(57)【要約】【課題】ボールねじ溝とボールとの接触面圧の急激な増大に伴う金属接触により水素脆化による剥離が発生し易くなることを防止することのできるボールねじ装置を提供する。【解決手段】ボールねじ溝１３，１４に対するボール１５の接触角αを３５°以上４５°以下とし、ねじ軸１１またはナット１２にスラスト荷重が作用してもボール１５の接触楕円１５ａがランド面１８の面取り部１８ａに乗り上がらないようにする。【選択図】図２
2005221006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸と、このねじ軸の外周面に形成されたボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸及び前記ナットの両ボールねじ溝間に転動自在に組み込まれた多数のボールとを備えたボールねじ装置において、
前記ボールねじ溝に対する前記ボールの接触角を３５°以上４５°以下としたことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
前記多数のボールのうち隣り合う二つのボール間にリテーナを配置したことを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高負荷条件下で使用されるボールねじ装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ボールねじ装置は回転運動を直線運動に変換する装置として各種機械の送り機構などで使用されているが、電動射出成形機やプレス成形機などでは、高温、高回転、高荷重等の条件下で使用されることが多い。このため、このような高負荷条件下でボールねじ装置を使用するとグリースが分解して水素を発生させ、グリースの分解により発生した水素がねじ軸やナット、ボール等の素材中に侵入することによって、金属組織の白色変化を伴った水素脆性による剥離を引き起こすことがある。また、電動射出成形機やプレス成形機は稼動と休止を繰り返す機械であるため、機械の休止中に空気中の水分がねじ軸やナット等に水滴となって付着し、ねじ軸やナット等に付着した水滴がグリース中に混入して水素の発生が促進され易い。
そこで、グリース中に不動態化酸化剤を添加することによって水素脆性による剥離や水素の発生を抑制するようにした技術が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２８７８７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のボールねじ装置では、ねじ軸またはナットにスラスト荷重が作用するとボールの弾性変形によってボールねじ溝に対するボールの接触角が初期の設定値よりも大きくなり、ボールの接触楕円がランド面の面取り部に乗り上げることによってボールねじ溝とボールとの接触面圧が急激に増大する。このため、ボールねじ装置の運転中は潤滑剤の油膜によりねじ軸とボールおよびボールとナットは電気的に絶縁状態となっているが、接触面圧の増大に伴う金属接触により導通状態となるため、ねじ軸を駆動するプーリとベルトとの間に静電気が発生した場合は、ねじ軸とボールおよびボールとナットとの間に電位差が生じ、その結果、グリース中の水分が電気分解されて水素イオンの発生が促進されると共に金属接触によって生成された新生面から水素が侵入し、水素脆化による剥離が発生し易くなるという問題があった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、ボールねじ溝とボールとの接触面圧の急激な増大に伴う金属接触により水素脆化による剥離が発生し易くなることを防止することのできるボールねじ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、ねじ軸と、このねじ軸の外周面に形成されたボールねじ溝と対向するボールねじ溝を内周面に有するナットと、前記ねじ軸及び前記ナットの両ボールねじ溝間に転動自在に組み込まれた多数のボールとを備えたボールねじ装置において、前記ボールねじ溝に対する前記ボールの接触角を３５°以上４５°以下としたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１記載のボールねじ装置において、前記多数のボールのうち隣り合う二つのボール間にリテーナを配置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係るボールねじ装置によれば、ボールねじ溝に対するボールの接触角を３５°以上４５°以下としたことで、ねじ軸またはナットにスラスト荷重が作用してもボールの接触楕円がランド面の面取り部に乗り上げて接触面圧の急激な増大を引き起こすことがないので、ボールねじ溝とボールとの接触面圧の急激な増大に伴う金属接触により水素脆化による剥離が発生し易くなることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明に係るボールねじ装置の一実施形態を図１及び図２に示す。図１において、符号１１はねじ軸、１２はナットを示しており、ねじ軸１１の外周面にはボールねじ溝１３が形成されている。このボールねじ溝１３はナット１２の内周面に形成されたボールねじ溝１４と対向しており、ボールねじ溝１３とボールねじ溝１４との間には多数のボール１５が転動自在に組み込まれている。これらのボール１５はねじ軸１１またはナット１２が軸回りに回転するとボールねじ溝１３，１４上を転動するようになっており、隣り合う２つのボール１５，１５間には、ボール１５より軟質の材料（例えば合成樹脂等）からなるリテーナ１６が設けられている。
【０００７】
また、ボール１５は、図２に示すように、ボールねじ溝１３，１４にα＝３５°〜４５°の角度で接触しており、ねじ軸１１またはナット１２にはスラスト荷重が付与されている。なお、ボールねじ溝１３，１４上を転動したボール１５は、ボール循環部材としてのボール循環チューブ１７内を通って循環運動するようになっている。
上述のように、ボールねじ溝１３，１４に対するボール１５の接触角αを３５°≦θ≦４５°とすることで、ねじ軸１１またはナット１２にスラスト荷重が作用してもボール１５の接触楕円１５ａ（図２参照）がランド面１８の面取り部１８ａに乗り上げて接触面圧の急激な増大を引き起こすことがないので、ボールねじ溝１３，１４とボール１５との接触面圧の急激な増大に伴う金属接触により水素脆化による剥離が発生し易くなることを防止することができる。
【０００８】
すなわち、ねじ軸１１またはナット１２にスラスト荷重が作用すると、ボール１５の弾性変形によってボールねじ溝１３，１４に対するボール１５の接触角αが初期の設定値よりも大きくなる。このとき、接触角αの上限角αM（図２参照）がボールねじ溝の上限角αSを超えると接触楕円１５ａの面積が上昇し、ボールねじ溝とボールとの接触面圧が急激に増大するが、本発明では、ねじ軸１１またはナット１２にスラスト荷重が作用しても接触角αの上限角αMがボールねじ溝の上限角αSを超えることがないので、ボールねじ溝１３，１４とボール１５との接触面圧の急激な増大に伴う金属接触により水素脆化による剥離が発生し易くなることを防止することができる。
また、上述した実施形態では隣り合う２つのボール１５，１５間にリテーナ１６を設けたことで、ボール同士の接触を防止でき、ボール同士の接触による振動や騒音の発生を低減することができる。
【０００９】
本発明者は、ボールの接触角をα＝３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°に設定してボールねじ装置の耐久寿命試験を使用ボールねじ名：ＮＳＫボールねじ装置３６×１０−Ｃ５（ボール径３．１７５ｍｍ）、使用試験機名：ＮＳＫ製ボールねじ装置耐久寿命試験機、予圧荷重：５００Ｎ、試験荷重：アキシャル荷重＝１０００Ｎ、加速度荷重＝７５０〜１５００Ｎ、最高回転数：１０００ｍｉｎ-1、ストローク：５００mm、潤滑グリース：ＭＹ２（リューベ製）、試験回数：各接触角について１０回の試験条件で行った。そして、ボールねじ溝に剥離が生じるまでの時間を測定し、その測定値の平均を計算寿命に対する実寿命の比として求めた。その結果を図３に示す。
【００１０】
図３に示す実験結果から、ボールの接触角αが３５°≦θ≦４５°の範囲から外れると、ボールねじ装置の耐久寿命が急激に低下することがわかる。これは、上述したように、ボールの接触角αが３５°≦θ≦４５°の範囲から外れると、ねじ軸またはナットに作用するスラスト荷重によりボールの接触楕円がランド面の面取り部に乗り上げ、ボールねじ溝とボールとの接触面圧が急激に増大することによって金属接触が生じるためである。
【００１１】
したがって、上述した実験結果からも明らかなように、ボールの接触角αを３５°以上４５°以下とすることで、ねじ軸またはナットにスラスト荷重が作用してもボールの接触楕円がランド面の面取り部に乗り上げてボールねじ溝とボールとの接触面圧が急激に増大することがないので、ボールねじ溝とボールとの接触面圧の急激な増大に伴う金属接触により水素脆化による剥離が発生し易くなることを防止することができる。
【００１２】
なお、上述した実施形態ではボール循環部品としてボール循環チューブを使用したチューブ式ボールねじ装置を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばボール循環部品としてエンドキャップを使用したエンドキャップ式ボールねじ装置またはこま式ボールねじ装置あるいはナットの両端部に循環部品を配置したエンドデフレクタ方式のボールねじ装置にも本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るボールねじ装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】ボールねじ溝に対するボールの接触角を示す図である。
【図３】ボールの接触角をα＝３０°〜６０°の範囲で５°ずつ変化させた場合におけるボールねじ装置の計算寿命比と接触角との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００１４】
１１  ねじ軸
１２  ナット
１３，１４  ボールねじ溝
１５  ボール
１６  リテーナ
１７  ボール循環チューブ
１８  ランド面
１８ａ  面取り部
【図１】
2005221006.tif 000003
【図２】
2005221006.tif 000004
【図３】
2005221006.tif 000005