JP2007285379A - Ball screw device and method of manufacturing ball circulating member for ball screw - 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などで用いられるボールねじ装置に関する。また、本発明はボールねじに使用されるボール循環部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a ball screw device used in, for example, a machine tool as a machine part that converts rotational motion into linear motion. The present invention also relates to a method for manufacturing a ball circulation member used for a ball screw.
工作機械などで用いられるボールねじ装置は、一般に、ねじ軸と、このねじ軸の外径より大きい内径で筒状に形成されたナットとを備えており、ねじ軸の外周面に形成されたボールねじ溝とナットの内周面に形成されたボールねじ溝との間には、多数のボールが転動自在に設けられている。これらのボールはねじ軸またはナットの回転運動に伴ってねじ軸及びナットのボールねじ溝間を転動するようになっており、ナットには、ねじ軸及びナットのボールねじ溝間を転動したボールをボールねじ溝間に戻すためのボールリターンチューブがボール循環部材として装着されている。 A ball screw device used in a machine tool or the like generally includes a screw shaft and a nut formed in a cylindrical shape with an inner diameter larger than the outer diameter of the screw shaft, and a ball formed on the outer peripheral surface of the screw shaft. A large number of balls are rollably provided between the screw groove and the ball screw groove formed on the inner peripheral surface of the nut. These balls roll between the screw shaft and the ball screw groove of the nut as the screw shaft or nut rotates, and the nut rolls between the screw shaft and the ball screw groove of the nut. A ball return tube for returning the ball between the ball screw grooves is mounted as a ball circulation member.
このようなボールねじ装置は、ねじ軸及びナットのボールねじ溝間を転動したボールがボールリターンチューブの端部に形成されたボールすくい上げ部としてのタング部に衝突することによってボールリターンチューブ内に導入される。このため、ねじ軸またはナットを高速で回転させると、タング部に加わるボールの衝撃力が増大することによって過大な応力集中がタング部に発生し、ボールリターンチューブの破損を招く原因となる。そこで、ボールリターンチューブの端面部の一部を円弧状に削り加工した円弧状切欠き部をタング部の左右両側に形成することによって過大な応力集中の発生を抑制するようにしたボールねじ装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In such a ball screw device, a ball rolled between a screw shaft and a ball screw groove of a nut collides with a tongue portion formed as a ball scooping portion formed at an end portion of the ball return tube to enter the ball return tube. be introduced. For this reason, when the screw shaft or the nut is rotated at a high speed, the impact force of the ball applied to the tongue portion increases, so that excessive stress concentration occurs in the tongue portion, causing damage to the ball return tube. Therefore, there is a ball screw device that suppresses the occurrence of excessive stress concentration by forming arc-shaped notches formed by cutting a part of the end face of the ball return tube into an arc shape on both left and right sides of the tongue. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
ところで、このようなボールねじ装置のボールリターンチューブを製造する場合、従来においては、図9に示すように、金属からなる管状体17の両端部をボールエンドミル21により旋削加工して、図2または図6に示すようなボールリターンチューブ14を製造している。なお、図9中15はボールリターンチューブ14のタング部、20はタング部15の左右両側に形成された円弧状切欠き部である。
しかしながら、上述した方法では、管状体17の両端部をボールエンドミル21により旋削加工する際に、ボールエンドミル21の回転軸線を管状体17の中心軸線と平行にした状態で管状体17の両端部を旋削加工している。このため、管状体17の両端部を旋削加工したときに発生するボールエンドミル21の加工傷(加工痕)21b(図10参照)が管状体17の軸方向に沿った形状となるため、図10に示すような疲労亀裂22がタング部15に発生するおそれがあった。
However, in the above-described method, when both ends of the
また、タング部15の左右両側に形成される円弧状切欠き部20の曲率半径が大き過ぎると、その部分にボールが引っ掛かり易くなり、ボールのスムーズな転がり運動が阻害されるおそれがあった。
本発明は上述した問題点に着目してなされたものであり、その目的は、応力集中に起因する疲労亀裂がボール循環部材のボールすくい上げ部に発生することを抑制することのできるボールねじ装置及びボール循環部材の製造方法を提供することにある。
In addition, if the radius of curvature of the
The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and the purpose thereof is a ball screw device capable of suppressing the occurrence of fatigue cracks caused by stress concentration in the ball scooping portion of the ball circulation member, and It is providing the manufacturing method of a ball | bowl circulation member.
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項1の発明に係るボールねじ装置は、ねじ軸と、該ねじ軸の外径より大きい内径で筒状に形成されたナットと、前記ねじ軸の外周面及び前記ナットの内周面に形成されたボールねじ溝の間に設けられた多数のボールと、前記ナットに装着されたボール循環部材とを備えてなり、かつ前記ボール循環部材がボールすくい上げ部を両端部に有すると共に該ボールすくい上げ部の左右両側に円弧状に削り加工された円弧状加工部を有するボールねじ装置であって、前記ボール循環部材の両端部を回転式の加工具により加工して前記ボールすくい上げ部及び前記円弧状加工部を形成したときに発生する前記加工具の加工傷が前記ボールすくい上げ部に加わるボール衝撃力の作用方向に対してほぼ直角な方向に沿った形状となるように前記ボールすくい上げ部及び前記円弧状加工部が形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a ball screw device according to the invention of claim 1 of the present invention includes a screw shaft, a nut formed in a cylindrical shape with an inner diameter larger than an outer diameter of the screw shaft, and the screw shaft. A plurality of balls provided between ball screw grooves formed on an outer peripheral surface of the nut and an inner peripheral surface of the nut, and a ball circulating member mounted on the nut, and the ball circulating member is a ball A ball screw device having a scooping portion at both ends and an arc-shaped processing portion machined in a circular arc shape on both left and right sides of the ball scooping portion, wherein both end portions of the ball circulation member are moved by a rotary processing tool. One that is substantially perpendicular to the direction of action of the ball impact force applied to the ball scooping portion due to processing flaws of the processing tool generated when the ball scooping portion and the arc-shaped processing portion are formed by processing. Wherein the ball scooping portions so as to be shaped and the arcuate working portion is formed along the.
本発明のうち請求項2の発明に係るボールねじ装置は、請求項1記載のボールねじ装置において、前記ボール循環部材がボールリターンチューブであると共に、前記ボールすくい上げ部がタング部であり、かつ前記円弧状加工部が円弧状切欠き部であることを特徴とする。
本発明のうち請求項3の発明に係るボールねじ装置は、請求項2記載のボールねじ装置において、前記ボールリターンチューブの内径をD、前記ボールリターンチューブの円周方向に沿う前記タング部の幅をw、前記円弧状切欠き部の曲率半径をR、前記ボールリターンチューブの端面部から前記円弧状切欠き部の底面部までの高さをHとしたとき、前記円弧状切欠き部の曲率半径が
w+4R≦πD×3/4 ‥‥(1)
を満たす値に設定され、かつ前記ボールリターンチューブの端面部から前記円弧状切欠き部の底面部までの高さと前記円弧状切欠き部の曲率半径との比が
H/R≧1 ‥‥(2)
を満たす値に設定されていることを特徴とする。
The ball screw device according to a second aspect of the present invention is the ball screw device according to the first aspect, wherein the ball circulating member is a ball return tube, the ball scooping portion is a tongue portion, and The arcuate processed part is an arcuate notch.
The ball screw device according to a third aspect of the present invention is the ball screw device according to the second aspect, wherein the inner diameter of the ball return tube is D and the width of the tongue portion along the circumferential direction of the ball return tube. Is the curvature radius of the arc-shaped notch, where R is the radius of curvature of the arc-shaped notch, and H is the height from the end surface of the ball return tube to the bottom of the arc-shaped notch. The radius is w + 4R ≦ πD × 3/4 (1)
And the ratio of the height from the end surface of the ball return tube to the bottom surface of the arcuate notch and the radius of curvature of the arcuate notch is H / R ≧ 1 ( 2)
It is set to the value which satisfy | fills.
本発明のうち請求項4の発明に係るボールねじ装置は、請求項3記載のボールねじ装置において、前記ボールリターンチューブの端面部から前記円弧状切欠き部の底面部までの高さを前記タング部の左右両側で同じ高さとしたことを特徴とする。
本発明のうち請求項5の発明は、ボールすくい上げ部の左右両側に円弧状に加工された円弧状加工部を有するボールねじ用ボール循環部材の製造方法であって、前記ボール循環部材の両端部を回転式の加工具により加工して前記ボールすくい上げ部及び前記円弧状加工部を形成する際に、前記加工具の回転軸線が前記ボール循環部材の中心軸線に対してほぼ直角になるように前記加工具の姿勢を保った状態で前記ボール循環部材の両端部を前記加工具により加工することを特徴とする。
The ball screw device according to a fourth aspect of the present invention is the ball screw device according to the third aspect, wherein a height from an end surface portion of the ball return tube to a bottom surface portion of the arcuate notch is set to the tongue. It is characterized by having the same height on both the left and right sides of the part.
The invention according to claim 5 of the present invention is a method of manufacturing a ball circulating member for a ball screw having an arc-shaped processed portion processed into an arc shape on both the left and right sides of the ball scooping portion, and both end portions of the ball circulating member Are processed by a rotary processing tool to form the ball scooping portion and the arc-shaped processing portion so that the rotation axis of the processing tool is substantially perpendicular to the central axis of the ball circulation member. Both ends of the ball circulation member are processed by the processing tool while maintaining the posture of the processing tool.
請求項1及び請求項2の発明に係るボールねじ装置によれば、ボールすくい上げ部及び円弧状加工部を加工したときに発生する加工具の加工傷がボール循環部材の軸方向に沿った形状となるので、応力集中による疲労亀裂がボール循環部材のボールすくい上げ部に発生することを抑制することができる。
請求項3の発明に係るボールねじ装置によれば、ボールリターンチューブの円弧状切欠き部にボールが引っ掛かり難くなるため、上述した効果に加え、ボールのスムーズな転がり運動を確保して作動性の向上を図ることができる。
According to the ball screw device of the first and second aspects of the present invention, the processing flaw of the processing tool generated when the ball scooping portion and the arc-shaped processing portion are processed has a shape along the axial direction of the ball circulation member. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of fatigue cracks due to stress concentration in the ball scooping portion of the ball circulation member.
According to the ball screw device of the third aspect of the invention, since the ball is not easily caught in the arc-shaped notch portion of the ball return tube, in addition to the above-described effects, a smooth rolling motion of the ball is ensured and the operability is improved. Improvements can be made.
請求項4の発明に係るボールねじ装置によれば、タング部の左側に発生する応力とタング部の右側に発生する応力とのバランスがよくなるので、応力集中をより低減することができる。
請求項5の発明に係るボール循環部材の製造方法によれば、ボール循環部材の両端部を加工したときに発生する加工具の加工傷(加工痕)がボール循環部材の円周方向に沿った形状となる。これにより、タング部に加わるボールの衝撃力が増大しても疲労亀裂が発生し難くなるので、耐衝撃性に優れたボールリターンチューブを製造することができる。
According to the ball screw device of the invention of claim 4, since the balance between the stress generated on the left side of the tongue portion and the stress generated on the right side of the tongue portion is improved, the stress concentration can be further reduced.
According to the method for manufacturing a ball circulating member according to the invention of claim 5, the processing scratches (processing marks) of the processing tool generated when both ends of the ball circulating member are processed are along the circumferential direction of the ball circulating member. It becomes a shape. Thereby, even if the impact force of the ball applied to the tongue portion increases, fatigue cracks are less likely to occur, so that a ball return tube having excellent impact resistance can be manufactured.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の第1の実施形態に係るボールねじ装置の概略構成を図1に示す。同図に示されるボールねじ装置は、ねじ軸11と、このねじ軸11の外径より大きい内径で筒状に形成されたナット12とを備えており、ねじ軸11の外周面に形成されたボールねじ溝11aとナット12の内周面に形成されたボールねじ溝12aとの間には、多数のボール13が転動自在に設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a ball screw device according to a first embodiment of the present invention. The ball screw device shown in the figure includes a
これらのボール13はねじ軸11またはナット12の回転運動に伴ってボールねじ溝11a,12a間を転動するようになっており、ナット12には、ボールねじ溝11a,12a間を転動したボール13をボールねじ溝11a,12a間に戻す金属製のボールリターンチューブ(ボール循環部材)14が装着されている。
ボールリターンチューブ14はボールすくい上げ部としてのタング部15(図2参照)を両端部に有しており、ボールねじ溝11a,12a間を転動したボール13はタング部15に衝突してボールリターンチューブ14内に導入されるようになっている。
These
The
また、ボールリターンチューブ14は金属からなる管状体をほぼU字状に成形して形成されており、このボールリターンチューブ14の両端部には、図6に示すように、タング部15の側面部15aとボールリターンチューブ14の端面部14aとを滑らかに接続する円弧状接続面16がタング部15の左右両側に形成されている。
円弧状加工部としての円弧状接続面16とタング部15は、ボールリターンチューブ14の両端部をボールエンドミル等の回転式旋削加工具により旋削加工したときに発生する旋削加工具の加工傷がタング部15に加わるボール衝撃力の作用方向とほぼ直角な方向に沿った形状となるように形成されている。
Further, the
The arc-shaped connecting
このようなボールリターンチューブ14を製造する場合には、先ず、図4(a)に示すように、ボールリターンチューブ14のチューブ素材である金属製の管状体17を用意する。そして、管状体17の両端部をボールエンドミル等の回転式の旋削加工具18により旋削加工してタング部15と円弧状接続面16とを形成するが、図4(b)及び図4(c)に示すように、管状体17の両端部を旋削加工具18により旋削加工するときには、旋削加工具18の回転軸線18aが管状体17の中心軸線17aに対してほぼ直角になるように旋削加工具18の姿勢を保った状態で管状体17の両端部を旋削加工する。
When manufacturing such a
このように、旋削加工具18の回転軸線18aが管状体17の中心軸線17aに対してほぼ直角になるように旋削加工具18の姿勢を保った状態で管状体17の両端部を旋削加工すると、図5に示すように、管状体17の両端部を旋削加工したときに発生する旋削加工具18の加工傷(加工痕)18aが管状体17の円周方向に沿った形状となる。これにより、タング部15に加わるボールの衝撃力が増大しても疲労亀裂が発生し難くなるので、耐衝撃性に優れたボールリターンチューブを製造することができる。
In this way, when both ends of the
なお、上述した第1の実施形態ではタング部の側面部とボールリターンチューブの端面部とを滑らかに接続する円弧状接続面がボールリターンチューブの端面部から凹んでないものを例示したが、円弧状接続面17がボールリターンチューブ14の端面部14aから凹んでいる場合つまり円弧状接続面17が円弧状切欠き部である場合でも本発明を適用することができる。
また、上述した第1の実施形態ではボールリターンチューブ14のタング部15やタング部に連続する円弧状接続面16を形成する際にボールエンドミル等の回転式の旋削加工具を用いた場合を例示したが、旋削加工具の代わりに研削加工具を用いてもよい。
In the first embodiment described above, the arcuate connection surface that smoothly connects the side surface portion of the tongue portion and the end surface portion of the ball return tube is illustrated as not being recessed from the end surface portion of the ball return tube. The present invention can be applied even when the
Further, in the first embodiment described above, a case where a rotary turning tool such as a ball end mill is used when the
次に、図6及び図7を参照して本発明の第2の実施形態について説明する。
本発明の第2の実施形態係るボールねじ装置のボールリターンチューブ14は、図6に示すように、ねじ軸及びナットの両ボールねじ溝間を転動したボールをボールリターンチューブ14内に導入するタング部15を両端部に有しており、タング部15の左右両側には、タング部15に発生する応力を低減するために、円弧状加工部としての円弧状切欠き部20(図7参照)がタング部15と隣接して形成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 6, the
これらの円弧状切欠き部20はボールエンドミル等の回転式切削加工具によりボールリターンチューブ14の端面部14aを円弧状に旋削加工して形成されており、ボールリターンチューブ14の内径をD、ボールリターンチューブ14の円周方向に沿ったタング部15の幅をwとすると、円弧状切欠き部20の曲率半径Rは、
w+4R≦πD×3/4 ‥‥(1)
を満たす値に設定されている。
また、図7に示すように、ボールリターンチューブ14の端面部14aから円弧状切欠き部20の底面部までの高さをHとすると、ボールリターンチューブ14の端面部14aから円弧状切欠き部20の底面部までの高さHと円弧状切欠き部20の曲率半径Rとの比は、
H/R≧1 ‥‥(2)
を満たす値に設定されている。
These arc-shaped
w + 4R ≦ πD × 3/4 (1)
It is set to a value that satisfies
Further, as shown in FIG. 7, assuming that the height from the
H / R ≧ 1 (2)
It is set to a value that satisfies
このような構成によると、ねじ軸及びナットの両ボールねじ溝間を転動したボールがタング部15に衝突してボールリターンチューブ14内に入るときに、ボールが円弧状切欠き部20に引っ掛かり難くなる。これにより、ねじ軸またはナットを高速で回転させてもボールがボールリターンチューブ14の円弧状切欠き部20に引っ掛かることがないので、ボールのスムーズな転がり運動を確保して作動性の向上を図ることができる。
According to such a configuration, when the ball rolled between the ball screw grooves of the screw shaft and the nut collides with the
上述した第2の実施形態では、ボールリターンチューブ14の端面部14aから円弧状切欠き部20の底面部までの高さHがタング部15の左右両側で異なるものを例示したが、これに限られるものではない。たとえば、図8に示す第3の実施形態のように、ボールリターンチューブ14の端面部14aから円弧状切欠き部20の底面部までの高さHをタング部15の左右両側で同じ高さにしてもよい。
このように、ボールリターンチューブ14の端面部14aから円弧状切欠き部20の底面部までの高さHをタング部15の左右両側で同じ高さにすると、タング部15の左側に発生する応力とタング部15の右側に発生する応力とのバランスがよくなるので、応力集中をより低減することができる。
In the second embodiment described above, the height H from the
As described above, when the height H from the
11 ねじ軸
11a ボールねじ溝
12 ナット
12a ボールねじ溝
13 ボール
14 ボールリターンチューブ
15 タング部
16 円弧状接続面
17 管状体
18 旋削工具
20 円弧状切欠き部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ボール循環部材の両端部を回転式の加工具により加工して前記ボールすくい上げ部及び前記円弧状加工部を形成したときに発生する前記加工具の加工傷が前記ボールすくい上げ部に加わるボール衝撃力の作用方向に対してほぼ直角な方向に沿った形状となるように前記ボールすくい上げ部及び前記円弧状加工部が形成されていることを特徴とするボールねじ装置。 A screw shaft, a nut formed in a cylindrical shape with an inner diameter larger than the outer diameter of the screw shaft, and a plurality of ball screw grooves provided between an outer peripheral surface of the screw shaft and an inner peripheral surface of the nut And a ball circulation member attached to the nut, and the ball circulation member has a ball scooping portion at both ends and is processed into an arc shape on both the left and right sides of the ball scooping portion. A ball screw device having a processing portion,
Ball impact force applied to the ball scooping portion by a processing flaw of the processing tool generated when both ends of the ball circulation member are processed by a rotary processing tool to form the ball scooping portion and the arc-shaped processing portion. The ball screw device is characterized in that the ball scooping portion and the arc-shaped processing portion are formed so as to have a shape along a direction substantially perpendicular to the acting direction.
w+4R≦πD×3/4 ‥‥(1)
を満たす値に設定され、かつ前記ボールリターンチューブの端面部から前記円弧状切欠き部の底面部までの高さと前記円弧状切欠き部の曲率半径との比が
H/R≧1 ‥‥(2)
を満たす値に設定されていることを特徴とする請求項2記載のボールねじ装置。 The inner diameter of the ball return tube is D, the width of the tongue portion along the circumferential direction of the ball return tube is w, the radius of curvature of the arc-shaped notch is R, and the arc shape extends from the end surface of the ball return tube. When the height of the notch to the bottom is H, the radius of curvature of the arcuate notch is w + 4R ≦ πD × 3/4 (1)
And the ratio of the height from the end surface of the ball return tube to the bottom surface of the arcuate notch and the radius of curvature of the arcuate notch is H / R ≧ 1 ( 2)
The ball screw device according to claim 2, wherein the ball screw device is set to a value satisfying
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JP2011094730A (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-12 | Nsk Ltd | Ball circulation tube and ball screw |
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