(57)【要約】【課題】スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の複合荷重が負荷されても長寿命なボールねじを提供する。【解決手段】ボールねじは、ねじ軸１と、ナット２と、複数のボール３と、を有し、ねじ軸１はナット２を貫通している。ねじ軸１の外周面に形成された螺旋溝１ａ、１ｂとナット２の内周面に形成された螺旋溝２ａ、２ｂとが対向して、ボール３が転動するボール転動路１１Ａ、１１Ｂが形成され、ボール３はボール転動路１１Ａ、１１Ｂ内に配置されている。ねじ軸１とナット２を相対回転運動させると、ボール転動路１１Ａ、１１Ｂ内でのボール３の転動を介して、ねじ軸１とナット２とが軸方向に相対直線移動するようになっている。２条のボール転動路１１Ａ、１１Ｂの接触角が同一角度とはなっておらず、ボールねじは複数の接触角を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸と、ナットと、複数のボールと、を有し、
前記ねじ軸は前記ナットを貫通し、
前記ねじ軸の外周面に形成された螺旋溝と前記ナットの内周面に形成された螺旋溝とが対向して、前記ボールが転動するボール転動路が形成され、
前記ボールは前記ボール転動路内に配置され、
前記ねじ軸と前記ナットとを相対回転運動させることにより、前記ボール転動路内での前記ボールの転動を介して、前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向に相対移動するようになっており、
前記ボール転動路を複数条有し、前記各ボール転動路の接触角の全てが同一角度とはなっておらず、複数の接触角を有するボールねじ。
【請求項２】
少なくとも１つの前記ボール転動路の接触角が４０°以下である請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】
少なくとも１つの前記ボール転動路の接触角が５０°以上である請求項１又は請求項２に記載のボールねじ。
【請求項４】
対向する前記ねじ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との軸方向位置を軸方向にずらすオフセットの量により接触角が設定されており、オフセット量を異なるものとすることにより、接触角が異なる角度に設定されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のボールねじ。
【請求項５】
前記ボールの直径により接触角が設定されており、前記ボール転動路内に配置される前記ボールの直径を異なるものとすることにより、接触角が異なる角度に設定されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のボールねじ。
【請求項６】
前記螺旋溝の断面形状を異なるものとすることにより、接触角が異なる角度に設定されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のボールねじ。
【請求項７】
前記ねじ軸の螺旋溝のピッチと前記ナットの螺旋溝のピッチとが異なる請求項１〜６のいずれか一項に記載のボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
直動アクチュエータに使用されるボールねじは、コンパクト化のために、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の複合荷重が負荷されることが一般的となっている。そのため、純スラスト荷重だけでなく、複合荷重を受けることができるボールねじが提案されている（例えば特許文献１、２を参照）。
しかしながら、特許文献１、２に開示のボールねじでは、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の全てを十分に受けることは困難であった。例えば特許文献２に開示のボールねじは、スラスト荷重の負荷容量が低くスラスト荷重に対して短寿命であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７３０７７０号公報
【特許文献２】特開２００６−３４９０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の複合荷重が負荷されても長寿命なボールねじを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明の一態様に係るボールねじは、ねじ軸と、ナットと、複数のボールと、を有し、ねじ軸はナットを貫通し、ねじ軸の外周面に形成された螺旋溝とナットの内周面に形成された螺旋溝とが対向して、ボールが転動するボール転動路が形成され、ボールはボール転動路内に配置され、ねじ軸とナットとを相対回転運動させることにより、ボール転動路内でのボールの転動を介して、ねじ軸とナットとが軸方向に相対移動するようになっており、ボール転動路を複数条有し、各ボール転動路の接触角の全てが同一角度とはなっておらず、複数の接触角を有する。
【０００６】
上記一態様に係るボールねじにおいては、少なくとも１つのボール転動路の接触角が４０°以下であってもよいし、５０°以上であってもよい。
また、上記一態様に係るボールねじにおいては、対向するねじ軸の螺旋溝とナットの螺旋溝との軸方向位置を軸方向にずらすオフセットの量により接触角が設定されており、オフセット量を異なるものとすることにより、接触角が異なる角度に設定されていてもよい。あるいは、ボールの直径により接触角が設定されており、ボール転動路内に配置されるボールの直径を異なるものとすることにより、接触角が異なる角度に設定されていてもよい。あるいはまた、螺旋溝の断面形状を異なるものとすることにより、接触角が異なる角度に設定されていてもよい。さらにまた、ねじ軸の螺旋溝のピッチとナットの螺旋溝のピッチとが異なっていてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のボールねじは、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の複合荷重が負荷されても長寿命である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るボールねじの断面図である。
【図２】接触角と負荷容量の関係を示すグラフである。
【図３】図１のボールねじのオフセットの内容について説明する図である。
【図４】図１のボールねじの変形例を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施形態を、図１を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るボールねじを、軸方向に沿う平面で切断して示した断面図である。
図１に示すように、ボールねじは、略円柱状のねじ軸１と、略円筒状のナット２と、複数のボール３と、を有しており、ねじ軸１はナット２を貫通している。
【００１０】
ねじ軸１の外周面には、平行に延びる２条の螺旋溝１ａ、１ｂが二重螺旋状に形成されている。また、ナット２の内周面にも、平行に延びる２条の螺旋溝２ａ、２ｂが二重螺旋状に形成されている。螺旋溝１ａ、１ｂ及び螺旋溝２ａ、２ｂの断面形状（螺旋状に連続する螺旋溝１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂの連続方向に直交する平面で切断した場合の断面の形状）は、いずれも曲率中心の異なる２つの円弧を組合せた略Ｖ字状をなすゴシックアーク状である。ただし、単一の円弧からなる曲線状でもよい。
【００１１】
そして、螺旋溝１ａ、２ａが対向して、螺旋状に連続するボール転動路１１Ａが形成されるとともに、螺旋溝１ｂ、２ｂが対向して、螺旋状に連続するボール転動路１１Ｂが形成されている。すなわち、本実施形態のボールねじは２条のボール転動路１１Ａ、１１Ｂを有している。そして、二重螺旋状をなす２条のボール転動路１１Ａ、１１Ｂ内には、それぞれ複数のボール３が転動自在に配置されている。
【００１２】
なお、図１には図示されていないが、本実施形態のボールねじは、ボール３をボール転動路１１Ａの終点から始点へ戻し循環させるボール戻し路、及び、ボール３をボール転動路１１Ｂの終点から始点へ戻し循環させるボール戻し路をそれぞれ備えている。これらのボール戻し路は、例えばリターンチューブ、循環コマ、エンドキャップ、又はエンドデフレクタにより構成される。そして、ボール転動路１１Ａ、１１Ｂと各ボール戻し路により、それぞれ無端状の循環径路が形成される。
【００１３】
本実施形態のボールねじにおいてボール３は、ボール転動路１１Ａ、１１Ｂ内をそれぞれ移動しつつねじ軸１の回りを回ってボール転動路１１Ａ、１１Ｂの終点に至り、そこでボール転動路１１Ａ、１１Ｂから掬い上げられて、それぞれのボール戻し路の一方の端部に入る。ボール戻し路に入ったボール３はボール戻し路内を通ってボール戻し路の他方の端部に達し、そこからボール転動路１１Ａ、１１Ｂの始点にそれぞれ戻されるようになっている。
【００１４】
よって、本実施形態のボールねじは、ねじ軸１とナット２を相対回転運動させると、ボール転動路１１Ａ、１１Ｂ内でのボール３の転動を介して、ねじ軸１とナット２とが軸方向に相対直線移動するようになっている。そして、ボール３は、無端状の各循環径路内を無限に循環するようになっているため、ねじ軸１とナット２とは継続的に相対直線移動することができる。
【００１５】
また、本実施形態のボールねじにおいては、２条のボール転動路１１Ａ、１１Ｂの接触角は同一角度とはなっておらず、異なる角度である。すなわち、本実施形態のボールねじは２つの接触角を有する。
そして、２条のボール転動路１１Ａ、１１Ｂのうち一方の接触角を、スラスト荷重を受けることができるように大きな角度（例えば５０°以上）に設定し、他方の接触角を、ラジアル荷重及びモーメント荷重を受けることができるように小さな角度（例えば４０°以下）に設定すれば、本実施形態のボールねじは複合荷重を受けることができる。図１の例では、ボール転動路１１Ａの接触角が３０°に設定されており、ボール転動路１１Ｂの接触角が６０°に設定されている。
【００１６】
接触角と負荷容量の関係を、図２のグラフに示す。図２のグラフから分かるように、接触角が４０°以下であると、ラジアル荷重の負荷容量の方がスラスト荷重の負荷容量よりも大きい。接触角が大きくなるにしたがって、ラジアル荷重の負荷容量は徐々に小さくなっていき、スラスト荷重の負荷容量は徐々に大きくなっていく。そして、接触角が５０°以上であると、スラスト荷重の負荷容量の方がラジアル荷重の負荷容量よりも大きい。
【００１７】
接触角の設定方法は特に限定されるものではないが、対向するねじ軸１の螺旋溝１ａ、１ｂとナット２の螺旋溝２ａ、２ｂとの軸方向位置を軸方向にずらすオフセットの量によって設定することができる。すなわち、対向する螺旋溝１ａと螺旋溝２ａのオフセット量と、対向する螺旋溝１ｂと螺旋溝２ｂのオフセット量とを異なるものとすることにより、ボール転動路１１Ａ、１１Ｂの接触角を異なる角度に設定することができる。
【００１８】
例えば、図１の例であれば、螺旋溝１ｂと螺旋溝２ｂのオフセット量を螺旋溝１ａと螺旋溝２ａのオフセット量よりも大きく設定すれば、ボール転動路１１Ｂの接触角をボール転動路１１Ａの接触角よりも大きく設定することができる。
なお、ボール転動路１１Ａ内に配置されたボール３の直径とボール転動路１１Ｂ内に配置されたボール３の直径とは同一であるが、ボール転動路１１Ａ、１１Ｂ内のボール３の直径を変更することによって、上記のようなオフセット量によって設定した接触角を微調整することができる。また、２条ボールねじの場合は、ボール転動路１１Ａ、１１Ｂ内に配置されたボール３の直径により、スラスト荷重及びラジアル荷重の負荷容量をそれぞれ調整することができる。さらに、ボール転動路１１Ａ、１１Ｂの内部空間の大きさよりも僅かに大きいサイズのボール３を用いることにより、接触角を調整してもよい。ボール３のサイズが大きいほど、接触角が大きくなる。
【００１９】
ここで、本実施形態のボールねじのオフセットの内容について、図３を参照しながら詳細に説明する。図３のボールねじは、２条のボール転動路１１Ａ、１１Ｂを有する２条ボールねじであり、２条のボール転動路１１Ａ、１１Ｂともに、そのピッチはＬとなっている。ただし、全ての軸方向位置におけるピッチが同一（Ｌ）となっているのではなく、図３に示すように一部のピッチが異なっている。すなわち、軸方向に沿う平面で切断して示した断面図において見えるボール転動路１１Ａ、１１Ｂの断面の間隔（軸方向距離）が、全ての軸方向位置において同一（Ｌ）となっているのではなく、一部の軸方向位置においては異なっている。
【００２０】
詳述すると、一方のボール転動路１１Ａの場合は、軸方向略中央の１つのピッチのみは、εだけオフセットされＬ−εとなっており、その他のピッチはＬとなっている。また、他方のボール転動路１１Ｂの場合は、軸方向略中央の１つのピッチのみは、βだけオフセットされＬ−βとなっており、その他のピッチはＬとなっている。
このように、ボール転動路１１Ａ、１１Ｂでオフセット量を異なるものとすることにより、ボール転動路１１Ａ、１１Ｂの接触角を異なる角度に設定することができるとともに、予圧を付与している。そのため、図３から分かるように、ボール転動路１１Ａ、１１Ｂの接触角は、軸方向中央を境にして対称形となっている。また、各条（ボール転動路１１Ａ、１１Ｂ）ごとに予圧を付与することができるため、各条のうち一部の条のみに予圧を付与することが可能である。
【００２１】
あるいは、本実施形態のボールねじのオフセットの内容は、以下に示す変形例のようにしてもよい。本実施形態のボールねじの変形例について、図４を参照しながら説明する。図４のボールねじは、図１、３のボールねじと同様に２条のボール転動路１１Ａ、１１Ｂを有する２条ボールねじであり、２条のボール転動路１１Ａ、１１Ｂともに、そのピッチはＬとなっている。ただし、全ての軸方向位置におけるピッチが同一（Ｌ）となっているのではなく、図４に示すように一部のピッチが異なっている。すなわち、軸方向に沿う平面で切断して示した断面図において見えるボール転動路１１Ａ、１１Ｂの断面の間隔（軸方向距離）が、全ての軸方向位置において同一（Ｌ）となっているのではなく、一部の軸方向位置においては異なっている。
【００２２】
詳述すると、他方のボール転動路１１Ｂの場合は、全ての軸方向位置におけるピッチが同一（Ｌ）となっている。これに対して、一方のボール転動路１１Ａの場合は、全ての軸方向位置におけるピッチはαだけオフセットされＬ−α又はＬ＋αとなっている。図４の例であれば、軸方向一端側（図４においては左側）のピッチはＬ−αとなっており、軸方向他端側（図４においては右側）のピッチはＬ＋αとなっている。ただし、ボール転動路１１Ａの一部の軸方向位置（例えば軸方向中央近傍）のピッチだけオフセットし、その他のピッチはＬとしてもよい。
【００２３】
例えばナット２の螺旋溝２ａのピッチを変更することによってオフセットを行う場合であれば、ねじ軸１の螺旋溝１ａのピッチがＬ／２なので、ナット２の螺旋溝２ａのピッチをＬ／２−α又はＬ／２＋αとすればよい。図４に示すように、ナット２の螺旋溝２ａのピッチの１つをＬ／２−αとし、そのピッチの軸方向隣のピッチをＬ／２＋αとすれば、ボール転動路１１ＡのピッチはＬ−α又はＬ＋αとなる。
これにより、２条のボール転動路１１Ａ、１１Ｂで、それぞれ逆方向に予圧が付与されて（図４に示すように、２条のボール転動路１１Ａ、１１Ｂでは、接触角の向きが逆向きとなっている）、螺旋溝１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂとボール３とが２点接触状態となるため、ボールねじの剛性が優れている。
【００２４】
なお、本実施形態のボールねじ及び変形例のボールねじにおける上記オフセットは、ナット２の螺旋溝２ａ、２ｂのピッチを変更することによって行う。
また、ボール転動路１１Ａ内に配置されたボール３の直径とボール転動路１１Ｂ内に配置されたボール３の直径とは、同一でもよいし、異なっていてもよい。さらに、螺旋溝１ａ、２ａの断面形状と螺旋溝１ｂ、２ｂの断面形状とは、同一でもよいし、異なっていてもよい。
【００２５】
このような本実施形態のボールねじは、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重のいずれの荷重に対しても負荷容量が高く、スラスト荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重の複合荷重が負荷されても長寿命である。よって、本実施形態のボールねじは直動アクチュエータに好適に使用可能であり、自動車用直動アクチュエータ、一般産業用直動アクチュエータのコンパクト化と長寿命化に寄与する。
【００２６】
直動アクチュエータに使用されるボールねじには高い負荷容量が求められ、多条ボールねじが採用されることが多いので、本実施形態のボールねじは直動アクチュエータに好適である。また、リードを大きく設定して、ねじ軸１とナット２との相対直線移動を高速化すれば、高速直動アクチュエータに好適なボールねじとすることができる。
【００２７】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。
例えば、本実施形態においては、オフセット量を異なるものとすることによってボール転動路１１Ａ、１１Ｂの接触角を異なる角度に設定したが、他の手段によってボール転動路１１Ａ、１１Ｂの接触角を異なる角度に設定してもよい。
【００２８】
他の手段としては、ボール３の直径があげられる。すなわち、螺旋溝１ａと螺旋溝２ａのオフセット量と、螺旋溝１ｂと螺旋溝２ｂのオフセット量は同一とし、ボール転動路１１Ａ内に配置されたボール３の直径とボール転動路１１Ｂ内に配置されたボール３の直径とを異なるものとすることにより、ボール転動路１１Ａ、１１Ｂの接触角を異なる角度に設定することができる。
【００２９】
さらに、他の手段としては、螺旋溝１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂの断面形状があげられる。すなわち、螺旋溝１ａと螺旋溝２ａのオフセット量と、螺旋溝１ｂと螺旋溝２ｂのオフセット量は同一とし、且つ、ボール転動路１１Ａ内に配置されたボール３の直径とボール転動路１１Ｂ内に配置されたボール３の直径も同一とし、螺旋溝１ａ、２ａの断面形状と螺旋溝１ｂ、２ｂの断面形状とを異なるものとすることにより、ボール転動路１１Ａ、１１Ｂの接触角を異なる角度に設定することができる。
なお、これら３つの手段のうち２つ又は３つを組み合わせて、ボール転動路１１Ａ、１１Ｂの接触角を異なる角度に設定してもよいことは勿論である。
【００３０】
さらに、本実施形態においては、２条のボール転動路を有する２条ボールねじを例示して説明したが、ボール転動路の条数は複数であれば特に限定されるものではなく、３条以上であってもよい。３条以上のボール転動路を有する場合には、各ボール転動路の接触角の全てが同一角度とはなっておらず、２つ以上の接触角を有する。すなわち、３条以上のボール転動路のうち少なくとも１つのボール転動路は、他のボール転動路とは接触角が異なる。
【００３１】
例えば、３条のボール転動路を有する３条ボールねじであれば、３条全てのボール転動路の接触角が異なっていて、３つの接触角を有していてもよいし、３条のうち２条のボール転動路の接触角は同一で残りの１条のボール転動路の接触角が他の２条のボール転動路の接触角とは異なっていて、２つの接触角を有していてもよい。また、４条のボール転動路を有する４条ボールねじであれば、有する接触角の数は２つ、３つ、又は４つのいずれでもよい。
【００３２】
さらに、ボールねじに負荷されるスラスト荷重とラジアル荷重の大きさは、同レベルとは限らず、一方の荷重が他方の荷重よりも大きい場合がある。そのような場合には、ボール転動路の条数を３条以上とし、大きな荷重を受けるボール転動路の条数を小さい荷重を受けるボール転動路の条数よりも多くするとよい。そうすれば、大きな荷重を多くのボール転動路で受けるので、負荷容量が高くなる。
【符号の説明】
【００３３】
１      ねじ軸
１ａ    螺旋溝
１ｂ    螺旋溝
２      ナット
２ａ    螺旋溝
２ｂ    螺旋溝
３      ボール
１１Ａ    ボール転動路
１１Ｂ    ボール転動路
【図１】
2016205619.tif 000003
【図２】
2016205619.tif 000004
【図３】
2016205619.tif 000005
【図４】
2016205619.tif 000006