(57)【要約】【課題】高速で回転させた場合の耐久性に優れたコマ式ボールねじを提供する。【解決手段】このボールねじは、コマ４のボール戻し溝４１とナット２のボール転動溝２１との境界に段差ｔを有する。ボール転動溝２１の角部５１が段差の高い側となっている。ボール転動溝２１の端面２４をなす角部５１に、曲率半径（Ｒ）がボールの直径の０．０５倍以上である丸みを設ける。【選択図】      図４
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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、ナットに設けた穴に嵌め込み固定されて、前記軌道の終点から始点へボールを移動させるボール戻し溝を有するコマと、を備え、
前記ボール戻し溝と前記軌道をなすナットのボール転動溝との境界に段差を有するコマ式ボールねじにおいて、
段差の高い側である前記ボール戻し溝または前記ボール転動溝の前記境界をなす角部に、曲率半径がボールの直径の０．０５倍以上である丸みを設けたことを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
前記丸みは砥粒流動加工法により形成されている請求項１記載のボールねじ。
【請求項３】
隣り合うボール間に、略円柱体の２つの底面にボールを受ける凹面を有する形状の保持ピースが配置されている請求項１または２記載のボールねじ。
【請求項４】
隣り合うボール間に、当該ボールより小さな球状体が配置されている請求項１または２記載のボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコマ式ボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコマ式ボールねじの一例を図１（斜視図）に示す。このボールねじは、ねじ軸１とナット２とボール３とコマ４とで構成されている。図２はこのボールねじのナット２の断面図であり、図３はコマ４の斜視図である。
ねじ軸１の外周面とナット２の内周面には螺旋状の溝１１，２１が形成されており、これらの螺旋溝１１，２１でボール３の軌道が形成されている。そして、ボール３がこの軌道を負荷状態で転動することにより、ナット２はねじ軸１に対して相対的に直線移動する。すなわち、ねじ軸１およびナット２の螺旋溝１１，２１がボール転動溝となっている。
【０００３】
コマ４は、肉厚の細長い小判状に形成され、ナット２の内面側に配置される面にボール戻し溝４１が形成されている。このボール戻し溝４１は、ボール転動溝２１との境界側の出入通路４１ａ，４１ｂと、これらの間の中間通路４１ｃとかなり、平面形状がＳ字状に形成されている。また、ボール戻し溝４１の両側面をなす面であって、コマ４のナット２の内面側に配置される面（コマ内周面）４２は、ナット２の内周面２２をなす曲面に応じた曲率で湾曲している。
【０００４】
また、軸方向で隣り合うボール転動溝２１を、コマ４のボール戻し溝４１により斜めに接続するために、コマ４はナット２に対して、中間通路４１ｃとボール転動溝２１とが所定角度θで交差するように配置される。そのため、これに対応させたコマ４の嵌め込み穴を、ナット２の周面を貫通させて形成する。
この貫通穴にコマ４を嵌め込み固定することにより、コマ内周面４２はナット２の内周面２２と滑らかに連続する。また、ボール戻し溝４１の出入通路４１ａ，４１ｂの端面４１ｄが、前記貫通穴の形成により生じたボール転動溝２１の端面２４と接続されて、ボール転動溝２１とボール戻し溝４１とが連通される。
【０００５】
したがって、軌道の終点に達したボール３は、コマ４のボール戻し溝４１を通って軌道の始点に戻される。
ここで、ナット２の周面を貫通する穴にコマ４を嵌め込み固定する際に、ボール戻し溝４１の端面４１ｄとボール転動溝２１の端面２４とを合致させることは難しい。そのため、図８に示すように、コマ４のボール戻し溝４１とナット２のボール転動溝２１との境界には、段差ｔが生じ易い。なお、この図は、ボール転動溝２１の端面２４をなす角部５１が段差ｔの高い側となっている例を示す。
【０００６】
そして、この角部５１にボール３が衝突して騒音や振動が生じることを防止するために、下記の特許文献１には、角部５１を削り取って滑らかな形状（凹面）に加工することが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２７０６４８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載の方法では、特に、ボールねじを高速で回転させた場合の耐久性（前記角部に起因するボール表面およびナット溝面の剥離耐性）に関して改良の余地がある。
本発明は、高速で回転させた場合の耐久性に優れたボールねじを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、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、ナットに設けた穴に嵌め込み固定されて、前記軌道の終点から始点へボールを移動させるボール戻し溝を有するコマと、を備え、前記ボール戻し溝と前記軌道をなすナットのボール転動溝との境界に段差を有するコマ式ボールねじにおいて、段差の高い側である前記ボール戻し溝または前記ボール転動溝の前記境界をなす角部に、曲率半径がボールの直径の０．０５倍以上である丸みを設けたことを特徴とするボールねじを提供する。なお、前記丸みは砥粒流動加工法により形成することができる。
【００１０】
このボールねじによれば、段差の高い側の前記境界をなす角部に、曲率半径がボールの直径の０．０５倍以上である丸みを設けたことで、丸みの曲率半径がボールの直径の０．０５倍未満である場合よりも、前記角部にボールが衝突した際にナットに生じる応力を小さくすることができる。また、ナットが受ける衝突荷重の低下によって衝突に伴う金属粉の発生を抑えることができる。これにより、高速で回転させた場合の寿命が長くなる。
【００１１】
本発明のボールねじにおいて、隣り合うボール間に、略円柱体の２つの底面にボールを受ける凹面を有する形状の保持ピース、あるいは、ボールより小さな球状体が配置されていると、ボール同士の衝突や競り合いが低減されるため、ボールの寿命およびボール転動溝の寿命をさらに長くすることができる。
【００１２】
【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、この実施形態のボールねじを示す斜視図である。図２は、このボールねじのナットの断面図である。図３は、このボールねじのコマの斜視図である。図４は、このボールねじのボール戻し溝とナットのボール転動溝との境界部分を示す説明図である。
【００１３】
この実施形態のボールねじは、ねじ軸１とナット２とボール３とコマ４とで構成され、ボール戻し溝とナットのボール転動溝との境界部分以外の構成は、従来のボールねじと同じである。
すなわち、ねじ軸１の外周面とナット２の内周面には螺旋状の溝１１，２１が形成されており、これらの螺旋溝１１，２１でボール３の軌道が形成されている。そして、ボール３がこの軌道を負荷状態で転動することにより、ナット２はねじ軸１に対して相対的に直線移動する。すなわち、ねじ軸１およびナット２の螺旋溝１１，２１がボール転動溝となっている。
【００１４】
コマ４は、肉厚の細長い小判状に形成され、ナット２の内面側に配置される面にボール戻し溝４１が形成されている。このボール戻し溝４１は、ボール転動溝２１との境界側の出入通路４１ａ，４１ｂと、これらの間の中間通路４１ｃとかなり、平面形状がＳ字状に形成されている。また、ボール戻し溝４１の両側面をなす面であって、コマ４のナット２の内面側に配置される面（コマ内周面）４２は、ナット２の内周面２２をなす曲面に応じた曲率で湾曲している。
【００１５】
また、軸方向で隣り合うボール転動溝２１を、コマ４のボール戻し溝４１により斜めに接続するために、コマ４はナット２に対して、中間通路４１ｃとボール転動溝２１とが所定角度θで交差するように配置される。そのため、これに対応させたコマ４の嵌め込み穴を、ナット２の周面を貫通させて形成する。
この貫通穴にコマ４を嵌め込み固定することにより、コマ内周面４２はナット２の内周面２２と滑らかに連続する。また、ボール戻し溝４１の出入通路４１ａ，４１ｂの端面４１ｄが、前記貫通穴の形成により生じたボール転動溝２１の端面２４と接続されて、ボール転動溝２１とボール戻し溝４１とが連通される。
【００１６】
したがって、軌道の終点に達したボール３は、コマ４のボール戻し溝４１を通って軌道の始点に戻される。
図４に示すように、コマ４のボール戻し溝４１とナット２のボール転動溝２１との境界には、段差ｔが生じている。この例では、ボール転動溝２１の角部５１が段差の高い側となっている。そして、このボール転動溝２１の端面２４をなす角部５１に、曲率半径がボールの直径の０．０５倍以上である丸みが設けてある。この例では、また、段差の低い側であるボール戻し溝４１の端面４１ｄをなす角部４５にも、曲率半径がボールの直径の０．０５倍以上である丸みが設けてある。
【００１７】
ボール転動溝２１の端面２４は、ナットに切削加工でコマ４を嵌め込むための貫通穴を開ける際に生じ、そのままでは鋭角になっているが、この切削加工後のナットを砥粒流動加工することにより、前記端面２４に丸みを付けることができる。
ここで、砥粒流動加工法とは、例えば炭化ケイ素、ダイヤモンド等の砥粒が混練された粘弾性流体を用いた表面除去（研磨）方法であり、加工物の加工箇所でこの粘弾性流体を流動させて、この流体中の砥粒を加工箇所で圧接移動させることにより、加工箇所の表面が除去される。
【００１８】
なお、この実施形態では、段差の高い側であるナットのボール転動溝だけでなく段差の低い側であるコマのボール戻し溝にも、両者の境界をなす角部に曲率半径がボールの直径の０．０５倍以上である丸みが設けてあるが、前記丸みは段差の高い側の前記角部にだけ設けてあってもよい。すなわち、コマのボール戻し溝の前記角部が段差の高い側である場合には、コマのボール戻し溝の前記角部にのみ曲率半径がボールの直径の０．０５倍以上である丸みを設けてもよい。
【００１９】
【実施例】
ボールねじとして、ＮＳＫのコマ式ボールねじ「ＢＳ４０１０」（ボールの直径Ｄｗ：６．３５ｍｍ、ボールピッチ円の直径Ｄｍ：４１．７５ｍｍ）を用いて、寿命試験を行った。
このコマ４およびナット２の最終仕上げとして砥粒流動加工を行い、図４に示すように、コマ４のボール戻し溝４１の角部４５とナット２のボール転動溝２１の角部５１とに、曲率半径Ｒの丸みを形成した。砥粒流動加工の加工時間、使用する粒子の粒度、圧力を変化させて、曲率半径Ｒが異なる丸みをボール戻し溝４１の角部４５およびボール転動溝２１の角部５１に形成した。
【００２０】
そして、ボール戻し溝４１の角部４５の丸みの曲率半径Ｒとボール転動溝２１の角部５１の丸みの曲率半径Ｒが同じものを組み合わせて、コマ４をナット２の貫通穴に嵌め入れ固定した。ここで、段差ｔは５０〜７５μｍとなるようにした。
また、図５に示す形状の保持ピース６を用意し、これをボール３間に入れたボールねじと、これを入れないボールねじを組み立てた。この保持ピース６は、略円柱体の２つの底面にボール３を受ける凹面６１を有する形状であって、前記凹面６１はゴシックアーチ形状となっている。ここでは、その曲率半径（図５のＸを中心とする円の半径、図５のＹはボール３の中心）が３．６ｍｍであるものを使用した。
【００２１】
試験機としては、ＮＳＫ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：９８００Ｎ（アキシャル荷重）、回転速度：１００〜４０００ｍｉｎ-1、ストローク：１０００ｍｍ、潤滑グリース：昭和シェル石油製「アルバニアNo. ２」とした。
各ボールねじを試験機にかけ、ねじ軸またはナットのボール転動溝およびボールのいずれかに剥離が生じるまでの走行距離を測定し、この測定値の計算寿命に対する比（計算寿命比）を算出した。その結果と各ボールねじの構成を下記の表１に示す。
【００２２】
【表１】
2004204911.tif 000003
【００２３】
また、この結果から得られた、試験時の回転速度と計算寿命比との関係を図６に、角部４５，５１の丸みの曲率半径（Ｒ）のボール３の直径（Ｄｗ）に対する比（Ｒ／Ｄｗ）と計算寿命比との関係を図７に、それぞれグラフで示す。なお、図７のグラフは、保持ピースを入れていない場合のデータのみをプロットしている。
【００２４】
図７のグラフには、試験時の回転速度が１００ｍｉｎ-1のときと４０００ｍｉｎ-1のときの結果が示されているが、このグラフから分かるように、４０００ｍｉｎ-1の場合には「Ｒ／Ｄｗ」が０．０５以上になると計算寿命比が著しく大きくなっている。
図６のグラフには、「Ｒ／Ｄｗ」が、小数点３桁目を四捨五入した値で０．０１のときと０．２０のときの結果が、保持ピース有りの場合と無しの場合とで分けて示されている。この図から分かるように、保持ピース無しのプロット「○」と「□」での比較で、「Ｒ／Ｄｗ」が０．０１のときは回転速度が２０００ｍｉｎ-1以上になると計算寿命比は著しく低下するが、「Ｒ／Ｄｗ」が０．２０のときは回転速度が２０００ｍｉｎ-1以上になっても計算寿命比はさほど低下しない。また、保持ピース有りのプロット「◇」と「△」での比較では、差の程度は小さいながらも前記と同様のことが言える。
【００２５】
さらに、「Ｒ／Ｄｗ」が０．２０の場合で保持ピースありの「△」と保持ピース無しの「□」との比較では、保持ピースを入れることで計算寿命比をより大きくできることが分かる。
以上の結果から分かるように、コマ４のボール戻し溝４１とナット２のボール転動溝２１との境界に段差ｔを有し、ボール転動溝２１の角部５１が段差の高い側となっている場合には、ボール転動溝２１の端面２４をなす角部５１に曲率半径Ｒがボール３の直径の０．０５倍以上である丸みを設けることで、回転速度が２０００ｍｉｎ-1以上の高速で回転させた場合の耐久性に優れたボールねじが得られる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高速で回転させた場合の耐久性に優れたコマ式ボールねじが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に相当するボールねじを示す斜視図である。
【図２】図１のボールねじのナットの断面図である。
【図３】図１のボールねじのコマの斜視図である。
【図４】本発明の実施形態のコマ式ボールねじのボール戻し溝とナットのボール転動溝との境界部分を示す説明図である。
【図５】実施例で作製したボールねじに組み込んだ保持ピースの形状を示す図である。
【図６】試験結果から得られた計算寿命比と試験時の回転速度との関係を示すグラフである。
【図７】試験結果から得られた計算寿命比と「Ｒ／Ｄｗ」との関係をグラフである。
【図８】従来のコマ式ボールねじのボール戻し溝とナットのボール転動溝との境界部分を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ねじ軸
１１  ねじ軸のボール転動溝（螺旋状の溝）
２  ナット
２１  ナットのボール転動溝（螺旋状の溝）
２２  ナットの内周面
２４  ナットのボール転動溝の端面
３  ボール
４  コマ
４１  ボール戻し溝
４１ａ  出入通路
４１ｂ  出入通路
４１ｃ  中間通路
４１ｄ  ボール戻し溝の端面
４２  コマ内周面（コマのナットの内面側に配置される面）
４５  ボール戻し溝の角部
５１  ナットのボール転動溝の角部
６  保持ピース
６１  凹面
ｔ  段差
【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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【図７】
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【図８】
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