特許 6768904 ボールねじ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6768904

(24)【登録日】2020年9月25日

(45)【発行日】2020年10月14日

(54)【発明の名称】ボールねじ

(51)【国際特許分類】

   F16H 25/24 20060101AFI20201005BHJP

   F16H 25/22 20060101ALI20201005BHJP

【ＦＩ】

   F16H25/24 K

   F16H25/22 Z

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2019-165946(P2019-165946)

(22)【出願日】2019年9月12日

【審査請求日】2019年9月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】596016557

【氏名又は名称】上銀科技股▲分▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】蔡 政祐

(72)【発明者】

【氏名】莊 裕緯

(72)【発明者】

【氏名】魏 照恩

【審査官】 小川 克久

(56)【参考文献】

【文献】 登録実用新案第３２１７７２９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１４−０８４９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０２７２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第１６４７７４０（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１５４９２４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ２５／２４

Ｆ１６Ｈ ２５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷却液を検出するのに適したボールねじであって、
ネジ；
本体及び端面を含むナットであって、前記本体には貫通孔及び流路が設置され、前記ナットは前記貫通孔により前記該ネジに螺設され、前記端面には複数の開口が設置され、前記複数の開口は前記流路に連通される、ナット；
前記複数の開口の中に設置される複数の密封部品；
前記複数の密封部品のうちの１つの密封部品に設置され、前記冷却液の圧力を検出してオリジナル信号を出力するためのセンサー；
前記センサーに電気的に接続され、前記オリジナル信号を受信し、前記オリジナル信号をデジタル信号に変換するための信号処理ユニット；及び
前記センサーに設置され、かつ前記ナットに固設される蓋板を含む、ボールねじ。

【請求項2】

請求項1に記載のボールねじであって、
前記複数の密封部品のうちの１つの密封部品は、凸部をさらに含み、前記センサーは、前記凸部に設置される、ボールねじ。

【請求項3】

請求項2に記載のボールねじであって、
前記凸部の前記蓋板上での正投影の面積は、前記センサーの前記蓋板上での正投影の面積の60%〜70%である、ボールねじ。

【請求項4】

請求項1に記載のボールねじであって、
制御ユニット及び記憶ユニットをさらに含み、
前記センサー、前記信号処理ユニット、前記制御ユニット、及び前記記憶ユニットは、互に電気的に接続され、前記信号処理ユニットは、前記デジタル信号を前記制御ユニットに出力し、前記記憶ユニットは、前記デジタル信号を記憶する、ボールねじ。

【請求項5】

請求項4に記載のボールねじであって、
提示ユニットをさらに含み、
前記提示ユニットは、前記制御ユニットに電気的に接続され、
前記デジタル信号と所定信号との誤差が前記所定信号の±20%の閾値内にあるときに、前記提示ユニットは、第一提示信号を出力し、
前記誤差が前記所定信号の20%〜40%の閾値又は-20%〜-40%の閾値内にあるときに、前記提示ユニットは、第二提示信号を出力し、
前記誤差が前記所定信号の±40%の閾値を超えたときに、前記提示ユニットは、第三提示信号を出力する、ボールねじ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボールねじ（BALL SCREW）に関し、特に、密封部品に設置されるセンサーによって冷却液の流量又は圧力を検出し得るボールねじに関する。

【背景技術】

【0002】

ネジは、工業分野でよく見られる装置である。一般的に言えば、ネジ及びネジに設置されるナットが作動するときに、互いの間の相対運動によって大量の熱が生じやすいため、作業員は通常、予めネジに潤滑液をかけることで部品間の摩擦力を減少させ、或いは、ナットの内部に流路を設置し、冷却液の流動によって熱を絶えずに運び去ることがある。しかし、冷却液の流量が足りない場合、生成された熱をスムーズに運び去ることができず、部品の温度が持続的に上昇するリスクがあり、また、冷却液が多すぎるときに、チューブがバーストになり、乾燥を保持する必要のある他の部品に影響を与えることがある。よって、如何に冷却液の流量を即時に確認するかが、重要な課題になっている。

【0003】

上述の問題を解決するために、従来技術では、ナットの内部にセンサーを設置する設計が存在する。例えば、台湾特許公開公報第TW I572797号明細書には、環状の変形可能な平台の底端に環状力量センサーを設置することで、プレストレスを検出する、２つのナットを持つボールねじが開示されており、それは、２つのナットの相対する面のスクイーズによって流体の圧力を検出することができる。しかし、環状の変形可能な平台であれ環状の力量センサーであれ、加工がかなり困難であるから、製作コストもそれに伴って上昇する恐れがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、密封部品に設置されるセンサーにより、冷却液の流量又は圧力を即時に検出し、かつセンサーの複雑な加工を必要とせず、製造コストを削減することができるボールねじを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一側面によれば、冷却液の検出に適したボールねじが提供され、それは、ネジ、ナット、複数の密封部品、センサー、信号処理ユニット、及び蓋板を含む。ナットは、本体及び端面を含み、本体には、貫通孔及び流路（flow channel）が設置され、ナットは、貫通孔によりネジに螺設され、端面には、複数の開口が設置され、複数の開口は、流路に連通される。複数の密封部品は、複数の開口の中に設置される。センサーは、複数の密封部品のうちの１つの密封部品に設けられ、冷却液の圧力を検出し、オリジナル信号を出力するために用いられる。信号処理ユニットは、センサーに電気的に接続され、オリジナル信号を受信し、オリジナル信号をデジタル信号に変換するために用いられる。蓋板は、センサーに設置され、かつナットに固設される。

【0006】

好ましくは、上述の複数の密封部品のうちの１つの密封部品は、凸部をさらに含み、センサーは、凸部に設置される。これにより、冷却液が該密封部品にフィードバックする（与える）圧力を該センサーへより有効に伝達することができる。

【0007】

好ましくは、上述の凸部の蓋板上での正投影の面積は、センサーの蓋板上での正投影の面積の60%〜70%である。これにより、センサーの有効検出面積とベストマッチし、かつその検出の感度及び正確度を向上させることができる。

【0008】

好ましくは、ボールねじは、制御ユニット及び記憶ユニットをさらに含み、そのうち、センサー、信号処理ユニット、制御ユニット、及び記憶ユニットは、互に電気的に接続され、信号ユニットは、デジタル信号を制御ユニットに出力し、記憶ユニットは、デジタル信号を記憶し、これにより、冷却液の圧力又は流量をより完全に追跡することができる。

【0009】

好ましくは、ボールねじは、提示（indication）ユニットをさらに含み、提示ユニットは、制御ユニットに電気的に接続され、デジタル信号と所定信号との誤差が該所定信号の±20%の閾値内にあるときに、提示ユニットは、第一提示信号を出力し、誤差が該所定信号の20%〜40%の閾値又は-20%〜-40%の閾値内にあるときに、提示ユニットは、第二提示信号を出力し、誤差が所定信号の±40%の閾値を超えたときに、提示ユニットは、第三提示信号を出力する。これにより、現在の冷却液の流量状態を使用者に即時に提示することができる。

【0010】

好ましくは、上述のセンサーは、圧抵抗センサーであり、密封部品から圧力を受け、対応する抵抗信号を生成するために用いられる。

【0011】

好ましくは、上述の複数の密封部品は、ナットの周方向に沿って対称的に配列され、蓋板の表面は、端面と共平面である。これにより、本発明によるボールねじ全体の外観のフラットネスを向上させ、他の部品と衝突又は干渉することが生じ難いようにさせることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施例におけるボールねじの立体図である。

【図2】図1におけるボールねじの一部の素子の分解図である。

【図3】図2における密封部品の立体図である。

【図4】図3における密封部品の側面図である。

【図5】図2におけるボールねじのA-A面に沿った断面図である。

【図6】図5における領域Bの局部拡大図である。

【図7】図1におけるボールねじの電子素子のブロック図である。

【図8】図7におけるボールねじが冷却液を検出するプロセスのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の上述及び他の技術的内容、特徴、機能及び効果は、添付した図面に基づく以下のような好ましい実施例における詳細な説明により明確になる。なお、以下の実施例に言及されている方向についての用語、例えば、上、下、左、右、前、後などは、添付した図面の方向に過ぎない。よって、使用されている方向の用語は、本発明を説明するためだけのものであり、本発明を限定するためのものではない。

【0014】

図1は、本発明の一実施例におけるボールねじの立体図であり、図2は、図1中のボールねじの一部の素子の分解図である。図1及び図2を参照する。本実施例のボールねじ10は、ネジ100、ナット200、複数の密封部品300、センサー400、及び蓋板500を含む。ナット200は、本体210及び端面220を含み、そのうち、本体210には、貫通孔H及び流路が設置され、端面220には、複数の開口Oが設置され、複数の開口Oは、流路に連通され、また、複数の密封部品300は、複数の開口Oの中に設置される。センサー400は、複数の密封部品300のうちの１つの密封部品300に設置され、蓋板500は、センサー400に設けられ、かつナット200に固設される。

【0015】

詳細に言えば、ナット200は、貫通孔Hによりネジ100に螺設され、そのうち、貫通孔Hの内側には、ネジ山が設置される。よって、ナット200は、貫通孔Hの内側のネジ山により、ネジ100に対して相対移動を行うことができる。両者が相対移動するときに高い熱が生じるから、ナット200の流路内には、ナット200の温度を下げるために冷却液が設けられる。開口Oが流路に連通され、かつ複数の密封部品300が複数の開口Oの中に設置されるので、冷却液により生成された圧力は、密封部品300に直接フィードバックする（与える）ことができる。図2に示すように、密封部品300の形状は、開口Oに対応し、また、密封部品300の密封不足による冷却液の漏れを防止するために、密封部品300には、ワッシャ350がさらに設置され、これにより、開口Oとさらに密接に接続することができる。密封部品300の設置が完成した後に、冷却液の流量を検出するために、センサー400を複数の密封部品300のうちの１つの密封部品300に設置し、これにより、冷却液が密封部品300にフィードバックする（与える）圧力を検出することができる。センサー400の設置が完成した後に、蓋板500をセンサー400に設け、そして、ネジなどの固定部品により蓋板500をナット200に固設する。

【0016】

なお、図2に示すように、本実施例における複数の密封部品300は、ナット200の周方向に沿って対称的に配列され、このような設置は、冷却液の、異なる位置の密封性の違いによる圧力の変化を減少させることができる。

【0017】

図3は、図2の密封部品の立体図であり、図4は、図3の密封部品の側面図である。図3及び図4を参照する。本実施例では、複数の密封部品300の各々は、蓋部320、接続部330、及び密封部340を有し、そのうち、接続部330は、蓋部320及び密封部340に接続され、密封部品300は、密封部340が開口Oに面する方式で開口Oの中に設置される。密封部品300が開口Oの内部に設置されるときに、ワッシャ350は、蓋部320と密封部340との間に設置され、そのため、接続部330のサイズ（大小）が蓋部320及び密封部340よりも少し小さく設計され、これにより、ワッシャ350が蓋部320と密封部340との間の接続部330に套設されるときに上下に滑ることにより密封部品300から離脱することがないようにさせることができる。換言すると、密封部品300の設置が完成したときに、接続部330の蓋板500上での正投影の面積は、蓋部320及び密封部340の蓋板500上での正投影の面積よりも小さい。

【0018】

なお、図4に示すように、密封部340の外環面がテーパー面と設計されており、このような設計により、冷却液の流速が増加するときに、密封部品300が開口Oの壁面にさらに密接に貼り合せられるようにさせ、更なる防漏効果を達成することができる。その詳細については、後述する。

【0019】

本実施例では、センサー400は、圧抵抗センサーであり、密封部品300からの圧力を受け、対応する抵抗信号を生成することができる。冷却液が密封部品300にフィードバックする圧力をセンサー400にさらに有効に伝達するために、本実施例では、センサー400が設けられる密封部品300は、さらに凸部310を含み、かつセンサー400は、凸部310に設置される。実験の結果によれば、凸部310のサイズ（大小）がセンサー400の60%〜70%と設計されるときに、センサー400の有効検出面積とベストマッチし、かつその検出の感度及び正確度を向上させることができる。よって、密封部品300及びセンサー400の設置が完成したときに、凸部310の蓋板500上での正投影の面積は、センサー400の蓋板500上での正投影の面積の60%〜70%である。このような設置は、蓋部320の表面全体がセンサー400に接触する場合に比べて、より良好な検出結果を有する。

【0020】

密封部品300及びセンサー400がナット200の中に配置される態様をより明確にするために図5及び図6を参照する。図5は、図2のボールねじのA-A断面に沿った断面図であり、図6は、図5中の領域Bの局部拡大図である。図5及図6に示すように、流路Cは、開口Oに連通され、密封部品300及びセンサー400は、開口Oの中に設置され、検出部品（センサ）400は、凸部310と蓋板500との間に設置される。これにより、冷却液の流動による圧力が密封部品300にフィードバックするときに、凸部310のサイズ（大小）がセンサー400の有効検出面積に対応するので、センサー400は、流体の圧力及び対応する流速の細微な変化をすぐに検出することができる。また、センサー400が圧抵抗センサーであり、かつ密封部品300との間は単純な積層の関係であるため、センサー400は、複雑の加工を必要とせず、大量製造時に必要な時間及びコストを節約することができる。

【0021】

なお、密封部340の外環面がテーパー面と設計されているため、密封部品300が開口Oの中に設置されるときに、密封部340とその対応する開口の壁面Wとの間には、隙間Rがあり、かつ隙間Rの大小（サイズ）は、密封部340が蓋部320に面する方向に沿って逓減する。これにより、冷却液の流速が増加するときに、密封部340の、接続部330に近い部分が外へ拡張することができ、これにより、密封部340の外環面と壁面Wとの間の接触面積を増加させ、防漏効果をさらに確実に達成することができる。

【0022】

一方、図6に示すように、各素子の設置が完成した後に、蓋板500の表面510が端面220と共平面になり、このようにして、ボールねじ10全体の外観のフラットネスを向上させることができるとともに、他の部品と衝突又は干渉することが生じ難いようにさせることもできる。

【0023】

図7は、図1におけるボールねじの電子素子のブロック図であり、図8は、図7におけるボールねじが冷却液を検出するプロセスのフローチャートである。図7及び図8を参照する。上述の部品の他に、本実施例のボールねじ10は、さらに、信号処理ユニット600、制御ユニット700、記憶ユニット800、及び提示ユニット900を含み、そのうち、センサー400、信号処理ユニット600、制御ユニット700、及び記憶ユニット800は、互に電気的に接続され、提示ユニット900は、制御ユニット700に電気的に接続される。ボールねじ10がワーキングすると(ステップS01)、流体が流路C内で流動し、それ相応に圧力を生成し(ステップS02)、このときに、センサー400は、上述の圧力を検出し、オリジナル信号を信号処理ユニット600に出力する(ステップS03)。本実施例では、信号処理ユニット600は、信号増幅器及びアナログ・デジタル変換器を含み、これにより、センサー400により検出されたオリジナル信号を増幅及びサンプリングしてデジタル信号に変換し、後続の信号処理に供することができる。信号処理ユニット600は、オリジナル信号を受信し、上述の処理及び変換が行われた後に、処理後のデジタル信号を制御ユニット700に出力し(ステップS04)、また、それと同時に、記憶ユニット800は、このデジタル信号を記憶することができ(ステップS05)、これにより、冷却液の圧力又は流量に対してより完全に追跡することができる。

【0024】

使用者が冷却液の流量の異常発生時にすぐにそのことを把握し得るようにさせるために、本実施例における提示ユニット900は、デジタル信号とシステムにより予め設定される所定信号との間の誤差と、所定信号との関係に基づいて、出力される提示信号の類型を判断することができる(ステップS06)。デジタル信号と所定信号との誤差が所定信号の±20%の閾値内にあるときに、即ち、誤差の絶対値が所定信号の値の20%よりも小さいときに、それは、冷却液の流量及び対応する圧力が正常な範囲にあることを意味し、このときに、制御ユニット700は、提示ユニット900が第一提示信号、例えば、緑色信号を出力するように制御し、これにより、使用者に、現在の冷却液の流量が正常な状態にあることを提示することができ(ステップS07)；デジタル信号と所定信号との誤差が所定信号の20%〜40%の閾値又は-20%〜-40%の閾値内にあるときに、即ち、誤差の絶対値が所定信号の値の20%〜40%にあるときに、これは、冷却液の流量及び対応する圧力が大き過ぎる又は小さすぎるリスクがあることを意味し、このときに、制御ユニット700は、提示ユニット900が第二提示信号、例えば、黄色信号を出力するように制御し、これにより、使用者に、現在の冷却液の流量が要注意の状態にあることを提示することができ(ステップS08)；デジタル信号と所定信号との誤差が所定信号の±40%の閾値を超えたときに、即ち、誤差の絶対値が所定信号の値の40%よりも大きいときに、これは、冷却液の流量及び対応する圧力に異常が生じたことを意味し、このときに、制御ユニット700は、提示ユニット900が第三提示信号、例えば、赤色信号を出力するように制御し、これにより、使用者に、現在の冷却液の流量が危ない状態にあるため、冷却液を直ちに処理し又は装置の作動を直ちにストップする必要があることを提示することができる。

【0025】

以上のことから、本発明によるボールねじは、密封部品にセンサーを設置することで、流路内の冷却液の流量及び対応する圧力を即時に検出し、そして、信号処理ユニットによりオリジナル信号を、後続の処理に有利になるように、デジタル信号に変換することができる。また、センサー、密封部品、及び蓋板の間は単純な積層の関係であるため、センサーは、簡単で且つ感度の高い圧電センサー又は圧抵抗センサーを採用することができるため、製作時に必要なコストを削減し、かつ検出の精度を向上させることができる。

【0026】

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の技術的範囲に属する。

【符号の説明】

【0027】

10：ボールねじ
100：ネジ
200：ナット
210：本体
220：端面
300：密封部品
310：凸部
320：蓋部
330：接続部
340：密封部
350：ワッシャ
400：センサー
500：蓋板
510：表面
600：信号処理ユニット
700：制御ユニット
800：記憶ユニット
900：提示ユニット
C：流路
H：貫通孔
O：開口
R：隙間
W：壁面

【要約】

【課題】本発明は、冷却液の検出に適したボールねじを提供する。
【解決手段】かかるボールねじはネジ、ナット、複数の密封部品、センサー、信号処理ユニット及び蓋板を含む。ナットは本体及び端面を含み、本体には貫通孔及び流路が設置され、ナットは貫通孔によりネジに螺設され、端面には複数の開口が設けられ、複数の開口は流路に連通される。複数の密封部品は複数の開口内に設置される。センサーは複数の密封部品のうちの１つの密封部品に設けられ、冷却液の圧力を検出してオリジナル信号を出力する。信号処理ユニットはセンサーに電気的に接続され、オリジナル信号を受信してデジタル信号に変換する。蓋板はセンサーに設置され、かつナットに固設される。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】