JP2023119334A - Ball screw and machine tool using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボールねじ及びそれを用いた工作機械に関する。 The present invention relates to a ball screw and a machine tool using the same.
工作機械には、ボールねじやリニアガイド等の直動装置が使用されているが、加工精度を高めるためには、直動装置の高剛性を確保する必要がある。 Linear motion devices such as ball screws and linear guides are used in machine tools, and in order to improve machining accuracy, it is necessary to ensure high rigidity of the linear motion devices.
一般的に、ボールねじは、ナットとねじ溝との間のバックラッシを抑制することが容易であり、それにより高剛性を確保できるという利点がある。ボールねじのバックラッシを抑制するために、軸方向すきまを小さく抑えるという手法が通常用いられるが、そのためにナットとねじ溝との間に予圧を付与することが行われる。一方、予圧を付与すると、加工後の早送りの際に発熱が大きくなってしまい、軸が伸びて良好な加工精度が維持できない可能性がある。 In general, the ball screw has the advantage that it is easy to suppress the backlash between the nut and the thread groove, thereby ensuring high rigidity. In order to suppress the backlash of the ball screw, a method of reducing the axial clearance is usually used, and for this purpose, a preload is applied between the nut and the thread groove. On the other hand, if a preload is applied, heat generation increases during rapid feed after machining, and the shaft may elongate, making it impossible to maintain good machining accuracy.
特許文献1には、ねじ軸の外周面に形成された転動体転動溝のリード、若しくはねじ軸側の転動体ピッチ円径を連続的または部分的に変化させて、ねじ軸とナットとの間に予圧を付与するボールねじが開示されている。 In Patent Document 1, the lead of the rolling element rolling groove formed on the outer peripheral surface of the screw shaft or the pitch circle diameter of the rolling element on the screw shaft side is changed continuously or partially to change the connection between the screw shaft and the nut. A ball screw is disclosed that provides a preload therebetween.
特許文献1に示す技術は、ねじ軸とナットの間における予圧を調整して、剛性や精度を高める必要がある部分のみに予圧を生じさせることを図っている。 The technique disclosed in Patent Literature 1 aims to adjust the preload between the screw shaft and the nut so that the preload is applied only to portions where rigidity and accuracy need to be increased.
しかしながら、特許文献1に示す技術は、1条ねじのボールねじを対象としたものであり、多条ねじのボールねじに適用することは困難である。さらに、特許文献1に示すボールねじにおいては、リードが異なる領域では、ねじ軸1回転当たりのナットの移動量が変化してしまうため、リードの変化に合わせて、ねじ軸回転量を調整しなくてはならず、扱いにくいという問題もある。 However, the technology disclosed in Patent Document 1 is intended for a single-start ball screw, and is difficult to apply to a multi-start ball screw. Furthermore, in the ball screw disclosed in Patent Document 1, the amount of movement of the nut per rotation of the screw shaft changes in areas where the lead differs. There is also the problem of being unwieldy.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、多条のねじ溝を備えたねじ軸とナットの間に適切な予圧量を付与することにより、高剛性を確保できるボールねじ及びそれを用いた工作機械を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a ball screw capable of ensuring high rigidity by applying an appropriate amount of preload between a screw shaft having multiple thread grooves and a nut. The purpose is to provide a machine tool using
本発明のボールねじは、
外周面に多条の外周ねじ溝が形成されたねじ軸と、
前記ねじ軸の周囲に配置され、内周面に前記外周ねじ溝に対向して多条の内周ねじ溝が形成されたナットと、
対向する前記外周ねじ溝と前記内周ねじ溝とにより形成される転動路内に収容される複数のボールと、
を有するボールねじであって、
少なくとも1条の前記外周ねじ溝は、前記ねじ軸における第1の領域と、前記第1の領域に対して前記ねじ軸の軸方向に配置された第2の領域とで、リードが同じであり、
少なくとも1条の前記外周ねじ溝は、前記第1の領域と前記第2の領域とで、リードが異なる、ことを特徴とする。
The ball screw of the present invention is
a screw shaft having a multi-threaded outer peripheral thread formed on its outer peripheral surface;
a nut disposed around the screw shaft and having multiple inner peripheral thread grooves formed on an inner peripheral surface facing the outer peripheral thread groove;
a plurality of balls accommodated in a rolling path formed by the outer peripheral thread groove and the inner peripheral thread groove facing each other;
A ball screw having
The at least one outer peripheral thread groove has the same lead in a first region in the screw shaft and in a second region arranged in the axial direction of the screw shaft with respect to the first region. ,
The at least one outer peripheral thread groove is characterized in that the first region and the second region have different leads.
本発明によれば、多条のねじ溝を備えたねじ軸とナットの間に適切な予圧量を付与することにより、高剛性を確保できるボールねじ及びそれを用いた工作機械を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, it is possible to provide a ball screw that can ensure high rigidity by applying an appropriate amount of preload between a screw shaft having multiple thread grooves and a nut, and a machine tool using the ball screw. can.
以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態において、「多条ねじ」とは、1ピッチ間にN条(ただしNは2以上の整数)のねじ溝が形成され、1条ねじと比較してリード(1回転で進む距離)がN倍となるものをいう。ここでは、2条ねじを例にとって説明するが、2条ねじに限定されることはない。 An embodiment according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In the present embodiment, the term "multi-start thread" means that a thread groove of N threads (where N is an integer equal to or greater than 2) is formed in one pitch, and the lead (progress in one rotation) is formed compared to a single thread. distance) is N times. Here, a double thread will be described as an example, but the thread is not limited to the double thread.
図1は、本実施形態にかかるボールねじ100の斜視図である。
ボールねじ100は、ねじ軸11と、ねじ軸11の周囲に配置されるナット13と、複数のボール15と、を備える。
FIG. 1 is a perspective view of a
The
ねじ軸11の外周面には、螺旋状の外周ねじ溝17A,17Bが形成される。外周ねじ溝17A,17Bは、多条(図示例では2条)のねじ溝である。
The outer peripheral surface of the
ナット13は、ねじ軸11の周囲に配置される。ナット13の内周面には、1周未満の周長で螺旋状に形成された内周ねじ溝19A及び19Bと、これら内周ねじ溝19A,19Bの両端がそれぞれ連結される循環溝(不図示)と、を有する。
The
内周ねじ溝19Aは、ねじ軸11の外周ねじ溝17Aに対応して形成され、内周ねじ溝19Bは、ねじ軸11の外周ねじ溝17Bに対応して形成される。内周ねじ溝19A,19Bと外周ねじ溝17A,17Bとは、それぞれボール15の半径程度の深さに形成される。外周ねじ溝17A,17Bと内周ねじ溝19A,19Bとにより形成される転動路内には、複数のボール15が収容される。
The inner
内周ねじ溝19Aの両端が循環溝と連結されることで、一本の閉じられた環状の転動溝が形成される。同様に、内周ねじ溝19Bの両端が循環溝と連結されることで、一本の閉じられた環状の転動溝が形成される。つまり、ナット13は、環状に形成された転動溝を複数有する。
A single closed annular rolling groove is formed by connecting both ends of the inner
内周ねじ溝19A及び循環溝からなる転動溝と、外周ねじ溝17Aとの間には、複数のボール15が転動自在に収容される循環回路が画成される。また、内周ねじ溝19B及び循環溝からなる転動溝と、外周ねじ溝17Bとの間にも、複数のボール15が転動自在に収容される循環回路が画成される。
A circulation circuit in which a plurality of
ナット13に対するねじ軸11の相対的な回転に伴って、複数のボール15が循環回路内を循環することによって、ナット13をねじ軸11に対してねじ軸11の軸方向に相対的に直線運動させることが可能となる。
As the
[第1の実施形態]
図2は、第1の実施形態にかかるボールねじ100のねじ軸11の側面図であるが、一部ねじ溝のピッチを誇張して示している。図3は、本実施形態にかかるボールねじ100のねじ軸11を、ナット13の概略断面とともに示す側面図である。
[First embodiment]
FIG. 2 is a side view of the
図2に示すように、ねじ軸11の軸方向に沿って、境界BDを基点に領域C(第1の領域)と領域P(第2の領域)と、が隔てられている。領域Cにおける外周ねじ溝17A、17BのリードはLであり、ねじ溝のピッチはL/2である。これに対し、領域Pにおける外周ねじ溝17Aのリードは(L-d)であるが、外周ねじ溝17BのリードはLのままである。なお、dは、0以外の値であって、正値に限られず負値であってもよい。
As shown in FIG. 2, along the axial direction of the
これに対し、ナット13の内周ねじ溝19A,19BのリードはLであり、ねじ溝のピッチはL/2である。
On the other hand, the lead of the inner
本実施形態のボールねじ100によれば、ナット13がねじ軸11の領域Pに位置する状態では、外周ねじ溝17BのリードLはナット13の内周ねじ溝19BのリードLと等しい一方、外周ねじ溝17Aのリード(L-d)はナット13の内周ねじ溝19AのリードLと異なるため、図3に示すようにボール15を介して、ねじ溝のリード差に応じた予圧(条間オフセット予圧という)Fa0が、ねじ軸11とナット13との間に付与される。これにより、ナット剛性が増加し、位置決め精度が向上する。
According to the
したがって、本実施形態のボールねじ100を工作機械に適用した場合、ナット13がねじ軸11の領域Pに位置する状態(領域Pの外周ねじ溝17A、17Bが、内周ねじ溝19A,19Bにそれぞれ対向する状態)でワークの加工を行うことで、高精度な加工処理を実現できる。
Therefore, when the
一方、ナット13がねじ軸11の領域Cに位置する状態(すなわちナット13がねじ軸11の領域Pに位置しない状態)では、外周ねじ溝17A、17BのリードLと、内周ねじ溝19A,19BのリードLとが等しくなるため、条間オフセット予圧Fa0が消失し、ナット13の移動時における摩擦熱を軽減できる。
On the other hand, when the
したがって、本実施形態のボールねじ100を工作機械に適用した場合、ナット13がねじ軸11の領域Cに位置する状態(領域Cの外周ねじ溝17A、17Bが、内周ねじ溝19A,19Bにそれぞれ対向する状態)で、例えばナット13の早送り動作等を実現でき、トータルの加工時間の短縮化を図れる。なお、領域C及び領域Pにおいて、外周ねじ溝17BのリードLは一定であるため、いずれの領域においても、ねじ軸11の回転に対するナット13の送り量を不変とすることができる。
Therefore, when the
[第2の実施形態]
図4は、第2の本実施形態にかかるボールねじ100のねじ軸11を、ナット13の概略断面とともに示す側面図である。本実施形態においては、第1の実施形態に対してナット13のみが異なる。
[Second embodiment]
FIG. 4 is a side view showing the
図4に示すように、ねじ軸11の軸方向に沿って、境界BDを基点に領域Cと領域Pとが隔てられている。本実施形態においても、領域Cにおける外周ねじ溝17A、17BのリードはL(ねじ溝のピッチはL/2)である。一方、領域Pにおける外周ねじ溝17Aのリードは(L-d)であるが、外周ねじ溝17BのリードはLである。
As shown in FIG. 4, along the axial direction of the
これに対し、ナット13の内周ねじ溝19A,19Bのリードは(L+d)であり、ねじ溝のピッチは(L+d)/2である。すなわち、ナット13の内周ねじ溝19A,19Bのリード(L+d)は、領域Cにおける外周ねじ溝17A、17BのリードL、並びに領域Pにおける外周ねじ溝17Aのリード(L-d)及び外周ねじ溝17BのリードLと異なる。
On the other hand, the lead of the inner
本実施形態のボールねじ100によれば、ナット13がねじ軸11の領域Cに位置する状態では、外周ねじ溝17A、17BのリードLと、内周ねじ溝19A,19Bのリード(L+d)が異なるため、図4に示すようにボール15を介して、ねじ溝のリード差に応じた条間オフセット予圧Fa1が、ねじ軸11とナット13との間に付与される。
According to the
さらにナット13がねじ軸11の領域Pに位置する状態では、外周ねじ溝17Aのリード(L-d)と、内周ねじ溝19Aのリード(L+d)と、のリード差がさらに大きく異なるため、図4に示すようにボール15を介して、領域Cにおける条間オフセット予圧Fa1より大きな条間オフセット予圧Fa2が、ねじ軸11とナット13との間に付与される。これにより、ナット剛性をさらに増加させることができる。
Furthermore, when the
なお、3条以上の外周ねじ溝を有するねじ軸を含むボールねじの場合、領域Cにおいて、例えば3条の外周ねじ溝のリードを共通にLとしたときは、領域Pにおいて、少なくとも1条の外周ねじ溝のリードをLとし、残りの外周ねじ溝のリードを(L-d)とする。かかる場合、2条以上の外周ねじ溝のリードを(L-d)とする位置は、軸方向において同じでもよいし、異ならせてもよい。 In the case of a ball screw including a screw shaft having three or more outer peripheral thread grooves, in region C, for example, when the lead of the three outer peripheral thread grooves is L in common, in region P, at least one thread is formed. Let L be the lead of the outer peripheral thread groove, and let (Ld) be the lead of the remaining outer peripheral thread groove. In this case, the positions where the leads of the two or more outer peripheral thread grooves are (Ld) may be the same or different in the axial direction.
本発明は、上述の実施形態に限定されない。本発明の範囲内において、上述の実施形態の任意の構成要素の変形が可能である。また、上述の実施形態において任意の構成要素の追加または省略が可能である。例えば、本発明は循環コマ式ボールねじ、チューブ式ボールねじ、デフレクタ式ボールねじ、エンドキャップ式ボールねじなど、種々のボールねじに適用できる。 The invention is not limited to the embodiments described above. Variations of any of the components of the above-described embodiments are possible within the scope of the invention. Also, arbitrary components can be added or omitted in the above-described embodiments. For example, the present invention can be applied to various ball screws such as circulating top type ball screws, tube type ball screws, deflector type ball screws, and end cap type ball screws.
100 ボールねじ
11 ねじ軸
13 ナット
17A,17B 外周ねじ溝
19A,19B 内周ねじ溝
100
Claims (4)
前記ねじ軸の周囲に配置され、内周面に前記外周ねじ溝に対向して多条の内周ねじ溝が形成されたナットと、
対向する前記外周ねじ溝と前記内周ねじ溝とにより形成される転動路内に収容される複数のボールと、
を有するボールねじであって、
少なくとも1条の前記外周ねじ溝は、前記ねじ軸における第1の領域と、前記第1の領域に対して前記ねじ軸の軸方向に配置された第2の領域とで、リードが同じであり、
少なくとも1条の前記外周ねじ溝は、前記第1の領域と前記第2の領域とで、リードが異なる、ことを特徴とするボールねじ。 a screw shaft having a multi-threaded outer peripheral thread formed on its outer peripheral surface;
a nut disposed around the screw shaft and having multiple inner peripheral thread grooves formed on an inner peripheral surface facing the outer peripheral thread groove;
a plurality of balls accommodated in a rolling path formed by the outer peripheral thread groove and the inner peripheral thread groove facing each other;
A ball screw having
The at least one outer peripheral thread groove has the same lead in a first region in the screw shaft and in a second region arranged in the axial direction of the screw shaft with respect to the first region. ,
A ball screw, wherein at least one of said outer peripheral thread grooves has a different lead between said first region and said second region.
前記ナットの前記内周ねじ溝が、前記第2の領域の前記外周ねじ溝に対向するときに、ワークの加工を行うことを特徴とする工作機械。 A machine tool using the ball screw according to claim 2 or 3,
A machine tool, wherein a workpiece is machined when the inner peripheral thread groove of the nut faces the outer peripheral thread groove of the second region.
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