JP5741536B2 - Ball screw - Google Patents
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Description
本発明はボールねじに関する。 The present invention relates to a ball screw.
ボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転走路内に転動自在に装填された複数のボールと、を備えている。そして、ボールを介してねじ軸に螺合されているナットとねじ軸とを相対回転運動させると、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いる。 The ball screw is a spiral ball rolling path formed by a screw shaft having a helical thread groove on the outer peripheral surface, a nut having a screw groove facing the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface, and both screw grooves. And a plurality of balls that are movably loaded therein. Then, when the nut and the screw shaft that are screwed to the screw shaft through the ball are relatively rotated, the screw shaft and the nut are relatively moved in the axial direction through the rolling of the ball. .
このようなボールねじには、ボール転走路の始点と終点とを連通させて無端状のボール通路を形成するボール循環路が備えられている。すなわち、ボールは、ボール転走路内を移動しつつねじ軸の回りを回ってボール転走路の終点に至ると、ボール循環路の一方の端部から掬い上げられてボール循環路内を通り、ボール循環路の他方の端部からボール転走路の始点に戻される。このように、ボール転走路内を転動するボールがボール循環路により無限に循環されるようになっているので、ねじ軸とナットとは継続的に相対移動することができる。 Such a ball screw is provided with a ball circulation path that forms an endless ball path by communicating the start point and end point of the ball rolling path. That is, the ball moves around the screw shaft while moving in the ball rolling path and reaches the end point of the ball rolling path. The ball is scooped up from one end of the ball circulation path and passes through the ball circulation path. The ball is returned to the starting point of the ball rolling path from the other end of the circulation path. Thus, since the ball rolling in the ball rolling path is infinitely circulated by the ball circulation path, the screw shaft and the nut can continuously move relative to each other.
ボール循環路を用いたボール循環形式としては、チューブ式，コマ式等が一般的であるが、ナットの内周面の一部を凹化させて凹溝を形成し、この凹溝をボール循環路とするボール循環形式（以下「一体式」と記すこともある）も知られている。チューブ式，コマ式の場合は、ボール循環路を構成する別部材（リターンチューブ，コマ）がナットに取り付けられるが、一体式の場合は、ナットと一体的にボール循環路が形成されているので、別部材をナットに取り付ける必要はない。
ボール循環形式が一体式のボールねじのナットを製造する方法としては、金型等を用いた鍛造によりナットの内周面の一部を凹化させて前記凹溝を形成する方法がある（例えば特許文献１を参照）。
As a ball circulation type using a ball circulation path, a tube type, a top type, etc. are common, but a part of the inner peripheral surface of the nut is recessed to form a groove, and this groove is circulated through the ball. There is also known a ball circulation type (hereinafter sometimes referred to as “integrated type”) as a road. In the case of tube type and top type, separate members (return tube, top) that make up the ball circulation path are attached to the nut, but in the case of integral type, the ball circulation path is formed integrally with the nut. It is not necessary to attach another member to the nut.
As a method of manufacturing a ball screw nut integrated with a ball circulation type, there is a method in which a part of the inner peripheral surface of the nut is recessed by forging using a die or the like to form the groove (for example, (See Patent Document 1).
ボール循環形式がコマ式の場合は、ボール循環路の深さを十分に確保し且つボールを確実に掬い上げるために、ボール循環路の径方向最内方側部分であるコマの内径面の径方向位置が、ナットのねじ溝のランド部の径方向位置よりも径方向内方側に位置している。すなわち、コマの内径面の径方向位置がねじ軸側にあり、ボール転走路内のボールの中心の径方向位置よりも径方向内方側に位置している。 When the ball circulation type is a top type, the diameter of the inner diameter surface of the top, which is the innermost part in the radial direction of the ball circulation path, to ensure a sufficient depth of the ball circulation path and to reliably lift the ball The direction position is located on the radially inward side with respect to the radial position of the land portion of the thread groove of the nut. That is, the radial position of the inner diameter surface of the top is on the screw shaft side, and is positioned on the radially inward side with respect to the radial position of the center of the ball in the ball rolling path.
これに対して、特許文献１のようなボール循環形式が一体式の場合は、ボール循環路の径方向最内方側部分の径方向位置が、ねじ軸のねじ溝のランド部の径方向位置とほぼ同位置であり、ボール転走路内のボールの中心の径方向位置よりも径方向外方側に位置している。よって、ボール循環形式が一体式のボールねじは、ボール循環路の径方向最内方側部分の径方向位置とボール転走路内のボールの中心の径方向位置との間の径方向距離の大きさによっては、ボール循環形式がコマ式のボールねじと比較して、ボール転走路からのボールの掬い上げの円滑性が低いおそれがあった。 On the other hand, when the ball circulation type as in Patent Document 1 is an integral type, the radial position of the radially innermost portion of the ball circulation path is the radial position of the land portion of the screw groove of the screw shaft. Are located on the radially outer side of the radial position of the center of the ball in the ball rolling path. Therefore, a ball screw with an integrated ball circulation type has a large radial distance between the radial position of the radially innermost portion of the ball circulation path and the radial position of the center of the ball in the ball rolling path. In some cases, the smoothness of scooping up the ball from the ball rolling path may be lower than that of the ball circulation type ball screw.
さらに、特許文献１のように、鍛造によりナットの内周面の一部を凹化させて凹溝を形成すると、凹溝の輪郭部分、すなわち凹溝の内面とナットの内周面のうちねじ溝が形成されていない部分とが交差する稜部が、角部はとならず丸くなり（凹溝の長手方向に直交する平面で切断した場合の断面が略円弧状である）、いわゆるダレ部となる。
また、ボール循環形式が一体式の場合、ボール循環路（凹溝）は、ボール転走路（ねじ溝）との接続部分である直線状の両端部と、両端部の間に位置する曲線状の中間部とが滑らかに接続された略Ｓ字状をなしており、このボール循環路の端部と中間部との境界部分近傍でボールがボール循環路（中間部）内に掬い上げられる。
Further, as in Patent Document 1, when a groove is formed by forging a part of the inner peripheral surface of the nut by forging, the contour portion of the groove, that is, the inner surface of the groove and the screw of the inner peripheral surface of the nut The ridge where the groove is not formed is rounded at the ridge where it does not become a corner (the cross section when cut by a plane perpendicular to the longitudinal direction of the groove is substantially arc-shaped). It becomes.
In addition, when the ball circulation type is an integral type, the ball circulation path (concave groove) has a linear end portion that is a connection portion with the ball rolling path (screw groove) and a curved shape located between the both end portions. It has a substantially S-shape in which the intermediate part is smoothly connected, and the ball is scooped up into the ball circulation path (intermediate part) in the vicinity of the boundary between the end of the ball circulation path and the intermediate part.
ところが、前記稜部にダレ部が形成されると、ボール循環路の端部と中間部との境界部分に位置するボール（以下「境界位置ボール」と記す）とボール循環路との接点の径方向位置が、ダレ部が形成されておらず前記稜部が角部となっている場合よりも、径方向外方側となる。すなわち、境界位置ボールは、ダレ部の径方向最外点でボール循環路に接するため、角部でボール循環路に接する場合よりも、境界位置ボールとボール循環路との接点の径方向位置が径方向外方側となる。なお、本発明における「径方向」とは、ナットやねじ軸の径方向を意味する。 However, when a sag portion is formed at the ridge, the diameter of the contact point between the ball circulation path and the ball located at the boundary between the end of the ball circulation path and the intermediate part (hereinafter referred to as “boundary position ball”) The direction position is on the radially outer side as compared with the case where the sag portion is not formed and the ridge portion is a corner portion. That is, since the boundary position ball contacts the ball circulation path at the radially outermost point of the sag portion, the radial position of the contact between the boundary position ball and the ball circulation path is smaller than when contacting the ball circulation path at the corner. It is on the radially outer side. The “radial direction” in the present invention means the radial direction of a nut or screw shaft.
よって、鍛造により凹溝を形成した一体式のボールねじは、ダレ部の形成によって、ボール転走路からのボールの掬い上げの円滑性がさらに低下し、ダレ部の大きさ（ダレ部が形成されている範囲の大きさ）によっては、ボール転走路からのボールの掬い上げ、すなわちボールの循環性に支障が出るおそれがあった。
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、ボール循環路をなす凹溝がナットの内周面に鍛造によって形成され、ナットの内周面と凹溝の内面とが交差する稜部がダレ部となっている場合でも、ボール転走路からのボールの掬い上げの円滑性が高く、ボールの循環性に優れるボールねじを提供することを課題とする。
Therefore, the integrated ball screw in which the concave groove is formed by forging further reduces the smoothness of scooping up the ball from the ball rolling path due to the formation of the sag portion, and the size of the sag portion (the sag portion is formed). Depending on the size of the range, there is a risk that the ball may be picked up from the ball rolling path, that is, the circulation of the ball may be hindered.
Therefore, the present invention solves the problems of the prior art as described above, and the concave groove forming the ball circulation path is formed by forging on the inner peripheral surface of the nut, and the inner peripheral surface of the nut and the inner surface of the concave groove are formed. It is an object of the present invention to provide a ball screw that has high smoothness for scooping up a ball from the ball rolling path and excellent in circulation of the ball even when the intersecting ridges are sag portions.
前記課題を解決するため、本発明の態様は次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係るボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、前記両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転走路に転動自在に装填された複数のボールと、前記ボールを前記ボール転走路の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路と、を備え、前記ボール循環路が、前記ナットの内周面の一部を鍛造により凹化させて形成した凹溝で構成されているボールねじであって、前記ナットの内周面と前記凹溝の内面とが交差する稜部が、前記ボール循環路の長手方向に直交する平面で切断した場合の断面が略円弧状であるダレ部となっており、前記ボール循環路は、前記ボール転走路との接続部分である直線状の両端部と、前記両端部の間に配される曲線状の中間部と、を有し、前記複数のボールのうち、前記ボール循環路の前記端部と前記中間部との境界部分に位置する境界位置ボールは、前記ダレ部のうち前記ナットの径方向最外方側に位置する部分である径方向最外点と前記ねじ軸のねじ溝とに接するようになっており、前記境界位置ボールは前記ダレ部の径方向最外点と１点で接し、前記ねじ軸のねじ溝は、該ねじ溝の長手方向に直交する平面で切断した場合の断面の形状がゴシックアーク状で、前記境界位置ボールは前記ねじ軸のねじ溝と２点で接し、前記境界位置ボールと前記ねじ軸のねじ溝との接点と前記境界位置ボールの中心とを結ぶ線と、前記境界位置ボールの中心を通り前記ナットの径方向に沿う線とのなす角度θ１よりも、前記境界位置ボールに接する前記ダレ部の径方向最外点と前記境界位置ボールの中心とを結ぶ線と、前記境界位置ボールの中心を通り前記ナットの径方向に沿う線とのなす角度θ２の方が大きく、前記境界位置ボールと前記ねじ軸のねじ溝との接点とは、前記境界位置ボールと前記ねじ軸のねじ溝との２つの接点のうち、前記境界位置ボールの中心を挟んで、前記境界位置ボールと前記ダレ部の径方向最外点との接点に対向する側の接点であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an aspect of the present invention has the following configuration. That is, a ball screw according to an aspect of the present invention includes a screw shaft having a helical thread groove on an outer peripheral surface, a nut having a screw groove facing the screw groove of the screw shaft on an inner peripheral surface, and the both screws. A plurality of balls movably loaded in a spiral ball rolling path formed by grooves, and a ball circulation path for circulating the ball from the end point of the ball rolling path to the starting point, The path is a ball screw formed by a concave groove formed by forging a part of the inner peripheral surface of the nut by forging, and the inner peripheral surface of the nut and the inner surface of the concave groove intersect. The ridge portion is a sag portion having a substantially arc-shaped cross section when cut by a plane perpendicular to the longitudinal direction of the ball circulation path, and the ball circulation path is a connection portion with the ball rolling path. It is arranged between the straight ends and between the ends. Has an intermediate portion curved to the, the plurality of balls, the boundary position ball positioned at the boundary portion between the end portion and the intermediate portion of the ball circulation passage, said nut of said sagging portion The outermost point in the radial direction, which is a portion located on the outermost side in the radial direction, and the screw groove of the screw shaft are in contact with each other. The thread groove of the screw shaft is in contact with a point, and the cross-sectional shape when cut by a plane perpendicular to the longitudinal direction of the screw groove is a Gothic arc shape, and the boundary position ball has two points with the screw groove of the screw shaft. An angle formed between a line connecting the contact between the boundary position ball and the thread groove of the screw shaft and the center of the boundary position ball and a line passing through the center of the boundary position ball and along the radial direction of the nut. The sagging contact with the boundary position ball is more than θ1. A line radially outermost point of the part and connecting the center of the boundary position ball towards the angle θ2 and a line along the radial direction of the street the nut the center of the boundary position ball rather large, the boundary position The contact point between the ball and the thread groove of the screw shaft means that the boundary position ball and the sag are sandwiched between the two contact points of the boundary position ball and the thread groove of the screw shaft with the center of the boundary position ball interposed therebetween. It is a contact of the side facing a contact with the radial direction outermost point of a part, It is characterized by the above-mentioned.
このボールねじにおいては、前記ねじ軸のねじ溝との接点において前記境界位置ボールに作用する、前記境界位置ボールの中心に向かう方向の力をＦ１、前記ダレ部の径方向最外点との接点において前記境界位置ボールに作用する、前記境界位置ボールの中心に向かう方向の力をＦ２、前記ねじ軸のねじ溝と前記境界位置ボールとの間の摩擦係数をμ１、前記ダレ部の径方向最外点と前記境界位置ボールとの間の摩擦係数をμ２としたとき、前記力Ｆ１と、前記力Ｆ２と、前記ねじ軸のねじ溝と前記境界位置ボールとの間の摩擦により生じる摩擦力μ１×Ｆ１と、前記ダレ部の径方向最外点と前記境界位置ボールとの間の摩擦により生じる摩擦力μ２×Ｆ２と、の４つの力の合力が、前記境界位置ボールを前記ボール循環路内に向かわせる方向の力となるように、前記角度θ１及び前記角度θ２が設定されていることが好ましい。
また、前記境界位置ボールに接する前記ダレ部の径方向最外点と前記境界位置ボールの中心との間の径方向距離ｈと、前記ボールの直径ｄａとの比ｈ／ｄａが０．１５以下であり、前記径方向距離ｈは前記ナットの径方向の距離であることが好ましい。
In this ball screw, the force in the direction toward the center of the boundary position ball acting on the boundary position ball at the contact point with the thread groove of the screw shaft is F1, and the contact point with the radially outermost point of the sag portion F2 is a force acting on the boundary position ball in the direction toward the center of the boundary position ball, F1 is a coefficient of friction between the screw groove of the screw shaft and the boundary position ball, and the radial direction maximum of the sag portion is When the friction coefficient between the outer point and the boundary position ball is μ2, the friction force μ1 generated by the friction between the force F1, the force F2, and the thread groove of the screw shaft and the boundary position ball. XF1 and the resultant force of four forces of friction force μ2 × F2 generated by the friction between the radially outermost point of the sag portion and the boundary position ball cause the boundary position ball to move into the ball circulation path. In the direction to go to As will be, it is preferable that the angle θ1 and the angle θ2 is set.
Further, a ratio h / da between a radial distance h between the radial outermost point of the sag portion in contact with the boundary position ball and the center of the boundary position ball and the diameter da of the ball is 0.15 or less. der is, the radial distance h is the distance der Rukoto the radial direction of the nut is preferred.
本発明のボールねじは、境界位置ボールとねじ軸のねじ溝との接点と境界位置ボールの中心とを結ぶ線と、境界位置ボールの中心を通り径方向に沿う線とのなす角度θ１よりも、境界位置ボールに接するダレ部の径方向最外点と境界位置ボールの中心とを結ぶ線と、境界位置ボールの中心を通り径方向に沿う線とのなす角度θ２の方が大きいので、ボール循環路をなす凹溝がナットの内周面に鍛造によって形成され、ナットの内周面と凹溝の内面とが交差する稜部がダレ部となっている場合でも、ボール転走路からのボールの掬い上げの円滑性が高く、ボールの循環性に優れる。 The ball screw of the present invention has an angle θ1 formed by a line connecting a contact between the boundary position ball and the thread groove of the screw shaft and the center of the boundary position ball and a line passing through the center of the boundary position ball and extending along the radial direction. The angle θ2 formed by the line connecting the outermost point in the radial direction of the sag portion in contact with the boundary position ball and the center of the boundary position ball and the line passing through the center of the boundary position ball along the radial direction is larger. Even if the concave groove forming the circulation path is formed on the inner peripheral surface of the nut by forging, and the ridge where the inner peripheral surface of the nut intersects the inner surface of the concave groove is a sag portion, the ball from the ball rolling path The smoothness of scooping is high and the circulation of the ball is excellent.
本発明に係るボールねじの実施の形態を、図面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であるボールねじの断面図（軸方向に沿う平面で切断した断面図）である。
図１に示すように、ボールねじ１は、螺旋状のねじ溝３ａを外周面に有するねじ軸３と、ねじ軸３のねじ溝３ａに対向する螺旋状のねじ溝５ａを内周面に有するナット５と、両ねじ溝３ａ，５ａにより形成される螺旋状のボール転走路７内に転動自在に装填された複数のボール９と、ボール９をボール転走路７の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路１１と、を備えている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a ball screw according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view (a cross-sectional view cut along a plane along the axial direction) of a ball screw according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the ball screw 1 has a
ここで、ボール循環路１１について、図１，２を参照しながら詳細に説明する。ボール循環路１１は、ナット５の内周面に一体的に形成されている。詳述すると、ナット５の円柱面状の内周面の一部を鍛造により凹化させて形成した凹溝２２を、ボール循環路１１としている。よって、チューブ式，コマ式等のボール循環形式の場合とは異なり、ボール循環路１１を構成する別部材は取り付けられていない。
Here, the
また、図３に示すように、ボール循環路１１（凹溝２２）は、ボール転走路７（ねじ溝５ａ）との接続部分である両端部１１ａ，１１ａが直線状となっており、両端部１１ａ，１１ａの間に位置する中間部１１ｂが曲線状となっている。両端部１１ａ，１１ａと中間部１１ｂの両端とが滑らかに接続されていて、ナット５の中心から内周面を見た場合のボール循環路１１（凹溝２２）の全体形状は略Ｓ字状をなしている。ただし、ボール循環路１１の全体形状は、略Ｓ字状に限定されるものではない。
Also, as shown in FIG. 3, the ball circulation path 11 (concave groove 22) has both
このようなボール循環路１１を備えていることから、ボール転走路７内を移動しつつねじ軸３の回りを回ってボール転走路７の終点に至ったボール９は、ボール循環路１１の一方の端部１１ａ内に入り、この端部１１ａと中間部１１ｂとの境界部分（凹溝２２の湾曲の始点）近傍からボール循環路１１（中間部１１ｂ）に掬い上げられてナット５の内部（径方向外方側）に沈み込む。そして、ボール循環路１１の中間部１１ｂを通ってねじ軸３のランド部（ねじ溝３ａのねじ山）を乗り越えて、ボール循環路１１の他方の端部１１ａに至り、そこからボール転走路７の始点に戻される。
Since such a
このようなボールねじ１は、ボール９を介してねじ軸３に螺合されているナット５とねじ軸３とを相対回転運動させると、ボール９の転動を介してねじ軸３とナット５とが軸方向に相対移動するようになっている。そして、ボール転走路７とボール循環路１１により無端状のボール通路が形成されており、ボール９がボール通路内を無限に循環するようになっているため、ねじ軸３とナット５とは継続的に相対移動することができる。
When such a ball screw 1 is rotated relative to a
なお、ボール循環路１１の断面形状（ボール循環路１１の長手方向に直交する平面で切断した場合の断面の形状）は、円弧状（単一円弧状）でもよいしゴシックアーク状でもよい。また、ねじ溝３ａ，５ａの断面形状（ねじ溝３ａ，５ａの長手方向に直交する平面で切断した場合の断面の形状）も、円弧状（単一円弧状）でもよいしゴシックアーク状でもよい。さらに、ボール循環路１１とボール転走路７とは、滑らかに接続されている。すなわち、ボール９と凹溝２２の内面との接点の軌跡と、ボール９とねじ溝５ａの内面との接点の軌跡とが、滑らかに連続するように、ボール循環路１１とボール転走路７とが接続されている。その結果、前記ボール通路内をボール９が滑らかに循環する。
The cross-sectional shape of the ball circulation path 11 (the cross-sectional shape when cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the ball circulation path 11) may be an arc shape (single arc shape) or a gothic arc shape. Further, the cross-sectional shape of the
このようなボールねじ１においては、前述したように、ボール循環路１１を構成する凹溝２２が、ナット５の内周面の一部を鍛造により凹化させて形成したものであるため、ナット５の内周面（ねじ溝５ａが形成されていない部分）と凹溝２２の内面とが交差する稜部が、角部とはならず丸くなり、図４に示すように断面略円弧状のダレ部１５となっている（凹溝２２の長手方向に直交する平面で切断した場合のダレ部１５の断面が略円弧状である）。
In such a ball screw 1, as described above, the
そのため、ボール転走路７内を移動するボール９のうち、ボール転走路７の終点に至りボール循環路１１の端部１１ａと中間部１１ｂとの境界部分に位置する境界位置ボール１０は、ダレ部１５の径方向最外点１７とねじ軸３のねじ溝３ａとに接することとなる。なお、ダレ部１５の径方向最外点１７とは、ダレ部１５のうちナット５の径方向最外方側に位置する部分を意味する。
Therefore, among the
このとき、境界位置ボール１０には、前記２つの接点において、それぞれボール中心に向かう方向の力が作用する。図４においては、ねじ溝３ａとの接点において作用する力をＦ１と示し、ダレ部１５の径方向最外点１７との接点において作用する力をＦ２と示している。そして、力Ｆ１のリード垂直方向成分（径方向及びボール進行方向に直交する方向の成分）をＦ１ｘ、径方向成分をＦ１ｙと示し、力Ｆ２のリード垂直方向成分をＦ２ｘ、径方向成分をＦ２ｙと示している。
At this time, a force in a direction toward the center of the ball acts on the
よって、境界位置ボール１０には、２つの力Ｆ１，Ｆ２の合力Ｆが作用することとなる。すなわち、図４に示すように、境界位置ボール１０の中心に合力Ｆが作用する。なお、図４においては、この合力Ｆのリード垂直方向成分をＦｘ、径方向成分をＦｙと示している。
ここで、境界位置ボール１０に接するダレ部１５の径方向最外点１７と境界位置ボール１０の中心とを結ぶ線をＡとする。また、境界位置ボール１０とねじ軸３のねじ溝３ａとの接点と、境界位置ボール１０の中心とを結ぶ線をＢとする。さらに、境界位置ボール１０の中心を通り径方向に沿う線をＣとする。そして、線Ｂと線Ｃとのなす角度をθ１とし、線Ａと線Ｃとのなす角度をθ２とする。
Therefore, the resultant force F of the two forces F1 and F2 acts on the
Here, A is a line connecting the radially
角度θ１よりも角度θ２の方が大きくなるように、ボールねじ１（凹溝２２及びねじ溝３ａ）を製造すれば、境界位置ボール１０の中心に作用する合力Ｆが、ボール循環路１１の端部１１ａと中間部１１ｂとの境界部分に位置する境界位置ボール１０を、ボール循環路１１内に向かわせる方向の力（図４においては、右上斜め方向の力）となる。よって、ボール転走路７の終点に至ったボール９（境界位置ボール１０）は、ボール転走路７からボール循環路１１内に円滑に掬い上げられるから、前記ボール通路内のボール９の循環が滑らかとなり、ボールねじ１のボール９の循環性が優れる。
If the ball screw 1 (the
ここで、角度θ１及び角度θ２は、掬い上げられる際に境界位置ボール１０に作用する摩擦を考慮して、以下のように設定されていることがより好ましい。すなわち、ねじ軸３のねじ溝３ａと境界位置ボール１０との間の摩擦係数をμ１、ダレ部１５の径方向最外点１７と境界位置ボール１０との間の摩擦係数をμ２とすると、ねじ軸３のねじ溝３ａと境界位置ボール１０との間の摩擦により生じる摩擦力はμ１×Ｆ１、ダレ部１５の径方向最外点１７と境界位置ボール１０との間の摩擦により生じる摩擦力はμ２×Ｆ２となるが（図５を参照）、力Ｆ１、力Ｆ２、摩擦力μ１×Ｆ１、及び摩擦力μ２×Ｆ２の４つの力の合力が、境界位置ボール１０をボール循環路１１内に向かわせる方向の力（図５においては、右上斜め方向の力）となるように角度θ１及び角度θ２が設定されていることがより好ましい。
Here, it is more preferable that the angle θ1 and the angle θ2 are set as follows in consideration of friction acting on the
このように、ねじ軸３のねじ溝３ａと境界位置ボール１０との間の摩擦、及び、ダレ部１５の径方向最外点１７と境界位置ボール１０との間の摩擦を考慮して角度θ１及び角度θ２を設定すれば、境界位置ボール１０はボール転走路７からボール循環路１１内に、より確実に掬い上げられる。よって、前記ボール通路内のボール９の循環がより滑らかとなり、ボールねじ１のボール９の循環性がより優れたものとなる。
なお、ねじ軸３とナット５とが同一の素材で構成されていれば、μ１とμ２は同一の値となる。異なる素材で構成されている場合や、ねじ軸３のねじ溝３ａと境界位置ボール１０との間の潤滑条件とダレ部１５の径方向最外点１７と境界位置ボール１０との間の潤滑条件とが異なる場合は、μ１とμ２は異なる値となる。
In this way, the angle θ1 in consideration of the friction between the
If the
さらに加えて、境界位置ボール１０に接するダレ部１５の径方向最外点１７と境界位置ボール１０の中心との間の径方向距離をｈ、ボール９（境界位置ボール１０）の直径をｄａとしたとき、両者の比ｈ／ｄａを０．１５以下とすることがより好ましい。そうすることにより、ボール転走路７からボール循環路１１内へのボール９の掬い上げの円滑性がより高まるため、前記ボール通路内のボール９の循環がより滑らかとなり、ボールねじ１のボール９の循環性がより優れたものとなる。
In addition, the radial distance between the radially
一例として、直径ｄａが３．９６９ｍｍのボール９を使用して実験した結果を説明する。ボール９の循環の円滑性を振動レベルで評価した実験結果及びボールねじの効率ηを、表１及び図６のグラフに示す。表１及び図６のグラフから分かるように、ｈが０．６ｍｍを超えると（ｈ／ｄａの値が０．１５超過であると）、ボールねじの効率が下がり振動が大きくなる。ボール転走路７からボール循環路１１内へのボール９の掬い上げは確実になされるが、ｈが０．６ｍｍ以下の場合（ｈ／ｄａの値が０．１５以下の場合）と比べると、円滑性が若干低い。
As an example, the results of experiments using a
なお、ｈは下記式により規定することも可能である（図７を参照）。
ｈ＝（ｄ／２＋ｒ）−（ａ＋ｂ）
ここで、ａは、境界位置ボール１０とねじ軸３のねじ溝３ａとの接点と、ねじ軸３の径方向中心との間の径方向距離（すなわち半径）である。また、ｂは、境界位置ボール１０とねじ軸３のねじ溝３ａとの接点と、境界位置ボール１０の中心との間の径方向距離である。さらに、ｄは、ナット５の内径である。さらに、ｒはダレ部１５の大きさ、すなわちダレ部１５の径方向最外点１７とナット５の内周面との間の径方向距離である。
Note that h can also be defined by the following equation (see FIG. 7).
h = (d / 2 + r)-(a + b)
Here, a is a radial distance (ie, radius) between the contact point between the
このような本実施形態のボールねじ１の用途は特に限定されるものではないが、自動車部品，位置決め装置等に好適に使用可能である。
なお、ボール循環路１１の端部に形成されたダレ部１５の大きさは、特に限定されるものではない。その理由は、ボール９の掬い上げはボール循環路１１の端部１１ａと中間部１１ｂとの境界部分近傍で行われ、ボール循環路１１の端部１１ａにおいては、ボール９はねじ軸３のねじ溝３ａとナット５との間に保持されてリード方向に移動し、進行方向を変化させる力は生じないからである。
The application of the ball screw 1 of this embodiment is not particularly limited, but can be suitably used for automobile parts, positioning devices, and the like.
The size of the
ただし、ボール循環路１１の端部１１ａにおいてねじ軸３のねじ溝３ａとナット５との間にボール９が保持されること、及び、ボール循環路１１の端部１１ａに形成されたダレ部１５とボール循環路１１の中間部１１ｂに形成されたダレ部１５とが滑らかに接続されていることは必要である。ボール循環路１１の端部１１ａに形成されたダレ部１５と中間部１１ｂに形成されたダレ部１５とが滑らかに接続されていないと、ボール循環路１１の端部１１ａと中間部１１ｂとの境界部分に段差が生じて、ボール９に損傷が発生するおそれがある。
However, the
次に、本実施形態のボールねじ１の製造方法の一例を、図８を参照しながら説明する。まず、円柱状の鋼製素材２０を冷間鍛造等の鍛造により加工し、ナット５と略同一形状（略円筒形状）のブランク２１を得た（粗成形工程）。このとき、塑性加工により、ブランク２１の外周面にはフランジ１３も形成される。
次に、ブランク２１の円柱面状の内周面の一部を鍛造により凹化させて、ボール転走路７の終点と始点を連通するボール循環路１１をなす略Ｓ字状の凹溝２２を形成した（ボール循環路形成工程）。
Next, an example of the manufacturing method of the ball screw 1 of this embodiment is demonstrated, referring FIG. First, the
Next, a part of a cylindrical inner peripheral surface of the blank 21 is recessed by forging, and a substantially S-shaped
凹溝２２を形成する方法の具体例としては、以下のようなものがあげられる。すなわち、凹溝２２に対応する形状の凸部を有する金型（図示せず）をブランク２１内に挿入し、ブランク２１の内周面に金型の凸部を接触させ、ブランク２１の内周面に向かって金型を強く押圧することにより鍛造して、凹溝２２を形成することができる。
例えば、カムドライバ（図示せず）と、凹溝２２に対応する形状の凸部を有するカムスライダ（図示せず）と、を有するカム機構の金型を用いて、凹溝２２を形成してもよい。詳述すると、ブランク２１内にカムドライバとカムスライダを挿入し、そのときカムスライダは、ブランク２１とカムドライバとの間に配置するとともに、凸部をブランク２１の内周面に向けて配置する。ブランク２１内に配されたカムスライダとカムドライバは、ブランク２１の略軸方向（ブランク２１の軸方向から若干傾斜した方向）に延びる傾斜面で相互に接触しており、両傾斜面が金型のカム機構を構成している。
Specific examples of the method for forming the
For example, the
ここで、カムドライバをブランク２１の軸方向に沿って移動させると、両傾斜面で構成されるカム機構（くさびの作用）によりカムスライダがブランク２１の径方向外方に移動する。すなわち、カムドライバの傾斜面からカムスライダの傾斜面に力が伝達され、カムドライバの軸方向の力がカムスライダを径方向外方へ動かす力に変換される。その結果、カムスライダの凸部がブランク２１の内周面を強く押圧することとなるので、鍛造によりブランク２１の内周面に凹溝２２が形成される。
Here, when the cam driver is moved along the axial direction of the blank 21, the cam slider is moved outward in the radial direction of the blank 21 by the cam mechanism (wedge action) constituted by both inclined surfaces. That is, a force is transmitted from the inclined surface of the cam driver to the inclined surface of the cam slider, and the axial force of the cam driver is converted into a force that moves the cam slider radially outward. As a result, the convex portion of the cam slider strongly presses the inner peripheral surface of the blank 21, so that the
なお、上記のように、凹溝２２に対応する形状の凸部を有する金型を用いた鍛造により凹溝２２を形成すると、ナット５の内周面と凹溝２２の内面とが交差する稜部がダレ部１５となるおそれがあるので、鍛造においてダレの発生を抑える（ダレ部１５の大きさを小さく抑える）ことが好ましい。
上記のような鍛造においてダレの発生を抑える方法は特に限定されるものではないが、一例として、ブランクの内周面に凹溝を形成するとともに、凹溝の外周に、鍛造により生じるダレを減少させるためのダレ用凹部を成形する方法があげられる。この方法においては、略Ｓ字状の凹溝の少なくとも曲がる部位に隣接してダレ用凹部を成形することが好ましい。また、ダレの量に応じてダレ用凹部の形状と深さを決定することが好ましい。
As described above, when the
The method for suppressing the occurrence of sag in the forging as described above is not particularly limited, but as an example, a concave groove is formed on the inner peripheral surface of the blank, and the sag generated by forging is reduced on the outer periphery of the concave groove. For example, there is a method of forming a sagging recess for forming. In this method, it is preferable to form a sag recess adjacent to at least a portion of the substantially S-shaped groove. Further, it is preferable to determine the shape and depth of the sagging recess according to the amount of sagging.
あるいは、他の例として、ダレを減少させるための余肉部をブランクの内周面から突出させて設けて、余肉部に凸部を押し込んで凹溝を成形する方法があげられる。
次に、凹溝２２が形成されたブランク２１の内周面に、慣用の切削加工又は研削加工により、ボール循環路１１（凹溝２２）の最端部と接続するようにねじ溝５ａを形成した（ねじ溝形成工程）。このとき、凹溝２２（ボール循環路１１）の最端部は球面状をなしているので、ねじ溝５ａとの境目部分の段差にコマ式ボールねじの場合のようなエッジ部は発生せず、滑らかな段差となる。その結果、境目部分をボール９が通過しても、異音や作動トルク変動が生じにくく、また寿命低下も生じにくい。
Alternatively, as another example, there is a method in which a surplus portion for reducing sagging is provided so as to protrude from the inner peripheral surface of the blank, and a convex portion is pushed into the surplus portion to form a concave groove.
Next, the
ただし、凹溝２２（ボール循環路１１）とねじ溝５ａ（ボール転走路７）との境目部分に、切削加工又は研削加工により微小なバリが生じるおそれがある。バリが存在すると、前記境目部分をボール９が通過した際に異音や作動トルク変動が生じるおそれがあり、ひいては寿命低下が生じるおそれがある。そこで、バリを除去するために、所望により、ブラシ加工及びブラスト加工の少なくとも一方を前記境目部分に施してもよい。
However, there is a possibility that minute burrs may occur at the boundary between the concave groove 22 (ball circulation path 11) and the
このようなバリ除去を施すと前記境目部分にバリが存在しないので、ボール循環路１１とボール転走路７が滑らかに接続されている。その結果、前記境目部分をボール９が通過しても、異音や作動トルク変動を生じることがなく、また寿命低下も生じにくい。また、ブラシ加工やブラスト加工を施すと、表面の圧縮残留応力により疲労強度が向上する。さらに、ブラシ加工やブラスト加工は、ショットピーニング加工に比べて低コストであるため、ボールねじ１を安価に製造することができる。さらに、ブラシ加工やブラスト加工によって、前記境目部分にバリが存在せず、しかも、面だらし形状となるため、これらの効果により、ボール９をより円滑に循環させることができる。なお、面だらし形状とは、曲面状の面取り形状である。
When such burr removal is performed, no burr is present at the boundary portion, so that the
さらに、従来のコマ式ボールねじにおいては、ブラシ加工やブラスト加工を施すと、後述する砥粒，メディア，切粉等がコマとコマ穴との間に残留するおそれがあった。しかしながら、本実施形態のボールねじ１においては、ナット５とボール循環路１１とが一体になっているので、上記のような砥粒，メディア，切粉等の残留という不都合が生じるおそれはない。
Further, in the conventional top type ball screw, when brush processing or blast processing is performed, there is a possibility that abrasive grains, media, chips, etc., which will be described later, remain between the top and the top hole. However, in the ball screw 1 of this embodiment, since the
ブラシ加工においては、スチール，ステンレス，ポリアミド樹脂（ナイロン）等からなるブラシを用いることができる。このブラシは、砥粒を備えるブラシでもよい。砥粒の種類は特に限定されるものではないが、アルミナ，炭化ケイ素，ダイヤモンド等が好ましい。また、ブラスト加工は、ブラストノズルからメディアを前記境目部分に吹き付ける処理である。メディアの種類は特に限定されるものではないが、スチール，ガラス，アルミナや、ポリアミド樹脂（ナイロン）等のプラスチックが好ましい。また、メディアを吹き付ける時間は特に限定されるものではないが、２秒以上５秒以下が好ましく、３秒前後がより好ましい。さらに、バリの除去を終えた前記境目部分の表面粗さは、１．６μｍＲａ以下であることが好ましい。 In brush processing, a brush made of steel, stainless steel, polyamide resin (nylon) or the like can be used. This brush may be a brush provided with abrasive grains. The kind of abrasive grains is not particularly limited, but alumina, silicon carbide, diamond and the like are preferable. Blasting is a process of spraying media from the blast nozzle onto the boundary portion. The type of media is not particularly limited, but plastics such as steel, glass, alumina, and polyamide resin (nylon) are preferable. The time for blowing the media is not particularly limited, but is preferably 2 seconds or more and 5 seconds or less, and more preferably around 3 seconds. Furthermore, it is preferable that the surface roughness of the boundary portion after the removal of burrs is 1.6 μmRa or less.
最後に、所望の条件で浸炭，浸炭窒化，焼入れ，焼戻し，高周波焼入れ等の熱処理をブランク２１に施して、ナット５が得られた。熱処理が浸炭又は浸炭窒化である場合は、ナット５の材質は、炭素の含有量が０．１０〜０．２５質量％のクロム鋼又はクロムモリブデン鋼（例えばＳＣＭ４２０，ＳＣＭ４１５）であることが好ましく、熱処理が高周波焼入れである場合は、炭素の含有量が０．４〜０．６質量％の炭素鋼（例えばＳ５３Ｃ，ＳＡＥ４１５０）であることが好ましい。
Finally, the blank 21 was subjected to heat treatment such as carburizing, carbonitriding, quenching, tempering, induction quenching under desired conditions, and the
このようにして製造されたナット５と、慣用の方法により製造されたねじ軸３及びボール９とを組み合わせて、ボールねじ１を製造した。
なお、前述の粗成形工程及びボール循環路形成工程を鍛造で行ったので、このボールねじ１の製造方法は、材料歩留まりが高いことに加えて、高精度のボールねじを安価に製造することができる。また、鍛造により製造するため、鋼製素材２０が有するメタルフロー（鍛流線）がほとんど切断されないので、高強度のナット５が得られる。
The ball screw 1 was manufactured by combining the
Since the rough forming step and the ball circulation path forming step described above are performed by forging, the manufacturing method of the ball screw 1 can manufacture a high-precision ball screw at a low cost in addition to a high material yield. it can. Moreover, since it manufactures by forging, since the metal flow (forged streamline) which the steel
鍛造の種類は特に限定されるものではないが、冷間鍛造が好ましい。熱間鍛造を採用することも可能であるが、冷間鍛造は熱間鍛造に比べて高精度な仕上げが可能であるので、後加工を施さなくても十分に高精度なナット５を得ることができる。よって、ボールねじ１を安価に製造することができる。粗成形工程及びボール循環路形成工程における加工方法を冷間鍛造とすることが好ましいが、いずれか１つの工程における加工方法を冷間鍛造としてもよい。
The type of forging is not particularly limited, but cold forging is preferable. Although hot forging can be used, cold forging can finish with higher accuracy than hot forging, so it is possible to obtain a sufficiently
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。例えば、本実施形態のボールねじ１においては、ボール９をボール転走路７の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路１１をナット５に形成したナット循環方式のボールねじを例示したが、本発明は、ボール循環路１１に相当するものをねじ軸に形成したねじ軸循環方式のボールねじにも適用可能である。
In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. For example, in the ball screw 1 of the present embodiment, a nut circulation type ball screw in which the
１ ボールねじ
３ ねじ軸
３ａ ねじ溝
５ ナット
５ａ ねじ溝
７ ボール転走路
９ ボール
１０ 境界位置ボール
１１ ボール循環路
１５ ダレ部
１７ 径方向最外点
２２ 凹溝
Ｄａ ボールの直径
ｈ ダレ部の径方向最外点と境界位置ボールの中心との間の径方向距離
Ｆ１ ねじ軸のねじ溝との接点において境界位置ボールに作用する、境界位置ボールの中心に向かう方向の力
Ｆ２ ダレ部の径方向最外点との接点において境界位置ボールに作用する、境界位置ボールの中心に向かう方向の力
θ１ 境界位置ボールとねじ軸のねじ溝との接点と境界位置ボールの中心とを結ぶ線と、境界位置ボールの中心を通り径方向に沿う線とのなす角度
θ２ ダレ部の径方向最外点と境界位置ボールの中心とを結ぶ線と、境界位置ボールの中心を通り径方向に沿う線とのなす角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記ナットの内周面と前記凹溝の内面とが交差する稜部が、前記ボール循環路の長手方向に直交する平面で切断した場合の断面が略円弧状であるダレ部となっており、
前記ボール循環路は、前記ボール転走路との接続部分である直線状の両端部と、前記両端部の間に配される曲線状の中間部と、を有し、前記複数のボールのうち、前記ボール循環路の前記端部と前記中間部との境界部分に位置する境界位置ボールは、前記ダレ部のうち前記ナットの径方向最外方側に位置する部分である径方向最外点と前記ねじ軸のねじ溝とに接するようになっており、
前記境界位置ボールは前記ダレ部の径方向最外点と１点で接し、
前記ねじ軸のねじ溝は、該ねじ溝の長手方向に直交する平面で切断した場合の断面の形状がゴシックアーク状で、前記境界位置ボールは前記ねじ軸のねじ溝と２点で接し、
前記境界位置ボールと前記ねじ軸のねじ溝との接点と前記境界位置ボールの中心とを結ぶ線と、前記境界位置ボールの中心を通り前記ナットの径方向に沿う線とのなす角度θ１よりも、前記境界位置ボールに接する前記ダレ部の径方向最外点と前記境界位置ボールの中心とを結ぶ線と、前記境界位置ボールの中心を通り前記ナットの径方向に沿う線とのなす角度θ２の方が大きく、
前記境界位置ボールと前記ねじ軸のねじ溝との接点とは、前記境界位置ボールと前記ねじ軸のねじ溝との２つの接点のうち、前記境界位置ボールの中心を挟んで、前記境界位置ボールと前記ダレ部の径方向最外点との接点に対向する側の接点であることを特徴とするボールねじ。 A screw shaft having a helical thread groove on the outer circumferential surface, a nut having a thread groove facing the screw groove of the screw shaft on the inner circumferential surface, and a spiral ball rolling path formed by the both screw grooves. A plurality of balls loaded in a freely movable manner, and a ball circulation path for circulating the balls from the end point of the ball rolling path back to the start point, wherein the ball circulation path covers a part of the inner peripheral surface of the nut. It is a ball screw composed of concave grooves formed by recessing by forging,
The ridge where the inner peripheral surface of the nut and the inner surface of the concave groove intersect is a sag portion having a substantially arc-shaped cross section when cut by a plane orthogonal to the longitudinal direction of the ball circulation path ,
The ball circulation path has linear both ends that are connected to the ball rolling path, and a curvilinear intermediate portion arranged between the both ends, and the plurality of balls, A boundary position ball located at a boundary portion between the end portion and the intermediate portion of the ball circulation path is a radially outermost point that is a portion located on the radially outermost side of the nut in the sag portion. It comes into contact with the thread groove of the screw shaft,
The boundary position ball is in contact with the radially outermost point of the sag portion at one point,
The screw groove of the screw shaft has a Gothic arc shape in cross section when cut by a plane orthogonal to the longitudinal direction of the screw groove, and the boundary position ball contacts the screw groove of the screw shaft at two points,
More than an angle θ1 formed by a line connecting the contact point between the boundary position ball and the thread groove of the screw shaft and the center of the boundary position ball and a line passing through the center of the boundary position ball and along the radial direction of the nut. An angle θ2 formed by a line connecting the radially outermost point of the sag portion in contact with the boundary position ball and the center of the boundary position ball, and a line passing through the center of the boundary position ball and along the radial direction of the nut who is rather large,
The contact between the boundary position ball and the thread groove of the screw shaft is the boundary position ball between two contact points of the boundary position ball and the screw groove of the screw shaft with the center of the boundary position ball sandwiched between them. A ball screw characterized by being a contact on the side opposite to the contact point between the sag portion and the radially outermost point of the sag portion .
前記力Ｆ１と、前記力Ｆ２と、前記ねじ軸のねじ溝と前記境界位置ボールとの間の摩擦により生じる摩擦力μ１×Ｆ１と、前記ダレ部の径方向最外点と前記境界位置ボールとの間の摩擦により生じる摩擦力μ２×Ｆ２と、の４つの力の合力が、前記境界位置ボールを前記ボール循環路内に向かわせる方向の力となるように、前記角度θ１及び前記角度θ２が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。 The force in the direction toward the center of the boundary position ball acting on the boundary position ball at the contact point with the thread groove of the screw shaft is F1, and the boundary position ball is contacted with the radially outermost point of the sag portion. The acting force in the direction toward the center of the boundary position ball is F2, the friction coefficient between the screw groove of the screw shaft and the boundary position ball is μ1, the radially outermost point of the sag portion and the boundary position When the coefficient of friction with the ball is μ2,
The force F1, the force F2, the frictional force μ1 × F1 generated by the friction between the thread groove of the screw shaft and the boundary position ball, the radially outermost point of the sag portion, and the boundary position ball; The angle θ1 and the angle θ2 are set so that the resultant force of the four forces of friction force μ2 × F2 generated by the friction between the angle θ1 and the angle θ2 becomes a force in a direction in which the boundary position ball is directed into the ball circulation path. The ball screw according to claim 1, wherein the ball screw is set.
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