JP4727247B2 - Top ball screw - Google Patents
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Description
この発明は、一般産業用工作機械や自動車用アクチュエータなどに使用されるこま式ボールねじに関し、特にその駒部材のナットからの脱落に対する信頼性向上を図るものである。 The present invention relates to a top-type ball screw used for general industrial machine tools, automobile actuators, and the like, and in particular, aims to improve reliability against dropping of a piece member from a nut.
一般産業用工作機械や自動車用アクチュエータなどに使用されるボールねじにおいては、ナット外径のコンパクト化の要求が強く、こま式ボールねじが採用されることが多い。こま式ボールねじに用いられる駒部材は、ボールねじ軸とナットの対向するねじ溝間でボールを循環させるための重要部品であり、駒部材の破損やナットからの脱落は、アクチュエータの機能上、致命的な欠陥となるため、十分な対策が求められる。 In ball screws used for general industrial machine tools, automobile actuators, and the like, there is a strong demand for a compact nut outer diameter, and a top-type ball screw is often used. The piece member used for the top-type ball screw is an important part for circulating the ball between the opposing screw grooves of the ball screw shaft and the nut. Damage to the piece member or dropping from the nut is caused by the function of the actuator. Since it becomes a fatal defect, sufficient countermeasures are required.
通常の一般産業用機械に使用されるこま式ボールねじの駒部材の固定構造は、ナットに設けられた駒部材嵌合用開口にナット外径側から駒部材を挿入し、上記開口内における駒部材のナット外径側の空間をパテ埋めするというものが一般的である。しかし、このような駒部材の固定方法では、ナットから駒部材が脱落する恐れがある。 The top-type ball screw piece member fixing structure used in ordinary general industrial machines has a piece member inserted into a piece member fitting opening provided on the nut from the outer side of the nut, and the piece member in the opening. It is common to fill the space on the outer diameter side of the nut with putty. However, such a piece member fixing method may cause the piece member to fall off the nut.
駒部材の脱落防止対策を施したものとしては、図8のようにナット12のねじ溝16に係合するアーム部19を駒部材14に一体に設け、ナット12に対して駒部材14を軸方向に位置決めするものがある(例えば特許文献1)。この場合、駒部材14をナット内径側からナット12の駒部材嵌合用開口21に嵌合すると共に、前記アーム部19をボール循環に使用されない箇所の内面に当接させることで、ナットねじ溝16に対して位置決めする。また、駒部材14の外径側に形成された加締め部20をナット12に加締めることにより、駒部材14がナットに固定される。
同構造のものは、駒部材14が内径側からナット12に挿入されて、アーム部19によりナット外径方向への抜けを防止しているため、駒部材14の脱落に対して比較的信頼性が高い。
In the structure having the same structure, the
図8の駒部材14の脱落防止構造では、駒部材14の連結溝18に負荷される抜け荷重をアーム部19で受けることになる。この場合の抜け荷重としては、ボール13の公転による遠心力によるものや、ボール13が駒部材14の連結溝18からナットねじ溝16の内面に乗り上げる場合の径方向分力によるものが挙げられる。
このような抜け荷重を受けると、アーム部19が変形してボール循環不良が生じたり、駒部材14のナット12からの脱落に対する信頼性を低下させることになるが、これらの不具合を回避するためにアーム部19の強度向上を図る対策については、上記特許文献1では何ら言及されていない。
In the structure for preventing the dropping of the
When such a drop load is received, the
駒部材14でアーム部19の変形が発生する原因は、駒部材14が抜け荷重を受けた場合に、アーム部19が曲げ応力あるいは剪断応力を受けて変形してしまうことにある。一般的に駒部材の内径寸法は、ボールねじ軸の外径面と干渉せず、かつボールねじ軸とナットの対向するねじ溝間に形成される転動路を公転して来るボールを駒部材の連結溝内に円滑に導入するために、BDC(ボール中心径)寸法程度とされる。特許文献1の場合を示す図8では、駒部材14の上記内径寸法をAで示している。すなわち、特許文献1の場合は、アーム部19の断面形状が略半円形とされている。しかし、アーム部19の断面が半円形であると、アーム部19の剛性を高めることができないので、上記したアーム部19の変形を防止できない。
The cause of the deformation of the
さらに、特許文献1に開示のこま式ボールねじにおいて、図8のようにリード角に沿って公転してきたボール12は、駒部材14のS字形状の連結溝18内に導入される。このボール12は、連結溝18の壁に当接する(当接位置を符号Pで示す)ことで、徐々にボール軌道を変化させながら連結溝18に沿って案内され、ボールねじ軸の外径面を乗り越えて隣り合うナットねじ溝16,16間を移動する。
ところが、上記したように駒部材14のアーム部19の断面形状が半円形であるため、図8(A),(B)におけるc部,d部を拡大して示す図9(A),(B)のように、ボール13と連結溝18の当接位置Pが駒部材14のエッジ部となる。
その結果、加工精度による駒部材14の内径寸法Aのばらつきや、駒部材14の加締め固定位置のばらつき等により、上記当接位置Pでボール13が引っ掛かって、ボールねじ軸の外径面をボール13が円滑に乗り越えられない可能性があり、ボール循環時の振動やトルク特性を悪化させるという問題もある。しかし、このような問題に対する改善策について、上記特許文献1では何ら言及されていない。
Further, in the top ball screw disclosed in
However, since the cross-sectional shape of the
As a result, the
この発明の目的は、ボール循環不良を無くし、ナットからの駒部材の脱落防止効果を向上させることができると共に、ボール循環時の振動やトルク特性の改善も可能なこま式ボールねじを提供することである。 An object of the present invention is to provide a top-type ball screw that can eliminate defective ball circulation, improve the effect of preventing a piece member from falling off a nut, and improve vibration and torque characteristics during ball circulation. It is.
この発明のこま式ボールねじは、ボールねじ軸と、ナットと、これらボールねじ軸とナットの対向するねじ溝間に形成された転動路に連なって配置された複数のボールと、上記ナットのねじ溝同士を連結する連結溝を有する複数の駒部材とを備え、この駒部材は、上記ナットに設けられた駒部材嵌合用開口にナット内径側から嵌合するものであって、上記ナットの円周方向の互いに逆方向に延びて上記ナットのねじ溝に係合する位置決め用の一対のアーム部を有するこま式ボールねじにおいて、上記アーム部の断面形状を略円形とし、このアーム部は上記ナットのねじ溝に沿う円弧状に延びていて、このアーム部の外周面における、上記ナットのねじ溝の溝幅中心に沿う円弧の曲率半径を、上記ナットのねじ溝の内面における溝幅中心の曲率半径よりも大きくし、上記アーム部と上記ナットのねじ溝の内面とが無負荷で接する位置が上記アーム部の先端であり、上記駒部材に抜け荷重が負荷されると上記アーム部が上記ナットのねじ溝の内面に円周方向に沿って接するものとしたことを特徴とする。
このように、駒部材のアーム部の断面形状を略円形とすると、アーム部の剛性が向上することから、駒部材へ負荷される抜け荷重でアーム部が変形することが防止される。そのため、アーム部の変形に起因するボール循環不良を無くし、駒部材のナットからの脱落に対する信頼性を向上させることができる。
また、アーム部の断面形状を略円形としているので、駒部材の連結溝内に導入されたボールが連結溝の壁と当接する位置において、連結溝の壁とボールとの接触面積が拡大し、ボールが安定してボールねじ軸の外径面を乗り越え易くなる。その結果、ボールが安定して循環することになり、アーム部の断面略円形化による剛性向上とあいまって、ボール循環時の振動やトルク特性を改善することができる。
A top type ball screw of the present invention includes a ball screw shaft, a nut, a plurality of balls arranged in a rolling path formed between screw threads facing the ball screw shaft and the nut, and the nut. A plurality of piece members having connecting grooves for connecting the screw grooves, and the piece members are fitted into the piece member fitting openings provided in the nut from the inner diameter side of the nut, in the circumferential direction of the deflector type ball screw having a pair of a over arm portion for positioning which engages with the screw groove of the upper Symbol nut extend in opposite directions, a substantially circular cross-sectional shape of the arm part, the arm portions extend in an arcuate shape along the thread groove of the nut, the outer peripheral surface of the arm portion of this, the radius of curvature of the arc along the groove width center of the screw groove of the nut, the inner surface of the screw groove of the nut Curvature at the center of groove width Larger than the diameter, and the inner surface of the thread groove of the arm portion and the nut are in contact with no load position is the tip of the arm part, the arm part when a load loss in the bridge member is loaded the nut It is characterized by being in contact with the inner surface of the screw groove along the circumferential direction .
As described above, when the cross-sectional shape of the arm portion of the piece member is substantially circular, the rigidity of the arm portion is improved, so that the arm portion is prevented from being deformed by an unloading load applied to the piece member. Therefore, it is possible to eliminate the ball circulation failure due to the deformation of the arm portion, and to improve the reliability with respect to the dropping of the piece member from the nut.
In addition, since the cross-sectional shape of the arm portion is substantially circular, the contact area between the wall of the connecting groove and the ball is expanded at a position where the ball introduced into the connecting groove of the piece member contacts the wall of the connecting groove, The ball is stable and easily gets over the outer diameter surface of the ball screw shaft. As a result, the ball circulates stably, and the vibration and torque characteristics during the ball circulation can be improved together with the improvement in rigidity due to the substantially circular cross section of the arm portion.
この発明において、前記駒部材が、金属微粉末とバインダーの混練材を造粒し、その造粒体材を射出成形し、焼結した焼結体であっても良い。いわゆるMIM(メタル・インジェクション・モールディング)により駒部材を製造したものであっても良い。
アーム部を有する駒部材は、形状が複雑であるため、切削加工等で形成することが困難であるが、上記のMIMにより成形することで、安価に製作可能となる。
In this invention, the piece member may be a sintered body obtained by granulating a kneaded material of metal fine powder and a binder, injection-molding the granulated material, and sintering. The piece member may be manufactured by so-called MIM (Metal Injection Molding).
The piece member having the arm portion has a complicated shape and is difficult to form by cutting or the like, but can be manufactured at low cost by molding with the MIM.
この発明において、前記駒部材に、ナットの駒部材嵌合用開口のナット外径側の口縁に加締止めされる一対の突片状の加締部を設けても良い。このように、駒部材に一対の加締部を設けて駒部材嵌合用開口の口縁に加締止めすることで、駒部材を嵌め込み作業のみで簡単にナットに固定することができる。 In the present invention, the piece member may be provided with a pair of projecting piece-shaped crimping portions that are crimped to a mouth edge of the nut member fitting opening on the nut outer diameter side. Thus, by providing a pair of crimping portions on the piece member and crimping the piece member on the lip of the opening for fitting the piece member, the piece member can be easily fixed to the nut only by fitting operation.
この発明のこま式ボールねじは、ボールねじ軸と、ナットと、これらボールねじ軸とナットの対向するねじ溝間に形成された転動路に連なって配置された複数のボールと、上記ナットのねじ溝同士を連結する連結溝を有する複数の駒部材とを備え、この駒部材は、上記ナットに設けられた駒部材嵌合用開口にナット内径側から嵌合するものであって、上記ナットの円周方向の互いに逆方向に延びて上記ナットのねじ溝に係合する位置決め用の一対のアーム部を有するこま式ボールねじにおいて、上記アーム部の断面形状を略円形とし、このアーム部は上記ナットのねじ溝に沿う円弧状に延びていて、このアーム部の外周面における、上記ナットのねじ溝の溝幅中心に沿う円弧の曲率半径を、上記ナットのねじ溝の内面における溝幅中心の曲率半径よりも大きくし、上記アーム部と上記ナットのねじ溝の内面とが無負荷で接する位置が上記アーム部の先端であり、上記駒部材に抜け荷重が負荷されると上記アーム部が上記ナットのねじ溝の内面に円周方向に沿って接するものとしたため、ボール循環不良を無くし、ナットからの駒部材の脱落防止効果が向上すると共に、ボール循環時の振動やトルク特性の改善が可能となる。
A top type ball screw of the present invention includes a ball screw shaft, a nut, a plurality of balls arranged in a rolling path formed between screw threads facing the ball screw shaft and the nut, and the nut. A plurality of piece members having connecting grooves for connecting the screw grooves, and the piece members are fitted into the piece member fitting openings provided in the nut from the inner diameter side of the nut, in the circumferential direction of the deflector type ball screw having a pair of a over arm portion for positioning which engages with the screw groove of the upper Symbol nut extend in opposite directions, a substantially circular cross-sectional shape of the arm part, the arm portions extend in an arcuate shape along the thread groove of the nut, the outer peripheral surface of the arm portion of this, the radius of curvature of the arc along the groove width center of the screw groove of the nut, the inner surface of the screw groove of the nut Curvature at the center of groove width Larger than the diameter, and the inner surface of the thread groove of the arm portion and the nut are in contact with no load position is the tip of the arm part, the arm part when a load loss in the bridge member is loaded the nut Because it is in contact with the inner surface of the screw groove along the circumferential direction , ball circulation failure is eliminated, the effect of preventing the piece member from falling off the nut is improved, and vibration and torque characteristics during ball circulation can be improved. It becomes.
この発明の一実施形態を図1ないし図6と共に説明する。図1に示すように、このこま式ボールねじは、ボールねじ軸1と、ナット2と、複数のボール3とを備え、ナット2は、ナット本体2aに駒部材4を取付けて構成されている。ボールねじ軸1はねじ溝5を外周に有する。ナット2は、円筒状に形成されたナット本体2aの内周に、ボールねじ軸1のねじ溝5に対向するねじ溝6を有する。ボール3は、ボールねじ軸1のねじ溝5とナット2のねじ溝6との間に形成された転動路7に連なって配置される。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, this top-type ball screw includes a
駒部材4は、ナット2のねじ溝6の隣り合う1周分同士を連結する連結溝8を設けた概形が長円状の部材であり、連結溝8はS字形状とされている。ナット2のねじ溝6は、連結溝8で連結されることで、1周の連続した周回経路となる。連結溝8の深さは、ボール3が、連結溝8内でボールねじ軸1のねじ溝5のねじ山を越えることができる深さとされている。図2(A)〜(C)は駒部材4の斜視図、裏面図、および側面図を示し、図5(A),(B)はナット2の縦断面図および横断面図を示す。ナット本体2aには、駒部材嵌合用開口11が内外周面に貫通して設けられて、この駒部材嵌合用開口11に、駒部材4が内径側から嵌め込まれる。
The
駒部材4は、ナット2のねじ溝6に係合してこの駒部材4をナット本体2aに対して軸方向に位置決めする一対のアーム部9,9を有する。これらアーム部9,9は、断面形状を略円形の柱状に形成することで剛性の向上を図ったものである。これらアーム部9,9は、駒部材4の内径側においてナット2の円周方向の互いに逆方向に、ナット2のねじ溝6に沿う円弧状に延びて設けられている。図3に示すように、このアーム部9の外周面におけるナットねじ溝6の溝幅中心に沿う円弧の曲率半径R’は、ナットねじ溝6の内面における溝幅中心の曲率半径Rよりも大きくし、アーム部9とナットねじ溝6の内面とが無負荷で接触する位置が、アーム部9の先端となるようにしている。なお、上記曲率半径R,R′は、ナット本体2aの軸心に対して垂直な平面へのねじ溝6,アーム部9の投影形状における曲率半径である。
The
駒部材4の外径側、つまりナット本体2aにおける駒部材嵌合用開口11の外径側に臨む表面部には、ナット内径側から駒部材嵌合用開口11に駒部材4を嵌合させた後で、駒部材嵌合用開口11のナット外径側の口縁に加締止めされる一対の突片状の加締部10,10が設けられている。
After the
駒部材4は、ナット本体2aにおける駒部材嵌合用開口11にその内径面側から嵌め込み、一対のアーム部9,9をナットねじ溝6に係合させると共に、駒部材4の一対の加締部10,10を駒部材嵌合用開口11の口縁に加締止めすることで、ナット本体2aに固定される。このように、駒部材4の一対の加締部10,10を駒部材嵌合用開口11のナット外径側の口縁に加締止めすることで、駒部材4を嵌め込み作業だけで簡単にナット本体2aに固定することができる。
The
上記駒部材4は、形状が複雑であり切削加工などによる形成は困難であるが、MIMにより成形することで、安価に製作可能となる。MIMによる駒部材4の製造工程を以下に説明する。
MIMの製造工程は、(1)金属微粉末とバインダーの混練、(2)造粒、(3)射出成形、(4)脱バインダー、(5)焼結という手順で行われる。射出成形後の工程では、ワークが焼き固められるまでにベース面で受けていない部分は自重により重力方向に変形する。ワークが上記駒部材4である場合には、その加締部10側をベース面として上記焼結を行う。これにより、駒部材4におけるアーム部9が自重により下方向に変形するため、焼結条件を調整することにより、コストアップを招くことなく安定した所望のアーム部形状(つまり前記曲率半径R’)に成形できる。
The
The manufacturing process of MIM is performed by the following procedures: (1) kneading of metal fine powder and binder, (2) granulation, (3) injection molding, (4) debinding, and (5) sintering. In the process after the injection molding, the part not received by the base surface is deformed in the direction of gravity by its own weight until the work is baked and hardened. When the workpiece is the
この構成のこま式ボールねじによると、上記したように、アーム部9を断面略円形の柱形状としたため、従来の半円形断面のものに比べて剛性が向上する。そのため、駒部材4へ負荷される抜け荷重でアーム部9が変形するのを防止して、アーム部9の変形に起因するボール循環不良を無くし、駒部材4のナット2からの脱落に対する信頼性を向上させることができる。
According to the top type ball screw having this configuration, as described above, since the
また、駒部材4のアーム部9を断面略円形の柱状に形成して剛性アップを図っているので、図5のように、駒部材4のS字形状の連結溝8内に導入されたボール3が連結溝8の壁に当接する位置Pは、図5(A),(B)のa部およびb部を拡大して示す図6(A),(B)のようになり、連結溝8の壁とボール3との接触面積が拡大して、ボール3は安定してボールねじ軸1の外径面を乗り越え易くなる。その結果、ボール3は安定して循環することになり、ボール循環時の振動やトルク特性が改善される。
Further, the
また、図3のB部を拡大して図4(A)に示すように、この実施形態では、アーム部9の曲率半径R’をナットねじ溝6の曲率半径Rよりも大きくしたため、無負荷状態では、アーム部9とナットねじ溝6の内面とが接触する位置は、アーム部9の先端となる。駒部材4へ抜け荷重が負荷されると、図4(B)のようにアーム部9が僅かに弾性変形してナットねじ溝6の内面に円周方向に沿って接触することになる。そのためアーム部9とナットねじ溝6間で十分な接触面積を確保することができて、駒部材4の抜け力に対する剛性向上が可能となる。すなわち、アーム部9の曲率半径R’とナットねじ溝6の曲率半径Rを等しくした場合は、駒部材4に抜け力が作用した場合に、アーム9が弓なりに弾性変形してアーム部9は基端部のみでナットねじ溝6内に接することになり、抜け荷重に対する剛性が不足することがあるが、上記のように曲率半径差を設けて無負荷時にアーム部9の先端のみで接するものとすることにより、抜け荷重に対するアーム部9の変形が防止され、アーム部9の変形によるボールの循環不良が防止される。
Further, as shown in FIG. 4 (A) by enlarging the B portion of FIG. 3, in this embodiment, the curvature radius R ′ of the
なお、上記実施形態では駒部材4の外周形状を長円形としたが、これに限らず図7のように、駒部材4の外周形状を円形としても良い。
In the above embodiment, the outer peripheral shape of the
1…ボールねじ軸
2…ナット
3…ボール
4…駒部材
5…ボールねじ軸のねじ溝
6…ナットのねじ溝
7…転動路
8…連結溝
9…アーム部
10…加締部
11…駒部材嵌合用開口
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記アーム部の断面形状を略円形とし、このアーム部は上記ナットのねじ溝に沿う円弧状に延びていて、このアーム部の外周面における、上記ナットのねじ溝の溝幅中心に沿う円弧の曲率半径を、上記ナットのねじ溝の内面における溝幅中心の曲率半径よりも大きくし、上記アーム部と上記ナットのねじ溝の内面とが無負荷で接する位置が上記アーム部の先端であり、上記駒部材に抜け荷重が負荷されると上記アーム部が上記ナットのねじ溝の内面に円周方向に沿って接するものとしたことを特徴とするこま式ボールねじ。 A ball screw shaft, a nut, a plurality of balls arranged in series with a rolling path formed between the screw grooves opposed to the ball screw shaft and the nut, and a connecting groove for connecting the screw grooves of the nut to each other; A plurality of piece members, and the piece members are fitted into a piece member fitting opening provided in the nut from the inner diameter side of the nut, and extend in opposite directions in the circumferential direction of the nut. in deflector type ball screw having a pair of a over arm portion for positioning which engages with the screw groove of the upper Symbol nut Te,
The cross-sectional shape of the arm part and a substantially circular, the arm portions extend in an arcuate shape along the thread groove of the nut, the outer peripheral surface of the arm portion of this, along the groove width center of the screw groove of the nut The radius of curvature of the arc is made larger than the radius of curvature of the groove width center on the inner surface of the screw groove of the nut, and the position where the arm portion and the inner surface of the screw groove of the nut are in contact with each other at no load is the tip of the arm portion. A top type ball screw characterized in that, when a pull-out load is applied to the piece member, the arm portion comes into contact with the inner surface of the thread groove of the nut along the circumferential direction .
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