JP2018053971A - Ball Screw - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はボールねじに関する。詳しくは、こま部材によって循環経路が構成されているボールねじに関する。 The present invention relates to a ball screw. Specifically, the present invention relates to a ball screw in which a circulation path is constituted by a top member.
従来、一般産業用の電動機、自動車のトランスミッションやパーキングブレーキ等の電動アクチュエータにおいて、電動モータの出力軸の回転運動を高効率で直線運動に変換して出力するためにボールねじが用いられている。ボールねじは、外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と内周面にねじ溝が形成されたナットとから構成されている。ボールねじは、ねじ軸がナットに挿入され、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とから構成される転動路に複数のボールが配置されている。これにより、ボールねじは、ねじ軸またはナットのうち一方を回転運動させると他方が直動部材として直線運動する運動変換機構として構成されている。このように構成されるボールねじにおいて、ナットに設けられているこま部材によって転動路が循環経路に構成されているこま式ボールねじが知られている。例えば、特許文献1に記載の如くである。 Conventionally, in electric actuators for general industrial motors, automobile transmissions, parking brakes, and the like, ball screws are used to convert the rotary motion of the output shaft of the electric motor into linear motion with high efficiency and output it. The ball screw is composed of a screw shaft having a thread groove formed on the outer peripheral surface and a nut having a thread groove formed on the inner peripheral surface. In the ball screw, a screw shaft is inserted into a nut, and a plurality of balls are arranged on a rolling path constituted by a screw groove of the screw shaft and a screw groove of the nut. Thus, the ball screw is configured as a motion conversion mechanism in which one of the screw shaft and the nut rotates and the other linearly moves as a linear motion member. In the ball screw configured as described above, there is known a top type ball screw in which a rolling path is configured as a circulation path by a top member provided on a nut. For example, as described in Patent Document 1.
特許文献1に記載のボールねじのナットには、複数のこま部材によって転動路が複数の循環経路に構成されている。ボールねじは、こま部材の連結溝によってボールがねじ軸のねじ山を乗り越えて元のねじ溝に戻るように構成されている。また、ボールねじは、こま部材の剛性を向上させることでこま部材の弾性変形を抑制し、こま部材の弾性変形によるボールの循環不良を低減させている。このように構成されているボールねじは、ナットの回転速度が大きい場合、遠心力によってボールがこま部材の連結溝を転動しながらねじ軸のネジ山を越えて転動路を循環する。しかし、ボールねじは、ナットの回転速度が小さい場合、ボールに働く遠心力が小さくなりボールが軸側ねじ溝に接触するため、ボールが連結溝を円滑に転動しない。このため、ボールねじは、転動路内でボールの配列に乱れが生じて回転抵抗が増加したり、異音が発生したりする場合があった。 In the nut of the ball screw described in Patent Document 1, a rolling path is configured by a plurality of top members into a plurality of circulation paths. The ball screw is configured such that the ball passes over the thread of the screw shaft and returns to the original screw groove by the connecting groove of the top member. In addition, the ball screw suppresses elastic deformation of the top member by improving the rigidity of the top member, and reduces poor circulation of the ball due to elastic deformation of the top member. When the rotational speed of the nut is large, the ball screw configured as described above circulates in the rolling path over the thread of the screw shaft while the ball rolls in the connecting groove of the top member by centrifugal force. However, in the ball screw, when the rotation speed of the nut is small, the centrifugal force acting on the ball becomes small and the ball comes into contact with the shaft side screw groove, so that the ball does not roll smoothly in the connecting groove. For this reason, the ball screw may be disturbed in the arrangement of the balls in the rolling path, resulting in an increase in rotational resistance or abnormal noise.
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、ボールがこま部材を通過する際に生じるナットまたはねじ軸の回転抵抗を低減することができるボールねじの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a ball screw that can reduce the rotational resistance of a nut or a screw shaft generated when the ball passes through a top member.
即ち、ボールねじは、ねじ軸がナットに挿入され、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とからボールの転動路が構成され、前記転動路を循環経路とする連結溝が形成された複数のこま部材がナットに設けられ、前記循環経路を構成している転動路に複数のボールが配置されるボールねじにおいて、前記連結溝を通過するボールが連結溝の底面に押し付けられて移動するように前記こま部材にボールガイド部材が設けられるものである。 That is, in the ball screw, the screw shaft is inserted into the nut, and the ball rolling path is constituted by the thread groove of the screw shaft and the thread groove of the nut, and the connecting groove having the rolling path as a circulation path is formed. In a ball screw in which a plurality of top members are provided on a nut and a plurality of balls are arranged on a rolling path constituting the circulation path, the ball passing through the connection groove is pressed against the bottom surface of the connection groove and moves As described above, a ball guide member is provided on the top member.
ボールねじは、前記連結溝の底面に対向する前記連結溝の開口部の幅が前記ボールガイド部材によって前記ボールの直径よりも狭く構成されるものである。 The ball screw is configured such that the width of the opening of the coupling groove facing the bottom surface of the coupling groove is narrower than the diameter of the ball by the ball guide member.
ボールねじは、前記ボールガイド部材が、前記連結溝の底面に沿って前記連結溝の側面から突出して構成されるものである。 The ball screw is configured such that the ball guide member protrudes from the side surface of the connection groove along the bottom surface of the connection groove.
ボールねじは、前記ボールガイド部材が、前記こま部材に一体に形成されるものである。 In the ball screw, the ball guide member is formed integrally with the top member.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
即ち、ボールねじは、こま部材の連結溝内でボールの配列が乱れて詰まりが発生することがない。これにより、ボールがこま部材を通過する際に生じるナットまたはねじ軸の回転抵抗を低減することができる。 That is, the ball screw does not cause clogging due to the ball arrangement being disturbed in the connecting groove of the top member. Thereby, the rotation resistance of the nut or the screw shaft generated when the ball passes through the top member can be reduced.
ボールねじは、ボールがボールガイド部材によって支持された状態で連結溝内を移動する。これにより、ボールがこま部材を通過する際に生じるナットまたはねじ軸の回転抵抗を低減することができる。 The ball screw moves in the connecting groove in a state where the ball is supported by the ball guide member. Thereby, the rotation resistance of the nut or the screw shaft generated when the ball passes through the top member can be reduced.
ボールねじは、ボールが連結溝の底面に押し付けられながらボールガイド部材上を転動しながら連結溝内を移動する。これにより、ボールがこま部材を通過する際に生じるナットまたはねじ軸の回転抵抗を低減することができる。 The ball screw moves in the coupling groove while rolling on the ball guide member while the ball is pressed against the bottom surface of the coupling groove. Thereby, the rotation resistance of the nut or the screw shaft generated when the ball passes through the top member can be reduced.
ボールねじは、こま部材にボールガイド部材を一体形成することで連結溝の底面形状に沿ったボールガイド部材が容易に形成される。これにより、ボールがこま部材を通過する際に生じるナットまたはねじ軸の回転抵抗を低減することができる。 In the ball screw, the ball guide member is easily formed along the bottom shape of the connecting groove by integrally forming the ball guide member on the top member. Thereby, the rotation resistance of the nut or the screw shaft generated when the ball passes through the top member can be reduced.
以下に、図1から図3を用いて、ボールねじの一実施形態であるボールねじ1について説明する。 Below, the ball screw 1 which is one Embodiment of a ball screw is demonstrated using FIGS. 1-3.
図1と図2とに示すように、ボールねじ1は、回転運動を直線運動に変換して出力するものである。ボールねじ1は、ねじ軸2、ナット3、複数のボール4、こま部材5等から構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the ball screw 1 converts a rotational motion into a linear motion and outputs it. The ball screw 1 includes a
ねじ軸2は、S55C等の中炭素鋼あるいはSCM415やSCM420等の肌焼き鋼からなり、高周波焼入れ、真空浸炭焼入れによって55〜62HRC程度の硬化処理が施されている。ねじ軸2は、その外周面にボール4が転動するための一巻きの軸側ねじ溝2aが形成されている。軸側ねじ溝2aの断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良い。本実施形態において、ねじ軸2は、転動体であるボール4との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、ボールねじ1は、ねじ軸2の軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動の発生を抑制することができる。
The
図2(a)に示すように、ナット3は、ねじ軸2を挿入可能な中空円筒状に形成されている。ナット3は、SCM415やSCM420等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによって55〜62HRC程度の硬化処理が施されている。
図2(b)に示すように、ナット3の内周面には、ボール4が転動するためのナット側ねじ溝3aがねじ軸2の軸側ねじ溝2aと同一のリードおよびピッチで形成されている。ナット3には、軸側ねじ溝2aとナット側ねじ溝3aとが対向するようにしてねじ軸2が挿入されている。軸側ねじ溝2aとナット側ねじ溝3aとから構成される空間には、複数のボール4が転動自在に収容されている。つまり、軸側ねじ溝2aとナット側ねじ溝3aとは、ボール4が転動する転動路を構成している。ナット3は、複数のボール4を介してねじ軸2をナット3の軸回りに回転自在に支持している。なお、本実施形態において、軸側ねじ溝2aとナット側ねじ溝3aとは一条ねじとしたがこれに限定されるものではない。
As shown in FIG. 2A, the
As shown in FIG. 2 (b), the nut
ナット3には、その外周面より円筒中心に向かって、こま部材5が挿入される二つのこま窓3bが形成されている。二つのこま窓3bは、ナット3の外周面から内周面に至る略円形状の貫通孔に形成されている。二つのこま窓3bは、それぞれが隣り合うナット側ねじ溝3aを切り欠くように形成されている。つまり、二つのこま窓3bの間には、二つのこま窓3bによって切り欠かれた少なくとも一周回分のナット側ねじ溝3aが形成されている。
The
こま部材5は、軸側ねじ溝2aとナット側ねじ溝3aとから構成される転動路を循環経路とする連結溝5cを構成するものである。こま部材5は、金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形される焼結合金からなる。こま部材5は、金属粉とプラスチックおよびワックスからなるバインダとの混練物を射出成形機で金型内に加熱溶融状態で押し込む、MIM(Metal Injection Molding)により成形されている。こうしたMIMによって成形される焼結合金は、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。
The
金属粉として、後に浸炭焼入が可能な材質、例えば、C(炭素)が0.13wt%、Ni(ニッケル)が0.21wt%、Cr(クロム)が1.1wt%、Cu(銅)が0.04wt%、Mn(マンガン)が0.76wt%、Mo(モリブデン)が0.19wt%、Si(シリコン)が0.20wt%、残りがFe(鉄)等からなるSCM415を例示することができる。こま部材5は、浸炭焼入れおよび焼戻し温度を調整して行われる。また、こま部材5の材料としてこれ以外にNiが3.0〜10.0wt%含有し、加工性、耐食性に優れた材料(日本粉末冶金工業規格のFEN8)、あるいは、Cが0.07wt%、Crが17wt%、Niが4wt%、Cuが4wt%、残りがFe等からなる析出硬化系ステンレスSUS630であっても良い。このSUS630は、固溶化熱処理で20〜33HRCの範囲に表面硬さを適切に上げることができ、強靭性と高硬度を確保することができる。
As a metal powder, a material that can be carburized and quenched later, for example, C (carbon) is 0.13 wt%, Ni (nickel) is 0.21 wt%, Cr (chromium) is 1.1 wt%, and Cu (copper) is used. An example of the SCM 415 is 0.04 wt%, Mn (manganese) is 0.76 wt%, Mo (molybdenum) is 0.19 wt%, Si (silicon) is 0.20 wt%, and the rest is Fe (iron). it can. The
こま部材5をSCM415等の浸炭材で形成する場合は、こま部材5は浸炭焼入れおよび、焼戻し温度調整によるか、もしくは浸炭焼入れによって表面硬さが30〜40HRCの範囲になるように硬化処理されると共に、高周波テンパー装置を用いて、外径側の外周部が焼戻しされ、硬さが15〜30HRCの範囲になるように設定されている。これにより、こま部材5をねじ軸2に加締固定する際に割れ等が発生するのを防止することができる。
When the
図3に示すように、こま部材5は、こま窓3bに隙間なく嵌合可能な本体部5aと二つのアーム部5bとが形成されている。二つのアーム部5bは、本体部5aにおけるナット3の軸方向の両側端部から周方向にそれぞれ延びるように形成されている。こま部材5は、ナット3のこま窓3bにこま部材5の本体部5aを嵌合させるとともに、二つのアーム部5bをこま窓3bによって切り欠かれたナット側ねじ溝3aにそれぞれ嵌合されることでナット3に対する位置が定まる。
As shown in FIG. 3, the
こま部材5の本体部5aには、一つの連結溝5cが形成されている。連結溝5cは、ナット側ねじ溝3aの一部を構成する。連結溝5cは、こま窓3bによって切り欠かれた隣り合うナット側ねじ溝3aのうち、こま部材5の二つのアーム部5bが嵌合されていないナット側ねじ溝3aの一方の端面と他方の端面とを連結するように形成されている。つまり、連結溝5cは、軸側ねじ溝2aの山部分(ランド部分)を跨いで、ナット側ねじ溝3aの一方の端面と、一方の端面からナット3を一周回することにより一条分だけずれたナット側ねじ溝3aの他方の端面とを連結している。連結溝5cは、その内部を通過するボール4が軸側ねじ溝2aのねじ山部分を乗り越えられるように、底面がナット3の径方向外側に向かって湾曲した(凸形状の)逃げ部5dが形成されている(図4(a)参照)。これにより、ナット3は、こま部材5の連結溝5cによってナット側ねじ溝3aの一部を循環経路として無限循環するように構成されている(図2(b)参照)。
One connecting
ボールねじ1は、ナット3が回転されると転動路に収容されている複数のボール4を介してねじ軸2に回転力が伝達される。ねじ軸2は、図示しない回り止め機構により軸回りの回転が規制されている場合、ナット3の回転運動が軸側ねじ溝2aの傾きによってねじ軸2の軸方向の直線運動に変換される。同様にして、ボールねじ1は、ねじ軸2が回転されると転動路に収容されている複数のボール4を介してナット3に回転力が伝達される。ナット3は、図示しない回り止め機構により軸回りの回転が規制されている場合、ねじ軸2の回転運動が軸側ねじ溝2aの傾きによってナット3の軸方向の直線運動に変換される。なお、本実施形態において、ねじ軸2の軸側ねじ溝2aとナット側ねじ溝3aとは一巻きとしたがこれに限定されるものではない。また、本実施形態において、ねじ軸2に形成されている軸側ねじ溝2aは右ねじであるものとするがこれに限定されるものではない。
When the
以下に、図4と図5とを用いて、こま部材5の連結溝5cの形状およびその作用について詳細に説明する。
Hereinafter, the shape of the connecting
図4(a)に示すように、こま部材5の連結溝5cは、軸側ねじ溝2aの山部分に対向している位置にナット3の径方向外側に向かって湾曲した逃げ部5d(薄墨部分)が形成されている。連結溝5cは、逃げ部5dの底面を転動面としてボール4が転動することで軸側ねじ溝2aの山部分に接触することなくボール4が軸側ねじ溝2aを乗り越えるように構成されている(図2(b)参照)。連結溝5cは、長手方向の両側端部がボール4の投入口および排出口として開放されている。
As shown in FIG. 4 (a), the connecting
図4(b)に示すように、連結溝5cは、底面に対向する部分が開口部5eとして開放されている。つまり、連結溝5cは、底面と、底面を挟んで対向する位置に形成される二つの側面とから溝状に構成されている。また、連結溝5cは、二つの側面の間隔である溝幅W0がボール4の直径Dよりも大きくなるように構成されている。このように構成されるボールねじ1のねじ軸2とナット3との間には、連結溝5cの逃げ部5dによって転動路よりも径方向に拡大された空間が形成されている。
As shown in FIG. 4B, the connecting
連結溝5cには、その底面に沿ってボール4が連結溝5cを移動するようにボール4を案内するボールガイド部材6が設けられている。ボールガイド部材6は、両方の側面からそれぞれ対向する側面に向かって突出している爪状部材がレール状に形成されている。ボールガイド部材6は、連結溝5cの開口部5e近傍であって略同一の溝深さ(底面からの距離)の位置にそれぞれ設けられている。また、ボールガイド部材6は、連結溝5cの長手方向の端部であるボール4の導入口から排出口に至る全長に渡って連続して一体に設けられている。つまり、ボールガイド部材6は、連結溝5cの開口部5eの近傍に、連結溝5cの底面に沿って形成されている。
The connecting
ボールガイド部材6は、軸側ねじ溝2aの逃げ部5dに対向している位置がナット3の径方向外側に向かって湾曲して構成されている。連結溝5cは、その全長に渡ってボールガイド部材6の爪状部材の先端の間隔であるガイド幅W1がボール4の直径Dよりも小さくなるように構成されている。つまり、連結溝5cは、導入口からボール4が内部に進入可能であって、ボールガイド部材6により開口部5eからボール4が外部に出て行かないように支持されている。これにより、連結溝5cは、その内部を移動するボール4をボールガイド部材6によって支持可能に構成されている。ボールねじ1は、こま部材5にボールガイド部材6を一体形成することで連結溝5cの底面形状に沿ったボールガイド部材6やガイド幅W1を任意の値に設定したボールガイド部材6を容易に設けることができる。
The
このように構成されるボールねじ1において、ねじ軸2が回転する場合、ボール4は、転動路を構成する軸側ねじ溝2aの底面とナット側ねじ溝3aの底面とを転動しながら転動路内を移動する。
図5(a)に示すように、ボール4は、こま部材5の連結溝5cに到達すると、連結溝5cの一方の端部である導入口から連結溝5c内に進入する。この際、ボール4は、軸側ねじ溝2aの底面に支持されている。また、連結溝5cのボールガイド部材6のうちボール4に隣り合う部分は、ボール4のねじ軸2側の表面と軸側ねじ溝2aとの間にあり、ボール4の表面から所定の間隔だけ離間している。
In the ball screw 1 configured as described above, when the
As shown in FIG. 5A, when the
図5(b)に示すように、ボール4は、ねじ軸2の回転により連結溝5c内を移動し、連結溝5cの逃げ部5d(薄い方の薄墨部分)に到達する。逃げ部5dのボールガイド部材6は、逃げ部5dの底面に沿ってナット3の径方向外側に向かって湾曲している。従って、ボール4は、連結溝5c内を中央部の逃げ部5dに向かって移動するにつれて連結溝5cのボールガイド部材6に近づき、所定の位置でボール4のねじ軸2側の表面がボールガイド部材6(濃い方の薄墨部分)に接触する。ボール4は、更に逃げ部5dの中央部分に向かって移動するとボールガイド部材6に乗り上げて、軸側ねじ溝2aの底面から離間する。
As shown in FIG. 5 (b), the
図5(c)に示すように、ボール4は、ねじ軸2の回転により隣接する他のボール4に押されて連結溝5cの逃げ部5d(薄い方の薄墨部分)を移動する。この際、ボール4は、連結溝5cのボールガイド部材6(濃い方の薄墨部分)に乗り上げた状態でボールガイド部材6上を転動する。つまり、ボール4は、ボールガイド部材6に支持されながら、連結溝5cの底面とボールガイド部材6との間の空間を移動する。
As shown in FIG. 5 (c), the
図5(d)に示すように、ボール4は、ボールガイド部材6(濃い方の薄墨部分)によって連結溝5cの底面に沿って、押し付けられながら連結溝5c内の逃げ部5d(薄い方の薄墨部分)を移動し、軸側ねじ溝2aに接触することなく軸側ねじ溝2aの山部分を乗り越える。
As shown in FIG. 5 (d), the
以上のごとく構成することで、ボールねじ1は、ボール4がボールガイド部材6によって連結溝5cの底面に押し付けられながら滑らかに軸側ねじ溝2aを乗り越えるので、連結溝5c内でボール4の配列が乱れて詰まりが発生することがない。また、ボールねじ1は、ボール4がボールガイド部材6によって支持された状態で連結溝5cの底面とボールガイド部材6とに挟まれた空間を移動するので、連結溝5cの逃げ部5dと軸側ねじ溝2aとの間の空間においてボール4の配列が乱れて詰まりが発生することがない。これにより、ボールねじ1は、ボール4がこま部材5を通過する際に生じるねじ軸2またはナット3の回転抵抗を低減することができる。
With the configuration as described above, the ball screw 1 smoothly gets over the shaft-
なお、本実施形態において、ボールねじ1は、ねじ軸2が回転している場合について記載したがこれに限定するものではなく、ボール4が遠心力によってナット側ねじ溝3aに押し付けられない程度の回転速度でナット3が回転する場合でもよい。また、本実施形態において、連結溝5cには、両方の側面にボールガイド部材6が設けられているが、一方に側面にのみボールガイド部材6を設けてガイド幅W1がボール4の直径Dよりも小さくなるように構成してもよい。
In the present embodiment, the ball screw 1 is described with respect to the case where the
上述の実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、一実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。 The above-described embodiments are merely representative, and various modifications can be made without departing from the scope of one embodiment. It goes without saying that the present invention can be embodied in various forms, and the scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and the equivalent meanings of the scope of claims, and all the scopes within the scope of the claims. Includes changes.
1 ボールねじ
2 ねじ軸
2a 軸側ねじ溝
3 ナット
4 ボール
5 こま部材
6 ボールガイド部材
1
Claims (4)
前記連結溝を通過するボールが連結溝の底面に押し付けられて移動するように前記こま部材にボールガイド部材が設けられるボールねじ。 A screw shaft is inserted into the nut, a ball rolling path is constituted by the thread groove of the screw shaft and the thread groove of the nut, and a plurality of top members in which connecting grooves having the rolling path as a circulation path are formed. A ball screw in which a plurality of balls are arranged on a rolling path that constitutes the circulation path,
A ball screw in which a ball guide member is provided on the top member such that a ball passing through the connection groove moves while being pressed against the bottom surface of the connection groove.
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