JP2004068996A - ボールねじ - Google Patents
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Abstract
【課題】大きな荷重が負荷されても接触角の変化が生じにくく、作動性の低下や寿命の低下が生じにくいボールねじを提供する。
【解決手段】螺旋状のねじ溝２ａを外周面に有するねじ軸２と、ねじ軸２のねじ溝２ａに対向するねじ溝３ａを内周面に有し、両ねじ溝２ａ，３ａにより形成される螺旋状のボール転動路６に転動自在に装填された多数のボール４を介してねじ軸２に螺合されるナット３と、ボール４をボール転動路６の一端ですくい上げて他端に送るリターンチューブ７と、を備えるボールねじ１において、ボール４とねじ溝２ａ，３ａとの接触角αを４８〜５２°とした。
【選択図】 図１
【解決手段】螺旋状のねじ溝２ａを外周面に有するねじ軸２と、ねじ軸２のねじ溝２ａに対向するねじ溝３ａを内周面に有し、両ねじ溝２ａ，３ａにより形成される螺旋状のボール転動路６に転動自在に装填された多数のボール４を介してねじ軸２に螺合されるナット３と、ボール４をボール転動路６の一端ですくい上げて他端に送るリターンチューブ７と、を備えるボールねじ１において、ボール４とねじ溝２ａ，３ａとの接触角αを４８〜５２°とした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機器の送り機構等に用いられるボールねじに係り、特に、射出成型機，プレス機等のような高負荷用途に好適に使用されるボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ボールねじにおいては、ボールとの接触角が大きくなるようにねじ溝の形状を設定した方が、より大きなスラスト荷重を負荷することができ、ボールとの接触角が小さくなるようにねじ溝の形状を設定すると、大きなスラスト荷重を負荷することが困難となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
射出成型機，プレス機等に使用されているボールねじは負荷荷重が高いため、ナット，ねじ軸，機台等の弾性変形によってリード差が生じたり、取り付け誤差等によるコジリ（ねじ軸とナットとの間に生じる相対的な傾き）が発生するおそれがある。これらのことが原因となって、ナット内のボールの荷重負荷分布が不均一となり、その結果、接触角のバラツキが生じる。
【０００４】
接触角とボールの移動量とには、下記式で示されるような関係がある。すなわち、接触角αが大きいほどボールの移動量Φが大きいという関係がある。
Φ＝π｛１−（Ｄａ／ｄｍ）・ｃｏｓα・ｃｏｓ２ β｝
ここで、Φはボールねじ一回転当たりのボールの移動量、αは接触角、βはリード角、Ｄａはボールの直径、ｄｍはボールねじのボールピッチ径（ＢＣＤ）である。
【０００５】
したがって、接触角のバラツキが生じるとボールの移動速度が変化して、隣り合うボールの間隔が近づいたり離れたりするため、このことが玉詰まり（ボール同士の競り合い）の原因となり、作動性の低下や寿命の低下を招いていた。
そこで、本発明は、上記のような従来のボールねじが有する問題点を解決し、大きな荷重が負荷されても接触角が変化が生じにくく、作動性の低下や寿命の低下が生じにくいボールねじを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明のボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有し、前記両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路に転動自在に装填された多数のボールを介して前記ねじ軸に螺合されるナットと、前記ボールを前記ボール転動路の一端ですくい上げて他端に送るボール循環路と、を備えるボールねじにおいて、前記ボールと前記ねじ溝との接触角が４８〜５２°であることを特徴とする。
【０００７】
このように、初期の接触角が大きく設定されたボールねじは、小さく設定されたボールねじと比較して、大きなスラスト荷重が負荷されても接触角の変化が生じにくい（以降は、このことを「ロバスト性が良好である」と記す）。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係るボールねじの実施の形態を、図１の断面図（軸を含む平面で破断した断面図である）を参照しながら説明する。なお、本各実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
図１のボールねじ１は、螺旋状のねじ溝２ａを外周面に有するねじ軸２と、ねじ軸２のねじ溝２ａに対向する螺旋状のねじ溝３ａを内周面に有しねじ軸２に螺合される円筒状のナット３と、ねじ軸２のねじ溝２ａとナット３のねじ溝３ａとで形成される螺旋状のボール転動路６に転動自在に装填された多数のボール４と、を備えている。なお、ねじ溝２ａ，３ａの断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。
【０００９】
また、ナット３の外面には略コ字状に屈曲したリターンチューブ７が固定されている。このリターンチューブ７の両端は、ナット３を貫通してボール転動路６に至り、ボール転動路６内を転動するボール４がリターンチューブ７を通って循環されるようになっている。すなわち、ボール４は、ボール転動路６内を移動しねじ軸２の回りを複数回回ってから、ボール転動路６の一端（リターンチューブ７の端部とボール転動路６との交点）でリターンチューブ７の一方の端部（開口部）からリターンチューブ７内にすくい上げられる。その際には、リターンチューブ７の端部に凸設された図示しないタング部にボール４が衝突することにより、ボール４がリターンチューブ７内にすくい上げられる。すくい上げられたボール４は、リターンチューブ７の中を通って、リターンチューブ７の他方の端部（開口部）からボール転動路６の他端に戻される。
【００１０】
そして、ボール４を介してねじ軸２に螺合されているナット３と、ねじ軸２とが、この多数のボール４の転動を介して軸方向に相対移動するようになっている。
このようなボールねじ１においては、ボール４とねじ溝２ａ，３ａとの接触角αは４８〜５２°とされている（ボール転動路６と直交する面で破断した要部拡大断面図である図２を参照）。このように初期の接触角αが大きく設定されているので、ボールねじ１は大きなスラスト荷重が負荷されてもロバスト性が良好である。
【００１１】
次に、上記のボールねじ１とほぼ同様の構成のボールねじ（日本精工株式会社製の呼び番号１００×２５×７００−Ｃ７のボールねじ）を用いて、初期の接触角の設定とボールの摩耗率との相関を調査し、ロバスト性の良否を評価した。ねじ溝の形状を変更することにより接触角を種々変更したボールねじを用意し、日本精工株式会社製のボールねじ寿命耐久試験機を用いて、２通りの接触面圧で一定サイクル終了時のボールの摩耗量を測定した。以下に試験条件を記す。
【００１２】
試験荷重 ：▲１▼スラスト荷重２９４ｋＮ（平均接触面圧が１９６０ＭＰａとなるような荷重）
▲２▼スラスト荷重１５２ｋＮ（平均接触面圧が１５７０ＭＰａとなるような荷重）
最高回転速度：１６０ｍｉｎ−１
ストローク ：７０ｍｍ
サイクル数 ：１００万サイクル
試験結果を図３のグラフに示す。グラフから分かるように、接触角が大きい方がボールの摩耗率は低くなっている。これは、接触角が大きいほど、ボールの競り合いが低減されるためと考えられる。一般に、軸方向荷重が大きくなるにしたがって、接触角が変化する（大きくなる）。また、接触角の初期設定が大きい方が、負荷された荷重による接触角の変化が小さく、ボールの移動速度のバラツキが小さい。
【００１３】
グラフから、接触角は４８°以上であることが好ましいことが分かる。４８°未満であると、接触面圧が高い場合にボールの摩耗率が高くなる。一方、接触角が大きいほどボールの摩耗率は低くなる傾向があるものの、ボールがランド部に乗り上げてしまう可能性が高くなることと、ランド部の強度を十分に確保できなくなる可能性があるので、接触角は５２°以下とすることが好ましい。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のボールねじは、大きな荷重が負荷されても接触角の変化が生じにくく、作動性の低下や寿命の低下が生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボールねじの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のボールねじの要部拡大断面図である。
【図３】接触角とボールの摩耗率の相関を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ボールねじ
２ ねじ軸
２ａ ねじ溝
３ ナット
３ａ ねじ溝
４ ボール
６ ボール転動路
７ リターンチューブ
α 接触角
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機器の送り機構等に用いられるボールねじに係り、特に、射出成型機，プレス機等のような高負荷用途に好適に使用されるボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ボールねじにおいては、ボールとの接触角が大きくなるようにねじ溝の形状を設定した方が、より大きなスラスト荷重を負荷することができ、ボールとの接触角が小さくなるようにねじ溝の形状を設定すると、大きなスラスト荷重を負荷することが困難となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
射出成型機，プレス機等に使用されているボールねじは負荷荷重が高いため、ナット，ねじ軸，機台等の弾性変形によってリード差が生じたり、取り付け誤差等によるコジリ（ねじ軸とナットとの間に生じる相対的な傾き）が発生するおそれがある。これらのことが原因となって、ナット内のボールの荷重負荷分布が不均一となり、その結果、接触角のバラツキが生じる。
【０００４】
接触角とボールの移動量とには、下記式で示されるような関係がある。すなわち、接触角αが大きいほどボールの移動量Φが大きいという関係がある。
Φ＝π｛１−（Ｄａ／ｄｍ）・ｃｏｓα・ｃｏｓ２ β｝
ここで、Φはボールねじ一回転当たりのボールの移動量、αは接触角、βはリード角、Ｄａはボールの直径、ｄｍはボールねじのボールピッチ径（ＢＣＤ）である。
【０００５】
したがって、接触角のバラツキが生じるとボールの移動速度が変化して、隣り合うボールの間隔が近づいたり離れたりするため、このことが玉詰まり（ボール同士の競り合い）の原因となり、作動性の低下や寿命の低下を招いていた。
そこで、本発明は、上記のような従来のボールねじが有する問題点を解決し、大きな荷重が負荷されても接触角が変化が生じにくく、作動性の低下や寿命の低下が生じにくいボールねじを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明のボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有し、前記両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路に転動自在に装填された多数のボールを介して前記ねじ軸に螺合されるナットと、前記ボールを前記ボール転動路の一端ですくい上げて他端に送るボール循環路と、を備えるボールねじにおいて、前記ボールと前記ねじ溝との接触角が４８〜５２°であることを特徴とする。
【０００７】
このように、初期の接触角が大きく設定されたボールねじは、小さく設定されたボールねじと比較して、大きなスラスト荷重が負荷されても接触角の変化が生じにくい（以降は、このことを「ロバスト性が良好である」と記す）。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係るボールねじの実施の形態を、図１の断面図（軸を含む平面で破断した断面図である）を参照しながら説明する。なお、本各実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
図１のボールねじ１は、螺旋状のねじ溝２ａを外周面に有するねじ軸２と、ねじ軸２のねじ溝２ａに対向する螺旋状のねじ溝３ａを内周面に有しねじ軸２に螺合される円筒状のナット３と、ねじ軸２のねじ溝２ａとナット３のねじ溝３ａとで形成される螺旋状のボール転動路６に転動自在に装填された多数のボール４と、を備えている。なお、ねじ溝２ａ，３ａの断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。
【０００９】
また、ナット３の外面には略コ字状に屈曲したリターンチューブ７が固定されている。このリターンチューブ７の両端は、ナット３を貫通してボール転動路６に至り、ボール転動路６内を転動するボール４がリターンチューブ７を通って循環されるようになっている。すなわち、ボール４は、ボール転動路６内を移動しねじ軸２の回りを複数回回ってから、ボール転動路６の一端（リターンチューブ７の端部とボール転動路６との交点）でリターンチューブ７の一方の端部（開口部）からリターンチューブ７内にすくい上げられる。その際には、リターンチューブ７の端部に凸設された図示しないタング部にボール４が衝突することにより、ボール４がリターンチューブ７内にすくい上げられる。すくい上げられたボール４は、リターンチューブ７の中を通って、リターンチューブ７の他方の端部（開口部）からボール転動路６の他端に戻される。
【００１０】
そして、ボール４を介してねじ軸２に螺合されているナット３と、ねじ軸２とが、この多数のボール４の転動を介して軸方向に相対移動するようになっている。
このようなボールねじ１においては、ボール４とねじ溝２ａ，３ａとの接触角αは４８〜５２°とされている（ボール転動路６と直交する面で破断した要部拡大断面図である図２を参照）。このように初期の接触角αが大きく設定されているので、ボールねじ１は大きなスラスト荷重が負荷されてもロバスト性が良好である。
【００１１】
次に、上記のボールねじ１とほぼ同様の構成のボールねじ（日本精工株式会社製の呼び番号１００×２５×７００−Ｃ７のボールねじ）を用いて、初期の接触角の設定とボールの摩耗率との相関を調査し、ロバスト性の良否を評価した。ねじ溝の形状を変更することにより接触角を種々変更したボールねじを用意し、日本精工株式会社製のボールねじ寿命耐久試験機を用いて、２通りの接触面圧で一定サイクル終了時のボールの摩耗量を測定した。以下に試験条件を記す。
【００１２】
試験荷重 ：▲１▼スラスト荷重２９４ｋＮ（平均接触面圧が１９６０ＭＰａとなるような荷重）
▲２▼スラスト荷重１５２ｋＮ（平均接触面圧が１５７０ＭＰａとなるような荷重）
最高回転速度：１６０ｍｉｎ−１
ストローク ：７０ｍｍ
サイクル数 ：１００万サイクル
試験結果を図３のグラフに示す。グラフから分かるように、接触角が大きい方がボールの摩耗率は低くなっている。これは、接触角が大きいほど、ボールの競り合いが低減されるためと考えられる。一般に、軸方向荷重が大きくなるにしたがって、接触角が変化する（大きくなる）。また、接触角の初期設定が大きい方が、負荷された荷重による接触角の変化が小さく、ボールの移動速度のバラツキが小さい。
【００１３】
グラフから、接触角は４８°以上であることが好ましいことが分かる。４８°未満であると、接触面圧が高い場合にボールの摩耗率が高くなる。一方、接触角が大きいほどボールの摩耗率は低くなる傾向があるものの、ボールがランド部に乗り上げてしまう可能性が高くなることと、ランド部の強度を十分に確保できなくなる可能性があるので、接触角は５２°以下とすることが好ましい。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のボールねじは、大きな荷重が負荷されても接触角の変化が生じにくく、作動性の低下や寿命の低下が生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボールねじの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のボールねじの要部拡大断面図である。
【図３】接触角とボールの摩耗率の相関を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ボールねじ
２ ねじ軸
２ａ ねじ溝
３ ナット
３ａ ねじ溝
４ ボール
６ ボール転動路
７ リターンチューブ
α 接触角
Claims (1)
- 螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有し、前記両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路に転動自在に装填された多数のボールを介して前記ねじ軸に螺合されるナットと、前記ボールを前記ボール転動路の一端ですくい上げて他端に送るボール循環路と、を備えるボールねじにおいて、
前記ボールと前記ねじ溝との接触角が４８〜５２°であることを特徴とするボールねじ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002231915A JP2004068996A (ja) | 2002-08-08 | 2002-08-08 | ボールねじ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002231915A JP2004068996A (ja) | 2002-08-08 | 2002-08-08 | ボールねじ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004068996A true JP2004068996A (ja) | 2004-03-04 |
Family
ID=32017533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002231915A Pending JP2004068996A (ja) | 2002-08-08 | 2002-08-08 | ボールねじ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004068996A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007100858A (ja) * | 2005-10-05 | 2007-04-19 | Nagoya Industrial Science Research Inst | マルチピッチボルト、マルチピッチボルト及びナット |
| WO2007063770A1 (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-07 | Coo Space Co., Ltd. | 転がり装置、及びその製造方法、及びその使用方法 |
| CN106364547A (zh) * | 2015-07-20 | 2017-02-01 | 株式会社万都 | 齿条辅助型助力转向装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56147954A (en) * | 1980-04-17 | 1981-11-17 | Hiroshi Teramachi | Retainerless ball screw |
| JPH10153245A (ja) * | 1996-09-30 | 1998-06-09 | Nippon Seiko Kk | ボールねじ |
| JP2001304369A (ja) * | 2000-04-27 | 2001-10-31 | Tsubaki Nakashima Co Ltd | リターンチューブ式ボールねじの浸炭焼入硬化されたねじ軸 |
-
2002
- 2002-08-08 JP JP2002231915A patent/JP2004068996A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56147954A (en) * | 1980-04-17 | 1981-11-17 | Hiroshi Teramachi | Retainerless ball screw |
| JPH10153245A (ja) * | 1996-09-30 | 1998-06-09 | Nippon Seiko Kk | ボールねじ |
| JP2001304369A (ja) * | 2000-04-27 | 2001-10-31 | Tsubaki Nakashima Co Ltd | リターンチューブ式ボールねじの浸炭焼入硬化されたねじ軸 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007100858A (ja) * | 2005-10-05 | 2007-04-19 | Nagoya Industrial Science Research Inst | マルチピッチボルト、マルチピッチボルト及びナット |
| WO2007063770A1 (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-07 | Coo Space Co., Ltd. | 転がり装置、及びその製造方法、及びその使用方法 |
| US8052330B2 (en) | 2005-11-30 | 2011-11-08 | Coo Space Co., Ltd. | Rolling apparatus |
| CN106364547A (zh) * | 2015-07-20 | 2017-02-01 | 株式会社万都 | 齿条辅助型助力转向装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050803 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080528 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080603 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20081014 |