JP5573270B2 - Ball screw - Google Patents
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Description
本発明はボールねじに関する。 The present invention relates to a ball screw.
ボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路内に転動自在に装填された複数のボールと、からなる。そして、ボールを介してねじ軸に螺合されているナットとねじ軸とを相対回転運動させると、ボールの転動を介してねじ軸とナットとが軸方向に相対移動するようになっている。 The ball screw is a spiral ball rolling formed by a screw shaft having a helical thread groove on the outer peripheral surface, a nut having a screw groove facing the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface, and both screw grooves. And a plurality of balls loaded to roll freely in the road. Then, when the nut and the screw shaft that are screwed to the screw shaft through the ball are relatively rotated, the screw shaft and the nut are relatively moved in the axial direction through the rolling of the ball. .
このようなボールねじには、ボール転動路の始点と終点とを連通させて無端状のボール通路を形成するボール循環路が備えられている。すなわち、ボールは、ボール転動路内を移動しつつねじ軸の回りを複数回回ってボール転動路の終点に至ると、ボール循環路の一方の端部から掬い上げられてボール循環路内を通り、ボール循環路の他方の端部からボール転動路の始点に戻される。このように、ボール転動路内を転動するボールがボール循環路により無限に循環されるようになっているので、ねじ軸とナットとは継続的に相対移動することができる。 Such a ball screw is provided with a ball circulation path that forms an endless ball path by communicating the start point and the end point of the ball rolling path. That is, when the ball moves in the ball rolling path and turns around the screw shaft a plurality of times to reach the end point of the ball rolling path, the ball is scooped up from one end of the ball circulation path and is moved into the ball circulation path. And is returned to the starting point of the ball rolling path from the other end of the ball circulation path. Thus, since the ball rolling in the ball rolling path is circulated infinitely by the ball circulation path, the screw shaft and the nut can continuously move relative to each other.
ボール循環路を用いたボール循環形式としては、チューブ式,コマ式等が一般的であるが、ナットの内周面の一部を凹化させて凹溝を形成し、この凹溝をボール循環路とする循環形式も知られている。チューブ式,コマ式の場合は、ボール循環路を構成する別部材(リターンチューブ,コマ)がナットに取り付けられるが、前記凹溝をボール循環路とする循環形式の場合は、ナットと一体的にボール循環路が形成されているので、別部材をナットに取り付ける必要はない。 As a ball circulation type using a ball circulation path, a tube type, a top type, etc. are common, but a part of the inner peripheral surface of the nut is recessed to form a groove, and this groove is circulated through the ball. Circulation forms that are used as roads are also known. In the case of tube type and top type, separate members (return tube, top) that constitute the ball circulation path are attached to the nut. However, in the case of the circulation type using the concave groove as the ball circulation path, it is integrated with the nut. Since the ball circulation path is formed, it is not necessary to attach another member to the nut.
前記凹溝をボール循環路とするボールねじのナットを製造する際には、ナットの内周面に、ボール循環路を構成する凹溝を形成した後に、ボール転動路を構成するねじ溝を形成する。このとき、ねじ溝の形成時の加工誤差により、ねじ溝の端部の形成位置が正規の位置からずれるおそれがある。そうすると、ねじ溝の端部と凹溝の端部が合致せず、両溝の接続部分に段差が生じることとなるので、ねじ溝の端部の位置ズレを補うために、凹溝の端部の溝幅はボールの直径よりも若干大きく設計されていた。通常は、ボールの直径の1.05倍以上1.1倍以下である。 When manufacturing a ball screw nut having the concave groove as a ball circulation path, a screw groove constituting a ball rolling path is formed after forming a concave groove constituting the ball circulation path on the inner peripheral surface of the nut. Form. At this time, there is a possibility that the formation position of the end portion of the screw groove is shifted from the normal position due to a processing error when forming the screw groove. Then, the end of the groove is not aligned with the end of the groove, and a step is generated at the connecting portion of both grooves. The groove width was designed to be slightly larger than the diameter of the ball. Usually, it is 1.05 to 1.1 times the diameter of the ball.
しかしながら、前記凹溝の溝幅は全長にわたって同一とされているため、ボールの直径よりも幅広のボール循環路内を、ボールが蛇行しながら通ることとなる。その結果、ボールがボール循環路内の内壁に衝突して、作動音や摩耗が発生する場合があった。また、前記衝突によりボールに摩耗が生じると、ボールねじにトルク変動や寿命低下が生じるおそれもあった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、作動音,摩耗,トルク変動が生じにくく長寿命なボールねじを提供することを課題とする。
However, since the groove width of the concave groove is the same over the entire length, the ball passes through the ball circulation path wider than the diameter of the ball while meandering. As a result, the ball may collide with the inner wall in the ball circulation path, causing operation noise and wear. In addition, when the ball is worn by the collision, there is a possibility that torque fluctuation and life reduction may occur in the ball screw.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and to provide a long-life ball screw that hardly generates operating noise, wear, and torque fluctuation.
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明のボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、前記両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路に転動自在に装填された複数のボールと、前記ボールを前記ボール転動路の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路と、を備え、前記ボール循環路を、前記ナットの円柱面状の内周面の一部を凹化させて形成した凹溝で構成したボールねじにおいて、前記ボール転動路に接続する前記ボール循環路の両端部の溝幅ta、前記両端部の間の中央部の溝幅tb、及び前記ボールの直径Daが、1.05Da≦ta≦1.1Da、1.0Da<tb≦1.09Da、tb<0.99taなる3式を満足することを特徴とする。
このような本発明のボールねじにおいては、前記凹溝は、塑性加工又は切削加工により前記ナットの内周面の一部を凹化させて形成したものであることが好ましい。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the ball screw of the present invention is formed by a screw shaft having a helical thread groove on the outer peripheral surface, a nut having a screw groove facing the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface, and the both screw grooves. A plurality of balls movably loaded in a spiral ball rolling path, and a ball circulation path that circulates the ball from the end point to the start point of the ball rolling path. , In a ball screw constituted by a concave groove formed by recessing a part of a cylindrical inner peripheral surface of the nut, a groove width ta at both ends of the ball circulation path connected to the ball rolling path, The groove width tb at the center between the both ends and the diameter Da of the ball are three formulas: 1.05 Da ≦ ta ≦ 1.1 Da, 1.0 Da <tb ≦ 1.09 Da, tb <0.99 ta. It is characterized by satisfaction.
In such a ball screw of the present invention, it is preferable that the concave groove is formed by recessing a part of the inner peripheral surface of the nut by plastic working or cutting.
本発明のボールねじは、作動音,摩耗,トルク変動が生じにくく長寿命である。 The ball screw of the present invention has a long service life that hardly generates operating noise, wear, and torque fluctuation.
本発明に係るボールねじの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態であるボールねじの断面図(軸方向に沿う平面で切断した断面図)である。
図1に示すように、ボールねじ1は、螺旋状のねじ溝3aを外周面に有するねじ軸3と、ねじ軸3のねじ溝3aに対向する螺旋状のねじ溝5aを内周面に有するナット5と、両ねじ溝3a,5aにより形成される螺旋状のボール転動路7内に転動自在に装填された複数のボール9と、ボール9をボール転動路7の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路11と、を備えている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a ball screw according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view (a cross-sectional view cut along a plane along the axial direction) of a ball screw according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the ball screw 1 has a
すなわち、ボール9は、ボール転動路7内を移動しつつねじ軸3の回りを回ってボール転動路7の終点に至り、そこでボール循環路11の一方の端部から掬い上げられてボール循環路11内を通り、ボール循環路11の他方の端部からボール転動路7の始点に戻されるようになっている。
なお、ねじ軸3,ナット5,及びボール9の素材は特に限定されるものではなく、一般的な材料を使用可能であり、例えば鋼等の金属やセラミックがあげられる。また、ねじ溝3a,5aの断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。
That is, the
In addition, the raw material of the
このようなボールねじ1は、ボール9を介してねじ軸3に螺合されているナット5とねじ軸3とを相対回転運動させると、ボール9の転動を介してねじ軸3とナット5とが軸方向に相対移動するようになっている。そして、ボール転動路7とボール循環路11により無端状のボール通路が形成されており、ボール転動路7内を転動するボール9が無端状のボール通路内を無限に循環するようになっているため、ねじ軸3とナット5とは継続的に相対移動することができる。
When such a ball screw 1 is rotated relative to a
ここで、ボール循環路11について、図2〜6を参照しながら詳細に説明する。ボール循環路11は、ナット5の内周面に一体的に形成されている。詳述すると、ナット5の円柱面状の内周面の一部を塑性加工又は切削加工により凹化させて形成した凹溝20を、ボール循環路11としている。よって、チューブ式,コマ式等のボール循環形式の場合とは異なり、ボール循環路を構成する別部材は取り付けられていない。
Here, the
図3に示すように、ボール転動路7の終点に転動してきたボール9は、ボール循環路11の一方の端部から掬い上げられてナット5の内部(径方向外方側)に沈み込む。そして、ボール循環路11内を通ってねじ軸3のランド部3b(ねじ溝3aのねじ山)を乗り越えて、ボール循環路11の他方の端部からボール転動路7の始点に戻される。なお、ボール循環路11の断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。
As shown in FIG. 3, the
また、図4に示すように、ボール循環路11は、ボール転動路7に接続する両端部が直線状となっており、該両端部の間に位置する中央部が略S字状に湾曲した曲線状となっている。そして、ボール循環路11の両端部の溝幅ta、中央部の溝幅tb、及びボール9の直径Daが、1.05Da≦ta≦1.1Da、1.0Da<tb≦1.09Da、tb<0.99taなる3式を満足するようになっている(図5,6を参照)。なお、端部と中央部との間には、端部から中央部に向かって溝幅が漸減する漸減部が形成されている。
Further, as shown in FIG. 4, the
このように、中央部の溝幅tbは両端部の溝幅taよりも小さく、ボール9の直径Daよりも僅かに大きい程度とされているため、ボール9の大きさに対する余裕量が小さく、ボール循環路11内を通る際のボール9の蛇行が抑制され、作動性が向上する。その結果、ボール9がボール循環路11内の内壁に衝突することにより生じる作動音が低減するとともに、ボール循環路11及びボール9の摩耗が低減する。また、ボール9が摩耗しにくいため、ボールねじ1にトルク変動が生じにくいことに加えて、ボールねじ1が長寿命となる。
Thus, since the groove width tb at the center is smaller than the groove width ta at both ends and slightly larger than the diameter Da of the
前記3式のうち第二の式1.0Da<tb≦1.09Daの上限値が1.09Daより大きいと、ボール9の蛇行により、上記の効果が十分に奏されないおそれがある。一方、下限値が1.0Da以下であると(すなわち、中央部の溝幅tbがボール9の直径Daの1倍以下であると)、ボール9の通過が困難となる。このような不都合がより生じにくくするためには、前記第二の式は1.03Da<tb≦1.08Daであることがより好ましい。
If the upper limit of the second expression 1.0 Da <tb ≦ 1.09 Da among the three expressions is larger than 1.09 Da, the above effects may not be sufficiently achieved due to the meandering of the
このような本実施形態のボールねじ1の用途は特に限定されるものではないが、自動車,二輪車,位置決め装置等に組み込まれる電動アクチュエータに特に好適に使用することができる。
ここで、本実施形態のボールねじ1のナット5の製造方法の一例を、簡単に説明する。まず、円柱状の鋼製素材(図示せず)を冷間鍛造により加工し、略円筒形状(ナット5と略同一形状)のブランクを得る。そして、ブランクの内周面に鍛造等の塑性加工又は切削加工により凹溝20を形成し、ボール循環路11とする。
The application of the ball screw 1 of the present embodiment is not particularly limited, but can be particularly suitably used for an electric actuator incorporated in an automobile, a two-wheeled vehicle, a positioning device or the like.
Here, an example of the manufacturing method of the
鍛造により凹溝20を形成する方法の具体例としては、以下のようなものがあげられる。すなわち、凹溝20に対応する形状の凸部を有するパンチをブランク内に挿入し、ブランクの内周面にパンチの凸部を接触させ、ブランクの内周面に向かってパンチを強く押圧することにより、凹溝20を形成することができる。そして、ブランクの内周面に切削加工によりねじ溝5aを形成する。最後に、所望の条件で浸炭,浸炭窒化,焼入れ,焼戻し,高周波焼入れ等の熱処理を施すと、ナット5が得られる。
Specific examples of the method for forming the
なお、本実施形態のボールねじ1は、このようなボール循環路11を用いたボール循環形式を採用しているので、ボール循環路を構成する別部材(例えばリターンチューブ,コマ)をナット5に取り付ける必要がない。ボール循環形式がチューブ式やコマ式である場合は、ボール循環路を構成する部材とナットとが別体であり、チューブ式の場合はリターンチューブがナットの外周面に、コマ式の場合はコマがコマ穴に取り付けられる。そのため、ナットの外周面のうちリターンチューブやコマが設けられている部分には、フランジ等の外周形成物を形成することはできず、ナットの外周面の設計に制限があった。
The ball screw 1 of the present embodiment employs a ball circulation type using such a
これに対して、本実施形態のボールねじ1は、ボール循環路11がナット5の内周面に形成されており、ナット5の外周面にはいかなる部材も取り付ける必要がないので、ボール循環路11が設けられた位置や回路数に拘束されず、ナット5の外周面全体にわたって任意の形状に設計することができる。よって、ナット5の外周面のうち、ボール循環路11やねじ溝5aに相対する部分にも、外周形成物を一体的に形成することができる。本実施形態のボールねじ1は、外周形成物としてフランジ13が形成されている。また、リターンチューブ,コマ等の部材が取り付けられていないので、これらが脱落する心配が無く、ボールねじ1の信頼性が優れている。
On the other hand, in the ball screw 1 of the present embodiment, the
外周形成物の種類は特に限定されるものではないが、フランジの他には、歯車用歯列,キー溝,軸受用軌道溝,異形外周面等があげられる。例えば、周方向に並ぶ複数の歯からなる歯車用歯列をナット5の外周面に形成すれば、ナット5を歯車として機能させることができる。また、ナット5の外周面にキー溝を形成すれば、他部材に設けられたキーを該キー溝に係合させることにより、その他部材とナット5を連結することができる。さらに、ナット5の外周面に軸受用軌道溝を形成すれば、ナット5を転がり軸受の内輪として機能させることができる。さらに、ナット5の外周面は通常は断面円形であるが、断面多角形,断面楕円形等の異形外周面とすることもできる。なお、これらの外周形成物の中の1つをナット5の外周面に形成してもよいし、2つ以上を形成してもよい。例えば、ナット5の外周面にフランジ13を形成し、そのフランジ13の外周面に歯車用歯列を形成してもよい。
Although the kind of outer periphery formation thing is not specifically limited, In addition to a flange, a gear tooth row, a key groove, a bearing race groove, a deformed outer peripheral surface, and the like can be cited. For example, if a gear tooth row composed of a plurality of teeth arranged in the circumferential direction is formed on the outer peripheral surface of the
これらの外周形成物の形成方法は特に限定されるものではなく、冷間鍛造等の鍛造で形成してもよいし、切削加工で形成してもよい。これらの形成方法によれば、外周形成物を容易に形成することができるので、外周形成物を備えるボールねじを安価に製造することができる。また、外周形成物とボール循環路11の形成順序は特に限定されるものではなく、どちらを先に形成してもよいが、外周形成物を例えば冷間鍛造にて形成した後にボール循環路11を形成すれば、ボール循環路11の形状精度をより高く確保できる。
The formation method of these outer periphery formation products is not specifically limited, You may form by forging, such as cold forging, and you may form by cutting. According to these forming methods, since the outer periphery formed product can be easily formed, a ball screw including the outer periphery formed product can be manufactured at a low cost. Further, the formation order of the outer periphery formed product and the
1 ボールねじ
3 ねじ軸
3a ねじ溝
5 ナット
5a ねじ溝
7 ボール転動路
9 ボール
11 ボール循環路
20 凹溝
ta 端部の溝幅
tb 中央部の溝幅
Da ボールの直径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記ボール転動路に接続する前記ボール循環路の両端部の溝幅ta、前記両端部の間の中央部の溝幅tb、及び前記ボールの直径Daが、1.05Da≦ta≦1.1Da、1.0Da<tb≦1.09Da、tb<0.99taなる3式を満足することを特徴とするボールねじ。 A screw shaft having a helical thread groove on the outer peripheral surface, a nut having a thread groove facing the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface, and a spiral ball rolling path formed by the both screw grooves. A plurality of balls loaded so as to be freely rollable, and a ball circulation path for circulating the balls back from the end point of the ball rolling path to the start point, and the ball circulation path is formed on the cylindrical surface of the nut. In the ball screw constituted by the concave groove formed by making a part of the peripheral surface concave,
The groove width ta at both ends of the ball circulation path connected to the ball rolling path, the groove width tb at the center between the both ends, and the diameter Da of the ball are 1.05 Da ≦ ta ≦ 1.1 Da. 1.0 Da <tb ≦ 1.09 Da and tb <0.99 ta satisfying the three formulas.
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