JP6449717B2 - Ball screw nut and ball screw - Google Patents
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Description
本発明はボールねじ用ナット及びボールねじに係り、特に、非循環型のボールねじに用いるナット構造に関する。 The present invention relates to a ball screw nut and a ball screw, and more particularly to a nut structure used for a non-circulating ball screw.
一般に、ボールねじには循環式のボールねじと、非循環式のボールねじとがある。非循環式のボールねじとしては、リードスクリューと、ナットと、保持器(リテーナ)と、を備えたものが一般的に知られている。リードスクリューは、その外周面上に螺旋状のリード溝を有する。ナットはその内周面上に周回状の保持溝を有し、リードスクリューがナットに挿通される。保持器(リテーナ)は、ボールが転動可能に保持されるボール保持孔を備えており、ボールはリードスクリューとナットとの間に介在し内側のリード溝と外側の保持溝の間で転動する。 Generally, the ball screw includes a circulation type ball screw and a non-circulation type ball screw. As a non-circulating ball screw, a ball screw having a lead screw, a nut, and a cage (retainer) is generally known. The lead screw has a spiral lead groove on its outer peripheral surface. The nut has a circular holding groove on its inner peripheral surface, and a lead screw is inserted through the nut. The cage (retainer) has a ball holding hole for holding the ball so that it can roll, and the ball is interposed between the lead screw and the nut and rolls between the inner lead groove and the outer holding groove. To do.
特許文献1〜3は、上記の非循環式のボールねじである。いずれも、周回状の保持溝を有する上記ナットと、ボール保持孔を有する保持器とが固定された構造が開示されている。このように、ナットと保持器とを固定することにより、リードスクリューとナットとの間で、保持器とこれに保持されたボールとが空回りすることが防止される。これにより、ボールねじによる回転運動と直線運動との変換を正確に行うことが可能になる。
上記非循環式のボールねじは、比較的簡易な構造を有する。つまり、上記循環式のボールねじは、周回状の保持溝を有するナットと、ボール保持孔を有する保持器とが相互に固定された構造を有する。ナットと保持器が相互に固定される際に、ナットに設けられた周回状の保持溝の位置と、保持器に設けられた保持孔の位置とが、軸方向にわずかに一致しない場合がある。ナットの位置と保持器の位置が軸方向にわずかに一致しない場合には、ボールが収容される空間の寸法が確保されないので、ボールがナットの保持溝や保持器のボール保持孔やリード溝と転がり接触せず摺動接触する。すると、ボールやボール保持孔などが摺動接触により磨耗し、作動不良を起こしたり、耐久性不足や動作精度不良を招いたりするという問題が生ずる。 Upper Symbol acyclic ball screw has a relatively simple structure. That is, the circulating ball screw has a structure in which a nut having a circular holding groove and a cage having a ball holding hole are fixed to each other. When the nut and the cage are fixed to each other, the position of the circumferential holding groove provided in the nut and the position of the holding hole provided in the cage may not slightly match in the axial direction. . If the position of the nut and the position of the cage do not coincide with each other in the axial direction, the size of the space in which the ball is accommodated is not secured. It makes sliding contact without rolling contact. As a result, the ball, the ball holding hole, and the like are worn due to sliding contact, causing problems such as malfunction, and insufficient durability and poor operation accuracy.
そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その目的は、耐久性や動作精度を確保できる非循環式のボールねじを実現することにある。 Therefore, the present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to realize a non-circular ball screw that can ensure durability and operation accuracy.
斯かる実情に鑑み、本発明のボールねじ用ナットは、螺旋状のリード溝を備えたリードスクリューに装着されるボールねじ用ナットであって、前記リード溝に嵌合するボールと、該ボールを転動可能に保持する保持孔を備えた筒状の保持部を有する保持体と、該保持体には軸線方向に位置が拘束されない態様で、前記保持部の外周面上に装着されるとともに、前記保持孔に保持される前記ボールが嵌合する単一の周回状の保持溝を有するスリーブと、を具備することを特徴とする。 In view of such circumstances, the ball screw nut of the present invention is a ball screw nut to be attached to a lead screw having a spiral lead groove, and the ball fitted into the lead groove, A holding body having a cylindrical holding portion provided with a holding hole that is held so as to be able to roll, and mounted on the outer peripheral surface of the holding portion in a manner in which the position is not restrained in the axial direction on the holding body, And a sleeve having a single circular holding groove into which the ball held in the holding hole is fitted.
本発明において、前記保持部は、軸線方向の互いに異なる位置に設けられた第1の前記保持孔と第2の前記保持孔を備え、前記スリーブとして、前記第1の保持孔に保持された前記ボールに嵌合する前記保持溝を備えた第1のスリーブと、前記第2の保持孔に保持された前記ボールに嵌合する前記保持溝を備えた第2のスリーブとを具備し、前記第1のスリーブと前記第2のスリーブは相互に位置が拘束されない状態で前記保持部に装着されていることが好ましい。なお、軸線方向の異なる位置に設けられた保持孔の数及びスリーブの数は2つに限らず、3つ以上であってもよい。 In the present invention, the holding portion includes the first holding hole and the second holding hole provided at different positions in the axial direction, and the sleeve is held in the first holding hole as the sleeve. A first sleeve provided with the holding groove that fits into the ball; and a second sleeve provided with the holding groove that fits into the ball held in the second holding hole. It is preferable that the first sleeve and the second sleeve are attached to the holding portion in a state where the positions are not restrained from each other. Note that the number of holding holes and the number of sleeves provided at different positions in the axial direction are not limited to two, and may be three or more.
本発明において、リードスクリューに対するナットの姿勢安定性や位置精度を高めるには、上記保持部は、円周方向に複数の保持孔が配列されてなる孔列を備え、該孔列に属する複数の保持孔に保持された複数のボールが前記単一の保持溝に嵌合することが好ましい。 In the present invention, in order to improve the posture stability and position accuracy of the nut with respect to the lead screw, the holding portion includes a hole row in which a plurality of holding holes are arranged in the circumferential direction, and a plurality of holes belonging to the hole row are provided. It is preferable that a plurality of balls held in the holding hole are fitted in the single holding groove.
このように、上記保持部において円周方向に複数の保持孔が配列されてなる孔列を備える場合には、前記保持部は、前記孔列として、円周方向に配列された前記複数の保持孔からなる第1の孔列と、該第1の孔列に対して軸線方向にずれた位置に設けられ、円周方向に配列された前記複数の保持孔からなる第2の孔列とを備え、前記スリーブとして、前記第1の孔列に属する前記複数の保持孔に保持される前記ボールに嵌合する前記保持溝を有する第1の前記スリーブと、前記第2の孔列に属する前記複数の保持孔に保持される前記ボールに嵌合する前記保持溝を有する第2の前記スリーブとを具備し、前記第1のスリーブと前記第2のスリーブは相互に位置が拘束されない状態で前記保持部に装着されていることが好ましい。なお、軸線方向に形成される上記孔列の数及びスリーブの数は2つに限らず、3以上であってもよい。 As described above, in the case where the holding portion includes a hole row in which a plurality of holding holes are arranged in the circumferential direction, the holding portion has the plurality of holding pieces arranged in the circumferential direction as the hole row. A first hole row made of holes, and a second hole row made of the plurality of holding holes arranged in a circumferential direction at a position shifted in the axial direction with respect to the first hole row. The sleeve having the holding groove that fits into the ball held in the plurality of holding holes belonging to the first hole row, and the sleeve belonging to the second hole row. A second sleeve having the holding groove that fits into the ball held in a plurality of holding holes, and the first sleeve and the second sleeve are not restrained in position relative to each other. It is preferable that it is attached to the holding part. The number of the hole rows and the number of sleeves formed in the axial direction are not limited to two and may be three or more.
本発明において、前記保持溝は、前記ボールの形状に対応する円弧状の断面を有する円形溝であることが好ましい。また、この保持溝は、前記ボールの形状に対応するものであれば、V字状の断面を有するV形溝、台形断面を有する台形溝などであってもよい。なお、保持溝の溝形状としては、上記に限らず、ボールねじに用いられる各種の形状を用いることができる。さらに、リードスクリューのリード溝の形状についても、上記と同様に種々の断面形状を有するものとすることができる。 In the present invention, the holding groove is preferably a circular groove having an arc-shaped cross section corresponding to the shape of the ball. The holding groove may be a V-shaped groove having a V-shaped cross section or a trapezoidal groove having a trapezoidal cross section as long as it corresponds to the shape of the ball. The groove shape of the holding groove is not limited to the above, and various shapes used for the ball screw can be used. Further, the shape of the lead groove of the lead screw can have various cross-sectional shapes as described above.
本発明において、前記保持体は、他の部材に取付可能な外部取付部を有することが好ましい。この外部取付部は、例えば、前記保持部に対して軸線方向かつ半径方向に突出したフランジ部とすることができる。また、上記他の部材をリードスクリューの軸線方向に相対的に移動可能に構成されたものとし、当該他の部材に前記保持体の外部取付部が取付固定されることにより、前記他の部材をリードスクリューに対して軸線方向に駆動することが可能になる。この場合において、前記スリーブは、前記保持体には軸線方向に位置が拘束されない態様で、前記保持部の外周面上に装着されるとともに、前記保持孔に保持される前記ボールが嵌合する単一の周回状の保持溝を有する。また、このスリーブは、前記他の部材には位置が拘束されない状態とされる。なお、外部取付部には、貫通孔、ねじ孔、切り欠き、ボスなどの、他の部材を固定するための各種の取付手段を設けることができる。 In this invention, it is preferable that the said holding body has an external attachment part which can be attached to another member. The external mounting portion can be, for example, a flange portion that protrudes in the axial direction and the radial direction with respect to the holding portion. Further, the other member is configured to be relatively movable in the axial direction of the lead screw, and the other member is mounted by fixing the external mounting portion of the holding body to the other member. It is possible to drive the lead screw in the axial direction. In this case, the sleeve is mounted on the outer peripheral surface of the holding portion in a manner that the position of the sleeve is not restrained in the axial direction, and the sleeve held in the holding hole is fitted. One circular holding groove is provided. Further, the position of the sleeve is not restricted by the other member. The external attachment portion can be provided with various attachment means for fixing other members such as a through hole, a screw hole, a notch, and a boss.
本発明において、前記保持部は円筒状に構成され、前記スリーブは前記保持部に対し円周方向に回転可能に装着されることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the holding portion is formed in a cylindrical shape, and the sleeve is attached to the holding portion so as to be rotatable in a circumferential direction.
本発明において、前記保持孔の貫通深さに相当する前記保持部の厚みTrは、前記スリーブの前記保持溝の深さDgより大きいことが好ましい。 In the present invention, it is preferable that a thickness Tr of the holding portion corresponding to a penetration depth of the holding hole is larger than a depth Dg of the holding groove of the sleeve.
本発明において、軸線方向に沿った前記保持溝に対する前記ボールの最大接触角αは、前記リード溝のリード角βより大きいことが好ましい。 In the present invention, the maximum contact angle α of the ball with respect to the holding groove along the axial direction is preferably larger than the lead angle β of the lead groove.
本発明において、前記リードスクリューはn条(nは2以上の自然数)の前記リード溝を備え、前記保持部は前記n条のリード溝のそれぞれに対応して円周方向に配列されたn個の前記保持孔を備え、前記保持孔にそれぞれ保持されるn個の前記ボールは、前記n条のリード溝のそれぞれに嵌合するとともに、前記スリーブの前記単一の保持溝に共に嵌合することが好ましい。 In the present invention, the lead screw includes n lead grooves (n is a natural number of 2 or more), and the holding portions are n pieces arranged in a circumferential direction corresponding to each of the n lead grooves. The n number of balls respectively held in the holding holes are fitted in the lead grooves of the n strips, and are fitted together in the single holding groove of the sleeve. It is preferable.
本発明によれば、スリーブが保持体の保持部の外周面上に装着される。スリーブは、保持部には軸線方向に位置が拘束されない態様で装着されることにより、スリーブの周回状の保持溝が保持孔に保持されたボールと嵌合し、スリーブはボールによって位置決めされる。従って、保持孔の位置と、スリーブの保持溝の位置との間の精度の確保や位置決めが不要になり、両位置間の精度不足に起因する耐久性や動作精度の不良を回避できるという優れた効果を奏し得る。 According to the present invention, the sleeve is mounted on the outer peripheral surface of the holding portion of the holding body. The sleeve is mounted on the holding portion in such a manner that its position is not restrained in the axial direction, so that the circumferential holding groove of the sleeve is fitted to the ball held in the holding hole, and the sleeve is positioned by the ball. Therefore, it is not necessary to secure or position the accuracy between the position of the holding hole and the position of the holding groove of the sleeve, and it is possible to avoid the poor durability and operational accuracy due to the lack of accuracy between the two positions. Can have an effect.
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態の構成について詳細に説明する。最初に、図1乃至図3を参照して、本発明に係る第1実施形態を主体に説明するとともに、図4を参照して第2実施形態を説明し、図6を参照して第3実施形態を説明する。 Next, the configuration of the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, the first embodiment according to the present invention will be mainly described with reference to FIGS. 1 to 3, the second embodiment will be described with reference to FIG. 4, and the third embodiment will be described with reference to FIG. 6. An embodiment will be described.
第1実施形態のボールねじ1は、リードスクリュー10とナット20を有する。リードスクリュー10は、その外周面上に螺旋状のリード溝10a〜10dを備えている。図示例では4条のリード溝10a、10b、10c、10dを有するが、リード溝は1条のみであってもよい。ただし、リード溝が2条以上設けられることにより、ナット20の係合精度や動作精度を高めることができる。図中においてリード溝のリード角はβで示される。
The
ナット20は、保持体21、スリーブ22A,22B及びボール23を備えている。保持体21は、円筒状の保持部21Aと、この保持部21Aに対して軸線方向(リードスクリュー10の軸線10xの方向)及び半径方向(軸線10xと直交する動径方向)に突出した外部取付部となるフランジ部21Bとを有する。保持部21Aには、それぞれ半径方向に貫通した複数の保持孔21a,21bが形成され、それぞれの保持孔21a,21bには球状のボール23が転動可能に保持されている。
The
本実施形態では、第1の保持孔21aは円周方向(軸線10xの周りを周回する方向)に複数設けられている。図示例では、4つの第1の保持孔21aが、円周方向に等角度(90度)間隔で保持部21Aに設けられている。これらの複数の第1の保持孔21a(第1の孔列)にそれぞれ転動可能に保持された4つのボール23は、本実施形態の場合、上記4条のリード溝10a〜10dのそれぞれに一つずつ嵌合する。また、上記第1の保持孔21aに対して軸線方向の異なる位置に設けられた第2の保持孔21bも、円周方向に複数設けられている。図示例では、保持部21Aに4つの第2の保持孔21bが円周方向に等角度(90度)間隔で設けられている。本実施形態の場合、ボール23は、これらの複数の第2の保持孔21b(第2の孔列)にそれぞれ転動可能に保持され、上記4条のリード溝10a〜10dのそれぞれに一つずつ嵌合する。
In the present embodiment, a plurality of first holding
なお、図示例では、軸線方向に隣接する第1の保持孔21aと第2の保持孔21bは、相互に同じ角度位置に配置される。ただし、図4に示す第2実施形態の保持体21′(保持部21A′)のように、第1の保持孔21aと第2の保持孔21b′が相互に円周方向にずれた位置に配置されていてもよい。なお、この第2実施形態は、第1の保持孔21aと第2の保持孔21b′との相対的な円周方向の位置関係が異なるのみで、他の構成は第1実施形態と共通である。
In the illustrated example, the
フランジ部21Bは、外部取付部としての剛性を確保するために、軸線方向及び半径方向の厚み寸法は、上記保持部21Aの厚み寸法よりもいずれも大きい。このフランジ部21Bには貫通孔21cが形成され、貫通孔21cは、他の部材に取り付けるための取付手段として機能する。図示例では、4つの貫通孔21cが円周方向に等角度間隔で形成されている。なお、取付手段としては、貫通孔21cに限らず、ねじ穴、切り欠き、ボス等の各種の構造を用いることができる。
In order to ensure the rigidity of the
スリーブ22A,22Bは、上記保持部21Aの外周面上に装着される。本実施形態では、2つのスリーブ22Aと22Bが軸線方向に隣接して装着されている。
The
スリーブ22A,22Bは、それぞれ、上記保持部21Aの外周面形状(円筒面)に対応する円筒状に構成されている。スリーブ22A,22Bの内周面には、円周方向に周回する形状を備えた保持溝22a、22bが一つずつ形成されている。すなわち、第1のスリーブ22Aには単一の保持溝22aのみが形成され、第2のスリーブ22Bには単一の保持溝22bのみが形成される。これらの保持溝22a,22bは、溝形状を有している。ボール23の一部は、保持部21Aの保持孔21a,21bから外周側へ突出し、溝形状の保持溝22a,22bに嵌合する。保持溝22a,22bは円形溝であり、保持溝22a,22bの半径はボール23の半径に対応する。ただし、後述するように、保持溝は、上記の態様で配置されたボール23に嵌合可能な溝構造であれば、良い。例えば、図6に示す第3実施形態のスリーブ22A′に形成された保持溝22a′のように、V字形状を備えたV形溝であってもよい。
Each of the
スリーブ22A,22Bは、保持体21には軸線方向の位置が拘束されることなく、保持孔21a,21bにそれぞれ保持されたボール23と嵌合し、ボール23によって軸線方向に位置決めされる。したがって、保持孔21a,21bの軸線方向の位置と保持溝22a,22bの軸線方向の位置との相違は生じないから、当該相違に起因するボール23の異常摩耗も生じない。ここで、スリーブ22A,22Bが保持体21には軸線方向に位置が拘束されない態様で装着されるとは、ボール23を介在させない場合において、スリーブ22A,22Bが保持部21A上で軸線方向に移動自在となるように、スリーブ22A、22Bと保持体21の形状、寸法が設定されていることを意味する。また、本実施形態では、スリーブ22A,22Bの軸線方向の位置は、保持体21によって直接に位置決めされることはなく、その保持溝22a,22bがボール23と嵌合することによって位置決めされる。さらに、本実施形態では、スリーブ22Aと22Bとは相互に位置が拘束されず、つまり相互に干渉し合うことがない。スリーブ22Aと22Bは、それぞれ保持体21との間にボール23が介在することによって、結果として、保持体21とボール23を介してのみ相互に位置決めされる。ただし、円周方向に配列された状態に保持された複数のボール23の間に軸線方向の位置のばらつきがある場合(すなわち保持体21の保持孔21a,21bの位置に軸線方向のばらつきがある場合)には、これらの複数のボール23が単一の保持溝22a,22bに対して嵌合したときの円周方向に配列された各ボール23の間に動作態様の相違が生じ得るが、これは保持体21単独の問題に過ぎず、保持部21Aに形成する孔列の配列精度を高めることで回避できるし、摩耗の程度も大きくなく、しかも、後述するようにガタやバックラッシの低減にも役立つ。
The sleeves 22 </ b> A and 22 </ b> B are fitted to the
なお、保持部21A(保持孔21a,21b)とスリーブ22A,22Bの間の隙間寸法に関しては、隙間寸法がゼロではなく、若干の隙間を有する。従って、スリーブ22A,22Bは、ボール23との嵌合によって軸線方向と半径方向に位置決めされる。そして、ボールねじ1を作動させる際には、保持体21は、フランジ部21Bなどの外部取付部を介して外部の他の部材に取付けられるが、スリーブ22A,22Bは、上記のように保持体21の保持部21Aには軸線方向に位置が拘束されずに配置された状態で、ボール23にだけ嵌合し位置決めされる状態に維持される。
Note that the gap dimension between the holding
ここで、図示例では、保持部21Aが円筒状に形成されるとともにスリーブ22が円筒状に形成され、ボール23を保持する保持孔21a,21bの各孔列及びこれに対応する保持溝22a,22bが軸線10xと直交する平面(後述する仮想平面P)上に沿って形成されているため、スリーブ22は、軸線方向だけではなく、円周方向についても保持部21Aには位置が拘束されず、回転自在に装着されている。しかし、上記保持部21Aは筒状であればよく、例えば、保持部21Aの外周面が角筒状などの非円筒形状である場合には、スリーブ22A,22Bがこれと対応する非円筒形状であってもよい。この場合には、スリーブ22A,22Bは、上記保持部21Aには軸線方向に位置が拘束されない態様で装着されているが、円周方向(周回方向)には位置が拘束され、回転しない状態となる。
Here, in the illustrated example, the holding
本実施形態では、ボール23と、このボール23に対応する溝形状を備えたリード溝10a〜10dを有するリードスクリュー10と、ボール23に対応する溝形状を備えた周回状の保持溝22a,22bを有するスリーブ22A,22Bとを、それぞれ剛性の確保しやすい金属製とし、ボール23を転動可能に保持する保持孔21a,21bを有する保持体21を低い摩擦係数を備えた合成樹脂製としている。当該合成樹脂としては、例えば、ポリアセタール樹脂(POM)などが高い機械的強度、耐摩耗性、摺動性などを有することから好ましい。ただし、いずれの部材もこれらの金属や合成樹脂の材料に限定されるものではなく、用途などに対応する各種の要求特性に応じて、適宜の材料で構成することができる。
In the present embodiment, the
第1及び第2の実施形態では、図5に示すように、リードスクリュー10が周回方向Rに回転するときに生ずる駆動力Fがナット20を軸線方向に移動させる。このとき、保持体21の上記保持部21Aの厚みTrが、スリーブ22A,22Bの周回状の保持溝22a,22bの深さDgよりも大きく構成されることが好ましい。これは、ボール23を保持する保持部21Aの剛性を大きくし、保持孔21a,21bの位置精度を確保しやすくするためである。また、スリーブ22A,22Bのボール23に対する嵌合精度を確保しつつ、ボールねじ1の組立時におけるスリーブ22A,22Bの保持体21に対する装着性を容易にするためでもある。なお、スリーブ22A,22Bの装着作業は、例えば、リードスクリュー10が保持体21の少なくとも保持部21Aの内側には挿入されない状態で、保持孔21a,21b内にボール23を挿入配置した後に、スリーブ22A,22Bを保持部21Aの外周面上に軸線方向に組み込むようにして行う。その後、リードスクリュー10を、リード溝10a〜10dが上記ボール23に螺合するように、保持部21Aの内側に回転させながら挿入することによって、ボールねじ1の組立が完了する。
In the first and second embodiments, as shown in FIG. 5, the driving force F generated when the
さらに、本実施形態では、軸線10xと直交する仮想平面Pに対して軸線方向に沿った方向に測った、スリーブ22A,22Bの保持溝22a,22bの内面に対する最大接触角αが、リードスクリュー10のリード溝10a〜10dのリード角βより大きくなるように設定されている。ここで、上記最大接触角αは、上記仮想平面Pと直交する軸線方向に沿った平面(図5の紙面)上の、保持溝22a,22bの内面に対するボール23の中心の周りの接触可能な角度範囲を示す。これは、本実施形態では、上述の理由により、保持溝22a,22bの深さDgが保持部21Aの厚みTrより小さくなっているが、上記深さDgが小さすぎると、スリーブ22A,22Bとボール23との間の軸線方向の係合度合が弱くなって不具合が生ずるため、上記最大接触角αを或る程度の大きな値に保つことが好ましいからである。すなわち、スリーブ22A,22Bは、保持体21には軸線方向に位置が拘束されず、ボール23のみを介して軸線方向及び半径方向に位置が拘束されるように装着されているため、リードスクリュー10によるナット20の加減速時等においてスリーブ22A,22Bとボール23との間に力が加わると、スリーブ22A,22Bの弾性変形や振動によってボール23を保持するナット構造が不安定化したり、極端な場合には保持部21A上でスリーブ22A,22Bがボール23から外れたりする虞がある。このような事態が生ずると、スリーブ22A,22Bのボール23に対する半径方向の位置決め機能が低下したり失われたりするので、ボールねじの耐久性や動作精度に著しい影響を与える。そして、軸線方向の加減速度はリードスクリュー10のリード角βと正の相関を有するので、上記最大接触角αをリード角βより大きくすることで、ボールねじ1の性能を確保することが可能になる。
Further, in the present embodiment, the maximum contact angle α with respect to the inner surfaces of the holding
図6は、第3実施形態のスリーブ22A,22Bの保持溝22a,22bと、ボール23との嵌合構造を示す断面図である。この第3実施形態では、保持溝22a,22bの断面形状がV字状に構成された、V形溝となっている点で先の第1及び第2実施形態とは異なるが、他の構造は第1及び第2実施形態と共通である。この第3実施形態では、V形溝である保持溝22a,22bの内面に対してボール23が軸線方向前後の二点で接触するため、実効的な観点を重視すれば、保持溝22a′の深さDgは、図示のように二点接触した状態におけるボール23の保持溝22a′の内部に配置された部分の厚みと考えればよい。一方、ボール23の保持溝22a′に対する最大接触角αは、ボール23の中心点から上記接触点までの直線の上記仮想平面Pに対する軸線方向に沿った角度と考えればよい。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a fitting structure between the holding
本実施形態のボールねじ1では、図1に示すように、上記保持部21Aの外周面上において、第1のスリーブ22Aと第2のスリーブ22Bとが軸線方向に隣接して配置されている。スリーブ22A、22Bの軸方向長さは、保持部21Aの保持孔22a、22bのピッチよりも短いので、これら第1のスリーブ22Aと第2のスリーブ22Bは相互に隙間を介して隣接している。すなわち、第1のスリーブ22Aと第2のスリーブ22Bは、相互に当接することがないので、軸方向の位置を互いに干渉し合うことがない。また、第1のスリーブ22Aは、隣接するフランジ部21Bとの間にも隙間を有するので、フランジ部21Bによって軸方向に位置決めされることがない。なお、スリーブ22A、22Bはボール23によって軸方向に位置決めされ、ボール以外のものによって軸方向に位置決めされることはない。
In the
上記の構成によって、第1のスリーブ22Aは、保持溝22aとこれに対応するボール23との嵌合作用のみで上記保持部21A上で軸線方向及び半径方向に位置決めされ、第2のスリーブ22Bも、保持溝22bとこれに対応するボール23との嵌合作用のみで上記保持部21A上で軸線方向及び半径方向に位置決めされる。つまり、保持溝22aとこれに対応するボール23との嵌合作用によって、第1のスリーブ22Aは保持孔21aつまり保持部21Aに対して自動的に位置決めされる。同様に、保持溝22bとこれに対応するボール23との嵌合作用によって、第2のスリーブ22Bは保持孔21bつまり保持部21Aに対して自動的に位置決めされる。したがって、保持溝22aの軸方向位置と保持孔21aの軸方向位置とボール23の軸方向位置は、自動的に最適位置に位置決めされるので、これらの位置が軸方向に一致し、ボール23の摩擦の増大による耐久性や動作精度の低下を招く虞もない。
With the above configuration, the
本実施形態では、各スリーブ22に設けられた単一の保持溝22a,22bには、円周方向に配列された複数のボール23が嵌合する。これらの複数のボール23は、保持体21の保持部21Aに設けられた複数の保持孔21a、21bによって、位置決め保持されている。図示例では、4つのボール23が第1の孔列を構成する4つの第1の保持孔22aにそれぞれ保持される。同様に、4つのボール23が、第2の孔列を構成する4つの第2の保持孔22bにそれぞれ保持される。このように、各孔列に保持される複数のボール23が共通の保持溝22a,22bに嵌合することによって、円周方向の複数の保持孔22a,22bの間の軸線方向の位置やこれらに保持される複数のボール23の間の軸線方向の保持位置や形状のばらつきに起因する各部のガタやバックラッシが低減される。
In the present embodiment, a plurality of
本実施形態では、上記のように円周方向に配列される複数のボール23は、それぞれリード溝10a〜10dの一つずつに嵌合する。このように構成することによって、仮想平面Pに沿って円周方向に形成された周回状の保持溝22a,22bに複数のボール23が嵌合される。したがって、スリーブ22A,22Bの軸線方向及び半径方向の位置決め状態の安定性が確保される。また、ボールねじとしての運動変換機能の変換性能や変換精度が確保され、ナット構造がコンパクトに構成される。
In the present embodiment, the plurality of
保持部21Aにおいて、上記の第1の孔列と第2の孔列は、互いに軸線方向に異なる位置に設けられる。これらの各孔列に保持された複数のボール23の各組は、共通の単一の保持溝22a,22bにそれぞれ嵌合する。ここで、各スリーブ22A,22B自体はそれぞれ単一の保持溝22a,22bのみを有するとともに、上記各組の複数のボール23にのみ嵌合して位置決めされる。したがって、一つのスリーブ22A,22Bには単一の保持溝22a,22bが形成されるだけで足りる。さらに、この単一の保持溝の形状精度が確保されれば済む。一つのスリーブ22A,22Bに対して軸線方向に複数の保持溝を形成する場合には、複数の保持溝の軸線方向のピッチをリード溝10dのピッチに一致させる必要がある。これに対して、本発明においては、保持溝の間隔を設定する必要がないなど単一の保持溝22a,22bが一つのスリーブ22A,22Bに加工されるので、スリーブ22A,22Bに対する保持溝の加工が容易になるという利点が得られる。
In the holding
また、第1のスリーブ22Aと第2のスリーブ22Bが保持体21の保持部21Aに対して個々に独立して装着され、個々に対応する孔列に保持される複数のボール23に嵌合することで、上述のように対応する保持孔と保持溝との間の位置の僅かな相違に起因する摩擦増加を回避できるだけでなく、軸線方向の異なる位置に設けられた第1の保持孔21aと第2の保持孔21bの各孔列の間の寸法誤差や、各孔列に保持されるボール23の、第1の保持溝22aとリード溝10a〜10dに対する嵌合態様と、第2の保持溝22bとリード溝10a〜10dに対する嵌合態様との相違により、各所のガタが相互に補償され合うため、リードスクリュー10と保持体21との間のバックラッシが全体として軽減される。
Further, the
図7は、上記第1乃至第3実施形態のボールねじ1を用いた電動アクチュエータを示す縦断面図である。この電動アクチュエータは、モータ2と、リードスクリュー10と、このリードスクリュー10に螺合するナット20とを有する。リードスクリュー10は、軸継手3と、ベアリング4に軸支されたジョイントロッド5を介して、モータ2の出力軸2aに連結される。ナット20の保持体21のフランジ部21Bは、貫通孔21cに挿通させた固定ねじ6を用いて、ブッシュ7等の案内構造により案内される筒状の駆動軸8の基端に固定されている。駆動軸8は、上記リードスクリュー10の軸線方向にのみ移動可能に案内され、円周方向に回転しないように案内されるので、駆動軸8はボールねじ1によって軸線方向に駆動される。ここで、駆動軸8の軸孔の内面とスリーブ22A,22Bとは接触しないので、スリーブ22A,22Bは外部からの軸線方向及び半径方向の拘束力を受けない。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an electric actuator using the
第1実施形態のボールねじ1のリードを15mmに設定して、電動アクチュエータ内に組み込み、駆動軸8に間接的に錘0.5kgを搭載して、軸線方向を垂直方向に固定し、駆動軸8の移動ストロークを56mmとし、最高速度を180mm/s、最高加速度を約0.2G(2014mm/s2)となるようにコントローラによりモータ2を制御して、連続で500万回、往復動作させることができた。総移動距離は560kmとなった。このとき、各部の異常摩耗は観測されなかった。
The lead of the
また、上記と同じ電動アクチュエータの駆動軸8に間接的に錘1.5kgを搭載して、軸線方向を水平に固定し、駆動軸8の移動ストロークを56mmとし、最高速度を180mm/s、最高加速度を約0.2G(2014mm/s2)となるようにコントローラによりモータ2を制御して、連続で500万回、往復動作させることができた。総移動距離は560kmとなった。このとき、各部の異常摩耗は観測されなかった。
In addition, a weight of 1.5 kg is indirectly mounted on the
上記のように、本実施形態のボールねじ1は、500万回のテストにも充分に耐える耐久性を有することが確認された。また、駆動軸8の10リード(150mm)の移動時の移動距離の繰り返し精度を4昼夜連続で測定したところ、温度要因を除去した結果として、上記移動距離のばらつきの幅は5μm以内となり、平均で約3μmとなった。したがって、本実施形態のボールねじ1は、充分な動作精度を有することが確認された。
As described above, it was confirmed that the
尚、本発明のボールねじ用ナット及びボールねじは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記各実施形態では、リードスクリュー10に形成されたリード溝はR溝(円形溝)であるが、ボール23が嵌合する形状であれば、台形溝、V形溝などの適宜の溝形状を有するものであってもよい。また、上記実施形態のように4条のリード溝10a〜10dを有するものに限らず、2条以上であることが好ましいものの、1条以上の任意の数のリード溝を有するものであってもよい。さらに、保持溝22a,22bは、円周方向に周回する形状であればよく、図示例のように軸線10xと直交する仮想平面Pに完全に沿って形成されたものである必要はない。
In addition, the ball screw nut and the ball screw of the present invention are not limited to the above-described illustrated examples, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in each of the embodiments described above, the lead groove formed in the
1…ボールねじ、2…モータ、3…軸継手(カップリング)、4…ジョイントロッド、5…ベアリング、6…固定ねじ、7…ブッシュ、8…駆動軸、10…リードスクリュー、10a〜10d…リード溝、20…ナット、21…保持体、21A…保持部、21B…フランジ部、21a,21b…保持孔、21a…第1(の孔列)の保持孔、21b…第2(の孔列)の保持孔、22A…第1のスリーブ、22B…第2のスリーブ、22a、22b…保持溝、23…ボール
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記リード溝に嵌合するボールと、
該ボールを転動可能に保持する保持孔を備えた筒状の保持部を有する保持体と、
該保持体には軸線方向に位置が拘束されない態様で、前記保持部の外周面上に装着されるとともに、前記保持孔に保持される前記ボールが嵌合する単一の周回状の保持溝を有するスリーブと、を有し、
前記保持部は、軸線方向の互いに異なる位置に設けられた第1の前記保持孔と第2の前記保持孔を備え、
前記スリーブとして、前記第1の保持孔に保持された前記ボールに嵌合する前記保持溝を備えた第1のスリーブと、前記第2の保持孔に保持された前記ボールに嵌合する前記保持溝を備えた第2のスリーブとを具備し、
前記第1のスリーブと前記第2のスリーブは隙間を介して隣接し、
前記第1のスリーブと前記第2のスリーブは相互に位置が拘束されない状態で前記保持部に装着されていることを特徴とするボールねじ用ナット。 A nut for a ball screw attached to a lead screw having a spiral lead groove,
A ball that fits into the lead groove;
A holding body having a cylindrical holding portion having a holding hole for holding the ball in a rollable manner;
The holding body is mounted on the outer peripheral surface of the holding portion in a manner in which the position is not restrained in the axial direction, and has a single circular holding groove into which the ball held in the holding hole is fitted. A sleeve having
The holding portion includes the first holding hole and the second holding hole provided at different positions in the axial direction,
As the sleeve, a first sleeve having the holding groove that fits into the ball held in the first holding hole, and the holding that fits into the ball held in the second holding hole. A second sleeve with a groove,
The first sleeve and the second sleeve are adjacent to each other through a gap;
The ball screw nut, wherein the first sleeve and the second sleeve are attached to the holding portion in a state where the positions are not restrained from each other.
該孔列に属する複数の保持孔に保持された複数のボールが前記単一の保持溝に嵌合することを特徴とする請求項1に記載のボールねじ用ナット。 The holding portion includes a hole row in which a plurality of holding holes are arranged in a circumferential direction,
The ball screw nut according to claim 1, wherein a plurality of balls held in a plurality of holding holes belonging to the hole row are fitted in the single holding groove.
前記第1のスリーブは、前記第1の孔列に属する前記複数の保持孔に保持される前記ボールに嵌合する前記保持溝を有し、
前記第2のスリーブは、前記第2の孔列に属する前記複数の保持孔に保持される前記ボールに嵌合する前記保持溝を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のボールねじ用ナット。 The holding portion is provided as a first hole row composed of the plurality of holding holes arranged in the circumferential direction as the hole row, and at a position shifted in the axial direction with respect to the first hole row. And a second hole row comprising the plurality of holding holes arranged in the circumferential direction,
The first sleeve has the holding groove fitted to the ball held in the plurality of holding holes belonging to the first hole row,
The second sleeve has the holding groove that fits into the ball held in the plurality of holding holes belonging to the second hole row,
The ball screw nut according to claim 1.
軸線方向に沿った前記保持溝に対する前記ボールの最大接触角αは、前記リード溝のリード角βより大きいことを特徴とするボールねじ。 A ball screw comprising: the ball screw nut according to any one of claims 1 to 7; and a lead screw to which the ball screw nut is attached and having a lead groove into which the ball is fitted. And
A ball screw, wherein a maximum contact angle α of the ball with respect to the holding groove along the axial direction is larger than a lead angle β of the lead groove.
前記リードスクリューはn条(nは2以上の自然数)の前記リード溝を備え、
前記保持部は前記n条のリード溝のそれぞれに対応して円周方向に配列されたn個の前記保持孔を備え、
前記n個の保持孔にそれぞれ保持されるn個の前記ボールは、前記n条のリード溝のそれぞれに嵌合するとともに、前記スリーブの前記単一の保持溝に共に嵌合することを特徴とするボールねじ。 A ball screw comprising: the ball screw nut according to any one of claims 1 to 6; and a lead screw to which the ball screw nut is attached and having a lead groove into which the ball is fitted. And
The lead screw has n lead grooves (n is a natural number of 2 or more),
The holding portion includes n holding holes arranged in a circumferential direction corresponding to each of the n-shaped lead grooves,
The n number of balls respectively held in the n number of holding holes are fitted in each of the n number of lead grooves, and are fitted together in the single holding groove of the sleeve. Ball screw to play.
前記ボールねじ用ナットは、
前記リード溝に嵌合するボールと、
該ボールを転動可能に保持する保持孔を備えた筒状の保持部、及び、前記リードスクリューに対して軸線方向に相対的に移動可能な他の部材に取付固定された外部取付部を有する保持体と、
該保持体には軸線方向に位置が拘束されない態様で、前記保持部の外周面上に装着されるとともに、前記保持孔に保持される前記ボールが嵌合する単一の周回状の保持溝を有し、前記他の部材には拘束されないスリーブと、を含み、
前記保持部は、軸線方向の互いに異なる位置に設けられた第1の前記保持孔と第2の前記保持孔を備え、
前記スリーブとして、前記第1の保持孔に保持された前記ボールに嵌合する前記保持溝を備えた第1のスリーブと、前記第2の保持孔に保持された前記ボールに嵌合する前記保持溝を備えた第2のスリーブとを具備し、
前記第1のスリーブと前記第2のスリーブは隙間を介して隣接し、
前記第1のスリーブと前記第2のスリーブは相互に位置が拘束されない状態で前記保持部に装着されていることを特徴とするボールねじ。 A ball screw comprising a lead screw having a spiral lead groove, and a ball screw nut attached to the lead screw,
The nut for the ball screw is
A ball that fits into the lead groove;
A cylindrical holding portion having a holding hole for holding the ball in a rollable manner, and an external mounting portion fixedly attached to another member that is movable relative to the lead screw in the axial direction. Holding body,
The holding body is mounted on the outer peripheral surface of the holding portion in a manner in which the position is not restrained in the axial direction, and has a single circular holding groove into which the ball held in the holding hole is fitted. has, seen including a, a sleeve not being bound to the other member,
The holding portion includes the first holding hole and the second holding hole provided at different positions in the axial direction,
As the sleeve, a first sleeve having the holding groove that fits into the ball held in the first holding hole, and the holding that fits into the ball held in the second holding hole. A second sleeve with a groove,
The first sleeve and the second sleeve are adjacent to each other through a gap;
The ball screw, wherein the first sleeve and the second sleeve are attached to the holding portion in a state where the positions are not restrained from each other .
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