(57)【要約】【課題】ボールねじ装置の予圧量調整を簡単且つ低コストで行う。【解決手段】外周面に螺旋状のねじ溝２を有するねじ軸３と、該ねじ溝２に対応するねじ溝４を内周面に有してねじ軸３に遊嵌されるナット６と、両ねじ溝２，４間に形成される螺旋状の負荷軌道に転動可能に装填された多数のボール５１，５２とを備え、ナット６のねじ溝４のリードを該ナット６の軸方向の略中央部で変化させることにより中央部左側のボール５１のねじ溝２，４に対する接触方向と中央部右側のボール５２のねじ溝２，４に対する接触方向を互いに逆方向に向けて予圧を付与するようにしたボールねじ装置において、前記中央部左側のボール５１のボール径寸法と前記中央部右側のボール５２のボール径寸法を異ならせて予圧量の調整を行う。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有して前記ねじ軸に遊嵌されるナットと、前記両ねじ溝間に形成される螺旋状の負荷軌道に転動可能に装填された多数のボールとを備え、前記多数のボールの内の一部のボールの前記ねじ溝に対する接触方向と残部のボールの該ねじ溝に対する接触方向を互いに逆方向に向けることにより予圧を付与するようにしたボールねじ装置において、
前記一部のボールのボール径寸法と前記残部のボールのボール径寸法を異ならせたことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
前記両ねじ溝が１条のねじ溝であって、前記ナットのねじ溝のリードを該ナットの軸方向の略中央部で変化させることにより、前記一部のボールと前記残部のボールの前記ねじ溝に対する接触方向を互いに逆向きにした請求項１記載のボールねじ装置。
【請求項３】
前記両ねじ溝が偶数条のねじ溝であって、前記ナットのねじ溝間のピッチを変化させることにより、前記一部のボールと前記残部のボールの前記ねじ溝に対する接触方向を互いに逆向きにした請求項１記載のボールねじ装置。
【請求項４】
前記ボールがセラミック製である請求項１〜３のいずれか一項に記載のボールねじ装置。
【請求項５】
外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸に内周面に該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を有するナットを多数のボールを介して螺合し、該多数のボールの内の一部のボールの前記ねじ溝に対する接触方向と残部のボールの該ねじ溝に対する接触方向を互いに逆方向に向けることにより予圧を付与するようにしたボールねじ装置の製造方法において、
前記一部のボールのボール径寸法と前記残部のボールのボール径寸法を異ならせたことを特徴とするボールねじ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の機器の送り機構等に用いられるボールねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のボールねじ装置としては、例えば図３に示すものが知られている。このボールねじ装置１は、外周面に螺旋状の１条のねじ溝２を有して軸方向に延びるねじ軸３に、内周面に前記ねじ溝２に対応する螺旋状のねじ溝４を有するナット６が遊嵌されている。ナット６のねじ溝４とねじ軸３のねじ溝２とは互いに対向して両者の間に螺旋状の負荷軌道を形成しており、該負荷軌道には転動体としての多数のボール５が転動可能に装填されている。そして、ねじ軸３（又はナット６）の回転により、ナット６（又はねじ軸３）がボール５の転動を介して軸方向に移動するようになっている。
【０００３】
なお、ナット６（又はねじ軸３）が軸方向に移動する際には、ボール５が両ねじ溝２，４間で形成される負荷軌道を転動しつつ移動するが、ナット６（又はねじ軸３）を継続して移動させていくためには、ボール５を無限循環させる必要がある。
このため、例えばナット６の外周面の一部を平坦面にしてこの平坦面に負荷軌道に連通する２個一組の孔７をねじ軸３を跨ぐように形成し、この一組の孔７にボール循環部材としてのコ字状のボール循環チューブ８の両端を嵌め込むことにより、両ねじ溝２，４間の負荷軌道を転動するボール５がＡ点（又はＢ点）でボール循環チューブ８により掬い上げられて該チューブ８内を通ってＢ点（又はＡ点）から前記負荷軌道に戻され、該負荷軌道を転動してＡ点（Ｂ点）に至るという無限循環を行うようになっている。なお、このボールの無限循環軌道を形成するには、ボール循環チューブ式の他に、こま式、エンドキャップ式やその他の方式も採用される。
【０００４】
ところで、ボールねじ装置に予圧を付与することで、ねじ溝とボールとの間の隙間をなくして剛性を向上させることができるが、このような予圧付与方法の一例として、図３に示すように、ナット６のねじ溝４のリードＬを該ナット６の軸方向の略中央のボール５が転動しない部分でわずかに増加（Ｌ＋α）させてオフセットさせ、これにより、左右のボール５のねじ溝に対する接触方向（予圧荷重方向）を互いに逆向きとし（図４および図５参照）、そして、予圧量に応じて適宜調整・選択されたボール径寸法のボール５を左右のねじ溝間に組み込むことにより、予圧を付与する方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のボールねじ装置においては、ボール５の径寸法は予め設定された予圧量に応じて選択されるが、ナット６内に組み込まれる全てのボール５は同一の径寸法が選択されている。
この場合、ねじ軸３やナット６の寸法が理想的な寸法になっていれば、所定のボール径寸法のボール５を組み込めば所定の予圧量を与えることができるが、実際にはそれぞれの部品の寸法は加工公差内でばらついているため、所定の予圧量をボールねじ装置に与える際にはボール５の径寸法はねじ軸３とナット６の組合せ寸法に合わせて選択される。このため、予圧量を微細に調整するためには、ボール径寸法のわずかに異なるボール５が多数必要となる。
【０００６】
詳述すると、今、ボール径寸法がＤ０、Ｄ０＋Δ、Ｄ０＋２Δの３種類のボール５を用意し、ボール径寸法がＤ０のボール５を組み込んだときに、隙間０、予圧量も０であるとする。
ここで、全てのボール５のボール径寸法は同一であるから、この３種類のボールを使うことにより、ボール径寸法がＤ０で予圧０、ボール径寸法がＤ０＋Δではボール径相当でΔの予圧、ボール径寸法がＤ０＋２Δではボール径相当で２Δの予圧と３種類の予圧量の調整が可能となる。予圧量調整の分解能は、ボール径寸法の飛びΔにより決まることとなるから、通常のボールねじ装置の組立てにおいては、１μｍ飛びの２０種類程度のボール径寸法のボールが必要となる。
【０００７】
このように、微細な予圧量の調整を行うには、非常に多くのボール径寸法のボール５を用意する必要があり、コストアップの要因となっていた。
特に、近年、ボールねじ装置の真空環境や非磁性環境下での使用が多くなり、セラミック製のボールを用いる場合が増加しているが、セラミック製ボールは価格も高く、しかも、通常の鋼製ボールよりヤング率が高くて弾性変位が小さいため、鋼製ボールより寸法差の細かいボールを必要とするにもかかわらず、ボール径寸法の異なる多種類のボールを多量に入手することは極めて困難ため、微細な予圧量の調整が難しいという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、予圧調整を簡単且つ低コストで行う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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有して前記ねじ軸に遊嵌されるナットと、前記両ねじ溝間に形成される螺旋状の負荷軌道に転動可能に装填された多数のボールとを備え、前記多数のボールの内の一部のボールの前記ねじ溝に対する接触方向と残部のボールの該ねじ溝に対する接触方向を互いに逆方向に向けることにより予圧を付与するようにしたボールねじ装置において、
前記一部のボールのボール径寸法と前記残部のボールのボール径寸法を異ならせたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係るボールねじ装置は、請求項１において、前記両ねじ溝が１条のねじ溝であって、前記ナットのねじ溝のリードを該ナットの軸方向の略中央部で変化させることにより、前記一部のボールと前記残部のボールの前記ねじ溝に対する接触方向を互いに逆向きにした。
請求項３に係るボールねじ装置は、請求項１において、前記両ねじ溝が偶数条のねじ溝であって、前記ナットのねじ溝間のピッチを変化させることにより、前記一部のボールと前記残部のボールの前記ねじ溝に対する接触方向を互いに逆向きにした。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記ボールがセラミック製である。
請求項５に係る発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸に内周面に該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を有するナットを多数のボールを介して螺合し、該多数のボールの内の一部のボールの前記ねじ溝に対する接触方向と残部のボールの該ねじ溝に対する接触方向を互いに逆方向に向けることにより予圧を付与するようにしたボールねじ装置の製造方法において、
前記一部のボールのボール径寸法と前記残部のボールのボール径寸法を異ならせたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態であるボールねじ装置を説明するための説明的断面図、図２は本発明の第２の実施の形態であるボールねじ装置を説明するための説明的断面図である。なお、図１に示す第１の実施の形態のボールねじ装置は、ねじ軸、ナットおよびボール循環チューブの構成が図３で説明した従来のボールねじ装置と同一であるため、重複部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００１３】
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態であるボールねじ装置を説明すると、このボールねじ装置１０は、従来例と同様に、ナット６のねじ溝４のリードＬを該ナット６の軸方向の略中央のボール５が転動しない部分でわずかに増加（Ｌ＋α）させてオフセットさせており、これにより、ナット６の軸方向の中央部の左側および右側の両ねじ溝２，４間に組み込まれるボール５１，５２のねじ溝２，４に対する接触方向（予圧荷重方向）が互いに逆向きとされている（図４および図５参照）。
【００１４】
ここで、この実施の形態では、ナット６の軸方向の中央部左側の両ねじ溝２，４間に組み込まれるボール５１のボール径寸法と同中央部右側の両ねじ溝２，４間に組み込まれるボール５２のボール径寸法を異ならせている。ボール５１は全て同一径とされ、ボール５２も全て同一径とされている。
これにより、例えば、図１において左側のボール５１のボール径寸法をＤ０とし、右側のボール５２のボール径寸法をＤ０＋Δとするとボール径相当で略Δ／２の予圧量となり、同様に、左側のボール５１のボール径寸法をＤ０＋Δとし、右側のボール５２のボール径寸法をＤ０＋２Δとするとボール径相当で１　．５　Δの予圧量となり、この結果、ボールねじ装置の予圧量調整の分解能をボール径寸法の飛びΔの１／２とすることができる。なお、ボール５１，５２のボール径寸法の違いによりわずかに接触角の変化も発生するが、ボール５１，５２のボール径寸法の差Δは大きくても１０μｍ以下、通常５μｍ以下であるため、接触角の変化は小さくその影響は無視できる。
【００１５】
このようにこの実施の形態では、ボールねじ装置の予圧量調整の分解能をボール径寸法の飛びΔの１／２にすることができるので、従来に比べて、より微細な予圧量の調整が可能となり、換言すれば、予圧量の調整の分解能を細かくする必要がなければ、予圧量の調整に必要な径の異なるボールの種類を従来の約半分に減らすことができ、この結果、ボールねじ装置の予圧量調整を簡単且つ低コストで行うことができ、特に、高価で寸法差の細かなボール径寸法のボールの確保が難しいセラミック製ボールを用いる場合に好適なものとすることができる。
【００１６】
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施の形態であるボールねじ装置を説明する。
このボールねじ装置２０は、外周面に２条のねじ溝１２ａ，１２ｂを有して軸方向に延びるねじ軸１３に、内周面に前記ねじ溝１２ａ，１２ｂに対応する２条のねじ溝１４ａ，１４ｂを有するナット１６が嵌合されている。ナット１６のねじ溝１４ａ，１４ｂとねじ軸１３のねじ溝１２ａ，１２ｂとは互いに対向して両者の間に負荷軌道を形成しており、両ねじ溝１２ａ，１４ａ間の負荷軌道および両ねじ溝１２ｂ，１４ｂ間の負荷軌道にはそれぞれ多数のボール５３および５４が転動可能に装填されている。そして、ねじ軸１３（又はナット１６）の回転により、ナット１６（又はねじ軸１３）がボール５３，５４の転動を介して軸方向に沿って移動するようになっている。
【００１７】
ナット１６には、ボール５３，５４の無限循環軌道を形成すべく、軸方向に貫通するボール戻し通路１７，１８が形成され、且つ、該ナット１６の両端面には、ボール戻し通路１７と前記ねじ溝１２ａ，１４ａ間の負荷軌道を連通すると共に、ボール戻し通路１８と前記ねじ溝１２ｂ，１４ｂ間の負荷軌道を連通するエンドキャップ１９が取り付けられている。
【００１８】
また、ねじ軸１３のリードはＬで、２条のねじ溝１２ａ，１２ｂ間のピッチはＰ＝Ｌ／２とされている。一方、ナット１６にはねじ軸１３と同じリードの２条のねじ溝１４ａ，１４ｂが形成されているが、この２条のねじ溝１４ａ，１４ｂ間のピッチＰはαだけオフセットされて、図に示すように、左右でピッチ間寸法がＰ＋α、Ｐ−αとなっている。このオフセットにより、両ねじ溝１２ａ，１４ａ間の負荷軌道に組み込まれるボール５３のねじ溝１２ａ，１４ａに対する接触方向（予圧荷重方向）と両ねじ溝１２ｂ，１４ｂ間の負荷軌道に組み込まれるボール５４のねじ溝１２ｂ，１４ｂに対する接触方向（予圧荷重方向）が互いに逆向きとされている。
【００１９】
ここで、この実施の形態では、両ねじ溝１２ａ，１４ａ間の負荷軌道に組み込まれるボール５３のボール径寸法と両ねじ溝１２ｂ，１４ｂ間の負荷軌道に組み込まれるボール５４のボール径寸法を異ならせており、且つ、ボール５３は全て同一径とされ、ボール５４も全て同一径とされている。これにより、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、本発明は上各記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００２０】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、ボールねじ装置の予圧量調整の分解能をボール径寸法の飛びΔの１／２にすることができるので、該予圧量調整を簡単且つ低コストで行うことができ、特に、高価で寸法差の細かなボール径寸法のボールの確保が難しいセラミック製ボールを用いる場合に好適なものとすることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるボールねじ装置を説明するための説明的断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態であるボールねじ装置を説明するための説明的断面図である。
【図３】従来のボールねじ装置を説明するための説明的断面図である。
【図４】予圧付与方法を説明するための説明図である。
【図５】図４の部分詳細図である。
【符号の説明】
２…ねじ溝（ねじ軸側）
３…ねじ軸
４…ねじ溝（ナット側）
６…ナット
１０…ボールねじ装置
５１，５２…ボール
【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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