JP2009024720A - Ball screw - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はボールねじに関する。 The present invention relates to a ball screw.
転がり直動装置の一種であるボールねじは、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝との間に形成された螺旋状のボール転動路に複数のボールが装填されて構成されており、ボールの転動を介してねじ軸とナットとの間で動力の伝達を行うものである。このようなボールねじにおいては、ボールは回転方向の力と軸方向の力との合成力を受けて滑りを伴いながら転動するため、ボールと両ねじ溝の表面との接触部では転がり摩擦と滑り摩擦とが同時に発生することとなる。
そのため、ボールねじの内部にはグリース,固体潤滑剤等の潤滑剤が配されており、潤滑剤でボールと両ねじ溝の表面との間の摩擦係数を低減させて、ボールねじの低騒音性や耐久性を向上させている。ただし、近年においては、生産性の向上等の目的のためボールねじの高速運転化が進んでいるため、それに伴ってボールねじの低騒音化の要求が一層厳しくなっている。
A ball screw, which is a type of rolling linear motion device, is configured by loading a plurality of balls into a spiral ball rolling path formed between a screw groove of a screw shaft and a screw groove of a nut. The power is transmitted between the screw shaft and the nut through the rolling. In such a ball screw, since the ball rolls with sliding due to the combined force of the rotational force and the axial force, rolling friction is caused at the contact portion between the ball and the surface of both screw grooves. Sliding friction will occur at the same time.
For this reason, grease such as grease and solid lubricant is placed inside the ball screw, which reduces the coefficient of friction between the ball and the surface of both screw grooves and reduces the noise of the ball screw. And improve durability. However, in recent years, ball screws have been operating at higher speeds for the purpose of improving productivity, etc., and accordingly, the demand for lower noise of ball screws has become more severe.
ボールねじにおいては、転動体であるボールには超仕上げ加工が施されているものの、ねじ溝には研削加工が施されるのみで、その後に超仕上げのような仕上げ加工が施されることはなかった。そのため、ねじ溝の表面の平滑さは十分とは言えず、厳しい低騒音化の要求に応えることは容易ではなかった。
特許文献1には、作動時の低騒音化のための防音装置を備えたボールねじが開示されている。すなわち、全体が緩衝防音材で形成されたチューブ押さえ部材でボール戻しチューブを覆うことにより、ボールねじの作動時に生じる音や振動を低減している。
Patent Document 1 discloses a ball screw provided with a soundproofing device for reducing noise during operation. That is, by covering the ball return tube with a tube pressing member formed entirely of a buffer soundproofing material, noise and vibration generated when the ball screw is operated are reduced.
しかしながら、特許文献1のように防音装置を設けて低騒音化するという方法は、防音装置の分だけボールねじが大型化するとともに製造コストがアップするという問題点を有していた。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、作動時の騒音が小さく安価なボールねじを提供することを課題とする。
However, the method of reducing the noise by providing a soundproofing device as in Patent Document 1 has a problem that the ball screw is increased in size and the manufacturing cost is increased by the amount of the soundproofing device.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a ball screw that solves the problems of the prior art as described above and that has low noise during operation and is inexpensive.
前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、本発明に係る請求項1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するナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数のボールと、を備えるボールねじにおいて、前記両ねじ溝の少なくとも一方は、研削加工が施された後に、平均粒径200μm以下の略球状のガラス粒子を投射することによりショットピーニングが施されており、表面粗さRaが0.15μm以下とされていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention has the following configuration. That is, the ball screw according to claim 1 of the present invention includes a screw shaft having a helical screw groove on the outer peripheral surface, a nut having a screw groove facing the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface, A ball screw comprising a plurality of balls rotatably arranged between screw grooves, and at least one of the two screw grooves is substantially spherical glass having an average particle diameter of 200 μm or less after being ground. Shot peening is performed by projecting particles, and the surface roughness Ra is 0.15 μm or less.
このような構成であれば、前記ショットピーニングによりねじ溝の表面が平滑化されているため、作動時の騒音が小さい。また、ショットピーニングは汎用性が高く、ねじ溝の表面の仕上げ加工を容易且つ短時間で行うことができるので、ボールねじの製造コストが大きくアップすることがない。よって、本発明のボールねじは安価である。
なお、ガラス粒子の平均粒径が200μm超過であると、ガラス粒子を投射した後のねじ溝の表面粗さが過大となるので、ねじ溝の表面の仕上げが不十分となる。また、ガラス粒子の形状が、滑らかな曲面である球状や略球状ではなく角部を持った形状であると、ガラス粒子を投射した後のねじ溝の表面粗さが過大となるおそれがある。
With such a configuration, since the surface of the thread groove is smoothed by the shot peening, noise during operation is small. In addition, shot peening is highly versatile, and the finishing process of the surface of the thread groove can be performed easily and in a short time, so that the manufacturing cost of the ball screw is not greatly increased. Therefore, the ball screw of the present invention is inexpensive.
If the average particle diameter of the glass particles exceeds 200 μm, the surface roughness of the screw groove after projecting the glass particles becomes excessive, and the surface finish of the screw groove becomes insufficient. Moreover, when the shape of the glass particles is a spherical shape that is a smooth curved surface or a shape having a corner instead of a spherical shape, the surface roughness of the thread groove after projecting the glass particles may be excessive.
本発明のボールねじは、作動時の騒音が小さく安価である。 The ball screw of the present invention has a low noise during operation and is inexpensive.
本発明に係るボールねじの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態であるボールねじの平面図であり、図2は図1のボールねじのA−A断面図である。
図1,2に示すように、ボールねじ1は、螺旋状のねじ溝3aを外周面に有するねじ軸3と、ねじ軸3のねじ溝3aに対向する螺旋状のねじ溝5aを内周面に有するナット5と、両ねじ溝3a,5aにより形成される螺旋状のボール転動路7に転動自在に装填された複数のボール9と、を備えている。そして、ボール9を介してねじ軸3に螺合されているナット5とねじ軸3とを相対回転運動させると、ボール9の転動を介してねじ軸3とナット5とが軸方向に相対直線移動するようになっている。なお、ねじ溝3a,5a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。
Embodiments of a ball screw according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a ball screw according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the ball screw of FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the ball screw 1 includes a screw shaft 3 having a
ナット5の外周面の一部は平坦に削られていて、軸方向に平行な平面部13が形成されている。そして、ボール転動路7の始点と終点とを連通させて無端状のボール循環路を形成する略コ字状に屈曲したリターンチューブ15が、チューブ押え17によって平面部13に固定されている。すなわち、ナット5には、平面部13に開口しナット5のねじ溝5aと連通する一対の貫通孔が設けられていて、リターンチューブ15の両端部がこの両貫通孔に平面部13側から挿入されている。そして、貫通孔の外に位置するリターンチューブ15の中央部分が、平面部13上に配されている。
A part of the outer peripheral surface of the
ボール転動路7内を転動するボール9は、このリターンチューブ15を通って循環されるようになっている。すなわち、ボール9はボール転動路7内を移動しねじ軸3の回りを複数回回ってから、ボール転動路7の終点(リターンチューブ15とボール転動路7との交点)において、リターンチューブ15の一方の端部(開口部)からリターンチューブ15内にすくい上げられる。すくい上げられたボール9は、リターンチューブ15の中を通って、リターンチューブ15の他方の端部(開口部)からボール転動路7の始点に戻される。このように、ボール転動路7内を転動するボール9が、ボール転動路7の始点と終点とを連通させるリターンチューブ15により無限に循環されるようになっているので、ねじ軸3とナット5とは継続的に相対直線移動することができる。
The
このボールねじ1の両ねじ溝3a,5aには、研削加工が施された後に、平均粒径200μm以下の略球状のガラス粒子を投射することによりショットピーニングが施されており、表面粗さRaが0.15μm以下とされている。このように両ねじ溝3a,5aに仕上げ加工が施されていて表面が平滑化されているため、ボールねじ1は作動時の騒音が小さい。また、ショットピーニングは汎用性が高く、ねじ溝3a,5aの表面の仕上げ加工を容易且つ短時間で行うことができるので、ボールねじ1の製造コストが大きくアップすることがない。よって、このボールねじ1は安価である。
Both the
ガラス粒子の投射には、汎用のショットピーニング装置を用いることができ、噴射圧力は0.196〜0.588MPa、噴射時間は10〜20minが好ましい。なお、このようなショットピーニングが施されることにより、ねじ溝3a,5aには−1200MPa以上−900MPa以下の表面残留応力が付与されており、それによりボールねじ1の耐久性が向上する。
A general-purpose shot peening apparatus can be used for projecting the glass particles, and the injection pressure is preferably 0.196 to 0.588 MPa and the injection time is preferably 10 to 20 min. By performing such shot peening, a surface residual stress of −1200 MPa or more and −900 MPa or less is applied to the
なお、図2に示すように、隣接するボール9の間にリテーニングピース21を介在させてもよい。このリテーニングピース21は、ボール9の転動面に対面する2つの凹面を有し、ボール9同士の直接接触を防止するためのものであって、夫々のボール9間に介装されている。リテーニングピース21は、例えば、それ自体に潤滑作用を有するポリアミドやフッ素樹脂、あるいは潤滑油を含浸させたポリエチレン等からなり、両端にボール9の半径よりも大きい曲率半径の凹球面が形成された円盤状である。
凹球面の形状は、球面形状に限定されるものではなく、2個の円弧を中間部で交差させて形成される、所謂ゴシックアーチ形の凹面でもよいし、円錐形状の凹面であってもよい。また、凹面に貫通穴を設けたり、該貫通穴内に潤滑剤を保持させてボール9との接触抵抗を低減させるようにしてもよい。
As shown in FIG. 2, a
The shape of the concave spherical surface is not limited to the spherical shape, and may be a so-called Gothic arch-shaped concave surface formed by intersecting two arcs at an intermediate portion or a conical concave surface. . Further, a through hole may be provided on the concave surface, or a lubricant may be held in the through hole to reduce the contact resistance with the
〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。前述したボールねじ1とほぼ同様の構成を有する日本精工株式会社製のボールねじを、騒音測定装置に装着して、回転速度4000rpmで回転させ、発生する騒音をねじ軸の軸心から400mm離れた位置で測定した。
このボールねじの仕様は、以下の通りである。
・ねじ軸の直径:20mm
・リード :10mm
・ボールの直径:3.969mm
・回路数 :2.5巻×1列
・保持ピース :なし
〔Example〕
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. A ball screw manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd. having the same configuration as the above-described ball screw 1 is mounted on a noise measuring device and rotated at a rotational speed of 4000 rpm, and the generated noise is separated from the axis of the screw shaft by 400 mm. Measured in position.
The specifications of this ball screw are as follows.
-Screw shaft diameter: 20mm
・ Lead: 10mm
-Ball diameter: 3.969 mm
-Number of circuits: 2.5 windings x 1 row-Holding piece: None
騒音測定試験に供した実施例1〜5及び比較例1,2のボールねじは、ねじ軸及びナットのねじ溝の表面粗さがそれぞれ異なっている(表1を参照)。実施例1〜5及び比較例2にはショットピーニングが施されているが、比較例1にはショットピーニングが施されておらず、研削加工のみである。なお、ボールねじの潤滑は、リューベ株式会社製のYS2グリースにより行った。 In the ball screws of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 subjected to the noise measurement test, the surface roughness of the screw shaft and the thread groove of the nut is different (see Table 1). Although shot peening is performed in Examples 1 to 5 and Comparative Example 2, shot peening is not performed in Comparative Example 1, and only grinding is performed. The ball screw was lubricated with YS2 grease manufactured by Lube Co., Ltd.
騒音測定試験の結果を表1に示す。なお、表1の騒音値の数値は、比較例1の騒音値を基準値として、この基準値との差(単位はdBである)で示してある。実施例1〜5は、ショットピーニングによりねじ溝の表面粗さRaが0.15μm以下とされているので、ショットピーニングを施していない比較例1よりも騒音が小さかった。比較例2は、平均粒径200μm超過の略球状のガラス粒子を投射することによりショットピーニングを施したため、ねじ溝の表面粗さRaが0.25μmと大きくなっている。そのため、騒音が大きかった。 The results of the noise measurement test are shown in Table 1. In addition, the numerical value of the noise value of Table 1 is shown by the difference (the unit is dB) from this reference value with the noise value of Comparative Example 1 as the reference value. In Examples 1 to 5, since the surface roughness Ra of the thread groove was 0.15 μm or less by shot peening, the noise was lower than that of Comparative Example 1 in which shot peening was not performed. In Comparative Example 2, since shot peening was performed by projecting substantially spherical glass particles having an average particle size exceeding 200 μm, the surface roughness Ra of the thread groove was as large as 0.25 μm. Therefore, the noise was loud.
1 ボールねじ
3 ねじ軸
3a ねじ溝
5 ナット
5a ねじ溝
7 ボール転動路
9 ボール
1 Ball screw 3
Claims (1)
前記両ねじ溝の少なくとも一方は、研削加工が施された後に、平均粒径200μm以下の略球状のガラス粒子を投射することによりショットピーニングが施されており、表面粗さRaが0.15μm以下とされていることを特徴とするボールねじ。 A screw shaft having a spiral thread groove on the outer peripheral surface, a nut having a screw groove facing the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface, and a plurality of rolls arranged between the screw grooves. A ball screw comprising:
At least one of the two screw grooves is subjected to shot peening by projecting substantially spherical glass particles having an average particle diameter of 200 μm or less after being subjected to grinding, and the surface roughness Ra is 0.15 μm or less. The ball screw characterized by being said.
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JP2014115239A (en) * | 2012-12-12 | 2014-06-26 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Smoothening processor, and control rod driving mechanism using smoothening method for the same |
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