JP2000039052A - ボールねじ - Google Patents
ボールねじInfo
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- JP2000039052A JP2000039052A JP10208168A JP20816898A JP2000039052A JP 2000039052 A JP2000039052 A JP 2000039052A JP 10208168 A JP10208168 A JP 10208168A JP 20816898 A JP20816898 A JP 20816898A JP 2000039052 A JP2000039052 A JP 2000039052A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
- F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
- F16H25/20—Screw mechanisms
- F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
- F16H25/2204—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls
- F16H2025/2242—Thread profile of the screw or nut showing a pointed "gothic" arch in cross-section
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高負荷で短い駆動ストロークで使用されて
も、耐久寿命を十分に確保できるボールねじを提供する
ことである。 【解決手段】 ねじ軸１のねじ溝２の断面曲率半径を、
ナット３のねじ溝４の断面曲率半径よりも小さくするこ
とにより、ねじ軸１側のボール５との接触面圧を低減
し、かつ、ねじ溝２の横断面をサーキュラアーク形状
に、ねじ溝４の横断面をゴシックアーク形状にして、各
ねじ溝２、４の溝縁とボール５との隙間を適正な間隔に
保ち、位置決め精度を確保するとともに、ボール５の転
走面へグリース等の潤滑剤を十分供給できるようにした
のである。
も、耐久寿命を十分に確保できるボールねじを提供する
ことである。 【解決手段】 ねじ軸１のねじ溝２の断面曲率半径を、
ナット３のねじ溝４の断面曲率半径よりも小さくするこ
とにより、ねじ軸１側のボール５との接触面圧を低減
し、かつ、ねじ溝２の横断面をサーキュラアーク形状
に、ねじ溝４の横断面をゴシックアーク形状にして、各
ねじ溝２、４の溝縁とボール５との隙間を適正な間隔に
保ち、位置決め精度を確保するとともに、ボール５の転
走面へグリース等の潤滑剤を十分供給できるようにした
のである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ボールねじに関
するものであり、特に高負荷で短い駆動ストロークでの
使用に好適なボールねじに関するものである。
するものであり、特に高負荷で短い駆動ストロークでの
使用に好適なボールねじに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ボールねじは、本願の実施形態を示す図
１を利用して説明すると、ねじ軸１の外周面に形成され
た螺旋状のねじ溝２と、ナット３の内周面に形成された
同じく螺旋状のねじ溝４との間に複数のボール５を介在
させたものであり、ねじ軸１またはナット３のいずれか
一方を回転させ、この回転力をボール５を介して他方に
伝達して、これを軸方向に駆動するものである。
１を利用して説明すると、ねじ軸１の外周面に形成され
た螺旋状のねじ溝２と、ナット３の内周面に形成された
同じく螺旋状のねじ溝４との間に複数のボール５を介在
させたものであり、ねじ軸１またはナット３のいずれか
一方を回転させ、この回転力をボール５を介して他方に
伝達して、これを軸方向に駆動するものである。
【０００３】従来のボールねじは、図６に示すように、
ねじ軸１１のねじ溝１２とナット１３のねじ溝１４の各
横断面が、ボール１５の半径よりもわずかに大きい同一
の曲率半径で、かつ同一のアーク形状に形成されてい
る。このアーク形状としては、後の図３で示すゴシック
アーク形状が採用される場合が多い。
ねじ軸１１のねじ溝１２とナット１３のねじ溝１４の各
横断面が、ボール１５の半径よりもわずかに大きい同一
の曲率半径で、かつ同一のアーク形状に形成されてい
る。このアーク形状としては、後の図３で示すゴシック
アーク形状が採用される場合が多い。
【０００４】上述したように、従来のボールねじは、ね
じ軸１１のねじ溝１２とナット１３のねじ溝１４の横断
面形状が同一であるが、ねじ溝１４の縦断面は凹面状で
あるのに対してねじ溝１２の縦断面は凸面状であるた
め、ねじ軸１１側の方がボール１５との弾性接触面積が
小さくなる。したがって、ボール１５との接触面圧は、
ナット１３側よりもねじ軸１１側のねじ溝１２の方が高
くなる。
じ軸１１のねじ溝１２とナット１３のねじ溝１４の横断
面形状が同一であるが、ねじ溝１４の縦断面は凹面状で
あるのに対してねじ溝１２の縦断面は凸面状であるた
め、ねじ軸１１側の方がボール１５との弾性接触面積が
小さくなる。したがって、ボール１５との接触面圧は、
ナット１３側よりもねじ軸１１側のねじ溝１２の方が高
くなる。
【０００５】一方、ナット１３のねじ溝１４では、多数
のボール１５が常時転走するのに対して、ねじ軸１１の
ねじ溝１２では、ナット１３の往復動とともにボール１
５が通過するときのみに負荷を受ける。このため、従来
の駆動ストロークが十分に長いボールねじは、ねじ軸１
１側の接触面圧が高いにもかかわらず、交換の容易なナ
ット１３の方が先に損傷し、ボールねじの耐久寿命を確
保するように設計されている。
のボール１５が常時転走するのに対して、ねじ軸１１の
ねじ溝１２では、ナット１３の往復動とともにボール１
５が通過するときのみに負荷を受ける。このため、従来
の駆動ストロークが十分に長いボールねじは、ねじ軸１
１側の接触面圧が高いにもかかわらず、交換の容易なナ
ット１３の方が先に損傷し、ボールねじの耐久寿命を確
保するように設計されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のボール
ねじは、高負荷が作用し、駆動ストロークが短い用途に
使用されると、ねじ軸上の各部位をナットが通過する頻
度が増加するため、接触面圧の高いねじ軸側が先に損傷
して、ボールねじの耐久寿命を十分に確保できない問題
がある。
ねじは、高負荷が作用し、駆動ストロークが短い用途に
使用されると、ねじ軸上の各部位をナットが通過する頻
度が増加するため、接触面圧の高いねじ軸側が先に損傷
して、ボールねじの耐久寿命を十分に確保できない問題
がある。
【０００７】そこで、この発明の課題は、高負荷で短い
駆動ストロークで使用されても、耐久寿命を十分に確保
できるボールねじを提供することである。
駆動ストロークで使用されても、耐久寿命を十分に確保
できるボールねじを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明は、ねじ軸の外周面と、このねじ軸に嵌
合するナットの内周面に、それぞれ螺旋状のねじ溝が設
けられ、前記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間に複
数のボールを介在させたボールねじにおいて、前記ねじ
軸のねじ溝の横断面を、前記ナットのねじ溝の横断面よ
りも小さな曲率半径で形成した構成を採用したのであ
る。
めに、この発明は、ねじ軸の外周面と、このねじ軸に嵌
合するナットの内周面に、それぞれ螺旋状のねじ溝が設
けられ、前記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間に複
数のボールを介在させたボールねじにおいて、前記ねじ
軸のねじ溝の横断面を、前記ナットのねじ溝の横断面よ
りも小さな曲率半径で形成した構成を採用したのであ
る。
【０００９】すなわち、ねじ軸のねじ溝の断面曲率半径
をナットのねじ溝の断面曲率半径よりも小さくして、ボ
ールの半径に近づけることにより、ボールとねじ軸のね
じ溝との弾性接触領域を広くし、この弾性接触領域での
接触面圧を下げるようにしたのである。
をナットのねじ溝の断面曲率半径よりも小さくして、ボ
ールの半径に近づけることにより、ボールとねじ軸のね
じ溝との弾性接触領域を広くし、この弾性接触領域での
接触面圧を下げるようにしたのである。
【００１０】また、前記ナットのねじ溝の横断面をゴシ
ックアーク形状にすることにより、曲率半径の大きいナ
ットのねじ溝の縁とボールとの隙間が過大となるのを防
止し、ねじ軸とナットとの位置決め精度を確保すること
ができる。
ックアーク形状にすることにより、曲率半径の大きいナ
ットのねじ溝の縁とボールとの隙間が過大となるのを防
止し、ねじ軸とナットとの位置決め精度を確保すること
ができる。
【００１１】さらに、前記ねじ軸のねじ溝の横断面をサ
ーキュラアーク形状にすることにより、曲率半径の小さ
いねじ軸のねじ溝の縁とボールとの隙間を確保し、ボー
ルの転走面へグリース等の潤滑剤を十分に供給すること
ができる。サーキュラアークは単一アークで形成される
ため、曲率半径の小さいねじ溝の加工が容易となる長所
もある。
ーキュラアーク形状にすることにより、曲率半径の小さ
いねじ軸のねじ溝の縁とボールとの隙間を確保し、ボー
ルの転走面へグリース等の潤滑剤を十分に供給すること
ができる。サーキュラアークは単一アークで形成される
ため、曲率半径の小さいねじ溝の加工が容易となる長所
もある。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図１乃至図５に基づき、こ
の発明の実施形態を説明する。このボールねじは、図１
に示すように、ねじ軸１とナット３の各ねじ溝２、４の
間に複数のボール５を介在させ、ねじ軸１またはナット
３のいずれか一方の回転力をボール５を介して他方に伝
達して、これを軸方向に駆動するものである。ナット３
とねじ軸１の間は潤滑剤としてのグリースが封入される
か、強制的に油潤滑される。
の発明の実施形態を説明する。このボールねじは、図１
に示すように、ねじ軸１とナット３の各ねじ溝２、４の
間に複数のボール５を介在させ、ねじ軸１またはナット
３のいずれか一方の回転力をボール５を介して他方に伝
達して、これを軸方向に駆動するものである。ナット３
とねじ軸１の間は潤滑剤としてのグリースが封入される
か、強制的に油潤滑される。
【００１３】図２に示すように、前記ねじ軸１のねじ溝
２の横断面はサーキュラアーク形状に、ナット３のねじ
溝４の横断面はゴシックアーク形状に形成され、ねじ溝
２の断面曲率半径ρA はボール５の半径Ｒの１．０４倍
に、ねじ溝４の断面曲率半径ρN はボール５の半径Ｒの
１．０７倍になっている。
２の横断面はサーキュラアーク形状に、ナット３のねじ
溝４の横断面はゴシックアーク形状に形成され、ねじ溝
２の断面曲率半径ρA はボール５の半径Ｒの１．０４倍
に、ねじ溝４の断面曲率半径ρN はボール５の半径Ｒの
１．０７倍になっている。
【００１４】ゴシックアークは、図３に示すように、ね
じ溝Ａの横断面を形成する曲率半径ρの左右の円弧を、
中央で重ね合わせる方向にずらして接続したものであ
り、曲率半径ρよりもわずかに小さい半径Ｒのボール５
は、２箇所でねじ溝Ａと接触する。また、サーキュラア
ークは、図４に示すように、ねじ溝Ｂの横断面が曲率半
径ρの単一アークで形成されたものであり、ボール５は
溝底でねじ溝Ｂと接触する。
じ溝Ａの横断面を形成する曲率半径ρの左右の円弧を、
中央で重ね合わせる方向にずらして接続したものであ
り、曲率半径ρよりもわずかに小さい半径Ｒのボール５
は、２箇所でねじ溝Ａと接触する。また、サーキュラア
ークは、図４に示すように、ねじ溝Ｂの横断面が曲率半
径ρの単一アークで形成されたものであり、ボール５は
溝底でねじ溝Ｂと接触する。
【００１５】図３と図４を較べると、断面曲率半径ρが
同じであっても、ボール５と溝縁との隙間は、ゴシック
アークのねじ溝Ａの方がサーキュラアークのねじ溝Ｂよ
りもかなり狭いことがわかる。したがって、図２に示し
たサーキュラアークのねじ溝２の溝縁とボール５との隙
間は、断面曲率半径ρA が小さいにもかかわらず、断面
曲率半径ρN が大きいゴシックアークのねじ溝４とほぼ
同一の間隔に形成され、グリース等の潤滑剤がボール５
の転走面に十分供給されるようになっている。
同じであっても、ボール５と溝縁との隙間は、ゴシック
アークのねじ溝Ａの方がサーキュラアークのねじ溝Ｂよ
りもかなり狭いことがわかる。したがって、図２に示し
たサーキュラアークのねじ溝２の溝縁とボール５との隙
間は、断面曲率半径ρA が小さいにもかかわらず、断面
曲率半径ρN が大きいゴシックアークのねじ溝４とほぼ
同一の間隔に形成され、グリース等の潤滑剤がボール５
の転走面に十分供給されるようになっている。
【００１６】図５は、ねじ溝の断面曲率半径ρを変化さ
せた場合の、ボールとねじ溝との接触面圧ｐを、ねじ軸
側とナット側について計算した結果を示す。各接触面圧
ｐの値は、ボールとねじ溝との弾性接触領域を楕円と
し、この楕円接触領域の長軸および短軸方向の接触圧力
分布を楕円状と仮定して求めた解析解であり、前記楕円
状の接触圧力分布の最大値で表示している。接触面圧ｐ
は曲率半径ρが大きくなるほど増大し、断面曲率半径ρ
が同一の場合は、ボールの転走面の直径が小さい、すな
わち、ねじ溝に沿う方向の曲率半径が小さいねじ軸側の
接触面圧ｐA の方が、ナット側の接触面圧ｐN よりも１
割程度高い。
せた場合の、ボールとねじ溝との接触面圧ｐを、ねじ軸
側とナット側について計算した結果を示す。各接触面圧
ｐの値は、ボールとねじ溝との弾性接触領域を楕円と
し、この楕円接触領域の長軸および短軸方向の接触圧力
分布を楕円状と仮定して求めた解析解であり、前記楕円
状の接触圧力分布の最大値で表示している。接触面圧ｐ
は曲率半径ρが大きくなるほど増大し、断面曲率半径ρ
が同一の場合は、ボールの転走面の直径が小さい、すな
わち、ねじ溝に沿う方向の曲率半径が小さいねじ軸側の
接触面圧ｐA の方が、ナット側の接触面圧ｐN よりも１
割程度高い。
【００１７】図５において、前記断面曲率半径ρA のと
きのねじ軸側の接触面圧ｐA と、前記断面曲率半径ρN
のときのナット側の接触面圧ｐN とを比較すると、ねじ
軸側の接触面圧ｐA の方がナット側の接触面圧ｐN より
もわずかに低い値になっている。すなわち、このボール
ねじは、高負荷で短い移動ストロークで使用されても、
ねじ軸１が先に寿命に達することがなく、長い耐久寿命
を確保できる。
きのねじ軸側の接触面圧ｐA と、前記断面曲率半径ρN
のときのナット側の接触面圧ｐN とを比較すると、ねじ
軸側の接触面圧ｐA の方がナット側の接触面圧ｐN より
もわずかに低い値になっている。すなわち、このボール
ねじは、高負荷で短い移動ストロークで使用されても、
ねじ軸１が先に寿命に達することがなく、長い耐久寿命
を確保できる。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、この発明のボールねじ
は、ねじ軸のねじ溝の断面曲率半径をナットのねじ溝の
断面曲率半径よりも小さくし、ねじ軸側のボールとの接
触面圧を、ナット側の接触面圧と同等もしくはそれ以下
にしたので、高負荷で短い移動ストロークで使用しても
長い耐久寿命を確保することができる。また、ナットの
ねじ溝の横断面をゴシックアーク形状とし、曲率半径の
大きいナットのねじ溝の縁とボールとの隙間の拡大を抑
制したので、高い位置決め精度を確保できる。さらに、
ねじ軸のねじ溝の横断面をサーキュラアーク形状とした
ので、溝縁とボールとの隙間を確保してボール転走面へ
十分な潤滑剤を供給可能とするとともに、ねじ軸のねじ
溝をより曲率半径の小さい横断面形状に加工することが
できる。
は、ねじ軸のねじ溝の断面曲率半径をナットのねじ溝の
断面曲率半径よりも小さくし、ねじ軸側のボールとの接
触面圧を、ナット側の接触面圧と同等もしくはそれ以下
にしたので、高負荷で短い移動ストロークで使用しても
長い耐久寿命を確保することができる。また、ナットの
ねじ溝の横断面をゴシックアーク形状とし、曲率半径の
大きいナットのねじ溝の縁とボールとの隙間の拡大を抑
制したので、高い位置決め精度を確保できる。さらに、
ねじ軸のねじ溝の横断面をサーキュラアーク形状とした
ので、溝縁とボールとの隙間を確保してボール転走面へ
十分な潤滑剤を供給可能とするとともに、ねじ軸のねじ
溝をより曲率半径の小さい横断面形状に加工することが
できる。
【図１】ボールねじの実施形態を示す一部省略縦断面図
【図２】図１のねじ溝を拡大して示す断面図
【図３】ねじ溝の横断面形状を示す説明図
【図４】ねじ溝の横断面形状を示す説明図
【図５】断面曲率半径と接触面圧の関係を示すグラフ
【図６】従来のボールねじのねじ溝を拡大して示す断面
図
図
１ ねじ軸 ２ ねじ溝 ３ ナット ４ ねじ溝 ５ ボール １１ ねじ軸 １２ ねじ溝 １３ ナット １４ ねじ溝 １５ ボール
Claims (3)
- 【請求項１】 ねじ軸の外周面と、このねじ軸に嵌合す
るナットの内周面に、それぞれ螺旋状のねじ溝が設けら
れ、前記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間に複数の
ボールを介在させたボールねじにおいて、前記ねじ軸の
ねじ溝の横断面が、前記ナットのねじ溝の横断面よりも
小さな曲率半径で形成されたことを特徴とするボールね
じ。 - 【請求項２】 前記ナットのねじ溝の横断面が、ゴシッ
クアーク形状に形成された請求項１に記載のボールね
じ。 - 【請求項３】 前記ねじ軸のねじ溝の横断面が、サーキ
ュラアーク形状に形成された請求項１または２に記載の
ボールねじ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20816898A JP3935618B2 (ja) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | ボールねじ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20816898A JP3935618B2 (ja) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | ボールねじ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000039052A true JP2000039052A (ja) | 2000-02-08 |
| JP3935618B2 JP3935618B2 (ja) | 2007-06-27 |
Family
ID=16551793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20816898A Expired - Fee Related JP3935618B2 (ja) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | ボールねじ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3935618B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1353092A2 (en) | 2002-04-11 | 2003-10-15 | NSK Ltd., | Linear motion device |
| FR2852568A1 (fr) * | 2003-03-17 | 2004-09-24 | Koyo Seiko Co | Dispositif de direction a alimentation electrique |
| DE10324465A1 (de) * | 2003-05-30 | 2004-12-16 | Ina-Schaeffler Kg | Kugelgewindetrieb |
| US6955468B2 (en) | 2001-11-08 | 2005-10-18 | Nsk.Ltd. | Linear-motion device and ball screw |
| JP2014160010A (ja) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 駆動ねじの隙間拡大方法及びそれら駆動ねじを用いた制御棒駆動機構 |
| CN107725709A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-02-23 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种重载滚珠丝杠双曲率圆弧曲面滚道结构 |
-
1998
- 1998-07-23 JP JP20816898A patent/JP3935618B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6955468B2 (en) | 2001-11-08 | 2005-10-18 | Nsk.Ltd. | Linear-motion device and ball screw |
| EP1353092A2 (en) | 2002-04-11 | 2003-10-15 | NSK Ltd., | Linear motion device |
| FR2852568A1 (fr) * | 2003-03-17 | 2004-09-24 | Koyo Seiko Co | Dispositif de direction a alimentation electrique |
| US7281604B2 (en) | 2003-03-17 | 2007-10-16 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Electric power steering apparatus |
| DE10324465A1 (de) * | 2003-05-30 | 2004-12-16 | Ina-Schaeffler Kg | Kugelgewindetrieb |
| US7587954B2 (en) | 2003-05-30 | 2009-09-15 | Ina-Schaeffler Kg | Ball screw |
| JP2014160010A (ja) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 駆動ねじの隙間拡大方法及びそれら駆動ねじを用いた制御棒駆動機構 |
| US9695918B2 (en) | 2013-02-20 | 2017-07-04 | Hitachi-Ge Nuclear Energy, Ltd. | Gap expanding method of ball screw and fine motion control rod drive mechanism incorporating gap expanded ball screw |
| US9822859B2 (en) | 2013-02-20 | 2017-11-21 | Hitachi-Ge Nuclear Energy, Ltd. | Gap expanding method of ball screw and fine motion control rod drive mechanism incorporating gap expanded ball screw |
| CN107725709A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-02-23 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种重载滚珠丝杠双曲率圆弧曲面滚道结构 |
| CN107725709B (zh) * | 2017-11-20 | 2019-06-18 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种重载滚珠丝杠双曲率圆弧曲面滚道结构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3935618B2 (ja) | 2007-06-27 |
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Legal Events
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