(57)【要約】【課題】複数の荷重値に対し円弧面の曲率半径を各々最適な曲率半径に設定することのできるボールねじを提供する。【解決手段】二つの円弧面１６をゴシックアーク状に組み合せてねじ外周面及びナット内周面に螺旋状のボール転動溝１３，１４を形成したボールねじにおいて、円弧面１６の曲率半径をボール転動溝の中央部から側縁部にかけて連続的に変化させた。【選択図】図１
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【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、該ねじ軸のボール転動溝と対向する螺旋状のボール転動溝を内周面に有するナットと、該ナットのボール転動溝と前記ねじ軸のボール転動溝との間に組み込まれた多数のボールとを備え、二つの円弧面をゴシックアーク状に組み合せて前記ボール転動溝を形成したボールねじにおいて、
前記ねじ軸及び前記ナットの少なくとも一方のボール転動溝の前記円弧面の曲率半径が一定の曲率半径でないことを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
請求項１記載のボールねじにおいて、前記ボール転動溝の側縁部における前記円弧面の曲率半径が前記ボール転動溝の中央部における前記円弧面の曲率半径よりも大きいことを特徴とするボールねじ。
【請求項３】
請求項１記載のボールねじにおいて、前記ボール転動溝の中央部における前記円弧面の曲率半径が前記ボール転動溝の側縁部における前記円弧面の曲率半径よりも大きいことを特徴とするボールねじ。
【請求項４】
前記円弧面の曲率半径が前記ボールの直径の51／100〜80／100であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のボールねじ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項記載のボールねじにおいて、前記ボール転動溝の側縁部に円弧状の面取り部を設けたことを特徴とするボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電動射出成形機や電動プレス機などで用いられるボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動射出成形機や電動プレス機などでは、モータの回転運動を直線運動に変換する機械部品として、従来、図４に示されるようなボールねじ１０が使用されている。このボールねじ１０はねじ軸１１及びナット１２を備えており、ねじ軸１１の外周面には、螺旋状のボール転動溝１３がねじ軸１１の一端部から他端部に亘って形成されている。このボール転動溝１３はナット１２の内周面に形成された螺旋状のボール転動溝１４と対向しており、ボール転動溝１３とボール転動溝１４との間には、ねじ軸１１またはナット１２の相対的回転運動に伴ってボール転動溝１３，１４間を転動する多数のボール１５が組み込まれている。
【０００３】
ボール転動溝１３，１４は、図５に示すように、二つの円弧面１６をボール１５との接触角度が４５度前後となる形状つまりゴシックアーク状に組み合せて形成されており、各円弧面１６の曲率半径はボール１５の直径の52／100〜60／100程度となっている。
このようなボールねじは、ボール転動溝１３，１４に対してボール１５がボール転動溝１３，１４の中央部（「溝底部」とも称す）と側縁部（「溝肩部」とも称す）との間の中間部で接触するため、ボール１５に負荷される軸方向荷重をボール転動溝１３，１４で受けることができるという利点を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来ではボール転動溝１３，１４の円弧面１６が単一曲率の円弧であり、軸方向荷重に対する容量を大きくしたい場合は円弧面１６の曲率半径を小さくし、動作時の摩擦を低減したい場合は円弧面１６の曲率半径を大きく設定していた。しかし、通常の用途では軸方向荷重が一定でないため、設計荷重と異なる荷重状態においては上記の裏返しとなる欠点を内包していた。具体的には、円弧面１６の曲率半径を小さく設定すると小荷重でも作動トルクが大きくなり、逆に円弧面１６の曲率半径を大きく設定すると大荷重時の負荷容量不足による寿命低下が発生するという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ボールとボール転動溝との接触角（＝接触位置）は、軸方向荷重の大きさにより変化する。従って、複数の軸方向荷重に対して、対応するボール転動溝の接触角位置の曲率半径を個々最適な値とすることにより、上記の課題を解決できることを本発明者は見出した。そこで、請求項１の発明は、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボール転動溝と対向する螺旋状のボール転動溝を内周面に有するナットと、該ナットのボール転動溝と前記ねじ軸のボール転動溝との間に組み込まれた多数のボールとを備え、二つの円弧面をゴシックアーク状に組み合せて前記ボール転動溝を形成したボールねじにおいて、前記ねじ軸及び前記ナットの少なくとも一方のボール転動溝の前記円弧面の曲率半径が一定の曲率半径でないことを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１記載のボールねじにおいて、前記ボール転動溝の側縁部における前記円弧面の曲率半径が前記ボール転動溝の中央部における前記円弧面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１記載のボールねじにおいて、前記ボール転動溝の中央部における前記円弧面の曲率半径が前記ボール転動溝の側縁部における前記円弧面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項記載のボールねじにおいて、前記円弧面の曲率半径が前記ボールの直径の51／100〜80／100であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項記載のボールねじにおいて、前記ボール転動溝の側縁部に円弧状の面取り部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るボールねじによれば、円弧面の曲率半径が一定の曲率半径でないことで、複数の荷重値に対し円弧面の曲率半径を各々最適な曲率半径に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図１〜図３を参照して本発明に係るボールねじについて説明する。なお、図４及び図５に示したものと同一部分には同一符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。
図１は本発明の第１の実施形態であるボールねじの要部を示す図であり、同図に示されるように、二つの円弧面１６をゴシックアーク状に組み合せて形成されたボール転動溝１３，１４の側縁部には、円弧状の面取り部１７が形成されている。
【０００９】
図２は図１に示すボール転動溝の部分断面図であり、同図に示されるように、ボール転動溝１３，１４の側縁部における円弧面１６の曲率半径をＲＡ、ボール転動溝１３，１４の中央部における円弧面１６の曲率半径をＲＢ、ボール転動溝１３，１４の中央部と側縁部との中間部における円弧面１６の曲率半径をＲＣとすると、ＲＡ＞ＲＣ＞ＲＢとなっている。また、ボール転動溝１３，１４の側縁部における円弧面１６の曲率半径ＲＡはボール１５の直径の80／100以下に設定され、ボール転動溝１３，１４の中央部における円弧面１６の曲率半径ＲＢはボール１５の直径の51／100以上に設定されている。
【００１０】
このように構成されるボールねじでは、ボール転動溝１３，１４の側縁部における円弧面１６の曲率半径ＲＡをボール転動溝１３，１４の中央部における円弧面１６の曲率半径ＲＢよりも大きくしたことにより、この溝形状は電動射出成形機や電動パンチプレス機等に最適である。すなわち、これらの用途は、（ａ）１サイクル動作距離の大半の運転（定常運転）時に中程度の荷重が作用し、（ｂ）射出成形機の型が閉じる時や、電動パンチプレス機がワークを打ち抜くときに瞬時に極大荷重が作用する。これに対し、第１の実施形態に係るボールねじは、（ａ）の場合には荷重に対し溝の中央部でボールが接触し、（ｂ）の場合には荷重に対し溝の側縁部でボールが接触するため、動作距離が長いことにより疲れ寿命に与える影響が大きい（ａ）の動作で曲率半径を小さくすることによりボールとの接触面圧を抑えた長寿命設計とし、（ｂ）の動作においては動作距離が短いことにより接触面圧を犠牲にして接触楕円（溝とボールとが接触する領域）の面積を小さくすることによりボール転動溝の側縁部からねじ軸の外径部に到る領域へのボールの乗り上がり現象による損傷を回避する設計が成り立つ。これにより、単一の曲率半径で設計したボールねじに比べ長寿命、あるいは極大荷重に対する損傷に強いボールねじとなる。
また、上述した第１の実施形態では、ボール転動溝１３，１４の側縁部に円弧状の面取り部１７を形成したことにより、ボール１５の乗り上がり現象による応力集中がボール転動溝１３，１４の側縁部に発生し難くなるので、応力集中による破損を抑制することができる。
【００１１】
図２は、本発明の第２の実施形態であるボールねじの要部を示す図である。同図に示されるボール転動溝１３，１４は二つの円弧面１６をゴシックアーク状に組み合せて形成されており、ボール転動溝１３，１４の側縁部における円弧面１６の曲率半径をＲＡ、ボール転動溝１３，１４の中央部における円弧面１６の曲率半径をＲＢ、ボール転動溝１３，１４の中央部と側縁部との中間部における円弧面１６の曲率半径をＲＣとすると、ＲＡ＜ＲＣ＜ＲＢとなっている。また、ボール転動溝１３，１４の側縁部における円弧面１６の曲率半径ＲＡはボール１５の直径の51／100以上に設定され、ボール転動溝１３，１４の中央部における円弧面１６の曲率半径ＲＢはボール１５の直径の80／100以下に設定されている。
【００１２】
このように構成されるボールねじは、一般搬送用や電動深絞りプレス機等に最適である。すなわち、これらの用途は、（ｃ）加減速時、ワーク搬送時、絞り加工時など１サイクル動作距離の約半分の運転時に大荷重が作用し、（ｄ）低速走行時、空送時、戻り動作時、位置決め後の残留振動収束時など残り半分の運転時は軽荷重が作用する。これに対し、第２の実施形態に係るボールねじは、（ｃ）の場合には荷重に対し溝の側縁部でボールが接触し、（ｄ）の場合には荷重に対し溝の中央部でボールが接触するため、（ｃ）の動作で曲率半径を小さくすることによりボールとの接触面圧を抑えた長寿命設計とし、（ｄ）の動作においては接触摩擦を低くする設計が成り立つ。これにより、ボール転動溝の円弧面を単一の曲率半径で設計したボールねじに比べ長寿命あるいは１サイクル動作を通しての発熱や駆動トルクの低減、位置決め動作時の精度向上が得られるボールねじとなる。
上述した実施形態では本発明をボールねじに適用した場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ボールスプライン等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るボールねじの要部を示す断面図である。
【図２】図１に示すボール転動溝の部分断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るボールねじの要部を示す断面図である。
【図４】ボールねじの概略構成を示す図である。
【図５】図３に示すボール転動溝の断面形状を示す図である。
【符号の説明】
【００１４】
１１  ねじ軸
１２  ナット
１３，１４  ボール転動溝
１５  ボール
１６  円弧面
１７  面取り部
【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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