JP2006118683A - Roller type ball screw - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放電加工機やタッピングセンター等の各種工作機械、あるいは自動車の電動パワーステアリングやアクチュエータ等に使用されるボールねじに関し、特に、ボール循環部品である駒部材をボールが通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒式ボールねじに関する。 The present invention relates to a ball screw used in various machine tools such as an electric discharge machine and a tapping center, or an electric power steering or actuator of an automobile, and more particularly, vibrations when a ball passes through a piece member that is a ball circulation part. It is related with the piece type ball screw which suppressed silence and improved silence.
ボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成された転動路に収容された多数のボールと、転動路を周回経路とする循環機構とを備え、例えば、ナットを回転運動させることでねじ軸を直線運動させる運動変換機構として使用されている。 The ball screw is composed of a screw shaft having a helical thread groove formed on the outer peripheral surface, a nut externally fitted to the screw shaft, and a spiral screw groove formed on the inner peripheral surface, and both opposing screw grooves. It is equipped with a large number of balls accommodated in the formed rolling path and a circulation mechanism having the rolling path as a circuit path, and is used as a motion conversion mechanism that linearly moves the screw shaft by rotating the nut, for example. ing.
一般的にボールねじは、ボールの循環機構が異なる種々の形式のものがあり、その一つに駒式と呼ばれるものがある。この駒式ボールねじはねじ溝の連結路を有し、転動路を周回経路とする循環用の駒部材がナットに装着されている。この駒式ボールねじは構成が比較的簡素で、かつコンパクトに構成できる利点がある。 Generally, there are various types of ball screws having different ball circulation mechanisms, one of which is called a piece type. This piece-type ball screw has a threaded groove connection path, and a circulation piece member having a rolling path as a circular path is attached to the nut. This piece type ball screw has an advantage that the configuration is relatively simple and can be configured in a compact manner.
このような駒式ボールねじの代表的な一例を図6に示す。この駒式ボールねじにおいて、ナット50は、駒部材嵌合用開口51が内外周面に貫通して設けられて、この駒部材嵌合用開口51に駒部材52が外径側から嵌め込まれる。
A typical example of such a piece-type ball screw is shown in FIG. In this piece type ball screw, the
駒部材52は、ナット50のねじ溝53の隣合う1周部分同士を連結する連結溝54が設けられ、ナット50のねじ溝53は、この連結溝54で連結されることで1周の連続した周回経路となる。この駒部材52は、外形が略長方形状の本体部55と、この本体部55の長手方向に蛇行する連結溝54を形成するために、本体部55の長手方向に延在する一組の壁部56a、56bと、本体部55の短手方向両端に壁部56a、56bより外方に突出して設けられる一組のフランジ部57a、57bとを備えている。
The
一方のフランジ部57aは、本体部55の長手方向一端で一方の壁部56aと同一の第1面58a上に終端し、他方のフランジ部57bは、本体部55の長手方向他端で他方の壁部56bと同一の第2面58b上に終端する。第1および第2面58a、58bは、平面状に形成され、それぞれの端部に断面円弧状のR面取り59a、59bが設けられている。
One
駒部材52は、この駒部材52と図示しない略同形状のビレットを鍛造型で鍛造成形すると共に、この鍛造型の連結溝形成用壁面部と同一面上に連続する面部で、駒部材52のフランジ部57a、57bをその長手方向の端部側で終端させている。これにより、駒部材52の壁部56a、56bの高さを充分に確保することができ、応力集中を回避して駒部材52にクラック等が生ずることを有効に阻止することができる。
ここで、従来の駒式ボールねじは、図5に拡大して示すように、連結溝54の溝底母線形状は、ナット50のねじ溝53に沿った略円弧状をなす凹曲面に形成されている。また、その深さは、ボール60が、連結溝54内でねじ軸61のねじ溝62のねじ山62aを越えることができる深さとされている。すなわち、連結溝54の入口部54aは、ボール60の転動を阻害しないように、ナット50のねじ溝53より凹むように調整されているため、一般的には、連結溝54とねじ軸61のねじ溝62とで構成される転動路において、ボール60の径方向動き量Cは、ボール60の直径Dwに対して10〜20%の範囲になるよう連結溝54の深さが設定されている(C=0.1〜0.2Dw)。
Here, in the conventional piece type ball screw, as shown in an enlarged view in FIG. 5, the groove bottom generatrix shape of the connecting
しかしながら、こうした従来の駒式ボールねじでは、連結溝54の転動路において、ボール60の径方向動き量Cが大きくなり、ボール60が連結溝54内を通過する際、各ボール60、60の中心が連結溝54に沿った所定の転動軌道からずれて転動する、所謂千鳥状態になって転動し、ボール60の静寂な循環が阻害される恐れがある。
However, in such a conventional piece type ball screw, the radial movement amount C of the
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ボールが駒部材を通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒部材を備えた駒式ボールねじを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a piece-type ball screw provided with a piece member that suppresses vibration when the ball passes through the piece member and improves silence. It is aimed.
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項1に記載の発明は、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、前記ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記連結溝の溝底母線形状が、軸心方向に僅かに突出する凸曲面に形成されている構成を採用した。
In order to achieve such an object, the invention according to
このように、駒式ボールねじにおいて、連結溝の溝底母線形状が、軸心方向に僅かに突出する凸曲面に形成されているので、駒部材の連結溝とねじ軸のねじ溝とで構成される転動路におけるボールの径方向動き量を小さく規制することが可能となり、ボールが駒部材を通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒式ボールねじを提供することができる。 In this way, in the piece-type ball screw, the groove bottom generatrix shape of the connecting groove is formed as a convex curved surface that slightly protrudes in the axial direction, so it is composed of the connecting groove of the piece member and the screw groove of the screw shaft. It is possible to provide a piece-type ball screw that can restrict the amount of movement of the ball in the radial direction in the rolling path to be small, suppress vibration when the ball passes through the piece member, and improve quietness. it can.
好ましくは、請求項2に記載の発明のように、前記連結溝と前記ねじ軸のねじ溝とで構成される転動路において、前記ボールの径方向動き量Cと当該ボールの直径Dwとの関係が、C=0.03〜0.10Dwとなるように設定されていれば、ボールが連結溝内を通過する際、各ボールの中心が連結溝に沿った所定の転動軌道上を転動することができ、ボールの静寂な循環を可能ならしめる。
Preferably, as in the invention according to
また、請求項3に記載の発明は、前記駒部材の周方向両側縁にガイド壁が一体形成され、このガイド壁が塑性変形可能で、かつ加締部強度が確保できる靭性を有し、熱処理によって少なくとも前記連結溝の表面硬さが30HRC以上に設定されているので、加締部となるガイド壁の靭性を確保し、駒部材をナットに固定する際に割れ等が発生するのを防止することができると共に、大きな応力が発生する連結溝の耐圧痕性や耐摩耗性を確保することができる。
In the invention according to
また、請求項4に記載の発明のように、前記駒部材に前記ナットのねじ溝に係合するアームが一体に形成されていれば、駒部材の位置決めと、駒部材がナットの駒窓から径方向外方に抜け出すのを確実に防止することができる。 Further, as in the invention described in claim 4, if the arm that engages the screw groove of the nut is integrally formed on the piece member, positioning of the piece member and the piece member from the piece window of the nut It can be reliably prevented from coming out radially outward.
また、請求項5に記載の発明のように、前記駒部材がMIMによって成形される焼結金属であれば、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。
Further, as in the invention described in
本発明に係る駒式ボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、前記ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記連結溝の溝底母線形状が、軸心方向に僅かに突出する凸曲面に形成されているので、駒部材の連結溝とねじ軸のねじ溝とで構成される転動路におけるボールの径方向動き量を小さく規制することが可能となり、ボールが駒部材を通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒部材を備えた駒式ボールねじを提供することができる。 The piece ball screw according to the present invention includes a screw shaft having a helical thread groove formed on the outer peripheral surface, a nut externally fitted to the screw shaft, and a spiral screw groove formed on the inner peripheral surface, A plurality of balls accommodated in a rolling path formed by opposing screw grooves, and a connecting groove that is fitted to a piece window drilled in a body portion of the nut and has the rolling path as a circulation path. In the piece type ball screw provided with the formed piece member, the groove bottom generatrix shape of the connecting groove is formed as a convex curved surface slightly projecting in the axial direction, so the connecting groove and screw shaft of the piece member It is possible to restrict the amount of movement in the radial direction of the ball in the rolling path constituted by the thread groove of the ball, and to suppress the vibration when the ball passes through the piece member, and to improve the quietness of the piece member The provided piece type ball screw can be provided.
外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、前記ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記連結溝の溝底母線形状が、軸心方向に僅かに突出する凸曲面に形成されると共に、前記連結溝と前記ねじ軸のねじ溝とで構成される転動路において、前記ボールの径方向動き量Cと当該ボールの直径Dwとの関係が、C=0.03〜0.10Dwとなるように設定されている。 A screw shaft having a spiral thread groove formed on the outer peripheral surface, a nut externally fitted to the screw shaft and having a spiral thread groove formed on the inner peripheral surface, and a roller formed by both opposing screw grooves. A piece comprising a plurality of balls accommodated in a movement path, and a piece member that is fitted to a piece window formed in the trunk portion of the nut and has a connecting groove having the rolling path as a circulation path. In the type ball screw, the groove bottom generatrix shape of the connection groove is formed in a convex curved surface slightly protruding in the axial direction, and in the rolling path constituted by the connection groove and the screw groove of the screw shaft The relationship between the radial movement amount C of the ball and the diameter Dw of the ball is set to be C = 0.03 to 0.10 Dw.
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図1は、本発明に係る駒式ボールねじの一実施形態を示し、(a)は平面図、(b)は縦断面図である。また、図2は循環部材となる駒部材の平面図、図3は断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1A and 1B show an embodiment of a piece-type ball screw according to the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a longitudinal sectional view. FIG. 2 is a plan view of a piece member serving as a circulation member, and FIG. 3 is a cross-sectional view.
この駒式ボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝2が形成されたねじ軸1と、このねじ軸1に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝4が形成されたナット3と、対向する両ねじ溝2、4により形成される転動路に収容された複数のボール5と、ナット3の胴部に穿設された駒窓6に嵌合された駒部材7とを備えている。
This piece-type ball screw has a
各ねじ溝2、4の断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここではボール5との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動を抑制することができる。
The cross-sectional shape of each of the
円筒状のナット3の胴部には、内外の周面に貫通してねじ溝4の一部を切欠く楕円状の駒窓6が穿設され、この駒窓6に楕円状の駒部材7が嵌合されている。駒部材7の内方には、ねじ溝4の隣合う1周分同士を連結する連結溝8が形成され、この連結溝8とねじ溝4の略1周の部分とでボール5の転動路を構成している。転動路内の内外のねじ溝2、4間に介在された多数のボール5はねじ溝2、4に沿って転動し、駒部材7の連結溝8に案内され、ねじ軸1のねじ山2aを乗り越えて隣接するねじ溝4に戻り、再びねじ溝2、4に沿って転動する。
An
図2に示すように、駒部材7の連結溝8は、ナット3の隣接するねじ溝4間を滑らかに接続するようにS字状に湾曲して形成されている。したがって、その両端開口縁8aは、ナット3の隣接するねじ溝4の窓開口縁部6aに合致するように連結溝8がねじ溝4に接続されている(図1(b)参照)。また、後述する連結溝8の深さは、ボール5が連結溝8内でねじ軸1におけるねじ溝2のねじ山2aを越えることができる深さとされている。
As shown in FIG. 2, the connecting
駒部材7の軸方向の両端には、互いに円周方向逆向きに一対のアーム9、9が突設されている。これらアーム9、9は断面が略蒲鉾状に形成され、ナット3のねじ溝4に所定の径方向すきまを介して係合され、駒部材7の位置決めと、駒部材7が駒窓6から径方向外方に抜け出すのを防止するために設けられている。ここで、ねじ溝4におけるアーム9が係合した部分は非ボール循環部となる。
A pair of
また、図3に示すように、駒部材7の周方向両側縁は、他の部分よりも外径面が凹む凹み部10とされ、これら凹み部10から外径側へ立ち上がる一対のガイド壁11が駒部材7の周方向に対向して設けられている。
Further, as shown in FIG. 3, both side edges in the circumferential direction of the
ボール5の組み込みは、ナット3の駒窓6に駒部材7をナット3の内径側から装着した後、ねじ軸1の軸端からナット3を当てがい、ボール5を両ねじ溝2、4間に順次挿入しながらナット3を回転させ、ナット3をねじ軸1に移動させることによって行う。これ以外にも、ナット3の駒窓6に駒部材7を装着した後、仮軸を用いてボール5を同様に挿入するようにしても良い。
The
駒部材7は金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形される焼結合金からなる。この射出成形に際しては、まず、金属粉と、プラスチックおよびワックスからなるバインダとを混練機で混練し、その混練物をペレット状に造粒する。造粒したペレットは、射出成形機のホッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で押し込む、所謂MIM(Metal Injection Molding)により成形されている。こうしたMIMによって成形される焼結合金であれば、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。
The
本実施形態では、前記金属粉として、後に浸炭焼入が可能な材質、例えば、C(炭素)が0.13wt%、Ni(ニッケル)が0.21wt%、Cr(クロム)が1.1wt%、Cu(銅)が0.04wt%、Mn(マンガン)が0.76wt%、Mo(モリブデン)が0.19wt%、Si(シリコン)が0.20wt%、残りがFe(鉄)等からなるSCM415を例示することができる。また、これ以外にも、Cが0.07wt%、Crが17wt%、Niが4wt%、Cuが4wt%、残りがFe等からなる析出硬化系ステンレスSUS630であっても良い。このSUS630は、固溶化熱処理で表面硬さを適切に上げることができ、強靭性と高硬度を確保することができる。 In this embodiment, as the metal powder, a material that can be subsequently carburized and quenched, for example, C (carbon) is 0.13 wt%, Ni (nickel) is 0.21 wt%, and Cr (chromium) is 1.1 wt%. Cu (copper) is 0.04 wt%, Mn (manganese) is 0.76 wt%, Mo (molybdenum) is 0.19 wt%, Si (silicon) is 0.20 wt%, and the remainder is Fe (iron). The SCM 415 can be exemplified. In addition to this, it may be a precipitation hardening stainless steel SUS630 in which C is 0.07 wt%, Cr is 17 wt%, Ni is 4 wt%, Cu is 4 wt%, and the remainder is Fe or the like. This SUS630 can appropriately increase the surface hardness by solution heat treatment, and can ensure toughness and high hardness.
駒部材7をSCM415等の浸炭材で形成する場合は、駒部材7は浸炭焼入れによって表面硬さが30〜40HRCの範囲になるように硬化処理されると共に、高周波テンパー装置を用いて、図3に示す加締部、すなわち、ガイド壁11が焼きなましされ、表面硬さが15〜23HRCの範囲になるように設定されている。
When the
ここで、浸炭焼入れによる硬化層の表面硬さが30HRC未満であれば、連結溝8の耐圧痕性や耐摩耗性が不足し、40HRCを超えると駒部材7の熱処理変形が大きくなって好ましくない。また、焼きなましによるガイド壁11の表面硬さが15HRC未満であれば加締部強度が不足し、23HRCを超えると、加締加工時にクラック等が発生する恐れがあって好ましくない。
Here, if the surface hardness of the hardened layer by carburizing and quenching is less than 30 HRC, the pressure resistance and wear resistance of the connecting
一方、駒部材7をSUS630等の析出硬化系ステンレスで形成する場合は、固溶化熱処理で表面硬さが30HRC以上になるように設定されている。このSUS630は、所定の温度に加熱した後急冷することにより、合金元素が容易に固溶化する特徴を有している。
On the other hand, when the
駒部材7がこれら浸炭材あるいは析出硬化系ステンレスをMIMにより成形された焼結合金からなるので、大きな応力が発生する少なくとも連結溝8は耐圧痕性や耐摩耗性を充分有する。また、加締部となるガイド壁11の靭性が高く、駒部材7をナット3に固定する際に割れ等の発生を防止することができる。
Since the
駒部材7の材質として、MIMによって成形される前記した焼結合金以外に、S45C等の中炭素鋼であっても良い。この場合、予め調質によって表面硬さを15〜23HRCの範囲に設定し、高周波焼入れによって少なくとも連結溝8の表面に表面硬さが30HRC以上の硬化層を形成することができる。
As a material of the
本実施形態では、連結溝8の溝底8bの母線形状は、従来と異なり軸心方向に僅かに突出する凸曲面に形成されている。これにより、連結溝8とねじ軸1のねじ溝2とで構成される転動路において、ボール5の径方向動き量Cを小さく規制することが可能となる。ここで、ボール5の径方向動き量Cとボール5の直径Dwとの関係が、C=0.03〜0.10Dwになるように設定されている。このように、連結溝8の転動路におけるボール5の径方向動き量Cを小さく規制することにより、ボール5が連結溝8内を通過する際、各ボール5、5の中心が連結溝8に沿った所定の転動軌道上を転動することができ、ボール5の静寂な循環を可能ならしめる。
In the present embodiment, the bus bar shape of the
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。 The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to such an embodiment, and is merely an example, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course, the scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further, the equivalent meanings described in the scope of claims and all modifications within the scope of the scope of the present invention are included. Including.
本発明に係る駒式ボールねじは、放電加工機やタッピングセンター等の各種工作機械、あるいは自動車の電動パワーステアリングやアクチュエータ等に使用される駒式ボールねじに適用することができる。 The piece type ball screw according to the present invention can be applied to various type machine tools such as an electric discharge machine and a tapping center, or a piece type ball screw used for an electric power steering or an actuator of an automobile.
1・・・・・・・・・・ねじ軸
2、4・・・・・・・・ねじ溝
3・・・・・・・・・・ナット
5・・・・・・・・・・ボール
6・・・・・・・・・・駒窓
6a・・・・・・・・・窓開口縁部
7・・・・・・・・・・駒部材
8・・・・・・・・・・連結溝
8a・・・・・・・・・開口縁
8b・・・・・・・・・溝底
9・・・・・・・・・・アーム
10・・・・・・・・・凹み部
11・・・・・・・・・ガイド壁
50・・・・・・・・・ナット
51・・・・・・・・・駒部材嵌合用開口
52・・・・・・・・・駒部材
53、62・・・・・・ねじ溝
54・・・・・・・・・連結溝
54a・・・・・・・・入口部
55・・・・・・・・・本体部
56a、56b・・・・壁部
57a、57b・・・・フランジ部
58a・・・・・・・・第1面
58b・・・・・・・・第2面
59a、59b・・・・面取り
60・・・・・・・・・ボール
61・・・・・・・・・ねじ軸
C・・・・・・・・・・ボールの径方向動き量
Dw・・・・・・・・・ボール直径
1 ...
Claims (5)
このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、
前記ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、
前記連結溝の溝底母線形状が、軸心方向に僅かに突出する凸曲面に形成されていることを特徴とする駒式ボールねじ。 A screw shaft having a helical thread groove formed on the outer peripheral surface;
A nut externally fitted to the screw shaft and having a spiral thread groove formed on the inner peripheral surface;
A plurality of balls housed in a rolling path formed by opposing screw grooves;
In a piece-type ball screw provided with a piece member fitted to a piece window drilled in the trunk portion of the nut and having a connection groove having the rolling path as a circulation path,
A piece type ball screw characterized in that a groove bottom generatrix shape of the connecting groove is formed as a convex curved surface slightly projecting in the axial direction.
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