JP7413706B2 - 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.
ナット、ナットを貫通するねじ軸、及びナットねじ軸との間に配置される複数のボールを備えるボールねじが知られている。特許文献1には、ボールねじの一例が記載されている。特許文献1に記載されるように、ボールに予圧が付与されることがある。 A ball screw is known that includes a nut, a screw shaft passing through the nut, and a plurality of balls arranged between the nut and the screw shaft. Patent Document 1 describes an example of a ball screw. As described in Patent Document 1, a preload may be applied to the ball.
ところで、ボールねじが工作機械等に用いられる場合、加工精度を高くするため、ナットに荷重が作用している時にボールねじに高い剛性が求められる。例えば、ボールに付与される予圧を大きくすれば、ボールねじの剛性は高くなる。しかし、ボールに付与される予圧が大きいと、ナットに荷重が作用していない時にボールねじを早送りすると発熱が大きくなる。 By the way, when a ball screw is used in a machine tool or the like, the ball screw is required to have high rigidity when a load is applied to the nut in order to improve machining accuracy. For example, increasing the preload applied to the balls increases the rigidity of the ball screw. However, if the preload applied to the ball is large, the heat generated will increase if the ball screw is moved rapidly when no load is acting on the nut.
本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、ナットに荷重が作用している時の剛性を高くでき且つナットに荷重が作用していない時の発熱を抑制できるボールねじを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and provides a ball screw that can increase rigidity when a load is applied to the nut and can suppress heat generation when no load is applied to the nut. The purpose is to
上記の目的を達成するため、本開示の一態様に係るボールねじは、内周面に設けられ且つ溝幅が一定である第1ねじ溝、及び相手部品が取り付けられる取付部を備えるナットと、外周面に設けられ且つ溝幅が一定である第2ねじ溝を備え、前記ナットを貫通するねじ軸と、前記第1ねじ溝と前記第2ねじ溝との間の空間である第1転動路に配置される複数の第1ボールと、前記第1ねじ溝と前記第2ねじ溝との間の空間であって前記第1転動路とは隔てられた第2転動路に配置される複数の第2ボールと、を備え、前記第2転動路は、前記第1転動路よりも前記取付部側に配置され、前記第1ボールには、予圧が付与されており、前記第2ボールの直径は、前記第1ボールの直径よりも小さい。 In order to achieve the above object, a ball screw according to one aspect of the present disclosure includes a nut including a first thread groove provided on the inner circumferential surface and having a constant groove width, and a mounting portion to which a mating component is attached; a screw shaft passing through the nut, the screw shaft having a second screw groove provided on the outer circumferential surface and having a constant groove width, and a first rolling motion that is a space between the first screw groove and the second screw groove; A plurality of first balls arranged in a path, and a second rolling path that is a space between the first thread groove and the second thread groove and is separated from the first rolling path. a plurality of second balls, wherein the second rolling path is arranged closer to the mounting portion than the first rolling path, a preload is applied to the first balls, and the second rolling path is provided with a preload. The diameter of the second ball is smaller than the diameter of the first ball.
ねじ軸が回転することによって、ナット及び相手部品が移動する。相手部品が対象物に接すると、取付部に荷重が作用する。荷重Fによって、ナットが変形する。ナットの変形量は、取付部に近い部分ほど大きい。このため、取付部に近い第2転動路において、第1ねじ溝が取付部とは反対方向にずれる。これにより、荷重がナットに作用している場合には、第1ボール及び第2ボールが荷重を負担するので、ボールねじの剛性が向上する。取付部に作用する荷重がなくなると、第2転動路における第1ねじ溝の変形が元に戻る。これにより、第2ボールが荷重を負担しない状態となる。このため、ナットに荷重が作用しない時には、第2ボールにおける摩擦が抑制される。その結果、ボールねじの発熱が抑制される。したがって、本開示のボールねじは、ナットに荷重が作用している時の剛性を高くでき且つナットに荷重が作用していない時の発熱を抑制できる。 As the screw shaft rotates, the nut and the mating component move. When the mating part comes into contact with the object, a load acts on the attachment part. The nut is deformed by the load F. The amount of deformation of the nut is greater as it approaches the mounting portion. Therefore, in the second rolling path near the attachment part, the first thread groove is shifted in the opposite direction to the attachment part. Thereby, when a load is acting on the nut, the first ball and the second ball bear the load, so the rigidity of the ball screw is improved. When the load acting on the mounting portion is removed, the deformation of the first thread groove in the second rolling path returns to its original state. This brings the second ball into a state where it does not bear any load. Therefore, when no load is applied to the nut, friction at the second ball is suppressed. As a result, heat generation of the ball screw is suppressed. Therefore, the ball screw of the present disclosure can increase the rigidity when a load is applied to the nut, and can suppress heat generation when no load is applied to the nut.
本開示のボールねじは、ナットに荷重が作用している時の剛性を高くでき且つナットに荷重が作用していない時の発熱を抑制できる。 The ball screw of the present disclosure can increase rigidity when a load is applied to the nut, and can suppress heat generation when no load is applied to the nut.
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態(以下、実施形態という)により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiments (hereinafter referred to as embodiments). Furthermore, the constituent elements in the embodiments below include those that can be easily imagined by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those that are within the so-called equivalent range. Furthermore, the components disclosed in the embodiments below can be combined as appropriate.
(実施形態)
図1は、本実施形態のボールねじの断面図である。ボールねじ10は、回転運動を直進運動に変換する装置である。図1に示すように、本実施形態のボールねじ10は、ナット20と、ねじ軸30と、第1転動路61と、第1転動路63と、第2転動路65と、複数の第1ボール41と、複数の第2ボール42と、を備える。
(Embodiment)
FIG. 1 is a sectional view of the ball screw of this embodiment. The
本実施形態のボールねじ10は、例えば工作機械に適用される。工作機械の具体例としては、ドリル加工機が挙げられる。ボールねじ10において、ねじ軸30が回転軸Zを中心に回転する。ねじ軸30は、回転軸Zを中心に回転でき且つ回転軸Zに沿う方向には移動しないように、支持構造によって支持される。ナット20は、回転軸Zを中心に回転せず且つ回転軸Zに沿う方向に移動できるように、支持構造によって支持される。ねじ軸30が回転すると、ナット20が回転軸Zに沿う方向に移動する。
The
以下の説明において、ねじ軸30の回転軸Zに沿う方向は、単に軸方向と記載される。軸方向に対して直交する方向は、単に径方向と記載される。径方向は、放射方向とも呼ばれる。
In the following description, the direction along the rotation axis Z of the
図1に示すように、ナット20は、本体部21と、フランジ部23と、第1ねじ溝25と、循環路26と、循環路27と、循環路28と、を備える。を備える。本体部21は、円筒状の部材である。フランジ部23は、本体部21の軸方向の一端に配置される。フランジ部23は、本体部21から径方向の外側に向かって延びる。フランジ部23は、円環状の部材である。第1ねじ溝25は、本体部21の内周面に配置される。第1ねじ溝25は、螺旋状の溝である。第1ねじ溝25の溝幅は、一定である。溝幅とは、溝が螺旋状に延びていく方向及び溝の深さ方向の両方に対して直交する方向の幅である。例えば、第1ねじ溝25の断面形状は、2つの円弧を含むゴシックアーチである。断面形状とは、回転軸Zを含む平面で切った場合の断面における形状である。循環路26、循環路27及び循環路28は、本体部21に設けられる通路である。例えば、循環路26、循環路27及び循環路28は、本体部21に取り付けられる循環部品によって形成される。循環部品は、例えばコマである。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、ナット20には、相手部品90が取り付けられる。相手部品90は、例えばドリルである。ナット20は、相手部品90が取り付けられる取付部29を備える。本実施形態において、取付部29は、フランジ部23とは反対側の端面である。相手部品90は、ナット20に軸方向の荷重を加える。ナット20が移動し相手部品90が対象物に接すると、相手部品90を介して取付部29に軸方向の荷重が加わる。より具体的には、相手部品90がドリルである場合、相手部品90が接する対象物は、加工対象物(切削対象物)である。
As shown in FIG. 1, a
図1に示すように、ねじ軸30は、ナット20を貫通する。ねじ軸30は、例えば電動モータ等と接続されており、回転軸Zを中心に回転できる。ねじ軸30は、外周面に第2ねじ溝35を備える。第2ねじ溝35は、螺旋状の溝である。第2ねじ溝35の溝幅は、一定であり、第1ねじ溝25の溝幅と等しい。第2ねじ溝35の断面形状は、第1ねじ溝25の断面形状と等しい。例えば、第2ねじ溝35の断面形状は、2つの円弧を含むゴシックアーチである。第2ねじ溝35のピッチは、一定である。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、第2ねじ溝35のピッチをLとする。第1ねじ溝25のピッチは、一定ではない。第1ねじ溝25の一部において、ピッチは、第2ねじ溝35のピッチよりも大きく、L+αである。第1ねじ溝25の一部において、ピッチは、第2ねじ溝35のピッチよりも小さく、L-αである。第1ねじ溝25のその他の部分において、ピッチは、第2ねじ溝35のピッチと等しく、Lである。
As shown in FIG. 1, the pitch of the
第1転動路61は、第1ねじ溝25と第2ねじ溝35との間に形成される螺旋状の空間である。第1転動路61は、第1ねじ溝25のうちピッチがLである部分と、第2ねじ溝35との間に形成される。第1転動路61は、回転軸Zを中心に1周する通路である。第1転動路61の一端と他端は、循環路26によって繋がれる。
The
第1転動路63は、第1ねじ溝25と第2ねじ溝35との間に形成される螺旋状の空間である。第1転動路63は、第1ねじ溝25のうちピッチがLである部分と、第2ねじ溝35との間に形成される。第1転動路63は、第1転動路61よりも取付部29側に配置される。第1転動路61と第1転動路63との間には、第1ねじ溝25のうちピッチがL+αである部分が配置される。第1転動路63は、回転軸Zを中心に1周する通路である。第1転動路63の一端と他端は、循環路27によって繋がれる。第1転動路63は、第1転動路61とは隔てられている。
The
第2転動路65は、第1ねじ溝25と第2ねじ溝35との間に形成される螺旋状の空間である。第2転動路65は、第1ねじ溝25のうちピッチがLである部分と、第2ねじ溝35との間に形成される。第2転動路65は、第1転動路63よりも取付部29側に配置される。第1転動路63と第2転動路65との間には、第1ねじ溝25のうちピッチがL-αである部分が配置される。第2転動路65は、回転軸Zを中心に1周する通路である。第2転動路65の一端と他端は、循環路28によって繋がれる。第2転動路65は、第1転動路63とは隔てられている。
The
図1に示すように、複数の第1ボール41は、第1転動路61及び第1転動路63に配置される。複数の第1ボール41は、循環路26によって第1転動路61の中で無限循環する。複数の第1ボール41は、循環路27によって第1転動路63の中で無限循環する。第1転動路61及び第1転動路63が互いに隔てられているので、第1転動路61の第1ボール41は第1転動路63には行かず、第1転動路63の第1ボール41は第1転動路61には行かない。
As shown in FIG. 1, the plurality of
図1に示すように、複数の第2ボール42は、第2転動路65に配置される。複数の第2ボール42は、循環路28によって第2転動路65の中で無限循環する。第2ボール42の直径D2は、第1ボール41の直径D1よりも小さい。第1転動路63及び第2転動路65が互いに隔てられているので、第2ボール42は、第1転動路63には行かない。
As shown in FIG. 1, the plurality of
第2転動路65においては、第1ねじ溝25の軸方向の位置が、第2ねじ溝35の軸方向の位置と等しい。すなわち、第2転動路65においては、径方向から見た場合に第1ねじ溝25の全部が第2ねじ溝35と重なっている。第2ボール42には予圧が付与されていない。すなわち、第2ボール42は、第1ねじ溝25及び第2ねじ溝35の一方にのみ接している。
In the second rolling
第1転動路63と第2転動路65との間に第1ねじ溝25のうちピッチがL-αである部分が配置されることによって、第1転動路63に配置される第1ボール41には予圧が付与される。第1転動路63の第1ボール41は、第1ねじ溝25に1点で接し、且つ第2ねじ溝35に1点で接する。より具体的には、第1転動路63の第1ボール41は、第1ねじ溝25のうち溝底に対して取付部29とは反対側の表面で接し、且つ第2ねじ溝35のうち溝底に対して取付部29側の表面で接する。
By arranging the portion of the
第1転動路61と第1転動路63との間に第1ねじ溝25のうちピッチがL+αである部分が配置されることによって、第1転動路61に配置される第1ボール41には、第1転動路63に配置される第1ボール41とは逆方向の予圧が付与される。第1転動路61の第1ボール41は、第1ねじ溝25に1点で接し、且つ第2ねじ溝35に1点で接する。より具体的には、第1転動路61の第1ボール41は、第1ねじ溝25のうち溝底に対して取付部29側の表面で接し、且つ第2ねじ溝35のうち溝底に対して取付部29とは反対側の表面で接する。
By disposing a portion of the
例えば、ボールねじ10がドリル加工機に適用される場合、ナット20の取付部29に相手部品90としてドリルが取り付けられる。ねじ軸30が回転することによって、ナット20及びドリルが加工対象物に近付く。ドリルが加工対象物に接すると、図1に示すように取付部29に荷重Fが作用する。荷重Fによって、ナット20が変形する。ナット20の変形量は、取付部29に近い部分ほど大きい。このため、取付部29に近い第2転動路65において、第1ねじ溝25が取付部29とは反対方向にずれる。これにより、第2ボール42は、第1ねじ溝25に1点で接し、且つ第2ねじ溝35に1点で接するようになる。荷重Fがナット20に作用している場合には、第1ボール41及び第2ボール42が荷重を負担するので、ボールねじ10の剛性が向上する。より具体的には、剛性とは、軸方向の剛性(軸剛性)である。ボールねじ10の剛性が向上することによって、加工対象物の加工精度が向上する。
For example, when the
加工対象物を加工した後、ドリルが元の位置に戻すために、ナット20は、加工対象物を加工する時とは逆方向に早送りさせられる。仮にナット20が逆方向に早送りする時も第1ボール41及び第2ボール42が荷重を負担する場合、ボールねじ10の発熱が大きくなる。ボールねじ10の発熱が大きくなると、ねじ軸30等に熱伸びが生じる。このため、加工精度が低下する可能性がある。
After machining the workpiece, in order to return the drill to its original position, the
これに対して、本実施形態のボールねじ10においては、ドリルが加工対象物から離れると、取付部29に作用する荷重Fがなくなるので、第2転動路65における第1ねじ溝25の変形が元に戻る。これにより、第2ボール42が荷重を負担しない状態となる。このため、ナット20が逆方向に移動させられる時には、第2ボール42における摩擦が抑制される。また、加工対象物の加工時には第1ボール41及び第2ボール42で荷重を負担するので、第1ボール41に付与される予圧を小さくすることが可能である。このため、ナット20が逆方向に移動させられる時の第1ボール41における摩擦が抑制される。その結果、ボールねじ10の発熱が抑制される。
On the other hand, in the
なお、相手部品90が取り付けられる取付部29は、必ずしもフランジ部23とは反対側の端面でなくてもよい。例えば、取付部29は、フランジ部23であってもよい。この場合、第1転動路61、第1転動路63及び第2転動路65のうち、第2転動路65がフランジ部23の最も近くに配置される。
Note that the
ナット20は、必ずしも第1転動路61、第1転動路63及び第2転動路65を備えていなくてもよい。例えば、ナット20は、転動路として、第1転動路61を備えておらず、第1転動路63及び第2転動路65のみを備えていてもよい。ナット20は、第1転動路61、第1転動路63及び第2転動路65の他に転動路を備えていなくてもよい。ナット20が備える転動路の数は、特に限定されない。第1転動路61及び第1転動路63は、繋がっていてもよい。循環部品は、必ずしもコマでなくてもよく、リターンチューブ等であってもよい。
The
ボールねじ10は、必ずしも工作機械に適用されなくてもよい。ボールねじ10は、その他の装置にも幅広く適用できる。また、ボールねじ10が工作機械に適用される場合でも、相手部品90は、必ずしもドリルでなくてもよく、特に限定されない。
The ball screw 10 does not necessarily have to be applied to a machine tool. The ball screw 10 can also be widely applied to other devices. Further, even when the
以上で説明したように、ボールねじ10は、ナット20と、ねじ軸30と、複数の第1ボール41と、複数の第2ボール42と、を備える。ナット20は、内周面に設けられ且つ溝幅が一定である第1ねじ溝25、及び相手部品90が取り付けられる取付部29を備える。ねじ軸30は、外周面に設けられ且つ溝幅が一定である第2ねじ溝35を備え、ナット20を貫通する。複数の第1ボール41は、第1ねじ溝25と第2ねじ溝35との間の空間である第1転動路61(第1転動路63)に配置される。複数の第2ボール42は、第1ねじ溝25と第2ねじ溝35との間の空間であって第1転動路61(第1転動路63)とは隔てられた第2転動路65に配置される。第2転動路65は、第1転動路61(第1転動路63)よりも取付部29側に配置される。第1ボール41には、予圧が付与されている。第2ボール42の直径D2は、第1ボール41の直径D1よりも小さい。
As explained above, the
ねじ軸30が回転することによって、ナット20及び相手部品90が移動する。相手部品90が対象物に接すると、取付部29に荷重Fが作用する。荷重Fによって、ナット20が変形する。ナット20の変形量は、取付部29に近い部分ほど大きい。このため、取付部29に近い第2転動路65において、第1ねじ溝25が取付部29とは反対方向にずれる。これにより、荷重Fがナット20に作用している場合には、第1ボール41及び第2ボール42が荷重を負担するので、ボールねじ10の剛性が向上する。取付部29に作用する荷重Fがなくなると、第2転動路65における第1ねじ溝25の変形が元に戻る。これにより、第2ボール42が荷重を負担しない状態となる。このため、ナット20に荷重Fが作用しない時には、第2ボール42における摩擦が抑制される。その結果、ボールねじ10の発熱が抑制される。したがって、本実施形態のボールねじ10は、ナットに荷重が作用している時の剛性を高くでき且つナットに荷重が作用していない時の発熱を抑制できる。
As the
10 ボールねじ
20 ナット
21 本体部
23 フランジ部
25 第1ねじ溝
26、27、28 循環路
29 取付部
30 ねじ軸
35 第2ねじ溝
41 第1ボール
42 第2ボール
61、63 第1転動路
65 第2転動路
90 相手部品
D1、D2 直径
F 荷重
Z 回転軸
10
Claims (1)
外周面に設けられ且つ溝幅が一定である第2ねじ溝を備え、前記ナットを貫通するねじ軸と、
前記第1ねじ溝と前記第2ねじ溝との間の空間である第1転動路に配置される複数の第1ボールと、
前記第1ねじ溝と前記第2ねじ溝との間の空間であって前記第1転動路とは隔てられた第2転動路に配置される複数の第2ボールと、
を備え、
前記ねじ軸の回転により、前記ナットが前記ねじ軸と平行な軸方向に移動し、
前記第2転動路は、前記第1転動路よりも前記取付部側に配置され、
前記第1転動路は、2つ以上設けられ、
2つ以上の前記第1転動路を構成する2つ以上の第1ねじ溝同士の間のピッチは、前記第2ねじ溝のピッチよりも大きく、前記第1ボールには、予圧が付与され、
前記第2ボールの直径は、前記第1ボールの直径よりも小さく、前記第2ボールには予圧が付与されておらず、
前記ナットが前記軸方向に移動して前記相手部品を押圧する場合にのみ前記相手部品から前記取付部に前記軸方向の荷重が作用する
ボールねじ。 a nut comprising a first thread groove provided on the inner circumferential surface and having a constant groove width, and a mounting portion to which a mating component is attached;
a screw shaft passing through the nut and having a second screw groove provided on the outer peripheral surface and having a constant groove width;
a plurality of first balls arranged in a first rolling path that is a space between the first thread groove and the second thread groove;
a plurality of second balls arranged in a second rolling path that is a space between the first thread groove and the second thread groove and separated from the first rolling path;
Equipped with
Rotation of the screw shaft causes the nut to move in an axial direction parallel to the screw shaft,
The second rolling path is arranged closer to the mounting portion than the first rolling path,
The first rolling path is provided with two or more,
A pitch between two or more first thread grooves constituting the two or more first rolling paths is larger than a pitch between the second thread grooves, and a preload is applied to the first ball. ,
The diameter of the second ball is smaller than the diameter of the first ball, and no preload is applied to the second ball,
A load in the axial direction acts on the mounting portion from the mating part only when the nut moves in the axial direction and presses the mating part.
ball screw.
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