(57)【要約】【課題】長寿命化したボールねじ、特に、高荷重を一定方向に負荷する工作機械において好適に用いられる、長寿命化したボールねじを提供する。【解決手段】外周面に螺旋状のボール転動溝１ａを有するねじ軸２と、内周面に螺旋状のボール転動溝１ｂを有するナット３と、ねじ軸２のボール転動溝１ａとナット３のボール転動溝１ｂとが対向して形成される軌道１内に配置された複数のボール５と、を含み、２つの円弧を含むゴシックアーク溝を、ねじ軸２が有するボール転動溝１ａ及び前記ナット３が有するボール転動溝１ｂにそれぞれ用いたボールねじであって、ねじ軸２の軸方向に沿って主荷重を一定方向に負荷した時、ゴシックアーク溝に含まれた２つの円弧のうち、主荷重を受ける一方の円弧の曲率を、主荷重を受けない他方の円弧の曲率よりも大きくすることとした。【選択図】図２
2010190305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のボール転動溝が設けられたねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝が設けられたナットと、前記ねじ軸のボール転動溝と前記ナットのボール転動溝とが対向して形成された軌道内に配置された複数のボールと、を有し、
２つの円弧を含むゴシックアーク溝を、前記ねじ軸に設けたボール転動溝及び前記ナットに設けたボール転動溝にそれぞれ用いたボールねじであって、
前記ボール転動溝それぞれの前記ゴシックアーク溝に含まれた２つの円弧のうち、軸方向に沿って主荷重を一定方向から加えた時に、その主荷重を受ける一方の円弧の曲率を、他方の円弧の曲率よりも大きくしたことを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
前記主荷重を受ける一方の円弧の曲率を、前記ボールの曲率と等しくすることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長寿命化したボールねじ、特に、高荷重を一定方向から受ける工作機械において好適に用いられる、長寿命化したボールねじに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
外周面に螺旋状のボール転動溝が設けられたねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝が設けられたナットと、前記ねじ軸のボール転動溝と前記ナットのボール転動溝とが対向して形成された軌道内に配置された複数のボールと、を有し、２つの円弧を含むゴシックアーク溝を、前記ねじ軸に設けたボール転動溝及び前記ナットに設けたボール転動溝にそれぞれ用いたボールねじは、現在、電動射出成形機や電動プレス機等の工作機械において使用されている。
【０００３】
これらの工作機械に用いられるボールねじは、比較的大型で且つ高荷重の負荷を受けるものであり、瞬間的に高負荷が一定方向に作用し、負荷が作用した状態で一旦停止した後に逆回転する（往復運動）という条件下で使用されることが少なくない。このため、ねじ軸のボール転動溝又はナットのボール転動溝と、転動体であるボールと、の間に摩擦が生じ、前記ボール転動溝に摩耗等の損傷を与える場合がある。この摩耗は、ボールねじ全体を短寿命化させる一因であり、問題となっている。
【０００４】
ボール転動溝において生じる摩擦を低減させることにより、ボールねじ全体の長寿命化を図ることは従来から検討されている。例えば、特許文献１に記載の技術では、ねじ軸のボール転動溝及びナットのボール転動溝が対向して形成される軌道と、その軌道内に配置された複数のボールとの接触状態を二点接触にすることによって、ボール転動溝やボールの表面での摩擦が低減可能であることが開示されている。これにより、耐久寿命を延ばすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２７６７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ボールねじ、特に、高荷重を一定方向から加える工作機械に用いられるボールねじの長寿命化を図るためには、前記摩擦を低減することに加えて、ボールねじの定格荷重を維持することも必要である。定格荷重を維持するための方法としては、ボール転動溝の曲率を変化させずに、転動体であるボールの半径を大きくする方法と、ボールの半径を変化させずに、ボール転動溝の曲率を大きくする方法と、が挙げられる。
【０００７】
ところが、前者の方法ではボールねじ全体のサイズアップにつながり、占有スペースが増大することになる。これは、工作機械等を小型化する上で不都合となる。また、後者の方法ではボール転動溝とボールとの接触面積は増大するので、接触面圧を低下させることができるものの、その半面、ボール転動溝とボールとの間で生じる摩擦は増大する。これにより、摩擦熱が増加し、ボールねじの動作性及び潤滑剤特性が劣化することもある。
このように、高荷重が一定方向に負荷される工作機械等に用いられるボールねじにおいて、定格荷重を維持しつつ、長寿命化を図るためには、いまだ検討の余地がある。そこで、本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、定格荷重を維持しつつ、長寿命化を図ったボールねじを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここで、例えば、ボール転動溝にゴシックアーク溝を用いた一般的なボールねじを考える。「ゴシックアーク溝」とは、その断面形状が、曲率半径の中心が異なる二つの円弧が連結された形状であるものを指す。この場合、ナットに荷重が作用すると、そのナットと接するボールは負荷を受けて、ねじ軸側及びナット側それぞれに設けられたボール転動溝のうち一方の円弧と接触する。その結果、それらの円弧には主荷重が負荷される。「主荷重」とは、往復動するナットに働く軸方向での荷重のうち、相対的に大きな負荷がボール及びボール転動溝の一方の円弧に働く荷重を指す。なお、ボールが転動する際に生じる摩擦は、主として主荷重が負荷されない円弧において発生する。
本発明者は、ねじ軸及びナットに設けられた、ゴシックアーク溝を形成する二つの円弧の曲率の大きさに着目することで、ボールねじの定格荷重を維持しつつ、その耐久寿命を十分に確保できることを見いだした。
【０００９】
そこで、上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外周面に螺旋状のボール転動溝が設けられたねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝が設けられたナットと、前記ねじ軸のボール転動溝と前記ナットのボール転動溝とが対向して形成された軌道内に配置された複数のボールと、を有し、２つの円弧を含むゴシックアーク溝を、前記ねじ軸に設けたボール転動溝及び前記ナットに設けたボール転動溝にそれぞれ用いたボールねじであって、前記ボール転動溝それぞれの前記ゴシックアーク溝に含まれた２つの円弧のうち、軸方向に沿って主荷重を一定方向から加えた時に、その主荷重を受ける一方の円弧の曲率を、他方の円弧の曲率よりも大きくしたことを特徴としている。
【００１０】
このような構成にすることで、主荷重を受けない円弧において、ボールとボール転動溝との接触面積を小さくすることができる。また、主荷重を受ける円弧において、ボールとボール転動溝との接触面積を大きくすることができる。これにより、主荷重を受けない円弧で生じる摩耗を低減させることができ、さらに、主荷重を受ける円弧での接触面圧を低減させることができる。したがって、ボールねじの定格荷重を維持しつつ、その耐久性を向上させることができる。ここで、「曲率を大きくする」とは、曲面の曲がり具合をきつくすることを意味する。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に係るボールねじであって、前記主荷重を受ける一方の円弧の曲率を、前記ボールの曲率と等しくすることを特徴としている。
このような構成にすることで、主荷重を受ける円弧において、ボールとボール転動溝との接触面積を、取り得る最大値とすることができる。これにより、主荷重を受ける円弧での接触面圧を、取り得る最小値とすることができ、ボールねじの定格荷重を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るボールねじの実施の一形態を示す断面図。
【図２】ボール転動溝の形状とボールとの関係を示す部分拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の一形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明における実施の一形態であるボールねじ１００の構成を、一部を断面にて示す平面図である。図１では、ナット３を、ねじ軸２の中心を含み、且つねじ軸２の軸方向に沿った平面で破断して示している。
図１に示すように、このボールねじ１００は、ねじ軸２と、ナット３と、ボール５と、を主たる構成要素として含んでいる。ねじ軸２は、その外周面に螺旋状のボール転動溝１ａを備えている。ナット３は、その内周面に、ねじ軸２のボール転動溝１ａと対向した螺旋状のボール転動溝１ｂを備えており、さらに、ねじ軸２と螺合されている。また、ボール５は、ねじ軸２のボール転動溝１ａとナット３のボール転動溝１ｂとで形成される軌道１内に転動自在に装填されており、その数は複数である。
【００１４】
ナット３の外周面には、ほぼＵ字状に屈曲したチューブからなる循環通路６が配置されており、循環通路押え７によってナット３に固定されている。図１においては、合計２個の循環通路６が例示されているが、その限りではない。例えば、各循環通路６の両端は、ナット３を貫通して軌道１に至り、軌道１内を転動するボール５が循環通路６を通って循環する。そのため、複数のボール５を介してねじ軸２に螺合されているナット３と、ねじ軸２とが、ボール５の転動を介して軸方向に相対移動することができる。なお、ボール５は循環通路６を通過する際、循環通路６内において無秩序に回転するので、軌道１内を転動することで生じるボール５の摩耗は、ボール５の表面全体に均一に及ぶ。
【００１５】
次に、図１を参照しつつ、図２を用いてボール転動溝１ａ、１ｂの詳細について説明する。図２は、図１において「ＩＩ」で示された領域の拡大図であり、ボールねじ１００における軌道１及びボール５の関係を示すものである。なお、説明を簡略化するために、図２には、１つのボール５と、ボール転動溝１ａ、１ｂと、をそれぞれ示す。さらに、ボール５と、ねじ軸２のボール転動溝１ａまたはナット３のボール転動溝１ｂと、の間を介在する潤滑剤は図中において省略してある。なお、図中の矢印は加圧及び保圧方向を示す。
【００１６】
ボールねじ１００におけるボール転動溝１ａ、１ｂは、それぞれゴシックアーク溝であり、その断面形状は、曲率中心の位置とともに曲率も異なる２つの円弧を組合せることで形成されている。本実施形態では、上記二つの円弧のうち一方が主荷重を受ける。ここで、主荷重の負荷を受ける円弧（以下、負荷円弧という）のうちナット３側に設けられたものをナット側負荷円弧Ｎ１、ねじ軸２側に設けられたものをねじ側負荷円弧Ｓ１とする。一方、主荷重の負荷を受けない円弧（以下、非負荷円弧という）のうちナット３側に設けられたものをナット側非負荷円弧Ｎ２、ねじ軸２側に設けられたものをねじ側非負荷円弧Ｓ２とする。なお、図２に示すように、ナット側負荷円弧Ｎ１とねじ側負荷円弧Ｓ１、ナット側非負荷円弧Ｎ２とねじ側非負荷円弧Ｓ２は、それぞれ対向して設けられている。
【００１７】
本発明では、ナット側負荷円弧Ｎ１及びねじ側負荷円弧Ｓ１の曲率を、ナット側非負荷円弧Ｎ２及びねじ側非負荷円弧Ｓ２の曲率よりも大きくしている。すなわち、ナット側非負荷円弧Ｎ２の曲率をＲＮ２、ねじ側非負荷円弧Ｓ２の曲率をＲＳ２とし、ナット側負荷円弧Ｎ１の曲率をＲＮ１、ねじ側負荷円弧Ｓ１の曲率をＲＳ１とした場合、ＲＮ１＞ＲＮ２及びＲＳ１＞ＲＳ２の関係となる。
【００１８】
次に、上記の構成からなるボールねじ１００の作用及び効果について説明する。図２に示したように、ナット３に荷重が作用するとナット３と接するボール５は負荷を受けて、ねじ軸２側及びナット３側それぞれに備えたボール転動溝１ａ、１ｂの円弧と接触する。この際、ナット側負荷円弧Ｎ１及びねじ側負荷円弧Ｓ１に主荷重が負荷される。本発明に係るボールねじ１００によれば、ナット側負荷円弧Ｎ１またはねじ側負荷円弧Ｓ１とボール５との接触面積を十分に確保するために、ボール５の曲率と、ナット側負荷円弧Ｎ１の曲率ＲＮ１またはねじ側負荷円弧Ｓ１の曲率ＲＳ１をほぼ等しくすることが好適であるが、この限りではない。さらに、ナット側負荷円弧Ｎ１の曲率ＲＮ１とねじ側負荷円弧Ｓ１の曲率ＲＳ１の大小関係は、ＲＮ１＝ＲＳ１であっても、ＲＮ１＞ＲＳ１であっても、ＲＳ１＞ＲＮ１であっても構わない。上記の構成とすることで、ナット側負荷円弧Ｎ１及びねじ側負荷円弧Ｓ１における接触面圧を低減させることができるので、ボールねじ１００の定格荷重を維持することができる。
【００１９】
さらに、ナット側非負荷円弧Ｎ２及びねじ側非負荷円弧Ｓ２とボール５との接触面積を十分に小さくするために、ナット側非負荷円弧Ｎ２及びねじ側非負荷円弧Ｓ２の曲率をボール５の曲率よりも十分に大きくすることが好適であるが、この限りではない。これにより、上記２つの円弧において生じる摩擦を低減させることができるので、ボールねじ１００の耐久性の低下が抑制され、その寿命を延ばすことができる。ナット側非負荷円弧Ｎ２の曲率ＲＮ２とねじ側非負荷円弧Ｓ２の曲率ＲＳ２の大小関係に関しても、ナット側負荷円弧Ｎ１の曲率ＲＮ１とねじ側負荷円弧Ｓ１の曲率ＲＳ１の場合と同様に特に制限を設けない。
また、本実施形態では、ねじ軸２の設置方向に特に制限を設けない。つまり、ねじ軸２の軸方向が鉛直方向であっても、平行方向であっても同様な作用及び効果を発揮することができる。さらに、いわゆる「左ねじ」であっても、「右ねじ」であっても同様な作用及び効果を発揮することができる。
【符号の説明】
【００２０】
１００ ボールねじ
１      軌道
１ａ    ねじ軸側ボール転動溝
１ｂ    ナット側ボール転動溝
２      ねじ軸
３      ナット
５      ボール
６      循環通路
７      循環通路押え
Ｎ１    ナット側負荷円弧
Ｎ２    ナット側非負荷円弧
Ｓ１    ねじ側負荷円弧
Ｓ２    ねじ側非負荷円弧
ＲＮ１  ナット側負荷円弧の曲率半径
ＲＮ２  ナット側非負荷円弧の曲率半径
ＲＳ１  ねじ側負荷円弧の曲率半径
ＲＳ２  ねじ側非負荷円弧の曲率半径
【図１】
2010190305.tif 000003
【図２】
2010190305.tif 000004