JP2009204141A - Ball screw - Google Patents

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Tsutomu Okubo
努 大久保
Yoshinori Mizumura
美典 水村
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NSK Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ball screw suitable for preventing or restraining abnormal torque increase in a low speed operation, in a two point contact type ball screw. <P>SOLUTION: In this ball screw 1, the contact state between a raceway 7 and each load ball 4 is always brought into two point contact; spacer balls 8 rotating by themselves are interposed between the plurality of load balls 4; and the spacer ball 8 has an outer diameter keeping a distance not smaller than zero from the raceway 7 in a condition receiving a predetermined external load. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、負荷ボールと軌道との接触状態が二点で接触するように構成されたボールねじに係り、低摩擦、低トルク変動を要求される予圧ボールねじ一般に適用することができ、特に、定格荷重はそれほど要求されず、高速性、低発熱性、低トルクが要求される用途に好適なボールねじに関する。   The present invention relates to a ball screw configured such that a contact state between a load ball and a track is in contact at two points, and can be applied to a preloaded ball screw in general that requires low friction and low torque fluctuation. The present invention relates to a ball screw that is suitable for applications that do not require so much rated load and require high speed, low heat generation, and low torque.

ボール転がり要素であるボールねじは、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、ねじ軸およびナットのボール転動溝が対向して形成される軌道内に配置された複数の負荷ボールとを備えて構成されており、その負荷ボールと軌道との接触状態は、三点または四点接触であるものが一般的である。これに対し、同じくボール転がり要素である軸受は、内外輪の軌道と負荷ボールとの接触状態が、予圧状態において通常二点接触である。   A ball screw as a ball rolling element includes a screw shaft having a spiral ball rolling groove on an outer peripheral surface, a nut having a spiral ball rolling groove on an inner peripheral surface, and a ball rolling groove of the screw shaft and the nut. Are configured with a plurality of load balls arranged in a track formed opposite to each other, and the contact state between the load ball and the track is generally a three-point or four-point contact. is there. On the other hand, in a bearing that is also a ball rolling element, the contact state between the raceway of the inner and outer rings and the load ball is usually two-point contact in the preload state.

一般的なボールねじにおいて、その負荷ボールと軌道との接触状態を三点または四点接触形式とする理由は、ボール転動溝への負荷ボールの食い込みを防止するためである。つまり、一般に、ボールねじは、ボール転動溝が螺旋状にねじれていることに起因して、特に低速運転時にトルクの上昇が起こる(以下、「異常トルク上昇」ともいう)という問題がある。この異常トルク上昇は、負荷ボールがボール転動溝に食い込む、「溝−ボール間のつまり」が原因と考えられている。そのため、負荷ボールと軌道との接触状態を三点または四点接触形式とすることによって負荷ボールの支持点を増やし、これにより、食い込みを防止または抑制することを意図しているのである。食い込みによるトルク上昇が、三点目、四点目が接触することによるトルク上昇を上回るということが前提となっている。   In a general ball screw, the reason why the contact state between the load ball and the track is a three-point or four-point contact type is to prevent the load ball from getting into the ball rolling groove. That is, in general, the ball screw has a problem that the torque increases particularly during low-speed operation (hereinafter, also referred to as “abnormal torque increase”) due to the spiral rolling of the ball rolling groove. This abnormal torque increase is considered to be caused by “clogging between the groove and the ball” in which the load ball bites into the ball rolling groove. Therefore, the contact state between the load ball and the track is a three-point or four-point contact type to increase the support point of the load ball, thereby preventing or suppressing biting. It is assumed that the torque increase due to the bite exceeds the torque increase due to contact of the third and fourth points.

しかし、三点または四点接触形式のボールねじにおいては、軌道に対して負荷ボールを三点または四点で支持するので、三点目や四点目でのすべり成分が存在してしまう。そのため、予圧荷重を大きくした場合には、そのすべり成分に起因して摩擦による発熱や摩耗が問題となる。これに対し、二点接触形式のボールねじとすれば、三点目や四点目でのすべり成分が存在しないことから、予圧荷重を大きくした場合でも、摩擦による発熱や摩耗が三点または四点接触形式のものに比べて有利である。
例えば特許文献1に記載の技術では、ボール転動溝にゴシックアーク溝を採用しつつ、軌道とボールとの軸方向隙間を所定に管理する等により、二点接触形式の特性を最大限に発揮しうる条件を備えたボールねじを、安定した品質で提供することを可能としている。
However, in the three-point or four-point contact type ball screw, the load ball is supported at the three or four points with respect to the track, so that a slip component at the third or fourth point exists. Therefore, when the preload is increased, heat generation and wear due to friction become a problem due to the slip component. On the other hand, in the case of a ball screw of the two-point contact type, there is no slip component at the third and fourth points, so even if the preload is increased, heat generation and wear due to friction are three or four. This is advantageous compared to the point contact type.
For example, the technique described in Patent Document 1 maximizes the characteristics of the two-point contact type by using a gothic arc groove as the ball rolling groove and managing the axial clearance between the track and the ball in a predetermined manner. This makes it possible to provide a ball screw having a possible condition with stable quality.

同文献記載の構成を採用すると、二点接触形式のボールねじにおいて、精度良く二点接触の状態を実現できる。これにより、二点接触形式のボールねじとすることで、三点目や四点目でのすべり成分が存在しないことから、予圧荷重を大きくした場合でも、摩擦による発熱や摩耗が三点または四点接触形式のものに比べて抑制することが可能となる。また、例えば高速運転(軸径φ30mm程度で、50rpm以上)に於いて、三点ないし四点接触状態の通常予圧のボールねじに比べて低トルクが実現できる。
特開2004−257466号公報
By adopting the configuration described in this document, a two-point contact state can be realized with high accuracy in a two-point contact type ball screw. As a result, since the ball screw of the two-point contact type does not have a slip component at the third or fourth point, even if the preload is increased, the heat generation and wear due to friction are three or four. It becomes possible to suppress compared with the point contact type. Further, for example, in high-speed operation (shaft diameter of about 30 mm, 50 rpm or more), a low torque can be realized as compared with a normal preload ball screw in a three-point or four-point contact state.
JP 2004-257466 A

ところで、本願発明者らは、二点接触形式のボールねじにおいて種々の要素試験を行ったところ、特に低速で起こる異常トルク上昇は、ボールの転動溝への食い込みによるものではなく、三点目、四点目の接触点に拘束されることがないため、ボールが不安定となることにより、隣り合う負荷ボール同士と競り合い易くなることが主要因であることを見いだした。スペーサボールは、負荷ボールのそれとは逆方向に自転することにより、ボール間での滑りを緩和する。   By the way, the inventors of the present application conducted various element tests on the ball screw of the two-point contact type, and the abnormal torque increase that occurs particularly at low speed is not due to the biting into the rolling groove of the ball, but the third point. Since the ball is not restrained by the fourth contact point, it has been found that the main factor is that the ball becomes unstable and it is easy to compete with the adjacent load balls. The spacer balls relieve slippage between the balls by rotating in the direction opposite to that of the load balls.

また、二点接触形式のボールねじは、ボール転動溝と負荷ボールとの間の摩擦が三点ないし四点接触状態に比べて小さい。このため、二点接触形式のボールねじでは、ボール4同士の競り合いによる摩擦変動が相対的に目立ってしまう。特に、作動特性が要求される用途のボールねじは鋼球径の小さいものが多い。そのため、回路内の負荷ボールの数が多くなるとともに、作動特性が要求されるものでは予圧荷重も比較的に小さいので、負荷ボールが予圧荷重によって圧縮されることによるトルク増加も小さくなる。   In the two-point contact type ball screw, the friction between the ball rolling groove and the load ball is smaller than that in the three-point or four-point contact state. For this reason, in the two-point contact type ball screw, the frictional fluctuation due to the competition between the balls 4 is relatively conspicuous. In particular, many ball screws for applications requiring operating characteristics have a small steel ball diameter. For this reason, the number of load balls in the circuit is increased, and the preload is relatively small when the operation characteristics are required, so that the torque increase due to the load ball being compressed by the preload is also reduced.

また、負荷ボール同士の競り合いによる摩擦は、ボールねじの使用状況(例えば速度やストローク等)によって変化する。そのため、負荷ボール同士の競り合いによる摩擦変動はその予測が難しく、二点接触形式のボールねじでは、隣り合う負荷ボール同士の競り合いが、ボールねじを安定して駆動するための障害となる。
ここで、隣り合う負荷ボール同士の競り合いを防止するためには、上記特許文献1にも記載のように、隣り合う負荷ボール間にスペーサ(保持ピース)を介装することが考えられる。
Further, the friction caused by the competition between the load balls varies depending on the use state (for example, speed, stroke, etc.) of the ball screw. For this reason, it is difficult to predict the frictional fluctuation due to the competition between the load balls, and in the two-point contact type ball screw, the competition between the adjacent load balls becomes an obstacle for driving the ball screw stably.
Here, in order to prevent competition between adjacent load balls, it is conceivable that a spacer (holding piece) is interposed between adjacent load balls as described in Patent Document 1.

しかしながら、ボールねじの負荷ボール数は、例えばボール転がり要素である軸受でのそれと比較して非常に多い。また、通常のスペーサ(保持ピース)を介装する場合はスペーサ自身が自転するものではない。また、スペーサが脱落しないように保持するために、ある程度回路内に隙間なく負荷ボールおよびスペーサを挿入しなければならないので、特に作動特性が必要とされる、鋼球径が小さい負荷ボールを有するボールねじにおいては、負荷ボールとスペーサとの競り合いによるトルク上昇の影響が大きくなり、トルクの異常上昇などを完全に抑えることが難しかった。
そこで、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って、二点接触形式のボールねじにおいて、低速運転時の異常トルク上昇を防止または抑制するのに好適なボールねじを提供することを目的としている。
However, the number of loaded balls of the ball screw is very large, for example, compared with that of a bearing that is a ball rolling element. Further, when a normal spacer (holding piece) is interposed, the spacer itself does not rotate. Also, in order to keep the spacer from falling off, it is necessary to insert the load ball and the spacer without any gaps in the circuit to some extent, so that a ball having a load ball with a small steel ball diameter that requires particularly operating characteristics. In the screw, the influence of the torque increase due to the competition between the load ball and the spacer is increased, and it is difficult to completely suppress the abnormal increase in torque.
Accordingly, the present invention has been made paying attention to such problems, and in a two-point contact type ball screw, a ball screw suitable for preventing or suppressing an increase in abnormal torque during low-speed operation is provided. It is intended to provide.

上記課題を解決するために、本願発明者らは、実験を重ねて検討したところ、二点接触形式のボールねじにおいて、隣接する負荷ボール同士の間に、所定のスペーサボールを介装すると、他の三点ないし四点接触タイプのボールねじにスペーサボールを適用した場合比べ、特に優れたトルク特性を実現できることを見いだした。
すなわち、本発明は、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、前記ねじ軸のボール転動溝および前記ナットのボール転動溝が対向して形成される軌道内に配置された複数の負荷ボールと、を備えたボールねじにおいて、前記軌道と前記負荷ボールとの接触状態が常に二点接触になっているとともに、前記複数の負荷ボール同士の間に負荷ボールと反対方向に自転可能なスペーサボールが介装されており、前記負荷ボールが所定の外部負荷を受ける条件下で、当該スペーサボールは、前記軌道との隙間ゼロ以上を維持する外径を有することを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have conducted an experiment and studied. In a two-point contact type ball screw, when a predetermined spacer ball is interposed between adjacent load balls, the other It has been found that particularly excellent torque characteristics can be realized compared to the case where spacer balls are applied to the three-point or four-point contact type ball screws.
That is, the present invention provides a screw shaft having a spiral ball rolling groove on the outer peripheral surface, a nut having a spiral ball rolling groove on the inner peripheral surface, a ball rolling groove of the screw shaft, and the nut. In a ball screw comprising a plurality of load balls arranged in a raceway formed with opposing ball rolling grooves, the contact state between the raceway and the load ball is always a two-point contact. In addition, a spacer ball capable of rotating in the opposite direction to the load ball is interposed between the plurality of load balls, and under the condition that the load ball receives a predetermined external load, the spacer ball It is characterized by having an outer diameter that maintains a gap of zero or more.

本発明に係るボールねじによれば、軌道と負荷ボールとの接触状態が常に二点接触になっているので、三点目や四点目でのすべり成分が存在しないことから、予圧荷重を大きくした場合でも、摩擦による発熱や摩耗が三点または四点接触形式のものに比べて有利である。
そして、複数の負荷ボール同士の間に自転可能なスペーサボールが介装されており、このスペーサボールは、無負荷または動定格荷重の1/10以下の荷重で前記軌道との隙間を維持する外径を有するものなので、後述する種々の要素試験の結果からも明らかにするように、低速運転時の異常トルク上昇を防止または抑制することができる。
According to the ball screw of the present invention, since the contact state between the track and the load ball is always a two-point contact, there is no slip component at the third point or the fourth point. Even in this case, heat generation and wear due to friction are more advantageous than those of the three-point or four-point contact type.
In addition, a spacer ball capable of rotating is interposed between a plurality of load balls, and this spacer ball is an outer surface that maintains a clearance from the track with no load or 1/10 or less of the dynamic load rating. Since it has a diameter, as will be apparent from the results of various element tests described later, it is possible to prevent or suppress an increase in abnormal torque during low-speed operation.

ここで、本発明に係るボールねじにおいて、前記スペーサボールと前記負荷ボールとの比率は、スペーサボールの数をS、負荷ボールの数をFとするとき、比率S/Fが、0.5≦S/F≦1の範囲であることは好ましい。このような構成であれば、低速運転時の異常トルク上昇を防止または抑制する上でより好適である。
また、本発明に係るボールねじにおいて、前記軌道と前記負荷ボールとの間に予圧を付加する予圧方式は、ダブルナット間座予圧方式、オフセットリード予圧方式、または条間オフセットリード予圧方式であることは好ましい。このような構成であれば、軌道と負荷ボールとの接触状態が常に二点接触になるように予圧を付加するための予圧方式として好適である。
Here, in the ball screw according to the present invention, the ratio of the spacer balls to the load balls is such that when the number of spacer balls is S and the number of load balls is F, the ratio S / F is 0.5 ≦ It is preferable that S / F ≦ 1. Such a configuration is more preferable for preventing or suppressing an increase in abnormal torque during low-speed operation.
In the ball screw according to the present invention, the preloading method for applying a preload between the raceway and the load ball is a double nut spacer preloading method, an offset lead preloading method, or an interstitial offset lead preloading method. Is preferred. Such a configuration is suitable as a preloading method for applying a preload so that the contact state between the track and the load ball is always a two-point contact.

また、本発明に係るボールねじにおいて、前記スペーサボールを含むボール充填率が98%以下であることは好ましい。このような構成であれば、低速運転時の異常トルク上昇を防止または抑制する上で好適である。
また、本発明に係るボールねじにおいて、前記スペーサボールは樹脂製であることが好ましく、前記スペーサボールが樹脂製である場合に、前記樹脂がポリアセタール樹脂であることは好ましい。このような構成であれば、低速運転時の異常トルク上昇を好適に防止または抑制するためのスペーサボールとして好適である。
In the ball screw according to the present invention, it is preferable that a ball filling rate including the spacer balls is 98% or less. Such a configuration is suitable for preventing or suppressing an increase in abnormal torque during low-speed operation.
In the ball screw according to the present invention, the spacer ball is preferably made of a resin, and when the spacer ball is made of a resin, the resin is preferably a polyacetal resin. Such a configuration is suitable as a spacer ball for suitably preventing or suppressing an increase in abnormal torque during low-speed operation.

上述のように、本発明によれば、二点接触形式のボールねじにおいて、低速運転時の異常トルク上昇を防止または抑制するのに好適なボールねじを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a ball screw suitable for preventing or suppressing an increase in abnormal torque during low-speed operation in a two-point contact type ball screw.

以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態であるボールねじの構成を、一部を断面にて示す平面図であり、同図では、ナットを、ナットの軸方向の中心を含む平面で破断して示している。また、図2は、図1に示すボールねじに予圧を付加している状態における、軌道と負荷ボールとの関係を説明する図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a plan view showing a part of a configuration of a ball screw according to an embodiment of the present invention in a cross section. In FIG. 1, the nut is broken along a plane including the axial center of the nut. Show. FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the track and the load ball in a state where a preload is applied to the ball screw shown in FIG.

図1に示すように、このボールねじ1は、螺旋状のボール転動溝5を外周面に有するねじ軸2と、ねじ軸2のボール転動溝5に対向する螺旋状のボール転動溝6を内周面に有し、ねじ軸2に螺合される円筒状のナット3と、ねじ軸2のボール転動溝5とナット3のボール転動溝6とで形成される軌道7に転動自在に装填された複数の負荷ボールであるボール4と、を備えている。そして、複数のボール4を介してねじ軸2に螺合されているナット3と、ねじ軸2とが、ボール4の転動を介して軸方向に相対移動するようになっている。   As shown in FIG. 1, this ball screw 1 includes a screw shaft 2 having a spiral ball rolling groove 5 on the outer peripheral surface, and a spiral ball rolling groove facing the ball rolling groove 5 of the screw shaft 2. 6 on the inner peripheral surface, and on a raceway 7 formed by a cylindrical nut 3 screwed to the screw shaft 2, a ball rolling groove 5 of the screw shaft 2 and a ball rolling groove 6 of the nut 3. And a plurality of load balls 4 that are movably loaded. Then, the nut 3 screwed into the screw shaft 2 via the plurality of balls 4 and the screw shaft 2 are relatively moved in the axial direction via the rolling of the balls 4.

ここで、前記複数のボール4同士の間には、樹脂製のスペーサボール8が自転可能に介装されており、このスペーサボール8によってボール4同士の競り合いが抑制され、これにより、作動性の悪化が防止されるとともにボール4の摩擦や損傷が低減されている。
詳しくは、このスペーサボール8として、本実施形態では、動定格荷重の1/10以下の荷重(負荷ボール4に作用する予圧以外の負荷。以下、「外部負荷」と称する。)で前記軌道7との隙間をゼロ(零)以上に維持する外径(すなわち、スペーサボール8が、このような負荷条件下で負荷を受け持つことがない大きさの外径)のものを用いている。
Here, a spacer ball 8 made of resin is interposed between the plurality of balls 4 so as to be able to rotate, and the competition between the balls 4 is suppressed by the spacer ball 8, thereby improving the operability. Deterioration is prevented and friction and damage of the ball 4 are reduced.
Specifically, as the spacer ball 8, in the present embodiment, the track 7 is a load of 1/10 or less of the dynamic load rating (a load other than the preload acting on the load ball 4; hereinafter referred to as "external load"). The outer diameter is maintained to be zero (zero) or more (that is, the outer diameter is such that the spacer ball 8 does not bear the load under such load conditions).

ボールねじ1に作用する外部負荷は、そのボールねじの動定格荷重の1/10に比べると十分小さな値となるように設計するのが普通である。したがって、動定格荷重の1/10の外部負荷が作用したときに軌道7との隙間をゼロ(零)以上に維持できる大きさ(以下、「動定格荷重の1/10の外部負荷に対応する径」と称する。)をスペーサボール8の外径として設定すれば実用上問題ない。   In general, the external load acting on the ball screw 1 is designed to be a sufficiently small value as compared with 1/10 of the dynamic load rating of the ball screw. Accordingly, when an external load that is 1/10 of the dynamic load rating is applied, the clearance with the track 7 can be maintained at zero (zero) or more (hereinafter, “corresponding to an external load of 1/10 of the dynamic load rating”). If it is set as the outer diameter of the spacer ball 8, there is no practical problem.

ただし、スペーサボール8の外径の大きさは、これに限定されるものではなく、ボールねじの使用条件に応じて所定の大きさを選択できる。例えば、実質的に外部負荷の大きさが無視しうる小ささである場合は、無負荷(すなわち負荷ボール4に外部負荷が作用せず、予圧のみが作用している状態)で、スペーサボール8と軌道7との隙間がゼロにほぼ等しくなるような外径であればよい。すなわち、スペーサボール8の最大径は、スペーサボール8が軌道7との間で荷重を受けることにより、負荷ボール4と反対方向の自転が不能になることがない大きさであればよい。   However, the size of the outer diameter of the spacer ball 8 is not limited to this, and a predetermined size can be selected according to the use condition of the ball screw. For example, when the external load is substantially negligible, the spacer ball 8 is not loaded (ie, the external load is not applied to the load ball 4 and only the preload is applied). And the outer diameter of the track 7 may be any diameter that is substantially equal to zero. That is, the maximum diameter of the spacer ball 8 may be a size that does not prevent rotation of the spacer ball 8 in the direction opposite to the load ball 4 when the spacer ball 8 receives a load between the spacer ball 8 and the track 7.

さらに、動定格荷重の1/10の外部負荷が作用したときに軌道7との隙間をゼロ以上に維持できる大きさよりも小さい外径を選ぶこともできる。スペーサボール8の外径が動定格荷重の1/10の外部負荷に対応する径よりも小さい場合であっても、軌道7との隙間が大きすぎることによる不具合が生じない範囲内であればよい。例えば、スペーサボール8と軌道7との隙間が大きすぎることにより、負荷溝(螺旋溝)内または循環経路内でボールが千鳥状態となり、ボールが進行方向に進むのに障害となるようなことがなければよい。具体的には、負荷ボール4の寸法公差を考慮し、スペーサボール8の外径が、負荷ボール4の設計寸法に対し、−30μm程度の大きさでも問題ないことを確認した。   Furthermore, it is possible to select an outer diameter smaller than a size that can maintain the clearance with the track 7 at zero or more when an external load of 1/10 of the dynamic load rating is applied. Even when the outer diameter of the spacer ball 8 is smaller than the diameter corresponding to an external load that is 1/10 of the dynamic load rating, it may be within a range in which there is no problem due to an excessively large gap with the track 7. . For example, if the gap between the spacer ball 8 and the track 7 is too large, the ball may become staggered in the load groove (spiral groove) or in the circulation path, which may hinder the ball from moving in the traveling direction. If there is no. Specifically, considering the dimensional tolerance of the load ball 4, it was confirmed that there is no problem even if the outer diameter of the spacer ball 8 is about −30 μm relative to the design size of the load ball 4.

したがって、無負荷(すなわち負荷ボール4に外部負荷が作用せず、予圧のみが作用している状態)で、スペーサボール8と軌道7との隙間がゼロにほぼ等しくなるような外径がスペーサボール8の外径として設定しうる最大径である。スペーサボール8の外径は、この最大径と、負荷ボール4の設計寸法に対し−30μmに相当する径との間の値を、外部負荷の大きさ等、実際の使用条件に即して選択できる。   Accordingly, the outer diameter of the spacer ball 8 is such that the gap between the spacer ball 8 and the track 7 is substantially equal to zero when there is no load (that is, no external load is applied to the load ball 4 and only preload is applied). 8 is the maximum diameter that can be set as the outer diameter. For the outer diameter of the spacer ball 8, a value between this maximum diameter and a diameter corresponding to −30 μm with respect to the design dimension of the load ball 4 is selected in accordance with the actual use conditions such as the size of the external load. it can.

また、本発明に係るスペーサボールの樹脂としては、ポリアセタール樹脂(POM)等のエンジニアリングプラスチックを好適に用いることができるが、本実施形態では、このスペーサボール8として、デルリン(商標登録)製のスペーサボールを介装している。さらに、本発明に係るボールねじにおいて、一回路内でのスペーサボール8とボール4との比率は、スペーサボール8の数をS、ボール4の数をFとするとき、比率S/Fが、0.5≦S/F≦1の範囲が好ましく、また、ボール循環経路全長に対するボール充填率が98%以下であることが望ましい。そのため、本実施形態では、スペーサボール8とボール4との比率S/Fは、「1」としており、また、ボール循環経路全長に対するボール充填率は94%とした。   In addition, as the spacer ball resin according to the present invention, an engineering plastic such as polyacetal resin (POM) can be suitably used. In this embodiment, the spacer ball 8 is a spacer made of Delrin (trademark registered). A ball is interposed. Furthermore, in the ball screw according to the present invention, the ratio between the spacer balls 8 and the balls 4 in one circuit is such that the ratio S / F is S when the number of spacer balls 8 is S and the number of balls 4 is F. The range of 0.5 ≦ S / F ≦ 1 is preferable, and the ball filling rate with respect to the total length of the ball circulation path is desirably 98% or less. Therefore, in this embodiment, the ratio S / F between the spacer balls 8 and the balls 4 is “1”, and the ball filling rate with respect to the total length of the ball circulation path is 94%.

そして、このボールねじ1は、ナット3の軸方向一端には、ナット3をテーブル等に固定するためのフランジ22が設けてある。このフランジ22とねじ軸2との間、および、ナット3の軸方向他端部とねじ軸2との間は、防塵用シール10で塞がれている。
ナット3の外周面には切欠部21が形成され、この切欠部21に略コ字状に屈曲したチューブからなる循環通路9が配置されている。この循環通路9は、循環通路押え81で切欠部21に固定されている。この循環通路9の両端は、ナット3を貫通して軌道7に至り、軌道7内を転動するボール4が循環通路9を通って循環するという「回路」が構成されている。
The ball screw 1 is provided with a flange 22 at one end in the axial direction of the nut 3 for fixing the nut 3 to a table or the like. Between the flange 22 and the screw shaft 2 and between the other axial end of the nut 3 and the screw shaft 2 are closed by a dustproof seal 10.
A cutout portion 21 is formed on the outer peripheral surface of the nut 3, and a circulation passage 9 made of a tube bent in a substantially U shape is disposed in the cutout portion 21. The circulation passage 9 is fixed to the notch 21 with a circulation passage presser 81. Both ends of the circulation passage 9 constitute a “circuit” in which the nut 4 passes through the nut 3 to the track 7, and the balls 4 rolling in the track 7 circulate through the circulation passage 9.

つまり、このボールねじ1は、上記「回路」により、ボール4が軌道7内を移動し、ねじ軸2の回りを複数回回ってから、軌道7の一端(循環通路9の端部と軌道7との交点)において循環通路9の一方の端部(開口部)を掬い上げ部(ボール転動溝5、6から循環通路9へとボール4を掬う点、つまり、負荷圏から非負荷圏へと移行する点)として、その掬い上げ部から循環通路9内に掬い上げられ、掬い上げられたボール4は、循環通路9の中を通って、循環通路9の他方の端部(開口部)をボール戻し部(循環通路9からボール転動溝5、6へとボール4を戻す点、つまり、非負荷圏から負荷圏へと移行する点)として、そのボール戻し部から軌道7の他端に戻される。なお、循環通路9は、第1ナット31及び第2ナット32にそれぞれ1個ずつ軸方向に並べて配設されており、合計2個が設けられている。   In other words, the ball screw 1 is moved by the above “circuit” so that the ball 4 moves in the track 7 and rotates around the screw shaft 2 a plurality of times before one end of the track 7 (the end of the circulation passage 9 and the track 7). At one end (opening) of the circulation passage 9 at a point where the ball 4 is picked up from the ball rolling grooves 5 and 6 to the circulation passage 9, that is, from the load zone to the non-load zone. As a transition point), the scooped-up ball 4 is scooped up into the circulation passage 9, and the scooped ball 4 passes through the circulation passage 9 to the other end (opening portion) of the circulation passage 9. As the ball return portion (the point at which the ball 4 is returned from the circulation passage 9 to the ball rolling grooves 5, 6, that is, the point at which transition from the non-load zone to the load zone) is made from the ball return portion to the other end of the track 7. Returned to Note that one circulation passage 9 is arranged in the axial direction for each of the first nut 31 and the second nut 32, and two circulation passages are provided in total.

ここで、ナット3は、ダブルナットタイプを使用し、予圧を付加している。詳しくは、ナット3は、軸方向に並べられた第1ナット31及び第2ナット32と、両ナット21、22の間に介在された間座33と、が一体となって構成されている。そして、間座33の介在によって、軌道7内のボール4には、同図に示す矢印方向に予圧が付与され、各ボール4はナット3のボール転動溝6の1点と、これに対向する位置のねじ軸2のボール転動溝5の1点と、の2点で接触している。該2点を結ぶ線に直角な方向においては、ボール4は両ボール転動溝5、6に接触していないか、あるいは接触していても予圧は付与されていない(図2参照)。
すなわち、このボールねじ1は、予圧付加方式にダブルナット間座予圧方式を採用し、左右それぞれの回路間のリードをずらして予圧をかけることによって、ボール4と軌道7との接触を二点接触形式としている。
Here, the nut 3 uses a double nut type, and is applied with a preload. Specifically, the nut 3 includes a first nut 31 and a second nut 32 that are arranged in the axial direction, and a spacer 33 that is interposed between the nuts 21 and 22. Then, by the interposition of the spacers 33, a preload is applied to the balls 4 in the track 7 in the direction of the arrow shown in the figure, and each ball 4 faces one point of the ball rolling groove 6 of the nut 3 and this. It is in contact at two points, one point of the ball rolling groove 5 of the screw shaft 2 at the position where In the direction perpendicular to the line connecting the two points, the ball 4 is not in contact with both ball rolling grooves 5 and 6, or even if in contact, no preload is applied (see FIG. 2).
That is, this ball screw 1 adopts a double nut spacer preload system as a preload application system, and applies a preload by shifting the leads between the left and right circuits, thereby making contact between the ball 4 and the track 7 two-point contact. It has a format.

なお、ボール転動溝5、6の溝形式については、ナット3とねじ軸2とが、ボール4の転動を介して軸方向に相対移動する際に、3点目の接触が生じないような溝形式を設定している。
具体的には、本実施形態の例では、ゴシックアーク溝を上記ボール転動溝5、6それぞれに採用している。すなわち、ボール転動溝5,6の横断面形状は曲率中心の異なる2つの同一円弧を組合せた略V字状である。好ましくは、ボール4と軌道7との間に予圧をかける前のそれらの軸方向隙間Δを、ボール4の直径をDwとするとき、0.5%Dw以上5%Dw以下とする。また、ゴシックアーク溝の円弧の曲率半径を、ボール4の直径をDwとするとき、52%Dw以上60%Dw以下の範囲とする。ここで、「軸方向隙間Δ」とは、予圧付加前での、ボール4とボール転動溝5、6とのねじ軸2の軸方向における隙間である。
As for the groove type of the ball rolling grooves 5 and 6, the third point contact is not caused when the nut 3 and the screw shaft 2 move relative to each other in the axial direction via the rolling of the ball 4. The groove type is set.
Specifically, in the example of the present embodiment, Gothic arc grooves are employed for the ball rolling grooves 5 and 6, respectively. That is, the cross-sectional shape of the ball rolling grooves 5 and 6 is a substantially V-shape combining two identical arcs having different curvature centers. Preferably, the axial gap Δ before applying a preload between the ball 4 and the track 7 is 0.5% Dw or more and 5% Dw or less when the diameter of the ball 4 is Dw. Further, the radius of curvature of the arc of the gothic arc groove is in the range of 52% Dw to 60% Dw when the diameter of the ball 4 is Dw. Here, the “axial gap Δ” is a gap in the axial direction of the screw shaft 2 between the ball 4 and the ball rolling grooves 5 and 6 before the preload is applied.

次に、このボールねじ1の作用・効果について説明する。
このボールねじ1は、上述のように、軌道7とボール4との接触状態が常に二点接触になっているので、高作動(トルク変動が少ない)、低摩擦トルク(低発熱)、耐磨耗性に優れている。
すなわち、このボールねじ1は、軌道7とボール4との接触状態が常に二点接触になっているので、三点目や四点目でのすべり成分が存在しないことから、予圧荷重を大きくした場合でも、摩擦による発熱や摩耗が三点または四点接触形式のものに比べて有利である。そして、このボールねじ1は、複数のボール4同士の間に自転可能なスペーサボール8が介装されており、このスペーサボール8は、動定格荷重の1/10の荷重で軌道7との隙間を維持する外径を有するものなので、二点接触形式でのボール転動溝5,6とボール4との間の摩擦損失が少ないという優位点をより引き出すことができる。つまり、後述する実施例の結果からも明らかなように、低速運転時の異常トルク上昇を防止または抑制することができるのである。
Next, functions and effects of the ball screw 1 will be described.
As described above, since the contact state between the track 7 and the ball 4 is always a two-point contact, the ball screw 1 has high operation (small torque fluctuation), low friction torque (low heat generation), and abrasion resistance. Excellent wear resistance.
That is, in this ball screw 1, since the contact state between the track 7 and the ball 4 is always two-point contact, there is no slip component at the third or fourth point, so the preload is increased. Even in this case, heat generation and wear due to friction are more advantageous than those of the three-point or four-point contact type. The ball screw 1 is provided with a spacer ball 8 that can rotate between a plurality of balls 4, and the spacer ball 8 has a clearance of 1/10 of the dynamic load rating with respect to the track 7. Therefore, the advantage that the friction loss between the ball rolling grooves 5 and 6 and the ball 4 in the two-point contact type is small can be further extracted. That is, as is apparent from the results of the examples described later, it is possible to prevent or suppress an increase in abnormal torque during low-speed operation.

さらに、このボールねじ1によれば、各回路内でのスペーサボール8とボール4との比率は、スペーサボールの数をS、負荷ボールの数をFとするとき、比率S/Fを「1」としたので、低速運転時の異常トルク上昇を好適に防止または抑制することができる。
また、このボールねじ1によれば、軌道7とボール4との間に予圧を付加する予圧方式を、ダブルナット間座予圧方式としたので、軌道7とボール4との接触状態を常に二点接触になるように予圧を付加する上で好適である。
Further, according to this ball screw 1, the ratio between the spacer balls 8 and the balls 4 in each circuit is such that when the number of spacer balls is S and the number of load balls is F, the ratio S / F is “1”. Therefore, an abnormal torque increase during low-speed operation can be suitably prevented or suppressed.
Further, according to this ball screw 1, since the preloading method for applying the preload between the track 7 and the ball 4 is a double nut spacer preloading method, the contact state between the track 7 and the ball 4 is always two points. It is suitable for applying a preload so as to be in contact.

また、このボールねじ1によれば、ボール循環経路全長に対するボール充填率を94%としているので、低速運転時の異常トルク上昇を防止または抑制する上で好適である。
また、このボールねじ1によれば、スペーサボール8は樹脂製であり、当該樹脂がポリアセタール樹脂なので、低速運転時の異常トルク上昇を好適に防止または抑制するためのスペーサボールとして好適である。
Moreover, according to this ball screw 1, since the ball filling rate with respect to the total length of the ball circulation path is 94%, it is suitable for preventing or suppressing an increase in abnormal torque during low-speed operation.
Moreover, according to this ball screw 1, since the spacer ball 8 is made of resin and the resin is a polyacetal resin, it is suitable as a spacer ball for suitably preventing or suppressing an increase in abnormal torque during low-speed operation.

[実施例]
以下、上述した本発明に係るボールねじの実施例について、従来の二点接触形式のボールねじと対比して、試験データを参照しつつ詳しく説明する。
まず、本発明に係るボールねじの実施例を説明する前に、従来の二点接触形式のボールねじについて試験データを参照してその特徴について説明する。なお、以下、各図に示す試験のデータは、各図での説明において差異を示した点を除き、下記の[試験条件]を共通とする試験結果である。
[Example]
Hereinafter, the embodiment of the above-described ball screw according to the present invention will be described in detail with reference to test data in comparison with a conventional two-point contact type ball screw.
First, before describing an embodiment of a ball screw according to the present invention, characteristics of a conventional two-point contact type ball screw will be described with reference to test data. In the following, the test data shown in each figure is a test result having the following [Test Conditions] in common except that differences are shown in the explanation in each figure.

[試験条件]
ボールねじの呼び:日本精工株式会社製ボールねじ、32×05×700 C3(ボール1/8インチ)
軸径:φ32mm
リード:5mm
回路数:2.5巻×2列(ボール転動溝はゴシックアーク溝形状とし、ダブルナット間座予圧による二点接触形式を実現している。)
試験機:日本精工株式会社製ボールねじトルク試験機
予圧荷重:500N〜
軸回転数:1〜500rpm
単体隙間を3%Dw(Dw=ボール4の鋼球径)
潤滑:潤滑油#68
[Test conditions]
Ball screw designation: Ball screw manufactured by NSK Ltd., 32 x 05 x 700 C3 (Ball 1/8 inch)
Shaft diameter: φ32mm
Lead: 5mm
Number of circuits: 2.5 windings x 2 rows (The ball rolling groove is a gothic arc groove shape, realizing a two-point contact system with double nut spacer preload)
Testing machine: NSK Ltd. ball screw torque testing machine Preload: 500N ~
Shaft rotation speed: 1 to 500 rpm
Single unit gap is 3% Dw (Dw = steel ball diameter of ball 4)
Lubrication: Lubricant # 68

図3は、オーバーボールサイズ予圧によって、接触形式を変えたときの予圧量と予圧トルクとの関係を示すグラフである。
同図に示すように、二点接触形式のボールねじは、三点接触形式や四点接触形式のものと比較して、予圧荷重が大きくなってもトルクが小さいという特性を有していることがわかる。これは、二点接触形式のボールねじは、三点接触形式や四点接触形式のものと比較して摩擦損失が小さいことを示している。しかし、従来の二点接触形式のボールねじでは以下の弱点がある。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amount of preload and the preload torque when the contact type is changed by overball size preload.
As shown in the figure, the ball screw of the two-point contact type has the characteristic that the torque is small even if the preload is increased, compared to the three-point contact type or the four-point contact type. I understand. This indicates that the two-point contact type ball screw has a smaller friction loss than the three-point contact type and the four-point contact type. However, the conventional two-point contact type ball screw has the following weak points.

つまり、同図において、例えば10N・cmの予圧トルクに調整する場合、三点接触形式や四点接触形式を採用するときは、0.5〜1μm程度の予圧量である。これに対し、二点接触を採用するときは、3μm程度の予圧量になっている。一般に、ボールねじの予圧量が大きいと、ボール同士の競り合いによる変動も大きくなる。そのため、予圧トルク一定の場合には、三点接触形式や四点接触形式のものと比較して、従来の二点接触形式の方が、トルク変動が大きいことになる。また、ベーストルクの小さい二点接触形式のボールねじは、負荷ボール間の競り合いなどによるトルク変動がある場合、そのトルク変動が非常に目立つようになる。   That is, in the figure, for example, when adjusting to a preload torque of 10 N · cm, when a three-point contact method or a four-point contact method is adopted, the preload amount is about 0.5 to 1 μm. On the other hand, when two-point contact is adopted, the preload amount is about 3 μm. In general, when the preload amount of the ball screw is large, fluctuation due to competition between the balls also increases. Therefore, when the preload torque is constant, torque fluctuation is larger in the conventional two-point contact type than in the three-point contact type or the four-point contact type. Further, in a two-point contact type ball screw with a small base torque, when there is a torque fluctuation due to competition between the load balls, the torque fluctuation becomes very conspicuous.

次に、図4、図5に従来の二点接触形式のボールねじの動トルク特性を示す。なお、図4は、高速(100rpm)での動トルク特性であり、図5は低速(10rpm)での動トルク特性である。
図4と図5とを比較して明らかなように、低速ではトルクの変動が大きくなっている。この変動は、「つまり」とよばれる、長周期(〜軸数回)のトルク上昇である。図5中に示すように、約3回転周期の山も見られる。この変動(つまり)の原因は、負荷圏(ボール転動溝5,6がつくる軌道7内)での、ボール同士の競り合いによるものであると考えられる。このため、特に、図1に示す循環通路9を上向きにした場合、循環通路9内でボール4同士間の隙間が生じ、これにより、負荷圏でボール4同士間の隙間が詰まるため、特にこの変動(つまり)が大きくなる。
Next, FIGS. 4 and 5 show dynamic torque characteristics of a conventional two-point contact type ball screw. 4 shows dynamic torque characteristics at a high speed (100 rpm), and FIG. 5 shows dynamic torque characteristics at a low speed (10 rpm).
As is clear from a comparison between FIG. 4 and FIG. 5, torque fluctuations are large at low speeds. This variation is a long-period (up to several times) torque increase called “that is,”. As shown in FIG. 5, there are also peaks with a period of about 3 rotations. The cause of this variation (that is,) is considered to be due to the competition between the balls in the load zone (in the track 7 formed by the ball rolling grooves 5 and 6). For this reason, in particular, when the circulation path 9 shown in FIG. The fluctuation (that is,) becomes large.

次に、図6に、従来の二点接触形式のボールねじにおいて、軸回転数(ボールの公転速度)によって、トルク変動の大きさが変化する結果を示す。
同図から分かるように、従来の二点接触ボールねじは、低速では、極端にトルクの変動が大きくなる。これは、高速では、負荷ボールがある程度の速度で運動しているために、負荷圏に進入する際、負荷ボール同士の衝突による反発力で負荷ボール同士間に隙間ができるのに対し、低速では、重力の影響が大きく作用し、負荷ボールが下側(負荷圏側)に集まり、負荷圏内でボール同士が競り合い易くなるためである。このように、従来の二点接触形式のボールねじは、高速時には、ボール転動溝5,6とボール4との間で生じる損失が少ない(純粋な転がりに近い)が、低速時には、ボール4同士の競り合いによるトルクの変動が大きいという特徴がある。
Next, FIG. 6 shows a result of changing the magnitude of torque fluctuation according to the shaft rotation speed (ball revolution speed) in a conventional two-point contact type ball screw.
As can be seen from the figure, the torque of the conventional two-point contact ball screw becomes extremely large at low speed. This is because, at high speed, the load ball moves at a certain speed, so when entering the load zone, there is a gap between the load balls due to the repulsive force caused by the collision between the load balls, whereas at low speed This is because the influence of gravity acts greatly, and the load balls are gathered on the lower side (load zone side), so that the balls can easily compete with each other in the load zone. As described above, the conventional two-point contact type ball screw has a small loss between the ball rolling grooves 5 and 6 and the ball 4 at high speed (close to pure rolling), but at low speed, the ball 4 There is a feature that torque fluctuation due to competition between each other is large.

図7および図8に、従来の二点接触形式のボールねじでのトルク特性を示す。なお、図7は、従来の二点接触形式のボールねじにおいて、回路内には、スペーサボールを介装しておらず、負荷ボールのみを充填した「総ボール」とし、チューブ上(循環通路9が重力方向に対して軸心よりも上方に位置)とした姿勢でのトルク特性を示している。また、図8は、従来の二点接触形式のボールねじにおいて、「総ボール」とし、「チューブ下(循環通路9が重力方向に対して軸心よりも下方に位置)」とした姿勢でのトルク特性を示している。   7 and 8 show the torque characteristics of a conventional two-point contact type ball screw. FIG. 7 shows a conventional two-point contact type ball screw in which a spacer ball is not interposed in the circuit and a “total ball” filled only with load balls is provided on the tube (circulation passage 9). Shows a torque characteristic in a posture in which is positioned above the axis with respect to the direction of gravity. Further, FIG. 8 shows a conventional two-point contact type ball screw in a posture of “total ball” and “below the tube (the circulation passage 9 is positioned below the axis with respect to the direction of gravity)”. Torque characteristics are shown.

図7に示すように、スペーサボールを介装していない従来の二点接触形式のボールねじでは、10rpmの低速時に、ボール同士の競り合いが原因のトルク変動が見られる。
また、図8に示すように、「総ボール、チューブ下」でのトルク特性においては、上記「総ボール、チューブ上」の場合ほどのトルク変動はないものの、短周期のトルク変動(以下、この短周期のトルク変動を「ひげ」ともいう)が見られる。なお、「ひげ」は、その周期が軸の0.1回転程度と短く、「つまり」とは異なる特性がある。本明細書では、トルク上昇が軸の0.2回転以下で解消されるものを「ひげ」とし、それを超えるものを「つまり」と定義する。
As shown in FIG. 7, in a conventional two-point contact type ball screw that does not interpose a spacer ball, torque fluctuation caused by the competition between balls is observed at a low speed of 10 rpm.
In addition, as shown in FIG. 8, the torque characteristics in the “total ball, under the tube” do not have the torque fluctuation as in the case of the “total ball, on the tube”, but the short-cycle torque fluctuation (hereinafter, this Short cycle torque fluctuations are also referred to as “beards”). Note that the “beard” has a characteristic that is different from “that is” because its period is as short as about 0.1 rotation of the shaft. In the present specification, a “whisker” is defined as one that eliminates the torque increase within 0.2 rotations of the shaft, and “that is” is defined as a value exceeding that.

二点接触形式のボールねじでは、循環通路9が重力方向に対して軸心よりも下方に位置した状態で、低速の場合に、負荷圏においてはボール4同士の間に隙間ができ易くなる。そのため、負荷圏でのボール4同士の競り合いによるトルク上昇が比較的に少ない。しかし、「総ボール」でのトルク特性においては、循環通路9内にもボール4が隙間無く入るために、掬い上げ部とボール戻し部間の干渉によって、短周期のトルク上昇(上記「ひげ」)が発生するものと考えられる。
そこで、本発明の二点接触形式のボールねじは、上述したような従来の二点接触形式のボールねじでの、低速時におけるボール4同士の競り合いによるトルク特性を改善しようとするものである。
In the two-point contact type ball screw, when the circulation path 9 is located below the axis with respect to the direction of gravity, a gap is easily formed between the balls 4 in the load zone at a low speed. Therefore, the torque increase due to the competition between the balls 4 in the load zone is relatively small. However, in the torque characteristics of the “total ball”, since the ball 4 also enters the circulation passage 9 without a gap, a short period torque increase (the “beard” described above) is caused by interference between the scooping portion and the ball returning portion. ) Is considered to occur.
Therefore, the two-point contact type ball screw of the present invention aims to improve the torque characteristics due to the competition between the balls 4 at low speed in the conventional two-point contact type ball screw as described above.

図9は、本発明に係る二点接触形式のボールねじの実施例でのトルク特性を示す図であり、この例は、上記図7に示したトルク特性をもつ従来のボールねじに対して、回路内にボール4とスペーサボール8とを1:1の割合で介装した場合の「チューブ上」でのトルク特性を示している。同図に示すように、負荷ボール同士の間に、動定格荷重の1/10以下の荷重で軌道7との隙間ゼロ(零)以上を維持する外径を有する自転可能なスペーサボール8を介装することによって、ボール4同士の競り合いが解消され、トルク変動が小さく抑えられていることがわかる。なお、スペーサボール8の外径が、無負荷で軌道7との隙間がほぼゼロに等しい大きさから負荷ボール4の外径−30μmまでの範囲でも同様であることが確認できる。   FIG. 9 is a diagram showing torque characteristics in the embodiment of the ball screw of the two-point contact type according to the present invention. This example is different from the conventional ball screw having the torque characteristics shown in FIG. The torque characteristics “on the tube” when the ball 4 and the spacer ball 8 are interposed in the circuit at a ratio of 1: 1 are shown. As shown in the figure, a self-rotating spacer ball 8 having an outer diameter that maintains a clearance of zero (zero) or more with the track 7 with a load of 1/10 or less of the dynamic load rating is interposed between the load balls. It can be seen that by wearing, the competition between the balls 4 is eliminated, and torque fluctuation is suppressed to a small level. It can be confirmed that the same is true even when the outer diameter of the spacer ball 8 is in a range from a size where the gap between the spacer ball 8 and the track 7 is almost zero to the outer diameter of the load ball −30 μm.

図10は、本発明に係る二点接触形式のボールねじの実施例でのトルク特性を示す図であり、上記樹脂製のスペーサボール8をボール4同士の間に1:1の割合で介装した場合の、「チューブ下」でのトルク特性を示す。
同図から明らかなように、ボール4同士の間に、動定格荷重の1/10以下の荷重で軌道7との隙間を維持する外径を有する自転可能なスペーサボール8を介装した場合、「ひげ」の発生が抑えられている。これは、スペーサボール8によって、上述の掬い上げ部およびボール戻し部間でのボール同士の干渉が緩和されているためであると考えられる。なお、スペーサボール8の外径が、無負荷で軌道7との隙間がほぼゼロに等しい大きさから負荷ボール4の外径−30μmまでの範囲でも同様であることが確認できる。
FIG. 10 is a diagram showing torque characteristics in an embodiment of the ball screw of the two-point contact type according to the present invention. The resin spacer balls 8 are interposed between the balls 4 at a ratio of 1: 1. Shows the torque characteristics “under the tube”.
As is clear from the figure, when a spacer ball 8 having an outer diameter that maintains a gap with the track 7 with a load of 1/10 or less of the dynamic load rating is interposed between the balls 4, Occurrence of “beard” is suppressed. This is considered to be because the interference between the balls between the scooping portion and the ball return portion is alleviated by the spacer ball 8. It can be confirmed that the same is true even when the outer diameter of the spacer ball 8 is in a range from a size where the gap between the spacer ball 8 and the track 7 is almost zero to the outer diameter of the load ball −30 μm.

図11は、本発明に係る二点接触形式のボールねじの実施例でのトルク特性を示す図であり、動定格荷重の1/10以下の荷重で軌道7との隙間ゼロ(零)以上を維持する外径を有する自転可能なスペーサボール8をボール4同士の間に1:1の割合で介装している。
そして、そのスペーサボール8中に占める樹脂製のスペーサボール8(他のスペーサボールは鋼球としている)の割合を変えた場合の「ひげ」の発生比率を示している。なお、「ひげ」の発生比率は、図8に示した総ボールの場合に、1往復で発生した「ひげ」の発生回数を基準としており、図11において、符号Kでは、介装した全てのスペーサボールが鋼球(樹脂スペーサ比:0%)であり、符号Pでは、介装した全てのスペーサボールが樹脂(樹脂スペーサ比:100%)である。
FIG. 11 is a diagram showing the torque characteristics in the embodiment of the ball screw of the two-point contact type according to the present invention, and the clearance with the track 7 is zero (zero) or more with a load of 1/10 or less of the dynamic load rating. Self-rotating spacer balls 8 having an outer diameter to be maintained are interposed between the balls 4 at a ratio of 1: 1.
The generation ratio of “beard” when the ratio of the resin spacer balls 8 in the spacer balls 8 (other spacer balls are steel balls) is changed is shown. The generation ratio of “beard” is based on the number of occurrences of “beard” generated in one reciprocation in the case of the total ball shown in FIG. 8, and in FIG. The spacer balls are steel balls (resin spacer ratio: 0%), and in the symbol P, all the interposed spacer balls are resin (resin spacer ratio: 100%).

同図から分かるように、介装しているスペーサボール8中に占める樹脂製のスペーサボールの割合が多くなるほど、「ひげ」の発生回数が少なくなっている。つまり、循環通路9内に存在する樹脂製のスペーサボールの割合を多くするほど、樹脂などのように軟らかい部分によって「ひげ」の発生の抑制に効果がある。このように、「ひげ」の発生の抑制効果は、スペーサボール8を、樹脂などのように軟らかい素材とした場合に特に効果的である。   As can be seen from the figure, the number of occurrences of “whiskers” decreases as the proportion of the spacer balls made of resin in the interposed spacer balls 8 increases. That is, as the ratio of the resin spacer balls present in the circulation passage 9 is increased, the soft portion such as resin is more effective in suppressing the generation of “beard”. Thus, the effect of suppressing the occurrence of “beard” is particularly effective when the spacer ball 8 is made of a soft material such as resin.

図12は、本発明の二点接触形式のボールねじにおいて、ボール4とボール4同士の間に介装するスペーサボール8の充填率を変えたときのトルク変動を示している。つまり、同図に示すグラフは、一回路(ボール転動溝5,6のつくる軌道7と循環通路9とを合わせた経路長)に詰めるボール数を変化させた場合のトルク特性を示したものである。なお、一回路の循環経路内に隙間無くボールが挿入された場合をボール充填率100%とする。   FIG. 12 shows torque fluctuations when the filling rate of the spacer balls 8 interposed between the balls 4 is changed in the two-point contact type ball screw of the present invention. That is, the graph shown in the figure shows the torque characteristics when the number of balls packed in one circuit (the path length of the raceway 7 formed by the ball rolling grooves 5 and 6 and the circulation passage 9) is changed. It is. Note that the ball filling rate is 100% when the balls are inserted into the circulation path of one circuit without any gap.

ここで、自転しないスペーサ(保持ピース)を介装した、従来の二点接触形式のボールねじにおいては、ボール4同士の間からスペーサが抜け落ちないように、回路内に抜け落ちの生じない程度の隙間となるように充填する必要がある。そのため、ボール充填率を(スペーサ(保持ピース)がボール同士の間から抜け落ちないように)、95%以上としなければならないので、特に低速運転時には、良好な作動特性を得ることが難しいという問題がある。   Here, in a conventional two-point contact type ball screw that includes a spacer (holding piece) that does not rotate, a gap that does not drop out in the circuit so that the spacer does not drop out between the balls 4. It is necessary to fill so that For this reason, the ball filling rate must be 95% or more (so that the spacer (holding piece) does not fall out between the balls), so that it is difficult to obtain good operating characteristics especially during low-speed operation. is there.

これに対し、本発明に係る二点接触形式のボールねじ1のように、自転可能なスペーサボール8を介装したときは、ボール4同士の間からスペーサボール8が抜け落ちるという問題をなくすことができる。そして、この自転可能なスペーサボール8を介装したときは、負荷ボールであるボール4とは自転の方向が逆方向に回転できるという効果と、循環経路内に隙間をつくることができるという効果とを併せ持たせることができる。そのため、二点接触形式のボールねじでの低速作動特性を改善することができる。   On the other hand, when the spacer ball 8 that can rotate is interposed like the ball screw 1 of the two-point contact type according to the present invention, the problem that the spacer ball 8 falls off between the balls 4 can be eliminated. it can. And when this self-rotating spacer ball 8 is interposed, the effect is that the rotation direction of the ball 4 which is a load ball can be rotated in the reverse direction, and that a gap can be created in the circulation path. Can be held together. Therefore, it is possible to improve the low-speed operation characteristics of the two-point contact type ball screw.

ここで、本発明の二点接触形式のボールねじにおいて、ボール循環経路全長に対するボール充填率は98%以下であることが好ましく、特に、同図からも分かるように、ボール充填率が90%以下であれば一層好ましい。つまり、同図から分かるように、スペーサボール8を介装した場合であっても、自転しないスペーサ(保持ピース)を介装したとき同様に、充填率が90%よりも大きくなるとトルク特性が悪くなる(トルク変動が大きくなる)からである。
以上説明したように、このボールねじ1によれば、二点接触形式のボールねじにおいて、低速運転時の異常トルク上昇を防止または抑制することができる。
Here, in the ball screw of the two-point contact type of the present invention, it is preferable that the ball filling rate with respect to the total length of the ball circulation path is 98% or less. In particular, as can be seen from FIG. If so, it is more preferable. In other words, as can be seen from the figure, even when the spacer ball 8 is interposed, the torque characteristic is poor when the filling rate is larger than 90%, similarly when the spacer (holding piece) that does not rotate is interposed. (Torque fluctuation increases).
As described above, according to the ball screw 1, an increase in abnormal torque during low-speed operation can be prevented or suppressed in the two-point contact type ball screw.

なお、本発明に係るボールねじは、上記実施形態ないし実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、軌道7とボール4との接触状態を常に二点接触形式にするための予圧方式として、予圧付加構造にダブルナット間座予圧方式を採用し、左右それぞれの回路間のリードをずらして予圧をかけた例で説明したが、これに限定されず、軌道と負荷ボールとの間に予圧を付加する予圧方式は、間座に代えてばねを用いたダブルナット予圧方式やオフセットリード予圧方式等を用いてもよく、また、ボールねじとして多条のものを用いる場合では、条間オフセットリード予圧方式等を採用することができる。
The ball screw according to the present invention is not limited to the above-described embodiment or examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, a double nut spacer preloading system is adopted as a preloading structure as a preloading system for making the contact state between the track 7 and the ball 4 always a two-point contact type, and between the left and right circuits. Although the example in which the preload is applied by shifting the lead has been described, the present invention is not limited to this. An offset lead preloading method or the like may be used, and when a multi-threaded ball screw is used, an interstrip offset lead preloading method or the like can be adopted.

また、ボール4同士の間に介装するスペーサボール8は、ボール4と1:1の割合で交互に挿入されることが望ましいが、交互の挿入に限定されず、また、挿入割合も1:1に限らず、例えば組み立て時間を短縮する上では、ランダムに介装した場合でも、介装された割合に応じて低速作動特性を改善することができる。また、循環通路としてチューブを使用したボールねじを例に説明したが、エンドキャップ式やコマ式等のボールねじにも適用できる。   The spacer balls 8 interposed between the balls 4 are desirably inserted alternately with the balls 4 at a ratio of 1: 1, but are not limited to the alternate insertion, and the insertion ratio is 1: For example, when the assembly time is shortened, the low-speed operation characteristic can be improved according to the ratio of the intervention, even when the intervention time is random. Further, the ball screw using a tube as the circulation passage has been described as an example, but the present invention can also be applied to a ball screw of an end cap type or a top type.

本発明の一実施形態における二点接触形式のボールねじの平断面図である。It is a plane sectional view of a ball screw of the two-point contact type in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における二点接触形式とした予圧付加部分の説明図である。It is explanatory drawing of the preload addition part made into the two-point contact type in one Embodiment of this invention. 接触形式を変えたときの予圧量と予圧トルクとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the amount of preload when a contact type is changed, and preload torque. 従来の二点接触形式のボールねじの動トルク特性を示す図である。It is a figure which shows the dynamic torque characteristic of the conventional two-point contact type ball screw. 従来の二点接触形式のボールねじの動トルク特性を示す図である。It is a figure which shows the dynamic torque characteristic of the conventional two-point contact type ball screw. 従来の二点接触形式のボールねじにおいて、軸回転数(ボールの公転速度)によって、トルク変動の大きさが変化する結果を示す図である。In the conventional two-point contact type ball screw, it is a figure which shows the result of the magnitude | size of a torque fluctuation | variation changing with shaft rotation speed (ball revolution speed). 従来の二点接触形式のボールねじでのトルク特性を示す図である。It is a figure which shows the torque characteristic in the conventional ball screw of a two-point contact type. 従来の二点接触形式のボールねじでのトルク特性を示す図である。It is a figure which shows the torque characteristic in the conventional ball screw of a two-point contact type. 本発明の二点接触形式のボールねじの実施例でのトルク特性を説明する図である。It is a figure explaining the torque characteristic in the Example of the ball screw of the two-point contact type of this invention. 本発明の二点接触形式のボールねじの実施例でのトルク特性を説明する図である。It is a figure explaining the torque characteristic in the Example of the ball screw of the two-point contact type of this invention. 本発明の二点接触形式のボールねじの実施例でのトルク特性を説明する図である。It is a figure explaining the torque characteristic in the Example of the ball screw of the two-point contact type of this invention. 本発明の二点接触形式のボールねじの実施例でのトルク特性を説明する図である。It is a figure explaining the torque characteristic in the Example of the ball screw of the two-point contact type of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・ボールねじ
2・・・ねじ軸
3・・・ナット
4・・・ボール(負荷ボール)
5・・・(ねじ軸の)ボール転動溝
6・・・(ナットの)ボール転動溝
7・・・軌道
8・・・スペーサボール
9・・・循環通路
10・・・防塵用シール
21・・・切欠部
22・・・フランジ
31・・・第1ナット
32・・・第2ナット
33・・・間座
81・・・循環通路押え
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ball screw 2 ... Screw shaft 3 ... Nut 4 ... Ball (load ball)
5 ... Ball rolling groove (of screw shaft) 6 ... Ball rolling groove of (nut) 7 ... Track 8 ... Spacer ball 9 ... Circulation path 10 ... Dust-proof seal 21 ... notch 22 ... flange 31 ... first nut 32 ... second nut 33 ... spacer 81 ... circulation passage retainer

Claims (6)

外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、前記ねじ軸のボール転動溝および前記ナットのボール転動溝が対向して形成される軌道内に配置された複数の負荷ボールと、を備えたボールねじにおいて、
前記軌道と前記負荷ボールとの接触状態が常に二点接触になっているとともに、前記複数の負荷ボール同士の間に負荷ボールと反対方向に自転可能なスペーサボールが介装されており、前記負荷ボールが所定の外部負荷を受ける条件下で、当該スペーサボールは、前記軌道との隙間ゼロ以上を維持する外径を有することを特徴とするボールねじ。
A screw shaft having a spiral ball rolling groove on the outer peripheral surface, a nut having a spiral ball rolling groove on the inner peripheral surface, and the ball rolling groove of the screw shaft and the ball rolling groove of the nut are opposed to each other. A ball screw having a plurality of load balls arranged in a track formed as follows:
The contact state between the track and the load ball is always a two-point contact, and a spacer ball capable of rotating in the opposite direction to the load ball is interposed between the plurality of load balls. The ball screw, wherein the spacer ball has an outer diameter that maintains a clearance of zero or more with respect to the track under a condition that the ball receives a predetermined external load.
前記スペーサボールと前記負荷ボールとの比率は、スペーサボールの数をS、負荷ボールの数をFとするとき、比率S/Fが、0.5≦S/F≦1の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のボールねじ。   The ratio between the spacer balls and the load balls is such that the ratio S / F is in the range of 0.5 ≦ S / F ≦ 1, where S is the number of spacer balls and F is the number of load balls. The ball screw according to claim 1. 前記軌道と前記負荷ボールとの間に予圧を付加する予圧方式は、ダブルナット間座予圧方式、オフセットリード予圧方式、または条間オフセットリード予圧方式であることを特徴とする請求項1または2に記載のボールねじ。   The preloading method for applying a preload between the track and the load ball is a double nut spacer preloading method, an offset lead preloading method, or an interstitial offset lead preloading method. The ball screw described. 前記スペーサボールを含むボール充填率が98%以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のボールねじ。   4. The ball screw according to claim 1, wherein a ball filling rate including the spacer balls is 98% or less. 前記スペーサボールは、樹脂製であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のボールねじ。   The ball screw according to claim 1, wherein the spacer ball is made of resin. 前記樹脂は、ポリアセタール樹脂であることを特徴とする請求項5に記載のボールねじ。   The ball screw according to claim 5, wherein the resin is a polyacetal resin.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011074985A (en) * 2009-09-30 2011-04-14 Hitachi Ltd Linear actuator and vehicular steering device equipped with the same
JP2012047333A (en) * 2009-12-25 2012-03-08 Nsk Ltd Ball screw device
JP2017109624A (en) * 2015-12-17 2017-06-22 日立オートモティブシステムズ株式会社 Power steering device

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