JP2003042259A - ボールねじ - Google Patents
ボールねじInfo
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- JP2003042259A JP2003042259A JP2001226238A JP2001226238A JP2003042259A JP 2003042259 A JP2003042259 A JP 2003042259A JP 2001226238 A JP2001226238 A JP 2001226238A JP 2001226238 A JP2001226238 A JP 2001226238A JP 2003042259 A JP2003042259 A JP 2003042259A
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- tube
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- circulation tube
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- Pending
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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
- F16H25/2214—Screw 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
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 設計変更や材料変更の必要がなく、安価であ
りながらも長寿命のチューブ循環式ボールねじを提供す
る。 【解決手段】 端部にボール掬い用のタングが一体に形
成され、ボールを導いて循環させる循環チューブを備え
るチューブ循環式のボールねじにおいて、少なくとも循
環チューブとタングとの境界部の表面に窒化層が形成さ
れていることを特徴とするボールねじ。
りながらも長寿命のチューブ循環式ボールねじを提供す
る。 【解決手段】 端部にボール掬い用のタングが一体に形
成され、ボールを導いて循環させる循環チューブを備え
るチューブ循環式のボールねじにおいて、少なくとも循
環チューブとタングとの境界部の表面に窒化層が形成さ
れていることを特徴とするボールねじ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、端部にボール掬い
用のタングが一体に形成され、ボールを導いて循環させ
る循環チューブを備えるチューブ循環式のボールねじに
関し、特にタングと循環チューブとの境界の耐久性を高
め、ボールねじの寿命を改善する技術に関する。
用のタングが一体に形成され、ボールを導いて循環させ
る循環チューブを備えるチューブ循環式のボールねじに
関し、特にタングと循環チューブとの境界の耐久性を高
め、ボールねじの寿命を改善する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、マシニングセンターの高速送り
ねじ等の高速回転条件で使用されるチューブ循環式のボ
ールねじは、図１及び図２に示されるように構成されて
いる。即ち、ねじ軸１の外周面には、断面円弧状の螺旋
溝２が設けられている。また、ボールナット３は、ねじ
軸１の螺旋溝２に対応する螺旋溝４を内面に有する円筒
状の部材で、外周の一部に形成された平面部５に螺旋溝
４に開口する２つの孔６が形成されている。このボール
ナット３の孔６には、ボール循環路として機能する循環
チューブ７の端部がそれぞれ嵌挿されている。この循環
チューブ７は、ボールナット３の平面部５に固定ねじ８
によって固定された取付板９により固定されている。
ねじ等の高速回転条件で使用されるチューブ循環式のボ
ールねじは、図１及び図２に示されるように構成されて
いる。即ち、ねじ軸１の外周面には、断面円弧状の螺旋
溝２が設けられている。また、ボールナット３は、ねじ
軸１の螺旋溝２に対応する螺旋溝４を内面に有する円筒
状の部材で、外周の一部に形成された平面部５に螺旋溝
４に開口する２つの孔６が形成されている。このボール
ナット３の孔６には、ボール循環路として機能する循環
チューブ７の端部がそれぞれ嵌挿されている。この循環
チューブ７は、ボールナット３の平面部５に固定ねじ８
によって固定された取付板９により固定されている。
【０００３】また、ボールナット３の内孔に挿通された
ねじ軸１は、その螺旋溝２がボールナット３の螺旋溝４
と対向するように形成され、ボールナット３に設けた循
環チューブ７からなるボール循環路と、この循環路端と
の間の螺旋溝４には、多数のボール１０が転動自在に配
されている。このボール１０は、ボールナット３の螺旋
溝４とねじ軸１の螺旋溝２に隙間なく嵌合し、ボールナ
ット３とねじ軸１とは半径方向の相対移動を不能とされ
ているが、軸方向にはボール１０の転動を介して相対螺
旋運動可能とされている。
ねじ軸１は、その螺旋溝２がボールナット３の螺旋溝４
と対向するように形成され、ボールナット３に設けた循
環チューブ７からなるボール循環路と、この循環路端と
の間の螺旋溝４には、多数のボール１０が転動自在に配
されている。このボール１０は、ボールナット３の螺旋
溝４とねじ軸１の螺旋溝２に隙間なく嵌合し、ボールナ
ット３とねじ軸１とは半径方向の相対移動を不能とされ
ているが、軸方向にはボール１０の転動を介して相対螺
旋運動可能とされている。
【０００４】そして、ボールナット３とねじ軸１との相
対螺旋運動に際して、ボール１０は螺旋溝２，４に沿っ
て転動し、循環チューブ７の端部に形成されたタング１
１により掬い上げられて循環チューブ７の内部に入り、
その内部を通って反対側端より螺旋溝２，４の間に入る
という循環を繰り返す。
対螺旋運動に際して、ボール１０は螺旋溝２，４に沿っ
て転動し、循環チューブ７の端部に形成されたタング１
１により掬い上げられて循環チューブ７の内部に入り、
その内部を通って反対側端より螺旋溝２，４の間に入る
という循環を繰り返す。
【０００５】尚、循環チューブ７として、図３に示すよ
うに、側面形状が略Ｕ字状の本体の両端に、ボール１０
を掬い上げるためのタング１１，１１が一体に設けられ
ている「一体型循環チューブ」や、図４に示すように、
管軸方向の対象軸で２分割された分割管部材１２，１２
を接合して循環路を形成する「分割型潤滑チューブ」が
一般的である。分割型循環チューブ７では、各分割管部
１２の端部にタング１１が一体に設けられている。
うに、側面形状が略Ｕ字状の本体の両端に、ボール１０
を掬い上げるためのタング１１，１１が一体に設けられ
ている「一体型循環チューブ」や、図４に示すように、
管軸方向の対象軸で２分割された分割管部材１２，１２
を接合して循環路を形成する「分割型潤滑チューブ」が
一般的である。分割型循環チューブ７では、各分割管部
１２の端部にタング１１が一体に設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように構成され
るボールねじでは、ボールナット３とねじ軸１との相対
螺旋運動により、ボール１０は螺旋溝２，４に沿って移
動し、タング１１により掬い上げられて循環チューブ７
の内部に入るようになっているが、螺旋溝２，４の内部
においてはボール１０が円周方向に沿って走行するが、
タング１１で掬い上げられたボール１０は直線方向に方
向変換される。そのため、走行中のボール１０の掬い上
げに際し、循環チューブ７の端部とタング１１との境界
部１１ａにはボール１０による繰り返し衝撃力による応
力が継続的に加わり、あるｄ・Ｎ値（ｄ：軸径、Ｎ：回
転数）を超えると、蓄積疲労により循環チューブ７の端
部とタング１１との境界部１１ａにクラックが発生した
り、破断して、走行不能となる。
るボールねじでは、ボールナット３とねじ軸１との相対
螺旋運動により、ボール１０は螺旋溝２，４に沿って移
動し、タング１１により掬い上げられて循環チューブ７
の内部に入るようになっているが、螺旋溝２，４の内部
においてはボール１０が円周方向に沿って走行するが、
タング１１で掬い上げられたボール１０は直線方向に方
向変換される。そのため、走行中のボール１０の掬い上
げに際し、循環チューブ７の端部とタング１１との境界
部１１ａにはボール１０による繰り返し衝撃力による応
力が継続的に加わり、あるｄ・Ｎ値（ｄ：軸径、Ｎ：回
転数）を超えると、蓄積疲労により循環チューブ７の端
部とタング１１との境界部１１ａにクラックが発生した
り、破断して、走行不能となる。
【０００７】このように、ボールねじの寿命には、循環
チューブ７の端部とタング１１との境界部１１ａに加わ
る応力が大きく影響するため、従来では、ｄ・Ｎ値を高
めて長寿命を実現するために、（１）タング１１の形状
を境界部１１ａに応力集中が起こらないような最適形状
にする、（２）循環チューブ７及びタング１１を形成す
る材料を高強度にする等の対応がなされている。
チューブ７の端部とタング１１との境界部１１ａに加わ
る応力が大きく影響するため、従来では、ｄ・Ｎ値を高
めて長寿命を実現するために、（１）タング１１の形状
を境界部１１ａに応力集中が起こらないような最適形状
にする、（２）循環チューブ７及びタング１１を形成す
る材料を高強度にする等の対応がなされている。
【０００８】形状については、有限要素法等により最適
形状の設計は比較的容易であるが、更なる高速運転を実
現するには、循環チューブ７及びタング１１の形成材料
による増強は必須である。形成材料による増強は、板厚
を厚くする方法が一般的であるが、ボール１０の径、そ
れに伴う螺旋溝２，４、更にはボールナット３等との取
付構造等を変更しなければならず、材料コストに加え
て、設計変更に要するコストも増加するという問題があ
る。
形状の設計は比較的容易であるが、更なる高速運転を実
現するには、循環チューブ７及びタング１１の形成材料
による増強は必須である。形成材料による増強は、板厚
を厚くする方法が一般的であるが、ボール１０の径、そ
れに伴う螺旋溝２，４、更にはボールナット３等との取
付構造等を変更しなければならず、材料コストに加え
て、設計変更に要するコストも増加するという問題があ
る。
【０００９】本発明はこのような状況に鑑みなされたも
のであり、設計変更や材料変更の必要がなく、安価であ
りながらも長寿命のチューブ循環式ボールねじを提供す
ることを目的とする。
のであり、設計変更や材料変更の必要がなく、安価であ
りながらも長寿命のチューブ循環式ボールねじを提供す
ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、端部にボール掬い用のタングが一体に形
成され、ボールを導いて循環させる循環チューブを備え
るチューブ循環式のボールねじにおいて、少なくとも循
環チューブとタングとの境界部の表面に窒化層が形成さ
れていることを特徴とするボールねじを提供する。
に、本発明は、端部にボール掬い用のタングが一体に形
成され、ボールを導いて循環させる循環チューブを備え
るチューブ循環式のボールねじにおいて、少なくとも循
環チューブとタングとの境界部の表面に窒化層が形成さ
れていることを特徴とするボールねじを提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に関して詳細に説明
する。
する。
【００１２】本発明では、タングが一体化された循環チ
ューブを備えるボールねじであれば、その構造には何ら
制限はなく、例えば図１及び図２に示したボールねじ、
並びに図３及び図４に示した循環チューブ７を例示する
ことができる。
ューブを備えるボールねじであれば、その構造には何ら
制限はなく、例えば図１及び図２に示したボールねじ、
並びに図３及び図４に示した循環チューブ７を例示する
ことができる。
【００１３】但し、本発明のボールねじは、少なくとも
循環チューブ７とタング１１との境界部１１ａ、好まし
くは循環チューブ７及びタング１１の全面が窒化処理さ
れていることを特徴とする。この窒化処理により，循環
チューブ７及びタング１１の形成材料の強度が格段に高
まり、同時に循環チューブ７とタング１１との接合部１
１ａも増強される。
循環チューブ７とタング１１との境界部１１ａ、好まし
くは循環チューブ７及びタング１１の全面が窒化処理さ
れていることを特徴とする。この窒化処理により，循環
チューブ７及びタング１１の形成材料の強度が格段に高
まり、同時に循環チューブ７とタング１１との接合部１
１ａも増強される。
【００１４】窒化処理により形成される窒化層の深さ
は、形成材料の板厚に対して０．５％以上３．６％以下
であることが好ましい。窒化層の深さが形成材料の板厚
の３．６％を超える場合には、形成材料の脆化が進んで
寿命の改善効果が小さくなり、過度に深くまで形成する
と、窒化層を形成しない場合よりも寿命が短くなるおそ
れがある。
は、形成材料の板厚に対して０．５％以上３．６％以下
であることが好ましい。窒化層の深さが形成材料の板厚
の３．６％を超える場合には、形成材料の脆化が進んで
寿命の改善効果が小さくなり、過度に深くまで形成する
と、窒化層を形成しない場合よりも寿命が短くなるおそ
れがある。
【００１５】尚、循環チューブ７及びタング１１の形成
材料には制限がなく、従来より広く用いられている軟
鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステ
ンレス鋼、析出硬化型ステンレス鋼等を挙げることがで
きる。
材料には制限がなく、従来より広く用いられている軟
鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステ
ンレス鋼、析出硬化型ステンレス鋼等を挙げることがで
きる。
【００１６】また、窒化処理の方法も制限されるもので
はないが、例えば、前処理として１５０℃〜３５０℃に
てフッ化処理を行い、その後３００℃〜６００℃にて窒
化処理を行うＮＶ窒化処理を行うことができる。このと
き、形成材料の種類に応じて窒化処理の時間を調整し、
窒化層の深さを上記の範囲に制御する。また、窒化処理
の後は、表面に生成した酸化スケールをショットブラス
トバレル等により除去する必要がある。
はないが、例えば、前処理として１５０℃〜３５０℃に
てフッ化処理を行い、その後３００℃〜６００℃にて窒
化処理を行うＮＶ窒化処理を行うことができる。このと
き、形成材料の種類に応じて窒化処理の時間を調整し、
窒化層の深さを上記の範囲に制御する。また、窒化処理
の後は、表面に生成した酸化スケールをショットブラス
トバレル等により除去する必要がある。
【００１７】
【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさ
らに説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるも
のではない。
らに説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるも
のではない。
【００１８】（実施例１〜４．比較例１）表１に示す各
種鋼材（板厚は何れも１．４ｍｍ）を用いて図３に示し
たタングを有する循環チューブを作製し、更に実施例１
〜４では、循環チューブ及びタングの全表面に窒化処理
を施して深さ２０μｍの窒化層を形成した。尚、窒化処
理は、１５０℃〜３５０℃にてフッ化処理を行った後、
３００℃〜６００℃にてＮＶ窒化処理を行った。
種鋼材（板厚は何れも１．４ｍｍ）を用いて図３に示し
たタングを有する循環チューブを作製し、更に実施例１
〜４では、循環チューブ及びタングの全表面に窒化処理
を施して深さ２０μｍの窒化層を形成した。尚、窒化処
理は、１５０℃〜３５０℃にてフッ化処理を行った後、
３００℃〜６００℃にてＮＶ窒化処理を行った。
【００１９】そして、作製した各循環チューブを図１に
示すボールねじ（軸径：５５ｍｍ）に組み込み、回転数
４０００ｒｐｍ（ｄ・Ｎ＝２２万）で連続運転し、寿命
に至るまでの時間を測定した。結果を表１に記すが、比
較例１の寿命を１とする寿命比で示してある。
示すボールねじ（軸径：５５ｍｍ）に組み込み、回転数
４０００ｒｐｍ（ｄ・Ｎ＝２２万）で連続運転し、寿命
に至るまでの時間を測定した。結果を表１に記すが、比
較例１の寿命を１とする寿命比で示してある。
【００２０】
【表１】
【００２１】表１から明らかなように、窒化処理を程し
た循環チューブ（実施例）を用いることにより、未処理
の循環チューブを用いた場合（比較例１）に比べてボー
ルねじの寿命が大幅（２０倍以上；都合により、寿命比
が２０倍になった時点で試験を中止）に延びることがわ
かる。また、実施例同士を比較すると、鋼材の種類に関
わらずほぼ同様の結果が得られており、このことから既
存の循環チューブをそのまま使用することができ、設計
変更や材料変更が不要で、コスト的にも有利となること
がわかる。
た循環チューブ（実施例）を用いることにより、未処理
の循環チューブを用いた場合（比較例１）に比べてボー
ルねじの寿命が大幅（２０倍以上；都合により、寿命比
が２０倍になった時点で試験を中止）に延びることがわ
かる。また、実施例同士を比較すると、鋼材の種類に関
わらずほぼ同様の結果が得られており、このことから既
存の循環チューブをそのまま使用することができ、設計
変更や材料変更が不要で、コスト的にも有利となること
がわかる。
【００２２】（実施例５）実施例１に従い、循環チュー
ブを作製した。その際、窒化処理条件を変えて、窒化層
の深さが異なるようにした。そして、同様の寿命試験を
行い、窒化層深さと寿命との関係を調べた。結果を、窒
化層深さが鋼材板厚の１０％としたときの寿命を１とし
た寿命比にて図５に示すが、窒化層が鋼材板厚の３．６
％を超えると寿命の改善効果が小さくなることがわか
る。これは、鋼材の脆化が過度に進むことによるものと
推察される。
ブを作製した。その際、窒化処理条件を変えて、窒化層
の深さが異なるようにした。そして、同様の寿命試験を
行い、窒化層深さと寿命との関係を調べた。結果を、窒
化層深さが鋼材板厚の１０％としたときの寿命を１とし
た寿命比にて図５に示すが、窒化層が鋼材板厚の３．６
％を超えると寿命の改善効果が小さくなることがわか
る。これは、鋼材の脆化が過度に進むことによるものと
推察される。
【００２３】以上本発明に関して詳細に説明したが、図
３に示す一体型循環チューブ及び図４に示す分割型循環
チューブの何れにおいても同等の効果が得られる。
３に示す一体型循環チューブ及び図４に示す分割型循環
チューブの何れにおいても同等の効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の循環チュ
ーブ式ボールねじは、少なくとも循環チューブとタング
との境界部に窒化層を形成して増強したため、従来に比
べて格段に長寿命となっている。しかも、循環チューブ
やタングの形成材料の板厚を厚くする必要もなく、また
形成材料の種類にもよらず、ほぼ同様に長寿命化される
ため、従来の循環チューブをそのまま使用でき、コスト
的にも有利となる。
ーブ式ボールねじは、少なくとも循環チューブとタング
との境界部に窒化層を形成して増強したため、従来に比
べて格段に長寿命となっている。しかも、循環チューブ
やタングの形成材料の板厚を厚くする必要もなく、また
形成材料の種類にもよらず、ほぼ同様に長寿命化される
ため、従来の循環チューブをそのまま使用でき、コスト
的にも有利となる。
【図１】チューブ循環式ボールねじの一例を示す上面図
である。
である。
【図２】図１のチューブ循環式ボールねじのねじ軸長手
方向と直交する面における断面図である。
方向と直交する面における断面図である。
【図３】循環チューブの一例（一体型）を示す側面図で
ある。
ある。
【図４】循環チューブの他の例（分割型）を示す側面図
である。
である。
【図５】実施例で得られた、窒化層深さと寿命比との関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
１ ねじ軸
３ ボールナット
７ 循環チューブ
１０ ボール
１１ タング
１１ａ 境界部
Claims (2)
- 【請求項１】 端部にボール掬い用のタングが一体に形
成され、ボールを導いて循環させる循環チューブを備え
るチューブ循環式のボールねじにおいて、少なくとも循
環チューブとタングとの境界部の表面に窒化層が形成さ
れていることを特徴とするボールねじ。 - 【請求項２】 窒化層の深さが、循環チューブ及びタン
グの形成材料の板厚に対して０．５％以上３．６％以下
であることを特徴とする請求項１記載のボールねじ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001226238A JP2003042259A (ja) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | ボールねじ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001226238A JP2003042259A (ja) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | ボールねじ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003042259A true JP2003042259A (ja) | 2003-02-13 |
Family
ID=19059090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001226238A Pending JP2003042259A (ja) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | ボールねじ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003042259A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104791446A (zh) * | 2014-01-22 | 2015-07-22 | 全球传动科技股份有限公司 | 回流元件加工方法、直线运动模块及滚珠螺杆的组装方法 |
| EP4417838A1 (en) * | 2023-02-17 | 2024-08-21 | Shuton, S.A. | Ball screw device and method for designing the joint element of said device |
-
2001
- 2001-07-26 JP JP2001226238A patent/JP2003042259A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104791446A (zh) * | 2014-01-22 | 2015-07-22 | 全球传动科技股份有限公司 | 回流元件加工方法、直线运动模块及滚珠螺杆的组装方法 |
| EP4417838A1 (en) * | 2023-02-17 | 2024-08-21 | Shuton, S.A. | Ball screw device and method for designing the joint element of said device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060324 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071127 |