(57)【要約】【課題】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。【解決手段】戻し路の立ち上がり面（貫通穴２２の溝側の面）２２ｂとナット２のボール転動溝２１との境界部２５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。【選択図】　　　図２
2004003600.tif 000002
【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、軌道の終点から始点へボールを移動させる戻し路とを備え、戻し路の両端部は、ナットのボール転動溝から立ち上がる立ち上がり面と、この立ち上がり面に対向配置されて軌道端をなす止め部とを有するボールねじにおいて、
前記立ち上がり面とボール転動溝との境界部に、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、軌道と戻し路との境界部分に特徴を有するボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のボールねじの一例を図６（斜視図）および７（断面図）に示す。このボールねじは、ボールの戻し路としてチューブを用いるチューブ式ボールねじであり、ねじ軸１とナット２とボール３とチューブ４とで構成されている。図６の符号５はチューブ４をナット２に固定するチューブ押えであり、図７ではこのチューブ押え５が省略されている。
【０００３】
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。
【０００４】
チューブ４は略門形に形成され、その両端部が、ナット２をなす円筒に設けた貫通穴２２内に挿入され、軌道の始点と終点を連結するように、ねじ軸１を挟んで斜向かいに配置されている。したがって、軌道の終点に達したボール３はこのチューブ４を通って軌道の始点に戻される。この例では、ボール循環経路（軌道＋戻し路）を２つ有するため、チューブ４を２本備えている。
【０００５】
図８は、このボールねじの部分断面図であって、軌道と戻し路との境界部分を示す。この図に示すように、ナット２には、外周面からボール転動溝２１に向けて貫通穴２２が形成されており、この貫通穴２２内にチューブ４の端部が配置されている。
この貫通穴２２は、チューブ４の端面を受ける段差部２２ａを有する。これにより、チューブ４の端部を貫通穴２２に取り付けたときに、貫通穴２２の段差部２２ａよりボール転動溝２１側の面（溝側の面）２２ｂが、チューブ４の内面４１と一致するようにしてある。この溝側の面２２ｂが、戻し路の端部がナット２のボール転動溝２１から立ち上がる立ち上がり面に相当する。
【０００６】
また、チューブ４の端部には、取り付け状態で貫通穴２２の溝側の面２２ｂに対向配置されるタング４２が形成されている。このタング４２が、ねじ軸のボール軌道溝１１の底面付近まで延び、ボール転動溝１１，２１からなる軌道３０の端部をなす止め部となっている。
したがって、軌道３０の終点付近に至ったボール３はタング４２の先端に当たって掬い上げられ、貫通穴２２の溝側の面２２ｂとタング４２との間を通ってチューブ４内に導かれる。また、チューブ４内を移動したボール３０は、貫通穴２２の溝側の面２２ｂとタング４２との間を通って軌道３０内に導かれる。
【０００７】
前述のような従来のチューブ式ボールねじには、戻し路の立ち上がり面（貫通穴２２の溝側の面）２２ｂとナット２のボール転動溝２１との境界部２５が、ボール３のスムーズな移動を妨げるという問題点がある。この問題点を解決するために、下記の特許文献１には、角張っている境界部２５を削り取って滑らかな形状（例えば符号２７で示す面形状）に加工することが提案されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１４１０１９号公報
【０００９】
【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。
【００１０】
【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、軌道の終点から始点へボールを移動させる戻し路とを備え、戻し路の両端部は、ナットのボール転動溝から立ち上がる立ち上がり面と、この立ち上がり面に対向配置されて軌道端をなす止め部とを有するボールねじにおいて、前記立ち上がり面とボール転動溝との境界部に、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。
【００１１】
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。
このボールねじによれば、前記境界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、前記境界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。
【００１２】
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。
【００１３】
【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の部分断面図であって、軌道と戻し路との境界部分を示す。図２は、図１のＡ部分の拡大図である。この実施形態のボールねじの前記境界部分以外の構成は、図６および７に示す従来のボールねじと同じである。
【００１４】
図１に示すように、ナット２には、外周面からボール転動溝２１に向けて貫通穴２２が形成されており、この貫通穴２２内にチューブ４の端部が配置されている。この貫通穴２２は、チューブ４の端面を受ける段差部２２ａを有する。これにより、チューブ４の端部を貫通穴２２に取り付けたときに、貫通穴２２の段差部２２ａよりボール転動溝２１側の面（溝側の面）２２ｂが、チューブ４の内面４１と一致するようにしてある。この溝側の面２２ｂが、戻し路の端部がナット２のボール転動溝２１から立ち上がる立ち上がり面に相当する。
【００１５】
また、チューブ４の端部には、取り付け状態で貫通穴２２の溝側の面２２ｂに対向配置されるタング４２が形成されている。このタング４２が、ねじ軸のボール軌道溝１１の底面付近まで延び、ボール転動溝１１，２１からなる軌道３０の端部をなす止め部となっている。
また、図２に示すように、戻し路の立ち上がり面（貫通穴２２のボール転動溝２１側の面）２２ｂとナット２のボール転動溝２１との境界部２５に、曲率半径Ｒがボール３の直径の０．０５倍以上である丸みが設けてある。
【００１６】
ここで、ナット２に切削加工により貫通穴２２を形成すると、貫通穴２２のボール転動溝２１側の面（立ち上がり面）２２ｂとボール転動溝２１との境界部２５が角張った状態となるが、この角部２５を砥粒流動加工法により除去することで丸みを形成することができる。
この丸みの曲率半径Ｒだけが異なるボールねじを作製し、各ボールねじの寿命を調べる試験を行った。すなわち、ナット２に切削加工で貫通穴２２を形成した後に砥粒流動加工を行い、砥粒流動加工の加工時間、使用する粒子の粒度、圧力を変化させることにより、曲率半径Ｒが異なる丸みを、各ナット２の前記境界部２５に形成した。
【００１７】
ボールねじとしては、ＮＳＫボールねじ「ＢＳ２５２０」（ボールの直径Ｄｗ：４．７６２５ｍｍ、ボールピッチ円の直径Ｄｍ：２５．５ｍｍ）を用いた。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、予圧荷重：５００Ｎ、試験荷重：１０００Ｎ（アキシャル荷重）、回転速度（ｎ）：５００〜４０００ｒｐｍ、ストローク：５００ｍｍ、潤滑グリース：昭和シェル石油製「アルバニアＮｏ．２」とした。
【００１８】
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。この試験により得られた計算寿命比と「Ｒ／Ｄｗ」との関係を図３に、計算寿命比と「Ｄｍ・ｎ」値との関係を図４に、それぞれグラフで示す。
【００１９】
図３のグラフには、「Ｄｍ・ｎ」が１２７５０ｒｐｍ・ｍｍのときと７６５００ｒｐｍ・ｍｍのときの結果が示されているが、いずれの場合も「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４のグラフには、「Ｒ／Ｄｗ」が０．０１のときと０．２のときの結果が示されている。この図から分かるように、「Ｒ／Ｄｗ」が０．０１のときは「Ｄｍ・ｎ」が７６５００ｒｐｍ・ｍｍ以上になると計算寿命比は著しく低下するが、「Ｒ／Ｄｗ」が０．２のときは「Ｄｍ・ｎ」が７６５００ｒｐｍ・ｍｍ以上になっても計算寿命比はさほど低下しない。
【００２０】
以上の結果から分かるように、戻し路の立ち上がり面（貫通穴２２の溝側の面）２２ｂとナット２のボール転動溝２１との境界部２５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、「Ｄｍ・ｎ」が７６５００ｒｐｍ・ｍｍ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。
【００２１】
なお、境界部２５の曲率半径Ｒは以下に示す方法で測定することができる。先ず、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、ボール３の接触角α分だけ水平面から傾くようにナット２を固定する。次に、チューブ４の端部を挿入するナットの貫通穴２２に、輪郭形状測定機６のプローブ６１を入れ、図５（ｃ）に示すように、ナット２のボール転動溝２１から貫通穴２２の溝側の面２２ｂに向けてプローブ６１を移動させる。
【００２２】
【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の軌道と戻し路との境界部分を示す断面図である。
【図２】図１のＡ部分の拡大図である。
【図３】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４】試験結果から得られた計算寿命比と「Ｄｍ・ｎ」値との関係を示すグラフである。
【図５】立ち上がり面とボール転動溝との境界部の曲率半径を測定する方法を説明する図である。
【図６】チューブ式ボールねじの一例を示す斜視図である。
【図７】チューブ式ボールねじの一例を示す断面図であって、ナットのみが断面になっている。
【図８】従来のボールねじの軌道と戻し路との境界部分を示す断面図である。
【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　ナットの貫通穴
２２ａ　貫通穴の段差部
２２ｂ　立ち上がり面（貫通穴のボール転動溝側の面）
２５　立ち上がり面とボール転動溝との境界部
３　ボール
３０　軌道
４　チューブ
４１　チューブの内面
４２　タング（軌道端をなす止め部）
５　チューブ押え
６　輪郭形状測定機
６１　プローブ
【図１】
2004003600.tif 000003
【図２】
2004003600.tif 000004
【図３】
2004003600.tif 000005
【図４】
2004003600.tif 000006
【図５】
2004003600.tif 000007
【図６】
2004003600.tif 000008
【図７】
2004003600.tif 000009
【図８】
2004003600.tif 000010