(57)【要約】【課題】ボールねじの作動性を良好にでき耐久性を向上できる保持ピースを得る。【解決手段】保持ピース１をなす略円柱体を、円柱１１の全外周面に、断面が円弧状の突起１２を一体化した形状とする。ボール２を受ける凹面３を、内側円錐面３１と外側円錐面３２からなる二円錐形状とする。突起１２の断面円弧の延長線Ｓ1 と外側円錐面３２の断面線の延長線Ｓ2 との交点Ａの軸線Ｚからの距離ＬA と、保持ピース１の最大半径ＬB との差ＬC を、０．１√Ｄａ以上０．６√Ｄａ以下とする。Ｄａはボールの直径である。保持ピース１を挟んで隣り合うボール２の中心Ｏ1 ，Ｏ2 間距離をＬd とした時、接触角θを、下記の（２）式を満たす理想接触角αの±８°とする。  Ｌd ／Ｄａ−ｃｏｓα−ｓｉｎαｔａｎα＝０…（２）【選択図】図１
2007120582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールねじのボール間に配置され、略円柱体の２つの底面に前記ボールを受ける凹面を有する形状の保持ピースであって、
前記略円柱体は、円柱の外周面に円弧状断面の突起が一体化された形状であり、
前記凹面は複数の円錐面からなり、各円錐面の軸線に対する傾斜角は、径方向外側の円錐面の方が内側の円錐面より小さく形成され、
前記突起の断面円弧の延長線と最も外側の円錐面の断面線の延長線との交点をＡとし、この点Ａの軸線からの距離ＬA と保持ピースの最大半径ＬB との差をＬC 、ボールの直径をＤａとした時に、下記の（１）式を満たすことを特徴とする保持ピース。
０．１√Ｄａ≦ＬC ≦０．６√Ｄａ  …（１）
【請求項２】
合成樹脂の射出成形で作製され、
ボールの接触角（ボールの接触点とボール中心とを結ぶ直線の、軸線に対する角度）θが、ボールの直径をＤａとし、保持ピースを挟んで隣り合うボールの中心間距離をＬd とした時に、下記の（２）式を満たす理想接触角（等方的変形時に前記距離Ｌd が変化しない接触角）αの±８°の範囲内となるように形成されている請求項１記載の保持ピース。
Ｌd ／Ｄａ−ｃｏｓα−ｓｉｎαｔａｎα＝０…（２）
【請求項３】
前記凹面にボールが面接触する部分を有する請求項１または２記載の保持ピース。
【請求項４】
外周面に螺旋状の溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状の溝が形成されたナットと、ねじ軸の溝とナットの溝が互いに対向して形成される軌道と、この軌道の終点と始点を連結する戻し路と、この戻し路内および前記軌道内に配置された複数のボールと、を備えたボールねじにおいて、
請求項１または２に記載の保持ピースを備え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】
この発明は、ボールねじの保持ピースに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじは、ねじ軸およびナットに対向させて設けた螺旋状の溝（ねじ溝）で構成される軌道を、ボールが負荷状態で転動することで、ナットがねじ軸に沿って直線移動する装置である。また、前記軌道の終点から始点へボールを移動させる戻し路を有し、この戻し路と前記軌道によりボール循環経路が構成されている。
このようなボールねじでは、ボール間に保持ピース（「セパレータ」とも称される。）を配置することで、ボール同士の競り合いをなくし、作動性と耐久性を向上させることが行われている。この保持ピースの従来例を、図５を用いて説明する。
【０００３】
図５（ａ）はこの保持ピースの正面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。これらの図に示すように、この保持ピース１０は略円柱状であって、円柱の２つの底面にボール２を受ける凹面３が形成されている。また、この保持ピース１０には、円柱の中心軸に沿った貫通穴４が設けてある。この貫通穴４は油溜まりとして機能する。
【０００４】
下記の特許文献１には、図６に示すように、ボール２を受ける凹面３を、複数の円錐面３１，３２とすることで、保持ピース（間座）１０Ａによるボールの保持性能および潤滑剤の保持性能を高めることが開示されている。この例では、円錐面３１，３２の軸線Ｚに対する傾斜角を、外縁側の円錐面３２の方が内側の傾斜角より小さくしている（θ2 ≦θ1 ）。これらの保持ピース１０，１０Ａの外周面は、丸み１０３の部分を除いてフラットに形成されている。
【０００５】
また、ボールねじのボール循環経路内には、ボールと保持ピースが両者間に所定の隙間を有するように充填されるが、この充填隙間が大きいと、保持ピースがねじ溝と接触する場合がある。また、前記戻し路と前記軌道をなすねじ溝との間に段差が全く存在しないようにすることは難しく、充填隙間が大きいと、保持ピースがこの段差と接触する場合がある。
【０００６】
例えば、図７に示すように、戻し路としてチューブを用いるチューブ式ボールねじの場合には、チューブ７の立ち上がり部７１のねじ軸１００側に、ねじ軸１００のねじ溝４００内に入るタング７２が形成されている。通常、このタング７２はチューブ７の端面より下側に突出しており、ボール２の進行方向にタング７２が存在する。段差箇所としては、このタング７２の下端とねじ溝４００との隙間位置Ａと、チューブ７を入れるためにナット２００に設けた穴２０１とチューブ７の立ち上がり部７２の端面との境界位置Ｂが挙げられる。前記穴２０１は、ナット２００のねじ溝５００と連続するように形成されている。
【０００７】
上述のような保持ピースとねじ溝および段差との接触により、保持ピースに疵が生じたり、保持ピースが段差を乗り越えられなくなってボールの移動に支障を来したりすることを防止するために、従来は、前記充填隙間を例えばボールの直径の０．５倍以下と小さくしている。しかしながら、前記充填隙間が小さいと充填隙間の調整に時間がかかりコストが高くなる。これに対して下記の特許文献２には、保持ピースの形状を、略円柱体の外周面に弓形断面の突起が一体化され、前記円柱と弓形との境界に、曲率半径がボール直径の２．５％以上５．０％未満である丸みを有する形状とすることが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−１５６０１８公報
【特許文献２】特開２００３−３１４６５７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、円柱の外周面に円弧状断面の突起が一体化された形状で、且つ、前記凹面は複数の円錐面からなり、各円錐面の軸線に対する傾斜角は、径方向外側の円錐面の方が内側の円錐面より小さく形成されている保持ピースに関し、この保持ピースがボールねじの戻し路とねじ溝との間に存在する段差を乗り越えられるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、ボールねじのボール間に配置され、略円柱体の２つの底面に前記ボールを受ける凹面を有する形状の保持ピースであって、前記略円柱体は、円柱の外周面に円弧状断面の突起が一体化された形状であり、前記凹面は複数の円錐面からなり、各円錐面の軸線に対する傾斜角は、径方向外側の円錐面の方が内側の円錐面より小さく形成され、前記突起の断面円弧の延長線と最も外側の円錐面の断面線の延長線との交点をＡとし、この点Ａの軸線からの距離ＬA と保持ピースの最大半径ＬB との差をＬC 、ボールの直径をＤａとした時に、下記の（１）式を満たすことを特徴とする保持ピースを提供する。
０．１√Ｄａ≦ＬC ≦０．６√Ｄａ  …（１）
ＬC が０．１√Ｄａ未満であると、この保持ピースは、ボールねじの戻し路とねじ溝との間に存在する段差を乗り越え難くなる。
ＬC が大きくなるに連れてこの保持ピースの厚さは薄くなり、前記凹面における最も外側の円錐面の部分が少なくなる。そして、ＬC が０．６√Ｄａを超えると、この保持ピースの前記凹面が複数の円錐面で形成されなくなる。
【００１０】
すなわち、円柱の外周面に円弧状断面の突起が一体化された形状で、且つ、前記凹面は複数の円錐面からなり、各円錐面の軸線に対する傾斜角は、径方向外側の円錐面の方が内側の円錐面より小さく形成されている保持ピースを、前記（１）式を満たすように構成することにより、ボールの保持性能を高くしながら、戻し路とねじ溝との間に存在する段差を乗り越えられるようにすることができる。
【００１１】
本発明の保持ピースが合成樹脂の射出成形で作製されている場合は、ボールの接触角（ボールの接触点とボール中心とを結ぶ直線の、軸線に対する角度）θが、ボールの直径をＤａとし、保持ピースを挟んで隣り合うボールの中心間距離をＬd とした時に、下記の（２）式を満たす理想接触角（等方的変形時に前記距離Ｌd が変化しない接触角）αの±８°の範囲内となるように形成されていることが好ましい。
Ｌd ／Ｄａ−ｃｏｓα−ｓｉｎαｔａｎα＝０…（２）
【００１２】
ナイロンやポリアセタール等の合成樹脂製の保持ピースは、水や油を取り込んで膨張し易い。そして、使用時に膨張して保持ピースの寸法が設計値より大きくなると、ボールとの接触角が適正値でない場合には、充填隙間が小さくなって、作動不良や早期破損の原因になる可能性がある。
特に、合成樹脂の射出成形で作製された保持ピースは、射出成形時の樹脂の流れ方向に沿った部分と流れ方向に垂直な方向とで、保持ピースの変形量に差がある。例えば、６６ナイロンでは、流れ方向に垂直な方向での変形量が流れ方向に沿った方向での変形の１．３倍程度になる。この場合、流れ方向に垂直な方向での変形量に対する理想接触角（β）とボール中心間距離ボール直径比（Ｌd ／Ｄａ）との関係は下記の（３）で示される。
１．３（Ｌd ／Ｄａ−ｃｏｓβ）−ｓｉｎβｔａｎβ＝０…（３）
【００１３】
図４は、この（３）式を表す曲線β１と、下記の（４）式を表す曲線β２（流れ方向が曲線β１の場合の流れ方向に対して垂直な場合）と、前記（２）式を表す曲線αを、縦軸を接触角とし、横軸をボール中心間距離ボール直径比（Ｌd ／Ｄａ）としたグラフに書き入れた図である。
（Ｌd ／Ｄａ−ｃｏｓβ）／１．３−ｓｉｎβｔａｎβ＝０…（４）
【００１４】
実用的な保持ピースでは、ボール中心間距離ボール直径比（Ｌd ／Ｄａ）を１．１より大きくすることはまれである。図４のグラフで、比（Ｌd ／Ｄａ）が１．１の時の理想接触角αとβ１との差が約８°である。よって、ボールの接触角θが等方的変形時に前記距離Ｌd が変化しない接触角αの±８°の範囲内となるように保持ピースを形成することにより、合成樹脂製の保持ピースが使用時に寸法変化して前記充填隙間が小さくなった場合でも、保持ピースが径方向に移動し難くなる。これにより、ボールねじの作動不良や保持ピースの早期破損が生じないようにすることができる。
本発明の保持ピースは、ボールを受ける凹面に、ボールが面接触する部分を有することが好ましい。これにより、特に、高速回転条件や高負荷条件で使用するボールねじの保持ピースの摩耗を抑制することができる。
本発明はまた、本発明の保持ピースを備えたボールねじを提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、円柱の外周面に円弧状断面の突起が一体化された形状で、且つ、前記凹面は複数の円錐面からなり、各円錐面の軸線に対する傾斜角は、径方向外側の円錐面の方が内側の円錐面より小さく形成されている保持ピースを、ボールねじの戻し路とねじ溝との間に存在する段差を乗り越えられるようにすることができるため、この保持ピースを高速回転条件または高負荷条件で使用するボールねじに組み込むことで、ボールねじの作動性を良好にするとともに耐久性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に相当する保持ピースを示す断面図である。図２は図１の部分拡大図である。
図１に示すように、保持ピース１は略円柱体からなり、この略円柱体は、円柱１１の全外周面に円弧状断面の突起１２が一体化された形状である。円柱１１の２つの底面に、ボール２を受ける凹面３が形成されている。また、この保持ピース１には、円柱１１の中心軸（軸線Ｚ）に沿った貫通穴４が設けてある。
【００１７】
図２に示すように、この凹面３は、内側円錐面３１と外側円錐面３２からなる二円錐形状となっている。これら円錐面３１，３２の軸線Ｚに対する傾斜角を、外縁側の円錐面３２の方が内側の傾斜角より小さくしている（θ2 ≦θ1 ）。
図２には、突起１２の断面円弧の延長線Ｓ1 と外側円錐面３２の断面線の延長線Ｓ2 との交点Ａが表示されている。図２には、また、この点Ａの軸線Ｚからの距離ＬA 、保持ピース１の最大半径ＬB 、両者の差ＬC が表示されている。そして、この保持ピース１のＬC は、ボール２の直径Ｄａの平方根（√Ｄａ）の０．１７７倍に形成されている。
【００１８】
図１には、ボール２の接触点Ｔ、軸線Ｚ、ボール２の接触角θ、ボール２の中心点Ｏ1 ，Ｏ2 、保持ピース１を挟んで隣り合うボール２の中心Ｏ1 ，Ｏ2 間距離Ｌd が表示されている。そして、接触角θが、下記の（２）式を満たす理想接触角（等方的変形時に前記距離Ｌd が変化しない接触角）α＋５．５°となっている。
Ｌd ／Ｄａ−ｃｏｓα−ｓｉｎαｔａｎα＝０…（２）
【００１９】
この保持ピース１はＰＯＭ（ポリオキシメチレン）の射出成形で作製されている。
この実施形態の保持ピースは、ＬC が０．１√Ｄａ以上０．６√Ｄａ以下の範囲にあるため、ボールねじの戻し路とねじ溝との間に存在する段差を容易に乗り越えることができる。よって、この保持ピースを高速回転条件または高負荷条件で使用するボールねじに組み込むことで、ボールねじの作動性を良好にするとともに耐久性を向上することができる。
【００２０】
この実施形態の保持ピースは、また、ボールの接触角θが等方的変形時に前記距離Ｌd が変化しない接触角α＋５．５°となるように形成されているため、使用時に寸法変化して充填隙間が小さくなった場合でも、保持ピースが径方向に移動し難くなる。よって、ボールねじの作動不良や保持ピースの早期破損が生じないようにすることができる。
【００２１】
［第二実施形態］
図３は、本発明の第二実施形態に相当する保持ピースを示す部分断面図であり、図１の部分拡大図に相当する。
図１に示すように、保持ピース１は略円柱体からなり、この略円柱体は、円柱１１の全外周面に円弧状断面の突起１２が一体化された形状である。円柱１１の２つの底面に、ボール２を受ける凹面３が形成されている。また、この保持ピース１には、円柱１１の中心軸（軸線Ｚ）に沿った貫通穴４が設けてある。
【００２２】
図３に示すように、この凹面３は、内側円錐面３１と外側円錐面３２からなる二円錐形状となっている。これら円錐面３１，３２の軸線Ｚに対する傾斜角を、外縁側の円錐面３２の方が内側の傾斜角より小さくしている（θ2 ≦θ1 ）。また、内側円錐面３１には、ボール２が面接触する周溝３１ａが形成されている。周溝３１ａの断面円弧の半径は、ボール２をなす球の曲率半径とほぼ同一である。
【００２３】
図３には、突起１２の断面円弧の延長線Ｓ1 と外側円錐面３２の断面線の延長線Ｓ2 との交点Ａが表示されている。図３には、また、この点Ａの軸線Ｚからの距離ＬA 、保持ピース１の最大半径ＬB 、両者の差ＬC が表示されている。そして、この保持ピース１のＬC は、ボール２の直径Ｄａの平方根（√Ｄａ）の０．１７７倍に形成されている。
図１には、ボール２の接触点Ｔ、軸線Ｚ、ボール２の接触角θ、ボール２の中心点Ｏ1 ，Ｏ2 、保持ピース１を挟んで隣り合うボール２の中心Ｏ1 ，Ｏ2 間距離Ｌd が表示されている。そして、接触角θが、下記の（２）式を満たす理想接触角（等方的変形時に前記距離Ｌd が変化しない接触角）α＋５．５°となっている。
Ｌd ／Ｄａ−ｃｏｓα−ｓｉｎαｔａｎα＝０…（２）
【００２４】
この保持ピース１はＰＯＭ（ポリオキシメチレン）の射出成形で作製されている。
この実施形態の保持ピースは、ＬC が０．１√Ｄａ以上０．６√Ｄａ以下の範囲にあるため、ボールねじの戻し路とねじ溝との間に存在する段差を容易に乗り越えることができる。よって、この保持ピースを高速回転条件または高負荷条件で使用するボールねじに組み込むことで、ボールねじの作動性を良好にするとともに耐久性を向上することができる。
【００２５】
この実施形態の保持ピースは、また、ボールの接触角θが等方的変形時に前記距離Ｌd が変化しない接触角α＋５．５°となるように形成されているため、使用時に寸法変化して充填隙間が小さくなった場合でも、保持ピースが径方向に移動し難くなる。よって、ボールねじの作動不良や保持ピースの早期破損が生じないようにすることができる。
この実施形態の保持ピースは、ボールを受ける凹面に、ボールが面接触する周溝３１ａを有するため、高速回転条件や高負荷条件で使用するボールねじの保持ピースの摩耗を抑制することができる。
【実施例】
【００２６】
図２の形状の保持ピース１でＰＯＭの射出成形で作製したもの（実施例１）、図３の形状の保持ピース１でＰＯＭの射出成形で作製したもの（実施例２）、材質が６６ナイロンである点だけが実施例１と異なるもの（実施例３）、図５の形状の保持ピース１０でＰＯＭの射出成形で作製したもの（比較例１）、ボールを受ける凹面が一つの円錐面からなる点だけが図２の保持ピースとの違いであるもの（比較例２）を、それぞれ所定数ずつ、下記に示す寸法で作製した。
【００２７】
この保持ピースは、直径（Ｄａ）が７．９３７５ｍｍのボールと組み合わせて使用される。よって、（１）式を満たすＬC の範囲は０．２８１７ｍｍ以上１．６９０ｍｍ以下である。ボール中心間距離ボール直径比（Ｌd ／Ｄａ）の設計値は１．０４５であり、（２）式を満たす理想接触角αは、図４の曲線αからＬd ／Ｄａ＝１．０４５の場合に１７°である。よって、α±８°の範囲は９°以上２５°以下である。なお、調整用のボール中心間距離ボール直径比（Ｌd ／Ｄａ）は１．０９６である。
【００２８】
実施例１および３の保持ピース１は図２の形状で、各寸法が以下の通りである。最大厚さ（軸線Ｚ方向の寸法２Ｔ1 ）：１．９０ｍｍ、円錐面３１，３２の境界位置までの厚さ（２Ｔ2 ）：１．５５ｍｍ、貫通穴４位置での厚さ（２Ｔ3 ）：０．５２ｍｍ、円錐面３１，３２の境界半径（Ｒ1 ）：２．２０ｍｍ、貫通穴４の半径（Ｒ2 ）：０．９５ｍｍ、最大半径（ＬB ）：２．９５ｍｍ、点Ａの軸線Ｚからの距離（ＬA ）：２．４５ｍｍ、ＬC （ＬB −ＬA ）：０．５ｍｍ、円錐面３１の傾斜角（θ1 ）：２２．５°、円錐面３２の傾斜角（θ2 ）：４５°、突起１２の円弧１２ａの曲率半径：１．３１ｍｍである。接触角は２２．５°とした。
【００２９】
実施例２の保持ピースは図３の形状で、その寸法は、最大厚さ（軸線Ｚ方向の寸法２Ｔ1 ）：１．９０ｍｍ、円錐面３１，３２の境界位置までの厚さ（２Ｔ2 ）：１．５５ｍｍ、貫通穴４位置での厚さ（２Ｔ3 ）：０．５２ｍｍ、円錐面３１，３２の境界半径（Ｒ1 ）：２．２０ｍｍ、貫通穴４の半径（Ｒ2 ）：０．９５ｍｍ、最大半径（ＬB ）：２．９５ｍｍ、点Ａの軸線Ｚからの距離（ＬA ）：２．４５ｍｍ、ＬC （ＬB −ＬA ）：０．５ｍｍ、円錐面３１の傾斜角（θ1 ）：２２．５°、円錐面３２の傾斜角（θ2 ）：４５°、突起１２の円弧１２ａの曲率半径：１．３１ｍｍ、周溝３１ａの径方向中心位置の軸線Ｚからの距離（Ｒ3 ）：１．５２ｍｍ、周溝３１ａの幅（Ｗ）：０．５４ｍｍである。接触角は２２．５°とした。
【００３０】
比較例１の保持ピースは図５の形状で、各寸法が以下の通りである。最大厚さ：２．５９ｍｍ、貫通穴４位置での厚さ：０．４０ｍｍ、貫通穴４の半径：１．２５ｍｍ、最大半径：２．９５ｍｍ、接触角：３６°である。
比較例２の保持ピースは、接触角を３３°とした。それ以外の寸法は、図２の保持ピースと同じにした。
【００３１】
［保持ピースの寸法変化を調べる試験］
実施例１、実施例３、比較例１、比較例２の保持ピースを、鉄鋼製ボールとともに７０℃の防錆潤滑油に１００時間浸漬し、この浸漬の前後に、保持ピースを挟んで隣り合う鉄鋼製ボールの中心間距離Ｌd と、鉄鋼製ボールの直径Ｄａを測定した。そして、浸漬前後の「Ｌd −Ｄａ」値を算出した。そして、「Ｌd −Ｄａ」値の浸漬前と後の差を、浸漬前の値で除算し、その値を「Ｌd −Ｄａ」値の増加率とした。
その結果、「Ｌd −Ｄａ」値の増加率は、ＰＯＭ製で接触角が２２．５°である実施例１で０．４５％、６６ナイロン製で接触角が２２．５°である実施例２で−０．３７％、ＰＯＭ製で接触角が３６°である比較例１で２．１３％、ＰＯＭ製で接触角が３３°である比較例２の保持ピースで１．７９％であった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一実施形態に相当する保持ピースを示す断面図である。
【図２】図１の保持ピースの部分拡大断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態に相当する保持ピースを示す部分断面図である。
【図４】理想接触角とボール中心間距離ボール直径比（Ｌd ／Ｄａ）との関係を示すグラフである。
【図５】従来の一般的な保持ピースを示す正面図（ａ）と、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図（ｂ）である。
【図６】本発明の比較例に相当する保持ピースを示す断面図である。
【図７】チューブ式ボールねじの段差箇所を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  保持ピース
１１  円柱
１２  円弧状の突起
１２ａ  突起の断面円弧
２  ボール
３  凹面
３１  内側円錐面
３２  外側円錐面
４  貫通穴
Ａ  Ｓ1 とＳ2 との交点  
Ｌd   保持ピースを挟んで隣り合うボールの中心間距離
Ｓ1   突起の断面円弧の延長線
Ｓ2   外側円錐面の断面線の延長線
Ｔ  接触点
Ｚ  軸線
θ  接触角
θ1 ，θ2   傾斜角
【図１】
2007120582.tif 000003
【図２】
2007120582.tif 000004
【図３】
2007120582.tif 000005
【図４】
2007120582.tif 000006
【図５】
2007120582.tif 000007
【図６】
2007120582.tif 000008
【図７】
2007120582.tif 000009