WO2006068201A1

WO2006068201A1 - ボールねじ

Info

Publication number: WO2006068201A1
Application number: PCT/JP2005/023537
Authority: WO
Inventors: Junji Minakuti
Original assignee: Nsk Ltd.
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2006-06-29
Also published as: US20080127763A1; CN101087967A; JPWO2006068201A1; EP1830105A1

Abstract

　螺旋状のねじ軸側ボール転動溝６を外周面に有するねじ軸２に、ねじ軸側ボール転動溝６と対向するナット側ボール転動溝８を内周面に有するナット４が螺合されているボールねじ１において、ねじ軸側ボール転動溝６及びナット側ボール転動溝８によって形成された螺旋状の負荷転動路１２内に、多数の負荷ボール１０を転動自在に装填し、多数の負荷ボール１０間に、負荷ボール１０より直径が小さいスペーサボール２０を負荷ボール１０の列に対して均等に配置し、負荷ボール１０の数に対するスペーサボール２０の数の割合（スペーサボール比）を１％～５％の範囲内とする。

Description

ボールねじ

技術分野

[0001] 本発明は、各種送り装置に用いられるボールねじ、特に工作機械用等の高い負荷容量を要するボールねじに関する。

背景技術

[0002] 従来から、自動車等のベルト式無段変速機 (CVT)に使用されて!ヽるボールねじとして、特許文献 1に示すようなものがある。このボールねじでは、螺旋状のねじ軸側ボ一ル転動溝を外周面に有するねじ軸に、ねじ軸側ボール転動溝に対向するナット側ボール転動溝を内周面に有するナットが螺合されている。

また、前記ねじ軸側ボール転動溝及びナット側ボール転動溝によって負荷転動路が形成され、この負荷転動路内には多数の負荷ボールが転動自在に装填されている。そして、ねじ軸に対して相対的にナットが回転することにより、負荷ボールの転動を介してナットが軸方向に移動する構成となって、る。

[0003] なお、一般にボールねじの相対滑りにつ、て以下のことが知られて、る。

ボールねじの負荷圏には負荷分布が存在し、個々のボールに作用する荷重（玉荷重）は一定ではない。軸一回転当りのボールの公転角度は下記の式で表される。式 1

[0005] ここで、各変数は以下を表す。

U :ボール公転角度

d ：負荷転動路内のボール中心軌跡の直径

Dw:ボーノレ径：接触角

β：リード角

接触角とは溝直角断面において、ボール中心と溝接触点中心とを結ぶ直線と、ボール中心を通るねじ軸中心線の垂線とに挟まれる角度である。この接触点中心は玉荷重が増大すると、溝のランド部方向にスライドしていくので、接触角は玉荷重に応じて変化する。また上式は、ボールの公転角度は接触角によって定まることを示す。個々の玉荷重が一定でないので、個々の接触角も異なることになる。したがって個々のボールの公転角度も一定でな、。

[0006] 同一のボールねじの循環路内で個々のボールの公転角度が異なるため、負荷圏において隣り合うボールが互いに接近し、当接する場合がある。このとき、双方のボールは荷重を受けて同一方向へ回転しているので、ボール同士が強くこすれあう「相対滑り」が発生し、早期におけるボールの摩耗を引き起こす。ただし、ボールねじには負荷圏と無負荷圏とがあり、ボールが無負荷圏を通過するときに相対滑りは発生しないが、再びボールが負荷圏に入ると相対滑りが発生する。

[0007] 上記の相対滑りは早期段階のボールの摩耗を引き起こすため、好ましくない。そのため、相対滑りを減少させるために、従来より負荷ボールの間にスぺーサボールを介装することが知られている。多数の負荷ボール間には、負荷ボールより径の小さいスぺーサボールが配置されており、負荷ボールの数に対するスぺーサボールの数の割合は、 4： 1 (20%)、 3 : 1 (25%)、 2 : 1 (約 33%)、 1 : 1 (50%) ( 、ずれカゝとなって、る。そして、多数の負荷ボールのうちスぺーサボールと接触している負荷ボールを、スぺーサボールと接触している側において順回転させることにより、各ボール間に生じる相対滑りを減少させて作動効率を向上させている。

特許文献 1 :特開 2002— 188705号公報（図 1)

[0008] し力しながら、上記した従来のボールねじでは、負荷ボールの数に対するスぺーサボールの数の割合が高ぐ負荷荷重を受ける負荷ボールの数が減少してしまうため、ボールねじの負荷容量及び剛性が低下してしまう。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 [0009] 本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、各ボール間に生じる相対滑りを減少させて作動効率を向上させるとともに、負荷容量及び剛性の低下を防止することにより、作動性及び耐久性の向上が可能なボールねじを提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0010] 上記課題を解決するために、本発明の第 1の側面によれば、螺旋状のねじ軸側ボ一ル転動溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸側ボール転動溝に対向するナツト側ボール転動溝を内周面に有するナットと、を備え、

前記両ボール転動溝間に形成される負荷転動路内に多数の負荷ボールが転動自在に装填され、これらの負荷ボール間に該負荷ボールより径の小さいスぺーサボ一ルが配置されたボールねじにお!、て、

前記負荷ボールの数に対する前記スぺーサボールの数の割合を 1%〜5%の範囲内としたことを特徴とするものである。

[0011] 本発明によると、スぺーサボールを使用しない仕様に対して、多数の負荷ボールのうちスぺーサボールと接触して、る負荷ボールを、スぺーサボールと接触して、る側において順回転させることにより、各ボール間に生じる相対滑りが減少してボールねじの作動効率が向上すると共に負荷ボールの摩耗率が大幅に低下する。また、負荷ボールに対するスぺーサボールの数の割合を 1%から 5%の範囲内とすることにより、特許文献 1に対してボールねじの負荷容量及び剛性の低下を防止することが可能となる。

[0012] ここで、負荷ボールに対するスぺーサボールの数の割合を 1%から 5%の範囲内とした理由を説明する。負荷ボールに対するスぺーサボールの数の割合を 1%以上とすると、負荷ボールのボール磨耗率は、全ボールを負荷ボールとした場合と比較して大幅に低下する。また、負荷ボールに対するスぺーサボールの数の割合が 5%を超えると、負荷ボールの摩耗率がほとんど低下しなくなる。ゆえに、スぺーサボールの数の割合を 5%を超えて設定しても、負荷ボールの摩耗率の低下が期待できな、ので、単にボールねじの負荷容量及び剛性の低下を招くだけである。したがって、負荷ボールに対するスぺーサボールの数の割合を 1%から 5%の範囲内とする。 [0013] 次に、本発明の第 1の側面に力かる本発明の第 2の側面によれば、前記スぺーサボールを、前記負荷ボールの列に対して均等に配置したことを特徴とするものである本発明によると、負荷ボールが負荷転動路内に均等に配置されるため、ボールねじの負荷容量及び剛性の低下を防止することが可能となる。

発明の効果

[0014] 本発明によれば、必要最小限のスぺーサボールの個数で各ボール間に生じる相対滑りが減少してボールねじの作動効率が向上するとともに、ボールねじの負荷容量及び剛性の低下が防止されるため、ボールねじの作動性及び耐久性を向上させることが可能となる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]本発明のボールねじの軸方向断面図である。

[図 2]本発明のボールねじの要部断面図である。

[図 3]本発明のボールねじに対する耐久寿命試験の結果を示す図である。

符号の説明

1 ホーノレねじ

2 ねじ軸

4 ナット

6 ねじ軸側ボール転動溝

8 ナット側ボール転動溝

10 負荷ボーノレ

12 負荷転動路

14 循環チューブ

16 戻し通路

20 スぺーサボ一ノレ

発明を実施するための最良の形態

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず、図 1及び図 2を参照して本発明の実施の形態の構成を説明する。なお、図 1 は本発明のボールねじ 1の軸方向断面図であり、図 2は図 1の要部断面図である。図 1及び図 2に示すように、本実施形態のボールねじ 1は、螺旋状のねじ軸側ボール転動溝 6を外周面に有するねじ軸 2に、ねじ軸側ボール転動溝 6と対向するナット側ボール転動溝 8を内周面に有するナット 4が螺合されている。

[0018] また、ねじ軸側ボール転動溝 6及びナット側ボール転動溝 8によって螺旋状の負荷転動路 12が形成されており、この負荷転動路 12内には、多数の負荷ボール 10が転動自在に装填されている。そして、ねじ軸 2に対して相対的にナット 4が回転することにより、負荷ボール 10の転動を介してナット 4が軸方向に移動する構成となっている多数の負荷ボール 10間には、負荷ボール 10より直径力、さいスぺーサボール 20 が配置されて、る。負荷ボール 10は高炭素クロム軸受鋼等の鉄鋼材料で形成されており、スぺーサボール 20は負荷ボール 10より弾性係数の小さ、材料 (例えば合成榭脂）で形成され、その直径が負荷ボール 10よりも 20 μ m〜50 μ m程度小さく形成されている。

[0019] ここで、負荷ボール 10の数に対するスぺーサボール 20の数の割合は、 1%〜5% の範囲内となっている。また、各スぺーサボール 20は負荷ボール 10の列に対して均等に配置されており、スぺーサボール 20間に配置される負荷ボール 10の数は全て均一となっている。なお、図 2には、負荷ボール 10の数に対するスぺーサボール 20 の数の割合が 5%である状態、すなわち、本発明のうち、負荷ボール 10間に配置されるスぺーサボール 20の数が最も多い状態を示している。すなわち、負荷ボールの数に対するスぺーサボールの数の割合は 19： 1 (5%)である。

また、ナット 4の外周面には略コの字型の循環チューブ 14が取り付けられており、循環チューブ 14には、その両端部が負荷転動路 12と連通する戻し通路 16が形成されている。そして、負荷転動路 12及び戻し通路 16によって、負荷ボール 10及びスぺーサボール 20の無限循環路が形成されて、る。

[0020] 次に、上記の構成を備えたボールねじ 1の作用'効果等を説明する。

ねじ軸 2に対して相対的にナット 4が回転し、負荷ボール 10の転動を介してナット 4 が軸方向に移動すると、負荷ボール 10及びスぺーサボール 20は無限循環路内を転動しながら循環する。このとき、無限循環路内を循環する負荷ボール 10のうち、スぺーサボール 20と接触して!/、る負荷ボール 10は、スぺーサボール 20と接触して!/、る側において順回転となるため、各ボール間に生じる相対滑りが減少する。

[0021] したがって、本実施形態のボールねじ 1であれば、ねじ軸 2に対して相対的にナット 4が回転した際に各ボール間に生じる相対滑りが減少するため、ボールねじ 1の作動効率が向上し、ボールねじ 1の作動性を向上させることが可能となる。

また、負荷ボール 10の数に対するスぺーサボール 20の数の割合を 1%〜5%の範囲内としたため、必要最小限のスぺーサボールの個数でボールねじの負荷容量及び剛性の低下をほとんど低下させず、かつ、負荷ボール 10に生じる初期磨耗を低減することが可能となった。したがってボールねじ 1の耐久性を向上させることが可能となった。

[0022] 以下、図 3を参照して、負荷ボール 10の数に対するスぺーサボール 20の数の割合と、負荷ボール 10に生じる初期磨耗との関係を説明する。

図 3は、既存のボールねじ耐久寿命試験機を用いて、本実施形態のボールねじ 1 に過大荷重を付与した場合における、負荷ボール 10の数に対するスぺーサボール 2

0の数の割合と、負荷ボール 10の初期磨耗量との関係を示すグラフである。ここで、過大過重を 30000Nとし、負荷ボール 10の初期磨耗量を 100km走行後の負荷ボール 10の磨耗率とする。

[0023] 以下に、本耐久寿命試験における条件を示す。

使用ボールねじ呼び番： NSKボールねじ 50 X 10 X 1000— C5

基本動定格過重： 64600N

試験機名： NSK製ボールねじ耐久寿命試験機

予圧荷重： 2000N

試験荷重：アキシャル荷重 = 30000N

最高回転数： lOOOmin— ¹

ストローク： 500mm

潤滑グリース：アルバニア No. 2 (昭和シェル石油）また、負荷ボール 10の数に対するスぺーサボール 20の数の割合（以下、スぺーサボール比と示す）を、 0%、 1%、 2%、 3%、 4%、 5%、 20%、 25%、 33. 4%、 50% の 10通りとし、それぞれのスぺーサボール比において耐久寿命試験を行った。

[0024] 図中の縦軸はボール磨耗率を示し、横軸はスぺーサボール比を示して!/、る。なお、ボール磨耗率は、それぞれのスぺーサボール比における耐久寿命試験において、 1 00km走行後の負荷ボール 10に生じた寸法の変化率を平均した値である。

[0025] 図中に示されているように、スぺーサボール比を 1%以上とすると、負荷ボール 10 のボール磨耗率は、スぺーサボール比を 0%とした場合と比較して大幅に低下する。また、スぺーサボール比が 5%を超えると、負荷ボールの摩耗率がほとんど低下しなくなる。

したがって、スぺーサボール比を 1%から 5%の範囲内（図中に Rで示す範囲内）とすることにより、必要最小限のスぺーサボールの個数で負荷ボール 10の磨耗率が大幅に低下するとともに、ボールねじ 1の負荷容量及び剛性をほとんど低下させないことが可能となり、ボールねじ 1の耐荷重性の向上が可能となる。また、負荷ボール 10 の磨耗率が大幅に低下することにより、ボールねじ 1の長寿命化が可能となる。

[0026] また、各スぺーサボール 20が負荷ボール 10の列に対して均等に配置されているため、負荷転動路 12内に装填されている負荷ボール 10に対し、負荷荷重が均等に加わることとなり、ボールねじ 1の耐久性を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態のボールねじ 1では、多数の負荷ボール 10間にスぺーサボール 20を均等に配置したが、これに限定されるものではなぐスぺーサボール 20間に配置されて!、る負荷ボール 10の数が異なってもよ!/、。

また、本実施形態のボールねじ 1では、スぺーサボール 20の直径をボール 10の直径よりも 20 m〜50 m程度小さく形成した力これに限定されるものではなぐスぺーサボール 20の直径がボール 10の直径よりも小さければよい。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本出願は、 2004年 12月 22日出願の日本特許出願 (特願 2004— 370816)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

産業上の利用可能性

本発明によれば、必要最小限のスぺーサボールの個数で各ボール間に生じる相対滑りが減少してボールねじの作動効率が向上するとともに、ボールねじの負荷容量及び剛性の低下が防止されるため、作動性及び耐久性の向上したボールねじが提供される。

Claims

請求の範囲

[1] 螺旋状のねじ軸側ボール転動溝を外周面に有するねじ軸と、

前記ねじ軸側ボール転動溝に対向するナット側ボール転動溝を内周面に有するナッ卜と、

前記両ボール転動溝間に形成される負荷転動路内に転動自在に装填された複数の負荷ボールと、

前記負荷ボール間に配置された該負荷ボールより径の小さ!/、スぺーサボールとを有するボールねじにお!、て、

前記負荷ボールの数に対する前記スぺーサボールの数の割合を 1%〜5%の範囲内に設定したことを特徴とするボールねじ。

[2] 前記スぺーサボールを、前記負荷ボールの列に対して均等に配置したことを特徴とする請求項 1に記載したボールねじ。