装着内部循環ボールスクリューユニットを開示している（ＣＮ２３４１７４６Ｙ）。この実用新案特許では、サーキュレータ構造が複雑であること、および製造プロセスが困難であることの問題がある程度まで解決されるが、以下の問題が依然として解決されなかった。例えば、内部循環テンションケージとナット通路との間の接続が滑らかでないことがボール転動安定性に影響を及ぼすとともに、内部循環モードにおける逆動作中にボールがリードスクリューユニットの歯先を横断しなければならず、それにより、リードスクリューユニットの歯先の面取り角度が逆ボールの円滑性に影響を及ぼす。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ナット径サイズが小さく、製造プロセスが簡単で、および、ボールの逆動作中における円滑性が良好な内部循環ボールリードスクリューを提供する。
【０００８】
上述の技術的な課題を解決するため、本発明は以下のような技術的提案を有している。すなわち、脊柱型内部循環ボールスクリューユニットは、リードスクリューユニットと、ナットと、複数のボールと、Ｓ字状ボール溝を有するボールサーキュレータとを含んでいる。ナットの内面には、そのナットの螺旋状の通路が切り取られる長手方向の直線溝がある。前記サーキュレータは、ナットの直線溝の内側に取り付けられる。前記直線溝の底部はアーチ形の湾曲面である。ナット通路の底部は、それが切り取られる部分で前記アーチ形の湾曲面へ向かって移行する。ボール溝を有する前記サーキュレータの内側部分はリードスクリューユニットに向けられており、一方、ボール溝の開放側は、直線溝のアーチ形の湾曲面に向けられているとともに、アーチ形の湾曲面と協働してボール戻り通路を形成する。
【０００９】
前記脊柱型内部循環ボールスクリューユニットのサーキュレータは、ボール溝のボール入口および出口でリードスクリューユニットの螺旋状の通路内へ突出することが好ましい。サーキュレータのボール溝のボール入口における突出部分は、ボール出口における突出部分に接続されて螺旋状の突出ビームを形成する。
【００１０】
前記脊柱型内部循環ボールスクリューユニットの突出位置決め支柱は、サーキュレータの両端に配置されて、ボールループの外側のナット通路内に挿入されることが好ましい。
【００１１】
前記脊柱型内部循環ボールスクリューユニットのアーチ形の湾曲面は、ナット通路の底部と接線方向で接触する。
【００１２】
前記脊柱型内部循環ボールスクリューユニットのサーキュレータはエンジニアリング・プラスチックから形成することができる。
【００１３】
前記脊柱型内部循環ボールスクリューユニットの長手方向の直線溝は７５°〜９５°の中心角を有する。
【００１４】
本発明は、内部および外部循環の利点を組み合わせる。
【００１５】
外部循環差し管（ｓｐｉｌｅ）と比較すると、本発明は、通路構造の使用、サーキュレータの短い戻り通路、コンパクトな構造、ナットの小さい径サイズ、ボールバリアとして使用される湾曲チューブの端部が無いこと、高い剛性および耐摩耗性、低ノイズレベル、極端な環境での高い信頼性などの内部循環の利点を有している。
【００１６】
内部循環方式のものと比較すると、本発明は外部循環の利点を有している。すなわち、１）サーキュレータが浮動構造であるため、ナットの軸方向にサーキュレータを固定する必要がない；ボール戻り通路の一部であるナットの直線溝のアーチ形の湾曲面は、それが切り取られる部分でナット通路の底部へ向けて移行しており、それにより、段部が形成されないとともに、サーキュレータとナット通路との間の接続の滑らかな移行が困難となってボールの逆動作の安定性が低くなるといったような欠点もない。また、本発明では、内部通路構造、ボールが逆動作中にリードスクリューユニットの歯先を横断しないように適用されるので、それによって、逆ボールに対するリードスクリューユニットの歯先の面取り角度の影響が排除され、リードスクリューユニットの作動円滑性を高められる。
【００１７】
円形および楕円の内部循環テンションケージを有するボールリードスクリューユニットと比べて、本発明は、構造および製造・組立プロセスがより簡単である。
【００１８】
サーキュレータがボール溝のボール入口および出口でリードスクリューユニットの螺旋状の通路内へ突出しているという技術的提案がこの発明で使用される場合、この技術的提案は、ボール戻り通路の長さを延ばすことができ、ボールの逆動作中にリードスクリューユニット通路との衝突を回避することができるとともに、同じサーキュレータ幅でリードスクリューユニットの作動円滑性を高めることができる。
【００１９】
この発明を説明するために添付図面および実施例が使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に示されるように、脊柱型内部循環ボールスクリューユニットは、リードスクリューユニット（１）と、ナット（２）と、複数のボール（３）と、Ｓ字状ボール溝を有するサーキュレータ（４）と、２つのワイパ（５）とを含んでいる。
【００２１】
図７および図９に示されるように、ナット（２）の内面に螺旋状の通路を切り取る長手方向の直線溝（２ａ）が存在する。直線溝（２ａ）の底部はアーチ形の湾曲面（２ｂ）である。直線溝（２ａ）によって切り取られるナット（２）の通路の底部（２ｃ）は、大きな周角Ｒによってアーチ形の湾曲面（２ｂ）へと滑らかにつながっている。ナット（２）の通路の底部（２ｃ）が直線溝（２ａ）のアーチ形の湾曲面（２ｂ）と直接に接線方向で接触する場合、ボールは周角を使用することなく滑らかに通過できる。
【００２２】
サーキュレータ（４）はまるで動物の脊柱のようである。図２〜図５に示されるように、脊柱サーキュレータは、その中心軌道が空間曲線である５つのＳ字状ボール溝（４ｄ）を有している。４ｅは、Ｓ字状ボール溝（４ｄ）のためのボール流れポートである。サーキュレータ（４）の両端にある２つの位置決め支柱（４ｃ）は、ナットの軸方向の位置決めのために使用される
図６，８，１０に示されるように、サーキュレータ（４）はナット（２）の直線溝（２ａ）内に取り付けられ、サーキュレータのボール溝（４ｄ）の閉じられた部分はリードスクリューユニットに面し、ボール溝（４ｄ）の開放された部分はナットの直線溝のアーチ形の湾曲面（２ｂ）に面し、ボール溝（４ｄ）の縁部はナットのアーチ形の湾曲面（２ｂ）に合致し、ボール溝（４ｄ）およびナットのアーチ形の湾曲面（２ｂ）は協働してボール（３）のための戻り通路を形成する。
【００２３】
図１０に示されるように、サーキュレータ（４）は、ボール溝のボール入口および出口（４ａ）でリードスクリューユニットの螺旋状の通路内へ突出している。サーキュレータのボール溝のボール入口における突出部分は、ボール出口における突出部分に接続されて螺旋状の突出ビームを形成して半円断面を形成している。螺旋状の突出ビーム（４ｂ）は、リードスクリューユニットにおける螺旋状の通路（１ａ）と合致する形状を有している。突出ビーム（４ｂ）は、リードスクリューユニットにおける螺旋状の通路に緩く接続されている。突出ビーム（４ｂ）は、サーキュレータを軸方向に位置決めするだけでなく、サーキュレータの強度も高める。
【００２４】
図２，３，４，５，８に示されるように、サーキュレータ（４）の両端にある２つの位置決め支柱（４ｃ）はそれぞれ、ナット（２）の外側の通路内に挿入されるが、この外側の通路は、ボールループを除きナットの通路の不使用部分である。２つの位置決め支柱（４ｃ）は、挿入されるナット通路に対して緩く接続される。位置決め支柱（４ｃ）は、主に、組立中にサーキュレータ（４）およびナット通路を相対的に不動の位置に保つことができるようにするために使用される。
【００２５】
突出ビーム（４ｂ）はリードスクリューユニットにおける螺旋状の通路に対して緩く接続される。２つの位置決め支柱（４ｃ）はナット通路に対して緩く接続される。サーキュレータ（４）は、ナット（２）の軸方向において、浮遊状態で取り付けられており、ボールの逆動作中のリードスクリューユニットの作動円滑性を高めるべく作業中に位置合わせされる。ナットの径方向において、ボール戻り通路の一部であるナットの直線溝のアーチ形の湾曲面は、それが切り取られる部分でナット通路の底部へ向けて移行しており、それにより、容易な滑らかな移行がなされ、段部が形成されることなく、サーキュレータとナット通路との間の接続の滑らかな移行が困難となってボールの逆動作の安定性が低くなるといったような欠点もない。また、この発明においては、内部通路構造を適用して、ボールが逆動作中にリードスクリューユニットの歯先を横断しないように構成し、ボールの逆動作に対するリードスクリューユニットの歯先の面取り角度の影響を排除し、リードスクリューユニットの作動円滑性を高めている。
【００２６】
この例の重要な特徴は、ボール戻り通路の長さを長くして、ボールの逆動作中にリードスクリューユニット通路との衝突を回避するとともに、同じサーキュレータ幅でリードスクリューユニットの作動円滑性を高めるために、サーキュレータ（４）がボール溝のボール入口および出口（４ａ）（ボール流れポート）でリードスクリューユニットの螺旋状の通路内へ突出しているという点である。製造コストを低減させ且つ製造効率を高めるために、サーキュレータは、射出成形によってナイロン６から形成される。また、サーキュレータの原材料は、ＰＣまたはＰＡなどの他のエンジニアリング・プラスチックであっても良い。
【００２７】
この例では、ナットの長手方向の直線溝（２ａ）が９０°の中心角を有することが好ましい。中心角を更に大きくすると、ボールの滑らかな逆動作およびリードスクリューユニットの滑らかな動作が高められるが、脊柱型内部循環ボールスクリューユニットの支持能力が低減される。中心角は、リードスクリューユニットに対するボールの直径比に応じて７５°〜９５°であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の脊柱型内部循環ボールスクリューユニットの付属部品の分解図である。
【図２】本発明の脊柱型内部循環ボールスクリューユニットのサーキュレータの正面図である。
【図３】本発明の脊柱型内部循環ボールスクリューユニットのサーキュレータの左側の図である。
【図４】本発明の脊柱型内部循環ボールスクリューユニットのサーキュレータの平面図である。
【図５】本発明の脊柱型内部循環ボールスクリューユニットのサーキュレータの上方図である。
【図６】本発明の脊柱型内部循環ボールスクリューユニットのサーキュレータの断面図である。
【図７】本発明の脊柱型内部循環ボールスクリューユニットのサーキュレータの断面図である。
【図８】本発明の脊柱型内部循環ボールスクリューユニットの組み立てられたナットおよびサーキュレータの断面図である。
【図９】図７における断面Ａの図である。
【図１０】本発明の脊柱型内部循環ボールスクリューのループに沿う全てのボールの中心の想定される三次元表面の断面図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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