JPH04203550A - ボールねじ - Google Patents
ボールねじInfo
- Publication number
- JPH04203550A JPH04203550A JP33291190A JP33291190A JPH04203550A JP H04203550 A JPH04203550 A JP H04203550A JP 33291190 A JP33291190 A JP 33291190A JP 33291190 A JP33291190 A JP 33291190A JP H04203550 A JPH04203550 A JP H04203550A
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- JP
- Japan
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- ball
- radius
- ball screw
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- Prior art date
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- Pending
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- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
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- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
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- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、工作機械を初め、半導体製造装置、産業用ロ
ボット等の各種産業機器に用いられるボールねじに関す
る。
ボット等の各種産業機器に用いられるボールねじに関す
る。
［従来の技術］
ボールねじは、外周面に螺旋状の内側軌道面が形成され
たねじ軸に、内周面に螺旋状の外側軌道面が形成された
ナツトを複数のボールを介１７て螺合させた構成をもち
、ねじ軸の回転運動をナツトの軸方向の直線運動に変換
する機能をもつ。複数のボールは、内・外側軌道面間に
形成される螺旋状の循環路に配され、ねじ軸の回転に伴
って該循環路内を転動しながら循環する。
たねじ軸に、内周面に螺旋状の外側軌道面が形成された
ナツトを複数のボールを介１７て螺合させた構成をもち
、ねじ軸の回転運動をナツトの軸方向の直線運動に変換
する機能をもつ。複数のボールは、内・外側軌道面間に
形成される螺旋状の循環路に配され、ねじ軸の回転に伴
って該循環路内を転動しながら循環する。
近年、産業機器等に対する高速化の要求が顕著であり、
これに伴う伝導部の音響、発熱等の問題を解決すべく、
セラミック製ボールを使用したボールねじが用いられる
ようになってきた。この種のボールねじは、以下に示す
ような多くの利点を有する。
これに伴う伝導部の音響、発熱等の問題を解決すべく、
セラミック製ボールを使用したボールねじが用いられる
ようになってきた。この種のボールねじは、以下に示す
ような多くの利点を有する。
■ 高速回転になる程、音響値が鋼製ボールの場合に比
べて低くなる。
べて低くなる。
■ 発熱量が少ない。
■ 静剛性が弾性定数の違いから約１０％高くなる。
■ 予圧設定して使用する場合、同じ剛性を得るための
予圧設定値が小さくなるため、発熱量が小さくなる。
予圧設定値が小さくなるため、発熱量が小さくなる。
■ ボールの重量が軽減されるため、高速回転時、循環
路へのボールの衝突力が小さくなり、循環路の破損対策
が容易になる。
路へのボールの衝突力が小さくなり、循環路の破損対策
が容易になる。
［考案が解決しようとする課題］
上述したように、セラミック製ボールを使用することは
、高速化に伴う音響、発熱等の問題点を解決する上で極
めて有効な手段となるが、この種のボールねじは、一般
に、鋼製ボールを使用したボールねじに比べて寿命が短
いという問題点があった。
、高速化に伴う音響、発熱等の問題点を解決する上で極
めて有効な手段となるが、この種のボールねじは、一般
に、鋼製ボールを使用したボールねじに比べて寿命が短
いという問題点があった。
そこで本考案の目的は、セラミック製ボールを使用した
ボールねじの寿命を向上させることにある。
ボールねじの寿命を向上させることにある。
［課題を解決するための手段］
本考案では、内・外側軌道面の曲率半径とセラミック製
ボールの半径との比率が、鋼製ボールを使用した場合の
該比率よりも小さくなるようにした。
ボールの半径との比率が、鋼製ボールを使用した場合の
該比率よりも小さくなるようにした。
また、内・外側軌道面とセラミック製ボールとの接触面
に作用するヘルツ応力が、鋼製ボールを使用した場合の
該ヘルツ応力と同程度の値になるように内・外側軌道面
の曲率半径を設定した。
に作用するヘルツ応力が、鋼製ボールを使用した場合の
該ヘルツ応力と同程度の値になるように内・外側軌道面
の曲率半径を設定した。
［作用コ
ヘルツの弾性接触理論によれば、球面同士が接触する場
合、接触面の直径ｄは、荷重Ｐと等価半径ρが一定であ
れば、弾性定数Ｅとポアソン比νの関数になる（第３図
参照）。したがって、セラミック製ボールと軌道面との
接触面積は、同じ荷重Ｐ・等価半径ρの下では、鋼製ボ
ールの場合よりも小さくなり、その分接触面には高圧縮
応力が作用することになる。セラミック製ボールを使用
したボールねじの寿命が短くなるのは、この応力に起因
する部分が大であると考えられる。本考案は、この接触
面の応力を低減させることによって、所期の目的を達成
しようとするものであり、上記解決手段は応力の低減に
寄与するものである。すなわち、内・外側軌道面の曲率
半径とセラミック製ボールの半径との比率を、鋼製ボー
ルを使用した場合の該比率よりも小さくすることによっ
て、セラミック製ボールと軌道面との接触面積を鋼製ボ
ールと軌道面との接触面積に近づけ、これにより接触面
の応力を実質的に鋼製ボール程度まで低減させることが
できる。
合、接触面の直径ｄは、荷重Ｐと等価半径ρが一定であ
れば、弾性定数Ｅとポアソン比νの関数になる（第３図
参照）。したがって、セラミック製ボールと軌道面との
接触面積は、同じ荷重Ｐ・等価半径ρの下では、鋼製ボ
ールの場合よりも小さくなり、その分接触面には高圧縮
応力が作用することになる。セラミック製ボールを使用
したボールねじの寿命が短くなるのは、この応力に起因
する部分が大であると考えられる。本考案は、この接触
面の応力を低減させることによって、所期の目的を達成
しようとするものであり、上記解決手段は応力の低減に
寄与するものである。すなわち、内・外側軌道面の曲率
半径とセラミック製ボールの半径との比率を、鋼製ボー
ルを使用した場合の該比率よりも小さくすることによっ
て、セラミック製ボールと軌道面との接触面積を鋼製ボ
ールと軌道面との接触面積に近づけ、これにより接触面
の応力を実質的に鋼製ボール程度まで低減させることが
できる。
一般に、ボールねじの寿命は、接触面に作用するヘルツ
応力σの９乗に逆比例するといわれている。溝曲率ρと
荷重Ｐとの関係は、第４図に示す式により算出されるが
、この式より鋼製ボールの場合と同程度のヘルツ応力に
なるような軌道面の曲率半径を求めると、Ｒ＝αｒ（Ｒ
：軌道面の曲率半径、ｒ：ボールの半径、α：比率）に
おいてαが約１，０５になる。換言すれば、αが約１．
０５の時、理論上、セラミック製ボールを使用したボー
ルねじの寿命は鋼製ボールを使用したボールねじの寿命
と同程度になる。尚、従来のボールねじでは、α＝１．
１０前後に設定されているものが多い。
応力σの９乗に逆比例するといわれている。溝曲率ρと
荷重Ｐとの関係は、第４図に示す式により算出されるが
、この式より鋼製ボールの場合と同程度のヘルツ応力に
なるような軌道面の曲率半径を求めると、Ｒ＝αｒ（Ｒ
：軌道面の曲率半径、ｒ：ボールの半径、α：比率）に
おいてαが約１，０５になる。換言すれば、αが約１．
０５の時、理論上、セラミック製ボールを使用したボー
ルねじの寿命は鋼製ボールを使用したボールねじの寿命
と同程度になる。尚、従来のボールねじでは、α＝１．
１０前後に設定されているものが多い。
［実施例コ
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
第１図は、リターンチューブ式ボールねじの一般的構成
を示す。このボールねじは、外周面に螺旋状の内側軌道
面１ａが形成されたねじ軸１、内周面に螺旋状の外側軌
道面２ａが形成されたナツト２、内・外側軌道面１ａ
・２ａ間に形成される螺旋状の循環路に配された複数
のボール３で構成される。ねじ軸１が回転すると、ボー
ル３を介してねじ軸１に螺合したナツト２が軸方向に移
動する。このときボール３は、循環路をねじ軸１の回転
方向に進み、循環路の先端まで進むと、リターンチュー
ブ２ｂを通って再び循環路の後端まで戻る。
を示す。このボールねじは、外周面に螺旋状の内側軌道
面１ａが形成されたねじ軸１、内周面に螺旋状の外側軌
道面２ａが形成されたナツト２、内・外側軌道面１ａ
・２ａ間に形成される螺旋状の循環路に配された複数
のボール３で構成される。ねじ軸１が回転すると、ボー
ル３を介してねじ軸１に螺合したナツト２が軸方向に移
動する。このときボール３は、循環路をねじ軸１の回転
方向に進み、循環路の先端まで進むと、リターンチュー
ブ２ｂを通って再び循環路の後端まで戻る。
本実施例のボールねじは、第１図に示すボールねじにお
いて、ボール３をセラミック製にすると共に、第２Ａ図
に示すように、内・外側軌道面１ａ・２ａの曲率半径Ｒ
とボール３の半径ｒとの比率αが１．０５になるように
設定したものである。このように内・外側軌道面１ａ・
２ａの曲率半径Ｒを設定することにより、上述１７たよ
うに、ボルル３と内・外側軌道面１ａ ・２ａとの接
触面におけるヘルツ応力が鋼製ボールの場合と同程度に
なるため、本実施例のボールねじの寿命は、理論上、鋼
製ボールを使用したボールねじの寿命と同程度にまで向
上する。尚、αの値は理論値を基に、最適な寿命が得ら
れる値を実験により求める。製作上の問題を考慮すると
、αの下限値は１．０３程度と考えられるから、αの値
は１．０３〜１．１ａ程度になる。
いて、ボール３をセラミック製にすると共に、第２Ａ図
に示すように、内・外側軌道面１ａ・２ａの曲率半径Ｒ
とボール３の半径ｒとの比率αが１．０５になるように
設定したものである。このように内・外側軌道面１ａ・
２ａの曲率半径Ｒを設定することにより、上述１７たよ
うに、ボルル３と内・外側軌道面１ａ ・２ａとの接
触面におけるヘルツ応力が鋼製ボールの場合と同程度に
なるため、本実施例のボールねじの寿命は、理論上、鋼
製ボールを使用したボールねじの寿命と同程度にまで向
上する。尚、αの値は理論値を基に、最適な寿命が得ら
れる値を実験により求める。製作上の問題を考慮すると
、αの下限値は１．０３程度と考えられるから、αの値
は１．０３〜１．１ａ程度になる。
尚、第２Ａ図には、内・外側軌道面１ａ・２ａの形状を
ゴシックア〜り形状にしたものを示したが、第２Ｂ図に
示すようなサーキュラ−アーク形状の場合でも同様の効
果が得られる。
ゴシックア〜り形状にしたものを示したが、第２Ｂ図に
示すようなサーキュラ−アーク形状の場合でも同様の効
果が得られる。
［発明の効果］
本発明によれば、セラミック製ボールと軌道面との接触
面積が増加し、接触面に作用する応力が低減されるため
、セラミック製ボールを使用したボールねじの寿命を鋼
製ボールを使用したボールねじの寿命と同程度まで向上
させることができる。
面積が増加し、接触面に作用する応力が低減されるため
、セラミック製ボールを使用したボールねじの寿命を鋼
製ボールを使用したボールねじの寿命と同程度まで向上
させることができる。
第】図はボールねじの一般的構成を示す斜視図、第２Ａ
図、第２Ｂ図は軌道面の形状を示す断面図、 第３図、第４図は軌道面とボールとの接触状態を示す図
である。 １：ねじ軸 ２ニナ・ソト １ａ：内側軌道面 ２ａ、外側軌道面３：ボール Ｒ：軌道面の曲率半径 ｒ：ボールの半径σ：ヘルツ応
力 特 許 出 願 人 工ヌティエヌ株式会社代
理 人 江 原 省 吾
「゛・二 第１図 ｂ 第２ＡＳ 第２Ｂ図 第８図 第４図
図、第２Ｂ図は軌道面の形状を示す断面図、 第３図、第４図は軌道面とボールとの接触状態を示す図
である。 １：ねじ軸 ２ニナ・ソト １ａ：内側軌道面 ２ａ、外側軌道面３：ボール Ｒ：軌道面の曲率半径 ｒ：ボールの半径σ：ヘルツ応
力 特 許 出 願 人 工ヌティエヌ株式会社代
理 人 江 原 省 吾
「゛・二 第１図 ｂ 第２ＡＳ 第２Ｂ図 第８図 第４図
Claims (2)
- （１）外周面に螺旋状の内側軌道面が形成されたねじ軸
と、内周面に螺旋状の外側軌道面が形成されたナットと
、内・外側軌道面間に介在する複数のセラミック製ボー
ルとで構成されたボールねじにおいて、上記内・外側軌
道面の曲率半径と上記ボールの半径との比率が、鋼製ボ
ールを使用した場合の該比率よりも小さくなるようにし
たことを特徴とするボールねじ。 - （２）内・外側軌道面とセラミック製ボールとの接触面
に作用するヘルツ応力が、鋼製ボールを使用した場合の
該ヘルツ応力と同程度の値になるように内・外側軌道面
の曲率半径を設定したことを特徴とする請求項１のボー
ルねじ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33291190A JPH04203550A (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | ボールねじ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33291190A JPH04203550A (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | ボールねじ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04203550A true JPH04203550A (ja) | 1992-07-24 |
Family
ID=18260183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33291190A Pending JPH04203550A (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | ボールねじ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04203550A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07158715A (ja) * | 1993-12-10 | 1995-06-20 | Nippon Seiko Kk | ボールねじのボール溝形状 |
| JP2005133799A (ja) * | 2003-10-29 | 2005-05-26 | Nsk Ltd | ボールねじ装置 |
| US7281604B2 (en) | 2003-03-17 | 2007-10-16 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Electric power steering apparatus |
-
1990
- 1990-11-28 JP JP33291190A patent/JPH04203550A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07158715A (ja) * | 1993-12-10 | 1995-06-20 | Nippon Seiko Kk | ボールねじのボール溝形状 |
| US6792822B2 (en) | 1993-12-10 | 2004-09-21 | Nsk Ltd, | Ball groove profile of ball screw |
| US7281604B2 (en) | 2003-03-17 | 2007-10-16 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Electric power steering apparatus |
| JP2005133799A (ja) * | 2003-10-29 | 2005-05-26 | Nsk Ltd | ボールねじ装置 |
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