JP2003172424A - ボールねじ装置 - Google Patents
ボールねじ装置Info
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- balls
- screw device
- ball screw
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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
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
- F16C33/37—Loose spacing bodies
- F16C33/3706—Loose spacing bodies with concave surfaces conforming to the shape of the rolling elements, e.g. the spacing bodies are in sliding contact with the rolling elements
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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
- F16H25/2233—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls with cages or means to hold the balls in position
- F16H25/2238—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls with cages or means to hold the balls in position using ball spacers, i.e. spacers separating the balls, e.g. by forming a chain supporting the balls
-
- 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
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- 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
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T74/00—Machine element or mechanism
- Y10T74/19—Gearing
- Y10T74/19642—Directly cooperating gears
- Y10T74/19698—Spiral
- Y10T74/19702—Screw and nut
- Y10T74/19744—Rolling element engaging thread
- Y10T74/19749—Recirculating rolling elements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ボールの競り合いによる摩耗・損傷を抑制す
るとともに、保持ピースとボールとの隙間を管理し、保
持ピースの倒れを抑制することで、安定した作動性を確
保することを可能としたボールねじ装置を提供する。 【解決手段】 ボール５と保持ピース１０との間におけ
る隙間Ｃの総和Σが、保持ピース１０の有する外径寸法
Ｌの５０％以下となるようにするとともに、ボール５と
の接触角θが２５°以上４０°以下となるように、ボー
ル転動路Ｒを転動するボール５間に、保持ピース１０を
設置する。
るとともに、保持ピースとボールとの隙間を管理し、保
持ピースの倒れを抑制することで、安定した作動性を確
保することを可能としたボールねじ装置を提供する。 【解決手段】 ボール５と保持ピース１０との間におけ
る隙間Ｃの総和Σが、保持ピース１０の有する外径寸法
Ｌの５０％以下となるようにするとともに、ボール５と
の接触角θが２５°以上４０°以下となるように、ボー
ル転動路Ｒを転動するボール５間に、保持ピース１０を
設置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボールねじ装置に
関し、特に低騒音性、作動性、及び耐久性のさらなる向
上を実現するために有効な技術に関する。
関し、特に低騒音性、作動性、及び耐久性のさらなる向
上を実現するために有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ボールねじ装置は、図８及び図
９に示すように、外周面に螺旋状の第一のねじ溝３を有
するねじ軸１と、このねじ軸１に形成された第一のねじ
溝３に対向する第二のねじ溝４を内周面に有し、第一の
ねじ溝３及び第二のねじ溝４間に形成される螺旋状のボ
ール転動路Ｒに転動自在に充填された複数のボール５を
介して、ねじ軸１と螺合されるナット２と、から構成さ
れており、このボール転動路Ｒの一端には、ボール転動
路Ｒを転動移動してくるボール５をすくい上げ、他端に
送るボール循環路Ｊが設けられている。そして、このボ
ールねじ装置は、ねじ軸１とナット２とを相対的に回転
させて一方を軸方向に移動させることで、複数のボール
５の転動を介して、ねじ軸１とナット２との相対螺旋運
動が無限に行われるようになっている。
９に示すように、外周面に螺旋状の第一のねじ溝３を有
するねじ軸１と、このねじ軸１に形成された第一のねじ
溝３に対向する第二のねじ溝４を内周面に有し、第一の
ねじ溝３及び第二のねじ溝４間に形成される螺旋状のボ
ール転動路Ｒに転動自在に充填された複数のボール５を
介して、ねじ軸１と螺合されるナット２と、から構成さ
れており、このボール転動路Ｒの一端には、ボール転動
路Ｒを転動移動してくるボール５をすくい上げ、他端に
送るボール循環路Ｊが設けられている。そして、このボ
ールねじ装置は、ねじ軸１とナット２とを相対的に回転
させて一方を軸方向に移動させることで、複数のボール
５の転動を介して、ねじ軸１とナット２との相対螺旋運
動が無限に行われるようになっている。
【０００３】このような構成のボールねじ装置におい
て、ボール転動路Ｒ面は、例えばゴシックアーチ形状と
なっており、ボール５はこのボール転動路Ｒ面と２点〜
４点においてアンギュラ接触した状態で転動するととも
に、ボール転動路Ｒが螺旋状に連続し、且つ、ボール循
環路Ｊによるリターン機構を有していることによって、
無負荷状態から負荷状態への変動が発生する。負荷状態
のボール５（以下、負荷ボールと称す）は、理想的な転
がり状態ではなくスピン現象が発生するため、ボールに
すべりが発生しやすく、ボール摩擦が発生する。また、
隣り合う負荷ボール５どうしは互いに逆方向に転動した
状態で接触するようになり、負荷ボール５間においてす
べりが生じるようになる。その結果、負荷ボール５の自
由な転動が妨げられることにより、負荷ボール５の作動
性の悪化や摩耗・損傷の生起、トルク変動の生起、騒音
の発生など様々な問題があった。
て、ボール転動路Ｒ面は、例えばゴシックアーチ形状と
なっており、ボール５はこのボール転動路Ｒ面と２点〜
４点においてアンギュラ接触した状態で転動するととも
に、ボール転動路Ｒが螺旋状に連続し、且つ、ボール循
環路Ｊによるリターン機構を有していることによって、
無負荷状態から負荷状態への変動が発生する。負荷状態
のボール５（以下、負荷ボールと称す）は、理想的な転
がり状態ではなくスピン現象が発生するため、ボールに
すべりが発生しやすく、ボール摩擦が発生する。また、
隣り合う負荷ボール５どうしは互いに逆方向に転動した
状態で接触するようになり、負荷ボール５間においてす
べりが生じるようになる。その結果、負荷ボール５の自
由な転動が妨げられることにより、負荷ボール５の作動
性の悪化や摩耗・損傷の生起、トルク変動の生起、騒音
の発生など様々な問題があった。
【０００４】特に、射出成形機やブレス用に適用される
高荷重が断続的に負荷されるボールねじ装置において
は、ボール５とボール転動路Ｒとの弾性変形により接触
楕円が大きくなるため、スピンによる負荷ボールの摩擦
が大きくなり、さらにボールねじ装置特有のボール５の
競り合いが発生するため、負荷ボール５における摩耗・
損傷の生起がさらに際立っていた。このような問題を解
決するために、図９に示すように、ボール転動路Ｒを転
動・移動する隣り合うボール５間に、このボール５の軌
道方向における両端面に凹面１１を有する保持ピース１
０を介装する手段が広く行われている。この手段によっ
て、ボール５の競り合いを抑制することが可能となっ
た。
高荷重が断続的に負荷されるボールねじ装置において
は、ボール５とボール転動路Ｒとの弾性変形により接触
楕円が大きくなるため、スピンによる負荷ボールの摩擦
が大きくなり、さらにボールねじ装置特有のボール５の
競り合いが発生するため、負荷ボール５における摩耗・
損傷の生起がさらに際立っていた。このような問題を解
決するために、図９に示すように、ボール転動路Ｒを転
動・移動する隣り合うボール５間に、このボール５の軌
道方向における両端面に凹面１１を有する保持ピース１
０を介装する手段が広く行われている。この手段によっ
て、ボール５の競り合いを抑制することが可能となっ
た。
【０００５】ところが、保持ピース１０を介装したこと
によって、この保持ピース１０とボール５とが競り合
い、保持ピース１０が摩耗・損傷するという新たな問題
が発生した。この保持ピース１０の摩耗・損傷によっ
て、保持ピース１０の周りに空間が生じ、初期状態（保
持ピース１０のボールねじ装置への設定時）における保
持ピース１０とボール５との隙間の総和が、ボールねじ
装置を使用するにつれて増大するという不具合があっ
た。
によって、この保持ピース１０とボール５とが競り合
い、保持ピース１０が摩耗・損傷するという新たな問題
が発生した。この保持ピース１０の摩耗・損傷によっ
て、保持ピース１０の周りに空間が生じ、初期状態（保
持ピース１０のボールねじ装置への設定時）における保
持ピース１０とボール５との隙間の総和が、ボールねじ
装置を使用するにつれて増大するという不具合があっ
た。
【０００６】また、保持ピース１０を樹脂から形成する
と、その樹脂の種類（例えば、比較的低コストで射出成
形による大量生産が可能なナイロン系樹脂など）によっ
ては、水分を吸収し寸法が変化する膨潤現象が発生し、
隣り合うボール５どうしの接点が近くなってしまうとい
う不具合があった。その結果として、各保持ピース１０
の周りに空間が生じるため、保持ピース１０とボールと
の隙間の総和は、初期状態よりも大きくなってしまう。
と、その樹脂の種類（例えば、比較的低コストで射出成
形による大量生産が可能なナイロン系樹脂など）によっ
ては、水分を吸収し寸法が変化する膨潤現象が発生し、
隣り合うボール５どうしの接点が近くなってしまうとい
う不具合があった。その結果として、各保持ピース１０
の周りに空間が生じるため、保持ピース１０とボールと
の隙間の総和は、初期状態よりも大きくなってしまう。
【０００７】ここで、保持ピース１０とボール５との隙
間の総和が大きくなりその隙間が一ヶ所に集まると、図
１０に示すように、保持ピース１０が倒れ、ボールねじ
装置の作動不良及び早期破損の起因となってしまう恐れ
があった。そこで、特開２００１−２１０１８号公報に
おいて、隣り合うボール間に、保持ピースとともに弾性
体を介装した手段が開示されている。この手段による
と、ボールに高荷重が断続的に負荷されても、保持ピー
ス及びボールへの摩耗・損傷を抑制することが可能とな
った。
間の総和が大きくなりその隙間が一ヶ所に集まると、図
１０に示すように、保持ピース１０が倒れ、ボールねじ
装置の作動不良及び早期破損の起因となってしまう恐れ
があった。そこで、特開２００１−２１０１８号公報に
おいて、隣り合うボール間に、保持ピースとともに弾性
体を介装した手段が開示されている。この手段による
と、ボールに高荷重が断続的に負荷されても、保持ピー
ス及びボールへの摩耗・損傷を抑制することが可能とな
った。
【０００８】また、特開２０００−１９９５５６号公報
において、保持ピースにおけるボールとの接触面に凹凸
形状を形成した手段が開示されている。この手段による
と、保持ピースとボールとが点接触しながら転動するこ
とによって、両者の摩耗・損傷を抑制することが可能と
なった。
において、保持ピースにおけるボールとの接触面に凹凸
形状を形成した手段が開示されている。この手段による
と、保持ピースとボールとが点接触しながら転動するこ
とによって、両者の摩耗・損傷を抑制することが可能と
なった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開２００１−２１０１８号公報においては、保持ピース
とともに隣り合うボール間に介装された弾性体が負荷状
態である場合、負荷ボールに対する弾性体のばね力は無
力であり、隙間調整能力が十分ではないという不具合が
あった。このため、保持ピース及び負荷ボールの摩耗・
損傷による隙間増加や、膨潤現象による保持ピースの寸
法変化によっては、保持ピースが倒れてしまう恐れがあ
り、保持ピースとボールとの隙間の総和における管理及
び保持ピースの倒れ防止については未だ改良の余地があ
った。
開２００１−２１０１８号公報においては、保持ピース
とともに隣り合うボール間に介装された弾性体が負荷状
態である場合、負荷ボールに対する弾性体のばね力は無
力であり、隙間調整能力が十分ではないという不具合が
あった。このため、保持ピース及び負荷ボールの摩耗・
損傷による隙間増加や、膨潤現象による保持ピースの寸
法変化によっては、保持ピースが倒れてしまう恐れがあ
り、保持ピースとボールとの隙間の総和における管理及
び保持ピースの倒れ防止については未だ改良の余地があ
った。
【００１０】また、上記特開２０００−１９９５５６号
公報においては、ボールの直径との関係で隙間調整を行
おうとしているが、本来隙間は保持ピースの倒れを一番
に考慮しなければならず、保持ピースの寸法を基準に管
理されなければならない。したがって、保持ピースとボ
ールとの隙間の総和における管理及び保持ピースの倒れ
防止については未だ改良の余地があった。本発明は、上
記事情に鑑みてなされたものであり、特に、高荷重が断
続的に負荷されるボールねじ装置に対して、ボールの競
り合いによる摩耗・損傷を抑制するとともに、保持ピー
スとボールとの隙間を管理し、保持ピースの倒れを抑制
することで、安定した作動性を確保することを可能とし
たボールねじ装置を提供することを課題としている。
公報においては、ボールの直径との関係で隙間調整を行
おうとしているが、本来隙間は保持ピースの倒れを一番
に考慮しなければならず、保持ピースの寸法を基準に管
理されなければならない。したがって、保持ピースとボ
ールとの隙間の総和における管理及び保持ピースの倒れ
防止については未だ改良の余地があった。本発明は、上
記事情に鑑みてなされたものであり、特に、高荷重が断
続的に負荷されるボールねじ装置に対して、ボールの競
り合いによる摩耗・損傷を抑制するとともに、保持ピー
スとボールとの隙間を管理し、保持ピースの倒れを抑制
することで、安定した作動性を確保することを可能とし
たボールねじ装置を提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明のボールねじ装置は、外周面に螺旋状
の第一のねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸に形成さ
れた第一のねじ溝に対向する第二のねじ溝を内周面に有
し、第一のねじ溝及び第二のねじ溝間に形成される螺旋
状のボール転動路に転動自在に充填された複数のボール
を介して、ねじ軸と螺合されるナットと、当該隣接する
ボール間に介装され、そのボールの軌道方向両端面に凹
面を有する保持ピースと、を備えたボールねじ装置にお
いて、前記ボールと前記保持ピースとの接触角θを、２
５°以上４０°以下としたことを特徴としている。
るために、本発明のボールねじ装置は、外周面に螺旋状
の第一のねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸に形成さ
れた第一のねじ溝に対向する第二のねじ溝を内周面に有
し、第一のねじ溝及び第二のねじ溝間に形成される螺旋
状のボール転動路に転動自在に充填された複数のボール
を介して、ねじ軸と螺合されるナットと、当該隣接する
ボール間に介装され、そのボールの軌道方向両端面に凹
面を有する保持ピースと、を備えたボールねじ装置にお
いて、前記ボールと前記保持ピースとの接触角θを、２
５°以上４０°以下としたことを特徴としている。
【００１２】ここで、本発明におけるボールと保持ピー
スとの接触角θとは、ボールの中心点と、ボール及び保
持ピースの二つの接点とを結ぶ二本の直線がなす角の１
／２の角度を指す。また、本発明の第二のボールねじ装
置は、本発明の第一のボールねじ装置において、前記ボ
ールと前記保持ピースとの間における隙間の総和を、前
記保持ピースの有する高さ寸法の５０％以下とすること
を特徴としている。
スとの接触角θとは、ボールの中心点と、ボール及び保
持ピースの二つの接点とを結ぶ二本の直線がなす角の１
／２の角度を指す。また、本発明の第二のボールねじ装
置は、本発明の第一のボールねじ装置において、前記ボ
ールと前記保持ピースとの間における隙間の総和を、前
記保持ピースの有する高さ寸法の５０％以下とすること
を特徴としている。
【００１３】ここで、本発明における隙間とは、保持ピ
ースにおいて、ボールの軌道方向両端面に形成される凹
面にボールが接触している時のボールの先端の位置と、
保持ピースの凹面からボールが離れている時のボールの
先端の位置との最短距離を指す。また、保持ピースの高
さ寸法とは、ボールの軌道方向に対して垂直方向となる
向きの保持ピースの長さ寸法を指し、保持ピースが円筒
状や円柱状である場合には、その外径寸法を指し、保持
ピースが多角柱状の場合は、その多角形の外接円径を指
す。
ースにおいて、ボールの軌道方向両端面に形成される凹
面にボールが接触している時のボールの先端の位置と、
保持ピースの凹面からボールが離れている時のボールの
先端の位置との最短距離を指す。また、保持ピースの高
さ寸法とは、ボールの軌道方向に対して垂直方向となる
向きの保持ピースの長さ寸法を指し、保持ピースが円筒
状や円柱状である場合には、その外径寸法を指し、保持
ピースが多角柱状の場合は、その多角形の外接円径を指
す。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。図１は、本発明におけ
るボールねじ装置の一構成例を示す断面図である。図２
は、本発明におけるボールねじ装置を示し、ボールと保
持ピースとの間の隙間について説明する断面図である。
図３は、本発明におけるボールねじ装置を示し、保持ピ
ースの膨張現象による寸法の変化を示す断面図である。
なお、本実施形態におけるボールねじ装置は、図８及び
図９に示す従来のボールねじ装置に対して、ボール転動
路Ｒの互いに隣接するボール５間に介装された保持ピー
ス１０が相違するだけであるため、相違する部分につい
てのみ説明する。
いて、図面を参照して説明する。図１は、本発明におけ
るボールねじ装置の一構成例を示す断面図である。図２
は、本発明におけるボールねじ装置を示し、ボールと保
持ピースとの間の隙間について説明する断面図である。
図３は、本発明におけるボールねじ装置を示し、保持ピ
ースの膨張現象による寸法の変化を示す断面図である。
なお、本実施形態におけるボールねじ装置は、図８及び
図９に示す従来のボールねじ装置に対して、ボール転動
路Ｒの互いに隣接するボール５間に介装された保持ピー
ス１０が相違するだけであるため、相違する部分につい
てのみ説明する。
【００１５】本実施形態におけるボールねじ装置におい
て、保持ピース１０は、例えば、ナイロン２０２０（宇
部興産株式会社製）により短円筒状に形成されており、
図１に示すように、ボール５の軌道方向（図１における
左右方向）Ｘにおける両端面には、円錐形状を有する凹
面１１が形成されている。また、保持ピース１０は、ボ
ール５との接触角θが、２５〜４０°以下となるよう
に、ボール転動路Ｒ内を転動するボール５間に配置され
ている。ここで、保持ピース１０とボール５との接触角
θとは、ボール５の中心点Ｏと、ボール５及び保持ピー
ス１０の２つの接点Ａ、Ｂとを結ぶ二本の直線ＯＡ、Ｏ
Ｂのなす角を１／２とした角度を指す。
て、保持ピース１０は、例えば、ナイロン２０２０（宇
部興産株式会社製）により短円筒状に形成されており、
図１に示すように、ボール５の軌道方向（図１における
左右方向）Ｘにおける両端面には、円錐形状を有する凹
面１１が形成されている。また、保持ピース１０は、ボ
ール５との接触角θが、２５〜４０°以下となるよう
に、ボール転動路Ｒ内を転動するボール５間に配置され
ている。ここで、保持ピース１０とボール５との接触角
θとは、ボール５の中心点Ｏと、ボール５及び保持ピー
ス１０の２つの接点Ａ、Ｂとを結ぶ二本の直線ＯＡ、Ｏ
Ｂのなす角を１／２とした角度を指す。
【００１６】さらに、保持ピース１０をボール５に設置
する初期状態において、図２に示すように、保持ピース
１０とボール５との隙間Ｃの総和Σ（＝Ｃ１＋Ｃ２＋…
Ｃ５＋…）が、保持ピース１０の高さ寸法の５０％以下
となるように設定されている。ここで、保持ピース１０
の高さ寸法とは、図１において、ボール５の軌道方向Ｘ
に対して垂直方向（図１における上下方向）となる向き
の保持ピース１０の長さ寸法を指し、本実施形態におい
ては、保持ピース１０の外径寸法Ｌを指す。
する初期状態において、図２に示すように、保持ピース
１０とボール５との隙間Ｃの総和Σ（＝Ｃ１＋Ｃ２＋…
Ｃ５＋…）が、保持ピース１０の高さ寸法の５０％以下
となるように設定されている。ここで、保持ピース１０
の高さ寸法とは、図１において、ボール５の軌道方向Ｘ
に対して垂直方向（図１における上下方向）となる向き
の保持ピース１０の長さ寸法を指し、本実施形態におい
ては、保持ピース１０の外径寸法Ｌを指す。
【００１７】次に、上記構成を有する本発明のボールね
じ装置の効果を寿命試験によって確認した結果を、図４
〜図７に示す。ここで、寿命試験は、ボールねじ耐久寿
命試験機（日本精工株式会社製）を用い、保持ピース１
０が倒れたり、ボール５と保持ピース１０とが押し合
い、ボールねじ装置におけるボール循環路Ｊ出入り口や
継目段差で引っかかり、稼動トルクが初期状態の２倍以
上となるまでを寿命とし、その試験時間を記録した。そ
して、ワイブル関数分布により、１０個のテストピース
のうち、短寿命側から１０％のボールねじが寿命に達す
る時間を求め、これを試験寿命とした。なお、試験は、
特に射出成形機等で通常使用されている重荷重条件で行
い、試験結果は、試験条件における計算上の寿命（以
下、計算寿命と称す）を求め、この計算寿命時間に対す
る試験時間の比で示している。そして、計算寿命の１０
倍の値で、試験を打ち切りとした。
じ装置の効果を寿命試験によって確認した結果を、図４
〜図７に示す。ここで、寿命試験は、ボールねじ耐久寿
命試験機（日本精工株式会社製）を用い、保持ピース１
０が倒れたり、ボール５と保持ピース１０とが押し合
い、ボールねじ装置におけるボール循環路Ｊ出入り口や
継目段差で引っかかり、稼動トルクが初期状態の２倍以
上となるまでを寿命とし、その試験時間を記録した。そ
して、ワイブル関数分布により、１０個のテストピース
のうち、短寿命側から１０％のボールねじが寿命に達す
る時間を求め、これを試験寿命とした。なお、試験は、
特に射出成形機等で通常使用されている重荷重条件で行
い、試験結果は、試験条件における計算上の寿命（以
下、計算寿命と称す）を求め、この計算寿命時間に対す
る試験時間の比で示している。そして、計算寿命の１０
倍の値で、試験を打ち切りとした。
【００１８】以下に、本寿命試験の基本試験条件を示
す。 （基本試験条件）呼び番：ボールねじ２５×１０×５０
０−Ｃ５（ボール径3/16インチ、日本精工株式会社製） 試験荷重：アキシャル荷重＝５８００Ｎ（Ｐ／Ｃ＝０．
５） 最高回転数：１００〜２００ｒｐｍ ストローク：６０ｍｍ 循環グリース：アルバニアＮｏ．２（昭和シェル石油
製） 雰囲気湿度：６０〜７０％ 雰囲気温度：６０〜８０℃ 〔試験例１〕上記基本試験条件に加え、保持ピース１０
とボール５との隙間Ｃの総和Σを、保持ピース１０をボ
ール５間に保持可能と想定される最大総和Σとして、保
持ピース１０の有する外径寸法Ｌの５０％に設定してお
き、保持ピース１０とボール５との接触角θを変化させ
て寿命試験を行った。この結果を、表１及び図４に示
す。
す。 （基本試験条件）呼び番：ボールねじ２５×１０×５０
０−Ｃ５（ボール径3/16インチ、日本精工株式会社製） 試験荷重：アキシャル荷重＝５８００Ｎ（Ｐ／Ｃ＝０．
５） 最高回転数：１００〜２００ｒｐｍ ストローク：６０ｍｍ 循環グリース：アルバニアＮｏ．２（昭和シェル石油
製） 雰囲気湿度：６０〜７０％ 雰囲気温度：６０〜８０℃ 〔試験例１〕上記基本試験条件に加え、保持ピース１０
とボール５との隙間Ｃの総和Σを、保持ピース１０をボ
ール５間に保持可能と想定される最大総和Σとして、保
持ピース１０の有する外径寸法Ｌの５０％に設定してお
き、保持ピース１０とボール５との接触角θを変化させ
て寿命試験を行った。この結果を、表１及び図４に示
す。
【００１９】
【表１】
【００２０】表１及び図４に示すように、初期状態（保
持ピース１０をボール５間への設置時）における保持ピ
ース１０とボール５との隙間Ｃの総和Σを、保持ピース
１０の有する外径寸法Ｌの５０％に設定した場合、保持
ピース１０とボール５との接触角θが４０°を超える
と、寿命が著しく低下していることが分かる。これは、
接触角θが４０°を超えると、図５の接触角θ1 に示す
ように、保持ピース１０とボール５との接点Ａ1 を通過
する接線ｌ1 がボール５の軌道方向Ｘに対して略水平と
なる方向に移動するため、図３に示すように、膨潤現象
により保持ピース１０の外径寸法ＬがＬ１からＬ２まで
膨張すると、保持ピース１０の周りに発生する空間Ｓが
拡大する傾向となるためであると考えられる。したがっ
て、保持ピース１０とボール５との接触角θは４０°以
下とすることで長寿命を実現することが可能となり、さ
らに、接触角θが３７．６°以下とすると、保持ピース
１０の倒れによるトルク上昇を確実に抑制できることか
ら、接触角θを３７．６°以下とすることがより好まし
い。 〔試験例２〕上記基本試験条件に加え、保持ピース１０
とボール５との隙間Ｃの総和Σを、想定される最小総和
Σであるゼロとなるように設定しておき、保持ピース１
０とボール５との接触角θを変化させて寿命試験を行っ
た。この結果を、表２及び図６に示す。
持ピース１０をボール５間への設置時）における保持ピ
ース１０とボール５との隙間Ｃの総和Σを、保持ピース
１０の有する外径寸法Ｌの５０％に設定した場合、保持
ピース１０とボール５との接触角θが４０°を超える
と、寿命が著しく低下していることが分かる。これは、
接触角θが４０°を超えると、図５の接触角θ1 に示す
ように、保持ピース１０とボール５との接点Ａ1 を通過
する接線ｌ1 がボール５の軌道方向Ｘに対して略水平と
なる方向に移動するため、図３に示すように、膨潤現象
により保持ピース１０の外径寸法ＬがＬ１からＬ２まで
膨張すると、保持ピース１０の周りに発生する空間Ｓが
拡大する傾向となるためであると考えられる。したがっ
て、保持ピース１０とボール５との接触角θは４０°以
下とすることで長寿命を実現することが可能となり、さ
らに、接触角θが３７．６°以下とすると、保持ピース
１０の倒れによるトルク上昇を確実に抑制できることか
ら、接触角θを３７．６°以下とすることがより好まし
い。 〔試験例２〕上記基本試験条件に加え、保持ピース１０
とボール５との隙間Ｃの総和Σを、想定される最小総和
Σであるゼロとなるように設定しておき、保持ピース１
０とボール５との接触角θを変化させて寿命試験を行っ
た。この結果を、表２及び図６に示す。
【００２１】
【表２】
【００２２】表２及び図６に示すように、初期状態( 保
持ピース１０をボール５間への設置時）における保持ピ
ース１０とボール５との隙間Ｃの総和Σをゼロに設定し
た場合、接触角θが２５°未満となると、寿命が著しく
低下していることが分かる。これは、接触角θが２５°
未満となると、図５における接触角θ2 に示すように、
保持ピース１０とボール５との接点Ａ2 を通過する接線
ｌ2 がボール５の軌道方向Ｘに対して垂直となる方向に
移動するため、図３に示すように、保持ピース１０の幅
寸法がＷ１からＷ２への膨張に対して敏感に反応し、保
持ピース１０とボール５との隙間Ｃが詰まってしまう現
象が発生するためであると考えられる。したがって、接
触角θを２５°以上とすることで長寿命を実現すること
が可能となり、さらに、接触角θが３０°以上となる
と、保持ピース１０とボール５との押し合いによるトル
ク上昇を確実に抑制できることから、接触角θを３０°
以上とすることがより好ましい。 〔試験例３〕上記基本試験条件に加え、保持ピース１０
とボール５との接触角θを４０°に設定しておき、保持
ピース１０とボール５との隙間Ｃの総和Σを変化させて
寿命試験を行った。この結果を、表３及び図７に示す。
ここで、保持ピース１０とボール５との隙間Ｃの総和Σ
と、保持ピース１０の有する外径寸法Ｌとの割合を、Σ
Ｌとして以下の式に示す。
持ピース１０をボール５間への設置時）における保持ピ
ース１０とボール５との隙間Ｃの総和Σをゼロに設定し
た場合、接触角θが２５°未満となると、寿命が著しく
低下していることが分かる。これは、接触角θが２５°
未満となると、図５における接触角θ2 に示すように、
保持ピース１０とボール５との接点Ａ2 を通過する接線
ｌ2 がボール５の軌道方向Ｘに対して垂直となる方向に
移動するため、図３に示すように、保持ピース１０の幅
寸法がＷ１からＷ２への膨張に対して敏感に反応し、保
持ピース１０とボール５との隙間Ｃが詰まってしまう現
象が発生するためであると考えられる。したがって、接
触角θを２５°以上とすることで長寿命を実現すること
が可能となり、さらに、接触角θが３０°以上となる
と、保持ピース１０とボール５との押し合いによるトル
ク上昇を確実に抑制できることから、接触角θを３０°
以上とすることがより好ましい。 〔試験例３〕上記基本試験条件に加え、保持ピース１０
とボール５との接触角θを４０°に設定しておき、保持
ピース１０とボール５との隙間Ｃの総和Σを変化させて
寿命試験を行った。この結果を、表３及び図７に示す。
ここで、保持ピース１０とボール５との隙間Ｃの総和Σ
と、保持ピース１０の有する外径寸法Ｌとの割合を、Σ
Ｌとして以下の式に示す。
【００２３】ΣＬ＝Σ／Ｌ×１００ （％）
【００２４】
【表３】
【００２５】表３及び図７に示すように、保持ピース１
０とボール５との隙間Ｃの総和Σと、保持ピース１０の
有する外径寸法Ｌとの割合ΣＬが５０％を超えると、寿
命が低下していることが分かる。したがって、保持ピー
ス１０とボール５との隙間Ｃの総和Σと、保持ピース１
０の外径寸法Ｌとの割合ΣＬは、５０％以下とすること
で、長寿命を実現することが可能となり、さらに、ΣＬ
を３０％以下とすることで、保持ピース１０の倒れによ
るトルク上昇を確実に抑制できることから、ΣＬを３０
％以下とすることがより好ましい。
０とボール５との隙間Ｃの総和Σと、保持ピース１０の
有する外径寸法Ｌとの割合ΣＬが５０％を超えると、寿
命が低下していることが分かる。したがって、保持ピー
ス１０とボール５との隙間Ｃの総和Σと、保持ピース１
０の外径寸法Ｌとの割合ΣＬは、５０％以下とすること
で、長寿命を実現することが可能となり、さらに、ΣＬ
を３０％以下とすることで、保持ピース１０の倒れによ
るトルク上昇を確実に抑制できることから、ΣＬを３０
％以下とすることがより好ましい。
【００２６】以上、上記試験例１〜３に示すように、保
持ピース１０とボール５との間における隙間Ｃの総和Σ
を、保持ピース１０の有する外径寸法の５０％以下とす
るとともに、保持ピース１０を、ボール５との接触角θ
が２５°以上４０°以下、さらに好ましくは３０°以上
３７．６°以下の範囲となるように隣り合うボール５間
に設置することによって、保持ピース１０とボール５と
の押し合いによるトルク上昇を抑制するとともに、保持
ピース１０の材料に起因する膨潤現象が発生したとして
も、保持ピース１０とボール５との間における隙間Ｃの
総和Σが増大することを抑制することが可能となる。す
なわち、ボール５の競り合いによる摩耗・損傷を抑制
し、保持ピース１０の倒れを抑制することで、安定した
作動性を確保することを可能としたボールねじ装置を提
供することが可能となる。
持ピース１０とボール５との間における隙間Ｃの総和Σ
を、保持ピース１０の有する外径寸法の５０％以下とす
るとともに、保持ピース１０を、ボール５との接触角θ
が２５°以上４０°以下、さらに好ましくは３０°以上
３７．６°以下の範囲となるように隣り合うボール５間
に設置することによって、保持ピース１０とボール５と
の押し合いによるトルク上昇を抑制するとともに、保持
ピース１０の材料に起因する膨潤現象が発生したとして
も、保持ピース１０とボール５との間における隙間Ｃの
総和Σが増大することを抑制することが可能となる。す
なわち、ボール５の競り合いによる摩耗・損傷を抑制
し、保持ピース１０の倒れを抑制することで、安定した
作動性を確保することを可能としたボールねじ装置を提
供することが可能となる。
【００２７】ここで、本実施形態においては、保持ピー
ス１０の凹面１１を円錐形状としたが、これに限らず、
ゴシックアーチ形状、多角錐形状などいずれの形状とし
ても構わない。また、凹面１１の表面は、穴、へこみ、
溝などが形成された凹凸面であっても、表面粗さＲａが
５０μｍのような滑らかな面であってもよいが、表面を
凹凸面とすることで潤滑油を保持しやすくなるという利
点を有する。また、本実施形態において、円筒状の保持
ピース１０を用いたが、これに限らず、例えば円柱状の
保持ピースを用いてもよい。
ス１０の凹面１１を円錐形状としたが、これに限らず、
ゴシックアーチ形状、多角錐形状などいずれの形状とし
ても構わない。また、凹面１１の表面は、穴、へこみ、
溝などが形成された凹凸面であっても、表面粗さＲａが
５０μｍのような滑らかな面であってもよいが、表面を
凹凸面とすることで潤滑油を保持しやすくなるという利
点を有する。また、本実施形態において、円筒状の保持
ピース１０を用いたが、これに限らず、例えば円柱状の
保持ピースを用いてもよい。
【００２８】さらに、本発明のボールねじ装置の機構
は、ボールスプライン装置、リニアガイド装置、リニア
ボールブッシュ装置などいずれの直動装置への適用が可
能である。
は、ボールスプライン装置、リニアガイド装置、リニア
ボールブッシュ装置などいずれの直動装置への適用が可
能である。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のボールね
じ装置によれば、ボールの競り合いによる摩耗・損傷を
抑制するとともに、保持ピースの倒れを抑制することが
できることによって、安定した作動性を確保することが
可能となる。
じ装置によれば、ボールの競り合いによる摩耗・損傷を
抑制するとともに、保持ピースの倒れを抑制することが
できることによって、安定した作動性を確保することが
可能となる。
【図１】本発明におけるボールねじ装置の一構成例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】本発明におけるボールねじ装置を示し、ボール
と保持ピースとの隙間について説明する断面図である。
と保持ピースとの隙間について説明する断面図である。
【図３】本発明におけるボールねじ装置を示し、保持ピ
ースの膨潤現象による寸法の変化を示す断面図である。
ースの膨潤現象による寸法の変化を示す断面図である。
【図４】ボールと保持ピースとの隙間の総和を、保持ピ
ースの有する外径寸法の５０％に設定した本発明のボー
ルねじ装置において、ボールと保持ピースとの接触角θ
と、ボールねじ装置の寿命との関係を示す図である。
ースの有する外径寸法の５０％に設定した本発明のボー
ルねじ装置において、ボールと保持ピースとの接触角θ
と、ボールねじ装置の寿命との関係を示す図である。
【図５】本発明におけるボールねじ装置において、ボー
ルと保持ピースとの接触角θを変化させた時の、ボール
と保持ピースとの接線を示す図である。
ルと保持ピースとの接触角θを変化させた時の、ボール
と保持ピースとの接線を示す図である。
【図６】ボールと保持ピースとの隙間の総和をゼロに設
定した本発明のボールねじ装置において、ボールと保持
ピースとの接触角θと、ボールねじ装置の寿命との関係
を示す図である。
定した本発明のボールねじ装置において、ボールと保持
ピースとの接触角θと、ボールねじ装置の寿命との関係
を示す図である。
【図７】ボールと保持ピースとの接触角θを４０°に設
定した本発明のボールねじ装置において、ボールと保持
ピースとの隙間の総和及び保持ピースの有する外径寸法
の割合と、ボールねじ装置の寿命との関係を示す図であ
る。
定した本発明のボールねじ装置において、ボールと保持
ピースとの隙間の総和及び保持ピースの有する外径寸法
の割合と、ボールねじ装置の寿命との関係を示す図であ
る。
【図８】従来のボールねじ装置の一構成例を示す斜視図
である。
である。
【図９】図８に示すボールねじ装置における断面図であ
る。
る。
【図１０】図９におけるボールねじ装置において、保持
ピースが倒れた様子を示す断面図である。
ピースが倒れた様子を示す断面図である。
１ ねじ軸
２ ナット
３ 第一のねじ溝
４ 第二のねじ溝
５ ボール
１０ 保持ピース
Ａ、Ａ1 、Ａ2 保持ピースとボールとの接点
Ｂ、Ｂ1 、Ｂ2 保持ピースとボールとの接点
Ｃ 保持ピースとボールとの隙間
Ｊ ボール循環路
Ｌ、Ｌ1 、Ｌ2 保持ピースの外径寸法（保持ピースの有
する高さ寸法） ｌ1 、ｌ2 保持ピースとボールとの接線 Ｏ ボールの中心 Ｒ ボール転動路 Ｓ 空間 Ｘ ボールの軌道方向 θ、θ1 、θ2 保持ピースとボールとの接触角
する高さ寸法） ｌ1 、ｌ2 保持ピースとボールとの接線 Ｏ ボールの中心 Ｒ ボール転動路 Ｓ 空間 Ｘ ボールの軌道方向 θ、θ1 、θ2 保持ピースとボールとの接触角
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 丸山 大介
群馬県前橋市鳥羽町78番地 日本精工株式
会社内
Ｆターム(参考） 3J062 AB22 AC07 BA26 CD07 CD42
Claims (2)
- 【請求項１】 外周面に螺旋状の第一のねじ溝を有する
ねじ軸と、このねじ軸に形成された第一のねじ溝に対向
する第二のねじ溝を内周面に有し、第一のねじ溝及び第
二のねじ溝間に形成される螺旋状のボール転動路に転動
自在に充填された複数のボールを介して、ねじ軸と螺合
されるナットと、当該隣接するボール間に介装され、そ
のボールの軌道方向両端面に凹面を有する保持ピース
と、を備えたボールねじ装置において、 前記ボールと前記保持ピースとの接触角θを、２５°以
上４０°以下としたことを特徴とするボールねじ装置。 - 【請求項２】 前記ボールと前記保持ピースとの間にお
ける隙間の総和が、前記保持ピースの有する高さ寸法の
５０％以下としたことを特徴とする請求項１に記載のボ
ールねじ装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001370589A JP2003172424A (ja) | 2001-12-04 | 2001-12-04 | ボールねじ装置 |
| US10/308,072 US7222553B2 (en) | 2001-12-04 | 2002-12-03 | Ball screw apparatus |
| DE60234304T DE60234304D1 (de) | 2001-12-04 | 2002-12-04 | Kugelgewindespindel |
| EP02026951A EP1318331B1 (en) | 2001-12-04 | 2002-12-04 | Ball screw apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001370589A JP2003172424A (ja) | 2001-12-04 | 2001-12-04 | ボールねじ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003172424A true JP2003172424A (ja) | 2003-06-20 |
Family
ID=19179788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001370589A Pending JP2003172424A (ja) | 2001-12-04 | 2001-12-04 | ボールねじ装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7222553B2 (ja) |
| EP (1) | EP1318331B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003172424A (ja) |
| DE (1) | DE60234304D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006349060A (ja) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Ntn Corp | ボールねじ |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8021053B2 (en) * | 2006-03-13 | 2011-09-20 | Roller Bearing Company Of America, Inc. | Rotary wing aircraft ball bearing |
| US8015894B2 (en) * | 2009-02-24 | 2011-09-13 | Hiwin Technologies Corp. | Intelligent transmission element |
| WO2020138706A1 (ko) | 2018-12-24 | 2020-07-02 | 성신하스코 주식회사 | 배수펌프의 물통이 노출된 덕트 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3635725C2 (de) * | 1986-10-21 | 1994-12-22 | Schaeffler Waelzlager Kg | Elastisches Distanzstück für Kugellager |
| JP3695195B2 (ja) * | 1998-06-02 | 2005-09-14 | 日本精工株式会社 | ボールねじ機構、および直動装置 |
| JP2000199556A (ja) | 1998-10-27 | 2000-07-18 | Tsubaki Nakashima Co Ltd | スペ―サを具えたボ―ルねじ、及び該ボ―ルねじのボ―ルとスペ―サの介挿方法 |
| JP2001021018A (ja) | 1999-07-08 | 2001-01-26 | Ntn Corp | ボールねじ |
| JP4459328B2 (ja) | 1999-07-28 | 2010-04-28 | 株式会社ツバキ・ナカシマ | 転がり直動装置 |
| JP2001124172A (ja) | 1999-10-22 | 2001-05-08 | Nsk Ltd | ボールねじ機構 |
| US6415676B1 (en) * | 1999-10-26 | 2002-07-09 | Tsubaki Nakashima Co., Ltd. | Ball screw device having spacers |
| TW418293B (en) * | 2000-03-03 | 2001-01-11 | Hiwin Tech Corp | A ballscrew with spacers |
| JP2002089651A (ja) * | 2000-09-12 | 2002-03-27 | Thk Co Ltd | 転がり案内装置の転動体スペーサ |
| JP2003156116A (ja) * | 2001-11-19 | 2003-05-30 | Ntn Corp | ボールねじ、およびそれを備えたベルト式無段変速装置 |
-
2001
- 2001-12-04 JP JP2001370589A patent/JP2003172424A/ja active Pending
-
2002
- 2002-12-03 US US10/308,072 patent/US7222553B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-12-04 EP EP02026951A patent/EP1318331B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-04 DE DE60234304T patent/DE60234304D1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006349060A (ja) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Ntn Corp | ボールねじ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1318331A3 (en) | 2006-08-16 |
| DE60234304D1 (de) | 2009-12-24 |
| US7222553B2 (en) | 2007-05-29 |
| US20030121348A1 (en) | 2003-07-03 |
| EP1318331A2 (en) | 2003-06-11 |
| EP1318331B1 (en) | 2009-11-11 |
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