JP2004108408A

JP2004108408A - Ball circulation top and ball screw for ball screw

Info

Publication number: JP2004108408A
Application number: JP2002268795A
Authority: JP
Inventors: Junji Mizuguchi; 水口　淳二; Takayuki Yabe; 矢部　孝之
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: JP4036066B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ball circulating screw capable of suppressing generation of stress concentration at each inside corner of a cut-in part and enhancing the durability and reliability. <P>SOLUTION: The ball circulating piece 19 for a ball screw has a tung part 19a, in which a slit 21 is formed at each inside corner of the cut-in part 19b in V-shape formed in each side of the tung part 19a, and the stress concentrations generated at the inside corners of the cut-in part 19b are relieved by the slits 21. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじのボールを無限循環させる部品として使用されるボール循環こまの改良に関する
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械の送り装置などで使用されるボールねじは、外周面に螺旋状のボール軌道溝を有するねじ軸と、このねじ軸のボール軌道溝と対向する螺旋状のボール軌道溝を内周面に有する円筒状のナットと、このナットとねじ軸との間に組み込まれた多数のボールとからなり、ねじ軸またはナットの一方を軸回りに回転させると、ねじ軸とナットの両ボール軌道溝間に形成された螺旋状ボール転動路をボールが転動し、これによってナットまたはねじ軸が軸方向に直線運動するようになっている。
【０００３】
このようなボールねじのナットまたはねじ軸を継続的に直線運動させるためには、ボールを無限循環させる必要があるが、ボールを無限循環させる部品として、ボール循環チューブを使用したボールねじでは、ボールの公転速度が大きくなるにつれて騒音や振動などが発生し易くなるなどの問題がある。また、ボール循環チューブをナットに固定するための平面部をナットの外周面に形成する必要があるため、コスト高を招くなどの問題もある。そこで、このような問題を解消するために、ボールを無限循環させる部品として、図６のようなボール循環こま１９を使用したボールねじが下記の特許文献１に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
独国実用新案第ＤＥ２９５０４８号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載のボールねじでは、ボール循環こま１９が樹脂で形成されているため、騒音や振動の発生を抑制することができる。また、チューブ式ボールねじのように、ボール循環チューブをナットに固定するための平面部をナットの外周面に形成する必要がないので、コストの上昇を抑制することができるが、次のような問題点を有していた。すなわち、上述したボールねじでは、図６のようなタング部１９ａをボール循環こま１９に設け、このタング部１９ａでボールを掬い上げてナットに形成されたボール戻し通路に導入しているため、タング部１９ｂの両側に形成されたＶ字状切込み部１９ｂの隅部に応力集中が発生する。このため、切込み部１９ｂの隅部に亀裂等が生じ、ボール循環こま１９の破損に至るおそれがあった。
【０００６】
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あり、切込み部の隅部に応力集中が発生することを抑制して耐久性および信頼性の向上を図ることのできるボールねじ用ボール循環こま及びこれを使用したボールねじを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、外周面に螺旋状のボール軌道溝を有するねじ軸と、前記ボール軌道溝に対応する螺旋状のボール軌道溝を内周面に有し且つ軸方向に貫通するボール戻し通路を有するナットと、前記ねじ軸または前記ナットの相対的な回転運動により前記ボール軌道溝間に形成された螺旋状ボール転動路を転動する多数のボールとを備えてなるボールねじに使用され、前記ボールを前記螺旋状ボール転動路から掬い上げるタング部を有するボール循環こまにおいて、前記タング部の両側に形成された切込み部の隅部に応力集中を緩和するためのスリットを設けたことを特徴とする。
【０００８】
このような構成によると、切込み部の隅部に発生する応力集中がスリットによって緩和され、切込み部の隅部に亀裂等が発生することを抑制できるので、ボール循環こまの耐久性と信頼性を向上させることができる。
この場合、請求項２記載の発明のように、スリットをナットの内周面に形成されたボール軌道溝のリード角方向に沿って切込み部の隅部に設けると、切込み部の隅部にスリットをねじ軸に対して垂直に設けた場合と比較して、タング部の削り代が少なくて済むので、タング部の機械的強度を大幅に低下させることなくボール循環こまの耐久性と信頼性を向上させることができる。また、請求項３記載の発明のように、ボールの直径をＤｗ、スリットの応力集中緩和面の曲率半径をＲとしたとき、応力集中緩和面の曲率半径とボールの直径との比を、０．０６＜Ｒ／Ｄｗ＜０．２の範囲内に設定したことが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１至図４は本発明の一実施形態を示す図であり、図１に示されるように、ボールねじ１０のねじ軸１１の外周面には、螺旋状のボール軌道溝１２が形成されている。このボール軌道溝１２はナット１３の内周面に形成された螺旋状のボール軌道溝１４と対向しており、ねじ軸１１またはナット１３の一方が軸回りに回転すると、ねじ軸１１とナット１３との間に組み込まれた多数のボール１５がボール軌道溝１２，１４間に形成された螺旋状ボール転動路１６を転動するようになっている。
【００１０】
ナット１３には、ボール１５を戻すためのボール戻し通路１７が形成されている。このボール戻し通路１７はナット１３の軸方向に貫通しており、ナット１３の両端部には、螺旋状ボール転動路１６とボール戻し通路１７との間にボール１５のリターン案内路１８を形成するボール循環こま１９が設けられている。
ボール循環こま１９は樹脂を所定の形状に射出成形または切削加工して形成されており、ナット１３の両端面に形成された凹陥部２０（図２参照）に嵌め込まれている。また、ボール循環こま１９はボール１５を螺旋状ボール転動路１６から掬い上げるためのタング部１９ａ（図３及び図４参照）を有しており、このタング部１９ａの両側に形成されたＶ字状切込み部１９ｂの隅部には、応力集中を緩和するためのスリット２１がナット１３の内周面に形成されたボール軌道溝１４のリード角方向に沿って設けられている。
【００１１】
スリット２１は円弧状の応力集中緩和面２１ａ（図４参照）を有しており、ボール１５の直径をＤｗ、応力集中緩和面２１ａの曲率半径をＲとすると、両者の比は０．０６＜Ｒ／Ｄｗ＜０．２の範囲内に設定されている。
上述のように、タング部１９ａの両側に形成された切込み部１９ｂの隅部にスリット２１を設けると、切込み部１９ｂの隅部に発生する応力集中がスリット２１によって緩和される。したがって、切込み部の隅部に亀裂等が発生することを抑制できるので、ボール循環こま１９の耐久性と信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また、上述した実施形態のように、切込み部１９ｂの隅部にスリット２１をボール軌道溝１４のリード角方向に沿って設けると、切込み部の隅部にスリットをねじ軸に対して垂直に設けた場合と比較して、タング部１９ａの削り代が少なくて済むので、タング部１９ａの機械的強度を大幅に低下させることなくボール循環こま１９の耐久性と信頼性を向上させることができる。
【００１３】
次に、ボール１５の直径に対する応力集中緩和面２１ａの曲率半径比Ｒ／Ｄｗを０．０６＜Ｒ／Ｄｗ＜０．２の範囲内に設定した理由について表１および図５を参照して説明する。
【００１４】
【表１】

【００１５】
本発明者らは、応力集中緩和面２１ａの曲率半径比Ｒ／Ｄｗが表１に示す通りのボール循環こまＴＰ１〜ＴＰ１４を作成し、これらのボール循環こまＴＰ１〜ＴＰ１４を使用してボールねじの耐久性試験を使用ボールねじ名：ＮＳＫボールねじ（呼び番　４０×４０×１３００）、使用試験機名：ボールねじ高速耐久試験機、最高回転数：７５００ｍｉｎ^−１、ストローク：１０００ｍｍの試験条件で行った。そして、各ボール循環こまに亀裂が生じるまでの時間を測定し、その測定結果を基に各ボール循環こまの寿命比を評価した。
【００１６】
図５は、ボール循環こまＴＰ１〜ＴＰ１４の寿命比とＲ／Ｄｗとの関係を示す図である。同図から明らかなように、応力集中緩和面２１ａの曲率半径比Ｒ／Ｄｗが０．０５以下になるとボール循環こまの寿命比が５以下の値となり、早期破損に至ることがわかる。これは、応力集中緩和面２１ａの曲率半径比Ｒ／Ｄｗが０．０５以下になると、タング部両側の切込み部の隅部に応力集中が生じ、ボール循環こまに亀裂が生じるためである。
【００１７】
また、応力集中緩和面２１ａの曲率半径比Ｒ／Ｄｗが０．２以上になると、ボール循環こまの寿命比が５以下の値となり、早期破損に至ることがわかる。これは、応力集中緩和面２１ａの曲率半径比Ｒ／Ｄｗが０．２以上になると、タング部の幅寸法が狭くなることによって強度が不足するためである。
したがって、応力集中を緩和してボール循環こまの耐久性を高めるためには、応力集中緩和面２１ａの曲率半径Ｒをボール１５の直径Ｄｗに対して０．０６＜Ｒ／Ｄｗ＜０．２の範囲内に設定すればよいことがわかる。
なお、本発明は上述した実施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で種々の変形が実施可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び３の発明によれば、切込み部の隅部に発生する応力集中がスリットによって緩和され、切込み部の隅部に亀裂等が発生することを抑制できるので、ボール循環こまの耐久性と信頼性を向上させることができる。
請求項２の発明によれば、切込み部の隅部にスリットをねじ軸に対して垂直に設けた場合と比較して、タング部の削り代が少なくて済むので、タング部の機械的強度を大幅に低下させることなくボール循環こまの耐久性と信頼性を向上させることができる。
請求項４の発明によれば、耐久性と信頼性の向上を図ることのできるボールねじを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボール循環こまを備えたボールねじの軸方向断面図である。
【図２】図１に示すナットの正面図である。
【図３】本発明に係るボール循環こまの一実施形態を示す斜視図である。
【図４】図３のボール循環こまを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】ボール循環こまの寿命比と応力集中緩和面の曲率半径比との関係を示す図である。
【図６】従来のボール循環こまを示す図である。
【符号の説明】
１０　　ボールねじ
１１　　ねじ軸
１２　　ボール軌道溝
１３　　ナット
１４　　ボール軌道溝
１５　　ボール
１６　　螺旋状ボール転動路
１７　　ボール戻し通路
１８　　リターン案内路
１９　　ボール循環こま
１９ａ　　タング部
１９ｂ　　切込み部
２０　　凹陥部
２１　　スリット
２１ａ　　応力集中緩和面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a ball circulation top used as a part for infinitely circulating a ball of a ball screw.
[Prior art]
Conventionally, a ball screw used in a feeder of a machine tool includes a screw shaft having a spiral ball raceway groove on an outer peripheral surface, and a spiral ball raceway groove facing the ball raceway groove of the screw shaft on an inner periphery. It consists of a cylindrical nut on the surface and a number of balls incorporated between the nut and the screw shaft. When one of the screw shaft or the nut is rotated around the axis, the two ball tracks of the screw shaft and the nut The balls roll on a spiral ball rolling path formed between the grooves, whereby the nut or the screw shaft moves linearly in the axial direction.
[0003]
In order to continuously linearly move the nut or screw shaft of such a ball screw, it is necessary to circulate the ball infinitely. However, there is a problem that noise, vibration, and the like are likely to be generated as the revolution speed increases. Further, since a flat portion for fixing the ball circulation tube to the nut needs to be formed on the outer peripheral surface of the nut, there is a problem that the cost is increased. Therefore, in order to solve such a problem, a ball screw using a ball circulation top 19 as shown in FIG.
[0004]
[Patent Document 1]
German Utility Model DE 295048 specification [0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the ball screw described in Patent Literature 1, since the ball circulation top 19 is formed of a resin, generation of noise and vibration can be suppressed. Further, unlike a tube-type ball screw, a flat portion for fixing the ball circulation tube to the nut does not need to be formed on the outer peripheral surface of the nut, so that an increase in cost can be suppressed. Had problems. That is, in the above-described ball screw, a tongue portion 19a as shown in FIG. 6 is provided in the ball circulation top 19, and the ball is scooped up by the tongue portion 19a and introduced into the ball return passage formed in the nut. Stress concentration occurs at the corners of the V-shaped cut portions 19b formed on both sides of the portion 19b. For this reason, cracks and the like may occur at the corners of the cuts 19b, and the ball circulation top 19 may be damaged.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and is intended for a ball screw capable of suppressing the occurrence of stress concentration at the corners of the cut portions and improving durability and reliability. An object of the present invention is to provide a ball circulation top and a ball screw using the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a screw shaft having a helical ball raceway groove on an outer peripheral surface, a helical ball raceway groove corresponding to the ball raceway groove on an inner peripheral surface, and a shaft. A nut having a ball return passage penetrating in a direction, and a number of balls rolling on a spiral ball rolling path formed between the ball raceway grooves by a relative rotational movement of the screw shaft or the nut. In a ball circulating frame having a tongue portion that is used for a ball screw and that scoops up the ball from the spiral ball rolling path, stress concentration is relieved at corners of cut portions formed on both sides of the tongue portion. For providing slits.
[0008]
According to such a configuration, the concentration of stress generated at the corners of the cuts is alleviated by the slits, and the occurrence of cracks and the like at the corners of the cuts can be suppressed, so that the durability and reliability of the ball circulation top can be reduced. Can be improved.
In this case, when the slit is provided at the corner of the cut portion along the lead angle direction of the ball raceway groove formed on the inner peripheral surface of the nut, the slit is formed at the corner of the cut portion. As compared with the case in which the tongue is provided perpendicular to the screw axis, the cutting allowance of the tongue part can be reduced, so the durability and reliability of the ball circulation top can be reduced without drastically reducing the mechanical strength of the tongue part. Can be improved. Assuming that the diameter of the ball is Dw and the radius of curvature of the stress concentration relief surface of the slit is R, the ratio of the radius of curvature of the stress concentration relief surface to the ball diameter is 0. .06 <R / Dw <0.2.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1 to 4 are views showing an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a spiral ball raceway groove 12 is formed on the outer peripheral surface of a screw shaft 11 of a ball screw 10. I have. The ball raceway groove 12 faces a spiral ball raceway groove 14 formed on the inner peripheral surface of the nut 13, and when one of the screw shaft 11 and the nut 13 rotates around the axis, the screw shaft 11 and the nut 13 are rotated. A large number of balls 15 incorporated between the balls roll on a spiral ball rolling path 16 formed between the

ball raceway grooves

12, 14.
[0010]
A ball return passage 17 for returning the ball 15 is formed in the nut 13. The ball return passage 17 penetrates the nut 13 in the axial direction, and a return guide path 18 for the ball 15 is formed between the spiral ball rolling path 16 and the ball return path 17 at both ends of the nut 13. A ball circulation top 19 is provided.
The ball circulation top 19 is formed by injection molding or cutting a resin into a predetermined shape, and is fitted into recesses 20 (see FIG. 2) formed on both end surfaces of the nut 13. The ball circulation top 19 has a tongue portion 19a (see FIGS. 3 and 4) for scooping up the ball 15 from the spiral ball rolling path 16, and the V formed on both sides of the tongue portion 19a. A slit 21 for reducing stress concentration is provided at a corner of the U-shaped cut portion 19 b along a lead angle direction of the ball raceway groove 14 formed on the inner peripheral surface of the nut 13.
[0011]
The slit 21 has an arc-shaped stress concentration relieving surface 21a (see FIG. 4). When the diameter of the ball 15 is Dw and the radius of curvature of the stress concentration relieving surface 21a is R, the ratio between the two is 0.06 <. R / Dw <0.2 is set.
As described above, when the slits 21 are provided at the corners of the cuts 19b formed on both sides of the tongue 19a, the concentration of stress generated at the corners of the cuts 19b is reduced by the slits 21. Therefore, the occurrence of cracks and the like at the corners of the cuts can be suppressed, and the durability and reliability of the ball circulation top 19 can be improved.
[0012]
Further, as in the above-described embodiment, when the slit 21 is provided at the corner of the cut portion 19b along the lead angle direction of the ball raceway groove 14, the slit is provided at the corner of the cut portion perpendicular to the screw axis. As compared with the case where the tongue portion 19a is cut, the cutting allowance can be reduced, so that the durability and reliability of the ball circulation top 19 can be improved without significantly lowering the mechanical strength of the tongue portion 19a.
[0013]
Next, the reason why the radius of curvature R / Dw of the stress concentration alleviating surface 21a with respect to the diameter of the ball 15 is set in the range of 0.06 <R / Dw <0.2 will be described with reference to Table 1 and FIG. I do.
[0014]
[Table 1]

[0015]
The present inventors have prepared ball circulation frames TP1 to TP14 having the radius of curvature R / Dw of the stress concentration relief surface 21a as shown in Table 1, and used these ball circulation frames TP1 to TP14 to form a ball screw. Durability test used Ball screw name: NSK ball screw (nominal number 40 × 40 × 1300), used test machine name: Ball screw high-speed durability test machine, maximum rotation speed: 7500 min ⁻¹ , stroke: 1000 mm Was. Then, the time until a crack was formed in each ball circulation frame was measured, and the life ratio of each ball circulation frame was evaluated based on the measurement result.
[0016]
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the life ratio of the ball circulation frames TP1 to TP14 and R / Dw. As is clear from the figure, when the radius of curvature R / Dw of the stress concentration relieving surface 21a becomes 0.05 or less, the life ratio of the ball circulation frame becomes a value of 5 or less, leading to early breakage. This is because when the curvature radius ratio R / Dw of the stress concentration relieving surface 21a is 0.05 or less, stress concentration occurs at the corners of the cut portions on both sides of the tongue portion, and cracks occur in the ball circulation frame.
[0017]
When the radius of curvature ratio R / Dw of the stress concentration relieving surface 21a is 0.2 or more, the life ratio of the ball circulation frame becomes a value of 5 or less, leading to early breakage. This is because when the curvature radius ratio R / Dw of the stress concentration alleviating surface 21a is 0.2 or more, the width of the tongue portion becomes narrow, resulting in insufficient strength.
Therefore, in order to reduce the stress concentration and increase the durability of the ball circulation frame, the radius of curvature R of the stress concentration relief surface 21a is set to be 0.06 <R / Dw <0.2 with respect to the diameter Dw of the ball 15. It can be seen that setting within the range is sufficient.
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the first and third aspects of the present invention, the concentration of stress at the corners of the cuts is alleviated by the slits, and the occurrence of cracks and the like at the corners of the cuts can be suppressed. The durability and reliability of the ball circulation top can be improved.
According to the invention of claim 2, compared with the case where the slit is provided at the corner of the cut portion perpendicularly to the screw axis, the cutting allowance of the tongue portion can be reduced, so that the mechanical strength of the tongue portion is reduced. The durability and reliability of the ball circulation top can be improved without drastically lowering.
According to the invention of claim 4, it is possible to provide a ball screw capable of improving durability and reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an axial sectional view of a ball screw having a ball circulation top according to the present invention.
FIG. 2 is a front view of the nut shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of a ball circulation frame according to the present invention.
4A and 4B are diagrams showing the ball circulation frame of FIG. 3, wherein FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a side view.
FIG. 5 is a view showing a relationship between a life ratio of a ball circulation frame and a radius of curvature of a stress concentration relief surface.
FIG. 6 is a view showing a conventional ball circulation frame.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 10 ball screw 11 screw shaft 12 ball raceway groove 13 nut 14 ball raceway groove 15 ball 16 helical ball rolling path 17 ball return path 18 return guide path 19 ball circulation top 19a tongue 19b notch 20 recess 21 slit 21a stress Concentration relief

Claims

A screw shaft having a helical ball raceway groove on the outer peripheral surface, a nut having a helical ball raceway groove corresponding to the ball raceway groove on the inner peripheral surface, and having a ball return passage penetrating in the axial direction; A ball screw comprising a plurality of balls rolling on a helical ball rolling path formed between the ball raceway grooves by a relative rotational movement of a screw shaft or the nut; In a ball circulation frame having a tongue portion scooping up from the ball-shaped ball rolling path,
A ball circulation top, wherein slits are provided at corners of cuts formed on both sides of the tongue to reduce stress concentration.

2. The ball circulation top according to claim 1, wherein the slit is formed at a corner of the cut portion along a lead angle direction of the ball raceway groove formed on an inner peripheral surface of the nut. 3.

The slit has an arc-shaped stress concentration relief surface, and when the diameter of the ball is Dw and the radius of curvature of the stress concentration relief surface is R, the radius of curvature of the stress concentration relief surface and the diameter of the ball The ball circulation frame according to claim 1 or 2, wherein the ratio is set within a range of 0.06 <R / Dw <0.2.

A ball screw comprising the ball circulation frame according to claim 1.