(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸と、前記ねじ軸が貫通するナットと、前記ナットと前記ねじ軸との間の負荷転動路に介装される複数のボールとを備えるボールねじであって、
前記ナットは、前記負荷転動路を構成するねじ溝が内周面に形成されている円筒部において、当該円筒部の軸方向の中央から当該円筒部の荷重入力側の端部までに位置する負荷転動路の全部または一部が、当該円筒部の他の部分に位置する負荷転動路の全部または一部に対して以下の条件１を満たすことを特徴とするボールねじ。
条件１：前記他の部分よりも前記ナットのねじ溝のリードが大きい。
【請求項２】
前記ナットは、前記負荷転動路を構成するねじ溝が内周面に形成されている円筒部において、当該円筒部の軸方向の中央から当該円筒部の荷重入力側の端部までに位置する負荷転動路の全部または一部が、当該円筒部の他の部分に位置する負荷転動路の全部または一部に対して、更に以下の条件２，条件３の少なくとも一つを満たす請求項１に記載のボールねじ。
条件２：前記他の部分よりもＰ．Ｃ．Ｄ．（Pitch Circle Diameter ）が大きい。
条件３：前記他の部分よりも前記負荷転動路に介装される複数のボールのボール径が小さい。
【請求項３】
射出成型機またはプレス機の駆動部に用いられる請求項１または２に記載のボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじに係り、特に、高負荷用に好適なボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
高負荷用のボールねじは、駆動によるねじ軸の発熱が大きい。そのため、ねじ軸とナットの温度差が発生することにより、ナット内のボールへの負荷分布が不均一になってボールねじの破損の要因となり得る。
そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、ボール循環路が３回路以上であるボールねじにおいて、ボール循環路のうち少なくとも２回路を円周方向に同一位相とし、残りの回路を他の回路に対して円周方向に１８０°反転させることにより、ナット内のボールへの負荷分布を均一化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１１７７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の技術は、ボール循環路が３回路以上のときの回路配置の工夫により、ナット内のボールへの負荷分布を均一化し得るものの、ボール循環路が３回路以上であることを要する。
そこで、本発明は、ねじ軸が発熱した際も、ボール循環路の回路数によらず、設備稼働中におけるナット内のボールへの負荷分布を比較的に均一化し得るボールねじを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るボールねじは、ねじ軸と、前記ねじ軸が貫通するナットと、前記ナットと前記ねじ軸との間の負荷転動路に介装される複数のボールとを備えるボールねじであって、前記ナットは、前記負荷転動路を構成するねじ溝が内周面に形成されている円筒部において、当該円筒部の軸方向の中央から当該円筒部の荷重入力側の端部までに位置する負荷転動路の全部または一部が、当該円筒部の他の部分に位置する負荷転動路の全部または一部に対して以下の条件１を満たすことを特徴とする。
条件１：前記他の部分よりも前記ナットのねじ溝のリードが大きい（基準移動量に対し
てリードがプラスに設定されている）。
ここで、本発明の一態様に係るボールねじにおいて、前記ナットは、前記負荷転動路を構成するねじ溝が内周面に形成されている円筒部において、当該円筒部の軸方向の中央から当該円筒部の荷重入力側の端部までに位置する負荷転動路の全部または一部が、当該円筒部の他の部分に位置する負荷転動路の全部または一部に対して、更に以下の条件２，条件３の少なくとも一つを満たすことは好ましい。
条件２：前記他の部分よりもＰ．Ｃ．Ｄ．（Pitch Circle Diameter ）が大きい。
条件３：前記他の部分よりも前記負荷転動路に介装される複数のボールのボール径が小さい。
また、本発明の一態様に係るボールねじは、射出成型機またはプレス機の駆動部に用いることが好ましい。
【０００６】
本発明の一態様に係るボールねじによれば、ナットの円筒部において、円筒部の軸方向の中央から荷重入力側の端部までに位置する負荷転動路の全部または一部が、円筒部の他の部分に位置する負荷転動路の全部または一部に対して、上記条件１を少なくとも満たすので、ねじ軸が発熱した際も、ボール循環路の回路数によらず、設備稼働中におけるナット内のボールへの負荷分布を比較的に均一に保ち得て、ボールねじの破損を防止することができる。
【発明の効果】
【０００７】
上述のように、本発明によれば、ボール循環路の回路数によらず、設備稼働中におけるナット内のボールへの負荷分布を比較的に均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一態様に係るボールねじの一実施形態を示す図であり、同図（ａ）は、その平面図、（ｂ）は正面図であり、（ｂ）では一部を破断して図示している。
【図２】軸とナット相互の温度差を考慮した場合における負荷分布を検証した結果（シミュレーション）を示すグラフであり、同図（ａ）は、比較例のボールねじ（各回路の仕様が同じ）における三つの温度での負荷分布を示し、同図（ｂ）は、本発明を適用したボールねじでの稼働時の負荷分布を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一態様に係るボールねじの一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。本実施形態のボールねじは、射出成型機やプレス機等の設備に用いられる高負荷用のボールねじである。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す各実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態のボールねじ２０は、５回路のボール循環路Ａ〜Ｅを有する樹脂製の循環部品方式のボールねじである。このボールねじ２０は、ねじ軸１と、ねじ軸１の外周に複数のボール３を介して螺合するナット２とを有する。ナット２の円筒部４の一端には、円環状のフランジ５が設けられている。なお、本実施形態では、射出成型機やプレス機等の設備に用いるに際し、ねじ軸１は、同図右側が固定されるとともに、主荷重Ｆの作用方向がナット２のフランジ４に対して同図左側から軸線ＣＬと並行に入力されるものとする。
【００１１】
ねじ軸１の外周面には、螺旋状のねじ溝１ａが設けられ、また、ナット２の円筒部４の内周面には、５回路のボール循環路Ａ〜Ｅそれぞれに、ねじ軸１のねじ溝１ａと径方向で対向する位置に螺旋状のねじ溝２ａが設けられている。そして、両ねじ溝１ａ，２ａによって形成される負荷転動路に複数のボール３が介装されており、ねじ軸１又はナット２の一方が相対回転することで、複数のボール３が負荷転動路を転動し且つ循環し、ねじ軸１又はナット２の他方が直線移動するようになっている。
このナット２は、５回路のボール循環路Ａ〜Ｅによって軸方向に沿って円筒部４が軸方向で５つの区画に分けられており、各区画におけるねじ溝２ａの両端部が、戻り路をそれぞれ形成する樹脂製の循環部品６〜１０によって連結されることで、５回路のボール循環路Ａ〜Ｅが形成されている。以下、図１のフランジ４側から順に、第１回路Ａ，第２回路Ｂ，第３回路Ｃ，第４回路Ｄ，第５回路Ｅと呼ぶ。
【００１２】
ここで、一般的に、ボールねじの発熱は、ボールとねじ溝との間に生じる差動滑りによる摩擦熱であり、その熱量は、それを駆動するモータの発熱量に比べて小さいものの、ねじ軸はその構造上、両端部を除き断熱性の良い空気中に浮いていることにより、熱が蓄積、昇温して、ねじ軸が伸びる。そのため、このねじ軸の伸びを考慮することが負荷分布のバラツキを抑える上で重要となる。
そこで、本実施形態では、特に、射出成型機やプレス機等の設備に用いられる高負荷用のボールねじ２０において、ねじ軸１が発熱して伸びた際の運転条件（例えば、ねじ軸１とナット２との温度差が２０℃）を予め考慮することにより、設備稼働中におけるボールねじ２０の負荷分布が比較的に均一となるように、ボール循環路Ａ〜Ｅ相互の諸元を予め「調整」している。
【００１３】
詳しくは、図２（ａ）に、５回路のボール循環路Ａ〜Ｅの諸元を全て同じにした場合おいて、ねじ軸１とナット２の温度差を考慮した負荷分布の検証例を示す。同図において、横軸はナット中央の第３回路Ｃを基準とした各回路のボール位置、縦軸は、各ボール循環路Ａ〜Ｅでのボール３が負荷する荷重である。但し、ボールねじ２０の取付け条件は、図１において、ねじ軸１の右側が駆動支持部となり、ナット２のフランジ５の左側に主荷重Ｆが作用するものとする。
このボールねじ２０の取付け条件の場合に、同図に示すように、各回路の負荷分布は、ボールねじ２０の使用温度が高くなるにつれてねじ軸１が発熱して伸びることにより、特に主荷重Ｆが作用するナット２のフランジ５側（第１回路Ａ，第２回路Ｂの側）にて負荷が増加することがわかる。
【００１４】
このような回路相互の負荷偏倚に対して、本実施形態では、運転条件に基づいて、ねじ軸１とナット２との温度差が大きくなったときに、温度差が小さいときに比べて、負荷が増大する程度が他の部分よりも大きくなるボール循環路に対し、回路相互の負荷偏倚が少なくなるように、各ボール循環路Ａ〜Ｅの諸元を予め設定している。
具体的には、本実施形態では、運転条件（ねじ軸１とナット２との温度差）を考慮し、図２（ｂ）に示すように、設備稼働中（設定温度は、ねじ軸１とナット２との温度差が２０℃）において、ボールねじ２０のボール循環路Ａ〜Ｅの負荷分布が均一になるように、ナット２の円筒部４において、軸方向の中央を基準とし、円筒部４中央よりもフランジ５側に位置するボール循環路Ａ、Ｂのナット２のねじ溝２ａのリードを、円筒部４の他の部分に位置するボール循環路Ｄ、Ｅのねじ溝２ａのリードよりも大きく設定している。
【００１５】
換言すれば、このボールねじ２０では、ボールねじ２０の基準移動量に対して、第１回路Ａおよび第２回路Ｂのリードは、第４回路Ｄおよび第５回路Ｅのリードよりもプラスに設定されている。なお、本実施形態のボールねじ２０においては、中央に位置する第３回路Ｃのリードを基準としており、この第３回路Ｃを含めた、第４回路Ｄおよび第５回路Ｅのリードは設計上の基準移動量に設定されており、その基準移動量に対して、第２回路Ｂのリードを僅かにプラスに設定するとともに、第１回路Ａのリードを、第２回路Ｂのリードよりも更に僅かにプラスに設定している。
【００１６】
次に、このボールねじ２０の作用・効果について説明する。
このボールねじ２０では、中央の第３回路Ｃを基準とし、第１回路Ａおよび第２回路Ｂのナット２のねじ溝２ａのリードを、他の部分である第４回路Ｄおよび第５回路Ｅのナット２のねじ溝２ａのリードよりも僅かに大きくすることにより、送りをかけたときに、リードの大きい第１回路Ａおよび第２回路Ｂの部分のねじ溝２ａよりも先んじて、基準移動量のリードに設定されている他の部分内のボール３に負荷が付与されてボール３との接触面積が増大する。そのため、第３回路Ｃ、第４回路Ｄおよび第５回路Ｅは、ナット３にアキシャル荷重が負荷されたときの円筒部４の弾性変位量が、全ての回路が同一リードの場合に比べて、第１回路Ａおよび第２回路Ｂの円筒部４の弾性変位量よりも大きくなる。
【００１７】
これにより、中央の第３回路Ｃを基準とし、他の部分である第４回路Ｄおよび第５回路Ｅ内のボール３による負荷分担量が、第１回路Ａおよび第２回路Ｂ内のボール３よりも増大するとともに、相対的に第１回路Ａおよび第２回路Ｂの負荷分担量が減少する。この傾向は、使用温度が高くなるにつれてねじ軸１が発熱して伸びることにより、ねじ軸１側のねじ溝１ａのリードがプラス傾向になるため、設備稼働中における伸びたリードを考慮した場合には、ナット３における軸方向のボール循環路Ａ〜Ｅの負荷分布が平均化されて負荷のばらつきが低減することになる。
【００１８】
したがって、このボールねじ２０によれば、図２（ｂ）に示したように、設備稼働中における有効ボール（ねじ軸１とナット２間を転動しているボール３）に対する軸方向及び円周方向の負荷分布がより均一化して、各有効ボールに対する負荷分布、さらにはそのボール３に接触するねじ軸１とナット２の各ねじ溝１ａ，２ａに対する負荷分布が平均化してボールねじ２０の負荷容量が増大する。
なお、ねじ軸１の発熱量はボールねじ２０の動作パターンに依存するので、本実施形態の例の射出成形機やプレス機のように、動作パターンが略決まっている装置においては、ねじ軸１が発熱して伸びる量を予め検討することにより、軸方向のボール循環路Ａ〜Ｅの負荷分布を平均化させるために最適なリードを回路毎に個別に設定することができる。
【００１９】
以上説明したように、本実施形態のボールねじ２０では、稼働時の温度差を考慮し、設備稼働中にボールねじ２０の負荷分布が均一になるように、ナット２の円筒部４において、円筒部４中央の第３回路Ｃを基準として、円筒部４の軸方向の中央から荷重入力側の端部までに位置する第１回路Ａおよび第２回路Ｂのナット２のねじ溝２ａのリードを、他の部分である第４回路Ｄおよび第５回路Ｅのナット２のねじ溝２ａのリードよりも大きくしているので、温度差を考慮した負荷分布の検証例を図２に示したように、ねじ軸１が発熱して伸びた際の運転条件（例えば、ねじ軸１とナット２との温度差が２０℃）において、ナット２の荷重入力側の負荷が相対的に軽減される。よって、ボール循環路の回路数によらず、設備稼働中におけるボールねじ２０の負荷分布を比較的に均一化することができる。
【００２０】
なお、本発明に係るボールねじは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、設備稼働中にボールねじ２０の負荷分布が均一になるように、ナット２の円筒部４において、円筒部４の軸方向の中央から荷重入力側の端部までのナット２のねじ溝２ａのリードを、円筒部４の他の部分のナット２のねじ溝２ａのリードよりも大きくした例（条件１）で説明したが、この条件１に限定されず、本発明に係るボールねじは、円筒部４の軸方向の中央から荷重入力側の端部までに位置する負荷転動路の全部または一部が、円筒部４の他の部分に位置する負荷転動路の全部または一部に対して、条件１を含め、以下の条件２および３の全部または少なくとも一つを満たすように構成することができる。
【００２１】
条件２：他の部分よりもＰ．Ｃ．Ｄ．（Pitch Circle Diameter ）が大きい。
条件３：他の部分よりも負荷転動路に介装される複数のボール３のボール径が小さい。
条件２によれば、円筒部４の軸方向の中央（上記の例では、中央に位置するボール循環路Ｃ）から荷重入力側の端部までに位置するボール循環路Ａ、ＢのＰ．Ｃ．Ｄ．を、円筒部４の他の部分に位置するボール循環路Ｄ、ＥのＰ．Ｃ．Ｄ．よりも入力側に向かうにつれて順に大きくした。これにより、円筒部４の軸方向の中央から荷重入力側の端部までの負荷転動路に介装される複数のボール３との隙間が他の部分よりも広がる。
【００２２】
また、条件３によれば、円筒部４の軸方向の中央から荷重入力側の端部までのボール循環路Ａ、Ｂ、Ｃの負荷転動路に介装される複数のボール３のボール径を、円筒部４の他の部分に位置するボール循環路Ｄ、Ｅの負荷転動路に介装される複数のボール３のボール径よりも小さくした。これにより、円筒部４の軸方向の中央から荷重入力側の端部までの負荷転動路に介装される複数のボール３との隙間が他の部分よりも広がる。
そのため、上記条件１〜３の全部または少なくとも一つを満たすように構成することにより、円筒部４の荷重入力側の回路や軌道部分に比べて、他の回路や他の軌道部分の負荷を優先的に増やすことができるので、リードを異ならせた場合と同様に、ボール循環路の回路数によらず、設備稼働中におけるボールねじ２０の負荷分布を比較的に均一化することができる。
【００２３】
このように、条件１〜３の全部または少なくとも一つを満たすようにボールねじ２０を構成すれば、ナット２の軸方向の中央から荷重入力側の端部に比べて、他の回路や他の軌道部分の負荷を優先的に増やすことができる。そのため、相対的にナット２の荷重入力側の負荷が軽減されるので、ねじ軸１が発熱して伸びた際も、ボール循環路の回路数によらず、設備稼働中におけるボールねじ２０の負荷分布を比較的に均一とすることができる。
また、本発明を適用できるボールねじは、上記実施形態に示したような樹脂製の循環部品方式に限定されない。例えば、チューブ方式や、いわゆるデフレクタ循環方式（複数組のボール連通路を互いに連通するボール戻し溝を有してナットの外周部に取付けられるガイドプレートと、各ボール連通路の内方側に配設されてボールねじ軸及びナットのねじ溝間に介装されたボール群をボール連通路側へ順次導くボール掬上げ部材とで循環路が構成されている。）、ガイドプレート循環方式（ボール連通路を互いに連通するボール戻し溝を有してナットの外周部に取付けられるガイドプレートに、ボール連通路内に嵌挿される案内片を突設し、この案内片の内面側に外側ボール案内面を形成し、該外側ボール案内面でボール戻し溝の両端と各ボール連通路との間での実質的なボールの方向転換を行うように構成されている。）のものにも適用できる。
【００２４】
また、上記実施形態では、ボール循環路として、ボール循環路Ａ〜Ｅの５回路を有するボールねじ２０について説明したが、本発明に係るボールねじは、５回路に限定されるものではなく、例えば、２〜４回路のボール循環路を有するボールねじにも適用できるし、ボール循環路を１回路のみ有するボールねじにも適用できる。
また、上記実施形態では、ナットの数が一個のいわゆるシングルナットタイプの例について述べたが、本発明に係るボールねじは、一個のナットに限らず、ダブルナットタイプのように２個以上のナットを使用して全ナットで一のボールねじを構成する場合であっても適用できる。
【符号の説明】
【００２５】
１    ねじ軸
２    ナット
３    ボール
４    （ナットの）円筒部
５    （ナットの）フランジ
６〜１０    循環チューブ
２０    ボールねじ
【図１】
0006606951.tif 000002
【図２】
0006606951.tif 000003