ボールねじモジュール

【課題】高効率および高精度を達成できて、無限循環路を形成するボールねじモジュールを提供すること。
【解決手段】ねじおよびナットは、第１回転軌道を形成する。第１回転軌道は第１螺旋方向に沿って配列する。循環装置は第１回転軌道につながり、循環路を有する。循環路は、中間経路と、中間経路の両端の接続経路と、少なくとも１つのガイド溝とを含む。ガイド溝は、ボール連結体が接続経路で第２螺旋方向に回転するように導く。第２螺旋方向は、前記第１螺旋方向と逆である。これらのガイド溝は、ボール連結体を中間経路で第３螺旋方向に回転させるように導く。この第３螺旋方向は、前記第１螺旋方向と同じである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじモジュールに関し、特にナットに設けられた循環装置を有するボールねじモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじの原理は、ねじとナットとの間に鋼球を入れ、従来のアクメねじ（ＡＣＭＥ）の滑動摩擦伝動の代わりに、鋼球の回転運動によって、摩擦消耗を大幅に減らし、高効率および高精度の維持に役立てるものである。
【０００３】
ボールの使用によって、ねじの移動をさらに順調にするが、隣接するボールが回転中に相互に衝突し、大きな騒音を発しやすい。このような衝突によって、ボールの寿命が短縮し、ねじ装置全体の寿命にも影響を及ぼす。
【０００４】
この問題を改善するため、従来技術において連結体でボールを固定する装置が提出されている。
米国公告特許５，９９３，０６４は、改良式のボール連結体をさらに提供している。
このボール連結体は、可撓性を有する材料製で、ボールの周囲を固定する４本のベルトを含む。
この連結体を任意の方向に自由に折り曲げても、ボールは同じ位置に固定される。このボール連結体は、直線案内装置およびボールねじなどの装置に応用することができる。
【０００５】
しかし、ボールねじモジュールにおいて、ボールが螺旋状溝の中に還流するように循環路を設け、絶えず循環するボール軌道を形成する必要がある。
ボール連結体を使用する際に、前記循環路を通るときに、連結体は運動方向を変えなければ、還流を形成することはできない。
しかし、この循環路に良好な設計がなされていない場合、連結体が順調に通過し、進行方向を変えることは難しい。
そのため、公知の設計では、連結体が不適切に捩れ、引っ張られ、切れてしまう。
図１のように、前記米国公告特許５,９９３,０６４では、ボール連結体をねじ装置に応用することができ、ナット内に循環装置が設けられ、ボール連結体を還流させるとしているが、いかにしてボール連結体を循環装置に順調に通過させるかの設計については述べられていない。
実際の応用において、連結体の両側が螺旋軌道から循環装置に入るときに三次元の回転を行なうため、回転経路に特殊な角度の設計がされていない場合、連結体の内側が押され、外側が引っ張られ、両側の変形量の違いにより切れてしまう。
そのため、現在、ボール連結体を設けた直線案内装置が発売されているが、ボール連結体を設けたボールねじは設計および製造することができていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記の問題を解決するため、本発明の主な目的は、ボール連結体をナット内で順調に運動させ、ボールねじモジュールの高効率および高精度を達成可能なボールねじモジュールを提供することである。
【０００７】
本発明のもう１つの目的は、循環装置をナット内に設けてボール連結体を還流させ、無限循環路（endless track）を形成するボールねじモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の循環装置は、少なくともボール連結体の方向を導くガイド溝を有する。ボール連結体の順調な還流を安定して導くため、通常、２つのガイド溝を設計する。設計のポイントは、ガイド溝の各領域内の長さと循環路の中心線の長さが近似していることである。循環路を折り曲げるとき、ボール連結体の中心線の長さはその側面（または両側）のガイド溝の長さに近似しており、両者のある領域内の長さの差が大きいことによってボール連結体が押され、または引っ張られることを防止する。そのため、ボール連結体が順調に通過することができ、不適切に押され、または引っ張られることがない。
【０００９】
本発明のボールねじモジュールは、ねじと、ナットと、ボール連結体と、循環装置とを主に含む。
ねじの外表面には、螺旋状の第１回転溝を有する。ナットはねじの外に被設され、その内表面には、螺旋状の第２回転溝を有し、前記第１回転溝と対応関係を有する。つき合わせて螺旋状の第１回転軌道を形成することができ、第１回転軌道は第１螺旋方向に配列する。
螺旋方向とは、螺旋の形式で右回りまたは左回りすることをいう。右回りとは、螺旋の回転方向が右手の親指以外の４本の指の曲がる方向に回転するときに、螺旋が右手の親指の方向に進むことをいう。
逆に、左回りとは、螺旋の回転方向が左手の親指以外の４本の指の曲がる方向に回転するときに、螺旋が左手の親指の方向に進むことをいう。
ボール連結体は、第１回転軌道内を移動し、複数のボールとボールを載せるリテーナとを主に含む。
リテーナは、複数の仕切り部と、少なくとも１つの連結素子とをさらに含む。
リテーナの強度をさらによくするため、２つの連結素子、すなわち第１連結素子および第２連結素子を設計することができる。
仕切り部は、ボールを固定し、仕切るためのものである。第１連結素子および（または）第２連結素子は、複数の仕切り部を直列につなぎ、かつ第１連結素子は第２連結素子と間隔を有し、ボールを仕切り部と、第１連結素子と、第２連結素子との間に安定して置く。
循環装置は、ナットに設けられ、循環路を主に含む。
この循環路の両端は、前記第１回転軌道につながり、循環路の断面の半径は、ボールの半径よりも略大きく、ボール連結体を通過させる。
ガイドボール連結体を順調に移動させるため、循環路は中間経路と、この中間経路の両端につながり他端がこの第１回転軌道につながった接続経路と、循環路に沿って設けられたガイド溝とをさらに含む。
リテーナに２つの連結素子が設けてある場合、ガイド溝の数も２つ必要である。ガイド溝は、ボール連結体の第１連結素子および（または）第２連結素子を導くために用いられる。
本発明におけるガイド溝は、３Ｄ幾何の解析により、ボール連結体を接続経路において循環路の中心線に対し第２螺旋方向に回転させるように導き、第２螺旋方向は第１回転軌道に配列した第１螺旋方向とちょうど逆である。
つまり、第１螺旋方向が右回りである場合、第２螺旋方向は左回りとなる。
逆に、第１螺旋方向が左回りである場合、第２螺旋方向は右回りとなる。
同時に、ガイド溝がボール連結体を中間経路において循環路の中心線に対し第３螺旋方向に回転させるように導き、第３螺旋方向は前記第１螺旋方向と同じである。
ボール連結体が接続経路と、中間経路と、接続経路とを順番に通過した後、順調に方向転換および還流の動作を完了することができる。
【００１０】
本発明は、公知のボールねじモジュールに比べ、次の長所を有する。
本発明のボールねじモジュールにおける循環装置は、特殊なガイド溝を有し、かつガイド溝は、前記接続経路および中間経路において、循環路の中心線に沿って異なる回転方向の螺旋回転を行ない、ボール連結体に方向転換および還流の動作を完了させる。
循環路の両側（または片側）のガイド溝の長さと循環路の長さはできる限り同じにし、ボール連結体の連結素子が前記循環路を通過するときに、不適切に引っ張られ、または押されないようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、ボールねじ装置およびそのナットと循環装置を開示し、利用される機構の伝動原理は、関連技術分野の通常の知識を有する者であれば理解可能であるため、以下の文中の説明において、完全な記述は行なわない。
また、以下の文中で対照する図面は、本考案の特徴に関する構造の概要を表すものであり、実際の寸法に基づき完全に作図する必要がない。
【００１２】
図２、図３、図４および図５は、本発明における第１実施例である。
ボールねじモジュール２００は、ねじ２１０と、ナット２２０と、ボール連結体３００と、循環装置４００とを主に含む。
ねじ２１０の外表面には、螺旋状の第１回転溝２１２を有する。
ナット２２０は、ねじ２１０の外に被設され、その内表面には、螺旋状の第２回転溝２２２を有する。
前記第１回転溝２１２と対応関係を有し、つき合わせて螺旋状の第１回転軌道２３０を形成することができ、ボール連結体３００を第１回転軌道２３０の中で運動させることができる。
かつ第１回転軌道２３０は第１螺旋方向Ｓ１／Ｍ１に沿って配列する。
すなわちナット２２０が図３における第１回転方向Ｓ１に沿って回転する場合、ナット２２０は第１運動方向Ｍ１に向けて進行する。
この実施例において、この第１螺旋方向Ｓ１／Ｍ１は右回りである。循環装置４００は、１つとすることも複数とすることもできる。
【００１３】
図５、図６および図７に示すように、ボール連結体３００の構造は、複数のボール３１０と、ボール３１０を載せるリテーナ３２０とを主に含む。
リテーナ３２０は、複数の仕切り部３２２と、連結素子とをさらに含む。この実施例において、リテーナ３２０の強度をさらによくするため、２つの連結素子、すなわち第１連結素子３２４および第２連結素子３２６を設計している。
この２つの連結素子は、いずれもねじ２１０の外（径）表面およびナット２２０の内（孔）表面に沿って設置され、運動時に順調にねじ２１０とナット２２０との間の隙間に沿って運動させることができ、ねじ２１０またはナット２２０の上にこの２つの連結素子の運動のための空間を追加して加工する必要はない。
仕切り部３２２は、ボール３１０を仕切るためのものである。第１連結素子３２４および第２連結素子３２６は、複数の仕切り部３２２を直列につなぎ、かつ第１連結素子３２４と第２連結素子３２６とは間隔Ｗを有する。
この間隔Ｗは、ボール３１０の直径にほぼ等しく、ボール３１０を仕切り部３２２と、第１連結素子３２４と、第２連結素子３２６との間に安定して置くことができる。
ボール連結体３００は、第１回転軌道２３０内を移動することができ、精密伝動の効果を達成するため、第１回転軌道２３０の断面の半径は、ボール３１０の半径に略等しいことが好ましい。
【００１４】
図３、図５、図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃに示すように、ボール連結体３００を第１回転軌道２３０の中に還流させるよう導くため、ボールねじモジュール２００は、ナット２２０に設けられた循環装置４００を含む。
循環路４１０を有し、前記第１回転軌道２３０につながり、無限循環路（endless track）を形成する。
循環路４１０の断面の幅は、ボール３１０の直径よりも略大きいことが好ましい。
循環路４１０は、中間経路４１２と、この中間経路両端の接続経路４１４とを有する。中間経路４１２は略一直線を呈し、かつ中間経路４１２の中心線は、ねじ２１０の軸線と交わらない捩れをなす。
循環路４１０の中間経路４１２および接続経路４１４は、ボール連結体３００の第１連結素子３２４および第２連結素子３２６を通過させるための、２つのガイド溝４１６をさらに形成する。
２つのガイド溝４１６の各小区間内の長さは、循環路４１０の中心線の長さとできる限り等しくする。
【００１５】
図３、図５、図７、図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃに示すように、ボール連結体３００に循環装置４００を通過させ、さらに螺旋状の第１回転軌道２３０の中を還流させるため、ガイド溝４１６は先ずボール連結体３００を本来の第１回転軌道２３０の進行方向に導き、変更してから、ボール連結体３００を第１回転軌道２３０の進行方向に戻り接続するようにする必要がある。
その原理は次のとおりである。ガイド溝４１６がボール連結体３００を導き接続経路４１４を通過させるとき、ガイド溝４１６の外側の長さを減少させ、内側の長さを増加させ、接続経路４１４において中間経路４１２のカーブに入るプロセスにおいて、両側のガイド溝４１６と循環路４１０の中心線の長さとをできる限り等しくするため、ガイド溝４１６がボール連結体３００を循環路の中心に対し、第２螺旋方向Ｓ２／Ｍ２で回転するよう導く。
すなわち、ボール連結体３００が第２運動方向Ｍ２に沿って進行するとき、ボール連結体３００が第２回転方向Ｓ２に沿って回転する。
第２螺旋方向Ｓ２／Ｍ２は第１回転軌道２３０に配列した第１螺旋方向Ｓ１／Ｍ１と逆であり、この実施例において、第２螺旋方向Ｓ２／Ｍ２は左回りである。
接続経路４１４および中間経路４１２は断面を円形とする三次元経路を呈し、ガイド溝４１６をあえてカーブの内側に傾斜させることによってガイド溝４１６の長さを短くすることができ。ガイド溝４１６をあえてカーブの外側に傾斜させた場合、ガイド溝４１６の長さを長くすることができるため、本発明はこの三次元の空間特性を使用し、２つのガイド溝４１６の長さを調整する。
ガイド溝４１６がボール連結体３００に中間経路４１２を通過させるよう導くとき、ガイド溝４１６はボール連結体３００が循環路の中心に対し第３螺旋方向Ｓ３／Ｍ３に沿って運動するよう導く。
すなわち、ボール連結体３００が第３運動方向Ｍ３に沿って進行するとき、同時に第３回転方向Ｓ３に沿って回転する。
第３螺旋方向Ｓ３／Ｍ３は、第１回転軌道２３０に配列した第１螺旋方向Ｓ１／Ｍ１と同じであり、この実施例において、第３螺旋方向Ｓ３／Ｍ３は右回りである。
【００１６】
前記ボールねじモジュールは、リテーナにボールを載せ、一定間隔で仕切り、ボールが進行中に相互に衝突しないようにして、ボールの寿命を延長する。
また、循環装置内のガイド溝の設計は、ボール連結体に循環装置において特定の経路に沿って進行方向を変えるよう導き、還流の目的を達成することができる。
ボール連結体の両側のガイド溝の長さが等しいため、循環路の中心線の長さに約等しく、ボール連結体の第１連結素子および第２連結素子がカーブ部のために不適切に引っ張られ、または押されないようにし、ボール連結体が順調にこのボールねじモジュールの中で移動し、良好な動作効果を達成するようにする。
【００１７】
図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃは、本発明における第２実施例である。
本例はボールねじモジュールのナット２２０に使用する循環装置４００である。
各ナット２２０には、１つ、２つまたは複数の循環装置４００を設けることができる。
この実施例において、ナット２２０は、循環装置４００を装着するための、このナット本体を貫通した複数の装着穴２２４をさらに含み、循環装置４００の一部をナット２２０の外縁に固定する。
循環装置４００は、循環路４１０を有する。
循環路４１０は、中間経路４１２と、この中間経路の両端の接続経路４１４とを有する。
循環路４１０の中間経路４１２および接続経路４１４は、２つのガイド溝４１６をさらに形成する。
この循環装置４００の特徴は、前記第１実施例の循環装置４００で述べたとおりである。
【００１８】
図９Ａおよび図９Ｂは、本発明における第３実施例であり、ボールねじモジュールのナット２２０内部、特に内循環式ボールねじモジュールのナットに設ける循環装置４００である。
この実施例において、ナット２２０の内表面は、第１通し穴２２６をさらに含み、循環装置４００を第１通し穴２２６の中に設けることができる。
この循環装置４００の主な特徴は、前記第１実施例の循環装置４００で述べたとおりである。
【００１９】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、本発明における第４実施例であり、ボールねじモジュールのナット２２０、特に端塞ぎ式ボールねじモジュールのナットに設ける循環装置である。
ナット２２０は、２つの装着溝２２７、２２８、および２つの装着溝２２７、２２８をつなぐための第２通し穴２２９を有する。
循環装置は、２つの装着溝２２７、２２８に設けられた２つの端塞ぎ４０１、４０２を有する。
この循環装置は、循環路を有し、かつ循環路は、中間経路と、この中間経路の両端の接続経路とを有する。
中間経路は、第１通し穴２２９に設け、接続経路は２つの端塞ぎ４０１、４０２の中にそれぞれ設ける。この循環装置の主な特徴は、前記第１実施例の循環装置４００で述べたとおりである。
【００２０】
以上、本発明について、各実施例およびその関連図面により説明した。しかし、当事者が理解しているように、本発明の各実施例は例示的なものでしかなく、制限的なものではない。本発明の実質的な主旨および範囲を逸脱せずに、前記の各素子の変化例および修正例は、いずれも本発明に網羅される。そのため、本発明は、特許請求の範囲により定める。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】公知技術のボールねじモジュールおよびボール連結体の構造を示す断面図である。
【図２】本発明におけるボールねじモジュールのナットおよびねじの外観を示す立体図である。
【図３】本発明におけるボールねじモジュールのボール連結体および循環装置を示す断面図である。
【図４】本発明におけるボールねじモジュールのナット内表面の第２回転溝を示す断面図である。
【図５】本発明におけるボールねじモジュールの第１回転軌道を示す断面図である。
【図６】本発明におけるボールねじモジュールのボール連結体を示す立体図である。
【図７】本発明におけるボールねじモジュールのボール連結体のリテーナ、および前記リテーナの循環路におけるガイド溝に沿った捩れの回転方向を示す立体図である。
【図８Ａ】本発明におけるボールねじモジュールのナットおよび循環装置を示す立体図である。
【図８Ｂ】本発明におけるボールねじモジュールの循環装置の下半分の断面図を示す立体図である。
【図８Ｃ】本発明におけるボールねじモジュールの循環装置の上半分の断面図、かつ下から上に見た図を示す立体図である。
【図９Ａ】本発明におけるボールねじモジュールの内循環式ボールねじモジュールを示す分解組立図である。
【図９Ｂ】本発明におけるボールねじモジュールの内循環式ボールねじモジュールのナット内部のボール連結体および循環装置の合わさった状態を示す断面図である。
【図１０Ａ】本発明におけるボールねじモジュールの端塞ぎ式ボールねじモジュールを示す分解組立図である。
【図１０Ｂ】本発明におけるボールねじモジュールの循環装置の端塞ぎ式ボールねじモジュールのナット内部を示す立体図である。
【符号の説明】
【００２２】
２００・・・・・・ボールねじモジュール
２１０・・・・・・ねじ
２２０・・・・・・ナット
３００・・・・・・ボール連結体
４００・・・・・・循環装置
２１２・・・・・・第１回転溝
２２２・・・・・・第２回転溝
２３０・・・・・・第１回転軌道
３１０・・・・・・ボール
３２０・・・・・・リテーナ
３２２・・・・・・仕切り部
３２４・・・・・・第１連結素子
３２６・・・・・・第２連結素子
Ｗ・・・・・・・・間隔
４００・・・・・・循環装置
４１０・・・・・・循環路
４１２・・・・・・中間経路
４１４・・・・・・接続経路
４１６・・・・・・ガイド溝
Ｓ１・・・・・・・第１回転方向
Ｍ１・・・・・・・第１運動方向
Ｓ２・・・・・・・第２回転方向
Ｍ２・・・・・・・第２運動方向
Ｓ３・・・・・・・第３回転方向
Ｍ３・・・・・・・第３運動方向
２２４・・・・・・装着穴
２２６・・・・・・第１通し穴
２２７，２２８・・装着溝
２２９・・・・・・第２通し穴
４０１，４０２・・端塞ぎ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
外表面に螺旋状の第１回転溝を有するねじと、
該ねじの外に被設され、かつ内表面に螺旋状の第２回転溝を有し、該第２回転溝と該第１回転溝とは対応関係を有し、つき合わせて螺旋状の第１回転軌道を形成可能であり、該第１回転軌道は第１螺旋方向に沿って配列するナットと、
該第１回転軌道内を移動し、複数のボールと、該複数のボールを載せ、該複数のボールを仕切るための複数の仕切り部および該複数の仕切り部を直列につなぐための連結素子を主に含むリテーナとを含むボール連結体と、
該ナットに設けられ、該ボール連結体を通過させるために用いられる循環路を有し、該循環路は、中間経路と、該中間経路の両端につながった接続経路とを主に含み、該接続経路の他端は該第１回転軌道につながった循環装置と、を含むボールねじモジュールにおいて、
該循環路の中間経路および両端の接続経路はガイド溝を形成し、
該ガイド溝は該ボール連結体を該２つの接続経路において第２螺旋方向に回転するように導き、
該ガイド溝は該ボール連結体を該中間経路において第３螺旋方向に回転するように導き、
該第２螺旋方向は該第１螺旋方向と逆であり、
かつ該第３螺旋方向は該第１螺旋方向と同じであることを特徴とする、
ボールねじモジュール。

【図１】