JP2000320637A

JP2000320637A - ボールねじ

Info

Publication number: JP2000320637A
Application number: JP11128942A
Authority: JP
Inventors: Mizuho Ninomiya; 瑞穂二宮; Daisuke Maruyama; 大介丸山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2000-11-24
Anticipated expiration: 2019-05-10
Also published as: DE10022715B4; JP3714026B2; US6397697B1; DE10022715A1

Abstract

(57)【要約】【課題】各循環路間の円周方向の位相を互いにずらすこ
とによって発生する軸心に直交する面周りのモーメント
による軸方向に沿った負荷分布のばらつきを低減する。【解決手段】４回路の循環路が軸方向に配列するボール
ねじである。第１及び第４回路Ａ１，Ａ４の循環チュー
ブ４の取付け位置に対して、第２及び第３回路Ａ２，Ａ
３の循環チューブ４の取付け位置を円周方向に１８０度
反転した位置に設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転運動と直線運
動との変換を行うボールねじに係わり、特に高荷重負荷
用途に使用されるボールねじの改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数回路の循環路を有するボール
ねじ、例えばリターンチューブ循環方式などにあって
は、加工工程を少なくするなどの目的から、すべての循
環路の円周方向の位相が同一となるように全循環路を配
列させるのが一般的である。また、循環こま式ボールね
じなどの場合には、その循環路の回路数をｎとすると、
円周方向に（１／ｎ）回転又は（２／ｎ）回転等の等位
相間隔の位相差をとって同一回転方向に順番に位相をず
らしながら軸方向に沿って複数の循環路を配列するのが
一般的である。

【０００３】そして、ボールねじの選定に際しては、荷
重などの使用条件に応じた負荷能力を確保するために、
当該使用条件に十分耐えうるだけの軸径のボールねじを
選定したり、ボールナットの回路数を増やすことでボー
ルの数を増やしたり、ボールねじ溝のリードを大きくす
ることでボール径を大きくしたりするなどの対処を行っ
ている。

【０００４】これに対して、ボールねじの負荷分布を均
一化し、特定位置のボールに生じやすい応力集中を緩和
することによって、ボールねじのサイズを大きくするこ
となく、コンパクトで高い負荷能力を有するボールねじ
を提供することを目的として、特開平１０−１５３２４
５号公報に記載の発明が提案されている。この発明は、
複数回路の循環路を持ち且つすべての循環路の円周方向
の位相が同一となるように設定したリターンチューブ循
環方式などのボールねじでは、軸方向荷重が加わった場
合に、荷重を受ける有効ボールの配列が円周方向に均一
にならず、そのアンバランスが比較的大きいために、一
部のボール、すなわち有効ボールの数が少ない位相の有
効ボール部分に高負荷が掛かることになることに着目し
たもので、循環路が３回路以上のリターンチューブ循環
方式などのボールねじについて、そのうちの少なくとも
１回路の位相を他の循環路に対して円周方向に１８０度
反転させることで、円周方向の負荷分布のばらつきを平
均化するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、すべて
の循環路の円周方向の位相が同一となるように配列され
たリターンチューブ循環方式などのボールねじに軸方向
荷重が加わった場合には、荷重を受ける有効ボールの配
列が円周方向で均一ではなく、そのアンバランスが比較
的大きいことから、一部のボール、すなわち有効ボール
の数が少ない位相の有効ボール部分に高負荷が掛かるこ
とになる。

【０００６】これに対して、特開平１０−１５３２４５
号公報に記載されているように、循環路の一部の回路の
円周方向の位相を他の循環路に対し１８０度反転させる
ことで、円周方向のみに着目すると荷重を受ける有効ボ
ールの配列が均一に近づき、そのアンバランスが小さく
なるため、その意味では負荷分布のばらつき低減に有効
な対策となる。

【０００７】しかしながら、その循環路の配列の仕方に
よっては、軸心に対しボールの少ない部分（負荷が大き
い部分）が互いに対角方向の位置に存在することにな
り、その対角の配置によって軸芯に直交する面周りのモ
ーメントが発生し、この面周りのモーメントによって軸
方向に沿った負荷分布のばらつきが大きくなる。例え
ば、隣り合う循環路の位相が互いに１８０度反転してい
る部分が１個所しかない場合には、その反転部を境とし
て、ボールの少ない部分（負荷が大きい部分）が軸心に
対し互いに対角位置に存在することになり、そのために
発生する軸芯に直交する面周りのモーメントの存在で、
軸方向に沿った負荷分布のばらつきが大きくなる。

【０００８】一方、循環路が３回路以上であり、その回
路数をｎとすると、（１／ｎ）回転や（２／ｎ）回転な
どの等位相間隔の位相差で回路が配置されて戻り路が螺
旋状に配置される循環こま式などのボールねじにあって
は、上記全循環路は、軸方向からみて戻り路が軸心を中
心として対称に配置される関係から、円周方向の負荷分
布のばらつき低減には有利である。

【０００９】しかしながら、軸方向に沿った循環路の配
列が円周方向に等間隔位相づつ同一回転方向にずれて螺
旋状に配置されるために、全循環路の軸方向中心点を中
心とした点対称に配置されていることから、上記説明し
た隣り合う回路の位相が互いに１８０度反転している部
分が１個所しかない場合に似た、軸心に直交する面周り
のモーメントが発生する。このため、隣り合う循環路間
の全てについて円周方向に等間隔の位相差を持って回路
を配置することで生じる、軸心に直交する面周りのモー
メントのバランスが悪い。

【００１０】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、各循環路間の円周方向の位相を互いに
ずらすことによって発生する軸心に直交する面周りのモ
ーメントによる負荷分布のばらつきを低減することが可
能なボールねじを提供することを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のうち請求項１に記載したボールねじは、外
面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボール
ねじ溝に対向するボールねじ溝を内面に有する少なくと
も１つのボールナットと、該ボールナットのボールねじ
溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とによって形成された螺
旋状通路と、該螺旋状通路内を循環する多数のボール
と、ボールナットに設けられて上記多数のボールを循環
させるための戻り路とを備え、上記螺旋状通路と戻り路
とから形成される循環路が軸方向に沿って３回路以上配
列したボールねじにおいて、上記複数の循環路の円周方
向の位相について、隣り合う循環路の位相が互いに１８
０度反転する部分を少なくとも２個所設けたことを特徴
とするものである。

【００１２】本発明によれば、循環路の一部を他の循環
路に対して１８０度反転することで円周方向の負荷分布
のばらつきが改善されると共に、１８０度反転する箇所
を２カ所以上とすることで循環路同士の円周方向の位相
を違えることによる軸心に直交する面周りのモーメント
によって生じる軸方向の負荷分布のばらつきが改善され
る。

【００１３】以下に、上記１８０度反転する箇所を２カ
所以上とすることで、負荷分布のバランスが改善される
理由について説明する。上記隣り合う循環路の位相につ
いて互いに１８０度反転する箇所が１カ所の場合には、
円周方向に沿ったボールの少ない部分（負荷が大きい部
分）が軸心に対し対角な位置に存在し、それが軸心に直
交する面周りのモーメントとなる。この面周りのモーメ
ントは上記循環路間の位相を１８０度反転した数だけ生
じる。しかし、隣合うモーメント同士は、上記対角の向
きが反対となることから、互いに反対向きのモーメント
となって、互いに相殺若しくは低減し合う関係となる。
このように、位相の反転箇所を２カ所以上設けること
で、隣り合う循環路間に円周方向の位相差を設けること
によって生じる上記モーメントのバランスが改善され
て、当該モーメントによる軸方向の負荷分布のばらつき
が低減する。

【００１４】このとき、相殺し合うモーメント同士が対
を構成するように、反対向きのモーメントの数が互いに
等しく、上記１８０度反転する箇所を、偶数箇所（特に
2 ヶ所）に設定することが望ましい。次に、請求項２に
記載したボールねじは、外面にボールねじ溝を有するね
じ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ
溝を内面に有する少なくとも１つのボールナットと、該
ボールナットのボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ
溝とによって形成された螺旋状通路と、該螺旋状通路内
を循環する多数のボールと、ボールナットに設けられて
上記多数のボールを循環させるための戻り路とを備え、
上記螺旋状通路と戻り路とから形成される循環路が軸方
向に沿って３回路以上配列し、隣り合う循環路間の一部
若しくは全部について円周方向に位相差が設定されてい
るボールねじにおいて、上記複数の循環路全体の軸方向
中央若しくはその近傍を通り軸心に直交する面に対して
面対称若しくは略面対称に上記複数の循環路を配置した
ことを特徴とするものである。

【００１５】なお、円周方向の負荷分布のばらつきを抑
えるために、上記円周方向の位相差を１８０度に設定し
たり、（ｍ／回路数：ｍ＝整数）などの等位相間隔に円
周方向位相差を設定して、軸方向からみて全循環路の戻
り路の配置が軸心を中心に対称となっていることが好ま
しい。本発明によれば、循環路間の一部又は全部に円周
方向の位相差があるために軸心に直交する面周りのモー
メントが存在していても、上記位相差の関係が軸方向中
央を境に面対称となっていることから、当該軸方向中央
を境に、軸方向両側に反対向き且つ同じ大きさのモーメ
ントが対をなして存在する。この結果、対をなすモーメ
ント同士が互いに相殺し合うことで、３回路以上の循環
路の配置に起因して生じる軸心に直交する面周りのモー
メントがバランスして当該モーメントによる軸方向の負
荷分布のばらつきが小さくなる。

【００１６】例えば、隣り合う循環路の一部に１８０度
の位相差を設ける仕様のボールねじに対し本発明を適用
した場合には、１８０度位相が反転する箇所が偶数箇所
存在し且つ複数の循環路全体の軸方向中央を境に対称に
配置された状態となる。次に、請求項３に記載したボー
ルねじは、外面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ね
じ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を内面に有
する少なくとも１つのボールナットと、該ボールナット
のボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とによって
形成された螺旋状通路と、該螺旋状通路内を循環する多
数のボールと、ボールナットに設けられて上記多数のボ
ールを循環させるための戻り路とを備え、上記螺旋状通
路と戻り路とから形成される循環路が軸方向に沿って３
回路以上配列し、隣り合う循環路間の全部について円周
方向に等位相間隔の位相差が設定されているボールねじ
について、上記隣り合う循環路間の少なくとも一個所に
ついて、その円周方向の位相間隔を上記等位相間隔から
オフセットさせたことを特徴とするものである。

【００１７】本発明によれば、循環こま式などのボール
ねじのように、循環路が３回路以上であり、その回路数
をｎとすると、（１／ｎ）回転や（２／ｎ）回転などの
等位相間隔の位相差で回路が配置されることで、円周方
向の負荷分布のばらつきが抑えられている場合に、少な
くとも一個所の位相間隔を変更する（等位相間隔からオ
フセットさせる）ことによって、軸心に直交する面周り
のモーメントのバランスが改善され、当該モーメントに
よる軸方向の負荷分布のばらつきを低減可能となる。

【００１８】上記オフセット量は、モーメント方向のバ
ランスを改善するための解析を行い、その結果にしたが
って決定すればよい。なお、一部の循環路間の位相間隔
の大きさを変えても、軸方向からみて軸心を中心に対称
となるように全循環路の戻り路が配置されるように位相
を設定することが好ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の第１の実施形態に
ついて図面を参照しつつ説明する。なお、リターンチュ
ーブ循環方式のボールねじを例に挙げて説明するが、こ
れに限定されず、こま循環方式、ガイドプレート循環方
式など他の循環方式のボールねじであっても適用可能で
ある。

【００２０】本実施形態のボールねじは、図１に示すよ
うに、ねじ軸１の外周に複数のボールを介してボールナ
ット２が螺合し、当該ねじ軸１又はボールナット２の一
方が相対回転することで、ボールナット２がねじ軸１に
対して相対的に直線運動を行う。すなわち、概略構成図
である図２に示すように、ねじ軸１の外周面には、雌ね
じ状のボールねじ溝１ａが設けられ、また、ボールナッ
ト２の内周面にも、上記ねじ軸１のボールねじ溝１ａに
径方向で対向する位置に雌ねじ状のボールねじ溝２ａが
設けられる。その両ボールねじ溝１ａ，２ａによって形
成される螺旋状通路内に複数のボール３（図２では斜線
で表している）が介挿され、そのボール３は、両ボール
ねじ溝１ａ、２ａに沿って転動し、循環チューブ４から
なる戻り路を通じて戻されることで循環する。

【００２１】本実施形態のボールねじは、４回路の循環
路が軸方向に沿って配列するボールねじである。すなわ
ち、上記ボールナット２のボールねじ溝２ａは、上記図
２に示すように、軸方向に沿って４つの区画に分けら
れ、各区画におけるボールねじ溝２ａの両端部が、それ
ぞれ循環チューブ４によって連結されることで、４回路
の循環路が形成される。

【００２２】なお、説明の便宜上、上記循環路は、図１
及び図２における左側から第１回路Ａ１、第２回路Ａ
２、第３回路Ａ３、及び第４回路Ａ４と呼ぶ。本実施形
態では、第１及び第４回路Ａ１，Ａ４の循環チューブ４
の取付け位置に対して、図１に示すように、第２及び第
３回路Ａ２，Ａ３の循環チューブ４の取付け位置を円周
方向に１８０度反転した位置に設けている。

【００２３】これによって、隣り合う循環路である第１
回路Ａ１の位相と第２回路Ａ２の位相とが互いに円周方
向に１８０度反転し、且つ第３回路Ａ３の位相と第４回
路Ａ４の位相とが互いに円周方向に１８０度反転するこ
とで、隣り合う回路の位相が互いに円周方向に１８０度
反転する箇所が２カ所設けられる。さらに、第２回路Ａ
２と第３回路Ａ３とが同位相になっていることから、４
つの回路全体の軸方向中央（第２回路と第３回路の間）
を通り軸心Ｓに直交する面Ｆに対して、４つの回路Ａ１
〜Ａ４の配置が面対称に設定される。

【００２４】次に、上記構成ボールねじの作用効果等に
ついて説明する。第１回路Ａ１及び第４回路Ａ４の循環
チューブ４の取付け位置に対し、第２及び第３回路Ａ
２、Ａ３の循環チューブ４の取付け位置が、円周方向に
１８０度反転していることから、円周方向における第１
回路Ａ１及び第４回路Ａ４での有効ボール数が少ない部
分と、第２及び第３回路Ａ２，Ａ４での有効ボール数が
少ない部分とが円周方向で重なることが回避される。つ
まり、円周方向における無負荷圏（ボール３が存在しな
い部分）が分散することで、円周方向での各有効ボール
３に対する負荷分布のばらつきが抑えられる。

【００２５】ここで、各循環路のボール３は、順次両ボ
ールねじ溝１ａ、２ａから循環チューブ４に掬い上げら
れてチューブ４内を通って循環するので、ボールナット
２と対向するねじ軸１の軌道上にはボール３がない部分
が存在する。これが円周方向の負荷分布のばらつきとな
り、有効ボール３の一部に高負荷が掛かることになる。
すなわち、ボールナット２内の各回路でのボール３の循
環は、図３に示されるように表されるが、ボールねじ溝
２ａから循環チューブ４へのボール３の掬い上げによっ
て軸方向から見ると、図４に示すような、円周方向での
β角度の範囲部分のボール数が相対的に少なくなり、そ
のβ角度の範囲内のボール３に加わる負荷が相対的に大
きくなる。上記円周方向でボール数が相対的に少なくな
る部分は、チューブ４の取付け位置によって規制される
ので、上述のように、第１及び第４回路Ａ１，Ａ４に対
して、第２及び第３回路Ａ２，Ａ３の円周方向の位相を
１８０度反転することで、上述のように円周方向の負荷
分布のばらつきが低減する。特に、本実施形態では、２
回路づつ同位相としてあるので、より有効に円周方向の
負荷分布のばらつきが低減する。

【００２６】なお、上記各回路でボール３の少ない部分
である上記β角度は、１８０度よりも小さいので、相互
に１８０度位相を反転した回路同士Ａ１，Ａ４とＡ２，
Ａ３では、互いにボール３の少ない部分が軸方向からみ
て重なることがない。また、第１回路Ａ１と第２回路Ａ
２の円周方向の位相を１８０度反転すると、軸心Ｓに対
して互いの循環チューブ４の取付け位置が対角に配置さ
れることから、軸心Ｓに直交する面周りモーメントが発
生する。同様に、第３回路Ａ３と第４回路Ａ４の円周方
向の位相を１８０度反転すると、軸心Ｓに対して互いの
循環チューブ４の取付け位置が対角に配置されることか
ら、軸心Ｓに直交する面周りモーメントが発生する。し
かしながら、上記両対角の向きが反対方向になることか
ら、上記２つのモーメントの方向が反対方向となり且つ
同一の大きさであるから、両モーメントは相殺し合い両
モーメントによる軸方向の負荷分布のばらつきが低減す
る。

【００２７】特に、本実施形態では、４つの循環路全体
の軸方向中央を通り且つ軸心Ｓに直交する面Ｆに対し面
対称に循環路を配置していることから、軸方向中央を境
として軸方向両側のバランスが最も有効に平均化して、
上記モーメントによる軸方向の負荷分布のばらつきが最
も有効に低減する。以上のように、本実施形態のボール
ねじにあっては、円周方向の負荷分布のばらつきを有効
に低減できるばかりか、軸心Ｓに直交する面周りのモー
メントによる負荷分布のばらつきも有効に低減できる。

【００２８】すなわち、各循環路間の円周方向の位相を
変更するという簡単な手段によって、ねじ軸１とボール
ナット２との間を転動する複数のボール３間の負荷分布
が均一化して、一部のボール３ヘの負荷の集中が緩和さ
れる。この結果、ボールねじのねじ軸径を大きくするこ
となく、従来よりも負荷能力が大きくなり、特に、電動
射出成形機などに使用される高負荷容量ボールねじとし
て最適である。

【００２９】このことは、ボールねじのサイズを大きく
することなく負荷能力を増大できることとなる。あるい
は、同等の負荷能力を得るためのボールねじのサイズを
小さくできることによって、対応可能な高荷重用途の幅
が拡大される。ここで、上記実施形態では、循環路が４
回路の場合を例に上げて説明したが、３回路であっても
良いし、５回路以上であっても良い。ただし、後述の実
施例に示されるように３回路よりも４回路の方が、本発
明による効果が大きいので、４回路以上のボールねじに
対して請求項１又は請求項２に係る発明を適用すること
が好ましい。

【００３０】また、本実施形態では、軸方向中央で面対
称となるように、全循環路の配置を規制しているが、軸
方向中央で面対称とすることなく、例えば、交互に隣り
合う循環路間の位相の全てを１８０度反転して当該反転
箇所を４カ所設けても良い。また、本実施形態では、隣
り合う循環路間の円周方向の位相差を１８０度としてい
るため、軸方向中央を通り軸心Ｓに直交する面Ｆに対し
て面対称と設定すれば、自動的に、隣り合う循環路間の
位相が１８０度反転する箇所が２カ所以上設定される。

【００３１】ただし、請求項２の発明に基づき、軸方向
中央を通り軸心Ｓに直交する面に対して面対称に全循環
路を配置することで、軸心Ｓに直交する面周りのモーメ
ントによるバランスを改善して当該モーメントによって
生じる軸方向の負荷分布のばらつきを低減する効果は、
隣り合う循環路間の位相差が１８０度の場合に限定され
ない。

【００３２】例えば、循環路が１２回路で、従来、同一
回転方向に隣り合う回路が円周方向に１／６回転（６０
度）の等位相間隔の位相差で配置されて循環路の戻り路
が螺旋状の配置、つまり軸方向中央を中心に点対称に配
置されていたボールねじについて、軸方向中央を通り軸
心Ｓに直交する面に対して面対称に配置することで、軸
方向中央を通り軸心Ｓに直交する面に対して上記軸心Ｓ
に直交する面周りのモーメントが対称に発生して、当該
面周りのモーメントによる軸方向の負荷分布のばらつき
が低減する。

【００３３】次に、第２実施形態について、図面を参照
しつつ説明する。なお、上記第１実施形態と同様な部品
などには同一の符号を付して説明する。また、こま循環
方式のボールねじを例に挙げて説明するが、これに限定
されず、リターンチューブ循環方式、ガイドプレート循
環方式など他の循環方式のボールねじであっても適用可
能である。

【００３４】本実施形態のボールねじは、図５に示すよ
うに、ねじ軸１の外周に複数のボールを介してボールナ
ット２が螺合し、当該ねじ軸１又はボールナット２の一
方が相対回転することで、ボールナット２がねじ軸１に
対して相対的に直線運動を行う。すなわち、概略部分構
成図である図６に示すように、ねじ軸１の外周面には、
雌ねじ状のボールねじ溝１ａが設けられ、また、ボール
ナット２の内周面にも、上記ねじ軸１のボールねじ溝１
ａに径方向で対向する位置に雌ねじ状のボールねじ溝２
ａが設けられている。その両ボールねじ溝１ａ，２ａに
よって形成される螺旋状通路内に複数のボール３が介挿
され、そのボール３は、両ボールねじ溝１ａ、２ａに沿
って転動し、こま６によって形成される戻り路を通じて
戻されることで循環する。上記こま６はボールナット２
に埋め込まれて、１リード毎にねじ軸１外周を乗り越え
てボール３を戻すものである。

【００３５】上記図５のように、循環路を１２回路とし
たもので、同一回転方向に隣り合う回路のこま６の取付
け位置が円周方向に１／６回転（６０度）の等位相間隔
の位相差で順番にずらしながら配置されて循環路の各こ
ま６位置が螺旋状に配置されている。図５などでは、こ
ま６の位置を明示するために表面に見えるこま６を黒色
としている。

【００３６】ただし、本実施形態のボールねじでは、図
５中、左側から循環路を第１，第２・・・第１２回路Ａ
１・・・Ａ１２と呼ぶとすると、本実施形態では、第６
回路Ａ６のこま６の取付け位置と第７回路Ａ７のこま６
の取付け位置との間の位相差を等位相間隔から１／２回
転（１８０度）大きくなるようにオフセットさせて位相
差を２／３回転（２４０度）に設定して上記等位相間隔
の４倍の大きさに設定してある。

【００３７】なお、参考のために、従来仕様の回路配列
のボールねじを図７に示す。次に、上記構成のボールね
じにおける作用・効果等について説明する。本実施形態
のボールねじでは、第６回路Ａ６と第７回路Ａ７との間
の位相差を、他の回路間の位相差と異ならせているが、
軸方向からみて、全回路のこま６位置が軸心Ｓに対して
対称に配置されるので、上記のようにオフセットさせて
も、円周方向の負荷分布のバランスが維持される。

【００３８】また、第６回路Ａ６と第７回路Ａ７との間
の位相差を他に比べて１／２回転（１８０度）大きくし
たので、第１〜第６回路Ａ１〜Ａ６の回路群による軸心
Ｓに直交する面周りのモーメントと、第７〜第１２回路
Ａ７〜Ａ１２の回路群による軸心Ｓに直交する面周りの
モーメントとが、回路全体の軸方向中央を境として１８
０度反転することから、両モーメントは互いに相殺しあ
い、当該モーメントによる軸方向の負荷分布のばらつき
が低減される。

【００３９】特に本実施形態では、回路全体の軸方向中
央を境とした両回路群のモーメントの大きさが等しく且
つ互いに反対向きとなるので、より有効にモーメントに
よる軸方向の負荷分布のばらつきが有効に低減する。以
上のように、本実施形態のボールねじにあっては、円周
方向の負荷分布のばらつきを有効に低減できるばかり
か、軸心Ｓに直交する面周りのモーメントによる負荷分
布のばらつきも有効に低減できる。

【００４０】すなわち、各循環路の円周方向の位相を変
更するという簡単な手段によって、ねじ軸１とボールナ
ット２との間を転動する複数のボール３間の負荷分布が
均一化し、したがって一部のボール３ヘの負荷の集中が
緩和される。この結果、ボールねじのねじ軸径を大きく
することなく、従来よりも負荷能力が大きくなる。この
ことは、ボールねじのサイズを大きくすることなく負荷
能力を増大できることとなる。あるいは、同等の負荷能
力を得るためのボールねじのサイズを小さくできること
によって、対応可能な高荷重用途の幅が拡大される。

【００４１】ここで、上記実施形態では、循環路が１２
回路の場合を例に上げて説明したが、循環路の回路数
は、３回路〜１１回路のいずれの場合であっても良い
し、１３回路以上であっても良い。また、本実施形態で
は、軸方向中央位置の回路間の位相差について他の位相
差と異なるように設定したが、他の位置の回路間の位相
差を他の位相差と異なるように設定しても良い。また、
他の回路間の位相差と異ならせる場所は１カ所に限定さ
れず、２カ所以上であっても良い。

【００４２】ただし、軸方向中心を境とした軸方向両側
のモーメント間のバランスがとれるように、全回路全体
の軸方向中央を中心に、軸方向に対称な位置の回路間に
ついて同じだけ位相差をオフセットさせることが好まし
い。この点からは、上記実施形態のように、軸方向中央
部の回路間の位相を変更することが、オフセット位置が
１カ所となり構造が簡単で且つ有効な手段となる。

【００４３】また、オフセット量も１／２回転（１８０
度）に限定されないが、上記実施形態では、オフセット
量が１／２回転（１８０度）の場合が一番有効に軸心Ｓ
に直交する面周りのモーメントによる負荷分布のばらつ
きを低減できる。要は、位相差を変更する場所が１カ所
の場合には、位相差を変更した箇所を境にした軸方向両
側の回路群による軸心Ｓに直交する面周りのモーメント
が互いに相殺し合うように上記オフセット量を設定すれ
ばよい。

【００４４】ところで、ボールねじの負荷能力を向上さ
せる方策の一つとして、回路数の増加に伴って荷重を受
ける有効ボール３の数を増やす方法があるが、それによ
ってボールナット２が長くなるため、その内面加工が困
難になることが想定される。そこで、その代わりに複数
のボールナット２を組み合わせて使用することによっ
て、全体としての負荷能力を向上させる方法も用いられ
ている。

【００４５】本発明は、そのような複数のボールナット
２を使用したボールねじにも同様に適用できる。その場
合には、複数のボールナット２を組み合わせた全体とし
て、循環路の配列が本発明に基づいていればよい。たと
えば、上記実施形態で説明したボールねじは、循環路を
１２回路とした単一のボールナット２を用いたものであ
るが、図８に示すように、循環路を６回路とした二個の
ボールナット２Ａ、２Ｂを直列に組み合わせる場合であ
っても本発明を適用することができる。その場合には、
二個のボールナット２Ａ、２Ｂの各々は、循環路が６回
路で、隣り合う回路に１／６回転の等位相間隔の位相差
を設定して全回路が配置されていることになり、その点
では従来仕様と同じであるが、二個のボールナット２の
組み合わせ方に本発明が適用されることになる。すなわ
ち、二個のボールナット２を組み合わせることによって
隣接することになる、全体として見た６回路目と７回路
目との位相間隔が、（ｍ十２／３）回転（ｍは整数）に
なるように組み合わせることによって、上記実施形態の
ボールねじとほぼ同等の効果を得ることができる。

【００４６】また、本発明はボールねじの循環路の配列
に関するものであり、リターンチューブ循環方式とか循
環こま式とかの表現は説明の便宜上用いたにすぎない。
したがって、本発明の適用範囲は、循環方式の種類によ
って限定されるものではない。

【００４７】

【実施例】［第１実施例］循環路が３回路のリターンチ
ューブ循環方式のボールねじについて、本発明に基づ
き、図９（Ａ）に示すように、３回路のうちの軸方向両
端の２回路を同一位相とし、中央に位置する回路の位相
を他の２回路に対して円周方向に１８０度反転させたも
のＡと、比較のために、図９（Ｂ）に示すように、隣接
する回路の位相が互いに１８０度反転している部分が１
個所しかないボールねじＢ、および、図９（Ｃ）に示す
ように、３回路すべての円周方向の位相が同一である従
来仕様のボールねじＣの３者Ａ、Ｂ、Ｃについて、それ
ぞれ負荷分布の状態について解析した。

【００４８】解析に用いたボールねじの仕様は、ねじ軸
径１００ｍｍ、リード２０ｍｍ、ボール径１５．８７５
ｍｍ、ボールナット外径１４９ｍｍ、循環路２．５巻３
列として、循環路の配列の仕方のみを変更した。そし
て、この同一仕様の各ボールねじのねじ軸１をそれぞれ
片持ち支持し、その片持ち支持側とは反対側のボールナ
ット２端部に軸方向荷重Ｆ１＝１５０００ｋｇｆを作用
させるとした。

【００４９】図１０に、その結果を示す。ここで、図１
０における横軸は、全循環路の軸方向中央を原点とした
軸方向の位置を示し、たて軸は、その位置に存在するボ
ール３に掛かる法線方向荷重の大きさを表わしている。
以下の実施例においても同様である。上記図１０から分
かるように、隣接する回路の位相が互いに１８０度反転
している部分が１個所しかないボールねじＢでは、従来
仕様のボールねじＣに比べて円周方向にはバランスが改
善されているため、軸方向中央付近においては負荷分布
のばらつきが比較的小さいが、軸心Ｓに直交する面周り
のモーメントによるバランスが悪くなっているので、軸
方向両端に近づくほど負荷分布のばらつきが大きくなっ
ている。

【００５０】これに対して、本発明に基づくボールねじ
Ａは、円周方向のバランスが改善されると共に、軸心Ｓ
に直交する面周りのモーメントによる負荷分布もバラン
スがとれているので、軸方向全体にわたって負荷分布の
ばらつきが改善されていることが分かる。なお、リター
ンチューブ循環方式を例に挙げたが他の循環方式でも同
様な結果が得られる。

【００５１】［実施例２］実施例１と同様に、循環路が
４回路のリターンチューブ循環方式のボールねじについ
て、上記第１実施形態に基づき、上記図１のように、４
回路のうちの軸方向両端の２回路を同一位相とし、軸方
向中央寄りの２回路の位相を他の２回路に対して円周方
向に１８０度反転させた本願発明に基づくボールねじ
Ａ、及び図１１に示すように、隣り合う回路の位相が互
いに１８０度反転している部分が３カ所有る本願発明に
基づくボールねじＡ′の各負荷分布のばらつきについて
調査した。

【００５２】比較のために、図１２（Ａ）のように、隣
り合う回路の位相が互いに１８０度反転している部分が
中央の１個所しかないボールねじＢ、および、図１２
（Ｂ）のように、４回路すべての回路の円周方向の位相
が同一である従来仕様のボールねじＣを用意し、４者
Ａ、Ａ′、Ｂ、Ｃの各負荷分布の状態について解析し
た。解析に用いたボールねじの仕様は、ねじ軸径１００
ｍｍ、リード２０ｍｍ、ボール径１５．８７５ｍｍ、ボ
ールナット外径１４９ｍｍ、循環路２．５巻４列とし
て、循環路の配列の仕方のみを変更した。そして、ボー
ルねじのねじ軸１を片持ち支持して、その片持ち支持側
とは反対側のボールナット２端部に軸方向荷重Ｆ１＝２
００００ｋｇｆを作用させるとした。

【００５３】その結果を、図１３に示す。図１３から分
かるように、隣接する回路の位相が互いに１８０度反転
している部分が中央の１個所しかないボールねじＢで
は、従来仕様のボールねじＣに比べて円周方向にはバラ
ンスが完全に改善されているため、軸方向中央付近にお
いては負荷分布のばらつきが小さいが、軸心Ｓに直交す
る面周りのモーメントによる負荷分布のバランスは悪く
なっているので、軸方向両端に近づくほど負荷分布のば
らつきが大きくなっている。

【００５４】これに対して、本発明に基づくボールねじ
Ａは、円周方向のバランスが完全に改善されるととも
に、軸心Ｓに直交する面周りのモーメントのバランスも
ほぼ完全にとれているので、軸方向全体にわたって負荷
分布のばらつきが改善されている。また、本発明に基づ
くボールねじＡ′は、ボールねじＡに比べてばらつきの
改善は悪いものの、比較例であるボールねじＢ、Ｃより
も軸方向全体にわたって負荷分布のばらつきが改善され
ているのが分かる。

【００５５】また、図１３における本願発明に基づくボ
ールねじＡ及びＡ′の結果から分かるように、軸方向中
央部で面対称となるように設定したボールねじＡの方
が、軸方向全体にわたって負荷分布のばらつきが改善さ
れるのが分かる。上記第１及び第２実施例では、循環路
が３回路及び４回路の場合について説明したが、循環路
が５回路以上で、そのうちの少なくとも１回路を他の循
環路に対して円周方向の位相に１８０度反転させたボー
ルねじについてもこれらと同様のことが言えることを確
認してある。

【００５６】ここで、図１０及び図１３から分かるよう
に、本願発明の請求項１及び請求項２を採用するにして
も、３回路では負荷分布に若干のばらつきがあるが、４
回路ではほとんど負荷分布のばらつきが無いことが分か
る。このことから、本願発明の請求項１及び請求項２の
発明は、好ましくは４回路以上により有効に作用するこ
とが分かる。

【００５７】なお、リターンチューブ循環方式を例に挙
げたが他の循環方式でも同様な結果が得られる。［実施例３］次に、循環路が１２回路で、１／６回転の
等位相間隔で回路が配置されている循環こま式のボール
ねじについて、上記第２実施形態に基づき、上記図４の
ように、中央の一個所すなわち６回路目と７回路目の位
相間隔を、等位相間隔からさらに１／２回転だけ大きく
オフセットさせ、合計２／３回転の位相間隔とした本発
明のボールねじＡの負荷分布のばらつきについて調査し
た。

【００５８】比較のために、上記図７のように、１２回
路すべてが１／６回転の等位相間隔で配置されている従
来仕様のボールねじＣを用意して、両者Ａ、Ｃの各負荷
分布の状態について解析した。解析に用いたボールねじ
の仕様は、ねじ軸径１００ｍｍ、リード２０ｍｍ、ボー
ル径１５．８７５ｍｍ、ボールナット外径１４９ｍｍ、
循環路０．８３巻１２列として、循環路の配列の仕方の
みを変更した。そして、ボールねじのねじ軸１を片持ち
支持して、その片特ち支持側とは反対側のボールナット
２端部に軸方向荷重Ｆ１＝２００００ｋｇｆが作用する
とした。

【００５９】その結果を図１３に示す。図１４から分か
るように、従来仕様のボールねじＣでは、円周方向のみ
に着目すればバランスが完全にとれているので、全回路
の軸方向中心点近傍では負荷分布の均一性がよいが、そ
の中心点から軸方向両端部側に遠ざかるにつれて負荷分
布のばらつきが大きくなる。これは、上記軸心Ｓに直交
する面周りのモーメントのバランスの悪さによるもので
ある、それに対して、本発明に基づくボールねじＡで
は、円周方向の負荷分布と共に軸心Ｓに直交する面周り
のモーメントのバランスがほぼ完全にとれているので、
軸方向全体にわたって負荷分布のばらつきが改善されて
いる。これは、軸方向中央のオフセット位置の両側各６
回路を個別に着目すると、ボールねじＣと同様に、円周
方向のバランスが完全にとれているもののモーメントの
バランスが悪いが、両側各６回路のモーメントの相互作
用によってモーメントのバランスの悪さがほぼ完全に相
殺されることによるものであり、円周方向だけでなく、
軸芯に直交する面周りのモーメントによる負荷分布のば
らつきも低減する。

【００６０】なお、こま循環方式を例に挙げたが他の循
環方式でも同様な結果が得られる。［実施例４］また、循環路が６回路で、一般に同一回転
方向に１／６回転の等位相間隔で回路が螺旋状に配置さ
れている循環こま式のボールねじについて、本発明に基
づき位相差を変化させた代表的な２例のボールねじＡ、
Ｂについて負荷分布のばらつきを調査した。

【００６１】ボールねじＡは、図１５（Ａ）のように、
位相間隔のうちの軸方向両端、すなわち１回路目と２回
路目との間の位相間隔、および５回路目と６回路目との
間の位相間隔の二個所を、等位相間隔（１／６回転）か
らさらに１／６回転だけ大きくオフセットさせ、合計１
／３回転の位相間隔としたものである。ボールねじＢ
は、図１５（Ｂ）のように、１回路目と２回路目との間
の位相間隔、３回路目と４回路目との間の位相間隔、及
び５回路目と６回路目との間の位相間隔の三個所を、そ
れぞれ等位相間隔（１／６回転）からさらに１／３回転
だけ大きくオフセットさせ、合計１／２回転の位相間隔
としたものである。

【００６２】比較のために、図１５（Ｃ）のように、６
回路すべてが１／６回転の等位相間隔で配置されている
従来仕様のボールねじＣを用意し、各ボールねじについ
て、それぞれ負荷分布の状態について解析した。解析に
用いたボールねじの仕様は、ねじ軸径１００ｍｍ、リー
ド２４ｍｍ、ボール径１５．８７５ｍｍ、ボールナット
外径１４９ｍｍ、循環路０．８３巻６列とし、循環路の
配列の仕方のみを変更した。そして、ボールねじのねじ
軸１を片持ち支持し、その片持ち支持側とは反対側のボ
ールナット２端部に軸方向荷重Ｆ１＝１００００ｋｇｆ
が作用するとした。

【００６３】その結果を図１６に示す。図１６から分か
るように、従来仕様のボールねじＣでは、円周方向のみ
に着目すればバランスが完全にとれているので、全回路
の軸方向中心点近傍では負荷分布の均一性がよいが、軸
方向中心点から遠ざかるにつれて負荷分布のばらつきが
大きくなる。これは、上記軸心Ｓに直交する面周りのモ
ーメントのバランスの悪さによるものである。

【００６４】それに対して本発明に基づくボールねじＡ
では、円周方向の負荷分布のバランスがとれていると共
に、軸心Ｓに直交する面周りのモーメントのバランスも
大幅に改善されているので、軸方向全体にわたって負荷
分布のばらつきが小さくなっている。これは、第１、
２、４回路目の３回路の回路群と第３、５、６回路目の
３回路の回路群とをそれぞれ個別に着目すると、ボール
ねじＣと同様に、円周方向のバランスが完全にとれてい
るものの軸心Ｓに直交する面周りのモーメントのバラン
スが悪いが、各３回路で生じるモーメント相互間で互い
のモーメントのバランスの悪さがほぼ完全に相殺される
ことによるものであり、円周方向だけでなく、軸芯に直
交する面周りのモーメント方向についても負荷分布のば
らつきが低減する。ただし、モーメントのアンバランス
が若干残っているため、軸方向両端付近で負荷分布のば
らつきがわずかに大きくなっている。

【００６５】一方、本発明に基づくボールねじＢでは、
円周方向とともにモーメントのバランスが完全にとれて
いるので、軸方向全体にわたって負荷分布のばらつきが
小さくなっている。これは、第１、３、５回路目の３回
路の回路群と第２、４、６回路目の３回路の回路群とを
それぞれ個別に着目すると、ボールねじＣと同様に、円
周方向のバランスが完全にとれているものの軸方向に直
交する面周りのモーメントのバランスが悪いが、各３回
路で生じるモーメント相互間で互いのモーメントのバラ
ンスの悪さが完全に相殺されることによるものであり、
円周方向だけでなく、軸芯に直交する面周りのモーメン
ト方向についても負荷分布のばらつきが低減する。

【００６６】なお、本発明に基づくボールねじＢは、本
発明に基づくボールねじＡに比べて、負荷分布の均一性
がさらに改善される一方、全回路長さ、すなわちボール
ナット２の長さが若干長くなるという欠点がある。ま
た、こま循環方式を例に挙げたが他の循環方式でも同様
な結果が得られる。なお、軸方向全体の負荷の大きさの
ばらつきを抑えるために、複数の回路の一部の回路を他
の回路に対し軸方向にオフセットさせて所定の回路内の
ボールに予圧を付与するか、あるいは他の回路よりもす
きまを小さくするようにしても良い。図１０や図１３な
どから分かるように、本実施例では、相対的に軸方向中
央部側の負荷が小さいので、軸方向中央部の回路に予圧
を付与するか、あるいは他の回路よりもすきまを小さく
して当該軸方向中央部のボールの負荷分担量を増大させ
てさらに軸方向に沿った負荷分布の平均化を図るように
しても良い。

【００６７】同様に、軸方向中央部の回路のボール径を
他の回路よりも大きくしたり、軸方向中央部の回路のボ
ールナットの有効径を他の回路より小さくして、当該軸
方向中央部のボールの負荷分布量を増大させて更に軸方
向に沿った負荷分布の平均化を図るようにしても良い。

【００６８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のボー
ルねじを採用すると、各循環路間の円周方向の位相差を
特定するという簡単な手段によって、複数の循環路を配
置することによって生じる軸心に直交する面周りのモー
メントに基づく負荷分布のばらつきが改善されて、ねじ
軸とボールナットとの間を転動する複数のボール間の負
荷分布が均一化し、一部のボールヘの負荷の集中が緩和
される。このため、ボールねじのねじ軸径を大きくなど
の対処をとることなく、負荷能力を向上させることがで
きるという効果がある。

【００６９】すなわち、ボールねじのサイズを大きくす
ることなく負荷能力が増大する、あるいは、同等の負荷
能力を得るためのボールねじのサイズを小さくできるこ
とによって、対応可能な高荷重用途の幅が拡大されると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく第１実施形態に係るボールねじ
を示す図である。

【図２】本発明に基づく第１実施形態に係るボールねじ
の概略構成図を示す図である。

【図３】１回路でのボールの循環を示す図である。

【図４】軸方向見たボールの少ない部分を示す図３にお
けるＸ−Ｘ矢視図である。

【図５】本発明に基づく第２実施形態に係るボールねじ
を示す図である。

【図６】本発明に基づく第２実施形態に係るボールねじ
の概略部分構成図を示す図である。

【図７】従来使用のボールねじを示す図である。

【図８】本発明に基づく第２実施形態に係るボールねじ
を示す別の図である。

【図９】第１実施例を説明する図であって、（Ａ）は本
発明に基づくボールねじを、（Ｂ）及び（Ｃ）は比較の
ためのボールねじを示す図である。

【図１０】第１実施例での解析結果を示す図である。

【図１１】第２実施例における本発明に基づくボールね
じの別の例を示す図である。

【図１２】第２実施例を説明する図であって、（Ａ）及
び（Ｂ）は比較のためのボールねじを示す図である。

【図１３】第２実施例での解析結果を示す図である。

【図１４】第３実施例での解析結果を示す図である。

【図１５】第４実施例を説明する図であって、（Ａ）及
び（Ｂ）は本発明に基づくボールねじを、（Ｃ）は比較
のためのボールねじを示す図である。

【図１６】第４実施例の解析結果を示す図である。

【符号の説明】

１ねじ軸１ａボールねじ溝２ボールナット２ａボールねじ溝４循環チューブ６こまＳ軸心Ｆ軸方向中央を通り軸心に直交する面Ａ１〜Ａ１２循環路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外面にボールねじ溝を有するねじ軸と、
該ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を内面
に有する少なくとも１つのボールナットと、該ボールナ
ットのボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とによ
って形成された螺旋状通路と、該螺旋状通路内を循環す
る多数のボールと、ボールナットに設けられて上記多数
のボールを循環させるための戻り路とを備え、上記螺旋
状通路と戻り路とから形成される循環路が軸方向に沿っ
て３回路以上配列したボールねじにおいて、上記複数の循環路の円周方向の位相について、隣り合う
循環路の位相が互いに１８０度反転する部分を少なくと
も２個所設けたことを特徴とするボールねじ。
【請求項２】外面にボールねじ溝を有するねじ軸と、
該ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を内面
に有する少なくとも１つのボールナットと、該ボールナ
ットのボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とによ
って形成された螺旋状通路と、該螺旋状通路内を循環す
る多数のボールと、ボールナットに設けられて上記多数
のボールを循環させるための戻り路とを備え、上記螺旋
状通路と戻り路とから形成される循環路が軸方向に沿っ
て３回路以上配列し、隣り合う循環路間の一部若しくは
全部について円周方向に位相差が設定されているボール
ねじにおいて、上記複数の循環路全体の軸方向中央若しくはその近傍を
通り軸心に直交する面に対して面対称若しくは略面対称
に上記複数の循環路を配置したことを特徴とするボール
ねじ。
【請求項３】外面にボールねじ溝を有するねじ軸と、
該ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を内面
に有する少なくとも１つのボールナットと、該ボールナ
ットのボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とによ
って形成された螺旋状通路と、該螺旋状通路内を循環す
る多数のボールと、ボールナットに設けられて上記多数
のボールを循環させるための戻り路とを備え、上記螺旋
状通路と戻り路とから形成される循環路が軸方向に沿っ
て３回路以上配列し、隣り合う循環路間の全部について
円周方向に等位相間隔の位相差が設定されているボール
ねじについて、上記隣り合う循環路間の少なくとも一個所について、そ
の円周方向の位相間隔を上記等位相間隔からオフセット
させたことを特徴とするボールねじ。