JP2008039048A - ボールスクリューの分段還流素子 - Google Patents

Abstract

【解決手段】ボールおよびスクリュー素子を定位させる前、内還流塊をスクリューとナットとの間に位置してボールの脱落またはねじ送り口の干渉を避け、ボールとスクリュー素子を定位させた後、さらに外還流塊とナット内に貼り合わせた還流塊とを嵌入して組合わせて外還流塊でナット上に固定させる。
【効果】ボールスクリューの分段還流素子は、前後に組付けて結合させる技術によりボールの脱落またはねじ送り口との干渉が避けられ、従来のスクリュー本体に必ずねじ送り口の設計上の制限を確実に解決でき、また組付け固定方式は安定で、かつ低い騒音の特色をも維持できる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ボールスクリューのアタッチメントに関し、特にボールスクリューの分段還流素子に関する。それにより、従来のボールスクリューにおけるねじ送り口の設置する制限が解消され、より低い騒音で、かつ安定的に固定できる連帯効果を達し得る。

ボールスクリューは、今では工業面上に多く応用されつつあるが、リニアフィード伝動として高精密度効果を提供する上、さらに、小さい摩擦損耗率、高エネルギー転換率、低い騒音でかつ高い剛性で損害し難いなどの利点を有しているため、ボールスクリューは、現に各工業応用機械等にとって、その重要性を言うまでもない。

従来のボールスクリュー設計は、スクリューとナットとの間のボールを持続的に循環させ、応力を解消させるために、何れもナットの両端にスクリューねじ山とボールに対応して還流素子を装設することになる。そして、前記還流素子は、主にボールスクリュー内部のボールをスクリューとナットとの間の作動を完了させ、再び還流させるキーポイントとする。従って、より競争力のある製品を改良するためには、還流素子に対しての研究開発は、業界にとって如何に重要であることが理解できる。

従来よく使われ、または認知されている還流素子は、その取付方式では両種類に分け、その一つは、軸方向の取付方式（図１に示す従来の方式）で、他の一つは、径方向の取付方式（図示せず）であり、これらについて以下説明する。

《軸方向の取付方式》
図１は、アメリカ国特許第４３５７８３８号のボールスクリューである。このような従来使用される軸方向の取付還流素子のボールスクリューは、ナット（１０）、スクリュー（１１）、多数のボール（１２）及び軸方向に取付けた還流素子（１３）を含む。還流素子（１３）は、ナット（１０）の端面から取付ける方式を採用する設計で、ボール（１２）経路の末端に取付けた還流素子（１３）を介してそれをナット（１０）の還流孔（図示せず）に案内し、そして還流素子（１３）の上に極めて重要な部位、いわゆる業界が通称する爪（１４）を有し、爪（１４）は、主にナット（１０）を跨るためのねじ山として設計され、還流素子（１３）により一体に製作された爪（１４）によってボールスクリュー溝と順調に繋げられ、前記軸方向の取付方式による製品を実用しても、尚、以下の問題を有する。

その一、前記のような還流素子（１３）は、経路が順調で、かつ高速に運転できる利点を有している。しかし、爪（１４）が前記スクリュー（１１）のねじ山グルーブ（１０１）内に嵌入しているので、従来、還流素子（１３）と一体に製作された爪（１４）を取付けるためには、ねじ山グルーブ（１０１）の何れか一端が開放式（通常業者が称するねじ送り口の設計）を採用しなければならない。結果として、従来のスクリュー（１１）が製作する肩部もねじ送り口の設計を採用しなければならない。そのため、今までのスクリュー（１１）のねじ送り口溝はスクリュー（１１）の肩部の承接面上に欠口を残して肩部の承接面の直径は、その完全性が維持できなくなる。また、スクリュー（１１）の両端が機台の軸受シート（図示せず）に取付けられ、機台のモータをスタートしてスクリュー（１１）に運転状態になる際に、スクリュー（１１）の両端は、回転慣性により軸方向の荷重が生ずる。また軸方向の受けた荷重が承接した直径の不完全性因素によりスクリュー（１１）の受力荷重の配当が均一でなくなり、機台軸受シートに取付けた軸受の端面（図示せず）が圧縮により損傷される他、さらにスクリュー（１１）が運転状態において撓み変形現象が発生され、還流部材の循環的順調度を直接に影響するだけでなく、さらにボールスクリューの使用寿命も低減されることになる。

その二、従来技術では、まずスクリュー（１１）をナット（１０）の適宜な部位に貫設させ、全てのボール（１２）を順調に入れるためには、必ずスクリュー（１１）とナット（１０）とを貫設してボール（１２）を逐一に入れ、最後に熟練者により適切な角度から前記還流素子（１３）に取付けることが必要である（爪（１４）を適切な角度で押し込まなければ組付けることは難しい）。爪（１４）、スクリュー（１１）およびナット（１０）などの組付作業は相互に干渉して障害になりやすくなるので、組付工程の時間が多くかかってしまい、強制的に取付けた場合では還流素子（１３）に損傷を与えることも可能に考える。

その三、スクリュー（１１）の両端は、機台の軸受シートに取付けられた場合、組付けの者は、まずスクリュー（１１）をナット（１０）内に挿入してボール（１２）を装填する。ボールスクリューの組付けとしては、手動方式を利用して行うことができるが、当該組付工程では経験により配合または調整を行うステップが必要とする。このステップによる結果、ナット（１０）とスクリュー（１１）とを分離して組付ける際に、ストロークを超えた時ボール（１２）が不意に回転して脱落することになる。

《径方向の取付方法》
前記の問題を鑑みて市場に他の径方向の取付方式が現れ、ナットの外部から内方向へ開口（径方向）し、さらに、この開口を利用して直接に組付ける時、還流素子を通過させ取付けることができ、このような径方向の取付方式は、還流素子の爪とスクリュー旋回レールとの合せ難い問題を解決できるが、以下、その他の問題が出てくる。

その一、ナットの径方向の開口は、ナットとの密着性を失い、さらにボールの回転時に発生した騒音が保留なく漏れてしまい、競争力を影響するボールの回転騒音になる。

その二、ナットの径方向の開口から還流素子を配置することは、軸方向からの取付方式より固定し難く、また振動が大きくて緩んでしまい、酷い時、ボールスクリュー構造を損傷してしまうことになる。
前記のかかる課題を効果的に解決するために、本願の発明者は、過去、長年のボールスクリュー分野において積重ねる研究開発技術および経験を生かして、組付強度の増加、組付けやすい角度から着手して、やがて斬新的なボールスクリューの分段還流素子を創出することができた。
アメリカ特許第4,357,838号明細書

本発明は、主にねじ送り口の設計に制限されないボールスクリューの分段還流素子を提供する目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明のボールスクリューの分段還流素子は、内還流塊および外還流塊から構成され、このボールスクリューの分段還流素子は、ナットにボールを組合せて組付ける際、その分段特性を利用することができる。ボールとスクリュー素子とを定位する前、まず、ボールの脱落またはねじ山との干渉を避けさせるため、干渉しやすい爪部位を予めスクリューとナットとの間に設置し、ボールとスクリュー素子とを配置して定位させた後、外還流塊とナット内に貼り合せた内還流塊とを嵌入して組合せ、外還流塊でナット上に固定させる。

それによって、本発明のボールスクリューの分段還流素子は、前後に組付けて結合された技術構成を運用してボールの脱落、またはねじ山との干渉を避けることができ、また従来のスクリュー本体にねじ送り口を設置する必要がある制限を効果的に解決できる。

本発明は、次に、組付けやすく、固定方式が安定で、かつ低い騒音を維持できる特色を有するボールスクリューの分段還流素子を提供する目的とする。

この発明のボールスクリューを組付け、取り外す時、従来ボールスクリューのように、通常還流素子を組付ける時、還流素子の爪が干渉しやすい問題を同時に処理する必要がなく、分段構造を利用して空間の干渉を解消することによって、組付けの手続きまたは時間を効果に簡略化できる他、本発明のボールスクリューの分段還流素子を互いに嵌入して配置すると同時に、締付具によりナットに締付けることを合せて、その締付方式は、安定で、かつナットの密封性を保持でき、低い騒音の特色を効果的に維持できる。

本発明は、達成しようとする目的が採用する技術、手段およびその他の効果について、より好ましい実施例を列挙すると同時に、図面を合せて下記のように詳しく説明する。それにより、本発明の目的、特徴およびその他の利点など、より深く、しかも具体的に理解できることを確信する。

本発明の実施例は、図２乃至図８に参照するように、本発明の実施例は、ナット（２０）、スクリュー（３０）、還流素子（４０）及び多数のボールを含み、

前記ナット（２０）は、本体を貫通する還流孔（２１）、螺旋状で内部を囲繞する螺旋状グルーブ（２２）を含み、ナット（２０）の端面が螺旋状グルーブ（２２）および還流孔（２１）に対応する部位に凹部収容溝（２３）を開設し、

前記スクリュー（３０）は、螺旋状で外部を囲繞する螺旋状グルーブ（３１）を含み、スクリュー（３０）をナット（２０）内に貫設させ、螺旋状グールブ（３１）とナット（２０）の螺旋状グルーブ（２２）とは相対的に多数のボールを収容する空間が形成され、

前記還流素子（４０）は、内還流塊（４１）および外還流塊（４２）を含み、さらに、前記ナット（２０）の凹部収容溝（２３）に嵌合して収容され、

前記内還流塊（４１）は、爪（４１１）、突出嵌入子（４１２）および内ガイドレール（４１４）を有する本体（４１３）から一体に製作され、爪（４１１）は、本体（４１３）に対してスクリュー（３０）の螺旋状グルーブ（３１）へ突出し、かつ嵌合して定位され、本体（４１３）がナット（２０）の螺旋状グルーブ（２２）に嵌合して定位され、また本体（４１３）は、その内ガイドレール（４１４）によりナット（２０）内を案内する螺旋状グルーブ（２２）に対応して前記還流孔（２１）に接続し、前記突出嵌入子（４１２）は、外へ突出する。

前記外還流塊（４２）は、本体（４２１）と固定凸耳（４２２）とから一体に製作され、この外還流塊（４２）の本体（４２１）は、内還流塊（４１）の内ガイドレール（４１４）と対応する外ガイドレール（４２５）を備え、これらの内ガイドレール（４１４）と外ガイドレール（４２５）とにより完全なる還流チャネルが形成される。本体（４２１）を嵌入してナット（２０）の螺旋状グルーブ（２２）内に定位し、また本体（４２１）が内還流塊（４１）に対応する方向に凹部嵌入溝（４２３）を開設し、この凹部嵌入溝（４２３）と内還流塊（４１）の突出嵌入子（４１２）との嵌合定位により、さらに固定凸耳（４２２）にナット（２０）に対して締付けた締付溝（４２４）を開設して、締付具（図示せず）により固定凸耳（４２２）の締付溝（４２４）に合せてナット（２０）との締付けを行うことによって、この還流素子（４０）は、前記ナット（２０）の凹部収容溝（２３）内に安定に締付けることができる。以上、本発明に関係する各素子の相互関係位置およびその概述である。

その内、前記還流素子（４０）の内還流塊（４１）と外還流塊（４２）との間は、複数個の突出嵌入子（４１２）および凹部嵌入溝（４２３）を製作可能で、かつ突出嵌入子と凹部嵌入溝とに製作された相対的位置は、設計により変換することを合せて説明する。

本発明の実施特点をより明確に説明するために、当該ボールスクリューの分段還流素子は、従来のものより進歩的または実用的な方式を下記のように説明する。

本発明のボールスクリューを組付ける際に、使用者は、まずスクリュー（３０）をナット（２０）内に貫設させることにより、スクリュー（３０）の螺旋状グルーブ（３１）とナット（２０）の螺旋状グルーブ（２２）とは、相対的に多数のボールを収容できる空間が形成され、組付けの者は、まず分段されスクリュー（３０）とナット（２０）との間に入りやすい内還流塊（４１）をナット（２０）の凹部収容溝（２３）内に配置させ、さらに径方向へやや偏移して爪（４１１）部位をスクリュー（３０）と干渉しないようにする。前記内還流塊（１１）が軸方向にナット（２０）の螺旋状グルーブ（２２）の予設した位置に押されて、組付けの者は、再び内還流塊（４１）を径方向へ押入して定位させ、この時、内還流塊（４１）の本体（４１３）は、その内ガイドレール（４１４）により前記外還流塊（４２）の外ガイドレール（４２５）とを組合せてなる完全なる還流チャネルに対応し、かつナット（２０）内を案内する螺旋状グルーブ（２２）に対応して還流孔（２１）に接続する。

次に、組付けの者は、必要だけ多くのボールを充填した後、前記外還流塊（４２）をナット（２０）の凹部収容溝（２３）内に配置し、外還流塊（４２）をナット（２０）の螺旋状グルーブ（２２）に嵌入して定位させ、さらに外還流塊（４２）の凹部嵌入溝（４２３）を利用して内還流塊（４１）の突出嵌入子（４１２）と嵌合して定位させる。

最後に、締付具（図示せず）により固定凸耳（４２２）の締付溝（４２４）に合せてナット（２０）とを締付けることで、還流素子（４０）が前記ナット（２０）の凹部収容溝（２３）中に安定に締付けることができる。本発明は、前記の組付方式により前後に組付け結合された技術を応用してボールの脱落またはねじの干渉が避けられる。

最も重要なのは、本発明の還流素子（４０）は、内還流塊（４１）、外還流塊（４２）の順に分段して前記ナット（２０）の凹部収容溝（２３）内に嵌合して配置する。よって、爪（４１１）部位は、スクリュー（３０）との干渉がなく、また分段された内還流塊（４１）が前記スクリュー（３０）とスクリュー（２０）の間に入りやすくなるので、本発明のスクリュー（３０）がねじ送り口の設計に制限されることはない。従来スクリュー本体に必ずねじ送り口の設計上の制限を確実に解決でき、ボールスクリューの使用範囲はさらに広くなる。

一方、本発明の還流素子（４０）は、内還流塊（４１）、外還流塊（４２）の順に分段して前記ナット（２０）の凹部収容溝（２３）内に嵌合して配置することで、爪との干渉を避けるためには特に径方向の通孔を設置する必要がなくなるので、本発明は、締付具により固定凸耳（４２２）の締付溝（４２４）とナットとを合わせて締付ける方式が十分に安定で、かつナット（２０）の封鎖性が保たれ、低い騒音の特色を維持できるため、本発明は、市場の要求に確実に符合できるボールスクリューの分段還流素子である。

前記を総じて、本発明のボールスクリューの分段還流素子は、内還流塊と外還流塊とを組み付けてなり、このボールスクリューの分段還流素子は、ナットを組み付けてボールを入れる際にその分段特性を利用でき、ボールおよびスクリュー素子を定位させる前、まず内還流塊をスクリューとナットとの間に位置してボールの脱落またはねじ送り口の干渉を避け、ボールとスクリュー素子を定位させた後、さらに外還流塊とナット内に貼り合わせた還流塊とを嵌入して組合わせて外還流塊でナット上に固定させる。

ボールスクリューの分段還流素子は、前後に組付けて結合させる技術によりボールの脱落またはねじ送り口との干渉が避けられ、従来のスクリュー本体に必ずねじ送り口の設計上の制限を確実に解決でき、また組付け固定方式は安定で、かつ低い騒音の特色をも維持できる。従って、本発明は、既に「産業上の利用可能性」を備えていることは言うまでもなく、他にも、本実施例に開示された技術特徴においても出願前諸刊行物に開示されず、また公開に使用することもなく、前記のような効果を増進する事実を有するのみでなく、さらにその付加的な効果も見損なうことができないので、本発明の実施例に掲げたその技術特徴は、出願前の諸刊行物に開示されず、また公開使用されることもなく、前記所述した効果増進の事実を有しているので、本発明は、「新規性」及び「進歩性」の何れも特許としての要件に合致しており、法により出願して審査を通じて逸早く許可されることを期する。

従来例としてのアメリカ特許第4357838号におけるボールスクリューの図面である。 本発明の実施例によるボールスクリューの全体外観の立体図である。 本発明のボールスクリューの分段還流素子の外観立体図である。 本発明のボールスクリューの分段還流素子の分解立体図である。 本発明の実施例を組付実施する状態を示す図である。 本発明の実施例の内還流塊を軸方向へ入れる状態を示す見取図である。 本発明の実施例の内還流塊を径方向へ入れる状態を示す見取図である。 本発明の実施例の外還流塊の見取図である。

符号の説明

＜従来技術＞
１０ ナット １０１ ねじ山グルーブ
１１ スクリュー １２ ボール
１３ 還流素子 １４ 爪
＜本発明＞
２０ ナット ２１ 還流孔
２２ グルーブ ２３ 収容溝
３０ スクリュー
４０ 還流素子 ４１ 内還流塊
４１１ 爪 ４１２ 嵌入子
４１３ 本体 ４１４ 内ガイドレール
４２ 外還流塊 ４２１ 本体
４２２ 固定凸耳 ４２３ 嵌入溝
４２４ 締付溝 ４２５ 外ガイドレール

Claims (4)

1. ナット端縁に組付けて定位する収容溝で、収容溝は、螺旋状グルーブおよび還流孔に対応するボールスクリューの分段還流素子であって、
   前記還流素子は、内還流塊および外還流塊を含むとともに、内還流塊は、爪および内ガイドレールを備えた本体を含み、爪は、本体に対してスクリューの螺旋状グルーブへ突出して定位し、この外還流塊本体は、内還流塊の内ガイドレールと対応する外ガイドレールを備え、内ガイドレールと外ガイドレールとはナットの軸方向に組み付け位置決められることで、これらの内ガイドレールと外ガイドレールとを組合わせてなる完全なる還流チャネルが形成され、かつこの還流チャネルがナット内を案内する螺旋状グルーブに対応して還流孔に接続され、前記内還流塊はナット端縁の収容溝の底部に組み付けられ、前記外還流塊が前記内還流塊の外側を被覆して定位されることを特徴とするボールスクリューの分段還流素子。
2. ナット、スクリュー及び多数のボールを合せてなり、
   前記ナットは、還流孔、螺旋状で内部を囲繞する螺旋状グルーブを含み、ナットの端面に対応する螺旋状グルーブおよび還流孔の部位に凹部収容溝が開設され、
   前記スクリューは、螺旋状で外部を囲繞する螺旋状グルーブを含み、またスクリューをナット内に穿設し、螺旋状グルーブは、ナットの螺旋状グルーブに対して多数のボールを収容する空間が形成され、また、
   前記還流素子は、内還流塊および外還流塊を含むとともに、内還流塊は、爪および内ガイドレールを備えた本体を含み、爪は、本体に対してスクリューの螺旋状グルーブへ突出して定位し、この外還流塊本体は、内還流塊の内ガイドレールと対応する外ガイドレールを備え、内ガイドレールと外ガイドレールとはナットの軸方向に組み付け位置決められることで、これらの内ガイドレールと外ガイドレールとを組合わせてなる完全なる還流チャネルが形成され、かつこの還流チャネルがナット内を案内する螺旋状グルーブに対応して還流孔に接続され、前記内還流塊はナット端縁の収容溝の底部に組み付けられ、前記外還流塊が前記内還流塊の外側を被覆して定位されることを特徴とする請求項１記載のボールスクリューの分段還流素子。
3. 前記還流素子の外還流塊は、さらに固定凸耳を設置し、この固定凸耳にナットに対して締付ける締付溝が開設され、締付具により固定凸耳の締付溝を合せてナットを締付けることを特徴とする請求項１または請求項２記載のボールスクリューの分段還流素子。
4. 前記内還流塊上にナットの軸方向に沿う嵌入子が設置され、かつ前記外還流塊上にナットの軸方向に沿う嵌入溝が設置されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のボールスクリューの分段還流素子。

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