JP2016109240A

JP2016109240A - Ball screw

Info

Publication number: JP2016109240A
Application number: JP2014248671A
Authority: JP
Inventors: 泰明阿部; Yasuaki Abe
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2016-06-20

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a ball screw which is high in work efficiency at a forward operation, and low in the work efficiency at a revere operation by a method which is lower in manufacturing cost than a ball screw which is described in a patent literature 1.SOLUTION: During operations, a plurality of balls 3 contact with a load circular arc face of a screw shaft 1, a load circular arc face of a nut 2 and a non-load circular arc face of the screw shaft 1 or the nut 2 at points Cs, Cn and C3, respectively. Out of four circular arcs which are composed of two circular arcs 11a, 11b forming a spiral groove 11 of the screw shaft 1, and two circular arc faces 21a, 21b forming a spiral groove 21 of the nut 2, the surface roughness of the circular arc face 11a being the non-load circular arc face with which the balls 3 contact at a reverse operation is set higher than the surface roughness of the circular arc face 21b being the non-load circular arc face with which the balls 3 contact at a forward operation.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

この発明は、軸方向の一方の向きに荷重が作用する用途で使用されるボールねじに関する。 The present invention relates to a ball screw used in an application in which a load acts in one axial direction.

ボールねじは、ねじ軸とナットと複数のボールとを有し、ねじ軸がナットを貫通し、ねじ軸の螺旋溝とナットの螺旋溝とによりボールが転動する転動路が形成され、転動路内を負荷状態で転動するボールを介して、ナットおよびねじ軸のいずれか一方が回転し他方が直線運動する装置である。
ボールねじの用途として、自動車、二輪車、船舶などのアクチュエータに直動⇔回転変換部として組み込まれる用途が例示できる。このような用途では、ボールねじの作動性の向上と、モータ停止時の位置保持性の向上が求められる。つまり、ボールねじには、正作動時には作動効率が高く、逆作動時には作動効率が低いことが求められる用途がある。 The ball screw has a screw shaft, a nut, and a plurality of balls. The screw shaft passes through the nut, and a rolling path is formed by which the ball rolls by the spiral groove of the screw shaft and the spiral groove of the nut. This is a device in which one of a nut and a screw shaft rotates and the other linearly moves via a ball that rolls in a load state in a moving path.
As an application of the ball screw, there can be exemplified an application in which it is incorporated as a linear motion rotary conversion unit in an actuator such as an automobile, a two-wheeled vehicle or a ship. In such an application, improvement in the operability of the ball screw and improvement in position retention when the motor is stopped are required. In other words, the ball screw has applications that require high operation efficiency during normal operation and low operation efficiency during reverse operation.

このような要求に関する提案として、特許文献１には、自動車のＡＲＳシステム等に応用される車輪操舵装置を構成するボールねじについて、ねじ軸とナットの接触角に角度差を設け、操舵軸のねじ溝の接触角をナットのねじ溝の接触角よりも大きくすることが記載されている。
なお、位置保持性を確保するという点では、逆作動時の作動効率が低い滑りねじやウォームなどの直動機構を採用することが有用であるが、この場合には、正作動時の作動効率を高く（ボールねじ機構と同等に）するために、モータ容量を大きくする必要がある。 As a proposal regarding such a requirement, Patent Document 1 discloses that a ball screw constituting a wheel steering device applied to an ARS system of an automobile has an angular difference in a contact angle between a screw shaft and a nut, and a screw of the steering shaft. It is described that the contact angle of the groove is made larger than the contact angle of the screw groove of the nut.
In order to secure position retention, it is useful to use a linear motion mechanism such as a slide screw or worm that has a low operating efficiency during reverse operation. In order to increase the value (equivalent to the ball screw mechanism), it is necessary to increase the motor capacity.

特許文献２には、射出成形機や工作機械の縦軸用等、主荷重方向を限定出来る用途に好適なボールねじが記載されている。また、ボールねじに関する以下の記載がある。
ボール転動溝（ねじ軸およびナットの螺旋溝）にゴシックアーク溝を採用した一般のボールねじでは、ナットに荷重が作用するとボールは負荷を受けて、ねじ軸側およびナット側それぞれのボール転動溝の一方の円弧と接触し、それらの円弧（負荷円弧）での二点の接触点によって主荷重を受け持つ。主荷重とは、往復動するナットに働く軸方向での荷重のうち、相対的に大きな負荷がボールおよびボール転動溝の一方の円弧に働く軸方向での荷重のことをいう。 Patent Document 2 describes a ball screw suitable for applications in which the main load direction can be limited, such as for the vertical axis of an injection molding machine or a machine tool. In addition, there is the following description regarding the ball screw.
In general ball screws that use Gothic arc grooves in the ball rolling grooves (screw shaft and nut spiral groove), when a load is applied to the nut, the ball receives the load, and the ball rolling on the screw shaft side and nut side respectively. It contacts with one arc of the groove, and is responsible for the main load by two contact points in the arc (load arc). The main load refers to a load in the axial direction in which a relatively large load acts on one arc of the ball and the ball rolling groove among the loads in the axial direction acting on the reciprocating nut.

ボールねじのボール転動溝が形成する軌道（転動路）は、螺旋状にねじれているため、ボールねじが回転するとボール転動溝のくさび作用によって、ボール転動溝の直角断面に対して平行方向にボールが動く。そのため、軸・ナット溝の相対関係によっては、ねじ軸側またはナット側の主荷重を受け持たない円弧（非負荷円弧）にボールが三点目の接触をする。
そして、三点目の接触点となる非負荷円弧を、負荷円弧に比べて、ボールとの接触角を小さく、またはその曲率半径を大きく、若しくはその両方とすれば、三点目の接触点での摩擦を低減させることができるため、ボールねじの寿命を延ばすことができる。また、負荷円弧については、定格荷重を受け持つために必要な接触角や円弧の曲率を維持することができるから、ボールねじとして所望の性能を保つことができる。したがって、ボールねじの定格荷重を落とさないで耐久寿命を延ばすことができる。 The raceway (rolling path) formed by the ball rolling groove of the ball screw is helically twisted, so that when the ball screw rotates, the wedge rolling action of the ball rolling groove causes a perpendicular cross section of the ball rolling groove. The ball moves in the parallel direction. For this reason, depending on the relative relationship between the shaft and the nut groove, the ball contacts the third point with an arc (non-load arc) that does not bear the main load on the screw shaft side or the nut side.
Then, if the non-load arc serving as the third contact point is smaller than the load arc, the contact angle with the ball is reduced, the radius of curvature is increased, or both, the third contact point is Thus, the life of the ball screw can be extended. Further, with respect to the load arc, the contact angle and the curvature of the arc necessary for taking charge of the rated load can be maintained, so that the desired performance as a ball screw can be maintained. Therefore, the durability life can be extended without reducing the rated load of the ball screw.

特開２００３−１３７１１２号公報JP 2003-137112 A 特開２００５−７６６５０号公報JP 2005-76650 A

特許文献１に記載された提案では、ねじ軸とナットとで接触角を異なるものとするために、ねじ軸およびナットの螺旋溝を加工する際に、高い加工精度が要求されるため、製造コストが高くなる。
特許文献２に記載された発明の目的は、定格荷重を落とさないで耐久寿命を十分に確保できるボールねじを提供することである。特許文献２には、逆作動時の作動効率を正作動時の作動効率よりも低くすることが記載されていない。
この発明の課題は、正作動時には作動効率が高く、逆作動時には作動効率が低いボールねじを、特許文献１に記載されたボールねじよりも製造コストの低い方法で得ることである。 In the proposal described in Patent Document 1, since the contact angle is different between the screw shaft and the nut, high machining accuracy is required when machining the screw groove and the spiral groove of the nut. Becomes higher.
An object of the invention described in Patent Document 2 is to provide a ball screw that can sufficiently ensure a durable life without dropping the rated load. Patent Document 2 does not describe that the operation efficiency during reverse operation is lower than the operation efficiency during normal operation.
An object of the present invention is to obtain a ball screw having high operation efficiency during normal operation and low operation efficiency during reverse operation by a method having a lower manufacturing cost than the ball screw described in Patent Document 1.

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) 〜(3) を有する。
(1) ねじ軸とナットと複数のボールとを有し、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が形成されている。前記転動路内を負荷状態で転動する前記ボールを介して、前記ナットおよび前記ねじ軸のいずれか一方が回転し他方が直線運動する。軸方向の一方の向きに荷重が作用する用途で使用される。 In order to solve the above problems, a ball screw according to an aspect of the present invention has the following configurations (1) to (3).
(1) It has a screw shaft, a nut, and a plurality of balls, and the screw shaft penetrates the nut. 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. One of the nut and the screw shaft rotates and the other linearly moves through the ball that rolls in a loaded state in the rolling path. Used in applications where a load acts in one axial direction.

(2) 前記ねじ軸および前記ナットの前記螺旋溝は、それぞれ二つの円弧面からなるゴシックアーク溝である。前記二つの円弧面は、作動中に前記荷重を受ける負荷円弧面と前記荷重を受けない非負荷円弧面とに分けられる。作動中に、前記複数のボールのそれぞれは、前記ねじ軸の前記負荷円弧面と、前記ナットの前記負荷円弧面と、前記ねじ軸または前記ナットの前記非負荷円弧面と、に各一点で接触する。つまり、作動中に、各ボールは前記非負荷円弧面に三点目の接触をする。 (2) The screw shaft and the spiral groove of the nut are Gothic arc grooves each having two arc surfaces. The two arc surfaces are divided into a load arc surface that receives the load during operation and a non-load arc surface that does not receive the load. During operation, each of the plurality of balls contacts the load arc surface of the screw shaft, the load arc surface of the nut, and the non-load arc surface of the screw shaft or the nut at one point. To do. That is, during operation, each ball makes a third contact with the unloaded arc surface.

(3) 前記ねじ軸の前記二つの円弧面と前記ナットの前記二つの円弧面とからなる四つの円弧面のうち、逆作動時に前記ボールが接触する前記非負荷円弧面となる円弧面の表面粗さが、正作動時に前記ボールが接触する前記非負荷円弧面となる円弧面の表面粗さより粗く形成されている。 (3) Of the four arc surfaces formed by the two arc surfaces of the screw shaft and the two arc surfaces of the nut, the surface of the arc surface serving as the unloaded arc surface that the ball contacts during reverse operation Roughness is formed to be rougher than the surface roughness of the circular arc surface that is the non-load circular arc surface with which the ball contacts during normal operation.

この発明のボールねじは、正作動時には作動効率が高く、逆作動時には作動効率が低いボールねじであって、特許文献１に記載されたボールねじよりも製造コストの低い方法で得ることができる。 The ball screw of the present invention is a ball screw having high operating efficiency during normal operation and low operating efficiency during reverse operation, and can be obtained by a method having a lower manufacturing cost than the ball screw described in Patent Document 1.

実施形態のボールねじを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the ball screw of embodiment. 実施形態のボールねじの非作動時における転動路とボールとの関係を示す図であって、転動路を形成するねじ軸およびナットの螺旋溝が溝直角断面で示されている。It is a figure which shows the relationship between a rolling path at the time of the non-operation of the ball screw of embodiment, and a ball | bowl, Comprising: The screw shaft which forms a rolling path, and the spiral groove of a nut are shown by the groove | channel perpendicular | vertical cross section. 第一実施形態のボールねじについて、正作動時（ａ）と逆作動時（ｂ）における転動路とボールとの関係を示す図であって、転動路を形成するねじ軸およびナットの螺旋溝が溝直角断面で示されている。The ball screw of the first embodiment is a diagram showing a relationship between a rolling path and a ball at the time of forward operation (a) and at the time of reverse operation (b), and is a screw shaft and a spiral of a nut forming the rolling path The groove is shown in a cross section perpendicular to the groove. 第二実施形態のボールねじについて、正作動時（ａ）と逆作動時（ｂ）における転動路とボールとの関係を示す図であって、転動路を形成するねじ軸およびナットの螺旋溝が溝直角断面で示されている。The ball screw of the second embodiment is a diagram showing the relationship between the rolling path and the ball at the time of forward operation (a) and at the time of reverse operation (b), and is a screw shaft and a spiral of a nut forming the rolling path The groove is shown in a cross section perpendicular to the groove.

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。
［実施形態のボールねじの概要］
図１に示すボールねじ１０は、ねじ軸１と、ナット２と、複数のボール３と、リターンチューブ４と、シール５とを有する。図１において、ナット２と、リターンチューブ４の一部と、シール５は、断面で示されている。 Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these embodiments.
[Outline of Ball Screw of Embodiment]
A ball screw 10 shown in FIG. 1 includes a screw shaft 1, a nut 2, a plurality of balls 3, a return tube 4, and a seal 5. In FIG. 1, the nut 2, a part of the return tube 4, and the seal 5 are shown in cross section.

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、ボール３が転動する転動路３０が形成されている。ナット２は、円筒部２Ａと、円筒部２Ａの軸方向一端に形成されたフランジ２Ｂとからなる。ナット２の円筒部２Ａの外周面に、リターンチューブ４を設置するための平坦部２３が形成されている。
リターンチューブ４は、ボール３を転動路３０の終点から始点に戻すボール戻し路を形成する部材である。リターンチューブ４の両端部がナット２の平坦部２３に形成された貫通穴２３ａに挿入され、リターンチューブ４の中間部が固定金具６を用いてナット２の平坦部２３に固定されている。
ボール３は、転動路３０内とリターンチューブ４内に配置されている。ボールねじ１０の作動時には、転動路３０内を負荷状態で転動するボール３を介して、ナット２およびねじ軸１のいずれか一方が回転し他方が直線運動する。 The screw shaft 1 passes through the nut 2. A rolling path 30 on which the ball 3 rolls is formed by the spiral groove 11 of the screw shaft 1 and the spiral groove 21 of the nut 2. The nut 2 includes a cylindrical portion 2A and a flange 2B formed at one axial end of the cylindrical portion 2A. A flat portion 23 for installing the return tube 4 is formed on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 2 </ b> A of the nut 2.
The return tube 4 is a member that forms a ball return path for returning the ball 3 from the end point of the rolling path 30 to the start point. Both end portions of the return tube 4 are inserted into through holes 23 a formed in the flat portion 23 of the nut 2, and an intermediate portion of the return tube 4 is fixed to the flat portion 23 of the nut 2 using the fixing bracket 6.
The ball 3 is disposed in the rolling path 30 and the return tube 4. During the operation of the ball screw 10, either the nut 2 or the screw shaft 1 rotates and the other linearly moves through the ball 3 that rolls in the rolling path 30 in a loaded state.

図２に示すように、ボールねじ１０を構成するねじ軸１の螺旋溝１１はゴシックアーク溝である。すなわち、ねじ軸１の螺旋溝１１は、半径Ｒ_Sが同じで中心Ｏ_S1，Ｏ_S2が異なる第一円弧面１１ａおよび第二円弧面１１ｂを有する。また、ナット２の螺旋溝２１もゴシックアーク溝である。すなわち、ナット２の螺旋溝２１は、半径Ｒ_Nが同じで中心Ｏ_N1，Ｏ_N2が異なる第一円弧面２１ａおよび第二円弧面２１ｂを有する。また、ボールねじ１０は、転動路３０とボール３との間に小さな隙間を有する。 As shown in FIG. 2, the spiral groove 11 of the screw shaft 1 constituting the ball screw 10 is a Gothic arc groove. That is, the spiral groove 11 of the screw shaft 1 has the first arc surface 11a and the second arc surface 11b having the same radius R _{S and} different centers O _S1 and O _S2 . The spiral groove 21 of the nut 2 is also a gothic arc groove. That is, the spiral groove 21 of the nut 2 has a first arcuate surface 21a and the second circular arc surface 21b center O _N1, O _N2 radius R _N are the same are different. Further, the ball screw 10 has a small gap between the rolling path 30 and the ball 3.

そのため、ボールねじ１０の作動中に、複数のボール３はそれぞれ、ねじ軸１の螺旋溝１１の負荷円弧面（荷重を受ける円弧面）と、ナット２の螺旋溝２１の負荷円弧面と、螺旋溝１１の非負荷円弧面（荷重を受けない円弧面）または螺旋溝２１の非負荷円弧面と、に各一点で接触する。図３および図４には、ボール３とねじ軸１の負荷円弧面との接触点がＣｓで、ボール３とナット２の負荷円弧面との接触点がＣｎで、ボール３とねじ軸１またはナット２の非負荷円弧面との接触点（第三接触点）がＣ３で、それぞれ示されている。 Therefore, during the operation of the ball screw 10, the plurality of balls 3 are respectively spirally loaded with the load arc surface of the spiral groove 11 of the screw shaft 1 (arc surface receiving the load), the load arc surface of the spiral groove 21 of the nut 2, and the spiral. It contacts the unloaded arc surface of the groove 11 (arc surface not receiving a load) or the unloaded arc surface of the spiral groove 21 at one point. 3 and 4, the contact point between the ball 3 and the load arc surface of the screw shaft 1 is Cs, the contact point between the ball 3 and the load arc surface of the nut 2 is Cn, and the ball 3 and the screw shaft 1 or A contact point (third contact point) with the unloaded arc surface of the nut 2 is indicated by C3.

［第一実施形態］
第一実施形態のボールねじは、図１および図２に示すボールねじ１０であって、ナット２が回転し、ねじ軸１が直線運動する用途で使用される。この用途の場合を図３を用いて説明する。
ナット２が回転し、ねじ軸１が直線運動する用途では、図３に示すように、ナット２の第一円弧面２１ａと、これとボール３の中心を挟んで対向するねじ軸１の第二円弧面１１ｂが、負荷円弧面になる。また、ナット２の第二円弧面２１ｂと、これとボール３の中心を挟んで対向するねじ軸１の第一円弧面１１ａが、非負荷円弧面になる。 [First embodiment]
The ball screw of the first embodiment is the ball screw 10 shown in FIGS. 1 and 2, and is used in an application in which the nut 2 rotates and the screw shaft 1 moves linearly. This case will be described with reference to FIG.
In an application where the nut 2 rotates and the screw shaft 1 moves linearly, as shown in FIG. 3, the first arc surface 21 a of the nut 2 and the second of the screw shaft 1 facing this with the center of the ball 3 interposed therebetween. The arc surface 11b becomes a load arc surface. Further, the second arc surface 21b of the nut 2 and the first arc surface 11a of the screw shaft 1 opposed to the second arc surface 21b across the center of the ball 3 are non-load arc surfaces.

そして、ボールねじの正作動時には、図３（ａ）に示すように、ボール３が、ナット２の第二円弧面２１ｂで三点目の接触をする。つまり、第三接触点Ｃ３がナット２の第二円弧面２１ｂ上にあり、ナット２の第二円弧面２１ｂが、ボールねじの正作動時にボール３と接触する非負荷円弧面となる。
ボールねじの逆作動時には、図３（ｂ）に示すように、ボール３が、ねじ軸１の第一円弧面１１ａで三点目の接触をする。つまり、第三接触点Ｃ３がねじ軸１の第一円弧面１１ａ上にあり、ねじ軸１の第一円弧面１１ａが、ボールねじの逆作動時にボール３と接触する非負荷円弧面となる。 When the ball screw is operated normally, as shown in FIG. 3A, the ball 3 makes a third contact with the second arc surface 21 b of the nut 2. That is, the third contact point C3 is on the second arc surface 21b of the nut 2, and the second arc surface 21b of the nut 2 is a non-load arc surface that contacts the ball 3 when the ball screw is normally operated.
During reverse operation of the ball screw, as shown in FIG. 3B, the ball 3 contacts the third point on the first arc surface 11 a of the screw shaft 1. That is, the third contact point C3 is on the first arc surface 11a of the screw shaft 1, and the first arc surface 11a of the screw shaft 1 is a non-load arc surface that contacts the ball 3 when the ball screw is operated in reverse.

そのため、ねじ軸１の螺旋溝１１をなす第一円弧面１１ａの表面粗さが通常の設計値より粗く形成され、ねじ軸１の螺旋溝１１をなす第二円弧面１１ｂと、ナット２の螺旋溝２１をなす第一円弧面２１ａおよび第二円弧面２１ｂは、表面粗さが通常の設計値（ねじ軸１とナット２で同じ値）に形成されている。転動路を成す螺旋溝面の表面粗さが粗いほどボールと螺旋溝面との摩擦係数が大きくなり、ボールねじの作動効率が低下する。また、表面粗さの通常の設計値は、摩擦係数が所定の範囲内となる適正値（良好な表面粗さ）に設定されている。 Therefore, the surface roughness of the first arc surface 11a forming the spiral groove 11 of the screw shaft 1 is formed to be rougher than a normal design value, and the second arc surface 11b forming the spiral groove 11 of the screw shaft 1 and the spiral of the nut 2 are formed. The first arc surface 21a and the second arc surface 21b forming the groove 21 are formed to have normal surface roughness (the same value for the screw shaft 1 and the nut 2). As the surface roughness of the spiral groove surface forming the rolling path is increased, the friction coefficient between the ball and the spiral groove surface increases, and the operation efficiency of the ball screw decreases. Further, the normal design value of the surface roughness is set to an appropriate value (good surface roughness) with a friction coefficient within a predetermined range.

つまり、第一実施形態のボールねじは、ナット２が回転し、ねじ軸１が直線運動する用途で使用された場合、正作動時には、表面粗さの良好なナット２の第二円弧面２１ｂにボール３が三点目の接触をするため、作動効率が高い。逆作動時には、表面粗さが適正値よりも粗いねじ軸１の第一円弧面１１ａにボール３が三点目の接触をするため、正作動時よりも作動効率が低くなる。
よって、第一実施形態のボールねじは、ナット２が回転し、ねじ軸１が直線運動する用途で使用された場合、正作動時と逆作動時とで、ボール３が三点目の接触をする円弧面の表面粗さの差に応じた作動効率の差を得ることができる。 That is, when the ball screw of the first embodiment is used in an application in which the nut 2 rotates and the screw shaft 1 moves linearly, the second arc surface 21b of the nut 2 having a good surface roughness is formed during normal operation. Since the ball 3 contacts the third point, the operation efficiency is high. At the time of reverse operation, the ball 3 comes into contact with the first arc surface 11a of the screw shaft 1 whose surface roughness is rougher than an appropriate value, so that the operation efficiency is lower than that at the time of normal operation.
Therefore, when the ball screw of the first embodiment is used in an application in which the nut 2 rotates and the screw shaft 1 moves linearly, the ball 3 makes contact with the third point during normal operation and during reverse operation. It is possible to obtain a difference in operating efficiency according to the difference in surface roughness of the arc surface to be performed.

例えば、第一実施形態のボールねじとして転造ボールねじを作製する場合、ねじ軸１の螺旋溝１１を転造により形成する際に、第二円弧面１１ｂについては、バフ加工を行って表面粗さを通常通りに仕上げ、ナット２の第一円弧面２１ａおよび第二円弧面２１ｂと同じ表面粗さとする。第一円弧面１１ａについては、バフ加工を行わずに表面粗さを第二円弧面１１ｂよりも粗くする。あるいは、転造で使用する金型の表面粗さを、第一円弧面１１ａを形成する凸面で第二円弧面１１ｂを形成する凸面よりも粗くする。 For example, when a rolled ball screw is manufactured as the ball screw of the first embodiment, when the spiral groove 11 of the screw shaft 1 is formed by rolling, the second arcuate surface 11b is subjected to buffing and surface roughening. The roughness is finished as usual, and the surface roughness is the same as that of the first arc surface 21a and the second arc surface 21b of the nut 2. About the 1st circular arc surface 11a, surface roughness is made rougher than the 2nd circular arc surface 11b, without performing buffing. Or the surface roughness of the metal mold | die used by rolling is made rougher than the convex surface which forms the 2nd circular arc surface 11b by the convex surface which forms the 1st circular arc surface 11a.

このようにして、ねじ軸１の第一円弧面１１ａおよび第二円弧面１１ｂと、ナット２の第一円弧面２１ａおよび第二円弧面２１ｂと、からなる四つの円弧面のうち、ねじ軸１の第一円弧面１１ａの表面粗さを他の三つの円弧よりも粗く形成する。その結果、逆作動時にボール３が接触する非負荷円弧面となるねじ軸１の第一円弧面１１ａの表面粗さが、正作動時にボール３が接触する非負荷円弧面となるナット２の第二円弧面２１ｂの表面粗さより粗く形成される。
このように、第一実施形態のボールねじは、特許文献１に記載されたボールねじのようにねじ軸とナットとで接触角を異なるものとする必要がないため、特許文献１に記載されたボールねじよりも製造コストの低い方法で得ることができる。 Thus, the screw shaft 1 is selected from the four arc surfaces including the first arc surface 11a and the second arc surface 11b of the screw shaft 1 and the first arc surface 21a and the second arc surface 21b of the nut 2. The surface roughness of the first arc surface 11a is made rougher than the other three arcs. As a result, the surface roughness of the first arc surface 11a of the screw shaft 1 that becomes the non-load arc surface that the ball 3 contacts during reverse operation is such that the surface roughness of the nut 2 that becomes the non-load arc surface that the ball 3 contacts during normal operation. It is formed to be rougher than the surface roughness of the two circular arc surfaces 21b.
Thus, since the ball screw of the first embodiment does not need to have a different contact angle between the screw shaft and the nut as in the ball screw described in Patent Document 1, it is described in Patent Document 1. It can be obtained by a method that is less expensive to manufacture than a ball screw.

［第二実施形態］
第二実施形態のボールねじは、図１および図２に示すボールねじ１０であって、ねじ軸１が回転し、ナット２が直線運動する用途で使用される。この用途の場合を図４を用いて説明する。
ねじ軸１が回転し、ナット２が直線運動する用途では、図４に示すように、ねじ軸１の第一円弧面１１ａと、これとボール３の中心を挟んで対向するナット２の第二円弧面２１ｂが負荷円弧面になる。また、ねじ軸１の第二円弧面１１ｂと、これとボール３の中心を挟んで対向するナット２の第一円弧面２１ａが非負荷円弧面になる。 [Second Embodiment]
The ball screw according to the second embodiment is the ball screw 10 shown in FIGS. 1 and 2, and is used in an application in which the screw shaft 1 rotates and the nut 2 moves linearly. This case will be described with reference to FIG.
In an application where the screw shaft 1 rotates and the nut 2 moves linearly, as shown in FIG. 4, the first arc surface 11 a of the screw shaft 1 and the second of the nut 2 facing this with the center of the ball 3 interposed therebetween. The arc surface 21b becomes a load arc surface. Further, the second arc surface 11b of the screw shaft 1 and the first arc surface 21a of the nut 2 that faces the second arc surface 11b across the center of the ball 3 are non-load arc surfaces.

そして、ボールねじの正作動時には、図４（ａ）に示すように、ボール３が、ナット２の第一円弧面２１ａで三点目の接触をする。つまり、第三接触点Ｃ３がナット２の第一円弧面２１ａ上にあり、ナット２の第一円弧面２１ａが、ボールねじの正作動時にボール３と接触する非負荷円弧面となる。
ボールねじの逆作動時には、図４（ｂ）に示すように、ボール３が、ねじ軸１の第二円弧面１１ｂで三点目の接触をする。つまり、第三接触点Ｃ３がねじ軸１の第二円弧面１１ｂ上にあり、ねじ軸１の第二円弧面１１ｂが、ボールねじの逆作動時にボール３と接触する非負荷円弧面となる。 When the ball screw is operated normally, as shown in FIG. 4A, the ball 3 contacts the third point on the first arc surface 21 a of the nut 2. That is, the third contact point C3 is on the first arc surface 21a of the nut 2, and the first arc surface 21a of the nut 2 becomes a non-load arc surface that contacts the ball 3 when the ball screw is normally operated.
At the time of reverse operation of the ball screw, as shown in FIG. 4B, the ball 3 contacts the third point on the second arc surface 11 b of the screw shaft 1. That is, the third contact point C3 is on the second arc surface 11b of the screw shaft 1, and the second arc surface 11b of the screw shaft 1 is a non-load arc surface that contacts the ball 3 when the ball screw is reversely operated.

そのため、ねじ軸１の螺旋溝１１をなす第二円弧面１１ｂの表面粗さが通常の設計値より粗く形成され、ねじ軸１の螺旋溝１１をなす第一円弧面１１ａと、ナット２の螺旋溝２１をなす第一円弧面２１ａおよび第二円弧面２１ｂは、表面粗さが通常の設計値（ねじ軸１とナット２で同じ値）に形成されている。転動路を成す螺旋溝面の表面粗さが粗いほどボールと螺旋溝面との摩擦係数が大きくなり、ボールねじの作動効率が低下する。また、表面粗さの通常の設計値は、摩擦係数が所定の範囲内となる適正値（良好な表面粗さ）に設定されている。 Therefore, the surface roughness of the second arc surface 11b forming the spiral groove 11 of the screw shaft 1 is formed to be rougher than a normal design value, and the first arc surface 11a forming the spiral groove 11 of the screw shaft 1 and the spiral of the nut 2 are formed. The first arc surface 21a and the second arc surface 21b forming the groove 21 are formed to have normal surface roughness (the same value for the screw shaft 1 and the nut 2). As the surface roughness of the spiral groove surface forming the rolling path is increased, the friction coefficient between the ball and the spiral groove surface increases, and the operation efficiency of the ball screw decreases. Further, the normal design value of the surface roughness is set to an appropriate value (good surface roughness) with a friction coefficient within a predetermined range.

つまり、第二実施形態のボールねじは、ねじ軸１が回転し、ナット２が直線運動する用途で使用された場合、正作動時には、表面粗さの良好なナット２の第一円弧面２１ａにボール３が三点目の接触をするため、作動効率が高い。逆作動時には、表面粗さが適正値よりも粗いねじ軸１の第二円弧面１１ｂにボール３が三点目の接触をするため、正作動時よりも作動効率が低くなる。
よって、第二実施形態のボールねじは、ねじ軸１が回転し、ナット２が直線運動する用途で使用された場合、正作動時と逆作動時とで、ボール３が三点目の接触をする円弧面の表面粗さの差に応じた作動効率の差を得ることができる。 That is, when the ball screw of the second embodiment is used for an application in which the screw shaft 1 rotates and the nut 2 moves linearly, the first circular arc surface 21a of the nut 2 having a good surface roughness during normal operation. Since the ball 3 contacts the third point, the operation efficiency is high. At the time of reverse operation, the ball 3 contacts the third arc surface 11b of the screw shaft 1 whose surface roughness is rougher than an appropriate value, so that the operation efficiency is lower than that at the time of normal operation.
Therefore, in the ball screw of the second embodiment, when the screw shaft 1 rotates and the nut 2 is used in a linear motion, the ball 3 makes contact with the third point during normal operation and during reverse operation. It is possible to obtain a difference in operating efficiency according to the difference in surface roughness of the arc surface to be performed.

例えば、第二実施形態のボールねじとして転造ボールねじを作製する場合、ねじ軸１の螺旋溝１１を転造により形成する際に、第一円弧面１１ａについては、バフ加工を行って表面粗さを通常通りに仕上げ、ナット２の第一円弧面２１ａおよび第二円弧面２１ｂと同じ表面粗さとする。第二円弧面１１ｂについては、バフ加工を行わずに表面粗さを第一円弧面１１ａよりも粗くする。あるいは、転造で使用する金型の表面粗さを、第二円弧面１１ｂを形成する凸面で第一円弧面１１ａを形成する凸面よりも粗くする。 For example, when a rolled ball screw is manufactured as the ball screw of the second embodiment, when the spiral groove 11 of the screw shaft 1 is formed by rolling, the first circular arc surface 11a is subjected to buffing and surface roughening. The roughness is finished as usual, and the surface roughness is the same as that of the first arc surface 21a and the second arc surface 21b of the nut 2. About the 2nd circular arc surface 11b, surface roughness is made rougher than the 1st circular arc surface 11a, without performing buffing. Or the surface roughness of the metal mold | die used by rolling is made rougher than the convex surface which forms the 1st circular arc surface 11a with the convex surface which forms the 2nd circular arc surface 11b.

このようにして、ねじ軸１の第一円弧面１１ａおよび第二円弧面１１ｂと、ナット２の第一円弧面２１ａおよび第二円弧面２１ｂと、からなる四つの円弧面のうち、ねじ軸１の第二円弧面１１ｂの表面粗さを他の三つの円弧よりも粗く形成する。その結果、逆作動時にボール３が接触する非負荷円弧面となるねじ軸１の第二円弧面１１ｂの表面粗さが、正作動時にボール３が接触する非負荷円弧面となるナット２の第一円弧面２１ａの表面粗さより粗く形成される。
このように、第二実施形態のボールねじは、特許文献１に記載されたボールねじのようにねじ軸とナットとで接触角を異なるものとする必要がないため、特許文献１に記載されたボールねじよりも製造コストの低い方法で得ることができる。 Thus, the screw shaft 1 is selected from the four arc surfaces including the first arc surface 11a and the second arc surface 11b of the screw shaft 1 and the first arc surface 21a and the second arc surface 21b of the nut 2. The surface roughness of the second arc surface 11b is made rougher than the other three arcs. As a result, the surface roughness of the second arc surface 11b of the screw shaft 1 that becomes the non-load arc surface that the ball 3 contacts during reverse operation is such that the surface roughness of the nut 2 that becomes the non-load arc surface that the ball 3 contacts during normal operation. It is formed rougher than the surface roughness of one circular arc surface 21a.
As described above, the ball screw according to the second embodiment is described in Patent Document 1 because it is not necessary to have different contact angles between the screw shaft and the nut, unlike the ball screw described in Patent Document 1. It can be obtained by a method that is less expensive to manufacture than a ball screw.

なお、この発明のボールねじとして研削ボールねじを作製する場合は、ねじ軸の螺旋溝およびナットの螺旋溝を研削加工で形成する際に、正作動時にボールが接触する非負荷円弧面となる円弧面については、ラップ仕上げを行って表面粗さを通常通りに仕上げ、逆作動時にボールが接触する非負荷円弧面となる円弧面については、ラップ仕上げを行わずに表面粗さを粗く形成する。
また、ボールねじは、滑りねじやウォームなどの直動機構を採用した場合と比較して正作動時の作動効率が高いため、モータ容量を小さくできることから、この発明のボールねじを採用することでアクチュエータの小型化に貢献できる。 When producing a ground ball screw as the ball screw of the present invention, when forming the spiral groove of the screw shaft and the spiral groove of the nut by grinding, an arc that becomes a non-load arc surface that the ball contacts during normal operation For the surface, lapping is performed to finish the surface roughness as usual, and for the arc surface that is an unloaded arc surface that the ball contacts during reverse operation, the surface roughness is formed without lapping.
In addition, since the ball screw has a higher operating efficiency during normal operation than when a linear motion mechanism such as a slide screw or worm is used, the motor capacity can be reduced. Contributes to actuator miniaturization.

また、この発明のボールねじの用途としては、ＤＣＴ（Dual Clutch Transmission）、ＡＭＴ(Automatic Transmission ) などのクラッチ機構、電動パーキングブレーキ、４ＷＤ（Wheel Drive ）の２ＷＤ・４ＷＤ切り替え機構、電動式チルト・テレスコ調整ステアリングコラムのチルトテレスコ調整機構、ラックアシスト式電動パワステアリング装置、電動パワーウインドウ、スライドドア、シートアジャスターなどが挙げられる。 The ball screw of the present invention can be used for clutch mechanisms such as DCT (Dual Clutch Transmission) and AMT (Automatic Transmission), electric parking brake, 4WD (Wheel Drive) 2WD / 4WD switching mechanism, electric tilt and telescopic Examples thereof include a tilt telescopic adjustment mechanism for an adjustment steering column, a rack assist type electric power steering device, an electric power window, a sliding door, and a seat adjuster.

１０ボールねじ
１ねじ軸
１１ねじ軸の螺旋溝
１１ａ第一円弧面
１１ｂ第二円弧面
２ナット
２Ａ円筒部
２Ｂフランジ
２１ナットの螺旋溝
２１ａ第一円弧面
２１ｂ第二円弧面
２３平坦部
３ボール
３０ボールの転動路
４リターンチューブ
５シール
６固定金具
Ｃｓボールとねじ軸の負荷円弧面との接触点
Ｃｎボールとナットの負荷円弧面との接触点
Ｃ３ボールとねじ軸またはナットの非負荷円弧面との接触点（第三接触点）
Ｏ_S1 ねじ軸のゴシックアーク溝をなす円弧面の中心
Ｏ_S2 ねじ軸のゴシックアーク溝をなす円弧面の中心
Ｏ_N1 ナットのゴシックアーク溝をなす円弧面の中心
Ｏ_N2 ナットのゴシックアーク溝をなす円弧面の中心
Ｒ_S ねじ軸のゴシックアーク溝をなす円弧面の半径
Ｒ_N ナットのゴシックアーク溝をなす円弧面の半径 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ball screw 1 Screw shaft 11 Screw shaft spiral groove 11a First arc surface 11b Second arc surface 2 Nut 2A Cylindrical portion 2B Flange 21 Nut spiral groove 21a First arc surface 21b Second arc surface 23 Flat portion 3 Ball 30 Ball rolling path 4 Return tube 5 Seal 6 Fixing bracket Cs Contact point between ball and load arc surface of screw shaft Cn Contact point between ball and nut load arc surface C3 Ball and unloaded arc surface of screw shaft or nut Contact point (third contact point)
O _S1 forms the center O _N2 gothic arch groove of the nut arcuate surfaces constituting the center O _N1 gothic arch groove of the nut arcuate surfaces constituting the Gothic arc groove center O _S2 screw shaft of the arcuate surface forming a gothic arch groove of the screw shaft The center of the arc surface R _S The radius of the arc surface forming the gothic arc groove of the screw shaft R The radius of the arc surface forming the gothic arc groove of the _N nut

Claims

A screw shaft, a nut, and a plurality of balls, wherein the screw shaft passes through the nut, and a rolling path in which the ball rolls is formed by the spiral groove of the screw shaft and the spiral groove of the nut; A ball screw in which one of the nut and the screw shaft rotates and the other linearly moves through the ball rolling in a loaded state in the rolling path,
Used in applications where a load acts in one axial direction,
The screw shaft and the spiral groove of the nut are Gothic arc grooves each composed of two arc surfaces, and the two arc surfaces are a load arc surface that receives the load during operation and a non-load that does not receive the load. Divided into arcuate surfaces,
During operation, each of the plurality of balls contacts the load arc surface of the screw shaft, the load arc surface of the nut, and the non-load arc surface of the screw shaft or the nut at one point. And
Of the four arc surfaces formed by the two arc surfaces of the screw shaft and the two arc surfaces of the nut, the surface roughness of the arc surface serving as the non-load arc surface that the ball contacts during reverse operation is A ball screw that is formed to be rougher than the surface roughness of the arc surface that is the non-load arc surface that the ball contacts during normal operation.