JP2000130542A - 多条ボールねじ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】有効巻き数を軸方向に増やす代わりに、ボール
ねじのねじ溝を多条ねじ化することで、ナット全長を長
くすることなく、負荷容量及び剛性を増大させた多条ボ
ールねじを提供する。 【解決手段】多条ねじからなる複数条のボールねじ溝に
対応する各ボール循環部４を、ナットの円周方向に等分
に配置した。これにより、ナット２内の付加荷重のバラ
ンスを良好に保つことができ、その結果、ナット２の全
長を長くすることなく、ボールねじの負荷容量，剛性の
向上が達成できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リードがピッチの
２以上の整数倍に等しい多条ねじからなる多条ボールね
じに関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】図５に、
従来のダブルナット式の１条ボールねじの一例を示す。
図６は、そのナット構造の一部を断面で示したものであ
る。

【０００３】ボールねじは、図５，図６に示すように、
ねじ軸１を回すと、点Ａの位置にある鋼球（ボール）３
が、ねじ溝１ａを有するねじ軸１とナット２との間にか
み込まれてその間を転がりながら進行し、通常の場合、
ねじ溝を１回半，２回半，又は３回半回って、点Ｂでリ
ターンチューブ４に入り、同チューブ内を通って再び点
Ａに戻る循環運動を行う構造になっている。ボール３は
ねじ軸１とナット２との間に総玉形式で多数充填されて
いる。従来、ボールねじの負荷容量，剛性を大きくする
には、軸方向にねじの有効巻き数を増やす、ボール
の径を大きくする、ボールをセラミックス製にする等
のいずれか、もしくはそれらを組み合わせた手段がとら
れている。，は通常は鋼製のボールの大きさ又は材
質を変えて対応するのに対し、はねじの巻き数を変え
て対応している。

【０００４】しかしながら、軸方向に有効巻き数を増や
した場合、次のような問題点が生じる。

【０００５】（１）ナット２全長が長くなるため、ボー
ルねじとしての有効ストロークが短くなってしまう。
（２）また、ナット全長が長くなると、ナットのねじ溝
の研削が難しくなるため、ねじ溝の形状も悪くなる傾向
がある。（３）負荷を受けることができない循環回路側
（リターンチューブ４側）の巻き数が多くなり、全体と
してボールの負荷バランスが悪くなる。

【０００６】また、のボールの径を大きくすることで
対応した場合は、ナット外径が増加し、騒音も増大する
という問題がある。

【０００７】のセラミックス製のボールにした場合
は、コスト高になる。

【０００８】本発明は、リードがピッチに等しい一条ね
じからなる従来のボールねじの負荷容量・剛性の増大に
伴う問題点に着目してなされたもので、有効巻き数を軸
方向に増やす代わりに、ボールねじのねじ溝を多条ねじ
化すると共にナット内の付加荷重のバランスを保つこと
で、ナット全長を長くすることなく、負荷容量及び剛性
を増大させ且つ長寿命の多条ボールねじを提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に係る本発明は、多条ねじからなる複数条
のボールねじ溝に対応する各ボール循環部を、ナットの
円周方向に等分に配置したことを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１１】図１は、３条ねじを備えたダブルナット方
式の多条ボールねじの外形図で（ａ）は平面図、（ｂ）
は正面図である。ねじ軸１の外面に形成されているねじ
１ａは、リードがピッチの３倍に等しい３条ねじであ
る。このねじ軸１に、直列に連結した２個のナット２
Ａ，２Ｂが、図示されないボールを介して取り付けられ
ている。

【００１２】各ナット２Ａ，２Ｂの内周にはそれぞれ、
図示されない３条ねじのねじ溝が、ねじ軸１の３条ねじ
のねじ１ａに対応して設けてあり、それらの各ねじ溝に
ボール循環部としてのリターンチューブ４が装着されて
チューブ押さえ５で固定されている。しかして、それら
のリターンチューブ４の配置は、各ナット２Ａ，２Ｂの
円周を３等分した位置にしてある。

【００１３】３条ねじとすることで、有効巻き数を増や
して定格荷重，剛性とも大幅に増大させることができ
る。なお、３条ねじの場合、ボール間ピッチが１条ねじ
の場合の１／３に小さくなるから、それに合わせて最適
なボール径を選定するが、ボール径を小さくできること
から、ナット２Ａ，２Ｂの外径を小さくできてコンパク
ト化される。且つボールねじの低騒音化にも有効であ
る。

【００１４】また、３条ねじからなるナットのそれぞれ
のねじ溝内のボールのリターンチューブ４を円周等分に
配置したことにより、ナット２内におけるボールの負荷
バランスが極めて良好となり、その結果高負荷での長寿
命化が実現できる。

【００１５】図２は、ボールねじの条数の違いによるナ
ット内ボールの負荷分布の違いを理論解析し、一般的な
１条ボールねじと本発明の３条ボールねじとで比較検討
した例を示したものである。図示のグラフの横軸には、
ナット内におけるボールの軸方向の位置をとり、縦軸に
は、１個，１個のボールが受ける荷重の大きさをとって
いる。比較したボールねじの諸元は次のとおりであっ
た。

【００１６】 ねじ軸外径：直径４５ｍｍ リード ：３２ｍｍ ボール径 ：６．３５０ｍｍ 荷重条件 ：軸方向荷重のみ負荷した。１条ねじ，３条
ねじ両者のナット内のボール１個当たりの平均荷重は同
一となるようにした。

【００１７】図２から、１個，１個のボールがナット内
で受ける荷重は、１条ねじの場合、大幅に変動している
のに対して、３条ねじではナットのどの位置においても
一定の荷重を受けており、ナット内の付加荷重のバラン
スが良いことがわかる。これにより、ボールねじの長寿
命化が得られる。

【００１８】一般に、ボールねじにおける軸方向荷重に
対する弾性変位量を小さくして剛性をあげるために、ボ
ールねじに予圧を付与する手段がとられる。本発明の多
条ボールねじにおいても剛性増大手段として予圧を付与
することができる。

【００１９】すなわち、ダブルナットの場合は、２個の
ナット２Ａ，２Ｂの間に間座７を挿入して予圧を与え
る。その場合、予圧量だけ厚い間座７を用いるいわゆる
「引張り予圧」、予圧量だけ薄い間座７を用いるいわゆ
る「圧縮予圧」のいずれの方式でも利用可能である。

【００２０】しかして、図３のシングルナットの３条ね
じの場合は、図４に示すようなＡ，Ｂ，Ｃ三種類の形式
の予圧付加方式が可能である。

【００２１】図４（ａ）の形式Ａは、ナット２内の３条
のねじ溝（リード３０ｍｍ，ピッチ１０ｍｍ）の全て
に、ねじ溝空間よりわずかに大きいボール（オーバサイ
ズボール）３を挿入して、ボール３をねじ溝面に４点接
触させるようにした、いわゆるオーバーサイズボール予
圧（Ｐ予圧）と呼ばれる方式とした例である。負荷容
量，剛性とも理論上は大きくなるが、４点接触のために
ボール３と溝面間の滑り率が大きくなり、摩擦トルクが
大きくなるから、大予圧荷重には向かず、軽予圧に適し
ている。

【００２２】図４（ｂ）の形式Ｂは、ナットのリードを
予圧量だけシフトさせて予圧を与えるいわゆるオフセッ
トリード予圧（Ｚ予圧））と呼ばれる方式と上記の「Ｐ
予圧」方式とを組み合わせた例である。即ち、３条ねじ
のうちの１条（この場合３条目）をＰ予圧、他の２条
（この場合１条目と２条目）でＺ予圧としている。Ｚ予
圧部分は２点接触であるので、ねじ溝の曲率半径Ｒとボ
ール径Ｄとの比（Ｒ／Ｄ）を５０％に近づけ負荷容量，
剛性の増大を達成できる。

【００２３】図４（ｃ）の形式Ｃは、１条目と２条目で
ピッチをオフセットして予圧を付与する方式とした例で
ある。この場合は、負荷容量，剛性に方向性が生じるた
め、例えばマシニングセンタの縦軸のように、荷重方向
がどちらかに偏った使い方に適している。

【００２４】（実施例）表１に、本発明の一実施例であ
る図１の３条ボールねじの諸元データを、図５に示す比
較例としての従来の１条ボールねじのデータと比較して
示す。

【００２５】

【表１】 この結果から、本発明の多条ボールねじは、１条ボール
ねじにくらべて、ナットの直径が小さく、コンパクトに
なっており、また、ナット全長は等しい（２４９ｍｍ）
にもかかわらず、負荷容量，剛性とも大きく増大してい
る。

【００２６】さらに、同一荷重条件下での剥離寿命が８
倍以上と遙に長寿命になっていることがわかる。

【００２７】なお、上記の実施の形態では、３条ねじと
したものについて説明したが、これに限らず、本発明は
リードがピッチの２以上の整数倍に等しい全ての多条ね
じに適用可能である。

【００２８】また、ボール循環部がリターンチューブ式
のものを説明したが、循環駒式，エドキャップ式，ガイ
ドプレート式などのような他の形式のボール循環部を有
するものにも適用できる。

【００２９】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１に係る
本発明によれば、多条ねじからなる複数条のボールねじ
溝に対応する各ボール循環部を、ナットの円周方向に等
分に配置したことにより、有効回路を増やすことがで
き、またナット内の付加荷重のバランスを良好に保つこ
とができる。その結果、ナット全長を長くすることな
く、ボールねじの負荷容量，剛性の向上並びに長寿命化
が達成できるという効果を奏する。

【００３０】また、多条ねじのピッチを調整することに
より、使用方法に適した予圧付加方式が採用できるとい
う効果を奏する。

【００３１】また、同じ性能を有するボールねじを、コ
ンパクトなナットで達成できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多条ボールねじ（ダブルナット）
の一例を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図であ
る。

【図２】条数の違いによるナット内ボールの負荷分布の
状態を示すグラフである。

【図３】本発明に係るシングルナットの３条ボールねじ
を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

【図４】多条ねじにおける三種類の予圧形式の説明図で
ある。

【図５】従来のダブルナット式１条ボールねじを示す、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

【図６】従来の１条ボールねじのボール循環部を断面で
示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ねじ軸 １ａ （ねじ軸の）ねじ溝 ２ ナット ２Ａ ナット ２Ｂ ナット ４ ボール循環部（リターンチューブ） ７ 間座

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多条ねじからなる複数条のボールねじ溝
   に対応する各ボール循環部を、ナットの円周方向に等分
   に配置したことを特徴とする多条ボールねじ。