JP2009138944A - Ball screw device - Google Patents
Ball screw device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009138944A JP2009138944A JP2009026128A JP2009026128A JP2009138944A JP 2009138944 A JP2009138944 A JP 2009138944A JP 2009026128 A JP2009026128 A JP 2009026128A JP 2009026128 A JP2009026128 A JP 2009026128A JP 2009138944 A JP2009138944 A JP 2009138944A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ball screw
- ball
- screw groove
- nut
- load
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明はボールねじ装置に関し、より詳しくは、ボールナットに大きな軸方向荷重が加わったとき、ボールねじ溝のすべてのねじ溝部分のボールで均一にこの荷重を支持するように改良されたボールねじ装置に関する。 The present invention relates to a ball screw device, and more particularly, to an improved ball screw that supports a load in a uniform manner with the balls of all the screw groove portions of the ball screw groove when a large axial load is applied to the ball nut. Relates to the device.
ボールねじ装置として、外周面にらせん状のボールねじ溝が形成されたボールねじ軸と、内周面に上記ボールねじ溝に対向するらせん状のボールねじ溝が形成されたボールナットと、対向する両ボールねじ溝間に転動自在に介装された多数のボールと、から成るものが知られている。かかるボールねじ装置によれば、ボールねじ軸とボールナットとはボールのころがりを介して接触することになるので、ボールナットをボールねじ軸に対して小さい駆動力で相対的にらせん運動させることができる。 As a ball screw device, a ball screw shaft in which a spiral ball screw groove is formed on the outer peripheral surface, and a ball nut in which a spiral ball screw groove facing the ball screw groove is formed on the inner peripheral surface are opposed. It is known to be composed of a large number of balls interposed between both ball screw grooves so as to roll freely. According to such a ball screw device, the ball screw shaft and the ball nut come into contact with each other through the rolling of the ball, so that the ball nut can be relatively helically moved with a small driving force with respect to the ball screw shaft. it can.
ところで、従来のボールねじ装置では、ボールねじ軸のボールねじ溝とボールナットのボールねじ溝とは同一リードで形成されていた。そのため、ボールナットに加わる軸方向荷重が小さいときはすべてのボールねじ溝部分のボールでこの荷重を支持するが、軸方向荷重が大きいときは特定のボールねじ溝部分のボールに集中的に荷重が加わり、当該ボールねじ溝部分及びボールが摩耗したり剥離して、ボールねじ装置の寿命が計算値よりも短くなる不具合があった。
ボールねじ装置の寿命を所望のものとするためには、大きな直径のボールを使用するとか、ボールの数を増加させてボールナットの寸法を大きくしなければならない。しかし、それではボールねじ装置が大型化してしまい、製造コストの増大、重量の増大を招く。
By the way, in the conventional ball screw device, the ball screw groove of the ball screw shaft and the ball screw groove of the ball nut are formed by the same lead. For this reason, when the axial load applied to the ball nut is small, this load is supported by the balls of all the ball screw groove portions, but when the axial load is large, the load is concentrated on the balls of a specific ball screw groove portion. In addition, the ball screw groove portion and the ball were worn or peeled, and there was a problem that the life of the ball screw device was shorter than the calculated value.
In order to achieve the desired lifetime of the ball screw device, a large diameter ball must be used or the number of balls must be increased to increase the size of the ball nut. However, this increases the size of the ball screw device, which increases the manufacturing cost and weight.
本発明は、上記従来例における問題点を解決すること、即ちボールナットに大きな所定の軸方向荷重が作用した場合に、ボールねじ軸及びボールナットのすべてのボールねじ溝内のボールでこの荷重を均等に支持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。 The present invention solves the above-mentioned problems in the conventional example, that is, when a large predetermined axial load is applied to the ball nut, this load is applied to the ball screw shaft and the balls in all the ball screw grooves of the ball nut. An object of the present invention is to provide a ball screw device that can be supported evenly.
上記目的を達成するために、本発明においては、ボールナットのボールねじ溝を、ボールに対する荷重作用線方向の隙間が、ボールナットを固定部材に取り付ける取付部から遠いボールねじ溝部分の方が、近いボールねじ溝部分よりも、ボールナットに作用する荷重によってボールナットの当該ボールねじ溝部分に生じる弾性変形量に相当する分だけ小さくなるように形成した。 In order to achieve the above object, in the present invention, the ball screw groove of the ball nut has a gap in the direction of the load acting line with respect to the ball, and the ball screw groove portion far from the mounting portion for attaching the ball nut to the fixing member, It was formed to be smaller than the near ball screw groove portion by an amount corresponding to the amount of elastic deformation generated in the ball screw groove portion of the ball nut due to the load acting on the ball nut.
これは、従来のボールねじ装置では、ボールナットに加わる軸方向荷重が大きくなったときには各ボールねじ溝内のボールに加わる荷重が均等ではなくなるという知見に基づく。すなわち、本願の発明者の研究によれば、ボールナットの取付部から遠いボールねじ溝部分のボールに作用する応力は小さいが、取付部から近いボールねじ溝部分のボールには大きな応力が加わり、後者によってボールねじ装置の寿命が決まってしまう。これは、ボールナットは取付部に荷重が加わったときその周辺において若干軸方向に弾性変形(伸縮)し、取付部から遠い部分にあり弾性変形が大きいボールに作用する応力が相対的に減少し、それにともなって取付部に近い側のボールが平均荷重以上の荷重を支持することによる。
しかして、ボールナットの取付部から近いボールねじ溝部分におけるボールとボールねじ溝との隙間及び遠いボールねじ溝部分におけるボールとボールねじ溝との隙間を上述のごとく形成することにより、すべてのボールねじ溝部分においてボールに作用する応力を実質的に均等にすることができる。
This is based on the knowledge that in the conventional ball screw device, when the axial load applied to the ball nut is increased, the load applied to the ball in each ball screw groove is not uniform. That is, according to the research of the inventors of the present application, although the stress acting on the ball screw groove portion ball far from the ball nut mounting portion is small, a large stress is applied to the ball screw groove portion ball close to the mounting portion, The latter determines the life of the ball screw device. This is because the ball nut is elastically deformed (stretched) in the axial direction slightly when a load is applied to the mounting part, and the stress acting on the ball that is far from the mounting part and has large elastic deformation is relatively reduced. As a result, the ball closer to the mounting portion supports a load greater than the average load.
Thus, by forming the clearance between the ball and the ball screw groove in the ball screw groove portion near the ball nut mounting portion and the clearance between the ball and the ball screw groove in the far ball screw groove portion as described above, all the balls are formed. The stress acting on the ball in the thread groove portion can be made substantially uniform.
以上述べてきたように、本発明によれば、ボールに対するボールナットのボールねじ溝の荷重作用線方向の隙間を、ボールナットを固定部材に取り付ける取付部から遠いボールねじ溝部分の方が、取付部に近いボールねじ溝部分よりも、ボールナットに作用する荷重によってボールナットの当該ボールねじ溝部分に生じる弾性変形量に相当する分だけ小さくした。
そのために、ボールナットに大きな軸方向荷重が加わったとき、取付部及びその周辺のボールねじ溝部分が弾性変形し、この荷重をすべてのボールねじ溝部分のボールで均一に受けることができる。その結果、特定のボールねじ溝部分及びボールが摩耗したり剥離することが防止され、ボールねじ装置の寿命が延びる。しかも、このことが、従来のボールねじ軸装置の構造、大きさなどを実質的に変更することなく達成できる効果が奏される。
As described above, according to the present invention, the gap in the direction of the load acting line of the ball screw groove of the ball nut with respect to the ball is attached to the ball screw groove portion farther from the mounting portion for attaching the ball nut to the fixing member. The ball screw groove portion close to the portion is made smaller by an amount corresponding to the amount of elastic deformation generated in the ball screw groove portion of the ball nut due to the load acting on the ball nut.
Therefore, when a large axial load is applied to the ball nut, the mounting portion and the surrounding ball screw groove portions are elastically deformed, and this load can be uniformly received by the balls of all the ball screw groove portions. As a result, the specific ball screw groove portion and the ball are prevented from being worn or peeled off, thereby extending the life of the ball screw device. Moreover, an effect that this can be achieved without substantially changing the structure and size of the conventional ball screw shaft device is achieved.
以下、本発明の第1の実施例を図面をもとに説明する。
図1に示すように、ボールねじ装置はボールねじ軸10と、ボールナット20と、多数のボール30と、ボールリターンチューブ40とから成る。ボールねじ軸10の外周面にはいわゆるゴシックアーチ形状のボールねじ溝12(図6参照
)がらせん状に形成され、そのリードは全長にわたって一定値L1 (図2参照)とされている。
ボールナット20はボールねじ軸10の外径よりも僅かに大きい内径の中空穴22を有し、その内周面にはボールねじ軸のボールねじ溝12に対向するゴシックアーチ形状のボールねじ溝24(図6参照)がらせん状に形成され、そのリードL2 〜L7 は全長にわたって等しく(L2 =L3 =L4 =L5 =L6 =L7 )、かつ前記L1 よりも小さくされている(図2参照)。
なお、上記ボールねじ溝12及び24は、NCねじ溝研削盤においてボールねじ軸10及びボールナット20の送りの割合を所定のプログラムで制御することにより容易に加工できる。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the ball screw device includes a ball screw shaft 10, a
The
The
図1に戻って、ボールナット20は左端に半径方向に張り出したフランジ部25を有し、このフランジ部25で固定部材50にボルト52により固定される。また、中空穴22の両端には大径の座ぐり穴26があけられ、ゴミ、切削くず等の異物がボールナット内に浸入するのを防ぐために、内径部にボールねじ溝に嵌合する凸部を有するシール28が座ぐり穴26に固定されている。また、ボールナット20には軸線に対して直角方向の一対の(一方のみ図示)貫通穴29が軸方向に離間して穿設され、これに全体としてコ字形のボールリターンチューブ40の各端部(第1図では一部のみ図示)42が挿入されている。端部42の先端は両ボールねじ溝12と24とによって形成される環状空間に開口している。ボールリターンチューブ40は固定金具46によってボールナット20に取り付けられている。
Returning to FIG. 1, the
次に、本実施例の作用効果を説明する。
ボールねじ軸10に図1の左方から見て反時計方向の回転力を加えると、ボールねじ軸10はボール30の転動を介して円滑に回転し、これに伴ってボールナット20の取付部であるフランジ部25を介してこれと一体化された固定部材50がボールねじ軸の回転に応じて右方に移動する。ボールねじ溝12と24との間のボール30は、ボールねじ軸10の回転につれてボールねじ溝12、24内を転動してボールナット20の左端に至り、ボールリターンチューブ40の左方の端部42によりすくい上げられ、ボールリターンチューブ40内を右方向に移動して右方の端部(不図示)からボールねじ溝12、24の右方に離れた部分に戻される。
Next, the function and effect of this embodiment will be described.
When a counterclockwise rotational force as viewed from the left in FIG. 1 is applied to the ball screw shaft 10, the ball screw shaft 10 rotates smoothly through the rolling of the
ボールねじ軸10を回転させると、ボール30を介してボールナット20のボールねじ溝24に力が伝達されるが、ボールナットのボールねじ溝24のリードL2 〜L7 はボールねじ軸10のボールねじ溝12のリードL1 よりも小さくされている。そのため、力はまずボールナットのフランジ部25から遠い側のボール30gを介して伝達され、ボールねじ軸10に加わる軸方向の力が増大するにつれて、この力によりボールナット20の右端部が軸方向に伸ばされる。その結果、右端部のボールねじ溝のリードがL7 よりも若干大きくなり、ボールねじ軸10のボールねじ溝12のリードL1 と等しくなる。これにより、ボール30fとボールナットのボールねじ溝部分24fとのすきまが小さくなり、ついにボール30fがボールねじ溝部分24fの溝底面に接触して、ボールナット20はボールねじ溝部分24fの溝底面からも引張り力を受ける。
When the ball screw shaft 10 is rotated, force is transmitted to the
以後、ボールねじ軸10の軸方向の力の増大にともなって順次ボールナット20が軸方向に伸ばされ、次のボール30eがボールねじ溝部分24eの溝底面に接触し、所定の設定荷重においては各ボールがボールナットの各ボールねじ溝と接触する(図3参照)。こうして、ボールナット20の各ボールねじ溝部分24のリードは各ボールねじ溝24におけるボールナット20の弾性変形量に相当する分伸ばされ、すべてのボールねじ溝部分24のリードL2 〜L7 がボールねじ軸10のリードL1 と等しくなるので、各ボールは等しい大きさの荷重を支持することになる。すなわち、特定のボールに過大な応力が加わることがなくなり、これによって高寿命のボールねじ装置を得ることができる。
このボールねじ装置は、上述の理由により所定の設定荷重(高荷重)が加わったとき高寿命化が達成できるが、ボールに加わる荷重が小さい場合には各ボールに対する荷重が均一とはならないが、ボールねじ溝の寿命は大きくなるので問題はない。なお、軽荷重時には少ないボールのみで荷重を支持する構造であるから作動トルクが極めて小さいという別の利点がある。
Thereafter, as the axial force of the ball screw shaft 10 increases, the
This ball screw device can achieve a long life when a predetermined set load (high load) is applied for the reasons described above, but when the load applied to the ball is small, the load on each ball is not uniform, There is no problem because the life of the ball screw groove is increased. In addition, there is another advantage that the operating torque is extremely small because the structure supports the load with only a small number of balls at a light load.
図4は、ボールナット20の各ボールねじ溝内のボール30に加わる荷重をプロットし曲線でつないだものであり、同図中直線A(一点鎖線)はボールナットが完全剛体と仮定した場合のボールの荷重を示し、曲線Bはボールねじ軸のボールねじ溝もボールナットのボールねじ溝も均一リードとされた従来のボールねじ装置の場合を示し、曲線Cは上記実施例の場合を示す。
これより明らかなように、所定の設定荷重がナットの軸方向に加わった場合、従来例では曲線Bに示されるように取付部に近い位置のボールに過大な力が加わるのに対して、本実施例によれば曲線Cに示されるように、どのボールねじ溝部分にあるボールにもほぼ均等に荷重が加わり、過大な荷重が加わることが防止されている。すなわち、特定のボールねじ溝部分のみが摩耗したり、剥離することがなくなるので、ボールねじ軸装置の寿命が延びることとなる。
FIG. 4 is a graph in which the load applied to the
As is clear from this, when a predetermined set load is applied in the axial direction of the nut, in the conventional example, an excessive force is applied to the ball near the mounting portion as shown by the curve B. According to the embodiment, as shown by the curve C, a load is applied almost evenly to the balls in any ball screw groove portion, and an excessive load is prevented from being applied. That is, since only a specific ball screw groove portion is not worn or peeled off, the life of the ball screw shaft device is extended.
図5に示す第2実施例では、ボールナット120の軸方向中間部に形成したフランジ部125をボルト52によって固定部材50に固定している。この場合、ボールナット120の隣接するボールねじ溝部分124のリードは、フランジ部125に近い部分ではL2 とされ、遠いねじ溝部分ではこれよりも大きいL3 とされている。これは、フランジ部125の近傍ではボールナット120の剛性が大きいためである。その結果、ボールねじ溝部分124のボールに対するすきまは、フランジ部125のところで大きくフランジ部125から離れるにつれて小さくされており、しかもフランジ部125に対して左右対称になっている。なお、リードL2 及びL3 の値は実験により適宜決定すればよい。
In the second embodiment shown in FIG. 5, the
この第2実施例においても、ボールナット110に所定の設定荷重が加わった場合、上記第1実施例で述べた理由により、すべてのボール130が等しく荷重を支承する。
Also in the second embodiment, when a predetermined set load is applied to the
なお、上記各実施例においては2つの部材の間に空間が存在する(プラス)すきまの例を示したが、本発明でいうすきまとは2つの部材が弾性変形をともなって接触するいわゆるマイナスのすきまの場合をも含むものである。
また、本発明は上記実施例に限定して解釈されるべきではなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良が可能である。例えば、上記第1実施例においてはボールナット20のボールねじ溝24のリードが全長にわたって一定の場合を示したが、設定荷重によってボールねじ溝に生じる弾性変形量がボールナットの軸方向部分によって異なる場合には、その弾性変形量を考慮してすきまの設定値を変えるようにすることもできる。
In each of the above embodiments, an example of a (plus) gap in which a space exists between two members has been shown. However, the gap in the present invention is a so-called minus in which two members are in contact with each other with elastic deformation. This includes the case of clearance.
Further, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, but can be appropriately changed and improved within a range that does not impair the gist thereof. For example, in the first embodiment, the lead of the
10 ボールねじ軸
12、24 ボールねじ溝
20 ボールナット
25 取付部
30 ボール
40 ボールリターンチューブ
10
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009026128A JP2009138944A (en) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | Ball screw device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009026128A JP2009138944A (en) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | Ball screw device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005232874A Division JP2006010086A (en) | 2005-08-11 | 2005-08-11 | Ball screw device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009138944A true JP2009138944A (en) | 2009-06-25 |
Family
ID=40869731
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009026128A Pending JP2009138944A (en) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | Ball screw device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009138944A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021076211A (en) * | 2019-11-12 | 2021-05-20 | 日本精工株式会社 | Ball screw |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58166160A (en) * | 1982-03-12 | 1983-10-01 | リヒアルト・ヴイルケ | Ball screw transmission gear |
-
2009
- 2009-02-06 JP JP2009026128A patent/JP2009138944A/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58166160A (en) * | 1982-03-12 | 1983-10-01 | リヒアルト・ヴイルケ | Ball screw transmission gear |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021076211A (en) * | 2019-11-12 | 2021-05-20 | 日本精工株式会社 | Ball screw |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2006349060A (en) | Ball screw | |
JP2007211793A (en) | Support structure of ball screw shaft | |
JP2007154955A (en) | Direct-acting actuator | |
JP2008101711A (en) | Method for combining ball screw with rolling bearing and ball screw device | |
JP2009156279A (en) | Ball screw | |
JP2008309218A (en) | Screw device | |
JP2009138944A (en) | Ball screw device | |
JP5182145B2 (en) | Ball screw | |
JP2005233358A (en) | Support structure of ball screw shaft | |
JP3381735B2 (en) | Ball screw device | |
JP2006010086A (en) | Ball screw device | |
JP2008157374A (en) | Ball screw mechanism | |
JPH06300107A (en) | Ball screw device | |
JP5141183B2 (en) | Ball screw with ball spline | |
JP2006090436A (en) | Piece (deflector) type ball screw | |
JP5168503B2 (en) | Ball screw device and electric power steering device | |
JP2006242252A (en) | Ball screw mechanism | |
JP5821200B2 (en) | Ball screw contact seal and ball screw | |
JP7413706B2 (en) | ball screw | |
JP4519711B2 (en) | Direct acting speed reducer | |
JP2008057598A (en) | Roller type ball screw | |
JP2007285351A (en) | Ball screw | |
JP6424458B2 (en) | Ball screw device | |
JP2022156747A (en) | ball screw device | |
JP2015215039A (en) | Ball screw device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090206 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101213 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110601 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20111017 |