JP4169141B2

JP4169141B2 - Ball screw

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Publication number: JP4169141B2
Application number: JP2000352754A
Authority: JP
Inventors: 公人牛田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2020-11-20
Also published as: JP2002156018A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種の用途のボールねじ、例えば、電動射出成形機や電動プレス機等の高荷重を受ける用途、その他、工作機械、産業機械、自動車部品全般等に使用されるボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
高荷重下で用いられるボールねじ等において、隣り合うボール同士の競り合いによる摩擦で、潤滑状態によっては、ボールが摩耗することがある。ボールねじはボールの転走溝がねじ溝であって捩じれており、またチューブ，こま，あるいはエンドキャップ等のボールを循環させる部品があるため、ベアリングのようなボール同士の摩擦を解消するリテナを挿入できない。
【０００３】
そのため、図１０〜図１２に各例を示すように、ボール５３間に間座５６を挿入し、ボール５３間の滑りを間座５６によって吸収するものが提案されている。間座５６の形状は、図１０に示すように、凹面５９の断面が一つの円すい面のみで形成されたＶ字状のもの（例えば、実公昭６３−１７８６５９号）や、図１１のように円弧で形成された単一円弧状のもの、または図１２に示すように、曲率中心Ｏの互いに異なる２つの円弧からなるゴシックアーチ形状のもの（例えば、特開２０００−１２０８２５号）等がある。
【０００４】
これらＶ字状、単一円弧状、ゴシックアーチ形状のものは、共に、ボール接触部から間座外縁部に至るに従い、ボール５３と間座５６の隙間が大きくなってしまう。隙間が大きくなるに従い、間座５６は隙間分だけボール５３に沿って移動する。この移動が大きくなると、図１３に示すように、間座５６の外径部が、ねじ軸５１のねじ溝、またはナット５２のねじ溝に接触する可能性がある。
さらに、単一円すいのＶ字状のもの（図１０）では、ボール５３と間座５６の隙間が、外縁部側へ大きくなる割合が大きいことから、挙動の安定性において不利となる。
【０００５】
次に潤滑剤を考えると、ボール５３と間座５６の間の隙間容量が大きいほど、潤滑剤の入り得る容量が大きくなる。凹面５９の断面が、Ｖ字形状、円弧形状、ゴシックアーチ形状のいずれであっても、隙間容量が大きく、多くの潤滑剤を入れることができる。
しかしながら、潤滑剤を保持することにおいては、Ｖ字形状、円弧形状、ゴシックアーチ形状ともに、前述のとおり、ボール接触部から間座外縁部側へ至るに従って、ボール５３と間座５６との隙間が大きくなってしまうことから、保持性が悪い。すなわち、その隙間分だけ間座５６がボール５３に沿って移動した場合、隙間に溜まっていた潤滑剤が吐き出されてしまい、その結果、潤滑剤の保持効果が少なくなる。
このようにして、潤滑剤が時間と共に吐き出されてしまうことから、ボールねじを長期に運転した場合、間座の摩耗が促進される。しいては、隣り合うボール５３同士が、間座５６の摩耗によって点接触を起こし、ボールねじの作動が悪化する。
【０００６】
また、間座５６の凹面５９の断面形状がＶ字状のもの（図１０）は、断面円弧形状のもの（図１１）に比べて、図１４，図１５にそれぞれ示すように、間座５６とボール５３との接触点Ｐを同じとした場合、次のように強度と寸法において問題がある。すなわち、Ｖ字形状のものは、間座外径部の肉厚ｔ１（図１４）が、単一円弧形状の間座５６の外径部肉厚ｔ２（図１５）に比べて薄くなり、その部分の強度が低下する。そこで、その強度低下を補おうとすれば、図１６に示すように間座５６の外径φＤをΔＤだけ大きくするか、図１７に示すように間座５６の幅方向肉厚ＬをΔＬだけ薄くして、上記外径部肉厚ｔ１をｔ２まで増大させる必要がある。
【０００７】
間座５６の外径Ｄが大きくなった場合、ボールねじの循環路において、間座５６が僅かな傾きを生じただけで、循環路の内面に接触し、ボールの５３の円滑な循環を阻害してしまう。また、間座５６の幅方向肉厚Ｌが薄くなった場合は、間座５６の幅方向の強度不足によって、高負荷荷重が作用した場合に、間座５６が損傷し、ボールねじとしての機能を果たせなくなる。
【０００８】
また、間座５６の凹面５９の断面が単一円弧形状のもの（図１１）は、ボール接触位置Ｐが、図１８のように間座外縁部Ｑか、または図１９のように貫通孔６０の開口縁Ｘとなる。ボール５３の保持性能の観点からは、間座外縁部Ｑが好ましい。しかし、これら外縁部Ｑや貫通孔６０の開口縁Ｘは、いずれも角張っており、このような角張った部分でボール５３からの荷重を受けると、荷重の集中により、角部が損傷する恐れがある。
凹面５９の断面が単一円弧形状のものにおいて、角部での接触を避けるように設計するには、凹面５９とボール５３とを同じ径として面接触させることが必要となるが、面接触とすると、摩擦抵抗が大きくなる。
【０００９】
図１２の例のように、間座５６の凹面５９をゴシックアーチとした場合は、凹面５９の中間部にボール５３との接触点Ｐを配置することができ、また外径寸法を大きくすることなく、各部の肉厚寸法も確保することができる。しかし、ゴシックアーチ形状は、二つの円弧の合成であるため、形状管理が難しい。また、凹面５９の円弧面とボール５３の円弧面とで接触することになるため、形状管理が不完全であると、接触点Ｐのばらつきが大きくなる。このため、ゴシックアーチ形状とすると、精度確保の難しさから、結局は、凹面５９の縁部で接触して集中荷重を受け、損傷の問題を招く恐れがある。そのため、負荷容量を確保することが難しい。
【００１０】
凹面５９の上記各形状の課題，特徴をまとめると、次のとおりである。
▲１▼．単一円弧状のもの（図１１）は、面接触となって摩擦抵抗が大きくなる。これを避けると、角当たりとなり、損傷の恐れのために負荷容量の確保が難しくなる。
▲２▼．Ｖ字状（図１０）のものは、摩擦抵抗は軽減されるが、間座５６の肉厚が薄くなって強度が弱くなるか、または外径が大きくなって円滑なボール５３の動作が阻害される。
▲３▼．ゴシックアーチ形状のものは、形状管理が十分であれば、種々の性能に優れるが、形状管理が難しく、接触点のばらつきが生じ、角当たりが生じる。
▲４▼．各形状とも、程度の差はあるが、潤滑油の保持性が不十分である。
【００１１】
この発明の目的は、潤滑剤の保持性に優れ、低摩擦で、また負荷容量の低減を最小限にしながら、間座の強度、およびボールの引っ掛かりのない円滑な動作が確保でき、生産性、コスト面にも優れたボールねじを提供することである。
この発明の他の目的は、ボールの保持性能を保つことである。
この発明のさらに他の目的は、間座が挙動しても潤滑剤を保持できるようにすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明のボールねじは、ねじ軸の外径面と、このねじ軸の外周に遊嵌するナットの内径面とに、それぞれ螺旋状のねじ溝が設けられ、上記ねじ軸およびナットのねじ溝間に形成された螺旋状の循環路内に複数のボールを転動自在に収容させたボールねじにおいて、貫通孔を有するリング状の間座を上記各ボール間に介在させ、この間座のボールにそれぞれ対面する凹面を、２つの円すい面で形成し、これら２つの円すい面のうち間座外縁部側の円すい面の間座軸心に対する傾斜角を、間座内縁部側の円すい面の間座軸心に対する傾斜角よりも小さくし、ボール接触位置を前記間座外縁部側の円すい面に設定し、上記２つの円すい面の繋ぎ部近傍に対しボールを非接触とし、前記各ボールが前記間座外縁部側の円すい面に接触すると共に、前記各ボールの一部が間座の貫通孔内に入り込むことを特徴とする。上記複数の円すい面は、互いに同心とする。
この構成によると、間座のボールに対面する凹面を２つの円すい面で形成したため、これら円すい面の繋ぎ部近傍に潤滑剤の溜まる隙間が大きく得られる。この円すい面の繋ぎ部近傍は、ボールが接触することがなく、間座の径方向の挙動があっても、潤滑剤が排出されず、潤滑剤の保持性にも優れる。このように、潤滑剤の保持容量、および保持性の両面に優れ、潤滑性能が良い。したがって、間座の摩耗を防ぐことができる。上記のように潤滑剤を保持できるため、潤滑剤の給脂量を少なくできるか、また給脂の必要を無くすこともできる。
また、２つの円すい面としたため、それぞれの円すいの角度を任意に調整することによって、間座の強度不足となる部分の強度向上を図ることができる。例えば、間座の外径や実質厚さを大きくすることなく、外径部肉厚や幅方向肉厚を確保することができ、また凹面の縁部にボールが接することが避けられる。これらのため、高荷重時においても、間座が損傷することが防止でき、間座を用いることによる負荷容量の低減を最小限とでき、間座の引っ掛かり防止によるボールの円滑な循環も確保できる。
円すい面であるため、その断面が直線であり、ボールとは直線と円弧とで接することになり、ゴシックアーチや単一円弧とした場合のように、円弧同士で接するものに比べて接触点のばらつきが少ない。また、点接触であるため低摩擦となる。また円すい面とするため、複数の面の組み合わせであっても、２つの円弧を組み合わせたゴシックアーチ形状に比べて、形状管理が容易である。このため、接触点のばらつきがより一層少なく、接触点のばらつきによる強度低下の問題が少ない。しかも、低コストで高精度に製造することができる。例えば、間座を射出成形により製作する場合においても、型の形状管理が容易であり、安価に製造することが可能である。
【００１５】
この発明において、上記２つの円すい面の交差部を断面が円弧の曲面で繋いでも良い。このように、円すい面の交差部を断面が円弧の曲面で繋いだ形状とすると、間座を合成樹脂や焼結合金等の成形品とする場合に、形状管理がより一層容易となる。
【００１６】
この発明において、上記２つの円すい面の交差部に、潤滑剤保持用の環状の凹所を設けても良い。このように構成した場合、円すい面の交差部を潤滑剤の保持部として、より有効に機能させることができる。
【００１７】
この発明において、上記間座の貫通孔の径を、上記ボール径の３２％以下としても良い。ただし、貫通孔は必要であり、したがって０％よりは大きくなる。
間座の強度を保ちながら、ボールねじの負荷容量の低減も最小限に抑えるためには、間座の幅方向寸法を小さく抑えることが必要であり、貫通孔の孔径をボール径の３２％以下とすることが望ましい。貫通孔の孔径がボール径の３２％を超えると、間座の外径と貫通孔間の肉厚（径方向の肉厚）が薄くなり、高負荷荷重が掛かった場合、ボールねじの寿命が満足できる荷重であっても、間座が破損してしまい、ボールねじ内部で引っ掛かり、ボールねじそのものを破損してしまう。これを補うために、間座外径を大きくすると、ボールねじの循環性能を阻害する。そのため、３２％以下の範囲が好ましい。なお、この３２％以下の範囲が好ましいことは、間座の凹面の断面形状にとらわれず、したがって凹面が２つの円すいの形状の場合に限らない。
【００１８】
この発明において、上記間座の外径を、上記ボール径の５０〜８０％の範囲に設定しても良い。なお、この場合に、上記のように、間座とボールとの接触角を、間座の軸心に対して２０〜３０°の範囲に設定することがより望ましく、また間座の幅寸法は、使用するボール径の２５〜３５％とすることが望ましい。
間座の凹面を複数の円すい面で形成した場合、例えば２つの円すい面で形成した場合、間座の外径寸法が８０％以上になると、循環性能に悪影響を及ぼす。例えば循環路がリターンチューブである場合、ボールねじ溝と潤滑部の繋ぎ目において、間座が引っ掛かってしまう。また、外径寸法が５０％以下の時は、ボールの挙動を安定させ難くなる。上記のように、間座の外径をボール径の５０〜８０％の範囲とすると、円滑な循環とボールの挙動の安定とが得られる。
【００１９】
この発明において、上記間座の最小肉厚を、上記ボール径の４〜１０％の範囲に設定することが好ましい。この場合の最小肉厚とは、間座における貫通孔の貫通部相当位置の軸方向の厚みをいう。
このように最小肉厚を設定した場合、ボールねじの内部に挿入されるボール個数の減少が少なく、負荷容量の低下を小さくできると共に、間座の強度も確保できる。例えば、ボールねじの循環を阻害しない外径寸法の間座において、貫通孔の肉厚が１０％を超えた場合、ボールねじ内部に挿入されるボール個数が減少するため、負荷容量の低下が大きくなり過ぎる。また、肉厚が４％未満のときは、間座貫通孔部の肉厚が薄くなり過ぎて、強度的に弱くなり過ぎてしまう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明の参考提案例を図１および図２と共に説明する。このボールねじは、ねじ軸１の外径面とナット２の内径面とに、螺旋状のねじ溝４，５を各々設け、これらねじ溝４，５の間に複数のボール３を介在させたボールねじにおいて、各ボール３間に間座６を介在させたものである。ナット２には、ねじ軸１とナット２のねじ溝４，５間に介在したボール３を、これらねじ溝４，５間から取り出して循環させる循環路７が設けられている。ねじ軸１、ナット２、およびボール３の材質は、各々軸受鋼、または肌焼き鋼等の調質材とされている。
【００２１】
循環路７としては、後に別の例を説明するように、各種のものを採用できるが、この例ではエンドキャップ式のボールねじとされている。すなわち、ナット２は、ナット本体２ａと、その両端にボルト等の結合具（図示せず）で結合された一対のエンドキャップ２ｂ，２ｃとで構成される。循環路７は、ナット本体２ａを軸方向に貫通した循環用貫通孔７ａと、各エンドキャップ２ｂ，２ｃに設けられてねじ軸１のねじ溝４から循環用貫通孔７ａに続く案内溝７ｂ，７ｃで構成される。ねじ軸１のねじ溝４の各ボール３は、ねじ軸１の回転に伴い、その回転方向に応じて、片方の案内溝７ｂ，７ｃで掬い上げられ、循環用貫通孔７ａを通ってもう片方の案内溝７ｂ，７ｃからねじ軸１のねじ溝４に戻される。
【００２２】
間座６につき、図２と共に説明する。間座６は、ボール３との接触面となる両面の凹面８，８を有し、これら凹面８を貫通孔９で連通させたリング状とされている。間座６の凹面８は、複数（ここでは２つ）の円すい面８ａ，８ｂで形成されている。すなわち、凹面８は間座６の外縁部側に形成される円すい面８ａと、内縁部側に形成される円すい面８ｂとからなる。外縁部側の円すい面８ａの間座軸心Ｏ１に対する傾斜角は、内縁部側の円すい面８ｂの傾斜角よりもり小さくされている。内縁部側の円すい面８ｂにボール３との接触位置Ａが設定されていて、外縁部側の円すい面８ａはボール３と非接触とされている。
【００２３】
間座６とボール３の接触角θ、つまりボール中心Ｏと上記接触位置Ａとを結ぶ線分の間座軸心Ｏに対する角度は、２０〜３０°の範囲に設定されている。上記２つの円すい面８ａ，８ｂの交差部は、断面が円弧状の曲面Ｒで繋がれている。間座６の貫通孔９の径φｄは、ボール３の径φＤｗの３２％以下とされている。さらに、間座６の外径φＤａは、ボール３の径φＤｗの５０〜８０％の範囲に設定されている。間座６の最小肉厚、つまり貫通孔９の長さ相当部分の厚みｈは、ボール３の径φＤｗの４〜１０％の範囲に設定されている。間座６の幅寸法は、ボール３の径φＤｗの３１〜４０％の範囲に設定されている。
【００２４】
間座６の材質としては、ボールねじの性質上の要求等に応じて各種の材質を選定できる。例えば、間座６は、焼結合金製としても良い。この場合に、金属粉の射出成形品を焼結した焼結合金としても良く、この焼結合金はステンレス鋼を主とするものであっても良い。間座６の材質として、この他に、自己潤滑性を有する合成樹脂で形成されたものとしても良い。この合成樹脂としては、例えば、強化材入りのポリイミド（ＰＩ）や、ポリアミド（ＰＡ）等を使用できる。
【００２５】
この構成のボールねじによると、間座６の凹面８を構成する２つの円すい面８ａ，８ｂの繋ぎ部近傍にボール３が接触しないので、その繋ぎ部近傍で潤滑剤を保持することができ、潤滑剤の保持性能を高めることができる。また凹面８の円すい面８ｂでボール３を線接触させるので、間座凹面が単一円弧形状のものや、ゴシックアーチ形状のもののように、面接触になりがちな形状に比べて摩擦抵抗を軽減できる。凹面８の形状管理も、ゴシックアーチ形状のものに比べて容易となり、射出成形で間座６を製造する場合でも、型の形状管理が容易となり安価に製造できる。
【００２６】
また、間座外縁部に近い円すい面８ａの傾斜角を、間座内縁部の円すい面８ｂの傾斜角よりも小さくし、かつ、間座外縁部に近い円すい面８ａはボール３と非接触としているので、次の各作用が得られる。すなわち、間座外縁部に近い円すい面８ａをボール保持部として機能させることができ、そのため、ボール３の保持性能を保つことができると共に、間座６の外径を大きくしたり幅方向肉厚を薄くすることなく、間座端面における外径部肉厚を十分に確保でき、間座６の強度を確保してボールねじの負荷容量の低減を小さくすることができる。
【００２７】
また、各円すい面８ａ，８ｂの傾斜角を任意に調整することにより、間座６の強度不足となる部分の強度を増進させることができ、高負荷荷重時においても間座６が損傷するのを防止できる。その結果、ボールねじの機能を低下させずに、ボール３を円滑に循環させることができる。
【００２８】
間座６とボール３との接触角θは、間座軸心Ｏ１に対して２０〜３０°の範囲に設定されているので、間座６の凹面８を構成する円すい面８ａ，８ｂのうちボール３と接触する円すい面８ｂを、間座６の外径を大きくすることなく形成できると共に、十分な強度を持つ貫通孔９を間座６に設けることができ、その貫通孔９を潤滑剤の保持部として機能させることができる。すなわち接触角θが２０°より小さい場合、十分な強度を持つ貫通孔９を設けることが難しく、貫通孔９を潤滑剤の保持部とすることができなくなり、潤滑性能を低下させることになる。逆に接触角θが３０°より大きい場合は、ボール３を保持するための円すい面を形成し難く、ボール保持機能を持たせるために間座６の外径を大きくしなければならなくなる。
【００２９】
上記円すい面８ａ，８ｂの交差部は断面円弧状の曲面Ｒで繋いでいるので、間座６を合成樹脂や焼結合金の成形品等とする場合に、形状管理がより一層容易となる。ただし、交差部の曲面Ｒの径はボール３の径φＤｗより小さくすることが望ましい。曲面Ｒの径をボール径φＤｗより大きくすると、その部分をボール３が転走して、保持されていた潤滑剤がボール３によって吐き出されるという不具合が生じ、２つの円すい面８ａ，８ｂを設けたことによる潤滑剤の保持効果が低減される。
【００３０】
間座６は、円すい面８ａ，８ｂの交差部だけでなく、凹面８と間座６の他部との交差部でも、断面円弧状の曲面で繋ぐことが望ましい。このようにすることにより、そのような交差部にかかる荷重が分散し、間座６における角部の強度を増進させることができる。特に、間座６の外径部と凹面８との交差部を断面円弧状の曲面で繋いだ場合には、ボールねじ内部の循環路７で間座６が引っ掛かり難くなる。そのため、従来であれば、一般のボールねじを間座入りのボールねじとする場合に、循環路７の諸形状を変更する必要があったが、上記のように間座６の外径部と凹面８との交差部を断面円弧状の曲面で繋いだ場合は、循環路７の形状を変更することなく、従来の間座無しのボールねじの部品をそのまま使用することができる。
【００３１】
また、間座６の貫通孔９の径φｄはボール径φＤｗの３２％以下としているので、間座６の径方向肉厚を、間座６の強度を確保する一定値以上に維持でき、ボールねじの負荷容量の低減を小さく抑えることができる。すなわち、貫通孔９の径φｄが３２％を超えると、間座６の外径面と貫通孔９の間の肉厚（径方向の肉厚）が薄くなり、高負荷荷重（ボールねじの寿命が満足できる荷重）がかかった場合に間座６が破損してしまい、破損した間座６がボールねじの内部に引っ掛かり、ボールねじそのものを破損してしまうことになる。また、このような強度不足を補うために、間座６の外径φＤａを大きくすると、ボールねじの循環性能を阻害することになる。なお、この寸法制限は、この参考提案例の場合の間座６の凹面８の形状に対してだけでなく、従来例の場合も含めた他の形状においても適用可能である。
【００３２】
間座６の外径φＤａは、ボール径φＤｗの５０〜８０％の範囲に設定されているので、間座６がボールねじの循環を阻害するのを防止できると共に、ボールの挙動を安定させることができる。すなわち間座６の外径φＤａが８０％以上になると、ねじ溝４，５と循環路７の繋ぎ部において間座６が引っ掛かってしまう。ここでは、エンドキャップ式のボールねじを例示しているが、例えばリターンチューブ循環方式のボールねじでは上記間座６の引っ掛かりが生じやすくなる。また、間座６の外径φＤａが５０％以下になると、ボール３の挙動を安定させ難くなる。
間座６の幅寸法Ｌは、ボール径φＤａの２５〜３５％とすることが好ましい。幅寸法Ｌが３５％を超えると、外径寸法が大きい場合と同様に、ボールねじの循環性能に悪影響を及ぼす。幅寸法Ｌが２５％未満の場合は、間座６に十分な強度を持たすことが難しく、場合によっては破損に至る。
【００３３】
間座６の最小肉厚ｈは、ボール径φＤｗの４〜１０％の範囲に設定されているので、ボールねじの内部に挿入されるボール個数の減少が少なく、負荷容量の低下を小さくできると共に、間座６の強度も確保できる。すなわち、間座６の外径φＤｗがボールねじの循環を阻害しない寸法であるとき、上記最小肉厚ｈが１０％を超えると、ボールねじの内部に挿入されるボール３の個数が減少するため、負荷容量の低下が大きくなりすぎる。また、上記最小肉厚ｈが４％未満であると、間座６の強度が弱くなり破損してしまう。
【００３４】
間座６の幅寸法は、ボール径φＤｗの３１〜４０％の範囲に設定されているので、ボール３の挙動が安定し、ボールねじを円滑に作動させることができる。すなわち、間座６の幅寸法をボール径φＤｗの３１％より小さくすると、ボール３の挙動を安定させ難くなると共に、間座６そのものの肉厚が薄くなり、材料によっては間座６が破損してしまう。逆に、間座６の幅寸法をボール径φＤｗの４０％より大きくすると、ボールねじの内部において、ねじ軸１のねじ溝４の溝底と間座６が干渉して、ボールねじの円滑な作動が阻害されてしまう。
【００３５】
図３は、上記間座６の変形例を示す縦断面図である。この間座６では、凹面８を構成する２つの円すい面８ａ，８ｂの交差部に、潤滑剤保持用の環状の凹所１０を積極的に設けている。その他の構成は先の間座６の場合と同様である。
【００３６】
この変形例の場合、間座６の凹面８を構成する２つの円すい面８ａ，８ｂの交差部の潤滑剤保持機能が、この部分に設けられる環状の凹所１０のためにより向上する。
【００３７】
なお、図３の例では、上記環状の凹所１０を断面Ｕ字状の溝形としたが、このほか図４に示すように、断面Ｌ字状の溝形の凹所１０Ａとしてもよい。
【００３８】
図５および図６は、この発明の一実施形態に係るボールねじにおける間座６を示す。この場合も、間座６の凹面８を、間座外縁部側の円すい面８ａと、間座内縁部側の円すい面８ｂとで構成しているが、この実施形態の間座６は、そのボール接触位置Ｂを間座外縁部側の円すい面８ａに設定している。その他の構成は図２に示した間座６の例と同様である。
【００３９】
図７〜図９は、各々この発明の他の実施形態にかかるボールねじを示す。図７の例は、こま式のボールねじとしたものであり、ナット２に設ける循環路７Ａを、駒と呼ばれる循環部品１２で構成してある。循環部品１２は、ナット２のねじ溝５の略１周分を連通させる部品であり、１つのナット２に複数設けられる。
図８の例は、リターンチューブ式のボールねじとしたものであり、循環路７Ｂをリターンチューブ１３で構成している。リターンチューブ１３は、ナット２のねじ溝５の両端間に設けられている。
図９の例は、ガイドプレート形式のボールねじとしたものであり、循環路７Ｃが、ナット２に設けられたガイドプレート１４のガイド溝で形成されている。ガイド溝からなる循環路７Ｃの入口には、ねじ溝４，５間のボール３を掬い上げるデフレクタ１５が設けられている。
これら図７〜図９の各例において、上記各実施形態で述べた間座６のうちの任意のものが、各ボール３間に用いられている。図７〜図９の各例において、上述した事項の他の構成は、図１の場合と同様である。
【００４０】
【発明の効果】
この発明のボールねじは、貫通孔を有するリング状の間座を各ボール間に介在させ、この間座のボールにそれぞれ対面する凹面を、２つの円すい面で形成し、これら２つの円すい面のうち間座外縁部側の円すい面の間座軸心に対する傾斜角を、間座内縁部側の円すい面の間座軸心に対する傾斜角よりも小さくし、ボール接触位置を前記間座外縁部側の円すい面に設定し、上記２つの円すい面の繋ぎ部近傍に対しボールを非接触とし、前記各ボールが前記間座外縁部側の円すい面に接触すると共に、前記各ボールの一部が間座の貫通孔内に入り込むこととしたため、間座の凹面を構成する２つの円すい面の繋ぎ部近傍にボールが接触せず、その繋ぎ部近傍で潤滑剤を保持することができ、潤滑剤の保持性能に優れる。そのため、低摩擦となって、間座の摩耗を防ぐことができ、また潤滑剤の給脂量を少なくできるか、または給脂の必要を無くすこともできる。また、複数の円すい面としたため、それぞれの円すいの角度を任意に調整することによって、間座の強度不足となる部分の強度向上を図ることができる。そのため、間座を大きくすることなく強度確保ができて、間座によりボール循環性能を阻害することなく、また間座の使用による負荷容量の低減を最小限に抑えることができる。さらに、複数の円すい面とするため、円弧面を組み合わせるゴシックアーチ形状とする場合に比べて、形状管理が容易で、品質のばらつきが少なく、製造の容易、低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の参考提案例にかかるボールねじの断面図である。
【図２】同ボールねじにおける間座とボール間の関係を示す拡大断面図である。
【図３】同ボールねじにおける間座の変形例の断面図である。
【図４】間座の他の変形例の断面図である。
【図５】この発明の一実施形態にかかるボールねじにおける間座の断面図である。
【図６】同間座とボール間の関係を示す説明図である。
【図７】この発明の他の実施形態にかかるボールねじの斜視図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態にかかるボールねじの斜視図である。
【図９】この発明のさらに他の実施形態にかかるボールねじの斜視図である。
【図１０】間座の凹面が断面Ｖ字形状である従来例の断面図である。
【図１１】間座の凹面が単一円弧形状である従来例の断面図である。
【図１２】間座の凹面がゴシックアーチ形状である従来例の断面図である。
【図１３】前記従来例の動作説明図である。
【図１４】間座の凹面が断面Ｖ字形状である従来例の作用説明図である。
【図１５】間座の凹面が単一円弧形状である従来例の作用説明図である。
【図１６】間座の凹面が断面Ｖ字状である従来例において、間座の外径を大きくして外縁部強度を補強した例を示す説明図である。
【図１７】間座の凹面が断面Ｖ字状である従来例において、間座の幅寸法を狭くして外縁部強度を補強した例を示す説明図である。
【図１８】間座の凹面が断面ゴシックアーチ形状である従来例の不具合を示す説明図である。
【図１９】間座の凹面が単一円弧形状である従来例の不具合を示す説明図である。
【符号の説明】
１…ねじ軸
２…ナット
３…ボール
４，５…ねじ溝
６…間座
７…循環路
８…凹面
８ａ，８ｂ…円すい面
９…貫通孔
１０，１０Ａ…凹所
θ…接触角
ｈ…最小肉厚[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ball screw for various uses, for example, a use for receiving a high load such as an electric injection molding machine or an electric press machine, as well as a ball screw used for machine tools, industrial machines, general automobile parts and the like.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
In a ball screw or the like used under a high load, the ball may be worn depending on the lubrication state due to friction caused by competition between adjacent balls. Ball screws are twisted because the rolling groove of the ball is a screw groove, and there are parts that circulate the ball, such as tubes, tops, or end caps. Cannot insert.
[0003]
For this reason, as shown in FIGS. 10 to 12, it has been proposed to insert a spacer 56 between the balls 53 and absorb the slip between the balls 53 by the spacer 56. As shown in FIG. 10, the spacer 56 has a V-shaped cross section of the concave surface 59 formed by only one conical surface (for example, Japanese Utility Model Publication No. 63-178659), or as shown in FIG. There are a single arc shape formed by arcs, or a Gothic arch shape (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-120825) composed of two arcs having different curvature centers O as shown in FIG.
[0004]
In all of these V-shaped, single arc-shaped, and Gothic arch shapes, the gap between the ball 53 and the spacer 56 increases from the ball contact portion to the spacer outer edge. As the gap increases, the spacer 56 moves along the ball 53 by the gap. When this movement increases, the outer diameter portion of the spacer 56 may come into contact with the thread groove of the screw shaft 51 or the thread groove of the nut 52 as shown in FIG.
Furthermore, in the case of a single conical V-shape (FIG. 10), since the ratio of the gap between the ball 53 and the spacer 56 increasing toward the outer edge is large, it is disadvantageous in behavioral stability.
[0005]
Next, considering the lubricant, the larger the gap capacity between the ball 53 and the spacer 56, the greater the capacity that the lubricant can enter. Regardless of whether the concave surface 59 has a V-shaped, arc-shaped, or Gothic arch shape, the gap capacity is large and a large amount of lubricant can be contained.
However, in holding the lubricant, as described above, the gap between the ball 53 and the spacer 56 increases from the ball contact portion to the spacer outer edge side in all of the V shape, the arc shape, and the Gothic arch shape. Since it becomes larger, the retention is poor. That is, when the spacer 56 moves along the ball 53 by the gap, the lubricant accumulated in the gap is discharged, and as a result, the effect of retaining the lubricant is reduced.
Thus, since the lubricant is discharged over time, wear of the spacer is promoted when the ball screw is operated for a long time. Therefore, the adjacent balls 53 cause point contact due to wear of the spacer 56, and the operation of the ball screw is deteriorated.
[0006]
Also, the spacer 56 having a V-shaped cross section 59 (FIG. 10) has a spacer 56 as shown in FIGS. 14 and 15, respectively, as compared to the circular arc section (FIG. 11). And the ball 53 have the same contact point P, there is a problem in strength and dimensions as follows. That is, in the V-shaped one, the thickness t1 (FIG. 14) of the spacer outer diameter portion is thinner than the outer diameter portion thickness t2 (FIG. 15) of the single arc-shaped spacer 56, The strength of the part decreases. Therefore, in order to compensate for the decrease in strength, the outer diameter φD of the spacer 56 is increased by ΔD as shown in FIG. 16, or the thickness L in the width direction of the spacer 56 is decreased by ΔL as shown in FIG. Thus, it is necessary to increase the outer diameter portion thickness t1 to t2.
[0007]
When the outer diameter D of the spacer 56 is increased, the spacer 56 is only slightly inclined in the circulation path of the ball screw and contacts the inner surface of the circulation path, thereby inhibiting the smooth circulation of the ball 53. Resulting in. In addition, when the thickness L in the width direction of the spacer 56 becomes thin, the spacer 56 is damaged when a high load is applied due to insufficient strength in the width direction of the spacer 56, and functions as a ball screw. Can no longer be fulfilled.
[0008]
Further, in the case where the cross section of the concave surface 59 of the spacer 56 has a single circular arc shape (FIG. 11), the ball contact position P is the spacer outer edge Q as shown in FIG. 18 or the through hole 60 as shown in FIG. Of the opening edge X. From the viewpoint of the holding performance of the ball 53, the spacer outer edge portion Q is preferable. However, the outer edge portion Q and the opening edge X of the through hole 60 are both angular, and if the load from the ball 53 is received at such an angular portion, the corner portion may be damaged due to the concentration of the load. is there.
In the case where the concave surface 59 has a single circular arc cross section, it is necessary to make the concave surface 59 and the ball 53 have the same diameter in order to avoid contact at the corners. As a result, the frictional resistance increases.
[0009]
When the concave surface 59 of the spacer 56 is a Gothic arch as in the example of FIG. 12, the contact point P with the ball 53 can be disposed in the middle of the concave surface 59, and the outer diameter size is increased. In addition, the thickness of each part can be secured. However, since the Gothic arch shape is a composition of two arcs, shape management is difficult. Further, since the arc surface of the concave surface 59 and the arc surface of the ball 53 are in contact with each other, the variation of the contact point P becomes large when the shape management is incomplete. For this reason, if the Gothic arch shape is used, there is a possibility that the contact with the edge of the concave surface 59 will result in a concentrated load due to the difficulty of ensuring accuracy, resulting in a problem of damage. Therefore, it is difficult to ensure the load capacity.
[0010]
The problems and features of the respective shapes of the concave surface 59 are summarized as follows.
(1). A single circular arc shape (FIG. 11) becomes a surface contact and increases the frictional resistance. If this is avoided, cornering will occur and it will be difficult to secure the load capacity due to the risk of damage.
(2). In the case of the V shape (FIG. 10), the frictional resistance is reduced, but the thickness of the spacer 56 becomes thin and the strength becomes weak, or the outer diameter becomes large and the smooth operation of the ball 53 is hindered. Is done.
(3). The Gothic arch shape is excellent in various performances if the shape management is sufficient, but the shape management is difficult, the contact points vary, and the corner hits.
(4). There is a difference in the degree of each shape, but the retention of lubricating oil is insufficient.
[0011]
The object of the present invention is excellent in retention of lubricant, low friction, and can minimize the reduction in load capacity, while ensuring the strength of the spacer and smooth operation without catching of the ball, productivity, It is to provide a ball screw that is excellent in cost.
Another object of the present invention is to maintain the holding performance of the ball.
Still another object of the present invention is to enable the lubricant to be retained even when the spacer moves.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the ball screw according to the present invention, spiral thread grooves are respectively provided on the outer diameter surface of the screw shaft and the inner diameter surface of the nut loosely fitted on the outer periphery of the screw shaft. In a ball screw in which a plurality of balls are slidably accommodated in a spiral circulation path formed in the ring, a ring-shaped spacer having a through hole is interposed between the balls, and the balls of the spacer are respectively The confronting concave surface is formed by two conical surfaces, and the inclination angle of the conical surface of the conical outer edge side of the two conical surfaces with respect to the central axis of the conical surface of the conical surface on the inner edge of the spacer is determined. The ball contact position is set to a conical surface on the spacer outer edge side, and the ball is not in contact with the vicinity of the joint portion of the two conical surfaces. The balls come into contact with the conical surface on the spacer outer edge side, and part of the balls enter the through hole of the spacer. And features. The plurality of conical surfaces are concentric with each other.
According to this configuration, since the concave surface facing the spacer ball is formed by the two conical surfaces, a large gap for collecting the lubricant is obtained in the vicinity of the connecting portion of these conical surfaces. In the vicinity of the connecting portion of the conical surface, the ball does not come into contact, and even if the spacer has a radial behavior, the lubricant is not discharged, and the retention of the lubricant is excellent. Thus, it is excellent in both the holding | maintenance capacity | capacitance and holding | maintenance of a lubricant, and its lubrication performance is good. Therefore, wear of the spacer can be prevented. Since the lubricant can be retained as described above, the amount of lubrication of the lubricant can be reduced or the need for lubrication can be eliminated.
Further, since the two conical surfaces are used, the strength of the portion where the strength of the spacer is insufficient can be improved by arbitrarily adjusting the angle of each conical. For example, the outer diameter portion thickness and the width direction thickness can be ensured without increasing the outer diameter or the substantial thickness of the spacer, and the ball can be prevented from coming into contact with the edge of the concave surface. Because of these, even during heavy loads, the spacer can be prevented from being damaged, load capacity reduction by using the spacer can be minimized, and smooth circulation of the ball can be ensured by preventing the spacer from being caught. .
Because it is a conical surface, its cross section is a straight line, and the ball will be in contact with a straight line and an arc. There is little variation. Moreover, since it is a point contact, it becomes a low friction. Moreover, since it is a conical surface, even if it is the combination of several surfaces, shape management is easy compared with the Gothic arch shape which combined two circular arcs. For this reason, the variation of the contact point is further reduced, and the problem of strength reduction due to the variation of the contact point is small. In addition, it can be manufactured with high accuracy at low cost. For example, even when the spacer is manufactured by injection molding, the shape management of the mold is easy and can be manufactured at low cost.
[0015]
In this invention, Two The intersecting portion of the conical surface may be connected by a curved surface having a circular section. As described above, when the intersecting portion of the conical surface is formed into a shape in which the cross section is connected by a curved surface having a circular arc shape, the shape management is further facilitated when the spacer is a molded product such as a synthetic resin or a sintered alloy.
[0016]
In this invention, Two An annular recess for retaining the lubricant may be provided at the intersection of the conical surfaces. When comprised in this way, the intersection part of a conical surface can be functioned more effectively as a holding part of a lubricant.
[0017]
In this invention, the diameter of the through hole of the spacer may be 32% or less of the ball diameter. However, the through-hole is necessary and is therefore larger than 0%.
In order to minimize the reduction in the load capacity of the ball screw while maintaining the strength of the spacer, it is necessary to keep the spacer's width direction dimension small, and the hole diameter of the through hole is 32% or less of the ball diameter. Is desirable. If the diameter of the through hole exceeds 32% of the ball diameter, the outer diameter of the spacer and the thickness between the through holes (thickness in the radial direction) will decrease, and if a high load is applied, the life of the ball screw will be reduced. Even if the load is satisfactory, the spacer is damaged, caught inside the ball screw, and the ball screw itself is damaged. To compensate for this, increasing the spacer outer diameter hinders the circulation performance of the ball screw. Therefore, the range of 32% or less is preferable. In addition, it is not restricted to the cross-sectional shape of the concave surface of a spacer that this range of 32% or less is preferable, Therefore, it is not restricted to the case where a concave surface is a shape of two cones.
[0018]
In the present invention, the outer diameter of the spacer may be set in the range of 50 to 80% of the ball diameter. In this case, as described above, it is more desirable to set the contact angle between the spacer and the ball in a range of 20 to 30 ° with respect to the axis of the spacer, and the width dimension of the spacer is It is desirable that the ball diameter be 25 to 35% of the ball diameter to be used.
When the concave surface of the spacer is formed by a plurality of conical surfaces, for example, when formed by two conical surfaces, if the outer diameter of the spacer is 80% or more, the circulation performance is adversely affected. For example, when the circulation path is a return tube, the spacer is caught at the joint between the ball screw groove and the lubricating portion. Further, when the outer diameter dimension is 50% or less, it becomes difficult to stabilize the behavior of the ball. As described above, when the outer diameter of the spacer is in the range of 50 to 80% of the ball diameter, smooth circulation and stable ball behavior can be obtained.
[0019]
In the present invention, it is preferable that the minimum thickness of the spacer is set in a range of 4 to 10% of the ball diameter. The minimum wall thickness in this case refers to the thickness in the axial direction of the position corresponding to the through portion of the through hole in the spacer.
When the minimum wall thickness is set in this way, the number of balls inserted into the ball screw is reduced, the load capacity can be reduced, and the strength of the spacer can be secured. For example, if the thickness of the through-hole exceeds 10% in the outer diameter of the spacer that does not hinder the circulation of the ball screw, the number of balls inserted into the ball screw decreases, so the load capacity decreases greatly. Too much. On the other hand, when the thickness is less than 4%, the thickness of the spacer through-hole portion becomes too thin and the strength becomes too weak.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
This invention Reference proposal example This will be described with reference to FIGS. In this ball screw, spiral thread grooves 4 and 5 are respectively provided on the outer diameter surface of the screw shaft 1 and the inner diameter surface of the nut 2, and a plurality of balls 3 are interposed between the thread grooves 4 and 5. In the ball screw, a spacer 6 is interposed between the balls 3. The nut 2 is provided with a circulation path 7 through which a ball 3 interposed between the screw shaft 1 and the screw grooves 4 and 5 of the nut 2 is taken out from between the screw grooves 4 and 5 and circulated. The material of the screw shaft 1, the nut 2, and the ball 3 is a tempered material such as bearing steel or case-hardened steel.
[0021]
As the circulation path 7, various types can be adopted as will be described later. In this example, an end cap type ball screw is used. That is, the nut 2 includes a nut main body 2a and a pair of end caps 2b and 2c that are coupled to both ends by a coupling tool (not shown) such as a bolt. The circulation path 7 includes a circulation through hole 7a that penetrates the nut body 2a in the axial direction, and guide grooves 7b that are provided in the end caps 2b and 2c and extend from the thread groove 4 of the screw shaft 1 to the circulation through hole 7a. 7c. Each ball 3 of the screw groove 4 of the screw shaft 1 is scooped up by one guide groove 7b, 7c according to the rotation direction of the screw shaft 1 and passes through the circulation through hole 7a. The guide grooves 7b and 7c are returned to the screw groove 4 of the screw shaft 1.
[0022]
The spacer 6 will be described with reference to FIG. The spacer 6 has concave surfaces 8, 8 that are contact surfaces with the ball 3, and has a ring shape in which the concave surfaces 8 communicate with each other through a through hole 9. The concave surface 8 of the spacer 6 is formed by a plurality (two in this case) of conical surfaces 8a and 8b. That is, the concave surface 8 includes a conical surface 8a formed on the outer edge side of the spacer 6 and a conical surface 8b formed on the inner edge side. The inclination angle with respect to the spacer axis O1 of the conical surface 8a on the outer edge side is made smaller than the inclination angle of the conical surface 8b on the inner edge side. A contact position A with the ball 3 is set on the conical surface 8 b on the inner edge side, and the conical surface 8 a on the outer edge side is not in contact with the ball 3.
[0023]
The contact angle θ between the spacer 6 and the ball 3, that is, the angle with respect to the spacer axis O of the line segment connecting the ball center O and the contact position A is set in the range of 20 to 30 °. The intersection of the two conical surfaces 8a and 8b is connected by a curved surface R having a circular cross section. The diameter φd of the through hole 9 of the spacer 6 is set to 32% or less of the diameter φDw of the ball 3. Furthermore, the outer diameter φDa of the spacer 6 is set in a range of 50 to 80% of the diameter φDw of the ball 3. The minimum thickness of the spacer 6, that is, the thickness h of the portion corresponding to the length of the through hole 9 is set in a range of 4 to 10% of the diameter φDw of the ball 3. The width dimension of the spacer 6 is set in a range of 31 to 40% of the diameter φDw of the ball 3.
[0024]
As the material of the spacer 6, various materials can be selected according to requirements on the properties of the ball screw. For example, the spacer 6 may be made of a sintered alloy. In this case, a sintered alloy obtained by sintering an injection molded product of metal powder may be used, and this sintered alloy may be mainly made of stainless steel. In addition to this, the spacer 6 may be made of a synthetic resin having self-lubricating properties. As this synthetic resin, for example, polyimide (PI) containing a reinforcing material, polyamide (PA), or the like can be used.
[0025]
According to the ball screw of this configuration, since the ball 3 does not contact the vicinity of the connecting portion of the two conical surfaces 8a and 8b constituting the concave surface 8 of the spacer 6, the lubricant can be held in the vicinity of the connecting portion, Lubricant retention performance can be enhanced. In addition, since the ball 3 is brought into line contact with the conical surface 8b of the concave surface 8, the frictional resistance is reduced compared to a shape in which the spacer concave surface has a single arc shape or a Gothic arch shape, which tends to be in surface contact. it can. The shape management of the concave surface 8 is also easier than that of the Gothic arch shape, and even when the spacer 6 is manufactured by injection molding, the shape control of the mold becomes easy and can be manufactured at low cost.
[0026]
Further, the inclination angle of the conical surface 8a near the spacer outer edge is made smaller than the inclination angle of the conical surface 8b at the spacer inner edge, and the conical surface 8a near the spacer outer edge is not in contact with the ball 3. Therefore, the following actions can be obtained. That is, the conical surface 8a close to the spacer outer edge portion can function as a ball holding portion, so that the holding performance of the ball 3 can be maintained, and the outer diameter of the spacer 6 can be increased or the thickness in the width direction can be increased. The thickness of the outer diameter portion of the spacer end surface can be sufficiently secured without reducing the thickness of the spacer, the strength of the spacer 6 can be ensured, and the reduction in the load capacity of the ball screw can be reduced.
[0027]
Further, by arbitrarily adjusting the inclination angle of each conical surface 8a, 8b, the strength of the portion where the strength of the spacer 6 is insufficient can be increased, and the spacer 6 can be damaged even under high load loads. Can be prevented. As a result, the ball 3 can be smoothly circulated without deteriorating the function of the ball screw.
[0028]
Since the contact angle θ between the spacer 6 and the ball 3 is set in a range of 20 to 30 ° with respect to the spacer axis O1, of the conical surfaces 8a and 8b constituting the concave surface 8 of the spacer 6. The conical surface 8b in contact with the ball 3 can be formed without increasing the outer diameter of the spacer 6, and the through hole 9 having sufficient strength can be provided in the spacer 6, and the through hole 9 can be used as a lubricant. It can function as a holding part. That is, when the contact angle θ is smaller than 20 °, it is difficult to provide the through-hole 9 having sufficient strength, and the through-hole 9 cannot be used as a lubricant holding portion, and the lubrication performance is deteriorated. Conversely, when the contact angle θ is larger than 30 °, it is difficult to form a conical surface for holding the ball 3, and the outer diameter of the spacer 6 has to be increased in order to have a ball holding function.
[0029]
Since the intersecting portions of the conical surfaces 8a and 8b are connected by the curved surface R having an arcuate cross section, the shape management is further facilitated when the spacer 6 is formed of a synthetic resin or a sintered alloy. However, the diameter of the curved surface R at the intersection is preferably smaller than the diameter φDw of the ball 3. When the diameter of the curved surface R is larger than the ball diameter φDw, the ball 3 rolls over the portion, and a problem that the retained lubricant is discharged by the ball 3 occurs, and two conical surfaces 8a and 8b are provided. This reduces the effect of retaining the lubricant.
[0030]
It is desirable that the spacer 6 is connected not only at the intersection of the conical surfaces 8a and 8b but also at the intersection of the concave surface 8 and the other part of the spacer 6 with a curved surface having an arcuate cross section. By doing in this way, the load concerning such a crossing part is disperse | distributed and the intensity | strength of the corner | angular part in the spacer 6 can be improved. In particular, when the intersection of the outer diameter portion of the spacer 6 and the concave surface 8 is connected by a curved surface having an arcuate cross section, the spacer 6 is hardly caught by the circulation path 7 inside the ball screw. Therefore, conventionally, when a general ball screw is used as a ball screw with a spacer, it is necessary to change various shapes of the circulation path 7, but as described above, the outer diameter portion of the spacer 6 When the intersecting portion with the concave surface 8 is connected by a curved surface having a circular arc cross section, a conventional ball screw component without a spacer can be used as it is without changing the shape of the circulation path 7.
[0031]
Moreover, since the diameter φd of the through hole 9 of the spacer 6 is 32% or less of the ball diameter φDw, the thickness in the radial direction of the spacer 6 can be maintained above a certain value that ensures the strength of the spacer 6. The reduction in the load capacity of the screw can be kept small. That is, when the diameter φd of the through hole 9 exceeds 32%, the thickness between the outer diameter surface of the spacer 6 and the through hole 9 (thickness in the radial direction) becomes thin, and a high load load (life of the ball screw) When the load is satisfied, the spacer 6 is damaged, the damaged spacer 6 is caught inside the ball screw, and the ball screw itself is damaged. Further, if the outer diameter φDa of the spacer 6 is increased in order to compensate for such a lack of strength, the circulation performance of the ball screw is hindered. Note that this dimension limit is Of reference proposal examples The present invention can be applied not only to the shape of the concave surface 8 of the spacer 6 but also to other shapes including the case of the conventional example.
[0032]
Since the outer diameter φDa of the spacer 6 is set in a range of 50 to 80% of the ball diameter φDw, it is possible to prevent the spacer 6 from inhibiting the circulation of the ball screw and to stabilize the behavior of the ball. Can do. That is, when the outer diameter φDa of the spacer 6 is 80% or more, the spacer 6 is caught at the connecting portion between the thread grooves 4 and 5 and the circulation path 7. Here, an end cap type ball screw is illustrated, but, for example, in the return tube circulation type ball screw, the spacer 6 is easily caught. Further, when the outer diameter φDa of the spacer 6 is 50% or less, it becomes difficult to stabilize the behavior of the ball 3.
The width L of the spacer 6 is preferably 25 to 35% of the ball diameter φDa. When the width dimension L exceeds 35%, the circulation performance of the ball screw is adversely affected as in the case where the outer diameter dimension is large. When the width dimension L is less than 25%, it is difficult to provide the spacer 6 with sufficient strength, and in some cases, damage is caused.
[0033]
Since the minimum thickness h of the spacer 6 is set in the range of 4 to 10% of the ball diameter φDw, there is little decrease in the number of balls inserted into the ball screw, and the decrease in load capacity can be reduced. The strength of the spacer 6 can also be secured. That is, when the outer diameter φDw of the spacer 6 is a dimension that does not hinder the circulation of the ball screw, if the minimum thickness h exceeds 10%, the number of balls 3 inserted into the ball screw decreases. , Load capacity drop is too big. On the other hand, if the minimum wall thickness h is less than 4%, the strength of the spacer 6 is weakened and damaged.
[0034]
Since the width dimension of the spacer 6 is set in the range of 31 to 40% of the ball diameter φDw, the behavior of the ball 3 is stabilized and the ball screw can be operated smoothly. That is, if the width dimension of the spacer 6 is made smaller than 31% of the ball diameter φDw, it becomes difficult to stabilize the behavior of the ball 3 and the thickness of the spacer 6 itself becomes thin. Depending on the material, the spacer 6 may be damaged. End up. On the contrary, when the width dimension of the spacer 6 is larger than 40% of the ball diameter φDw, the groove bottom of the screw groove 4 of the screw shaft 1 interferes with the spacer 6 inside the ball screw, and the smoothness of the ball screw is increased. Operation will be hindered.
[0035]
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a modification of the spacer 6. In this spacer 6, an annular recess 10 for retaining a lubricant is positively provided at the intersection of two conical surfaces 8 a and 8 b constituting the concave surface 8. Other configurations are the same as those of the spacer 6 described above.
[0036]
In the case of this modification, the lubricant retaining function at the intersection of the two conical surfaces 8a and 8b constituting the concave surface 8 of the spacer 6 is further improved due to the annular recess 10 provided in this portion.
[0037]
In the example of FIG. 3, the annular recess 10 has a U-shaped groove shape, but as shown in FIG. 4, a groove-shaped recess 10 </ b> A having an L-shaped cross section may be used.
[0038]
FIG. 5 and FIG. In the ball screw according to the embodiment of the present invention. Spacer 6 Show. Also in this case, the concave surface 8 of the spacer 6 is composed of a conical surface 8a on the spacer outer edge side and a conical surface 8b on the spacer inner edge side. The spacer 6 of this embodiment is The ball contact position B is set on the conical surface 8a on the spacer outer edge side. Other configurations are the same as those of the spacer 6 shown in FIG.
[0039]
7 to 9 each show a ball screw according to another embodiment of the present invention. The example of FIG. 7 is a top-type ball screw, and the circulation path 7A provided in the nut 2 is constituted by a circulation component 12 called a piece. The circulation component 12 is a component that allows communication for approximately one turn of the screw groove 5 of the nut 2, and a plurality of circulation components 12 are provided in one nut 2.
The example of FIG. 8 is a return tube type ball screw, and the circulation path 7 </ b> B is constituted by a return tube 13. The return tube 13 is provided between both ends of the thread groove 5 of the nut 2.
The example of FIG. 9 is a guide plate type ball screw, and the circulation path 7 </ b> C is formed by a guide groove of a guide plate 14 provided in the nut 2. A deflector 15 that scoops up the ball 3 between the screw grooves 4 and 5 is provided at the inlet of the circulation path 7 </ b> C formed of a guide groove.
7 to 9, any one of the spacers 6 described in the above embodiments is used between the balls 3. In the examples of FIGS. 7 to 9, the other configurations described above are the same as those in FIG. 1.
[0040]
【The invention's effect】
In the ball screw according to the present invention, a ring-shaped spacer having a through hole is interposed between the balls, and a concave surface facing each of the balls of the spacer is formed by two conical surfaces. Of these two conical surfaces, The inclination angle with respect to the spacer axis of the conical surface on the spacer outer edge side is smaller than the inclination angle with respect to the spacer axis on the conical surface on the spacer inner edge side, and the ball contact position on the spacer outer edge side is reduced. Set to a conical surface and make the ball non-contact with the vicinity of the joint between the two conical surfaces. The balls come into contact with the conical surface on the spacer outer edge side, and part of the balls enter into the through holes of the spacer. For this reason, the ball does not contact the vicinity of the connecting portion between the two conical surfaces constituting the concave surface of the spacer, the lubricant can be held in the vicinity of the connecting portion, and the retention performance of the lubricant is excellent. As a result, the friction becomes low and wear of the spacer can be prevented, the amount of lubrication of the lubricant can be reduced, or the need for lubrication can be eliminated. Further, since a plurality of conical surfaces are used, the strength of the portion where the strength of the spacer is insufficient can be improved by arbitrarily adjusting the angle of each conical. Therefore, the strength can be ensured without increasing the spacer, the ball circulation performance is not hindered by the spacer, and the reduction in load capacity due to the use of the spacer can be minimized. Furthermore, since a plurality of conical surfaces are used, shape management is easier, quality variations are less, manufacturing is easier, and costs can be reduced compared to a Gothic arch shape that combines circular arc surfaces.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 This invention In the reference proposal example It is sectional drawing of this ball screw.
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a relationship between a spacer and a ball in the ball screw.
FIG. 3 is a sectional view of a modified example of a spacer in the ball screw.
FIG. 4 is a cross-sectional view of another modified example of the spacer.
[Figure 5] In the ball screw according to the embodiment of the present invention. Spacer Refusal FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the spacer and the ball.
FIG. 7 is a perspective view of a ball screw according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view of a ball screw according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a perspective view of a ball screw according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional example in which the concave surface of the spacer has a V-shaped cross section.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a conventional example in which the concave surface of the spacer has a single arc shape.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional example in which the concave surface of the spacer has a Gothic arch shape.
FIG. 13 is an operation explanatory diagram of the conventional example.
FIG. 14 is an operation explanatory diagram of a conventional example in which the concave surface of the spacer has a V-shaped cross section.
FIG. 15 is an operation explanatory diagram of a conventional example in which the concave surface of the spacer is a single circular arc shape.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example in which the outer diameter of the spacer is increased and the outer edge strength is reinforced in the conventional example in which the concave surface of the spacer has a V-shaped cross section.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of reinforcing the outer edge strength by narrowing the width dimension of the spacer in the conventional example in which the concave surface of the spacer has a V-shaped cross section.
FIG. 18 is an explanatory view showing a defect of the conventional example in which the concave surface of the spacer has a cross-sectional Gothic arch shape.
FIG. 19 is an explanatory view showing a defect of the conventional example in which the concave surface of the spacer is a single circular arc shape.
[Explanation of symbols]
1 ... Screw shaft
2 ... Nut
3 ... Ball
4,5 ... Thread groove
6 ...
7 ... circulation path
8 ... Concave
8a, 8b ... Conical surface
9 ... Through hole
10, 10A ... recess
θ ... Contact angle
h ... Minimum wall thickness

Claims

A spiral thread groove is provided on each of the outer diameter surface of the screw shaft and the inner diameter surface of the nut loosely fitted on the outer periphery of the screw shaft, and the spiral shape formed between the screw shaft and the screw groove of the nut. In a ball screw in which a plurality of balls are rotatably accommodated in a circulation path,
A ring-shaped spacer having a through-hole is interposed between the balls, and concave surfaces facing the balls of the spacer are formed by two conical surfaces. Of these two conical surfaces, the spacer outer edge side is formed. The inclination angle with respect to the spacer axis of the conical surface is smaller than the inclination angle with respect to the spacer axis of the conical surface on the spacer inner edge side, and the ball contact position is set on the conical surface on the spacer outer edge side, The balls are brought into non-contact with the vicinity of the joint portion between the two conical surfaces, the balls come into contact with the conical surface on the spacer outer edge side, and a part of the balls are in the through holes of the spacer. ball screw which is characterized a call enters.

The ball screw according to claim 1 or 1, wherein a cross section of the two conical surfaces is connected by a curved surface having a circular cross section.

The ball screw according to claim 1 or 2, wherein an annular recess for retaining a lubricant is provided at an intersection of the two conical surfaces.

The ball screw according to any one of claims 1 to 4, wherein a diameter of the through hole of the spacer is 32% or less of the ball diameter.

The ball screw according to any one of claims 1 to 4, wherein an outer diameter of the spacer is set in a range of 50 to 80% of the ball diameter.

The ball screw according to any one of claims 1 to 5, wherein a minimum thickness of the spacer is set in a range of 4 to 10% of the ball diameter.