JP2005344831A - Actuator using ball screw - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator using a ball screw in which high thrust can be obtained in both normal/reverse operations of a ball screw so as to materialize long service life. <P>SOLUTION: An actuator using a ball screw provides forward/backward movement of advancing/retracting members by a ball screw 2. The number of ball circulation rows of a nut 4 in the ball screw 2 are set to be three or more. The relationship between the ball diameter D' of the ball circulation row on the outermost side in both sides of arrangement of the ball circulation row and the ball diameter D of the ball circulation row on the inside is set to satisfy the equation of 0<D-D'<ΔL×(S/L), where L is a distance between the ball circulation rows on the outermost side, ΔL is a distance between the ball circulation row on the outermost side and the ball circulation row on the inside adjacent thereto, and S is a radial clearance between ball screws. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、一般工作機や自動車等に用いられるボールねじ使用アクチュエータに関する。   The present invention relates to a ball screw actuator used in general machine tools, automobiles, and the like.

一般工作機や自動車に用いられるボールねじ使用アクチュエータにおいては、ボールねじの効率を向上させるなどして、アクチュエータの推力向上を図る必要がある。推力が十分な場合でも、高推力なアクチュエータを使用すれば、モータの消費電力を低減したり、モータを小型化したりすることができる。
ボールねじの効率を向上させる手段として、ねじ溝の接触角をねじ軸とナットとで差を付けるようにしたものが提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００３−１７２４２５号公報 In an actuator using a ball screw used for a general machine tool or an automobile, it is necessary to improve the thrust of the actuator by improving the efficiency of the ball screw. Even when the thrust is sufficient, if a high thrust actuator is used, the power consumption of the motor can be reduced or the motor can be downsized.
As means for improving the efficiency of the ball screw, there has been proposed one in which the contact angle of the screw groove is made to differ between the screw shaft and the nut (for example, Patent Document 1).
JP 2003-172425 A

上記特許文献１の発明は、ねじ溝の接触角をねじ軸とナットとで故意に差を付けるようにしたものであるが、この構成では、ボールねじの作動方向によらずに効率を向上させることはできない。
例えば、通常のねじ溝接触角４５°に対して、ねじ軸の接触角を大きくするか、またはナットの接触角を小さくした場合、ボールねじが正作動（ねじ軸またはナットの回転運動を軸方向運動に変換）するときの効率を向上させることができる。しかし、逆作動（ねじ軸またはナットの軸方向運動を回転運動に変換）するときの効率は低下してしまう。
これとは逆に、通常の接触角４５°に対して、ねじ軸の接触角を小さくするか、またはナットの接触角を大きくした場合は、ボールねじが逆作動するときの効率を向上させることができるが、正作動するときの効率は低下してしまう。つまり、正作動および逆作動のうち、どちらか一方の作動時の効率しか向上させることができないという問題が有る。 In the invention of Patent Document 1, the contact angle of the thread groove is intentionally made to differ between the screw shaft and the nut. With this configuration, the efficiency is improved regardless of the operation direction of the ball screw. It is not possible.
For example, when the contact angle of the screw shaft is increased or the contact angle of the nut is decreased relative to the normal thread groove contact angle of 45 °, the ball screw operates normally (the rotational movement of the screw shaft or nut is changed in the axial direction). The efficiency when converting to motion) can be improved. However, the efficiency at the time of reverse operation (converting the axial movement of the screw shaft or nut into rotational movement) is reduced.
On the contrary, when the contact angle of the screw shaft is reduced or the contact angle of the nut is increased with respect to the normal contact angle of 45 °, the efficiency when the ball screw is operated in reverse is improved. However, the efficiency during normal operation is reduced. That is, there is a problem that only the efficiency at the time of either one of the normal operation and the reverse operation can be improved.

この発明の目的は、ボールねじの正・逆両作動方向で高推力を得ることができ、長寿命化が可能なボールねじ使用アクチュエータを提供することである。   An object of the present invention is to provide an actuator using a ball screw that can obtain a high thrust in both the forward and reverse operating directions of the ball screw and can extend its life.

この発明のボールねじ使用アクチュエータは、進退部材の進退動作をボールねじで与えるボールねじ使用アクチュエータにおいて、前記ボールねじのナットのボール循環列数が３列以上であって、このボール循環列の並びの両側における最外側のボール循環列のボール径寸法Ｄ’を、内側のボール循環列のボール径寸法Ｄよりも小径としたものである。
この構成によると、ボールねじが３列以上のボール循環列を有し、ナットにおける最外側のボール循環列のボール径寸法Ｄ’を、内側のボール循環列のボール径寸法Ｄに比較して小さくしているので、ボールねじのラジアル隙間Ｓを増加させることなく、ナットの許容傾斜角を大きくしてアクチュエータの推力を向上させることができる。これにより、アクチュエータ構成部材およびボールねじの短寿命化を回避しつつ、ボールねじの正逆両作動方向において高推力の得られるアクチュエータとすることができる。 The ball screw actuator of the present invention is a ball screw actuator in which the advancing / retreating operation of the advancing / retreating member is given by a ball screw, and the number of ball circulation rows of the nut of the ball screw is three or more. The ball diameter dimension D ′ of the outermost ball circulation row on both sides is smaller than the ball diameter dimension D of the inner ball circulation row.
According to this configuration, the ball screw has three or more ball circulation rows, and the ball diameter dimension D ′ of the outermost ball circulation row in the nut is smaller than the ball diameter dimension D of the inner ball circulation row. Therefore, the thrust of the actuator can be improved by increasing the allowable tilt angle of the nut without increasing the radial clearance S of the ball screw. Thereby, it can be set as the actuator from which high thrust is obtained in both the normal / reverse operation direction of a ball screw, avoiding shortening of an actuator constituent member and a ball screw.

この発明における他のボールねじ使用アクチュエータは、進退部材の進退動作をボールねじで与えるボールねじ使用アクチュエータにおいて、前記ボールねじのナットのボール循環列数が３列以上であって、このボール循環列の並びの両側における最外側のボール循環列のボール径寸法Ｄ’と、内側のボール循環列のボール径寸法Ｄとの関係が、次式、
０＜Ｄ−Ｄ’＜ΔＬ×（Ｓ／Ｌ）
Ｌ：最外側のボール循環列の間の距離、
ΔＬ：最外側のボール循環列とこの列に隣接する内側のボール循環列との距離、
Ｓ：ボールねじのラジアル隙間
を満たすことを特徴とする。 Another ball screw actuator according to the present invention is an actuator using a ball screw that gives the advancing / retreating operation of the advancing / retreating member with a ball screw, wherein the number of ball circulation rows of the nut of the ball screw is three or more, The relationship between the ball diameter dimension D ′ of the outermost ball circulation row on both sides of the array and the ball diameter dimension D of the inner ball circulation row is expressed by the following equation:
0 <D−D ′ <ΔL × (S / L)
L: distance between outermost ball circulation rows,
ΔL: distance between the outermost ball circulation row and the inner ball circulation row adjacent to this row,
S: The radial clearance of the ball screw is filled.

この構成によると、上記と同様に、ボールねじが３列以上のボール循環列を有し、ナットにおける最外側のボール循環列のボール径寸法Ｄ’を、内側のボール循環列のボール径寸法Ｄに比較して小さくしているので、ボールねじのラジアル隙間Ｓを増加させることなく、ナットの許容傾斜角を大きくしてアクチュエータの推力を向上させることができる。 最外側のボール循環列のボール径寸法Ｄ’を、内側のボール循環列のボール径寸法Ｄに比較して小さくするについて、小さくし過ぎると、内側のボール循環列のボールのみで負荷を受け、最外側のボール循環列のボールはねじ溝と接触しないことになり、負荷ボール数減少による定格荷重の低下を招く。そこで、Ｄ−Ｄ’＜ΔＬ×（Ｓ／Ｌ）としており、この式を満たす範囲でボール径寸法Ｄ’を決定することにより、ボールねじの定格寿命の低下を回避したアクチュエータの推力向上が得られる。   According to this configuration, as described above, the ball screw has three or more ball circulation rows, and the ball diameter dimension D ′ of the outermost ball circulation row in the nut is changed to the ball diameter size D of the inner ball circulation row. Therefore, without increasing the radial clearance S of the ball screw, the allowable inclination angle of the nut can be increased and the thrust of the actuator can be improved. When the ball diameter dimension D ′ of the outermost ball circulation row is made smaller than the ball diameter dimension D of the inner ball circulation row, if it is too small, only the balls in the inner ball circulation row are subjected to a load. The balls in the outermost ball circulation row do not come into contact with the thread grooves, resulting in a decrease in the rated load due to a decrease in the number of loaded balls. Therefore, DD ′ <ΔL × (S / L) is set, and by determining the ball diameter D ′ within a range that satisfies this equation, the thrust of the actuator can be improved while avoiding a decrease in the rated life of the ball screw. It is done.

前記ボールねじは、前記ボール潤滑列を構成する循環部材に駒部材を用いたものであっても良い。循環部材が駒部材であると、１列毎に独立したボール潤滑列を構成し易い。そのため、最外側のボール循環列のボール径寸法Ｄ’と内側のボール循環列のボール径寸法Ｄとを変える構成が容易に実現できる。   The ball screw may be one in which a piece member is used as a circulation member constituting the ball lubrication row. When the circulating member is a piece member, it is easy to form an independent ball lubrication row for each row. Therefore, a configuration in which the ball diameter dimension D ′ of the outermost ball circulation row and the ball diameter dimension D of the inner ball circulation row are changed can be easily realized.

この発明において、前記ボールねじが、ねじ軸を回転駆動してナットを進退させるものであり、このナットの進退運動を、シャフトの正逆回動に変換するリンク機構を備えたものであっても良い。
ナットの進退運動をシャフトの正逆回動に変換するリンク機構を備えたボールねじ使用アクチュエータにおいては、ボールねじの正・逆両作動方向で高推力を得ること、および長寿命化が強く要望されるものがある。この発明のアクチュエータおける上記構成を持つボールねじを使用することで、このような正・逆両作動方向で高推力，長寿命化の要望を満足することができる。 In the present invention, the ball screw is configured to drive the screw shaft to move the nut forward and backward, and to include a link mechanism that converts the forward and backward movement of the nut into forward and reverse rotation of the shaft. good.
For ball screw actuators that have a link mechanism that converts the forward / backward movement of the nut into the forward / reverse rotation of the shaft, there is a strong demand for high thrust in both the forward and reverse operating directions of the ball screw and a longer life There is something. By using the ball screw having the above configuration in the actuator of the present invention, it is possible to satisfy the demand for high thrust and long life in both the forward and reverse operating directions.

この発明のボールねじ使用アクチュエータは、進退部材の進退動作をボールねじで与えるボールねじ使用アクチュエータにおいて、前記ボールねじのナットのボール循環列数が３列以上であって、このボール循環列の並びの両側における最外側のボール循環列のボール径寸法Ｄ’を内側のボール循環列のボール径寸法Ｄよりも小径としたものであるため、ボールねじの正・逆両作動で高推力を得ることができ、長寿命化も可能となる。
特に次式、
０＜Ｄ−Ｄ’＜ΔＬ×（Ｓ／Ｌ）
Ｌ：最外側のボール循環列の間の距離、
ΔＬ：最外側のボール循環列とこの列に隣接する内側のボール循環列との距離、
Ｓ：ボールねじのラジアル隙間
を満たすものとした場合は、長寿命化においても優れたものとなる。 The ball screw actuator of the present invention is a ball screw actuator in which the advancing / retreating operation of the advancing / retreating member is given by a ball screw. Since the ball diameter dimension D ′ of the outermost ball circulation train on both sides is smaller than the ball diameter dimension D of the inner ball circulation train, high thrust can be obtained by both forward and reverse operation of the ball screw. It is possible to extend the service life.
In particular,
0 <D−D ′ <ΔL × (S / L)
L: distance between outermost ball circulation rows,
ΔL: distance between the outermost ball circulation row and the inner ball circulation row adjacent to this row,
S: When the radial clearance of the ball screw is satisfied, it is excellent in extending the life.

この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。図１（Ａ），（Ｂ）は、この実施形態にかかるボールねじ使用アクチュエータの部分破断正面図および部分破断平面図を示す。このアクチュエータは、駆動源であるＤＣモータ１と、ＤＣモータ１の回転を進退運動に変換するボールねじ２と、その進退運動を駆動軸１６の正逆回動に変換するリンク機構１３とを備える。ボールねじ２は円筒状のハウジング１７内に設置されている。ＤＣモータ１は、その出力軸１ａがハウジング１７と同心位置でハウジング１７内に突入するように、ハウジング１７の一端部に設置されている。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 1A and 1B show a partially broken front view and a partially broken plan view of a ball screw actuator according to this embodiment. This actuator includes a DC motor 1 that is a drive source, a ball screw 2 that converts the rotation of the DC motor 1 into a forward / backward movement, and a link mechanism 13 that converts the forward / backward movement into forward / reverse rotation of the drive shaft 16. . The ball screw 2 is installed in a cylindrical housing 17. The DC motor 1 is installed at one end of the housing 17 so that the output shaft 1 a enters the housing 17 at a position concentric with the housing 17.

ボールねじ２のねじ軸３は、前記ハウジング１７内にこれと同心状に配置され、ハウジング１７の内周に軸受１９，２０を介して両端が回転自在に支持されている。ボールねじ２は、前記ねじ軸３と、このねじ軸３の外周に遊嵌するナット４と、例えば図２に示すようにねじ軸３の外周に設けられたねじ溝６およびナット４の内周に設けられたねじ溝７の間に介在させたボール５と、ねじ溝６，７間に介在させたボール５を循環させる循環路８を備える。   The screw shaft 3 of the ball screw 2 is disposed concentrically with the housing 17, and both ends thereof are rotatably supported on the inner periphery of the housing 17 through bearings 19 and 20. The ball screw 2 includes the screw shaft 3, a nut 4 that is loosely fitted on the outer periphery of the screw shaft 3, and a screw groove 6 provided on the outer periphery of the screw shaft 3 as shown in FIG. 2 and an inner periphery of the nut 4. And a circulation path 8 for circulating the ball 5 interposed between the screw grooves 7 and the ball 5 interposed between the screw grooves 6 and 7.

前記循環路８は、ねじ溝６，７間で形成されるボール転走路９を、その両端を連結してボール循環列１０とするものであり、駒部材１１を循環部材として構成される。なお、循環形式は、駒部材１１を用いたものに限らず、図３のようにナット４に設けたリターンチューブ１２を循環部材として用いて前記循環路８を構成しても良い。この他に、ガイドプレートやエンドキャップを用いて前記循環路８を構成しても良い。ただし、ナット４の両側における最外側のボール循環列１０については、後述のように異なるボール径のボール５を用いるため、他のボール循環列とは独立したものとする必要がある。   The circulation path 8 is configured such that a ball rolling path 9 formed between the thread grooves 6 and 7 is connected to both ends to form a ball circulation row 10, and the piece member 11 is configured as a circulation member. The circulation form is not limited to the one using the piece member 11, and the circulation path 8 may be configured using the return tube 12 provided on the nut 4 as a circulation member as shown in FIG. 3. In addition, the circulation path 8 may be configured using a guide plate or an end cap. However, since the outermost ball circulation rows 10 on both sides of the nut 4 use balls 5 having different ball diameters as described later, it is necessary to be independent of other ball circulation rows.

ボールねじ２のナット４のボール循環列数は３列以上とされ、このボール循環列１０の並びの両側における最外側のボール循環列１０のボール径寸法Ｄ’と、内側のボール循環列１０のボール径寸法Ｄとの関係が、次式、
０＜Ｄ−Ｄ’＜ΔＬ（Ｓ／Ｌ）……（１）
ただし、
Ｌ：最外側のボール循環列の間の距離、
ΔＬ：最外側のボール循環列とこの列に隣接する内側のボール循環列との距離、
Ｓ：ボールねじのラジアル隙間
を満たすように設定されている。 The number of ball circulation rows of the nuts 4 of the ball screw 2 is three or more. The ball diameter dimension D ′ of the outermost ball circulation row 10 on both sides of the row of the ball circulation rows 10 and the inner ball circulation row 10 The relationship with the ball diameter dimension D is
0 <D−D ′ <ΔL (S / L) (1)
However,
L: distance between outermost ball circulation rows,
ΔL: distance between the outermost ball circulation row and the inner ball circulation row adjacent to this row,
S: It is set to satisfy the radial clearance of the ball screw.

前記ＤＣモータ１の出力軸１ａとこれに対向するねじ軸３とは、カップリング１８で連結されている。前記駆動シャフト１６は、ねじ軸３の軸方向に対して直交する方向に向けてハウジング１７の上位置に配置されて、その両端がブッシュ２１により回転自在に支持されている。前記リンク機構１３は、ナット４の外周から側方に向けて突出する係合ピン１４と、前記駆動シャフト１６に設けられハウジング１７の上部開口１７ａよりハウジング１７内に延びるアーム１５とからなり、アーム１５の先端のフォーク部１５ａが前記係合ピン１４に係合している。   The output shaft 1a of the DC motor 1 and the screw shaft 3 facing the output shaft 1a are connected by a coupling 18. The drive shaft 16 is disposed at an upper position of the housing 17 in a direction orthogonal to the axial direction of the screw shaft 3, and both ends thereof are rotatably supported by the bushes 21. The link mechanism 13 includes an engagement pin 14 projecting sideways from the outer periphery of the nut 4, and an arm 15 provided on the drive shaft 16 and extending into the housing 17 from an upper opening 17 a of the housing 17. A fork 15 a at the tip of 15 is engaged with the engagement pin 14.

上記構成のボールねじ使用アクチュエータの作用を説明する。ＤＣモータ１でボールねじ２のねじ軸３が正逆に回転駆動されると、その正逆回転でナット４が進退動作し、この進退動作でリンク機構１３のアーム１３が揺動して、駆動シャフト１６が正逆に回動駆動される。   The operation of the ball screw actuator having the above configuration will be described. When the screw shaft 3 of the ball screw 2 is rotated forward and backward by the DC motor 1, the nut 4 moves forward and backward by the forward and reverse rotation, and the arm 13 of the link mechanism 13 swings by this forward and backward operation. The shaft 16 is driven to rotate forward and backward.

この種のアクチュエータにおいて、コスト低減のために内部構成部材の加工精度を落としたり、組立後のガタを大きくしたりした場合は、ボールねじ２のねじ軸３と駆動シャフト１６の直角度が悪くなる。このような状況下では、ボールねじ２のナット４の許容傾斜角が小さいと駆動シャフト１６がこじられることになり、駆動シャフト支持部の摺動部（こではブッシュ２１）に大きな摩擦損失が発生して、アクチュエータの推力が低下してしまい、アクチュエータ構成部材の短寿命化も招く。さらに、ボールねじ２にはモーメント荷重が負荷されるため、内部負荷分布が不均一になり、ボールねじ２の短寿命化の問題も生じる。
このような問題に対する最も簡単な解決手段は、ボールねじ２の内部隙間（ラジアル隙間Ｓ）を大きくすることでナット４の許容傾斜角を大きくして、アクチュエータの推力低下を回避することである。しかし、そのようにした場合は、モーメント荷重による内部負荷分布の不均一がさらに増大して、ボールねじ２の短寿命化がより一層深刻になるばかりでなく、荷重負荷時のボール５とねじ溝６，７の接触点が溝肩側に偏ることで接触楕円の溝肩乗り上げと接触面圧増加の問題が発生する。さらには、アクチュエータの軸方向ガタ量が増加して、異音・振動が発生するという懸念もある。 In this type of actuator, if the processing accuracy of the internal components is reduced or the backlash after assembly is increased for cost reduction, the perpendicularity between the screw shaft 3 of the ball screw 2 and the drive shaft 16 is deteriorated. . Under such circumstances, when the allowable inclination angle of the nut 4 of the ball screw 2 is small, the drive shaft 16 is twisted, and a large friction loss is generated in the sliding portion (here, the bush 21) of the drive shaft support portion. As a result, the thrust of the actuator is reduced, and the life of the actuator constituent member is shortened. Furthermore, since a moment load is applied to the ball screw 2, the internal load distribution becomes non-uniform and the problem of shortening the life of the ball screw 2 also arises.
The simplest solution to such a problem is to increase the allowable inclination angle of the nut 4 by increasing the internal clearance (radial clearance S) of the ball screw 2 and to avoid a reduction in thrust of the actuator. However, in such a case, the non-uniformity of the internal load distribution due to the moment load is further increased, and not only the shortening of the life of the ball screw 2 becomes more serious, but also the ball 5 and the screw groove at the time of load application. Since the contact points 6 and 7 are biased toward the groove shoulder side, there arises a problem that the contact ellipse rises and the contact surface pressure increases. Furthermore, there is a concern that the amount of backlash in the axial direction of the actuator will increase, causing abnormal noise and vibration.

しかし、この実施形態のボールねじ使用アクチュエータによると、ボールねじ２が３列以上のボール循環列１０を有するものとすると共に、（１）式に示すように、ナット４における最外側のボール循環列１０のボール径寸法Ｄ’を、内側のボール循環列１０のボール径寸法Ｄに比較して小さくしているので、ボールねじ２の内部隙間（ラジアル隙間Ｓ）を増加させることなく、ナット４の許容傾斜角を大きくしてアクチュエータの推力を向上させることができる。これにより、ボールねじ２の正逆両作動方向において高推力の得られるアクチュエータとすることができる。   However, according to the ball screw actuator of this embodiment, the ball screw 2 has three or more ball circulation rows 10 and the outermost ball circulation row in the nut 4 as shown in the equation (1). Since the ball diameter dimension D ′ of 10 is smaller than the ball diameter dimension D of the inner ball circulation row 10, the nut 4 can be adjusted without increasing the internal clearance (radial clearance S) of the ball screw 2. The allowable tilt angle can be increased to improve the thrust of the actuator. Thereby, it can be set as the actuator from which high thrust is acquired in the forward / reverse operation direction of the ball screw 2.

ナット４における最外側のボール循環列１０のボール径寸法Ｄ’を、内側のボール循環列１０のボール径寸法Ｄに比較して小さくする場合に、限度を超えて小さくしすぎると、内側のボール循環列１０のボール５のみで負荷を受け、最外側のボール循環列１０のボール５はねじ溝６，７と接触しないことになり、負荷ボール数減少による定格荷重の低下を招く。これにつき、上記（１）式を満たすようにナット４における最外側のボール循環列１０のボール径寸法Ｄ’を決定することにより、ボールねじ２の定格寿命の低下を回避しつつアクチュエータの推力向上が可能となる。   If the ball diameter dimension D ′ of the outermost ball circulation row 10 in the nut 4 is made smaller than the ball diameter dimension D of the inner ball circulation row 10, if the ball diameter dimension D ′ is too small beyond the limit, the inner ball A load is received only by the balls 5 in the circulation row 10, and the balls 5 in the outermost ball circulation row 10 do not come into contact with the thread grooves 6 and 7, resulting in a decrease in the rated load due to a reduction in the number of loaded balls. Accordingly, by determining the ball diameter dimension D ′ of the outermost ball circulation row 10 in the nut 4 so as to satisfy the above expression (1), the thrust of the actuator can be improved while avoiding a decrease in the rated life of the ball screw 2. Is possible.

ここで、上記（１）式について、さらに詳細に説明する。
ナット４における最外側のボール循環列１０のボール径寸法Ｄ’は、内側のボール循環列１０のボール径寸法Ｄより小さくする必要があるため、Ｄ−Ｄ’は零以上でなければならない。
また、ナット４が傾斜した場合のボール５とねじ溝６，７の接触について考察すると、ラジアル隙間をＳ、ナット４における両側の最外側のボール循環列の間の距離をＬとすると、ナット４の傾斜角ｔａｎθは、Ｓ／Ｌで近似される（実際は、負荷による接触面の弾性変形の影響を受ける）。したがって、循環列間のボール径差Ｄ−Ｄ’が、最外側のボール循環列１０とこれに隣接する内側のボール循環列１０との距離ΔＬにナット傾斜角ｔａｎθを乗じた値と等しいとき、最外側のボール循環列１０とこれに隣接する内側のボール循環列１０との間に配置されたボール５はねじ溝６，７と接触することになる。つまり、（１）式の関係以上に、最外側のボール循環列１０のボール径寸法Ｄ’を小さくすると、最外側のボール循環列１０のボール５はねじ溝６，７に接触しないことになる。このことから、（１）式が導き出される。 Here, the equation (1) will be described in more detail.
Since the ball diameter dimension D ′ of the outermost ball circulation row 10 in the nut 4 needs to be smaller than the ball diameter dimension D of the inner ball circulation row 10, DD ′ must be zero or more.
Further, considering the contact between the ball 5 and the screw grooves 6 and 7 when the nut 4 is inclined, if the radial gap is S and the distance between the outermost ball circulation rows on both sides of the nut 4 is L, the nut 4 Is approximated by S / L (actually, it is affected by the elastic deformation of the contact surface due to the load). Therefore, when the ball diameter difference DD ′ between the circulation rows is equal to a value obtained by multiplying the distance ΔL between the outermost ball circulation row 10 and the inner ball circulation row 10 adjacent thereto by the nut inclination angle tan θ, The balls 5 arranged between the outermost ball circulation row 10 and the inner ball circulation row 10 adjacent to the outermost ball circulation row 10 come into contact with the thread grooves 6 and 7. That is, if the ball diameter dimension D ′ of the outermost ball circulation row 10 is made smaller than the relationship of the expression (1), the balls 5 of the outermost ball circulation row 10 do not come into contact with the screw grooves 6 and 7. . From this, equation (1) is derived.

図４は、この実施形態のアクチュエータを使用して推力測定した結果を示すグラフである。この場合、駆動シャフト１６の回転トルクをアクチュエータの推力として測定した。測定に使用したボールねじ２の緒元と推力測定条件を表１に示す。   FIG. 4 is a graph showing the results of thrust measurement using the actuator of this embodiment. In this case, the rotational torque of the drive shaft 16 was measured as the thrust of the actuator. Table 1 shows the specifications of the ball screw 2 used for the measurement and the thrust measurement conditions.

Figure 2005344831
Figure 2005344831

図４において、左側のグラフはこの実施形態の場合（列間ボール径差あり）の推力を示し、右側のグラフは実施形態の場合と同じ構成のアクチュエータにおいてボールねじ２を列間ボール径差なしとした場合の推力を示す。同図に示す測定結果から、列間のボール径差を設けたこの実施形態のアクチュエータの場合の方が、列間のボール径差を設けない場合よりも推力が大きいことが確認された。   In FIG. 4, the graph on the left shows the thrust in this embodiment (with a difference in the ball diameter between the rows), and the graph on the right shows the ball screw 2 in the actuator having the same configuration as in the embodiment with no difference in the ball diameter between the rows. The thrust is shown. From the measurement results shown in the figure, it was confirmed that the thrust in the case of the actuator of this embodiment in which the ball diameter difference between the rows is provided is larger than that in the case where the ball diameter difference between the rows is not provided.

また、ボールねじ２の内部負荷分布について、表１に示すボールねじ緒元とモーメント荷重条件下で、循環列間のボール径差を設けた効果を計算した結果を、図５に示す。同図において、実線のグラフはこの実施形態の場合（列間ボール径差あり）を示し、破線のグラフは列間ボール径差無しとした場合を示す。なお、ボール番号は、測定時におけるナット４の左端から右端に向けてねじ溝６，７に沿って配列されたボール５の配列順序にしたがって、各ボール５に割り付けた番号を示す。同図に示す計算結果から、循環列間でボール径差を設けた実施形態の場合の方が、循環列間でボール径差を設けない場合に比べて、内側２列の循環列の負荷を受けるボール個数および接触面圧が増加し、ボールねじ２の内部負荷分布が均一に改善されることがわかる。   Further, FIG. 5 shows the result of calculating the effect of providing the ball diameter difference between the circulation rows under the ball screw specifications and moment load conditions shown in Table 1 for the internal load distribution of the ball screw 2. In the figure, a solid line graph indicates the case of this embodiment (with a difference in ball diameter between rows), and a broken line graph indicates a case where there is no difference in ball diameter between rows. The ball number indicates the number assigned to each ball 5 in accordance with the arrangement order of the balls 5 arranged along the thread grooves 6 and 7 from the left end to the right end of the nut 4 at the time of measurement. From the calculation results shown in the figure, in the case of the embodiment in which the ball diameter difference is provided between the circulation rows, the load on the inner two rows of circulation rows is smaller than in the case where the ball diameter difference is not provided between the circulation rows. It can be seen that the number of balls received and the contact surface pressure are increased, and the internal load distribution of the ball screw 2 is uniformly improved.

（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかるボールねじ使用アクチュエータの破断正面図、（Ｂ）は同破断平面図である。(A) is the fracture | rupture front view of the actuator using a ball screw concerning one Embodiment of this invention, (B) is the fracture | rupture top view. 同アクチュータに使用されるボールねじの一例を示す破断正面図である。It is a fracture front view showing an example of a ball screw used for the actuator. 同アクチュータに使用されるボールねじの他の例を示す破断正面図である。It is a fracture front view showing other examples of a ball screw used for the actuator. 同アクチュエータを使用して推力測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured thrust using the actuator. 同アクチュエータにおけるボールねじの内部負荷分布の計算結果を示すグラフである。It is a graph which shows the calculation result of the internal load distribution of the ball screw in the actuator.

符号の説明Explanation of symbols

２…ボールねじ
３…ねじ軸
４…ナット
１０…ボール循環列
１１…駒部材
１３…リンク機構 2 ... Ball screw 3 ... Screw shaft 4 ... Nut 10 ... Ball circulation train 11 ... Piece member 13 ... Link mechanism

Claims (4)

進退部材の進退動作をボールねじで与えるボールねじ使用アクチュエータにおいて、前記ボールねじのナットのボール循環列数が３列以上であって、このボール循環列の並びの両側における最外側のボール循環列のボール径寸法Ｄ’を、内側のボール循環列のボール径寸法Ｄよりも小径としたことを特徴するボールねじ使用アクチュエータ。   In a ball screw actuator that provides advancing and retracting movement of the advancing and retracting member with a ball screw, the number of ball circulation rows of the nut of the ball screw is 3 rows or more, and An actuator using a ball screw, wherein the ball diameter dimension D ′ is smaller than the ball diameter dimension D of the inner ball circulation row. 進退部材の進退動作をボールねじで与えるボールねじ使用アクチュエータにおいて、前記ボールねじのナットのボール循環列数が３列以上であって、このボール循環列の並びの両側における最外側のボール循環列のボール径寸法Ｄ’と、内側のボール循環列のボール径寸法Ｄとの関係が、次式、
０＜Ｄ−Ｄ’＜ΔＬ×（Ｓ／Ｌ）
Ｌ：最外側のボール循環列の間の距離、
ΔＬ：最外側のボール循環列とこの列に隣接する内側のボール循環列との距離、
Ｓ：ボールねじのラジアル隙間
を満たすことを特徴とするボールねじ使用アクチュエータ。 In a ball screw actuator that provides advancing and retracting movement of the advancing and retracting member with a ball screw, the number of ball circulation rows of the nut of the ball screw is 3 or more, and the outermost ball circulation row on both sides of this row of ball circulation rows The relationship between the ball diameter dimension D ′ and the ball diameter dimension D of the inner ball circulation row is expressed by the following equation:
0 <D−D ′ <ΔL × (S / L)
L: distance between outermost ball circulation rows,
ΔL: distance between the outermost ball circulation row and the inner ball circulation row adjacent to this row,
S: A ball screw actuator characterized by satisfying a radial clearance of the ball screw. 請求項１または請求項２において、ボールねじは、前記ボール潤滑列を構成する循環部材に駒部材を用いたものであるボールねじ使用アクチュエータ。   3. The ball screw actuator according to claim 1, wherein the ball screw uses a piece member as a circulation member constituting the ball lubrication row. 請求項２または請求項３において、前記ボールねじは、ねじ軸を回転駆動してナットを進退させるものであり、このナットの進退運動を、シャフトの正逆回動に変換するリンク機構を備えたボールねじ使用アクチュエータ。   4. The ball screw according to claim 2, wherein the ball screw is configured to drive the screw shaft to rotate and advance or retract the nut, and includes a link mechanism that converts the forward / backward movement of the nut into forward / reverse rotation of the shaft. Ball screw actuator.
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