(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸の外径面と、このねじ軸に外嵌するナットの内径面に、それぞれ螺旋状のねじ溝が設けられ、前記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間に複数のボールと各ボール間に介在する間座とを設けたボールねじにおいて、上記間座を、両面が略凹球面となった有端リング状に形成し、
上記間座のボールとの接触面が、間座中心軸を含む任意の断面において、曲率中心の互いに異なる二つの円弧からなるゴシックアーチ形状の凹曲面であることを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
上記間座の円周方向の両端が互いに軸方にずれている請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】
上記間座が合成樹脂からなり、両側のボール間で押し付けられることにより、両側のボールが互いに接するまで弾性変形可能なものである請求項１または請求項２に記載のボールねじ。
【請求項４】
設定以上の負荷が生じた状態で、隣合うボール間の隙間が零になるように、上記間座の幅を設定した請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のボールねじ。
【請求項５】
上記間座のボールとの接触面の曲率半径を、ボール半径よりも大きくした請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボール同士の摩擦により動トルクの増大や潤滑不良の発生し易い用途、またボール同士の衝突音を低減したい用途等に適し、電動射出形成機やプレス機等の高荷重下で使用される機器、そのほか工作機械、産業機械、計測機械など、幅広い用途に使用できるボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来、射出成形機やプレス機等、高荷重下で用いられるボールねじで、図１０に示すように、隣合うボール５３同士の競り合いによる摩擦で、潤滑状態によっては、ボール５３が摩耗することがあった。ボールねじは、ねじ軸５１、ナット５２、ボール５３と、ボールを循環させる部品（チューブ、こま、エンドキャップ、ガイドプレート）から通常は構成されている。ボールねじはボール５３の転走溝がねじ溝であってねじれていることと、上記のようなボール５３を循環させる部品があるため、ベアリングのようなボール同士の摩擦を解消するリテナを挿入できない。
【０００３】
このボール５３同士の摩擦による動トルク増大現象を緩和するために、図１１に示すように、負荷を受けるボール５３（以下「負荷ボール」と呼ぶ）が弾性変形した最小径よりも小さなボール５３Ａ（スペーサボール）を挿入し、隣合う負荷ボール５３の回転方向を逆方向として対策をとしていた。
しかし、スペーサボール５３Ａは、実際にボールねじに負荷が加わっても負荷ボール５３より径が小さいため、荷重を受けることができない。このため、スペーサボール５３Ａを使用すると、負荷ボール５３の個数は概略半分に減少し、全てのボール５３が同一径（以下、総負荷ボール仕様と呼ぶ）の場合より負荷容量が低減する欠点があった。また、同じ外部負荷を受ける場合、負荷ボール５３の数が少ないことから、ねじ溝と負荷ボール５３の接触位置における接触面圧が大きくなり、潤滑に対して不利となる欠点があった。また、総負荷ボール仕様、スペーサボール仕様は、いずれも同種の金属（通常は鋼）であるため、ボール同士の衝突音が発生し、騒音の原因となっていた。
【０００４】
これらの課題を解消するものとして、図１２に示すように、負荷ボール５３間に間座５６を挿入し（以下「間座タイプ」と呼ぶ）、負荷ボール５３間の滑りを間座５６によって吸収するものが提案されている。このように、間座５６を挿入し、ボール５３と一緒に移動させることにより、ボール５３同士の接触、摩擦、衝突を軽減することができる。また、スペーサボール５３Ａを使用するものに比べて、負荷ボール個数が多くなり、負荷容量の低減を抑えることができる。
しかし、間座５６を設けたものでは、図１３に示すように、間座５６が横方向に倒れ、この倒れた間座５６がチューブ等による循環部５７と転走部の繋ぎ目で引っ掛かりを生じる恐れがある。この不具合を防ぐために、設計時に、ボール５３と間座５６の間に隙間がほとんど生じないように、循環部５７の長さを設計することで対処可能である。しかし、通常、チューブ等による循環部５７は、ナット５２の外周部に接するように最小長さに設計される。チューブ等の循環部５７を長くすると、ナット５２の外周にチューブ等が突出するなどの別の障害が発生することが考えれらる。
【０００５】
この発明の目的は、間座によって、ボール同士の接触、摩擦、衝突音を軽減し、負荷容量を確保しながら、間座が倒れることのないボールねじを提供することである。
この発明の他の目的は、間座を適度の弾性を得られて製造も容易なものとすることである。
この発明のさらに他の目的は、間座の強度の確保、および間座とボールの円滑な接触を得ながら、隣合うボール同士の隙間を小さくできて、負荷容量を大きく得られるようにすることである。
【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、このねじ軸に外嵌するナットの内径面に、それぞれ螺旋状のねじ溝が設けられ、前記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間に複数のボールと各ボール間に介在する間座とを設けたボールねじにおいて、上記間座を、両面が略凹球面となった有端リング状に形成したことを特徴とする。
この構成によると、間座が介在することによって、ボール同士の接触、摩擦、衝突音が軽減され、またスペーサボールタイプに比べて負荷容量の低減が緩和される。間座は有端リング状であり、中央に貫通孔があって、周方向の１箇所が分割された形状であるため、ボールから荷重を受けた場合、間座は弾性的に拡径してボール間の隙間を狭めることができる。この間座のばね効果のため、１循環におけるボールと間座の隙間を無理なく零、または間座１個分の径以下の隙間として組み立てることが可能となり、隙間が大きいことで発生する間座の倒れ、潤滑不良や、動トルクの増大を防止できる。また、間座のばね効果のため、ボールから荷重を受けた場合、間座は拡径して緩衝作用を得ることができる。そのため、ボールねじのナットを機械にぶつける等の不具合により、設計で予想した以上の圧縮荷重や衝撃荷重が間座に加わっても、間座の破損を防止することができる。
【０００７】
この発明において、上記間座は、円周方向の両端が互いに軸方にずれたものであっても良い。例えば、間座は、軸方向にねじれが生じたものとする。
このように、間座を両端が軸方向にずれたものとした場合、ばね座金のように間座に適度の弾性が得やすい。例えば、間座が金属製であっても、適度の弾性を得ることができる。このような間座の弾性のため、ボールからの荷重を吸収するだけでなく、ボールと間座の間の隙間を無くしてがたつきを吸収することができる。
【０００８】
この発明において、上記間座が合成樹脂からなり、両側のボール間で押し付けられることにより、両側のボールが互いに接するまで弾性変形可能なものであっても良い。
このように、間座を合成樹脂製とすることで、間座が適度の弾性を有するものに製作し易い。間座を、特に上記の両端が軸方向にずれた形状としなくても、適度の弾性を得ることができる。また、両側のボール間で押し付けられることにより、両側のボールが互いに接するまで弾性変形可能なものとすることで、間座のみで荷重を負荷することなく、負荷がボールで受けられ、間座が樹脂製であっても、強度不足になることが避けられる。
【０００９】
この発明において、設定以上の負荷が生じた状態で、隣合うボール間の隙間が零になるように、上記間座の幅を設定しても良い。
このように間座の幅を設定することにより、設定以上の負荷が生じたときは、隣合うボールが互いに接して負荷を伝えることになり、間座に所定以上の荷重が作用せず、大荷重や、衝撃荷重により間座が損傷することが防止される。また、通常の使用時は、ボール同士の干渉を無くして間座としての機能を果たし、かつ最大限にボール間距離を小さくしてボール個数を増やし、負荷容量を大きく得ることができる。
【００１０】
この発明において、上記間座のボールとの接触面の曲率半径を、ボール半径よりも大きくすると良い。
このようにボール接触面をボール半径よりも大きい球面状とすることにより、ボール接触面のエッジにボールが接することなく、間座とボールとの接触が円滑に得られる。
【００１１】
上記間座のボールとの接触面は、間座中心軸を含む任意の断面において、曲率中心の互いに異なる二つの円弧からなるゴシックアーチ形状の凹曲面である。
このように、間座のボール接触面を、曲率中心の互いに異なる二つの円弧からなる凹曲面（いわゆるゴシックアーチ形状）とすることで、ボールが間座に接触する部分が、間座の中心から離れた位置となる。そのため、間座の両側のボール接触部間の厚みが、間座中心よりも厚くなり、ボール接触部間の厚みを必要強度分だけ確保しても、ボール同士の距離をできるだけ短くすることができる。このため、隣合うボール同士の隙間を最小に設定しながら、負荷容量を確保することができる。また、間座の中心に貫通孔を設けても、その貫通孔のエッジでボールに接触することがなく、上記凹曲面で接触することができて、円滑な接触が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１〜図６と共に説明する。ただし、図３〜図５は、参考提案例である。ねじ軸１の外径面と、このねじ軸１に外嵌するナット２の内径面に、それぞれ螺旋状のねじ溝４，５が設けられ、両ねじ溝４，５の間に複数のボール３と間座６が介在している。ナット２には、両ねじ溝４，５間からボール３を拾い上げてねじ溝４，５間に戻す循環部７ｂを形成した循環部品８が設けられている。循環部品８は、この例ではチューブとされている。１循環の循環経路７は、循環部品８による循環部７ｂと、ねじ溝４，５間の転走部７ａとで形成される。転走部７ａは、通常は複数巻きとされる。循環経路７は、ナット２の一つにつき、単独であっても、複数設けても良い。循環経路７を複数設ける場合、その循環経路７の数に応じただけの循環部品８が設けられる。
【００１３】
間座６は、図３、図４、図６に各種の例を各々示すように、いずれも両側のボール接触面９が略凹球面状に形成された有端リング状であって、中央に貫通孔１０を有し、円周方向の１か所が分割部１１となっている。間座６は、金属製または合成樹脂製とされる。なお、ねじ軸１、ナット２、およびボール３の材質は、鋼等である。
【００１４】
図３の例の間座６は、両端６ａ，６ｂが互いに軸方にずれた遊端リング状とされている。この間座６は鋼等の金属材からなり、軸方向にねじることで、両端に所定のずれ量δｔを生じさせてある。間座６の両側のボール接触面９は、ボール径よりも若干大きな曲率半径からなる凹球面状とされている。材質は樹脂であっても、射出成形等によって同形状のものが形成可能である。
【００１５】
図４の例の間座６は、合成樹脂製であって、両側のボール３間で押し付けられることにより、両側のボール３が互いに接するまで弾性変形可能なものとされている。また、設定以上の負荷が生じた状態で、隣合うボール３間の隙間が零になるように、間座６の幅Ｈ１を設定されている。ここで言う幅Ｈ１は、無負荷状態で両側のボール３間に隙間を生じさせる幅のことである。この間座６の合成樹脂としては、強化材入りのＰＩ（ポリイミド）や、ＰＡ（ポリアミド）等が使用できる。間座６の両側のボール接触面９は、ボール径よりも若干大きな曲率半径からなる凹球面状とされている。間座６の両端６ａ，６ｂの軸方向のずれは生じさせない。
【００１６】
図６は、実施形態に係り、間座６のボール接触面９をゴシックアーチ状とした例である。すなわち、ボール接触面９は凹曲面であって、間座６の中心軸Ｌを通る任意の直径方向に沿う断面における形状が、中心軸Ｌに対する片側の断面部分９ａと他の片側の断面部９ｂ分とが、互いに異なる曲率中心Ｏａ，Ｏｂの円弧状となる形状とされている。両断面部分９ａ，９ｂの曲率半径Ｒは、互いに等しく、かつボール半径ｄ／２よりも大きくされている。
このゴシックアーチ状のボール接触面の形状は、図３の端部６ａ，６ｂに軸方向のずれ生じさせた例、および図４の軸方向ずれがなく樹脂製とした例のいずれにも適用できる。
【００１７】
この構成のボールねじによると、間座３が介在することによって、ボール３同士の接触、摩擦、衝突音が軽減され、またスペーサボールタイプに比べて負荷容量の低減が緩和される。間座６の倒れは、次のように１循環内おけるボール３と間座６の隙間をほぼ零とすることで防止される。
【００１８】
この倒れ防止につき説明する。間座６を用いたボールねじでは、間座６とボール３は、同比率１：１でねじ溝４，５間の転走路７ａと循環部７ｂからなる循環経路７内に挿入される。ここで、ボール直径をＤ、間座幅（無負荷でボール間に隙間を生じさせる幅）をＨとすると、ボール３および間座６を１循環内に同じ個数ｎだけ挿入した場合の総並び長さＬＫは、概略
ＬＫ＝ｎ×（Ｄ＋Ｈ）となる。
ボール転走部７ａと循環部７ｂからなる循環経路７の総循環長さをＬＴとすると、ボール３と間座６を隙間なく挿入しようとして個数ｎを設定しても、総並び長さＬＫとの差は、最大で、およそ一組のボール３と間座６を合わせた長さ（Ｄ＋Ｈ）分が存在することになる。つまり、ＬＴ−ＬＫ≒Ｄ＋Ｈである。
組立時に間座径φＫ以上の隙間が存在すると、最悪の場合は、前述のように間座６がボール３に対して横方向に倒れて循環部７ｂと転走部７ａの繋ぎ目で引っ掛かりを生じる可能性が増加する。
この不具合を防ぐには、設計時にチューブ８等による循環部７ｂの長さを調整して、１循環内に隙間がほとんどない設定とすることで対応可能であるが、チューブ８等の循環部が必要以上に長くなり、ナット２の外周部にチューブ８が突出する等の別の障害が発生することが考えられる。
【００１９】
これに対して、間座６をこの発明の実施形態や各提案例のように有端リング状とし、ばね作用を持たせることより、ある程度の隙間の大小があっても、ボール３と間座６の隙間を零、またはφＫ未満とできるようにすることで、上記の不具合を防止することができる。図３の例で説明すると、弾性変形量を間座６の１個に対して２σｔとすると、ｎ×２σｔ＞（Ｄ＋Ｈ）とすれば、ボール３と間座６の隙間をほぼ零として組み立てることが可能である。
【００２０】
図４の例の間座６の場合は、次の効果が得られる。一般の間座では、予想外の衝撃荷重等がナット２に加わった場合などに、ボール３が急激に停止し、間座６に大きな荷重が加わることが予想される。この荷重により間座６が破損すると、機械が復帰してもボールねじはその機能を発揮できない。
これに対して、図４の例の間座６では、有端リング状であって幅Ｈ１を適宜の値に設定してあるため、過大な荷重が加わると、図５のように分割部１１が開き、間座６を挟んだボール３同士が接触して荷重をボール３間で直接に伝達する。そのため、間座６に所定以上の荷重が加わらず、間座６の破損が防止される。
【００２１】
図６に示す実施形態のように、間座６のボール接触面９を、二つの曲率中心Ｏａ，Ｏｂを持つゴシックアーチ形状とした場合は、ボール３は間座６の中心からある角度を持った位置で接触することになる。そのため、この部分の肉厚Ｔを厚く得ることができる。また、ボール３同士に隙間を生じさせる間座幅Ｈは、間座６がリング状であるため、できるだけ薄くする設計が可能である。間座６がリング状あっても、上記のようにボール３は間座６の中心から離れた位置でボール接触面９に接するため、中央の貫通孔１０のエッジで接することが避けられる。
【００２２】
なお、上記実施形態および提案例では、ボールねじＡのボール循環形式をリターンチューブ式としたが、この発明は、ボール循環形式をエンドキャップ形式や、こま形式、ガイドプレート形式とした場合にも適用することができる。
図７は、エンドキャップ形式の例であり、ナット２は、ねじ溝５を形成したナット本体２ａの両端にエンドキャップ２ｂ，２ｂが取付けられている。循環部７ｂは、ナット本体２ａを軸方向に貫通した循環孔部７ｂａと、各エンドキャップ２ｂ，２ｂに設けられてねじ溝４，５間と循環孔部７ｂａの間に連通するガイド溝部７ｂｂとで構成される。
図８は、こま式の例であり、ナット２の循環部７ｂを、「こま」と呼ばれる循環部品１４で構成してある。循環部品１４は、ナット２のねじ溝５の略１周分を連通させるものであり、通常、一つのナット２に複数設けられる。
図９は、ガイドプレート形式とした例であり、循環部７ｂが、ナット２に設けられたガイドプレート１２のガイド溝で形成されている。ガイド溝からなる循環部７ｂの入口には、ねじ溝４，５間のボール３を掬い上げるデフレクタ１３が設けられている。
これら図７〜図９の各例において、前記実施形態や各提案例で述べた間座６のうちの任意のものが、各ボール３，３間に用いられている。なお、図８，図９では、間座６の図示を省略した。
【００２３】
【発明の効果】
この発明のボールねじは、ボール間に間座を介在させ、この間座を、両面が略凹曲面となった有端リング状に形成したため、ボール同士の接触、摩擦、衝突音を軽減し、負荷容量を確保しながら、間座の倒れを防止し、円滑な動作を得ることができる。
間座のボールとの接触面が、間座中心軸を含む任意の断面において、曲率中心の互いに異なる二つの円弧からなるゴシックアーチ形状の凹曲面であるため、間座の強度の確保、および間座とボールの円滑な接触を得ながら、隣合うボール同士の隙間を小さくできて、負荷容量を大きく得ることができる。
上記間座を円周方向の両端が互いに軸方にずれたものとした場合、間座が金属製であっても適度の弾性を得やすい。
上記間座が合成樹脂からなり、両側のボール間で押し付けられることにより、両側のボールが互いに接するまで弾性変形可能なものである場合は、適度の弾性を持つ間座を合成樹脂で安価に製作でき、かつ間座の破損を防止できる。
設定以上の負荷が生じた状態で、隣合うボール間の隙間が零になるように、上記間座の幅を設定した場合は、大荷重や衝撃荷重の作用時の間座の破損を防止しながら、常時は間座としての機能を満足し、かつ最大限にボール間距離を小さくしてボール個数を増やし、負荷容量を大きく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかるボールねじの破断正面図である。
【図２】同ボールねじの断面図である。
【図３】  （Ａ）は間座の参考提案例の断面図、（Ｂ）は同側面図、（Ｃ）は同正面図である。
【図４】  （Ａ）は間座の他の参考提案例の正面図、（Ｂ）はその間座をボールと共に示す断面図である。
【図５】（Ａ）は図４の例の間座の荷重作用状態を示す正面図、（Ｂ）はその間座をボールと共に示す断面図である。
【図６】  実施形態における間座の例をボールと共に示す部分拡大断面図である。
【図７】この発明の他の実施形態にかかるボールねじの破断正面図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態にかかるボールねじの切欠斜視図である。
【図９】この発明のさらに他の実施形態にかかるボールねじの横断面図である。
【図１０】従来例のボールと転走面のねじ溝方向に沿う断面の説明図である。
【図１１】他の従来例のボールと転走面のねじ溝方向に沿う断面の説明図である。
【図１２】さらに他の従来例のボールと転走面のねじ溝方向に沿う断面の説明図である。
【図１３】同従来例の横断面図である。
【符号の説明】
１…ねじ軸
２…ナット
３…ボール
４，５…ねじ溝
６…間座
７…循環経路
９…接触面
１０…貫通孔
１１…分割部
【図１】
0004646350.tif 000002
【図２】
0004646350.tif 000003
【図３】
0004646350.tif 000004
【図４】
0004646350.tif 000005
【図５】
0004646350.tif 000006
【図６】
0004646350.tif 000007
【図７】
0004646350.tif 000008
【図８】
0004646350.tif 000009
【図９】
0004646350.tif 000010
【図１０】
0004646350.tif 000011
【図１１】
0004646350.tif 000012
【図１２】
0004646350.tif 000013
【図１３】
0004646350.tif 000014