(57)【要約】【課題】微小揺動時に、一対のねじ溝と転動体との接触面の摩耗（フレッチング摩耗や凝着摩耗）を防止するボールねじを容易に選定することができるボールねじの設計方法を提供する。【解決手段】内周面にねじ溝が設けられたナットと、外周面にねじ溝が設けられたねじ軸とが相対回転し、これら互いに対向するねじ溝間で転動する複数の転動体とを備えて微小揺動運動を行うボールねじにおいて、前記転動体を鋼で形成し、前記一対のナットとねじ軸の微小運動時の転動体の振幅比Ａとし、前記転動体に接触する前記ねじ溝表面に生じる接触円の径をＢとし、振幅Ａと接触円の径Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を振幅比Ｒとすると、ボールねじの微小揺動時の振幅比Ｒが１．６を超えるような軸受諸元の選定を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面にねじ溝が設けられたナットと、外周面にねじ溝が設けられたねじ軸とが相対回転し、これら互いに対向するねじ溝間で転動する複数の転動体とを備えて微小揺動運動を行うボールねじの設計方法であって、前記転動体を鋼で形成し、前記一対のナットとねじ軸の微小運動時の転動体の振幅比Ａとし、前記転動体に接触する前記ねじ溝表面に生じる接触円の径をＢとし、振幅Ａと接触円の径Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を振幅比Ｒとすると、ボールねじの微小揺動時の振幅比Ｒが１．６を超えるようなボールねじ諸元の選定を行うことを特徴とするボールねじの設計方法。
【請求項２】
内周面にねじ溝が設けられたナットと、外周面にねじ溝が設けられたねじ軸とが相対回転し、これら互いに対向するねじ溝間で転動する複数の転動体とを備えて微小揺動運動を行うボールねじであって、前記転動体を鋼で形成し、前記一対のナットとねじ軸の微小運動時の転動体の振幅比Ａとし、前記転動体に接触する前記ねじ溝表面に生じる接触円の径をＢとし、振幅Ａと接触円の径Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を振幅比Ｒとすると、微小揺動時の振幅比Ｒが１．６を超えるような軸受諸元の選定を行ってなる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、微小揺動時に転がり軸受がフレッチング摩耗や凝着摩耗するのを防止するボールねじの設計方法及びボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超精密加工に対する需要が増加しており、それに伴い加工機であるマシニングセンタ用ボールねじの送り量（ボールネジのストローク）も益々小さくなってきている。その結果、ボールねじの摺動部において潤滑油の攪拌が充分に行われない環境下において、転動体とナット、ねじ軸の軌道面との接触点に微小滑りが発生しやすくなる。このような環境で微小滑りが発生すると、転動体、ナット、ねじ軸の接触面においては金属同士が接触してしまう。そして金属同士の接触による微小滑りが起きると、フレッチング摩耗や凝着摩耗等の摩耗が生じることになる。その結果、転動体及びナット、ねじ軸の軌道面の表面形状の精度が悪くなり、音響レベルが増加したり、回転精度が著しく低下するおそれがある。
【０００３】
転動体及び一対の軌道部材の軌道面の摩耗、特にフレッチング摩耗を軽減する技術として、一対の軌道部材を構成する鋼の平均線膨張率との差が小さいセラミックボールを転動体として使用する技術（例えば、特許文献１）や、転がり軸受の有効仕事量（＝有効接触面積×平均面圧×すべり量×摩擦係数）を求め、この有効仕事量によりフレッチング摩耗による異音発生を予測する技術（例えば、特許文献２）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８８７２６号公報
【特許文献２】特開２００５−１０１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した特許文献１，２は、フレッチング摩耗を完全に防止することができない。また、特許文献１のようにセラミックボールを転動体として使用すると、鋼球の転動体を使用する場合と比較して部品コストの面で問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、ボールねじの微小揺動時に、部品コストの低廉化を図りながらナット、ねじ軸における転動体との接触面の摩耗（フレッチング摩耗や凝着摩耗）を防止するボールねじを容易に設計することができるボールねじの設計方法及びボールねじを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内周面にねじ溝が設けられたナットと、外周面にねじ溝が設けられたねじ軸とが相対回転し、これら互いに対向するねじ溝間で転動する複数の転動体とを備えて微小揺動運動を行うボールねじの設計方法であって、前記転動体を鋼で形成し、前記一対のナットとねじ軸の微小運動時の転動体の振幅比Ａとし、前記転動体に接触する前記ねじ溝表面に生じる接触円の径をＢとし、振幅Ａと接触円の径Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を振幅比Ｒとすると、微小揺動時の振幅比Ｒが１．６を超えるようなボールねじ諸元の選定を行うことを特徴とするボールねじの設計方法である。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、内周面にねじ溝が設けられたナットと、外周面にねじ溝が設けられたねじ軸とが相対回転し、これら互いに対向するねじ溝間で転動する複数の転動体とを備えて微小揺動運動を行うボールねじであって、前記転動体を鋼で形成し、前記一対のナットとねじ軸の微小運動時の転動体の振幅比Ａとし、前記転動体に接触する前記ねじ溝表面に生じる接触円の径をＢとし、振幅Ａと接触円の径Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を振幅比Ｒとすると、ボールねじの微小揺動時の振幅比Ｒが１．６を超えるようなボールねじ諸元の選定を行ってなることを特徴とするボールねじである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るボールねじの設計方法によると、一対のナットとねじ軸の微小運動時の転動体の振幅比Ａとし、転動体に接触するねじ溝表面に生じる接触円の径をＢとし、振幅Ａと接触円の径Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を振幅比Ｒとすると、ボールねじの微小揺動時の振幅比Ｒが１．６を超えるように、転動体の数を増やして接触円の径Ｂを小さくしたり、ボールねじサイズを大きくする等のボールねじの諸元の選定を行うことで、ボールねじが微小の回転往復運動を行うときや、微小振動を受けても、転動体と一対のナット、ねじ軸のねじ溝との接触面にフレッチング摩耗や凝着摩耗が発生するのを防止したボールねじを容易に設計することができる。
【００１０】
また、本発明に係るボールねじによると、微小揺動運動が発生しても、部品コストの低廉化を図りながらナットおよび、ねじ軸に設けられたねじ溝と転動体との接触面におけるフレッチング摩耗や凝着摩耗を防止したボールねじを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】振幅比を説明する為の模式図である。
【図２】フレッチング試験による損傷比を表すグラフである。
【図３】フレッチング試験において、軌道面が摩耗する状態を示す模式図である。
【図４】振幅比と油膜厚さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について詳細に説明する。
現在、マシニングセンタ等に用いられるボールねじの最小ストロークは０．０２ｍｍである。そこで、実施例と比較例として２種類のボールねじを用意してフレッチング試験を行った。フレッチング試験は、ボールねじストローク０．０２ｍｍ、振動数１０Ｈｚ、ボールねじ軸方向荷重７５００Ｎの条件で２週間ボールねじの揺動運動を行った。
実施例と比較例の個別諸元は以下のものを用いた。
【００１３】
（実施例）
ねじ軸径：５０ｍｍ
リード：１０
転動体径：６．３５ｍｍ
ＢＣＤ：５１ｍｍ
接触円の径（揺動方向）：０．０７９ｍｍ
【００１４】
（比較例）
ねじ軸軸径：４０ｍｍ
リード：１６
転動体径：７．１４３８ｍｍ
ＢＣＤ：４１．５ｍｍ
接触円の径（揺動方向）：０．０７９ｍｍ
【００１５】
その他、実施例、比較例共通するボールねじ諸元は以下の通りである。
ボールねじへの与圧荷重：２１５５Ｎ
ねじ溝Ｒ比（ねじ軸）：０．５４
ねじ溝Ｒ比（ナット）：０．５４
接触角：４５°
【００１６】
上記の試験結果を図２に示している。試験前の軌道面の損傷痕の最大高さＲｙ１と試験後の損傷痕のＲｙ２としてＲｙ２／Ｒｙ１を損傷比として表した。
図１からも明かな様に、比較例に対して実施例においては大幅に損傷比の抑制が可能となった。
【００１７】
また、この時の実施例、比較例に対して振幅比を下記計算式に基づいて算出した。
揺動角：（ボールねじストローク／リード）×３６０°
振幅：π（ＢＣＤ−転動体径×ｃｏｓ（接触角））×揺動角／３６０°／２
振幅比：振幅／接触円径
【００１８】
この計算式に前記ボールねじ諸元を適用すると、実施例の振幅比は１．８５０、比較例の振幅比は０．７９５となり、振幅比が１．６を超えることでフレッチング摩耗対策に効果を奏することが分かる。
【００１９】
ここで、本フレッチング試験とは別に、粘度の異なる２種類の潤滑剤（粘度：３０ｍｍ２／ｓ、４１１ｍｍ２／ｓ）を封入したボールねじを用いて振幅比変化に対する最小油膜厚さ変化の試験を行った。最小油膜厚さとは鋼球が転動面を一往復する際に観測される油膜厚さの最小値を表す。
【００２０】
図４に示す油膜厚さに関する試験結果からも明らかなように、振幅比１．６以上とすることで油膜が保持され摩耗による転動面の損傷を防ぐことができる。これにより、上記フレッチング試験における実施例と比較例の振幅比も図４の油膜厚さと振幅比の特性に裏付けられていることが分かる。
【００２１】
本フレッチング試験、最小油膜厚さ変化の試験から、ボールねじ諸元を振幅比１．６以上を満たすように設計することで、フレッチング摩耗を抑制することが可能となる。
フレッチング摩耗抑制を目的とするボールねじ諸元の数値設定の方向性としては、リード、転動体径、ＢＣＤ、ねじ溝Ｒ比はそれぞれ小さくなる方向、ねじ溝巻数、ねじ溝列数、接触角をそれぞれ大きくなる方向に値を適宜決め振幅比１．６以上を満足させればよい。
【符号の説明】
【００２２】
Ａ  振幅
Ｂ  転動体とねじ溝の接触円の径
ＢＣＤ  転動体中心円径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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