(57)【要約】【課題】間座の膨潤に起因して生じる、間座の倒れ、間座の転走面への接触、動トルクの増大、および異音の発生を防止できる間座入りボールねじおよびその組立方法を提供する。【解決手段】ねじ軸１とナット２のねじ溝４，５の間で形成される転走路６にボール３および間座９を入れる。転走路６およびチューブ等による循環路７により周回経路８が構成される。間座９は、潤滑油またはグリース等の潤滑剤の浸漬により膨潤させ、膨潤が安定した状態で上記周回経路８に組み込む。膨潤に用いる潤滑剤は、このボールねじの潤滑に使用される潤滑剤と同じものを用いる。潤滑剤の代わりに、その基油を用いて膨潤させても良い。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸の外径面とこのねじ軸の外周に遊嵌するナットの内径面に、互いに対向するねじ溝が形成され、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間で形成される転走路に、複数のボールおよびこれらのボールの間に介在する樹脂製の間座が設けられ、上記ナットのねじ溝に両端が連通して上記転走路のボールを循環させる循環部をナットに有し、上記転走路および循環部によって周回経路が形成された間座入りボールねじにおいて、
上記間座が、潤滑剤またはその基油の浸漬により膨潤し、その膨潤が安定した状態で上記周回経路に組み込まれたものであることを特徴とする間座入りボールねじ。
【請求項２】
請求項１において、間座の浸漬による膨潤に用いた潤滑剤またはその基油は、このボールねじの潤滑に使用される潤滑剤と同じ潤滑剤またはその基油である間座入りボールねじ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、上記間座の材質を、熱可塑性エラストマとした間座入りボールねじ。
【請求項４】
ねじ軸の外径面とこのねじ軸の外周に遊嵌するナットの内径面に、互いに対向するねじ溝が形成され、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間で形成される転走路に、複数のボールおよびこれらのボールの間に介在する樹脂製の間座が設けられ、上記ナットのねじ溝に両端が連通して上記転走路のボールを循環させる循環部をナットに有し、上記転走路および循環部によって周回経路が形成された間座入りボールねじを組み立てる方法であって、
上記間座を、潤滑剤またはその基油に浸漬して膨潤させ、その膨潤が安定した状態で上記周回経路に組み込むことを特徴とする間座入りボールねじの組立方法。
【請求項５】
請求項４において、上記間座の材質を、熱可塑性エラストマとした間座入りボールねじの組立方法。
【請求項６】
請求項４において、上記間座の材質をポリエステルエラストマとし、上記潤滑剤または基油中への浸漬を５５°Ｃ以上の雰囲気中において２４時間以上行う間座入りボールねじの組立方法。
【請求項７】
請求項４において、上記間座の材質をポリエステルエラストマとし、上記潤滑剤または基油中への浸漬を常温の雰囲気中において３３６時間以上行う間座入りボールねじの組立方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種の機器に使用される間座入りボールねじおよびその組立方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボールねじにおいて、ボール同士の競り合いを解消するために、図８（Ａ）に示すように隣接するボール３３，３３間に間座３９を介在させたものがある。上記間座３９の材質には、例えば合成樹脂が用いられる（例えば特許文献１，特許文献２）。また、間座３９に適度の弾性を与えてボールの荷重の吸収やがたつき防止性を高めることが提案されている。その場合、間座の材質としてポリエステルエラストマ等の熱可塑性エラストマが用いられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−０２１０８１８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２５４８０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ボールねじは、通常、潤滑油あるいはグリースをナット内に補給したり、ねじ軸に塗布したりしながら使用される。しかし、間座の材質の一つである例えばポリエステルエラストマを、上記潤滑油あるいはグリースに浸漬すると、ポリエステルエラストマが徐々に膨潤するという現象が生じる。このため、このような材質の間座を組み込んだボールねじでは、初期封入時や使用時に補給された潤滑剤によって駆動中に間座が徐々に膨潤することにより、次の問題が生じる。
▲１▼．間座の軸方向厚みが薄くなって、間座を挟んだ隣接するボール間の距離Ｌ（図８（Ａ））が短くなり、その結果、ボール循環列内におけるボール  間の隙間が増大し、間座が倒れる。
▲２▼．間座の外径Ｄ（図８（Ｂ））が大きくなり、間座がねじ軸，ナットの転走面や循環部の経路構成部品に接触してボールの円滑な循環を阻害する。
また、ポリエステルエラストマに限らず、合成樹脂製の間座を組み込んだボールねじでは、潤滑剤によって駆動中に間座が徐々に膨潤することにより、次の問題が懸念される。
▲３▼．間座の軸方向厚みが厚くなって、ボール循環列内におけるボール間の隙間がゼロ（または負隙間）となり、動トルクが増大したり異音が発生する。
【０００５】
この発明の目的は、間座の膨潤に起因して生じる、間座の倒れ、間座の転走面等へ接触、動トルクの増大、および異音の発生を防止できる間座入りボールねじおよびその組立方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明のボールねじは、ねじ軸の外径面とこのねじ軸の外周に遊嵌するナットの内径面に、互いに対向するねじ溝が形成され、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間で形成される転走路に、複数のボールおよびこれらのボールの間に介在する樹脂製の間座が設けられ、上記ナットのねじ溝に両端が連通して上記転走路のボールを循環させる循環部をナットに有し、上記転走路および循環部によって周回経路が形成されたボールねじにおいて、上記間座が、潤滑剤またはその基油の浸漬により膨潤し、その膨潤が安定した状態で上記周回経路に組み込まれたものであることを特徴とする。上記潤滑剤には潤滑油またはグリース等が用いられる。なお、この明細書において、「樹脂製」とは、プラストマ製およびエラストマ製の両方を含む意味である。
この構成によると、予め間座を膨潤させ、その膨潤が安定してから、ボールねじに組み込むため、すなわち膨潤が飽和し、寸法変化が安定してから組み込むため、ボールねじ駆動中に間座の膨潤が進行することがない。そのため、間座の膨潤に起因して生じる、間座の倒れ、間座の転走面等へ接触、動トルクの増大、および異音の発生が防止できる。
ボールねじの組立前の浸漬による膨潤には、任意の潤滑剤またはその基油を用いてもよく、その場合も寸法安定の効果が得られる。しかし、上記膨潤の処理には、このボールねじの潤滑に使用される潤滑剤と同じ潤滑剤またはその基油を用いることが好ましく、その場合、異なる種類の潤滑剤を膨潤に用いる場合と異なり、膨潤の程度が実際の運転時と同じとなり、ボールねじ使用中の膨潤による支障がより一層確実に防止できる。
【０００７】
上記間座の材質は、熱可塑性エラストマとしても良い。熱可塑性エラストマの場合、間座に適度の弾性を与えることができるため、ボールに作用する荷重の吸収，隙間に対するがたつき防止性が得られ、より安定した運転が可能であるが、その反面、潤滑剤による膨潤の問題が大きい。しかし、上記のように予め膨潤させて組み込むことで、膨潤の問題が解消され、その適度の弾性による利点が効果的となる。
【０００８】
この発明のボールねじの組立方法は、ねじ軸の外径面とこのねじ軸の外周に遊嵌するナットの内径面に、互いに対向するねじ溝が形成され、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間で形成される転走路に、複数のボールおよびこれらのボールの間に介在する樹脂製の間座が設けられ、上記ナットのねじ溝に両端が連通して上記転走路のボールを循環させる循環部をナットに有し、上記転走路および循環部によって周回経路が形成されたボールねじを組み立てる方法であって、上記間座を、潤滑剤またはその基油に浸漬して膨潤させ、その膨潤が安定した状態で上記周回経路に組み込むことを特徴とする。上記潤滑剤には潤滑油またはグリース等が用いられる。間座の材質は、例えば熱可塑性エラストマである。上記浸漬による膨潤に用いる潤滑剤またはその基油は、このボールねじに使用される潤滑剤またはその基油であることが好ましい。
この方法によると、ボールねじ駆動中に間座の膨潤が進行することがなく、間座の膨潤に起因して生じる、間座の倒れ、間座の転走面等へ接触、動トルクの増大、および異音の発生が防止できる。
【０００９】
この発明方法において、上記間座の材質をポリエステルエラストマとした場合に、上記潤滑剤または基油中への浸漬を、５５°Ｃ以上の雰囲気中においては２４時間以上行うことが好ましい。
また、上記間座の材質をポリエステルエラストマとした場合に、上記潤滑剤または基油中への浸漬を、常温の雰囲気中においては３３６時間以上行うことが好ましい。上記常温は、例えば２５°Ｃである。
このような温度および時間条件下で膨潤させると、間座の膨潤を確実に安定させることができる。雰囲気温度が高くなるに従い、浸漬時間は短くて済むが、雰囲気温度は低い方が浸漬槽等の管理が容易であり、常温では加熱が不要となる。雰囲気温度は５５°Ｃ程度よりも高くしても、加熱の管理が難しくなるうえ、膨潤の効率の向上は望み難く、また５５°Ｃ程度よりも低いと時間短縮の効果が不十分であるため、加熱する場合は５５°Ｃ程度が好ましい。
なお、２５°Ｃを超えて５５°Ｃ未満の雰囲気中の場合は、２４〜３３６時間の範囲内で適宜定められる所定時間以上の浸漬を行う。例えば、２４〜３３６時間を、所定の曲線に従って補完した雰囲気温度に対応する時間を上記の所定時間とし、その所定時間以上の浸漬とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。このボールねじは、ねじ軸１の外径面と、このねじ軸１の外周に遊嵌するナット２の内径面に、互いに対応するねじ溝４，５が形成され、両ねじ溝４，５の間で形成される螺旋状の転走路６に複数のボール３が介在している。ナット２は、ねじ溝５に両端が連通して転走路６のボール３を循環させる循環部７を有し、転走路６および循環部７によって周回経路８が形成されている。周回経路８は、ねじ溝４，５の螺旋の１周分であっても、複数周分であっても良く、この実施形態では複数周分とされている。また、周回経路８は、一つのボールねじにおいて一つであっても、複数であっても良い。この実施形態では、ナット２に潤滑部７を２つ設け、２つの周回経路８を形成している。循環部７は、ナット２に取付けられたリターンチューブよりなる経路構成部品１０により形成されている。
【００１１】
この構成のボールねじにおいて、隣合うボール３の間に間座９を介在させてある。間座９は、複数個のボール３に対して１個の割合でボール３間に介在させても良く、また全てのボール３間に介在させても良い。この実施形態では、図２のように複数個のボール３に対して１個の割合で間座９を介在させてある。なお、図２において、間座９に付したハッチングは、配置を見易くするためであり、断面を示すものではない。
【００１２】
間座９の形状は、図３に具体例を示すように両面が凹面となった略円板形である。例えば中央部が両面に貫通したリング状とされる。同図の例では、間座９は両側のボール接触面９ａが凹面形状とされ、また中央孔９ｂを有するリング状とされている。間座９の両側のボール接触面９ａは、互いに中心角度の異なる円すい面からなる接触面内径部９ａａと接触面外径部９ａｂとを繋いだ複合円すい面形状としてある。詳しくは、接触面内径部９ａａは、ボール接触部として、同図（Ｃ）のように、略ボール径Ｒに等しい径の球面部９ａを有する形状としてある。間座９は、略円板形とする場合に、両側のボール接触面９ａを、上記のような複合円すい面形状とする代わりに、単一の円すい面形状や、ボール径よりも若干大径の球面形状としても良い。また、両側のボール接触面９ａを、曲率中心の異なる２つの円弧で構成されるゴシックアーチ状の断面形状としても良い。間座９は、この他に球形のものであっても良い。
【００１３】
間座９の材質は、樹脂製であり、エラストマまたはプラストマからなる。この実施形態では、間座９の材質は、適度の弾性を与えるために熱可塑性エラストマとし、具体的にはポリエステルエラストマとしている。
この間座９は、このボールねじへの組み込みよりも前に、このボールねじの潤滑に使用される潤滑剤に浸漬させることで膨潤させ、その膨潤が安定した状態で上記周回経路８に組み込まれたものとしている。すなわち、上記膨潤は飽和を生じるため、略飽和して間座９の寸法が安定した状態で、間座９のボールねじへの組み込みを行う。ボールねじの潤滑剤としては、潤滑油またはグリースが用いられるが、間座９の組立前における膨潤には潤滑油またはグリース等の潤滑剤そのものを用いても、また潤滑油またはグリース等の潤滑剤の基油を用いても良い。
【００１４】
この構成のボールねじによると、予め間座９を膨潤させ、その膨潤が安定してからボールねじに組み込むため、ボールねじ駆動中に間座９の膨潤が徐々に進行することがない。そのため、間座９の膨潤に起因して生じる次の各問題が解消される。
▲１▼．ボール循環列内におけるボール３間の隙間が増大し、間座が倒れること。
▲２▼．間座９の外径が大きくなり、間座９がねじ軸１やナット２のねじ溝４，５の転走面、または経路構成部品１０に接触してボール３の円滑な循環を阻害すること。
▲３▼．ボール循環列内におけるボール３間の隙間が零（または負隙間）となり、動トルクが増大したり異音が発生すること。
【００１５】
また、ボールねじの組立前の膨潤には、このボールねじの潤滑に使用される潤滑剤またはその基油と同じ潤滑剤または基油を用いるため、他の種類の潤滑剤を用いる場合と異なり、膨潤の程度が実際の運転時と同じとなり、ボールねじ使用中の膨潤による支障がより確実に防止できる。
間座９にポリエステルエラストマ等の熱可塑性エラストマを用いた場合は、間座９に適度の弾性を与えることができるため、ボール３に作用する荷重の吸収，隙間に対するがたつき防止性が得られ、より安定した運転が可能である。その反面、潤滑油等による膨潤の問題が大きいが、上記のように予め膨潤させて組み込むことで、膨潤の問題が解消され、その適度の弾性による利点が効果的となる。
【００１６】
間座９の材質として、ポリエステルエラストマを用いた場合の各種の試験結果を以下に示す。間座９の形状は、図３に示す形状のものである。
〔膨潤試験結果〕
表１は、ボール径９／３２インチのボールねじに適用する間座９を、グリース（マルテンプＬＲＬ  Ｎｏ．３）（商品名）に浸漬して膨潤させた際の寸法変化測定結果を示す。浸漬条件は、５５°Ｃの雰囲気中で２４時間とした。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１より、間座９を膨潤させると、間座９の軸方向厚みが薄くなる傾向にあることが判る。この間座９をボールねじに組み込むと隣接するボール３，３間の距離Ｌ（図３（Ａ））が縮まる。したがって、潤滑油等で膨潤させていない状態で間座９をボールねじに間座９を組み込んだ場合には、間座９の膨潤が進むにつれて周回経路８内のボール３間の隙間が増大し、間座９が倒れてボールねじが正常に動作しなくなる恐れがある。一方、間座９を膨潤させることにより、間座９の外径Ｄ（図３（Ｂ））が大きくなる傾向にあることも分かる。したがって、膨潤させていない間座９をボールねじに組み込んだ場合には、間座９がねじ軸１またはナット２の転走面や循環部７の経路構成部品１０に接触してボール３の円滑な循環を阻害する恐れがある。
【００１９】
次に、同じ間座９をグリース（マルテンプＬＲＬ  Ｎｏ．３）（商品名）の基油であるＬオイルに浸漬して膨潤させた際の間座９の寸法変化測定結果を表２に示す。浸漬条件は、表１と同様であり、５５°Ｃの雰囲気中で２４時間とした。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
表２の結果は、表１とほぼ同様の傾向，膨潤量を示している。このことから、間座９をボールねじに使用する潤滑油あるいはグリースそのものに浸漬させずに、これらの潤滑剤の基油に浸漬させても同等の効果が得られることが分かった。以上の結果から、樹脂製の間座９を用いる場合は、予め潤滑油、グリース、またはこれらの基油に間座９を浸漬し、間座９の寸法を安定させてから、間座９をボールねじに組み付けることが好ましいと考えらる。
【００２２】
〔膨潤時間試験結果〕
次に、図７に、ばね定数が互いに異なるポリエステルエラストマを材質とした３種類の間座Ａ，Ｂ，Ｃ（図中では、ポリエステルエラストマＡ，Ｂ，Ｃで示す）を、約５５°Ｃの雰囲気中でグリース（マルテンプＬＲＬ  Ｎｏ．３）（商品名）に浸漬した場合の間座外径Ｄの膨潤率について、時間毎の変化を調査した結果を示す。この結果から、ポリエステルエラストマを材質とする間座９では、約５５°Ｃの雰囲気中でグリース（マルテンプＬＲＬ  Ｎｏ．３）に浸漬する場合、約２４時間以上浸漬すれば、間座９の寸法が安定すること、すなわち膨潤が飽和することが分かった。また、潤滑剤が上記品種のグリース（マルテンプＬＲＬＮｏ．３）ではなく、他の品種のグリース（アルバニア  Ｎｏ．２）やＩＳＯＶＧ６８のグリースである場合も、図示はしないが、ほぼ同様の結果であり、約２４時間以上浸漬すれば、間座９の寸法が安定（膨循が飽和）することが分かった。
また、常温（約２５°Ｃ）の雰囲気中では、上記いずれの潤滑剤に浸漬した場合でも、図示はしないが、約３３６時間浸漬すれば、間座９の寸法が安定（膨潤が飽和）することが分かった。
【００２３】
以上の結果より、弾性体である間座９の材質としてポリエステルエラストマを用いる場合には、浸漬条件として、次の条件が好ましいと考えられる。
▲１▼．約５５°Ｃ以上の雰囲気中では、２４時間以上、潤滑剤中に浸漬する。
▲２▼．常温（約２５°Ｃ）の雰囲気中では、３３６時間以上、潤滑剤中に浸漬する。
【００２４】
〔膨潤によるばね定数の変化について〕
間座９を膨潤させることによって、そのばね定数がどの程度変化するかを、上記した３種類の間座Ａ〜Ｃ（表中では、ポリエステルエラストマＡ，Ｂ，Ｃで示す）をサンプルとして調査した結果を示す。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
この結果から、間座９の材質としてポリエステルエラストマを用いる場合は、間座９を予め膨潤させても、膨潤前とほぼ同等のばね定数が得られていることが分かる。したがって、膨潤前の間座９において系のばね定数を設定しておき、その後に間座９を膨潤させてボールねじに組み込んでも、何ら問題ない。
【００２７】
なお、ここで用いた間座９の材質はポリエステルエラストマとしたが、他の熱可塑性エラストマであっても同様の効果が得られる。また、間座９の材質がプラストマの場合でも、膨潤が安定した状態でボールねじに組み込むことにより、ボールねじ駆動中に間座９が徐々に膨潤することを防止できる。プラストマの場合は、エラストマの場合に比べて膨潤による間座９の寸法変化は小さいが、膨潤による寸法が安定した状態で間座９を組み込むことで、ボールねじの運転中に膨潤に起因してボール間すきまがゼロ（負すきま）となって、動トルクが増大したり異音が発生することが防止される。
【００２８】
上記実施形態は、循環部７をリターンチューブ形式としたが、この発明は、上記リターンチューブを代表とする外部循環方式の他に、内部循環方式としても良く、ボール循環形式に関係なく適用することができる。外部循環方式は、ナット２の本体の外部でボール３を循環させる方式であり、上記リターンチューブ式の他に、図４に示すようにガイドプレート２５に循環部７を形成したガイドプレート式がある。内部循環方式は、ナット２の本体の内部でボール３を循環させる方式であり、代表例として、図５に示すように循環部７をこま２６で形成したこま式や、図６に示すように循環部７をエンドキャップ２７で形成したエンドキャップ式がある。これらのいずれの循環形式においても、この発明を適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
この発明の間座入りボールねじは、樹脂製の間座をボール間に介在させるボールねじにおいて、上記間座を、潤滑剤またはその基油の浸漬により膨潤させ、膨潤が安定した状態でボールねじ内に組み込まれたものとしたため、ボールねじ駆動中に間座の膨潤が進行することがなく、運転中の間座の膨潤に起因して生じる、間座の倒れ、間座のねじ溝等へ接触、動トルクの増大、および異音の発生等を防止することができる。
間座が熱可塑性エラストマの場合は、間座の持つ適度の弾性によって、荷重や隙間の吸収によるがたつき防止性が得られる反面、運転中の膨潤の問題が大きいが、この発明によると、膨潤の問題がなく、上記がたつき防止がより効果的となる。
また、この発明のボールねじの組立方法は、樹脂製の間座をボール間に介在させるボールねじにおいて、上記間座を、潤滑剤またはその基油に浸漬して膨潤させ、その膨潤が安定した状態でボールねじ内に組み込む方法であるため、運転中の間座の膨潤に起因して生じる、間座の倒れ、間座のねじ溝等へ接触、動トルクの増大、および異音の発生等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかるボールねじの破断側面図である。
【図２】同ボールねじを斜めに破断した横断面図である。
【図３】（Ａ）はその間座の断面とボールとの関係を示す説明図、（Ｂ）は間座の断面図、（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ部の拡大図である。
【図４】この発明の他の実施形態にかかるボールねじの横断面図である。
【図５】この発明のさらに他の実施形態にかかるボールねじの破断斜視図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態にかかるボールねじの断面図である。
【図７】ばね定数の異なる各種のポリエステルエラストマ製間座の膨潤率の時間変化を示すグラフである。
【図８】（Ａ）は従来の間座入りボールねじのボールと間座の関係を示す説明図、（Ｂ）は同間座を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ねじ軸
２…ナット
３…ボール
４，５…ねじ溝
６…転走路
７…循環部
８…周回経路
９…間座
【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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