(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にねじ溝を有するねじ軸と、内周面にねじ溝を有するナットとを、これらねじ溝によって構成された転走路中を転動する多数のボールを介して螺合し、前記ねじ軸と前記ナットとをこれらの相対回転に基づいてねじ軸の軸線方向に相対移動させてなるボールねじにおいて、
前記ナットの受ける荷重が当該ナットの軸方向において方向性を有し、前記ナットのねじ溝のみをオフセットし、かつ、前記ナットの高負荷を受け持つ側の有効巻数をナットの低負荷を受け持つ側の有効巻数よりも多くしたことを特徴とするボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじ軸とナットとを多数のボールを介して螺合させたボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ねじ軸とナットとをこれらのねじ溝に配した多数のボールによって螺合し、例えば、ねじ軸の回転運動をボールを介してナットの直線運動に変換するボールねじにおいて、ねじ軸とナットとのバックラッシの低減や全体の剛性の増大を目的として予圧を与える技術が知られている。
【０００３】
例えば、２個のナットを適宜な厚さのスペーサや圧縮ばねによって連結し、両ナット側のねじ溝の位置をねじ軸側のねじ溝に対してオフセットさせることで予圧を付与するダブルナットタイプの第１のボールねじがある。この第１のボールねじは、部品点数が多く、ナット全体としての軸線方向の長さが比較的長くなってしまう。
【０００４】
また、第２のボールねじとして、ねじ溝にこれよりも大きい鋼球を圧入することで予圧を行うものがある。このものは、部品点数が少なく、ナット全体としての軸線方向の長さが比較的短くなるが、ねじ溝の高い加工精度が要求され、ボールを圧入するため組立性及び作動性に劣る。上述のいずれの長所をも兼ね備えるボールねじが、例えば、実開昭６３−１１０７５７号公報に提案されている。この第３のボールねじは、ねじ軸のねじ溝とナットとのねじ溝とを多条に形成し、ナット側の各ねじ溝間のピッチは同じにする一方、ねじ軸側の各ねじ溝間のピッチを一部変更するものである。これによると、前述の第１、第２のボールねじの短所、すなわち、部品点数が多いこと、ナットの長さが長くなること、ねじ溝の高い加工精度が必要であること、組立性及び作動性に劣ること等の短所を解消しつつ、有効に予圧を付与することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の第３のボールねじの場合ねじ軸側のねじ溝ピッチを変更するためナットより長いねじ軸の全長にわたりピッチを管理する必要があり、管理が難しい。
【０００６】
また、例えば、高速横型マシニングセンタにおいて、そのＹ軸（垂直軸）に沿ってねじ軸を垂直に配置し、ナットに主軸頭（ヘッド）を固定して、ねじ軸の回転に伴うナットの上昇時に切削加工を行うような場合、切削荷重の他にヘッドの自重が一方向荷重として常にボールねじに作用することになる。この一方向荷重を受ける部分がボールねじとしての寿命を決定づけることになる。ねじ溝のオフセットによりこの一方向荷重を受ける側とそうでない側の負荷ボール群が生ずるがそのうちこの一方荷重を受ける側のみが問題となる。
【０００７】
ところが、上述のマシニングセンタの例では、第３のボールねじは、これら負荷のアンバランスに対応するようには設定されていない。すなわち、ボールが収納された転走路全体の巻数を総巻数とした場合に、この総巻数のうち、一方向荷重を受ける側の巻数とそうでない側の巻数との関係について、その方向性を考慮した設定となっていない。このため、ボールねじを上述のマシニングセンタのように、ナットの受ける荷重がナットの軸方向において方向性のある用途に使用し、例えば一方向荷重を受ける側の有効巻数を高荷重に耐え得るように設定すると、これに応じてそうでない側の有効巻数が必要以上に多くなってしまう。この結果、ナットの軸線方向の長さが必要以上に長くなるといった問題が発生する。
【０００８】
なお、このような問題は、上述の第１および第２のボールねじを一方向性荷重用途に使用した場合にも当てはまり、第１の有効巻数を高荷重に耐え得るように設定すると、これに応じて第２の有効巻数が必要以上に多くなってしまい、ナットの軸線方向の長さが必要以上に長くなる。
【０００９】
本発明は、上述のボールねじを、ナットの受ける荷重がナットの軸方向において方向性がある使用に際して生じる従来のボールねじの問題点を解決することを課題としてなされたものであり、その目的とするところは、十分な負荷容量を確保し、適度な予圧を付与することができ、しかも、ナットの軸線方向の長さを短くすることのできるボールねじを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための、請求項１に係る本発明は、外周面にねじ溝を有するねじ軸と、内周面にねじ溝を有するナットとを、これらねじ溝によって構成された転走路中を転動する多数のボールを介して螺合し、前記ねじ軸と前記ナットとをこれらの相対回転に基づいてねじ軸の軸線方向に相対移動させてなるボールねじにおいて、前記ナットの受ける荷重が当該ナットの軸方向において方向性を有し、前記ナットのねじ溝のみをオフセットし、かつ、前記ナットの高負荷を受け持つ側の有効巻数をナットの低負荷を受け持つ側の有効巻数よりも多くしたことを特徴とする。
【００１１】
この発明によると、上述のように、前記ナットの高負荷を受け持つ側の有効巻数をナットの低負荷を受け持つ側の有効巻数よりも多くすることにより、高荷重側の負荷容量を多くして高荷重に耐えるようにすることができ、しかも、低荷重側の有効巻数を必要最小限、例えば、予圧を付与するに十分な有効巻数に設定することができる。すなわち、高い荷重に耐え、しかも必要な予圧を付与できるものでありながら、転走路全体の総巻数を減らしてナットの軸線方向長さを短縮することができる。
【００１２】
また、上記のボールねじにおいて、前記ねじ軸の外周面と前記ナットの内周面とのそれぞれに３条以上の同数のねじ溝を形成することができ、前記ねじ軸側の複数のねじ溝のピッチを等しく設定するとともに、前記ナット側の複数のねじ溝のうちの少なくとも１本のねじ溝を前記ねじ軸側のねじ溝に対応する位置からオフセットさせた位置に形成して予圧を付与することにより、前記ボールを収納した転走路の総巻数のうち、前記ナットの高荷重を受ける転送路の有効巻数を、前記ナットの低荷重を受ける転送路の有効巻数よりも多く設定することができる。
【００１３】
この場合も、上述のように、一方向荷重を受ける側の有効巻数を、そうでない側の有効巻数よりも多く設定することにより、高荷重側の負荷容量を多くして高荷重に耐えるようにすることができ、しかも、低荷重側の有効巻数を必要最小限に設定することができる。すなわち、高荷重に耐え、また必要な予圧を付与することと、転走路全体の総巻数を減らしてナットの軸線方向長さを短縮することとを両立させることができる。
【００１４】
また、上記のボールねじにおいて、前記ねじ軸側及び前記ナット側のねじ溝の条数を奇数に設定することができる。
【００１５】
この場合、オフセットされるねじ溝の本数と、オフセットされないねじ溝の本数とがおのずから異なることになるので、これらのうち、本数の多い方を高荷重側に振り当て、本数の少ない側を低荷重に振り当てることにより、請求項１と同様の作用効果を上げることができる。すなわち、高荷重に耐え、また必要な予圧を付与することと、転走路全体の総巻数を減らしてナットの軸線方向長さを短縮することとを両立させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
〈第１実施形態〉
本発明に係るボールねじは、循環チューブ方式、循環駒方式、及びエンドキャップ方式のいずれの方式のボールねじに対しても適用することが可能であるが、以下では、循環チューブ方式のものに適用した例を示す。
【００１８】
まず、図１、図２を参照して、本発明の基礎となる、ねじ溝が１条の循環チューブ方式のボールねじの全体構成を説明する。なお、図１は平面図、また図２は図１における軸線方向に直角な縦断面図である。ただし、図２中のボール循環チューブについては、ボール通路に沿った断面を示している。
【００１９】
これらの図に示すボールねじ１０は、ねじ軸２０と、ナット３０と、ボール循環チューブ４０と、ボール５０とを主要構成部材として構成されている。ねじ軸２０は、軸線Ｃに沿って長く形成された軸部材であり、外周面には、ねじ溝２１が形成されている。ねじ溝２１は、図１に示すように、断面が円弧状に形成されるとともに、軸線Ｃに沿って螺旋状に形成されている。同図に示すねじ溝２１は１条であり、したがって、軸線Ｃ方向に隣接するねじ溝２１間の距離、すなわちピッチＰと、ねじ軸２０を１回転させたときにナット３０が軸線Ｃに沿って進む距離、すなわちリードＬとが等しくなっている。なお、後述のねじ溝が３条のボールねじにおいては、Ｌ＝３Ｐとなる。
【００２０】
ナット３０は、円筒状の部材であり、その内周面には、ねじ溝３１が、ねじ軸２０のねじ溝２１に対応するように軸線Ｃに沿って螺旋状に形成されている。このねじ溝３１も１条であり、したがって、ナット３０のねじ溝３１においても、ねじ軸２０と同様、ピッチＰとリードＬとが同じに設定されている。ナット３０のねじ溝３１と、上述のねじ軸２０のねじ溝２１との間には、断面がほぼ円形で全体として螺旋状の転走路３２が構成される。なお、この転走路３２には後述のボール５０が転動するものである。ナット３０の外周面の一部には、平面部３３が形成されており、この平面部３３には、軸線Ｃ方向についての一方の端部と他方の端部とにぞれぞれ透孔３４、３５が穿設されている。これら透孔３４、３５は、それぞれ上述の螺旋状の転走路３２の一方の端部と他方の端部とに連通している。
【００２１】
ボール循環チューブ４０は、パイプ状の部材をＵ字形に湾曲させて形成したものである。ボール循環チューブ４０は、平面部３３にねじ止めされた取付板６０によって固定されている。ボール循環チューブ４０の一方の端部４１と他方の端部４２とは、それぞれ上述のナット３０の透孔３４、３５に挿入されている。ボール循環チューブ４０の内側には、次に説明するボール５０の復路となる循環路４３が形成されており、この循環路４３は、往路となる前述の転走路３２とともに、閉ループ４４を構成している。
【００２２】
ボール５０は、多数のものが、上述の閉ループ４４中に装填されている。ボール５０は、転走路３２内を転動しながら移動し、また、循環路４３中を移動することで、閉ループ４４中を循環するようになっている。前述のねじ軸２０とナット３０とは、このボール５０を介して螺合されている。
【００２３】
上述構成のボールねじ１０は、次のように動作する。ねじ軸２０とナット３０とが相対回転することにより、転走路３２中をボール５０が転動し、これにより、ねじ軸２０とナット３０とが軸線Ｃ方向に相対移動する。なお、以下の説明においては、説明の便宜上、ねじ軸２０の回転運動が、ボール５０を介してナット３０の軸線Ｃ方向の直線運動に変換されるものとして説明する。
【００２４】
以上で、本実施形態のボールねじの基礎となるボールねじ１０の説明を終える。
【００２５】
次に、図３、図４、及び図５を介して、第１実施形態に係るボールねじ６０について説明する。なお、これらの図は、この順に、平面図、正面図（軸線Ｃ方向から見た図）、軸心Ｃを含む断面図の一部拡大図である。
【００２６】
これらの図に示すボールねじ６０は、ねじ軸２０の外周面には３条のねじ溝１ａ、２ａ、３ａが形成されており、また、ナット３０の内周面には３条のねじ溝１ｂ、２ｂ、３ｂが形成されている。そして、これらのねじ溝によって、転走路１、２、３が構成され、これらにはボール１ｃ、２ｃ、３ｃが介装されている。すなわち、１本のねじ軸２０と、１個のナット３０と、３個のボール循環チューブ４０と、多数のボール１ｃ、２ｃ、３ｃ等によって、図１、及び図２に示すボールねじ１０の３個分に相当する構成となっており、３個分であるという点を除けば、基本的な構成は、ボールねじ１０と同様となっている。
【００２７】
以下、相違点を中心に、ボールねじ６０について詳述する。なお、図１、及び図２に示すボールねじ１０と同様の構成部材等については、同様の符号を付してその重複説明は省略するものとする。
【００２８】
ねじ軸２０の外周面に形成された３本のねじ溝１ａ、２ａ、３ａは、それぞれの間の軸線Ｃ方向の距離、すなわちピッチＰが等しくなるように形成されている。そして、ピッチＰとリードＬとの関係は、Ｌ＝３Ｐとなる。これに対し、ナット３０の３条のねじ溝１ｂ、２ｂ、３ｂについては、Ｌ＝３Ｐの関係はそのまま成立するものの、１部のピッチが変更されている。すなわち、ねじ溝２ｂとねじ溝３ｂとの間のピッチは、Ｐに設定されているが、ねじ溝１ｂとねじ溝２ｂとの間のピッチは、Ｐよりも少し長い、Ｐ＋Δ（ただし、Δ＞０）に設定されている。したがって、Ｌ＝３Ｐの関係を維持するため、ねじ溝１ｂと隣接するねじ溝３ｂの間のピッチは、Ｐ−Δとなる。すなわち、ピッチＰの等しいねじ軸２０側のねじ溝１ａ、２ａ、３ａを基準にしていうと、ナット３０側の３条のねじ溝１ｂ、２ｂ、３ｂのうちの、ねじ溝２ｂ、３ｂは、それぞれねじ軸２０側のねじ溝２ａ、３ａに対応させて形成し、残りのねじ溝１ｂは、ねじ溝１ａに対して、図５中で右方にΔだけオフセットさせた位置に形成している。ナット３０側のねじ溝１ｂのみをこのようにΔだけオフセットさせることにより、各転走路１、２、３中にボール１ｃ、２ｃ、３ｃを介装した後においては、ねじ軸２０側のねじ溝２ａ、３ａに対して、ナット３０側のねじ溝２ｂ、３ｂが同図中の左方にΔ／２だけずれ、また、ねじ溝１ａに対してねじ溝１ｂが同図中の右方にΔ／２だけずれることになる。
【００２９】
このようなずれによって、各ボール１ｃ、２ｃ、３ｃと、各ねじ溝１ａ、２ａ、３ａ及びねじ溝１ｂ、２ｂ、３ｂとの接触点が図５R>５に示すようにずれる。すなわち、ボール３ｃにあっては、ねじ溝３ａ中の左半部の点Ａ３とねじ溝３ｂ中の右半部の点Ｂ３との２点で接触し、同様にボール２ｃでも点Ａ２、Ｂ２で接触する。これに反し、ボール１ｃにあっては、逆に、ねじ溝１ａ中の右半部の点Ａ１とねじ溝１ｂ中の左半部の点Ｂ１との２点で接触することになる。ここで、点Ａ１と点Ｂ１、点Ａ２と点Ｂ２、点Ａ３と点Ｂ３を結ぶ直線をそれぞれ接触線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３とすると、接触線Ｃ３と接触線Ｃ２との傾斜方向が同じになり、接触線Ｃ１の傾斜方向だけが逆向きになる。
【００３０】
上述の構成においては、ナット３０に負荷される矢印Ｆ１方向の荷重に対しては、転走路２及び転走路３に収納されているボール２ｃ及びボール３ｃが有効に作用することになり、この場合には、転走路２及び転走路３の巻数の合計が矢印Ｆ１方向の荷重に対する有効巻数ということになる。一方、ナット３０に負荷される矢印Ｆ２方向の荷重に対しては、転走路１に収納されているボール１ｃが有効に作用することになり、この場合には、転走路１の巻数の合計が矢印Ｆ２方向の荷重に対する有効巻数ということになる。ここで、一般に、ボールねじの負荷容量は、有効巻数にほぼ比例するので、図５に示すボールねじ６０においては、ナット３０に対する矢印Ｆ１方向の荷重に対する負荷容量が、矢印Ｆ２方向の荷重に対する負荷容量のほぼ２倍であるといえる。
【００３１】
したがって、図５に示すボールねじ６０を、例えば、工作機械等に実装する際の向きとしては、ナット３０に加わる荷重のうちＦ１の向きに大きな荷重が加わる向きとするのがよい。なお、ここでいう低荷重とは、予圧を付与することができさえすればよいという程度も含むものとする。
【００３２】
また、図５に示すボールねじ６０を前述の高速横型マシニングセンタに装着する際には、同図中の右方を実際の上方に向けた状態でセットするとよい。なお、上述の実施例においては、ピッチのずれであるΔを適宜に変更させることによっても、予圧の大きさや負荷容量を変化させることが可能である。さらに具体的な数値をあげて説明する。
【００３３】
図５に示すボールねじ６０において、ねじ軸２０の軸径を４０ｍｍ、ピッチＰを１０ｍｍ、ボール１ｃ、２ｃ、３ｃを直径６．３５０ｍｍの鋼球とする。また、高荷重側は、転走路２が２．５巻と転走路３が２．５巻の計５巻となるのに対して、低荷重側は転走路１の２．５巻となる。これらを基に、基本動定格荷重Ｃａを求めると、
高荷重側では、Ｃａ＝５３００ｋｇｆ 、
低荷重側では、Ｃａ＝２９２０ｋｇｆ 、
となり、前者が後者のほぼ２倍となることがわかる。
【００３４】
上述のように、ナット３０の高荷重側を受ける側の有効巻数を、低荷重を受ける側の有効巻数よりも多く設定することにより、高荷重側の負荷容量を多くして高荷重に耐えるようにすることができる。このとき、低荷重側の有効巻数は、必要最小限、例えば、予圧を付与するに十分な有効巻数に設定するとよい。これらにより、ナット３０における転走路全体の総巻数を減らしてナット３０の軸線方向長さを短くすることが可能となる。
【００３５】
上述の実施の形態においては、ねじ軸２０及びナット３０のねじ軸が３条の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、原理的には、ねじ溝が４条以上のすべてのボールねじに対しても同様に適用することができる。この場合、ナット３０側の複数のねじ溝のうち、オフセットさせるねじ溝の数と、オフセットさせないねじ溝の数とが異なるようにし、ボールねじの負荷容量の大小と、ナット３０に係る荷重の大小とを対応させるようにすればよい。
【００３６】
なお、ねじ軸２０及びナット３０に形成するねじ溝の条数を、３条以上の奇数に設定した場合においては、オフセットされるねじ溝の本数と、オフセットされないねじ溝の本数とがおのずから異なることになるので、これらのうち、本数の多い方を高荷重側に振り当て、本数の少ない側を低荷重に振り当てることにより、５条以上のものについても上述の図５に示す３条のものと同様の作用効果を上げることができる。すなわち、高荷重に耐え、また必要な予圧を付与することと、転走路全体の総巻数を減らしてナットの軸線方向長さを短縮することとを両立させることができる。
【００３７】
〈第２実施形態〉
次に、図６を参照して、第２実施形態に係るボールねじ１６０について説明する。なお、図６（ａ）は、ボールねじ１６０の平面図であり、図６（ｂ）は、ボールねじ１６０の断面構造を説明する図である。
【００３８】
図示のボールねじ１６０は、ねじ軸１２０と、ダブルナット１３０とを備える。ねじ軸１２０の外周面には１条のねじ溝１０１ａが形成されている。また、ダブルナット１３０は一対の異なるナット１３０Ａ、１３０Ｂを適当な間座１３８を介して固定したものであり、第１ナット１３０Ａの内周面には、総巻数が約３．５巻で１条のねじ溝１０１ｂが形成され、第２ナット１３０Ｂの内周面には総巻数が約１．５巻で１条のねじ溝１０１ｃが形成されている。そして、内側のねじ溝１０１ａと外側のねじ溝１０１ｂとによって第１転走路１０１ｄが構成され、内側のねじ溝１０１ａと外側のねじ溝１０１ｃとによって第２転走路１０１ｆが構成され、これらのそれぞれにはボール１０１が介装されている。なお、各ナット１３０Ａ、１３０Ｂには、それぞれの転走路１０１ｄ、１０１ｆの透孔に連通するボール循環チューブ１４０Ａ、１４０Ｂがそれぞれ設けられており、各ボール循環チューブ１４０Ａ、１４０Ｂは、各ナット１３０Ａ、１３０Ｂの平面部１３３Ａ、１３３Ｂに取付板１６０Ａ、１６０Ｂで固定されている。
【００３９】
ねじ軸１２０の外周面に形成されたねじ溝１０１ａは、ピッチＰが一定でリードＬと等しくなるように形成されている。また、第１ナット１３０Ａの内周面に形成されたねじ溝１０１ｂは、ピッチＰが一定でリードＬと等しくなるように形成されており、第２ナット１３０Ｂの内周面に形成されたねじ溝１０１ｃも、ピッチＰが一定でリードＬと等しくなるように形成されている。ただし、ねじ溝１０１ｂとねじ溝１０１ｃとの間の軸線Ｃ方向の距離は、間座１３８の厚みを調節することによってピッチＰの正数倍よりも少し長い、ｎ・Ｐ＋α（ただし、ｎは正数で、α＞０）に設定されている。
【００４０】
すなわち、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１ａを基準にしていうと、第１ナット１３０Ａ側のねじ溝１０１ｂは、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１ａに対応させて形成し、第２ナット１３０Ｂ側のねじ溝１０１ｃは、ねじ溝１０１ａに対して、図６中で右方にαだけオフセットさせた位置に形成している。つまり、各転走路１０１ｄ、１０１ｄ中にボール１０１を介装した後においては、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１ａに対して、第１ナット１３０Ａ側のねじ溝１０１ｂが同図中の左方にα／２だけずれ、また、第２ナット１３０Ｂ側のねじ溝１０１ｃに対して同図中の右方にα／２だけずれることになる。
【００４１】
このようなずれによって、第１ナット１３０Ａ側のボール１０１にあっては、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１ａ中の左半部の点と、第１ナット１３０Ａ側のねじ溝１０１ｂ中の右半部の点との２点で接触する。また、第２ナット１３０Ｂ側のボール１０１にあっては、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１ａ中の右半部の点と、第２ナット１３０Ｂ側のねじ溝１０１ｃ中の左半部の点との２点で接触する。ここで、各ボール１０１の接触点を結ぶ直線を、第１ナット１３０Ａ側と第２ナット１３０Ｂ側とでそれぞれ接触線Ｃ１１、Ｃ１２とすると、接触線Ｃ１１と接触線Ｃ１２との傾斜方向は、軸線Ｃに対して同一角度で傾きが逆向きになる。
【００４２】
上述の構成においては、ダブルナット１３０に負荷される矢印Ｆ１方向の荷重に対しては、第１ナット１３０Ａの転走路１０１ｄに収納されているボール１０１が有効に作用することになり、この場合には、転走路１０１ｄの総巻数（約３．５巻）が矢印Ｆ１方向の荷重に対する有効巻数ということになる。一方、ダブルナット１３０に負荷される矢印Ｆ２方向の荷重に対しては、第２ナット１３０Ｂの転走路１０１ｆに収納されているボール１０１が有効に作用することになり、この場合には、転走路１０１ｆの総巻数（約１．５巻）が矢印Ｆ２方向の荷重に対する有効巻数ということになる。ここで、一般に、ボールねじの負荷容量は、有効巻数にほぼ比例するので、図６に示すボールねじ１６０においては、ダブルナット１３０に対する矢印Ｆ１方向の荷重に対する負荷容量が、矢印Ｆ２方向の荷重に対する負荷容量のほぼ２倍であるといえる。
【００４３】
したがって、図６に示すボールねじ１６０を、例えば、工作機械等に実装する際の向きとしては、ねじ軸１２０の回転によってダブルナット１３０に加わる荷重のうちがＦ１の向きに大きな荷重が加わる向きとするのがよい。
【００４４】
〈第３実施形態〉
次に、図７、及び図８を参照して、第１実施形態のボールねじ６０の変形例である第３実施形態に係るボールねじ２６０について説明する。なお、図７R>７（ａ）は、ボールねじ２６０の平面図であり、図７（ｂ）は、ボールねじ２６０の側面図である。
【００４５】
図７に示すように、ボールねじ２６０は、条間オフセット予圧タイプで、ねじ軸２２０とナット２３０とを備える。ねじ軸２２０の外周面には３条のねじ溝が形成されており、また、ナット２３０の内周面にも３条のねじ溝が形成されている。そして、これらのねじ溝によって形成される３つの転走路にはボール１ｃ、２ｃ、３ｃが配置される。ナット２３０には、各ボール１ｃ、２ｃ、３ｃの転送路に連通するボール循環チューブ２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃがそれぞれ設けられており、各ボール循環チューブ２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃは、ナット２３０の周囲に形成された平面部２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃにそれぞれ取付板２６０ａ、２６０ｂ、２６０ｃで固定されている。
【００４６】
図８に示すように、ねじ軸２２０の外周面に形成された３本のねじ溝２０１ａ、２０２ａ、２０３ａは、ピッチが等しくＰ＝１０なるように形成されている。そして、ピッチＰとリードＬとの関係は、Ｌ＝３Ｐ＝３０となる。これに対し、ナット３３０の３条のねじ溝２０１ｂ、２０２ｂ、２０３ｂについては、Ｌ＝３Ｐの関係はそのまま成立するものの、１部のピッチが変更されている。すなわち、ねじ溝２０１ｂとねじ溝２０２ｂとの間のピッチは、Ｐに設定されているが、ねじ溝２０２ｂとねじ溝２０３ｂとの間のピッチは、Ｐよりも少し短い、１０−α（ただし、α＞０）に設定されている。したがって、Ｌ＝Ｐ＝３０の関係を維持するため、ねじ溝２０１ｂと隣接するねじ溝２０３ｂの間のピッチは、１０＋αとなる。ナット２３０側のねじ溝２０３ｂをこのようにαだけオフセットさせることにより、各転走路中にボール１ｃ、２ｃ、３ｃを介装した後においては、ねじ軸２２０側のねじ溝２０１ａ、２０２ａに対して、ナット２３０側のねじ溝２０１ｂ、２０２ｂが同図中の左方にα／２だけずれ、また、ねじ溝２０３ａに対してねじ溝２０３ｂが同図中の右方にα／２だけずれることになる。
【００４７】
このようなずれによって、各ボール１ｃ、２ｃと、ねじ軸２２０側のねじ溝２０１ａ、２０２ａ及びナット２３０側のねじ溝２０１ｂ、２０２ｂとの接触点は、ねじ溝２０１ａ、２０２ａ中の左半部の点と、ねじ溝２０１ｂ、２０２ｂ中の右半部の点との２点で接触する。一方、ボール３ｃと、ねじ軸２２０側のねじ溝２０３ａ及びナット２３０側のねじ溝２０３ｂとの接触点は、ねじ溝２０３ａ中の右半部の点と、ねじ溝２０３ｂ中の左半部の点との２点で接触する。ここで、各ボール１ｃ、２ｃ、３ｃの接触点を結ぶ直線をそれぞれ接触線Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ２３とすると、接触線Ｃ２１と接触線Ｃ２２との傾斜方向は一致し、接触線Ｃ２３の傾斜方向は、軸線Ｃに対して同一角度で傾きが逆向きになる。
【００４８】
上述の構成においては、ナット２３０に負荷される矢印Ｆ１方向の荷重に対しては、ボール１ｃ及びボール２ｃが有効に作用することになる。一方、ナット２３０に負荷される矢印Ｆ２方向の荷重に対しては、ボール３ｃが有効に作用することになる。ここで、一般に、ボールねじの負荷容量は、有効巻数にほぼ比例するので、図７及び図８に示すボールねじ２６０においては、ナット２３０に対する矢印Ｆ１方向の荷重に対する負荷容量が、矢印Ｆ２方向の荷重に対する負荷容量のほぼ２倍であるといえる。
【００４９】
〈第４実施形態〉
次に、図９を参照して、第２実施形態のボールねじ１６０の変形例である第４実施形態に係るボールねじ３６０について説明する。なお、図９（ａ）は、ボールねじ３６０の平面図であり、図９（ｂ）は、ボールねじ３６０の断面構造を説明する図である。
【００５０】
図示のボールねじ３６０は、オフセットリード予圧タイプであり、ねじ軸１２０とナット３３０とを備える。ねじ軸１２０の外周面には１条のねじ溝１０１ａが形成されている。ナット３３０の内周面には、１条で総巻数が約３．５巻の第１ねじ溝３０１ｂと、１条で総巻数が約１．５巻の第２ねじ溝３０１ｃとが形成されている。そして、内側のねじ溝１０１ａと外側のねじ溝３０１ｂとによって第１転走路３０１ｄが構成され、内側のねじ溝１０１ａと外側のねじ溝３０１ｃとによって第２転走路３０１ｆが構成され、これらのそれぞれにはボール１０１が介装されている。なお、ナット３３０の周囲には、それぞれの転走路３０１ｄ、３０１ｆの透孔に連通するボール循環チューブ（図示を省略）がそれぞれ設けられている。
【００５１】
ねじ軸１２０の外周面に形成されたねじ溝１０１ａは、ピッチＰが一定でリードＬと等しくなるように形成されている。また、ナット３３０の内周面に形成された第１ねじ溝３０１ｂは、ピッチＰが一定でリードＬと等しくなるように形成されており、第２ねじ溝３０１ｃも、ピッチＰが一定でリードＬと等しくなるように形成されている。ただし、第１ねじ溝３０１ｂと第２ねじ溝３０１ｃとの間の軸線Ｃ方向の距離は、ピッチＰの正数倍よりも少し長い、ｎ・Ｐ＋α（ただし、ｎは正数で、α＞０）に設定されている。すなわち、各転走路３０１ｄ、３０１ｆ中にボール１０１を介装した後においては、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１ａに対して、第１ねじ溝３０１ｂが同図中の右方にα／２だけずれ、また、第２ねじ溝３０１ｃに対して同図中の左方にα／２だけずれることになる。
【００５２】
このようなずれによって、第１ねじ溝３０１ｂ側のボール１０１にあっては、第１ねじ溝３０１ｂ中の左半分の点と、対向する内側のねじ溝１０１ａ中の右半部の点との２点で接触する。また、第２ねじ溝３０１ｃ側のボール１０１にあっては、第２ねじ溝３０１ｃ中の右半分の点と、対向する内側のねじ溝１０１ａ中の左半部の点との２点で接触する。ここで、各ボール１０１の接触点を結ぶ直線を、第１ねじ溝３０１ｂ側で接触線Ｃ３１とし、第２ねじ溝３０１ｃ側で接触線Ｃ３２とすると、接触線Ｃ３１と接触線Ｃ３２との傾斜方向は、軸線Ｃに対して同一角度で傾きが逆向きになる。
【００５３】
上述の構成においては、ナット３３０に負荷される矢印Ｆ１方向の荷重に対しては、第１ねじ溝３０１ｂ側の転走路３０１ｄに収納されているボール１０１が有効に作用することになり、この場合には、転走路３０１ｄの総巻数（約３．５巻）が矢印Ｆ１方向の荷重に対する有効巻数ということになる。一方、ナット３３０に負荷される矢印Ｆ２方向の荷重に対しては、第２ねじ溝３０１ｂ側の転走路３０１ｆに収納されているボール１０１が有効に作用することになり、この場合には、転走路３０１ｆの総巻数（約１．５巻）が矢印Ｆ２方向の荷重に対する有効巻数ということになる。つまり、図９に示すボールねじ３６０においては、ナット３３０に対する矢印Ｆ１方向の荷重に対する負荷容量が、矢印Ｆ２方向の荷重に対する負荷容量のほぼ２倍であるといえる。
【００５４】
〈第５実施形態〉
次に、図１０を参照して、第２実施形態のボールねじ１６０の変形例である第５実施形態に係るボールねじ４６０について説明する。なお、図１０は、ボールねじ４６０の断面構造を説明する図である。
【００５５】
ボールねじ４６０は、間座予圧タイプであり、一条のねじ軸１２０と、ダブルナット４３０とを備える。ダブルナット４３０は一対の異なるナット４３０Ａ、４３０Ｂを適当な間座４３８を介して固定したものである。第１ナット４３０Ａの内周面には、１条のねじ溝４０１ｂとともにボール循環を行うためのコマ４０１ｇが４つ形成されており、コマ４０１ｇで連結した約１巻単位で４循環するようになっている。第２ナット４３０Ｂの内周面には、１条のねじ溝４０１ｃとともにボール循環を行うためのコマ４０１ｇが３つ形成されており、コマ４０１ｇで連結した約１巻単位で３循環するようになっている。
【００５６】
ねじ軸１２０の外周面に形成されたねじ溝１０１ａは、ピッチＰが一定でリードＬと等しくなるように形成されている。また、第１ナット４３０Ａの内周面に形成されたねじ溝４０１ｂは、ピッチＰが一定でリードＬと等しくなるように形成されており、第２ナット４３０Ｂの内周面に形成されたねじ溝４０１ｃも、ピッチＰが一定でリードＬと等しくなるように形成されている。ただし、ねじ溝４０１ｂとねじ溝４０１ｃとの間の軸線Ｃ方向の距離は、間座４３８の厚みを調節することによってピッチＰの正数倍よりも少し長い、ｎ・Ｐ＋α（ただし、ｎは正数で、α＞０）に設定されている。すなわち、両ナット４３０Ａ、４３０Ｂにボール１０１を挿入した後においては、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１ａに対して、第１ナット４３０Ａ側のねじ溝４０１ｂが同図中の右方にα／２だけずれ、また、第２ナット４３０Ｂ側のねじ溝４０１ｃに対して同図中の左方にα／２だけずれることになる。
【００５７】
このようなずれ（オフセット）によって、第１ナット４３０Ａ側のボール１０１にあっては、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１ａ中の右半部の点と、第１ナット４３０Ａ側のねじ溝４０１ｂ中の左半部の点との２点で接触する。また、第２ナット４３０Ｂ側のボール１０１にあっては、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１ａ中の左半部の点と、第２ナット４３０Ａ側のねじ溝４０１ｃ中の右半部の点との２点で接触する。つまり、ボール１０１の接触線の傾斜方向は、第１ナット４３０Ａ側と第２ナット４３０Ｂ側とで、軸線Ｃに対してそれぞれ同一角度で傾きが逆になる。
【００５８】
上述の構成においては、ダブルナット４３０に負荷される矢印Ｆ１方向の荷重に対しては、第１ナット４３０Ａに収納されているボール１０１が有効に作用することになり、その総巻数（約４回）が矢印Ｆ１方向の荷重に対する有効巻数ということになる。一方、ダブルナット４３０に負荷される矢印Ｆ２方向の荷重に対しては、第２ナット４３０Ｂに収納されているボール１０１が有効に作用することになり、その総巻数（約３回）が矢印Ｆ２方向の荷重に対する有効巻数ということになる。つまり、図１０に示すボールねじ４６０においては、ナット４３０に対する矢印Ｆ１方向の荷重に対する負荷容量が、矢印Ｆ２方向の荷重に対する負荷容量のほぼ４／３倍であるといえる。
【００５９】
なお、上記第４実施形態において、ダブルナット４３０の内面に形成されるねじ溝４０１ｂ、４０１ｃの形状及び配置を変更しないで、シングルナットの構造にすれば、オフセットリード予圧タイプのボールねじとなり、上記と同様に、このシングルナットに対する矢印Ｆ１方向の荷重に対する負荷容量が、逆の矢印Ｆ２方向の荷重に対する負荷容量のほぼ４／３倍となる。
【００６０】
〈第６実施形態〉
次に、第６実施形態に係るボールねじについて説明する。第６実施形態のボールねじは、エンドキャップ式ボールねじである。そして、第２実施形態や第５実施形態の場合と同様に、ダブルナットで間座予圧タイプとする。
【００６１】
第６実施形態に係るボールねじの場合、ダブルナットを構成する第１ナット及び第２ナットの巻数を異なるものとするとともに第１及び第２ナット間の間隔を調節して予圧を付与する。具体的には、第１ナットを例えば高負荷を受け持つ側として、第１ナットの有効巻数を第２ナット有効巻数よりも多くすることにより、第１ナットの負荷容量を多くして高荷重に耐えるようにすることができ、第２ナットの負荷容量を必要最小限にすることができる。
【００６２】
なお、上記第６実施形態において、ダブルナットの内面に形成されるねじ溝の形状及び配置を変更しないで、シングルナットの構造にすれば、オフセットリード予圧タイプのボールねじとなり、上記と同様に、シングルナットに対する軸線に沿った一方向の荷重に対する負荷容量と逆方向の荷重に対する負荷容量とを適当な比率とすることができる。
【００６３】
〈第７実施形態〉
次に、図１１を参照して、第７実施形態に係るボールねじ５６０について説明する。第６実施形態のボールねじ５６０は、エンドキャップ式ボールねじである。
【００６４】
第７実施形態に係るボールねじ５６０の場合、条間オフセット予圧タイプで、ねじ軸５２０とナット５３０とを備える。ねじ軸５２０の外周面には４条のねじ溝５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ、５０４ａが形成されており、また、ナット５３０の内周面にも４条のねじ溝５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｂ、５０４ｂが形成されている。そして、これらのねじ溝によって形成される４つの転走路にはボール１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃが配置される。なお、ナット５３０には、図示を省略するが、各ボール１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃの転送路に連通するボール循環穴及びエンドキャップが形成されている。
【００６５】
ねじ軸５２０の外周面に形成された４本のねじ溝５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ、５０４ａは、ピッチが等しくＰ＝１０なるように形成されている。そして、ピッチＰとリードＬとの関係は、Ｌ＝４Ｐ＝４０となっている。これに対し、ナット５３０の４条のねじ溝５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｂについては、Ｌ＝４Ｐの関係はそのまま成立するものの、１部のピッチが変更されている。すなわち、ねじ溝５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｂ間のピッチは、１０に設定されているが、ねじ溝５０３ｂ、５０４ｂ間のピッチは、１０よりも少し短い、１０−αに設定されている。したがって、Ｌ＝Ｐ＝４０の関係を維持するため、ねじ溝５０４ｂ、５０１ｂ間のピッチは、１０＋αとなる。ナット５３０側のねじ溝５０４ｂをこのようにαだけオフセットさせることにより、各転走路中にボール１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃを介装した後においては、ねじ軸５２０側のねじ溝５０１ａ、５０２ａ５０３ａに対して、ナット５３０側のねじ溝５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｂが同図中の右方にα／２だけずれ、また、ねじ溝５０４ａに対してねじ溝５０４ｂが同図中の左方にα／２だけずれることになる。
【００６６】
このようなずれによって、各ボール１ｃ、２ｃ、３ｃの、ねじ軸５２０側のねじ溝５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ及びナット５３０側のねじ溝５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｃに関する接触線Ｃ４１の傾斜方向は、ボール４ｃの、ねじ軸５２０側のねじ溝５０４ａ及びナット５３０側のねじ溝５０４ｂに関する接触線Ｃ４２の傾斜方向に対して、軸線Ｃに対して同一角度で傾きが逆向きになる。つまり、図１１に示すボールねじ５６０においては、ナット５３０に対する矢印Ｆ１方向の荷重に対する負荷容量が、矢印Ｆ２方向の荷重に対する負荷容量のほぼ４倍であるといえる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、前記ナットの高負荷を受け持つ側の有効巻数をナットの低負荷を受け持つ側の有効巻数よりも多くすることにより、高荷重側の負荷容量を多くして高荷重に耐えるようにすることができ、しかも、低荷重側の有効巻数を必要最小限、例えば、予圧を付与するに十分な有効巻数に設定することができる。すなわち、高い荷重に耐え、しかも必要な予圧を付与できるものでありながら、転走路全体の総巻数を減らしてナットの軸線方向長さを短縮することができる。又、ねじ軸側よりもはるかに短いナット側の溝ピッチを変更したためピッチの管理が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボールねじの基礎となるボールねじの平面図である。
【図２】同じく軸線に直角な方向の断面図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態のボールねじの平面図である。
【図４】図３のボールねじを軸線方向から見た図である。
【図５】図３のボールねじの軸線を含む断面の一部拡大図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態のボールねじの平面図及び断面構造図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態のボールねじの平面図及び側面図である。
【図８】図７のボールねじの断面構造図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態のボールねじの断面図及び断面構造図である。
【図１０】第５実施形態のボールねじの断面図である。
【図１１】第７実施形態のボールねじの断面構造図である。
【符号の説明】
１、２、３、４４ 転走路
１ａ、２ａ、３ａ、２１ ねじ軸側のねじ溝
１ｂ、２ｂ、３ｂ、３１ ナット側のねじ溝
１ｃ、２ｃ、３ｃ、５０ ボール
２０ ねじ軸
３０ ナット
４０ ボール循環チューブ
Ｃ 軸線
Ｌ リード
Ｐ ピッチ
Δ ピッチのオフセット量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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