(57)【要約】【課題】  ボールねじ装置において、ボールナットに大きな軸方向荷重が作用した場合に、すべてのボールねじ溝部分のボールでこの荷重を均等に支持することである。【解決手段】  ボールナットのボールねじ溝は、ボールに対するボールねじ溝の荷重作用線方向の隙間が、取付部よりも遠いボールねじ溝部分の方が、取付部に近いボールねじ溝部分よりも、ボールナットに作用する荷重によってボールナットの当該ボールねじ溝部分に生じる弾性変形量に相当する分だけ小さくなるように形成されている。  ボールナットに大きな軸方向荷重が加わったとき、取付部及びその周辺のボールねじ溝部分が弾性変形しても、この荷重をすべてのボールねじ溝部分のボールで受けることができる。その結果、特定のボールねじ溝部分が摩耗することが防止され、ボールねじ装置の寿命が延びる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にらせん状のボールねじ溝が形成されたボールねじ軸と、内周面に前記ボールねじ溝に対向するらせん状のボールねじ溝が形成され、取付部において固定部材に固定されるボールナットと、前記対向する両ボールねじ溝間に転動自在に介装された多数のボールと、を含むボールねじ装置において、  前記ボールナットのボールねじ溝は、前記ボールに対する荷重作用線方向の隙間が、前記取付部から遠いボールねじ溝部分の方が、前記取付部に近いボールねじ溝部分よりも、前記ボールナットに作用する荷重によって前記ボールナットの当該ボールねじ溝部分に生じる弾性変形量に相当する分だけ小さくなるように形成されていることを特徴とするボールねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボールねじ装置に関し、より詳しくは、ボールナットに大きな軸方向荷重が加わったとき、ボールねじ溝のすべてのねじ溝部分のボールで均一にこの荷重を支持するように改良されたボールねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじ装置として、外周面にらせん状のボールねじ溝が形成されたボールねじ軸と、内周面に上記ボールねじ溝に対向するらせん状のボールねじ溝が形成されたボールナットと、対向する両ボールねじ溝間に転動自在に介装された多数のボールと、から成るものが知られている。かかるボールねじ装置によれば、ボールねじ軸とボールナットとはボールのころがりを介して接触することになるので、ボールナットをボールねじ軸に対して小さい駆動力で相対的にらせん運動させることができる。
【０００３】
ところで、従来のボールねじ装置では、ボールねじ軸のボールねじ溝とボールナットのボールねじ溝とは同一リードで形成されていた。そのため、ボールナットに加わる軸方向荷重が小さいときはすべてのボールねじ溝部分のボールでこの荷重を支持するが、軸方向荷重が大きいときは特定のボールねじ溝部分のボールに集中的に荷重が加わり、当該ボールねじ溝部分及びボールが摩耗したり剥離して、ボールねじ装置の寿命が計算値よりも短くなる不具合があった。
ボールねじ装置の寿命を所望のものとするためには、大きな直径のボールを使用するとか、ボールの数を増加させてボールナットの寸法を大きくしなければならない。しかし、それではボールねじ装置が大型化してしまい、製造コストの増大、重量の増大を招く。
【０００４】
本発明は、上記従来例における問題点を解決すること、即ちボールナットに大きな所定の軸方向荷重が作用した場合に、ボールねじ軸及びボールナットのすべてのボールねじ溝内のボールでこの荷重を均等に支持することができるボールねじ装置を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明においては、ボールナットのボールねじ溝を、ボールに対する荷重作用線方向の隙間が、ボールナットを固定部材に取り付ける取付部から遠いボールねじ溝部分の方が、近いボールねじ溝部分よりも、ボールナットに作用する荷重によってボールナットの当該ボールねじ溝部分に生じる弾性変形量に相当する分だけ小さくなるように形成した。
【０００６】
これは、従来のボールねじ装置では、ボールナットに加わる軸方向荷重が大きくなったときには各ボールねじ溝内のボールに加わる荷重が均等ではなくなるという知見に基づく。すなわち、本願の発明者の研究によれば、ボールナットの取付部から遠いボールねじ溝部分のボールに作用する応力は小さいが、取付部から近いボールねじ溝部分のボールには大きな応力が加わり、後者によってボールねじ装置の寿命が決まってしまう。これは、ボールナットは取付部に荷重が加わったときその周辺において若干軸方向に弾性変形（伸縮）し、取付部から遠い部分にあり弾性変形が大きいボールに作用する応力が相対的に減少し、それにともなって取付部に近い側のボールが平均荷重以上の荷重を支持することによる。
しかして、ボールナットの取付部から近いボールねじ溝部分におけるボールとボールねじ溝との隙間及び遠いボールねじ溝部分におけるボールとボールねじ溝との隙間を上述のごとく形成することにより、すべてのボールねじ溝部分においてボールに作用する応力を実質的に均等にすることができる。
【発明の効果】
【０００７】
以上述べてきたように、本発明によれば、ボールに対するボールナットのボールねじ溝の荷重作用線方向の隙間を、ボールナットを固定部材に取り付ける取付部から遠いボールねじ溝部分の方が、取付部に近いボールねじ溝部分よりも、ボールナットに作用する荷重によってボールナットの当該ボールねじ溝部分に生じる弾性変形量に相当する分だけ小さくした。
そのために、ボールナットに大きな軸方向荷重が加わったとき、取付部及びその周辺のボールねじ溝部分が弾性変形し、この荷重をすべてのボールねじ溝部分のボールで均一に受けることができる。その結果、特定のボールねじ溝部分及びボールが摩耗したり剥離することが防止され、ボールねじ装置の寿命が延びる。しかも、このことが、従来のボールねじ軸装置の構造、大きさなどを実質的に変更することなく達成できる効果が奏される。
【実施例】
【０００８】
以下、本発明の第１の実施例を図面をもとに説明する。
図１に示すように、ボールねじ装置はボールねじ軸１０と、ボールナット２０と、多数のボール３０と、ボールリターンチューブ４０とから成る。ボールねじ軸１０の外周面にはいわゆるゴシックアーチ形状のボールねじ溝１２（図６参照）がらせん状に形成され、そのリードは全長にわたって一定値Ｌ1 （図２参照）とされている。
ボールナット２０はボールねじ軸１０の外径よりも僅かに大きい内径の中空穴２２を有し、その内周面にはボールねじ軸のボールねじ溝１２に対向するゴシックアーチ形状のボールねじ溝２４（図６参照）がらせん状に形成され、そのリードＬ2 〜Ｌ7 は全長にわたって等しく（Ｌ2 ＝Ｌ3 ＝Ｌ4 ＝Ｌ5 ＝Ｌ6 ＝Ｌ7 ）、かつ前記Ｌ1 よりも小さくされている（図２参照）。
なお、上記ボールねじ溝１２及び２４は、ＮＣねじ溝研削盤においてボールねじ軸１０及びボールナット２０の送りの割合を所定のプログラムで制御することにより容易に加工できる。
【０００９】
図１に戻って、ボールナット２０は左端に半径方向に張り出したフランジ部２５を有し、このフランジ部２５で固定部材５０にボルト５２により固定される。また、中空穴２２の両端には大径の座ぐり穴２６があけられ、ゴミ、切削くず等の異物がボールナット内に浸入するのを防ぐために、内径部にボールねじ溝に嵌合する凸部を有するシール２８が座ぐり穴２６に固定されている。また、ボールナット２０には軸線に対して直角方向の一対の（一方のみ図示）貫通穴２９が軸方向に離間して穿設され、これに全体としてコ字形のボールリターンチューブ４０の各端部（第１図では一部のみ図示）４２が挿入されている。端部４２の先端は両ボールねじ溝１２と２４とによって形成される環状空間に開口している。ボールリターンチューブ４０は固定金具４６によってボールナット２０に取り付けられている。
【００１０】
次に、本実施例の作用効果を説明する。
ボールねじ軸１０に図１の左方から見て反時計方向の回転力を加えると、ボールねじ軸１０はボール３０の転動を介して円滑に回転し、これに伴ってボールナット２０の取付部であるフランジ部２５を介してこれと一体化された固定部材５０がボールねじ軸の回転に応じて右方に移動する。ボールねじ溝１２と２４との間のボール３０は、ボールねじ軸１０の回転につれてボールねじ溝１２、２４内を転動してボールナット２０の左端に至り、ボールリターンチューブ４０の左方の端部４２によりすくい上げられ、ボールリターンチューブ４０内を右方向に移動して右方の端部（不図示）からボールねじ溝１２、２４の右方に離れた部分に戻される。
【００１１】
ボールねじ軸１０を回転させると、ボール３０を介してボールナット２０のボールねじ溝２４に力が伝達されるが、ボールナットのボールねじ溝２４のリードＬ2 〜Ｌ7 はボールねじ軸１０のボールねじ溝１２のリードＬ1 よりも小さくされている。そのため、力はまずボールナットのフランジ部２５から遠い側のボール３０ｇを介して伝達され、ボールねじ軸１０に加わる軸方向の力が増大するにつれて、この力によりボールナット２０の右端部が軸方向に伸ばされる。その結果、右端部のボールねじ溝のリードがＬ7 よりも若干大きくなり、ボールねじ軸１０のボールねじ溝１２のリードＬ1 と等しくなる。これにより、ボール３０ｆとボールナットのボールねじ溝部分２４ｆとのすきまが小さくなり、ついにボール３０ｆがボールねじ溝部分２４ｆの溝底面に接触して、ボールナット２０はボールねじ溝部分２４ｆの溝底面からも引張り力を受ける。
【００１２】
以後、ボールねじ軸１０の軸方向の力の増大にともなって順次ボールナット２０が軸方向に伸ばされ、次のボール３０ｅがボールねじ溝部分２４ｅの溝底面に接触し、所定の設定荷重においては各ボールがボールナットの各ボールねじ溝と接触する（図３参照）。こうして、ボールナット２０の各ボールねじ溝部分２４のリードは各ボールねじ溝２４におけるボールナット２０の弾性変形量に相当する分伸ばされ、すべてのボールねじ溝部分２４のリードＬ2 〜Ｌ7 がボールねじ軸１０のリードＬ1 と等しくなるので、各ボールは等しい大きさの荷重を支持することになる。すなわち、特定のボールに過大な応力が加わることがなくなり、これによって高寿命のボールねじ装置を得ることができる。
このボールねじ装置は、上述の理由により所定の設定荷重（高荷重）が加わったとき高寿命化が達成できるが、ボールに加わる荷重が小さい場合には各ボールに対する荷重が均一とはならないが、ボールねじ溝の寿命は大きくなるので問題はない。なお、軽荷重時には少ないボールのみで荷重を支持する構造であるから作動トルクが極めて小さいという別の利点がある。
【００１３】
図４は、ボールナット２０の各ボールねじ溝内のボール３０に加わる荷重をプロットし曲線でつないだものであり、同図中直線Ａ（一点鎖線）はボールナットが完全剛体と仮定した場合のボールの荷重を示し、曲線Ｂはボールねじ軸のボールねじ溝もボールナットのボールねじ溝も均一リードとされた従来のボールねじ装置の場合を示し、曲線Ｃは上記実施例の場合を示す。
これより明らかなように、所定の設定荷重がナットの軸方向に加わった場合、従来例では曲線Ｂに示されるように取付部に近い位置のボールに過大な力が加わるのに対して、本実施例によれば曲線Ｃに示されるように、どのボールねじ溝部分にあるボールにもほぼ均等に荷重が加わり、過大な荷重が加わることが防止されている。すなわち、特定のボールねじ溝部分のみが摩耗したり、剥離することがなくなるので、ボールねじ軸装置の寿命が延びることとなる。
【００１４】
図５に示す第２実施例では、ボールナット１２０の軸方向中間部に形成したフランジ部１２５をボルト５２によって固定部材５０に固定している。この場合、ボールナット１２０の隣接するボールねじ溝部分１２４のリードは、フランジ部１２５に近い部分ではＬ2 とされ、遠いねじ溝部分ではこれよりも大きいＬ3 とされている。これは、フランジ部１２５の近傍ではボールナット１２０の剛性が大きいためである。その結果、ボールねじ溝部分１２４のボールに対するすきまは、フランジ部１２５のところで大きくフランジ部１２５から離れるにつれて小さくされており、しかもフランジ部１２５に対して左右対称になっている。なお、リードＬ2 及びＬ3 の値は実験により適宜決定すればよい。
【００１５】
この第２実施例においても、ボールナット１１０に所定の設定荷重が加わった場合、上記第１実施例で述べた理由により、すべてのボール１３０が等しく荷重を支承する。
【００１６】
なお、上記各実施例においては２つの部材の間に空間が存在する（プラス）すきまの例を示したが、本発明でいうすきまとは２つの部材が弾性変形をともなって接触するいわゆるマイナスのすきまの場合をも含むものである。
また、本発明は上記実施例に限定して解釈されるべきではなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良が可能である。例えば、上記第１実施例においてはボールナット２０のボールねじ溝２４のリードが全長にわたって一定の場合を示したが、設定荷重によってボールねじ溝に生じる弾性変形量がボールナットの軸方向部分によって異なる場合には、その弾性変形量を考慮してすきまの設定値を変えるようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施例の全体斜視図（一部破断）である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】上記実施例の作動説明図である。
【図４】上記実施例の効果を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施例の断面図である。
【図６】ボールねじ溝の拡大図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０  ボールねじ軸
１２、２４  ボールねじ溝
２０  ボールナット
２５  取付部
３０  ボール
４０  ボールリターンチューブ
【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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