(57)【要約】【課題】小型化、省エネルギー化が図れ、周辺環境を汚染することのない簡単な構成で、高い機械的強度と耐衝撃性を有して予圧を付与できるボールねじ装置及び予圧付与装置を提供する。【解決手段】ボールねじ装置１００は、ねじ軸１１と、ねじ軸１１に螺合する第１ナット１３及び第２ナット１５と、第１ナット１３と第２ナット１５に軸方向に関して互いに逆方向の予圧荷重を付与する付勢機構２１とを備える。付勢機構２１は、第１ナット１３と第２ナット１５との間に介装されたくさび型間座３５等の間座と、間座を冷却又は加熱するペルチェ等の温度変更部とを有する。間座の温度変化に伴う体積変化によって間座の軸方向幅を変化させ、予圧荷重を増減させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸に転動体を介して螺合する第１ナットと、前記ねじ軸に前記転動体を介して螺合して、前記第１ナットと直列に配置される第２ナットと、前記第１ナットと前記第２ナットに軸方向に関して互いに逆方向の予圧荷重を付与する付勢機構と、を備えるボールねじ装置であって、
前記付勢機構は、前記第１ナットと前記第２ナットとの間に介装された間座と、前記間座に配置され、前記間座を冷却又は加熱する温度変更部と、を有し、前記間座の温度変化に伴う体積変化によって前記間座の軸方向幅を変化させ、前記予圧荷重を増減させるボールねじ装置。
【請求項２】
前記間座は、径方向に沿って軸方向幅が増加又は減少する傾斜面を有する環状のくさび型間座を有し、前記くさび型間座の温度変化に伴う径方向の膨張又は収縮によって、前記傾斜面に摺動する前記第１ナット側の部材及び前記第２ナット側の部材に前記予圧荷重を付与する請求項１に記載のボールねじ装置。
【請求項３】
前記間座は、前記くさび型間座と、前記くさび型間座を軸方向に挟んで同芯に配置される一対の円環状の側方間座と、を有し、
前記くさび型間座と前記側方間座との軸方向対向面には、径方向に沿って軸方向幅が増加又は減少する傾斜面がそれぞれ形成され、
前記温度変更部は、前記くさび型間座に配置されている請求項２に記載のボールねじ装置。
【請求項４】
前記温度変更部は、ペルチェ素子を備える請求項３に記載のボールねじ装置。
【請求項５】
前記くさび型間座には、複数のペルチェ素子が接合され、
前記複数のペルチェ素子は、前記くさび型間座の周方向に沿って、加熱側の面と冷却側の面とが交互に、前記くさび型間座と接合されている請求項４に記載のボールねじ装置。
【請求項６】
前記複数のペルチェ素子は、前記くさび型間座に前記加熱側の面と前記冷却側の面とがそれぞれ３つ以上、等間隔に配置されている請求項５に記載のボールねじ装置。
【請求項７】
前記ペルチェ素子は、前記くさび型間座の周面に配置され、
前記ペルチェ素子が配置された前記周面の少なくとも一部に、前記ペルチェ素子に接触して前記周面から径方向に埋め込まれた少なくとも１つの棒状の伝熱部材を有する請求項４〜６のいずれか一項に記載のボールねじ装置。
【請求項８】
前記くさび型間座と前記ペルチェ素子との間に、環状の伝熱部材を設けた請求項４〜７のいずれか一項に記載のボールねじ装置。
【請求項９】
前記第１ナットの転動溝の列数と、前記第２ナットの転動溝の列数とが異なる場合に、前記くさび型間座の前記第１ナット側の前記傾斜面と、前記第２ナット側の前記傾斜面との傾斜角が異なっている請求項３〜８のいずれか一項に記載のボールねじ装置。
【請求項１０】
前記くさび型間座の前記傾斜面に、断熱部材を設けた請求項２〜９のいずれか一項に記載のボールねじ装置。
【請求項１１】
外面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸に転動体を介して螺合する第１ナットと、該第１ナットに対して直列に配され前記ねじ軸に前記転動体を介して螺合する第２ナットと、を備えるボールねじ装置の前記第１ナットと前記第２ナットに予圧を付与する予圧付与装置であって、
前記第１ナットと前記第２ナットとの間に介装され、径方向に沿って軸方向幅が増加又は減少する傾斜面が両端面に形成された環状のくさび型間座と、
前記くさび型間座を軸方向に挟んで配置され、前記傾斜面に接触する傾斜面をそれぞれ有する一対の円環状の側方間座と、
前記くさび型間座に配置され、前記くさび型間座を冷却又は加熱する温度変更部と、
を有する予圧付与装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ装置及び予圧付与装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の産業機械の市場では、専用の機械で同品種の製品を大量生産する方針から、多品種の製品を同じ機械で生産する方針へ転換するマスカスタマイゼーションの考えが普及し始めている。こうした多種多様なニーズの対応には、できるだけ低コスト化が求められ、リードタイムの削減や省エネルギーなどの高効率化が課題となっている。上述のような多品種の製品製作に対して加工効率を高めるために、工作機械においては、駆動軸の追加、オートツールチェンジャー（ＡＴＣ）の搭載、制御プログラムの多様化等、機械や制御が複雑になってきている。
【０００３】
こうした背景から、同じ工作機械であっても動作パターンがより複雑になってきたが、工作機械で加工品質を担うボールねじについては、依然として切削送りのための高速、高精度、高剛性といった位置決め精度を重視する設計が主流となっている。
ボールねじの位置決め精度を良くするための一手段として、ナットを２つ使用し、ナット間の間隔よりも大きい寸法の間座やばねを挿入することで予圧を付与し、ボールねじの軸方向隙間を０とする方法がある。挿入する間座やばねの寸法を調整することで、ボールねじに付与する予圧を調整する。予圧量を増すことで、剛性をより高くすることができる。一方で、ねじ軸やナットに形成されたねじ溝と、複数のボールとの接触部がボールねじの動作時の発熱源となる。
このように設計されたボールねじを用いて、加工中に高速送りやＡＴＣなどの早送り動作を行うと、その動作条件によってはボールねじの発熱に伴うリード精度が低下する場合があり、加工品質の低下が懸念されることがあった。
【０００４】
以上のように、加工時と搬送時とではボールねじに要求される性能は相反し、従来の位置決め精度を重視する設計のみでは加工品質を維持することが困難になってきている。一方で、冷却機構を有するボールねじ等、発熱対策がされたものが提案されているが、ポンプなどの付帯設備が必要になり、機械の小型化や省エネルギーの観点からは、上記した加工と搬送の課題が解決されたとは言い難い。
【０００５】
そこで、外部からの制御によってボールねじの予圧荷重を可変させて、要求された直動動作に柔軟に対応できる予圧可変構造を有するボールねじが提案されている（例えば、特許文献１、２）。
特許文献１の予圧可変構造は、所謂、ダブルナット予圧方式の構造であり、一方のナットと他方のナットとに挟まれた圧力室を有する。この圧力室に流体圧が供給されると、一対のナットの互いに対向するナット対向面の一方が軸方向にスライドして、ナット同士の間隔が広げられる。これにより、各ナットに予圧が付与される。
また、特許文献２の予圧可変構造では、上述したナット間に圧電シートを挟み、圧電シートに所望の電圧を印加することで、圧電シートの厚さが調整される。この圧電シートの厚さ制御によって、ナット同士の間隔が広げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２３５４４６号公報
【特許文献２】特許第２８７６６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した特許文献１の構造では、油圧を利用して予圧荷重を発生させるため、ポンプなどの付帯設備が必要となる他、油漏れによる周辺環境の汚染、機械が複雑化するなどの課題が残る。
また、特許文献２の構造では、圧電シートによって、ナット同士間の間隔を直接的に可変して予圧を付与する構造であるが、工作機械を代表とするボールねじに付与するダブルナット予圧の荷重値は数千Ｎに達する。このような大荷重をピエゾ素子等の圧電シートだけで発生させるには、大きな電力が必要となり、省エネルギー化の市場ニーズと相反する。また、ピエゾ素子がセラミックスである場合には、衝撃荷重に弱いなどの別の課題も生じる。
【０００８】
そこで本発明は、小型化、省エネルギー化が図れ、周辺環境を汚染することのない簡単な構成で、高い機械的強度と耐衝撃性を有して予圧を付与できるボールねじ装置及び予圧付与装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は下記の構成からなる。
（１）  外面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸に転動体を介して螺合する第１ナットと、前記ねじ軸に前記転動体を介して螺合して、前記第１ナットと直列に配置される第２ナットと、前記第１ナットと前記第２ナットに軸方向に関して互いに逆方向の予圧荷重を付与する付勢機構と、を備えるボールねじ装置であって、
前記付勢機構は、前記第１ナットと前記第２ナットとの間に介装された間座と、前記間座に配置され、前記間座を冷却又は加熱する温度変更部と、を有し、前記間座の温度変化に伴う体積変化によって前記間座の軸方向幅を変化させ、前記予圧荷重を増減させるボールねじ装置。
（２）  外面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸に転動体を介して螺合する第１ナットと、該第１ナットに対して直列に配され前記ねじ軸に前記転動体を介して螺合する第２ナットと、を備えるボールねじ装置の前記第１ナットと前記第２ナットに予圧を付与する予圧付与装置であって、
前記第１ナットと前記第２ナットとの間に介装され、径方向に沿って軸方向幅が増加又は減少する傾斜面が両端面に形成された環状のくさび型間座と、
前記くさび型間座を軸方向に挟んで配置され、前記傾斜面に接触する傾斜面をそれぞれ有する一対の円環状の側方間座と、
前記くさび型間座に配置され、前記くさび型間座を冷却又は加熱する温度変更部と、
を有する予圧付与装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、小型化、省エネルギー化が図れ、周辺環境を汚染しない簡単な構成で、高い機械的強度と耐衝撃性を有して予圧を付与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１構成例のボールねじ装置を示す図で、側面の一部を断面で示したボールねじ装置の構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図３】付勢機構の一部を切断面で示す概略斜視図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は付勢機構とペルチェ素子により第１ナットと第２ナットに付与される予圧の負荷状態を示す説明図である。
【図５】第２構成例のボールねじ装置におけるペルチェ素子の配置例を示す断面図である。
【図６】第３構成例のボールねじ装置の付勢機構と温度変更部を示す一部拡大断面図である。
【図７】くさび型間座の一部を示す概略斜視図である。
【図８】伝熱部材の他の構成例を示すくさび型間座とペルチェ素子の断面図である。
【図９】ペルチェ素子の冷却側、加熱側のいずれかの面にヒートシンクを設けた温度変更部の断面図である。
【図１０】第４構成例のボールねじ装置の付勢機構と温度変更部を示す一部拡大断面図である。
【図１１】側方間座と第１ナットとの間と、側方間座と第２ナットとの間に断熱部材を設けた構成を示す断面図である。
【図１２】ボールねじ装置における付勢機構の他の構成を示す一部拡大断面図である。
【図１３】片側にのみ傾斜面を有するくさび型間座の構成を示す断面図である。
【図１４】第１ナット及び第２ナットに傾斜面を形成した構成を示す断面図である。
【図１５】くさび型間座と側方間座の傾斜面を逆向きにした構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜第１構成例＞
図１は第１構成例のボールねじ装置１００を示す図で、側面の一部を断面で示したボールねじ装置１００の構成図である。図２は図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。
【００１３】
ボールねじ装置１００は、ねじ軸１１と、第１ナット１３と、第２ナット１５と、転動体１７と、回転止め部１９と、付勢機構２１と、図示を省略するが、転動体１７の循環機構とを備える。本構成のボールねじ装置１００は、ＤＢ構造（背面組合せ）であり、ＤＦ構造（正面組合せ）のものと比較してモーメント剛性が高められている。
【００１４】
ねじ軸１１は、その外周面に螺旋状のねじ溝２３を有する。
第１ナット１３と第２ナット１５は、その内周面に螺旋状のねじ溝２４を有し、それぞれが、ねじ軸１１に転動体（玉）１７を介して螺合される。第２ナット１５は、ねじ軸１１に沿って第１ナット１３と直列に配置される。
【００１５】
回転止め部１９は、第１ナット１３に対する第２ナット１５の相対回転を阻止するキー２５を有する。図２にも示すように、第１ナット１３と第２ナット１５の外周には、キー２５を収容する断面矩形状の軸方向溝２７，２９が形成される。キー２５は、軸方向溝２７，２９に収容されて、固定ボルト３１により第１ナット１３に固定される。
【００１６】
第１ナット１３と第２ナット１５との互いに対向する端面同士の間には、環状（断面Ｃ字形）のシール部材３３が取り付けられる。シール部材３３は、第１ナット１３と第２ナットの端面同士の間への異物の混入を防止する。
【００１７】
付勢機構２１は、第１ナット１３と第２ナット１５に、軸方向に関して互いに逆方向の予圧荷重Ｐ１，Ｐ２を付与する。
図３は付勢機構２１の一部を切断面で示す概略斜視図である。
【００１８】
本構成の付勢機構２１は、軸方向断面視でくさび形状となるくさび型間座３５と、一対の側方間座３７，３９と、温度変更部であるペルチェ素子４１とを有する。
【００１９】
くさび型間座３５と一対の側方間座３７，３９は、それぞれ円環状の部材であって、熱伝導性、耐摩耗性に優れる鋼材等の金属材料で構成される。金属材料の他にも、セラミックス、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂を単体で又は適宜組み合わせて用いてもよい。
【００２０】
一対の円環状の側方間座３７，３９は、くさび型間座３５を軸方向に挟んで配置される。くさび型間座３５の側方間座３７，３９に対向する側面は、内周部から外周部へ径方向に沿って軸方向幅が変化する傾斜面３５ａ，３５ｂが形成されている。各傾斜面３５ａ，３５ｂは、軸方向断面がＶ字形となり、くさび型間座３５の軸方向幅が内周部から外周部に向けて増加する傾斜角θＡ，θＢを有する。ここでいう傾斜角θＡ，θＢは、くさび型間座３５の軸方向断面における軸方向と傾斜面３５ａ，３５ｂとのなす角を意味する。図１に示す場合の傾斜角はθＡ＝θＢである。
【００２１】
側方間座３７のくさび型間座３５に対向する側面は、外周部から内周部に向けて形成された、くさび型間座３５の傾斜面３５ａと同じ傾斜角θＡの傾斜面３７ａを有する。また、側方間座３９のくさび型間座３５に対向する側面は、外周部から内周部に向けて形成された、くさび型間座３５の傾斜面３５ｂと同じ傾斜角θＢの傾斜面３９ａを有する。傾斜面３５ａと傾斜面３７ａは互いに面接触し、傾斜面３５ａと傾斜面３９ａは互いに面接触する。
【００２２】
くさび型間座３５の外周面３５ｃには、全周にわたってペルチェ素子４１が配置される。図１に示すように、ペルチェ素子４１には不図示の電源部に接続される通電ケーブル４３が接続される。通電ケーブル４３は、第２ナット１５の軸方向一端から他端まで形成された連通孔４５に挿通され、第２ナット１５の外側に引き出される。通電ケーブル４３は、上記例に限らず、第１ナット１３側や径方向外側に貫通孔を設けて引き出される構成であってもよく、ボールねじ装置１００の設置形態等に応じて適宜に引き出し形態が変更される。
【００２３】
ここで、ペルチェ素子４１について説明する。
ペルチェ素子は、通電することで一方の面から他方の面に熱が移動する。つまり、ペルチェ素子の一方の面では吸熱されて冷却作用を生じ、他方の面では発熱作用を生じる。図１の構成においては、ペルチェ素子の吸熱側（冷却側）をくさび型間座３５に接触させることで、ペルチェ素子に通電した際に、くさび型間座３５が冷却される構成となっている。
【００２４】
くさび型間座３５の温度を制御して予圧を付与するため、電源部は、ボールねじの動作状態に応じてペルチェ素子に通電する電圧や電流を制御する調整手段を備えることが好ましい。
【００２５】
さらに、所定の予圧を付与するために必要なくさび型間座３５の温度は、使用環境によっても異なる。そのため、使用環境に応じた適切な予圧を付与するために、本構成においては、くさび型間座３５やペルチェ素子４１や第１ナット１３と第２ナット１５の各温度を測定するための図示しない温度測定手段（例：熱電対）を備えることが好ましい。
【００２６】
上記構成の付勢機構２１によれば、くさび型間座３５がペルチェ素子４１によって冷却されると、くさび型間座３５は熱収縮して、特に径方向内側（矢印Ｄ１）に収縮する。すると、くさび型間座３５の一対の傾斜面３５ａ，３５ｂが、側方間座３７，３９の傾斜面３７ａ，３９ａとそれぞれ摺動する。これにより、側方間座３７，３９をくさび型間座３５から軸方向に沿って離れる方向（矢印Ｄ２，Ｄ３）へ移動させる力が生じる。この力は、第１ナット１３と第２ナット１５の予圧荷重（Ｐ１，Ｐ２）となる。
【００２７】
また、くさび型間座３５の冷却が停止され、又はペルチェ素子４１によってくさび型間座３５が加熱されると、くさび型間座３５は熱膨張によって特に径方向外側に膨張する。これにより、くさび型間座３５の傾斜面３５ａ，３５ｂと、側方間座３７，３９の傾斜面３７ａ，３９ａとの接触圧が軽減される。つまり、側方間座３７，３９は、上記した冷却の場合とは反対に、軸方向に沿って接近する方向へ戻され、側方間座３７，３９の軸方向へ離間する力が小さくなる。これにより、第１ナット１３と第２ナット１５の予圧荷重が小さくなる。
【００２８】
図４（Ａ），（Ｂ）は付勢機構２１とペルチェ素子４１により第１ナット１３と第２ナット１５に付与される予圧の負荷状態を示す説明図である。
図４（Ａ）に示すように、第１ナット１３及び第２ナット１５には、ねじ軸１１への組み付け時（初期状態）において、がたつき等を防止する最低限の予圧が付与される。つまり、第１ナット１３及び第２ナット１５のねじ溝２４と、ねじ軸１１のねじ溝２３との間には、転動体１７を介して、最低限の予圧を生じさせる力Ｆ１が作用している。
【００２９】
この状態から、図４（Ｂ）に示すように、くさび型間座３５がペルチェ素子４１により冷却されると、くさび型間座３５が径方向に収縮して、側方間座３７，３９を軸方向外側に離間させる力が生じる。これにより、上述した力Ｆ１がＦ２（Ｆ２＞Ｆ１）に増加して、側方間座３７，３９が軸方向外側に向かう力、つまり予圧荷重（図１に示すＰ１，Ｐ２）が増加する。
【００３０】
さらに、この状態からペルチェ素子４１による冷却を停止すると、くさび型間座３５の熱収縮が収まり、図４（Ａ）に示す状態に戻る。このように、ペルチェ素子４１によるくさび型間座３５の温度変更により、第１ナット１３と第２ナット１５の予圧荷重を増減できる。
【００３１】
ペルチェ素子４１の制御は、駆動電流の極性を維持したまま電流値を増減することで、冷却効果を自在に制御できる。さらに、駆動電流の極性を変更すれば加熱効果が得られるので、冷却と加熱の制御を組み合わせて行うこともできる。その場合、くさび型間座３５の温度変化が速められ、予圧荷重の変更を高い応答性で実現できる。
【００３２】
本構成のボールねじ装置１００によれば、第１ナット１２と第２ナット１５との間に、くさび型間座３５と一対の側方間座３７，３９とがそれぞれ配置される。そして、くさび型間座３５の傾斜面３５ａ，３５ｂが、側方間座３７，３９の傾斜面３７ａ，３９ａに当接する。この状態で、ペルチェ素子４１を駆動して、くさび型間座３５の温度を変更すると、くさび型間座３５は熱収縮又は熱膨張して、径方向の変位を生じる。すると、くさび型間座３５に生じた径方向変位に応じて、側方間座３７，３９を軸方向に変位させる力が発生する。これにより、第１ナット１３と第２ナット１５の予圧荷重を、くさび効果によって効率よく増減制御でき、ボールねじ装置の剛性や動トルクを任意に変更させることができる。また、このくさび効果によれば、少ない温度調節で大きな予圧荷重を発生させることができ、装置の小型化及び省エネルギー化が図れる。
【００３３】
また、くさび型間座３５には、外周面３５ｃの全周にわたってペルチェ素子４１が配置されている。そのため、くさび型間座３５を周方向に均等に冷却又は加熱できる。しかもペルチェ素子４１をくさび型間座３５の外周面３５ｃの一部に配置した場合と比較してペルチェ素子４１との接触面積が大きくなるため、くさび型間座３５の温度変化速度が速められ、予圧荷重変化の応答性を高められる。
【００３４】
また、くさび型間座３５に一対の傾斜面３５ａ，３５ｂを設けることで、片側の傾斜面のみ設けた場合と比較して、くさび型間座３５の収縮や膨張により側方間座３７，３９に生じる軸方向力を増大できる。これにより、ペルチェ素子４１を駆動するための電流制御範囲を狭くでき、駆動用の電源を小出力型のものにできる。また、ペルチェ素子４１を温度制御範囲の狭い素子にすることもでき、装置コストを低減できる。
【００３５】
また、本構成においては、予圧を付与するための油圧回路や油圧ポンプ等の付帯設備が不要となり、この点からも小型化、省エネルギー化が図れる。また、油圧を使用しないため、油漏れ等の周辺環境を汚染することがない。
【００３６】
さらに、くさび型間座３５、側方間座３７，３９が鋼材等の材料からなる場合には、間座同士が金属接触のため、高い機械的強度と耐衝撃性が得られる。これにより、常に安定したスライド動作が得られ、ボールねじ装置の適用範囲を拡大できる。
【００３７】
上記のくさび型間座３５及び一対の側方間座３７，３９と、ペルチェ素子４１とは、付勢機構２１を備えない状態のボールねじ装置に、後付けにより組み合わせることも可能である。
【００３８】
例えば、くさび型間座３５及び一対の側方間座３７，３９と、ペルチェ素子４１とを有する予圧付与装置を、各間座の直径、軸方向幅、傾斜角等の異なる複数種のもの、及び、出力の異なるペルチェ素子４１等、を組み合わせた複数種のものを用意しておく。そして、これらの中から適切な予圧付与装置を選定してボールねじ装置に組み付ける。これによれば、ボールねじ装置の製造工程を簡略化できる。また、予圧付与装置だけの交換も簡単に行え、メンテナンス性に優れた構成にできる。
【００３９】
＜第２構成例＞
次に、上記したボールねじ装置の第２構成例を説明する。
図５は第２構成例のボールねじ装置におけるペルチェ素子の配置例を示す断面図である。
本構成においては、前述した第１構成例のボールねじ装置１００とは温度変更部が異なる他は、前述した構成と同様である。ここで、以降の説明では、前述したボールねじ装置１００と同一の部位や部材について、同一の符号を付与することで、その説明を省略又は簡単化する。
【００４０】
本構成の温度変更部においては、複数のペルチェ素子４１Ａが、くさび型間座３５の外周面３５ｃに、周方向に沿って等間隔（くさび型間座３５の中心と、互いに隣接するペルチェ素子４１Ａとを結ぶ線が交差する中心角φが一定）で配置される。また、くさび型間座３５への各ペルチェ素子４１Ａの接合面は、周方向に沿って冷却側５１の面と加熱側５３の面とが交互に配置されるように並べられる。つまり、冷却側５１の面がくさび型間座３５に接合されたペルチェ素子４１Ａは、これに隣接するペルチェ素子４１Ａのくさび型間座３５との接合面は、加熱側５３の面にされている。このようにして、くさび型間座３５にペルチェ素子４Ａの冷却側５１の面と加熱側５３の面とをそれぞれ少なくとも３箇所以上に接合させ、合計６つ以上のペルチェ素子４１Ａをくさび型間座３５に取り付けている。
【００４１】
本構成によれば、複数のペルチェ素子４１Ａの冷却側５１と加熱側５３とがくさび型間座３５の外周面３５ｃにそれぞれ等間隔で配置されるため、くさび型間座３５を均一に冷却、加熱できる。よって、均一な予圧荷重が得られ、図１に示す第１ナット１３と第２ナット１５の予圧バランスが適正化される。これにより、第１ナット１３と第２ナット１５とが常に安定して同軸に配置され、不均一な予圧荷重の発生を防止できる。また、ねじ軸１１に沿った第１ナット１３と第２ナット１５のスライド抵抗が増加せず、スライド動作を円滑に維持できる。
【００４２】
また、くさび型間座３５に分散して配置される個々のペルチェ素子４１Ａは、複数のペルチェ素子を厚さ方向に積層した構成にしてもよい。その場合、一層構造のペルチェ素子よりも広い温度差を形成でき、くさび型間座３５の冷却効果、加熱効果を更に高めることができる。
【００４３】
＜第３構成例＞
次に、ボールねじ装置の第３構成例を説明する。
図６は第３構成例のボールねじ装置の付勢機構と温度変更部を示す一部拡大断面図である。図７はくさび型間座３５Ｂの一部を示す概略斜視図である。
本構成においては、前述した第１構成例のボールねじ装置１００とはくさび型間座３５Ｂが異なる他は、第１構成例のボールねじ装置と同様である。
【００４４】
図６、図７に示すように、くさび型間座３５Ｂには、外周面３５ｃの少なくとも一部に、ペルチェ素子４１に接触して外周面３５ｃから径方向内側に向けて、複数の棒状の伝熱部材５７が埋め込まれている。伝熱部材５７の材料としては、銅材、アルミ等の熱伝導性の高い材料が好ましい。
【００４５】
複数の伝熱部材５７は、くさび型間座３５Ｂの周方向に等間隔で配置されることが好ましく、その場合、くさび型間座３５Ｂの温度分布をより均一にできる。
【００４６】
くさび型間座３５Ｂに埋め込まれた伝熱部材５７は、ペルチェ素子４１に接触することで、ペルチェ素子４１の冷却、加熱時における、くさび型間座３５内への熱移動を促進させる。つまり、本構成によれば、ペルチェ素子４１によりくさび型間座３５Ｂを冷却する際に、ペルチェ素子４１による吸熱を、伝熱部材５７を通じてくさび型間座３５Ｂの内部からも行える。これにより、ペルチェ素子４１によるくさび型間座３５Ｂの冷却が速められ、予圧荷重の変更を高い応答性で実現できる。また、ペルチェ素子４１による加熱時においても同様に、くさび型間座３５Ｂの加熱が速められ、予圧荷重の変更の応答性を向上できる。
【００４７】
図７には、円柱形状の伝熱部材５７を例示しているが、伝熱部材５７の形状はこれに限らず、例えば、角柱、円錐形状等の種々の形状であってもよい。
【００４８】
図８は伝熱部材の他の構成例を示すくさび型間座３５とペルチェ素子４１Ａの断面図である。
図８に示すように、くさび型間座３５の外周面３５ｃの外周に、環状の伝熱部材５９を設け、環状の伝熱部材５９の外周に、複数のペルチェ素子４１Ａを配置してもよい。
【００４９】
この場合、複数のペルチェ素子４１Ａからの吸熱や発熱が、環状の伝熱部材５９を介してくさび型間座３５に熱伝達される。これにより、ペルチェ素子４１Ａのくさび型間座３５との接触面積よりも広い領域でくさび型間座３５に熱伝達され、くさび型間座３５の温度変化を速められ、予圧荷重の変更を高い応答性で実現できる。
【００５０】
また、図９に示すように、ペルチェ素子４１Ａの冷却側５１、加熱側５３のいずれかの面にヒートシンク６１を設けてもよい。ヒートシンク６１を設けることで、一旦、冷却又は加熱したペルチェ素子４１Ａを、いち早くもとの温度に近づけることができる。これにより、温度変化の応答性を高められる。
【００５１】
＜第４構成例＞
次に、ボールねじ装置の第４構成例を説明する。
図１０は第４構成例のボールねじ装置の付勢機構と温度変更部を示す一部拡大断面図である。
本構成においては、前述した第１構成例のボールねじ装置１００とはくさび型間座３５Ｃが異なる他は、第１構成例のボールねじ装置と同様である。
【００５２】
くさび型間座３５Ｃは、傾斜面３５ａ，３５ｂのそれぞれに円環状の断熱部材６５が配置される。断熱部材６５は、側方間座３７，３９との接触面となり、第１ナット１３、第２ナット１５の温度変化がくさび型間座３５Ｃに伝播されることを抑制し、ペルチェ素子４１の温度変化が第１ナット１３，第２ナット１５に伝播されることを抑制する。
【００５３】
断熱部材６５は、くさび型間座３５Ｃよりも熱伝導性の低い材料であればよく、例えば、ステンレス鋼等を用いることができる。断熱部材６５は、円環状である以外にも、複数の板材を傾斜面３５ａ，３５ｂに離散配置した構成であってもよい。
【００５４】
本構成によれば、ペルチェ素子４１によりくさび型間座３５を冷却、加熱する際に、くさび型間座３５の周囲からの影響を受けにくい構成にできる。つまり、ボールねじ装置の稼働時における第１ナット１３、第２ナット１５の温度変化による予圧荷重への影響を軽減できる。
【００５５】
断熱部材６５の配置形態は、上記した配置例に限らず、例えば、図１１に示すように、側方間座３７と第１ナット１３との間と、側方間座３９と第２ナット１５との間に断熱部材６７を配置した形態であってもよい。その場合、断熱部材６７が他の部材と摺動することがないため、断熱部材６７の材料として樹脂材料等を採用することもできる。このように、断熱部材６７の材料選択の自由度が高まり、断熱部材６７の設置加工を容易にできる。
【００５６】
また、図１０に示す断熱部材６５と図１１に示す断熱部材６７とを共に備える構成とすれば、断熱効果が相乗的に向上し、くさび型間座３５Ｃ（３５）の温度制御をより高精度で行え、予圧荷重をより正確に設定できる。
【００５７】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【００５８】
例えば、図１２に示すように、くさび型間座３５Ａの傾斜面３５ａ（および側方間座３７Ａの傾斜面３７ａ）と、傾斜面３５ｂ（及び側方間座３９Ａの傾斜面３９ａ）の傾斜角θＡ,θＢを互いに異ならせても良い。ナットや側方間座の寸法上の制約等により、傾斜角θＡ,θＢを異ならせた場合でも、第１ナット１３Ａ,第２ナット１５Ａには同じ予圧荷重が付与されるため、設計の自由度を確保することができる。
【００５９】
また、図１３に示すように、くさび型間座３５Ｄは、片側にのみ傾斜面３５ａを有する構成としてもよい。その場合、くさび型間座３５Ｄの加工工数を軽減でき、加工コストを抑えられる。
【００６０】
また、図１４に示すように、図１に示す側方間座３７，３９を省略した構成にしてもよい。即ち、第１ナット１３Ｂと第２ナット１５Ｂの互いに対向する側に、それぞれ延出部７１，７３を設け、各延出部７１，７３に傾斜面７１ａ，７３ａを形成する。各傾斜面７１ａ，７３ａは、くさび型間座３５の傾斜面３５ａ，３５ｂに接触して、くさび型間座３５の収縮や膨張に応じて摺動する。
【００６１】
この構成によれば、付勢機構２１Ｅの部品点数を削減して、組み付け工程を簡単にでき、部品コストを低減できる。
【００６２】
さらに、図１５に示すように、くさび型間座３５Ｅと側方間座３７Ｂの傾斜面３５ａ，３７ａと、くさび型間座３５Ｅと側方間座３９Ｂの傾斜面３５ｂ，３９ａとを、図１に示す場合と逆方向にしてもよい。
【００６３】
つまり、くさび型間座３５Ｅの軸方向幅が、内周部から外周部に向けて減少する傾斜面となっている。この場合、ペルチェ素子４１の加熱によって予圧荷重が増加され、ペルチェ素子４１の冷却によって予圧荷重が解除される。
【００６４】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）  外面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸に転動体を介して螺合する第１ナットと、前記ねじ軸に前記転動体を介して螺合して、前記第１ナットと直列に配置される第２ナットと、前記第１ナットと前記第２ナットに軸方向に関して互いに逆方向の予圧荷重を付与する付勢機構と、を備えるボールねじ装置であって、
前記付勢機構は、前記第１ナットと前記第２ナットとの間に介装された間座と、前記間座に配置され、前記間座を冷却又は加熱する温度変更部と、を有し、前記間座の温度変化に伴う体積変化によって前記間座の軸方向幅を変化させ、前記予圧荷重を増減させるボールねじ装置。
このボールねじ装置によれば、間座を冷却又は加熱することによる間座の体積変化を利用して、予圧荷重を任意に変更できる。
【００６５】
（２）  前記間座は、径方向に沿って軸方向幅が増加又は減少する傾斜面を有する環状のくさび型間座を有し、前記くさび型間座の温度変化に伴う径方向の膨張又は収縮によって、前記傾斜面に摺動する前記第１ナット側の部材及び前記第２ナット側の部材に前記予圧荷重を付与する請求項１に記載のボールねじ装置。
このボールねじ装置によれば、間座に形成された傾斜面によるくさび効果により、くさび型間座の温度調節幅が少ない場合でも大きな予圧荷重を付与できる。
【００６６】
（３）  前記間座は、前記くさび型間座と、前記くさび型間座を軸方向に挟んで同芯に配置される一対の円環状の側方間座と、を有し、
前記くさび型間座と前記側方間座との軸方向対向面には、径方向に沿って軸方向幅が増加又は減少する傾斜面がそれぞれ形成され、
前記温度変更部は、前記くさび型間座に配置されている（２）に記載のボールねじ装置。
このボールねじ装置によれば、一対の側方間座の傾斜面に沿ってくさび型間座が摺動することで、一対の側方間座の双方に軸方向力を付与することができ、効率よく予圧荷重を発生できる。
【００６７】
（４）  前記温度変更部は、ペルチェ素子を備える（３）に記載のボールねじ装置。
このボールねじ装置によれば、省電力で駆動でき、ピエゾ素子と比較して耐衝撃性に優れた構成にできる。
【００６８】
（５）  前記くさび型間座には、複数のペルチェ素子が接合され、
前記複数のペルチェ素子は、前記くさび型間座の周方向に沿って、加熱側の面と冷却側の面とが交互に、前記くさび型間座と接合されている（４）に記載のボールねじ装置。
このボールねじ装置によれば、くさび型間座を均等に冷却又は加熱でき、温度分布の均一化が図れる。これにより、第１ナットと第２ナットに芯ずれを生じさせる力が発生せず、スムーズなナット移動を維持できる。
【００６９】
（６）  前記複数のペルチェ素子は、前記くさび型間座に前記加熱側の面と前記冷却側の面とがそれぞれ３つ以上、等間隔に配置されている（５）に記載のボールねじ装置。
このボールねじ装置によれば、くさび型間座の温度分布をより均一化できる。
【００７０】
（７）  前記ペルチェ素子は、前記くさび型間座の周面に配置され、
前記ペルチェ素子が配置された前記周面の少なくとも一部に、前記ペルチェ素子に接触して前記周面から径方向に埋め込まれた少なくとも１つの棒状の伝熱部材を有する（４）〜（６）のいずれか一つに記載のボールねじ装置。
このボールねじ装置によれば、くさび型間座の内部からも冷却、加熱されるため、くさび型間座をいち早く所望の温度に変更できる。その結果、予圧荷重を変更する際の応答性をより向上できる。
【００７１】
（８）  前記くさび型間座と前記ペルチェ素子との間に、環状の伝熱部材を設けた（４）〜（７）のいずれか一つに記載のボールねじ装置。
このボールねじ装置によれば、より大きな接触面でくさび型間座を冷却、加熱できるため、くさび型間座をいち早く所望の温度に変更できる。その結果、予圧荷重を変更する際の応答性をより向上できる。
【００７２】
（９）  前記第１ナットの転動溝の列数と、前記第２ナットの転動溝の列数とが異なる場合に、前記くさび型間座の前記第１ナット側の前記傾斜面と、前記第２ナット側の前記傾斜面との傾斜角が異なっている（３）〜（８）のいずれか一つに記載のボールねじ装置。
このボールねじ装置によれば、ナットや側方間座の寸法上の制約等により、傾斜面の傾斜角を異ならせた場合でも、第１ナット、第２ナットには同じ予圧荷重が付与されるため、設計の自由度を確保することができる。
（１０）  前記くさび型間座の前記傾斜面に、断熱部材を設けた（２）〜（９）のいずれか一つに記載のボールねじ装置。
このボールねじ装置によれば、第１ナットと第２ナットの温度変化が予圧荷重に影響を及ぼすことが軽減される。また、温度変更部によるくさび型間座の冷却、加熱効果が、各ナットに及ぶことが軽減され、冷却、加熱効率の低下を防止できる。
【００７３】
（１１）  外面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸に転動体を介して螺合する第１ナットと、該第１ナットに対して直列に配され前記ねじ軸に前記転動体を介して螺合する第２ナットと、を備えるボールねじ装置の前記第１ナットと前記第２ナットに予圧を付与する予圧付与装置であって、
前記第１ナットと前記第２ナットとの間に介装され、径方向に沿って軸方向幅が増加又は減少する傾斜面が両端面に形成された環状のくさび型間座と、
前記くさび型間座を軸方向に挟んで配置され、前記傾斜面に接触する傾斜面をそれぞれ有する一対の円環状の側方間座と、
前記くさび型間座に配置され、前記くさび型間座を冷却又は加熱する温度変更部と、
を有する予圧付与装置。
この予圧付与装置によれば、くさび型間座及び一対の側方間座と、温度変更部とを、後付けでボールねじ装置に組み付けることで、所望の予圧荷重が得られるボールねじ装置の構成を簡単に構築できる。
【符号の説明】
【００７４】
１１  ねじ軸
１３  第１ナット
１５  第２ナット
１７  転動体
２１  付勢機構
２３  ねじ溝
２４  ねじ溝
３５，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ，３５Ｅ，３５Ｆ  くさび型間座
３５ａ，３５ｂ  傾斜面
３７，３７Ａ，３７Ｂ  側方間座
３７ａ  傾斜面
３９，３９Ａ，３９Ｂ  側方間座
３９ａ  傾斜面
４１  ペルチェ素子（温度変更部）
５１  冷却側
５３  加熱側
５７，５９  伝熱部材
６５，６７  断熱部材
７１ａ  傾斜面
７３ａ  傾斜面
１００  ボールねじ装置
【図１】
2020070884.tif 000003
【図２】
2020070884.tif 000004
【図３】
2020070884.tif 000005
【図４】
2020070884.tif 000006
【図５】
2020070884.tif 000007
【図６】
2020070884.tif 000008
【図７】
2020070884.tif 000009
【図８】
2020070884.tif 000010
【図９】
2020070884.tif 000011
【図１０】
2020070884.tif 000012
【図１１】
2020070884.tif 000013
【図１２】
2020070884.tif 000014
【図１３】
2020070884.tif 000015
【図１４】
2020070884.tif 000016
【図１５】
2020070884.tif 000017