JP3208138U - Ball screw - Google Patents
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Abstract
【課題】ボールねじの負荷分布を均一化し、特定位置のボールに発生する応力集中を低減できるボールねじを提供する。【解決手段】外周面に第1のねじ溝2aを有するねじ軸2と、第1のねじ溝2aに対向する第2のねじ溝を内周面に形成したナット3と、第1のねじ溝と第2のねじ溝とにより形成された螺旋状通路内に収容された複数のボールと、それぞれ、ナット3に取り付けられ、螺旋状通路の2箇所をつなぐ循環路を形成する3つ以上のボール循環部材5,6,7とを備えたボールねじにおいて、少なくとも1つのボール循環部材6が、他のボール循環部材5,7とは異なる周方向の位置に配置されている。【選択図】図1The present invention provides a ball screw capable of making the load distribution of the ball screw uniform and reducing stress concentration generated in a ball at a specific position. A screw shaft 2 having a first screw groove 2a on an outer peripheral surface, a nut 3 having a second screw groove facing the first screw groove 2a formed on an inner peripheral surface, and a first screw groove. And a plurality of balls accommodated in a spiral passage formed by the second thread groove, and three or more balls, each attached to the nut 3 and forming a circulation path connecting two portions of the spiral passage In the ball screw including the circulation members 5, 6, and 7, at least one ball circulation member 6 is arranged at a circumferential position different from the other ball circulation members 5 and 7. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、回転運動を直線運動に変換するボールねじに関するものである。特に、高負荷用途に使用されるボールねじを長寿命化する技術に関する。 The present invention relates to a ball screw that converts rotational motion into linear motion. In particular, the present invention relates to a technique for extending the life of a ball screw used for high load applications.
従来のボールねじの、ねじ軸やナットのねじ溝の形状は、ねじ溝とボールとの初期接触角が45°程度、最大接触角が65°程度になるように形成されていた。これは加工性、作動性、負荷容量などのバランスを考慮したものである。 The shape of the screw shaft and nut thread groove of the conventional ball screw is formed so that the initial contact angle between the thread groove and the ball is about 45 ° and the maximum contact angle is about 65 °. This takes into account the balance of processability, operability, load capacity, and the like.
複数回路を有するボールねじは、複数の循環チューブの取付け位置を同じ円周方向位置で軸方向に配列させる設計、即ち、複数の循環チューブの全てをナットの外周で軸方向に一列に配列した設計が通常であった。これは加工工程を少なくするためである。例えば、図7に示すように、回路を3回路有するチューブ循環方式の場合、各回路の循環チューブ50a、50b、50cの取付け位置を同じ円周方向位置としている。 The ball screw with multiple circuits is designed to arrange the mounting positions of multiple circulation tubes in the axial direction at the same circumferential position, that is, the design where all of the multiple circulation tubes are arranged in a line in the axial direction on the outer periphery of the nut Was normal. This is to reduce the number of processing steps. For example, as shown in FIG. 7, in the case of a tube circulation system having three circuits, the attachment positions of the
ボールねじを各種機械装置に適用する場合、ボールねじの選定は、当該ボールねじの使用条件に十分耐え得る様に安全率を大きめに設定した上で行われていた。このとき、安全率を大きくするには、ボールねじの軸径、即ち、ねじ軸52の径寸法を大きくするのが効果的である。しかしながら、ボールねじの軸径を大きくできない場合は、ボールが循環する回路の数を増やし、ボールの数を増やすことで対処することが行われていた。或いは、ねじ溝のリードを大きくし、直径の大きなボールを使用することで対処していた。 When a ball screw is applied to various mechanical devices, the selection of the ball screw is performed after setting a large safety factor so as to sufficiently withstand the use conditions of the ball screw. At this time, in order to increase the safety factor, it is effective to increase the diameter of the ball screw, that is, the diameter of the
なお、上記従来の選定においては、ボールねじの軸径を大きくする場合も含めて、次のように対処するのが通常であった。ボールねじ選定時の荷重条件は、ねじ軸52とナット51との間を転動している各ボールには全て均等に荷重が掛かると仮定する。この場合の各ボールにかかる荷重は、ボールねじ全体に掛かる荷重をナット51内の有効ボール数で除算したものである。ここで、有効ボールとは、ねじ軸52とナット51との間を実際に転動しているボールのことである。すなわち、循環チューブなどの循環路内のボールは有効ボールに含まない。この仮定された荷重を基にねじ溝とボールの接触面圧を算出する。この接触面圧の値と、実験等により得られたボールねじの機能、寿命等のデータベースとを比較することにより、適切なボールねじを選定する。 In the above conventional selection, the following measures are usually taken, including the case of increasing the shaft diameter of the ball screw. As for the load condition at the time of selecting the ball screw, it is assumed that all the balls rolling between the
実際には、有効ボールの全てに対し均等に荷重が掛かるのではない。負荷を受けたときのねじ軸52及びナット51の弾性変形により、ナット51内における軸方向の負荷分布はばらつきが生じる。当該ボールねじのナット51に軸方向のアキシアル荷重Faが、また、ねじ軸52にアキシアル荷重Fa’が図8に示すような方向に負荷された場合、ナット51及びねじ軸52の各ねじ溝51a、52a位置における軸方向に沿った弾性変位量の分布は、それぞれ同図に矢符号で表されるようになる。このねじ軸52の弾性変位量とナット51の弾性変位量とに応じて、ナット51の両端部近傍に位置するボールと、そのボールに接触する各ねじ溝51a、52aとの接触点に応力集中が起きることが分かる。例えば、加工テーブルで重切削用の加工テーブルをボールねじで支持するときにはこの傾向が顕著である。 Actually, the load is not equally applied to all of the effective balls. Due to the elastic deformation of the
ねじ軸52とナット51の相対回転に伴い、各ボールは、順次、ねじ溝51a、52aから循環チューブ50に掬い上げられて循環チューブ50内を通って循環する。そのためナット51と対向するねじ軸52の軌道上にはボールがない部分が存在する。このため、円周方向にも負荷分布のばらつきが発生し、有効ボールの一部に高負荷が掛かることになる。図9に表されるように、ナット51内の各回路のボール1は、ねじ溝から循環チューブ50内を通過することにより循環する。図10は、この状態を軸方向からみたところを模式的に示したものである。βは、ねじ軸52の中心軸線と循環チューブ50の両端部とをそれぞれ結んだ2直線によりなす角度である。図9を合わせて参照することにより、円周方向でのβ角度の範囲部分のボール数が相対的に少なくなっていることが分かる。ボール数が相対的に少ないことにより、β角度の範囲内のボールに加わる負荷は相対的に大きくなる。 As the
従来のボールねじにおいては、以上のように、ナット51の両端部のボールとねじ溝との接触部位への応力集中及び特定範囲内のボールへの負荷増大という懸念がある。このことから、従来のボールねじにおいては、設計時の安全率を大きく設定しないと、ねじ軸52又はナット51の各ねじ溝51a、52a表面の早期剥離、または、異常摩耗を引き起こすという問題があった。 In the conventional ball screw, as described above, there is a concern that the stress concentration at the contact portion between the ball and the screw groove at both ends of the
また、特に高負荷用途では、安全率を大きく設定するとボールねじが大型化し、目的の仕様に合わなくなったり、コスト高になったりしてしまうという問題があった。 In particular, in high load applications, if the safety factor is set to be large, the ball screw becomes large, resulting in a problem that the target specification is not met or the cost is increased.
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、ボールねじの負荷分布を均一化し、特定位置のボールに発生する応力集中を低減できるボールねじを提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a ball screw that can make the load distribution of the ball screw uniform and reduce the stress concentration generated in the ball at a specific position. To do.
上記課題を解決するために、本願のボールねじは、
第1のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、
前記第1のねじ溝に対向する第2のねじ溝を内周面に有するナットと、
前記第1のねじ溝と前記第2のねじ溝とにより形成された螺旋状通路内に収容された複数のボールと、
それぞれ、前記ナットに取り付けられ、前記螺旋状通路の2箇所をつなぐ循環路を形成する3つ以上のボール循環部材とを備えたボールねじにおいて、
少なくとも1つの前記ボール循環部材が、その他の前記ボール循環部材とは異なる周方向の位置に配置されているものとする。In order to solve the above problems, the ball screw of the present application is
A screw shaft having a first thread groove on the outer peripheral surface;
A nut having a second thread groove on the inner peripheral surface facing the first thread groove;
A plurality of balls housed in a spiral passage formed by the first thread groove and the second thread groove;
In each of the ball screws provided with three or more ball circulation members attached to the nut and forming a circulation path connecting two portions of the spiral passage,
It is assumed that at least one of the ball circulation members is disposed at a circumferential position different from the other ball circulation members.
好ましくは、少なくとも2つの前記ボール循環部材が円周方向の同位置に配置され、
前記少なくとも1つの前記ボール循環部材が、軸方向において、前記少なくとも2つの前記ボール循環部材の間に配置されているものとする。Preferably, at least two of the ball circulation members are arranged at the same position in the circumferential direction,
It is assumed that the at least one ball circulation member is disposed between the at least two ball circulation members in the axial direction.
また、好ましくは、前記少なくとも1つの前記ボール循環部材と前記2つの前記ボール循環部材とは円周方向に180°異なる位置に配置されているものとする。 Preferably, the at least one ball circulation member and the two ball circulation members are arranged at positions different from each other by 180 ° in the circumferential direction.
また、好ましくは、前記少なくとも1つの前記ボール循環部材と共に前記ボールが循環する回路を構成する前記第2のねじ溝の部分が、前記少なくとも2つの前記ボール循環部材と共にそれぞれ前記ボールが循環する回路を構成する前記第2のねじ溝の2つの部分から等距離の位置から軸方向にずれて予圧を生じさせているものとする。 Preferably, a portion of the second screw groove that constitutes a circuit in which the ball circulates together with the at least one ball circulation member includes a circuit in which the ball circulates together with the at least two ball circulation members. It is assumed that the preload is generated by shifting in the axial direction from a position equidistant from the two portions of the second thread groove to be configured.
また、好ましくは、前記ねじ軸のいずれか一方の端部で前記ねじ軸を回転可能に支持する支持部材を有し、
前記ナットは、前記支持部材とは反対側の端部に、径方向外方に延びるフランジを有するものとする。Preferably, it has a support member that rotatably supports the screw shaft at one end portion of the screw shaft,
The nut has a flange extending radially outward at an end opposite to the support member.
また、好ましくは、前記ボール循環部材は、
その両端に配置され、径方向外側で前記螺旋状通路内の前記ボールを掬い上げる外側掬い上げ部と、径方向内側で前記螺旋状通路内の前記ボールを掬い上げる内側掬い上げ部と、を備えた一対の掬い上げ通路と、
前記一対の掬い上げ通路をつなぐボール送り通路と、を有し、
前記外側掬い上げ部と前記内側掬い上げ部は、その間に、先端側から前記ボール送り通路側に凹んだ凹部を構成し、
前記ボール循環部材は、最も前記ボール送り通路側に位置する前記凹部の部分から、前記ボールの経路に沿った分割面により分かれる2つの構成部材からなるものとする。Preferably, the ball circulation member is
An outer scooping portion that scoops up the ball in the spiral passage on the radially outer side, and an inner scooping portion that scoops up the ball in the spiral passage on the radially inner side. A pair of scooping passages,
A ball feed path connecting the pair of scooping paths,
The outer scooping part and the inner scooping part constitute a recess recessed from the tip side to the ball feed passage side between them,
The ball circulation member is composed of two components separated from a portion of the recess located closest to the ball feed passage by a dividing surface along the path of the ball.
また、好ましくは、軸方向に見たときに、前記分割面は、前記凹部の近傍において、前記ボール循環部材を通過する前記ボールの中心の軌跡よりも前記内側掬い上げ部側に配置されているものとする。 Preferably, when viewed in the axial direction, the dividing surface is disposed closer to the inner scooping portion than the locus of the center of the ball passing through the ball circulation member in the vicinity of the recess. Shall.
また、好ましくは、前記第1のねじ溝が、前記ボールの進行方向に対して垂直な断面において、両端に滑らかに連続して、前記ボールの半径の2分の1以上、2倍以下の曲率半径を有する円弧部を備えるものとする。 Preferably, the first thread groove has a curvature which is smoothly continuous at both ends in a cross section perpendicular to the traveling direction of the ball, and has a curvature not less than 1/2 and not more than twice the radius of the ball. An arc part having a radius is provided.
また、好ましくは、前記ねじ軸の中心軸線から前記第1のねじ溝内の前記ボールの中心までの距離から前記ねじ軸の最大半径を引いた値が、前記ボールの直径の10%以下であるものとする。 Preferably, a value obtained by subtracting the maximum radius of the screw shaft from the distance from the central axis of the screw shaft to the center of the ball in the first screw groove is 10% or less of the diameter of the ball. Shall.
また、好ましくは、前記ナットの端部に取り付けられ、前記ねじ軸に接触する接触部を備えたシールを有し、
前記接触部は、少なくとも前記ねじ軸側に、断面が円弧状の曲面を有しているものとする。Preferably, the seal has a contact portion attached to an end portion of the nut and contacting the screw shaft,
The contact portion has a curved surface with an arc-shaped cross section at least on the screw shaft side.
以上説明してきたように、本発明のボールねじを採用すると、簡単な手段によって、ねじ軸とナットとの間を転動している複数のボールに対する負荷分布が平均化する。つまり、一部のボールに発生する応力集中が低減される。従って、ボールねじの外径を大きくすることなく、従来よりも負荷容量が大きくなるという効果がある。 As described above, when the ball screw of the present invention is employed, the load distribution for a plurality of balls rolling between the screw shaft and the nut is averaged by simple means. That is, the stress concentration generated in some balls is reduced. Therefore, there is an effect that the load capacity becomes larger than before without increasing the outer diameter of the ball screw.
また、ボールねじのサイズを大きくすることなく負荷容量が増大するため、高負荷用途(例えば、射出成形機、モールディング、パワーシリンダ)への適用が、更に容易になる。 Further, since the load capacity increases without increasing the size of the ball screw, the application to a high load application (for example, an injection molding machine, a molding, a power cylinder) is further facilitated.
図面を参照し本発明の実施形態を説明する。まず構成について説明する。図1に示すように、本実施形態に係るボールねじは、ねじ軸2の外周に複数のボールを介してナット3が螺合している。ナット3は、ねじ軸2及びナット3が相対回転することで、ねじ軸2に対し相対的に直線移動をする。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration will be described. As shown in FIG. 1, in the ball screw according to this embodiment, a nut 3 is screwed onto the outer periphery of a
図2に示すように、ねじ軸2の外周面には、第1のねじ溝として、雄ねじ状のねじ溝2aが設けられている。また、ナット3の内周面にも、第2のねじ溝として、上記ねじ軸2のねじ溝2aと径方向で対向する位置に雌ねじ状のねじ溝9が設けられている。その両ねじ溝2a、9は、螺旋状通路を形成し、その中には複数のボール1(図2では斜線で表している)が収容されている。ボール1は、ねじ軸2とナット3との相対回転に伴い、ねじ溝2aに沿って転動し且つ循環する。 As shown in FIG. 2, a male screw-
また、本実施形態のボールねじは、ボールが循環する回路を3つ有するチューブ方式のボールねじである。上記ナット3のねじ溝9は、図2に示すように、軸方向に沿って3つの区画に分けられている。各区画におけるねじ溝9の両端部は、ボール循環部材である循環チューブ5、6、7によってつながっている。これによりボールが循環する3つの回路が形成される。なお、説明の便宜上、図1及び図2における左側から第1回路X、第2回路Y、第3回路Zとする。 The ball screw of this embodiment is a tube type ball screw having three circuits through which the ball circulates. As shown in FIG. 2, the
本実施形態では、第1回路X及び第3回路Zの循環チューブ5、7取付け位置に対し、図1に示すように、第2回路Yの循環チューブ6を、円周方向で180°反転した位置に設けている。 In the present embodiment, the circulation tube 6 of the second circuit Y is inverted 180 ° in the circumferential direction as shown in FIG. 1 with respect to the attachment positions of the
また、本実施形態では、第2回路Yの回路は、通常の位置よりも第3回路Z側に数十μmだけ近づけて配置している。即ち、ナット3における第1回路Xのねじ溝9aと第2回路Yのねじ溝9bとの間のリードLaを、各ねじ溝9a、9b、9cのリードLより数十μm(α)だけ大きく設定する(La=L+α)。それと同時に、第2回路Yのねじ溝9bと第3回路Zのねじ溝9cとの間のリードLbを前記リードLより数十μm(α)だけ小さく設定(Lb=L−α)している。なお、ねじ軸2側のねじ溝2aのリードは全長にわたって等間隔である。 In the present embodiment, the circuit of the second circuit Y is arranged closer to the third circuit Z side by several tens of μm than the normal position. That is, the lead La between the
ボールねじの負荷容量を大きくするには、ボール1の接触角の大きさ、ねじ溝2a、9の曲率半径をできる限り大きくしたいところである。しかし、図4に示すように接触角を過大に大きくした状態で軸方向の負荷を掛けると、ボール1とねじ溝2aとが接触している範囲を示す接触楕円Fの端部がねじ溝2a、9の溝端からはみ出して切れてしまう。接触楕円Fの一部が切れると応力が大きくなり、ボールねじの寿命が極端に悪くなる。このため、本実施形態では、図3に示すように、初期接触角Dを50°以上55°以下とし、最大接触角Eを75°としている。 In order to increase the load capacity of the ball screw, it is desired to increase the size of the contact angle of the
好ましくは、初期接触角51°以上54°以下、且つ最大接触角は72°である。 Preferably, the initial contact angle is 51 ° or more and 54 ° or less, and the maximum contact angle is 72 °.
また、各ボール1については、ねじ溝9のリードLに対して、下式のような関係となるボール径Daのものを使用している。
0.7≦(Da/L)
従来においては、Da/Lを0.7以上に設定すると、循環チューブの外径部が隣のねじ溝に干渉する可能性があるために、Da/Lを0.7未満に設定していた。これに対して、本実施形態では、ねじ溝からチューブへのボール1の、掬い上げ部分の軸方向の角度を従来より大きくすることで、Da/Lを0.7以上に設定できるようにしている。For each
0.7 ≦ (Da / L)
Conventionally, when Da / L is set to 0.7 or more, there is a possibility that the outer diameter portion of the circulation tube may interfere with the adjacent thread groove, so Da / L was set to less than 0.7. . On the other hand, in this embodiment, Da / L can be set to 0.7 or more by increasing the angle in the axial direction of the scooping portion of the
次に、上記構成のボールねじの作用効果等について説明する。第2回路Y位置を第3回路Z寄りに配置することで、第2回路Y部分のねじ溝9b内のボールに予圧が付与されている。そのためナット3にアキシアル荷重Faが負荷されたときの当該ねじ溝9bの弾性変位量は、第2回路Yの位置を第3回路Z寄りに配置しない場合に比べて大きくなり、ボールとの接触面積が増大する。これにより第3回路Z寄りに配置させた第2回路Y内のボールによる負荷分担量が増大し、且つ通常の場合に応力集中が生じるナット端部側の回路である第1回路X及び第3回路Zの負荷分担量が減少する。そのため、ナット3における軸方向の負荷分布が平均化されてばらつきが低減する。 Next, functions and effects of the ball screw configured as described above will be described. By placing the second circuit Y position closer to the third circuit Z, a preload is applied to the ball in the
第2回路Yの循環チューブ6の取付け位置は、第1回路X及び第3回路Zの循環チューブ5及び7の取付け位置に対し、円周方向で180°反転させている。これにより、円周方向における第1回路X及び第3回路Zでの有効ボール数が少ない部分と、第2回路Yでの有効ボール数が少ない部分とが円周方向で重なることが回避される。つまり、円周方向における無負荷圏(ボール1が存在しない部分)が分散することで、円周方向での各有効ボール1に対する負荷分布のばらつきが抑えられる。 The attachment position of the circulation tube 6 of the second circuit Y is reversed 180 ° in the circumferential direction with respect to the attachment positions of the
以上のように、有効ボール(ねじ軸2とナット3間を転動しているボール1)に対する軸方向及び円周方向の負荷分布が従来よりも均一化する。したがって、各有効ボールに対する負荷分布、さらにはそのボールに接触するねじ軸2とナット3の各ねじ溝2a、9に対する負荷分布が平均化し負荷容量が増大する。 As described above, the load distribution in the axial direction and the circumferential direction with respect to the effective ball (the
また、本実施形態では、ボール1の初期接触角E及び最大接触角Fを従来よりも大きくすると共にDa/Lを0.7以上に設定することで、さらに負荷容量の増大が図られている。 In the present embodiment, the initial contact angle E and the maximum contact angle F of the
本実施形態の構成は、玉径が10mm以上の場合にも効果がある。電動射出成形機用ボールねじであれば、下式のような関係となるボール径Daのものが好ましい。
0.7≦(Da/L)≦0.9(即ち、DaはLの70〜90%)The configuration of the present embodiment is also effective when the ball diameter is 10 mm or more. In the case of a ball screw for an electric injection molding machine, a ball screw having a relation of the following formula is preferable.
0.7 ≦ (Da / L) ≦ 0.9 (ie, Da is 70 to 90% of L)
なお、本実施形態では、第1回路Xの循環チューブ5の取付け位置に対して、第2回路Yの循環チューブ6の取付け位置だけを180°反転しているが、第3回路Zの循環チューブ7の取付け位置も第1回路Xの循環チューブ5の取付け位置に対して180°反転させてもよい。また、第1回路Xと第2回路Yを同じ円周方向位置とし、第3回路Zのみを180°反転させてもよい。さらに、循環チューブは、必ずしも180°反転させる必要はなく、円周方向における有効ボール数の分布が均一になる、又は、均一に近づくように、複数ある循環チューブの円周方向の位置を設定すればよい。 In this embodiment, only the attachment position of the circulation tube 6 of the second circuit Y is inverted by 180 ° with respect to the attachment position of the
以上の説明では、図2に示すように、ナット3へのアキシアル荷重Faが、第1回路X側から負荷される場合に、第2回路Yのねじ溝9bを第3回路Z寄りに配置した実施形態を挙げている。しかし、ナット3へのアキシアル荷重が、第3回路Z側から負荷されるような使用態様の場合は、第2回路Yのねじ溝9bを第1回路X寄りに配置する。すなわち、複数の回路に挟まれた位置にある回路のねじ溝を、両隣りの回路から等距離の位置からナット3にかかるアキシアル荷重と同じ向きにずらして配置すれば良い。 In the above description, as shown in FIG. 2, when the axial load Fa to the nut 3 is loaded from the first circuit X side, the
本発明にあっては、このようにアキシアル荷重の向きに応じて、複数の回路の一部を軸方向にずらして配置することによりナットの軸方向における弾性変位量の分布を平均化させている。これにより、ボールに対する軸方向の負荷分布を平均化し全体としての負荷容量を増大させるという効果を得ている。その代わりに、例えば、本実施形態において第2回路Yに使用するボール1の径を、第1回路X及び第3回路Zで使用するボール1の径よりも大きくするというように、一部の回路内に装填するボール径を変えることによっても、上述と同様な作用効果を得ることができる。即ち、第2回路Yのボール1の径を大きくすることで、第2回路Y部分のねじ溝9b内のボールに予圧が付与されることになる。それによりナット3にアキシアル荷重Faが負荷されたときの当該ねじ溝9bの弾性変位量は、ボール1の径を大きくしない場合に比べて大きくなり、ボールとの接触面積が増大する。そして当該ボールの径を大きくした回路Y内のボールによる負荷分担量が増大し、且つボール1の径を大きくしない状態で応力集中が生じるナット端部側の回路である第1回路X及び第3回路Zでの負荷分担量が減少するから、ナット3における軸方向の負荷分布が平均化されてばらつきが低減する。これにより、当該第2回路Yのボール1が分担する軸方向荷重が従来よりも増大して上述同様の作用効果を発揮する。 In the present invention, the distribution of the amount of elastic displacement in the axial direction of the nut is averaged by disposing a part of the plurality of circuits in the axial direction in accordance with the direction of the axial load. . Thereby, the effect of averaging the load distribution in the axial direction with respect to the ball and increasing the load capacity as a whole is obtained. Instead, for example, the diameter of the
なお、第2回路Yのねじ溝9を第1回路X又は第3回路Z寄りに配置すると共に、第2回路Yのボール1の径を第1回路X及び第3回路Zのボール1の径よりも大きくするように設定してもよい。 The
本実施形態においては、回路を180°反転することと、第2回路Yのねじ溝9を第3回路Z寄りに配置することの両方を採用しているが、いずれか一方だけでも負荷分布のばらつきが低減し、従来よりも負荷容量が増大する。 In the present embodiment, both the inversion of the circuit by 180 ° and the disposition of the
上記構成の本発明に基づくボールねじと、3つの循環チューブ5、6、7を同じ円周方向位置に取り付け且つ第2回路Yの回路を第3回路Z寄りに配置しない従来と同じ仕様のボールねじ(比較例)とに対して、負荷分布の状態について解析してみたところ、図5及び図6のような結果が得られた。 The ball screw according to the present invention having the above-described configuration and the ball having the same specifications as the conventional one in which the three
図5は、円周方向での負荷分布のばらつきを無視し軸方向のばらつきのみを考慮したときの有効ボール1に負荷される軸方向の荷重の分布を示したものである。Aが本発明のボールねじのものであり、Bが比較例のボールねじのものである。この図5から分かるように、本発明に基づくボールねじでは、第2回路Yでの負荷が増大すると共に第1回路X及び第3回路Zでの負荷が減少して、軸方向の負荷分布が平均化している。 FIG. 5 shows the distribution of the axial load applied to the
図6は、軸方向のばらつき及び円周方向での負荷分布を考慮したときのねじ溝9に沿った各有効ボール1に負荷される軸方向の荷重を示したものである。A(実線)が本発明のボールねじのものであり、B(破線)が比較例のボールねじのものである。この図6から分かるように、本発明に基づくボールねじの方がねじ溝9に沿った負荷の振幅が小さくなり、円周方向での負荷分布が平均化している。 FIG. 6 shows the axial load applied to each
実際に、本発明に基づくボールねじAでは、外径寸法を変更することなく、比較例のボールねじBの負荷容量より20%程度も負荷容量が増大していることを確認した。 Actually, in the ball screw A according to the present invention, it was confirmed that the load capacity increased by about 20% from the load capacity of the ball screw B of the comparative example without changing the outer diameter.
なお、本発明を適用できるボールねじは、実施形態に示したようなチューブ循環方式のものに限らない。例えば、実公平5−35228号公報の第1図に記載されているようないわゆるデフレクタ循環方式(複数組のボール連通路を互いに連通するボール戻し溝を有してナットの外周部に取付けられるガイドプレートと、各ボール連通路の内方側に配設されてボールねじ軸及びナットのねじ溝間に介装されたボール群をボール連通路側へ順次導くボール掬上げ部材とで循環路が構成されている)のものにも適用できる。また、同公報の第15図に従来技術として記載されているガイドプレート循環方式(ボール連通路を互いに連通するボール戻し溝を有してナットの外周部に取付けられるガイドプレートに、前記ボール連通路内に嵌挿される案内片を突設し、この案内片の内面側に外側ボール案内面を形成し、該外側ボール案内面でボール戻し溝の両端と各ボール連通路との間での実質的なボールの方向転換を行うように構成されている。)のものに対しても適用可能である。さらに、上記特徴は、サイドキャップ式のボールねじに適用することもできる。サイドキャップ式のボールねじについては、第1変形例、第2変形例として後述する。 The ball screw to which the present invention can be applied is not limited to the tube circulation type as shown in the embodiment. For example, a so-called deflector circulation system as described in FIG. 1 of Japanese Utility Model Publication No. 5-35228 (guide having a ball return groove for communicating a plurality of sets of ball communication paths with each other and attached to the outer periphery of the nut. A circulation path is configured by a plate and a ball lifting member that is arranged on the inner side of each ball communication path and sequentially guides a group of balls interposed between the screw grooves of the ball screw shaft and the nut to the ball communication path side. It is also applicable to those that are). Also, a guide plate circulation system described in the prior art in FIG. 15 of the same publication (the ball communication path is connected to the guide plate attached to the outer periphery of the nut having a ball return groove for communicating the ball communication paths with each other). A guide piece to be inserted and projected is formed, an outer ball guide surface is formed on the inner surface side of the guide piece, and the outer ball guide surface is substantially formed between both ends of the ball return groove and each ball communication path. It is also applicable to those that are configured to change the direction of the ball. Further, the above feature can be applied to a side cap type ball screw. The side cap type ball screw will be described later as a first modified example and a second modified example.
本実施形態ではボール1が循環する回路を第1(X)、第2(Y)、第3(Z)の3回路にしたボールねじについて説明したが、本発明は3回路に限定されるものではなく、4回路以上のものにも適用できる。また、一個のナットに3回路以上設けたものに限らず、後述のダブルナットタイプのように2個以上のナットを使用して全ナットで合計3回路以上としたものでもよい。 In the present embodiment, the ball screw in which the circuit in which the
また、本実施形態ではナットの数が一個のいわゆるシングルナットタイプのものについて述べたが、その他、例えば図11に示す2個のナット3A、3Bを使用したいわゆるダブルナットタイプのように2個以上のナットを使用したものにも適用可能である。こうしたマルチナットタイプの場合、例えば図11に示すダブルナットタイプの場合で説明すると、2個のナット3A、3Bのうちの1個(例えば3A)を180°反転させてもよいし、各ナット3A、3Bに設けられたそれぞれ2回路10、11及び12、13のうちの1回路ずつ(例えば回路10と回路12)を180°反転させてもよい。更に、回路の軸方向の配置については、1個のナット内の回路を通常の位置から軸方向にずらして配置するだけではなく、2個のナット3A、3Bの間に間座14を介装して各ナットに設けられたそれぞれの回路(回路10、11の組と回路12、13の組)を通常の位置から軸方向にずらして配置してもよい。 Further, in the present embodiment, the so-called single nut type having one nut is described, but in addition, for example, two or more as in the so-called double nut type using two
次に本実施形態の他の特徴について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係るボールねじ装置は、図12に示すような片持ち支持構造とすることができる。図12に向かって右側に示す軸方向一端部101a側は、支持部材であるサポートユニット103に回転自在に支持されている。このサポートユニット103に使用されるボールねじの支持軸受は、例えばスラストアンギュラ玉軸受を用いることができる。サポートユニット103は固定部材104に固定される。 Next, other features of the present embodiment will be described with reference to the drawings. The ball screw device according to this embodiment may have a cantilever support structure as shown in FIG. The one
また、上記ねじ軸101の軸方向一端にはプーリ105が取り付けられている。そのプーリ105の回転に伴ってねじ軸101が回転する。ナット102は回転が制限されており、ねじ軸101の回転により、ナット102が直線移動するように構成されている。 A
また、ナット102には、上記サポートユニット103側とは反対側の軸方向端部にフランジ部107aが設けられている。そのフランジ部107aは取付け部107を構成している。この取付け部107には、ナット102が駆動する取付け部材108がボルト止めで取付けられている。この取付け部107は軸方向荷重の作用部を構成する。 Further, the
上記構成のボールねじ装置にあっては、図13Aに示すように、取付け部材108からナット102の取付け部107に軸方向荷重F1が作用すると、ナット102からねじ軸101に軸方向荷重が伝達され、固定側端部に、反力として、反対向きの軸方向荷重F2が発生する。 In the ball screw device configured as described above, as shown in FIG. 13A, when an axial load F1 acts on the mounting
このとき、従来のようにねじ軸101を剛体と仮定し、ナット102の弾性変形を考慮すると、軸方向に沿ったボールの荷重分布は、図13Bに表されるように、取付け部107の位置で最も荷重が大きくなり、他端部(サポートユニット103側)に向けて徐々に小さくなる。 At this time, when the
一方、ナット102を剛体と仮定し、ねじ軸101の弾性変形を考慮する。そうすると、軸方向に沿ったボールの荷重分布は、図13Cに表されるように、サポートユニット103側(ねじ軸101における軸方向一端部101a側)で最も荷重が大きくなり、他端部(ナット102の取付け部107)に向けて徐々に小さくなる。 On the other hand, the
実際には、ナット102もねじ軸101も軸方向に弾性変形するため、両者101、102の弾性変位を考慮すると、図13Dに示すような均一化された荷重分布となる。即ち、本実施形態では、サポートユニット103とは反対側のナット102の端部にナット取付け部107を設けることで、ナット102の弾性変形によって荷重が集中する部分と、ねじ軸101の弾性変形によって荷重が集中する部分を軸方向に離隔している。これにより、ナットの軸方向に沿った荷重分布は両端が相対的に大きく、中央部が相対的に小さい分布となるものの、最大値と最小値との差が小さくなる。つまり、ボールへの負荷が均一化される。したがって、ねじ軸101とナット102は同程度に弾性変形することが好ましい。 Actually, both the
ここで、ねじ軸101の断面積、即ち、軸方向に垂直な方向にねじ軸101を切断した断面の面積と、ナット102の断面積、即ち、軸方向に垂直な方向にナット102を切断した断面の面積を等しくした場合の作用について説明する。両断面積を等しくすると、図14A及びBに示すように、ボールへの負荷は、軸方向両端部側が同程度大きくなり、ねじ軸荷重作用側とナット荷重作用側とのバランスがとれて、ボールに対する最大荷重を抑えることができる。一方、例えば、従来と同様に、ねじ軸101の断面積よりもナット102の断面積を大きくした場合には、ねじ軸101の断面積とナット102の断面積を等しくした場合に比べて不利となる。これは、ねじ軸101の断面積よりもナット102の断面積を大きくしたことによって、ねじ軸荷重作用側とナット荷重作用側とで変形量に差が生じ、図14Cに示すように、ねじ軸101の荷重作用側(取付け部107と反対側、つまりサポートユニット側)のボールへの最大荷重が大きくなるからである。 Here, the cross-sectional area of the
なお、図14A及びBの荷重分布の違いは、ねじ軸101及びナット102の断面積を変えたものである。つまり、図14Aは両者の断面積を大きくした場合であり、図14Bは両者の断面積を小さくした場合である。即ち、ねじ軸101とナット102の断面積が大きいほど弾性変形の影響が少なくなるため、ねじ軸101とナット102の断面積はできるだけ大きい方が望ましい。ねじ軸101とナット102とを比べると、内側となるねじ軸101の断面積の方が、どうしてもナット102の断面積よりも小さくなる傾向にある。従って、ねじ軸101の断面積を通常よりも大きくしてナット102断面積と概ね等しくすることが好ましい。また、ねじ軸101とナット102の断面積比は、ねじ軸101及びナット102の弾性変形を考慮し、ボールへ掛かる荷重のバランスがある程度とれる範囲が好ましい。従って、一方の断面積が他方の断面積の2倍以下となるようにすることが好ましい。 14A and 14B is obtained by changing the cross-sectional areas of the
(第1変形例)
以下、本実施形態の第1変形例について、図面を適宜参照しつつ説明する。本変形例に係るボールねじ装置は、上記実施形態の循環チューブをサイドキャップに置き換えたサイドキャップ式のボールねじである。図15は本発明の実施形態の変形例に係るボールねじを径方向に見た図である。図16は、本発明の実施形態の変形例に係るボールねじを軸方向に見た図である。図17は、図16に示す17方向の矢視図であり、サイドキャップ装着前のナットを示している。図18は、図16に示す18方向の矢視図であり、サイドキャップ装着後の状態を示している。(First modification)
Hereinafter, a first modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings as appropriate. The ball screw device according to this modification is a side cap type ball screw in which the circulation tube of the above embodiment is replaced with a side cap. FIG. 15 is a view of a ball screw according to a modification of the embodiment of the present invention as seen in the radial direction. FIG. 16 is a view of a ball screw according to a modification of the embodiment of the present invention when viewed in the axial direction. FIG. 17 is an arrow view in the 17 direction shown in FIG. 16 and shows the nut before the side cap is mounted. FIG. 18 is an arrow view in the 18 direction shown in FIG. 16 and shows a state after the side cap is mounted.
このボールねじ10は、図15ないし図16に示すように、ねじ軸12と、ナット14とを備えている。ねじ軸12は、外周面に螺旋状のねじ溝11を有する。ナット14は、ねじ軸12のねじ溝11に対応する螺旋状のねじ溝13を内周面に有する。また、ナット14は、ねじ軸12に嵌合されており、ナット14のねじ溝13とねじ軸12のねじ溝11とは互いに対向している。このねじ溝13とねじ溝11との間には、螺旋状通路8が構成されている。螺旋状通路8には、転動体としての複数のボール215が転動可能に装填されている。 As shown in FIGS. 15 to 16, the
また、図17に示すように、ナット14には、その外周面に矩形状の平坦面からなるサイドキャップ取付け面16が形成されている。サイドキャップ取付け面16には、一対の長孔20が形成されている。この長孔20は、前記ねじ溝11,13間で構成する螺旋状通路8まで貫通して穿孔されている。そして、図18に示すように、このサイドキャップ取付け面16には、ボール循環部材としてのサイドキャップ17が取り付けられる。サイドキャップ17は、図19に示すように、一対の脚部19を有しており、その一対の脚部19は、サイドキャップ取付け面16に形成された上記長孔20に、ねじ軸12の軸線方向に対して垂直方向から、ほとんど隙間なく嵌め込み可能になっている(図15参照)。そして、図18に示すように、サイドキャップ17を覆う蓋形状のサイドキャップカバー26によって、サイドキャップ17全体をサイドキャップ取付け面16へ取り付ける。サイドキャップカバー26は、止めネジ18によってナット14にネジ止めする。 Moreover, as shown in FIG. 17, the
ここで、サイドキャップ17には、脚部19の内部にボール掬い上げ(戻し)通路21が形成されている(図16参照)。このボール掬い上げ(戻し)通路21は、脚部19の外周壁面に対して傾けて形成されている。このボール掬い上げ通路21はボール送り通路22に連続している。このボール送り通路22、および一対のボール掬い上げ通路21によって循環路27を構成している。 Here, a ball scooping (returning)
サイドキャップ17は、サイドキャップ取付け面16に形成された長孔20に対して、容易に脚部19をはめ込むことができる構造となっている。また、脚部19内に形成したボール掬い上げ通路21でのボール215の進行方向を、ねじ軸12の略接線方向且つ両ねじ溝11,13のリード角と略一致する方向に掬い上げ可能とする三次元的な構成となっている。そのため、ナット14の加工が簡単になり、且つ循環路27、つまり、ボール掬い上げ通路21およびボール送り通路22の設計的自由度の向上を図ることを可能としている。そして、この循環路27、並びに螺旋状通路8によってボール215が無限循環する回路が構成される。 The
次に、上述のサイドキャップ17のもつ分割構造について詳しく説明する。図19はサイドキャップの斜視図、図20は、そのサイドキャップを分割した、一方のサイドキャップ構成部材を示す斜視図である。 Next, the divided structure of the
このサイドキャップ17は、樹脂成形により製作されており、例えば樹脂材をモールド成形してなる一対のサイドキャップ構成部材23,23を組み合わせて構成されている。サイドキャップ構成部材23、23は互いに同一の形状をしている。図19に符号PLで示す線は、サイドキャップ17を各サイドキャップ構成部材23に分割する分割線を示している。 The
図20に示すように、このサイドキャップ17の内側には、ボール掬い上げ通路21およびボール送り通路22からなる循環路27が形成されている。サイドキャプ17は、図19の上側から見たときに、中心点を対称点とする点対称に形成されている。そして、図20に示すように、ボール215の進行方向に沿って境界面23dを形成した二つのサイドキャップ構成部材23から構成される。 As shown in FIG. 20, a
次に、このサイドキャップ構成部材23相互の分割線PL(あるいは分割面23d)について、より詳しく説明する。図21は、サイドキャップの分割線の要部(図20にて円21で囲われた部分の周辺)を拡大して示す説明図である。同図では、本実施例に係る内側ボール掬い上げ部の掬い上げ基端部での分割例を示している。 Next, the dividing line PL (or dividing
ところで、図21に示すように、サイドキャップ17は、サイドキャップ17のボール掬い上げ通路21の先端部分に、内側ボール掬い上げ部24を有している。内側ボール掬い上げ部24は、螺旋状通路8内を転動するボール215を、螺旋状通路8からボール掬い上げ通路21へ円滑に掬い上げるために、ボール掬い上げ通路21からねじ溝11に向けて突出し、ねじ軸12のねじ溝11に挿入される舌状をしている。ねじ溝また、他方のサイドキャップ構成部材23の脚部19にも舌状の外側掬い上げ部28が形成されている。そのため、内側ボール掬い上げ部24と外側掬い上げ部28との間には、鋭角をなすV字状の凹部25が形成されることになる。 By the way, as shown in FIG. 21, the
ここで、本実施例に係るサイドキャップ17では、図21に示すように、分割線PLが、一対の脚部19の、それぞれの凹部25の最も深い部分から延びている。すなわち、サイドキャップ17を二つのサイドキャップ構成部材23,23に分ける分割線PLは、凹部25をそのV字状の頂点で分断する位置に設定されている。 Here, in the
また、各凹部25を通る分割線PLは、掬い上げ基端部24aの近傍に、同図に符号23fで示すように、円弧状の部分をもつ。また、その円弧とその上の分割線PLは、なだらかに繋がるように設定されている。図21に示すように、サイドキャップ構成部材23の分割面23dは、軸方向に見たときに、掬い上げ基端部24aの近傍(図20にて円21で囲われた部分)において、ボール215の中心の軌跡BCD(図21に示す)に対し、内側ボール掬い上げ部24の側に張り出した張出部23fを有する。これに合わせて、掬い上げ基端部24aは、軸方向から見たときに、軌道BCDから離れて形成されている。これにより、掬い上げ基端部24aが、なだらかな形状をしているため、掬い上げ基端部24aでの応力集中を、好適に緩和可能になっている。なお、同図の符号Zは、ボール215を掬い上げる掬い上げ点を示している。また、サイドキャップ17全体に渡ってなされる分割において、掬い上げ基端部24aの近傍以外の部分での分割線PLは、ボール215の中心の軌跡に合わせて、2つのサイドキャップ構成部材23、23が互いにほぼ同等にボールの周囲を取り囲むように設定される。これにより、ボール215を拘束する性能を安定させることができる。 Further, the dividing line PL passing through each
次に、本実施形態でのボールねじ10およびサイドキャップ17の作用効果について説明する。このボールねじ10において、ねじ溝11,13間を転動したボール215は、サイドキャップ17のボール掬い上げ通路21によってねじ溝11,13のリード角方向に掬い上げられてボール送り通路22内に円滑に案内される。そのため、このボールねじ10では、ねじ溝11、13のリードが大きくなってもボール215の進行方向を急激に曲げるようなことがないため、ボール215を掬い上げる際のボール215の損傷や騒音等の発生を抑制できる。さらに、例えばエンドキャップ式ボールねじのように、ボールの循環回路数がねじ溝の条数分に限定される制約がないので、1回路当りのボール数(巻き数)を多くすることなく負荷容量を高めることができる。 Next, the effect of the
また、このボールねじ10では、サイドキャップ17がボール215の進行方向に沿って二つに分割された一対のサイドキャップ構成部材23,23から構成されている。そのため、ねじ溝11,13のリード角と一致する方向にボール215を掬い上げて再び螺旋状通路8に戻す循環路27をサイドキャップ17内に樹脂成形等により容易に形成することができる。 Further, in this
さらに、このボールねじ10は、サイドキャップ17を、形状が同一の、一対のサイドキャップ構成部材23,23を組み合わせる構成としたことにより、サイドキャップ構成部材23,23を1つの成形型で成形でき、これにより、サイドキャップ17をより容易に製造することができる。 Further, in this
また、このボールねじ10では、サイドキャップ17をサイドキャップ構成部材23,23に分割する分割面23dが、内側ボール掬い上げ部24と外側ボール掬い上げ部28の間に形成された凹部25を、凹部25の最も深い部分で分断する。従来は、図27に示すように、基端部240aの形状が複雑であり、応力集中の原因となっていた。本実施例に係るボールねじ10では、上述の構成により、掬い上げ基端部24aがなだらかで単純な形状となるため、サイドキャップ17内を循環するボール215による衝撃がサイドキャップ構成部材23に作用した場合であっても、掬い上げ基端部24a、あるいは掬い上げ基端部24aの近傍が起点となる疲労破壊が生じるおそれがほとんどない。したがって、本実施例によれば、ボールねじの高速運転性能や耐久性能を向上させることができる。 Further, in this
上述したように、凹部25の最も深い部分から分割線PLを開始(および終了)するようにすれば、つまり、凹部25の最も深い部分が掬い上げ基端部24aに形成されないようにサイドキャップ17を分割すれば、掬い上げ基端部24aでの応力集中を好適に緩和可能である。しかし、その副作用として、ボール循環部材構成部材23の分割面を、ボール215の中心が描くボール軌跡に対して、内側ボール掬い上げ部24の側に向けてずらしているため、掬い上げ基端部24aの近傍での周壁によるボール215を拘束する性能が不安定になるおそれがある。 As described above, if the dividing line PL starts (and ends) from the deepest portion of the
(第2変形例)
そこで、次に、第2変形例として、掬い上げ基端部での応力集中を緩和するとともに、掬い上げ基端部の近傍でのボール拘束性能も安定させ得る形状について説明する。図22および図23は、本実施例に係る一対のサイドキャップ構成部材23、23同士による掬い上げ基端部の近傍での周壁の組み合わせ状態を説明する図である。上述したように、このサイドキャップ17は、二つのサイドキャップ構成部材23からなり、一対のサイドキャップ構成部材23,23は、分割面(合わせ面)23dをそれぞれ有している(図20参照)。(Second modification)
Therefore, as a second modified example, a shape that can relieve stress concentration at the scooping base end and stabilize ball restraining performance in the vicinity of the scooping base end will be described. FIG. 22 and FIG. 23 are diagrams for explaining the combined state of the peripheral walls in the vicinity of the scooping base end portion by the pair of side cap
なお、この第2変形例は、上記説明した第1変形例のサイドキャップ17に対して、張出部23fの形状のみが異なっており、それ以外は第1変形例と同様の構成である。そのため、ここでは、張出部23fの形状のみについて説明し、その他の説明については省略する。 Note that the second modification differs from the
この第2変形例のサイドキャップ17では、上記第1実施例のサイドキャップ17とは異なり図22に示すように、張出部23fを、他方のサイドキャップ構成部材23の掬い上げ基端部24aの外側を覆うように形成している。 In the
これにより、2つのサイドキャップ構成部材23,23の分割位置が、この2つのサイドキャップ構成部材23、23の間で掬い上げ基端部24a近傍でボールを取り囲む周壁の割合が異なるものであっても、掬い上げ基端部24aの近傍での周壁によるボール拘束性能を安定可能になっている。なお、同図での符号Oは、ボール215の中心位置を示している。 As a result, the dividing position of the two side cap
このように、第2変形例のサイドキャップ17では、掬い上げ基端部24aでの応力集中を防止しつつ、掬い上げ基端部24aの近傍での周壁によるボール拘束性能も安定させることができる。 Thus, in the
以上説明したように、第1、第2変形例に係るボールねじ10によれば、上述の実施形態の構成をとりつつ、ボール循環部材をサイドキャップ17として、強度の弱い掬い上げ基端部24aの強度を改善することにより、高速運転性能や耐久性能を向上させたボールねじ10を提供することができる。 As described above, according to the
なお、本発明に係るボールねじは、上記各変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形が可能である。 In addition, the ball screw which concerns on this invention is not limited to said each modification, A various deformation | transformation is possible within the range which does not deviate from the meaning of this invention.
例えば、上記各変形例に、さらに、分割面(合わせ面)23dに対して、相互の位置合わせをするための位置決め部として、突起部と穴部とをそれぞれに設ける構成としてもよい。また、サイドキャップ17には止めネジ18を直接通すためのサイドキャップ取付け孔を穿設した構成としてもよい。 For example, each of the above modifications may further include a protruding portion and a hole portion as positioning portions for mutual alignment with respect to the dividing surface (mating surface) 23d. Further, the
また、上記各変形例では、サイドキャップ17全体に渡ってなされる分割において、分割線PLが、掬い上げ基端部24aを除いて、ボールの中心の軌跡に沿って2つのサイドキャップ構成部材23、23が均等になるように設定された例で説明したが、これに限定されず、分割線は均等割りとなる位置でなくてもよい。しかし、サイドキャップ構成部材23、23のそれぞれが、ボールに対して、ほぼ同等にボールの周囲を取り囲むことによってボールを拘束する性能が安定するため、掬い上げ基端部の近傍以外の部分での分割線PLは、ボール中心の軌跡に合わせて均等に設定されることが好ましい。 Further, in each of the above-described modifications, in the division performed over the
或いは、例えば、サイドキャップ17は完全一体式に構成されていてもよい。また或いは、サイドキャップ17は3つ以上に分割されたサイドキャップ構成部材を組み合わせて構成されていてもよい。 Alternatively, for example, the
また、例えば、上記各変形例では、凹部25の形状が、鋭角をなすV字状の溝部となっている例で説明したが、凹部25の形状は、V字状の溝に限定されない。すなわち、凹部としては、切欠き部あるいは溝等の「くぼみ」を含み、例えば凹部の形状がU字状ないしは半円状等であってもよい。 For example, in each of the above modifications, the example in which the shape of the
また、例えば、上記各変形例では、ボールねじ10は、サイドキャップ17(サイドキャップ構成部材23,23)を樹脂で形成した例で説明したが、例えばサイドキャップ17を金属成形、例えば焼結鋼等の焼結材で形成したり、金属射出成形(MIM)により成形したりしてもよい。このような構成とすることにより、樹脂の使用に適さない高温条件下でも使用することができる。 Further, for example, in each of the above-described modifications, the
以上で本願の実施形態の変形例の説明を終え、以下、再び本願の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ここでは、本実施形態の更に別の特徴について説明する。本実施形態は、ねじ軸径40mm、リード25mm、ボール径7.1438mmのチューブ式ボールねじに対して適用したものである。図28は、ねじ軸2のボール溝2aの断面形状を表している。ねじ軸2の外径部(ランド部)4とボール溝2aのほぼ半円形のボール転動部35との間を円弧状に面取りした円弧部311で連結している。その円弧部311の曲率半径Rは、本実施形態ではボール1の半径r=3.57mmとほぼ等しくしてある。円弧部311は、ボール転動部35の曲線と滑らかに連続して形成されている。 This is the end of the description of the modification of the embodiment of the present application. Hereinafter, the embodiment of the present application will be described again with reference to the drawings. Here, still another feature of the present embodiment will be described. This embodiment is applied to a tube-type ball screw having a screw shaft diameter of 40 mm, a lead of 25 mm, and a ball diameter of 7.1438 mm. FIG. 28 shows a cross-sectional shape of the ball groove 2 a of the
円弧部311の上部は、ランド部4に交点P2で隣接している。また、本実施形態では、ねじ軸2の中心軸線からねじ溝2a内のボール1の中心までの距離と、ねじ軸2の中心軸線からランド部4の表面までの距離との差Yを、ボール1の直径の10%より小さく設定してある。ボール衝突の衝撃による応力集中を低減するには、円弧部311の曲率半径Rはできるだけ大きく取ることが望ましい。しかし、反面で曲率半径Rが大きくなる程、円弧部311とランド部4との交点P2の位置が溝中心に近づくとともにその形状が鋭い突起状になってくる。そして、曲率半径Rが限度を越えて過大になると、P2点近傍へのボールの衝突の機会がますと同時に衝突時の応力集中も増大して、ランド部肩口の損傷の危険性が増す。そこで、円弧部311の曲率半径Rの大きさに上限を設けてその危険性を回避する必要がある。 The upper portion of the
本発明者は、ボール1がボール循環チューブ内を通過してねじ軸2のボール溝2aに向かって送りこまれる時の、ボール1がボール溝2aの面と最初に衝突する位置をプロットし、得られる線図を解析して、円弧部311の曲率半径Rの上限を規定することとした。図29ないし図31は、上記ボール衝突位置を連続的にプロットした結果を図28の上から矢符号28のように見下ろした場合の線図である。各図において、最も上にある点E1の高さにボール中心位置がきたとき、ボールはE1の真下に示した点E2でボール溝2aの面と衝突することを示している。 The inventor plots the position where the
図29は、ボール1がボール溝2aに送りこまれる軌跡が理想的でかつバラツキがないと仮定した場合である。この場合には、ボール1が円弧部311の曲率半径Rの大きさには無関係にボール転動部35にのみ衝突する。したがって円弧部311の曲率半径Rの上限は問題にならない。しかし実際の場合は、ボールねじの加工・組立誤差や運転速度等の使用条件により、ボールの軌跡はある範囲で必然的にバラツキが出る。図30、図31は、ボールねじの寸法精度や実験結果から推定されるボール軌跡の偏りを考慮したときの解析結果を示したものである。 FIG. 29 shows a case where the trajectory of the
図30は、図28に示す本実施形態のボール溝形状の場合で、ボールがボール溝2aの面と衝突するE2点は円弧部311内にある。しかし、その円弧部311の曲率半径Rはボール半径とほぼ等しい大きさに形成されているため、そこから損傷が発生する可能性は極めて小さい。更に円弧部311の曲率半径Rを大きくすると、ボール衝突位置は円弧部311とねじ軸外径部(ランド部)4との突起状の境界線Lに近づく。そして曲率半径Rが所定値を越えると、その境界線Lにボールが衝突してランド部肩口の損傷を招く危険が生じる。本発明者は、上記の解析を、円弧部311の曲率半径Rを種々変えたものについて行い、その結果に基づいてボールが円弧部311とランド部4との境界線Lに衝突しないような円弧部311の曲率半径Rの上限値を求めることができた。その値はボールの半径の2倍である。すなわち、円弧部311の曲率半径Rはボールの半径の2倍以下とすれば良い。 FIG. 30 shows the ball groove shape of the present embodiment shown in FIG. 28, and the point E2 where the ball collides with the surface of the
一方、円弧部311の曲率半径Rがボールの半径の1/2未満の場合は、その円弧部11にボール衝突による損傷が発生することが認められた。図31は、図32に示した従来のボール溝形状の場合(ランド部肩口が傾斜面からなる面取部36で連結されているもの)を参考に示したものである。この場合、ボールがボール溝2aの面と衝突するE2点が、ボール転動部35と面取部36との境界線上にあり、その境界線は突起状になっているため、そこから損傷が発生することが認められた。 On the other hand, when the radius of curvature R of the
また、ねじ軸2の中心軸線からねじ溝2a内のボール1の中心までの距離と、ねじ軸2の中心軸線からランド部4の表面までの距離との差Yを、0またはボール直径の10%未満と小さく設定するボール溝形状にあっては、円弧部311の曲率半径Rをより大きく設定しても円弧部311とランド部4との境界線L上へのボール衝突を防ぐことができるから、衝突時の応力集中をさらに緩和することが可能である。 The difference Y between the distance from the central axis of the
なお、本実施形態においては、チューブ循環式ボールねじに本発明を適用した例について説明しているが、上記特徴はその他のボールねじに対しても、同様に適用することができる。例えば、図36に示すようなコマ循環式のボールねじに上記特徴を適用することもできる。 In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a tube circulation type ball screw has been described. However, the above-described features can be similarly applied to other ball screws. For example, the above-described feature can be applied to a top-circulating ball screw as shown in FIG.
以上、説明したように、本実施形態においては、ボールねじのねじ軸のボール溝の断面形状において、ねじ軸の外径部とボール溝のほぼ半円形のボール転動部との間を円弧部で連結するとともに、その円弧部の曲率半径を前記ボール溝を転動するボールの半径の1/2以上、2倍以下とし、少なくともボール転動部とは滑らかな曲線で連続的につなげるものとした。これにより、上記円弧部近傍にボールの衝突の衝撃力が作用しても応力集中が緩和されて、高速運転でもねじ軸のランド部肩口の損傷が防止できる。また、ねじ軸2の中心軸線からねじ溝2a内のボール1の中心までの距離と、ねじ軸2の中心軸線からランド部4の表面までの距離との差Yを、0またはボール直径の10%未満と小さく設定することで、円弧部の曲率半径を大きくしても円弧部とランド部との交点へのボールの衝突を防ぐことができるため、ボールねじの長寿命化が達成できる。図33ないし図35は、従来例に係るチューブ方式のボールねじを示す。図35に示す従来例では、ボール転動部35の両側に円弧部が形成されているが、当該円弧部の曲率半径Rはボール1の半径の40%以下になっているため、特にボールねじの高速運転を長時間行うことで損傷が生じるおそれがあった。 As described above, in this embodiment, in the cross-sectional shape of the ball groove of the screw shaft of the ball screw, an arc portion is provided between the outer diameter portion of the screw shaft and the substantially semicircular ball rolling portion of the ball groove. And the radius of curvature of the arc part is ½ or more and twice or less than the radius of the ball rolling in the ball groove, and at least the ball rolling part is continuously connected with a smooth curve. did. Thereby, even if the impact force of the collision of the ball is applied in the vicinity of the arc portion, the stress concentration is relaxed, and damage to the shoulder portion of the screw shaft can be prevented even at high speed operation. The difference Y between the distance from the central axis of the
最後に、本願の実施形態の他の特徴について説明する。図37は、本願の実施形態に係るシール15の正面図である。図38は、図37のシール15を38−38線で切断して矢印方向に見た図である。シール15は、径方向に広がった円環状のシール本体15cと、シール本体15cの内側から全周にわたって軸方向の一方の側へ屈折して径方向内方に延びるシール片15dとからなる。シール片15dは、その内方縁に円形断面を有する環状の接触部15bを形成している。 Finally, other features of the embodiment of the present application will be described. FIG. 37 is a front view of the
接触部15bの内側は、ねじ軸2の断面形状に対応した開口15aとなっている。外周をナット3に取り付ける取付け部であるシール本体15cと、シール片15dと、接触部15bとは、耐摩耗性及び可撓性を有する樹脂又はゴムから一体形成されている。 The inside of the
図39は、本実施の形態にかかるシール15のシール片15d周辺を拡大した断面図であり、図40は、図39のシール15の接触部15bを更に拡大し、ねじ溝(2点鎖線)との接触状態を示した図である。なお、接触部15bは、図に示すように断面が円形であるO−リングのような形状を有する。 39 is an enlarged cross-sectional view of the periphery of the
図39において2点鎖線は、シール15とねじ軸2との相対角度に応じて変位する、ねじ軸2に接触するシール15の接触部15bの位置(15Aないし15G)を示している。図40から明らかなように、接触部15bの接触点15e(接触領域)は、ねじ軸2の周面に接触する位置に応じて、接触部15b上を変位する。 In FIG. 39, a two-dot chain line indicates the position (15A to 15G) of the
接触部15bによれば、ねじ軸2の何れの周面に接触しても、図40に示すように接触面の法線は接触部15bの断面中心を通過する。従って、接触位置に関わらず、シール15とねじ軸2との接触関係は一定に維持されることになり、もって密封機能を確保できることとなる。また、例えば図44に示す従来技術のシール5であれば、先端部5eが接触する前に、左側面5f又は右側面5gがねじ軸2に接触してしまうような不安定な接触を招来する恐れがある。しかし、本実施の形態によれば、図39に示すとおり、5Aから5Gの何れの位置にあっても、常に接触部15bがねじ軸周面に接触するので、安定したシールの密封機能を確保できる。 According to the
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能である。例えば、最後に説明した接触部5bの断面形状は半円状としても良い。 The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and modifications and improvements can be made as appropriate. For example, the cross-sectional shape of the contact portion 5b described last may be a semicircular shape.
また、上記実施形態及び第1、第2変形例において説明したボールねじの特徴は、その中のいずれか1つの特徴をボールねじに適用しても良いし、任意の複数の特徴をボールねじに適用しても良いし、全ての特徴をボールねじに適用しても良い。 In addition, as for the characteristics of the ball screw described in the embodiment and the first and second modified examples, any one of the characteristics may be applied to the ball screw, or any of a plurality of characteristics may be applied to the ball screw. You may apply and all the characteristics may be applied to a ball screw.
1 ボール
2 ねじ軸
2a ねじ溝
3 ナット
5、6、7 循環チューブ
9 ねじ溝
17 サイドキャップ1
Claims (10)
前記第1のねじ溝に対向する第2のねじ溝を内周面に有するナットと、
前記第1のねじ溝と前記第2のねじ溝とにより形成された螺旋状通路内に収容された複数のボールと、
それぞれ、前記ナットに取り付けられ、前記螺旋状通路の2箇所をつなぐ循環路を形成する3つ以上のボール循環部材とを備えたボールねじにおいて、
少なくとも1つの前記ボール循環部材が、その他の前記ボール循環部材とは異なる周方向の位置に配置されていることを特徴とするボールねじ。A screw shaft having a first thread groove on the outer peripheral surface;
A nut having a second thread groove on the inner peripheral surface facing the first thread groove;
A plurality of balls housed in a spiral passage formed by the first thread groove and the second thread groove;
In each of the ball screws provided with three or more ball circulation members attached to the nut and forming a circulation path connecting two portions of the spiral passage,
At least one said ball circulation member is arrange | positioned in the position of the circumferential direction different from the said other ball circulation member, The ball screw characterized by the above-mentioned.
前記少なくとも1つの前記ボール循環部材が、軸方向において、前記少なくとも2つの前記ボール循環部材の間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のボールねじ。At least two of the ball circulation members are arranged at the same position in the circumferential direction;
2. The ball screw according to claim 1, wherein the at least one ball circulation member is disposed between the at least two ball circulation members in an axial direction.
前記ナットは、前記支持部材とは反対側の端部に、径方向外方に延びるフランジを有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載のボールねじ。A support member that rotatably supports the screw shaft at one end of the screw shaft;
5. The ball screw according to claim 1, wherein the nut has a flange extending radially outward at an end portion opposite to the support member. 6.
その両端に配置され、径方向外側で前記螺旋状通路内の前記ボールを掬い上げる外側掬い上げ部と、径方向内側で前記螺旋状通路内の前記ボールを掬い上げる内側掬い上げ部と、を備えた一対の掬い上げ通路と、
前記一対の掬い上げ通路をつなぐボール送り通路と、を有し、
前記外側掬い上げ部と前記内側掬い上げ部は、その間に、先端側から前記ボール送り通路側に凹んだ凹部を構成し、
前記ボール循環部材は、最も前記ボール送り通路側に位置する前記凹部の部分から、前記ボールの経路に沿った分割面により分かれる2つの構成部材からなることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載のボールねじ。The ball circulation member is
An outer scooping portion that scoops up the ball in the spiral passage on the radially outer side, and an inner scooping portion that scoops up the ball in the spiral passage on the radially inner side. A pair of scooping passages,
A ball feed path connecting the pair of scooping paths,
The outer scooping part and the inner scooping part constitute a recess recessed from the tip side to the ball feed passage side between them,
5. The ball circulating member is composed of two components separated from a portion of the concave portion located closest to the ball feeding passage by a dividing surface along the path of the ball. The ball screw according to claim 1.
前記接触部は、少なくとも前記ねじ軸側に、断面が円弧状の曲面を有していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載のボールねじ。A seal attached to an end of the nut and having a contact portion that contacts the screw shaft;
The ball screw according to any one of claims 1 to 4, wherein the contact portion has a curved surface having an arcuate cross section at least on the screw shaft side.
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