精機製品・技術レポート：高負荷駆動用ボールねじHTFシリーズ

1. HTFシリーズの特長と技術

1. 超高負荷容量
高荷重用途に特化させた内部仕様により、当社標準シリーズに比べて、定格荷重が大幅に向上しました。

2. 優れた耐久性
超高負荷容量に加えて、ナット内の負荷分布の均一化へ向けての数々の改善(特許申請中)や高荷重用グリースの選定などによって、耐久性が大幅に向上しました。

3. ご使用条件に対応する選定技術
高荷重、小ストロークなどのご使用条件に応じたボールねじの選定や寿命計算などの技術をレベルアップしました。ご提案に基づいて、NSKにて詳細な検討をさせていただきます。

4. 豊富なバリエーション
軸径45～140mm、リード10～25mmの組合せで、34型式を標準仕様としました。
◆精度等級(J1S) : C5, Ct7級
また、高トルクを伝達するための多彩な軸端形状に対応します（キー溝、角型スプライン、インボリュートスプライン、平歯車、etc.）。
標準外の仕様につきましても、NSKにご指示ください。

 

1.1. 超高負荷容量
HTFシリーズと標準シリーズの比較例

高荷重用に特化させた溝形状・寸法と玉径アップによって、定格荷重が大幅に向上しました。

 
1.2. ナット内の負荷分布の均一化

(1) ナット内で負荷を受ける玉の分布状態は、一般に3次元的にアンバランスのため、負荷分布に不均一が生じる。
→対策[1-1][1-2]： ボール循環路の配列の最適化によって、ナット内の玉の分布を対称に近づけ、負荷分布を均一化しました。

(2) 高荷重になると、ねじ軸・ナットの軸方向伸縮が無視できなくなり、その影響で負荷分布が不均一になる。
→対策[2] : ねじ軸・ナットそれぞれの影響を相殺させるために、ねじ軸・ナットの剛性バランスをとるとともに、両者への荷重作用点を反対側とすることによって、負荷分布を均一化しました。

 
負荷分布の均一化対策 [1-1]

ボール循環路の位相を180°対向とすることによって、ラジアル荷重のバランスをとりました。

対策[1-1]の効果　有効巻数の上下バランス
負荷分布の均一化対策 [1-2]

 

ボール循環路の配列を長手方向に左右対称とすることによって、モーメントのバランスをとりました。

対策[1-1][1-2]を合わせた効果　ボール循環路の配列と負荷バランス
負荷分布の均一化対策 [2]
 

ねじ軸・ナットヘの荷重作用点を、下図(A)に示すように反対側にすることなどによって、ねじ軸・ナットの軸方向伸縮の影響を相殺させます。

対策[2]の効果　荷重作用点と負荷分布の関係

負荷分布の比較計算例(その1)
それぞれの玉が受ける荷重を解析・計算し、ナット中央を原点とした軸方向の玉位置との関係を図示しました。

負荷分布の均一化対策の効果

負荷分布の比較計算例(その2)
サイズダウンの可能性について計算してみました。

負荷分布の比較計算例

2. HTFシリーズの耐久性評価試験結果

◆試料

(ねじ軸径80mm、リード20mm、2.5巻×3列)

TP0：SFT8020-7.5 (従来仕様、標準グリース)
TP1：HTF8020-7.5 (HTF仕様、標準グリース)
TP2：HTF8020-7.5 (HTF仕様、高荷重用グリース)

◆試験条件
  • 最大軸方向荷重：289kN
  • ストローク：50mm
  • 最大接触面圧
    従来仕様：2340MPa
    HTF仕様：2220MPa
◆負荷条件
負荷条件
◆試験装置
試験装置
◆試験結果

走行ショット数

  • TP0（従来仕様、標準グリース）：120万ショットにて寿命
  • TP1（HTF仕様、標準グリース）：420万ショットにて寿命
  • TP2 (HTF仕様、高荷重用グリース) ： 1100万ショット、異常無し
走行ショット数
◆結論
  • HTF仕様は、従来仕様と比較して3倍以上の耐久性が得られております。
  • 潤滑剤の適正な選定によって、さらに耐久性を延ばすことが出来ます。
結論

3. 高速化への対応

HTF標準仕様 : dm・N値～70000 　(注) dm : ボールピッチ円径(mm)、N : 回転数(rpm)

許容早送り速度

4. HTFシリーズの用途例

今までは困難であった高負荷領域の電動化を実現しました。
用途例としては、

  • 電動射出成形機(射出軸、型締軸など)
  • ICモールディングプレス
  • パンチプレス
  • サーボシリンダ
  • ベンディング機、シャーリング機

など。