JP2011174532A - Ball screw - Google Patents

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Tsutomu Okubo
努 大久保
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ball screw minimized in abrasion without deteriorating high-speed performance and torque characteristics, in a two-point contact ball screw. <P>SOLUTION: The ball rolling grooves 5, 6 of a screw shaft 2 and a nut 3 are pre-loaded. Thereby, contact of balls 4 with a raceway 7 is performed in the form of a two-point contact. Lubricant containing at least a urea-based thickener is interposed between the balls 4 and the ball rolling grooves 5, 6. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、低摩擦、低トルク変動が要求されるボールねじに関し、特に、定格荷重があまり要求されず、高速性、低発熱性、低トルクが要求されるボールネジに関する。   The present invention relates to a ball screw that requires low friction and low torque fluctuation, and more particularly, to a ball screw that requires a rated load and requires high speed, low heat generation, and low torque.

ボールねじには、ねじ軸に形成されたボール転動溝(以下、ねじ軸側転動溝と呼ぶ。)、及びナットに形成されたボール転動溝(以下、ナット側転動溝と呼ぶ。)の形状として、サーキュラアーク溝又はゴシックアーク溝あるいはそれらの組み合わせが用いられている。また、対向するねじ軸側転動溝及びナット側転動溝から構成される軌道と、ボールとの接触形式としては、二点接触形式、三点接触形式、四点接触形式がある。通常、これらの接触形式は、ねじ軸側転動溝及びナット側転動溝の形状をサーキュラアーク溝、又はゴシックアーク溝あるいはそれらの組み合わせとすることによって決められる。
例えば、ゴシックアーク溝は、一般に、四点接触形式に採用している。ゴシックアーク溝による四点接触形式での長所のひとつは、先端にボールを用いた測定球がボール転動溝に安定するため、有効径の管理を精度良くできる。
The ball screw has a ball rolling groove formed on the screw shaft (hereinafter referred to as a screw shaft side rolling groove) and a ball rolling groove formed on the nut (hereinafter referred to as a nut side rolling groove). ), A circular arc groove, a gothic arc groove, or a combination thereof is used. In addition, as a contact mode between the raceway formed by the opposing screw shaft side rolling groove and the nut side rolling groove and the ball, there are a two-point contact type, a three-point contact type, and a four-point contact type. Usually, these contact types are determined by making the shapes of the screw shaft side rolling groove and the nut side rolling groove into a circular arc groove, a gothic arc groove, or a combination thereof.
For example, gothic arc grooves are generally employed in a four-point contact type. One of the advantages of the four-point contact type with the Gothic arc groove is that the measurement ball using a ball at the tip is stabilized in the ball rolling groove, so that the effective diameter can be managed with high accuracy.

一方、サーキュラアーク溝は、一般に、二点接触形式に採用されている(例えば、特許文献1参照。)。二点接触形式の長所のひとつは、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四点接触形式に比べて少ないことがあげられる。二点接触形式では、例えば、ダブルナット方式のボールねじは、軸方向隙間をつくり、この軸方向隙間に予圧荷重を見込んだ幅を加えた(あるいは引いた)間座等を用いて、ナットとねじ軸とを軸方向へ相互に動かすことによって予圧を付加する。そのため、軸方向隙間を精度良く管理する必要がある。
なお、軸方向隙間とは、軌道とボールとの間に予圧を付加する前の状態におけるボールとボール転動溝とがつくるねじ軸の軸方向における隙間をいう。
On the other hand, the circular arc groove is generally employed in a two-point contact type (see, for example, Patent Document 1). One of the advantages of the two-point contact method is that even when the preload is increased, heat generation and wear due to friction are less than that of the four-point contact method. In the two-point contact type, for example, a double nut type ball screw creates a gap in the axial direction and uses a spacer or the like that adds (or subtracts) a width that allows for a preload to the axial gap. Preload is applied by moving the screw shaft relative to each other in the axial direction. Therefore, it is necessary to accurately manage the axial gap.
The axial gap refers to a gap in the axial direction of the screw shaft formed by the ball and the ball rolling groove before the preload is applied between the track and the ball.

一方、特許文献2でも、特許文献1と同様に摩擦損失の低減を図り、二点接触形式を採用したボールねじが開示されている。特許文献2に開示されたボールねじは、ボール転動溝の形状をゴシックアークとし、ねじ軸及びナットの有効径の管理を確実にして、摩擦損失の低減を図り、組み立て時の精度を向上させると共に、ボール転動溝の精度の品質を向上させている。その結果、この特許文献2によれば、高速運転(ねじ軸の径が30mm程度で、試験回転数が50rpm以上)において、通常予圧(三点接触形式、又は四点接触形式)のボールねじより低いトルクを実現できるとしている。   On the other hand, Patent Document 2 discloses a ball screw that reduces friction loss and adopts a two-point contact method as in Patent Document 1. The ball screw disclosed in Patent Document 2 uses a Gothic arc shape for the ball rolling groove, ensures management of the effective diameter of the screw shaft and nut, reduces friction loss, and improves accuracy during assembly. At the same time, the quality of accuracy of the ball rolling groove is improved. As a result, according to this Patent Document 2, in high-speed operation (screw shaft diameter is about 30 mm and the test rotation speed is 50 rpm or more), the ball screw of the normal preload (three-point contact type or four-point contact type) is used. It is said that low torque can be realized.

ここで、図7は、各予圧方式の予圧量と予圧動トルクとの関係を示すグラフである。各試験体の予圧方式は、参考例1(三点(Z)接触形式)、参考例2(四点(P)接触形式)、参考例3(二点接触形式)とした。なお、横軸の括弧内に示した数値は、予圧荷重(kg)である。
図7中、「現行計算値」は、下記式(1)及び式(2)に示す予圧量(予圧荷重)と予圧動トルクとの関係式から算出した結果である。なお、下記式(1)及び式(2)中、Tは予圧動トルク(N・cm)を示し、Faoは予圧荷重(kg)を示し、Lはリード(mm)を示し、Kは予圧摩擦係数を示し、βはリード角を示す。
Here, FIG. 7 is a graph showing the relationship between the preload amount and the preload dynamic torque in each preload system. The preload method for each specimen was Reference Example 1 (three-point (Z) contact type), Reference Example 2 (four-point (P) contact type), and Reference Example 3 (two-point contact type). The numerical value shown in parentheses on the horizontal axis is the preload (kg).
In FIG. 7, the “currently calculated value” is a result calculated from the relational expression between the preload amount (preload load) and the preload dynamic torque shown in the following formulas (1) and (2). In the following formulas (1) and (2), T represents preload dynamic torque (N · cm), Fao represents preload (kg), L represents lead (mm), and K represents preload friction. Indicates a coefficient, and β indicates a lead angle.

Figure 2011174532
Figure 2011174532

ボールねじとしては、日本精工株式会社製「BS3205(ねじ軸2の直径:32mm、リード:5mm、ボールの基準直径:3.175mm(1/8インチ)、回路数:2.5巻1列×2)」を用い、潤滑油は「ISO VG#68」を用い、試験回転数:100rpmで試行した。なお、予圧状態での各試験体の接触角は45°に設定した。
図7に示すように、ボール転動溝とボールの接触状態が二点接触方式で予圧された参考例3のボールねじは、他の予圧方式とされた参考例1及び参考例2のボールねじと比較して、予圧荷重が大きくなってもトルクが小さい特性を有することが示された。これは、参考例3のボールねじの摩擦損失が少ないことを示している。
As the ball screw, “BS3205 (diameter of screw shaft 2: 32 mm, lead: 5 mm, reference diameter of ball: 3.175 mm (1/8 inch)”, number of circuits: 2.5 windings, 1 row × manufactured by NSK Ltd. 2) ”, the lubricant was“ ISO VG # 68 ”, and the test was performed at a test rotation speed of 100 rpm. Note that the contact angle of each specimen in the preload state was set to 45 °.
As shown in FIG. 7, the ball screw of Reference Example 3 in which the contact state between the ball rolling groove and the ball is preloaded by the two-point contact method is the ball screw of Reference Example 1 and Reference Example 2 in which another preload method is adopted. Compared to the above, it is shown that the torque is small even when the preload is increased. This indicates that the friction loss of the ball screw of Reference Example 3 is small.

このように、二点接触のボールねじは、定常状態(同一方向に回転しているとき)では、他の予圧方式(三点接触・四点接触)と比較して、同予圧荷重(予圧量)でも低トルクを実現できるため、トルク特性が優れる。
ここで、二点接触形式のボールねじにおいては、前記軌道においてボールを二点で支持しているので、ボールの転動方向に直交する面(以下、溝直交断面と呼ぶ。)内でボールが動きやすく、軌道内のボールの配列が千鳥状になる、いわゆる千鳥現象が起こりやすい。
Thus, the ball screw with two-point contact has the same preload load (preload amount) in a steady state (when rotating in the same direction) compared to other preload methods (three-point contact / four-point contact). ) But low torque can be realized, so torque characteristics are excellent.
Here, in the ball screw of the two-point contact type, the ball is supported at two points on the track, so that the ball is in a plane perpendicular to the rolling direction of the ball (hereinafter referred to as a groove orthogonal cross section). It is easy to move, and the so-called zigzag phenomenon, in which the arrangement of balls in the orbit is staggered, is likely to occur.

ボールねじを運転させたときに生じる摩擦は、ボール転動溝とボールとの間の摩擦と、ボール同士の競り合いによる摩擦とがある。二点接触形式のボールねじにあっては、ボール転動溝とボールとの間の摩擦が小さいため、ボールの競り合いによる摩擦変動のほうが顕著である。また、ボールの競り合いによる摩擦は、使用状況(速度、ストローク等)により変化するため、予測が難しく、ボールねじを安定駆動する障害となる。
引用文献2では、ボール間に保持ピースやスペーサボールを挿入する構成が提案されており、これによって、ボール同士の競り合いが低減され、結果として上記千鳥現象を低減することが可能となっている。
The friction generated when the ball screw is operated includes friction between the ball rolling groove and the ball and friction due to competition between the balls. In the two-point contact type ball screw, since the friction between the ball rolling groove and the ball is small, the friction variation due to the competition of the balls is more remarkable. In addition, the friction due to the competition between the balls changes depending on the use situation (speed, stroke, etc.), so that it is difficult to predict and becomes an obstacle to stably driving the ball screw.
In Cited Document 2, a configuration in which a holding piece or a spacer ball is inserted between the balls is proposed, whereby the competition between the balls is reduced, and as a result, the staggered phenomenon can be reduced.

特開2002−276765号公報JP 2002-276765 A 特開2004−257466号公報JP 2004-257466 A

しかしながら、二点接触のボールねじにおいては、千鳥現象の他に、ボールねじが低速で揺動運転する際に、ボールが低速で溝直交断面内を動くことで、潤滑性能が落ち、ボール転動溝及びボールの磨耗が進行する問題があった。
具体的には、ボールねじは当然往復運動で使用され、特に、ストロークが短く同じ位置で繰り返し往復運動することを、一般に揺動運転と呼んでいる。この揺動運転が低速で行われた場合には、潤滑油がボール転動溝とボールとの接点付近に巻き込まれづらく、潤滑不良による磨耗が生じやすくなる。特に、二点接触のボールねじは、他の予圧方式と比較して、以下のような溝直交断面内でのボールの移動が存在する。
However, in the ball screw with two-point contact, in addition to the staggered phenomenon, when the ball screw is swung at a low speed, the ball moves at a low speed in the cross section of the groove at a low speed. There was a problem that the wear of the grooves and balls progressed.
Specifically, the ball screw is naturally used in reciprocating motion, and in particular, repetitive reciprocating motion with a short stroke at the same position is generally called swinging operation. When this rocking operation is performed at a low speed, it is difficult for the lubricating oil to be caught in the vicinity of the contact point between the ball rolling groove and the ball, and wear due to poor lubrication is likely to occur. In particular, in the ball screw of two-point contact, the movement of the ball in the cross section perpendicular to the groove is present as compared with other preload systems.

二点接触のボールねじでは、軌道が螺旋状にねじれているために、ボールとねじ軸側転動溝との接点、ボールとナット側転動溝との接点、及びボール中心は、いずれもねじ軸の軸心周りの螺旋運動を行うが、各点での半径が異なるため、各螺旋は互いに並行にはならない。そこで、ボールは転がりながら、各接点でその螺旋方向に引っ張られ、微小ではあるが、ボール転動溝の中を転がり方向とは直角の方向に移動して、くさび状に食い込むことになる。転がりながらボール転動溝への食いこみが、ある定常状態に達すると、ボールはそこで滑りを伴う転がり運転を続けることになる。このときの滑り率はリード角が大きいほど大きくなる。   In a two-point contact ball screw, since the raceway is twisted in a spiral shape, the contact between the ball and the screw shaft side rolling groove, the contact between the ball and the nut side rolling groove, and the ball center are all screws. The spiral movement around the axis of the axis is performed, but the radii at each point are different, so the spirals are not parallel to each other. Therefore, while rolling, the ball is pulled in the spiral direction at each contact point, and although it is minute, it moves in the ball rolling groove in a direction perpendicular to the rolling direction and bites in a wedge shape. If the biting into the ball rolling groove reaches a certain steady state while rolling, the ball will continue rolling operation with sliding there. The slip ratio at this time increases as the lead angle increases.

図6は、二点接触のボールねじの溝直交断面におけるボールの動きを説明する要部拡大図であり、(a)は正作動(スラスト荷重の向きと運動方向とが逆)の場合を示し、(b)は逆作動(スラスト荷重の向きと運動方向とが同じ)の場合を示す。
図6(a)に示すように、二点接触のボールねじにおいては、正作動の場合には、ボール4がナット側転動溝6へ移動して食い込み、図6(b)に示すように、逆作動の場合には、ボール4がねじ軸側転動溝5へ移動して食い込む態様となる。
FIG. 6 is an enlarged view of a main part for explaining the movement of the ball in the cross section of the groove of the two-point contact ball screw. FIG. 6A shows the case of normal operation (thrust load direction and movement direction are reversed). , (B) shows the case of reverse operation (thrust load direction and motion direction are the same).
As shown in FIG. 6 (a), in a ball screw of two-point contact, in the case of normal operation, the ball 4 moves into the nut-side rolling groove 6 and bites into it, as shown in FIG. 6 (b). In the reverse operation, the ball 4 moves into the screw shaft side rolling groove 5 and bites in.

このように、二点接触で予圧されたボールねじ1では、低速かつ揺動運転時に、溝直交断面でのボール4の微小運動が生じている。このボール4の微小運動は、数μmという超小ストロークであり、超低速である。そして、ストロークの両端でこの微小運動は起こり、揺動運転では回数が非常に多くなる。
すなわち、他の転がり要素においては、速度が速くなることによって潤滑剤が境界面に巻き込まれやすくなるが、二点接触形式のボールねじ1においては、ボール4の微小運動が生じることによって、フレッチング磨耗が生じ、潤滑不良になりやすい。
As described above, in the ball screw 1 preloaded by the two-point contact, a minute movement of the ball 4 in the cross section perpendicular to the groove occurs during the low-speed and swinging operation. The minute movement of the ball 4 is a very small stroke of several μm and is very slow. And this minute motion occurs at both ends of the stroke, and the number of times becomes very large in the swing operation.
That is, in other rolling elements, the lubricant is likely to be caught in the boundary surface by increasing the speed. However, in the ball screw 1 of the two-point contact type, the fretting wear is caused by the minute movement of the ball 4. Is likely to result in poor lubrication.

ただし、二点接触形式で予圧されたボールねじは、図7に示すように、予圧量増に対する予圧トルクの上昇が小さい。つまり、10N・cmの予圧トルクに調整すると、P予圧(四点接触)やZ予圧(三点接触)の場合は、0.5〜1μm程度の予圧量であるのに対し、二点接触形式の場合は、3μm程度の予圧量となる。このため、予圧量をある程度大きくしておけば磨耗しても予圧抜けなどの心配は少ないと考えられる。しかし、剛性低下などの問題があるため、磨耗は極力減らさなければならない。
この発明は、このような問題点に着目してなされたもので、二点接触形式のボールねじにおいて、低摩擦特性と耐磨耗性とを両立したボールねじを提案することを目的とする。
However, the ball screw preloaded by the two-point contact type has a small increase in the preload torque with respect to the increase in the preload amount, as shown in FIG. In other words, when the preload torque is adjusted to 10 N · cm, the P preload (four-point contact) and the Z preload (three-point contact) have a preload amount of about 0.5 to 1 μm, whereas the two-point contact type. In this case, the preload amount is about 3 μm. For this reason, if the amount of preload is increased to some extent, it is considered that there is little concern about preload loss even if it is worn. However, due to problems such as reduced rigidity, wear must be reduced as much as possible.
The present invention has been made paying attention to such a problem, and an object of the present invention is to propose a ball screw having both low friction characteristics and wear resistance in a two-point contact type ball screw.

上記目的を達成するための請求項1に係る発明は、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、前記ねじ軸側転動溝、及び前記ナット側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ボールと、を備えたボールねじにおいて、
前記ボールと前記軌道とに予圧をかけて、前記軌道に二点接触させた前記ボールと、前記ねじ軸側転動溝、及び前記ナット側転動溝との間に潤滑剤を介在させ、該潤滑剤が、少なくともウレア系の増ちょう剤を含むことを特徴としている。
The invention according to claim 1 for achieving the above object 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 the screw shaft. In a ball screw comprising: a side rolling groove, and a plurality of balls arranged in a track formed so as to face the nut side rolling groove,
A lubricant is interposed between the ball that has been preloaded on the ball and the raceway and brought into contact with the raceway at two points, the screw shaft side rolling groove, and the nut side rolling groove, The lubricant is characterized by containing at least a urea-based thickener.

請求項1に係る発明によれば、少なくともウレア系の増ちょう剤を含む潤滑剤を、前記ボールと、前記ねじ軸側転動溝、及び前記ナット側転動溝との間に介在させることで、二点接触形式で予圧されたボールねじの低摩擦特性を良好に維持しつつ、磨耗を低減することができる。
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載のボールねじにおいて、前記潤滑剤が含浸された保持ピースを、複数の前記ボール間に配置したことを特徴としている。
請求項2に係る発明によれば、保持ピースを、複数の前記ボール間に配置したことにより、ボールと、前記ねじ軸側転動溝及び前記ナット側転動溝との間に潤滑剤を充分に介在させることができる。
According to the first aspect of the present invention, a lubricant containing at least a urea-based thickener is interposed between the ball, the screw shaft side rolling groove, and the nut side rolling groove. The wear can be reduced while maintaining the low friction characteristics of the ball screw preloaded by the two-point contact method.
The invention according to claim 2 is characterized in that, in the ball screw according to claim 1, the holding piece impregnated with the lubricant is disposed between the plurality of balls.
According to the second aspect of the present invention, since the holding piece is disposed between the plurality of balls, a sufficient amount of lubricant is provided between the balls and the screw shaft side rolling grooves and the nut side rolling grooves. Can be interposed.

また、請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載のボールねじにおいて、前記ボールに、固体潤滑皮膜を施したことを特徴としている。
請求項3に係る発明によれば、前記ボールの表面に固体潤滑皮膜を形成することで、耐磨耗性がさらに向上する。その結果として、耐摩耗性をより向上させた二点接触形式のボールねじを提供することができる。
The invention according to claim 3 is characterized in that, in the ball screw according to claim 1 or 2, a solid lubricating film is applied to the ball.
According to the invention of claim 3, the wear resistance is further improved by forming a solid lubricating film on the surface of the ball. As a result, it is possible to provide a two-point contact type ball screw with further improved wear resistance.

本発明によれば、二点接触形式のボールねじにおいて、低摩擦特性を維持しつつ、耐摩耗性を向上させたボールねじを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a ball screw with improved wear resistance while maintaining low friction characteristics in a two-point contact type ball screw.

本発明の一実施形態におけるボールねじの平断面図である。It is a plane sectional view of a ball screw in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における予圧付加部分の説明図である。It is explanatory drawing of the preload addition part in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における軸方向隙間の説明図である。It is explanatory drawing of the axial direction clearance gap in one Embodiment of this invention. 図1におけるボールと保持ピース部分を説明する要部拡大図である。It is a principal part enlarged view explaining the ball | bowl and holding piece part in FIG. 本発明の一実施形態における10万往復時の揺動ストロークとボール摩耗量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the rocking | fluctuation stroke at the time of 100,000 reciprocations in one Embodiment of this invention, and a ball wear amount. 二点接触のボールねじの溝直交断面におけるボールの微小運動を説明する要部拡大図である。It is a principal part enlarged view explaining the micro motion of the ball | bowl in the groove | channel orthogonal cross section of the ball screw of a two-point contact. 従来のボールねじにおける各予圧方式の予圧量と予圧動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 preload amount and preload dynamic torque of each preload system in the conventional ball screw.

以下、本発明に係る搬送装置の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態であるボールねじ1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、ボールねじ1に予圧を付加している状態における、軌道とボールとの関係を説明する説明図である。
Hereinafter, an embodiment of a transport device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view showing a part of a configuration of a ball screw 1 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. It shows. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the track and the ball in a state where a preload is applied to the ball screw 1.

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、ねじ軸側転動溝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、ねじ軸側転動溝5とナット3側転動溝6とで形成される軌道7に転動自在に装填された多数のボール4と、を備えている。そして、多数のボール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 6 facing the screw shaft side rolling groove 5. Rolled into a raceway 7 formed by a cylindrical nut 3 screwed onto the screw shaft 2, a screw shaft side rolling groove 5 and a nut 3 side rolling groove 6 on the inner peripheral surface. A large number of balls 4. Then, the nut 3 screwed to the screw shaft 2 via a large number of balls 4 and the screw shaft 2 are relatively moved in the axial direction via the rolling of the balls 4.

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、及び、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を通って循環するようになっている。
A flange 22 for fixing the nut 3 to a table or the like is provided at one end in the axial direction of the nut 3. 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 pass through the nut 3 to reach the track 7, and the balls 4 rolling in the track 7 circulate through the circulation passage 9.

そのため、ボール4は軌道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)から循環通路9内にすくい上げられ、すく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)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。
このボールねじ1には、ゴシックアーク溝をボール転動溝5,6に採用している。すなわち、ボール転動溝5,6の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。
Therefore, the ball 4 moves in the raceway 7 and turns around the screw shaft 2 a plurality of times, and then at one end of the circulation passage 9 at one end of the raceway 7 (intersection of the end of the circulation passage 9 and the raceway 7). The ball 4 scooped up from the portion (opening portion) into the circulation passage 9 passes through the circulation passage 9 and returns from the other end portion (opening portion) of the circulation passage 9 to the other end of the track 7. It is. 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.
The ball screw 1 employs gothic arc grooves for the ball rolling grooves 5 and 6. 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.

また、ナット3には、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はナット側転動溝6の1点と、これに対向する位置のねじ軸側転動溝5の1点と、の二点で接触している。該二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、ボールねじ1は、予圧付加構造にオフセットリード予圧構造を採用し、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のである。   Further, the nut 3 is a double nut type and is preloaded. Specifically, the nut 3 is formed by integrating a first nut 31 and a second nut 32 arranged in the axial direction and a spacer 33 interposed between the nuts 21 and 22. Then, by the interposition of the spacer 33, a preload is applied to the balls 4 in the track 7 in the direction of the arrow shown in FIG. It contacts at two points, one point of the screw shaft side rolling groove 5. In a direction perpendicular to the line connecting the two points, the ball 4 is not in contact with both the ball rolling grooves 5 and 6, or even if in contact, no preload is applied (see FIG. 2). That is, the ball screw 1 adopts an offset lead preload structure as a preload application structure, and applies a preload, thereby making the contact between the ball 4 and the track 7 a two-point contact type.

なお、本実施形態のボールねじ1は、図1の部分拡大図として示す図4のように、全てのボール4同士の間に、保持ピース8が配置されていても良い。保持ピース8は、円柱の両底面が凹面(ボール保持面)71になっている形状である。この円柱の直径はボール4の直径よりも少し小さい。また、この凹面71は、同じ曲率半径の2つの球面を合わせた面形状となっており、その断面がゴシックアーク形状となっている。そして、この凹面71は、ボール4の半径が凹面71の半径より小さく、凹面71の半径同士の交差位置がボール4の中心位置となるように形成されている。そのため、この保持ピース8の凹面71とボール4は、線接触することができる。これにより、ボール4は保持ピース8の凹面71に極めて低摩擦で接触することができる。そのため、ボール4と保持ピース8のすべり抵抗を小さくすることができる。したがって、保持ピース8の循環性も良好となるとともに、ボール4同士のせりあいによる作動性の悪化やボール4の摩擦や損傷を著しく低減することができる。   In the ball screw 1 of the present embodiment, the holding piece 8 may be disposed between all the balls 4 as shown in FIG. 4 shown as a partially enlarged view of FIG. The holding piece 8 has a shape in which both bottom surfaces of the cylinder are concave surfaces (ball holding surfaces) 71. The diameter of this cylinder is slightly smaller than the diameter of the ball 4. Further, the concave surface 71 has a surface shape formed by combining two spherical surfaces having the same radius of curvature, and the cross section thereof has a Gothic arc shape. The concave surface 71 is formed such that the radius of the ball 4 is smaller than the radius of the concave surface 71, and the intersection position of the radii of the concave surface 71 is the center position of the ball 4. Therefore, the concave surface 71 of the holding piece 8 and the ball 4 can be in line contact. Thereby, the ball 4 can contact the concave surface 71 of the holding piece 8 with extremely low friction. Therefore, the sliding resistance between the ball 4 and the holding piece 8 can be reduced. Therefore, the circulation performance of the holding piece 8 is improved, and the deterioration of the operability due to the contact between the balls 4 and the friction and damage of the balls 4 can be remarkably reduced.

図5は、10万往復時の揺動ストローク量に対するボールの摩耗量を、予圧方式及び使用する潤滑剤を異ならせて得られた結果を示すグラフである。予圧方式は、二点接触形式と四点接触形式とした。また、潤滑剤は、「ISO VG#68」を用意した。
図5に示すように、潤滑剤として油を用いた二点接触形式で予圧された比較例1のボールねじ1は、小ストローク時に磨耗量が急激に大きくなる。これに対して四点接触形式で予圧(P予圧)された比較例2のボールねじ1は、ストロークによる変化が少ない。揺動回数は同じであるため、この磨耗量の違いは、ボール転動溝5.6とボール4との接触形式と潤滑性の違いである可能性が大きい。今回磨耗量が大きくなっているのは、ボール4の軸回り公転が1回転に満たない小ストローク範囲である。つまり、もともと図6で示されたボール4の不安定さに加え潤滑性能が落ちると磨耗量が大きくなることが考えられる。
FIG. 5 is a graph showing results obtained by varying the amount of wear of the ball with respect to the amount of swing stroke during 100,000 reciprocations by varying the preload method and the lubricant used. The preload method was a two-point contact method or a four-point contact method. As the lubricant, “ISO VG # 68” was prepared.
As shown in FIG. 5, the wear amount of the ball screw 1 of Comparative Example 1 preloaded in a two-point contact system using oil as a lubricant increases rapidly during a small stroke. On the other hand, the ball screw 1 of Comparative Example 2 preloaded (P preloaded) in a four-point contact type has little change due to the stroke. Since the number of swings is the same, the difference in the amount of wear is likely to be a difference in the contact type and lubricity between the ball rolling groove 5.6 and the ball 4. The amount of wear this time is large in a small stroke range in which the revolution of the ball 4 about its axis is less than one rotation. That is, it is conceivable that the amount of wear increases when the lubrication performance decreases in addition to the instability of the ball 4 originally shown in FIG.

一方、潤滑剤としてグリスを用いたボールねじ1では、摩耗量が小さく抑えられていることが図5からわかる。特に、潤滑剤としてグリスを用いたボールねじ1はいずれも、比較例1及び比較例2のボールねじ1よりも摩耗量が低減されている。さらに、これらのボールねじ1のうち、二点接触方式の実施例1のボールねじ1は、揺動ストロークが8(mm)以上では、四点接触形式の実施例2のボールねじ1よりも優れた耐摩耗性を示しており、揺動ストロークが0〜150mmの範囲で、ボール4の摩耗量が0.1μm以下に抑えられている。   On the other hand, it can be seen from FIG. 5 that the wear amount of the ball screw 1 using grease as the lubricant is kept small. In particular, the ball screw 1 using grease as a lubricant has less wear than the ball screws 1 of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. Furthermore, of these ball screws 1, the ball screw 1 of the first embodiment of the two-point contact method is superior to the ball screw 1 of the second embodiment of the four-point contact type when the swing stroke is 8 (mm) or more. The wear amount of the ball 4 is suppressed to 0.1 μm or less when the swing stroke is in the range of 0 to 150 mm.

二点接触形式のボールねじは、ボールがボール溝内で二点でしか保持されないため、自由度が大きくなる。このため、例えば揺動運転(微小ストロークでの繰り返し)の場合、ボールはナット移動に伴う公転に加え、ボール溝内で微小な動きをすると考えられる。そして、ボール溝やボールが摩耗するのは、この微小な動きによる、フレッチング摩耗であると考えられる。   The ball screw of the two-point contact type has a high degree of freedom because the ball is held only at two points in the ball groove. For this reason, for example, in the case of rocking operation (repeated with a small stroke), it is considered that the ball moves minutely in the ball groove in addition to the revolution accompanying the movement of the nut. The wear of the ball groove or ball is considered to be fretting wear due to this minute movement.

このボールの微小な動きは、二点接触タイプのボールねじ特有の現象であり、これを減少させるために、対フレッチンググリスを用いたところ、上記のような効果を得ることができた。対フレッチンググリスは、ウレア系の増ちょう剤で、基油に高級合成油を使用したものである。このような対フレッチンググリスを用いることにより、微小な空間に潤滑剤が入りやすく、フレッチング摩耗の減少に効果があると考えられる。   The minute movement of the ball is a phenomenon peculiar to the two-point contact type ball screw. In order to reduce this phenomenon, when the anti-fretting grease is used, the above-described effects can be obtained. Anti-fretting grease is a urea-based thickener that uses high-grade synthetic oil as the base oil. By using such anti-fretting grease, it is considered that the lubricant can easily enter a minute space and is effective in reducing fretting wear.

このように、本発明は、二点接触形式で予圧されたボールねじ1に、油ではなく、グリスを潤滑剤として使用することによって、二点接触形式で予圧されたボールねじ1特有の低摩擦特性を維持しつつ、耐磨耗性を向上させるものである。特に、「低摩擦性」の効果は、二点接触形式のボールねじの予圧によるものが大きいため、上記のような二点接触形式のボールねじ特有の現象を減少させるために対フレッチンググリスとして、ウレア系の増ちょう剤を含む潤滑剤を用い、顕著な効果を得ることができた。   As described above, the present invention uses the grease, not oil, as a lubricant for the ball screw 1 preloaded by the two-point contact type, so that the low friction specific to the ball screw 1 pre-loaded by the two-point contact type is achieved. The wear resistance is improved while maintaining the characteristics. In particular, the effect of “low friction” is largely due to the preload of the ball screw of the two-point contact type, so as to reduce the phenomenon peculiar to the ball screw of the two-point contact type as described above, as anti-fretting grease, A remarkable effect could be obtained by using a lubricant containing a urea-based thickener.

次に、増ちょう剤の違いによる磨耗特性について、以下の条件で測定した。その結果を表1に示す。なお、表1において、摩耗特性は、ボール4の直径の減少量(摩耗量)によって比較した。
(実施条件)
ボールねじ:日本精工株式会社製呼び番号「BS3205」
ねじ軸径:32[mm]
リード:5[mm]
ボールの基準直径:3.175[mm]
予圧方式:二点接触形式
試験回転数:5[rpm]
揺動ストローク:5[mm]
揺動回数:10万回
潤滑油:グリス1及びグリス2
Next, the wear characteristics due to the difference in the thickener were measured under the following conditions. The results are shown in Table 1. In Table 1, the wear characteristics were compared by the amount of decrease in the diameter of the ball 4 (wear amount).
(Implementation conditions)
Ball screw: Nippon Seiko Co., Ltd., “BS3205”
Screw shaft diameter: 32 [mm]
Lead: 5 [mm]
Standard diameter of the ball: 3.175 [mm]
Preload method: Two-point contact type Test rotation speed: 5 [rpm]
Swing stroke: 5 [mm]
Number of oscillations: 100,000 times Lubricant: Grease 1 and Grease 2

Figure 2011174532
Figure 2011174532

表1に示すように、増ちょう剤として、一般に多く用いられているリチウム石けん系よりもウレア系を用いた潤滑剤(グリス)を用いることで、二点接触形式のボールねじ1の低速かつ揺動運転時の摩耗量が低減することが示された。なお、表1における「グリス1」は、図5に示したウレア系の潤滑剤に該当する。従って、「グリス2」を上記「10万往復時の揺動ストローク量に対するボールの摩耗量」を測定する際の潤滑剤として用いた場合、図5において「揺動ストローク」が5mmのとき、0.3μmの摩耗量を示すこととなる。   As shown in Table 1, by using a lubricant (grease) that uses a urea system rather than a lithium soap system that is generally used as a thickener, the two-point contact type ball screw 1 can be operated at low speed. It was shown that the amount of wear during dynamic operation is reduced. “Grease 1” in Table 1 corresponds to the urea-based lubricant shown in FIG. Therefore, when “grease 2” is used as a lubricant for measuring the “amount of wear of the ball with respect to the swing stroke amount during 100,000 reciprocations”, when the “swing stroke” is 5 mm in FIG. It shows a wear amount of 3 μm.

また、ボール4に、固体潤滑皮膜を施してもよい。ボール4の表面に固体潤滑皮膜を形成することにより、摩耗量をより低減し、低摩擦特性を維持しつつ、耐磨耗性が向上した二点接触形式のボールねじを提供することができる。
さらに、本実施形態では、ボール4同士の間に、保持ピース8を介在させている。そのため、保持ピース8によってボール4同士の競り合いが抑制されるので、摩擦トルクの発生をさらに好適に抑えることができる。
Further, the ball 4 may be provided with a solid lubricating film. By forming a solid lubricating film on the surface of the ball 4, it is possible to provide a ball screw of a two-point contact type with improved wear resistance while further reducing the amount of wear and maintaining low friction characteristics.
Furthermore, in this embodiment, the holding piece 8 is interposed between the balls 4. Therefore, since the competition between the balls 4 is suppressed by the holding piece 8, it is possible to more suitably suppress the generation of friction torque.

なお、本発明に係るボールねじは、上記実施形態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、ボール4間に保持ピース8を配設したが、この保持ピース8は、ボール4の表面に本実施形態で用いられる潤滑剤を提供するために保持するものであるので、保持ピース8を用いなくとも、本実施形態で用いられる潤滑剤をボール4と軌道7との間に介在させるだけで十分な効果を奏する。   In addition, the ball screw which concerns on this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible unless it deviates from the meaning of this invention. For example, in the above embodiment, the holding piece 8 is disposed between the balls 4, but this holding piece 8 is to hold the lubricant used in the present embodiment on the surface of the ball 4. Even if the holding piece 8 is not used, a sufficient effect can be obtained by merely interposing the lubricant used in the present embodiment between the ball 4 and the track 7.

また、上記実施形態では、全てのボール4同士の間に保持ピース8を配置しているが、本発明のボールねじ1は、保持ピース8が全てのボール4同士の間に配置されているものに限定されない。例えば、小球を挟む等の方法や、その他の保持器も使用可能である。
また、上記実施形態では、チューブ式の循環通路9を用いているが、これに限定されるものではなく、他の形式の循環通路を用いてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the holding piece 8 is arrange | positioned between all the balls 4, as for the ball screw 1 of this invention, the holding piece 8 is arrange | positioned between all the balls 4. It is not limited to. For example, a method of sandwiching a small ball or other cages can be used.
Moreover, in the said embodiment, although the tube-type circulation path 9 is used, it is not limited to this, You may use the circulation path of another type.

また、上記実施形態では、予圧方法として、オフセットリード予圧を用いているが、これに限定されるものではなく、ボールねじ1の予圧方法としては、以下の方法も適用可能である。
例えば、シングルナットの中央付近のリードを予圧量だけ大きくして予圧を与えることができる。また、本実施形態ではナットを2個使用し、ナットの間の隙間よりも予圧量だけ厚い間座を入れているが、逆に、薄い間座を入れて予圧を与えることもできる。また、多条ねじにおいて、ねじ軸の条間とナットの条間とをずらして予圧を与えることもできる。
In the above embodiment, the offset lead preload is used as the preload method, but the present invention is not limited to this, and the following method can be applied as the preload method of the ball screw 1.
For example, the lead near the center of the single nut can be increased by a preload amount to give a preload. In this embodiment, two nuts are used and a spacer thicker than the gap between the nuts by a preload amount is inserted, but conversely, a thin spacer can be inserted to give a preload. Further, in a multi-thread screw, preload can be applied by shifting the space between the screw shaft and the space between the nuts.

1 ボールねじ
2 ねじ軸
3 ナット
4 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 保持ピース
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
71 凹面
81 循環通路押え
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ball screw 2 Screw shaft 3 Nut 4 Ball 5 Ball rolling groove (of screw shaft) 6 Ball rolling groove (of nut) 7 Track 8 Holding piece 9 Circulating passage 10 Dust-proof seal 21 Notch 22 Flange 31 First nut 32 Second nut 33 Spacer 71 Concave surface 81 Circulation passage presser

Claims (3)

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、及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ボールと、を備えたボールねじにおいて、
前記ボールと前記軌道とに予圧をかけて、前記軌道に二点接触させた前記ボールと、前記ねじ軸のボール転動溝、及び前記ナットのボール転動溝との間に潤滑剤を介在させ、該潤滑剤が、少なくともウレア系の増ちょう剤を含む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, a ball rolling groove on the screw shaft, and a ball rolling groove on the nut. In a ball screw comprising: a plurality of balls arranged in tracks formed opposite to each other;
A lubricant is interposed between the ball that has been preloaded on the ball and the raceway and brought into contact with the raceway at two points, the ball rolling groove of the screw shaft, and the ball rolling groove of the nut. The ball screw is characterized in that the lubricant contains at least a urea-based thickener.
保持ピースを、複数の前記ボール間に配置したことを特徴とする請求項1に記載のボールねじ。   The ball screw according to claim 1, wherein a holding piece is disposed between the plurality of balls. 前記ボールの表面に固体潤滑皮膜を形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載のボールねじ。   The ball screw according to claim 1, wherein a solid lubricating film is formed on the surface of the ball.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110107665A (en) * 2019-06-10 2019-08-09 湖北工程职业学院 A kind of accurate precompressed ball screw

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