(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を内面に有する少なくとも１つのボールナットと、該ボールナットのボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とによって形成された螺旋状通路と、該螺旋状通路内を循環する多数のボールと、ボールナットに設けられて上記多数のボールを循環させるための戻り路とを備え、上記螺旋状通路と戻り路とから形成される循環路が軸方向に沿って４回路以上配列したボールねじにおいて、
上記複数の循環路の円周方向の位相について、隣り合う循環路の位相が互いに１８０度反転する部分を少なくとも２個所設けたことを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
外面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を内面に有する少なくとも１つのボールナットと、該ボールナットのボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とによって形成された螺旋状通路と、該螺旋状通路内を循環する多数のボールと、ボールナットに設けられて上記多数のボールを循環させるための戻り路とを備え、上記螺旋状通路と戻り路とから形成される循環路が軸方向に沿って４回路以上配列し、隣り合う循環路間の一部若しくは全部について円周方向に位相差が設定されているボールねじにおいて、
上記複数の循環路全体の軸方向中央若しくはその近傍を通り軸心に直交する面に対して面対称若しくは略面対称に上記複数の循環路を配置したことを特徴とするボールねじ。
【請求項３】
外面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を内面に有する少なくとも１つのボールナットと、該ボールナットのボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とによって形成された螺旋状通路と、該螺旋状通路内を循環する多数のボールと、ボールナットに設けられて上記多数のボールを循環させるための戻り路とを備え、上記螺旋状通路と戻り路とから形成される循環路が軸方向に沿って３回路以上配列し、隣り合う循環路間の全部について円周方向に等位相間隔の位相差が設定されているボールねじについて、上記隣り合う循環路間の少なくとも一個所について、
その円周方向の位相間隔を上記等位相間隔からオフセットさせたことを特徴とするボールねじ。
【請求項４】
上記複数の循環路の円周方向の位相について、隣り合う循環路の位相が互いに１８０度反転する部分を偶数箇所設けたことを特徴とする請求項１に記載したボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転運動と直線運動との変換を行うボールねじに係わり、特に高荷重負荷用途に使用されるボールねじの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数回路の循環路を有するボールねじ、例えばリターンチューブ循環方式などにあっては、加工工程を少なくするなどの目的から、すべての循環路の円周方向の位相が同一となるように全循環路を配列させるのが一般的である。
また、循環こま式ボールねじなどの場合には、その循環路の回路数をｎとすると、円周方向に（１／ｎ）回転又は（２／ｎ）回転等の等位相間隔の位相差をとって同一回転方向に順番に位相をずらしながら軸方向に沿って複数の循環路を配列するのが一般的である。
【０００３】
そして、ボールねじの選定に際しては、荷重などの使用条件に応じた負荷能力を確保するために、当該使用条件に十分耐えうるだけの軸径のボールねじを選定したり、ボールナットの回路数を増やすことでボールの数を増やしたり、ボールねじ溝のリードを大きくすることでボール径を大きくしたりするなどの対処を行っている。
【０００４】
これに対して、ボールねじの負荷分布を均一化し、特定位置のボールに生じやすい応力集中を緩和することによって、ボールねじのサイズを大きくすることなく、コンパクトで高い負荷能力を有するボールねじを提供することを目的として、特開平１０−１５３２４５号公報に記載の発明が提案されている。
この発明は、複数回路の循環路を持ち且つすべての循環路の円周方向の位相が同一となるように設定したリターンチューブ循環方式などのボールねじでは、軸方向荷重が加わった場合に、荷重を受ける有効ボールの配列が円周方向に均一にならず、そのアンバランスが比較的大きいために、一部のボール、すなわち有効ボールの数が少ない位相の有効ボール部分に高負荷が掛かることになることに着目したもので、循環路が３回路以上のリターンチューブ循環方式などのボールねじについて、そのうちの少なくとも１回路の位相を他の循環路に対して円周方向に１８０度反転させることで、円周方向の負荷分布のばらつきを平均化するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、すべての循環路の円周方向の位相が同一となるように配列されたリターンチューブ循環方式などのボールねじに軸方向荷重が加わった場合には、荷重を受ける有効ボールの配列が円周方向で均一ではなく、そのアンバランスが比較的大きいことから、一部のボール、すなわち有効ボールの数が少ない位相の有効ボール部分に高負荷が掛かることになる。
【０００６】
これに対して、特開平１０−１５３２４５号公報に記載されているように、循環路の一部の回路の円周方向の位相を他の循環路に対し１８０度反転させることで、円周方向のみに着目すると荷重を受ける有効ボールの配列が均一に近づき、そのアンバランスが小さくなるため、その意味では負荷分布のばらつき低減に有効な対策となる。
【０００７】
しかしながら、その循環路の配列の仕方によっては、軸心に対しボールの少ない部分（負荷が大きい部分）が互いに対角方向の位置に存在することになり、その対角の配置によって軸芯に直交する面周りのモーメントが発生し、この面周りのモーメントによって軸方向に沿った負荷分布のばらつきが大きくなる。例えば、隣り合う循環路の位相が互いに１８０度反転している部分が１個所しかない場合には、その反転部を境として、ボールの少ない部分（負荷が大きい部分）が軸心に対し互いに対角位置に存在することになり、そのために発生する軸芯に直交する面周りのモーメントの存在で、軸方向に沿った負荷分布のばらつきが大きくなる。
【０００８】
一方、循環路が３回路以上であり、その回路数をｎとすると、（１／ｎ）回転や（２／ｎ）回転などの等位相間隔の位相差で回路が配置されて戻り路が螺旋状に配置される循環こま式などのボールねじにあっては、上記全循環路は、軸方向からみて戻り路が軸心を中心として対称に配置される関係から、円周方向の負荷分布のばらつき低減には有利である。
【０００９】
しかしながら、軸方向に沿った循環路の配列が円周方向に等間隔位相づつ同一回転方向にずれて螺旋状に配置されるために、全循環路の軸方向中心点を中心とした点対称に配置されていることから、上記説明した隣り合う回路の位相が互いに１８０度反転している部分が１個所しかない場合に似た、軸心に直交する面周りのモーメントが発生する。このため、隣り合う循環路間の全てについて円周方向に等間隔の位相差を持って回路を配置することで生じる、軸心に直交する面周りのモーメントのバランスが悪い。
【００１０】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、各循環路間の円周方向の位相を互いにずらすことによって発生する軸心に直交する面周りのモーメントによる負荷分布のばらつきを低減することが可能なボールねじを提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載したボールねじは、外面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を内面に有する少なくとも１つのボールナットと、該ボールナットのボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とによって形成された螺旋状通路と、該螺旋状通路内を循環する多数のボールと、ボールナットに設けられて上記多数のボールを循環させるための戻り路とを備え、上記螺旋状通路と戻り路とから形成される循環路が軸方向に沿って４回路以上配列したボールねじにおいて、
上記複数の循環路の円周方向の位相について、隣り合う循環路の位相が互いに１８０度反転する部分を少なくとも２個所設けたことを特徴とするものである。
また、請求項４に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記複数の循環路の円周方向の位相について、隣り合う循環路の位相が互いに１８０度反転する部分を偶数箇所設けたことを特徴とする物である。
【００１２】
本発明によれば、循環路の一部を他の循環路に対して１８０度反転することで円周方向の負荷分布のばらつきが改善されると共に、１８０度反転する箇所を２カ所以上とすることで循環路同士の円周方向の位相を違えることによる軸心に直交する面周りのモーメントによって生じる軸方向の負荷分布のばらつきが改善される。
【００１３】
以下に、上記１８０度反転する箇所を２カ所以上とすることで、負荷分布のバランスが改善される理由について説明する。
上記隣り合う循環路の位相について互いに１８０度反転する箇所が１カ所の場合には、円周方向に沿ったボールの少ない部分（負荷が大きい部分）が軸心に対し対角な位置に存在し、それが軸心に直交する面周りのモーメントとなる。この面周りのモーメントは上記循環路間の位相を１８０度反転した数だけ生じる。しかし、隣合うモーメント同士は、上記対角の向きが反対となることから、互いに反対向きのモーメントとなって、互いに相殺若しくは低減し合う関係となる。このように、位相の反転箇所を２カ所以上設けることで、隣り合う循環路間に円周方向の位相差を設けることによって生じる上記モーメントのバランスが改善されて、当該モーメントによる軸方向の負荷分布のばらつきが低減する。
【００１４】
このとき、相殺し合うモーメント同士が対を構成するように、反対向きのモーメントの数が互いに等しく、上記１８０度反転する箇所を、偶数箇所（特に2 ヶ所）に設定することが望ましい。
次に、請求項２に記載したボールねじは、外面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を内面に有する少なくとも１つのボールナットと、該ボールナットのボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とによって形成された螺旋状通路と、該螺旋状通路内を循環する多数のボールと、ボールナットに設けられて上記多数のボールを循環させるための戻り路とを備え、上記螺旋状通路と戻り路とから形成される循環路が軸方向に沿って４回路以上配列し、隣り合う循環路間の一部若しくは全部について円周方向に位相差が設定されているボールねじにおいて、
上記複数の循環路全体の軸方向中央若しくはその近傍を通り軸心に直交する面に対して面対称若しくは略面対称に上記複数の循環路を配置したことを特徴とするものである。
【００１５】
なお、円周方向の負荷分布のばらつきを抑えるために、上記円周方向の位相差を１８０度に設定したり、（ｍ／回路数：ｍ＝整数）などの等位相間隔に円周方向位相差を設定して、軸方向からみて全循環路の戻り路の配置が軸心を中心に対称となっていることが好ましい。
本発明によれば、循環路間の一部又は全部に円周方向の位相差があるために軸心に直交する面周りのモーメントが存在していても、上記位相差の関係が軸方向中央を境に面対称となっていることから、当該軸方向中央を境に、軸方向両側に反対向き且つ同じ大きさのモーメントが対をなして存在する。この結果、対をなすモーメント同士が互いに相殺し合うことで、３回路以上の循環路の配置に起因して生じる軸心に直交する面周りのモーメントがバランスして当該モーメントによる軸方向の負荷分布のばらつきが小さくなる。
【００１６】
例えば、隣り合う循環路の一部に１８０度の位相差を設ける仕様のボールねじに対し本発明を適用した場合には、１８０度位相が反転する箇所が偶数箇所存在し且つ複数の循環路全体の軸方向中央を境に対称に配置された状態となる。
次に、請求項３に記載したボールねじは、外面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を内面に有する少なくとも１つのボールナットと、該ボールナットのボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とによって形成された螺旋状通路と、該螺旋状通路内を循環する多数のボールと、ボールナットに設けられて上記多数のボールを循環させるための戻り路とを備え、上記螺旋状通路と戻り路とから形成される循環路が軸方向に沿って３回路以上配列し、隣り合う循環路間の全部について円周方向に等位相間隔の位相差が設定されているボールねじについて、
上記隣り合う循環路間の少なくとも一個所について、その円周方向の位相間隔を上記等位相間隔からオフセットさせたことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明によれば、循環こま式などのボールねじのように、循環路が３回路以上であり、その回路数をｎとすると、（１／ｎ）回転や（２／ｎ）回転などの等位相間隔の位相差で回路が配置されることで、円周方向の負荷分布のばらつきが抑えられている場合に、少なくとも一個所の位相間隔を変更する（等位相間隔からオフセットさせる）ことによって、軸心に直交する面周りのモーメントのバランスが改善され、当該モーメントによる軸方向の負荷分布のばらつきを低減可能となる。
【００１８】
上記オフセット量は、モーメント方向のバランスを改善するための解析を行い、その結果にしたがって決定すればよい。
なお、一部の循環路間の位相間隔の大きさを変えても、軸方向からみて軸心を中心に対称となるように全循環路の戻り路が配置されるように位相を設定することが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、リターンチューブ循環方式のボールねじを例に挙げて説明するが、これに限定されず、こま循環方式、ガイドプレート循環方式など他の循環方式のボールねじであっても適用可能である。
【００２０】
本実施形態のボールねじは、図１に示すように、ねじ軸１の外周に複数のボールを介してボールナット２が螺合し、当該ねじ軸１又はボールナット２の一方が相対回転することで、ボールナット２がねじ軸１に対して相対的に直線運動を行う。
すなわち、概略構成図である図２に示すように、ねじ軸１の外周面には、雌ねじ状のボールねじ溝１ａが設けられ、また、ボールナット２の内周面にも、上記ねじ軸１のボールねじ溝１ａに径方向で対向する位置に雌ねじ状のボールねじ溝２ａが設けられる。その両ボールねじ溝１ａ，２ａによって形成される螺旋状通路内に複数のボール３（図２では斜線で表している）が介挿され、そのボール３は、両ボールねじ溝１ａ、２ａに沿って転動し、循環チューブ４からなる戻り路を通じて戻されることで循環する。
【００２１】
本実施形態のボールねじは、４回路の循環路が軸方向に沿って配列するボールねじである。すなわち、上記ボールナット２のボールねじ溝２ａは、上記図２に示すように、軸方向に沿って４つの区画に分けられ、各区画におけるボールねじ溝２ａの両端部が、それぞれ循環チューブ４によって連結されることで、４回路の循環路が形成される。
【００２２】
なお、説明の便宜上、上記循環路は、図１及び図２における左側から第１回路Ａ１、第２回路Ａ２、第３回路Ａ３、及び第４回路Ａ４と呼ぶ。
本実施形態では、第１及び第４回路Ａ１，Ａ４の循環チューブ４の取付け位置に対して、図１に示すように、第２及び第３回路Ａ２，Ａ３の循環チューブ４の取付け位置を円周方向に１８０度反転した位置に設けている。
【００２３】
これによって、隣り合う循環路である第１回路Ａ１の位相と第２回路Ａ２の位相とが互いに円周方向に１８０度反転し、且つ第３回路Ａ３の位相と第４回路Ａ４の位相とが互いに円周方向に１８０度反転することで、隣り合う回路の位相が互いに円周方向に１８０度反転する箇所が２カ所設けられる。
さらに、第２回路Ａ２と第３回路Ａ３とが同位相になっていることから、４つの回路全体の軸方向中央（第２回路と第３回路の間）を通り軸心Ｓに直交する面Ｆに対して、４つの回路Ａ１〜Ａ４の配置が面対称に設定される。
【００２４】
次に、上記構成ボールねじの作用効果等について説明する。
第１回路Ａ１及び第４回路Ａ４の循環チューブ４の取付け位置に対し、第２及び第３回路Ａ２、Ａ３の循環チューブ４の取付け位置が、円周方向に１８０度反転していることから、円周方向における第１回路Ａ１及び第４回路Ａ４での有効ボール数が少ない部分と、第２及び第３回路Ａ２，Ａ４での有効ボール数が少ない部分とが円周方向で重なることが回避される。つまり、円周方向における無負荷圏（ボール３が存在しない部分）が分散することで、円周方向での各有効ボール３に対する負荷分布のばらつきが抑えられる。
【００２５】
ここで、各循環路のボール３は、順次両ボールねじ溝１ａ、２ａから循環チューブ４に掬い上げられてチューブ４内を通って循環するので、ボールナット２と対向するねじ軸１の軌道上にはボール３がない部分が存在する。これが円周方向の負荷分布のばらつきとなり、有効ボール３の一部に高負荷が掛かることになる。すなわち、ボールナット２内の各回路でのボール３の循環は、図３に示されるように表されるが、ボールねじ溝２ａから循環チューブ４へのボール３の掬い上げによって軸方向から見ると、図４に示すような、円周方向でのβ角度の範囲部分のボール数が相対的に少なくなり、そのβ角度の範囲内のボール３に加わる負荷が相対的に大きくなる。上記円周方向でボール数が相対的に少なくなる部分は、チューブ４の取付け位置によって規制されるので、上述のように、第１及び第４回路Ａ１，Ａ４に対して、第２及び第３回路Ａ２，Ａ３の円周方向の位相を１８０度反転することで、上述のように円周方向の負荷分布のばらつきが低減する。特に、本実施形態では、２回路づつ同位相としてあるので、より有効に円周方向の負荷分布のばらつきが低減する。
【００２６】
なお、上記各回路でボール３の少ない部分である上記β角度は、１８０度よりも小さいので、相互に１８０度位相を反転した回路同士Ａ１，Ａ４とＡ２，Ａ３では、互いにボール３の少ない部分が軸方向からみて重なることがない。
また、第１回路Ａ１と第２回路Ａ２の円周方向の位相を１８０度反転すると、軸心Ｓに対して互いの循環チューブ４の取付け位置が対角に配置されることから、軸心Ｓに直交する面周りモーメントが発生する。同様に、第３回路Ａ３と第４回路Ａ４の円周方向の位相を１８０度反転すると、軸心Ｓに対して互いの循環チューブ４の取付け位置が対角に配置されることから、軸心Ｓに直交する面周りモーメントが発生する。しかしながら、上記両対角の向きが反対方向になることから、上記２つのモーメントの方向が反対方向となり且つ同一の大きさであるから、両モーメントは相殺し合い両モーメントによる軸方向の負荷分布のばらつきが低減する。
【００２７】
特に、本実施形態では、４つの循環路全体の軸方向中央を通り且つ軸心Ｓに直交する面Ｆに対し面対称に循環路を配置していることから、軸方向中央を境として軸方向両側のバランスが最も有効に平均化して、上記モーメントによる軸方向の負荷分布のばらつきが最も有効に低減する。
以上のように、本実施形態のボールねじにあっては、円周方向の負荷分布のばらつきを有効に低減できるばかりか、軸心Ｓに直交する面周りのモーメントによる負荷分布のばらつきも有効に低減できる。
【００２８】
すなわち、各循環路間の円周方向の位相を変更するという簡単な手段によって、ねじ軸１とボールナット２との間を転動する複数のボール３間の負荷分布が均一化して、一部のボール３ヘの負荷の集中が緩和される。この結果、ボールねじのねじ軸径を大きくすることなく、従来よりも負荷能力が大きくなり、特に、電動射出成形機などに使用される高負荷容量ボールねじとして最適である。
【００２９】
このことは、ボールねじのサイズを大きくすることなく負荷能力を増大できることとなる。あるいは、同等の負荷能力を得るためのボールねじのサイズを小さくできることによって、対応可能な高荷重用途の幅が拡大される。
ここで、上記実施形態では、循環路が４回路の場合を例に上げて説明したが、３回路であっても良いし、５回路以上であっても良い。ただし、後述の実施例に示されるように３回路よりも４回路の方が、本発明による効果が大きいので、４回路以上のボールねじに対して請求項１又は請求項２に係る発明を適用することが好ましい。
【００３０】
また、本実施形態では、軸方向中央で面対称となるように、全循環路の配置を規制しているが、軸方向中央で面対称とすることなく、例えば、交互に隣り合う循環路間の位相の全てを１８０度反転して当該反転箇所を４カ所設けても良い。
また、本実施形態では、隣り合う循環路間の円周方向の位相差を１８０度としているため、軸方向中央を通り軸心Ｓに直交する面Ｆに対して面対称と設定すれば、自動的に、隣り合う循環路間の位相が１８０度反転する箇所が２カ所以上設定される。
【００３１】
ただし、請求項２の発明に基づき、軸方向中央を通り軸心Ｓに直交する面に対して面対称に全循環路を配置することで、軸心Ｓに直交する面周りのモーメントによるバランスを改善して当該モーメントによって生じる軸方向の負荷分布のばらつきを低減する効果は、隣り合う循環路間の位相差が１８０度の場合に限定されない。
【００３２】
例えば、循環路が１２回路で、従来、同一回転方向に隣り合う回路が円周方向に１／６回転（６０度）の等位相間隔の位相差で配置されて循環路の戻り路が螺旋状の配置、つまり軸方向中央を中心に点対称に配置されていたボールねじについて、軸方向中央を通り軸心Ｓに直交する面に対して面対称に配置することで、軸方向中央を通り軸心Ｓに直交する面に対して上記軸心Ｓに直交する面周りのモーメントが対称に発生して、当該面周りのモーメントによる軸方向の負荷分布のばらつきが低減する。
【００３３】
次に、第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、上記第１実施形態と同様な部品などには同一の符号を付して説明する。
また、こま循環方式のボールねじを例に挙げて説明するが、これに限定されず、リターンチューブ循環方式、ガイドプレート循環方式など他の循環方式のボールねじであっても適用可能である。
【００３４】
本実施形態のボールねじは、図５に示すように、ねじ軸１の外周に複数のボールを介してボールナット２が螺合し、当該ねじ軸１又はボールナット２の一方が相対回転することで、ボールナット２がねじ軸１に対して相対的に直線運動を行う。
すなわち、概略部分構成図である図６に示すように、ねじ軸１の外周面には、雌ねじ状のボールねじ溝１ａが設けられ、また、ボールナット２の内周面にも、上記ねじ軸１のボールねじ溝１ａに径方向で対向する位置に雌ねじ状のボールねじ溝２ａが設けられている。その両ボールねじ溝１ａ，２ａによって形成される螺旋状通路内に複数のボール３が介挿され、そのボール３は、両ボールねじ溝１ａ、２ａに沿って転動し、こま６によって形成される戻り路を通じて戻されることで循環する。上記こま６はボールナット２に埋め込まれて、１リード毎にねじ軸１外周を乗り越えてボール３を戻すものである。
【００３５】
上記図５のように、循環路を１２回路としたもので、同一回転方向に隣り合う回路のこま６の取付け位置が円周方向に１／６回転（６０度）の等位相間隔の位相差で順番にずらしながら配置されて循環路の各こま６位置が螺旋状に配置されている。図５などでは、こま６の位置を明示するために表面に見えるこま６を黒色としている。
【００３６】
ただし、本実施形態のボールねじでは、図５中、左側から循環路を第１，第２・・・第１２回路Ａ１・・・Ａ１２と呼ぶとすると、本実施形態では、第６回路Ａ６のこま６の取付け位置と第７回路Ａ７のこま６の取付け位置との間の位相差を等位相間隔から１／２回転（１８０度）大きくなるようにオフセットさせて位相差を２／３回転（２４０度）に設定して上記等位相間隔の４倍の大きさに設定してある。
【００３７】
なお、参考のために、従来仕様の回路配列のボールねじを図７に示す。
次に、上記構成のボールねじにおける作用・効果等について説明する。
本実施形態のボールねじでは、第６回路Ａ６と第７回路Ａ７との間の位相差を、他の回路間の位相差と異ならせているが、軸方向からみて、全回路のこま６位置が軸心Ｓに対して対称に配置されるので、上記のようにオフセットさせても、円周方向の負荷分布のバランスが維持される。
【００３８】
また、第６回路Ａ６と第７回路Ａ７との間の位相差を他に比べて１／２回転（１８０度）大きくしたので、第１〜第６回路Ａ１〜Ａ６の回路群による軸心Ｓに直交する面周りのモーメントと、第７〜第１２回路Ａ７〜Ａ１２の回路群による軸心Ｓに直交する面周りのモーメントとが、回路全体の軸方向中央を境として１８０度反転することから、両モーメントは互いに相殺しあい、当該モーメントによる軸方向の負荷分布のばらつきが低減される。
【００３９】
特に本実施形態では、回路全体の軸方向中央を境とした両回路群のモーメントの大きさが等しく且つ互いに反対向きとなるので、より有効にモーメントによる軸方向の負荷分布のばらつきが有効に低減する。
以上のように、本実施形態のボールねじにあっては、円周方向の負荷分布のばらつきを有効に低減できるばかりか、軸心Ｓに直交する面周りのモーメントによる負荷分布のばらつきも有効に低減できる。
【００４０】
すなわち、各循環路の円周方向の位相を変更するという簡単な手段によって、ねじ軸１とボールナット２との間を転動する複数のボール３間の負荷分布が均一化し、したがって一部のボール３ヘの負荷の集中が緩和される。この結果、ボールねじのねじ軸径を大きくすることなく、従来よりも負荷能力が大きくなる。
このことは、ボールねじのサイズを大きくすることなく負荷能力を増大できることとなる。あるいは、同等の負荷能力を得るためのボールねじのサイズを小さくできることによって、対応可能な高荷重用途の幅が拡大される。
【００４１】
ここで、上記実施形態では、循環路が１２回路の場合を例に上げて説明したが、循環路の回路数は、３回路〜１１回路のいずれの場合であっても良いし、１３回路以上であっても良い。
また、本実施形態では、軸方向中央位置の回路間の位相差について他の位相差と異なるように設定したが、他の位置の回路間の位相差を他の位相差と異なるように設定しても良い。また、他の回路間の位相差と異ならせる場所は１カ所に限定されず、２カ所以上であっても良い。
【００４２】
ただし、軸方向中心を境とした軸方向両側のモーメント間のバランスがとれるように、全回路全体の軸方向中央を中心に、軸方向に対称な位置の回路間について同じだけ位相差をオフセットさせることが好ましい。この点からは、上記実施形態のように、軸方向中央部の回路間の位相を変更することが、オフセット位置が１カ所となり構造が簡単で且つ有効な手段となる。
【００４３】
また、オフセット量も１／２回転（１８０度）に限定されないが、上記実施形態では、オフセット量が１／２回転（１８０度）の場合が一番有効に軸心Ｓに直交する面周りのモーメントによる負荷分布のばらつきを低減できる。
要は、位相差を変更する場所が１カ所の場合には、位相差を変更した箇所を境にした軸方向両側の回路群による軸心Ｓに直交する面周りのモーメントが互いに相殺し合うように上記オフセット量を設定すればよい。
【００４４】
ところで、ボールねじの負荷能力を向上させる方策の一つとして、回路数の増加に伴って荷重を受ける有効ボール３の数を増やす方法があるが、それによってボールナット２が長くなるため、その内面加工が困難になることが想定される。そこで、その代わりに複数のボールナット２を組み合わせて使用することによって、全体としての負荷能力を向上させる方法も用いられている。
【００４５】
本発明は、そのような複数のボールナット２を使用したボールねじにも同様に適用できる。その場合には、複数のボールナット２を組み合わせた全体として、循環路の配列が本発明に基づいていればよい。
たとえば、上記実施形態で説明したボールねじは、循環路を１２回路とした単一のボールナット２を用いたものであるが、図８に示すように、循環路を６回路とした二個のボールナット２Ａ、２Ｂを直列に組み合わせる場合であっても本発明を適用することができる。その場合には、二個のボールナット２Ａ、２Ｂの各々は、循環路が６回路で、隣り合う回路に１／６回転の等位相間隔の位相差を設定して全回路が配置されていることになり、その点では従来仕様と同じであるが、二個のボールナット２の組み合わせ方に本発明が適用されることになる。すなわち、二個のボールナット２を組み合わせることによって隣接することになる、全体として見た６回路目と７回路目との位相間隔が、（ｍ十２／３）回転（ｍは整数）になるように組み合わせることによって、上記実施形態のボールねじとほぼ同等の効果を得ることができる。
【００４６】
また、本発明はボールねじの循環路の配列に関するものであり、リターンチューブ循環方式とか循環こま式とかの表現は説明の便宜上用いたにすぎない。したがって、本発明の適用範囲は、循環方式の種類によって限定されるものではない。
【００４７】
【実施例】
［第１実施例］
循環路が３回路のリターンチューブ循環方式のボールねじについて、本発明に基づき、図９（Ａ）に示すように、３回路のうちの軸方向両端の２回路を同一位相とし、中央に位置する回路の位相を他の２回路に対して円周方向に１８０度反転させたものＡと、比較のために、図９（Ｂ）に示すように、隣接する回路の位相が互いに１８０度反転している部分が１個所しかないボールねじＢ、および、図９（Ｃ）に示すように、３回路すべての円周方向の位相が同一である従来仕様のボールねじＣの３者Ａ、Ｂ、Ｃについて、それぞれ負荷分布の状態について解析した。
【００４８】
解析に用いたボールねじの仕様は、ねじ軸径１００ｍｍ、リード２０ｍｍ、ボール径１５．８７５ｍｍ、ボールナット外径１４９ｍｍ、循環路２．５巻３列として、循環路の配列の仕方のみを変更した。
そして、この同一仕様の各ボールねじのねじ軸１をそれぞれ片持ち支持し、その片持ち支持側とは反対側のボールナット２端部に軸方向荷重Ｆ１＝１５０００ｋｇｆを作用させるとした。
【００４９】
図１０に、その結果を示す。
ここで、図１０における横軸は、全循環路の軸方向中央を原点とした軸方向の位置を示し、たて軸は、その位置に存在するボール３に掛かる法線方向荷重の大きさを表わしている。以下の実施例においても同様である。
上記図１０から分かるように、隣接する回路の位相が互いに１８０度反転している部分が１個所しかないボールねじＢでは、従来仕様のボールねじＣに比べて円周方向にはバランスが改善されているため、軸方向中央付近においては負荷分布のばらつきが比較的小さいが、軸心Ｓに直交する面周りのモーメントによるバランスが悪くなっているので、軸方向両端に近づくほど負荷分布のばらつきが大きくなっている。
【００５０】
これに対して、本発明に基づくボールねじＡは、円周方向のバランスが改善されると共に、軸心Ｓに直交する面周りのモーメントによる負荷分布もバランスがとれているので、軸方向全体にわたって負荷分布のばらつきが改善されていることが分かる。
なお、リターンチューブ循環方式を例に挙げたが他の循環方式でも同様な結果が得られる。
【００５１】
［実施例２］
実施例１と同様に、循環路が４回路のリターンチューブ循環方式のボールねじについて、上記第１実施形態に基づき、上記図１のように、４回路のうちの軸方向両端の２回路を同一位相とし、軸方向中央寄りの２回路の位相を他の２回路に対して円周方向に１８０度反転させた本願発明に基づくボールねじＡ、及び図１１に示すように、隣り合う回路の位相が互いに１８０度反転している部分が３カ所有る本願発明に基づくボールねじＡ′の各負荷分布のばらつきについて調査した。
【００５２】
比較のために、図１２（Ａ）のように、隣り合う回路の位相が互いに１８０度反転している部分が中央の１個所しかないボールねじＢ、および、図１２（Ｂ）のように、４回路すべての回路の円周方向の位相が同一である従来仕様のボールねじＣを用意し、４者Ａ、Ａ′、Ｂ、Ｃの各負荷分布の状態について解析した。
解析に用いたボールねじの仕様は、ねじ軸径１００ｍｍ、リード２０ｍｍ、ボール径１５．８７５ｍｍ、ボールナット外径１４９ｍｍ、循環路２．５巻４列として、循環路の配列の仕方のみを変更した。そして、ボールねじのねじ軸１を片持ち支持して、その片持ち支持側とは反対側のボールナット２端部に軸方向荷重Ｆ１＝２００００ｋｇｆを作用させるとした。
【００５３】
その結果を、図１３に示す。
図１３から分かるように、隣接する回路の位相が互いに１８０度反転している部分が中央の１個所しかないボールねじＢでは、従来仕様のボールねじＣに比べて円周方向にはバランスが完全に改善されているため、軸方向中央付近においては負荷分布のばらつきが小さいが、軸心Ｓに直交する面周りのモーメントによる負荷分布のバランスは悪くなっているので、軸方向両端に近づくほど負荷分布のばらつきが大きくなっている。
【００５４】
これに対して、本発明に基づくボールねじＡは、円周方向のバランスが完全に改善されるとともに、軸心Ｓに直交する面周りのモーメントのバランスもほぼ完全にとれているので、軸方向全体にわたって負荷分布のばらつきが改善されている。
また、本発明に基づくボールねじＡ′は、ボールねじＡに比べてばらつきの改善は悪いものの、比較例であるボールねじＢ、Ｃよりも軸方向全体にわたって負荷分布のばらつきが改善されているのが分かる。
【００５５】
また、図１３における本願発明に基づくボールねじＡ及びＡ′の結果から分かるように、軸方向中央部で面対称となるように設定したボールねじＡの方が、軸方向全体にわたって負荷分布のばらつきが改善されるのが分かる。
上記第１及び第２実施例では、循環路が３回路及び４回路の場合について説明したが、循環路が５回路以上で、そのうちの少なくとも１回路を他の循環路に対して円周方向の位相に１８０度反転させたボールねじについてもこれらと同様のことが言えることを確認してある。
【００５６】
ここで、図１０及び図１３から分かるように、本願発明の請求項１及び請求項２を採用するにしても、３回路では負荷分布に若干のばらつきがあるが、４回路ではほとんど負荷分布のばらつきが無いことが分かる。このことから、本願発明の請求項１及び請求項２の発明は、好ましくは４回路以上により有効に作用することが分かる。
【００５７】
なお、リターンチューブ循環方式を例に挙げたが他の循環方式でも同様な結果が得られる。
［実施例３］
次に、循環路が１２回路で、１／６回転の等位相間隔で回路が配置されている循環こま式のボールねじについて、上記第２実施形態に基づき、上記図４のように、中央の一個所すなわち６回路目と７回路目の位相間隔を、等位相間隔からさらに１／２回転だけ大きくオフセットさせ、合計２／３回転の位相間隔とした本発明のボールねじＡの負荷分布のばらつきについて調査した。
【００５８】
比較のために、上記図７のように、１２回路すべてが１／６回転の等位相間隔で配置されている従来仕様のボールねじＣを用意して、両者Ａ、Ｃの各負荷分布の状態について解析した。
解析に用いたボールねじの仕様は、ねじ軸径１００ｍｍ、リード２０ｍｍ、ボール径１５．８７５ｍｍ、ボールナット外径１４９ｍｍ、循環路０．８３巻１２列として、循環路の配列の仕方のみを変更した。そして、ボールねじのねじ軸１を片持ち支持して、その片特ち支持側とは反対側のボールナット２端部に軸方向荷重Ｆ１＝２００００ｋｇｆが作用するとした。
【００５９】
その結果を図１４に示す。
図１４から分かるように、従来仕様のボールねじＣでは、円周方向のみに着目すればバランスが完全にとれているので、全回路の軸方向中心点近傍では負荷分布の均一性がよいが、その中心点から軸方向両端部側に遠ざかるにつれて負荷分布のばらつきが大きくなる。これは、上記軸心Ｓに直交する面周りのモーメントのバランスの悪さによるものである。
それに対して、本発明に基づくボールねじＡでは、円周方向の負荷分布と共に軸心Ｓに直交する面周りのモーメントのバランスがほぼ完全にとれているので、軸方向全体にわたって負荷分布のばらつきが改善されている。これは、軸方向中央のオフセット位置の両側各６回路を個別に着目すると、ボールねじＣと同様に、円周方向のバランスが完全にとれているもののモーメントのバランスが悪いが、両側各６回路のモーメントの相互作用によってモーメントのバランスの悪さがほぼ完全に相殺されることによるものであり、円周方向だけでなく、軸芯に直交する面周りのモーメントによる負荷分布のばらつきも低減する。
【００６０】
なお、こま循環方式を例に挙げたが他の循環方式でも同様な結果が得られる。
［実施例４］
また、循環路が６回路で、一般に同一回転方向に１／６回転の等位相間隔で回路が螺旋状に配置されている循環こま式のボールねじについて、本発明に基づき位相差を変化させた代表的な２例のボールねじＡ、Ｂについて負荷分布のばらつきを調査した。
【００６１】
ボールねじＡは、図１５（Ａ）のように、位相間隔のうちの軸方向両端、すなわち１回路目と２回路目との間の位相間隔、および５回路目と６回路目との間の位相間隔の二個所を、等位相間隔（１／６回転）からさらに１／６回転だけ大きくオフセットさせ、合計１／３回転の位相間隔としたものである。ボールねじＢは、図１５（Ｂ）のように、１回路目と２回路目との間の位相間隔、３回路目と４回路目との間の位相間隔、及び５回路目と６回路目との間の位相間隔の三個所を、それぞれ等位相間隔（１／６回転）からさらに１／３回転だけ大きくオフセットさせ、合計１／２回転の位相間隔としたものである。
【００６２】
比較のために、図１５（Ｃ）のように、６回路すべてが１／６回転の等位相間隔で配置されている従来仕様のボールねじＣを用意し、各ボールねじについて、それぞれ負荷分布の状態について解析した。
解析に用いたボールねじの仕様は、ねじ軸径１００ｍｍ、リード２４ｍｍ、ボール径１５．８７５ｍｍ、ボールナット外径１４９ｍｍ、循環路０．８３巻６列とし、循環路の配列の仕方のみを変更した。そして、ボールねじのねじ軸１を片持ち支持し、その片持ち支持側とは反対側のボールナット２端部に軸方向荷重Ｆ１＝１００００ｋｇｆが作用するとした。
【００６３】
その結果を図１６に示す。
図１６から分かるように、従来仕様のボールねじＣでは、円周方向のみに着目すればバランスが完全にとれているので、全回路の軸方向中心点近傍では負荷分布の均一性がよいが、軸方向中心点から遠ざかるにつれて負荷分布のばらつきが大きくなる。これは、上記軸心Ｓに直交する面周りのモーメントのバランスの悪さによるものである。
【００６４】
それに対して本発明に基づくボールねじＡでは、円周方向の負荷分布のバランスがとれていると共に、軸心Ｓに直交する面周りのモーメントのバランスも大幅に改善されているので、軸方向全体にわたって負荷分布のばらつきが小さくなっている。
これは、第１、２、４回路目の３回路の回路群と第３、５、６回路目の３回路の回路群とをそれぞれ個別に着目すると、ボールねじＣと同様に、円周方向のバランスが完全にとれているものの軸心Ｓに直交する面周りのモーメントのバランスが悪いが、各３回路で生じるモーメント相互間で互いのモーメントのバランスの悪さがほぼ完全に相殺されることによるものであり、円周方向だけでなく、軸芯に直交する面周りのモーメント方向についても負荷分布のばらつきが低減する。ただし、モーメントのアンバランスが若干残っているため、軸方向両端付近で負荷分布のばらつきがわずかに大きくなっている。
【００６５】
一方、本発明に基づくボールねじＢでは、円周方向とともにモーメントのバランスが完全にとれているので、軸方向全体にわたって負荷分布のばらつきが小さくなっている。
これは、第１、３、５回路目の３回路の回路群と第２、４、６回路目の３回路の回路群とをそれぞれ個別に着目すると、ボールねじＣと同様に、円周方向のバランスが完全にとれているものの軸方向に直交する面周りのモーメントのバランスが悪いが、各３回路で生じるモーメント相互間で互いのモーメントのバランスの悪さが完全に相殺されることによるものであり、円周方向だけでなく、軸芯に直交する面周りのモーメント方向についても負荷分布のばらつきが低減する。
【００６６】
なお、本発明に基づくボールねじＢは、本発明に基づくボールねじＡに比べて、負荷分布の均一性がさらに改善される一方、全回路長さ、すなわちボールナット２の長さが若干長くなるという欠点がある。
また、こま循環方式を例に挙げたが他の循環方式でも同様な結果が得られる。
なお、軸方向全体の負荷の大きさのばらつきを抑えるために、複数の回路の一部の回路を他の回路に対し軸方向にオフセットさせて所定の回路内のボールに予圧を付与するか、あるいは他の回路よりもすきまを小さくするようにしても良い。図１０や図１３などから分かるように、本実施例では、相対的に軸方向中央部側の負荷が小さいので、軸方向中央部の回路に予圧を付与するか、あるいは他の回路よりもすきまを小さくして当該軸方向中央部のボールの負荷分担量を増大させてさらに軸方向に沿った負荷分布の平均化を図るようにしても良い。
【００６７】
同様に、軸方向中央部の回路のボール径を他の回路よりも大きくしたり、軸方向中央部の回路のボールナットの有効径を他の回路より小さくして、当該軸方向中央部のボールの負荷分布量を増大させて更に軸方向に沿った負荷分布の平均化を図るようにしても良い。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のボールねじを採用すると、各循環路間の円周方向の位相差を特定するという簡単な手段によって、複数の循環路を配置することによって生じる軸心に直交する面周りのモーメントに基づく負荷分布のばらつきが改善されて、ねじ軸とボールナットとの間を転動する複数のボール間の負荷分布が均一化し、一部のボールヘの負荷の集中が緩和される。このため、ボールねじのねじ軸径を大きくなどの対処をとることなく、負荷能力を向上させることができるという効果がある。
【００６９】
すなわち、ボールねじのサイズを大きくすることなく負荷能力が増大する、あるいは、同等の負荷能力を得るためのボールねじのサイズを小さくできることによって、対応可能な高荷重用途の幅が拡大されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく第１実施形態に係るボールねじを示す図である。
【図２】本発明に基づく第１実施形態に係るボールねじの概略構成図を示す図である。
【図３】１回路でのボールの循環を示す図である。
【図４】軸方向見たボールの少ない部分を示す図３におけるＸ−Ｘ矢視図である。
【図５】本発明に基づく第２実施形態に係るボールねじを示す図である。
【図６】本発明に基づく第２実施形態に係るボールねじの概略部分構成図を示す図である。
【図７】従来使用のボールねじを示す図である。
【図８】本発明に基づく第２実施形態に係るボールねじを示す別の図である。
【図９】第１実施例を説明する図であって、（Ａ）は本発明に基づくボールねじを、（Ｂ）及び（Ｃ）は比較のためのボールねじを示す図である。
【図１０】第１実施例での解析結果を示す図である。
【図１１】第２実施例における本発明に基づくボールねじの別の例を示す図である。
【図１２】第２実施例を説明する図であって、（Ａ）及び（Ｂ）は比較のためのボールねじを示す図である。
【図１３】第２実施例での解析結果を示す図である。
【図１４】第３実施例での解析結果を示す図である。
【図１５】第４実施例を説明する図であって、（Ａ）及び（Ｂ）は本発明に基づくボールねじを、（Ｃ）は比較のためのボールねじを示す図である。
【図１６】第４実施例の解析結果を示す図である。
【符号の説明】
１    ねじ軸
１ａ  ボールねじ溝
２    ボールナット
２ａ  ボールねじ溝
４    循環チューブ
６    こま
Ｓ    軸心
Ｆ    軸方向中央を通り軸心に直交する面
Ａ１〜Ａ１２  循環路
【図１】
0003714026.tif 000002
【図２】
0003714026.tif 000003
【図３】
0003714026.tif 000004
【図４】
0003714026.tif 000005
【図５】
0003714026.tif 000006
【図６】
0003714026.tif 000007
【図７】
0003714026.tif 000008
【図８】
0003714026.tif 000009
【図９】
0003714026.tif 000010
【図１０】
0003714026.tif 000011
【図１１】
0003714026.tif 000012
【図１２】
0003714026.tif 000013
【図１３】
0003714026.tif 000014
【図１４】
0003714026.tif 000015
【図１５】
0003714026.tif 000016
【図１６】
0003714026.tif 000017