JP4079001B2 - Ball screw device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボール群をねじ軸にて循環させるねじ軸循環型のボールねじ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、内筒部材の螺旋状の軌道溝と、外筒部材の螺旋状の軌道溝との間にボールを介装してなるボールねじ装置がある(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
ボールが転接する螺旋状の軌道溝の軌道底に沿って溝が形成され、当該溝内にはボールと軌道溝との間の潤滑を確保するために潤滑性組成物が充填されている。
【0004】
また、ねじ軸の外周面に形成した閉ループの軌道溝と、ねじ軸に外嵌したナット部材の内周面に形成した螺旋状の軌道溝との間にボールを介装してなるねじ軸循環型のボールねじ装置が提案されている。
【0005】
ねじ軸循環型のボールねじ装置においても、ボールと軌道溝との間の潤滑を確保するために、軌道溝の軌道底に沿って潤滑性組成物を充填した溝が形成される。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−206620号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ねじ軸循環型のボールねじ装置においては、常時ボールが転接し、潤滑性組成物が必要となるねじ軸の軌道溝の軌道底に、潤滑性組成物を充填した溝が形成される。
【0008】
ねじ軸の外周面に形成した軌道溝の軌道底に沿って潤滑性組成物を充填する溝を形成する際は、エンドミルによる溝加工となるため、加工コストが高くなるという問題があった。
【0009】
また、ねじ軸の軌道溝の加工においては、刃先が潤滑性組成物を充填する溝の形状をしたエンドミルを用いて溝加工を行うが、刃先はエンドミルの回転中心に位置しており周速が遅く、潤滑性組成物を充填する溝を削り加工する際の効率が悪く、加工性に劣るという問題があった。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外周面に閉ループの軌道溝を有したねじ軸と、前記ねじ軸に外嵌され内周面に螺旋状の軌道溝を有したナット部材と、前記ねじ軸の軌道溝とナット部材の軌道溝との間に介装されたボール群とを含むねじ軸循環型のボールねじ装置において、前記ナット部材の軌道溝の軌道底において、前記ボールと前記ナット部材の軌道溝の内周面との接触楕円から外れた位置にグリース溜り溝を旋削にて形成し、前記ボールが前記ナット部材の軌道溝の内周面の最も軌道底寄りにて接触する最大負荷時の接触楕円における作用線の接触角をθ、当該接触楕円の長半径をB、前記ボールの直径をBdとすると、前記グリース溜り溝の幅寸法LWは、
LW<Bd・Sinθ−2・B・Cosθ
の関係を満たすことにより、グリース溜り溝に充填したグリースがボールとの接触によって寿命が低下するのを防止するようにされている。
【0012】
前記グリース溜り溝の深さ寸法をLHは、
LH<(1/4)・Bd
の関係を満たしている。
【0013】
本発明のボールねじ装置によると、ナット部材の内周面の軌道溝の軌道底にグリース溜り溝を形成したので、バイトを用いて旋削にて溝加工でき、従来のエンドミルによる溝加工に比べ、加工コストの低減ならびに加工性の向上が図れる。
【0014】
ナット部材の軌道溝の軌道底に形成したグリース溜り溝にグリースが充填され、ナット部材の軌道溝は常時ボールが転接せず、グリースに対するボールの転動回数が少なく、グリース寿命が向上する。
【0015】
グリース溜り溝は、ボールとナット部材の軌道溝の内周面との接触楕円から外れた位置に形成されており、グリース溜り溝に充填したグリースがボールとの接触によって寿命が低下するのを防止できる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係るボールねじ装置を図面に基づいて説明する。
【0017】
図1および図2は本実施形態のボールねじ装置の全体断面図、図3はそのボールねじ装置の分解斜視図、図4は樹脂歯車を成形したブラケットの正面図、図5は図4の樹脂歯車を除いた状態のV−V断面図、図6はねじ軸の循環路を模式的に示した側面図、図7はナット部材の軌道溝の断面図である。
【0018】
本発明の歯車装置が適用されるボールねじ装置1は、軸方向に一対のフランジを有するプーリ2における当該フランジ間の軸方向離隔距離を変更することで、プーリ2に巻掛られるベルト3の巻掛径を変更するために用いられる。
【0019】
プーリ2は、回転軸4に軸心回りに回転一体に設けられる第一フランジ5と、回転軸4に軸心回りに回転一体かつ軸方向に沿って摺動自在に配置される第二フランジ6とを備える。
【0020】
ボールねじ装置1は、ブラケット10、合成樹脂製の樹脂歯車20、ボールねじ30を有する。
【0021】
ブラケット10は、薄肉鋼板をプレス加工することによって円筒形状に形成されている。
【0022】
ブラケット10は、内筒部11と、この内筒部11の軸方向一方側から内筒部11の内周面に沿って重ねるように軸方向途中まで折返し形成された折返し筒部12と、この折返し筒部12の軸方向他方側端部から径方向内方に向けて折曲形成された隔壁13と、内筒部11の軸方向他方側端部から径方向外方に向けて折曲形成された環状部14と、環状部14の径方向外端から軸方向一方側に向けて折曲形成された外筒部15とを備え、板金をプレス加工することによって製造されても、充分な剛性が得られる。
【0023】
隔壁13は、折返し筒部12の円周方向等配位置に複数箇所形成されている。また、隔壁13のうちの一個は、その先端部がさらに軸方向一方側に向けて折曲された折曲部16が形成されている。
【0024】
樹脂歯車20は、外筒部15に射出成形により一体的に形成され、ブラケット10と樹脂歯車20とが軸心回りに回転一体に設けられている。
【0025】
樹脂歯車20の外周端には、不図示の回転動力源から駆動力が伝達されて回転する減速歯車7の歯部7aが噛合される歯部21が形成されている。
【0026】
ボールねじ30は、保持器を有しない総ボール型のボールねじであり、ブラケット10の軸方向一方側内周面に軸心回りに回転一体に嵌合される円筒状のナット部材31を有する。このナット部材31の端面に、各隔壁13と嵌合する切欠き32が形成され、これら各切欠き32と隔壁13とが軸方向で嵌合することにより、ナット部材31がブラケット10に軸心回りに確実に回転一体な構成となっている。ナット部材31は、その切欠端面が隔壁13の軸方向一方側端面に当接されている。ナット部材31の内周面に、両端部間で連続した所定のリード角を有する一条の螺旋状の軌道溝33が形成されている。
【0027】
ボールねじ30は、ナット部材31の内径側に配置される円筒状のねじ軸34を有する。ねじ軸34は、図示しない所定の支持装置でもって軸心回りに非回転に支持されるとともに、軸方向に不動に支持されている。ねじ軸34は、外周面に、互いに平行でそれぞれ独立の閉ループとした所定のリード角を有する2条の軌道溝35を有する。各軌道溝35は、所定のリード角を有する軌道溝の端部どうしをリード角と異なる角度をもって連続させるボールの循環路36を有し、この循環路36によって各軌道溝35は別個に閉ループとされる。
【0028】
これら循環路36は、それぞれの軌道溝35の上流側と下流側とを連通する部分である。すなわち、これら循環路36は、各軌道溝35の下流側に位置するボール37をねじ軸34の内径側に沈みこませて上流へ戻すよう、軌道溝35の他の部分に比べて深く形成されるとともに蛇行した形状に形成されている。これにより、軌道溝35に嵌合するボール37をそれぞれ独立して転動循環させる構成となっている。
【0029】
ねじ軸34の軸方向他方側開口の外周面の一部が、所定周長を有するよう円周方向に沿って切欠かれ、当該切欠部39と隔壁13の折曲部16とで、ナット部材31が軸心回りに必要以上に回転するのを防止するためのストッパが構成される。
【0030】
ねじ軸34の内周面一方側に、転がり軸受(アンギュラ玉軸受)40が嵌着されている。転がり軸受40は、ねじ軸34に嵌着された外輪部材41と、回転軸4が挿通する内輪部材42と、外輪部材41と内輪部材42との間に転動自在に配置された複数個の玉43とを備える。
【0031】
ブラケット10の内周面他方側に、転がり軸受(アンギュラ玉軸受)50が嵌着されている。転がり軸受50は、ブラケット10の内周面に嵌着される軸受部材としての外輪部材51と、回転軸4に軸心回りに回転一体に組付けられるとともに第二フランジ6に一体形成された筒軸6aの外周面に嵌着される内輪部材52と、外輪部材51および内輪部材52の間に転動自在に配置された複数個の玉53とを備える。転がり軸受50における外輪部材51の側面は、隔壁13の側面に当接している。
【0032】
ナット部材31の軌道溝33の全長に渡って、軌道底にグリース溜り溝38が形成されている。
【0033】
図7はナット部材31の断面図を示しており、軌道溝33の軌道底に形成されたグリース溜り溝38について詳細に説明する。
【0034】
図7において、軌道溝33は、内周面がゴシックアーチ状に形成されており、グリース溜り溝38は、軌道溝33の軌道底において幅寸法LW,深さ寸法LHの断面矩形に形成されている。
【0035】
Aは、ボール37が軌道溝33の内周面の最も軌道底寄りにて接触する際の、軌道溝33の内周面とボール37との接触楕円を示している。この場合における作用線の接触角をθとする。すなわち、接触楕円Aは、ボール37の接触角に影響する因子(例えば、ラジアル隙間、軌道曲率など)を考慮した上で、最大負荷時のボール37の接触楕円である。
【0036】
また、ボール37jの直径をBd、接触楕円Aの長半径をBとすると、グリース溜り溝38の幅寸法LWは、グリース溜り溝38が接触楕円Aに重ならない範囲に位置することを条件として、
LW<Bd・Sinθ−2・C
となり、ここで
C≒B・Cosθ
とすると、
LW<Bd・Sinθ−2・B・Cosθ…(1)
となる。なお、グリース溜り溝38の幅寸法LWを小さくし過ぎると、十分な量のグリースを充填できなくなるため、少なくとも十分なグリース量を確保できる幅寸法に設定されている。
【0037】
また、グリース溜り溝38の深さ寸法LHは、ナット部材31の強度を考慮して決定される。すなわち、グリース溜り溝38を深くし過ぎるとナット部材31の厚みが薄くなって曲げ強度が低下するため、
LH<(1/4)・Bd…(2)
を満たすように決定される。なお、グリース溜り溝38を浅くし過ぎると、十分な量のグリースを充填できなくなるため、少なくとも十分なグリース量を確保できる深さに設定されている。
【0038】
グリース溜り溝38に充填するグリースとしては、例えば、ウレア系グリースが用いられる。
【0039】
図1は、ボールねじ30が最も縮んで第一フランジ5と第二フランジ6とが軸方向に最も隔離した状態であり、ベルト3の巻掛径が小さい状態である。この状態では、切欠部39の当接面に折曲部16が当接し、ナット部材31の回転が防止された状態にある。
【0040】
上記状態から減速歯車7が軸心回りに回転して歯部7aが回転すると、減速歯車7の回転とともに樹脂歯車20が軸心回りに回転する。樹脂歯車20の回転に伴なって、ブラケット10ならびにナット部材31が、ねじ軸34の回りに回転すると共に、図2に示すように、軸方向(図の左方)に移動する。これにより、ブラケット10に一体成形された樹脂歯車20も軸方向に移動する。そして、第一フランジ5および第二フランジ6の径方向内方部位どうしが軸方向で当接した時点で、ナット部材13は軸方向の移動を停止し、ベルト3はフランジ5,6間を拡径するようにせり上がり巻掛径が最大となる。
【0041】
再び、ベルト3の巻掛径を小さくする場合は、上記と反対方向の回転力を減速歯車7から樹脂歯車20に対して付与することで、ナット部材31は軸方向(図の右方)に移動し、図1のように、切欠部39の当接面に折曲部16が当接した時点で、ナット部材31は軸方向の移動を停止する。
【0042】
このように構成されたボールねじ装置1によると、ナット部材31の内周面の軌道溝33の軌道底にグリース溜り溝38を形成したので、バイトを用いて旋削にて溝加工でき、従来のエンドミルによる溝加工に比べ、加工コストの低減ならびに加工性の向上が図れる。
【0043】
ナット部材31の軌道溝33の軌道底に形成したグリース溜り溝38にグリースが充填され、ナット部材31の軌道溝33は常時ボールが転接せず、グリースに対するボール37の転動回数が少なく、グリース寿命が向上する。
【0044】
グリース溜り溝38は、ボール37とナット部材31の軌道溝33の内周面との接触楕円から外れた位置に形成されており、グリース溜り溝38に充填したグリースがボール37との接触によって寿命が低下するのを防止できる。
【0045】
グリース溜り溝38をナット部材31の軌道溝33の全周に形成したので、グリースの量が増え、グリース寿命が向上する。
【0046】
グリース溜り溝38の幅寸法LWを式(1)に示す値に設定したことにより、グリース溜り溝38はボール37と循環路33の内周面との接触楕円から外れた位置に形成され、グリース溜り溝38に充填したグリースがボール37との接触によって寿命が低下するのを防止できる。
【0047】
グリース溜り溝38の深さ寸法LHを式(2)に示す値に設定したことにより、十分なグリース量を確保しながら、ナット部材31の肉厚を確保して十分な強度が得られる。
【0048】
グリース寿命が向上することで、潤滑性が向上し、軌道溝33,35の内部の発熱を低減できる。
【0049】
なお、グリース溜り溝38は、ナット部材31の軌道溝33の全長に渡って形成されたものに限らず、軌道溝33の一部に形成されていてもよい。
【0050】
【発明の効果】
本発明のボールねじ装置によると、加工コストの低減ならびに加工性の向上が図れ、かつ、グリース寿命が向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態における歯車装置の使用状態を示すボールねじ装置の全体断面図
【図2】 本発明の実施形態における歯車装置の使用状態を示すボールねじ装置の全体断面図
【図3】 図1のボールねじ装置の分解斜視図
【図4】 本発明の実施形態を示す樹脂歯車を成形したブラケットの正面図
【図5】 図4の樹脂歯車を除いた状態のV−V断面図
【図6】 ねじ軸の循環路を模式的に示した側面図
【図7】 ナット部材の軌道溝の断面図
【符号の説明】
1 ボールねじ装置
10 ブラケット
20 樹脂歯車
30 ボールねじ
31 ナット部材
33 螺旋状の軌道溝
34 ねじ軸
35 閉ループの軌道溝
36 循環路
37 ボール
38 グリース溜り溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a screw shaft circulation type ball screw device that circulates a ball group by a screw shaft.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is a ball screw device in which a ball is interposed between a spiral raceway groove of an inner cylinder member and a spiral raceway groove of an outer cylinder member (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
A groove is formed along the track bottom of the spiral track groove with which the ball rolls, and the groove is filled with a lubricating composition in order to ensure lubrication between the ball and the track groove.
[0004]
Also, a screw shaft circulation formed by interposing a ball between a closed loop raceway groove formed on the outer peripheral surface of the screw shaft and a spiral raceway groove formed on the inner peripheral surface of a nut member fitted on the screw shaft. A type of ball screw device has been proposed.
[0005]
Also in the screw shaft circulation type ball screw device, in order to ensure lubrication between the ball and the raceway groove, a groove filled with the lubricating composition is formed along the raceway bottom of the raceway groove.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-206620
[Problems to be solved by the invention]
In the screw shaft circulation type ball screw device, the ball is always in rolling contact, and a groove filled with the lubricating composition is formed on the track bottom of the track groove of the screw shaft that requires the lubricating composition.
[0008]
When forming the groove filled with the lubricating composition along the raceway bottom of the raceway groove formed on the outer peripheral surface of the screw shaft, there is a problem that the machining cost increases because the groove processing is performed by an end mill.
[0009]
In addition, in the processing of the raceway groove on the screw shaft, the cutting edge is processed by using an end mill having a groove shape filled with a lubricating composition. However, the cutting edge is located at the center of rotation of the end mill and the peripheral speed is low. Slowly, there was a problem that the efficiency at the time of shaving the groove filled with the lubricating composition was poor and the workability was poor.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a screw shaft having a closed loop raceway groove on an outer peripheral surface, a nut member fitted on the screw shaft and having a spiral raceway groove on an inner peripheral surface, and a raceway groove and a nut member of the screw shaft. A screw shaft circulation type ball screw device including a ball group interposed between the raceway grooves of the nut and the raceway groove of the nut member, and an inner peripheral surface of the raceway groove of the nut member. A grease retaining groove is formed by turning at a position deviating from the contact ellipse, and the action line in the contact ellipse at the maximum load when the ball contacts the innermost surface of the raceway groove of the nut member closest to the track bottom , The major radius of the contact ellipse is B, and the diameter of the ball is Bd, the width LW of the grease retaining groove is
LW <Bd · Sinθ-2 · B · Cosθ
By satisfying this relationship , the grease filled in the grease reservoir groove is prevented from being shortened due to contact with the ball.
[0012]
LH is the depth dimension of the grease reservoir groove.
LH <(1/4) · Bd
Meet the relationship.
[0013]
According to the ball screw device of the present invention, since the grease retaining groove is formed on the raceway bottom of the raceway groove on the inner peripheral surface of the nut member, it can be grooved by turning using a bite, and compared with the groove processing by a conventional end mill, The processing cost can be reduced and the workability can be improved.
[0014]
Grease is filled in the grease reservoir groove formed on the raceway bottom of the raceway groove of the nut member, and the ball does not always come into rolling contact with the raceway groove of the nut member, the number of rolling of the ball with respect to the grease is small, and the grease life is improved.
[0015]
The grease reservoir groove is formed at a position away from the contact ellipse between the ball and the inner peripheral surface of the raceway groove of the nut member, preventing the grease filled in the grease reservoir groove from deteriorating the life due to contact with the ball. it can.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A ball screw device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
1 and 2 are overall sectional views of the ball screw device of this embodiment, FIG. 3 is an exploded perspective view of the ball screw device, FIG. 4 is a front view of a bracket formed with a resin gear, and FIG. 5 is a resin of FIG. FIG. 6 is a side view schematically showing the circulation path of the screw shaft, and FIG. 7 is a sectional view of the raceway groove of the nut member.
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
At the outer peripheral end of the
[0026]
The ball screw 30 is a total ball type ball screw that does not have a cage, and has a
[0027]
The ball screw 30 has a
[0028]
These
[0029]
A part of the outer peripheral surface of the other axial opening of the
[0030]
A rolling bearing (angular ball bearing) 40 is fitted on one side of the inner peripheral surface of the
[0031]
A rolling bearing (angular ball bearing) 50 is fitted on the other inner peripheral surface of the
[0032]
A
[0033]
FIG. 7 shows a cross-sectional view of the
[0034]
In FIG. 7, the
[0035]
A shows a contact ellipse between the
[0036]
Also, assuming that the diameter of the ball 37j is Bd and the major radius of the contact ellipse A is B, the width dimension LW of the
LW <Bd · Sinθ-2 · C
Where C≈B · Cosθ
Then,
LW <Bd · Sinθ-2 · B · Cosθ (1)
It becomes. If the width dimension LW of the
[0037]
Further, the depth dimension LH of the
LH <(1/4) · Bd (2)
It is determined to satisfy. It should be noted that if the
[0038]
As the grease filling the
[0039]
FIG. 1 shows a state in which the
[0040]
When the
[0041]
When the winding diameter of the
[0042]
According to the
[0043]
The
[0044]
The
[0045]
Since the
[0046]
By setting the width dimension LW of the
[0047]
By setting the depth dimension LH of the
[0048]
By improving the grease life, the lubricity is improved and the heat generation inside the
[0049]
The
[0050]
【The invention's effect】
According to the ball screw device of the present invention, it is possible to reduce the processing cost, improve the workability, and improve the grease life.
[Brief description of the drawings]
1 is an overall cross-sectional view of a ball screw device showing a use state of a gear device in an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an overall cross-sectional view of a ball screw device showing a use state of a gear device in an embodiment of the invention. 3 is an exploded perspective view of the ball screw device of FIG. 1. FIG. 4 is a front view of a bracket formed with a resin gear according to an embodiment of the present invention. FIG. [Fig. 6] Side view schematically showing the circulation path of the screw shaft [Fig. 7] Cross-sectional view of the raceway groove of the nut member [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ナット部材の軌道溝の軌道底において、前記ボールと前記ナット部材の軌道溝の内周面との接触楕円から外れた位置にグリース溜り溝を旋削にて形成し、
前記ボールが前記ナット部材の軌道溝の内周面の最も軌道底寄りにて接触する最大負荷時の接触楕円における作用線の接触角をθ、当該接触楕円の長半径をB、前記ボールの直径をBdとすると、
前記グリース溜り溝の幅寸法LWは、
LW<Bd・Sinθ−2・B・Cosθ
の関係を満たすことにより、グリース溜り溝に充填したグリースがボールとの接触によって寿命が低下するのを防止するようにされている、ことを特徴とするボールねじ装置。A screw shaft having a closed loop raceway groove on the outer peripheral surface, a nut member fitted on the screw shaft and having a spiral raceway groove on the inner peripheral surface, a raceway groove of the screw shaft, and a raceway groove of the nut member; A screw shaft circulation type ball screw device including a ball group interposed between
In the bottom of the raceway groove of the nut member, a grease reservoir groove is formed by turning at a position deviated from the contact ellipse between the ball and the inner peripheral surface of the raceway groove of the nut member,
The contact angle of the line of action of the contact ellipse at the maximum load when the ball contacts the innermost surface of the raceway groove of the nut member closest to the raceway is θ, the major radius of the contact ellipse is B, the diameter of the ball Is Bd,
The width LW of the grease retaining groove is
LW <Bd · Sinθ-2 · B · Cosθ
By satisfying the above relationship, the ball screw device is characterized in that the grease filled in the grease reservoir groove is prevented from having a reduced life due to contact with the ball.
前記グリース溜り溝の深さ寸法をLHは、
LH<(1/4)・Bd
の関係を満たすことを特徴とするボールねじ装置。The ball screw device according to claim 1,
LH is the depth dimension of the grease reservoir groove.
LH <(1/4) · Bd
A ball screw device characterized by satisfying the relationship:
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