【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械用途に好適なオーバーサイズボール予圧構造をもったボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールねじは、ねじ軸とナットとボールとで構成された直動装置である。ねじ軸の外周面とナットの内周面には螺旋状の溝が形成されており、これらの螺旋溝でボールの軌道が形成されている。そして、ボールがこの軌道を転動することによって、ナットは、ねじ軸に対して相対的に直線移動する。すなわち、ねじ軸およびナットの螺旋溝がボール転動溝となっている。また、ナットの外側部には、循環通路が設けてある。
【０００３】
ボールねじは、その特徴のひとつにバックラッシの少ないことがあげられる。バックラッシをなくすためには、軸方向隙間を小さくするが、そのためには、予圧をかける必要がある。この予圧付加には、いくつかの構造が知られているが、その一つにオーバーサイズボール予圧構造がある。
オーバーサイズボール予圧構造とは、図５に示すように、ボール転動溝４、５で形成される軌道６と、その軌道６内に配置された複数のボール３において、軌道６が形成する内径６ｄよりもボール３のボール直径３ｄが大きいものを挿入して、ボールを４点接触させて予圧を与える予圧付加構造である。この構造の特徴は、ねじ軸１の軸方向のどちらからの荷重でも、一つのナット２で予圧を与えることができるので、その他の予圧付加構造であるダブルナット予圧や、オフセットリード予圧に比べて、半分のボール数で構成することができる。したがって、ナット２の長さを半分にできるので、装置をコンパクトにすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オーバーサイズボール予圧構造は、接触状態が４点接触であるため、特にリード角が大きい場合、ボールがボール転動溝に接触した際にボール表面に傷が発生し易い。したがって、従来、大きな予圧荷重をかける必要のある分野には採用しないというのが常識であった。
【０００５】
他方、工作機械用途に使用されるボールねじには、高速化、高定格荷重、高剛性が求められる。そのため、一般にはダブルナット予圧構造が採用されている。しかし、近時の工作機械用途のさらなる高速化要求による大リード化によってナットが長くなり、そのため装置が大型化し、ボール転動溝の加工が難加工となっていた。
【０００６】
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、工作機械用途などの高速回転、高定格荷重、高剛性の使用に対しても適用することができるオーバーサイズボール予圧構造のボールねじを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、これらのボール転動溝で形成される軌道内に配置された複数のボールとを備えたボールねじにおいて、オーバーサイズボール予圧構造を備え、該オーバーサイズボール予圧構造による予圧荷重は、基本動定格荷重の３％以下であることを特徴としている。
【０００８】
ここで、基本動定格荷重とは、一群の同じボールねじを同じ条件で回転させたとき、そのうちの９０％がころがり疲れによる剥離を起こすことなく回転できる寿命が１００万回転になるような軸方向荷重をいう。
このボールねじによれば、ボールがボール転動溝に接触した際に生じるボール表面の傷を最小限に抑えることができる。したがって、高速、高負荷で回転させた場合でも工作機械用途に適用できる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、これらのボール転動溝で形成される軌道と、該軌道内に配置された複数のボールとを備えたボールねじにおいて、オーバーサイズボール予圧構造を備え、前記ボール同士の間に、両面に凹面部を有するスペーサを介在させたことを特徴としている。
【００１０】
このボールねじによれば、スペーサによってボールの競り合いが抑制されるので、ボール表面の傷の発生を安定して抑えることができるので、好適に工作機械用途に適用できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態におけるボールねじの構成を示す平面図であり、同図では、ナット２のみをナット２の軸線を含む面で切断した状態で示している。
【００１２】
このボールねじは、ねじ軸１とナット２とボール３とで主に構成されている。ねじ軸１の外周面には、螺旋状のボール転動溝４が形成され、ナット２の内周面に螺旋状のボール転動溝５が形成されている。
ナット２内にあるねじ軸１のボール転動溝４と、ナット２のボール転動溝５とで、ナット２内にボール３の軌道６が形成されている。ナット２の外周面には切欠部２１が形成され、この切欠部２１にチューブ状の循環通路８が配置されている。この循環通路８は、循環通路押え８１で切欠部２１に固定してある。ナット２の軸方向一端には、ナット２をテーブル等に固定するためのフランジ２２が設けてある。このフランジ２２とねじ軸１との間、および、ナット２の軸方向他端部とねじ軸１との間は、防塵用シール９で塞がれている。
【００１３】
ところで、この実施形態では、図５（ないし図２）に示すように、予圧付加構造に、オーバーサイズボール予圧構造を採用している。ただし、その予圧荷重Ｆは、基本動定格荷重Ｃａの３％以下としている。すなわち、ボール転動溝４、５で形成される軌道６と、該軌道６内に配置された複数のボール３との関係は、軌道６の内径６ｄよりもボール直径３ｄが大きく、その差は、予圧荷重Ｆが基本動定格荷重Ｃａの３％以下の関係となるように付加している。
【００１４】
このため、後述する実験結果が示すように、ボール３がボール転動溝４、５に接触した際に生じるボール３表面の傷を最小限に抑えることができる。したがって、高速、高負荷で回転させた場合でも工作機械用途に適用できる。
また、本実施形態のボールねじは、全てのボール３同士の間に、スペーサ７が配置されている。このスペーサ７には、例えば特開２０００−１２０８２５号公報に開示されているものを用いる。これは、図２に示すように、円柱の両底面が凹面（ボール保持面）７１になっている形状である。この円柱の直径７ｄはボール３の直径よりも少し小さい。また、この凹面７１は、同じ曲率半径の２つの球面を合わせた面形状となっており、その断面がゴシックアーチ形状となっている。そして、この凹面７１は、ボール３の半径が凹面７１の半径より小さく、凹面７１の半径同士の交差位置がボール３の中心位置となるように形成されている。そのため、このスペーサ７の凹面７１とボール３は、線接触することができる。これにより、ボール３はスペーサ７の凹面７１に極めて低摩擦で接触することができるため、ボール３とスペーサ７のすべり抵抗を小さくすることができる。そのため、スペーサ７の循環性も良好となるとともに、ボール３同士のせりあいによる作動性の悪化やボール３の摩擦や損傷を著しく低減することができる。したがって、好適に工作機械用途に適用できる。
【００１５】
以下、上述の実施形態に関して行った試験について説明する。
まず、図１のボールねじとして、ボールねじ呼び番号「４０×２０×１０００−Ｃ５」（ねじ軸１の直径：４０ｍｍ、リード：２０ｍｍ、ボール３の基準直径：６．３５ｍｍ、回路数：２．５巻２列、予圧構造：オーバーサイズボール予圧）を用意した。
【００１６】
試験体には、ボールねじの基本動定格荷重Ｃａの０．５％から６％の範囲の予圧荷重Ｆを、その予圧荷重Ｆだけが異なる条件で、使用ボールに付く傷の状態で評価した。実際には、一本のボールねじに径がわずかに違うボールを入れることで、予圧荷重Ｆを変化させた。
試験機は、日本精工株式会社製のボールねじ耐久寿命試験機を用いた。試験条件は、試験荷重：無負荷（アキシアル荷重）、回転速度：３０００ｒｐｍ、ストローク：５００ｍｍ、加減速度：２Ｇ、潤滑グリース：鉱油系グリースとした。
【００１７】
試験は、各ボールねじ試験体を試験機にかけ、各試験体ごとに２４時間連続運転する。その後、試験機を停止して、各ボールねじ試験体のボール表面の傷の有無を確認することとした。
このボール３表面の単位面積あたりの傷の本数をカウントし、評価値としてグラフにしたものを図３に示す。
【００１８】
この図から判るように、ボールねじの基本動定格荷重の０．５％から６％の範囲で１２種類の予圧荷重を設定した各試験体は、基本動定格荷重Ｃａの３％をこえたときを境にしてボール３表面の傷の発生が顕著に増加していることが判る。この結果から、オーバーサイズボール予圧付加構造による予圧荷重Ｆは、基本動定格荷重Ｃａの３％以下である場合には、ボール３がボール転動溝４、５に接触した際に生じるボール３表面の傷を最小限に抑えることが可能なことが判る。したがって、高速、高負荷で回転させた場合でも工作機械用途に適用できる。
【００１９】
次に、上述した試験体にスペーサ７を組み込んだことのみが異なる試験体を同様に１２種類、用意した。試験方法も上記と同様に行った。
この結果をグラフに示す（図４）。このグラフから判るように、スペーサ７を組み込んだ場合には、オーバーサイズボール予圧付加構造による予圧荷重Ｆが基本動定格荷重Ｃａの３％以上でも、ボール３表面の傷の発生は、目立って増加することなく、スペーサ７を使用しない場合と比較して顕著に評価値が小さいことが判る。
【００２０】
すなわち、このボールねじにあっては、オーバーサイズボール予圧構造を備え、ボール３同士の間に、両面に凹面部を有するスペーサ７を介在させ、且つ、前記オーバーサイズボール予圧構造による予圧荷重Ｆは、基本動定格荷重Ｃａの３％以上であっても、工作機械用途に適用可能になる。当然、基本動定格荷重Ｃａの３％以下でも、外部荷重が作用した時は、基本動定格荷重Ｃａの３％以下の荷重を受けることになるので、スペーサ７を用いることが有効である。
【００２１】
以上説明したように、このボールねじによれば、スペーサ７によってボール３の競り合いが抑制されるので、好適に高負荷、高速でも工作機械用途に適用できる。
なお、この実施形態では、全てのボール３同士の間にスペーサ７を配置しているが、本発明のボールねじは、スペーサ７が全てのボール間に配置されているものに限定されない。その他の保持器や、小球を挟むなどの方法も可能である。また、本実施形態では、循環通路を用いた形式としているが、これに限定されるものではなく、循環させない方式や、他の形式の循環通路を用いてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、高速、高負荷で回転させた場合でも好適に工作機械用途に適用できるボールねじを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるボールねじの一部破断平面図である。
【図２】図１のボールねじの軌道とボール及びスペーサの関係を示す説明図である。
【図３】試験結果から、予圧荷重とボール表面の傷との関係を示したグラフである。
【図４】図４の試験結果に、スペーサを用いた場合の予圧荷重とボール表面の傷との関係を加えて示したグラフである。
【図５】ボールねじのオーバーサイズボール予圧付加構造を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１・・・ねじ軸
２・・・ナット
３・・・ボール
３ｄ・・・ボール直径
４・・・ねじ軸のボール転動溝
５・・・ナットのボール転動溝
６・・・軌道
６ｄ・・・（軌道が形成する）内径
７・・・スペーサ
８・・・循環通路
９・・・防塵用シール
２１・・・切欠部
２２・・・フランジ
７１・・・ボール保持面
８１・・・循環通路押さえ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a ball screw having an oversized ball preload structure suitable for use in machine tools.
[0002]
[Prior art]
The ball screw is a linear motion device including a screw shaft, a nut, and a ball. Spiral grooves are formed on the outer peripheral surface of the screw shaft and the inner peripheral surface of the nut, and these spiral grooves form the trajectory of the ball. Then, as the ball rolls on this trajectory, the nut moves linearly relative to the screw axis. That is, the spiral grooves of the screw shaft and the nut are ball rolling grooves. Further, a circulation passage is provided outside the nut.
[0003]
One of the characteristics of ball screws is that they have low backlash. In order to eliminate the backlash, the axial gap is reduced, but for that purpose, it is necessary to apply a preload. There are several known structures for applying the preload, one of which is an oversized ball preload structure.
As shown in FIG. 5, the oversize ball preload structure is a track 6 formed by ball rolling grooves 4, 5, and a plurality of balls 3 arranged in the track 6, an inner diameter formed by the track 6. This is a preload applying structure in which a ball 3 having a ball diameter 3d larger than 6d is inserted and the ball is brought into contact at four points to apply a preload. The feature of this structure is that the preload can be applied by one nut 2 even when the load is applied from either the axial direction of the screw shaft 1, so that it can be compared with other preload preloads such as double nut preload and offset lead preload. , Half the number of balls. Therefore, since the length of the nut 2 can be reduced to half, the device can be made compact.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the oversized ball preload structure, since the contact state is four-point contact, particularly when the lead angle is large, the ball surface is likely to be damaged when the ball comes into contact with the ball rolling groove. Therefore, conventionally, it has been common sense not to adopt this method in a field where a large preload must be applied.
[0005]
On the other hand, ball screws used for machine tools are required to have high speed, high rated load, and high rigidity. For this reason, a double nut preload structure is generally employed. However, in recent years, nuts have become longer due to larger leads due to demands for higher speeds in machine tool applications, which has led to an increase in the size of the apparatus and difficulties in machining ball rolling grooves.
[0006]
The present invention has been made in view of such a point, and has an oversized ball preload structure that can be applied to high-speed rotation, high-rated load, and high-rigidity use of machine tools and the like. It is intended to provide a ball screw.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes a screw shaft having a helical ball rolling groove on an outer peripheral surface, a nut having a helical ball rolling groove on an inner peripheral surface, In a ball screw having a plurality of balls arranged in a track formed by ball rolling grooves, an oversize ball preload structure is provided, and a preload load by the oversize ball preload structure is three times the basic dynamic load rating. % Or less.
[0008]
Here, the basic dynamic load rating is the axial direction such that when one group of the same ball screws is rotated under the same conditions, 90% of them can rotate without causing peeling due to rolling fatigue and have a life of 1,000,000 rotations. Refers to the load.
According to this ball screw, scratches on the ball surface that occur when the ball comes into contact with the ball rolling groove can be minimized. Therefore, it can be applied to machine tool applications even when rotated at high speed and high load.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a screw shaft having a spiral ball rolling groove on an outer peripheral surface, a nut having a spiral ball rolling groove on an inner peripheral surface, and these ball rolling grooves. In a ball screw including a track to be formed and a plurality of balls arranged in the track, an oversized ball preload structure is provided, and a spacer having concave portions on both surfaces is interposed between the balls. It is characterized by.
[0010]
According to this ball screw, the competition between balls is suppressed by the spacer, so that the occurrence of scratches on the ball surface can be stably suppressed, so that the ball screw can be suitably applied to machine tool applications.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a ball screw according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, only a nut 2 is shown cut along a plane including an axis of the nut 2.
[0012]
The ball screw mainly includes a screw shaft 1, a nut 2, and a ball 3. A spiral ball rolling groove 4 is formed on the outer peripheral surface of the screw shaft 1, and a spiral ball rolling groove 5 is formed on the inner peripheral surface of the nut 2.
The ball rolling groove 4 of the screw shaft 1 in the nut 2 and the ball rolling groove 5 of the nut 2 form a track 6 of the ball 3 in the nut 2. A notch 21 is formed on the outer peripheral surface of the nut 2, and a tubular circulation passage 8 is arranged in the notch 21. The circulation passage 8 is fixed to the notch 21 by a circulation passage holder 81. At one axial end of the nut 2, a flange 22 for fixing the nut 2 to a table or the like is provided. A space between the flange 22 and the screw shaft 1 and a space between the other end of the nut 2 in the axial direction and the screw shaft 1 are closed with a dustproof seal 9.
[0013]
By the way, in this embodiment, as shown in FIG. 5 (or FIG. 2), an oversized ball preload structure is adopted as the preload applying structure. However, the preload F is 3% or less of the basic dynamic load rating Ca. That is, the relationship between the track 6 formed by the ball rolling grooves 4 and 5 and the plurality of balls 3 arranged in the track 6 is such that the ball diameter 3d is larger than the inner diameter 6d of the track 6, and the difference is , And the preload F is set so as to be 3% or less of the basic dynamic load rating Ca.
[0014]
For this reason, as shown in the experimental results described later, it is possible to minimize the damage on the surface of the ball 3 that occurs when the ball 3 comes into contact with the ball rolling grooves 4 and 5. Therefore, it can be applied to machine tool applications even when rotated at high speed and high load.
In the ball screw of the present embodiment, a spacer 7 is arranged between all the balls 3. As the spacer 7, for example, a spacer disclosed in JP-A-2000-120825 is used. This is a shape in which both bottom surfaces of the cylinder are concave surfaces (ball holding surfaces) 71, as shown in FIG. The diameter 7d of this cylinder is slightly smaller than the diameter of the ball 3. Further, the concave surface 71 has a surface shape obtained by combining two spherical surfaces having the same radius of curvature, and has a Gothic arch shape in cross section. The concave surface 71 is formed such that the radius of the ball 3 is smaller than the radius of the concave surface 71, and the intersection of the radii of the concave surfaces 71 is the center position of the ball 3. Therefore, the concave surface 71 of the spacer 7 and the ball 3 can make line contact. This allows the ball 3 to contact the concave surface 71 of the spacer 7 with extremely low friction, so that the sliding resistance between the ball 3 and the spacer 7 can be reduced. Therefore, the circulation property of the spacer 7 is improved, and the operability is deteriorated due to the contact between the balls 3, and the friction and damage of the balls 3 can be significantly reduced. Therefore, it can be suitably applied to machine tool applications.
[0015]
Hereinafter, tests performed on the above-described embodiment will be described.
First, as the ball screw in FIG. 1, a ball screw number “40 × 20 × 1000-C5” (diameter of screw shaft 1: 40 mm, lead: 20 mm, reference diameter of ball 3: 6.35 mm, number of circuits: 2. 5 rows, 2 rows, preload structure: oversize ball preload).
[0016]
For the test specimen, a preload load F in the range of 0.5% to 6% of the basic dynamic rated load Ca of the ball screw was evaluated under conditions where only the preload load F was different, in the state of scratches on the ball used. Actually, the preload F was changed by inserting a ball having a slightly different diameter into one ball screw.
As a tester, a ball screw durability life tester manufactured by NSK Ltd. was used. The test conditions were as follows: test load: no load (axial load), rotation speed: 3000 rpm, stroke: 500 mm, acceleration / deceleration: 2 G, lubricating grease: mineral oil grease.
[0017]
In the test, each ball screw test piece is set on a tester, and each test piece is continuously operated for 24 hours. Thereafter, the test machine was stopped to check the presence or absence of scratches on the ball surface of each ball screw test piece.
The number of scratches per unit area on the surface of the ball 3 is counted, and a graph as an evaluation value is shown in FIG.
[0018]
As can be seen from this figure, each of the test specimens in which 12 kinds of preloads were set within the range of 0.5% to 6% of the basic dynamic load rating of the ball screw when the load exceeded 3% of the basic dynamic load rating Ca. It can be seen that the occurrence of scratches on the surface of the ball 3 has significantly increased from the boundary. From these results, when the preload F due to the oversized ball preload applying structure is 3% or less of the basic dynamic rated load Ca, the surface of the ball 3 generated when the ball 3 comes into contact with the ball rolling grooves 4 and 5 It can be seen that it is possible to minimize scratches on the surface. Therefore, it can be applied to machine tool applications even when rotated at high speed and high load.
[0019]
Next, twelve kinds of test specimens which differed only in that the spacers 7 were incorporated in the above-described test specimens were similarly prepared. The test method was the same as described above.
The results are shown in the graph (FIG. 4). As can be seen from this graph, when the spacer 7 is incorporated, the occurrence of scratches on the surface of the ball 3 increases markedly even when the preload F due to the oversized ball preload application structure is 3% or more of the basic dynamic rated load Ca. It can be seen that the evaluation value is remarkably small as compared with the case where the spacer 7 is not used.
[0020]
That is, in this ball screw, an oversized ball preload structure is provided, a spacer 7 having concave portions on both sides is interposed between the balls 3, and a preload F by the oversize ball preload structure is Even when the basic dynamic load rating Ca is 3% or more, it can be applied to machine tool applications. Naturally, even if the load is 3% or less of the basic dynamic load rating Ca, when an external load is applied, the load will be 3% or less of the basic dynamic load rating Ca. Therefore, it is effective to use the spacer 7.
[0021]
As described above, according to this ball screw, competition between the balls 3 is suppressed by the spacer 7, so that the ball screw can be suitably applied to machine tools even at high loads and high speeds.
In this embodiment, the spacer 7 is arranged between all the balls 3. However, the ball screw of the present invention is not limited to the one in which the spacer 7 is arranged between all the balls. Other retainers and methods such as sandwiching small balls are also possible. In the present embodiment, the type using the circulation path is used. However, the present invention is not limited to this, and a type that does not circulate, or another type of circulation path may be used.
[0022]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it rotates at high speed and high load, the ball screw which can be suitably applied to machine tool applications can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially broken plan view of a ball screw according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between a trajectory of the ball screw of FIG. 1 and balls and spacers.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a preload and a scratch on a ball surface from test results.
FIG. 4 is a graph showing the test results of FIG. 4 in addition to the relationship between the preload and the damage on the ball surface when a spacer is used.
FIG. 5 is a schematic view for explaining an oversized ball preload applying structure of a ball screw.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Screw shaft 2 ... Nut 3 ... Ball 3d ... Ball diameter 4 ... Screw shaft ball rolling groove 5 ... Nut ball rolling groove 6 ... Track 6d ..Inner diameter 7 (formed by a track) Spacer 8 Circulating passage 9 Dustproof seal 21 Notch 22 Flange 71 Ball holding surface 81 Circulation Passage hold
