(57)【要約】【解決課題】ボールへの負荷分布が不均一な場合、ねじ軸又はナットの各ねじ溝表面の早期剥離を引き起こし、振動や異音の原因となるという課題に鑑みて、ボールねじの疲労を極力抑え、ボールねじの寿命を長くする。【解決手段】ボール列を４ａ、４ｂを有するボールねじにおいて、ボール列４ａ、４ｂは、多数のボールからなる１組のボール群で構成され、ボールは、列ごとに径が異なる。そのため、ボールねじの内部の負荷分布の不均一を緩和し、応力集中を緩和させたので、繰り返し加わる負荷からの疲労による破損を遅らせ、ボールねじの寿命を長くすることができることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボール列を２列以上有するボールねじにおいて、
前記ボール列は、多数のボールからなる１組のボール群で構成され、
前記ボールは、列ごとに径が異なることを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
ねじ軸にナットを２個以上直列に配列し、かつ全体の列数が２列以上であるボールねじにおいて、直列に接続したナットを１個のナットとみなし、
前記ボール列は、多数のボールからなる１組のボール群で構成され、
前記ボールは、列ごとに径が異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、直動アクチュエータ等で可動部を移動させる送りねじとして用いられるボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
直動アクチュエータ等の各種機械における可動部を直線移動させる伝動機構として、モータ等の回転運動を直線運動に変えて可動部を駆動するボールねじが知られている。このボールねじは、ねじ軸とナットの雄ねじと雌ねじの間に鋼球で構成されるボールを挿入したねじによる伝動機構である。このボールをねじ軸とナット間に挿入することにより回転運動を直線運動に変換する効率をよくしたものである。雄ねじと雌ねじの間に挿入されたボールはねじ溝に沿って転がりながら移動することから、ねじ軸の回りを１回以上巻回させて循環させる１組のボール群からなるボール列を備えている。このボール列を複数設けたボールねじも公知である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１０２１０９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のボールねじにおいては、ナットのリードとねじ軸のリードが異なる場合、アキシャル荷重を受けたときに、負荷を受けるボール、負荷を受けないボール、あるいはわずかにしか負荷を受けないボールが発生する。このようにボールへの負荷分布が不均一な場合、ねじ軸又はナットの各ねじ溝表面の早期剥離を引き起こし、振動や異音の原因となるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みて、ボールへの負荷分布の偏りを抑制し、長寿命化を図ったボールねじを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の本発明のボールねじは、ボール列を２列以上有し、前記ボール列は、多数のボールからなる１組のボール群で構成され、前記ボールは、列ごとに径が異なる。
【０００７】
第２の本発明のボールねじは、ねじ軸にナットを２個以上直列に配列し、かつ全体の列数が２列以上であり、直列に接続したナットを１個のナットとみなし、前記ボール列は、多数のボールからなる１組のボール群で構成され、前記ボールは、列ごとに径が異なる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のボールねじは、ボールねじの内部の負荷分布の不均一を緩和し、応力集中を緩和させたので、繰り返し加わる負荷からの疲労による破損を遅らせ、ボールねじの寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態のボールねじの説明図である。
【図２】ナットのリード、ねじ軸のリード、接触角、荷重の関係を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態のボールねじの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は第１の実施形態のボールねじの説明図である。符号１はボールねじのねじ軸であり、該ねじ軸１には剛球からなるボール３を介してナット２が螺合している。ねじ軸の回りを循環する１組のボール群によって形成されるボール列が、この実施形態では２列４ａ、４ｂを有するボールねじの例を示している。本実施形態においては、多数のボール３からなる１組のボール群で構成された各ボール列４ａ、４ｂは、ねじ軸１の回りを３．５回巻して、チューブ５ａ、５ｂを介して元の位置に戻るように構成され、各ボール３はねじ軸１とナット２の雄ねじと雌ねじの溝内を循環するように形成されている。
【００１１】
上述した構成は、従来の２列のボール列を備えたボールねじの構成と同一であるが、本発明において相違する点は、ボールねじ内部の負荷分布の不均一を緩和するように、各列のボール径を変化させている点である。この図１に示す実施形態では、複数のボール列のボール径がそれぞれ異なる点である。図面左側のボール列４ａのボール３の径が、図面右側のボール列４ｂのボール３の径と異なるように形成されている。
【００１２】
安価で非研削仕上げの転造または切削ナット、または、転造ねじ軸において、ナットのリードとねじ軸のリードを狙い通り等しく製造することは困難であり、このことはボールねじの寿命の低下をもたらすおそれがある。
【００１３】
ボールねじの寿命向上のために、一般的には、ボールの列の数とボールを増やし、１つのボールにかかる負荷を低下させるように構成することが多い。しかし、これはボールねじが大きくなるだけでなく、ナットのリードがねじ軸のリードと一致しなければ（リード誤差）、ボールの数を増やしても、程度によっては負荷を受けるボールの数は一定のままで増えず、負荷が分散しないなどの問題点がある。この点、本実施形態によれば、ボールねじの大きさを変えずに、ボールねじの寿命向上を実現することができる。
【００１４】
本実施形態では、図２に示すように、ナットが受けるアキシャル荷重Ｆａにより溝６に接触するボール３ａと溝６に接触しないボール３ｂが存在する。この場合、ナットのリードＬａ、ねじ軸のリードＬｂ、ボール３の接触角α、および（不図示の）隣り合うボール列（ボール循環路）が何巻分離れているか（ここではｃ巻分とする）により、隣り合うボール３ａ、３ｂ列の玉径差を決定する。Ｌａ−Ｌｂ＞０の場合、隣り合うボール列のうち、ナットが受けるアキシャル荷重Ｆa向きの先側の回路の玉径が、相対的にｃ×（Ｌａ−Ｌｂ）／ｓｉｎαだけ小さくなるように形成する。Ｌａ−Ｌｂ＜０の場合、隣り合うボール列のうち、ナットが受けるアキシャル荷重向きの先側の回路の玉径が、前記玉径を相対的にｃ×（Ｌａ−Ｌｂ）／ｓｉｎαだけ大きくなるように形成する。このようにボール列ごとにボール径を変えることにより、リード誤差による負荷分布の偏りを抑制し、低コストでありながら、製造時に高い精度が得られない場合でも、高い耐久性を備えたボールねじを得ることができる。
【００１５】
なお、本実施形態のボールねじは、両方向から同等のアキシャル荷重を受けるボールねじには適用できない。想定の逆方向からアキシャル荷重を受ける際に、大きな負荷分布の偏りを生じるためである。
【００１６】
また、本実施形態のボールねじでは、全てのボール列４ａのボール３の径を変えなくてもよい。例えば、４列有するボールねじであれば、２列ごとにボール３の径を変えることも可能である。このとき、リード誤差により大きな負荷を受けるボール列には相対的に小さいボールを入れ、リード誤差による負荷を受けない、あるいはわずかにしか負荷を受けないボール列には相対的に大きなボールを入れるとよい。
【００１７】
また、本実施形態のボールねじは、軸回転ナット移動、ナット回転軸移動のどちらの用途でも適用可能である。
【００１８】
また、本実施形態のボールねじは、常に一定方向のアキシャル荷重に比べて、逆方向のアキシャル荷重が軽微である場合には適用可能である。
【００１９】
ボールねじは、ねじ軸１又はナット２のどちらか一方をモータ等の駆動源に接続し、他方を被駆動体に連結し、回転運動を直線運動に変えて被駆動体を直線移動させるものである。例えば、ねじ軸１をモータ等の駆動源に接続し、ナット２を被駆動体に連結し、ねじ軸１を回転させることによってナット２を直線移動させて被駆動体を直線移動させる。又は逆に、モータ等の駆動源をナット２に接続し、ねじ軸１に被駆動体を連結して、ナット２を回転させることによりねじ軸１及び被駆動体を直線移動させる。このように、回転運動を直線運動に変換する伝動機構として用いられる。又、直線運動を回転運動に変換する機構としても利用される。
【００２０】
以上のように回転運動を直線運動に変換して力を伝達するものであるから、従来のボールねじでは、ボールねじ内の負荷分布の不均一が生じ、ねじ軸１やナット２の一部の領域に集中応力が加わることを意味する。そのため、長期間ボールねじを使用していると、ねじ軸１とナット２の相対移動区間領域（相対移動のストローク範囲）において、ねじ軸１、ナット２が繰り返し負荷による疲労により破損し、ボールねじの寿命を短くするという問題がある。
【００２１】
そこで、本実施形態では、直列に連接されるボール列のボール３の径を変化させることにより、負荷分布の不均一を緩和するようにした。この第１の実施形態においては、ナット２のボール列４ａ、４ｂのボール３の径を違えることにより、ねじ軸１、ナット２に対する集中応力を少なくし、ねじ軸１、ナット２の内部応力の不均一を緩和解消させるようにした。ボールねじ内部の負荷分布の不均一を緩和させ、集中応力が生じないようにしたことにより、長期間のボールねじの使用によって生じる、ねじ軸１及びナット２の繰り返し応力による疲労からの破損を極力防止し、ボールねじの寿命を延ばすことができる。
【００２２】
なお、図１に示した第１の実施形態ではボール列が２列のボールねじの例であるが、さらにボール列を多いものでも本発明は適用できるものである。すなわちボール列が３列以上のボールねじにおいても、ボールねじ内部の負荷分布の不均一を緩和するように各列のボール径を変化させる。この場合も、直列に配置されるボール列のボール３の径を異ならせることによって、ボールねじの内部の負荷分布の不均一を緩和させてボールねじの寿命を延長させることができる。
【００２３】
図３は、第２の実施形態のボールねじの説明図である。この第２の実施形態では、２つのナット２ａ、２ｂを連結し最終的には１つのナット２として作用するボールねじを構成した例を示している。２つのナット２ａ、２ｂが連結され１つのナット２とされ、ねじ軸１に螺合している。各ナット２ａ、２ｂにはそれぞれ２列のボール列４ａ、４ｂを備えている。この第２の実施形態も、第１の実施形態と同様に、各ボール列４ａ、４ｂはねじ軸１の回りを３．５巻回し、チューブ５ａ、５ｂで元の位置に戻り巡回する多数のボール３で構成される１組のボール群によって構成されている。
【００２４】
この実施形態においても、ボールねじ内部の負荷分布の不均一を緩和するように各列のボール径を変化させる。そのために、直列に配置されるボール列のボール３の径が互いに異なるように形成している。すなわち、リード誤差により大きな負荷を受けるボール列には相対的に小さいボールを入れ、リード誤差による負荷を受けない、あるいはわずかにしか負荷を受けないボール列には相対的に大きなボールを入れるとよい。これにより、第１の実施形態と同様に、ねじ軸１及びナット２に生じる内部応力の不均一を緩和し、負荷分布が均一となるようにした。よって、この第２の実施形態においても、軸方向の力がねじ軸１とナット２が螺合する全領域において均一になるように、内部応力の均一化を図り、負荷分布の不均一を緩和させることにより、疲労によるボールねじの破損を極力防止して、ボールねじの寿命を延ばすようにした。
【００２５】
なお、この第２の実施形態では２つのナット２ａ、２ｂを連結して１つのナット２として作用させたが、さらに連結するナットの数を増加させてもよいものである。その場合においても、直列に配置されるボール列のボール３の径を列ごとに異なるように形成すればよいものである。
【００２６】
又、１列のボール列を有するナットを設け、この１列のボール列のナットを多数連結するナットの両端に配置し、この１列のボール列のナットのボールの径を他のナットのボール列のボールの径と異なるように形成しておくようにすれば、複数のナットを連結して１つのナットとして作用させる場合におけるボールねじにおいて、簡単にボールねじ軸の内部の負荷分布の不均一を緩和させることができる。
【００２７】
上述した各実施形態では、ボール列のボールの径を変えることによって、ボールねじの内部の負荷分布を緩和させ、ボールねじの寿命を延ばすようにしたものであるが、ねじ軸及びナットの材質や形状を選択し、ねじ軸とナットの軸方向の剛性を一致させることによって、ボールねじの内部の負荷分布を均一にするようにすることもできる。ナットはねじ軸に比べ外形が大きく、剛性が高い、その結果、ボールねじの内部応力が不均一となるという問題がある。
【００２８】
そこで、ねじ軸及びナットの材質、形状を選択することによって、ねじ軸とナットの軸方向の剛性を一致させれば、ねじ軸かナットのどちらかの回転により他方を直線移動させるために軸方向に力が加わったとき、ねじ軸もナットも同じようにたわみ、結果的にねじ軸とナットがボールを介して螺合する全領域において、均一に負荷が加わり、内部応力も均一化され負荷分布は均一となる。その結果、集中応力の発生がないから、疲労による破損の発生が遅くなり、ボールねじの寿命を延ばすことができる。
【００２９】
ねじ軸に対して軸方向に１ピッチ当たり所定負荷が加わるように力を加え、そのときの１ピッチ当たりの変位量と、ナットに対して軸方向に１ピッチ当たり所定負荷が加わるように力を加え、そのときの１ピッチ当たりの変位量を求め、量変位量が概略一致するようにねじ軸及びナットの材質や形状を選択設計する。
【００３０】
又、ねじ軸とナットを同じ材料で形成し、ねじ軸の軸心に対して垂直方向に切断したときのねじ軸及びナットの断面の面積が一致するようにねじ軸、及びナットを設計する。断面積が一致すれば、ねじ軸及びナットに加わる軸方向の力によって均等にたわみ、ねじ軸とナットがボールを介して螺合する全領域に渡って均一な応力が発生することになり、ボールねじの負荷分布は均一となり、ボールねじの寿命を延ばすことができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  ねじ軸
２  ナット
２ａ、２ｂ  ナット
３  ボール
４ａ、４ｂ  ボール列
５ａ、５ｂ  チューブ
６  溝
α  接触角
【図１】
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【図２】
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【図３】
2017089661.tif 000005