JP2004346963A - ボール直動装置 - Google Patents
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- F16H25/2238—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls with cages or means to hold the balls in position using ball spacers, i.e. spacers separating the balls, e.g. by forming a chain supporting the balls
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Abstract
【課題】スペーサボール方式の転動機構に関して従来のスペーサボール方式の転動機構よりも剛性を向上させると共に、高精度化を達成して、騒音の低下を図る。
【解決手段】ねじ軸１１とナット１２の間にボールねじ機構が設けられ、ボールねじの有効負荷鋼球１３間に、スペーサボール保持器１４に保持されたスペーサボール１５が配置されている。各保持器１４にはスペーサボール１５を保持するために球形状の空洞部である収納部１４ａが形成され、内部に保持されたスペーサボール１５の両側は、保持器１４から露出して両側の鋼球１３に接触している。また、スペーサボール保持器１４はスペーサボール１５の回転中心が有効負荷鋼球１３の回転中心の循環軌道とほぼ一致するように、その外形寸法が規定されている。
【選択図】 図１
【解決手段】ねじ軸１１とナット１２の間にボールねじ機構が設けられ、ボールねじの有効負荷鋼球１３間に、スペーサボール保持器１４に保持されたスペーサボール１５が配置されている。各保持器１４にはスペーサボール１５を保持するために球形状の空洞部である収納部１４ａが形成され、内部に保持されたスペーサボール１５の両側は、保持器１４から露出して両側の鋼球１３に接触している。また、スペーサボール保持器１４はスペーサボール１５の回転中心が有効負荷鋼球１３の回転中心の循環軌道とほぼ一致するように、その外形寸法が規定されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業機械、工作機械において送り機構として使用されるボールねじやリニアガイド等のボール直動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常の直動装置の内、例えば代表的なボールねじにおいては、図１０に示すようにねじ軸１又はナツト２が回転するとボールねじの有効負荷鋼球３は全て同一方向に回転する。このとき、隣同士の鋼球３の接触点においては、矢印で示すように互いに逆方向に回転しているため、鋼球３同士の摩擦抵抗による影響、例えば滑りによる磨耗、短命化が促進され易い。
【０００３】
そこで、従来から極めて円滑な動きを要求される高精度駆動手段として、スペーサボール方式のボールねじがよく使用され、鋼球同士の摩擦による発塵や磨耗による寿命の低下、回転トルクむらを嫌う機械などにも使われており、これらは例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、更には特許文献４等に明示されており、公知の技術として活用されている。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第２７４９８１２号公報
【特許文献２】
実公昭３５−１６３４号公報
【特許文献３】
実公昭４５−１２６６６号公報
【特許文献４】
実公昭５５−３９８５５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のスベーサボール方式ボールねじにおいて、スペーサボールの外径は、ボールねじとしての駆動に有効な鋼球の転がり中心を同軸上に配置させるために、例えば図１１に示すように、一般的にボールねじに有効な鋼球４の径よりも僅かに小さな外径のスペーサボール５が使用されている。
【０００６】
仮に、スペーサボール５の直径が有効な鋼球４の径よりも十分に小さい直径のものを使用すると、図１２、図１３に示すようにスペーサボール５の位置が、ボールねじに有効な鋼球４と転がり中心と異なり、鋼球４が安定して転がらなくなってしまう。そこで、スペーサボール５の径はどうしても、ボールねじに有効な鋼球４の径よりもそれほど小さくすることはできない。
【０００７】
そのために、ボールねじとして有効に使用できる鋼球４の数はほぼ半分になり、剛性は通常のボールねじの半分となってしまうという問題点がある。このような問題は、ボールねじ全般に亘るもので、例えば図１４（ａ）の縦断面図、（ｂ）の横断面図に示すようなエンドキャツプ方式のボールねじや、その他のチューブ方式、ガイドプレート方式、デフレクタ方式等の循環方式においても同様である。
【０００８】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、循環する鋼球同士の摩擦による影響を小さくして円滑な動きの高精度駆動を可能とし、特にスペーサボール方式の転動機構に関して従来のスペーサボール方式の転動機構よりも剛性を向上させると共に、高精度化を達成して、騒音の低下をも図ることができるボール直動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るボール直動装置は、転動する多数の負荷鋼球の間にスペーサボール保持器により保持した小径のスベーサボールをそれぞれ配置すると共に、前記スペーサボール保持器は前記スベーサボールの回転中心が前記負荷鋼球の回転中心の循環軌道にほぼ一致するように前記スベーサボールを保持することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を図１〜図９に図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、例えばねじ軸１１とナット１２の間にボールねじ機構が設けられ、ボールねじの有効負荷鋼球１３間に、スペーサボール保持器１４に保持されたスペーサボール１５が配置されている。各保持器１４にはスペーサボール１５を保持するために球形状の空洞部である収納部１４ａが形成され、収納部１４ａ内に保持されたスペーサボール１５の両側が、保持器１４から外部に露出して両側の鋼球１３に接触している。
【００１１】
また、スペーサボール保持器１４はスペーサボール１５の回転中心が有効負荷鋼球１３の回転中心の循環軌道とほぼ一致するように、その外形寸法が規定されている。なお、実施の形態においては、保持器１４は鋼球１３に対し交互に配置されているが、これに限定されることはない。
【００１２】
スペーサボール保持器１４の収納部１４ａは、図２（ａ）の断面図、（ｂ）の側面図に示すように、スペーサボール１５の曲率半径とほぼ一致する球面形状Ｒが、保持器１４を合成樹脂材として射出成形により製造することにより容易に形成でき、スペーサボール１５の挿入、保持を確実にすることができる。
【００１３】
また、スペーサボール保持器１４を潤滑剤を含有した合成樹脂材とすれば、ボールねじ等の直動装置の長寿命化に寄与させることができる。或いは、フッ素樹脂等の固体潤滑作用を有する合成樹脂材も好適に使用できる。更に、保持器１４には金属製も考えられ、例えばアルミニウム系の材料や銅系の材料も使用可能であり、切削加工等により製作することができる。
【００１４】
図３、図４、図５はスベーサボール１５の直径をそれぞれ変えた場合の模式的な説明図であり、図３はスペーサボール１５の直径が有効負荷鋼球１３の約２／３、図４は約１／３、更に図５は約１／５の場合をそれぞれ示し、各スペーサボール保持器１４の幅寸法はそれぞれのスペーサボール１５の直径よりも小さく形成され、保持器１４の外径は有効負荷鋼球１３よりも僅かに小さくされている。
【００１５】
このようにすると、スペーサボール１５の回転中心が有効負荷鋼球１３の回転中心の循環軌道とほぼ一致することになる。しかし、スペーサボール１５の直径を鋼球１３の約２／３以上とすると、剛性が低下し、スペーサボール保持器１４を使用する意味があまりなくなる。
【００１６】
図６に示すスペーサボール保持器１４は、幅寸法の最大部はスペーサボール１５の外径よりも大きくされ、幅方向の断面が円錐状又は円弧状に凹んで円錐面又は円弧面１４ｂが対称的に形成され、スペーサボール１５が有効負荷鋼球１３に接するようにされている。
【００１７】
図７においては、スペーサボール保持器１４の外周両側の角に面取り１４ｃが形成されており、鋼球１３の転動時の追従姿勢を安定に保つことができる。この面取り１４ｃはスペーサボール１５の径が非常に小さな例えば２ｍｍ以下の場合に特に有効である。小径のスペーサボール１５を使用すると、保持器１４の幅も薄くなり、通路を移動する時に姿勢が不安定になってくるので、このように構成により安定した姿勢で移動が可能になる。
【００１８】
また、面取り角度αを５〜１５度程度にすることで、例えばナットからエンドキャップ、エンドキャッブからナットにそれぞれ移動する際に、スペーサボール保持器１４の外径が引っかかることがなく、安定移動することができる。
【００１９】
更に、スペーサボール保持器１４の外周形状を従来のスペーサボールと同程度の大きさの球面とすることもでき、これにより転動面との接触抵抗も軽減し、円滑な動きが得られる。
【００２０】
なお、スペーサボール保持器１４は図８に示すように収納部１４ａを円筒形状として、保持したスペーサボール１５が保持器１４から脱落しないように、収納部１４ａの口元の径をスペーサボール１５の径よりも小さくしたかしめ部１４ｄを形成することによっても実現可能である。
【００２１】
スペーサボール保持器１４の形状は、この図８を参考に各部の寸法を次のようにすることが好適である。
【００２２】
鋼球１３の外径をＤ（ｍｍ）、スペーサボール１５の外径をｄ（ｍｍ）とすると、次のような寸法が好ましい。
Ａ（スペーサボール保持器１４の幅）：（ｄ−０．１〜０．２）ｍｍ
Ｂ（スペーサボール保持器１４の外径）：（Ｄ−０．１〜０．３）ｍｍ
Ｃ（収納部１４ａの内径）：（ｄ＋０．０５〜０．１）ｍｍ
【００２３】
上述の説明はボールねじの例であり、これらの考え方はそのまま図９に示すような通常の鋼球を使用したリニアガイド１６の循環機構として採用することができる。
【００２４】
更に、ボールねじとリニアガイド以外にも、例えばボールスプラインやボールガイド等の他の直動装置への適用も可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るボール直動装置は、次に列挙するような効果を有する。
【００２６】
（１）スペーサボール保持器の使用によって、スペーサボールの回転中心が負荷鋼球の回転中心の循環軌道上にほぼ位置するので、伝達効率の低下を防止し、騒音の発生を抑え、長寿命化が達成できる。
【００２７】
（２）ねじ部の軌道長、循環軌道長を計算上で正確に決めることができ、設計が容易である。
【００２８】
（３）スペーサボール保持器を潤滑剤を含有させた合成樹脂製とすれば、騒音対策、寿命対策、給油のメンテナンスフリー等の有効な手段を講ずることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボール直動装置の断面図である。
【図２】スペーサボール保持器の断面図及び正面図である。
【図３】スペーサボール保持器の説明図である。
【図４】スペーサボール保持器の説明図である。
【図５】スペーサボール保持器の説明図である。
【図６】スペーサボール保持器の側面に円錐面又は円弧面を設けた場合の断面図である。
【図７】スペーサボール保持器に面取りをした場合の断面図である。
【図８】スペーサボール保持器の収納部の入口にかしめ部を設けた場合の断面図である。
【図９】リニアガイドに適用した状態の斜視図である。
【図１０】代表的なボールねじの断面図である。
【図１１】スペーサボール式ボールねじの断面図である。
【図１２】スペーサボールの径が鋼球に比べて小さなボールねじの説明図である。
【図１３】スペーサボールの径が鋼球に比べて小さなボールねじの説明図である。
【図１４】エンドキャップ方式のボールねじの縦断面図、横断面図である。
【符号の説明】
１１ ねじ軸
１２ ナット
１３ 鋼球
１４ スペーサボール保持器
１４ａ 収納部
１４ｂ 円錐面又は円弧面
１４ｃ 面取り
１４ｄ かしめ部
１５ スペーサボール
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業機械、工作機械において送り機構として使用されるボールねじやリニアガイド等のボール直動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常の直動装置の内、例えば代表的なボールねじにおいては、図１０に示すようにねじ軸１又はナツト２が回転するとボールねじの有効負荷鋼球３は全て同一方向に回転する。このとき、隣同士の鋼球３の接触点においては、矢印で示すように互いに逆方向に回転しているため、鋼球３同士の摩擦抵抗による影響、例えば滑りによる磨耗、短命化が促進され易い。
【０００３】
そこで、従来から極めて円滑な動きを要求される高精度駆動手段として、スペーサボール方式のボールねじがよく使用され、鋼球同士の摩擦による発塵や磨耗による寿命の低下、回転トルクむらを嫌う機械などにも使われており、これらは例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、更には特許文献４等に明示されており、公知の技術として活用されている。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第２７４９８１２号公報
【特許文献２】
実公昭３５−１６３４号公報
【特許文献３】
実公昭４５−１２６６６号公報
【特許文献４】
実公昭５５−３９８５５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のスベーサボール方式ボールねじにおいて、スペーサボールの外径は、ボールねじとしての駆動に有効な鋼球の転がり中心を同軸上に配置させるために、例えば図１１に示すように、一般的にボールねじに有効な鋼球４の径よりも僅かに小さな外径のスペーサボール５が使用されている。
【０００６】
仮に、スペーサボール５の直径が有効な鋼球４の径よりも十分に小さい直径のものを使用すると、図１２、図１３に示すようにスペーサボール５の位置が、ボールねじに有効な鋼球４と転がり中心と異なり、鋼球４が安定して転がらなくなってしまう。そこで、スペーサボール５の径はどうしても、ボールねじに有効な鋼球４の径よりもそれほど小さくすることはできない。
【０００７】
そのために、ボールねじとして有効に使用できる鋼球４の数はほぼ半分になり、剛性は通常のボールねじの半分となってしまうという問題点がある。このような問題は、ボールねじ全般に亘るもので、例えば図１４（ａ）の縦断面図、（ｂ）の横断面図に示すようなエンドキャツプ方式のボールねじや、その他のチューブ方式、ガイドプレート方式、デフレクタ方式等の循環方式においても同様である。
【０００８】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、循環する鋼球同士の摩擦による影響を小さくして円滑な動きの高精度駆動を可能とし、特にスペーサボール方式の転動機構に関して従来のスペーサボール方式の転動機構よりも剛性を向上させると共に、高精度化を達成して、騒音の低下をも図ることができるボール直動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るボール直動装置は、転動する多数の負荷鋼球の間にスペーサボール保持器により保持した小径のスベーサボールをそれぞれ配置すると共に、前記スペーサボール保持器は前記スベーサボールの回転中心が前記負荷鋼球の回転中心の循環軌道にほぼ一致するように前記スベーサボールを保持することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を図１〜図９に図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、例えばねじ軸１１とナット１２の間にボールねじ機構が設けられ、ボールねじの有効負荷鋼球１３間に、スペーサボール保持器１４に保持されたスペーサボール１５が配置されている。各保持器１４にはスペーサボール１５を保持するために球形状の空洞部である収納部１４ａが形成され、収納部１４ａ内に保持されたスペーサボール１５の両側が、保持器１４から外部に露出して両側の鋼球１３に接触している。
【００１１】
また、スペーサボール保持器１４はスペーサボール１５の回転中心が有効負荷鋼球１３の回転中心の循環軌道とほぼ一致するように、その外形寸法が規定されている。なお、実施の形態においては、保持器１４は鋼球１３に対し交互に配置されているが、これに限定されることはない。
【００１２】
スペーサボール保持器１４の収納部１４ａは、図２（ａ）の断面図、（ｂ）の側面図に示すように、スペーサボール１５の曲率半径とほぼ一致する球面形状Ｒが、保持器１４を合成樹脂材として射出成形により製造することにより容易に形成でき、スペーサボール１５の挿入、保持を確実にすることができる。
【００１３】
また、スペーサボール保持器１４を潤滑剤を含有した合成樹脂材とすれば、ボールねじ等の直動装置の長寿命化に寄与させることができる。或いは、フッ素樹脂等の固体潤滑作用を有する合成樹脂材も好適に使用できる。更に、保持器１４には金属製も考えられ、例えばアルミニウム系の材料や銅系の材料も使用可能であり、切削加工等により製作することができる。
【００１４】
図３、図４、図５はスベーサボール１５の直径をそれぞれ変えた場合の模式的な説明図であり、図３はスペーサボール１５の直径が有効負荷鋼球１３の約２／３、図４は約１／３、更に図５は約１／５の場合をそれぞれ示し、各スペーサボール保持器１４の幅寸法はそれぞれのスペーサボール１５の直径よりも小さく形成され、保持器１４の外径は有効負荷鋼球１３よりも僅かに小さくされている。
【００１５】
このようにすると、スペーサボール１５の回転中心が有効負荷鋼球１３の回転中心の循環軌道とほぼ一致することになる。しかし、スペーサボール１５の直径を鋼球１３の約２／３以上とすると、剛性が低下し、スペーサボール保持器１４を使用する意味があまりなくなる。
【００１６】
図６に示すスペーサボール保持器１４は、幅寸法の最大部はスペーサボール１５の外径よりも大きくされ、幅方向の断面が円錐状又は円弧状に凹んで円錐面又は円弧面１４ｂが対称的に形成され、スペーサボール１５が有効負荷鋼球１３に接するようにされている。
【００１７】
図７においては、スペーサボール保持器１４の外周両側の角に面取り１４ｃが形成されており、鋼球１３の転動時の追従姿勢を安定に保つことができる。この面取り１４ｃはスペーサボール１５の径が非常に小さな例えば２ｍｍ以下の場合に特に有効である。小径のスペーサボール１５を使用すると、保持器１４の幅も薄くなり、通路を移動する時に姿勢が不安定になってくるので、このように構成により安定した姿勢で移動が可能になる。
【００１８】
また、面取り角度αを５〜１５度程度にすることで、例えばナットからエンドキャップ、エンドキャッブからナットにそれぞれ移動する際に、スペーサボール保持器１４の外径が引っかかることがなく、安定移動することができる。
【００１９】
更に、スペーサボール保持器１４の外周形状を従来のスペーサボールと同程度の大きさの球面とすることもでき、これにより転動面との接触抵抗も軽減し、円滑な動きが得られる。
【００２０】
なお、スペーサボール保持器１４は図８に示すように収納部１４ａを円筒形状として、保持したスペーサボール１５が保持器１４から脱落しないように、収納部１４ａの口元の径をスペーサボール１５の径よりも小さくしたかしめ部１４ｄを形成することによっても実現可能である。
【００２１】
スペーサボール保持器１４の形状は、この図８を参考に各部の寸法を次のようにすることが好適である。
【００２２】
鋼球１３の外径をＤ（ｍｍ）、スペーサボール１５の外径をｄ（ｍｍ）とすると、次のような寸法が好ましい。
Ａ（スペーサボール保持器１４の幅）：（ｄ−０．１〜０．２）ｍｍ
Ｂ（スペーサボール保持器１４の外径）：（Ｄ−０．１〜０．３）ｍｍ
Ｃ（収納部１４ａの内径）：（ｄ＋０．０５〜０．１）ｍｍ
【００２３】
上述の説明はボールねじの例であり、これらの考え方はそのまま図９に示すような通常の鋼球を使用したリニアガイド１６の循環機構として採用することができる。
【００２４】
更に、ボールねじとリニアガイド以外にも、例えばボールスプラインやボールガイド等の他の直動装置への適用も可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るボール直動装置は、次に列挙するような効果を有する。
【００２６】
（１）スペーサボール保持器の使用によって、スペーサボールの回転中心が負荷鋼球の回転中心の循環軌道上にほぼ位置するので、伝達効率の低下を防止し、騒音の発生を抑え、長寿命化が達成できる。
【００２７】
（２）ねじ部の軌道長、循環軌道長を計算上で正確に決めることができ、設計が容易である。
【００２８】
（３）スペーサボール保持器を潤滑剤を含有させた合成樹脂製とすれば、騒音対策、寿命対策、給油のメンテナンスフリー等の有効な手段を講ずることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボール直動装置の断面図である。
【図２】スペーサボール保持器の断面図及び正面図である。
【図３】スペーサボール保持器の説明図である。
【図４】スペーサボール保持器の説明図である。
【図５】スペーサボール保持器の説明図である。
【図６】スペーサボール保持器の側面に円錐面又は円弧面を設けた場合の断面図である。
【図７】スペーサボール保持器に面取りをした場合の断面図である。
【図８】スペーサボール保持器の収納部の入口にかしめ部を設けた場合の断面図である。
【図９】リニアガイドに適用した状態の斜視図である。
【図１０】代表的なボールねじの断面図である。
【図１１】スペーサボール式ボールねじの断面図である。
【図１２】スペーサボールの径が鋼球に比べて小さなボールねじの説明図である。
【図１３】スペーサボールの径が鋼球に比べて小さなボールねじの説明図である。
【図１４】エンドキャップ方式のボールねじの縦断面図、横断面図である。
【符号の説明】
１１ ねじ軸
１２ ナット
１３ 鋼球
１４ スペーサボール保持器
１４ａ 収納部
１４ｂ 円錐面又は円弧面
１４ｃ 面取り
１４ｄ かしめ部
１５ スペーサボール
Claims (7)
- 転動する多数の負荷鋼球の間にスペーサボール保持器により保持した小径のスベーサボールをそれぞれ配置すると共に、前記スペーサボール保持器は前記スベーサボールの回転中心が前記負荷鋼球の回転中心の循環軌道にほぼ一致するように前記スベーサボールを保持することを特徴とするボール直動装置。
- 前記スペーサボール保持器の両側面に円錐状又は球面状凹部を形成し、両側に位置する負荷鋼球の外径の一部を被うようにした請求項１に記載のボール直動装置。
- 前記スペーサボール保持器は潤滑剤を含浸した合成樹脂製とした請求項１又は２に記載のボール直動装置。
- 前記スペーサボール保持器は固体潤滑作用をする材料製とした請求項１又は２に記載のボール直動装置。
- 前記スペーサボール保持器で保持する前記スペーサボールの直径は前記負荷鋼球の直径の２／３以下とした請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載のボール直動装置。
- ボールねじとして使用する請求項１〜５の何れか１つの請求項に記載のボール直動装置。
- リニアガイドとして使用する請求項１〜５に記載のボール直動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003141808A JP2004346963A (ja) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | ボール直動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003141808A JP2004346963A (ja) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | ボール直動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004346963A true JP2004346963A (ja) | 2004-12-09 |
Family
ID=33530071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003141808A Pending JP2004346963A (ja) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | ボール直動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004346963A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7493837B2 (en) * | 2005-08-26 | 2009-02-24 | Hiwin Technologies Corp. | Partition room and spacer ball for ball screw unit |
| JP2009103257A (ja) * | 2007-10-25 | 2009-05-14 | Jtekt Corp | ボールスプライン付きボールねじ |
| KR101831239B1 (ko) * | 2016-08-08 | 2018-02-23 | (주)신성이엔지 | 롤러 베어링 |
-
2003
- 2003-05-20 JP JP2003141808A patent/JP2004346963A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7493837B2 (en) * | 2005-08-26 | 2009-02-24 | Hiwin Technologies Corp. | Partition room and spacer ball for ball screw unit |
| JP2009103257A (ja) * | 2007-10-25 | 2009-05-14 | Jtekt Corp | ボールスプライン付きボールねじ |
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