JP2005127379A - Ball screw unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転運動を直線運動に変換する機械部品として、例えば工作機械の送り装置などで使用されるボールねじ装置の改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a ball screw device used as a machine part for converting a rotational motion into a linear motion, for example, in a feeding device of a machine tool.
従来、工作機械の送り装置などでは、モータ等の回転運動を直線運動に変換する機械部品として、例えば図11に示すようなボールねじ装置が使用されている。このボールねじ装置は、ねじ軸1と、ねじ軸1の外径より大径の内径を有するナット2とを備えており、ねじ軸1の外周面にはボールねじ溝3がねじ軸1の一端部から他端部に亘って形成されている。このボールねじ溝3はナット2の内周面に形成されたボールねじ溝4と対向しており、ボールねじ溝3とボールねじ溝4との間には多数のボール5が転動自在に設けられている。これらのボール5はボールねじ溝3,4間に形成された螺旋状のボール転動路6をねじ軸1またはナット2の回転運動に伴って転動するようになっており、ボール5がボール転動路6を転動するとナット2がねじ軸1の軸方向に相対直線運動するようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a machine tool feeder or the like, for example, a ball screw device as shown in FIG. 11 is used as a machine part for converting a rotary motion of a motor or the like into a linear motion. This ball screw device includes a screw shaft 1 and a
このようなボールねじ装置はボール5を無限循環させるためのボール循環チューブ7を備えているため、ナット2をねじ軸1の軸方向に継続して相対直線運動させることができるが、次のような問題点を有していた。すなわち、上述したボールねじ装置ではボール5を金属からなるボール循環チューブ7のタング部に衝突させてボール循環チューブ7内に掬い上げている。このため、ボール5がボール循環チューブ7のタング部に衝突する際に騒音等が発生するという問題があった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、ボールを循環させる際に発生する騒音レベルを低減することのできるボールねじ装置を提供することを課題とするものである。
Since such a ball screw device includes a
The present invention has been made paying attention to such problems, and an object of the present invention is to provide a ball screw device capable of reducing the noise level generated when a ball is circulated.
かかる課題を解決するために、本発明のうち請求項1の発明は、外周面にボールねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸の前記ボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内周面に有するナット、前記ねじ軸およびナットのボールねじ溝間に形成されたボール転動路を前記ねじ軸またはナットの回転運動に伴って転動する多数のボールと、前記ボール転動路を転動するボールを前記ナットの外部に掬い上げて循環させるためのボール循環部材とを備えたボールねじ装置であって、前記ボール循環部材が前記ボールを該ボールの中心軌道円上に位置するボール掬い上げ点から前記中心軌道円の接線に沿って掬い上げるボール掬い上げ部を有し、かつ溶融型液晶ポリマーを主成分とする材料を射出成形して形成されていることを特徴とする。 In order to solve this problem, the invention according to claim 1 of the present invention has a screw shaft having a ball screw groove on the outer peripheral surface and a ball screw groove facing the ball screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface. A plurality of balls that roll with a rotational movement of the screw shaft or the nut and a ball rolling path formed between the screw shaft and the ball screw groove of the nut, and the ball rolling path. A ball screw device including a ball circulating member for scooping and circulating the ball to the outside of the nut, wherein the ball circulating member positions the ball on a center track circle of the ball And a ball scooping portion that scoops up along the tangent line of the central orbit circle, and is formed by injection molding a material mainly composed of a molten liquid crystal polymer.
本発明のうち請求項2の発明は、外周面にボールねじ溝を有するねじ軸と、このねじ軸の前記ボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内周面に有するナット、前記ねじ軸および前記ナットの両ボールねじ溝間に転動自在に設けられた多数のボールと、前記ナットの軸方向両端部に配置され前記ボールを前記ナットのボールねじ溝から掬い上げるタング部および前記タング部により掬い上げられたボールを前記ナットの内部に形成されたボール戻し通路に案内するボール戻し案内路を有する一対のエンドデフレタとを備えたボールねじ装置であって、前記エンドデフレクタが溶融型液晶ポリマーを主成分とする材料を射出成形して形成されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, a screw shaft having a ball screw groove on an outer peripheral surface, a nut having a ball screw groove facing the ball screw groove of the screw shaft on an inner peripheral surface, the screw shaft, and the A large number of balls that are provided to freely roll between the ball screw grooves of the nut, and a tongue portion that is disposed at both end portions in the axial direction of the nut and scoops up the ball from the ball screw groove of the nut. A ball screw device comprising a pair of end deflectors having a ball return guide path for guiding the raised balls to a ball return path formed inside the nut, wherein the end deflector is composed mainly of a melt-type liquid crystal polymer. The material is formed by injection molding.
本発明のうち請求項3の発明は、請求項1又は2記載のボールねじ装置において、前記溶融型液晶ポリマーを主成分とする材料がガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウィスカーのうち少なくとも1種類の充填材を含むことを特徴とする。
本発明のうち請求項4の発明は、請求項3記載のボールねじ装置において、前記充填材の含有量が10〜40wt%であることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the ball screw device according to the first or second aspect, the material having the molten liquid crystal polymer as a main component is at least one of glass fiber, carbon fiber, and potassium titanate whisker. It is characterized by including the filler.
According to a fourth aspect of the present invention, in the ball screw device according to the third aspect, the content of the filler is 10 to 40 wt%.
請求項1の発明に係るボールねじ装置では、ボール転動路を転動するボールがボール循環部材のボール掬い上げ部によってボールの中心軌道円上に位置するボール掬い上げ点から中心軌道円の接線に沿って掬い上げられる。これにより、ボールをタング等に衝突させることなく掬い上げることができるので、騒音等の発生を抑えることができる。また、溶融型液晶ポリマーを主成分とする材料を射出成形してボール循環部材を形成したことで、ボール循環部材の内部構造が多層構造となる。これにより、ボールとの衝突によって発生した振動がボール循環部材の内部を伝わるときに多層構造によって減衰されるので、ボールねじ装置全体の騒音を低減することができる。 In the ball screw device according to the first aspect of the present invention, the ball rolling on the ball rolling path is tangent to the center orbit circle from the ball scooping point positioned on the center orbit circle of the ball by the ball scooping portion of the ball circulation member. Can be crawl along. As a result, the ball can be scooped up without colliding with the tongue or the like, so that generation of noise or the like can be suppressed. Further, since the ball circulation member is formed by injection molding a material mainly composed of a melt-type liquid crystal polymer, the internal structure of the ball circulation member becomes a multilayer structure. Thereby, when the vibration generated by the collision with the ball is transmitted through the inside of the ball circulation member, it is attenuated by the multilayer structure, so that the noise of the entire ball screw device can be reduced.
請求項2の発明に係るボールねじ装置では、溶融型液晶ポリマーを主成分とする材料を射出成形してエンドデフレクタを形成したことで、エンドデフレクタの内部構造が多層構造となる。これにより、ボールとの衝突によって発生した振動がエンドデフレクタの内部を伝わるときに多層構造によって減衰されるので、ボールねじ装置全体の騒音を低減することができる。
請求項3及び4の発明に係るボールねじ装置では、上述した効果に加え、強度や耐摩耗性、耐衝撃性が向上し、ボールとの衝突による破損が防止され、長期に亘って良好な低騒音化を達成することができる。
In the ball screw device according to the second aspect of the present invention, the end deflector is formed by injection molding a material mainly composed of a melt-type liquid crystal polymer, so that the internal structure of the end deflector has a multilayer structure. As a result, the vibration generated by the collision with the ball is attenuated by the multilayer structure when it propagates inside the end deflector, so that the noise of the entire ball screw device can be reduced.
In the ball screw device according to the third and fourth aspects of the invention, in addition to the above-described effects, the strength, wear resistance, and impact resistance are improved, the damage due to the collision with the ball is prevented, and the low resistance for a long time. Noise reduction can be achieved.
以下、図1〜図7を参照して本発明の第1の実施形態について説明する。
図1において、符号11は本発明の第1の実施形態に係るボールねじ装置のねじ軸、12はねじ軸11の外径より大径の内径を有するナットであり、ねじ軸11の外周面にはボールねじ溝13がねじ軸11の一端部から他端部に亘って形成されている。このボールねじ溝13はナット12の内周面に形成されたボールねじ溝14(図2参照)と対向しており、ボールねじ溝13とボールねじ溝14との間には多数のボール15が転動自在に設けられている。これらのボール15はボールねじ溝13,14間に形成された螺旋状のボール転動路16(図3参照)をねじ軸11またはナット12の回転運動に伴って転動するようなっており、ナット12には、ボール15を無限循環させるためのボール循環部材17が組み付けられている。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In FIG. 1,
ボール循環部材17はナット12の外径面に形成された平面状の循環部材取付け面18(図1及び図4参照)に止めネジ19,20によって固定される固定面171a(図6及び図7参照)を有するプレート状の本体部171と、この本体部171の固定面171aから突出する円柱状の脚部172,173とで形成されており、本体部171及び脚部172,173の内部には、ボール転動路16と連通するボール戻し通路174が形成されている。なお、ナット12の循環部材取付け面18には、ボール循環部材17の脚部172,173と嵌合するボール循環孔21,22(図4参照)が穿設されている。
The
ボール循環部材17の脚部172,173は先端部にボール掬い上げ部176(図6参照)を有しており、従って、ボール転動路16を転動するボール15は、図3に示すように、脚部172又は173のボール掬い上げ部176によってボール15の中心軌道円BCD上に位置するボール掬い上げ点Pから中心軌道円BCDの接線Tに沿って掬い上げられるようになっている。
The
ボール循環部材17は射出成形によって形成されており、その射出成形材料としては、下記の一般式(1)〜(3)で表される溶融型液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料が用いられている。なお、一般式(1)の具体的な材料名としては、住友化学工業(株)製「エコノール(商品名)」、日本石油化学(株)製「ザイダー(商品名)」などを例示することができる。また、一般式(2)の具体的な材料名としては、ポリプラスチック(株)製「ベクトラ(商品名)」を例示でき、一般式(3)の具体的な材料名としては、三菱化学(株)製「ノバキュート(商品名)」、ユニチカ(株)製「ロッドラン((商品名)」などを例示することができる。
The
上述のように、ボール循環部材17をナット12の循環部材取付け面19に固定される固定面171aを有する本体部171と、この本体部171の固定面171aから突出する円柱状の脚部172,173とで形成し、ボール15をその中心軌道円BCD上に位置するボール掬い上げ点Pから中心軌道円BCDの接線Tに沿って掬い上げるボール掬い上げ部176をボール循環部材17の脚部172,173の先端部に設けたことにより、ボール転動路16を転動するボール15が脚部172又は173のボール掬い上げ部176によってボール15の中心軌道円BCD上に位置するボール掬い上げ点Pから中心軌道円BCDの接線Tに沿って掬い上げられる。これにより、ボール15をタング等に衝突させることなく掬い上げることができるので、騒音等の発生を抑えることができる。
As described above, the
次に、ボール循環部材17の射出成形材料として、溶融型液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料を用いた理由について説明する。
溶融型液晶ポリマー(以下、「液晶ポリマー」という)は、構成される分子が剛値であり、溶融状態においても結晶構造を概ね維持し、絡み合いが小さく、流動時のせん断により配向を示す。つまり、射出成形を行うと、金型付近ではせん断速度が大きく、金型のキャビティ中央部ではせん断速度が小さくなる。このせん断速度の差により液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料は、その内部構造として表面部と内部の形態(モルフォルジ)が異なり、同一材料であるにも拘わらず多層構造になっている。これは、射出成形時に液晶ポリマーが金型内を高速で通過するとき、流動する液晶ポリマーに速度勾配が金型壁面から流動部の厚さ方向中央部に向かって発生し、液晶ポリマーが配向するからである。
Next, the reason why a resin material mainly composed of a melt type liquid crystal polymer is used as the injection molding material for the
Molten liquid crystal polymer (hereinafter referred to as “liquid crystal polymer”) has a rigid molecule, maintains a crystal structure substantially even in a molten state, has little entanglement, and exhibits orientation by shearing during flow. That is, when injection molding is performed, the shear rate is large near the mold, and the shear rate is small at the center of the mold cavity. Due to the difference in shear rate, the resin material containing the liquid crystal polymer as a main component has a surface portion and an internal form (morphology) different as the internal structure, and has a multilayer structure despite being the same material. This is because when the liquid crystal polymer passes through the mold at a high speed during injection molding, a velocity gradient is generated in the flowing liquid crystal polymer from the mold wall surface toward the center in the thickness direction of the fluidized portion, and the liquid crystal polymer is aligned. Because.
従って、ボール循環部材17の射出成形材料として溶融型液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料を用いたことで、ボール循環部材17の内部構造が多層構造となり、ボール15との衝突によって発生した振動がボール循環部材17の内部を伝わるときに多層構造によって減衰されるので、ボールねじ装置全体の騒音を低減することができる。
次に、図8〜図10を参照して本発明の第2の実施形態について説明する。
図8において、符号31は本発明の第2の実施形態に係るボールねじ装置のねじ軸、32はねじ軸31の外径より大径の内径を有するナットであり、ねじ軸31の外周面にはボールねじ溝33がねじ軸31の一端部から他端部に亘って形成されている。このボールねじ溝33はナット32の内周面に形成されたボールねじ溝34と対向しており、ボールねじ溝33とボールねじ溝34との間には多数のボール35が転動自在に設けられている。
Therefore, by using a resin material mainly composed of a melt-type liquid crystal polymer as an injection molding material for the
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In FIG. 8,
ボール35はボールねじ溝33,34間に形成された螺旋状のボール転動路36をねじ軸31またはナット32の回転運動に伴って転動するようになっており、ナット32の内部には、ボール転動路36を転動したボール36を無限循環させるためのボール戻し通路36が形成されている。このボール戻し通路36はナット32の両端面に開口しており、ナット32の軸方向両端部にはエンドデフレクタ37が組み込まれている。
The
エンドデフレクタ37はタング部37a(図9及び図10参照)を有しており、ねじ軸31及びナット32の両ボールねじ溝33,34を転動するボール35は、エンドデフレクタ37のタング部37aによってナット32のボールねじ溝34から掬い上げられるようになっている。また、エンドデフレクタ37はボール戻し案内路37b(図8及び図10参照)を有しており、タング部37aによりナット32のボールねじ溝34から掬い上げられたボール35は、エンドデフレクタ37のボール戻し案内路37bによりナット32のボール戻し通路36に案内されて無限循環するようになっている。
The
エンドデフレクタ37は射出成形によって形成されており、その射出成形材料としては、上記の一般式(1)〜(3)で表される溶融型液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料が用いられている。
このように、溶融型液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料を射出成形してエンドデフレクタ37を形成したことで、エンドデフレクタ37の内部構造が多層構造となり、ボール35との衝突によって発生した振動がエンドデフレクタ37の内部を伝わるときに多層構造によって減衰されるので、ボールねじ装置全体の騒音を低減することができる。
The
As described above, the
なお、本発明は上述した実施例態に限定されるものではない。たとえば、溶融型液晶ポリマーを主成分とする樹脂材料にガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウィスラー等の補強材を充填材として混入させたものをボール循環部材17又はエンドデフレクタ37の射出成形材料として用いてもよい。この中で、炭素繊維およびチタン酸カリウムウィスラーはフィラー自体が制振性を有するため、特に好ましい。これらの充填材を混入することにより、強度や耐摩耗性、耐衝撃性が向上し、ボール等との衝突による破損が防止され、長期に亘って良好な低騒音化を達成できる。
なお、充填材の混入量としては、10wt%未満であると上述した強度等の向上があまり見られず、40wt%を超えると成形性等が低下する場合があるため、10〜40wt%、好ましくは20〜30wt%が望ましい。
次に、表1及び表2を参照して本発明の実施例について説明する。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, an injection molding material for the
In addition, since the improvement of the above-mentioned strength etc. is not seen so much as the mixing amount of the filler is less than 10 wt%, and if it exceeds 40 wt%, the moldability may be lowered, it is preferably 10 to 40 wt%. Is preferably 20 to 30 wt%.
Next, examples of the present invention will be described with reference to Tables 1 and 2.
表1において、実施例1はボール循環部材17の射出成形材料としてポリプラスチック(株)製「ベクトラA950(商品名):無充填グレート」を用いた実施例、実施例2はボール循環部材17の射出成形材料としてポリプラスチック(株)製「ベクトラB230(商品名):カーボン繊維30wt%含有グレート」を用いた実施例である。また、比較例1はボール循環部材17の射出成形材料としてポリアセタール樹脂を用いた比較例であり、実施例1及び2のボールねじ装置と比較例1のボールねじ装置について、軸径:25mm、リード:25mm、回転数:2500min-1の試験条件で騒音レベルを測定して比較した。
表1に示されるように、実施例1及び実施例2のボールねじ装置は、比較例1のボールねじ装置に比較して、騒音レベルが低くなっていることがわかる。また、実施例1と実施例2を比較すると、ボール循環部材17の射出成形材料としてカーボン繊維入りの溶融型液晶ポリマーを使用した実施例2では、騒音レベルがさらに減少することがわかる。
In Table 1, Example 1 is an example using “Vectra A950 (trade name): unfilled great” manufactured by Polyplastics Co., Ltd. as an injection molding material of the
As shown in Table 1, it can be seen that the noise levels of the ball screw devices of Examples 1 and 2 are lower than that of the ball screw device of Comparative Example 1. Further, comparing Example 1 and Example 2, it can be seen that the noise level is further reduced in Example 2 in which a melt type liquid crystal polymer containing carbon fiber is used as the injection molding material of the
表2において、実施例3はエンドデフレクタ37の射出成形材料としてポリプラスチック(株)製「ベクトラA950(商品名):無充填グレート」を用いた実施例、実施例4はエンドデフレクタ37の射出成形材料としてポリプラスチック(株)製「ベクトラB230(商品名):カーボン繊維30wt%含有グレート」を用いた実施例である。また、比較例2はエンドデフレクタ37の射出成形材料としてポリアセタール樹脂を用いた比較例であり、実施例3及び4のボールねじ装置と比較例2のボールねじ装置について、軸径:36mm、リード:25mm、回転数:1500min-1の試験条件で騒音レベルを測定して比較した。
表2に示されるように、実施例3及び実施例4のボールねじ装置は、比較例2のボールねじ装置に比較して、騒音レベルが低くなっていることがわかる。また、実施例3と実施例4を比較すると、エンドデフレクタ37の射出成形材料としてカーボン繊維入りの溶融型液晶ポリマーを使用した実施例4では、騒音レベルがさらに減少することがわかる。
In Table 2, Example 3 is an example using “Vectra A950 (trade name): unfilled great” manufactured by Polyplastics Co., Ltd. as an injection molding material of the
As shown in Table 2, it can be seen that the noise levels of the ball screw devices of Examples 3 and 4 are lower than those of the ball screw device of Comparative Example 2. Further, comparing Example 3 and Example 4, it can be seen that the noise level is further reduced in Example 4 in which a melt type liquid crystal polymer containing carbon fiber is used as the injection molding material of the
1,11,31 ねじ軸
2,12,32 ナット
3,13,33 ボールねじ溝
4,14,34 ボールねじ溝
5,15,35 ボール
6,16,36 ボール転動路
7 ボール循環チューブ
17 ボール循環部材
171 本体部
172,173 脚部
175 ボール戻し通路
176 ボール掬い上げ部
18 循環部材取付け面
19,20 止めネジ
21,22 ボール循環孔
37 エンドデフレクタ
37a タング部
37b ボール戻し案内路
1,11,31
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