(57)【要約】【課題】  剛性を安定させ、かつ耐久寿命の向上を図ることのできるスペーサボール仕様のボールねじ装置を提供する。【解決手段】  各ボール１５の間に配置されたスペーサボール１９をボール１５より弾性係数の小さい樹脂等の材料で形成するとともに、スペーサボール１９を含むボール全体の充填率を９６％以上に設定する。【選択図】図２
2005083417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸側ボールねじ溝とナット側ボールねじ溝との間に多数のボールを有し、これら各ボールの間に該ボールより径の小さいスペーサボールを配置したボールねじ装置において、
前記スペーサボールを前記ボールより弾性係数の小さい材料で形成するとともに、前記スペーサボールを含むボールの充填率を９６％以上１００％以下としたことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
請求項１記載のボールねじ装置において、前記スペーサボールを含むボールの充填率を９８％以上１００％以下としたことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のボールねじ装置において、前記スペーサボールに樹脂材料を用いたことを特徴とするボールねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動を直線運動に変換する機械部品として各種機械の送り機構などに用いられるボールねじ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ねじ軸側ボールねじ溝とナット側ボールねじ溝との間に形成されたボール負荷転動路や該ボール負荷転動路に連通するボール戻し通路を転動するボールとして、鋼製ボールを用いた総ボール仕様のボールねじ装置では、ボール負荷転動路とボール戻し通路とからなるボール循環路内のボール数が増えると、ボール同士の競合いが生じ、作動性の低下や寿命の低下などを招くことがある。特に、ボールの充填率（ボール循環路長をボール径で割った値と実際のボール数との比）が９６％を超えると、ボールの詰まりが生じ易くなり、作動性の低下等が顕著となる。このため、総ボール仕様のボールねじ装置では、通常、ボールの充填率を９６％より小さく設定しているが、ボールの充填率を小さく設定し過ぎると、負荷を受けるボール数が変動するため、剛性の変動を招くという問題がある。また、ボール循環部材としてボール循環チューブを用いた総ボール仕様のボールねじ装置では、ボールの充填率を小さく設定し過ぎると、ボール循環チューブが上側に配置される場合と下側に配置される場合とで基準トルクに差が生じ、トルクむらが発生するなどの問題もある。そこで、かかる問題を解決するために、負荷を受けるボールより直径が僅かに小さいスペーサボールを各ボールの間に配置し、スペーサボールを鋼や鋼以外の異種材料で形成したものが知られている（特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２９１７７０号公報
【特許文献２】実開昭６３−５１９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなボールねじ装置では、スペーサボールを含むボールの充填率を上げることができるので、剛性の変動やトルクむらの発生等を防止することができるが、ボール数が同じ総ボール仕様のものと同様に、ボールの詰まりが発生し易い。このため、スペーサボールを鋼製仕様とするとボールの詰まり部でボールとスペーサボールが衝突し合うことによって剥離等の損傷がボールやスペーサボールに生じ、ボールねじ装置の耐久寿命を低下させる虞があった。また、ボールねじ軸またはボールねじナットを高速で回転させると、同じ材料で形成されたボールとスペーサボールが衝突し合うことによって剥離等の損傷がボールやスペーサボールに生じ、ボールねじ装置の耐久寿命を低下させる虞があった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、剛性を安定させ、かつ耐久寿命の向上を図ることのできるスペーサボール仕様のボールねじ装置を提供することを目的とするものである。
【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、本発明は、ねじ軸側ボールねじ溝とナット側ボールねじ溝との間に多数のボールを有し、これら各ボールの間に該ボールより径の小さいスペーサボールを配置したボールねじ装置において、前記スペーサボールを前記ボールより弾性係数の小さい材料で形成するとともに、前記スペーサボールを含むボールの充填率を９６％以上１００％以下としたことを特徴とする。
【０００５】
本発明に係るボールねじ装置では、スペーサボールをボールより弾性係数の小さい材料（例えば合成樹脂等）で形成したことにより、スペーサボールがボールと同じ材料で形成されている場合と比較してボールの詰まりが発生し難くなる。これにより、ボールの詰まりに起因するボールとスペーサボールとの衝突を抑制できるので、剛性を安定させ、かつ耐久寿命の向上を図ることができる。また、ボールねじ軸またはボールねじナットを高速で回転させた時でもボールとスペーサボールとの衝突力が緩和されるので、剥離等の損傷がボールやスペーサボールに生じることを防止できる。さらに、スペーサボールを含むボールの充填率を９６％以上１００％以下としたことで、ボールとスペーサボールとの間に隙間が生じ難くなるので、スペーサボールをボールより弾性係数の小さい材料で形成した場合でもボールとスペーサボールとの衝突によるスペーサボールの損傷を防止することができる。
【０００６】
この場合、請求項２に係る発明のように、スペーサボールを含むボールの充填率を９８％以上１００％以下とすることで、ボールとスペーサボールとの間に隙間がより生じ難くなるので、スペーサボールをボールより弾性係数の小さい材料で形成した場合でもボールとスペーサボールとの衝突によるスペーサボールの損傷をより効果的に防止することができる。また、請求項３に係る発明のように、スペーサボールに樹脂材料を用いてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明に係るボールねじ装置によれば、スペーサボールがボールと同じ材料で形成されている場合と比較してボールの詰まりが発生し難くなり、ボールの詰まりに起因するボールとスペーサボールとの衝突を抑制できるので、剛性を安定させ、かつ耐久寿命の向上を図ることができる。また、ボールねじ軸またはボールねじナットを高速で回転させた時でもボールとスペーサボールとの衝突力が緩和されるので、剥離等の損傷がボールやスペーサボールに生じることを防止できる。さらに、スペーサボールを含むボールの充填率を９６％以上１００％以下としたことで、ボールとスペーサボールとの間に隙間が生じ難くなるので、スペーサボールをボールより弾性係数の小さい材料で形成した場合でもボールとスペーサボールとの衝突によるスペーサボールの損傷を防止することができる。
請求項２の発明に係るボールねじ装置によれば、スペーサボールを含むボールの充填率を９８％以上１００％以下としたことで、ボールとスペーサボールとの間に隙間がより生じ難くなるので、スペーサボールをボールより弾性係数の小さい材料で形成した場合でもボールとスペーサボールとの衝突によるスペーサボールの損傷をより効果的に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】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に、本発明の一実施形態に係るボールねじ装置を示す。図１及び図２において、符号１１はボールねじ軸、１２はボールねじ軸１１の外径より大きい内径を有するボールねじナットであり、ボールねじ軸１１の外周面には、ねじ軸側ボールねじ溝１３がボールねじ軸１１の一端部から他端部に亘って形成されている。このねじ軸側ボールねじ溝１３はボールねじナット１２の内周面に形成されたナット軸側ボールねじ溝１４と対向しており、ねじ軸側ボールねじ溝１３とナット軸側ボールねじ溝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。
【０００９】
ボール１５は、ボールねじナット１２またはボールねじ軸１１が軸芯回りに回転すると、ねじ軸側ボールねじ溝１３とナット軸側ボールねじ溝１４との間に形成された螺旋状のボール負荷転動路１６（図２参照）を転動するようになっており、ボール負荷転動路１６を転動したボール１５は、ボール循環チューブ１７に形成されたボール戻し通路１８（図２参照）を転動して循環するようになっている。また、ボール１５は鉄鋼材料で形成されており、各ボール１５の間には、ボール１５より直径が−５μｍ〜−４０μｍ程度小さいスペーサボール１９（図２参照）が設けられている。
【００１０】
スペーサボール１９はボール１５より弾性係数の小さい材料（例えば合成樹脂）で形成されており、本実施形態では、スペーサボール１９を含めたボールの充填率が９６％以上１００％以下、好ましくは９８％以上１００％以下に設定されている。
このように、スペーサボール１９をボール１５より弾性係数の小さい材料で形成すると、スペーサボール１９がボール１５と同じ材料で形成されている場合と比較してボール１５の詰まりが発生し難くなる。これにより、ボール１５の詰まりに起因するボール１５とスペーサボール１９との衝突を抑制できるので、剛性を安定させ、かつ耐久寿命の向上を図ることができる。また、ボールねじ軸１１またはボールねじナット１２を高速で回転させた時でもボール１５とスペーサボール１９との衝突力が緩和されるので、剥離等の損傷がボール１５やスペーサボール１９に生じることを防止できる。
【００１１】
図３に、使用ボールねじ呼び番：ＮＳＫボールねじＢＳ１６０５、ボール径：３．１７５ｍｍ、予圧荷重：２００Ｎ、潤滑油：メカニックオイル♯６８のボールねじ装置を総ボール仕様、鋼製スペーサボール仕様（スペーサボール１９を鋼製とした仕様）、樹脂製スペーサボール仕様（スペーサボール１９を樹脂（デルリン）製とした仕様）とした場合におけるトルク最大値とボール充填率との関係を示す。また、上述した各仕様においてボール充填率を９８．９％とした場合におけるボールねじ装置のトルクを測定した結果を図４乃至図６に示す。なお、図３の縦軸は最大トルクと平均トルクとの比を表している。
【００１２】
ボールねじ装置を総ボール仕様とした場合は、図３に示すように、ボール充填率が９６％を超えたあたりから急激に最大トルクが大きくなっていることがわかる。これは、図４のトルク測定結果から推察できるように、負荷部におけるボール同士の競合いによって周期の長いトルク上昇が生じたためである。
一方、ボールねじ装置を鋼製スペーサボール仕様や樹脂製スペーサボール仕様とした場合は、図３に示すように、総ボール仕様のものと比較してトルクの最大値が低いことがわかる。これは、負荷を受けるボール同士の競合いがなくなり、ボール負荷転動路等の負荷部におけるボールの詰まりが生じないためである。
【００１３】
図３において、鋼製スペーサボール仕様のものと樹脂製スペーサボール仕様のものとを比較すると、鋼製スペーサボール仕様のものは、樹脂製スペーサボール仕様のものよりトルクの最大値が高いことがわかる。これは、図５のトルク測定結果から推察できるように、ボール循環部においてボールの詰まりがボールの通過周期で生じたためである。
これに対し、樹脂製スペーサボール仕様のものは、図６のトルク測定結果から推考できるように、ボールの通過周期でボールの詰まりが生じていない。これは、樹脂が詰まりを吸収することによってトルク上昇が緩和されたためである。したがって、ボールねじ装置をスペーサ仕様とする場合は、スペーサボール１９をデルリン、ナイロン６６等の樹脂で形成することがボールの詰まりを防止する点で有効であると言える。
【００１４】
鋼製スペーサボール仕様のボールねじ装置と樹脂製スペーサボール仕様のボールねじ装置を下記の試験条件で耐久寿命試験を行い、その寿命比を求めた結果を図７に示す。同図において、横軸はボールピッチ円径Ｄｍと回転数ｎとの積であるＤｍ・ｎを表し、縦軸は回転数が５０００ｍｉｎ-1（Ｄｍ・ｎ＝１２７５００）のときの寿命を１とした場合の寿命比を表している。
［耐久寿命試験条件］
使用ボールねじ呼び番：ＮＳＫボールねじＢＳ２５２０
ボール径：４．７６２５ｍｍ
ボールピッチ円径Ｄｍ：２５．５ｍｍ
試験機名：ＮＳＫ製ボールねじ耐久寿命試験機
予圧荷重：１０００Ｎ
回転数：１０００〜５０００ｍｉｎ-1
ストローク：５００ｍｍ
潤滑グリース：マルテンプＳＲＬ（協同油脂）
【００１５】
ボールねじ装置を鋼製スペーサボール仕様とした場合の耐久寿命と樹脂製スペーサボール仕様とした場合の耐久寿命とを比較すると、図７に示すように、Ｄｍ・ｎの低い領域では寿命の差はほとんど見られないが、鋼製スペーサボール仕様のものは、樹脂製スペーサボール仕様のものに比べ、Ｄｍ・ｎが高くなるに従って耐久寿命が短くなる。したがって、ボールねじ装置をスペーサ仕様とする場合は、スペーサボール１９をデルリン、ナイロン６６等の樹脂で形成することが耐久寿命の低下を防止する点で有効であると言える。
樹脂製スペーサボール仕様のボールねじ装置を上記の試験条件で耐久寿命試験を行い、その寿命比とボール充填率との関係を調べた結果を図８に示す。なお、図中縦軸は回転数が５０００ｍｉｎ-1（Ｄｍ・ｎ＝１２７５００）のときの鋼製スペーサボール仕様の寿命を１とした場合の寿命比を表し、横軸はスペーサボールを含むボールの充填率を表している。
【００１６】
図８に示すように、スペーサボールを含むボールの充填率を９６％より低い値に設定すると、ボールねじ装置の耐久寿命が短くなることがわかる。これは、ボールの充填率を低く設定すると、ボールと樹脂製スペーサボールとの間に隙間が生じ、ボールと樹脂製スペーサボールとが衝突し合うことによって樹脂製スペーサボールが破損するためである。これに対し、ボールの充填率を９６％以上、好ましくは９８％以上に設定すると、ボールと樹脂製スペーサボールとの間に隙間が生じ難くなる。したがって、上述した実施形態のように、スペーサボールを含むボールの充填率を９６％以上、好ましくは９８％以上にすることで、ボール１５とスペーサボール１９との間に隙間が生じ難くなるので、スペーサボール１９を合成樹脂で形成した場合でもボール１５とスペーサボール１９との衝突によるスペーサボール１９の損傷を防止することができる。
【００１７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。たとえば、上述した実施形態ではボール１５を鉄鋼材料で形成したが、例えばセラミックスでボール１５を形成してもよい。上述した実施形態ではボール１５を循環させる部品としてボール循環チューブ１７を用いたが、ボール循環チューブ以外のボール循環部品を用いてもよい。さらに、スペーサボール１９をデルリン、ナイロン６６等の樹脂で形成したものを例示したが、スペーサボール１９の素材としては樹脂に限定されるものではなく、ボール１５よりも弾性係数の小さい材料であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るボールねじ装置の軸方向断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るボールねじ装置の要部を示す断面図である。
【図３】ボールねじ装置を総ボール仕様、鋼製スペーサボール仕様、樹脂製スペーサボール仕様とした場合における各仕様のトルク最大値とボール充填率との関係を示す図である。
【図４】総ボール仕様のボールねじ装置においてボール充填率を９８．９％とした場合の測定トルクを示す図である。
【図５】鋼製スペーサボール仕様のボールねじ装置においてボール充填率を９８．９％とした場合の測定トルクを示す図である。
【図６】樹脂製スペーサボール仕様のボールねじ装置においてボール充填率を９８．９％とした場合の測定トルクを示す図である。
【図７】ボールねじ装置を総ボール仕様、鋼製スペーサボール仕様、樹脂製スペーサボール仕様とした場合における各仕様の耐久寿命を示す図である。
【図８】ボールねじ装置を樹脂製スペーサボール仕様とした場合における耐久寿命とボール充填率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１１    ボールねじ軸
１２    ボールねじナット
１３    ねじ軸側ボールねじ溝
１４    ナット側ボールねじ溝
１５    ボール
１６    ボール負荷転動路
１７    ボール循環チューブ
１８    ボール戻し通路
１９    スペーサボール
【図１】
2005083417.tif 000003
【図２】
2005083417.tif 000004
【図３】
2005083417.tif 000005
【図４】
2005083417.tif 000006
【図５】
2005083417.tif 000007
【図６】
2005083417.tif 000008
【図７】
2005083417.tif 000009
【図８】
2005083417.tif 000010