(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、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間に形成される螺旋状通路に複数のボールを介在させ、上記ナットに、螺旋状通路のボールを循環させるリターンチューブを設けたボールねじにおいて、上記螺旋状通路とリターンチューブとからなる循環路を、ナット一つについて単一とし、上記螺旋状通路の、リターンチューブの設けられた位相部分と対向する位相部分に、ボール無負荷領域を設け、このボール無負荷領域が、上記ナットの軸方向略中央に１箇所設けられ、このボール無負荷領域は、上記ナットのねじ溝の径を大きくするか、または上記ねじ溝の溝幅を広げた部分としたことを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
上記ボール無負荷領域が、上記ナットのねじ溝とボールとの間に隙間を形成することにより設けられている請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】
上記ボール無負荷領域に給脂孔を形成した請求項１または請求項２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、高負荷容量が必要とされる用途、例えば射出成形機や電動プレス等に用いることの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、図４および図５に一例を示すように、ねじ軸５１のねじ溝５４とナット５２のねじ溝５５の間に形成される螺旋状通路５６に複数のボール５３を介在させ、ナット５２にリターンチューブ５７を設けたボールねじが使用されている。リターンチューブ５７は、螺旋状通路５６のボール５３を循環させるものであり、リターンチューブ５７の１本毎に一つの循環路５８が構成される。リターンチューブ５７は、軸方向に並べて複数設けられる。
図４（Ａ）のＶ−Ｖ断面を図５に示すように、リターンチューブ５７が螺旋状通路５６に連通する位置は、軸心から見て、一方の位置Ａが基準位置（０°）であるとして、他端の位置Ｂは１８０°の位置とするのが一般的である。また、加工の都合上等で、複数のリターンチューブ５７は、一般には同じ周方向位置に配置される。
【０００３】
リターンチューブ５７を複数設けて循環路５８の数を増やすことは、１循環路５８内のボール個数を抑え、ボール５３同士の摩擦力を低減させて、動トルクの増大や潤滑不良を起こし難くすることでは好ましい。しかし、複数のリターンチューブ５７を設けたボールねじでは、螺旋状通路５６に、隣合うリターンチューブ５７，５７の間で０．５巻き分のボール５３のない領域５６ａ（交差斜線で示す箇所）が存在してしまう。図４の例のように、３つのリターンチューブ５７を設けたものでは、２か所分の０．５巻き分のボールのない領域５６ａがあり、軸方向から見た場合に、０°〜９０°〜１８０°までの領域でのボール個数が、１８０°〜２７０°〜３６０°までの領域よりも１巻き分（０．５巻×２＝１巻）少なくなる。
この状態でアキシアル荷重がナット５２に作用したとすると、ボール個数の差により、ナット５２内の円周方向の部分間で負荷分布の差が発生し、条件によっては、０°〜９０°〜１８０°までに存在するボール５３の負荷が大きくなり、この部分から損傷が始まることがある。
このように、循環路５８の数が増えれば、その分、負荷を受けられるボール個数が少なくなり、円周方向に負荷のアンバランスが生じる。
【０００４】
この負荷分布を均一にするため、少なくとも３本あるリターンチューブ５７のうち、少なくとも１本のみを１８０°対向する位置として、ナット５２内の負荷分布の均一を図る案が提案されている（特開平１０−１５３２４５号）。
このような負荷分布の均一を図ったものにおいても、リターンチューブ５７は３本以上必要であり、各リターンチューブ５７間には１リード分の軸方向余裕分を取らなければならない。そのため、ナット５２が軸方向に長くなる問題や、リターンチューブ５７およびそのチューブ押え部品５９の部品点数の増大を招き、コスト増大となる課題がある。
【０００５】
この発明の目的は、部品点数を最小に抑え、ナット長さを短く設定でき、かつ負荷容量を大きく得ることのできる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、ナット内の円周方向各部の負荷分布を均一化させることである。
この発明のさらに他の目的は、１循環路内のボール個数が増えても、動トルク増大や潤滑不良を起こし難い高負荷容量のボールねじ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、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間に形成される螺旋状通路に複数のボールを介在させ、上記ナットに、螺旋状通路のボールを循環させるリターンチューブを設けたボールねじにおいて、上記螺旋状通路とリターンチューブとからなる循環路を、ナット一つについて単一とし、上記螺旋状通路の、リターンチューブの設けられた位相部分と対向する位相部分に、ボール無負荷領域を設け、このボール無負荷領域が、上記ナットの軸方向略中央に１箇所設けられ、このボール無負荷領域は、上記ナットのねじ溝の径を大きくするか、または上記ねじ溝の溝幅を広げた部分としたことを特徴とする。
この構成によると、螺旋状通路とリターンチューブとからなる循環路を単一としたため、複数の循環路を設ける場合と異なり、螺旋状通路内で隣合う循環路の間にボールの無い箇所が生じることがない。そのため負荷容量が大きく得られ、ナット長さも短くできる。また、リターンチューブやそのナット押え等の部品が１個で済み、部品点数が最小に抑えられる。
【０００７】
この発明において、上記螺旋状通路の、リターンチューブの設けられた円周方向の位相と対向する位相部分に、ボール無負荷領域を設けても良い。ボール無負荷領域は、ボールが負荷を受けない領域のことである。
このように、リターンチューブと対向する位相部分にボール無負荷領域を形成することで、ナット内のボールの負荷分布が均一化され、長寿命のボールねじとなる。１循環路当たりのボール個数が多くなると、ボールの競り合い現象が増大され、動トルク変動が発生し易いが、ボール無負荷領域をボールが通過することで、ボールの競り合い現象も回避される。そのため、これまでのボールねじよりも、１循環当たりの巻き数を増やすことが可能である。また、二次的な効果として、ボール無負荷領域がグリース溜りとして機能し、潤滑補助効果も期待できる。
【０００８】
上記ボール無負荷領域は、上記ナットのねじ溝とボールとの間に隙間を形成することにより設けられたものとされる。具体的には、ボール無負荷領域は、その領域とする部分のナットのねじ溝の径や幅を大きくすることで構成できる。これは、予め形成したねじ溝を追加工することによって形成でき、簡易にボール無負荷領域を形成することができる。
【０００９】
上記ボール無負荷領域は、ナットの１か所とする。１か所とする場合は、軸方向略中央に設ける。このように軸方向中央の１か所とすることで、ボール無負荷領域の加工が簡単で、かつ負荷のバランスも良い。また、ボール無負荷領域を複数箇所に設けた場合は、ボール無負荷領域のグリース溜りとしての機能や、ボールの競り合い解消の効果に優れる。
【００１０】
上記ボール無負荷領域を設ける場合に、このボール無負荷領域に給脂孔を形成しても良い。ボール無負荷領域は上記のようにグリース溜りとして機能するが、これに給脂孔を設けてグリースや油を供給すれば、さらにグリース溜まりの効果が期待できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１（Ｂ）は、図２のｂ−ｂ矢視に沿うねじ溝の説明図である。このボールねじは、ねじ軸１の外径面と、これに外嵌したナット２の内径面に、それぞれ螺旋状のねじ溝４，５を設け、これらねじ溝４，５間に形成される螺旋状通路６に複数のボール３を介在させ、ナット２にリターンチューブ７を設けたものである。リターンチューブ７は、螺旋状通路６のボールを循環させるものである。螺旋状通路６とリターンチューブ７とからなる循環路８は、ナット２の一つについて単一とされている。
【００１２】
図２に示すように、リターンチューブ７は、ナット２に設けられた一対のチューブ嵌合孔１０に両端が嵌合し、チューブ押え部品９でナット２に止め付けられている。リターンチューブ７が螺旋状通路６に連通する位置、つまりリターンチューブ７へのボール拾い上げ位置Ａ，Ｂは、軸心から見て、一方の位置Ａが基準位置（０°）であるとして、他端の位置Ｂは１８０°の位置とされている。
【００１３】
図１に示すように、ナット２のボール拾い上げ位置Ａ，Ｂの間には、複数巻きのねじ溝５がある。この間において、螺旋状通路６の、リターンチューブ７の設けられた円周方向の位相部分と対向する位相部分に、ボール無負荷領域１１（交差斜線で示す箇所）が設けられている。ボール無負荷領域１１は、軸１とナット２の間に軸方向の負荷が加わってもボール３がねじ溝４，５に押し付け状態に挟まれることがなく、負荷を受けない領域のことであり、ナット２のねじ溝５とボール３との間に隙間δ（図３（Ｂ））を形成することにより形成されている。図３（Ａ）は、ねじ溝４，５の一般部の断面（図１のｘ−ｘ断面）を示し、同図（Ｂ）はボール無負荷領域１１におけるねじ溝４，５の断面の例を示す。同図（Ｃ）は、両部分のナット２のねじ溝５の断面を比較した図である。ボール無負荷領域１１は、具体的には、ナット２のねじ溝５の径を大きくするか、またはねじ溝５の溝幅を広げた部分とされている。
【００１４】
ボール無負荷領域１１を設ける範囲は、上記のようにリターンチューブ７の設けられた円周方向の位相部分と対向する位相部分であり、０．５巻きの長さ範囲とされている。この例では、リターンチューブ７の設けられた円周方向の位相部分が、０°〜９０°〜１８０°であるため、ボール無負荷領域１１は、１８０°〜２７０°〜３６０°の位相部分に設けられている。すなわち、軸方向に見て、ボール拾い上げ位置Ａ，Ｂ間におけるナット２のねじ溝５の総巻き数は、左右で半巻き分だけ差が生じているため、ボール無負荷領域１１は、この差の分だけ設けられている。
ボール無負荷領域１１を設ける軸方向位置は、この例では、ナット２の軸方向略中央とされている。図示の例では、ナット２のボール拾い上げ位置Ａ，Ｂ間の巻き数は８．５巻きであり、その中央の０．５巻き部分がボール無負荷領域１１とされている。
なお、ナット２には、ボール無負荷領域１１に開口する給脂孔１２（図３（Ｂ））が設けられている。
【００１５】
この構成のボールねじによると、軸１とナット２間の螺旋状通路６とリターンチューブ７とからなる循環路８を単一としたため、複数の循環路を設ける場合と異なり、螺旋状通路６内で隣合う循環路の間にボール３の無い箇所が生じることがない。そのため負荷容量が大きく得られ、ナット２の長さも短くできる。またリターンチューブ７やナット押え部品９等の部品が１個で済み、部品点数が最小に抑えられる。
ナット２を軸方向に見て、循環路８のボール拾い上げ位置Ａ，Ｂ間における総巻き数は、左右で半巻き分だけ差が生じている。すなわちリターンチューブ７の設けられた位相部分（０°〜９０°〜１８０°）と反対側の位相部分（１８０°〜２７０°〜３６０°）が０．５巻き分多くなっている。しかし、この反対側の位相部分に半巻き分のボール無負荷領域１１を設けたため、ボール３を介して軸１とナット２に軸方向に荷重が作用する循環路総巻き数は等しくなる。このためナット２の円周方向各部の負荷分布が均一化され、局部的な負荷増大が無くて、長寿命のボールねじとできる。いわゆる整数巻きのボールねじと同様の効果が期待できる。
【００１６】
１循環路８当たりのボール個数が多くなると、ボール３の競り合い現象が増大され、動トルク変動が発生し易いが、ボール無負荷領域１１をボール３が通過することで、ボール３の競り合い現象も回避される。そのため、これまでのボールねじによりも、１循環路８当たりの巻き数を増やすことが可能である。すなわち１循環内のボール個数が増えても、動トルク増大や潤滑不良を起こし難い、高負荷容量のボールねじとできる。
また、ボール無負荷領域１１は０．５巻き分で済むため、上記従来の複数のリターンチューブのうちの１つを反転させるボールねじと比べても、軸方向長さを短く設定でき、リターンチューブ７やチューブ押え部品１０の個数が削減でき、経済的に利点がある。
【００１７】
ボール無負荷領域１１は、上記のようにナット２のねじ溝５の径または溝幅を広げることで形成でき、予め形成したねじ溝５を追加工することによって形成できる。そのため、簡易にボール無負荷領域１１を形成することができる。
また、二次的な効果として、ボール無負荷領域１１がグリースや油溜りとして機能し、潤滑補助効果も期待できる。ナット２にボール無負荷領域１１に開口する給脂孔１２を設けてグリースや油を供給すれば、さらにグリース溜りの効果で期待できる。
このように、このボールねじは  部品点数を最小に抑え、ナット長さを短く設定でき、ナット内の円周方向各部の負荷分布も均一化され、かつ負荷容量を大きく得ることができるため、射出成形機の射出駆動部や電動プレスのプレス駆動部の構成部品等にも良好に使用できる。
【００１８】
なお、参考提案例として、ボール無負荷領域１１は、１箇所に纏めて設ける必要はなく、必要な総位相範囲分を複数箇所に分割して設けても良い。その分割数と各分割部分の長さも任意である。例えば、参考提案例として１８０°〜２７０°〜３６０°の間に６０°分ずつ３か所に分けてボール無負荷領域１１を設けても良い。このようにボール無負荷領域１１を分割して複数箇所に設けた場合、グリース溜りとしての機能がより効果的に得られる。
【００１９】
【発明の効果】
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、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間に形成される螺旋状通路に複数のボールを介在させ、上記ナットに、螺旋状通路のボールを循環させるリターンチューブを設けたボールねじにおいて、上記螺旋状通路とリターンチューブとからなる循環路を、ナット一つについて単一としたものであるため、部品点数を最小に抑え、ナット長さを短く設定でき、かつ負荷容量を大きく得ることができる。
上記螺旋状通路の、リターンチューブの設けられた位相部分と対向する位相部分にボール無負荷領域を設け、このボール無負荷領域が、上記ナットの軸方向略中央に１箇所設けられたため、ナット内の円周方向各部の負荷分布を均一化させることができる。また、ボールの競り合い現象が回避されて、１循環当たりの巻き数を増やすことができる。さらに二次的な効果として、ボール無負荷領域がグリース溜りとして機能し、潤滑補助効果も期待できる。
ボール無負荷領域が、ナットのねじ溝とボールとの間に隙間を形成することにより設けられたものであるため、このボール無負荷領域の形成が、追加工等によって簡単に行える。
ボール無負荷領域に給脂孔を形成した場合は、グリース溜りとしての効果がより一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は各々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およびそのねじ溝の説明図である。
【図２】図１（Ａ）のII-II 線断面図である。
【図３】（Ａ）は図１（Ｂ）のＸ−Ｘ線に相当部位のねじ溝の断面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＹ−Ｙ線に相当部位のねじ溝の断面図、（Ｃ）は各部ねじ溝断面の比較図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は従来のボールねじの破断正面図およびそのねじ溝の説明図である。
【図５】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…螺旋状通路
７…リターンチューブ
８…循環路
１１…ボール無負荷領域
【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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