JP2015059634A - Ball screw - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はボールねじに関する。 The present invention relates to a ball screw.
ボールねじは、ねじ軸とナットと複数のボールを有する。ねじ軸はナット内に配置されている。ねじ軸の螺旋溝とナットの螺旋溝とで、ボールが転動する転動路を含む軌道が形成される。軌道には、ボールが配置されない非転動路(ボールの転動路ではない空間)が存在する。
ナットは、ボールを転動路の終点から始点に戻すボール戻し路を備えている。ボールは転動路とボール戻し路内とからなる循環経路(サーキット)内に配置されている。ボールねじは、循環経路を循環し転動路内で転動(負荷状態で回転しながら移動)するボールを介して、ねじ軸とナットとが相対移動する装置である。ボール戻し路は、ナットにリターンチューブやこまを取り付けることで形成される。
このようなボールねじでは、非転動路にボールが入った状態で使用されると、ボールねじがロックするおそれがある。そのため、複数の循環経路を有するボールねじを組み立てる際には、ボールが誤って非転動路に入ることを防止する必要があり、従来よりその対策が提案されている。
The ball screw has a screw shaft, a nut, and a plurality of balls. The screw shaft is disposed in the nut. A raceway including a rolling path on which the ball rolls is formed by the spiral groove of the screw shaft and the spiral groove of the nut. The track has a non-rolling path (a space that is not a rolling path for the ball) in which the ball is not arranged.
The nut includes a ball return path for returning the ball from the end point of the rolling path to the start point. The balls are arranged in a circulation path (circuit) composed of a rolling path and a ball return path. A ball screw is a device in which a screw shaft and a nut move relative to each other through a ball that circulates in a circulation path and rolls (moves while rotating in a load state) in a rolling path. The ball return path is formed by attaching a return tube or top to the nut.
When such a ball screw is used in a state where the ball enters the non-rolling path, the ball screw may be locked. For this reason, when assembling a ball screw having a plurality of circulation paths, it is necessary to prevent the ball from entering the non-rolling path by mistake, and countermeasures have been proposed conventionally.
特許文献1では、ナットのサーキット外溝(螺旋溝のうち隣り合うサーキット間の非転動路となる部分)の斜径寸法を、ナットのサーキット内溝(螺旋溝のうち転動路を成す部分)の斜径寸法より小さくすることが提案されている。このナットを使用したボールねじでは、組み立て時にボールが誤って非転動路に入った場合、ボールねじを作動させてもねじ軸とナットとを相対回転できなくなるため、ボールが非転動路に入っているかどうかを簡単に確認できると記載されている。 In Patent Document 1, the oblique dimension of the outer circuit groove of the nut (the portion of the spiral groove that becomes a non-rolling path between adjacent circuits) is defined as the inner groove of the nut (the portion of the spiral groove that forms the rolling path). It has been proposed to make it smaller than the oblique diameter dimension. With a ball screw using this nut, if the ball accidentally enters the non-rolling path during assembly, the ball shaft cannot be rotated relative to the nut even if the ball screw is operated. It is described that it can be easily confirmed whether it is included.
特許文献2では、こま式のボールねじの非転動路(非循環部)に詰め物を配置することで、ボールが非転動路に入ることを阻止することが提案されている。
特許文献3では、ナットの螺旋溝のうち隣り合う循環経路間の非転動路を形成する部分(ボールが転動しない溝部)の形状と、転動路を形成する部分(ボールが転動する溝部)の形状を異なるものにすることが提案されている。例えば、ボールが転動しない溝部の断面形状をボールが転動する溝部の断面形状より小さくして、組み立ての際に、ボールねじの非転動路に誤ってボールが組み込まれないようにすることが記載されている。
具体例では、螺旋溝の軸線に直交する断面形状を、ボールが転動しない溝部では「ボールの半径−半径方向隙間量Δ」より小さい曲率半径の単純円弧とし、ボールが転動する溝部では「ボールの半径+半径方向隙間量Δ」より大きい曲率半径のゴシックアークとしている。
In
In
In a specific example, the cross-sectional shape perpendicular to the axis of the spiral groove is a simple arc having a radius of curvature smaller than “ball radius−radial gap amount Δ” in the groove portion where the ball does not roll, and in the groove portion where the ball rolls, “ The gothic arc has a radius of curvature larger than “ball radius + radial gap amount Δ”.
特許文献1には、ナットのサーキット外溝の斜径寸法を、サーキット内溝の斜径寸法より、どの程度小さくするかについて記載されていない。特許文献2の提案は、詰め物を配置するため、ボールねじのコストが上昇する。特許文献3にも、ボールが転動しない溝部の断面形状をボールが転動する溝部の断面形状より、どの程度小さくするかについて具体的な記載がない。
Patent Document 1 does not describe how much the oblique diameter of the outer circuit groove of the nut is smaller than the oblique diameter of the inner groove of the circuit. In the proposal of
すなわち、特許文献1および3の提案では、ナットの螺旋溝の転動路を形成する部分と非転動路を形成する部分との寸法差が定量的に定義されていないため、組み立て時にボールが非転動路に入っているか否かを判定できない場合がある。また、判定試験の際にねじ軸の螺旋溝やボールに損傷が生じることが懸念される。
この発明の課題は、ボールねじの組み立て時にボールが非転動路に入っているかどうかを確実に判定できるようにするとともに、判定試験の際にねじ軸の螺旋溝やボールに損傷が生じないようにすることである。
That is, in the proposals of
An object of the present invention is to make it possible to reliably determine whether or not a ball is in a non-rolling path when assembling the ball screw, and to prevent damage to the spiral groove of the screw shaft and the ball during the determination test. Is to do.
上記課題を解決するために、この発明の一態様のボールねじは下記の構成(1) 〜(4) を有することを特徴とする。
(1) ねじ軸と、ナットと、複数のボールを有し、前記ねじ軸は前記ナットを貫通する。前記ねじ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝とにより、前記ボールが転動する転動路を含む軌道が形成されている。前記ナットは、前記ボールを前記転動路の終点から始点に戻すボール戻し路を備えている。前記ボールは、前記転動路と前記ボール戻し路とからなる循環経路内に配置されている。前記循環経路を循環し前記転動路内で転動する前記ボールを介して、前記ねじ軸と前記ナットとが相対移動する装置である。
(2) 前記軌道には、前記ボールが配置されない非転動路が存在する。
(3) 前記ねじ軸の螺旋溝は、軸方向全体で一様な寸法に形成されている。
(4) 前記ナットの螺旋溝のうち前記転動路を形成する部分である転動路部は、前記ボールに対して径方向隙間を有する寸法に形成されている。前記ナットの螺旋溝のうち前記非転動路を形成する部分である非転動路部は、前記ボールに対して径方向でマイナス隙間となる寸法に(径方向における寸法が、ボールより非転動路部の溝の方が小さく)形成されている。このマイナス隙間量Yは、前記ボールの直径をXとしたとき下記の(1) 式を満たす量である。
Y≦0.017X4/3 …(1)
In order to solve the above problems, a ball screw according to an aspect of the present invention has the following configurations (1) to (4).
(1) It has a screw shaft, a nut, and a plurality of balls, and the screw shaft passes through the nut. A track including a rolling path on which the ball rolls is formed by the spiral groove of the screw shaft and the spiral groove of the nut. The nut includes a ball return path for returning the ball from the end point of the rolling path to the start point. The balls are arranged in a circulation path composed of the rolling path and the ball return path. The screw shaft and the nut move relative to each other through the ball circulating in the circulation path and rolling in the rolling path.
(2) The track has a non-rolling path where the ball is not arranged.
(3) The spiral groove of the screw shaft is formed to have a uniform dimension in the entire axial direction.
(4) A rolling path portion, which is a portion forming the rolling path, of the spiral groove of the nut is formed to have a dimension having a radial clearance with respect to the ball. Of the spiral groove of the nut, the non-rolling path portion, which is a portion forming the non-rolling path, has a dimension that is a minus gap in the radial direction with respect to the ball (the dimension in the radial direction is less than that of the ball). The groove of the flow path portion is smaller). The minus gap amount Y is an amount that satisfies the following expression (1), where X is the diameter of the ball.
Y ≦ 0.017X 4/3 (1)
この態様のボールねじは、ねじ軸をナット内に配置し、循環経路内にボールを挿入することで組み立てられる。予圧付与無しのボールねじの場合、ボールねじの軸方向を鉛直方向に沿わせてねじ軸を台上に置き、ナットを回転させることにより、ボールが非転動路に入っているかどうかを確認する。ボールが非転動路に入っていない場合には、ナットがねじ軸の下端まで回転して台上に落下するが、ボールが非転動路に入っている場合にはナットは落下しない。 The ball screw of this aspect is assembled by disposing the screw shaft in the nut and inserting the ball into the circulation path. In the case of a ball screw without preloading, place the screw shaft on the table with the ball screw axial direction along the vertical direction, and check whether the ball is in the non-rolling path by rotating the nut. . When the ball does not enter the non-rolling path, the nut rotates to the lower end of the screw shaft and falls on the table, but when the ball enters the non-rolling path, the nut does not fall.
そして、ボールが非転動路に入っていた場合でも、非転動路部のマイナス隙間量が前記(1) 式を満たすことで、確認試験の際に、ねじ軸の螺旋溝(ナットの非転動路を形成する部分と対向していた部分)とボールに生じる永久変形量の和がボール径の0.01%以下になる。これは、確認試験の際にボールねじに生じる永久変形量が、JISで定義された基本静定格荷重以下であることを意味する。
よって、確認試験後のボールねじを分解して誤挿入されたボールを取り出した後、同じナットとねじ軸とボールを用いて組み立てられたボールねじは、確認試験前のボールねじとほぼ同等の寿命および音響特性を有する。
Even when the ball is in the non-rolling path, the amount of minus clearance in the non-rolling path portion satisfies the above equation (1), so that the spiral groove of the screw shaft (non-nut The sum of the amount of permanent deformation that occurs in the ball and the portion that was opposed to the portion that forms the rolling path) is 0.01% or less of the ball diameter. This means that the amount of permanent deformation generated in the ball screw during the confirmation test is not more than the basic static load rating defined by JIS.
Therefore, after disassembling the ball screw after the confirmation test and taking out the wrongly inserted ball, the ball screw assembled using the same nut, screw shaft and ball has almost the same life as the ball screw before the confirmation test. And has acoustic properties.
なお、特許文献1および3の提案で、組み立て時にボールが非転動路に入っているか否かを確実に判定できるようにするためには、ナットの螺旋溝の転動路部と非転動路部との斜径寸法差を大きくする必要がある。 また、ナットの螺旋溝を形成する方法として、先ず、非転動路部の斜径寸法で軸方向全体に螺旋溝を形成した後、転動路部のみを転動路部の斜径寸法に研削加工する方法がある。この方法でナットの螺旋溝を形成すると、ナットの螺旋溝の転動路部と非転動路部との斜径寸法差が大きいほどナットの加工コストが高くなる。
In addition, in order to make it possible to reliably determine whether or not the ball is in the non-rolling path at the time of assembly by the proposals of
これに対して、この態様のボールねじは、ナットの螺旋溝の転動路部と非転動路部との斜径寸法差を大きくすることではなく、前記構成(4) を有することを特徴としており、転動路部と非転動路部との斜径寸法差も、特許文献1および3の提案で組み立て時にボールが非転動路に入っているか否かを確実に判定できるための寸法差と比較して、小さくできる。よって、特許文献1および3の提案の場合よりも加工コストが低減できる。
On the other hand, the ball screw of this aspect is characterized by having the above-described configuration (4) rather than increasing the oblique dimension difference between the rolling path portion and the non-rolling path portion of the spiral groove of the nut. In addition, it is possible to reliably determine whether or not the ball is in the non-rolling path at the time of assembly according to the proposals of
また、例えば、自動車のアクチュエータ用のボールねじのように、螺旋溝が転造加工により形成されたねじ軸を有するボールねじは、螺旋溝が研削加工されたねじ軸を有するボールねじと比較して、安価であるがねじ軸の螺旋溝の加工精度のバラツキが大きいため、予圧を付与せず、すきま品として使用される。このような予圧付与を行わないで使用されるボールねじの場合、非転動路にボールが入っているか否かの確認試験を、上述のように、ボールねじの軸方向を鉛直方向に沿わせてねじ軸を台上に置き、ナットを回転させることにより、簡単に行うことができる。 Further, for example, a ball screw having a screw shaft in which a spiral groove is formed by rolling, such as a ball screw for an actuator of an automobile, is compared with a ball screw having a screw shaft in which a spiral groove is ground. Although it is inexpensive, it has a large variation in the processing accuracy of the spiral groove of the screw shaft, so it is used as a clearance product without applying preload. In the case of a ball screw that is used without applying such preload, a test for confirming whether or not a ball is in the non-rolling path is performed by aligning the axial direction of the ball screw along the vertical direction as described above. This can be done easily by placing the screw shaft on the base and rotating the nut.
すなわち、この態様のボールねじは、下記の構成(5) または(6) を有することにより、上述の各効果を得ることができる。
(5) 前記ナットは、軸方向全体に、前記非転動路部分の寸法で切削加工により前記螺旋溝を形成した後、前記転動路部分を研削加工することで得られたものである。
(6) 前記ねじ軸は前記螺旋溝が転造加工により形成され、予圧付与を行わないで使用される。
That is, the ball screw of this aspect has the following configuration (5) or (6), whereby the above-described effects can be obtained.
(5) The nut is obtained by grinding the rolling path portion after forming the spiral groove in the entire axial direction by cutting with the dimensions of the non-rolling path portion.
(6) The screw shaft has the spiral groove formed by rolling, and is used without applying preload.
この発明のボールねじによれば、ボールねじの組み立て時にボールが非転動路に入っているかどうかを確実に判定でき、判定試験の際にねじ軸の螺旋溝やボールに損傷が生じることが防止される。 According to the ball screw of the present invention, it is possible to reliably determine whether or not the ball is in a non-rolling path when the ball screw is assembled, and prevent the screw shaft spiral groove and the ball from being damaged during the determination test. Is done.
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明はこの実施形態に限定されない。
図1および2に示すように、この実施形態のボールねじは、二個の循環経路を有し、ねじ軸1、ナット2、複数のボール3、二個のリターンチューブ(ボール戻し路を形成する部品)4、二個のシール5、およびチューブ押え6で構成されている。図2ではチューブ押え6が省略されている。
ねじ軸1の外周面とナット2の内周面に、螺旋溝11,21が形成されている。ねじ軸1はナット2を貫通している。ねじ軸1の螺旋溝11とナット2の螺旋溝21とにより、軌道が形成されている。軌道は、ボール3が配置されている転動路Tと、ボール3が配置されていない非転動路Hからなる。
Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these embodiments.
As shown in FIGS. 1 and 2, the ball screw of this embodiment has two circulation paths, and includes a screw shaft 1, a
リターンチューブ4は略門形に形成され、その両端部がナット2の円筒部の所定位置に設けた各貫通穴22内に挿入されている。リターンチューブ4のナット2の外側に配置された部分が、チューブ押え6でナット2に固定されている。リターンチューブ4内にもボール3が配置されている。
シール5は、ナット2の軸方向両端に固定され、ねじ軸1とナット2の隙間を塞ぐ部品である。
このボールねじは、転動路Tを転動するボール3を介して、ナット2がねじ軸1に対して相対移動する。転動路Tの終点に達したボール3は、リターンチューブ4を通って転動路Tの始点に戻される。
このボールねじは、転動路Tとリターンチューブ4で形成される循環経路を二個有する。両循環経路の間に、ねじ軸1およびナット2の螺旋溝11,21で形成される非転動路(ボール3が転動する転動路Tとならない空間)Hが存在する。
The
The
In this ball screw, the
This ball screw has two circulation paths formed by the rolling path T and the
図3に示すように、ねじ軸1の螺旋溝11は、軸方向全体で一様に、ボール3に対して軸方向隙間を有する寸法に形成されている。ナット2の螺旋溝21のうち転動路Tを形成する部分(転動路部)21aは、ボール3に対して軸方向隙間および径方向隙間を有する寸法に形成されている。ナット2の螺旋溝21のうち非転動路Hを形成する部分(非転動路部)21bは、ボール3に対して軸方向では隙間となり径方向でマイナス隙間となる寸法に(径方向における寸法が、ボール3より非転動路部21bの溝の方が小さく)形成されている。このマイナス隙間量Yは、ボール3の直径をXとしたときY≦0.017X4/3 を満たす量になっている。
As shown in FIG. 3, the
図4は、ボールの直径が5.0mm未満で、ナットの取り付け穴のピッチ円直径(P.C.D)が53.0mm以下である複数のボールねじについて、ねじ軸およびナットの螺旋溝の永久変形量とボールの永久変形量の和がボール径の0.01%となる、径方向でのマイナス隙間量を調べた結果を示すグラフである。ボール径毎の三個のプロットは、マイナス隙間量の数値が大きい方から、溝径の公差範囲の最小値、狙い値、最大値をそれぞれ示す。 FIG. 4 shows a plurality of ball screws having a ball diameter of less than 5.0 mm and a pitch circle diameter (PCD) of a nut mounting hole of 53.0 mm or less. It is a graph which shows the result of having investigated the amount of minus gaps in the diameter direction in which the sum of the amount of permanent deformation and the amount of permanent deformation of a ball becomes 0.01% of a ball diameter. Three plots for each ball diameter indicate the minimum value, the target value, and the maximum value of the tolerance range of the groove diameter from the larger negative gap amount.
Y=0.017X4/3 は、図4のグラフにおいて、各ボール径(X)でマイナス隙間量(Y)が最小のプロットに沿ったラインを示す式である。このラインよりマイナス隙間量が小さい範囲がボール径の0.01%以下となる範囲である。
この実施形態のボールねじは、ねじ軸1をナット2に貫通させ、ナット2にシール5を固定した後に、二個の循環経路(転動路Tとリターンチューブ4)内にボール3を挿入し、次いで、リターンチューブ4をチューブ押え6で固定することで組み立てられる。組み立てられたボールねじについて、上述の方法で、非転動路Hにボール3が入っているか否かの確認試験を行う。
Y = 0.017X 4/3 is an equation showing a line along a plot in which the negative gap amount (Y) is the smallest for each ball diameter (X) in the graph of FIG. A range in which the minus gap amount is smaller than this line is a range that is 0.01% or less of the ball diameter.
In the ball screw of this embodiment, the screw shaft 1 is passed through the
この実施形態のボールねじは、非転動路部21bのマイナス隙間量(Y)がY≦0.017X4/3 を満たす量になっているため、組み立て時にボール3が非転動路Hに入った場合でも、確認試験の際に、ボール3とねじ軸1の螺旋溝11(非転動路部21bに対向していた部分)とに生じる永久変形量の和が、ボール径の0.01%以下になる。よって、ボールねじを分解して誤挿入されたボール3を取り出した後、同じナット2とねじ軸1とボール3を用いて組み立てられたボールねじは、確認試験前のボールねじとほぼ同等の寿命および音響特性を有する。
したがって、この実施形態のボールねじによれば、ボールねじの組み立て時にボール3が非転動路Hに入っているかどうかを確実に判定でき、判定試験の際にねじ軸1の螺旋溝11やボール3に損傷が生じることが防止される。
In the ball screw of this embodiment, since the minus gap amount (Y) of the
Therefore, according to the ball screw of this embodiment, it can be reliably determined whether or not the
よって、確認試験後のボールねじを分解して非転動路Hに誤挿入されたボール3を取り出した後、同じナット2とねじ軸1とボール3を用いて組み立てられたボールねじは、確認試験前のボールねじとほぼ同等の寿命および音響特性を有する。つまり、この実施形態のボールねじによれば、確認試験後に部品交換をすることなく再組立をすることが可能になる。
Therefore, after disassembling the ball screw after the confirmation test and taking out the
1 ねじ軸
11 ねじ軸の螺旋溝
2 ナット
21 ナットの螺旋溝
21a 転動路部
21b 非転動路部
3 ボール
4 リターンチューブ(ボール戻し路を形成する部品)
5 シール
6 チューブ押え
L 転動路部の溝底ラインを示す線
T 転動路
H 非転動路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
5
Claims (3)
前記ねじ軸は前記ナットを貫通し、
前記ねじ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝とにより、前記ボールが転動する転動路を含む軌道が形成され、
前記ナットは、前記ボールを前記転動路の終点から始点に戻すボール戻し路を備え、
前記ボールは、前記転動路と前記ボール戻し路とからなる循環経路内に配置され、
前記循環経路を循環し前記転動路内で転動する前記ボールを介して、前記ねじ軸と前記ナットとが相対移動するボールねじにおいて、
前記軌道には、前記ボールが配置されない非転動路が存在し、
前記ねじ軸の螺旋溝は、軸方向全体で一様な寸法に形成され、
前記ナットの螺旋溝のうち前記転動路を形成する部分である転動路部は、前記ボールに対して径方向隙間を有する寸法に形成され、
前記ナットの螺旋溝のうち前記非転動路を形成する部分である非転動路部は、前記ボールに対して径方向でマイナス隙間となる寸法に形成され、このマイナス隙間量Yは、前記ボールの直径をXとしたとき下記の(1) 式を満たす量であることを特徴とするボールねじ。
Y≦0.017X4/3 …(1) A screw shaft, a nut, and a plurality of balls;
The screw shaft passes through the nut;
A raceway including a rolling path on which the ball rolls is formed by the spiral groove of the screw shaft and the spiral groove of the nut,
The nut includes a ball return path for returning the ball from the end point of the rolling path to the start point,
The ball is disposed in a circulation path composed of the rolling path and the ball return path,
In the ball screw in which the screw shaft and the nut move relative to each other through the ball that circulates in the circulation path and rolls in the rolling path,
The track has a non-rolling path where the ball is not arranged,
The spiral groove of the screw shaft is formed in a uniform dimension in the entire axial direction,
Of the spiral groove of the nut, the rolling path portion that is a portion forming the rolling path is formed to have a dimension having a radial clearance with respect to the ball,
Of the spiral groove of the nut, the non-rolling path portion, which is a portion forming the non-rolling path, is formed in a dimension that becomes a minus gap in the radial direction with respect to the ball. A ball screw characterized in that when the ball diameter is X, the amount satisfies the following formula (1).
Y ≦ 0.017X 4/3 (1)
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