JP2008111466A

JP2008111466A - ボールねじ

Info

Publication number: JP2008111466A
Application number: JP2006293951A
Authority: JP
Inventors: Daiki Takahashi; 大樹高橋
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2008-05-15

Abstract

【課題】ナットの寿命と向上させることによりボールねじの寿命向上を図る。
【解決手段】ナット側軌道溝５ａのボール９からの接触面圧が、ねじ軸側軌道溝３ａの上記ボール９からの接触面圧よりも小さくなるように、ナット側軌道溝５ａのボール転送方向と直交する断面の曲率半径Ｒｎが、ねじ軸側軌道溝３ａのボール転送方向と直交する断面の曲率半径Ｒｓよりも小さくなるように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじに係り、特に、ナットの全長に対し、ストロークを長く取って使用するようなボールねじの長寿命化に有効な技術に関する。

通常、ボールねじにおいて、ねじ軸側の軌道溝とボールとの接触は凸と凸の接触であり、ナット側軌道溝とボールとの接触は凹と凸の接触であるため、同一荷重、同一溝曲率半径で考えた場合、ねじ軸の方がナットに比べ接触面圧は１割程度、高くなることは良く知られている。
これに対応して、軌道溝の曲率半径に着目した従来のボールねじとしては、例えば特許文献１に記載されるものがある。このボールねじでは、ねじ軸側軌道溝の横断面の曲率半径を、ナット側軌道溝の曲率半径よりも小さな値に形成している。これによって、ねじ軸側軌道溝のボールとの接触面圧が低減することで、ねじ軸の寿命を延長して、ボールねじの寿命延長を狙っている。
特開２０００−０３９０５２号公報

一般に、ボールねじその他の転がり要素の寿命は、はくりによる疲れ寿命や、磨耗による精度低下、あるいは、音響の悪化などが知られているが、いずれの要因も、軌道溝を形成する転走面の疲労、すなわち、繰り返し応力値（＝面圧（応力）と応力繰り返し数）に起因する。たとえば、ある面圧以上の応力下での使用では、応力繰り返し数が大きい方が疲労し、寿命を迎えることとなる。

ボールねじは、転がり軸受と異なり、ねじ軸とナットを相対的に回転させることにより、回転運動を直線運動（直線往復運動）に変換する機構で作動する。この際、ボールはねじ軸とナットの両軌道溝からなる負荷転動路を転動しながら前進し、ナットの一端に到達したボールは循環通路を通り、ナットの他端側へ循環し、再び負荷転動路を転動することとなる。このため、ナット側の軌道溝は、常時、ボールからの負荷を受けるのに対し、ねじ軸側の軌道溝は、軸方向に移動するナットと対向している部分のみ、つまりナットの相対往復移動に併せてボールが通過する時のみ負荷を受けることとなる。

従って、ボールねじの場合、ナットの相対ストローク量が長くなるほど、ねじ軸よりもナットの方が応力繰り返し数は多くなることから、ボールねじは、ねじ軸よりもナットの方が優先的に損傷しやすくなる傾向にある。
これに対し、特許文献１の技術は、短いストロークでの使用を考えているため、ねじ軸の損傷についてだけみると、ねじ軸の曲率半径をナットの曲率半径よりも小さくすることは有効ではあるが、ナットの長寿命化に関しては改善の余地がある。

すなわち、ねじ軸若しくはナットのいずれかが破損すれば、ボールねじとしての寿命となるわけであるが、現実には、ナットが先に損傷してボールねじの寿命を制限する場合もある。
本発明は、このような点を考慮してなされたもので、ナット側の寿命と向上させることによりボールねじの寿命向上を図ることを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、螺旋状のねじ軸側軌道溝を外周面に有するねじ軸と、ねじ軸の外周側に配置され、ねじ軸側軌道溝に対向するナット側軌道溝を内周面に有するナットと、そのナットに設けられ、上記ねじ軸側軌道溝とナット側軌道溝とで構成される負荷転動路の両端部を連通する連通路と、上記負荷転動路及び連通路で構成された無端状のボール循環路内に収容された複数のボールと、を備えるボールねじにおいて、
ナット側軌道溝のボールからの接触面圧が、ねじ軸側軌道溝の上記ボールからの接触面圧よりも小さくなるように、ナット側軌道溝及びねじ軸側軌道溝の少なくとも一方の軌道溝の断面形状を設定することを特徴とするものである。
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、ナット側軌道溝のボール転送方向と直交する断面の曲率半径が、ねじ軸側軌道溝のボール転送方向と直交する断面の曲率半径よりも小さいことを特徴とするものである。

本発明によれば、ナット側軌道溝の断面の曲率半径が、ねじ軸側軌道溝の断面の曲率半径よりも小さくしたので、ボールとの接触面圧は、ねじ軸側よりもナット側の方が大幅に小さくなる結果、ナットの繰り返し応力値を抑えることができて、ナットの早期損傷を防ぐことができる。特に、ナットの全長よりもストローク量を長く設定して使用されるボールねじに対して、本発明は有効な効果を発揮する。

次に、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るボールねじの平面図であり、図２は図１のボールねじのＡ−Ａ断面図である。
（構成）
ボールねじ１は、図１及び図２に示すように、螺旋状に形成されたねじ軸側軌道溝３ａを外周面に有するねじ軸３と、上記ねじ軸側軌道溝３ａに対向するナット側軌道溝５ａを内周面に有するナット５と、両軌道溝３ａ、５ａで形成される負荷転動路に転動自在に装填される複数のボール９と、を備えている。なお、軌道溝３ａ、５ａのピッチは、ボールねじ１が組み込まれる装置（図示せず）の仕様にしたがって任意に設定される。

また、ナット５の一端には、前記装置のテーブル（図示せず）等に固定するためのフランジ１１が形成され、外周面の一部は切り欠かれて平面部１３が形成されている。そして、両軌道溝３ａ、５ａにより形成される負荷転動路の一端側と他端側とを連通させチューブ１５（連通路）が、ナット５に設けられ、チューブ押え１７によって平面部１３に固定されている。このようなチューブ１５内を通ってボール９が移送され、軌道溝５ａの一端側から他端側へボール９が循環されるようになっている。

また、ナット５の両端には、プラスチック製のダストシール１９が配され、異物が外部からナット５内部に侵入することが防止されるようになっている。
上記ねじ軸３に形成したねじ軸側軌道溝３ａにおけるボール９の転送方向と直交する断面（軌道溝の延び方向に直交する断面、以下、単に断面と呼ぶ。）は、図３に示すように、ボール９の半径よりも僅かに大きい曲率半径を有する円弧同士を中間部で交差させた、所謂ゴシックアーチ形状となっている。また、ナット５に形成されたナット側軌道溝５ａの断面も、ねじ軸側軌道溝３ａと同じようにゴシックアーチ形状となっている。
ただし、本実施形態では、ナット側軌道溝５ａの断面を形成する円弧の曲率半径Ｒｎが、ねじ軸側軌道溝３ａの断面を形成する円弧の曲率半径Ｒｓよりも小さくなるように設定されている。

（作用効果）
本実施形態のボールねじ１では、ナット側軌道溝５ａの断面を形成する円弧の曲率半径Ｒｎが、ねじ軸側軌道溝３ａの断面を形成する円弧の曲率半径Ｒｓよりも小さいことから、ボール９との接触面圧は、ねじ軸側軌道溝３ａよりもナット側軌道溝５ａの方が大幅に小さくなることで、ナット５側に負荷される繰り返し応力値を抑えることができ、ナット５の早期損傷を防ぐことができる。

ここで、ねじ軸側軌道溝３ａのボール９との接触面圧が相対的に大きくなるが、対象とするボールねじが、ねじ軸３に対するナット５のストローク量がナット５の全長よりも長いように設定される場合には、ナット５に対するねじ軸３の応力繰り返し数が小さくなる結果、ねじ軸３の剛性を高めなくても、ボールねじ全体の寿命向上に繋がる。
ここで、上記ねじ軸側軌道溝の断面形状について、図４のように、その断面の肩部３ｂに面取りを施しても良い。この面取りは、Ｃ面取り、直線面取り、Ｒ面取り、放物線形状面取り、あるいはこれらを組み合わせたものでも良い。

また、図５のように、ねじ軸側軌道溝の底部に凹溝からなる逃げ部３ｃを設けても良い。この逃げ部３ｃは、いわゆる「研削逃げ溝」であり、加工上、研削抵抗が大となる場合には適宜設けることで加工が容易となる。図３は、ねじ軸３側のみに逃げ部を設けた場合であるが、ナット５側にも適宜設けても良い。
また、上記実施形態では、ナット側軌道溝５ａおよびねじ軸側軌道溝３ａの断面形状を２つの円弧を寄せたゴシックアーク形状としたものを例示しているが、それぞれ単一円弧からなるサーキュラアーク形状でも構わない。この場合であっても、ナット側軌道溝５ａの断面の曲率半径を、ねじ軸側軌道溝３ａの断面の曲率半径よりも小さくする。

また、上記実施形態では、断面を形成する曲率半径を限定することで、ナット側軌道溝５ａのボール９からの接触面圧が、ねじ軸側軌道溝３ａの上記ボール９からの接触面圧よりも小さくなるように、ナット側軌道溝５ａ及びねじ軸側軌道溝３ａの少なくとも一方の軌道溝の断面形状を設定しているが、これに限定されない。例えば、ナット側軌道溝５ａの断面形状をゴッシックアーク形状として２点接触とし、ねじ軸側軌道溝３ａの断面形状をサーキュラアーク形状として１点接触とするなどして、ナット側軌道溝５ａのボール９からの接触面圧が、ねじ軸側軌道溝３ａの上記ボール９からの接触面圧よりも小さくなるように、ナット側軌道溝５ａ及びねじ軸側軌道溝３ａの少なくとも一方の軌道溝の断面形状を適宜設定してもよい。

本発明に基づく実施形態に係るボールねじを示す平面図である。図１におけるＡ−Ａ断面図である。軌道溝の断面形状を示す断面図である。軌道溝の断面形状の別例を示す断面図である。軌道溝の断面形状の別例を示す断面図である。

符号の説明

１ボールねじ
３ねじ軸
３ａねじ軸側軌道溝
５ナット
５ａナット側軌道溝
９ボール

Claims

螺旋状のねじ軸側軌道溝を外周面に有するねじ軸と、ねじ軸の外周側に配置され、ねじ軸側軌道溝に対向するナット側軌道溝を内周面に有するナットと、そのナットに設けられ、上記ねじ軸側軌道溝とナット側軌道溝とで構成される負荷転動路の両端部を連通する連通路と、上記負荷転動路及び連通路で構成された無端状のボール循環路内に収容された複数のボールと、を備えるボールねじにおいて、
ナット側軌道溝のボールからの接触面圧が、ねじ軸側軌道溝の上記ボールからの接触面圧よりも小さくなるように、ナット側軌道溝及びねじ軸側軌道溝の少なくとも一方の軌道溝の断面形状を設定することを特徴とするボールねじ。
ナット側軌道溝のボール転送方向と直交する断面の曲率半径が、ねじ軸側軌道溝のボール転送方向と直交する断面の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載したボールねじ。