JP2008267523A - Ball screw mechanism - Google Patents
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- F16H25/2214—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls with elements for guiding the circulating balls
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Abstract
Description
本発明は、一般産業用機械に組付けられたり、或いは自動車や船舶に使用されたりするボールねじ機構に関するものである。 The present invention relates to a ball screw mechanism that is assembled to a general industrial machine or used in an automobile or a ship.
近年、車両等の省力化が進み、例えば自動車のトランスミッションやパーキングブレーキなどを手動でなく、電動モータの力により行うシステムが開発されている。そのような用途に用いる電動アクチュエータには、電動モータから伝達される回転運動を高効率で軸線方向運動に変換するために、ボールねじ機構が用いられる場合がある。 In recent years, labor saving of vehicles and the like has progressed, and for example, a system has been developed in which a transmission, a parking brake, and the like of an automobile are performed not by hand but by the power of an electric motor. An electric actuator used for such an application may use a ball screw mechanism in order to convert the rotational motion transmitted from the electric motor into the axial motion with high efficiency.
しかるに、通常、ボールねじ機構は、ねじ軸と、ナットと、両者間に形成された転走路内を転動するボールとからなるが、いわゆるコマ式のボールねじ機構においては、転走路の一端から他端へとボールを戻すために、コマをナットに取り付けている(特許文献1参照)。
ここで、コマについて説明する。ボールねじ機構においては、ねじ軸とナットとが軸線方向に相対移動する際に、ボールを循環させる機構が本来的に必要である。コマ式ボールねじ機構においては、ナットに取り付けられているコマが、ボールねじの1リード分に相当する軸線方向の転走路のずれを補うべく、軸線回りに340度前後延在する転走路の一端と他端とを連結するS字状に蛇行した循環溝を有している。従って、ボールは、転走路に沿って転動した後、ねじ軸のランド部を乗り越えるようにして、転走路の一端からコマの循環溝内に導かれ、その後循環溝から転走路の他端へと戻されるようになっている。 Here, the frame will be described. In the ball screw mechanism, a mechanism for circulating the ball when the screw shaft and the nut relatively move in the axial direction is inherently necessary. In the top type ball screw mechanism, the top attached to the nut has one end of a rolling path extending about 340 degrees around the axis to compensate for the deviation of the rolling path in the axial direction corresponding to one lead of the ball screw. And a circulation groove meandering in an S shape connecting the other end. Accordingly, after rolling along the rolling path, the ball is guided from one end of the rolling path into the circulation groove of the coma so as to get over the land portion of the screw shaft, and then from the circulation groove to the other end of the rolling path. It is supposed to be returned.
しかるに、ボールねじ機構においては、ボールの転動は極力スムーズに行うようにすることが、異音や振動の発生を抑制し、ひいてはボールねじの効率や耐久性などを確保する上で重要となる。このため従来技術では、ボールとコマとの隙間を比較的余裕を持って設定していた。ところが、この隙間が大きすぎると、循環構内でボールの蛇行(千鳥)が発生し、場合によっては、循環溝においてボール詰まりを起こし、ボールねじ寿命低下の原因となる恐れがある。更に、この隙間設定のため、循環溝とねじ溝との間に比較的大きな段差を与えることになり、上記のボール蛇行と同様にボールねじ寿命の低下につながる恐れがある。 However, in the ball screw mechanism, it is important to make the ball roll as smoothly as possible to suppress the generation of noise and vibration, and to ensure the efficiency and durability of the ball screw. . For this reason, in the prior art, the gap between the ball and the piece is set with a relatively large margin. However, if this gap is too large, meandering of the ball (staggered) occurs in the circulating premises, and in some cases, the ball is clogged in the circulating groove, which may cause a reduction in the life of the ball screw. Further, since this clearance is set, a relatively large step is provided between the circulation groove and the screw groove, and there is a possibility that the life of the ball screw may be reduced like the above-described ball meandering.
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、異音や振動を抑制し、円滑な動作を確保できるボールねじ機構を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a ball screw mechanism that can suppress abnormal noise and vibration and ensure a smooth operation.
第1の本発明のボールねじ機構は、
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
前記ナットの取り付け孔内に挿入され、前記転走路の一端から他端へと循環する前記ボールが転動するための循環溝を備えたコマと、を有し、
前記循環溝を通過するボールの進行方向に沿った軸線に対して直交する方向に前記コマを切断した切断面をとったとき、前記循環溝の側面の少なくとも一方は、その溝底から離れる方向に向かうにつれて側面の他方に対して開くような斜面を有することを特徴とする。
The ball screw mechanism according to the first aspect of the present invention comprises:
A screw shaft having a male screw groove formed on the outer peripheral surface;
A nut disposed so as to surround the screw shaft and having an internal thread formed on an inner peripheral surface thereof;
A plurality of balls arranged to freely roll along a rolling path formed between opposing screw grooves;
A piece that is inserted into the mounting hole of the nut and has a circulation groove for rolling the ball that circulates from one end to the other end of the rolling path, and
When taking a cut surface obtained by cutting the piece in a direction perpendicular to the axis along the traveling direction of the ball passing through the circulation groove, at least one of the side surfaces of the circulation groove is in a direction away from the groove bottom. It has a slope that opens with respect to the other side as it goes.
第2の本発明のボールねじ機構は、
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され、内周面に雌ねじ溝と、前記雌ねじ溝の両端を連結する循環路とを形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、を有し、
前記循環溝を通過するボールの進行方向に沿った軸線に対して直交する方向に前記ナットを切断した切断面をとったとき、前記循環溝の側面の少なくとも一方は、その溝底から離れる方向に向かうにつれて側面の他方に対して開くような斜面を有することを特徴とする。
The ball screw mechanism of the second invention is
A screw shaft having a male screw groove formed on the outer peripheral surface;
A nut that is disposed so as to surround the screw shaft, and has a female screw groove formed on an inner peripheral surface thereof, and a circulation path that connects both ends of the female screw groove;
A plurality of balls arranged to roll along a rolling path formed between both opposing screw grooves, and
When taking a cut surface obtained by cutting the nut in a direction perpendicular to the axis along the traveling direction of the ball passing through the circulation groove, at least one of the side surfaces of the circulation groove is in a direction away from the groove bottom. It has a slope that opens with respect to the other side as it goes.
本発明によれば、前記循環溝を通過するボールの進行方向に沿った軸線に対して直交する方向に前記コマ又は前記ナットを切断した切断面をとったとき、前記循環溝の側面の少なくとも一方は、その溝底から離れる方向に向かうにつれて側面の他方に対して開くような斜面を有するので、前記循環溝と前記ボールとの隙間を小さく設定することによりボールの蛇行を抑えることができ、更に隙間を小さくしても、循環溝とねじ溝との間の段差を抑えることができるので、異音や振動を抑制し、円滑な動作を確保できる。 According to the present invention, when taking a cut surface obtained by cutting the top or the nut in a direction orthogonal to the axis along the traveling direction of the ball passing through the circulation groove, at least one of the side surfaces of the circulation groove Has a slope that opens with respect to the other side surface as it goes away from the groove bottom, so that the meandering of the ball can be suppressed by setting a small gap between the circulation groove and the ball, Even if the gap is reduced, the step between the circulation groove and the screw groove can be suppressed, so that abnormal noise and vibration can be suppressed and smooth operation can be ensured.
前記切断面における前記循環溝の溝底の半径と、前記ボールの半径と差は、0.05mm以上、0.1mm以下であると好ましい。 The difference between the radius of the bottom of the circulation groove on the cut surface and the radius of the ball is preferably 0.05 mm or more and 0.1 mm or less.
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態であるボールねじ機構の側面図であり、図2は、図1の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図であり、図3は、図1の構成を、循環溝を通過するボールの進行方向に沿った軸線に対して直交する方向に向かうIII-III線で切断して矢印方向に見た図であり、図4は、ナットから一方のコマを分解した状態を示す斜視図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of the ball screw mechanism according to the present embodiment, FIG. 2 is a view of the configuration of FIG. 1 taken along line II-II and viewed in the direction of the arrow, and FIG. Fig. 4 is a view of the configuration of Fig. 1 taken along the line III-III that is perpendicular to the axis along the traveling direction of the ball passing through the circulation groove and viewed in the direction of the arrow. It is a perspective view which shows the state which decomposed | disassembled the top.
図1において、不図示の被駆動部材に連結され、回転不能且つ軸線方向にのみ移動可能に支持されたねじ軸1の外周面には、雄ねじ溝1a(一部簡略図示)が形成されている。不図示のハウジングに対して回転のみ可能に支持された円筒状のナット2は、ねじ軸1を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝2a(図2参照)を形成している。複数のボール3(図2参照)が、対向する両ねじ溝間に形成された螺旋状の転走路内を転動自在となるように配置されている。
In FIG. 1, a
ナット2の外周に形成された長円断面の貫通穴(取り付け孔)2b内には、コマ4が配置されている。コマ4は、貫通穴2bに取り付けた状態で、内側にS字状の循環溝4aを形成している(図4参照)。
A
図3,4を参照して、雄ねじ溝1aと雌ねじ溝2aとで形成される転走路は、ねじ軸1の周囲を1周弱巻き回したところで、コマ4によって分断されており、各々の一端と他端とを、コマ4の循環溝4aが連結している。なお、隣接する雄ねじ溝1a間には、ランド部1cが形成されている。
Referring to FIGS. 3 and 4, the rolling path formed by
本実施の形態のボールねじ機構の動作を説明すると、不図示の電動モータによりナット2が回転駆動されると、転走路を転動するボール3により、かかる回転運動がねじ軸1の軸線方向運動に効率よく変換され、それに連結された不図示の被駆動部材を軸線方向に移動させることができる。この際に、図3に示すように、転走路から循環溝4aに侵入したボール3は、循環溝4aに沿って転動することでランド部1cを乗り越えて、転走路の一端から他端へと移動できるようになっている。
The operation of the ball screw mechanism of the present embodiment will be described. When the
更に、図3と同様な位置で切断した図5に示す比較例を参照して、本実施の形態の効果について説明する。比較例においては、コマ4’の循環溝4a’は、溝底4b’と、それに接続する一対の平行な側面4c’とを有している。溝底4b’の半径はR2であり、ボール3の半径をrとすると、循環溝4a’とボール3との隙間Δ2は、(R2−r)である。
Furthermore, the effect of this embodiment will be described with reference to a comparative example shown in FIG. 5 cut at the same position as in FIG. In the comparative example, the
これに対し、本実施の形態においては、図3に示すように、コマ4の循環溝4aは、溝底4bと、それに接続する一対の側面4cとを有しているが、両側面4cは、溝底4bから離れる方向(雄ねじ溝1aに近づく方向)に向かうにつれて互いに対して開くような斜面となっている。ここで、溝底4bの半径はR1であり、ボール3の半径をrとすると、循環溝4aとボール3との最小隙間Δ1は、(R1−r)である。しかるに、本実施の形態の溝底4bの半径R1は、比較例の溝底4b’の半径R2より小さい(R1<R2)ので、本実施の形態の隙間Δ1は、比較例の隙間Δ2より小さくなる。これにより、循環溝4aを通過するボール3は、循環溝4aの中心近傍を通るので蛇行を効果的に抑えることができ、ボール詰まりを抑制することができる。
In contrast, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
一方、両側面4cは、雄ねじ溝1aに近づくにつれて開くような斜面となっているので、雄ねじ溝1a及び雌ねじ溝2aにより形成される転走路と、循環溝4aとの段差(図2に示すS)が小さくなり、転走路と循環溝4aとの間をボール3が乗り移るときに生じる騒音や振動を抑えて円滑な動作を確保できる。
On the other hand, since both
図6は、本実施の形態の変形例にかかる図3と同様な断面図である。本変形例においては、コマを廃止する代わりに、ナット2’の内周に循環溝2cを直接形成している。より具体的には、1周未満の雌ねじ溝2bの両端を接続するようにして循環溝2cを形成し、これに対向する雄ねじ溝1aと共に閉ループ状の転走路を形成している。このような雌ねじ溝2b及び循環路2cは、塑性加工又は自転する刃物をナット2’内で公転させることで形成できる。
FIG. 6 is a cross-sectional view similar to FIG. 3 according to a modification of the present embodiment. In this modification, instead of eliminating the top, the
循環路2cの形状は、上述したコマ4の循環溝4cの形状と同様である。即ち、循環溝2cは、溝底2dと、それに接続する一対の側面2eとを有しているが、両側面2eは、溝底2dから離れる方向(雄ねじ溝1aに近づく方向)に向かうにつれて互いに対して開くような斜面となっている。本変形例によれば、図3の実施の形態と同様な寸法関係を有することにより、循環溝2cを通過するボール3は、循環溝2cの中心近傍を通るので蛇行を効果的に抑えることができ、ボール詰まりを抑制することができる。又、上述した実施の形態と同様な理由により、転走路と循環溝2cとの間をボール3が乗り移るときに生じる騒音や振動を抑えて円滑な動作を確保できる。
The shape of the
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。尚、コマは、金属を素材とする場合、焼結加工や鍛造加工によって形成されると好ましく、樹脂を素材とする場合には、射出成形によって形成されると好ましいが、素材や製法がこれらに限られることはない。 The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate. The coma is preferably formed by sintering or forging when a metal is used as a raw material, and preferably formed by injection molding when a resin is used as a raw material. There is no limit.
1 ねじ軸
2 ナット
3 ボール
4 コマ
1
Claims (3)
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
前記ナットの取り付け孔内に挿入され、前記転走路の一端から他端へと循環する前記ボールが転動するための循環溝を備えたコマと、を有し、
前記循環溝を通過するボールの進行方向に沿った軸線に対して直交する方向に前記コマを切断した切断面をとったとき、前記循環溝の側面の少なくとも一方は、その溝底から離れる方向に向かうにつれて側面の他方に対して開くような斜面を有することを特徴とするボールねじ機構。 A screw shaft having a male screw groove formed on the outer peripheral surface;
A nut disposed so as to surround the screw shaft and having an internal thread formed on an inner peripheral surface thereof;
A plurality of balls arranged to freely roll along a rolling path formed between opposing screw grooves;
A piece that is inserted into the mounting hole of the nut and has a circulation groove for rolling the ball that circulates from one end to the other end of the rolling path, and
When taking a cut surface obtained by cutting the piece in a direction perpendicular to the axis along the traveling direction of the ball passing through the circulation groove, at least one of the side surfaces of the circulation groove is in a direction away from the groove bottom. A ball screw mechanism characterized by having a slope that opens toward the other side as it goes.
前記ねじ軸を包囲するように配置され、内周面に雌ねじ溝と、前記雌ねじ溝の両端を連結する循環路とを形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、を有し、
前記循環溝を通過するボールの進行方向に沿った軸線に対して直交する方向に前記ナットを切断した切断面をとったとき、前記循環溝の側面の少なくとも一方は、その溝底から離れる方向に向かうにつれて側面の他方に対して開くような斜面を有することを特徴とするボールねじ機構。 A screw shaft having a male screw groove formed on the outer peripheral surface;
A nut that is disposed so as to surround the screw shaft, and has a female screw groove formed on an inner peripheral surface thereof, and a circulation path that connects both ends of the female screw groove;
A plurality of balls arranged to roll along a rolling path formed between both opposing screw grooves, and
When taking a cut surface obtained by cutting the nut in a direction perpendicular to the axis along the traveling direction of the ball passing through the circulation groove, at least one of the side surfaces of the circulation groove is in a direction away from the groove bottom. A ball screw mechanism characterized by having a slope that opens toward the other side as it goes.
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