(57)【要約】【課題】負荷ボール間にスペーサを配置しても、負荷容量や剛性の低減を招来することがなく、しかも、負荷ボールとスペーサとの摩擦を極めて小さくして、スペーサの循環性を向上すること。【解決手段】隣接するボール５間に、ボール５に夫々対面する２個の凹面１１，１１を有するスペーサ１０が配置され、当該スペーサ１０の各凹面１１の断面は、中心位置（Ｘ，Ｘ）が互いにずらされたゴシックアーチ形状の２個の円弧により形成されている。また、スペーサ１０は、隣接するボール３５に、外縁部または外縁近傍部で接触する形状を有している。さらに、スペーサ３９は、隣接するボール３５に、少なくとも３箇以上の外縁部または外縁近傍部で接触する形状を有している。さらに、スペーサ３９は、その肉厚が最も薄くなる箇所に、貫通孔４１を有している。【選択図】図２
2010096356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸の外周面及びナットの内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝が形成され、双方のねじ溝により形成された螺旋状の循環路内に多数のボールが転動自在に配置されたボールねじ機構において、
隣接するボール間に、ボールに夫々対面する２個の凹面を有するスペーサが配置され、
当該スペーサの各凹面の断面は、中心位置が互いにずらされたゴシックアーチ形状の２個の円弧により形成されていることを特徴とするボールねじ機構。
【請求項２】
前記螺旋状の循環路内に挿入した全てのボールと全てのスペーサとを一方に寄せ集めたと仮定したとき、先頭に当たるボールと最後尾に当たるスペーサとの間にできた隙間を総隙間と規定し、
この総隙間の間隔（Ｓ１）が零より大きく（Ｓ１＞０）、且つ
前記最後尾に当たる１個のスペーサを除去したと仮定したとき、先頭のボールと最後尾のボールとの隙間の間隔（Ｓ２）が前記スペーサの径（ｄｓ）の０．８倍より小さく（Ｓ２＜０．８×ｄｓ）なるように、
前記ボールとスペーサの個数が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。
【請求項３】
前記スペーサは、隣接するボール間で、弾性変形自在に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。
【請求項４】
ねじ軸の外周面及びナットの内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝が形成され、双方のねじ溝により形成された螺旋状の循環路内に多数のボールが転動自在に配置されたボールねじ機構において、
隣接するボール間に、ボールに夫々対面する２個の凹面を有するスペーサが配置され、
螺旋状の循環路内に挿入した全てのボールと全てのスペーサとを一方に寄せ集めたと仮定したとき、先頭に当たるボールと最後尾に当たるスペーサとの間にできた隙間を総隙間と規定し、
この総隙間の間隔（Ｓ１）が零より大きく（Ｓ１＞０）、且つ
前記最後尾に当たる１個のスペーサを除去したと仮定したとき、先頭のボールと最後尾のボールとの隙間の間隔（Ｓ２）がスペーサの径（ｄｓ）の０．８倍より小さく（Ｓ２＜０．８×ｄｓ）なるように、ボールとスペーサの個数が設定されていることを特徴とするボールねじ機構。
【請求項５】
外方部材と、これに隙間を介して対向された内方部材との間に、多数のボールが配設され、これらボールの間にスペーサが介装された直動装置において、
前記スペーサは、隣接するボールに、外縁部または外縁近傍部で接触する形状を有していることを特徴とする直動装置。
【請求項６】
外方部材と、これに隙間を介して対向された内方部材との間に、多数のボールが配設され、これらボールの間にスペーサが介装された直動装置において、
前記スペーサは、隣接するボールに、線接触となるような凹面形状を有していることを特徴とする直動装置。
【請求項７】
外方部材と、これに隙間を介して対向された内方部材との間に、多数のボールが配設され、これらボールの間にスペーサが介装された直動装置において、
前記スペーサは、少なくとも３箇所以上の部位で接触していることを特徴とする上記請求項５又は６に記載の直動装置。
【請求項８】
外方部材と、これに隙間を介して対向された内方部材との間に、多数のボールが配設され、これらボールの間にスペーサが介装された直動装置において、
前記スペーサは、その肉厚が最も薄くなる箇所に、貫通孔を有していることを特徴とする直動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷ボール間にスペーサを配置しても、負荷ボール数の減少を少なく抑えて負荷容量や剛性の低減を招来することがなく、しかも、負荷ボールとスペーサとの摩擦を極めて小さくして、スペーサの循環性を向上すると共に、ボール同士のせりあいによる作動性の悪化、騒音の発生、発生音質の悪化やボールの摩擦・損傷を防止したボールねじ機構、および直動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじ機構では、図３３に示すように、ねじ軸１の外周面及びナット２の内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝３，４が形成され、双方のねじ溝３，４により形成された螺旋状の循環路内に多数のボール５が転動自在に配置されている。ねじ軸１とナット２を相対的に回転させて一方を軸方向に移動させると、多数のボール５の転動を介してねじ軸１とナット２が滑らかに相対螺旋運動するようになっている。
【０００３】
このようなボールねじ機構では、ボール５がねじ溝３，４内に密に配置されており、個々のねじ溝３，４内を同方向に転動するが、その際、隣接するボール５，５同士の接触点では、互いに逆方向に転動するボール５が接触して、相互に転動を妨げる結果、この接触点ですべりを生じる。その結果、ボール５の自由な転動が妨げられ、ボール５の作動性が悪化され、ボール５の摩擦・損傷が生起され、トルク変動が生起されるといったこと、騒音が大きくなるといった種々の問題がある。
【０００４】
このような問題に対処するため、特開昭５６−１１６９５１号公報には、負荷を受けるボールの間に、ボールを互いに離間する弾性体が配置され、この弾性体の外側に、ボールと共に循環移動する環体が遊嵌された構成が開示されており、特開昭５７−１０１１５８号公報には、隣接するボール間に、シムを保持し、このシムにより、ボール同士のころがり摩擦を防止する構成が開示されている。
【０００５】
また、実開平１−１１３６５７号公報には、図３４に示すように、負荷を受けるボール５の間に、樹脂により形成されたスペーサボール６が介在され、これにより、ボール５のすべりを防止し、ボール５の作動性を改善し摩擦・損傷を抑制して、トルク変動等を防止した構成が開示されている。
【０００６】
ところで、上述したボールねじ機構に類似するものとして、軸方向に延在された案内レールと、これに跨ぐように設けられたスライダーとの間に、転動体としてのボールが介装されたリニアガイドがある。このようなボールねじ機構およびリニアガイドを総称して、本明細書では、直動装置と称し、この直動装置は、外方部材と、これに隙間を介して対向された内方部材との間に、多数のボールが配設され、これらボールの間にスペーサが介装されて構成されていると定義する。
【０００７】
例えば、リニアガイドであれば、角柱状の案内レールを跨いで断面コ字状のスライダーが搭載され、その案内レールの外側面とこれに対向するスライダーの内側面とにそれぞれ軌道溝が形成され、その軌道溝に多数の転動体としてのボールが装填されていて、それらの転動体の転動循環によりスライダーと案内レールとが相対的に直線運動をする。このタイプのリニアガイドの場合、スライダーが外方部材であり、案内レールが内方部材といえる。一方、他のタイプのリニアガイドとして、断面コ字状の案内レールの凹所に角形のスライダーが収まり、その案内レールの内側面とこれに対向するスライダーの外側面とにそれぞれ形成された軌道溝にボールが装填されているものがあるが、その場合は案内部材が外方部材でスライダーが内方部材である。
【０００８】
また、ボールねじ機構では、上述したように、内面に螺旋状のねじ溝を有するナットに、外面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸が挿入され、対向する両ねじ溝内に多数のボールが装填されていて、これらのボールの転動循環によりナットとねじ軸とが相対的に回転および直線運動する。したがって、ボールねじ機構の場合、ナットが外方部材であり、ねじ軸が内方部材である。
【０００９】
すなわち、直動装置の外方部材とは、リニアガイドにあっては、スライダーまたは案内レール、ボールねじ機構にあっては、ナットを指す。また、内方部材とは、リニアガイドにあっては、案内レールまたはスライダー、ボールねじ機構にあっては、ねじ軸を指すものとする。
【００１０】
このような直動装置に対応する従来技術として、特開平５−１２６１４８号公報に開示され、図３５に示すように、隣接するボール５，５間に、これらボール５，５に夫々対面する２個の凹面６，６を有するスペーサ７が配置されている。この凹面６の曲率（１／Ｒ）は、ボール５の曲率（１／ｒ）と同じになるように設定されている。また、特開昭６２−１１８１１６号公報に開示され、図３６に示すように、隣接するボール５，５の間に、中空で管状のスペーサ８が配置されている。このスペーサ８は、ボール５の径よりも小径の鋼製パイプを定寸切断して形成されたものである。さらに、特公昭４０−２４４０５号公報に開示されているように、隣接するボールの隔壁に、ボールに夫々対面する２個の凹面を有すると共に、この２個の凹面の最も肉厚が薄くなる箇所に、貫通孔が形成され、この貫通孔は潤滑油倉として使用されている。これは、転がり軸受のようにボールの自転および公転速度が高い場合に、焼付き防止等に使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述したボールねじ機構のみに対応する課題として、特開昭５６−１１６９５１号公報や特開昭５７−１０１１５８号公報に開示されたボールねじ機構では、弾性体や環体、シム等のスペーサが介在されているため、負荷を受けるボールの個数が削減され、ボールねじ機構の負荷容量や剛性が低減されるといったことがあり、しかも、弾性体や環体、シム等のスペーサは、ねじ溝とのせりを生起するため、スペーサ倒れが生じ、スペーサの循環性が良好でないといったことがある。
【００１２】
また、実開平１−１１３６５７号公報に開示されたボールねじ機構では、図３４に示すように、負荷を受けるボール５の個数は、例えば１０個であるのに対し、スペーサボール６の個数は、例えば１０個であり、負荷を受けるボール５の間隔が離れ、負荷を受けるボール５の個数が約半分になってしまい、ボールねじ機構の負荷容量が減少し、剛性が低下するといったことがある。
【００１３】
一方、上述した従来技術に係る直動装置に対応する課題として、直動装置の作動性を考えた場合には、スペーサとボールとのすべり摩擦は極力小さいことが望ましいが、図３５に示すように、ボール５の曲率（１／ｒ）とスペーサ凹面６の曲率（１／Ｒ）を同じとした場合、スペーサの凹面全体でボールと接触しすべりを生じるため、摩擦力の増大・作動性の悪化という問題があった。
【００１４】
また、本直動装置においては、無限循環する各ボール列における最適な総隙間量の設定、すなわちスペーサを介装したときのボール間スパンの管理を行うために、スペーサの厚さを管理することは非常に重要な項目であるが、図３５に示すように、ボール５の曲率（１／ｒ）と同じ曲率（１／Ｒ）の凹面６を形成しようと狙ってスペーサ７を制作した場合、寸法のばらつきから、ボール５の曲率（１／ｒ）に対して、大小のものが存在することになり、特に、スペーサ７の凹面６の曲率（１／Ｒ）がボール５の曲率（１／ｒ）よりも小さい場合には、ボール５の間にスペーサ７を配置した時、ボール５が安定せず、ボール５の間の寸法（すなわち、スペーサ７の厚み）を測定することが極めて困難になることから、高精度を有するスペーサ７を制作することができないという問題があった。また、ボールを用いる直動装置において、スペーサは、ボールの径よりも小径である必要があるが、図３６に示すように、管状のスペーサ８の場合には、その厚みによって、管状のスペーサ８の内径が小さくなり、ボール５が安定し難く、ボール５を安定させるためには、管状のスペーサ８の外径を大きくするしかなく、そのためスペーサ８が循環中に他の部品と干渉してしまうという問題があった。さらに、特公昭４０−２４４０５号公報では、隔壁の貫通孔を潤滑油倉として使用し、これにより、転がり軸受のようにボールの自転および公転速度が高い場合に、焼付き防止しているが、直動装置においては、転がり軸受に比較して、非常に低速であることから、焼付きの問題は、殆ど発生せず、又従来例では貫通孔内の潤滑油の保持力が不十分であるといった問題があった。
【００１５】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、負荷ボール間にスペーサを配置しても、負荷ボール数の減少を少なく抑えて負荷容量や剛性の低減を招来することがなく、しかも、負荷ボールとスペーサとの摩擦を極めて小さくして、スペーサの循環性を向上すると共に、ボール同士のせりあいによる作動性の悪化、騒音の発生、発生音質の悪化やボールの摩擦・損傷を防止したボールねじ機構、および直動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】
【００１６】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係るボールねじ機構は、ねじ軸の外周面及びナットの内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝が形成され、双方のねじ溝により形成された螺旋状の循環路内に多数のボールが転動自在に配置されたボールねじ機構において、
隣接するボール間に、ボールに夫々対面する２個の凹面を有するスペーサが配置され、
当該スペーサの各凹面の断面は、中心位置が互いにずらされたゴシックアーチ形状の２個の円弧により形成されていることを特徴とする。
【００１７】
このように、本発明の請求項１によれば、隣接するボール間に、ボールに夫々対面する２個の凹面を有するスペーサが配置され、当該スペーサは、隣接するボールに、線もしくは点で接触し、滑り抵抗が小さくなるような凹面形状、例えば、スペーサの各凹面の断面は、中心位置が互いにずらされたゴシックアーチ形状の２個の円弧により形成されている。そのため、負荷ボールは、ゴシックアーチ形状の円弧により形成されたスペーサの凹面に極めて低摩擦で接触しながら、螺旋状のねじ溝内を良好に循環することができる。したがって、負荷ボールとスペーサとの摩擦が少なく、スペーサの循環性も良好であると共に、ボール同士のせりあいによる作動性の悪化、騒音の発生、発生音質の悪化やボールの摩擦・損傷を防止することができる。しかも、スペーサの形状を従来のスペーサボールに比べて薄くできるため、負荷ボール数の減少を少なく抑えて、負荷容量や剛性の低減を招来することがない。
【００１８】
また、本発明の請求項２は、前記螺旋状の循環路内に挿入した全てのボールと全てのスペーサとを一方に寄せ集めたと仮定したとき、先頭に当たるボールと最後尾に当たるスペーサとの間にできた隙間を総隙間と規定し、
この総隙間の間隔（Ｓ１）が零より大きく（Ｓ１＞０）、且つ
前記最後尾に当たる１個のスペーサを除去したと仮定したとき、先頭のボールと最後尾のボールとの隙間の間隔（Ｓ２）が前記スペーサの径（ｄｓ）の０．８倍より小さく（Ｓ２＜０．８×ｄｓ）なるように、
前記ボールとスペーサの個数が設定されていることを特徴とする。
【００１９】
このように、本発明の請求項２によれば、循環路の総隙間が零より大きく設定され、且つ、１個のスペーサを除去したときの、先頭のボールと最後尾のボールとの隙間の間隔が上記のような数値関係に設定されている。そのため、循環路内の隙間が大き過ぎてスペーサが循環路内で倒れることがないと共に、この循環路内の隙間が小さ過ぎてボールとスペーサの摩擦により作動不良を招来するといったことがなく、この循環路内の隙間が適切に設定されていることから、循環路内でスペーサが約６０°以上に倒れることがなく、良好な作動性を維持することができる。
【００２０】
さらに、本発明の請求項３は、前記スペーサは、隣接するボール間で、弾性変形自在に構成されていることを特徴とする。
【００２１】
このように、本発明の請求項３によれば、スペーサは、隣接するボール間で、弾性変形自在に構成されているため、スペーサを弾性変形させることにより、ボール間距離を調整することができる。したがって、サーキット長に対するボールとスペーサの充填率を極めて容易に適正値に設定することができ、例えば、１種類のスペーサにより充填率を調整することができ、スペーサを数種類試作して種々に組み合わせるといった煩雑な設計作業を不要にすることができ、また、必要に応じて、充填率を１００％（即ち、ボールとスペーサ間の隙間を零）にすることもできる。なお、スペーサの弾性変形は、構造的に弾性変形するものであってもよく、材質そのもののみにより弾性変形するものであってもよい。
【００２２】
さらに、本発明の請求項４は、ねじ軸の外周面及びナットの内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝が形成され、双方のねじ溝により形成された螺旋状の循環路内に多数のボールが転動自在に配置されたボールねじ機構において、
隣接するボール間に、ボールに夫々対面する２個の凹面を有するスペーサが配置され、
螺旋状の循環路内に挿入した全てのボールと全てのスペーサとを一方に寄せ集めたと仮定したとき、先頭に当たるボールと最後尾に当たるスペーサとの間にできた隙間を総隙間と規定し、
この総隙間の間隔（Ｓ１）が零より大きく（Ｓ１＞０）、且つ
前記最後尾に当たる１個のスペーサを除去したと仮定したとき、先頭のボールと最後尾のボールとの隙間の間隔（Ｓ２）がスペーサの径（ｄｓ）の０．８倍より小さく（Ｓ２＜０．８×ｄｓ）なるように、ボールとスペーサの個数が設定されていることを特徴とする。
【００２３】
このように、本発明の請求項４によれば、循環路の総隙間が零より大きく設定され、且つ、１個のスペーサを除去したときの、先頭のボールと最後尾のボールとの隙間の間隔が上記のような数値関係に設定されている。そのため、循環路内の隙間が大き過ぎてスペーサが循環路内で倒れることがないと共に、この循環路内の隙間が小さ過ぎてボールとスペーサの摩擦により作動不良を招来するといったことがなく、この循環路内の隙間が適切に設定されていることから、循環路内でスペーサが約６０°以上に倒れることがなく、良好な作動性を維持することができる。
【００２４】
さらに、本発明の請求項５は、外方部材と、これに隙間を介して対向された内方部材との間に、多数のボールが配設され、これらボールの間にスペーサが介装された直動装置において、
前記スペーサは、隣接するボールに、外縁部または外縁近傍部で接触する形状を有していることを特徴とする。
【００２５】
このように、本発明の請求項５によれば、スペーサは、隣接するボールに、外縁部または外縁近傍部で接触する形状を有しているため、より広い領域でボールを保持することができ、また、スペーサがボールを保持する保持代も極めて大きくとることができる。また、ボールが安定し易く、ボールの間の寸法（すなわち、スペーサの厚み）の測定が容易となることから、高精度を有するスペーサを制作することができる。
【００２６】
さらに、本発明の請求項６は、外方部材と、これに隙間を介して対向された内方部材との間に、多数のボールが配設され、これらボールの間にスペーサが介装された直動装置において、
前記スペーサは、隣接するボールに、線接触となるような凹面形状を有していることを特徴とする。
【００２７】
このように、本発明の請求項６によれば、ボール間に、スペーサが介装され、当該スペーサは、隣接するボールに、線接触となるような凹面形状を有している。したがって、ボールとスペーサとの摩擦が少なく、スペーサの循環性も良好であると共に、ボール同士のせりあいによる作動性の悪化、騒音の発生、発生音質の悪化やボールの摩擦・損傷を防止することができる。
【００２８】
さらに、本発明の請求項７は、外方部材と、これに隙間を介して対向された内方部材との間に、多数のボールが配設され、これらボールの間にスペーサが介装された直動装置において、
前記スペーサは、隣接するボールに、少なくとも３箇以上の部位で接触する形状を有していることを特徴とする。
【００２９】
このように、本発明の請求項７によれば、スペーサは、隣接するボールに、少なくとも３箇以上の部位で接触するため、ボールはスペーサに極めて低摩擦で接触することができ、これらボールとスペーサとのすべり抵抗を小さくして、これらの摩擦を著しく小さくすることができ、ボールとスペーサの循環性が向上すると共に、ボールが安定し易くなるだけでなく、スペーサに潤滑剤を容易に引き込むことができ、ボールとスペーサとのすべり抵抗をより一層小さくすることができる。
【００３０】
さらに、本発明の請求項８は、外方部材と、これに隙間を介して対向された内方部材との間に、多数のボールが配設され、これらボールの間にスペーサが介装された直動装置において、
前記スペーサは、その肉厚が最も薄くなる箇所に、貫通孔を有していることを特徴とする。
【００３１】
このように、本発明の請求項８によれば、スペーサは、その肉厚が最も薄くなる箇所に、貫通孔を有している。しかも、従来と異なり、直動装置においては、転がり軸受に比較して、ボールの自転および公転速度が非常に低速であることから、焼付きの問題は、殆ど発生しない。しかしながら、スペーサの貫通孔により、ボールとスペーサとの接触面積が格段に小さくなり、動摩擦力変動を極めて著しく小さくすることができると共に、貫通孔は、凹面の最も肉厚が薄くなる箇所に形成しているため、強度面への影響も著しく小さいといった利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係るボールねじ機構の側面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）に示したボールねじ機構に装着されたスペーサの断面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示したボールねじ機構のボールとスペーサとを拡大して示す図であり、（ｂ）は、ゴシックアーチ形状の説明図である。
【図３】図１の（ｂ）に示したボールねじ機構のスペーサを拡大してＣ方向より示す図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第１実施の形態の第１変形例に係るボールねじ機構の側面図であり、図４（ｂ）は、この第１変形例の原理を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施の形態の第２変形例に係るボールねじ機構の側面図である。
【図６】本発明の第１実施の形態の第３変形例に係るボールねじ機構の側面図である。
【図７】本発明の第１実施の形態の第４変形例に係るボールねじ機構の平面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の第２実施の形態に係るボールねじ機構の原理を説明する図であり、図８（ｂ）は、スペーサの断面図である。
【図９】本発明の第２実施の形態に係るボールねじ機構の側面図である。
【図１０】本発明の第２実施の形態の変形例に係るボールねじ機構の側面図である。
【図１１】本発明の第３実施の形態に係るボールねじ機構のボールとスペーサとを拡大して示す図である。
【図１２】本発明の第３実施の形態に係るボールねじ機構の側面図である。
【図１３】本発明の第３実施の形態の変形例に係るボールねじ機構のボールとスペーサとを拡大して示す図である。
【図１４】本発明の第４実施の形態に係るリニアガイドの斜視図である。
【図１５】図１４に示したリニアガイドの断面図である。
【図１６】図１４に示したリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図１７】本発明の第４実施の形態の第１変形例に係るリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図１８】本発明の第４実施の形態の第２変形例に係るリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図１９】本発明の第４実施の形態の第３変形例に係るリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図２０】本発明の第４実施の形態の第４変形例に係るリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図２１】本発明の第４実施の形態の第５変形例に係るリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図２２】本発明の第４実施の形態の第６変形例に係るリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図２３】本発明の第４実施の形態の第７変形例に係るリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図２４】（ａ）は、本発明の第５実施の形態に係るリニアガイドに装着されたスペーサの断面図であり、（ｂ）は、このスペーサの側面図である。
【図２５】本発明の第６実施の形態に係るリニアガイドに装着されたスペーサの断面図である。
【図２６】本発明の第６実施の形態の変形例に係るリニアガイドに装着されたスペーサの断面図である。
【図２７】本発明の第２実施の形態の実施例の実験結果を示すグラフである。
【図２８】本発明の第２実施の形態の比較例１の実験結果を示すグラフである。
【図２９】本発明の第２実施の形態の比較例２の実験結果を示すグラフである。
【図３０】本発明の第２実施の形態の比較例３の実験結果を示すグラフである。
【図３１】本発明の第６実施の形態の実施例の実験結果を示すグラフである。
【図３２】本発明の第６実施の形態の比較例の実験結果を示すグラフである。
【図３３】従来に係るボールねじ機構の側面図である。
【図３４】他の従来に係るボールねじ機構の側面図である。
【図３５】従来に係るボールとスペーサの断面図である。
【図３６】他の従来に係るボールとスペーサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態に係るボールねじ機構、および直動装置を図面を参照しつつ説明する。
【００３４】
第１ないし第３実施の形態は、ボールねじ機構に係り、第４ないし第６実施の形態は、リニアガイドに係るものである。
【００３５】
（第１実施の形態：請求項１に対応）
図１（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係るボールねじ機構の側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示したボールねじ機構に装着されたスペーサの断面図であり、図２（ａ）は、図１に示したボールねじ機構のボールとスペーサとを拡大して示す図であり、図２（ｂ）は、ゴシックアーチ形状の説明図である。図３は、図１に示したボールねじ機構のスペーサを拡大して示す図である。
【００３６】
図１（ａ）に示すように、ねじ軸１の外周面及びナット２の内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝３，４が形成され、双方のねじ溝３，４により形成された螺旋状の循環路内に多数のボール５が転動自在に配置されている。ねじ軸１とナット２を相対的に回転させて一方を軸方向に移動させると、多数のボール５の転動を介してねじ軸１とナット２が滑らかに相対螺旋運動されるようになっている。なお、本実施の形態に係るボールねじ機構のボール循環方法としては、循環駒式、エンドキャップ式、チューブ式等あらゆる種類に適用できる。
【００３７】
これら負荷を受けるボール５の間に、球体から形成された多数のスペーサ１０が介在されている。このスペーサ１０には、図１（ｂ）に示すように、球体から２個の凹面１１，１１が形成されている。
【００３８】
各凹面１１の断面は、中心位置が互いにずらされたゴシックアーチ形状の２個の円弧により形成されている。すなわち、ゴシックアーチ形状は、図２（ｂ）に示すように、半径Ｒの２個の円弧の中心位置が所定距離だけ互いにずらされて形成された形状である。図２（ａ）に示すように、各凹面１１の２個の円弧の中心位置（Ｘ，Ｘ）は、途中でボール５の中心位置（Ｙ）で交差されているが、所定距離だけ互いにずらされている。
【００３９】
このように、各凹面１１の断面がゴシックアーチ形状により形成されているため、図３に示すように、ボール５は、スペーサ１０の凹面１１に、符号Ｚで破線で示す円状に線接触することができる。
【００４０】
したがって、ボール５は、スペーサ１０の凹面１１に、極めて低摩擦で接触することができ、これらボール５とスペーサ１０とのすべり抵抗を小さくして、これらの摩擦を著しく小さくすることができる。そのため、スペーサ１０の循環性も良好であると共に、ボール５，５同士のせりあいによる作動性の悪化やボール５の摩擦・損傷を著しく向上することができ、トルク変動や騒音の問題を招来するといったこともない。
【００４１】
しかも、スペーサ１０の形状を従来のスペーサボールに比べて小さくできるため、負荷を受けるボール５の個数の低減を招来することもない。すなわち、図３４に示したスペーサボールを有するボールねじ機構では、負荷ボール５の個数が１０個であり、スペーサボール６の個数が１０個であるのに対し、図１（ａ）に示した第１実施の形態に係るボールねじ機構では、負荷ボール５の個数が１８個であり、スペーサ１０の個数が１８個であり、従来に比べて負荷ボール５の個数をほぼ倍増することができる。したがって、負荷ボール５の個数の低減に起因する負荷容量や剛性の低減を招来することがない。
【００４２】
なお、ボール５とスペーサ１０との個数割合は、図１（ａ）に示した例では、１：１であるが、この個数割合は、２：１または３：１であってもよいことは勿論である。
【００４３】
図４（ａ）は、本発明の第１実施の形態の第１変形例に係るボールねじ機構の側面図であり、図４（ｂ）は、この第１変形例の原理を説明するための図である。
【００４４】
スペーサ１０を形成するための球体の径をボール５と同一にした場合、図４（ｂ）に示すように、スペーサ１０の凹面１１にボール５が接触するように配置したとき、スペーサ１０がねじ溝３とせりあいすることになる。
【００４５】
従って、第１実施の形態の第１変形例では、図４（ａ）に示すように、２個のボール５，５の中心位置（Ｙ，Ｙ）の中点Ｃを、スペーサ１０を形成するための球体の中心とし、この中点Ｃからねじ溝３までの距離又は、それ以下を半径として、球体外径の直径（ｄ）を設定している。そのため、スペーサ１０がねじ溝３とせりあいするといったことがなく、スペーサ１０の径を小さくして、スペーサ１０をボール５間に安定して作動性良好に配置することができる。
【００４６】
図５は、本発明の第１実施の形態の第２変形例に係るボールねじ機構の側面図である。
【００４７】
第１実施の形態の第２変形例では、スペーサ１０の２個の凹面１１の間に、貫通孔１２が形成され、この貫通孔１２内に、潤滑グリース、含油樹脂等の潤滑剤が配置されている。この潤滑剤により、ボール５とスペーサ１０とのすべり抵抗をより一層小さくして、これらの摩擦を著しく小さくでき、スペーサ１０の循環性もより良好にすることができる。なお、本実施の形態に係るボールねじ機構のボール循環方法は、循環駒式、エンドキャップ式、チューブ式等あらゆる種類に適用できる。又、グリース、含油樹脂を使用すれば貫通孔１２への保持性も高まる。
【００４８】
図６は、本発明の第１実施の形態の第３変形例に係るボールねじ機構の側面図である。
【００４９】
第１実施の形態の第３変形例では、スペーサ１０の２個の凹面１１の間に、貫通孔１２が形成され、この貫通孔１２内に、小径ボール１３が配置されている。
【００５０】
この小径ボール１３は、ボール５ところがり接触し、スペーサ１０は、ボール５と点（線接触ではなく）接触する。そのため、ボール５とスペーサ１０とのすべり抵抗をより一層小さくして、これらの摩擦を著しく小さくでき、スペーサ１０の循環性もより良好にすることができる。
【００５１】
なお、本実施の形態に係るボールねじ機構のボール循環方法は、循環駒式、エンドキャップ式、チューブ式等あらゆる種類に適用できる。
【００５２】
図７は、本発明の第１実施の形態の第４変形例に係るボールねじ機構の平面図である。
【００５３】
第１実施の形態の第４変形例に係るボールねじ機構は、チューブ循環式のボールねじ機構であり、ねじ溝３，４内になるボール５及びスペーサ１０を循環するための循環チューブ１４が形成されている。
【００５４】
この循環チューブ１４にも、曲げアールが形成されているが、第１実施の形態の第４変形例では、この曲げアールの半径（Ｒ）は、ねじ軸１のねじ溝３のボールセンターダイアメータ（ＢＣＤ）の半径と同一に設定されている。これにより、スペーサ１０は、第１実施の形態の第１変形例において設定したスペーサ１０の球体外径の直径（ｄ）のままで、曲げアールのついた循環チューブ１４を作動性良好に通過することができる。
【００５５】
なお、本発明の請求項１は、上述した第１実施の形態に限定されず、種々変形可能である。例えば、スペーサ１０を形成するための材料は、鋼、含油樹脂、樹脂、又は含油焼結金属であってもよい。含油樹脂の場合には、含油樹脂から螺旋状のねじ溝循環路内に常時油を供給できるため、長期間にわたる潤滑機能を確保でき、メンテナンスフリーや耐摩耗性の向上を図ることができる。
【００５６】
（第２実施の形態：請求項２と請求項４に対応）
図８（ａ）は、本発明の第２実施の形態に係るボールねじ機構の原理を説明する図であり、図８（ｂ）は、スペーサの断面図であり、図９は、本発明の第２実施の形態に係るボールねじ機構の側面図である。
【００５７】
本第２実施の形態では、図８（ａ）に示すように、ねじ溝３，４により形成された螺旋状の循環路内に挿入した全てのボール５と全てのスペーサ１０とを一方に寄せ集めたと仮定したとき、先頭に当たるボール（ＬＥＡＤ−Ｂ）と最後尾に当たるスペーサ（ＴＡＩＬ−Ｓ）との間にできた隙間を総隙間と規定し、
この総隙間の間隔（Ｓ１）が零より大きく（即ち、Ｓ１＞０）、且つ
最後尾に当たる１個のスペーサ（ＴＡＩＬ−Ｓ）を除去したと仮定したとき、先頭のボール（ＬＥＡＤ−Ｂ）と最後尾のボール（ＴＡＩＬ−Ｂ）との隙間の間隔（Ｓ２）がスペーサの径（ｄｓ、図８（ｂ）参照）の０．８倍より小さく（即ち、Ｓ２＜０．８×ｄｓ）なるように、ボール５とスペーサ１０の個数が設定されている。
【００５８】
このような隙間の間隔（Ｓ１，Ｓ２）の調整は、具体的には、図９に示すように、循環チューブ１４の切欠き高さ（ｈ）、ボール５のすくい上げ角度（γ）、および循環チューブ１４の曲げアールの半径（Ｒ）の設計値を変更することにより実現することができる。
【００５９】
このように、循環路の総隙間の間隔（Ｓ１）が、Ｓ１＞０に設定され、且つ、１個のスペーサ（ＴＡＩＬ−Ｓ）を除去したときの、先頭のボール（ＬＥＡＤ−Ｂ）と最後尾のボール（ＴＡＩＬ−Ｂ）との隙間の間隔（Ｓ２）が、Ｓ２＜０．８×ｄｓに設定されている。そのため、循環路内の隙間が大き過ぎてスペーサ１０が循環路内で倒れることがないと共に、この循環路内の隙間が小さ過ぎてボール５とスペーサ１０の摩擦により作動不良を招来するといったことがなく、この循環路内の隙間（Ｓ１，Ｓ２）が適切に設定されていることから、循環路内でスペーサ１０が約６０°以上に倒れることがなく、良好な作動性を維持することができる。
【００６０】
図１０は、本発明の第２実施の形態の変形例に係るボールねじ機構の側面図である。この変形例では、スペーサ１０の幅の異なるものを数種類準備する。例えば、図１０に示すように、スペーサ１０の幅がＡのものを数個、スペーサ１０の幅がＢのものを数個、スペーサ１０の幅がＣのものを数個、……、準備し、これらの幅の違いにより、上記の隙間の間隔（Ｓ１，Ｓ２）の調整を行っている。この場合にも、循環路内の隙間（Ｓ１，Ｓ２）が適切に設定されていることから、循環路内でスペーサ１０が約６０°以上に倒れることがなく、良好な作動性を維持することができる。なお、スペーサ１０の径を変更していないため、ナット２は特殊設計にする必要はない。
【００６１】
なお、本発明の請求項２も、上述した第２実施の形態に限定されず、種々変形可能である。例えば、スペーサの凹断面形状はゴシックアーチではなく単一Ｒ、又はＵ形としても適用できる。
【００６２】
また、本第２実施の形態の実施例および比較例については、後述する。
【００６３】
（第３実施の形態：請求項３に対応）
図１１は、本発明の第３実施の形態に係るボールねじ機構のボールとスペーサとを拡大して示す図であり、図１２は、本発明の第３実施の形態に係るボールねじ機構の側面図である。
【００６４】
図１２に示す第３実施の形態に係るボールねじ機構は、チューブ循環式のボールねじ機構であり、ねじ溝３，４内になるボール５及びスペーサ１０を循環するための循環チューブ１４が形成されている。
【００６５】
この循環チューブ１４にも、曲げアールが形成されているが、本実施の形態においても、この曲げアールの半径（Ｒ）は、ねじ軸１のねじ溝３のボールセンターダイアメータ（ＢＣＤ）の半径と同一に設定されている。
【００６６】
図１１に示すように、スペーサ１０には、球体から２個の凹面１１，１１が形成されている。各凹面１１の断面は、中心位置が互いにずらされたゴシックアーチ形状の２個の円弧により形成されていてもよく、他の形状であってもよい。このスペーサ１０は、符号２０で示す接点でボール５に接触するようになっている。
【００６７】
本第３実施の形態では、スペーサ１０は、樹脂等の弾性変形可能な材質から形成され、スペーサ１０の外周面に、スリット２１が形成されている。これにより、スペーサ１０は、ボール５，５の間で、スリット２１の撓みにより弾性変形し、接点２０でボール５に接触すると共に、スペーサ１０の凹面１１とボール５の外周面との間隔（ｄ）を伸縮することができる。したがって、スペーサ１０を弾性変形させることにより、ボール５，５間の距離（Ｌ）を調整することができ、サーキット長に対するボール５とスペーサ１０の充填率を極めて容易に適正値に設定することができ、例えば、１種類のスペーサにより充填率を調整することができ、スペーサを数種類試作して種々に組み合わせるといった煩雑な設計作業を不要にすることができ、また、必要に応じて、充填率を１００％（即ち、ボールとスペーサ間の隙間を零）にすることもできる。
【００６８】
なお、スペーサ１０の弾性変形は、上記のスリット２１のように、構造的に弾性変形するものであってもよく、樹脂、ゴム等のように、材質そのもののみにより弾性変形するものであってもよい。
【００６９】
また、図１１に示すように、スペーサ１０の２個の凹面１１の間に、油たまりための貫通孔１２が形成されていてもよい。
【００７０】
図１３は、本発明の第３実施の形態の変形例に係るボールねじ機構のボールとスペーサとを拡大して示す図である。
【００７１】
この変形例では、スペーサ１０の凹面１１が若干円錐状に形成されており、スペーサ１０の凹面１１とボール５の外周面との間隔（ｄ）が図１１の場合より大きくされている。
【００７２】
また、スペーサ１０のスリット２１も、Ｖ字型形状に形成されている。この場合にも、スペーサ１０は、ボール５，５の間で、スリット２１の撓みにより弾性変形し、接点２０でボール５に接触すると共に、スペーサ１０の凹面１１とボール５の外周面との間隔（ｄ）を伸縮することができるため、ボール５，５間の距離（Ｌ）を調整することにより、サーキット長に対するボール５とスペーサ１０の充填率を極めて容易に適正値に設定することができる。
【００７３】
なお、本発明の請求項３も、上述した第３実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【００７４】
（第４実施の形態：請求項５と６に対応）
図１４は、本発明の第４実施の形態に係るリニアガイドの斜視図であり、図１５は、図１４に示したリニアガイドの断面図であり、図１６は、図１４に示したリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【００７５】
図１４に示すように、横断面略角型の内方部材である案内レール３１の上に、外方部材である断面コ字状のスライダー３２が跨架されている。図１５に示すように、案内レール３１の左右両側面に、それぞれ軸方向に延びる円弧状の軌道溝３３ａが形成されている。
【００７６】
スライダー３２の左右両側の脚部３４にも、それぞれ軸方向に延びる円弧状の軌道溝３３ｂが形成されている。この案内レール３１の軌道溝３３ａと、スライダー３２の軌道溝３３ｂとにより、ボール３５の往路３３が構成されている。
【００７７】
また、スライダー３２の両脚部３４の往路３３より外側に、孔状の復路３６が形成されている。これら往路３３と、復路３６とは、その端部において、反転路３７により連通されている。これにより、往路３３、復路３６、および反転路３７により、ボール３５の循環路が構成されている。
【００７８】
さらに、図１６に示すように、隣接するボール３５，３５の間に、これらボール３５，３５に夫々対面する２個の凹面３８，３８を有するスペーサ３９が配置されている。この凹面３８の曲率（１／Ｒ）は、ボール３５の曲率（１／ｒ）に対し大きくとることによって、スペーサ３９は、隣接するボール３５，３５に、外縁部または外縁近傍部で線接触するように構成されている。
【００７９】
したがって、スペーサ３９は、より広い領域でボール３５を保持することができ、またスペーサ３９がボール３５を保持する保持代も極めて大きくとることができる。そのため、ボール３５が安定し易く、ボール３５の間の寸法（すなわち、スペーサ３９の厚み）の測定が容易となることから、高精度を有するスペーサ３９を制作することができる。
【００８０】
図１７は、本発明の第４実施の形態の第１変形例に係るボールとスペーサの断面図である。
【００８１】
この第１変形例では、スペーサ３９は、断面形状において、その両方の中央部４０，４０を逃がし、この中央部４０，４０と外縁部を直線的につないだ形状を有している。これにより、スペーサ３９は、隣接するボール３５，３５に、外縁部または外縁近傍部で線接触するように構成され、ボール３５が安定し易くされている。
【００８２】
図１８は、本発明の第４実施の形態の第２変形例に係るボールとスペーサの断面図である。
【００８３】
この第２変形例では、隣接するボール３５，３５の間に、これらボール３５，３５に夫々対面する２個の凹面３８，３８を有するスペーサ３９が配置されている。この凹面３８の断面は、第１実施の形態で説明した場合と同様に、中心位置が互いにずらされたゴシックアーチ形状の２個の円弧により形成されている。これにより、第１実施の形態と同様に、ボール３５は、スペーサ３９の凹面３８に、極めて低摩擦で接触することができ、これらボール３５とスペーサ３９とのすべり抵抗を小さくすることができると共にボール３５が安定し易くなる。そのため、スペーサ３５の循環性も良好であると共に、ボール３５，３５同士のせりあいによる作動性の悪化やボール３５の摩擦・損傷を著しく向上することができ、トルク変動、動摩擦変動や騒音の問題を招来するといったこともない。
【００８４】
図１９、図２０、および図２１は、それぞれ、本発明の第４実施の形態の第３、第４、および第５変形例に係るボールとスペーサの断面図である。
【００８５】
これら第３、第４、および第５変形例では、上述した第４実施の形態および第１、第２変形例において、スペーサ３９の中央部に、それぞれ、貫通孔４１が形成されている。例えば、この貫通孔４１内に、潤滑グリース、含油樹脂等の潤滑剤が設けられれば、これらの保持性がよくなる。この潤滑剤により、ボール３５とスペーサ３９とのすべり抵抗をより一層小さくして、これらの摩擦を著しく小さくでき、スペーサ３９の循環性もより良好にすることができる。
【００８６】
図２２および図２３は、それぞれ、本発明の第４実施の形態の第６および第７変形例に係るボールとスペーサの断面図である。
【００８７】
これら第６および第７変形例では、上述した第１および第２変形例において、スペーサ３９の外縁部が面取り処理され、スペーサ３９の外縁近傍部が、ボール３５に接触するように構成されている。この場合にも、ボール３５が安定し易くされている。また、スペーサ３９のボール３５と接触する凹面部の摩耗・へたりを抑えることにより、スペーサ３９の耐久性の向上をはかっている。
【００８８】
なお、本発明の請求項５と６も、上述した第４実施の形態に限定されず、種々変形可能である。例えば、第６および第７変形例以外では、ボール３５が接触するスペーサ３９の外縁部は、エッジ状に形成してあるが、Ｃ面取り、またはＲ面取りを施してもよい。
【００８９】
（第５実施の形態：請求項７に対応）
図２４（ａ）は、本発明の第５実施の形態に係るリニアガイドに装着されたスペーサの断面図であり、（ｂ）は、このスペーサの側面図である。
【００９０】
図２４（ａ）（ｂ）に示すように、本第５実施の形態では、図１６に示すようなスペーサ３９の両側面に、十字状の溝４２が形成され、これにより、この十字状の溝４２の交差部には、４個に等配された外縁部ａ，ｂ，ｃ，ｄが形成されている。したがって、ボール３５は、これら４個に等配された外縁部ａ，ｂ，ｃ，ｄに接触できるため、ボール３５は、スペーサ３９に、極めて低摩擦で接触することができ、これらボール３５とスペーサ３９とのすべり抵抗を小さくして、ボール３５とスペーサ３９の循環性を向上することができる。
【００９１】
また、この十字状の溝４２を介して、スペーサ３９とボール３５との間に、潤滑剤を取り入れることができ、ボール３５とスペーサ３９とのすべり抵抗をより一層小さくすることができる。
【００９２】
なお、本発明の請求項７も、上述した第５実施の形態に限定されず、種々変形可能である。例えば、ボール３５が接触する外縁部ａ，ｂ……は、必ずしも４個に等配されている必要はなく、少なくとも３個以上に配されていればよい。また、ボール３５が接触するのは、外縁部である必要はなく、外縁近傍部であってもよい。さらに接触面積を極力小さくでき、かつ、ボール３５を安定して保持できれば、スペーサ３９の凹面の任意の３箇所以上の位置でもよい。さらにまた、ボール３５が接触するスペーサ３９の外縁部は、エッジ状に形成してあるが、Ｃ面取り、またはＲ面取りを施してもよい。
【００９３】
（第６実施の形態：請求項８に対応）
図２５は、本発明の第６実施の形態に係るリニアガイドに装着されるスペーサの断面図である。
【００９４】
図２５に示すように、本第６実施の形態では、隣接するボール３５，３５の間に、これらボール３５，３５に夫々対面する２個の凹面３８，３８を有するスペーサ３９が配置されている。スペーサ３９は、この２個の凹面３８の最も肉厚が薄くなる箇所に、貫通孔４１を有している。したがって、スペーサ３９の貫通孔４１により、ボール３５とスペーサ３９との接触面積が格段に小さくなり、トルク変動、動摩擦力変動を極めて著しく小さくすることができると共に、貫通孔４１は、凹面３８の最も肉厚が薄くなる箇所に形成しているため、強度面への影響も著しく小さいといった利点もある。
【００９５】
図２６は、本発明の第６実施の形態の変形例に係るリニアガイドに装着されるスペーサの断面図である。
【００９６】
この変形例では、スペーサ３９の両側面に、上記の凹面３８に代えて、略台形状の窪み４３，４３が形成されており、スペーサ３９の肉厚が最も薄くなる箇所に、貫通孔４１が形成されている。したがって、この場合にも、ボール３５とスペーサ３９との接触面積が格段に小さくなると共に、強度面への影響も著しく小さくすることができる。
【００９７】
なお、本発明の請求項８も、上述した第６実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【００９８】
また、本第６実施の形態の実施例および比較例については、後述する。
【実施例】
【００９９】
上述した第２実施の形態に関して、実施例および比較例を以下のように行った。
【０１００】
（第２実施の形態の実施例）
上述した第２実施の形態の実施例として、径ｄｓが５．６ｍｍのスペーサ（リテーニングピース）を挿入したボールねじ機構を準備し、表１に示すように、充填率を９９．０％、上述した総隙間の間隔（Ｓ１）を３．６ｍｍ、隙間の間隔（Ｓ２）を４．４ｍｍ、Ｓ２／ｄｓを０．７９とした。
【０１０１】
【表１】
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【０１０２】
この実施例の実験結果を図２７に示す。このように、トルクの微小変動が極めて少ないことから、作動状態が良好であることが確認された。
【０１０３】
（第２実施の形態の比較例１）
比較例１として、スペーサ（リテーニングピース）を挿入したボールねじ機構を準備し、表１に示すように、充填率を１００．６％、上述した総隙間の間隔（Ｓ１）を０以下、隙間の間隔（Ｓ２）を０．８ｍｍ、Ｓ２／ｄｓを０．１４とした。  この比較例１の実験結果を図２８に示す。総隙間等を小さく設定しすぎていることから、トルクの微小変動が上記実施例の場合（図２７）に比べて大きく、作動状態があまり良くないことが確認された。
【０１０４】
（第２実施の形態の比較例２）
比較例２として、スペーサ（リテーニングピース）を挿入したボールねじ機構を準備し、表１に示すように、充填率を９７．３％、上述した総隙間の間隔（Ｓ１）を１０．７ｍｍ、隙間の間隔（Ｓ２）を１１．５ｍｍ、Ｓ２／ｄｓを２．１とした。
【０１０５】
この比較例２の実験結果を図２９に示す。初期の作動は良好であったが、総隙間等を大きく設定しすぎていることから、ストローク中に良好な作動状態を維持できず、ロックした。
【０１０６】
（第２実施の形態の比較例３）
比較例３として、スペーサを用いないボールねじ機構を準備し、表１に示すように、充填率を９６．５％とした。
【０１０７】
この比較例３の実験結果を図３０に示す。トルクの微小変動が上記実施例の場合（図２７）に比べて若干大きく、作動状態は、比較的良好であるが、実施例（図２７）に比べると劣ることが確認された。
【０１０８】
次に、第６実施の形態の実施例と比較例を示す。
【０１０９】
（第６実施の形態の実施例および比較例）
図３１に示すように、実施例では、スペーサに貫通孔が形成されている場合の動摩擦力が測定された。図３２に示すように、比較例では、スペーサに貫通孔が形成されていない場合の動摩擦力が測定された。実施例（図３１）では、比較例（図３２）に比べて、動摩擦力の変動が極めて著しく格段に低減されたことが確認された。
【０１１０】
なお、上記実施例にかかるスペースのいくつかのものについて断面はゴシックアーチ形状のものについて説明したが、ゴシックアーチ形状でなくとも、例えば単一ＲやＶ形の断面でも適用できる。
【０１１１】
（発明の効果）
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、隣接するボール間に、ボールに夫々対面する２個の凹面を有するスペーサが配置され、当該スペーサの各凹面の断面は、中心位置が互いにずらされたゴシックアーチ形状の２個の円弧により形成されている。そのため、負荷ボールは、ゴシックアーチ形状の円弧により形成されたスペーサの凹面に線又は点で接触するので極めて低摩擦で接触しながら、螺旋状のねじ溝内を良好に循環することができる。したがって、負荷ボールとスペーサとの摩擦が少なく、スペーサの循環性も良好であると共に、ボール同士のせりあいによる作動性の悪化や騒音の発生、ボールの摩擦・損傷を防止することができる。しかも、スペーサの形状を従来のスペーサボールに比べて小さくできるため、負荷ボール数の減少を少なく抑えて、負荷容量や剛性の低減を招来することがない。
【０１１２】
また、本発明の請求項２又は４によれば、循環路の総隙間が零より大きく設定され、且つ、１個のスペーサを除去したときの、先頭のボールと最後尾のボールとの隙間の間隔が上記のような数値関係に設定されている。そのため、循環路内の隙間が大き過ぎてスペーサが循環路内で倒れることがないと共に、この循環路内の隙間が小さ過ぎてボールとスペーサの摩擦により作動不良を招来するといったことがなく、この循環路内の隙間が適切に設定されていることから、循環路内でスペーサが約６０°以上に倒れることがなく、良好な作動性を維持することができる。
【０１１３】
さらに、本発明の請求項３によれば、スペーサは、隣接するボール間で、弾性変形自在に構成されているため、スペーサを弾性変形させることにより、ボール間距離を調整することができる。したがって、サーキット長に対するボールとスペーサの充填率を極めて容易に適正値に設定することができ、例えば、１種類のスペーサにより充填率を調整することができ、スペーサを数種類試作して種々に組み合わせるといった煩雑な設計作業を不要にすることができ、また、必要に応じて、充填率を１００％（即ち、ボールとスペーサ間の隙間を零）にすることもできる。なお、スペーサの弾性変形は、構造的に弾性変形するものであってもよく、材質そのもののみにより弾性変形するものであってもよい。
【０１１４】
さらに、本発明の請求項５によれば、スペーサは、隣接するボールに、外縁部または外縁近傍部で接触する形状を有しているため、より広い領域でボールを保持することができ、また、スペーサがボールを保持する保持代も極めて大きくとることができる。また、ボールが安定し易く、ボールの間の寸法（すなわち、スペーサの厚み）の測定が容易となることから、高精度を有するスペーサを制作することができる。
【０１１５】
このように、本発明の請求項６によれば、ボール間に、スペーサが介装され、当該スペーサは、隣接するボールに、線接触となるような凹面形状を有している。したがって、ボールとスペーサとの摩擦が少なく、スペーサの循環性も良好であると共に、ボール同士のせりあいによる作動性の悪化、騒音の発生、発生音質の悪化やボールの摩擦・損傷を防止することができる。
【０１１６】
さらに、本発明の請求項７によれば、スペーサは、隣接するボールに、少なくとも３箇以上の部位で接触するため、ボールはスペーサに極めて低摩擦で接触することができ、これらボールとスペーサとのすべり抵抗を小さくして、これらの摩擦を著しく小さくすることができ、ボールとスペーサの循環性が向上すると共に、ボールが安定し易くなるだけでなく、スペーサに潤滑剤を容易に引き込むことができ、ボールとスペーサとのすべり抵抗をより一層小さくすることができる。
【０１１７】
さらに、本発明の請求項８によれば、スペーサは、その肉厚が最も薄くなる箇所に、貫通孔を有している。したがって、スペーサの貫通孔により、ボールとスペーサとの接触面積が格段に小さくなり、動摩擦力変動を極めて著しく小さくすることができると共に、貫通孔は、凹面の最も肉厚が薄くなる箇所に形成しているため、強度面への影響も著しく小さいといった利点もある。
【符号の説明】
【０１１８】
１  ねじ軸
２  ナット
３  ねじ溝
４  ねじ溝
５  ボール
６  スペーサボール
１０  スペーサ
１１  凹面
１２  貫通孔
１３  小径ボール
１４  循環チューブ
Ｓ１  総隙間
Ｓ２  隙間
ｄｓ  スペーサの径
ＬＥＡＤ−Ｂ  先頭のボール
ＴＡＩＬ−Ｓ  最後尾のスペーサ
ＴＡＩＬ−Ｂ  最後尾のボール
２０  接点
２１  スリット
Ｌ  ボール間距離
ｄ  スペーサの凹面とボールの外周面との間隔
３１  案内レール
３２  スライダー
３３  往路
３３ａ，３３ｂ  軌道溝
３４  脚部
３５  ボール
３６  復路
３７  反転路
３８  凹面
３９  スペーサ
４０  中央部
４１  貫通孔
４２  十字状の溝
４３  台形状の窪み
【図１】
2010096356.tif 000004
【図２】
2010096356.tif 000005
【図３】
2010096356.tif 000006
【図４】
2010096356.tif 000007
【図５】
2010096356.tif 000008
【図６】
2010096356.tif 000009
【図７】
2010096356.tif 000010
【図８】
2010096356.tif 000011
【図９】
2010096356.tif 000012
【図１０】
2010096356.tif 000013
【図１１】
2010096356.tif 000014
【図１２】
2010096356.tif 000015
【図１３】
2010096356.tif 000016
【図１４】
2010096356.tif 000017
【図１５】
2010096356.tif 000018
【図１６】
2010096356.tif 000019
【図１７】
2010096356.tif 000020
【図１８】
2010096356.tif 000021
【図１９】
2010096356.tif 000022
【図２０】
2010096356.tif 000023
【図２１】
2010096356.tif 000024
【図２２】
2010096356.tif 000025
【図２３】
2010096356.tif 000026
【図２４】
2010096356.tif 000027
【図２５】
2010096356.tif 000028
【図２６】
2010096356.tif 000029
【図２７】
2010096356.tif 000030
【図２８】
2010096356.tif 000031
【図２９】
2010096356.tif 000032
【図３０】
2010096356.tif 000033
【図３１】
2010096356.tif 000034
【図３２】
2010096356.tif 000035
【図３３】
2010096356.tif 000036
【図３４】
2010096356.tif 000037
【図３５】
2010096356.tif 000038
【図３６】
2010096356.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月4日(2010.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸の外周面及びナットの内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝が形成され、双方のねじ溝により形成された螺旋状の循環路内に多数のボールが転動自在に配置されたボールねじ機構において、
隣接するボール間に、ボールに夫々対面する凹面を有するスペーサが介装され、前記スペーサは、循環路内の隣接するボール間に、幅寸法の異なる複数種のものが介装されていることを特徴とするボールねじ機構。
【請求項２】
前記螺旋状の循環路内に挿入した全てのボールと全てのスペーサとを一方に寄せ集めたと仮定したとき、先頭に当たるボールと最後尾に当たるスペーサとの間にできた隙間を総隙間と規定し、
この総隙間の間隔（Ｓ１）が零より大きく（Ｓ１＞０）、且つ
前記最後尾に当たる１個のスペーサを除去したと仮定したとき、先頭のボールと最後尾のボールとの隙間の間隔（Ｓ２）がスペーサの径（ｄｓ）の０．８倍より小さく（Ｓ２＜０．８×ｄｓ）なるように、
前記ボールとスペーサの個数が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷ボール間にスペーサを配置しても、負荷ボール数の減少を少なく抑えて負荷容量や剛性の低減を招来することがなく、しかも、負荷ボールとスペーサとの摩擦を極めて小さくして、スペーサの循環性を向上すると共に、ボール同士のせりあいによる作動性の悪化、騒音の発生、発生音質の悪化やボールの摩擦・損傷を防止したボールねじ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじ機構では、図３３に示すように、ねじ軸１の外周面及びナット２の内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝３，４が形成され、双方のねじ溝３，４により形成された螺旋状の循環路内に多数のボール５が転動自在に配置されている。ねじ軸１とナット２を相対的に回転させて一方を軸方向に移動させると、多数のボール５の転動を介してねじ軸１とナット２が滑らかに相対螺旋運動するようになっている。
【０００３】
このようなボールねじ機構では、ボール５がねじ溝３，４内に密に配置されており、個々のねじ溝３，４内を同方向に転動するが、その際、隣接するボール５，５同士の接触点では、互いに逆方向に転動するボール５が接触して、相互に転動を妨げる結果、この接触点ですべりを生じる。その結果、ボール５の自由な転動が妨げられ、ボール５の作動性が悪化され、ボール５の摩擦・損傷が生起され、トルク変動が生起されるといったこと、騒音が大きくなるといった種々の問題がある。
【０００４】
このような問題に対処するため、特開昭５６−１１６９５１号公報には、負荷を受けるボールの間に、ボールを互いに離間する弾性体が配置され、この弾性体の外側に、ボールと共に循環移動する環体が遊嵌された構成が開示されており、特開昭５７−１０１１５８号公報には、隣接するボール間に、シムを保持し、このシムにより、ボール同士のころがり摩擦を防止する構成が開示されている。
【０００５】
また、実開平１−１１３６５７号公報には、図３４に示すように、負荷を受けるボール５の間に、樹脂により形成されたスペーサボール６が介在され、これにより、ボール５のすべりを防止し、ボール５の作動性を改善し摩擦・損傷を抑制して、トルク変動等を防止した構成が開示されている。
【０００６】
ところで、上述したボールねじ機構に類似するものとして、軸方向に延在された案内レールと、これに跨ぐように設けられたスライダーとの間に、転動体としてのボールが介装されたリニアガイドがある。このようなボールねじ機構およびリニアガイドを総称して、本明細書では、直動装置と称し、この直動装置は、外方部材と、これに隙間を介して対向された内方部材との間に、多数のボールが配設され、これらボールの間にスペーサが介装されて構成されていると定義する。
【０００７】
例えば、リニアガイドであれば、角柱状の案内レールを跨いで断面コ字状のスライダーが搭載され、その案内レールの外側面とこれに対向するスライダーの内側面とにそれぞれ軌道溝が形成され、その軌道溝に多数の転動体としてのボールが装填されていて、それらの転動体の転動循環によりスライダーと案内レールとが相対的に直線運動をする。このタイプのリニアガイドの場合、スライダーが外方部材であり、案内レールが内方部材といえる。一方、他のタイプのリニアガイドとして、断面コ字状の案内レールの凹所に角形のスライダーが収まり、その案内レールの内側面とこれに対向するスライダーの外側面とにそれぞれ形成された軌道溝にボールが装填されているものがあるが、その場合は案内部材が外方部材でスライダーが内方部材である。
【０００８】
また、ボールねじ機構では、上述したように、内面に螺旋状のねじ溝を有するナットに、外面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸が挿入され、対向する両ねじ溝内に多数のボールが装填されていて、これらのボールの転動循環によりナットとねじ軸とが相対的に回転および直線運動する。したがって、ボールねじ機構の場合、ナットが外方部材であり、ねじ軸が内方部材である。
【０００９】
すなわち、直動装置の外方部材とは、リニアガイドにあっては、スライダーまたは案内レール、ボールねじ機構にあっては、ナットを指す。また、内方部材とは、リニアガイドにあっては、案内レールまたはスライダー、ボールねじ機構にあっては、ねじ軸を指すものとする。
【００１０】
このような直動装置に対応する従来技術として、特開平５−１２６１４８号公報に開示され、図３５に示すように、隣接するボール５，５間に、これらボール５，５に夫々対面する２個の凹面６，６を有するスペーサ７が配置されている。この凹面６の曲率（１／Ｒ）は、ボール５の曲率（１／ｒ）と同じになるように設定されている。また、特開昭６２−１１８１１６号公報に開示され、図３６に示すように、隣接するボール５，５の間に、中空で管状のスペーサ８が配置されている。このスペーサ８は、ボール５の径よりも小径の鋼製パイプを定寸切断して形成されたものである。さらに、特公昭４０−２４４０５号公報に開示されているように、隣接するボールの隔壁に、ボールに夫々対面する２個の凹面を有すると共に、この２個の凹面の最も肉厚が薄くなる箇所に、貫通孔が形成され、この貫通孔は潤滑油倉として使用されている。これは、転がり軸受のようにボールの自転および公転速度が高い場合に、焼付き防止等に使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述したボールねじ機構のみに対応する課題として特開昭５６−１１６９５１号公報や特開昭５７−１０１１５８号公報に開示されたボールねじ機構では、弾性体や環体、シム等のスペーサが介在されているため、負荷を受けるボールの個数が削減され、ボールねじ機構の負荷容量や剛性が低減されるといったことがあり、しかも、弾性体や環体、シム等のスペーサは、ねじ溝とのせりを生起するため、スペーサ倒れが生じ、スペーサの循環性が良好でないといったことがある。
【００１２】
また、実開平１−１１３６５７号公報に開示されたボールねじ機構では、図３４に示すように、負荷を受けるボール５の個数は、例えば１０個であるのに対し、スペーサボール６の個数は、例えば１０個であり、負荷を受けるボール５の間隔が離れ、負荷を受けるボール５の個数が約半分になってしまい、ボールねじ機構の負荷容量が減少し、剛性が低下するといったことがある。
【００１３】
一方、上述した従来技術に係る直動装置に対応する課題として、直動装置の作動性を考えた場合には、スペーサとボールとのすべり摩擦は極力小さいことが望ましいが、図３５に示すように、ボール５の曲率（１／ｒ）とスペーサ凹面６の曲率（１／Ｒ）を同じとした場合、スペーサの凹面全体でボールと接触しすべりを生じるため、摩擦力の増大・作動性の悪化という問題があった。
【００１４】
また、本直動装置においては、無限循環する各ボール列における最適な総隙間量の設定、すなわちスペーサを介装したときのボール間スパンの管理を行うために、スペーサの厚さを管理することは非常に重要な項目であるが、図３５に示すように、ボール５の曲率（１／ｒ）と同じ曲率（１／Ｒ）の凹面６を形成しようと狙ってスペーサ７を制作した場合、寸法のばらつきから、ボール５の曲率（１／ｒ）に対して、大小のものが存在することになり、特に、スペーサ７の凹面６の曲率（１／Ｒ）がボール５の曲率（１／ｒ）よりも小さい場合には、ボール５の間にスペーサ７を配置した時、ボール５が安定せず、ボール５の間の寸法（すなわち、スペーサ７の厚み）を測定することが極めて困難になることから、高精度を有するスペーサ７を制作することができないという問題があった。また、ボールを用いる直動装置において、スペーサは、ボールの径よりも小径である必要があるが、図３６に示すように、管状のスペーサ８の場合には、その厚みによって、管状のスペーサ８の内径が小さくなり、ボール５が安定し難く、ボール５を安定させるためには、管状のスペーサ８の外径を大きくするしかなく、そのためスペーサ８が循環中に他の部品と干渉してしまうという問題があった。さらに、特公昭４０−２４４０５号公報では、隔壁の貫通孔を潤滑油倉として使用し、これにより、転がり軸受のようにボールの自転および公転速度が高い場合に、焼付き防止しているが、直動装置においては、転がり軸受に比較して、非常に低速であることから、焼付きの問題は、殆ど発生せず、又従来例では貫通孔内の潤滑油の保持力が不十分であるといった問題があった。
【００１５】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、負荷ボール間にスペーサを配置しても、負荷ボール数の減少を少なく抑えて負荷容量や剛性の低減を招来することがなく、しかも、負荷ボールとスペーサとの摩擦を極めて小さくして、スペーサの循環性を向上すると共に、ボール同士のせりあいによる作動性の悪化、騒音の発生、発生音質の悪化やボールの摩擦・損傷を防止したボールねじ機構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】
【００１６】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係るボールねじ機構は、ねじ軸の外周面及びナットの内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝が形成され、双方のねじ溝により形成された螺旋状の循環路内に多数のボールが転動自在に配置されたボールねじ機構において、隣接するボール間に、ボールに夫々対面する凹面を有するスペーサが介装され、前記スペーサは、循環路内の隣接するボール間に、幅寸法の異なる複数種のものが介装されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項１によれば、後述する段落００６０に記載の如く循環路内の隙間の適切な設定が可能となり良好な作動性を有するボールねじ機構を提供できる。
【００１８】
また、本発明の請求項２は、前記螺旋状の循環路内に挿入した全てのボールと全てのスペーサとを一方に寄せ集めたと仮定したとき、先頭に当たるボールと最後尾に当たるスペーサとの間にできた隙間を総隙間と規定し、この総隙間の間隔（Ｓ１）が零より大きく（Ｓ１＞０）、且つ前記最後尾に当たる１個のスペーサを除去したと仮定したとき、先頭のボールと最後尾のボールとの隙間の間隔（Ｓ２）が前記スペーサの径（ｄｓ）の０．８倍より小さく（Ｓ２＜０．８×ｄｓ）なるように、前記ボールとスペーサの個数が設定されていることを特徴とする。
【００１９】
このように、本発明の請求項２によれば、循環路の総隙間が零より大きく設定され、且つ、１個のスペーサを除去したときの、先頭のボールと最後尾のボールとの隙間の間隔が上記のような数値関係に設定されている。そのため、循環路内の隙間が大き過ぎてスペーサが循環路内で倒れることがないと共に、この循環路内の隙間が小さ過ぎてボールとスペーサの摩擦により作動不良を招来するといったことがなく、この循環路内の隙間が適切に設定されていることから、循環路内でスペーサが約６０°以上に倒れることがなく、良好な作動性を維持することができる。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）は、本発明の第１参考例に係るボールねじ機構の側面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）に示したボールねじ機構に装着されたスペーサの断面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示したボールねじ機構のボールとスペーサとを拡大して示す図であり、（ｂ）は、ゴシックアーチ形状の説明図である。
【図３】図１の（ｂ）に示したボールねじ機構のスペーサを拡大してＣ方向より示す図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第１参考例の第１変形例に係るボールねじ機構の側面図であり、図４（ｂ）は、この第１変形例の原理を説明するための図である。
【図５】本発明の第１参考例の第２変形例に係るボールねじ機構の側面図である。
【図６】本発明の第１参考例の第３変形例に係るボールねじ機構の側面図である。
【図７】本発明の第１参考例の第４変形例に係るボールねじ機構の平面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るボールねじ機構の原理を説明する図であり、図８（ｂ）は、スペーサの断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るボールねじ機構の側面図である。
【図１０】本発明の実施の形態の変形例に係るボールねじ機構の側面図である。
【図１１】本発明の第２参考例に係るボールねじ機構のボールとスペーサとを拡大して示す図である。
【図１２】本発明の第２参考例に係るボールねじ機構の側面図である。
【図１３】本発明の第２参考例の変形例に係るボールねじ機構のボールとスペーサとを拡大して示す図である。
【図１４】本発明の第３参考例に係るリニアガイドの斜視図である。
【図１５】図１４に示したリニアガイドの断面図である。
【図１６】図１４に示したリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図１７】本発明の第３参考例の第１変形例に係るリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図１８】本発明の第３参考例の第２変形例に係るリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図１９】本発明の第３参考例の第３変形例に係るリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図２０】本発明の第３参考例の第４変形例に係るリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図２１】本発明の第３参考例の第５変形例に係るリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図２２】本発明の第３参考例の第６変形例に係るリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図２３】本発明の第３参考例の第７変形例に係るリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【図２４】（ａ）は、本発明の第４参考例に係るリニアガイドに装着されたスペーサの断面図であり、（ｂ）は、このスペーサの側面図である。
【図２５】本発明の第５参考例に係るリニアガイドに装着されたスペーサの断面図である。
【図２６】本発明の第５参考例の変形例に係るリニアガイドに装着されたスペーサの断面図である。
【図２７】本発明の実施の形態の実施例の実験結果を示すグラフである。
【図２８】本発明の実施の形態の比較例１の実験結果を示すグラフである。
【図２９】本発明の実施の形態の比較例２の実験結果を示すグラフである。
【図３０】本発明の実施の形態の比較例３の実験結果を示すグラフである。
【図３１】本発明の第５参考例の実施例の実験結果を示すグラフである。
【図３２】本発明の第５参考例の比較例の実験結果を示すグラフである。
【図３３】従来に係るボールねじ機構の側面図である。
【図３４】他の従来に係るボールねじ機構の側面図である。
【図３５】従来に係るボールとスペーサの断面図である。
【図３６】他の従来に係るボールとスペーサの断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の参考例又は実施の形態に係るボールねじ機構、および本発明の参考例に係る直動装置を図面を参照しつつ説明する。
【００３４】
図１（ａ）ないし図１３は、ボールねじ機構に係り、図１４ないし図２６は、リニアガイドに係るものである。
【００３５】
（第１参考例）
図１（ａ）は、本発明の第１参考例に係るボールねじ機構の側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示したボールねじ機構に装着されたスペーサの断面図であり、図２（ａ）は、図１に示したボールねじ機構のボールとスペーサとを拡大して示す図であり、図２（ｂ）は、ゴシックアーチ形状の説明図である。図３は、図１に示したボールねじ機構のスペーサを拡大して示す図である。
【００３６】
図１（ａ）に示すように、ねじ軸１の外周面及びナット２の内周面に、互いに対応する螺旋状のねじ溝３，４が形成され、双方のねじ溝３，４により形成された螺旋状の循環路内に多数のボール５が転動自在に配置されている。ねじ軸１とナット２を相対的に回転させて一方を軸方向に移動させると、多数のボール５の転動を介してねじ軸１とナット２が滑らかに相対螺旋運動されるようになっている。なお、本参考例に係るボールねじ機構のボール循環方法としては、循環駒式、エンドキャップ式、チューブ式等あらゆる種類に適用できる。
【００３７】
これら負荷を受けるボール５の間に、球体から形成された多数のスペーサ１０が介在されている。このスペーサ１０には、図１（ｂ）に示すように、球体から２個の凹面１１，１１が形成されている。
【００３８】
各凹面１１の断面は、中心位置が互いにずらされたゴシックアーチ形状の２個の円弧により形成されている。すなわち、ゴシックアーチ形状は、図２（ｂ）に示すように、半径Ｒの２個の円弧の中心位置が所定距離だけ互いにずらされて形成された形状である。図２（ａ）に示すように、各凹面１１の２個の円弧の中心位置（Ｘ，Ｘ）は、途中でボール５の中心位置（Ｙ）で交差されているが、所定距離だけ互いにずらされている。
【００３９】
このように、各凹面１１の断面がゴシックアーチ形状により形成されているため、図３に示すように、ボール５は、スペーサ１０の凹面１１に、符号Ｚで破線で示す円状に線接触することができる。
【００４０】
したがって、ボール５は、スペーサ１０の凹面１１に、極めて低摩擦で接触することができ、これらボール５とスペーサ１０とのすべり抵抗を小さくして、これらの摩擦を著しく小さくすることができる。そのため、スペーサ１０の循環性も良好であると共に、ボール５，５同士のせりあいによる作動性の悪化やボール５の摩擦・損傷を著しく向上することができ、トルク変動や騒音の問題を招来するといったこともない。
【００４１】
しかも、スペーサ１０の形状を従来のスペーサボールに比べて小さくできるため、負荷を受けるボール５の個数の低減を招来することもない。すなわち、図３４に示したスペーサボールを有するボールねじ機構では、負荷ボール５の個数が１０個であり、スペーサボール６の個数が１０個であるのに対し、図１（ａ）に示した第１実施の形態に係るボールねじ機構では、負荷ボール５の個数が１８個であり、スペーサ１０の個数が１８個であり、従来に比べて負荷ボール５の個数をほぼ倍増することができる。したがって、負荷ボール５の個数の低減に起因する負荷容量や剛性の低減を招来することがない。
【００４２】
なお、ボール５とスペーサ１０との個数割合は、図１（ａ）に示した例では、１：１であるが、この個数割合は、２：１または３：１であってもよいことは勿論である。
【００４３】
図４（ａ）は、本発明の第１参考例の第１変形例に係るボールねじ機構の側面図であり、図４（ｂ）は、この第１変形例の原理を説明するための図である。
【００４４】
スペーサ１０を形成するための球体の径をボール５と同一にした場合、図４（ｂ）に示すように、スペーサ１０の凹面１１にボール５が接触するように配置したとき、スペーサ１０がねじ溝３とせりあいすることになる。
【００４５】
従って、第１参考例の第１変形例では、図４（ａ）に示すように、２個のボール５，５の中心位置（Ｙ，Ｙ）の中点Ｃを、スペーサ１０を形成するための球体の中心とし、この中点Ｃからねじ溝３までの距離又は、それ以下を半径として、球体外径の直径（ｄ）を設定している。そのため、スペーサ１０がねじ溝３とせりあいするといったことがなく、スペーサ１０の径を小さくして、スペーサ１０をボール５間に安定して作動性良好に配置することができる。
【００４６】
図５は、本発明の第１参考例の第２変形例に係るボールねじ機構の側面図である。
【００４７】
第１参考例の第２変形例では、スペーサ１０の２個の凹面１１の間に、貫通孔１２が形成され、この貫通孔１２内に、潤滑グリース、含油樹脂等の潤滑剤が配置されている。この潤滑剤により、ボール５とスペーサ１０とのすべり抵抗をより一層小さくして、これらの摩擦を著しく小さくでき、スペーサ１０の循環性もより良好にすることができる。なお、本実施の形態に係るボールねじ機構のボール循環方法は、循環駒式、エンドキャップ式、チューブ式等あらゆる種類に適用できる。又、グリース、含油樹脂を使用すれば貫通孔１２への保持性も高まる。
【００４８】
図６は、本発明の第１参考例の第３変形例に係るボールねじ機構の側面図である。
【００４９】
第１参考例の第３変形例では、スペーサ１０の２個の凹面１１の間に、貫通孔１２が形成され、この貫通孔１２内に、小径ボール１３が配置されている。
【００５０】
この小径ボール１３は、ボール５ところがり接触し、スペーサ１０は、ボール５と点（線接触ではなく）接触する。そのため、ボール５とスペーサ１０とのすべり抵抗をより一層小さくして、これらの摩擦を著しく小さくでき、スペーサ１０の循環性もより良好にすることができる。
【００５１】
なお、本参考例に係るボールねじ機構のボール循環方法は、循環駒式、エンドキャップ式、チューブ式等あらゆる種類に適用できる。
【００５２】
図７は、本発明の第１参考例の第４変形例に係るボールねじ機構の平面図である。
【００５３】
第１参考例の第４変形例に係るボールねじ機構は、チューブ循環式のボールねじ機構であり、ねじ溝３，４内になるボール５及びスペーサ１０を循環するための循環チューブ１４が形成されている。
【００５４】
この循環チューブ１４にも、曲げアールが形成されているが、第１参考例の第４変形例では、この曲げアールの半径（Ｒ）は、ねじ軸１のねじ溝３のボールセンターダイアメータ（ＢＣＤ）の半径と同一に設定されている。これにより、スペーサ１０は、第１参考例の第１変形例において設定したスペーサ１０の球体外径の直径（ｄ）のままで、曲げアールのついた循環チューブ１４を作動性良好に通過することができる。
【００５５】
なお、上述した第１参考例に限定されず、種々変形可能である。例えば、スペーサ１０を形成するための材料は、鋼、含油樹脂、樹脂、又は含油焼結金属であってもよい。含油樹脂の場合には、含油樹脂から螺旋状のねじ溝循環路内に常時油を供給できるため、長期間にわたる潤滑機能を確保でき、メンテナンスフリーや耐摩耗性の向上を図ることができる。
【００５６】
（実施の形態）
図８（ａ）は、本発明の実施の形態に係るボールねじ機構の原理を説明する図であり、図８（ｂ）は、スペーサの断面図であり、図９は、本発明の実施の形態に係るボールねじ機構の側面図である。
【００５７】
本実施の形態では、図８（ａ）に示すように、ねじ溝３，４により形成された螺旋状の循環路内に挿入した全てのボール５と全てのスペーサ１０とを一方に寄せ集めたと仮定したとき、先頭に当たるボール（ＬＥＡＤ−Ｂ）と最後尾に当たるスペーサ（ＴＡＩＬ−Ｓ）との間にできた隙間を総隙間と規定し、この総隙間の間隔（Ｓ１）が零より大きく（即ち、Ｓ１＞０）、且つ最後尾に当たる１個のスペーサ（ＴＡＩＬ−Ｓ）を除去したと仮定したとき、先頭のボール（ＬＥＡＤ−Ｂ）と最後尾のボール（ＴＡＩＬ−Ｂ）との隙間の間隔（Ｓ２）がスペーサの径（ｄｓ、図８（ｂ）参照）の０．８倍より小さく（即ち、Ｓ２＜０．８×ｄｓ）なるように、ボール５とスペーサ１０の個数が設定されている。
【００５８】
このような隙間の間隔（Ｓ１，Ｓ２）の調整は、具体的には、図９に示すように、循環チューブ１４の切欠き高さ（ｈ）、ボール５のすくい上げ角度（γ）、および循環チューブ１４の曲げアールの半径（Ｒ）の設計値を変更することにより実現することができる。
【００５９】
このように、循環路の総隙間の間隔（Ｓ１）が、Ｓ１＞０に設定され、且つ、１個のスペーサ（ＴＡＩＬ−Ｓ）を除去したときの、先頭のボール（ＬＥＡＤ−Ｂ）と最後尾のボール（ＴＡＩＬ−Ｂ）との隙間の間隔（Ｓ２）が、Ｓ２＜０．８×ｄｓに設定されている。そのため、循環路内の隙間が大き過ぎてスペーサ１０が循環路内で倒れることがないと共に、この循環路内の隙間が小さ過ぎてボール５とスペーサ１０の摩擦により作動不良を招来するといったことがなく、この循環路内の隙間（Ｓ１，Ｓ２）が適切に設定されていることから、循環路内でスペーサ１０が約６０°以上に倒れることがなく、良好な作動性を維持することができる。
【００６０】
図１０は、本発明の実施の形態の変形例に係るボールねじ機構の側面図である。この変形例では、スペーサ１０の幅の異なるものを数種類準備する。例えば、図１０に示すように、スペーサ１０の幅がＡのものを数個、スペーサ１０の幅がＢのものを数個、スペーサ１０の幅がＣのものを数個、……、準備し、これらの幅の違いにより、上記の隙間の間隔（Ｓ１，Ｓ２）の調整を行っている。この場合にも、循環路内の隙間（Ｓ１，Ｓ２）が適切に設定されていることから、循環路内でスペーサ１０が約６０°以上に倒れることがなく、良好な作動性を維持することができる。なお、スペーサ１０の径を変更していないため、ナット２は特殊設計にする必要はない。
【００６１】
なお、上述した本実施の形態に限定されず、種々変形可能である。例えば、スペーサの凹断面形状はゴシックアーチではなく単一Ｒ、又はＵ形としても適用できる。
【００６２】
また、本実施の形態の実施例および比較例については、後述する。
【００６３】
（第２参考例）
図１１は、本発明の第２参考例に係るボールねじ機構のボールとスペーサとを拡大して示す図であり、図１２は、本発明の第２参考例に係るボールねじ機構の側面図である。
【００６４】
図１２に示す第２参考例に係るボールねじ機構は、チューブ循環式のボールねじ機構であり、ねじ溝３，４内になるボール５及びスペーサ１０を循環するための循環チューブ１４が形成されている。
【００６５】
この循環チューブ１４にも、曲げアールが形成されているが、本第２参考例においても、この曲げアールの半径（Ｒ）は、ねじ軸１のねじ溝３のボールセンターダイアメータ（ＢＣＤ）の半径と同一に設定されている。
【００６６】
図１１に示すように、スペーサ１０には、球体から２個の凹面１１，１１が形成されている。各凹面１１の断面は、中心位置が互いにずらされたゴシックアーチ形状の２個の円弧により形成されていてもよく、他の形状であってもよい。このスペーサ１０は、符号２０で示す接点でボール５に接触するようになっている。
【００６７】
本第２参考例では、スペーサ１０は、樹脂等の弾性変形可能な材質から形成され、スペーサ１０の外周面に、スリット２１が形成されている。これにより、スペーサ１０は、ボール５，５の間で、スリット２１の撓みにより弾性変形し、接点２０でボール５に接触すると共に、スペーサ１０の凹面１１とボール５の外周面との間隔（ｄ）を伸縮することができる。したがって、スペーサ１０を弾性変形させることにより、ボール５，５間の距離（Ｌ）を調整することができ、サーキット長に対するボール５とスペーサ１０の充填率を極めて容易に適正値に設定することができ、例えば、１種類のスペーサにより充填率を調整することができ、スペーサを数種類試作して種々に組み合わせるといった煩雑な設計作業を不要にすることができ、また、必要に応じて、充填率を１００％（即ち、ボールとスペーサ間の隙間を零）にすることもできる。
【００６８】
なお、スペーサ１０の弾性変形は、上記のスリット２１のように、構造的に弾性変形するものであってもよく、樹脂、ゴム等のように、材質そのもののみにより弾性変形するものであってもよい。
【００６９】
また、図１１に示すように、スペーサ１０の２個の凹面１１の間に、油たまりための貫通孔１２が形成されていてもよい。
【００７０】
図１３は、本発明の第２参考例の変形例に係るボールねじ機構のボールとスペーサとを拡大して示す図である。
【００７１】
この変形例では、スペーサ１０の凹面１１が若干円錐状に形成されており、スペーサ１０の凹面１１とボール５の外周面との間隔（ｄ）が図１１の場合より大きくされている。
【００７２】
また、スペーサ１０のスリット２１も、Ｖ字型形状に形成されている。この場合にも、スペーサ１０は、ボール５，５の間で、スリット２１の撓みにより弾性変形し、接点２０でボール５に接触すると共に、スペーサ１０の凹面１１とボール５の外周面との間隔（ｄ）を伸縮することができるため、ボール５，５間の距離（Ｌ）を調整することにより、サーキット長に対するボール５とスペーサ１０の充填率を極めて容易に適正値に設定することができる。
【００７３】
なお、上述した第２参考例に限定されず、種々変形可能である。
【００７４】
（第３参考例）
図１４は、本発明の第３参考例に係るリニアガイドの斜視図であり、図１５は、図１４に示したリニアガイドの断面図であり、図１６は、図１４に示したリニアガイドに装着されたボールと、これの間に介装されたスペーサとの断面図である。
【００７５】
図１４に示すように、横断面略角型の内方部材である案内レール３１の上に、外方部材である断面コ字状のスライダー３２が跨架されている。図１５に示すように、案内レール３１の左右両側面に、それぞれ軸方向に延びる円弧状の軌道溝３３ａが形成されている。
【００７６】
スライダー３２の左右両側の脚部３４にも、それぞれ軸方向に延びる円弧状の軌道溝３３ｂが形成されている。この案内レール３１の軌道溝３３ａと、スライダー３２の軌道溝３３ｂとにより、ボール３５の往路３３が構成されている。
【００７７】
また、スライダー３２の両脚部３４の往路３３より外側に、孔状の復路３６が形成されている。これら往路３３と、復路３６とは、その端部において、反転路３７により連通されている。これにより、往路３３、復路３６、および反転路３７により、ボール３５の循環路が構成されている。
【００７８】
さらに、図１６に示すように、隣接するボール３５，３５の間に、これらボール３５，３５に夫々対面する２個の凹面３８，３８を有するスペーサ３９が配置されている。この凹面３８の曲率（１／Ｒ）は、ボール３５の曲率（１／ｒ）に対し大きくとることによって、スペーサ３９は、隣接するボール３５，３５に、外縁部または外縁近傍部で線接触するように構成されている。
【００７９】
したがって、スペーサ３９は、より広い領域でボール３５を保持することができ、またスペーサ３９がボール３５を保持する保持代も極めて大きくとることができる。そのため、ボール３５が安定し易く、ボール３５の間の寸法（すなわち、スペーサ３９の厚み）の測定が容易となることから、高精度を有するスペーサ３９を制作することができる。
【００８０】
図１７は、本発明の第３参考例の第１変形例に係るボールとスペーサの断面図である。
【００８１】
この第１変形例では、スペーサ３９は、断面形状において、その両方の中央部４０，４０を逃がし、この中央部４０，４０と外縁部を直線的につないだ形状を有している。これにより、スペーサ３９は、隣接するボール３５，３５に、外縁部または外縁近傍部で線接触するように構成され、ボール３５が安定し易くされている。
【００８２】
図１８は、本発明の第３参考例の第２変形例に係るボールとスペーサの断面図である。
【００８３】
この第２変形例では、隣接するボール３５，３５の間に、これらボール３５，３５に夫々対面する２個の凹面３８，３８を有するスペーサ３９が配置されている。この凹面３８の断面は、第１参考例で説明した場合と同様に、中心位置が互いにずらされたゴシックアーチ形状の２個の円弧により形成されている。これにより、第１参考例と同様に、ボール３５は、スペーサ３９の凹面３８に、極めて低摩擦で接触することができ、これらボール３５とスペーサ３９とのすべり抵抗を小さくすることができると共にボール３５が安定し易くなる。そのため、スペーサ３５の循環性も良好であると共に、ボール３５，３５同士のせりあいによる作動性の悪化やボール３５の摩擦・損傷を著しく向上することができ、トルク変動、動摩擦変動や騒音の問題を招来するといったこともない。
【００８４】
図１９、図２０、および図２１は、それぞれ、本発明の第３参考例の第３、第４、および第５変形例に係るボールとスペーサの断面図である。
【００８５】
これら第３、第４、および第５変形例では、上述した第３参考例および第１、第２変形例において、スペーサ３９の中央部に、それぞれ、貫通孔４１が形成されている。例えば、この貫通孔４１内に、潤滑グリース、含油樹脂等の潤滑剤が設けられれば、これらの保持性がよくなる。この潤滑剤により、ボール３５とスペーサ３９とのすべり抵抗をより一層小さくして、これらの摩擦を著しく小さくでき、スペーサ３９の循環性もより良好にすることができる。
【００８６】
図２２および図２３は、それぞれ、本発明の第３参考例の第６および第７変形例に係るボールとスペーサの断面図である。
【００８７】
これら第６および第７変形例では、上述した第１および第２変形例において、スペーサ３９の外縁部が面取り処理され、スペーサ３９の外縁近傍部が、ボール３５に接触するように構成されている。この場合にも、ボール３５が安定し易くされている。また、スペーサ３９のボール３５と接触する凹面部の摩耗・へたりを抑えることにより、スペーサ３９の耐久性の向上をはかっている。
【００８８】
なお、上述した第３参考例に限定されず、種々変形可能である。例えば、第６および第７変形例以外では、ボール３５が接触するスペーサ３９の外縁部は、エッジ状に形成してあるが、Ｃ面取り、またはＲ面取りを施してもよい。
【００８９】
（第４参考例）
図２４（ａ）は、本発明の第４参考例に係るリニアガイドに装着されたスペーサの断面図であり、（ｂ）は、このスペーサの側面図である。
【００９０】
図２４（ａ）（ｂ）に示すように、本第４参考例では、図１６に示すようなスペーサ３９の両側面に、十字状の溝４２が形成され、これにより、この十字状の溝４２の交差部には、４個に等配された外縁部ａ，ｂ，ｃ，ｄが形成されている。したがって、ボール３５は、これら４個に等配された外縁部ａ，ｂ，ｃ，ｄに接触できるため、ボール３５は、スペーサ３９に、極めて低摩擦で接触することができ、これらボール３５とスペーサ３９とのすべり抵抗を小さくして、ボール３５とスペーサ３９の循環性を向上することができる。
【００９１】
また、この十字状の溝４２を介して、スペーサ３９とボール３５との間に、潤滑剤を取り入れることができ、ボール３５とスペーサ３９とのすべり抵抗をより一層小さくすることができる。
【００９２】
なお、上述した第４参考例に限定されず、種々変形可能である。例えば、ボール３５が接触する外縁部ａ，ｂ……は、必ずしも４個に等配されている必要はなく、少なくとも３個以上に配されていればよい。また、ボール３５が接触するのは、外縁部である必要はなく、外縁近傍部であってもよい。さらに接触面積を極力小さくでき、かつ、ボール３５を安定して保持できれば、スペーサ３９の凹面の任意の３箇所以上の位置でもよい。さらにまた、ボール３５が接触するスペーサ３９の外縁部は、エッジ状に形成してあるが、Ｃ面取り、またはＲ面取りを施してもよい。
【００９３】
（第５参考例）
図２５は、本発明の第５参考例に係るリニアガイドに装着されるスペーサの断面図である。
【００９４】
図２５に示すように、本第５参考例では、隣接するボール３５，３５の間に、これらボール３５，３５に夫々対面する２個の凹面３８，３８を有するスペーサ３９が配置されている。スペーサ３９は、この２個の凹面３８の最も肉厚が薄くなる箇所に、貫通孔４１を有している。したがって、スペーサ３９の貫通孔４１により、ボール３５とスペーサ３９との接触面積が格段に小さくなり、トルク変動、動摩擦力変動を極めて著しく小さくすることができると共に、貫通孔４１は、凹面３８の最も肉厚が薄くなる箇所に形成しているため、強度面への影響も著しく小さいといった利点もある。
【００９５】
図２６は、本発明の第５参考例の変形例に係るリニアガイドに装着されるスペーサの断面図である。
【００９６】
この変形例では、スペーサ３９の両側面に、上記の凹面３８に代えて、略台形状の窪み４３，４３が形成されており、スペーサ３９の肉厚が最も薄くなる箇所に、貫通孔４１が形成されている。したがって、この場合にも、ボール３５とスペーサ３９との接触面積が格段に小さくなると共に、強度面への影響も著しく小さくすることができる。
【００９７】
なお、上述した第５参考例に限定されず、種々変形可能である。
【００９８】
また、本第５参考例の実施例および比較例については、後述する。
【実施例】
【００９９】
上述した実施の形態に関して、実施例および比較例を以下のように行った。
【０１００】
（実施の形態の実施例）
上述した実施の形態の実施例として、径ｄｓが５．６ｍｍのスペーサ（リテーニングピース）を挿入したボールねじ機構を準備し、表１に示すように、充填率を９９．０％、上述した総隙間の間隔（Ｓ１）を３．６ｍｍ、隙間の間隔（Ｓ２）を４．４ｍｍ、Ｓ２／ｄｓを０．７９とした。
【０１０１】
【表１】
2010096356.tif 000040
【０１０２】
この実施例の実験結果を図２７に示す。このように、トルクの微小変動が極めて少ないことから、作動状態が良好であることが確認された。
【０１０３】
（実施の形態の比較例１）
比較例１として、スペーサ（リテーニングピース）を挿入したボールねじ機構を準備し、表１に示すように、充填率を１００．６％、上述した総隙間の間隔（Ｓ１）を０以下、隙間の間隔（Ｓ２）を０．８ｍｍ、Ｓ２／ｄｓを０．１４とした。この比較例１の実験結果を図２８に示す。総隙間等を小さく設定しすぎていることから、トルクの微小変動が上記実施例の場合（図２７）に比べて大きく、作動状態があまり良くないことが確認された。
【０１０４】
（実施の形態の比較例２）
比較例２として、スペーサ（リテーニングピース）を挿入したボールねじ機構を準備し、表１に示すように、充填率を９７．３％、上述した総隙間の間隔（Ｓ１）を１０．７ｍｍ、隙間の間隔（Ｓ２）を１１．５ｍｍ、Ｓ２／ｄｓを２．１とした。
【０１０５】
この比較例２の実験結果を図２９に示す。初期の作動は良好であったが、総隙間等を大きく設定しすぎていることから、ストローク中に良好な作動状態を維持できず、ロックした。
【０１０６】
（実施の形態の比較例３）比較例３として、スペーサを用いないボールねじ機構を準備し、表１に示すように、充填率を９６．５％とした。
【０１０７】
この比較例３の実験結果を図３０に示す。トルクの微小変動が上記実施例の場合（図２７）に比べて若干大きく、作動状態は、比較的良好であるが、実施例（図２７）に比べると劣ることが確認された。
【０１０８】
次に、第５参考例の実施例と比較例を示す。
【０１０９】
（第５参考例の実施例および比較例）
図３１に示すように、実施例では、スペーサに貫通孔が形成されている場合の動摩擦力が測定された。図３２に示すように、比較例では、スペーサに貫通孔が形成されていない場合の動摩擦力が測定された。実施例（図３１）では、比較例（図３２）に比べて、動摩擦力の変動が極めて著しく格段に低減されたことが確認された。
【０１１０】
なお、上記実施例にかかるスペースのいくつかのものについて断面はゴシックアーチ形状のものについて説明したが、ゴシックアーチ形状でなくとも、例えば単一ＲやＶ形の断面でも適用できる。
【０１１１】
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、段落００６０に記載の如く循環路内の隙間の適切な設定が可能となり良好な作動性を有するボールねじ機構を提供できる。
【０１１２】
また、本発明の請求項２の発明によれば、循環路の総隙間が零より大きく設定され、且つ、１個のスペーサを除去したときの、先頭のボールと最後尾のボールとの隙間の間隔が上記のような数値関係に設定されている。そのため、循環路内の隙間が大き過ぎてスペーサが循環路内で倒れることがないと共に、この循環路内の隙間が小さ過ぎてボールとスペーサの摩擦により作動不良を招来するといったことがなく、この循環路内の隙間が適切に設定されていることから、循環路内でスペーサが約６０°以上に倒れることがなく、良好な作動性を維持することができる。
【０１１３】
【０１１４】
【０１１５】
【０１１６】
【０１１７】
【符号の説明】
【０１１８】
１ ねじ軸
２ナット
３ねじ溝
４ねじ溝
５ボール
６スペーサボール
１０スペーサ
１１凹面
１２貫通孔
１３小径ボール
１４循環チューブ
Ｓ１総隙間
Ｓ２隙間
ｄｓスペーサの径
ＬＥＡＤ−Ｂ先頭のボール
ＴＡＩＬ−Ｓ最後尾のスペーサ
ＴＡＩＬ−Ｂ最後尾のボール
２０接点
２１スリット
Ｌボール間距離
ｄスペーサの凹面とボールの外周面との間隔
３１案内レール
３２スライダー
３３往路
３３ａ，３３ｂ軌道溝
３４脚部
３５ボール
３６復路
３７反転路
３８凹面
３９スペーサ
４０中央部
４１貫通孔
４２十字状の溝
４３台形状の窪み