JP4742482B2

JP4742482B2 - ボールねじ

Info

Publication number: JP4742482B2
Application number: JP2001298523A
Authority: JP
Inventors: 敏治梶田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: JP2002206617A; US6769324B2; US20040221671A1; US20020078774A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールねじは、ねじ軸とナットとボールとで構成された直動装置である。ねじ軸の外周面とナットの内周面には螺旋状の溝が形成されており、これらの螺旋溝でボールの軌道が形成されている。そして、ボールがこの軌道を転動することにより、ナットはねじ軸に対して相対的に直線移動する。すなわち、ねじ軸およびナットの螺旋溝がボール転動溝となっている。また、ナットの外側部に循環通路が設けてある。
【０００３】
このようなボールねじには、従来より、振動および騒音を低減することが求められている。例えば、特公平７−９２５９号、実公平６−４７１５９号、実新登−０２５８２０６８号の各公報には、循環通路に生じる振動および騒音を低減するための工夫が施されたボールねじが記載されている。また、特開平１１−５１０４９号公報には、ボール転動溝と循環通路との間で行われるボールの授受を円滑にするために、特殊な構造の保持器を備えたボールねじが記載されている。
【０００４】
ボール転動溝で生じる振動および騒音を低減する工夫としては、特開平１１−３１５８３５号の公報に記載された技術がある。この公報には、ボール保持面を有するセパレータをボールとボールの間に配置することによりボール同士の接触をなくして、ボール転動溝で生じる振動および騒音を低減することが記載されている。
【０００５】
一方、特許特−０２８８１８５５号公報には、ボールねじのボール転動溝を研削後に超仕上げすることが記載されている。
しかしながら、これらの従来技術には、ボールねじの振動および騒音を低減することにさらなる改善の余地がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、従来のボールねじよりも、振動および騒音が効果的に低減されたボールねじを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、これらのボール転動溝で形成される軌道内に配置された複数のボールとを備えたボールねじにおいて、ねじ軸の直径は３２ｍｍ以下であり、ボールの直径は２．０００ｍｍ以上３．９６９ｍｍ以下であり、ねじ軸側およびナット側のボール転動溝の表面粗さは、ボール転動溝の螺旋方向に沿った平均粗さ（Ｒａ）で０．１２μｍ以下であり、且つボールとボールの間には、両面に凹面部を有するセパレータまたは保持器が介在されていることを特徴とするボールねじを提供する。
【００１０】
ボール転動溝の表面粗さを平均粗さ（Ｒａ）で０．１２μｍ以下にするための仕上げ方法としては、超仕上げ研削、ホーニング仕上げ、ラッピング仕上げ、ポリッシング仕上げ、バフ仕上げ等が挙げられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の請求項１に係る一実施形態に相当するボールねじを示す平面図である。図２は、図１のボールねじのナットのみを、ナットの軸線を含む面で切断した状態を示す図である。図３は、図１のボールねじのボールの軌道を示す断面図である。図４は、図１のボールねじのセパレータとボールとの関係を示す図である。
【００１２】
このボールねじは、ねじ軸１とナット２とボール３とで構成されている。ねじ軸１の外周面に螺旋状のボール転動溝４が形成され、ナット２の内周面に螺旋状のボール転動溝５が形成されている。この実施形態（サンプルNo. １−１）では、研削後に超仕上げを行うことにより、ねじ軸１およびナット２のボール転動溝４，５の表面粗さを、ボール転動溝の螺旋方向に沿った平均粗さ（Ｒａ）で０．１２μｍにしてある。
【００１３】
ナット２内にあるねじ軸１のボール転動溝４と、ナット２のボール転動溝５とで、ナット２内にボール３の軌道６が形成されている。また、全てのボール３とボール３の間にはセパレータ７が配置されている。
図４（ａ）に示すように、このセパレータ７の形状は、円柱の両底面が凹面（ボール保持面）７１になっている形状である。この円柱の直径Ａはボール３の直径よりも少し小さい。また、この凹面７１は、同じ曲率半径Ｒの２つの球面を合わせた面形状となっており、その断面がゴシックアーチ形状となっている。
【００１４】
ゴシックアーチ形状とは，同じ半径の２個の円弧が、半径同士が交差するように中心位置（Ｘ）をずらして形成され、連結された形状である。そして、この凹面７１は、ボール３の半径ｒが凹面７１の半径Ｒより小さく、凹面７１の半径Ｒ同士の交差位置（Ｙ）がボール３の中心位置となるように形成されている。そのため、図４（ｂ）に示すように、このセパレータ７の凹面７１とボール３は、破線Ｚで示す円で線接触することができる。
【００１５】
これにより、ボール３はセパレータ７の凹面７１に極めて低摩擦で接触することができるため、ボール３とセパレータ７のすべり抵抗を小さくして、ボール３とセパレータ７との間の摩耗を著しく小さくすることができる。そのため、セパレータ７の循環性も良好となるとともに、ボール３同士のせりあいによる作動性の悪化やボール３の摩擦や損傷を著しく低減することができる。その結果、ボールねじのトルク変動や騒音が著しく低減される。
【００１６】
ナット２の外周面には切欠部２１が形成され、この切欠部２１にチューブ状の循環通路８が配置されている。この循環通路８は、チューブ押え８１で切欠部２１に固定してある。ナット２の軸方向一端には、ナット２をテーブル等に固定するためのフランジ２２が設けてある。このフランジ２２とねじ軸１との間、および、ナット２の軸方向他端部とねじ軸１との間は、防塵用シール９で塞がれている。
【００１７】
図１のボールねじとして、ねじ軸１の直径：２０ｍｍ、リード：１０ｍｍ、ボール３の直径（２ｒ）：３．９６９ｍｍ、回路数：２．５巻１列のものを用意した。このボールねじ（サンプルNo. １−１）を騒音測定装置に取付け、回転数：４０００ｒｐｍでねじ軸１を回転させて、ボールねじに発生する騒音を、ねじ軸１の軸心から４００ｍｍの位置で調べた。
【００１８】
サンプルNo. １−２として、以下の点以外はサンプルNo. １−１と同じ構成であるボールねじを用意して、同じ試験を行った。このボールねじは、ナット２のボール転動溝５の形成の際に研削後の超仕上げを行わなかったため、ナット２のボール転動溝５の表面粗さが、ボール転動溝の螺旋方向に沿った平均粗さ（Ｒａ）で０．１８μｍになっている。
【００１９】
サンプルNo. １−３（比較例）として、以下の点以外はサンプルNo. １−１と同じ構成であるボールねじを用意して、同じ試験を行った。このボールねじでは、全てのボール３間にセパレータ７を設置せずにボール３を密に配置した。
サンプルNo. １−４（比較例）として、以下の点以外はサンプルNo. １−１と同じ構成であるボールねじを用意して、同じ試験を行った。このボールねじは、ナット２のボール転動溝５の形成の際に研削後の超仕上げを行わなかったため、ナット２のボール転動溝５の表面粗さが、ボール転動溝の螺旋方向に沿った平均粗さ（Ｒａ）で０．１８μｍになっている。また、全てのボール３間にセパレータ７を設置せずにボール３を密に配置した。
【００２０】
サンプルNo. １−５（比較例）として、以下の点以外はサンプルNo. １−１と同じ構成であるボールねじを用意して、同じ試験を行った。このボールねじは、ねじ軸１およびナット２のボール転動溝４，５の形成の際に研削後の超仕上げを行わなかった。そのため、ねじ軸１のボール転動溝４の表面粗さが、ボール転動溝の螺旋方向に沿った平均粗さ（Ｒａ）で０．１９μｍになっている。また、ナット２のボール転動溝５の表面粗さが、ボール転動溝の螺旋方向に沿った平均粗さ（Ｒａ）で０．１８μｍになっている。
【００２１】
サンプルNo. １−６（比較例）として、以下の点以外はサンプルNo. １−５と同じ構成であるボールねじを用意して、同じ試験を行った。このボールねじでは、全てのボール３間にセパレータ７を設置せずにボール３を密に配置した。
各サンプルの騒音測定値と、サンプルNo. １−６の騒音測定値を基準値（０）とした騒音低下値を、下記の表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
この結果から分かるように、サンプルNo. １−１および１−２では、全てのボール３間にセパレータ７を配置することと、ねじ軸１とナット２のボール転動溝４，５（No. １−２ではねじ軸１のボール転動溝４のみ）の表面粗さを、ボール転動溝の螺旋方向に沿った平均粗さ（Ｒａ）で０．１２μｍ以下にすることの両方を行うことによって、これらのいずれかのみを行った場合の騒音低下値を単に加算した場合よりも大きな騒音低下値（すなわち、予想外の優れた騒音防止効果）が得られた。
【００２４】
単なる加算の場合、No. １−１の騒音低下値は、No. １−３とNo. １−５の騒音低下値の合計値である「−５．５ｄＢ」と予想されるが、この予想値の１．６４倍に相当する「−９．０ｄＢ」となった。また、単なる加算の場合、No. １−２の騒音低下値は、No. １−４とNo. １−５の騒音低下値の合計値である「−４．５ｄＢ」と予想されるが、この予想値の１．７８倍に相当する「−８．０ｄＢ」となった。
【００２５】
また、ねじ軸１のボール転動溝４の表面粗さのみをボール転動溝の螺旋方向に沿った平均粗さ（Ｒａ）で０．１２μｍ以下にすることによって得られる騒音低下値が「−６．５ｄＢ」（No. １−２とNo. １−５の差）であるのに対して、ねじ軸１のボール転動溝４の表面粗さに加えてナット２のボール転動溝５の表面粗さについても前記平均粗さ（Ｒａ）で０．１２μｍ以下にすることによって得られる騒音低下値が「−１．０ｄＢ」（No. １−１とNo. １−２の差）であることから、ねじ軸１のボール転動溝４とナット２のボール転動溝５のうち、少なくともねじ軸１のボール転動溝４の表面粗さを前記平均粗さ（Ｒａ）で０．１２μｍ以下にすることによって、優れた騒音防止効果が得られることが分かる。
【００２６】
なお、この実施形態では全てのボール３間にセパレータ７を配置しているが、本発明のボールねじは、セパレータが全てのボール間に配置されているものに限定されない。また、ボール３とボール３の間には、それぞれ独立のセパレータ７を介在させているが、各セパレータが連結された形状の保持器を介在させてもよい。
【００２７】
また、本発明のボールねじは、ねじ軸の直径が３２ｍｍ以下の場合に特に有効に適用される。
［参考例］
No. １−３の構成および試験結果をNo. ２−１として、No. １−４の構成および試験結果をNo. ２−２として下記の表２に示す。また、第１実施形態のサンプルNo. １−６の構成および試験結果をNo. ２−６として下記の表２に示す。
【００２８】
これに加えて、サンプルNo. ２−３（比較例）として、以下の点以外は第１実施形態のサンプルNo. １−６と同じ構成であるボールねじを用意して、同じ試験を行った。このボールねじは、ねじ軸１のボール転動溝４の形成の際に、研削後の超仕上げを行わなかったが、研削仕上げは最高のレベルの出来栄えとなるように行った。そのため、ねじ軸１のボール転動溝４の表面粗さが、ボール転動溝の螺旋方向に沿った平均粗さ（Ｒａ）で０．１５μｍになっている。
【００２９】
また、サンプルNo. ２−４（実施例）として、以下の点以外はサンプルNo. １−６と同じ構成であるボールねじを用意して、同じ試験を行った。このボールねじは、ナット２のボール転動溝５の形成の際に、研削後にサンプルNo. １−１と同様の超仕上げを行った。そのため、ナット２のボール転動溝５の表面粗さが、ボール転動溝の螺旋方向に沿った平均粗さ（Ｒａ）で０．１２μｍになっている。
【００３０】
また、サンプルNo. ２−５（比較例）として、以下の点以外はサンプルNo. ２−４と同じ構成であるボールねじを用意して、同じ試験を行った。このボールねじでは、ナット２のボール転動溝５の形成の際に、研削後の超仕上げを行わなかったが、研削仕上げは最高のレベルの出来栄えとなるように行った。
各サンプルの騒音測定値と、サンプルNo. ２−６の騒音測定値を基準値（０）とした騒音低下値を、下記の表２に示す。
【００３１】
【表２】

【００３２】
この結果から分かるように、ねじ軸１のボール転動溝４の表面粗さを、ボール転動溝の螺旋方向に沿った平均粗さ（Ｒａ）で０．１５μｍとしたNo. ２−３では騒音低下値が１．０ｄＢであったのに対し、０．１２μｍとしたNo. ２−２では騒音低下値が３．０ｄＢとなり、騒音低下効果が大きかった。
また、ナット２のボール転動溝５の表面粗さを、ボール転動溝の螺旋方向に沿った平均粗さ（Ｒａ）で０．１５μｍとしたNo. ２−５では騒音低下値が０．５ｄＢであったのに対し、０．１２μｍとしたNo. ２−４では騒音低下値が２．５ｄＢとなり、騒音低下効果が大きかった。
【００３３】
さらに、ねじ軸１のボール転動溝４の表面粗さとナット２のボール転動溝５の表面粗さの両方を平均粗さ（Ｒａ）で０．１２μｍとしたNo. ２−１では、騒音低下値が４．０ｄＢとなり、騒音低下効果が特に大きかった。
すなわち、ねじ軸１のボール転動溝４の表面粗さとナット２のボール転動溝５の表面粗さの少なくともいずれかを、平均粗さ（Ｒａ）で０．１２μｍ以下とすることにより、大きな騒音低下効果が得られることが分かった。
【００３４】
また、この騒音低下効果は、ボールの直径が３．９６９ｍｍよりも大きくなると小さくなる傾向にあるが、ボールの直径が２．０００ｍｍ以上３．９６９ｍｍ以下であれば十分な効果が得られることが確認されている。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、振動および騒音が著しく低いボールねじが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に相当するボールねじを示す平面図である。
【図２】図１のボールねじのナットのみを、ナットの軸線を含む面で切断した状態を示す図である。
【図３】図１のボールねじのボールの軌道を示す断面図である。
【図４】図１のボールねじのセパレータとボールとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ねじ軸
２ナット
２１切欠部
２２フランジ
３ボール
４ねじ軸のボール転動溝
５ナットのボール転動溝
６軌道
７セパレータ
７１ボール保持面
８循環通路
９防塵用シール

Claims

外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、これらのボール転動溝で形成される軌道内に配置された複数のボールとを備えたボールねじにおいて、
ねじ軸の直径は３２ｍｍ以下であり、
ボールの直径は２．０００ｍｍ以上３．９６９ｍｍ以下であり、
ねじ軸側およびナット側のボール転動溝の表面粗さは、ボール転動溝の螺旋方向に沿った平均粗さ（Ｒａ）で０．１２μｍ以下であり、且つボールとボールの間には、両面に凹面部を有するセパレータまたは保持器が介在されていることを特徴とするボールねじ。