JP2016205618A

JP2016205618A - Ball Screw

Info

Publication number: JP2016205618A
Application number: JP2016082355A
Authority: JP
Inventors: ▲うぇい▼ 徐; Uei Jo
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2016-12-08

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ball screw having a long service life even when combined load of thrust load, radial load and moment load is applied.SOLUTION: A ball screw has a screw shaft 1, a nut 2, a plurality of balls 3 and a plurality of rollers 4, and the screw shaft 1 is penetrated through the nut 2. A spiral groove 1a formed on an outer peripheral face of the screw shaft 1 and a spiral groove 2a formed on an inner peripheral face of the nut 2 are opposed to form a ball rolling passage 11 on which the balls 3 are rolled, and the balls 3 are disposed in the ball rolling passage 11. Both axial end portions of the inner peripheral face of the nut 2 are circular columnar faces 13 having diameters larger than an axial central portion between both axial end portions, and the plurality of rollers 4 are rollably arranged in parallel with each other along a circumferential direction of the nut 2, between the columnar faces 13 and the outer peripheral face of the screw shaft 1. When the screw shaft 1 and the nut 2 are relatively rotated, the screw shaft 1 and the nut 2 are relatively linearly moved in the axial direction through rolling of the balls 3 in the ball rolling passage 11.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はボールねじに関する。 The present invention relates to a ball screw.

直動アクチュエータに使用されるボールねじは、コンパクト化のために、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の複合荷重が負荷されることが一般的となっている。そのため、純スラスト荷重だけでなく、複合荷重を受けることができるボールねじが提案されている（例えば特許文献１、２を参照）。
しかしながら、特許文献１、２に開示のボールねじでは、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の全てを十分に受けることは困難であった。例えば特許文献２に開示のボールねじは、スラスト荷重の負荷容量が低くスラスト荷重に対して短寿命であった。 Ball screws used for linear motion actuators are generally subjected to a composite load of thrust load, radial load, and moment load for compactness. Therefore, a ball screw capable of receiving not only a pure thrust load but also a composite load has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
However, it is difficult for the ball screws disclosed in Patent Documents 1 and 2 to sufficiently receive all of the thrust load, radial load, and moment load. For example, the ball screw disclosed in Patent Document 2 has a low thrust load capacity and a short life against the thrust load.

特許第４７３０７７０号公報Japanese Patent No. 4730770 特開２００６−３４９０６０号公報JP 2006-349060 A

そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の複合荷重が負荷されても長寿命なボールねじを提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and to provide a ball screw having a long life even when a combined load of a thrust load, a radial load, and a moment load is applied.

前記課題を解決するため、本発明の一態様に係るボールねじは、ねじ軸と、ナットと、複数のボールと、を有し、ねじ軸はナットを貫通し、ねじ軸の外周面に形成された螺旋溝とナットの内周面に形成された螺旋溝とが対向して、ボールが転動するボール転動路が形成され、ボールはボール転動路内に配置され、ねじ軸とナットとを相対回転運動させることにより、ボール転動路内でのボールの転動を介して、ねじ軸とナットとが軸方向に相対移動するようになっており、ナットの内周面の軸方向両端部は、該軸方向両端部の間の軸方向中央部よりも大径な円柱面となっており、円柱面とねじ軸の外周面との間に、複数のローラがナットの周方向に沿って互いに平行に並べられ転動自在とされている。 In order to solve the above problems, a ball screw according to an aspect of the present invention includes a screw shaft, a nut, and a plurality of balls, and the screw shaft passes through the nut and is formed on an outer peripheral surface of the screw shaft. The spiral groove formed on the inner peripheral surface of the nut is opposed to the ball to form a ball rolling path on which the ball rolls, and the ball is disposed in the ball rolling path. , And the screw shaft and the nut move relative to each other in the axial direction through the rolling of the ball in the ball rolling path. The part is a cylindrical surface having a larger diameter than the axially central part between both axial ends, and a plurality of rollers are provided along the circumferential direction of the nut between the cylindrical surface and the outer peripheral surface of the screw shaft. They are arranged parallel to each other and can be rolled.

上記一態様に係るボールねじにおいては、ボール転動路の接触角を４５°以上に設定してもよい。また、上記一態様に係るボールねじにおいては、ローラの長さを、ねじ軸の螺旋溝のピッチとボールの直径との和よりも大きくしてもよい。さらに、上記一態様に係るボールねじにおいては、複数のローラを転動自在に保持する保持器を備え、複数のローラが保持器内にナットの周方向に等間隔をあけて並べられていてもよい。さらに、上記一態様に係るボールねじにおいては、ローラの軸方向端部に面取りを形成してもよい。 In the ball screw according to the above aspect, the contact angle of the ball rolling path may be set to 45 ° or more. In the ball screw according to the above aspect, the length of the roller may be larger than the sum of the pitch of the spiral groove of the screw shaft and the diameter of the ball. Furthermore, the ball screw according to the above aspect includes a cage that holds a plurality of rollers in a rollable manner, and the plurality of rollers may be arranged in the cage at equal intervals in the circumferential direction of the nut. Good. Furthermore, in the ball screw which concerns on the said one aspect | mode, you may form a chamfer in the axial direction edge part of a roller.

本発明のボールねじは、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の複合荷重が負荷されても長寿命である。 The ball screw of the present invention has a long life even when a combined load of a thrust load, a radial load, and a moment load is applied.

本発明の一実施形態に係るボールねじの断面図である。It is sectional drawing of the ball screw which concerns on one Embodiment of this invention. ローラの長さとねじ軸の螺旋溝のピッチとの関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the length of a roller, and the pitch of the spiral groove of a screw shaft. 図１のボールねじの変形例を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the modification of the ball screw of FIG.

本発明の一実施形態を、図１を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るボールねじを、軸方向に沿う平面で切断して示した断面図である。
図１に示すように、ボールねじは、略円柱状のねじ軸１と、略円筒状のナット２と、複数のボール３と、複数のローラ４（例えばニードルローラ）と、を有しており、ねじ軸１はナット２を貫通している。 An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a ball screw according to an embodiment of the present invention cut along a plane along the axial direction.
As shown in FIG. 1, the ball screw has a substantially cylindrical screw shaft 1, a substantially cylindrical nut 2, a plurality of balls 3, and a plurality of rollers 4 (for example, needle rollers). The screw shaft 1 passes through the nut 2.

ねじ軸１の外周面には螺旋状に連続する螺旋溝１ａが形成され、また、ナット２の内周面には螺旋状に連続する螺旋溝２ａが形成されており、これら両螺旋溝１ａ、２ａが対向して、ボール３が転動する螺旋状のボール転動路１１が形成されている。そして、ボール転動路１１内には複数のボール３が転動自在に配置されている。 A spiral groove 1a that is spirally continuous is formed on the outer peripheral surface of the screw shaft 1, and a spiral groove 2a that is spirally continuous is formed on the inner peripheral surface of the nut 2, and both the spiral grooves 1a, A spiral ball rolling path 11 on which 2a faces and the ball 3 rolls is formed. And in the ball rolling path 11, the some ball | bowl 3 is arrange | positioned so that rolling is possible.

また、ナット２の内周面の軸方向両端部は、該軸方向両端部の間の軸方向中央部よりも大径な円柱面１３となっているため、ナット２の円柱面１３とねじ軸１の外周面との間に環状の空間が形成されている。そして、これらの軸方向両端の環状の空間に複数のローラ４が装填されている。複数のローラ４は、その回転軸を互いに平行にして、ナット２の周方向に沿って並べられている。よって、複数のローラ４は、円柱面１３とねじ軸１の外周面との間に配置されて、転動自在とされている。 Moreover, since the axial direction both ends of the inner peripheral surface of the nut 2 are the cylindrical surfaces 13 having a larger diameter than the axial central portion between the both axial ends, the cylindrical surface 13 of the nut 2 and the screw shaft An annular space is formed between the outer peripheral surface of 1. A plurality of rollers 4 are loaded in the annular spaces at both ends in the axial direction. The plurality of rollers 4 are arranged along the circumferential direction of the nut 2 with their rotation axes parallel to each other. Therefore, the plurality of rollers 4 are arranged between the cylindrical surface 13 and the outer peripheral surface of the screw shaft 1 so as to be freely rollable.

なお、図１には図示されていないが、本実施形態のボールねじは、ボール３をボール転動路１１の終点から始点へ戻し循環させるボール戻し路を備えている。このボール戻し路は、例えばリターンチューブ、循環コマ、エンドキャップ、又はエンドデフレクタにより構成される。そして、ボール転動路１１とボール戻し路により無端状の循環径路が形成される。また、本実施形態のボールねじは、図１に示すように、ナット２の軸方向端部に取り付けられねじ軸１に摺接する略環状の接触シール５、５を備えている。ただし、接触シール５、５は備えていなくてもよい。 Although not shown in FIG. 1, the ball screw according to the present embodiment includes a ball return path for circulating the ball 3 from the end point of the ball rolling path 11 to the start point. The ball return path is constituted by, for example, a return tube, a circulation piece, an end cap, or an end deflector. An endless circulation path is formed by the ball rolling path 11 and the ball return path. Further, as shown in FIG. 1, the ball screw according to the present embodiment includes substantially annular contact seals 5 and 5 that are attached to the end of the nut 2 in the axial direction and are in sliding contact with the screw shaft 1. However, the contact seals 5 and 5 may not be provided.

本実施形態のボールねじにおいてボール３は、ボール転動路１１内を移動しつつねじ軸１の回りを回ってボール転動路１１の終点に至り、そこでボール転動路１１から掬い上げられてボール戻し路の一方の端部に入る。ボール戻し路に入ったボール３はボール戻し路内を通ってボール戻し路の他方の端部に達し、そこからボール転動路１１の始点に戻されるようになっている。 In the ball screw of the present embodiment, the ball 3 moves around the screw shaft 1 while moving in the ball rolling path 11 to reach the end point of the ball rolling path 11, and is scooped up from the ball rolling path 11 there. Enter one end of the ball return path. The ball 3 that has entered the ball return path passes through the ball return path, reaches the other end of the ball return path, and returns to the starting point of the ball rolling path 11 from there.

よって、本実施形態のボールねじは、ねじ軸１とナット２を相対回転運動させると、ボール転動路１１内でのボール３の転動を介して、ねじ軸１とナット２とが軸方向に相対直線移動するようになっている。そして、ボール３は、無端状の循環径路内を無限に循環するようになっているため、ねじ軸１とナット２とは継続的に相対直線移動することができる。 Therefore, in the ball screw of this embodiment, when the screw shaft 1 and the nut 2 are relatively rotated, the screw shaft 1 and the nut 2 are axially moved through the rolling of the ball 3 in the ball rolling path 11. Relative linear movement. Since the ball 3 circulates infinitely in the endless circulation path, the screw shaft 1 and the nut 2 can continuously move relative to each other.

このような構成の本実施形態のボールねじは、軸方向両端に配されたローラ４がラジアル荷重及びモーメント荷重を受けることができ、軸方向中央に配されたボール３がスラスト荷重を受けることができる。よって、本実施形態のボールねじは複合荷重を受けることができ、複合荷重が負荷されても長寿命である。 In the ball screw of this embodiment having such a configuration, the rollers 4 disposed at both ends in the axial direction can receive a radial load and a moment load, and the ball 3 disposed in the center in the axial direction can receive a thrust load. it can. Therefore, the ball screw of this embodiment can receive a composite load and has a long life even when the composite load is applied.

詳述すると、ローラ４はラジアル荷重の負荷能力が高く、また、いかなる方向のラジアル荷重であっても受けることができる。また、ローラ４は、軸方向両端に離れて配されているので、モーメント荷重を受ける能力が優れている。よって、本実施形態のボールねじは、ラジアル荷重とモーメント荷重の負荷容量が高い。
ローラ４の長さは特に限定されるものではないが、ねじ軸１の螺旋溝１ａのピッチＰとボール３の直径との和よりも大きくしてもよいし、ボール３の直径の２倍以上としてもよい。このような構成であれば、ラジアル荷重及びモーメント荷重を受ける能力がより優れる。ローラ４の長さＬとねじ軸１の螺旋溝１ａのピッチＰとの関係について、図２を参照しながら、以下に説明する。 More specifically, the roller 4 has a high load capacity for a radial load and can receive a radial load in any direction. In addition, since the roller 4 is disposed away from both ends in the axial direction, the roller 4 has an excellent ability to receive a moment load. Therefore, the ball screw of this embodiment has a high load capacity for radial load and moment load.
The length of the roller 4 is not particularly limited, but may be larger than the sum of the pitch P of the spiral groove 1a of the screw shaft 1 and the diameter of the ball 3, or more than twice the diameter of the ball 3. It is good. With such a configuration, the ability to receive a radial load and a moment load is more excellent. The relationship between the length L of the roller 4 and the pitch P of the spiral groove 1a of the screw shaft 1 will be described below with reference to FIG.

ローラ４の長さＬは、ねじ軸１の螺旋溝１ａのピッチＰよりも長いことが好ましく、ねじ軸１の螺旋溝１ａのピッチＰとボール３の直径との和よりも大きいことがより好ましい。このような構成であれば、ローラ４の外周面は軸方向の少なくとも２箇所でねじ軸１のランド部と接触するため、ローラ４はねじ軸１を介してラジアル荷重を効果的に受けつつ、姿勢が安定する。
ローラ４のねじ軸１との接触位置は、ねじ軸１の回転に伴って軸方向に移動するので、ローラ４の長さＬがねじ軸１の螺旋溝１ａのピッチＰ以下であると、ローラ４の外周面とねじ軸１のランド部との接触部分が軸方向で１箇所となる。そうすると、ねじ軸１のランド部との接触部分がローラ４の軸方向端部近傍に偏ることとなるので、ローラ４がねじ軸１の螺旋溝１ａに落ち込むおそれがある。 The length L of the roller 4 is preferably longer than the pitch P of the spiral groove 1 a of the screw shaft 1, and more preferably larger than the sum of the pitch P of the spiral groove 1 a of the screw shaft 1 and the diameter of the ball 3. . With such a configuration, since the outer peripheral surface of the roller 4 is in contact with the land portion of the screw shaft 1 at at least two locations in the axial direction, the roller 4 effectively receives a radial load via the screw shaft 1. Posture is stable.
Since the contact position of the roller 4 with the screw shaft 1 moves in the axial direction as the screw shaft 1 rotates, if the length L of the roller 4 is equal to or less than the pitch P of the spiral groove 1a of the screw shaft 1, the roller The contact part of the outer peripheral surface of 4 and the land part of the screw shaft 1 becomes one place in the axial direction. If it does so, since the contact part with the land part of the screw shaft 1 will be biased to the axial direction edge part vicinity of the roller 4, there exists a possibility that the roller 4 may fall into the spiral groove 1a of the screw shaft 1. FIG.

また、ボール転動路１１の接触角αは特に限定されるものではないが、スラスト荷重の負荷能力を高めるためには接触角αは大きくすることが好ましく、４５°以上（例えば６０°）に設定することができる。
さらに、本実施形態のボールねじは、複数のローラ４を転動自在に保持する保持器１４（図３を参照）を備えていてもよい。そして、その保持器１４内に複数のローラ４がナット２の周方向に等間隔をあけて並べられていてもよい。保持器１４の種類は特に限定されるものではないが、金属製のもみ抜き保持器や樹脂製の成形保持器を使用することができる。また、保持器１４は、内径側部分がねじ軸１に接触しないように、外径案内方式の保持器とすることが好ましい。 Further, the contact angle α of the ball rolling path 11 is not particularly limited, but in order to increase the load capacity of the thrust load, it is preferable to increase the contact angle α and to be 45 ° or more (for example, 60 °). Can be set.
Furthermore, the ball screw of the present embodiment may include a retainer 14 (see FIG. 3) that holds the plurality of rollers 4 in a rollable manner. A plurality of rollers 4 may be arranged in the retainer 14 at equal intervals in the circumferential direction of the nut 2. The type of the cage 14 is not particularly limited, but a metal machined cage or a resin molded cage can be used. The retainer 14 is preferably an outer diameter guide type retainer so that the inner diameter side portion does not contact the screw shaft 1.

このような本実施形態のボールねじは、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重のいずれの荷重に対しても負荷容量が高く、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の複合荷重が負荷されても長寿命である。よって、本実施形態のボールねじは直動アクチュエータに好適に使用可能であり、自動車用直動アクチュエータ、一般産業用直動アクチュエータのコンパクト化と長寿命化に寄与する。 Such a ball screw of this embodiment has a high load capacity with respect to any of thrust load, radial load, and moment load, and has a long life even when combined with thrust load, radial load, and moment load. It is. Therefore, the ball screw of this embodiment can be used suitably for a linear actuator, and contributes to the compactness and long life of the linear actuator for automobiles and the linear actuator for general industries.

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。例えば、螺旋溝１ａ，２ａの断面形状は、曲率中心の異なる２つの円弧を組合せた略Ｖ字状をなすゴシックアーク状でもよいし、単一の円弧からなる曲線状でもよい。
また、ローラ４の軸方向両端部には、ローラ４の軸方向端面の直径がローラ４の直径よりも小さくなるように面取りを形成してもよい。ローラ４の軸方向両端部に面取りが形成されていると、ローラ４の軸方向両端部がねじ軸１のランド部と衝突して損傷することが防止される。この点について、以下に詳述する。 In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. In addition, various changes or improvements can be added to the present embodiment, and forms to which such changes or improvements are added can also be included in the present invention. For example, the cross-sectional shape of the spiral grooves 1a and 2a may be a Gothic arc shape having a substantially V-shape combining two arcs having different centers of curvature, or may be a curved shape consisting of a single arc.
Further, chamfering may be formed at both axial ends of the roller 4 so that the diameter of the axial end surface of the roller 4 is smaller than the diameter of the roller 4. If chamfering is formed at both ends in the axial direction of the roller 4, both end portions in the axial direction of the roller 4 are prevented from colliding with and being damaged by the land portion of the screw shaft 1. This point will be described in detail below.

ローラ４は、ナット２の円柱面１３とねじ軸１の外周面（ランド部の表面）との間を転動しつつねじ軸１の周りを転動する。このとき、ローラ４はねじ軸１のランド部と接触する。また、ねじ軸１は、ナット２に対して軸方向に相対移動するため、ローラ４の外周面とねじ軸１の外周面との間には滑りが生じる。さらに、ローラ４のねじ軸１との接触位置は、ねじ軸１の回転に伴って軸方向に移動する。
ローラ４の軸方向両端部に面取りが形成されていない場合には、ローラ４がねじ軸１のランド部に乗り上げる際に、ローラ４の軸方向両端部の角部がねじ軸１のランド部やねじ軸１の螺旋溝１ａのランド部との境界部分に衝突するおそれがある。しかしながら、ローラ４の軸方向両端部に面取りが形成されていれば、ローラ４がねじ軸１のランド部に乗り上げる際に、上記のような衝突が抑制される。 The roller 4 rolls around the screw shaft 1 while rolling between the cylindrical surface 13 of the nut 2 and the outer peripheral surface (surface of the land portion) of the screw shaft 1. At this time, the roller 4 comes into contact with the land portion of the screw shaft 1. Further, since the screw shaft 1 moves relative to the nut 2 in the axial direction, a slip occurs between the outer peripheral surface of the roller 4 and the outer peripheral surface of the screw shaft 1. Further, the contact position of the roller 4 with the screw shaft 1 moves in the axial direction as the screw shaft 1 rotates.
When chamfering is not formed at both axial end portions of the roller 4, when the roller 4 rides on the land portion of the screw shaft 1, the corner portions at both axial end portions of the roller 4 are There is a risk of colliding with a boundary portion between the screw shaft 1 and the land portion of the spiral groove 1a. However, if chamfering is formed at both ends in the axial direction of the roller 4, the collision as described above is suppressed when the roller 4 rides on the land portion of the screw shaft 1.

１ねじ軸
１ａ螺旋溝
２ナット
２ａ螺旋溝
３ボール
４ローラ
１１ボール転動路
１３円柱面
１４保持器
α 接触角 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Screw shaft 1a Spiral groove 2 Nut 2a Spiral groove 3 Ball 4 Roller 11 Ball rolling path 13 Cylindrical surface 14 Cage α Contact angle

Claims

ねじ軸と、ナットと、複数のボールと、を有し、
前記ねじ軸は前記ナットを貫通し、
前記ねじ軸の外周面に形成された螺旋溝と前記ナットの内周面に形成された螺旋溝とが対向して、前記ボールが転動するボール転動路が形成され、
前記ボールは前記ボール転動路内に配置され、
前記ねじ軸と前記ナットとを相対回転運動させることにより、前記ボール転動路内での前記ボールの転動を介して、前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向に相対移動するようになっており、
前記ナットの内周面の軸方向両端部は、該軸方向両端部の間の軸方向中央部よりも大径な円柱面となっており、前記円柱面と前記ねじ軸の外周面との間に、複数のローラが前記ナットの周方向に沿って互いに平行に並べられ転動自在とされているボールねじ。 A screw shaft, a nut, and a plurality of balls;
The screw shaft passes through the nut;
The spiral groove formed on the outer peripheral surface of the screw shaft and the spiral groove formed on the inner peripheral surface of the nut face each other to form a ball rolling path on which the ball rolls.
The ball is disposed in the ball rolling path;
By relatively rotating the screw shaft and the nut, the screw shaft and the nut are relatively moved in the axial direction through rolling of the ball in the ball rolling path. And
Both end portions in the axial direction of the inner peripheral surface of the nut are cylindrical surfaces larger in diameter than the central portion in the axial direction between the both end portions in the axial direction, and between the cylindrical surface and the outer peripheral surface of the screw shaft. And a plurality of rollers arranged in parallel with each other along the circumferential direction of the nut so as to be freely rollable.

前記ボール転動路の接触角が４５°以上に設定されている請求項１に記載のボールねじ。 The ball screw according to claim 1, wherein a contact angle of the ball rolling path is set to 45 ° or more.

前記ローラの長さが、前記ねじ軸の螺旋溝のピッチと前記ボールの直径との和よりも大きい請求項１又は請求項２に記載のボールねじ。 The ball screw according to claim 1 or 2, wherein a length of the roller is larger than a sum of a pitch of a spiral groove of the screw shaft and a diameter of the ball.

前記複数のローラを転動自在に保持する保持器を備え、前記複数のローラが前記保持器内に前記ナットの周方向に等間隔をあけて並べられている請求項１〜３のいずれか一項に記載のボールねじ。 The holder | retainer which hold | maintains these several rollers so that rolling is possible, The said several rollers are arranged in the said holder | retainer at equal intervals in the circumferential direction of the said nut. The ball screw according to item.

前記ローラの軸方向端部に面取りが形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のボールねじ。 The ball screw according to any one of claims 1 to 4, wherein a chamfer is formed at an axial end portion of the roller.