JP2012172765A - Ball screw device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ねじ軸とナットとの間に介在された複数のボールを循環するようにした、ボールねじ装置に関する。 The present invention relates to a ball screw device that circulates a plurality of balls interposed between a screw shaft and a nut.
従来より、この種のボールねじ装置として、例えば、図7に示すものが知られている(特許文献1参照)。
図7に示すボールねじ装置100は、ねじ軸101と、ナット102と、複数のボール103とを備えて構成されている。
ねじ軸101は、その外周面に、所定のリードを有する螺旋状のボール転動溝104が形成されている。ナット102は、略円筒状をなし、その内径はねじ軸101の外径よりも大きく形成され、ねじ軸101に所定の隙間をもって外装されている。ナット102の内周面には、ねじ軸101のリードと等しいリードを有する螺旋状のボール転動溝105が形成されている。このボール転動溝105と対向するねじ軸101のボール転動溝104とによって断面略円状の転走路106が形成されている。そして、この転走路106内に複数のボール103が転動可能に充填配置される。そして、ナット102の内周面には、ボール103が循環できるように、転走路106の一端と他端とを連結し、転走路106を転がるボール103を一端から他端に戻す複数の循環路107が形成されている。
Conventionally, as this type of ball screw device, for example, the one shown in FIG. 7 is known (see Patent Document 1).
A
The
これら循環路107により、循環路107に向かって転走路106を転がってくるボール103をねじ軸101の径方向にすくい上げ、ねじ軸101のねじ山を乗り越えさせ、一巻き手前(一リード手前)の転走路106に戻すことでボール103を循環可能になっている。そして、この循環路107及び転走路106によって形成される通路によってねじ軸101の外側に略円環状の無限循環路が形成される。これにより、ナット102に対するねじ軸101の相対的な回転に伴って、ボール103がボール転動溝104とボール転動溝105との間を転がり運動することによって、ナット102がねじ軸101に対してねじ軸101の軸方向に直線運動することを可能にしている。
With these
ところで、図7に示すボールねじ装置101においては、循環路107と転走路106を構成するナット102の内周面に形成されたボール転動溝105との境界部の断面がエッジを有する形状となっている。このため、ボール103が循環路107を通過して転走路106に戻される際、または転走路106から循環路107に導入される際に、前記境界部に衝突することがあった。このため、ねじ軸101またはナット102を高速で回転させた場合には、前記境界部やボール103に過大な衝撃荷重が加わり、ボールねじ装置101の耐久寿命を低下させるおそれがあった。
By the way, in the
このような問題を解決するために、例えば、図8及び図9に示すボールねじ装置(特許文献2参照)や図10に示すボールねじ装置用のスピンドルナット(特許文献3参照)が提案されている。
図8に示すボールねじ装置201は、ナット202の内周面両端部に循環こま組込み用の凹陥部203を設け、ねじ軸(図示せず)とナット202のボール転動溝204との間を転動するボール(図9参照)207を凹陥部203に嵌め込まれた循環こま205によりナット202内に形成されたボール戻し路(図示せず)に導入して循環させるようにしている。そして、図9に示すように、ナット202の内周面に形成されたボール転動溝204と凹陥部203との境界部206をボール207の直径Dwに対してR=0.05Dw以上の曲率半径で曲面状に形成している。
In order to solve such problems, for example, a ball screw device shown in FIGS. 8 and 9 (see Patent Document 2) and a spindle nut for the ball screw device shown in FIG. 10 (see Patent Document 3) have been proposed. Yes.
A
このように、ナット202の内周面に形成されたボール転動溝204と凹陥部203との境界部206を曲面状に形成することにより、ねじ軸又はナット202を高速で回転させてもボール戻し路を転動したボール207が境界部206に衝突した際に、境界部206やボール207に加わる衝撃荷重の面圧を軽減でき、ボールねじの耐久寿命を向上させることがでいる。
Thus, by forming the
また、図10に示すボールねじ装置301用のスピンドルナット302の内周面には、ボール307用の螺旋状のボール転動溝303が形成されている。また、ボールねじ装置301においては、ボール307を1つのボール転動溝303の終端部から1つのボール転動溝303の始端部に変向させるための変向通路306を有する変向装置305が設けられている。そして、スピンドルナット302の内周面には、一方でボール転動溝303に接続しかつ他方で変向通路306に接続するボール走入路304が形成されている。そして、ボール転動溝303とボール走入路304との両方が同じ横断面形状を有するようになっている。ボール転動溝303の横断面形状はゴシック形状を有し、ボール走入路304もまた同じゴシック形状を有する。これにより、ボール転動溝303からボール走入路304への、かつボール走入路304から変向装置305の変向通路306へのボール307の引っかかりのない移行が可能になる。
A spiral
しかしながら、図8及び図9に示すボールねじ装置201及び図10に示すボールねじ装置301用のスピンドルナット302にあっては、以下の問題点があった。
即ち、図8及び図9に示すボールねじ装置201の場合、いわゆるコマ式ボールねじ装置であり、循環こま205と凹陥部203の加工による寸法差によっては、ボール転動溝204と凹陥部203との境界部206を曲面状に形成したとしても、ボール戻し路とボール転動溝204とが滑らかに接続されない可能性がある。このため、更なる加工が必要となる可能性がある。ボール戻し路とボール転動溝204とが滑らかに接続されないと、ボール103がボール戻し路を通過してボール転動溝204に戻される際、またはボール転動溝204からボール戻し路に導入される際に、ボール戻し路とボール転動溝204との境界部に衝突することがあり、前記境界部やボール207に過大な衝撃荷重が加わり、ボールねじ装置201の耐久寿命を低下させるおそれがあった。
However, the
That is, the
また、図10に示すボールねじ装置301用のスピンドルナット302の場合もいわゆるコマ式ボールねじ装置であり、図8に示すボールねじ装置201と同様の問題があった。
従って、本発明はこれら問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ナットの内周面に形成されている転走路を構成するボール転動溝と循環路との境界部やボールに加わる衝撃荷重を軽減して耐久寿命の向上を図ることができるボールねじ装置を提供することにある。
Further, the
Therefore, the present invention has been made in view of these problems, and the object thereof is to the boundary portion between the ball rolling groove and the circulation path that constitute the rolling path formed on the inner peripheral surface of the nut and the ball. An object of the present invention is to provide a ball screw device capable of reducing the applied impact load and improving the durability life.
上記課題を解決するため、本発明のうち請求項1に係るボールねじ装置は、外周面に螺旋状の第1ボール転動溝を有するねじ軸と、該ねじ軸に外嵌して内周面に前記第1ボール転動溝に対向する第2ボール転動溝を有するナットと、前記第1ボール転動溝と前記第2ボール転動溝とによって形成される転走路内に転動可能に充填された複数のボールと、前記ナットの内周面に形成され、前記ボールを手前の転走路に戻すための循環路とを備えたボールねじ装置において、前記転走路を構成する第2ボール転動溝と前記循環路との境界部にクラウニングを施したことを特徴としている。 In order to solve the above problems, a ball screw device according to claim 1 of the present invention includes a screw shaft having a spiral first ball rolling groove on an outer peripheral surface, and an inner peripheral surface that is externally fitted to the screw shaft. And can be rolled into a rolling path formed by a nut having a second ball rolling groove facing the first ball rolling groove, and the first ball rolling groove and the second ball rolling groove. In a ball screw device comprising a plurality of filled balls and a circulation path formed on the inner peripheral surface of the nut for returning the balls to the preceding rolling path, a second ball rolling that constitutes the rolling path is provided. It is characterized in that a crowning is applied to the boundary between the moving groove and the circulation path.
また、本発明のうち請求項2に係るボールねじ装置は、請求項1記載のボールねじ装置において、前記クラウニングが、凸状円弧であることを特徴としている。
更に、本発明のうち請求項3に係るボールねじ装置は、請求項1記載のボールねじ装置において、前記クラウニングが、斜面であることを特徴としている。
また、本発明のうち請求項4に係るボールねじ装置は、請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載のボールねじ装置において、前記クラウニングは、プラネットタップ加工によってなされることを特徴としている。
A ball screw device according to claim 2 of the present invention is the ball screw device according to claim 1, wherein the crowning is a convex arc.
Furthermore, the ball screw device according to
A ball screw device according to a fourth aspect of the present invention is the ball screw device according to any one of the first to third aspects, wherein the crowning is performed by planet tapping. .
本発明のうち請求項1に係るボールねじ装置によれば、ナットの内周面に形成されている転走路を構成する第2ボール転動溝と循環路との境界部にクラウニングを施したので、循環路と第2ボール転動溝とが滑らかに接続され、ボールが循環路を通過して転走路に戻される際、または転走路から循環路に導入される際に、転走路を構成する第2ボール転動溝と循環路との境界部を滑らかに通過し、前記境界部やボールに加わる衝撃荷重が軽減される。このため、ボールねじ装置の耐久寿命を向上させることができる。 According to the ball screw device according to claim 1 of the present invention, the crowning is applied to the boundary portion between the second ball rolling groove and the circulation path constituting the rolling path formed on the inner peripheral surface of the nut. The circulation path and the second ball rolling groove are smoothly connected, and the rolling path is configured when the ball passes through the circulation path and is returned to the rolling path or when the ball is introduced from the rolling path to the circulation path. The boundary between the second ball rolling groove and the circulation path passes smoothly, and the impact load applied to the boundary and the ball is reduced. For this reason, the durable life of the ball screw device can be improved.
また、本発明のうち請求項2に係るボールねじ装置によれば、請求項1記載のボールねじ装置において、前記クラウニングが、凸状円弧であるので、ボールが転走路を構成する第2ボール転動溝と循環路との境界部を通過する際の滑らか性効果がかなり大きく、前記境界部やボールに加わる衝撃荷重がかなり効果的に軽減される。また、クラウニングを凸状円弧とする加工も比較的しやすい。 Moreover, according to the ball screw device according to claim 2 of the present invention, in the ball screw device according to claim 1, since the crowning is a convex arc, the second ball rolling which constitutes a rolling path. The smoothness effect when passing through the boundary between the moving groove and the circulation path is considerably large, and the impact load applied to the boundary and the ball is considerably reduced. In addition, it is relatively easy to process the crowning into a convex arc.
更に、本発明のうち請求項3に係るボールねじ装置によれば、請求項1記載のボールねじ装置において、前記クラウニングが、斜面であるので、ボールが転走路を構成する第2ボール転動溝と循環路との境界部を通過する際の滑らかさ効果が大きく、前記境界部やボールに加わる衝撃荷重が効果的に軽減される。また、クラウニングを斜面とする加工は容易である。
Further, according to the ball screw device according to
また、本発明のうち請求項4に係るボールねじ装置は、請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載のボールねじ装置において、前記クラウニングは、プラネットタップ加工によってなされるので、転走路を構成する第2ボール転動溝と循環路との境界部に精度よくクラウニングを施すことができる。 Moreover, the ball screw device according to claim 4 of the present invention is the ball screw device according to any one of claims 1 to 3, wherein the crowning is performed by planet tapping. Crowning can be accurately applied to the boundary between the second ball rolling groove and the circulation path.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明に係るボールねじ装置の実施形態の断面図である。図2は、図1に示すボールねじ装置において、転送路を構成する第2ボール転動溝と循環路との境界部近傍を示す模式図である。図3は、図2における3−3線に沿う断面図である。図4は、図1に示すボールねじ装置において、転送路を構成する第2ボール転動溝と循環路との境界部におけるボールと第2ボール転動溝及び循環路との接触状態を示す模式図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of a ball screw device according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing the vicinity of the boundary between the second ball rolling groove and the circulation path constituting the transfer path in the ball screw device shown in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing a contact state between a ball and the second ball rolling groove and the circulation path at a boundary portion between the second ball rolling groove and the circulation path constituting the transfer path in the ball screw device shown in FIG. 1. FIG.
図1に示すボールねじ装置1は、ねじ軸2と、ナット3と、複数のボール4とを備えて構成されている。
ねじ軸2は、中心軸CLを中心とした円筒形状で、その外周面に、所定のリードを有する螺旋状の第1ボール転動溝5が形成されている。
ナット3は、略円筒状をなし、その内径はねじ軸2の外径よりも大きく形成されており、ねじ軸2に所定の隙間をもって外嵌している。ナット3の内周面には、ねじ軸2の第1ボール転動溝5と等しいリードを有し、第1ボール転動溝5と対向する第2ボール転動溝6が形成されている。そして、ねじ軸2の第1ボール転動溝5とナット3の第2ボール転動溝6とによって断面略円形状の転走路7が形成されている。この転走路7内に複数のボール4が転動可能に充填配置されている。
A ball screw device 1 shown in FIG. 1 includes a screw shaft 2, a
The screw shaft 2 has a cylindrical shape centered on the central axis CL, and a spiral first ball rolling groove 5 having a predetermined lead is formed on the outer peripheral surface thereof.
The
また、ナット3の内周面には、ボール4を手前の転走路7に戻すための複数の循環路8が形成されている。この循環路8により、各循環路8に向かって転走路7を転がってくるボール4をねじ軸2の径方向にすくい上げ、さらに、ねじ軸2のねじ山を乗り越えさせ、一巻き手前(一リード手前)の転走路7に戻すことでボール4を循環可能になっている。そして、この循環路8及び転走路7によってねじ軸2の外側に略円環状の無限循環路が形成される。これにより、ナット3に対するねじ軸2の相対的な回転に伴って、複数のボール4が無限循環路内を無限循環することによって、ナット3がねじ軸2に対してねじ軸2の軸方向に直線運動することが可能となる。
In addition, a plurality of
ここで、ナット3の内周面に形成された、転走路7を構成する第2ボール転動溝6と循環路8の導入部8aとの境界部9には、図2及び図3に示すように、クラウニング10(図2においては斜線で示す)が施される。
当該境界部9にクラウニング10を施すことにより、ボール4と転走路7を構成する第2ボール転動溝6(ゴシック形状、図4参照)との接点の軌跡であるボール軌跡と、ボール4と循環路8(半円、図4参照)との接点の軌跡であるボール底部軌跡とが滑らかに接続される。これにより、ボール4が循環路8を通過して転走路7に戻される際、または転走路7から循環路8に導入される際に、転走路7を構成する第2ボール転動溝6と循環路8との境界部9を滑らかに通過し、前記境界部9やボール4に加わる衝撃荷重が軽減される。このため、ボールねじ装置1の耐久寿命を向上させることができる。
Here, the
By applying a crowning 10 to the
また、循環路8がコマ式ではなくナット3の内周面に形成されているので、直接循環路8と転走路7を構成する第2ボール転動溝6との境界部9を直接加工できるので、コマ式のように、ボール戻し路とボール転動溝とが滑らかに接続されない可能性は低く、確実に転走路7を構成する第2ボール転動溝6と循環路8との境界部9を滑らかにすることができる。また、境界部9を直接加工できるので、加工効率もよい。
また、転走路7を構成する第2ボール転動溝6と循環路8の導入部8aとの境界部9においては、図4に示すように、ボール4と第2ボール転動溝6とが2点A,Bで接触し、ボール4と循環路8とが1点Cで接触している。
Further, since the
Further, at the
ここで、クラウニング10は、図3に示すように、第2ボール転動溝6の溝底6aに対して上側が凸となる、凸状円弧で形成されている。この凸状円弧の曲率半径R1は、ボール4の直径に対して0.5〜18倍であることが好ましい。そ理由は、曲率半径R1がボール4の直径に対して0.5倍より小さいと、曲率の効果が得られずボール4が滑らかに通過できず、曲率半径R1がボール4の直径に対して18倍より大きいとボールねじの定格荷重が低下するからである。クラウニング10を凸状円弧とすることにより、ボール4が転走路7を構成する第2ボール転動溝6と循環路8との境界部9を通過する際の滑らか性効果がかなり大きく、前記境界部9やボール4に加わる衝撃荷重がかなり効果的に軽減される。また、クラウニング10を凸状円弧とする加工も比較的しやすい。
Here, as shown in FIG. 3, the crowning 10 is formed in a convex arc whose upper side is convex with respect to the
ここで、種々のクラウニング形状と各クラウニング形状における加工容易性及びクラウニングによる効果との関係を図5に示す。
図5には、クラウニング形状として、従来のクラウニングを施していないもの、凹状円弧のもの、斜面としたもの、凸状円弧としたもの、複数の円弧を連ならせたものが例示されている。
図5を参照すると、従来のクラウニングを施していないものは、加工は最もし易いが、クラウニングの効果が全くない。以降、凹状円弧のもの、斜面としたもの、凸状円弧としたもの、複数の円弧を連ならせたものの順に加工がし難くなるが、クラウニングの効果が徐々に大きくなる。
Here, FIG. 5 shows the relationship between various crowning shapes, processability in each crowning shape, and the effect of crowning.
FIG. 5 exemplifies a crowning shape that is not subjected to conventional crowning, a concave arc, a slope, a convex arc, and a plurality of arcs connected together.
Referring to FIG. 5, a conventional product not subjected to crowning is most easily processed but has no effect of crowning. Thereafter, it becomes difficult to process in the order of a concave arc, a slope, a convex arc, and a series of arcs, but the effect of crowning gradually increases.
加工容易性及びクラウニングによる効果の双方を考慮すると、図3に示したようなクラウニング10を凸状円弧としたものと斜面としたものが好ましい。クラウニング10を斜面とした場合には、ボール4が転走路7を構成する第2ボール転動溝6と循環路8との境界部9を通過する際の滑らかさ効果が大きく、前記境界部9やボール4に加わる衝撃荷重が効果的に軽減される。また、クラウニング10を斜面とする加工は容易である。また、クラウニング10を斜面とする場合には、傾斜は境界部9の接線方向に対して7°〜19°とすることが好ましい。その理由は、傾斜が境界部9の接線方向に対して7°より小さいと、傾斜の効果が得られずボール4が滑らかに通過できず、傾斜が境界部9の接線方向に対して19°より大きいとボールねじの定格荷重が低下するからである。
Considering both the ease of processing and the effect of crowning, it is preferable that the crowning 10 as shown in FIG. When the crowning 10 is an inclined surface, the smoothness effect when the ball 4 passes through the
次に、ナット3の製造方法について説明する。
先ず、ナット3の素材であるフランジ付きの中空円筒部材N(図6参照)の内周面に、循環路8を形成する。ナット3の材料は、第2ボール転動溝6及び循環路8を形成した後の熱処理が浸炭処理の場合には炭素含有量が0.10〜0.25質量%のクロム鋼またはモリブデン鋼(例えばSCM420)、当該熱処理が高周波焼入れの場合には炭素含有量が0.4〜0.6質量%の炭素鋼(例えばS53C、SAE4150)が好ましい。循環路8は、所定形状の金型を用いた鍛造加工により形成する。
Next, a method for manufacturing the
First, the
次に、循環路8を形成した中空円筒部材Nの内周面に、第2ボール転動溝6を形成する。第2ボール転動溝6は、図6に示すようなプラネットタップ加工により形成される。プラネットタップ加工においては、図6(A)に示すような切削工具Tを用いて切削加工を行う。切削工具Tは、回転軸Taの外周に刃物Tbを形成している。刃物Tbの切削面(周方向に対向する面)は、第2ボール転動溝6の形状に一致する。回転軸Taは、その軸線の回りに回転(図6(A)における矢印A方向)するが、それとは独立して偏心軸の回りに公転(図6(B)における矢印B方向)する。
Next, the second
更に、図6(A)に示すように、切削工具Tの回転軸Taを所定の軸線方向位置で半径方向外方にシフトさせ、第2ボール転動溝6のピッチで軸線方向に送り出しながら公転させつつ、より速い速度で自転させることで、360度未満の螺旋状の第2ボール転動溝6を、中空円筒部材Nの内周面に切削形成することができる。このとき、循環路8に軸線方向位置及び位相を合わせることで、各循環路8が第2ボール転動溝6の両端に接続するように形成できる。
Further, as shown in FIG. 6 (A), the rotational axis Ta of the cutting tool T is shifted radially outward at a predetermined axial position, and revolved while being fed in the axial direction at the pitch of the second
そして、循環路8及び第2ボール転動溝6を形成した中空円筒部材Nにおいて、循環路8と第2ボール転動溝6との境界部9にクラウニング10を施す。クラウニング10は、図6に示すプラネットタップ加工によってなされる。クラウニング10をプラネットタップ加工によって行うことで、転走路を構成する第2ボール転動溝6と循環路8との境界部9に精度よくクラウニング10を施すことができる。
In the hollow cylindrical member N in which the
最後に、中空円筒部材Nの内周面に焼入れ処理を行う。これにより、ナット3は製造される。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、クラウニング10の形状は、図3に示した凸状円弧や斜面でなくてもよく、図5に示した凹状円弧や複数の円弧を連ねたものであってもよい。
また、第2ボール転動溝6及びクラウニング10の加工は、プラネットタップ加工に限られない。
Finally, a quenching process is performed on the inner peripheral surface of the hollow cylindrical member N. Thereby, the
As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to this, A various change and improvement can be performed.
For example, the shape of the crowning 10 may not be the convex arc or slope shown in FIG. 3, but may be a series of concave arcs or a plurality of arcs shown in FIG.
Further, the processing of the second
1 ボールねじ装置
2 ねじ軸
3 ナット
4 ボール
5 第1ボール転動溝
6 第2ボール転動溝
6a 溝底
7 転走路
8 循環路
8a 導入部
9 境界部
10 クラウニング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ball screw apparatus 2
Claims (4)
前記転走路を構成する第2ボール転動溝と前記循環路との境界部にクラウニングを施したことを特徴とするボールねじ装置。 A screw shaft having a spiral first ball rolling groove on the outer peripheral surface; and a nut having a second ball rolling groove which is fitted on the screw shaft and faces the first ball rolling groove on the inner peripheral surface; A plurality of balls filled in a rolling path formed by the first ball rolling groove and the second ball rolling groove, and formed on an inner peripheral surface of the nut; In the ball screw device having a circulation path for returning to the previous rolling path,
A ball screw device, wherein a crowning is applied to a boundary portion between the second ball rolling groove constituting the rolling path and the circulation path.
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