JP2006336685A

JP2006336685A - Ball screw device

Info

Publication number: JP2006336685A
Application number: JP2005159270A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yabe; 孝之矢部
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent circulation parts and balls from being prematurely damaged at high speed feeding by securing the smooth motion of balls at the curved portion of a ball circulation passage in a circulation part. <P>SOLUTION: The center of curvature O of the centroid of balls 15 at the curved portion of the ball circulation groove 21 in a circulation block 18 is disposed at a connection position S between the ball circulation groove 21 and a nut 16 side ball return passage 17 separately from the ball return passage 17 in the axial direction. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば各種機器の送り機構や搬送機構等に用いられるボールねじ装置に関する。 The present invention relates to a ball screw device used in, for example, a feed mechanism and a transport mechanism of various devices.

従来のこの種のボールねじ装置は、外周面に外ねじ溝を有して軸方向に延びるねじ軸に、内周面に前記外ねじ溝に対応する内ねじ溝を有するナットが螺合されており、ナットの内ねじ溝とねじ軸の外ねじ溝とは互いに対向して両者の間に螺旋状の負荷軌道を形成している。該負荷軌道には転動体としての多数のボールが転動可能に装填されており、ねじ軸（又はナット）の回転により、ナット（又はねじ軸）がボールの転動を介して軸方向に移動するようになっている。 In the conventional ball screw device of this type, a nut having an inner screw groove corresponding to the outer screw groove is screwed onto an inner peripheral surface of a screw shaft having an outer screw groove on the outer peripheral surface and extending in the axial direction. In addition, the inner thread groove of the nut and the outer thread groove of the screw shaft face each other to form a spiral load track. A large number of balls as rolling elements are slidably loaded on the load track, and the nut (or screw shaft) moves in the axial direction through the rolling of the ball by the rotation of the screw shaft (or nut). It is supposed to be.

ところで、ナット（又はねじ軸）が軸方向に移動する際には、ボールが両ねじ溝で形成される螺旋状の負荷軌道を転動しつつ移動するが、ナット（又はねじ軸）を継続して移動させていくためには、ボールを無限循環させる必要がある。
ボールを無限循環させる方式としては、循環チューブ式やエンドキャップ式等が一般的であるが、コンパクトタイプのボールねじ装置では、ナットに軸方向に貫通するボール戻し通路を形成すると共に、ナットの両端部に前記ボール戻し通路の端部が開口する切欠きを形成して該切欠きに該ボール戻し通路と前記両ねじ溝間の負荷軌道とを連通する湾曲したボール循環通路を有する循環こま（循環部品）を嵌合固定し、これにより、ボールを無限に循環させるようにしたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
実用新案登録第３０３４０５２号公報 By the way, when the nut (or screw shaft) moves in the axial direction, the ball moves while rolling on a spiral load track formed by both screw grooves, but the nut (or screw shaft) is continued. In order to move it, it is necessary to circulate the ball indefinitely.
Circulation tube type, end cap type, etc. are common as a method of circulating balls infinitely, but in a compact type ball screw device, a ball return passage that penetrates the nut in the axial direction is formed, and both end portions of the nut A circulation top (circulation part) having a curved ball circulation passage that forms a notch in which an end portion of the ball return passage is opened and communicates the ball return passage and a load trajectory between the screw grooves to the notch. ) Is fitted and fixed, thereby causing the ball to circulate indefinitely (see, for example, Patent Document 1).
Utility Model Registration No. 3034052

しかしながら、上記特許文献１に記載のボールねじ装置においては、循環部品のボール循環通路がナット側のボール戻し通路に対して接線或いは直線的に接続されず、湾曲の途中で接続されると、該接続位置でボールが急激に方向を変えられるため、最近の高速送り化に伴い、ボールに大きな遠心力が作用してボール循環通路の外周側の側壁に応力が集中し、循環部品やボール等に早期損傷が生じる虞れがある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、循環部品のボール循環通路の湾曲部分でのボールのスムースな運動を確保して高速送りでの循環部品及びボール等の早期損傷を防止することができるボールねじ装置を提供することを目的とする。 However, in the ball screw device described in Patent Document 1, when the ball circulation path of the circulation part is not connected tangentially or linearly to the ball return path on the nut side, Since the direction of the ball can be changed abruptly at the connection position, with recent high-speed feeding, a large centrifugal force acts on the ball, and stress concentrates on the outer peripheral side wall of the ball circulation path, causing circulation parts, balls, etc. There is a risk of premature damage.
The present invention has been made in order to eliminate such inconvenience, and ensures a smooth movement of the ball in the curved portion of the circulation path of the circulation part, thereby prematurely damaging the circulation part and the ball at high speed feeding. It is an object of the present invention to provide a ball screw device that can prevent the above-described problem.

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外周面に螺旋状の外ねじ溝を有するねじ軸と、該外ねじ溝に対応する螺旋状の内ねじ溝を内周面に有すると共に軸方向に貫通するボール戻し通路を有して前記ねじ軸に嵌合されるナットと、前記外ねじ溝と前記内ねじ溝との間に形成される負荷軌道と前記ボール戻し通路とを連通させる湾曲したボール循環通路を形成すべく前記ナットの端部に取り付けられる循環部品と、前記負荷軌道、前記ボール循環通路および前記ボール戻し通路を転動しつつ循環可能に配設された多数のボールとを備えたボールねじ装置において、
前記ボール循環通路の湾曲部分における前記ボールの中心軌跡の曲率中心を、該ボール循環通路と前記ボール戻し通路との接続位置、又は該接続位置の該ボール戻し通路から軸方向に離間する側に配置したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 has a screw shaft having a spiral outer screw groove on the outer peripheral surface and a spiral inner screw groove corresponding to the outer screw groove on the inner peripheral surface. And a ball return passage penetrating in the axial direction, and a nut fitted to the screw shaft, a load track formed between the outer screw groove and the inner screw groove, and the ball return passage are communicated with each other. A circulating part attached to the end of the nut to form a curved ball circulation path, and a plurality of balls arranged to circulate while rolling the load track, the ball circulation path, and the ball return path In a ball screw device comprising:
The center of curvature of the center locus of the ball in the curved portion of the ball circulation path is disposed at a connection position between the ball circulation path and the ball return path, or at a side away from the ball return path in the axial direction at the connection position. It is characterized by that.

本発明によれば、循環部品のボール循環通路の湾曲部分におけるボールの中心軌跡の曲率中心を、該ボール循環通路とナット側のボール戻し通路との接続位置に配置することで、ボール循環通路がボール戻し通路に対して接線で接続されるので、該接続位置でボールが急激に方向を変えられるのを回避することができ、これにより、ボール循環通路の湾曲部分でボールをスムースに通過させて該ボール循環通路の外周側の側壁に応力が集中しないようにすることができ、この結果、高速送りでの循環部品及びボール等の早期損傷を防止することができる。 According to the present invention, the center of curvature of the center trajectory of the ball in the curved portion of the ball circulation path of the circulation component is disposed at the connection position between the ball circulation path and the ball return path on the nut side, whereby the ball circulation path is Since the ball is connected tangentially to the ball return path, it is possible to avoid a sudden change of direction of the ball at the connection position, thereby allowing the ball to smoothly pass through the curved portion of the ball circulation path. Stress can be prevented from concentrating on the outer peripheral side wall of the ball circulation passage, and as a result, early damage to the circulation parts and balls during high-speed feeding can be prevented.

また、循環部品のボール循環通路の湾曲部分におけるボールの中心軌跡の曲率中心を、該ボール循環通路とナット側のボール戻し通路との接続位置の該ボール戻し通路から軸方向に離間する側に配置することで、ボール循環通路がボール戻し通路に対して直線部を介して接続されるので、該接続位置でボールが急激に方向を変えられるのを回避することができ、これにより、ボール循環通路の湾曲部分でボールをスムースに通過させて該ボール循環通路の外周側の側壁に応力が集中しないようにすることができ、この結果、高速送りでの循環部品及びボール等の早期損傷を防止することができる。 Further, the center of curvature of the center locus of the ball in the curved portion of the ball circulation passage of the circulation component is arranged on the side of the connection position between the ball circulation passage and the ball return passage on the nut side away from the ball return passage in the axial direction. By doing so, the ball circulation passage is connected to the ball return passage through the straight line portion, so that it is possible to avoid the ball from being suddenly changed in the connection position, and thereby the ball circulation passage. It is possible to prevent the stress from concentrating on the outer peripheral side wall of the ball circulation path by smoothly passing the ball at the curved portion of the ball, and as a result, prevent early damage to the circulating parts and the ball at high speed feeding. be able to.

以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例であるボールねじ装置を軸方向から見た図、図２は図１のボールねじ装置のＸ−Ｘ線断面図を含む側面図、図３は循環こまの概略を示す図で、（ａ）は循環こまのボール循環溝に沿う面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｂ方向から見た図、（ｃ）は（ａ）の矢印Ｃ方向から見た図、図４及び図５は循環こまの変形例を示す図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a view of a ball screw device as an example of an embodiment of the present invention as viewed from the axial direction, FIG. 2 is a side view including a cross-sectional view of the ball screw device of FIG. (A) is a plan view showing a surface along the ball circulation groove of the circulating top, (b) is a view seen from the direction of arrow B of (a), (c) is an arrow of (a) FIG. 4 and FIG. 5 are views showing modifications of the circulating top as viewed from the C direction.

本発明の実施の形態の一例であるボールねじ装置１０は、図１及び図２に示すように、外周面に螺旋状の外ねじ溝１２を有して軸方向に延びるねじ軸１３に、内周面に前記外ねじ溝１２に対応する内ねじ溝１４を有するナット１６が嵌合されており、ナット１６の内ねじ溝１４とねじ軸１３の外ねじ溝１２とは互いに対向して両者の間に螺旋状の負荷軌道を形成している。該負荷軌道には転動体としての多数のボール１５が転動可能に装填されており、ねじ軸１３（又はナット１６）の回転により、ナット１６（又はねじ軸１６）がボール１５の転動を介して軸方向に移動するようになっている。 As shown in FIGS. 1 and 2, a ball screw device 10, which is an example of an embodiment of the present invention, includes a screw shaft 13 having a spiral outer screw groove 12 on the outer peripheral surface and extending in the axial direction. A nut 16 having an inner thread groove 14 corresponding to the outer thread groove 12 is fitted on the peripheral surface, and the inner thread groove 14 of the nut 16 and the outer thread groove 12 of the screw shaft 13 are opposed to each other. A spiral load track is formed between them. A large number of balls 15 as rolling elements are slidably loaded on the load track, and the nut 16 (or screw shaft 16) causes the balls 15 to roll by rotation of the screw shaft 13 (or nut 16). It moves in the axial direction.

ナット１６の周壁部には軸方向に貫通するボール戻し通路１７が形成され、また、ナット１６の軸方向の端面にはボール戻し通路１７の端部が開口する切欠き１９が形成されている。該切欠き１９には、ボール戻し通路１７と前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道とを連通する循環こま（循環部品）１８が嵌合固定されている。
循環こま１８は、例えば合成樹脂の成形品からなり、図３に示すように、前記ボール戻し通路１７と前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道との間を連通する湾曲状のボール循環溝（ボール循環通路）２１と、該ボール循環溝２１のねじ軸１３側の先端に設けられ、ねじ軸１３の外ねじ溝１２に嵌合されて前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道を転動するボール１５を掬い上げるタング部２０とを備えている。 A ball return passage 17 penetrating in the axial direction is formed in the peripheral wall portion of the nut 16, and a notch 19 in which an end portion of the ball return passage 17 is opened is formed in an end surface of the nut 16 in the axial direction. A circulation top (circulation component) 18 that connects the ball return passage 17 and the load track between the screw grooves 12 and 14 is fitted and fixed to the notch 19.
The circulation top 18 is made of, for example, a synthetic resin molded product, and, as shown in FIG. 3, a curved ball circulation groove that communicates between the ball return passage 17 and the load track between the screw grooves 12 and 14. (Ball circulation passage) 21 and the ball circulation groove 21 are provided at the tip of the screw shaft 13 on the screw shaft 13 side. The ball thread is fitted into the outer screw groove 12 of the screw shaft 13 to rotate the load track between the screw grooves 12 and 14. And a tongue 20 that scoops up the moving ball 15.

そして、タング部２０を含むボール循環溝２１、前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道および前記ボール戻し通路１７によってボール１５の無限循環通路を形成している。なお、図３において符号２２及び２３は、ぞれぞれナット１６の切欠き１９に形成された凹部（図示せず）に嵌合される位置決め及び回り止め用の突部である。
ここで、この実施の形態では、循環こま１８の軸方向厚さを比較的厚くして該循環こま１８のボール循環溝２１の湾曲部分におけるボール１５の中心軌跡の曲率半径Ｒをボール１５の直径Ｄ以上（曲率半径Ｒ≧ボール直径Ｄ）に設定し、且つ循環こま１８のボール循環溝２１の湾曲部分におけるボール１５の中心軌跡の曲率中心Ｏを、ボール循環溝２１とナット１６側のボール戻し通路１７との接続位置Ｓの該ボール戻し通路１７から軸方向に離間する側に配置している。 The ball circulation groove 21 including the tongue 20, the load trajectory between the screw grooves 12 and 14, and the ball return passage 17 form an infinite circulation passage of the ball 15. In FIG. 3, reference numerals 22 and 23 denote positioning and non-rotating protrusions that are fitted into recesses (not shown) formed in the notches 19 of the nut 16.
Here, in this embodiment, the axial thickness of the circulation top 18 is made relatively thick, and the curvature radius R of the center locus of the ball 15 in the curved portion of the ball circulation groove 21 of the circulation top 18 is set to the diameter of the ball 15. The curvature center O of the center locus of the ball 15 in the curved portion of the ball circulation groove 21 of the circulation top 18 is set to be greater than D (curvature radius R ≧ ball diameter D), and the ball return on the ball circulation groove 21 and nut 16 side is returned. The connection position S with the passage 17 is disposed on the side away from the ball return passage 17 in the axial direction.

このようにこの実施の形態では、循環こま１８のボール循環溝２１の湾曲部分におけるボール１５の中心軌跡の曲率中心Ｏを、該ボール循環溝２１とナット１６側のボール戻し通路１７との接続位置Ｓの該ボール戻し通路１７から軸方向に離間する側に配置しているので、ボール循環溝２１がボール戻し通路１７に対して直線部２４を介して接続されて該接続位置Ｓでボール１５が急激に方向を変えられるのを回避することができ、しかも循環こま１８の軸方向厚さを比較的厚くして該循環こま１８のボール循環溝２１の湾曲部分におけるボール１５の中心軌跡の曲率半径Ｒをボール１５の直径Ｄ以上（曲率半径Ｒ≧ボール直径Ｄ）に設定しているので、ボール循環溝２１の湾曲部分でボール１５をスムースに通過させて該ボール循環溝２１の外周側の側壁に応力が集中しないようにすることができ、これにより、高速送りでの循環こま１８及びボール１５等の早期損傷を防止することができる。 Thus, in this embodiment, the center of curvature O of the center locus of the ball 15 at the curved portion of the ball circulation groove 21 of the circulation top 18 is defined as the connection position between the ball circulation groove 21 and the ball return passage 17 on the nut 16 side. Since S is arranged on the side spaced apart from the ball return passage 17 in the axial direction, the ball circulation groove 21 is connected to the ball return passage 17 via the linear portion 24, and the ball 15 is connected at the connection position S. It is possible to avoid a sudden change in direction, and to make the axial thickness of the circulation top 18 relatively thick so that the radius of curvature of the central locus of the ball 15 in the curved portion of the ball circulation groove 21 of the circulation top 18 is increased. Since R is set to be equal to or larger than the diameter D of the ball 15 (curvature radius R ≧ ball diameter D), the ball 15 is smoothly passed through the curved portion of the ball circulation groove 21 and the ball circulation groove 21. Can stress on the sidewall of the outer circumference side is prevented from concentrating, thereby, it is possible to prevent premature damage such as the circulation piece 18 and ball 15 at high feed.

なお、本発明は上記実施の形態に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において適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態では、ナット１６の軸方向の端面に形成した切欠き１９に軸方向から嵌合固定される循環こま１８に本発明を適用した場合を例示したが、これに代えて、図４に示すように、ナット１６の軸方向の端部周壁に形成した嵌合穴（図示せず）に径方向から嵌合固定される循環こま３０に本発明を適用してもよい。この循環こま３０はナット１６の嵌合穴に嵌合される部分が略円形をなしており、従って、この嵌合穴はナット１６の外径側からエンドミル等で容易に加工することができる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
For example, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to the circulating top 18 fitted and fixed from the axial direction to the notch 19 formed in the axial end surface of the nut 16 is exemplified, but instead, As shown in FIG. 4, the present invention may be applied to a circulation top 30 that is fitted and fixed from the radial direction to a fitting hole (not shown) formed in an end peripheral wall of the nut 16 in the axial direction. The circulating top 30 has a substantially circular portion that fits into the fitting hole of the nut 16. Therefore, the fitting hole can be easily processed by an end mill or the like from the outer diameter side of the nut 16.

また、上記実施の形態では、ボール循環溝２１の外周側の側壁及び内周側の側壁の両方を有する循環こま１８を例示したが、これに代えて、図５に示すように、ボール循環溝２１の外周側の側壁だけを有して内周側の側壁はナット１６側に設けた循環こま４０に本発明を適用してもよい。この例では、循環こま４０のボール循環溝２１の湾曲部分におけるボール１５の中心軌跡の曲率中心Ｏを、該ボール循環溝２１とナット１６側のボール戻し通路１７との接続位置Ｓに配置しているので、ボール循環溝２１をボール戻し通路１７に対して接線で接続することができ、これにより、該接続位置Ｓでボール１５が急激に方向を変えられるのを回避することができ、上記実施の形態と略同様の作用効果を得ることができる。
その他、本発明を構成する外ねじ溝、ねじ軸、内ねじ溝、ボール戻し通路、ナット、ボール循環通路、循環部品、ボール等の材質，形状，寸法，形態，数，配置個所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。 Further, in the above embodiment, the circulation top 18 having both the outer peripheral side wall and the inner peripheral side wall of the ball circulation groove 21 is illustrated, but instead of this, as shown in FIG. The present invention may be applied to a circulating top 40 having only the outer peripheral side wall 21 and the inner peripheral side wall provided on the nut 16 side. In this example, the center of curvature O of the center locus of the ball 15 in the curved portion of the ball circulation groove 21 of the circulation top 40 is arranged at the connection position S between the ball circulation groove 21 and the ball return passage 17 on the nut 16 side. Therefore, the ball circulation groove 21 can be connected to the ball return passage 17 by a tangent line, whereby the ball 15 can be prevented from changing its direction suddenly at the connection position S. It is possible to obtain substantially the same effect as that of the embodiment.
In addition, the outer thread groove, screw shaft, inner thread groove, ball return passage, nut, ball circulation passage, circulation component, ball, and other materials, shapes, dimensions, forms, numbers, arrangement locations, etc. that constitute the present invention are included in the present invention. As long as the above can be achieved, it is optional and not limited.

本発明の実施の形態の一例であるボールねじ装置を軸方向から見た図である。It is the figure which looked at the ball screw apparatus which is an example of embodiment of this invention from the axial direction. 図１のボールねじ装置のＸ−Ｘ線断面図を含む側面図である。It is a side view including the XX sectional view of the ball screw device of FIG. 循環こまの概略を示す図で、（ａ）は循環こまのボール循環溝に沿う面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｂ方向から見た図、（ｃ）は（ａ）の矢印Ｃ方向から見た図である。It is a figure which shows the outline of a circulation top, (a) is a top view which shows the surface along the ball circulation groove | channel of a circulation top, (b) is the figure seen from the arrow B direction of (a), (c) is (a). It is the figure seen from the arrow C direction. 循環こまの変形例を示す概略図で、（ａ）は循環こまのボール循環溝に沿う面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｂ方向から見た図、（ｃ）は（ａ）の矢印Ｃ方向から見た図である。It is the schematic which shows the modification of a circulation top, (a) is a top view which shows the surface along the ball circulation groove | channel of a circulation top, (b) is the figure seen from the arrow B direction of (a), (c) is ( It is the figure seen from the arrow C direction of a). 循環こまの変形例を示す概略図で、（ａ）は循環こまのボール循環溝に沿う面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｂ方向から見た図である。It is the schematic which shows the modification of a circulation top, (a) is a top view which shows the surface along a ball circulation groove | channel of a circulation top, (b) is the figure seen from the arrow B direction of (a).

符号の説明Explanation of symbols

１０ボールねじ装置
１２外ねじ溝（ねじ軸側）
１３ねじ軸
１４内ねじ溝（ナット側）
１５ボール
１６ナット
１７ボール戻し通路
１８循環こま（循環部品）
２１ボール循環溝（ボール循環通路）
Ｏ曲率中心 10 Ball screw device 12 External thread groove (screw shaft side)
13 Screw shaft 14 Internal thread groove (Nut side)
15 Ball 16 Nut 17 Ball return passage 18 Circulating top (Circulating part)
21 Ball circulation groove (ball circulation passage)
O curvature center

Claims

外周面に螺旋状の外ねじ溝を有するねじ軸と、該外ねじ溝に対応する螺旋状の内ねじ溝を内周面に有すると共に軸方向に貫通するボール戻し通路を有して前記ねじ軸に嵌合されるナットと、前記外ねじ溝と前記内ねじ溝との間に形成される負荷軌道と前記ボール戻し通路とを連通させる湾曲したボール循環通路を形成すべく前記ナットの端部に取り付けられる循環部品と、前記負荷軌道、前記ボール循環通路および前記ボール戻し通路を転動しつつ循環可能に配設された多数のボールとを備えたボールねじ装置において、
前記ボール循環通路の湾曲部分における前記ボールの中心軌跡の曲率中心を、該ボール循環通路と前記ボール戻し通路との接続位置、又は該接続位置の該ボール戻し通路から軸方向に離間する側に配置したことを特徴とするボールねじ装置。 A screw shaft having a spiral outer screw groove on the outer peripheral surface, and a screw return shaft having a spiral inner screw groove corresponding to the outer screw groove on the inner peripheral surface and having a ball return passage penetrating in the axial direction; At the end of the nut to form a curved ball circulation passage that communicates the ball return passage with a nut that is fitted to the ball, and a load track formed between the outer screw groove and the inner screw groove. In a ball screw device comprising: a circulating component to be attached; and a plurality of balls arranged to be circulated while rolling on the load track, the ball circulation passage, and the ball return passage,
The center of curvature of the center locus of the ball in the curved portion of the ball circulation path is disposed at a connection position between the ball circulation path and the ball return path, or at a side away from the ball return path in the axial direction at the connection position. A ball screw device characterized by that.