WO2022210223A1 - 多条ボールねじ - Google Patents

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孝之 矢部
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    • F16H25/2223—Cross over deflectors between adjacent thread turns, e.g. S-form deflectors connecting neighbouring threads

Definitions

  • the present invention relates to a multi-start ball screw, and more particularly to a multi-start ball screw used in electric injection molding machines, press machines, etc. as a mechanical element that converts rotary motion into linear motion.
  • a ball screw generally comprises a screw shaft having a spiral groove formed on its outer peripheral surface, a cylindrical nut having a spiral groove formed on its inner peripheral surface and mounted on the outer periphery of the screw shaft, and between the spiral grooves. and a plurality of balls incorporated therein for converting rotary motion of one of the screw shaft and nut into linear motion of the other.
  • the spiral grooves of the screw shaft and nut are wide and U-shaped (cross-sectional shape), and two balls are arranged in these spiral grooves.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to provide a multi-start ball screw having a nut with a U-shaped spiral groove accommodating two balls and having high dimensional accuracy. That's what it is.
  • a nut having multiple spiral grooves on its inner peripheral surface; a screw shaft having multiple spiral grooves on its outer peripheral surface; a plurality of balls arranged to roll on a rolling path composed of multiple spiral grooves of the nut and multiple spiral grooves of the screw shaft;
  • a multi-start ball screw comprising The multi-threaded spiral groove of the nut includes a U-shaped first spiral groove having left and right flanks spaced apart in the axial direction and capable of contacting two balls, respectively, and continuous with each thread of the first spiral groove. and two second spiral grooves having left and right flanks capable of two-point contact with the ball.
  • the second spiral groove enables accurate measurement of the diagonal dimension, and as a result, the first spiral groove can be ground based on the accurate diagonal dimension,
  • a multi-start ball screw having a nut with a U-shaped first spiral groove having high dimensional accuracy can be provided.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a multi-start ball screw according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the multi-start ball screw of FIG. 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part showing a helical groove of a nut
  • 4 is an enlarged cross-sectional view of the first spiral groove shown in FIG. 3
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the second spiral groove shown in FIG. 3
  • FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state of nut grinding.
  • FIG. 4 is a schematic front view showing a state of nut grinding.
  • the multi-start ball screw 1 of this embodiment includes a nut 4 having a multi-start spiral groove 40 on the inner peripheral surface and a screw shaft having a multi-start spiral groove 30 on the outer peripheral surface. 3, and a plurality of steel balls 6 arranged to be able to roll in a rolling path 20 composed of both spiral grooves 40, 30.
  • a seal ring 10 is fitted on the inner periphery of both ends of the nut 4 to prevent leakage of lubricating oil between the nut 4 and the screw shaft 3 .
  • a constituent material of the nut 4 for example, tough steel such as chrome molybdenum steel is used.
  • the nut 4 has a disc-shaped flange 8 on one end side (left side in FIG. 1) of a cylindrical nut body portion 4a, and the flange 8 is provided with a bolt through hole 8a as necessary. Therefore, in the multi-start ball screw 1, for example, the screw shaft 3 is connected to a drive means (such as a shaft of an electric motor) (not shown) and driven to rotate in both forward and reverse directions, while the nut 4 is connected to the bolt through hole.
  • a driven member (not shown) (a driven member such as an electric injection molding machine, a press machine, or a conveying machine) is fastened to the flange 8 via 8a for use.
  • a return tube 5 is fastened by a tube clamp 7 .
  • the return tube 5 is formed by bending a steel pipe into a substantially U-shape. It is connected to the rolling path 20 .
  • two ball circulation paths two circuits in which a large number of balls 6 move and circulate within the rolling path 20 via each return tube 5 are formed.
  • the helical groove 40 of the nut 4 includes a U-shaped first helical groove 41 having left and right flanks 41c spaced apart in the axial direction and capable of contacting the two balls 6, respectively. , and two second spiral grooves 42 having left and right flanks 42c that are continuous with each thread of the first spiral groove 41 and that can come into contact with the ball 6 at two points. Note that left and right mean both sides in the direction along the central axis CL in FIG. 2 .
  • the first spiral groove 41 has a cylindrical groove bottom 41b between the left and right flanks 41c between adjacent ridges 43, and is formed in a U-shape wide in the left-right direction. Therefore, in the first spiral groove 41, the left flank 41c and the right flank 41c respectively support two rows of balls 6 of two circuits.
  • the second spiral groove 42 has left and right flanks 42c having substantially the same shape as the left and right flanks 41c of the first spiral groove. formed in
  • the second spiral groove 42 is continuous with the first spiral groove 41 axially outside the ball scooping portion of the ball circulation path, the left and right flanks 42c do not have actual balls.
  • 6 does not circulate, as will be described later, a jig having the same spherical shape as the ball 6 or a measuring terminal having a spherical portion having the same size as the ball 6 is brought into contact at two points.
  • the first spiral groove 41 has a shape obtained by removing an intermediate ridge portion 44 (shaded portion in FIG. 5) formed between the second spiral grooves 42. It is formed by cutting off the intermediate rib portion 44 after or simultaneously with the formation of the groove 42 .
  • the spiral groove 30 of the screw shaft 3 is also configured as a U-shaped wide groove that can accommodate two balls 6 side by side in the direction of the central axis CL, and has a cross section substantially similar to that of the first spiral groove 41 of the nut 4. Shape. Therefore, the ball 6 in the spiral groove 30 is supported by the flanks 30c formed on both left and right sides.
  • tough steel such as chrome molybdenum steel can be used.
  • the spiral groove 30 of the screw shaft 3 and the first spiral groove 41 of the nut 4 are arranged such that the protrusion 31 of the screw shaft 3 is in the axially intermediate portion of the first spiral groove 41 and the protrusion 43 of the nut 4 is in the spiral groove.
  • Rolling paths 20 are formed so as to face each of the intermediate portions in the axial direction of 30 .
  • the balls 6 are sandwiched between the flank 30c of the screw shaft 3 and the flank 41c of the nut 4.
  • the plurality of balls 6 incorporated between the helical groove 30 and the first helical groove 41 roll in the rolling path 20 as the screw shaft 3 rotates relative to the nut 4.
  • the plurality of balls 6 roll in the rolling path 20 to smoothly move the nut 4 in the axial direction.
  • a multi-start ball screw 1 having
  • the first helical groove 41 and the second helical groove 42 are cut on the inner peripheral surface of the nut body 4a by a lathe, and then carburizing heat treatment equipment or high frequency Heat treatment (quenching) is performed using a heat treatment device. After that, processing is performed to form the first spiral groove 41 with a predetermined dimension. Machining is performed by turning, but grinding may be performed after turning. At this time, dimension measurement is performed to determine the amount of machining, the amount of cutting and the amount of grinding are calculated from the result of the dimension measurement, and turning and grinding are performed.
  • the oblique diameter dimension D of the second spiral groove 42 (the dimension between the grooves facing each other at a 180° phase with the groove advanced by 0.5 lead) was measured. Measure. Therefore, at least one of the second spiral grooves 42 leaves 0.5 lead (indicated by dimension L in FIG. 2) or more. Further, the oblique diameter dimension D of the portion of the second spiral groove 42 is the same as the oblique diameter dimension of the first spiral groove 41 . That is, since the first spiral groove 41 has a shape obtained by removing the intermediate ridge portion 44 between the two second spiral grooves 42, the oblique diameter dimension D between the grooves of the second spiral grooves 42 is the first spiral. It represents the diagonal dimension of the groove 41 . During measurement, the ball-shaped jig or the measuring terminal is stably held by the left and right flanks 42c of the second spiral groove 42, so the oblique diameter dimension D can be measured accurately.
  • the other second spiral groove 42 is formed on the opposite side of the one second spiral groove 42 by 180° at the same position in the two axial directions. It is Therefore, it suffices if there is a groove short enough to set the measuring jig and the measuring terminal, and the groove length L1 of the second spiral groove 42 should be equal to or greater than the diameter of the ball.
  • a quill 50 used for grinding has a pair of grindstones 51 matching the shape of the flank 41c of the first spiral groove 41, and is inclined along the lead angle ⁇ of the first spiral groove 41 with respect to the central axis CL.
  • each flank 41c of the adjacent first spiral groove 41 and the left and right of the adjacent second spiral groove 42 which are on the left and right sides of the protrusion 43, Machining the flank 42c.
  • the nut 4 having the first spiral groove 41 with high dimensional accuracy can be formed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified, improved, etc. as appropriate.
  • the second spiral groove 42 for measuring the diagonal dimension may be formed in the screw shaft 3 .
  • the screw shaft 3 having the spiral groove 30 with high dimensional accuracy by processing the oblique diameter dimension of the screw shaft 3 with high accuracy.
  • a multi-start ball screw comprising The multi-threaded spiral groove of the nut includes a U-shaped first spiral groove having left and right flanks spaced apart in the axial direction and capable of contacting two balls, respectively, and continuous with each thread of the first spiral groove. and two second spiral grooves having left and right flanks capable of two-point contact with the ball.
  • the first spiral groove can be processed based on the accurate diagonal dimension, resulting in a U-shaped spiral groove.
  • the measuring terminal can be set, and the oblique diameter dimension can be measured in the second spiral groove.

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Abstract

多条ボールねじ（１）は、内周面に多条の螺旋溝（４０）を有するナット（４）と、外周面に多条の螺旋溝（３０）を有するねじ軸（３）と、ナット（４）の多条の螺旋溝（４０）とねじ軸（３）の多条の螺旋溝（３０）とで構成される転動路（２０）に転動可能に配置される複数のボール（６）と、を備える。ナット（４）の螺旋溝（４０）は、２条のボール（６）とそれぞれ接触可能な、軸方向に離間した左右のフランク（４１ｃ）を有するＵ字状の第１螺旋溝（４１）と、該第１螺旋溝（４１）の各条と連続し、ボール（６）と２点接触可能な左右のフランクを有する２条の第２螺旋溝（４２）と、を有する。これにより、２条のボールを収容するＵ字状の螺旋溝が高い寸法精度を持ったナットを有する多条ボールねじが得られる。

Description

多条ボールねじ
　本発明は、多条ボールねじに関し、より詳細には、回転運動を直線運動に変換する機械要素として電動射出成形機やプレス機械などで用いられる多条ボールねじに関する。
　ボールねじは、一般に、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋溝が形成されてねじ軸の外周に装着された円筒状のナットと、互いの螺旋溝の間に組み込まれた複数のボールと、を有しており、ねじ軸とナットのいずれか一方の回転運動を、いずれか他方の直線運動に変換する。例えば、特許文献１には、ねじ軸及びナットの螺旋溝が広幅でＵ字状（断面形状）に構成され、これら螺旋溝に２条のボールが配置される構造の低摩擦で高剛性なボールねじが開示されている。
日本国特開昭５６－１４７９５４号公報
　ところで、特許文献１に記載のような、ナットのＵ字状の螺旋溝を正確に加工する際には、高度の測定技術が必要となる。一般的なボール溝であるゴシック形状のボール溝の場合には、使用するボール径と同じボールを測定端子に固定して斜径寸法を測り、狙いの寸法に加工することができるが、Ｕ字状で螺旋溝の場合、片側のフランクがないため、測定端子のボールを螺旋溝に安定的に固定し難く、正確な寸法測定が困難であった。
　本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、２条のボールを収容するＵ字状の螺旋溝が高い寸法精度を持ったナットを有する多条ボールねじを提供することにある。
　本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
　内周面に多条の螺旋溝を有するナットと、
　外周面に多条の螺旋溝を有するねじ軸と、
　前記ナットの多条の螺旋溝と前記ねじ軸の多条の螺旋溝とで構成される転動路に転動可能に配置される複数のボールと、
を備える多条ボールねじであって、
　前記ナットの多条の螺旋溝は、２条のボールとそれぞれ接触可能な、軸方向に離間した左右のフランクを有するＵ字状の第１螺旋溝と、該第１螺旋溝の各条と連続し、前記ボールと２点接触可能な左右のフランクを有する２条の第２螺旋溝と、を有する、多条ボールねじ。
　本発明の多条ボールねじによれば、第２螺旋溝によって正確な斜径寸法の測定が可能となり、この結果、正確な斜径寸法に基づいて第１螺旋溝を研削加工することができ、Ｕ字状の第１螺旋溝が高い寸法精度を持ったナットを有する多条ボールねじを提供できる。
本発明の一実施形態に係る多条ボールねじの外観斜視図である。 図１の多条ボールねじの断面図である。 ナットの螺旋溝を示す要部断面図である。 図３に示す第１螺旋溝の拡大断面図である。 図３に示す第２螺旋溝の拡大断面図である。 ナットの研削加工の状態を示す概略断面図である。 ナットの研削加工の状態を示す概略正面図である。
　以下、本発明の実施形態に係る多条ボールねじを図面に基づいて詳細に説明する。
　本実施形態の多条ボールねじ１は、図１及び図２に示すように、内周面に多条の螺旋溝４０を有するナット４と、外周面に多条の螺旋溝３０を有するねじ軸３と、両螺旋溝４０，３０とで構成される転動路２０に転動可能に配置される複数の鋼球のボール６と、を備える。
　また、ナット４の両端側の内周には、例えば、シールリング１０が嵌め込まれ、ねじ軸３との間の潤滑油の漏れを防止する。ナット４の構成素材としては、例えば、クロームモリブデン鋼などの強靱鋼を用いて形成されている。
　ナット４は、円筒状のナット胴部４ａの一端側（図１において左側）に円板状のフランジ８を備え、フランジ８には、必要に応じてボルト貫通孔８ａが設けられている。したがって、多条ボールねじ１は、例えば、ねじ軸３が、図示しない駆動手段（電気モータのシャフトなど）に連結され、正逆両回転方向に回転駆動される一方、ナット４が、ボルト貫通孔８ａを介してフランジ８に図示しない被駆動部材（電動射出成形機やプレス機械や搬送機械などの被駆動部材）が締結されて使用される。
　ナット胴部４ａの外周面には、平面視で矩形の平坦面９が周方向に複数箇所（図１は、１箇所のみ図示）で形成されており、この各平坦面９上に、一対のリターンチューブ５がチューブクランプ７によって締結されている。このリターンチューブ５は、鋼管を略コ字形状に屈曲成形したもので、平坦面９に形成された４個の貫通孔（第１螺旋溝４１に繋がる貫通孔）をチューブ両端部が貫通して転動路２０に接続されている。これにより、各リターンチューブ５を介して多数個のボール６が転動路２０内を移動循環する２条のボール循環経路（２つのサーキット）が形成される。
　図３～図５も参照して、ナット４の螺旋溝４０は、２条のボール６とそれぞれ接触可能な、軸方向に離間した左右のフランク４１ｃを有するＵ字状の第１螺旋溝４１と、該第１螺旋溝４１の各条と連続し、ボール６と２点接触可能な左右のフランク４２ｃを有する２条の第２螺旋溝４２と、を有する。なお、左右とは、図２において中心軸線ＣＬに沿う方向における両側を意味する。
　すなわち、第１螺旋溝４１は、隣り合う突条部４３間で、左右のフランク４１ｃの間に円筒状の溝底４１ｂを有して、左右方向に幅広なＵ字状に形成される。したがって、第１螺旋溝４１では、左のフランク４１ｃと、右のフランク４１ｃとが、２つのサーキットの２列のボール６をそれぞれ支持する。
　一方、第２螺旋溝４２は、第１螺旋溝の左右のフランク４１ｃと略等しい形状の左右のフランク４２ｃを有しており、左右のフランク４２ｃは、ボール６と２点接触可能なゴシックアーク状に形成される。
　なお、本実施形態では、第２螺旋溝４２は、ボール循環経路のボール掬い上げ部よりも軸方向外側で第１螺旋溝４１と連続しているため、左右のフランク４２ｃには、実際のボール６は循環しないが、後述するように、ボール６と同じ球体の治具、又は、ボール６と同じ大きさの球体状部分を有する測定端子を２点接触させる。
　また、第１螺旋溝４１は、第２螺旋溝４２の間に形成される中間突条部４４（図５中、網掛部分）を切除した形状であり、第１螺旋溝４１は、第２螺旋溝４２を形成後或いは形成と同時に中間突条部４４を切除することで形成される。
　ねじ軸３の螺旋溝３０も、ボール６が中心軸線ＣＬ方向に２個並んで収容可能なＵ字状の幅広な溝に構成されており、ナット４の第１螺旋溝４１と略同様な断面形状である。したがって、螺旋溝３０内のボール６は、左右両側に形成されたフランク３０ｃにより支持される。ねじ軸３の構成素材としては、例えば、クロームモリブデン鋼などの強靱鋼を用いることができる。
　ねじ軸３の螺旋溝３０とナット４の第１螺旋溝４１とは、ねじ軸３の突条部３１が第１螺旋溝４１の軸方向中間部に、ナット４の突条部４３が螺旋溝３０の軸方向中間部にそれぞれ対向して転動路２０を構成している。これにより、ボール６は、ねじ軸３のフランク３０ｃとナット４のフランク４１ｃ間に挟持される。したがって、螺旋溝３０と第１螺旋溝４１の間に組み込まれた複数のボール６は、ねじ軸３がナット４に対して相対回転することによって転動路２０内を転動し、ねじ軸３を回転させることで、複数のボール６が転動路２０内を転動し、ナット４を軸方向に円滑に移動させる。
　また、この２条の転動路２０が複数条（本実施形態では、４条）形成されており、これにより、本実施形態の多条（少なくとも２条である偶数条）の転動路２０を有する多条ボールねじ１が構成されている。
　ここで、ナット４における螺旋溝４０の形成に際しては、ナット胴部４ａの内周面に、第１螺旋溝４１と第２螺旋溝４２とを旋盤によって切削加工し、その後、浸炭熱処理装置や高周波熱処理装置を用いて熱処理（焼き入れ）を施す。
　その後、第１螺旋溝４１を所定の寸法に形成するための加工を行う。加工は旋削加工で行われるが、旋削加工後に研削加工を行っても良い。この際、加工量を決定するための寸法測定を行い、寸法測定結果から切削量、研削量を算出して、旋削加工、研削加工を実施する。
　寸法測定では、測定端子を用いて、図３に示すように、第２螺旋溝４２の斜径寸法Ｄ（溝が０．５リード進んだ状態で１８０°位相で対面する溝間の寸法）を測定する。このため、第２螺旋溝４２の少なくとも一つは、０．５リード（図２において寸法Ｌにて示す）以上を残存させている。
　また、第２螺旋溝４２の部分の斜径寸法Ｄは、第１螺旋溝４１の斜径寸法と同じ寸法である。すなわち、第１螺旋溝４１は、２条の第２螺旋溝４２間の中間突条部４４を切除した形状であることから、第２螺旋溝４２の溝間の斜径寸法Ｄが第１螺旋溝４１の斜径寸法を表している。
　そして、測定の際には、ボール状の治具又は測定端子は、第２螺旋溝４２の左右のフランク４２ｃによって安定して保持されるので、斜径寸法Ｄを正確に測定することができる。
　なお、２条の螺旋溝は、１８０°位相で配置されるため、２つの軸方向同位置において、一方の第２螺旋溝４２と１８０°反対側には、他方の第２螺旋溝４２が形成されている。このため、測定治具や測定端子がセットできるだけの短い溝が存在すればよく、第２螺旋溝４２の溝長さＬ１は、ボールの直径以上であればよい。
　上記の寸法測定の結果、仕上げ寸法に必要な研削量が決定され、図６及び図７に示すように、加工が実施される。研削に使用されるクイル５０は、第１螺旋溝４１のフランク４１ｃの形状に合わせた一対の砥石５１を有し、中心軸線ＣＬに対して第１螺旋溝４１のリード角θに沿うように傾斜してセットされ、これら砥石５１を高速回転することで、突条部４３に対して左右両側となる、隣接する第１螺旋溝４１の各フランク４１ｃ、及び隣接する第２螺旋溝４２の左右のフランク４２ｃを加工する。
　このようにして、第２螺旋溝４２の斜径寸法Ｄを測定しながら加工することで、高い寸法精度を持った第１螺旋溝４１を持ったナット４を形成することができる。
　本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
　例えば、前述した各実施形態では斜径寸法を測定するための第２螺旋溝４２はねじ軸３に形成しても良い。これにより、ねじ軸３の斜径寸法を精度よく加工することで、高い寸法精度を持った螺旋溝３０を有するねじ軸３を形成することが可能である。
　以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）　内周面に多条の螺旋溝を有するナットと、
　外周面に多条の螺旋溝を有するねじ軸と、
　前記ナットの多条の螺旋溝と前記ねじ軸の多条の螺旋溝とで構成される転動路に転動可能に配置される複数のボールと、
を備える多条ボールねじであって、
　前記ナットの多条の螺旋溝は、２条のボールとそれぞれ接触可能な、軸方向に離間した左右のフランクを有するＵ字状の第１螺旋溝と、該第１螺旋溝の各条と連続し、前記ボールと２点接触可能な左右のフランクを有する２条の第２螺旋溝と、を有する、多条ボールねじ。
　この構成によれば、第２螺旋溝によって正確な斜径寸法の測定が可能となり、この結果、正確な斜径寸法に基づいて第１螺旋溝を加工することができ、Ｕ字状の螺旋溝が高い寸法精度を持ったナットを有する多条ボールねじを提供できる。
（２）　前記第２螺旋溝は、０．５リード以上形成される、（１）に記載の多条ボールねじ。
　この構成によれば、第２螺旋溝は、第２螺旋溝の斜径寸法を正確に測定することができる。
（３）　前記第２螺旋溝の溝長さは、前記ボールの直径以上である、（１）又は（２）に記載の多条ボールねじ。
　この構成によれば、測定端子をセットでき、第２螺旋溝において斜径寸法を測定することができる。
　なお、本出願は、２０２１年３月３１日出願の日本特許出願（特願２０２１－０６２３５７）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
１　　　多条ボールねじ
３　　　ねじ軸
４　　　ナット
２０　　転動路
３０、４０　　螺旋溝
４１　　第１螺旋溝
４２　　第２螺旋溝
ＣＬ　　中心軸線
Ｄ　　　斜径寸法

Claims (3)

  1. 　内周面に多条の螺旋溝を有するナットと、
    　外周面に多条の螺旋溝を有するねじ軸と、
    　前記ナットの多条の螺旋溝と前記ねじ軸の多条の螺旋溝とで構成される転動路に転動可能に配置される複数のボールと、
    を備える多条ボールねじであって、
    　前記ナットの多条の螺旋溝は、２条のボールとそれぞれ接触可能な、軸方向に離間した左右のフランクを有するＵ字状の第１螺旋溝と、該第１螺旋溝の各条と連続し、前記ボールと２点接触可能な左右のフランクを有する２条の第２螺旋溝と、を有する、多条ボールねじ。
  2. 　前記第２螺旋溝は、０．５リード以上形成される、請求項１に記載の多条ボールねじ。
  3. 　前記第２螺旋溝の溝長さは、前記ボールの直径以上である、請求項１又は２に記載の多条ボールねじ。
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