JP2004036831A

JP2004036831A - Ball screw device

Info

Publication number: JP2004036831A
Application number: JP2002197372A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Okubo; 大久保　努
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-02-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ball screw device suitably usable for a small-lead screw with a narrow space between thread grooves, or a multiple thread screw and having excellent operability and durability. <P>SOLUTION: This ball screw device 30 is provided with a circulating piece 40 fitted to the end face of a nut 16 while having a ball circulating groove 21 for communicating a load raceway track formed between a thread groove 12 of a screw shaft 13 and a thread groove 14 of the nut 16 to allow a large number of balls 15 to roll, with a ball return passage 17 of the nut 16; and a tongue part 20 provided at the tip of the ball circulating groove 21 and fitted to the thread groove 12 to scoop up the balls 15 rolling between both thread grooves 12, 14. In this constitution, the axial inner portion of the nut 16 of the ball circulating groove 21 including the tongue part 20 in the circulating piece 40 is cut off. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば産業機械等に用いられ、特に、高剛性、高寿命、高速送りおよび低騒音が要求される場合に好適なボールねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のボールねじ装置としては、例えば図９および図１０に示すものが知られている（ドイツ実用新案公報ＤＥ２４３７４９７参照）。
このボールねじ装置１０は、外周面に螺旋状のねじ溝１２を有して軸方向に延びるねじ軸１３に、内周面に前記ねじ軸１３のねじ溝１２に対応するねじ溝１４を有するナット１６が嵌合されており、ナット１６のねじ溝１４とねじ軸１３のねじ溝１２とは互いに対向して両者の間に螺旋状の負荷軌道を形成している。該負荷軌道には転動体としての多数のボール１５が転動可能に装填されており、ねじ軸１３（又はナット１６）の回転により、ナット１６（又はねじ軸１６）がボール１５の転動を介して軸方向に移動するようになっている。
【０００３】
ところで、ナット１６（又はねじ軸１３）が軸方向に移動する際には、ボール１５が両ねじ溝１２，１４で形成される螺旋状の負荷軌道を転動しつつ移動するが、ナット１６（又はねじ軸１３）を継続して移動させていくためには、ボール１５を無限循環させる必要がある。
ボールを無限循環させる方式としては、循環チューブ式やエンドキャップ式等が一般的であるが、コンパクトタイプのボールねじ装置では、ナット１６に軸方向に貫通するボール戻し通路１７を形成すると共に、ナット１６の端面に切欠き１９を形成して該切欠き１９に該ボール戻し通路１７と前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道とを連通する循環こま１８を嵌合して該循環こま１８をナット１６にねじ止めや止め輪等により固定している。
【０００４】
循環こま１８は、例えば合成樹脂の成形品からなり、図１１および図１２に示すように、前記ボール戻し通路１７と前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道との間を連通する湾曲状のボール循環溝（ボール循環路）２１と、該ボール循環溝２１の先端に設けられ、ねじ軸１３のねじ溝１２に嵌合されて前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道を転動するボール１５を掬い上げるタング部２０とを備えている。そして、タング部２０を含むボール循環溝２１、前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道および前記ボール戻し通路１７によってボール１５の無限循環通路を形成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のボールねじ装置においては、循環こま１８をナット１６の端面側から切欠き１９に軸方向に押し込んで嵌合するため、タング部２０を含むボール循環溝２１のナット１６の軸方向の両側には肉部が設けられ、該両側の肉部の端面は軸線に直角方向に沿う面となって互いに平行とされている。
【０００６】
しかしながら、循環こま１８のこのような形状とすると、ねじ溝間の間隔が狭い小リードねじや、多条ねじの場合には、図１３に示すように、循環こま１８のナット１６の軸方向の内側部分の肉部にボール１５が干渉することになるため、適応が困難となり、また、同様の理由で、ボール径を大きくして動定格荷重を増すことも困難になる。
【０００７】
更に、小リードねじに適応するため、循環こま１８の幅Ｂ（図１２（ａ）参照）を短くすると、ボール循環溝２１のボール１５をボール戻し通路１７に導く経路の曲げＲ（図１２（ｂ）参照）が小さくなるため、ボール１５が急激に曲げられて装置の作動性や耐久性に間題が生じるおそれがある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、ねじ溝間の間隔が狭い小リードねじや、多条ねじにも好適に用いることができると共に、作動性および耐久性に優れたボールねじ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有すると共に軸方向に貫通するボール戻し通路を有して前記ねじ軸に遊嵌されるナットと、前記両ねじ溝間と前記ボール戻し通路とを連通させるボール循環路を有して前記ナットの端面に嵌合される循環こまと、前記両ねじ溝間、前記ボール戻し通路および前記ボール循環路を転動しつつ循環可能に装填された多数のボールとを備え、前記ボール循環路の先端に、前記ねじ軸のねじ溝に嵌合されて前記両ねじ溝間を転動する前記ボールを掬い上げるタング部を具備するボールねじ装置において、前記循環こまにおける前記タング部を含む前記ボール循環路の前記ナットの軸方向内側部分を切除し、この切除した部分の該ボール循環路の一部としての代わりを、前記ナット側に設けられたねじ溝で行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記循環こまの前記ボール循環路以外に突起を設けると共に、前記ナットに該突起が嵌合される凹部を設けたことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記タング部の前記ねじ軸のねじ溝側を向く背面部の該ねじ溝に沿う長さを前記ボールの径寸法の１．５倍以上１０倍以下としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有すると共に軸方向に貫通するボール戻し通路を有して前記ねじ軸に遊嵌されるナットと、前記両ねじ溝間と前記ボール戻し通路とを連通させるボール循環路を有して前記ナットの端面に嵌合される循環こまと、前記両ねじ溝間、前記ボール戻し通路および前記ボール循環路を転動しつつ循環可能に装填された多数のボールとを備え、前記ボール循環路の先端に、前記ねじ軸のねじ溝に嵌合されて前記両ねじ溝間を転動する前記ボールを掬い上げるタング部を具備するボールねじ装置において、
前記タング部の前記ねじ軸のねじ溝側を向く背面部の基端側の断面積より該タング部の先端の断面積を小さくし、且つ、前記タング部の先端を該ねじ軸のねじ溝に非接触としたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態の一例であるボールねじ装置を軸方向から見た説明図、図２（ａ）は図１の右側面図で一部に図１のＸ−Ｘ線断面図を示す図、図２（ｂ）は図２（ａ）の循環こまの装着前の状態を示す図、図３は循環こまを示す図で（ｂ）は正面図、（ａ）は（ｂ）の左側面図、（ｃ）は（ｂ）の右側面図、図４は図３の循環こまの斜視図で、（ａ）はタング部の背面側から見た図、（ｂ）はボール循環溝側から見た図、図５は本発明の作用効果を説明するための説明図、図６はタング部背面長さＬ／ボール径Ｄｗと音響エネルギー比との関係を示すグラフ図、図７は循環こまの変形例を示す斜視図、図８はタング部先端形状とタング部基端側背面形状との違いを説明するための説明的断面図である。なお、図９および図１０に示した従来例と重複する部分については、各図に同一符号を付して説明する。
【００１２】
図１および図２に示すように、このボールねじ装置３０は、外周面に螺旋状のねじ溝１２を有して軸方向に延びるねじ軸１３に、内周面に前記ねじ溝１２に対応するねじ溝１４を有するナット１６が嵌合されている。
ナット１６のねじ溝１４とねじ軸１３のねじ溝１２とは互いに対向して両者の間に螺旋状の負荷軌道を形成しており、該負荷軌道には転動体としての多数のボール１５が転動可能に装填されている。そして、ねじ軸１３（又はナット１６）の回転により、ナット１６（又はねじ軸１３）がボール１５の転動を介して軸方向に移動するようになっている。
【００１３】
なお、前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道を転動する多数のボール１５の各ボール１５間に、駆動時のボール同士の衝突音を無くして低騒音化を図るべく、該ボール１５に対向する両側面にそれぞれ円弧状等の凹面を有する保持ピースを介装してもよい。この保持ピースは各ボール１５間に個別に介装するタイプ、各保持ピースが互いに連結されたタイプのどちらでもよい。
【００１４】
ナット１６の壁部には軸方向に貫通するボール戻し通路１７が穿設されており、また、ナット１６の両端面には図３および図４に示す循環こま４０が所定の締め代をもって嵌合される切欠き４１が前記ボール戻し通路１７および前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道に連通して形成されている。
循環こま４０は、例えば合成樹脂の成形品からなり、図３および図４に示すように、前記ボール戻し通路１７と前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道との間を連通する湾曲状のボール循環溝（ボール循環路）２１と、該ボール循環溝２１の先端に設けられ、ねじ軸１３のねじ溝１２に嵌合されて両ねじ溝間１２，１４の負荷軌道を転動するボール１５を掬い上げるタング部２０とを備えている。タング部２０、ボール循環溝２１、前記両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道および前記ボール戻し通路１７によってボール１５の無限循環通路を形成している。
【００１５】
そして、循環こま４０を切欠き４１に嵌合固定した状態においては、循環こま４０は切欠き４１内で径方向および周方向に拘束されている。
ここで、この実施の形態では、タング部２０を含むボール循環溝２１のナット１６の軸方向の外側には肉部が設けられて該肉部の端面は軸線に直角方向に沿う面とされ、タング部２０を含むボール循環溝２１のナット１６の軸方向の内側部分の肉部は切除されている。
【００１６】
これにより、ねじ溝間の間隔が狭い小リードねじや、多条ねじの場合においても、図５に模式的に示すように、ボール１５が循環こま４０に干渉するのを回避することができ、この結果、ねじ溝間の間隔が狭い小リードねじや、多条ねじの場合にも好適に用いることができると共に、ボール径を大きくして動定格荷重を増すことも可能になり、更には、装置の作動性や耐久性も優れたものとすることができる。
【００１７】
因みに、本実施形態では、ボール径／ねじ溝ピッチが０．８程度まで対応できるようになり、ねじ軸径４０ｍｍ、リード３０ｍｍ、２条ねじの場合、従来の循環こま１８では、ボール径は５．５ｍｍ程度までしか対応できなかったのに対し、本実施形態の循環こま４０では、ボール径は７．１４ｍｍ程度まで対応できることが確認された。これにより、動定格荷重は４３７００Ｎから６１０００Ｎまで４０％程度大きくすることができ、寿命を従来の２．７倍程度に向上できる。
【００１８】
なお、この実施の形態では、循環こま４０のタング部２０を含むボール循環溝２１のナット１６の軸方向の内側部分の肉部を切除し、この切除した部分の該ボール循環溝２１の一部としての代わりに、ナット１６側にナット１６のねじ溝１４から連続した案内用のねじ溝（図２（ｂ）参照）を形成して該案内用ねじ溝と循環こま４０のボール循環溝２１とによってタング部２０で掬い上げたボール１５をボール戻し通路１７に導くようにしている。
【００１９】
この案内用ねじ溝は、ナット１６のねじ溝１４とボール戻し通路１７とを結ぶなめらかな経路とすることが望ましい。また、案内用ねじ溝とナット１６のねじ溝（螺旋経路）１４とのつなぎ目は、極力、段差をなくすことが望ましい。この段差の大きさは、掬い上げ角度や循環経路径の関係から決める必要があるが、ボール径の３％以下（φ６．３５ｍｍの鋼球で０．２ｍｍ以下の段差）とすると低騒音化が図れて有利である。
【００２０】
また、循環こま４０は両ねじ溝１２，１４間の負荷軌道からボール１５を掬い上げてナット１６のボール戻し通路１７までボール１５の運動方向を変えることが主目的であるため、循環こま４０はボール１５が方向転換する反力を受けて回転力を受ける。従って、この回転力に対抗するための固定力が必要となる。
この実施の形態では、上述したように、循環こま４０のタング部２０を含むボール循環溝２１のナット１６の軸方向の内側部分の肉部を切除しているため、かかる固定力を得るために、タング部２０の背面部をねじ軸１３のねじ溝１２に軽接触若しくは微すきまで配置すると共に、循環こま４０のナット１６の端面側にナット１６の周方向に延びる帯状の突出片（突起）５０を設けて該突出片５０をナット１６の端面に設けた凹部５１に所定の締め代で嵌合している。
【００２１】
ここで、タング部２０の背面部とは、ボール１５を掬い上げるためにねじ軸１３のねじ溝１２にせり出した部分の該ねじ溝１２の溝面を向く側を含み、ねじ溝１２に沿って形成された該ねじ溝１２と略同等形状の部分をいう。なお、循環こま４０の回転方向ではタング部２０の背面部のねじ溝１２への軽接触若しくは微すき間での配置により回転方向固定し、ねじ溝方向にも固定するため、循環こま４０に上記突出片５０を設ける。
【００２２】
また、タング部２０の背面部での固定力が重要となるが、この場合、タング部背面部のねじ軸１３のねじ溝１２とのすき間をボール径Ｄｗの１〜１０％とすることが好ましく、循環こま４０の熱膨張などを考慮するとボール径の３〜５％とすることが最適である。
更に、タング部２０の背面部のねじ溝１２に沿う長さＬ（図４（ａ）参照）も重要となる。ボール１５を掬い上げるためには、チューブ循環式のボールねじ装置のチューブタングと同様に、タング部２０先端の厚さはボール径の３０％程度あればよいが、本実施形態では、タング部２０の背面部をねじ軸１３のねじ溝１２に沿って延ばし、このタング部２０の背面部をねじ溝１２に軽接触若しくは微すきまになるようにすることにより、循環こま４０が回転しないように固定している。
【００２３】
このとき、タング部２０の背面部のねじ溝１２に沿う長さＬは、ボール径の１　．５　倍〜１０倍程度がよい。図６にタング部背面部の長さＬ／ボール径Ｄｗと音響エネルギー比との関係を示す。
音響試験は、測定ストロークの中心で軸心から高さ４００ｍｍの位置のマイクロフォンで音圧を測定した。なお、測定はＡフィルターを用いている。また、図６の縦軸はタング部背面部の長さＬ／ボール径Ｄｗが１のときの音響エネルギー比を１とした相対値で表示した。
【００２４】
試験条件は以下の通りである。
試験ボールねじ装置：呼び番　日本精工株式会社製　ＮＳＫボールねじ４０×４０×１０００Ｃ５（ボール径７／３２インチ）
試験機名：日本精工株式会社製、ボールねじ音響測定試験機
予圧荷重：５００Ｎ
試験荷重（加速度荷重）：７５０〜１５００Ｎ
最高回転速度：３０００ｍｉｎ^−１
ストローク：５００ｍｍ
潤滑：油　ＶＧ＃６８
図６から明らかなように、タング部背面部の長さＬ／ボール径Ｄｗが１．５未満でタング部背面部長さＬが短いと騒音が大きくなり、タング部背面部の長さＬがボール径Ｄｗの１．５倍以上では騒音が大幅に低下しているのが判る。但し、１０倍以上としてもナットの長さが長くなるだけで効果は変わらないので、１．５倍以上１０倍以下が望ましい。
【００２５】
なお、小リードのボールねじ装置の場合、このタング部背面部の長さＬ／ボール径Ｄｗの値は比較的容易に大きくとることができる。また、ねじ溝間ピッチが小さい場合、図７に示すように、ナット１６の端面側でタング部背面部が嵌合されたねじ溝１２に隣接するねじ溝１２に嵌合される凸部６０を循環こま４０に設けて固定力を増すようにしてもよい。このことは多条ねじの場合も同様であり、多条ねじの場合は使用していない隣接ピッチのねじ溝１２を使用できる。
【００２６】
更に、ボール１５をねじ軸１３のねじ溝１２からスムースに掬い上げるためにはタング部２０の先端形状が重要となる。本実施形態では、ボールねじ装置の駆動時にタング部２０の先端がねじ軸１３のねじ溝１２と接触して破損するのを回避するため、タング部２０の先端がねじ溝１２と接触しないようにしており、具体的には、図８に示すように、タング部２０の先端の溝直角断面の面積をタング部２０の基端側の背面部の溝直角断面の面積より小さくしてタング部２０先端が直接ねじ溝１２に当たらないようにしている。つまり、タング部２０の基端側の背面部がねじ溝１２に接触しても、タング部２０先端はねじ溝１２に当たらない構造にしている。
【００２７】
但し、タング部２０先端がねじ溝１２に接近していることがボール１５を掬い上げるためには重要であり、これが低騒音化につながるため、タング部２０の先端の長さはタング部２０の背面部より長くてもよい。この場合も、タング部２０の先端がねじ溝１２に直接当たって破損しないように、タング部２０の背面部の断面形状を考慮することが必要である。
【００２８】
なお、本発明のボールねじ装置のねじ軸、ナット、循環こま、突起および凹部等の構成は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００２９】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、ねじ溝間の間隔が狭い小リードねじや、多条ねじの場合においても、ボールが循環こまに干渉するのを回避することができるので、ねじ溝間の間隔が狭い小リードねじや、多条ねじの場合にも好適に用いることができると共に、ボール径を大きくして動定格荷重を増すことも可能になり、更には、装置の作動性や耐久性も優れたものとすることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例であるボールねじ装置を軸方向から見た説明図である。
【図２】（ａ）は図１の右側面図で一部に図１のＸ−Ｘ線断面図を示す図、（ｂ）は（ａ）の循環こまの装着前の状態を示す図、
【図３】循環こまの一例を示す図であり、（ｂ）は正面図、（ａ）は（ｂ）の左側面図、（ｃ）は（ｂ）の右側面図である。
【図４】図３の循環こまの斜視図であり、（ａ）はタング部の背面側から見た図、（ｂ）はボール循環溝側から見た図である。
【図５】本発明の作用効果を説明するための説明図である。
【図６】タング部背面長さＬ／ボール径Ｄｗと音響エネルギー比との関係を示すグラフ図である。
【図７】循環こまの変形例を示す斜視図である。
【図８】タング部先端形状とタング部基端側背面形状との違いを説明するための説明的断面図である。
【図９】従来のボールねじ装置を軸方向から見た説明図である。
【図１０】図９の右側面図で一部に図９のＸ−Ｘ線断面図を示す図である。
【図１１】従来の循環こまの一例を示す図であり、（ｂ）は正面図、（ａ）は（ｂ）の左側面図、（ｃ）は（ｂ）の右側面図である。
【図１２】図１１の循環こまの斜視図であり、（ａ）はタング部の背面側から見た図、（ｂ）はボール循環溝側から見た図である。
【図１３】従来の問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１２…ねじ溝（ねじ軸側）
１３…ねじ軸
１４…ねじ溝（ナット側）
１５…ボール
１６…ナット
１７…ボール戻し通路
２０…タング部
２１…ボール循環溝（ボール循環路）
３０…ボールねじ装置
４０…循環こま
４１…切欠き
５０…突出片（突起）
５１…凹部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a ball screw device that is used, for example, in industrial machines and the like, and is particularly suitable when high rigidity, long life, high-speed feed, and low noise are required.
[0002]
[Prior art]
As a conventional ball screw device of this type, for example, the one shown in FIGS. 9 and 10 is known (see German Utility Model Publication DE 2437497).
This ball screw device 10 has a nut having a screw shaft 13 having a spiral screw groove 12 on the outer peripheral surface and extending in the axial direction, and a screw groove 14 on the inner peripheral surface corresponding to the screw groove 12 of the screw shaft 13. The screw groove 14 of the nut 16 and the screw groove 12 of the screw shaft 13 face each other to form a spiral load track between them. A number of balls 15 as rolling elements are rotatably mounted on the load track, and the nut 16 (or the screw shaft 16) rotates the ball 15 by rotation of the screw shaft 13 (or the nut 16). To move in the axial direction.
[0003]
By the way, when the nut 16 (or the screw shaft 13) moves in the axial direction, the ball 15 moves while rolling on a helical load track formed by the two screw grooves 12 and 14. Alternatively, in order to continuously move the screw shaft 13), it is necessary to circulate the ball 15 infinitely.
As a method of infinitely circulating balls, a circulation tube type or an end cap type is generally used. In a compact type ball screw device, a ball return passage 17 penetrating in an axial direction is formed in a nut 16 and a nut 16 is formed. A notch 19 is formed on the end face of the nut, and a notch 19 is fitted with a circulating frame 18 for communicating the ball return passage 17 and the load track between the two screw grooves 12 and 14. 16 is fixed by screws or retaining rings.
[0004]
The circulation top 18 is made of, for example, a molded product of a synthetic resin, and has a curved shape that communicates between the ball return passage 17 and the load track between the thread grooves 12 and 14 as shown in FIGS. A ball circulation groove (ball circulation path) 21 and a ball provided at the tip of the ball circulation groove 21 and fitted on the screw groove 12 of the screw shaft 13 to roll on the load track between the two screw grooves 12 and 14. And a tongue portion 20 for scooping the 15. An infinite circulation path for the ball 15 is formed by the ball circulation groove 21 including the tongue 20, the load track between the two screw grooves 12 and 14, and the ball return path 17.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional ball screw device, since the circulation top 18 is axially pushed into the notch 19 from the end face side of the nut 16 and fitted to the notch 19, both sides of the ball circulation groove 21 including the tongue portion 20 in the axial direction of the nut 16 are fitted. Is provided with a flesh portion, and the end surfaces of the flesh portions on both sides are surfaces parallel to the direction perpendicular to the axis and are parallel to each other.
[0006]
However, with such a shape of the circulation top 18, in the case of a small lead screw or a multi-start thread in which the distance between the thread grooves is small, as shown in FIG. Since the ball 15 interferes with the inner portion of the meat, adaptation becomes difficult, and for the same reason, it becomes difficult to increase the ball diameter and increase the dynamic rated load.
[0007]
Further, if the width B (see FIG. 12A) of the circulation top 18 is reduced to accommodate the small lead screw, the bending R of the path for guiding the ball 15 of the ball circulation groove 21 to the ball return passage 17 (see FIG. b)), the ball 15 may be bent sharply, causing problems in the operability and durability of the device.
The present invention has been made in order to solve such inconvenience, and can be suitably used for a small lead screw or a multi-start screw having a small interval between thread grooves, and has excellent operability and durability. To provide a ball screw device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 has a screw shaft having a helical screw groove on an outer peripheral surface, a screw groove corresponding to the screw groove of the screw shaft on an inner peripheral surface, and an axial direction. A nut having a ball return passage penetrating through the nut and being loosely fitted to the screw shaft; and a ball circulation path communicating between the two screw grooves and the ball return passage, being fitted to an end face of the nut. And a number of balls loaded so as to be able to circulate while rolling between the two screw grooves, the ball return path and the ball circulation path, and the tip of the screw shaft is provided at the tip of the ball circulation path. In a ball screw device having a tongue portion that scoops up the ball rolling between the two screw grooves while being fitted in a screw groove, the ball circulation device including the tongue portion in the circulation frame has an axial direction of the nut. Cut off the inner part, Instead, and performs a screw groove provided on the nut side of the part of the ball circulation path of the cut portion.
[0009]
The invention according to a second aspect is characterized in that, in the first aspect, a projection is provided in the circulation frame other than the ball circulation path, and a recess is provided in the nut in which the projection is fitted.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the length of the back surface of the tongue portion facing the thread groove side of the screw shaft along the thread groove is at least 1.5 times the diameter of the ball. It is characterized by being 10 times or less.
[0010]
The invention according to claim 4 has a screw shaft having a spiral screw groove on the outer peripheral surface, a ball return passage having a screw groove on the inner peripheral surface corresponding to the screw groove of the screw shaft, and penetrating in the axial direction. A nut loosely fitted to the screw shaft, a circulating top fitted to an end face of the nut having a ball circulation path communicating between the two screw grooves and the ball return passage, Between the grooves, the ball return path and the ball circulation path, and a number of balls loaded so as to be able to circulate while rolling.The tip of the ball circulation path is fitted into the screw groove of the screw shaft, In a ball screw device including a tongue portion that scoops up the ball rolling between the two screw grooves,
The cross-sectional area at the tip of the tongue portion is smaller than the cross-sectional area at the base end side of the back portion facing the screw groove side of the screw shaft of the tongue portion, and the tip of the tongue portion is inserted into the screw groove of the screw shaft. It is characterized by non-contact.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view of a ball screw device as an example of an embodiment of the present invention viewed from an axial direction. FIG. 2A is a right side view of FIG. 2 (b) is a diagram showing a state before the circulation frame of FIG. 2 (a) is mounted, FIG. 3 is a diagram showing the circulation frame, (b) is a front view, and (a) is (b) , (C) is a right side view of (b), FIG. 4 is a perspective view of the circulation top of FIG. 3, (a) is a view from the back side of the tongue portion, and (b) is a ball circulation. FIG. 5 is a diagram viewed from the groove side, FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the operation and effect of the present invention, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the tongue portion back surface length L / ball diameter Dw and the acoustic energy ratio, and FIG. FIG. 8 is a perspective view showing a modification of the circulation top, and FIG. 8 is an explanatory sectional view for explaining the difference between the shape of the tip of the tongue portion and the shape of the rear surface on the base end side of the tongue portion. 9 and FIG. 10 are described with the same reference numerals assigned to the respective drawings.
[0012]
As shown in FIGS. 1 and 2, the ball screw device 30 corresponds to a screw shaft 13 having a spiral screw groove 12 on the outer peripheral surface and extending in the axial direction, and corresponds to the screw groove 12 on the inner peripheral surface. A nut 16 having a thread groove 14 is fitted.
The thread groove 14 of the nut 16 and the thread groove 12 of the screw shaft 13 face each other to form a spiral load track between them, and a number of balls 15 as rolling elements are rolled on the load track. It is movably loaded. The rotation of the screw shaft 13 (or the nut 16) causes the nut 16 (or the screw shaft 13) to move in the axial direction through the rolling of the ball 15.
[0013]
In addition, between the balls 15 of a large number of balls 15 rolling on the load trajectory between the two screw grooves 12 and 14, in order to reduce the collision sound between the balls during driving and reduce the noise, A holding piece having a concave surface such as an arc shape may be interposed on both opposing side surfaces. This holding piece may be either of a type interposed between the balls 15 individually or a type in which the holding pieces are connected to each other.
[0014]
A ball return passage 17 penetrating in the axial direction is formed in the wall of the nut 16, and a circulating frame 40 shown in FIGS. 3 and 4 is fitted to both end surfaces of the nut 16 with a predetermined interference. The notch 41 is formed so as to communicate with the ball return passage 17 and the load track between the two screw grooves 12 and 14.
The circulation top 40 is made of, for example, a molded product of a synthetic resin, and has a curved shape that communicates between the ball return passage 17 and the load track between the two screw grooves 12 and 14 as shown in FIGS. A ball circulation groove (ball circulation path) 21 and a ball 15 provided at the tip of the ball circulation groove 21 and fitted on the screw groove 12 of the screw shaft 13 to roll on the load trajectory between the two screw grooves 12 and 14. And a tongue portion 20 for scooping up. An infinite circulation path of the ball 15 is formed by the tongue portion 20, the ball circulation groove 21, the load track between the two screw grooves 12, 14, and the ball return path 17.
[0015]
When the circulating frame 40 is fitted and fixed in the notch 41, the circulating frame 40 is restrained in the notch 41 in the radial direction and the circumferential direction.
Here, in this embodiment, a meat portion is provided outside the nut 16 in the ball circulation groove 21 including the tongue portion 20 in the axial direction, and the end surface of the meat portion is a surface along a direction perpendicular to the axis, The flesh portion of the ball circulation groove 21 including the tongue portion 20 at the axially inner portion of the nut 16 is cut off.
[0016]
Thereby, even in the case of a small lead screw or a multi-start screw in which the interval between the screw grooves is small, as shown schematically in FIG. 5, it is possible to avoid the ball 15 from interfering with the circulation top 40, As a result, a small lead screw having a small gap between screw grooves and a multi-thread screw can be suitably used, and a ball diameter can be increased to increase a dynamic rated load. The operability and durability of the device can be improved.
[0017]
By the way, in the present embodiment, the ball diameter / thread groove pitch can be handled up to about 0.8. In the case of the screw shaft diameter of 40 mm, the lead of 30 mm, and the double thread, the ball diameter of the conventional circulation top 18 is 5 mm. While it was possible to cope only up to about 0.5 mm, it was confirmed that the ball diameter could be coped with up to about 7.14 mm in the circulation top 40 of the present embodiment. As a result, the dynamic rated load can be increased by about 40% from 43700N to 61000N, and the life can be improved to about 2.7 times the conventional life.
[0018]
In this embodiment, a portion of the ball circulation groove 21 including the tongue portion 20 of the circulation top 40 in the axial direction of the nut 16 is cut away, and a portion of the cut portion of the ball circulation groove 21 is cut off. Instead, a guide screw groove (see FIG. 2B) continuous from the screw groove 14 of the nut 16 is formed on the nut 16 side, and the guide screw groove and the ball circulation groove 21 of the circulation top 40 are formed. As a result, the ball 15 scooped by the tongue portion 20 is guided to the ball return passage 17.
[0019]
It is desirable that the guide screw groove be a smooth path connecting the screw groove 14 of the nut 16 and the ball return passage 17. In addition, it is desirable that the joint between the guide screw groove and the screw groove (spiral path) 14 of the nut 16 has as few steps as possible. It is necessary to determine the size of this step from the relationship between the scooping angle and the diameter of the circulation path. However, if the diameter is set to 3% or less of the ball diameter (a step of 0.2 mm or less for a steel ball of φ6.35 mm), noise can be reduced. This is advantageous.
[0020]
The main purpose of the circulation top 40 is to scoop up the ball 15 from the load track between the two screw grooves 12 and 14 and to change the movement direction of the ball 15 to the ball return passage 17 of the nut 16. The ball 15 receives a turning force due to a reaction force that changes its direction. Therefore, a fixing force is needed to counter this rotational force.
In this embodiment, as described above, the flesh of the axially inner portion of the nut 16 of the ball circulation groove 21 including the tongue portion 20 of the circulation top 40 is cut off. The rear portion of the tongue portion 20 is disposed in the screw groove 12 of the screw shaft 13 with a light contact or a slight clearance, and a strip-shaped protruding piece (projection) extending in the circumferential direction of the nut 16 on the end face side of the nut 16 of the circulation top 40. The projecting piece 50 is fitted to a concave portion 51 provided on an end face of the nut 16 with a predetermined interference.
[0021]
Here, the back surface of the tongue portion 20 includes a portion of the portion protruding into the screw groove 12 of the screw shaft 13 for scooping up the ball 15, the side facing the groove surface of the screw groove 12, and along the screw groove 12. It refers to a portion having substantially the same shape as the formed screw groove 12. In the rotation direction of the circulation top 40, the light is fixed to the screw groove 12 on the rear surface of the tongue portion 20 by light contact or the arrangement in the fine gap, and the rotation direction is fixed in the screw groove direction. A piece 50 is provided.
[0022]
Further, the fixing force on the back surface of the tongue portion 20 is important. In this case, it is preferable that the clearance between the screw shaft 13 on the back surface of the tongue portion and the screw groove 12 is 1 to 10% of the ball diameter Dw. Considering the thermal expansion of the circulation top 40, it is optimal to set the diameter to 3 to 5% of the ball diameter.
Further, the length L (see FIG. 4A) along the thread groove 12 on the back surface of the tongue portion 20 is also important. In order to scoop up the ball 15, as in the case of the tube tongue of the tube circulation type ball screw device, the thickness of the tip of the tongue portion 20 may be about 30% of the ball diameter. Is extended along the screw groove 12 of the screw shaft 13 and the rear surface of the tongue portion 20 is made to be in light contact with the screw groove 12 or to have a slight clearance, so that the circulation top 40 is fixed so as not to rotate. are doing.
[0023]
At this time, the length L along the thread groove 12 on the back surface of the tongue portion 20 is equal to 1. It is preferably about 5 to 10 times. FIG. 6 shows the relationship between the length L / ball diameter Dw of the back part of the tongue and the acoustic energy ratio.
In the acoustic test, the sound pressure was measured using a microphone at a position 400 mm above the axis at the center of the measurement stroke. The measurement uses an A filter. The vertical axis in FIG. 6 is represented by a relative value where the acoustic energy ratio when the length L / ball diameter Dw of the tongue portion rear portion is 1 is 1.
[0024]
The test conditions are as follows.
Test ball screw device: Model number NSK ball screw 40 × 40 × 1000C5 (ball diameter 7/32 inch) manufactured by NSK Ltd.
Testing machine name: Nippon Seiko Co., Ltd., Ball screw acoustic measurement testing machine Preload: 500N
Test load (acceleration load): 750 to 1500 N
Maximum rotation speed: 3000 min ^-1
Stroke: 500mm
Lubrication: Oil VG # 68
As is clear from FIG. 6, if the length L of the back of the tongue portion / the ball diameter Dw is less than 1.5 and the length L of the back portion of the tongue portion is short, the noise increases, and the length L of the back portion of the tongue portion becomes larger than the ball. It can be seen that the noise is significantly reduced when the diameter is 1.5 times or more the diameter Dw. However, even if it is 10 times or more, the effect does not change only by increasing the length of the nut, so that it is preferably 1.5 times or more and 10 times or less.
[0025]
In the case of a ball screw device with a small lead, the value of the length L of the back surface of the tongue portion / the ball diameter Dw can be relatively easily increased. When the pitch between the thread grooves is small, as shown in FIG. 7, the protrusion 60 that is fitted to the thread groove 12 adjacent to the thread groove 12 in which the tongue back surface is fitted on the end face side of the nut 16 is used. It may be provided in the circulation top 40 to increase the fixing force. This is the same in the case of a multi-threaded screw. In the case of a multi-threaded screw, a thread groove 12 of an adjacent pitch which is not used can be used.
[0026]
Further, in order to smoothly scoop the ball 15 from the screw groove 12 of the screw shaft 13, the tip shape of the tongue portion 20 is important. In this embodiment, the tip of the tongue 20 is prevented from contacting the screw groove 12 in order to avoid the tip of the tongue 20 contacting the screw groove 12 of the screw shaft 13 and being damaged when the ball screw device is driven. Specifically, as shown in FIG. 8, the area of the cross section perpendicular to the groove at the distal end of the tongue section 20 is made smaller than the area of the cross section perpendicular to the groove at the back side on the base end side of the tongue section 20. The tip does not directly hit the thread groove 12. That is, even when the rear surface of the tongue portion 20 on the proximal end side contacts the screw groove 12, the tip of the tongue portion 20 does not contact the screw groove 12.
[0027]
However, it is important that the tip of the tongue portion 20 is close to the thread groove 12 in order to scoop up the ball 15, and this leads to a reduction in noise. It may be longer than the back. Also in this case, it is necessary to consider the cross-sectional shape of the back surface of the tongue portion 20 so that the tip of the tongue portion 20 does not directly hit the screw groove 12 and is not damaged.
[0028]
The configurations of the screw shaft, the nut, the circulation top, the projections, the recesses, and the like of the ball screw device of the present invention are not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. .
[0029]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, even in the case of a small lead screw or a multi-start screw in which the distance between the screw grooves is small, it is possible to avoid the ball from interfering with the circulation top. In addition to being able to be suitably used in the case of a small lead screw or a multi-start screw having a small gap between the screw grooves, it is also possible to increase the ball diameter to increase the dynamic rated load, The effect that the operability and the durability can be excellent can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a ball screw device, which is an example of an embodiment of the present invention, viewed from an axial direction.
2A is a right side view of FIG. 1 and partially shows a cross-sectional view taken along line XX of FIG. 1; FIG. 2B is a view showing a state of the circulation top of FIG.
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing an example of a circulation top, wherein FIG. 3B is a front view, FIG. 3A is a left side view of FIG. 3B, and FIG. 3C is a right side view of FIG.
4A and 4B are perspective views of the circulation top of FIG. 3, wherein FIG. 4A is a view as viewed from the back side of the tongue portion, and FIG. 4B is a view as viewed from the ball circulation groove side.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the operation and effect of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a tongue portion rear length L / ball diameter Dw and an acoustic energy ratio.
FIG. 7 is a perspective view showing a modification of the circulation top.
FIG. 8 is an explanatory cross-sectional view for explaining the difference between the shape of the tip of the tongue portion and the shape of the rear surface on the base end side of the tongue portion.
FIG. 9 is an explanatory view of a conventional ball screw device viewed from an axial direction.
FIG. 10 is a right side view of FIG. 9 partially showing a sectional view taken along line XX of FIG. 9;
11 (a) and 11 (b) are views showing an example of a conventional circulation top, wherein (b) is a front view, (a) is a left side view of (b), and (c) is a right side view of (b).
12A and 12B are perspective views of the circulation top of FIG. 11, wherein FIG. 12A is a view as viewed from the back side of the tongue portion, and FIG. 12B is a view as viewed from the ball circulation groove side.
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining a conventional problem.
[Explanation of symbols]
12 ... thread groove (screw shaft side)
13: Screw shaft 14: Screw groove (nut side)
15 Ball 16 Nut 17 Ball return path 20 Tongue 21 Ball circulation groove (ball circulation path)
Reference numeral 30: ball screw device 40: circulation top 41: notch 50: projecting piece (projection)
51 ... recess

Claims

A screw shaft having a helical screw groove on the outer peripheral surface, a screw groove corresponding to the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface, and a ball return passage penetrating in the axial direction; A nut, a circulating top fitted with an end face of the nut having a ball circulation path for communicating between the two screw grooves and the ball return path, and between the two screw grooves, the ball return path and A plurality of balls loaded so as to be able to circulate while rolling in the ball circulation path, and fitted between the screw grooves of the screw shaft at the tip of the ball circulation path to roll between the two screw grooves. In a ball screw device having a tongue portion for scooping up the ball,
An axially inner portion of the nut of the ball circulation path including the tongue portion in the circulation frame is cut off, and a screw provided on the nut side is used instead of the cut off part as a part of the ball circulation path. A ball screw device characterized in that it is performed in a groove.

2. The ball screw device according to claim 1, wherein a projection is provided in the circulation frame other than the ball circulation path, and a recess is provided in the nut for fitting the projection.

The length of the rear surface of the tongue portion facing the screw groove side of the screw shaft along the screw groove is 1.5 to 10 times the diameter of the ball. The ball screw device as described.

A screw shaft having a helical screw groove on the outer peripheral surface, a screw groove corresponding to the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface, and a ball return passage penetrating in the axial direction; A nut, a circulating top fitted with an end face of the nut having a ball circulation path for communicating between the two screw grooves and the ball return path, and between the two screw grooves, the ball return path and A plurality of balls loaded so as to be able to circulate while rolling in the ball circulation path, and fitted between the thread grooves of the screw shaft at the tip of the ball circulation path to roll between the two thread grooves. In a ball screw device having a tongue portion for scooping up the ball,
The cross-sectional area at the tip of the tongue portion is smaller than the cross-sectional area at the base end side of the back portion facing the screw groove side of the screw shaft of the tongue portion, and the tip of the tongue portion is inserted into the screw groove of the screw shaft. A non-contact ball screw device.