JP2001065662A - ボールネジ - Google Patents

ボールネジ

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JP2001065662A
JP2001065662A JP23978599A JP23978599A JP2001065662A JP 2001065662 A JP2001065662 A JP 2001065662A JP 23978599 A JP23978599 A JP 23978599A JP 23978599 A JP23978599 A JP 23978599A JP 2001065662 A JP2001065662 A JP 2001065662A
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JP
Japan
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ball
screw
nut
ball screw
screw shaft
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JP23978599A
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English (en)
Inventor
Susumu Ito
進 伊藤
Koichi Nishimura
浩一 西村
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H25/00Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20Screw mechanisms
    • F16H25/22Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2204Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls
    • F16H25/2214Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls with elements for guiding the circulating balls

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボールネジの疲労を極力抑え、ボールネジの
寿命を長くする。 【解決手段】 ネジ軸1の回りを循環する1組のボール
3の群によって構成されるボール列4a、4b、4cを
3列以上有するボールネジである。直列に配置されるボ
ール列4a、4b、4cにおいて、両端のボール列4
a、4cのボール径を中央部のボール列4bのボール径
よりも小さくする。各ボール列のボール3の径が同じで
あると、ネジ軸1の軸方向に加わる力によって、ナット
2の両端部には負荷分布が高くなり、応力が不均一とな
る。この応力の不均一、負荷分布の不均一を両端のボー
ル列4a、4cのボール径を小さくすることによって緩
和する。これにより、応力集中を緩和して、長期間の使
用から来る疲労によるネジ軸及びナットの破損を遅ら
せ、ボールネジの寿命を長くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械や各種産
業機械、射出成形機等で可動部を移動させる送りネジと
して用いられるボールネジに関する。
【0002】
【従来の技術】工作機械、産業機械、射出成形機等の各
種機械における可動部を直線移動させる伝動機構とし
て、モータ等の回転運動を直線運動に変えて可動部を駆
動するボールネジが知られている。このボールネジは、
ネジ軸とナットの雄ねじと雌ねじの間に鋼球で構成され
るボールを挿入したネジによる伝動機構である。このボ
ールをネジ軸とナット間に挿入することにより回転運動
を直線運動に変換する効率をよくしたものである。雄ね
じと雌ねじの間に挿入されたボールはネジ溝に沿って転
がりながら移動することから、ネジ軸の回りを1回以上
巻回させて循環させる1組のボール群からなるボール列
を備えている。このボール列を複数設けたボールネジも
公知である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ボールネジは、ネジ軸
若しくはナットの一方をモータ等で回転させて他方を直
線運動させるものであるから、ネジ軸からナット、ナッ
トからネジ軸に力が伝達される端部に一番多くの力が加
わることになる。ナットの両端部付近で負荷分布が高く
なり、負荷分布の不均一が生じる。そのため、ボールネ
ジを長時間使用すると、ナットとネジ軸の相対移動領域
(ナットのネジ軸に対する相対移動ストローク)におい
て、疲労によりボールやネジ軸の破損が生じ、ボールネ
ジの寿命を短くするという問題がある。そこで、本発明
の課題は、ボールネジの疲労を極力抑え、ボールネジの
寿命を長くすることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、循環する1組
のボール群からなるボール列の列数が3列以上のボール
ネジにおいて、ボールネジ内部の負荷分布の不均一を緩
和する方向に各列のボール径を変化させることによっ
て、ボールネジの内部応力を均一化するようにした。
又、ネジ軸にナットを2個以上直列に配列し、全体のボ
ール列数を3列以上としたボールネジにおいて、直列に
接続したナットを1個のナットとみなして、ボールネジ
内部の負荷分布の不均一を緩和する方向に各列のボール
径を変化させた。特に、直列に連設されるボール列の両
端部の列のボール径を中央部の列のボール径より小さく
することによって、ボールネジ内部の付加分布の不均一
を緩和した。
【0005】又、請求項4に係わる発明は、ネジ軸とナ
ットの軸方向の剛性を概略一致させ、ボールネジ内部の
負荷分布を均一にした。請求項5に係わる発明は、ネジ
軸の軸方向1ピッチ当たりの所定負荷による変形量と、
ナットの軸方向1ピッチ当たりの所定負荷による変形量
とを、概略同一になるようなネジ部材及びナット部材と
することにより、ボールネジ内部の負荷分布の不均一を
緩和させた。さらに、請求項6に係わる発明は、ネジ軸
の中心軸に垂直なネジ軸及びナットの各断面の断面積を
略同一にすることにより、ボールネジ内部の負荷分布が
均一になるようにした。
【0006】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施形態の
ボールネジの説明図である。符号1はボールネジのネジ
軸であり、該ネジ軸1には剛球からなるボール3を介し
てナット2が螺合している。ネジ軸の回りを循環する1
組のボール群によって形成されるボール列が、この実施
形態では3列4a、4b、4c有するボールネジの例を
示している。本実施形態においては、多数のボール3か
らなる1組のボール群で構成された各ボール列4a、4
b、4cは、ネジ軸1の回りを3.5回巻して、チュー
ブ5a、5b、5cを介して元の位置に戻るように構成
され、各ボール3はネジ軸1とナット2の雄ねじと雌ね
じの溝内を循環するように形成されている。
【0007】上述した構成は、従来の3列のボール列を
備えたボールネジの構成と同一であるが、本発明におい
て相違する点は、ボールネジ内部の負荷分布の不均一を
緩和する方向に各列のボール径を変化させている点であ
る。この図1に示す実施形態では、複数のボール列の両
端部のボール列のボール径が中間部のボール列のボール
径よりも小さく形成されている点である。両端部のボー
ル列4a、4cのボール3の径が中央部のボール列4b
のボール3の径よりも小さく形成されている。
【0008】ボールネジは、ネジ軸1又はナット2のど
ちらか一方をモータ等の駆動源に接続し、他方を被駆動
体に連結し、回転運動を直線運動に変えて被駆動体を直
線移動させるものである。例えば、ネジ軸1をモータ等
の駆動源に接続し、ナット2を被駆動体に連結し、ネジ
軸1を回転させることによってナット2を直線移動させ
て被駆動体を直線移動させる。又は逆に、モータ等の駆
動源をナット2に接続し、ネジ軸1に被駆動体を連結し
て、ナット2を回転させることによりネジ軸1及び被駆
動体を直線移動させる。このように、回転運動を直線運
動に変換する伝動機構として用いられる。又、直線運動
を回転運動に変換する機構としても利用される。
【0009】以上のように、回転運動を直線運動に変換
して力を伝達するものであるから、従来のボールネジで
は、ネジ軸1の軸方向の力が中間部のボール列4bより
も両端部のボール列4a、4cに多く加わり、ナット2
の両端部付近で負荷分布が高くなり、ボールネジ内の負
荷分布の不均一が生じる。すなわち、ネジ軸1やナット
2の一部の領域に集中応力が加わることを意味する。そ
のため、長期間ボールネジを使用していると、ネジ軸1
とナット2の相対移動区間領域(相対移動のストローク
範囲)において、ネジ軸1、ナット2が繰り返し負荷に
よる疲労により破損し、ボールネジの寿命を短くすると
いう問題がある。
【0010】そこで、本発明は、直列に連接されるボー
ル列の両端のボール3の径を中間部のボール列のボール
3の径よりも小さくすることにより、負荷分布の不均一
を緩和するようにした。この第1の実施形態において
は、ナット2の両端部のボール列4a、4cのボール3
の径を中央部のボール列4bのボール3の径よりも小さ
くすることにより、ネジ軸1、ナット2に対する集中応
力を少なくし、ネジ軸1、ナット2の内部応力の不均一
を緩和解消させるようにした。ボールネジ内部の負荷分
布の不均一を緩和させ、集中応力が生じないようにした
ことにより、長期間のボールネジの使用によって生じ
る、ネジ軸1及びナット2の繰り返し応力による疲労か
らの破損を極力防止し、ボールネジの寿命を延ばすこと
ができる。
【0011】なお、図1に示した第1の実施形態ではボ
ール列が3列のボールネジの例であるが、さらにボール
列を多いものでも本発明は適用できるものである。すな
わちボール列が3列以上のボールネジにおいても、ボー
ルネジ内部の負荷分布の不均一を緩和する方向に各列の
ボール径を変化させる。この場合も、直列に配置される
ボール列の両端部のボール列のボール3の径を他のボー
ル列(中間部のボール列)のボール3の径よりも小さく
することによって、ボールネジの内部の負荷分布の不均
一を緩和させてボールネジの寿命を延長させることがで
きる。
【0012】図2は、本発明の第2の実施形態のボール
ネジの説明図である。この第2の実施形態では、2つの
ナット2a、2bを連結し最終的には1つのナット2と
して作用するボールネジを構成した例を示している。2
つのナット2a、2bが連結され1つのナット2とさ
れ、ネジ軸1に螺合している。各ナット2a、2bには
それぞれ2列のボール列4a、4bを備えている。この
第2の実施形態も、第1の実施形態と同様に、各ボール
列4a、4bはネジ軸1の回りを3.5巻回し、チュー
ブ5a、5bで元の位置に戻り巡回する多数のボール3
で構成される1組のボール群によって構成されている。
【0013】この実施形態においても、ボールネジ内部
の負荷分布の不均一を緩和する方向に各列のボール径を
変化させる。そのために、直列に配置されるボール列の
両端部のボール列のボール3の径は他のボール列(中央
部のボール列)のボール3の径よりも小さく形成してい
る。これにより、第1の実施形態と同様に、ネジ軸1及
びナット2に生じる内部応力の不均一を緩和し、負荷分
布が均一となるようにした。よって、この第2の実施形
態においても、軸方向の力がネジ軸1とナット2が螺合
する全領域において均一になるように、内部応力を均一
化を図り、負荷分布の不均一を緩和させることにより、
疲労によるボールネジの破損を極力防止して、ボールネ
ジの寿命を延ばすようにした。
【0014】なお、この第2の実施形態では2つのナッ
ト2a、2bを連結して1つのナット2として作用させ
たが、さらに連結するナットの数を増加させてもよいも
のである。その場合においても、直列に配置されるボー
ル列の両端部のボール列のボール3の径は他のボール列
(中間部のボール列)のボール3の径よりも小さくすれ
ばよいものである。
【0015】又、1列のボール列を有するナットを設
け、この1列のボール列のナットを多数連結するナット
の両端に配置し、この1列のボール列のナットのボール
の径を他のナットのボール列のボールの径よりも小さく
形成しておくようにすれば、複数のナットを連結して1
つのナットとして作用させる場合におけるボールネジに
おいて、簡単にボールネジ軸の内部の負荷分布の不均一
を緩和させることができる。
【0016】上述した各実施形態では、ボール列のボー
ルの径を変えることによって、ボールネジの内部の負荷
分布を緩和させ、ボールネジの寿命を延ばすようにした
ものであるが、ネジ軸及びナットの材質や形状を選択
し、ネジ軸とナットの軸方向の剛性を一致させることに
よって、ボールネジの内部の負荷分布を均一にするよう
にすることもできる。ナットはネジ軸に比べ外形が大き
く、剛性が高い、その結果、ボールネジの内部応力が不
均一となるという問題がある。
【0017】そこで、ネジ軸及びナットの材質、形状を
選択することによって、ネジ軸とナットの軸方向の剛性
を一致させれば、ネジ軸かナットのどちらかの回転によ
り他方を直線移動させるために軸方向に力が加わったと
き、ネジ軸もナットも同じようにたわみ、結果的にネジ
軸とナットがボールを介して螺合する全領域において、
均一に負荷が加わり、内部応力も均一化され負荷分布は
均一となる。その結果、集中応力の発生がないから、疲
労による破損の発生が遅くなり、ボールネジの寿命を延
ばすことができる。
【0018】ネジ軸に対して軸方向に1ピッチ当たり所
定負荷が加わるように力を加え、そのときの1ピッチ当
たりの変位量と、ナットに対して軸方向に1ピッチ当た
り所定負荷が加わるように力を加え、そのときの1ピッ
チ当たりの変位量を求め、量変位量が概略一致するよう
にネジ軸及びナットの材質や形状を選択設計する。
【0019】又、ネジ軸とナットを同じ材料で形成し、
ネジ軸の軸心に対して垂直方向に切断したときのネジ軸
及びナットの断面の面積が一致するようにネジ軸、及び
ナットを設計する。断面積が一致すれば、ネジ軸及びナ
ットに加わる軸方向の力によって均等にたわみ、ネジ軸
とナットがボールを介して螺合する全領域に渡って均一
な応力が発生することになり、ボールネジの負荷分布は
均一となり、ボールネジの寿命を延ばすことができる。
【0020】
【発明の効果】本発明のボールネジにおいては、ボール
ネジの内部の負荷分布の不均一を緩和し、応力集中を緩
和させたので、繰り返し加わる負荷からの疲労による破
損を遅らせ、ボールネジの寿命を長くすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態のボールネジの説明図
である。
【図2】本発明の第2の実施形態のボールネジの説明図
である。
【符号の説明】
1 ネジ軸 2 ナット 2a、2b ナット 3 ボール 4a、4b、4c ボール列 5a、5b、5c チューブ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボール列数が3列以上のボールネジにお
    いて、ボールネジ内部の負荷分布の不均一を緩和する方
    向に各列のボール径を変化させたことを特徴とするボー
    ルネジ。
  2. 【請求項2】 ネジ軸にナットを2個以上直列に配列
    し、かつ全体の列数を3列以上としたボールネジにおい
    て、直列に接続したナットを1個のナットとみなして、
    ボールネジ内部の負荷分布の不均一を緩和する方向に各
    列のボール径を変化させたことを特徴とするボールネ
    ジ。
  3. 【請求項3】 直列に連設されるボール列の両端部の列
    のボール径を中央部の列のボール径より小さくすること
    によって、ボールネジ内部の負荷分布の不均一を緩和し
    た請求項1又は請求項2記載のボールネジ。
  4. 【請求項4】 ネジ軸とナットの軸方向の剛性を概略一
    致させ、ボールネジ内部の負荷分布を均一にしたボール
    ネジ。
  5. 【請求項5】 ネジ軸の軸方向1ピッチ当たりの所定負
    荷による変形量とナットの軸方向1ピッチ当たりの所定
    負荷による変形量とを概略同一になるようなネジ部材及
    びナット部材を備えたボールネジ。
  6. 【請求項6】 ネジ軸の中心軸に垂直なネジ軸及びナッ
    トの各断面の断面積を略同一にしたボールネジ。
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Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20030805