(57)【要約】【課題】工作機械用途に好適なオーバーサイズボール予圧構造をもったボールねじを提供する。【解決手段】オーバーサイズボール予圧構造のボールねじにおいて、予圧荷重を、基本動定格荷重の３％以下とした。また、ボール同士の間に、凹面のボール保持面を有するスペーサを配置すれば工作機械用途に好適である。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、これらのボール転動溝で形成される軌道内に配置された複数のボールとを備えたボールねじにおいて、
オーバーサイズボール予圧構造を備え、該オーバーサイズボール予圧構造による予圧荷重は、基本動定格荷重の３％以下であることを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、これらのボール転動溝で形成される軌道と、該軌道内に配置された複数のボールとを備えたボールねじにおいて、
オーバーサイズボール予圧構造を備え、前記ボール同士の間に、両面に凹面部を有するスペーサを介在させたことを特徴とするボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械用途に好適なオーバーサイズボール予圧構造をもったボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールねじは、ねじ軸とナットとボールとで構成された直動装置である。ねじ軸の外周面とナットの内周面には螺旋状の溝が形成されており、これらの螺旋溝でボールの軌道が形成されている。そして、ボールがこの軌道を転動することによって、ナットは、ねじ軸に対して相対的に直線移動する。すなわち、ねじ軸およびナットの螺旋溝がボール転動溝となっている。また、ナットの外側部には、循環通路が設けてある。
【０００３】
ボールねじは、その特徴のひとつにバックラッシの少ないことがあげられる。バックラッシをなくすためには、軸方向隙間を小さくするが、そのためには、予圧をかける必要がある。この予圧付加には、いくつかの構造が知られているが、その一つにオーバーサイズボール予圧構造がある。
オーバーサイズボール予圧構造とは、図５に示すように、ボール転動溝４、５で形成される軌道６と、その軌道６内に配置された複数のボール３において、軌道６が形成する内径６ｄよりもボール３のボール直径３ｄが大きいものを挿入して、ボールを４点接触させて予圧を与える予圧付加構造である。この構造の特徴は、ねじ軸１の軸方向のどちらからの荷重でも、一つのナット２で予圧を与えることができるので、その他の予圧付加構造であるダブルナット予圧や、オフセットリード予圧に比べて、半分のボール数で構成することができる。したがって、ナット２の長さを半分にできるので、装置をコンパクトにすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オーバーサイズボール予圧構造は、接触状態が４点接触であるため、特にリード角が大きい場合、ボールがボール転動溝に接触した際にボール表面に傷が発生し易い。したがって、従来、大きな予圧荷重をかける必要のある分野には採用しないというのが常識であった。
【０００５】
他方、工作機械用途に使用されるボールねじには、高速化、高定格荷重、高剛性が求められる。そのため、一般にはダブルナット予圧構造が採用されている。しかし、近時の工作機械用途のさらなる高速化要求による大リード化によってナットが長くなり、そのため装置が大型化し、ボール転動溝の加工が難加工となっていた。
【０００６】
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、工作機械用途などの高速回転、高定格荷重、高剛性の使用に対しても適用することができるオーバーサイズボール予圧構造のボールねじを提供することを目的としている。
【０００７】
【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、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、これらのボール転動溝で形成される軌道内に配置された複数のボールとを備えたボールねじにおいて、オーバーサイズボール予圧構造を備え、該オーバーサイズボール予圧構造による予圧荷重は、基本動定格荷重の３％以下であることを特徴としている。
【０００８】
ここで、基本動定格荷重とは、一群の同じボールねじを同じ条件で回転させたとき、そのうちの９０％がころがり疲れによる剥離を起こすことなく回転できる寿命が１００万回転になるような軸方向荷重をいう。
このボールねじによれば、ボールがボール転動溝に接触した際に生じるボール表面の傷を最小限に抑えることができる。したがって、高速、高負荷で回転させた場合でも工作機械用途に適用できる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、これらのボール転動溝で形成される軌道と、該軌道内に配置された複数のボールとを備えたボールねじにおいて、オーバーサイズボール予圧構造を備え、前記ボール同士の間に、両面に凹面部を有するスペーサを介在させたことを特徴としている。
【００１０】
このボールねじによれば、スペーサによってボールの競り合いが抑制されるので、ボール表面の傷の発生を安定して抑えることができるので、好適に工作機械用途に適用できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態におけるボールねじの構成を示す平面図であり、同図では、ナット２のみをナット２の軸線を含む面で切断した状態で示している。
【００１２】
このボールねじは、ねじ軸１とナット２とボール３とで主に構成されている。ねじ軸１の外周面には、螺旋状のボール転動溝４が形成され、ナット２の内周面に螺旋状のボール転動溝５が形成されている。
ナット２内にあるねじ軸１のボール転動溝４と、ナット２のボール転動溝５とで、ナット２内にボール３の軌道６が形成されている。ナット２の外周面には切欠部２１が形成され、この切欠部２１にチューブ状の循環通路８が配置されている。この循環通路８は、循環通路押え８１で切欠部２１に固定してある。ナット２の軸方向一端には、ナット２をテーブル等に固定するためのフランジ２２が設けてある。このフランジ２２とねじ軸１との間、および、ナット２の軸方向他端部とねじ軸１との間は、防塵用シール９で塞がれている。
【００１３】
ところで、この実施形態では、図５（ないし図２）に示すように、予圧付加構造に、オーバーサイズボール予圧構造を採用している。ただし、その予圧荷重Ｆは、基本動定格荷重Ｃａの３％以下としている。すなわち、ボール転動溝４、５で形成される軌道６と、該軌道６内に配置された複数のボール３との関係は、軌道６の内径６ｄよりもボール直径３ｄが大きく、その差は、予圧荷重Ｆが基本動定格荷重Ｃａの３％以下の関係となるように付加している。
【００１４】
このため、後述する実験結果が示すように、ボール３がボール転動溝４、５に接触した際に生じるボール３表面の傷を最小限に抑えることができる。したがって、高速、高負荷で回転させた場合でも工作機械用途に適用できる。
また、本実施形態のボールねじは、全てのボール３同士の間に、スペーサ７が配置されている。このスペーサ７には、例えば特開２０００−１２０８２５号公報に開示されているものを用いる。これは、図２に示すように、円柱の両底面が凹面（ボール保持面）７１になっている形状である。この円柱の直径７ｄはボール３の直径よりも少し小さい。また、この凹面７１は、同じ曲率半径の２つの球面を合わせた面形状となっており、その断面がゴシックアーチ形状となっている。そして、この凹面７１は、ボール３の半径が凹面７１の半径より小さく、凹面７１の半径同士の交差位置がボール３の中心位置となるように形成されている。そのため、このスペーサ７の凹面７１とボール３は、線接触することができる。これにより、ボール３はスペーサ７の凹面７１に極めて低摩擦で接触することができるため、ボール３とスペーサ７のすべり抵抗を小さくすることができる。そのため、スペーサ７の循環性も良好となるとともに、ボール３同士のせりあいによる作動性の悪化やボール３の摩擦や損傷を著しく低減することができる。したがって、好適に工作機械用途に適用できる。
【００１５】
以下、上述の実施形態に関して行った試験について説明する。
まず、図１のボールねじとして、ボールねじ呼び番号「４０×２０×１０００−Ｃ５」（ねじ軸１の直径：４０ｍｍ、リード：２０ｍｍ、ボール３の基準直径：６．３５ｍｍ、回路数：２．５巻２列、予圧構造：オーバーサイズボール予圧）を用意した。
【００１６】
試験体には、ボールねじの基本動定格荷重Ｃａの０．５％から６％の範囲の予圧荷重Ｆを、その予圧荷重Ｆだけが異なる条件で、使用ボールに付く傷の状態で評価した。実際には、一本のボールねじに径がわずかに違うボールを入れることで、予圧荷重Ｆを変化させた。
試験機は、日本精工株式会社製のボールねじ耐久寿命試験機を用いた。試験条件は、試験荷重：無負荷（アキシアル荷重）、回転速度：３０００ｒｐｍ、ストローク：５００ｍｍ、加減速度：２Ｇ、潤滑グリース：鉱油系グリースとした。
【００１７】
試験は、各ボールねじ試験体を試験機にかけ、各試験体ごとに２４時間連続運転する。その後、試験機を停止して、各ボールねじ試験体のボール表面の傷の有無を確認することとした。
このボール３表面の単位面積あたりの傷の本数をカウントし、評価値としてグラフにしたものを図３に示す。
【００１８】
この図から判るように、ボールねじの基本動定格荷重の０．５％から６％の範囲で１２種類の予圧荷重を設定した各試験体は、基本動定格荷重Ｃａの３％をこえたときを境にしてボール３表面の傷の発生が顕著に増加していることが判る。この結果から、オーバーサイズボール予圧付加構造による予圧荷重Ｆは、基本動定格荷重Ｃａの３％以下である場合には、ボール３がボール転動溝４、５に接触した際に生じるボール３表面の傷を最小限に抑えることが可能なことが判る。したがって、高速、高負荷で回転させた場合でも工作機械用途に適用できる。
【００１９】
次に、上述した試験体にスペーサ７を組み込んだことのみが異なる試験体を同様に１２種類、用意した。試験方法も上記と同様に行った。
この結果をグラフに示す（図４）。このグラフから判るように、スペーサ７を組み込んだ場合には、オーバーサイズボール予圧付加構造による予圧荷重Ｆが基本動定格荷重Ｃａの３％以上でも、ボール３表面の傷の発生は、目立って増加することなく、スペーサ７を使用しない場合と比較して顕著に評価値が小さいことが判る。
【００２０】
すなわち、このボールねじにあっては、オーバーサイズボール予圧構造を備え、ボール３同士の間に、両面に凹面部を有するスペーサ７を介在させ、且つ、前記オーバーサイズボール予圧構造による予圧荷重Ｆは、基本動定格荷重Ｃａの３％以上であっても、工作機械用途に適用可能になる。当然、基本動定格荷重Ｃａの３％以下でも、外部荷重が作用した時は、基本動定格荷重Ｃａの３％以下の荷重を受けることになるので、スペーサ７を用いることが有効である。
【００２１】
以上説明したように、このボールねじによれば、スペーサ７によってボール３の競り合いが抑制されるので、好適に高負荷、高速でも工作機械用途に適用できる。
なお、この実施形態では、全てのボール３同士の間にスペーサ７を配置しているが、本発明のボールねじは、スペーサ７が全てのボール間に配置されているものに限定されない。その他の保持器や、小球を挟むなどの方法も可能である。また、本実施形態では、循環通路を用いた形式としているが、これに限定されるものではなく、循環させない方式や、他の形式の循環通路を用いてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、高速、高負荷で回転させた場合でも好適に工作機械用途に適用できるボールねじを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるボールねじの一部破断平面図である。
【図２】図１のボールねじの軌道とボール及びスペーサの関係を示す説明図である。
【図３】試験結果から、予圧荷重とボール表面の傷との関係を示したグラフである。
【図４】図４の試験結果に、スペーサを用いた場合の予圧荷重とボール表面の傷との関係を加えて示したグラフである。
【図５】ボールねじのオーバーサイズボール予圧付加構造を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１・・・ねじ軸
２・・・ナット
３・・・ボール
３ｄ・・・ボール直径
４・・・ねじ軸のボール転動溝
５・・・ナットのボール転動溝
６・・・軌道
６ｄ・・・（軌道が形成する）内径
７・・・スペーサ
８・・・循環通路
９・・・防塵用シール
２１・・・切欠部
２２・・・フランジ
７１・・・ボール保持面
８１・・・循環通路押さえ
【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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