(57)【要約】【課題】ボールねじに不可欠な部品以外の部品や配線を設置することなく、内部に異常が発生しているかどうかを速やかに判断できるボールねじを提供する。【解決手段】ボールねじ１０は、ねじ軸１とナット２と複数のボール３とコマ４を有する。ねじ軸１の螺旋溝１１とナット２の螺旋溝２１とにより、ボール３が負荷状態で転動する転動路が形成されている。ナット２は、径方向に貫通する貫通穴２２を有する。コマ４はボール３を転動路の終点から始点に戻すボール戻し路をなす溝４１を有する。コマ４が貫通穴２２内に配置されて、溝４１によりボール戻し路がナット２の内周面に形成されている。ボール３は、転動路内とボール戻し路内とに配置されている。コマ４は、温度により可逆的に変色する無機顔料と、合成樹脂と、を含有する樹脂組成物からなる。【選択図】図１
2015224661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸と、ナットと、複数のボールと、コマと、を有し、
前記ねじ軸の軸方向寸法は前記ナットの軸方向寸法より長く、
前記ねじ軸は前記ナットを貫通し、
前記ねじ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝とにより、前記ボールが負荷状態で転動する転動路が形成され、
前記ナットは、径方向に貫通する貫通穴を有し、
前記貫通穴は、前記ナットの螺旋溝を構成し軸方向で隣り合う二つの溝に対して、前記転動路の終点および始点を含む位置に形成され、
前記コマは、前記ボールを前記転動路の終点から始点に戻すボール戻し路をなす溝を有し、前記コマが前記貫通穴内に配置されて、前記溝により前記ボール戻し路が前記ナットの内周面に形成され、
前記ボールは、前記転動路内と前記ボール戻し路内とに配置され、
前記転動路内を負荷状態で転動する前記ボールを介して、前記ナットと前記ねじ軸とが相対移動し、
前記コマは、温度により可逆的に変色する無機顔料と、合成樹脂と、を含有する樹脂組成物で形成されているボールねじ。
【請求項２】
前記コマの外表面を覆う断熱カバーを有する請求項１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、ボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじは、ねじ軸と、ナットと、複数のボールとを有する。ボールねじにおいて、ねじ軸の軸方向寸法はナットの軸方向寸法より長く、ねじ軸はナットを貫通している。ねじ軸の螺旋溝とナットの螺旋溝とにより、ボールが負荷状態で転動する転動路が形成されている。ナットは、ボールを転動路の終点から始点に戻すボール戻し路を有する。ボールは、転動路とボール戻し路内に配置されている。転動路内を負荷状態で転動するボールを介して、ナットとねじ軸とが相対移動する。ボール戻し路は、ナットにリターンチューブやコマ等を取り付けることで形成される。
【０００３】
ボール戻し路を形成する部品としてコマを有するコマ式ボールねじでは、ナットを径方向に貫通する貫通穴内にコマが取り付けられている。ナットの貫通穴は、軸方向で隣り合う二つの溝（螺旋溝を構成する溝）に対して、転動路の終点および始点を含む位置に形成されている。コマには、ボール戻し路をなす略Ｓ字状溝が形成されている。ナットの貫通穴にコマを取り付けることで、略Ｓ字状溝の長手方向両端が、転動路の終点および始点となっているナットの内周面の溝端（二つの溝の貫通穴で分断されている端部）と接続される。これにより、転動路の終点に達したボールが、ねじ軸の外周面を乗り越えてコマの略Ｓ字状溝を通って転動路の始点に移動する。
【０００４】
このようなボールねじについては、従来より、焼付き、摩耗、破損等の異常を検知する方法が提案されている。例えば特許文献１には、循環部品にひずみゲージを設け、循環部品に転動体が衝突するときに発生する振動や衝突力を計測し、ボールねじの異常を検知することが記載されている。
特許文献２には、鉄道車両車軸用密封型転がり軸受装置の円錐ころ等の損傷を防止するために、内輪、外輪、円錐ころ等（軸受部品）の温度を検知する際に、従来はサーモラベルを前蓋や鞍または軸受箱などに貼付けて、サーモラベルの変色により転がり軸受の内部の異常な温度上昇を検知していたと記載されている。
【０００５】
また、サーモラベルが軸受部品から離れた位置に貼り付けられていることと、サーモラベルが外部に露出しているために車両の走行中に冷却されること等から、サーモラベルでは内部の異常な温度上昇を必ずしも十分に検知できるとは言えないと記載されている。
そのため、特許文献２に記載された発明では、「潤滑剤が充填された転がり軸受の内部の温度を検知し、転がり軸受の外部に向かって伝熱する温度検知手段」と、「前記温度検知手段と接続しかつ温度検知手段から伝えられた熱の温度を表示する表示手段」を、密封型転がり軸受装置に設けている。
これにより、特許文献２に記載された発明では、充填されている潤滑剤が内輪の温度と略等しくなり、この潤滑剤の温度を温度検知手段で検知して、検知された温度が外部に設置された表示手段に表示されるため、転がり軸受の内部の異常な温度上昇を確実に検知して焼き付きを防止できると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２０００３２号公報
【特許文献２】特開平１１−２８７２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の背景技術のうち、サーモラベルを使用する方法と潤滑剤の温度を検知する方法では、内部の異常な温度上昇を速やかに検知するという点で改善の余地がある。ひずみゲージを用いる方法では、ひずみゲージや配線の設置に手間がかかるという問題点がある。
本発明の課題は、ボールねじに不可欠な部品以外の部品や配線等を設置することなく、内部に異常が発生しているかどうかを速やかに判断できるボールねじを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一態様のボールねじは、下記の構成(1) および(2) を有することを特徴とする。
(1) ねじ軸と、ナットと、複数のボールと、コマと、を有する。ねじ軸の軸方向寸法はナットの軸方向寸法より長く、ねじ軸はナットを貫通する。ねじ軸の螺旋溝とナットの螺旋溝とにより、ボールが負荷状態で転動する転動路が形成されている。ナットは、径方向に貫通する貫通穴を有し、この貫通穴は、ナットの螺旋溝を構成し軸方向で隣り合う二つの溝に対して、転動路の終点および始点を含む位置に形成されている。コマは、ボールを転動路の終点から始点に戻すボール戻し路をなす溝を有し、コマが前記貫通穴内に配置されて、前記溝によりボール戻し路がナットの内周面に形成されている。ボールは、転動路内とボール戻し路内とに配置されている。転動路内を負荷状態で転動するボールを介して、ナットとねじ軸とが相対移動する。
(2) コマは、温度により可逆的に変色する無機顔料と、合成樹脂と、を含有する樹脂組成物で形成されている。
【０００９】
この態様のボールねじは、下記の構成(3) を有することができる。
(3) コマの外表面を覆う断熱カバーを有する。断熱カバーは、熱伝導率が低い（例えば０．２０Ｗ／ｍＫ以下である）材料からなるカバーであって、コマの色が識別できる透明度を有する。
ボールねじでは、ボールが転動路内を負荷状態で転動し、転動路の終点からボール戻し路に入ってボール戻し路内を移動した後に、転動路の始点に戻されて転動路内を負荷状態で転動することを繰り返す。そのため、ボールは、ボールねじを構成する部品の中で最も運動量が多く、最も発熱量が大きい部品である。
【００１０】
ねじ軸の螺旋溝、ナットの螺旋溝、またはボールの表面に剥離等の異常が発生している場合、ボールの運動量は異常が発生していない場合よりも多くなるため、ボールの温度も異常が発生していない場合よりも高くなる。このように温度が高くなっているボールがコマを通過するとき、ボールがコマの温度を上昇させる。この態様のボールねじでは、コマが、温度により可逆的に変色する無機顔料と合成樹脂とを含有する樹脂組成物で形成されているため、コマの温度の変化に伴ってコマの色が変化する。
したがって、この態様のボールねじでは、作動中にコマの色を見ることで、内部に異常が発生しているかどうかを速やかに判断することができる。
また、この態様のボールねじが構成(3) を有すると、コマの色がボールねじの外部の温度の影響を受けて変化することが防止される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ボールねじに不可欠な部品以外の部品や配線を設置することなく、内部に異常が発生しているかどうかを速やかに判断できるボールねじが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態のボールねじを示す斜視図であって、ねじ軸の一部が省略されてナットの内部が一部露出している図である。
【図２】第１実施形態のボールねじを構成するナットの部分断面図である。
【図３】第１実施形態のボールねじを構成するコマを示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図（ナットの外周側に配置される面を示す図）、（ｃ）は側面図、（ｄ）は背面図（ナットの内周側に配置される面を示す図）である。
【図４】第１実施形態のボールねじについて、コマの取り付け状態とボールの移動経路を説明する図である。
【図５】第２実施形態のボールねじを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。
［第１実施形態］
第１実施形態のボールねじ１０は、図１に示すように、ねじ軸１と、ナット２と、ボール３と、コマ４を有する。ねじ軸１の軸方向寸法はナット２の軸方向寸法より長く、ねじ軸１はナット２を貫通している。ねじ軸１の螺旋溝１１とナット２の螺旋溝２１とにより、ボール３が負荷状態で転動する転動路が形成されている。
ナット２は、径方向に貫通する長円状の貫通穴２２を有する。図２に示すように、貫通穴２２は、ナット２の螺旋溝２１を構成し軸方向で隣り合う二つの溝２１１，２１２に対して、転動路の終点および始点を含む位置に形成されている。
【００１４】
図３に示すように、コマ４は、貫通穴２２の形状に対応した略長円柱状に形成されている。コマ４は、長円柱の一方の底面であってナット２の外周側に配置される外面４０１と、外面４０１の反対側の面であってナット２の内周側に配置される内面４０２と、長円柱の周面を構成する側面４０３ａを有する。コマ４の外面４０１は平面に形成され、内面４０２は、ナット２の内周面に沿う曲面に形成されている。
コマ４の長円柱の周面を構成する円弧面は、長円柱の軸方向で外面４０１側の外側円弧面４０３ｂと、内面４０２側の内側円弧面４０３ｃとからなる。コマ４の長円柱の長手方向（円弧面同士が対向する方向）において、外側円弧面４０３ｂは内側円弧面４０３ｃより外側に位置する。これにより、コマ４の外面４０１側に、一対の突起４４が形成されている。
コマ４の内面４０２に、ボール戻し路をなす略Ｓ字状溝４１が形成されている。略Ｓ字状溝４１のボール戻し路の長手方向両端部となる一対の開口部４１ａが、コマ４の内側円弧面４０３ｃに形成されている。
【００１５】
図４に示すように、ナット２の貫通穴２２には、ナット２の外周側の開口部に、コマ４の一対の突起４４が嵌まる凹部２３が形成されている。コマ４がナット２の貫通穴２２内に配置され、凹部２３と突起４４の間にシーリング剤が充填されている。このシーリング剤でコマ４がナット２に固定されている。
これにより、図２に示すように、コマ４の略Ｓ字状溝４１の各開口部（長手方向両端）４１ａが、転動路の終点および始点となっているナット２の内周面の溝端（二つの溝２１１，２１２の貫通穴２２で分断されている端部）２１１ａ，２１２ａと接続される。つまり、貫通穴２２に配置されたコマ４の略Ｓ字状溝４１により、ボール３を転動路の終点から始点に戻すボール戻し路がナット２の内周面に形成されている。
【００１６】
また、コマ４の略Ｓ字状溝４１からなるボール戻し路内と、ねじ軸１の螺旋溝１１およびナット２の螺旋溝２１で形成される転動路内にボール３が配置されている。よって、図４に示すように、転動路の終点に達したボール３は、ねじ軸１の外周面１１ａを乗り越えてコマ４の略Ｓ字状溝４１を通って転動路の始点に移動する。なお、図４は、ボールねじ１０の正しい断面図ではなく、コマ４の近傍でのボール３の移動経路を模式的に示したものである。
コマ４は、バナジウムジルコニウム黄粉末（温度により可逆的に変色する無機顔料）と合成樹脂とを含有する樹脂組成物で形成されている。そのため、コマ４の色は、その時の温度に応じて変化する。
コマ４は、例えば、以下の方法（製法１）で製造されたものである。
【００１７】
＜製法１＞
ポリアセタール樹脂のペレットと炭酸カルシウム粉末とバナジウムジルコニウム黄粉末を、ニ軸混練押出機に、質量比でポリアセタール：炭酸カルシウム：バナジウムジルコニウム黄＝１００：１５：１０となるように入れ、ニ軸混練押出機を混練溶融温度２００〜２３０℃で作動させ、コンパウンドのペレットを得る。次に、得られたペレットを、コマ４に対応させた金型が取り付けられた射出成形機のホッパーに入れて、ポリアセタール樹脂の通常の射出成形条件で射出成形を行う。
この方法で製造されたコマ４は６０℃未満で黄色であり、６０℃以上で橙色となる。
第１実施形態のボールねじにおいては、温度が高くなっているボール３が、コマ４の略Ｓ字状溝４１からなるボール戻し路を通過することで、コマ４の温度も高くなる。コマ４の色は、その時の温度に応じて上述のように変化する。ボールねじの内部に異常が発生している場合、ボール３の温度は８０℃以上となり、コマ４の温度は６０℃以上となる。これに伴って、コマ４の温度は黄色から橙色に変化する。
【００１８】
したがって、第１実施形態のボールねじによれば、作動中にコマ４の色を見ることで、内部に異常が発生しているかどうかを速やかに判断することができる。
なお、ボールねじが機械に組み込まれた状態でコマ４が隠れる場合は、機械にコマ４の一部が見える窓を設ける等の工夫を行うことによって、コマ４の色の変化でボールねじの内部の異常を検知することができる。また、コマ４が見える状態で行われる寿命試験等では、ボールねじの内部に異常が発生しているかどうかが簡単に確認できる。
【００１９】
［第２実施形態］
第２実施形態のボールねじ１０は、図５に示すように、コマ４の外表面が透明な断熱カバー５で覆われている。また、コマ４の突起４４の厚さが断熱カバー５の厚さ分だけ薄い。さらに、ナット２の貫通穴２２および凹部２３が、断熱カバー５の外形に対応した形状になっている。これ以外は第１実施形態のボールねじ１０と同じである。
断熱カバー５は、上板部５１と周面部５２が一体に形成されたものであり、上板部５１はコマ４の外面４０１を覆う。周面部５２は、コマ４の側面４０３ａ、外側円弧面４０３ｂ、内側円弧面４０３ｃ、および突起４４の下面を連続的に覆う。 
断熱カバー５は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂を射出成形することで得られたものである。
【００２０】
第２実施形態のボールねじにおいては、温度が高くなっているボール３が、コマ４の略Ｓ字状溝４１からなるボール戻し路を通過することで、コマ４の温度も高くなる。コマ４の色は、その時の温度に応じて上述のように変化する。ボールねじの内部に異常が発生している場合、ボール３の温度は８０℃以上となり、コマ４の温度は６０℃以上となる。これに伴って、コマ４の温度は黄色から橙色に変化する。
また、コマ４の外表面が断熱カバー５で覆われているため、断熱カバー５を有さない場合と比較して、コマ４の温度がボールねじの外部の温度の影響を受けにくくなっている。
したがって、第２実施形態のボールねじによれば、作動中に断熱カバー５を介してコマ４の色を見ることで、内部に異常が発生しているかどうかを速やかに判断することができる。また、第１実施形態のボールねじと比較して、高温の使用環境での異常検知精度が高くなる。
また、第１実施形態および第２実施形態のボールねじを構成するコマ４は、上述の製法１に代えて下記の製法２で製造することもできる。
【００２１】
＜製法２＞
先ず、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）樹脂のペレットと炭酸カルシウム粉末とバナジウムジルコニウム黄粉末を、ニ軸混練押出機に、質量比でＦＥＰ：炭酸カルシウム：バナジウムジルコニウム黄＝１００：１５：１０となるように入れ、ニ軸混練押出機を混練溶融温度２１０〜２３０℃で作動させ、コンパウンドのペレットを得る。
次に、得られたコンパウンドのペレットと、ポリアセタール樹脂のペレットと、架橋剤（モルホリンジスルフィド）を、加圧容器内に、質量比でコンパウンド：ポリアセタール：架橋剤＝９０：１００：１０となるように入れ、温度１２０〜１７０℃、圧力１０．１３ＭＰａ以上３０．４以下ＭＰａに、４０分間保持することにより、ＦＥＰとポリアセタールを架橋させる。次に、ＦＥＰとポリアセタールが架橋された樹脂を造粒押出機に入れて、架橋樹脂のペレットを得る。
【００２２】
次に、得られた架橋樹脂のペレットを、コマ４に対応させた金型が取り付けられた射出成形機のホッパーに入れて、材料温度２１０〜２３０℃、金型温度５０℃、射出圧力９８ＭＰａの条件で射出成形を行う。
製法２で製造されたコマ４は、６０℃未満で黄色であり、６０℃以上で橙色となる。
また、製法２で得られたコマ４は、ポリアセタール樹脂とフッ素樹脂であるＦＥＰとが架橋された合成樹脂製であるため、製法１で得られたポリアセタール樹脂製のコマ４と比較して耐摩耗性が高い。
【００２３】
［コマおよび断熱カバーを構成する材料について］
本発明のボールねじを構成するコマは、温度により可逆的に変色する無機顔料と、合成樹脂と、を含有する樹脂組成物で形成されている。
使用可能な合成樹脂としては、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチックが挙げられる。このようなエンジニアリングプラスチックにフッ素樹脂が架橋された合成樹脂を用いることで、コマの耐摩耗性が向上する。架橋させるフッ素樹脂としては、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などが挙げられる。
樹脂組成物は、充填剤または受酸剤を含有することが好ましい。
【００２４】
充填剤としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、チタン酸カリウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア、フォステライト、ステアタイト、スピネル、ムライト、チタニア等の粉体、又は、これらを球形化したビーズ、ガラス繊維等が挙げられる。難燃効果のある無機充填剤としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛等が挙げられる。
温度により可逆的に変色する無機顔料（示温材）としては、バナジウムすず黄、バナジウムジルコニウム黄、プラセオジム黄、クロムチタン黄、アンチモン黄、カドミ黄などが挙げられる。
【００２５】
コマを覆う断熱カバーの材質としては、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン）樹脂、ＰＣ（ポリカーボネイト）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）樹脂、ＰＳ（ポリスチレン）樹脂が挙げられる。各樹脂の熱伝導率は、ＡＳ樹脂が０．１５〜０．１６Ｗ／ｍＫ、ＰＣ樹脂が０．１９、ＰＥＴ樹脂が０．１４Ｗ／ｍＫ、ＰＭＭＡ樹脂が０．０２〜０．０３Ｗ／ｍＫ、ＰＳ樹脂が０．１０〜０．１４Ｗ／ｍＫである。
【符号の説明】
【００２６】
１  ねじ軸
１１  ねじ軸の螺旋溝
２  ナット
２１  ナットの螺旋溝
２１１，２１２  ナットの螺旋溝を構成し軸方向で隣り合う溝
２１１ａ，２１２ａ  転動路の終点および始点となっている溝端
２２  貫通穴
２３  凹部
３  ボール
４  コマ
４１  略Ｓ字状溝（ボール戻し路をなす溝）
４１ａ  ボール戻し路の長手方向両端部となる開口部
４０１  ナットの外周側に配置される外面
４０２  ナットの内周側に配置される内面
４０３ａ  側面
４０３ｂ  外側円弧面
４０３ｃ  内側円弧面
４４  突起
５  断熱カバー
５１  上板部
５２  周面部
１０  ボールねじ
【図１】
2015224661.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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