JP5017761B2

JP5017761B2 - Ball screw device

Info

Publication number: JP5017761B2
Application number: JP2001288129A
Authority: JP
Inventors: 昌弘井上; 功雄臼杵
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: JP2003097663A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボール群を循環させる循環タイプのボールねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ボールねじ装置では、ねじ軸とナット部材との伸縮動作に関係なく、それらの各ねじ溝内に介装されるボール群の抜け出しを防止するために、ねじ軸のねじ溝とナット部材のねじ溝とで形成するボール通路の両端を連通連結して閉ループとし、ボール群を前記閉ループ内で転動循環させることが考えられている。
【０００３】
このようなボール循環には、一般的に、リターンチューブや、循環こまなどと称するボール循環部材が用いられるが、以下では、リターンチューブに比べてコンパクトな循環こまを例に挙げて説明する。
【０００４】
循環こまは、一般的に、ねじ溝における１巻きの上流側と下流側とを連通連結させて、前記ねじ溝の下流のボール群をねじ山（ランド部）を乗り越えさせて上流へ戻すものであり、ナット部材に径方向に貫通形成される貫通孔に対して嵌入された状態で接着剤にて固定される。
【０００５】
この循環こまの内径側の面には、ねじ溝の１巻きの下流側から上流側へねじ山（ランド部）を乗り越えさせて戻すように蛇行した形状のボール循環溝が設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、循環こまという外付け部品を用いる必要があるとともに、循環こま取付用の貫通孔をナット部材に設ける必要があるために、コストが嵩む結果になっている。
【０００７】
そこで、ねじ軸のねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとするボール循環溝を形成し、ねじ軸のねじ溝の下流に転動してきたボールを内径側に沈み込ませることにより、ナット部材のねじ山を乗り越えさせて上流へ導くボールねじ装置が提案されている。
【０００８】
しかし、提案例のボールねじ装置の場合、ねじ軸に形成したボール循環溝の断面形状が、単一半径の半円形状であるため、下記のような問題が生じる恐れがある。
【０００９】
すなわち、図１２に示すように、内径側に設けたねじ軸３のねじ溝と、外径側に設けたナット部材２のねじ溝２１との間にボール４を転動循環自在に介装したボールねじ装置において、ボール４の循環動作時に、ボール４がねじ軸３のねじ溝からボール循環溝３３へ移動する際、ボール循環溝３３が半円形状であるため、ボール４とボール循環溝３３の接触点Ｐは、ボール循環溝３３の底部寄りに位置する。
【００１０】
このため、ボール４には外径方向、すなわちボール循環溝３３から飛び出す方向に力Ｆが作用する。その結果、ボール４がねじ軸３のねじ山３２に乗り上げ、ねじ軸３とナット部材２の間に詰まってしまい、ボール４の循環移動が円滑に行えなくなる。
【００１１】
本発明は、ねじ軸のねじ溝にボール循環溝を形成してボール群を循環させるボールねじ装置において、ボール循環溝へのボールの移動時に、ボールがねじ軸のねじ山に乗り上げて詰まるのを防ぎ、ボールの循環移動が円滑に行えることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のボールねじ装置は、外周面にねじ溝を形成したねじ軸と、前記ねじ軸の外周に同芯状に相対回転可能に設けられ内周面にねじ溝を形成したナット部材と、前記ねじ軸のねじ溝と前記ナット部材のねじ溝の対向面間に転動自在に介装した複数のボールとを備え、前記ナット部材と前記ねじ軸との間で、トルク／推力を推力／トルクに変換するボールねじ装置であって、前記ねじ軸に、その少なくとも１巻きのねじ溝の下流と上流とを連通連結して閉ループとし、当該ねじ溝の下流に転動してきた前記ボールを内径側に沈み込ませることにより前記ナット部材のねじ山を乗り越えさせて上流へ導くボール循環溝を形成し、各ボールを回転可能に保持する保持器リングを、ねじ軸の外周に相対回転可能にかつ軸心方向に位置決めされた状態で取り付け、前記ボール循環溝の断面形状は、円弧状の左右の側壁を溝底部にて尖鋭状態に連接してなるゴシックアーク形状とされているとともに、ボールがねじ溝に位置した状態では、４５度の接触角にてボールとねじ溝が接触し、ボールがボール循環溝に移動した際には、ボールとボール循環溝の接触する接触点が４５度の接触角の箇所からボール循環溝の入り口寄りに移動する結果、ボールにはボール循環溝内に沈み込む方向に力が作用するように設定していることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明のボールねじ装置によると、ねじ軸のねじ溝の下流と上流とをボール循環溝にて連通連結して閉ループとしたことにより、当該ねじ溝の下流に転動してきたボールを内径側に沈み込ませることにより、ナット部材のねじ山を乗り越えさせて上流へ導いてボール群を循環させることができる。
【００１５】
しかも、ボール循環溝の断面形状をゴシックアーク形状としたので、ボールの循環動作時に、ボールがねじ軸のねじ溝からボール循環溝へ移動する際、ボールとボール循環溝の接触点は、ボール循環溝の入り口寄りに位置する。このため、ボールにはボール循環溝内に沈み込む方向に力が作用し、ボールがねじ軸のねじ山に乗り上げて詰まるのを防止でき、ボールの循環移動が円滑に行える。
【００１６】
また、ボールを保持する保持器リングを用いることで、ねじ溝におけるボール個々の干渉が避けられ、ナット部材とねじ軸との相対回転が円滑に保たれる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細について、図面に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１から図１１に本発明の一実施の形態を示す。
【００１９】
図１はボールねじ装置の分解斜視図、図２はボールねじ装置の組み立て状態の正面図を示している。
【００２０】
また、図３から図５に、それぞれ図２のIII−III断面図、IV−IV断面図、Ｖ−Ｖ断面図を示す。
【００２１】
また、図６および図７に、それぞれ図５のVI−VI断面図、VII−VII断面図を示す。
【００２２】
さらに、図８および図９に、ボールねじ装置の部分拡大断面図を示す。
【００２３】
図例のボールねじ装置１では、各々金属製のナット部材２と、ねじ軸３と、複数のボール４と、保持器リング５とを備えており、ナット部材２とねじ軸３との対向面間でボール４群を循環させるようになっている。
【００２４】
ナット部材２には、その一方軸端から他方軸端まで連続するねじ溝２１が形成されており、また、ねじ軸３には、軸心方向途中領域に連続していない２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂが形成されている。これらナット部材２のねじ溝２１とねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂとは、互いに同じリード角に設定されており、両ねじ溝２１，３１ａ，３１ｂの断面形状は、円弧状の左右の側壁を溝底部にて尖鋭状態に連接してなるゴシックアーク形状とされている。
【００２５】
ところで、この実施の形態では、ナット部材２とねじ軸３とを最大に引き離した最大伸長状態で軸心方向所定長さの重合領域を確保して、ねじ軸３の前記重合領域の外周面に不連続の約２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂを設けているとともに、当該ねじ溝３１ａ，３１ｂ個々の下流と上流とをボール循環溝３３，３４で個別に連通連結して閉ループとし、この閉ループにした２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂ内に配置されるボール４群をそれぞれ独立して転動循環させるようにしている。
【００２６】
具体的に、ねじ軸３の軸心方向で隣り合う２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂの間に存在するねじ山（ランド部）３２には、２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂを個別に閉ループとするボール循環溝３３，３４が設けられている。ボール循環溝３３，３４は、ねじ軸３の軸心方向で隣り合わせに形成されており、かつ、ほぼ同一位相に配置されている。この２つのボール循環溝３３，３４は、それぞれ、２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂの上流側と下流側とを個別に連通連結するものであり、各ねじ溝３１ａ，３１ｂの下流のボール４群を内径側へ沈みこませてナット部材２のねじ山（ランド部）２２を乗り越えさせて上流へ戻すように蛇行した形状になっている。
【００２７】
また、図８および図９に示すように、ボール循環溝３３，３４は、たねじ溝３１ａ，３１ｂと同様、断面形状がゴシックアーク形状に形成されている。
【００２８】
保持器リング５は、円筒形状をしており、その円周方向に並設して、軸心方向に延びる複数の長孔形状のボールポケット５１が設けられている。また、ボールポケット５１の幅寸法は、ボール４の直径より若干大きく形成されており、ボール４がボールポケット５１を自由に通過可能となっている。つまり、保持器リング５は、複数のボール４それぞれを円周等間隔に配置して干渉させないようにするものである。また、ボールポケット５１は、ナット部材２のねじ溝２１の約３ピッチ分の長さに設定されており、それぞれ２つずつボール４が収納される。
【００２９】
なお、ナット部材２は、歯車７に対して一体的に結合されている。歯車７は、図示しないモータなどの回転動力源が減速歯車を介して噛合されるとともに、図示しない転がり軸受を介してねじ軸３の中心孔に挿通される図示しない支軸に対して回転自在に支持される。また、ねじ軸３は、図示しないケースなどの固定部分に対して非回転かつ軸心方向不動に取り付けられ、ねじ軸３に対してナット部材２が回転可能かつ軸心方向移動可能に配置される。
【００３０】
歯車７は、上半分の断面がほぼ逆向きコ字形の金属製の環体８と、この環体８における外筒部８１の外周面に一体成形される樹脂製のギヤ９とで構成されている。この歯車７の環体８における外筒部８１の内周面に対してナット部材２が嵌入されており、外筒部８１の付け根側の内周面に設けられるセレーション８２と、ナット部材２の嵌入方向奥側の外周面に設けられるセレーション２３とを嵌合することにより、歯車７とナット部材２とを相対回転不可能に結合するようになっている。そして、歯車７の環体８における内筒部８３の内周面に対して、上述した図示しない転がり軸受が装着される。
【００３１】
また、保持器リング５は、ねじ軸３に対して軸心方向でほぼ不動に位置決めされた状態で、かつ相対回転可能な状態で取り付けられている。そのために、ねじ溝３の自由端側に縮径部３５を、また、保持器リング５の一端に径方向内向きのフランジ５２を、それぞれ設け、ねじ軸３の縮径部３５に対して保持器リング５のフランジ５２を嵌め込み、さらにねじ軸３の縮径部３５に設けてある周溝に対して金属製の止め輪１０を係合させている。ただし、止め輪１０は、ねじ軸３の縮径部３５とねじ溝３１ａ，３１ｂの形成面との境にできる段壁面３６から離れた位置に取り付けられていて、これら止め輪１０と段壁面３６との間に対して保持器リング５のフランジ５２が軸心方向に若干の遊びを持つ状態で配置されている。これにより、保持器リング５が、ねじ軸３に対して軸心方向ほぼ不動で、相対回転が許容される状態になる。
【００３２】
次に、ボールねじ装置１の組み立て手順について説明する。まず、ねじ軸３に対して保持器リング５を取り付けてから、保持器リング５のボールポケット５１に対して、それを埋め尽くす状態に所定の粘性を有するグリースを塗布しておいて、ボールポケット５１に対して必要数のボール４を入れる。ボール４は、グリースの粘性でもって保持されて抜け出なくなる。このようにしてから、保持器リング５をねじ軸３に対して回さないようにした状態で、ナット部材２に組み込む。
【００３３】
次に、上述したボールねじ装置１の動作を説明する。まず、図示しないモータを駆動することにより歯車７およびナット部材２を回転させると、このナット部材２自身が回転しながらねじ軸３によってガイドされてその軸心方向一方へ向けて直線的に移動する。また、上記モータを前記と逆回転方向に駆動すると、ナット部材２が前述と逆向きに回転しながら軸心方向他方へ向けて移動する。このようにして、ナット部材２がねじ軸３に対して伸縮動作する。
【００３４】
このように、ナット部材２をねじ軸３に対して軸心方向に往復移動させることにより、ナット部材２とねじ軸３とが軸心方向で重合する範囲が大小変化するが、ねじ軸３においてボール循環溝３３，３４により個別に閉ループとしたねじ軸３の２巻きのねじ溝３１ａ，３１ｂ内で、それぞれボール群４が転動循環することにより、ナット部材２の螺旋運動が円滑にガイドされるとともに、ナット部材２が所定の移動ストローク範囲を往復移動する過程において、ボール４が抜け出す現象を確実に防止できるようになる。
【００３５】
また、図１０に示すように、ボール４がねじ軸３のねじ溝３１に位置した状態では、４５度の接触角にて、ボール４とねじ溝３１が接触する。そして、図１１に示すように、ボール４がボール循環溝３３，３４に移動した際には、ボール４とボール循環溝３３，３４の接触点Ｐは、図１０に示す４５度の接触角から、徐々にボール循環溝３３，３４の入り口寄りに移動し、その結果、ボール４にはボール循環溝３３，３４内に沈み込む方向に力Ｆが作用する。
【００３６】
このように構成されたボールねじ装置によると、ねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂの下流と上流とをボール循環溝３３，３４にて連通連結して閉ループとしたことにより、当該ねじ溝３１ａ，３１ｂの下流に転動してきたボール４を内径側に沈み込ませることにより、ナット部材２のねじ山２２を乗り越えさせて上流へ導いてボール群４を循環させることができる。
【００３７】
しかも、ボール循環溝３３，３４の断面形状をゴシックアーク形状としたので、ボール４の循環動作時に、ボール４がねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂからボール循環溝３３，３４へ移動する際、ボール４とボール循環溝３３，３４の接触点Ｐは、ボール循環溝３３，３４の入り口寄りに位置する。このため、ボール４にはボール循環溝３３，３４内に沈み込む方向に力Ｆが作用し、ボール４がねじ軸３のねじ山３２に乗り上げて詰まるのを防ぎ、ボール４の循環移動が円滑に行える。
【００３８】
また、ボール４を保持する保持器リング５を用いることで、ねじ溝２１，３１ａ，３１ｂにおけるボール４の個々の干渉が避けられ、ナット部材２とねじ軸３との相対回転が円滑に保たれる。
【００３９】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、いろいろな応用や変形が考えられる。
【００４０】
例えば、上記ボールねじ装置のように、ねじ軸３のねじ溝３１ａ，３１ｂが２本のものに限らない。１本でもよいが、バランスを考えると複数本が好ましく、３本以上形成したものであってもよい。しかも、各ねじ溝３１ａ，３１ｂの上流側と下流側とを個別に連通連結するボール循環溝３３，３４は、上記ボールねじ装置のように、軸心方向で隣り合わせに形成されているものに限らず、周方向に位相をずらして形成してもよい。
【００４１】
また、上記ボールねじ装置については、ナット部材２またはねじ軸３の一方を回転させることで他方を軸心方向に移動させる使用形態、あるいはナット部材２またはねじ軸３の一方を軸心方向に移動させることで他方を回転させる使用形態にすることができる。なお、前者の使用形態については、トルクを推力に変換する正効率と言い、後者の使用形態については、推力をトルクに変換する逆効率と言う。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によると、ねじ軸のねじ溝にボール循環溝を形成してボール群を循環させるボールねじ装置において、ボール循環溝へのボールの移動時に、ボールがねじ軸のねじ山に乗り上げて詰まるのを防ぎ、ボールの循環移動が円滑に行えるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるボールねじ装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるボールねじ装置の正面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】図２のIV−IV断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図５のVI−VI断面図である。
【図７】図５のVII−VII断面図である。
【図８】図７のVIII部分の拡大図である。
【図９】図４のIX部分の拡大図である。
【図１０】本発明の一実施の形態におけるねじ軸のねじ溝に位置したボールの動作を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施の形態におけるボール循環溝に位置したボールの動作を示す断面図である。
【図１２】提案例におけるボール循環溝に位置したボールの動作を示す断面図である。
【符号の説明】
１ボールねじ装置
２ナット部材
２１ナット部材のねじ溝
２２ナット部材のねじ山
２４面取り部
３ねじ軸
３１ａ，３１ｂねじ軸のねじ溝
３２ねじ軸のねじ山
３３，３４ねじ軸のボール循環溝
４ボール
５保持器リング
５１ボールポケット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a circulation type ball screw device for circulating a group of balls.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a ball screw device, a screw groove and a nut member of a screw shaft are used to prevent a ball group interposed in each screw groove from being pulled out regardless of expansion and contraction operations of the screw shaft and the nut member. It is considered that both ends of a ball passage formed by the thread groove are connected to form a closed loop, and the balls are rolled and circulated in the closed loop.
[0003]
Generally, a ball circulation member called a return tube or a circulation top is used for such a ball circulation. In the following, a description will be given by taking an example of a circulation top that is more compact than the return tube.
[0004]
In general, a circulating top is one in which an upstream side and a downstream side of one turn in a thread groove are connected in communication, and a ball group downstream of the thread groove is passed over a thread (land) and returned upstream. Yes, and fixed with an adhesive in a state of being inserted into a through-hole formed in the nut member in a radial direction.
[0005]
A ball circulation groove having a meandering shape is provided on the inner diameter side surface of the circulation top so as to pass over and return the thread (land portion) from the downstream side to the upstream side of one turn of the thread groove.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional example, it is necessary to use an external part called a circulation top, and it is necessary to provide a through hole for attaching the circulation top to the nut member, resulting in an increase in cost.
[0007]
Therefore, by connecting the downstream and the upstream of the thread groove of the screw shaft to form a ball circulation groove that forms a closed loop, the ball that has rolled to the downstream of the thread groove of the screw shaft is submerged to the inner diameter side, A ball screw device has been proposed in which the thread of the nut member is overcome and guided upstream.
[0008]
However, in the case of the proposed ball screw device, since the cross-sectional shape of the ball circulation groove formed on the screw shaft is a semicircular shape with a single radius, the following problems may occur.
[0009]
That is, as shown in FIG. 12, the ball 4 is interposed between the screw groove of the screw shaft 3 provided on the inner diameter side and the screw groove 21 of the nut member 2 provided on the outer diameter side so as to be capable of rolling and circulating. In the ball screw device, when the ball 4 moves from the screw groove of the screw shaft 3 to the ball circulation groove 33 during the circulation operation of the ball 4, the ball circulation groove 33 is semicircular, and therefore the ball 4 and the ball circulation groove 33 This contact point P is located closer to the bottom of the ball circulation groove 33.
[0010]
Therefore, a force F acts on the ball 4 in the outer diameter direction, that is, in the direction of jumping out from the ball circulation groove 33. As a result, the ball 4 rides on the screw thread 32 of the screw shaft 3 and is clogged between the screw shaft 3 and the nut member 2, and the ball 4 cannot be circulated smoothly.
[0011]
The present invention provides a ball screw device in which a ball circulation groove is formed in a screw groove of a screw shaft to circulate a group of balls. When the ball moves to the ball circulation groove, the ball rides on a screw thread of the screw shaft and becomes clogged. The purpose is to prevent the ball from being circulated smoothly.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A ball screw device according to the present invention includes a screw shaft having a thread groove formed on an outer peripheral surface thereof, a nut member provided on the outer periphery of the screw shaft so as to be relatively rotatable in a concentric manner and having a screw groove formed on an inner peripheral surface thereof, And a plurality of balls interposed between the screw grooves of the screw shaft and the screw grooves of the nut member so as to be freely rollable, and a torque / thrust force is generated between the nut member and the screw shaft. A ball screw device for converting to the screw shaft, wherein the screw shaft is connected to the downstream and upstream of the at least one winding groove to form a closed loop, and the ball that has been rolled downstream of the screw groove is arranged on the inner diameter side. By forming the ball circulation groove that leads to the upstream by overcoming the thread of the nut member by being submerged into the nut member, a cage ring that holds each ball rotatably is provided on the outer periphery of the screw shaft so as to be relatively rotatable. Positioned in the direction of the heart The cross-sectional shape of the ball circulation groove is a Gothic arc shape in which the arc-shaped left and right side walls are connected in a sharp state at the bottom of the groove, and when the ball is positioned in the screw groove, 45 degrees ball and the screw groove in the contact angle is in contact, when the ball is moved to the ball circulation groove, the entrance side of the portion from the ball circulation groove of the contact angle of the contact point 45 degrees to contact the ball and the ball circulation groove As a result of the movement, the ball is set so that a force acts in the direction of sinking into the ball circulation groove.
[0014]
According to the ball screw device of the present invention, by connecting the downstream and upstream of the thread groove of the screw shaft in communication with the ball circulation groove to form a closed loop, the ball that has been rolled downstream of the thread groove is moved to the inner diameter side. By sinking, the thread of the nut member can be overcome and guided upstream to circulate the ball group.
[0015]
Moreover, since the cross-sectional shape of the ball circulation groove is a Gothic arc shape, when the ball moves from the screw groove of the screw shaft to the ball circulation groove, the contact point between the ball and the ball circulation groove is the ball circulation. Located near the entrance to the ditch. For this reason, force acts on the ball in the direction of sinking into the ball circulation groove, and the ball can be prevented from getting on the screw thread of the screw shaft and clogging, and the ball can be circulated smoothly.
[0016]
In addition, by using the cage ring that holds the ball, interference between the balls in the thread groove can be avoided, and the relative rotation between the nut member and the screw shaft can be maintained smoothly.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The details of the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings.
[0018]
1 to 11 show an embodiment of the present invention.
[0019]
FIG. 1 shows an exploded perspective view of the ball screw device, and FIG. 2 shows a front view of the assembled state of the ball screw device.
[0020]
FIGS. 3 to 5 show a III-III sectional view, an IV-IV sectional view, and a VV sectional view of FIG. 2, respectively.
[0021]
6 and 7 show a VI-VI sectional view and a VII-VII sectional view of FIG. 5, respectively.
[0022]
8 and 9 are partially enlarged sectional views of the ball screw device.
[0023]
The ball screw device 1 shown in the figure includes a metal nut member 2, a screw shaft 3, a plurality of balls 4, and a cage ring 5, and the opposing surfaces of the nut member 2 and the screw shaft 3. The four groups of balls are circulated between them.
[0024]
The nut member 2 is formed with a thread groove 21 continuous from one shaft end to the other shaft end, and the screw shaft 3 has a two-turn thread groove 31a that is not continuous in the middle region in the axial direction. , 31b are formed. The screw groove 21 of the nut member 2 and the screw grooves 31a and 31b of the screw shaft 3 are set to have the same lead angle, and the cross-sectional shapes of the screw grooves 21, 31a and 31b are arc-shaped left and right side walls. Is formed in a gothic arc shape that is connected in a sharp state at the bottom of the groove .
[0025]
By the way, in this embodiment, in the maximum extension state where the nut member 2 and the screw shaft 3 are separated to the maximum, a polymerization region having a predetermined length in the axial direction is secured, and the outer circumferential surface of the polymerization region of the screw shaft 3 is secured. Discontinuous thread windings 31a and 31b are provided, and the downstream and upstream of the thread grooves 31a and 31b are individually connected to each other by ball circulation grooves 33 and 34 to form a closed loop. The four groups of balls 4 arranged in the two-turn thread grooves 31a and 31b are each independently rolled and circulated.
[0026]
Specifically, the two screw grooves 31a and 31b are individually closed loops in the thread (land portion) 32 existing between the two screw grooves 31a and 31b adjacent in the axial direction of the screw shaft 3. Ball circulation grooves 33 and 34 are provided. The ball circulation grooves 33 and 34 are formed adjacent to each other in the axial direction of the screw shaft 3 and are arranged in substantially the same phase. The two ball circulation grooves 33 and 34 individually connect the upstream side and the downstream side of the two-turned screw grooves 31a and 31b, and the group of balls 4 downstream of the screw grooves 31a and 31b. Is meandered so as to sink to the inner diameter side, get over the thread (land portion) 22 of the nut member 2 and return to the upstream side.
[0027]
Further, as shown in FIGS. 8 and 9, the ball circulation grooves 33 and 34 are formed in a Gothic arc shape in cross section, similar to the thread grooves 31a and 31b.
[0028]
The cage ring 5 has a cylindrical shape, and is provided with a plurality of elongated hole-shaped ball pockets 51 that are arranged in parallel in the circumferential direction and extend in the axial direction. The ball pocket 51 has a width dimension slightly larger than the diameter of the ball 4 so that the ball 4 can freely pass through the ball pocket 51. In other words, the cage ring 5 is arranged so that the plurality of balls 4 are arranged at equal circumferential intervals so as not to interfere with each other. Further, the ball pocket 51 is set to a length corresponding to about 3 pitches of the thread groove 21 of the nut member 2, and the balls 4 are accommodated in two each.
[0029]
The nut member 2 is integrally coupled to the gear 7. The gear 7 is engaged with a rotational power source such as a motor (not shown) via a reduction gear, and is rotatable with respect to a support shaft (not shown) inserted through the center hole of the screw shaft 3 via a rolling bearing (not shown). Supported. The screw shaft 3 is attached to a fixed portion such as a case (not shown) so as not to rotate and to move in the axial direction, and the nut member 2 is arranged to be rotatable with respect to the screw shaft 3 and movable in the axial direction. .
[0030]
The gear 7 is composed of a metal ring 8 having an approximately U-shaped cross section in the upper half and a resin gear 9 integrally formed on the outer peripheral surface of the outer cylinder portion 81 of the ring 8. Yes. The nut member 2 is fitted into the inner peripheral surface of the outer cylinder portion 81 in the ring body 8 of the gear 7, and the serration 82 provided on the inner peripheral surface on the base side of the outer cylinder portion 81, The gear 7 and the nut member 2 are coupled so as not to be relatively rotatable by fitting with a serration 23 provided on the outer peripheral surface on the back side in the insertion direction. Then, the above-described rolling bearing (not shown) is mounted on the inner peripheral surface of the inner cylinder portion 83 in the ring body 8 of the gear 7.
[0031]
Further, the cage ring 5 is attached in a state where it is positioned so as to be substantially immovable in the axial direction with respect to the screw shaft 3 and is relatively rotatable. For this purpose, a reduced diameter portion 35 is provided on the free end side of the thread groove 3 and a radially inward flange 52 is provided on one end of the retainer ring 5 to hold the reduced diameter portion 35 of the screw shaft 3. The flange 52 of the device ring 5 is fitted, and the metal retaining ring 10 is engaged with the circumferential groove provided in the reduced diameter portion 35 of the screw shaft 3. However, the retaining ring 10 is attached at a position away from the stepped wall surface 36 formed at the boundary between the reduced diameter portion 35 of the screw shaft 3 and the formation surface of the screw grooves 31a and 31b. The flange 52 of the cage ring 5 is disposed with a slight play in the axial direction. As a result, the cage ring 5 is substantially immovable in the axial direction with respect to the screw shaft 3 and is allowed to rotate relatively.
[0032]
Next, the assembly procedure of the ball screw device 1 will be described. First, after attaching the cage ring 5 to the screw shaft 3, grease having a predetermined viscosity is applied to the ball pocket 51 of the cage ring 5 so as to fill the ball pocket 51. A necessary number of balls 4 are put into 51. The ball 4 is held by the viscosity of the grease and does not come out. After that, the cage ring 5 is assembled into the nut member 2 in a state where the cage ring 5 is not rotated with respect to the screw shaft 3.
[0033]
Next, the operation of the above-described ball screw device 1 will be described. First, when the gear 7 and the nut member 2 are rotated by driving a motor (not shown), the nut member 2 itself is guided by the screw shaft 3 while rotating and linearly moves in one axial direction. . Further, when the motor is driven in the reverse rotation direction, the nut member 2 moves toward the other axial direction while rotating in the opposite direction to that described above. In this way, the nut member 2 expands and contracts with respect to the screw shaft 3.
[0034]
As described above, when the nut member 2 is reciprocated in the axial direction with respect to the screw shaft 3, the range in which the nut member 2 and the screw shaft 3 overlap in the axial direction changes in size. The ball group 4 rolls and circulates in the two screw grooves 31a and 31b of the screw shaft 3 individually closed by the ball circulation grooves 33 and 34, so that the spiral motion of the nut member 2 is smoothly guided. In addition, in the process of the nut member 2 reciprocating within a predetermined movement stroke range, it is possible to reliably prevent the ball 4 from coming out.
[0035]
As shown in FIG. 10, when the ball 4 is positioned in the screw groove 31 of the screw shaft 3, the ball 4 and the screw groove 31 come into contact with each other at a contact angle of 45 degrees. As shown in FIG. 11, when the ball 4 moves to the ball circulation grooves 33 and 34, the contact point P between the ball 4 and the ball circulation grooves 33 and 34 is from the contact angle of 45 degrees shown in FIG. The ball gradually moves closer to the entrance of the ball circulation grooves 33 and 34, and as a result, a force F acts on the ball 4 in the direction of sinking into the ball circulation grooves 33 and 34.
[0036]
According to the ball screw device configured as described above, the screw grooves 31a, 31b of the screw shaft 3 are connected to the downstream and the upstream by the ball circulation grooves 33, 34 to form a closed loop. By causing the ball 4 that has been rolling downstream of 31b to sink to the inner diameter side, the ball group 4 can be circulated through the thread 22 of the nut member 2 and guided upstream.
[0037]
Moreover, since the cross-sectional shape of the ball circulation grooves 33 and 34 is a Gothic arc shape, when the ball 4 moves from the screw grooves 31a and 31b of the screw shaft 3 to the ball circulation grooves 33 and 34 during the circulation operation of the ball 4, A contact point P between the ball 4 and the ball circulation grooves 33 and 34 is located near the entrance of the ball circulation grooves 33 and 34. For this reason, a force F acts on the ball 4 in the direction of sinking into the ball circulation grooves 33 and 34 to prevent the ball 4 from getting on the thread 32 of the screw shaft 3 and clogging, and the circulation movement of the ball 4 is smooth. Can be done.
[0038]
Further, by using the cage ring 5 for holding the ball 4, individual interference of the ball 4 in the screw grooves 21, 31a, 31b can be avoided, and the relative rotation between the nut member 2 and the screw shaft 3 can be maintained smoothly. It is.
[0039]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various applications and modifications are possible.
[0040]
For example, like the above-mentioned ball screw device, the screw grooves 31a and 31b of the screw shaft 3 are not limited to two. One may be used, but in consideration of balance, a plurality is preferable, and three or more may be formed. In addition, the ball circulation grooves 33 and 34 for individually connecting and connecting the upstream side and the downstream side of the screw grooves 31a and 31b are not limited to those formed adjacent to each other in the axial direction as in the ball screw device. Instead, the phase may be shifted in the circumferential direction.
[0041]
Moreover, about the said ball screw apparatus, the one of the nut member 2 or the screw shaft 3 is moved to the axial direction by rotating one of the nut member 2 or the screw shaft 3, or one of the nut member 2 or the screw shaft 3 is moved in the axial direction. By making it, it can be set as the usage form which rotates the other. Note that the former usage pattern is referred to as normal efficiency for converting torque into thrust, and the latter usage pattern is referred to as reverse efficiency for converting thrust into torque.
[0042]
【Effect of the invention】
According to the present invention, in a ball screw device that circulates a group of balls by forming a ball circulation groove in the screw groove of the screw shaft, the ball rides on the thread of the screw shaft and becomes clogged when the ball moves to the ball circulation groove. And the effect of smooth circulation of the ball can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a ball screw device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of a ball screw device according to an embodiment of the present invention.
3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG.
7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG.
8 is an enlarged view of a portion VIII in FIG.
FIG. 9 is an enlarged view of a portion IX in FIG. 4;
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an operation of a ball positioned in a screw groove of a screw shaft in an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an operation of a ball located in a ball circulation groove in an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an operation of a ball positioned in a ball circulation groove in the proposed example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ball screw device 2 Nut member 21 Nut member thread groove 22 Nut member thread 24 Chamfer 3 Screw shaft 31a, 31b Screw shaft thread 32 Screw shaft thread 33, 34 Screw shaft ball circulation groove 4 Ball 5 Cage ring 51 Ball pocket

Claims

A screw shaft having a thread groove formed on an outer peripheral surface thereof, a nut member provided concentrically on the outer periphery of the screw shaft so as to be relatively rotatable, and having a thread groove formed on an inner peripheral surface; the screw groove of the screw shaft and the nut A plurality of balls interposed between the opposing surfaces of the thread groove of the member so as to freely roll,
A ball screw device for converting torque / thrust into thrust / torque between the nut member and the screw shaft,
The screw shaft is connected to the downstream and upstream of the at least one screw groove so as to form a closed loop, and the ball that has been rolled downstream of the screw groove is submerged to the inner diameter side, whereby the nut member Form a ball circulation groove that goes over the thread and leads upstream,
A cage ring that holds each ball rotatably is attached to the outer periphery of the screw shaft so as to be relatively rotatable and positioned in the axial direction.
The cross-sectional shape of the ball circulation groove is a Gothic arc shape in which the arc-shaped left and right side walls are connected in a sharp state at the groove bottom,
When the ball is positioned in the thread groove, the ball and the thread groove are in contact at a contact angle of 45 degrees. When the ball moves to the ball circulation groove, the contact point between the ball and the ball circulation groove is 45 degrees. A ball screw device characterized in that the ball is set so that a force acts in the direction of sinking into the ball circulation groove as a result of moving from the contact angle portion toward the entrance of the ball circulation groove.