JP2005003104A - ボールねじ - Google Patents
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Abstract
【課題】電動射出成形機やプレス機械等に用いられる、比較的大型で高荷重が負荷される用途に使用されても、耐久寿命を十分に確保できるボールねじを提供する。
【解決手段】外周面に螺旋状のボール転動溝５５を有するねじ軸５２と、内周面に螺旋状のボール転動溝５６を有するナット５３と、ねじ軸５２のボール転動溝５５およびナット５３のボール転動溝５６が対向して形成される軌道５７内に配置された複数のボール５４と、を備え、前記軌道５７のリード角θを１５°以下にするとともに、前記ねじ軸５２のボール転動溝５５および前記ナット５３のボール転動溝５６の少なくとも一方にゴシックアーク溝を採用したボールねじ５１であって、前記ボール５４の直径をＤｗとするとき、前記ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径は、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲とした。また、ボール５４同士の間に、スペーサ５８を介在させた。
【選択図】 図２
【解決手段】外周面に螺旋状のボール転動溝５５を有するねじ軸５２と、内周面に螺旋状のボール転動溝５６を有するナット５３と、ねじ軸５２のボール転動溝５５およびナット５３のボール転動溝５６が対向して形成される軌道５７内に配置された複数のボール５４と、を備え、前記軌道５７のリード角θを１５°以下にするとともに、前記ねじ軸５２のボール転動溝５５および前記ナット５３のボール転動溝５６の少なくとも一方にゴシックアーク溝を採用したボールねじ５１であって、前記ボール５４の直径をＤｗとするとき、前記ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径は、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲とした。また、ボール５４同士の間に、スペーサ５８を介在させた。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじに係り、特に電動射出成形機やプレス機械等に用いられる、比較的大型で高荷重が負荷される用途に好適なボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボールねじでは、ねじ軸またはナットと、ボールとの接触部分である接触楕円での接触面圧を低減することによる長寿命化が検討されている。
例えば特許文献１に記載の技術では、ねじ軸のボール転動溝の曲率半径を、ナットのボール転動溝の曲率半径より小さくすることによって、ねじ軸とボールとの接触面圧を低減している。そのため、ボール転動溝やボールの表面での摩耗や剥離の進展を抑えることができる。したがって、耐久寿命を延ばすことができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３９０５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術では、高負荷が作用し、駆動ストロークが短い用途では好適であるものの、荷重条件がより厳しくなると、表面疲労剥離や白色剥離を生じる可能性がある。例えば電動射出成形機やプレス機械等、比較的大型で高荷重が負荷される用途などにおいては、いまだ検討の余地がある。
【０００５】
すなわち、高負荷条件下で使用されるボールねじにおいては、ボール転動溝の曲率半径を小さくすることによって、ねじ軸とボール転動溝との接触面圧を低減した場合、かえって接触楕円が大きくなってしまう。そのため、逆に差動滑りが増大することとなり、ボール転動溝やボールの表面での摩耗や剥離の進展が改善されない場合がある。
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、例えば電動射出成形機やプレス機械等に用いられる、比較的大型で高荷重が負荷される用途であっても、耐久寿命を十分に確保できるボールねじを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、この差動滑りに着目し、接触楕円のＰＶｍａｘ（面圧とすべり速度との積の最大値）の増加を抑制しうる条件を鋭意検討したところ、ねじ軸およびナットのボール転動溝の形状や、それらボール転動溝同士の間に形成される軌道とボールとを所定の関係とすることによって、特に電動射出成形機やプレス機械等に用いられる、比較的大型で高荷重が負荷される用途に使用した場合であっても、耐久寿命を十分に確保できることを見いだした。
【０００７】
すなわち、上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、ねじ軸のボール転動溝およびナットのボール転動溝が対向して形成される軌道内に配置された複数のボールと、を備え、前記軌道のリード角を１５°以下にするとともに、前記ねじ軸のボール転動溝および前記ナットのボール転動溝の少なくとも一方にゴシックアーク溝を採用したボールねじであって、前記ボールの直径をＤｗとするとき、前記ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径は、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲であることを特徴としている。
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、特に電動射出成形機やプレス機械等に用いられる、比較的大型で高荷重が負荷される用途であっても、差動滑りの増大を抑制することができる。そのため、ボール転動溝やボールの表面での摩耗や剥離の進展を抑えられる。
なお、ボールねじのリード角が１５°を超えた場合は、後述する寿命試験等の結果に示すように、（例えば図６に示すグラフ参照）寿命比は、むしろ従来（基準値）より小さくなってしまうため、本発明のねらいとする十分な耐久寿命が得られない。そのため、本発明では、リード角を１５°以下に規定している。
【０００９】
なおまた、本発明のボールねじにおけるリード角の下限は、ボールねじとしての機能を維持可能な範囲であれば特に限定されないが、実用上は、通常用いられるボールねじのリード角の範囲として差し支えない。例えばリード角を５°としたボールねじに適用することができる。
また、リード角が１５°以下であっても、後述する寿命試験等の結果に示すように、上記円弧の曲率半径が５２％Ｄｗ未満になると、寿命比の低下傾向が大きく、寿命比も従来（基準値）に対して必ずしも有意であるとはいえない。また、上記円弧の曲率半径が５５％Ｄｗを超えると、やはり、寿命比の低下傾向が大きい。そのため、本発明では、リード角を１５°以下にするとともに、前記円弧の曲率半径を、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲に規定している（図５参照）。
【００１０】
なお、ゴシックアーク溝の円弧の曲率半径を、５３％Ｄｗ以上５４％Ｄｗ以下の範囲において本発明を適用すれば、より望ましい（図５参照）。
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のボールねじであって、前記ボール同士の間に、スペーサを介在させたことを特徴としている。
請求項２に係る発明によれば、スペーサによってボール同士の競り合いが抑制されるので、摩擦トルクの発生をより安定して抑えることができる。そのため、請求項１に記載のボールねじをより好適に提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるボールねじの構成を説明する平面図であり、同図では、ナットの一部を破断して示している。
同図に示すように、このボールねじ５１は、螺旋状のボール転動溝５５を外周面に有するねじ軸５２と、ねじ軸５２のボール転動溝５５に対向する螺旋状のボール転動溝５６を内周面に有し、ねじ軸５２に螺合される円筒状のナット５３と、ねじ軸５２のボール転動溝５５とナット５３のボール転動溝５６とで形成される軌道５７に転動自在に装填された複数のボール５４と、複数のボール５４同士の間にそれぞれ介装されたスペーサ５８と、を備えている。なお、ナット５３の軸方向一端には、ナット５３をテーブル等に固定するためのフランジ６２が設けてある。また、このフランジ６２とねじ軸５２との間、および、ナット５３の軸方向他端部とねじ軸５２との間は、図示しない防塵用シールで塞がれている。
【００１２】
ナット５３の外周面には切欠部６１が形成され、この切欠部６１に略コ字状に屈曲したチューブからなる循環通路５９が配置されている。この循環通路５９は、循環通路押え８１で切欠部６１に固定されている。この循環通路５９の両端は、ナット５３を貫通して軌道５７に至り、軌道５７内を転動するボール５４が循環通路５９を通って循環するようになっている。そして、ねじ軸５２に螺合されているナット５３と、ねじ軸５２とが、ボール５４の転動を介して軸方向への相対移動を可能にしている。
【００１３】
本発明に係るボールねじ５１のリード角θは、１５°以下である。例えばリード角θを４．９°とする。なお、図１に示す符号５０は、ナット５３の軸線ＣＬ方向に垂直な方向の線を示す。
また、図２に示すように、ボールねじ５１は、ボール転動溝５５、５６にそれぞれゴシックアーク溝を採用している。すなわち、ボール転動溝５５、５６の断面形状は曲率中心の異なる２つの同一円弧を組合せた略Ｖ字状である。そして、ボール５４の直径をＤｗとするとき、ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径を、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲としている。なお、ゴシックアーク溝の円弧の曲率半径を、５３％Ｄｗ以上５４％Ｄｗ以下の範囲において本発明を適用すれば、より望ましい。なお、ねじ軸５２およびナット５３のボール転動溝５５、５６を形成するゴシックアーク溝の円弧の曲率半径は、必ずしも同じ曲率半径にする必要はない。例えば前記円弧の曲率半径をそれぞれ５３％Ｄｗ、５４％Ｄｗとして構成することができる。
【００１４】
なお、予圧付加には、オーバーサイズボール予圧構造を採用している。すなわち、ボール転動溝５５、５６で形成される軌道５７と、その軌道５７内に配置された複数のボール５４において、軌道５７が形成する内径５７ｄよりもボール５４のボール直径Ｄｗが僅かに大きいものを挿入して、ボールを４点接触させることによって予圧を与えている。
なおまた、このボールねじ５１は、全てのボール５４同士の間に、スペーサ５８が配置されている。図３は、図１におけるボールとスペーサ部分を説明する要部拡大図である。
【００１５】
図３に示すように、このスペーサ７には、円柱の両底面が凹面（ボール保持面）７１になっている形状であり、この円柱の直径５８ｄはボール５４の直径Ｄｗの９０％としている。また、凹面７１の形状は、同じ曲率半径の２つの球面を合わせた面形状となっており、その断面がゴシックアーク形状となっている。そして、この凹面７１は、ボール５４の半径（Ｄｗ／２）が凹面７１の曲率半径より小さく、かつ、凹面７１の曲率半径同士の中心位置がボール５４の中心位置よりオフセットされて形成されている。そのため、このスペーサ７の凹面７１とボール５４は、線接触することができる。
【００１６】
次に以上の構成からなるボールねじ５１の作用・効果について説明する。
ボールねじ５１は、接触楕円に生じるＰＶｍａｘ（面圧とすべり速度との積の最大値）の増加を抑制し、ボールねじ５１を長寿命化することが可能となる構成である。
すなわち、本発明に係るボールねじ５１は、リード角θを１５°以下とし、ボール転動溝５５、５６の少なくとも一方（本実施形態では両方）にゴシックアーク溝を採用するとともに、ボール５４の直径をＤｗとするとき、ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径を、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲にしている。
【００１７】
このボールねじ５１によれば、後述する寿命試験等の結果から判るように、ボール５４とボール転動溝５５、５６との接触楕円でのＰＶｍａｘ（面圧とすべり速度との積の最大値）の増加を抑制しうる。そのため、差動滑りによる摩擦トルクの発生が抑えられ、ボール転動溝５５、５６やボール５４の表面での摩耗や剥離の進展が遅くなる。したがって、ボールねじ５１を、例えば電動射出成形機やプレス機械等に用いられる、比較的大型で高荷重が負荷される用途など、使用条件が厳しい場合であっても、ボール転動溝５５、５６やボール５４の表面での摩耗や剥離の進展を抑えた、寿命の長いボールねじ５１を好適に提供することができる。
【００１８】
そして、ゴシックアーク溝は対向する二つの円弧から構成されているから、ねじ軸５２及びナット５３の有効径を測定するための測定球がボール転動溝の溝形状に対して安定する。そのため、検査を行うに際し、定量的に精度良く測定できるという長所もある。したがって、ボールねじ５１を安定した品質で提供することができる。
【００１９】
また、予圧付加には、オーバーサイズボール予圧構造を採用している。そのため、例えばその他の予圧付加構造であるダブルナット予圧や、オフセットリード予圧に比べて、半分のボール数で構成することができる。したがって、ナット５３の軸方向長さを半分にできるので、装置をコンパクトにすることができる。
また、ボールねじ５１は、全てのボール５４同士の間に、スペーサ５８を介在させている。そのため、スペーサ４によってボール５４同士の競り合いが抑制されるので、摩擦トルクの発生をより安定して抑えることができる。
【００２０】
なお、以上説明した本発明のボールねじ５１の各構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、ボール転動溝５５、５６両方にゴシックアーク溝を採用するとともに、ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径を、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲にしているが、これに限定されるものではなく、ボール転動溝５５、５６の少なくとも一方に対して、本発明に規定するように、その円弧の曲率半径を、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲としてもよい。しかし、本発明の効果を好適に奏するうえでは、上記実施形態の如く、ボール転動溝５５、５６両方にゴシックアーク溝を採用するとともに、その円弧の曲率半径を、それぞれ５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲にすることが好ましい。
【００２１】
また、上記実施形態では、全てのボール５４同士の間にスペーサ５８を配置しているが、本発明のボールねじ５１は、スペーサ５８が全てのボール５４同士の間に配置されているものに限定されない。例えば、鋼鉄材、樹脂材の小球を挟む等の方法や、その他の保持器も使用可能である。
また、上記実施形態では、チューブ式の循環通路５９を用いているが、これに限定されるものではなく、他の形式の循環通路を用いてもよい。
【００２２】
また、上記実施形態では、予圧方法として、オーバーサイズボール予圧を用いているが、これに限定されるものではなく、ボールねじ５１の予圧方法としては、その他の方法も適用可能であり、例えば、シングルナットの中央付近のリードを予圧量だけ大きくして予圧を与えることができる。また、ナットを２個使用し、ナットの間の隙間よりも予圧量だけ厚い間座（または、薄い間座）を入れてオフセットリード予圧構造としてもよい。また、多条ねじにおいて、ねじ軸の条間とナットの条間とをずらして予圧を与えることもできる。
また、上記実施形態では、予圧ボールねじの例を示したが、無予圧のボールねじであってもよい。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明のボールねじに係るシミュレーション並びに寿命試験について説明する。
ところで、ボールねじを含めた転がり要素は、滑りを伴いながら転がっている。そして、ボールねじにおける滑りには、差動滑りとスキュー滑りが存在する。差動滑りは、ボールとボール転動溝との接点と、ボールの自転軸との距離がそれぞれ異なることによって生じる。また、スキュー滑りは、ねじ軸およびナットのボール転動溝によって形成される軌道がねじれていることによって生じる。そして、リード角が小さいボールねじ（例えばリード角が１５°以下のボールねじ）においては、差動滑りが支配的となる。そのため、ボール転動溝の曲率半径を小さくすると、接触楕円に大きな摩擦トルクが発生し、ボール転動溝やボールの表面での摩耗や剥離の進展が早くなるものと考えられる。
【００２４】
そこで、本発明者は、この差動滑りに着目し、リード角が小さくなっても接触楕円のＰＶｍａｘ（面圧とすべり速度との積の最大値）の増加を抑制しうる条件を見出すために、シミュレーションを行った。
シミュレーションの結果を図４に示す。なお、図４は、横軸をリード角θ、縦軸をＰＶｍａｘ比として、ボール直径Ｄｗに対するボール転動溝５５の曲率半径の割合を変化させた場合におけるシミュレーション結果を示すグラフであり、同図では、ボール５４とボール転動溝５５との接触楕円での面圧が２ＧＰａ付近となる荷重をかけたシミュレーション結果を示している。なおまた、ＰＶｍａｘ比とは、ボール転動溝５５の曲率半径の割合を５４％Ｄｗ、かつリード角θを４．４°としたときを基準（１．０）とし、接触楕円内での面圧Ｐとすべり速度Ｖとを掛け合わせた値であるＰＶ分布の最大値を示したものである。
【００２５】
同図から判るように、リード角θを１５°以下とした場合には、ボール転動溝５５の曲率半径の割合が大きい方が、ＰＶｍａｘ比が小さくなる傾向を示すことが判る。
すなわち、リード角θが小さい場合は、ボール転動溝の曲率半径を相対的に大きくすることによって、差動滑りを小さく抑えることができる。そのため、接触楕円中心に発生するＰＶｍａｘ（面圧とすべり速度との積の最大値）を小さくできるものと推察される。この結果から、リード角θを１５°以下としたボールねじにおいて、ボール転動溝の曲率半径の割合を大きくすればＰＶｍａｘを抑えることができると考えられる。
【００２６】
そこで、このシミュレーション結果を踏まえて寿命試験を行った。
まず、寿命試験用として（１）〜（５）の５種類のボールねじを用意した。５種類の各ボールねじの仕様は、それぞれ以下のとおりである。なお、図１に示したボールねじ５１は、ナット５３に循環通路５９が１個配設されている、回路数：２．５巻×１列の例を示したものである。
【００２７】
（１）ＮＳＫ（日本精工株式会社製、以下同じ）ボールねじＢＳ３６１０（ボール径６．３５ｍｍ）、回路数：２．５巻×１列、回転数：５０００ｍｉｎ−１、ストローク：５００ｍｍ、グリース：マルテンプＰＳ２（協同油脂（株）製、商品名）、荷重：７ｋＮ
（２）ＮＳＫボールねじＢＳ７０４０（ボール径１２．７ｍｍ）、回路数：２．５巻×２列、回転数：１０００ｍｉｎ−１、ストローク：８０ｍｍ、グリース：ルベールＦＳ−２（リューベ（株）製、商品名）、荷重：５５ｋＮ
【００２８】
（３）ＮＳＫボールねじＢＳ２５２０（ボール径４．７６２５ｍｍ）、回路数：２．５巻×１列、回転数：５０００ｍｉｎ−１、ストローク：５００ｍｍ、グリース：マルテンプＳＲＬ（協同油脂（株）製、商品名、以下同じ）、荷重：３．５ｋＮ
（４）ＮＳＫボールねじＢＳ２５２５（ボール径４．７６２５ｍｍ）、回路数：２．５巻×１列、回転数：５０００ｍｉｎ−１、ストローク：５００ｍｍ、グリース：マルテンプＳＲＬ、荷重：３．５ｋＮ
（５）ＮＳＫボールねじＢＳ２０４０（ボール径３．１７５ｍｍ）、回路数：０．７５巻×２列、回転数：５０００ｍｉｎ−１、ストローク：５００ｍｍ、グリース：マルテンプＳＲＬ、荷重：１．２ｋＮ
【００２９】
そして、寿命試験用の各ボールねじは、上述した実施形態でのボールねじ５１のボール５４と軌道５７との関係を、ボール５４の直径をＤｗとしたとき、５２％Ｄｗ〜５５％Ｄｗの範囲をねらい目として設定した。なお、上記寿命試験用のボールねじのうち、（４）〜（５）は、比較例用として寿命試験を行ったものである。各ボールねじごとの設定値の詳細およびスペーサの介装の有無を表１に示す。なお、同表に示すように、番号１〜１６は、実施例として、また、番号１７〜３４は比較例として、それぞれ寿命試験を実施した。
【００３０】
【表１】
【００３１】
また、寿命試験は、上記各試験体（番号１〜３４）ごとにＮＳＫボールねじ耐久寿命試験機を用いて行った。
寿命の判断は、ボール表面の観察、およびボール転動溝の観察を行い、転走面に剥離が生じるまでの時間を調査した。そして、各ボールねじは、それぞれのボールねじの仕様ごとに寿命が異なるため、各ボールねじ仕様のうち、スペーサを介装させ、かつボール転動溝の曲率半径を５１．５％Ｄｗとしたものを基準（１．０）として、それぞれの仕様ごとに寿命比を求めた。得られたそれぞれの寿命比を表１に合わせて示す。
【００３２】
図５は、上記（１）の寿命試験用ボールねじＢＳ３６１０において、表１に示す各試験体（実施例１〜１２、比較例１７〜２２）ごとの寿命試験結果をプロットしたグラフである。同図では、横軸をボール直径Ｄｗに対するねじ軸のボール転動溝の曲率半径の割合、縦軸を寿命比として示している。また、同図では、スペーサの介装の有無について、それぞれをグラフにしている。
【００３３】
同図から判るように、スペーサを介装させていない試験体のグラフ（同図の下側のグラフ）から判るように、ボール転動溝の曲率半径が５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲での寿命比は、従来のボールねじに相当する試験体（比較例２１）の寿命比に対して大きい。すなわち、寿命の延長効果がみられる。特に、ボール転動溝の曲率半径が５３％Ｄｗ以上５４％Ｄｗ以下の範囲においては、寿命延長の効果が著しく、また、安定していることが判る。具体的には、５３％Ｄｗ以上５４％Ｄｗ以下の範囲において、比較例２１に対し、少なくとも４倍の寿命延長の効果が得られている。
【００３４】
そして、スペーサを介装させている試験体のグラフ（同図の上側のグラフ）から判るように、寿命延長の効果は、スペーサを介装させている場合であっても、寿命比が基準試験体（比較例１８）に対して大きく、寿命の延長効果がみられる。寿命の延長効果が得られる範囲は、スペーサを介装させていない場合とほぼ同様であり、ボール転動溝の曲率半径が５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲で寿命の延長効果を確認することができる。また、ボール転動溝の曲率半径が５３％Ｄｗ以上５４％Ｄｗ以下の範囲においても同様であり、本発明で規定している全ての範囲で、約１．５倍（以上）の寿命比が得られていることが判る。具体的には、例えば軌道５７のリード角θを４．９°とし、ボール転動溝５５、５６のゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径を、それぞれ５３％Ｄｗ、５４％Ｄｗ（表１の実施例７参照）とすれば、同図および表１から判るように、その寿命比は、基準となる比較例１８に対して、２．５倍の長寿命が得られている。また、スペーサを介装させた場合は、スペーサを介装させていない場合と比較して、グラフの全ての領域で、寿命延長がより顕著であり、スペーサによる寿命の延長効果についても確認された。
【００３５】
図６は、上記の寿命試験用ボールねじにおいて、表１に示す試験体のうち、実施例１〜４、および実施例１３〜１６、並びに、比較例１７〜１９、および比較例２３〜２４を、それぞれのボール直径Ｄｗに対するねじ軸のボール転動溝の曲率半径の割合ごとに整理して、その寿命試験結果をプロットしたグラフである。なお、同図では、横軸をリード角θ、縦軸を寿命比として示している。
【００３６】
同図から判るように、この結果は、上述したシミュレーション（図４参照）における考察とよく合致していることが判る。すなわち、リード角θが１５°以下の場合には、ボール転動溝の曲率半径を大きくすることによって、寿命の延長効果が得られることが判る。特に、前記円弧の曲率半径を、５４％Ｄｗとした場合に、寿命の延長効果が著しいことが判る。そして、リード角θが１５°を超えると、ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径を、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲としても寿命の延長効果が十分得られないことが判る。また、リード角θが１５°以下であっても、ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径を、５６％Ｄｗとすると寿命の延長効果が得られないことが判る。これは、ねじ軸のボール転動溝またはナットのボール転動溝と、ボールとの接触面圧が高くなったことにより、転がり疲労剥離を引き起こしたためである。
【００３７】
以上説明したように、本発明に規定するように、リード角θを１５°以下にするとともに、ねじ軸のボール転動溝およびナットのボール転動溝にゴシックアーク溝を採用し、ボールの直径をＤｗとするとき、ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径を、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲とすれば、その全ての範囲において寿命の延長効果が得られることが判る。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、特に電動射出成形機やプレス機械等に用いられる、比較的大型で高荷重が負荷される用途に使用されても、耐久寿命を十分に確保できるボールねじを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるボールねじの構成を説明する平面図であり、同図では、ナットの一部を破断して示している。
【図２】本発明のボールねじにおける、軌道とボールとの関係を拡大して示す説明図である。
【図３】本発明のボールねじにおける、ボールとスペーサ部分を説明する要部拡大図である。
【図４】横軸をリード角θ、縦軸をＰＶｍａｘ比として、ボール直径Ｄｗに対するねじ軸のボール転動溝の曲率半径の割合を変化させた場合におけるシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】横軸をボール直径Ｄｗに対するねじ軸のボール転動溝の曲率半径の割合、縦軸を寿命比として、寿命試験の結果をプロットしたグラフである。
【図６】横軸をリード角θ、縦軸を寿命比として、寿命試験の結果をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
５１・・・ボールねじ
５２・・・ねじ軸
５３・・・ナット
５４・・・ボール
５５・・・（ねじ軸の）ボール転動溝
５６・・・（ナットの）ボール転動溝
５７・・・軌道
５８・・・スペーサ
５９・・・循環通路
６１・・・切欠部
６２・・・フランジ
７１・・・凹面
８１・・・循環通路押え
Ｄｗ・・・ボール直径
θ・・・リード角
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじに係り、特に電動射出成形機やプレス機械等に用いられる、比較的大型で高荷重が負荷される用途に好適なボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボールねじでは、ねじ軸またはナットと、ボールとの接触部分である接触楕円での接触面圧を低減することによる長寿命化が検討されている。
例えば特許文献１に記載の技術では、ねじ軸のボール転動溝の曲率半径を、ナットのボール転動溝の曲率半径より小さくすることによって、ねじ軸とボールとの接触面圧を低減している。そのため、ボール転動溝やボールの表面での摩耗や剥離の進展を抑えることができる。したがって、耐久寿命を延ばすことができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３９０５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術では、高負荷が作用し、駆動ストロークが短い用途では好適であるものの、荷重条件がより厳しくなると、表面疲労剥離や白色剥離を生じる可能性がある。例えば電動射出成形機やプレス機械等、比較的大型で高荷重が負荷される用途などにおいては、いまだ検討の余地がある。
【０００５】
すなわち、高負荷条件下で使用されるボールねじにおいては、ボール転動溝の曲率半径を小さくすることによって、ねじ軸とボール転動溝との接触面圧を低減した場合、かえって接触楕円が大きくなってしまう。そのため、逆に差動滑りが増大することとなり、ボール転動溝やボールの表面での摩耗や剥離の進展が改善されない場合がある。
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、例えば電動射出成形機やプレス機械等に用いられる、比較的大型で高荷重が負荷される用途であっても、耐久寿命を十分に確保できるボールねじを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、この差動滑りに着目し、接触楕円のＰＶｍａｘ（面圧とすべり速度との積の最大値）の増加を抑制しうる条件を鋭意検討したところ、ねじ軸およびナットのボール転動溝の形状や、それらボール転動溝同士の間に形成される軌道とボールとを所定の関係とすることによって、特に電動射出成形機やプレス機械等に用いられる、比較的大型で高荷重が負荷される用途に使用した場合であっても、耐久寿命を十分に確保できることを見いだした。
【０００７】
すなわち、上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、ねじ軸のボール転動溝およびナットのボール転動溝が対向して形成される軌道内に配置された複数のボールと、を備え、前記軌道のリード角を１５°以下にするとともに、前記ねじ軸のボール転動溝および前記ナットのボール転動溝の少なくとも一方にゴシックアーク溝を採用したボールねじであって、前記ボールの直径をＤｗとするとき、前記ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径は、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲であることを特徴としている。
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、特に電動射出成形機やプレス機械等に用いられる、比較的大型で高荷重が負荷される用途であっても、差動滑りの増大を抑制することができる。そのため、ボール転動溝やボールの表面での摩耗や剥離の進展を抑えられる。
なお、ボールねじのリード角が１５°を超えた場合は、後述する寿命試験等の結果に示すように、（例えば図６に示すグラフ参照）寿命比は、むしろ従来（基準値）より小さくなってしまうため、本発明のねらいとする十分な耐久寿命が得られない。そのため、本発明では、リード角を１５°以下に規定している。
【０００９】
なおまた、本発明のボールねじにおけるリード角の下限は、ボールねじとしての機能を維持可能な範囲であれば特に限定されないが、実用上は、通常用いられるボールねじのリード角の範囲として差し支えない。例えばリード角を５°としたボールねじに適用することができる。
また、リード角が１５°以下であっても、後述する寿命試験等の結果に示すように、上記円弧の曲率半径が５２％Ｄｗ未満になると、寿命比の低下傾向が大きく、寿命比も従来（基準値）に対して必ずしも有意であるとはいえない。また、上記円弧の曲率半径が５５％Ｄｗを超えると、やはり、寿命比の低下傾向が大きい。そのため、本発明では、リード角を１５°以下にするとともに、前記円弧の曲率半径を、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲に規定している（図５参照）。
【００１０】
なお、ゴシックアーク溝の円弧の曲率半径を、５３％Ｄｗ以上５４％Ｄｗ以下の範囲において本発明を適用すれば、より望ましい（図５参照）。
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のボールねじであって、前記ボール同士の間に、スペーサを介在させたことを特徴としている。
請求項２に係る発明によれば、スペーサによってボール同士の競り合いが抑制されるので、摩擦トルクの発生をより安定して抑えることができる。そのため、請求項１に記載のボールねじをより好適に提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるボールねじの構成を説明する平面図であり、同図では、ナットの一部を破断して示している。
同図に示すように、このボールねじ５１は、螺旋状のボール転動溝５５を外周面に有するねじ軸５２と、ねじ軸５２のボール転動溝５５に対向する螺旋状のボール転動溝５６を内周面に有し、ねじ軸５２に螺合される円筒状のナット５３と、ねじ軸５２のボール転動溝５５とナット５３のボール転動溝５６とで形成される軌道５７に転動自在に装填された複数のボール５４と、複数のボール５４同士の間にそれぞれ介装されたスペーサ５８と、を備えている。なお、ナット５３の軸方向一端には、ナット５３をテーブル等に固定するためのフランジ６２が設けてある。また、このフランジ６２とねじ軸５２との間、および、ナット５３の軸方向他端部とねじ軸５２との間は、図示しない防塵用シールで塞がれている。
【００１２】
ナット５３の外周面には切欠部６１が形成され、この切欠部６１に略コ字状に屈曲したチューブからなる循環通路５９が配置されている。この循環通路５９は、循環通路押え８１で切欠部６１に固定されている。この循環通路５９の両端は、ナット５３を貫通して軌道５７に至り、軌道５７内を転動するボール５４が循環通路５９を通って循環するようになっている。そして、ねじ軸５２に螺合されているナット５３と、ねじ軸５２とが、ボール５４の転動を介して軸方向への相対移動を可能にしている。
【００１３】
本発明に係るボールねじ５１のリード角θは、１５°以下である。例えばリード角θを４．９°とする。なお、図１に示す符号５０は、ナット５３の軸線ＣＬ方向に垂直な方向の線を示す。
また、図２に示すように、ボールねじ５１は、ボール転動溝５５、５６にそれぞれゴシックアーク溝を採用している。すなわち、ボール転動溝５５、５６の断面形状は曲率中心の異なる２つの同一円弧を組合せた略Ｖ字状である。そして、ボール５４の直径をＤｗとするとき、ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径を、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲としている。なお、ゴシックアーク溝の円弧の曲率半径を、５３％Ｄｗ以上５４％Ｄｗ以下の範囲において本発明を適用すれば、より望ましい。なお、ねじ軸５２およびナット５３のボール転動溝５５、５６を形成するゴシックアーク溝の円弧の曲率半径は、必ずしも同じ曲率半径にする必要はない。例えば前記円弧の曲率半径をそれぞれ５３％Ｄｗ、５４％Ｄｗとして構成することができる。
【００１４】
なお、予圧付加には、オーバーサイズボール予圧構造を採用している。すなわち、ボール転動溝５５、５６で形成される軌道５７と、その軌道５７内に配置された複数のボール５４において、軌道５７が形成する内径５７ｄよりもボール５４のボール直径Ｄｗが僅かに大きいものを挿入して、ボールを４点接触させることによって予圧を与えている。
なおまた、このボールねじ５１は、全てのボール５４同士の間に、スペーサ５８が配置されている。図３は、図１におけるボールとスペーサ部分を説明する要部拡大図である。
【００１５】
図３に示すように、このスペーサ７には、円柱の両底面が凹面（ボール保持面）７１になっている形状であり、この円柱の直径５８ｄはボール５４の直径Ｄｗの９０％としている。また、凹面７１の形状は、同じ曲率半径の２つの球面を合わせた面形状となっており、その断面がゴシックアーク形状となっている。そして、この凹面７１は、ボール５４の半径（Ｄｗ／２）が凹面７１の曲率半径より小さく、かつ、凹面７１の曲率半径同士の中心位置がボール５４の中心位置よりオフセットされて形成されている。そのため、このスペーサ７の凹面７１とボール５４は、線接触することができる。
【００１６】
次に以上の構成からなるボールねじ５１の作用・効果について説明する。
ボールねじ５１は、接触楕円に生じるＰＶｍａｘ（面圧とすべり速度との積の最大値）の増加を抑制し、ボールねじ５１を長寿命化することが可能となる構成である。
すなわち、本発明に係るボールねじ５１は、リード角θを１５°以下とし、ボール転動溝５５、５６の少なくとも一方（本実施形態では両方）にゴシックアーク溝を採用するとともに、ボール５４の直径をＤｗとするとき、ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径を、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲にしている。
【００１７】
このボールねじ５１によれば、後述する寿命試験等の結果から判るように、ボール５４とボール転動溝５５、５６との接触楕円でのＰＶｍａｘ（面圧とすべり速度との積の最大値）の増加を抑制しうる。そのため、差動滑りによる摩擦トルクの発生が抑えられ、ボール転動溝５５、５６やボール５４の表面での摩耗や剥離の進展が遅くなる。したがって、ボールねじ５１を、例えば電動射出成形機やプレス機械等に用いられる、比較的大型で高荷重が負荷される用途など、使用条件が厳しい場合であっても、ボール転動溝５５、５６やボール５４の表面での摩耗や剥離の進展を抑えた、寿命の長いボールねじ５１を好適に提供することができる。
【００１８】
そして、ゴシックアーク溝は対向する二つの円弧から構成されているから、ねじ軸５２及びナット５３の有効径を測定するための測定球がボール転動溝の溝形状に対して安定する。そのため、検査を行うに際し、定量的に精度良く測定できるという長所もある。したがって、ボールねじ５１を安定した品質で提供することができる。
【００１９】
また、予圧付加には、オーバーサイズボール予圧構造を採用している。そのため、例えばその他の予圧付加構造であるダブルナット予圧や、オフセットリード予圧に比べて、半分のボール数で構成することができる。したがって、ナット５３の軸方向長さを半分にできるので、装置をコンパクトにすることができる。
また、ボールねじ５１は、全てのボール５４同士の間に、スペーサ５８を介在させている。そのため、スペーサ４によってボール５４同士の競り合いが抑制されるので、摩擦トルクの発生をより安定して抑えることができる。
【００２０】
なお、以上説明した本発明のボールねじ５１の各構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、ボール転動溝５５、５６両方にゴシックアーク溝を採用するとともに、ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径を、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲にしているが、これに限定されるものではなく、ボール転動溝５５、５６の少なくとも一方に対して、本発明に規定するように、その円弧の曲率半径を、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲としてもよい。しかし、本発明の効果を好適に奏するうえでは、上記実施形態の如く、ボール転動溝５５、５６両方にゴシックアーク溝を採用するとともに、その円弧の曲率半径を、それぞれ５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲にすることが好ましい。
【００２１】
また、上記実施形態では、全てのボール５４同士の間にスペーサ５８を配置しているが、本発明のボールねじ５１は、スペーサ５８が全てのボール５４同士の間に配置されているものに限定されない。例えば、鋼鉄材、樹脂材の小球を挟む等の方法や、その他の保持器も使用可能である。
また、上記実施形態では、チューブ式の循環通路５９を用いているが、これに限定されるものではなく、他の形式の循環通路を用いてもよい。
【００２２】
また、上記実施形態では、予圧方法として、オーバーサイズボール予圧を用いているが、これに限定されるものではなく、ボールねじ５１の予圧方法としては、その他の方法も適用可能であり、例えば、シングルナットの中央付近のリードを予圧量だけ大きくして予圧を与えることができる。また、ナットを２個使用し、ナットの間の隙間よりも予圧量だけ厚い間座（または、薄い間座）を入れてオフセットリード予圧構造としてもよい。また、多条ねじにおいて、ねじ軸の条間とナットの条間とをずらして予圧を与えることもできる。
また、上記実施形態では、予圧ボールねじの例を示したが、無予圧のボールねじであってもよい。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明のボールねじに係るシミュレーション並びに寿命試験について説明する。
ところで、ボールねじを含めた転がり要素は、滑りを伴いながら転がっている。そして、ボールねじにおける滑りには、差動滑りとスキュー滑りが存在する。差動滑りは、ボールとボール転動溝との接点と、ボールの自転軸との距離がそれぞれ異なることによって生じる。また、スキュー滑りは、ねじ軸およびナットのボール転動溝によって形成される軌道がねじれていることによって生じる。そして、リード角が小さいボールねじ（例えばリード角が１５°以下のボールねじ）においては、差動滑りが支配的となる。そのため、ボール転動溝の曲率半径を小さくすると、接触楕円に大きな摩擦トルクが発生し、ボール転動溝やボールの表面での摩耗や剥離の進展が早くなるものと考えられる。
【００２４】
そこで、本発明者は、この差動滑りに着目し、リード角が小さくなっても接触楕円のＰＶｍａｘ（面圧とすべり速度との積の最大値）の増加を抑制しうる条件を見出すために、シミュレーションを行った。
シミュレーションの結果を図４に示す。なお、図４は、横軸をリード角θ、縦軸をＰＶｍａｘ比として、ボール直径Ｄｗに対するボール転動溝５５の曲率半径の割合を変化させた場合におけるシミュレーション結果を示すグラフであり、同図では、ボール５４とボール転動溝５５との接触楕円での面圧が２ＧＰａ付近となる荷重をかけたシミュレーション結果を示している。なおまた、ＰＶｍａｘ比とは、ボール転動溝５５の曲率半径の割合を５４％Ｄｗ、かつリード角θを４．４°としたときを基準（１．０）とし、接触楕円内での面圧Ｐとすべり速度Ｖとを掛け合わせた値であるＰＶ分布の最大値を示したものである。
【００２５】
同図から判るように、リード角θを１５°以下とした場合には、ボール転動溝５５の曲率半径の割合が大きい方が、ＰＶｍａｘ比が小さくなる傾向を示すことが判る。
すなわち、リード角θが小さい場合は、ボール転動溝の曲率半径を相対的に大きくすることによって、差動滑りを小さく抑えることができる。そのため、接触楕円中心に発生するＰＶｍａｘ（面圧とすべり速度との積の最大値）を小さくできるものと推察される。この結果から、リード角θを１５°以下としたボールねじにおいて、ボール転動溝の曲率半径の割合を大きくすればＰＶｍａｘを抑えることができると考えられる。
【００２６】
そこで、このシミュレーション結果を踏まえて寿命試験を行った。
まず、寿命試験用として（１）〜（５）の５種類のボールねじを用意した。５種類の各ボールねじの仕様は、それぞれ以下のとおりである。なお、図１に示したボールねじ５１は、ナット５３に循環通路５９が１個配設されている、回路数：２．５巻×１列の例を示したものである。
【００２７】
（１）ＮＳＫ（日本精工株式会社製、以下同じ）ボールねじＢＳ３６１０（ボール径６．３５ｍｍ）、回路数：２．５巻×１列、回転数：５０００ｍｉｎ−１、ストローク：５００ｍｍ、グリース：マルテンプＰＳ２（協同油脂（株）製、商品名）、荷重：７ｋＮ
（２）ＮＳＫボールねじＢＳ７０４０（ボール径１２．７ｍｍ）、回路数：２．５巻×２列、回転数：１０００ｍｉｎ−１、ストローク：８０ｍｍ、グリース：ルベールＦＳ−２（リューベ（株）製、商品名）、荷重：５５ｋＮ
【００２８】
（３）ＮＳＫボールねじＢＳ２５２０（ボール径４．７６２５ｍｍ）、回路数：２．５巻×１列、回転数：５０００ｍｉｎ−１、ストローク：５００ｍｍ、グリース：マルテンプＳＲＬ（協同油脂（株）製、商品名、以下同じ）、荷重：３．５ｋＮ
（４）ＮＳＫボールねじＢＳ２５２５（ボール径４．７６２５ｍｍ）、回路数：２．５巻×１列、回転数：５０００ｍｉｎ−１、ストローク：５００ｍｍ、グリース：マルテンプＳＲＬ、荷重：３．５ｋＮ
（５）ＮＳＫボールねじＢＳ２０４０（ボール径３．１７５ｍｍ）、回路数：０．７５巻×２列、回転数：５０００ｍｉｎ−１、ストローク：５００ｍｍ、グリース：マルテンプＳＲＬ、荷重：１．２ｋＮ
【００２９】
そして、寿命試験用の各ボールねじは、上述した実施形態でのボールねじ５１のボール５４と軌道５７との関係を、ボール５４の直径をＤｗとしたとき、５２％Ｄｗ〜５５％Ｄｗの範囲をねらい目として設定した。なお、上記寿命試験用のボールねじのうち、（４）〜（５）は、比較例用として寿命試験を行ったものである。各ボールねじごとの設定値の詳細およびスペーサの介装の有無を表１に示す。なお、同表に示すように、番号１〜１６は、実施例として、また、番号１７〜３４は比較例として、それぞれ寿命試験を実施した。
【００３０】
【表１】
また、寿命試験は、上記各試験体（番号１〜３４）ごとにＮＳＫボールねじ耐久寿命試験機を用いて行った。
寿命の判断は、ボール表面の観察、およびボール転動溝の観察を行い、転走面に剥離が生じるまでの時間を調査した。そして、各ボールねじは、それぞれのボールねじの仕様ごとに寿命が異なるため、各ボールねじ仕様のうち、スペーサを介装させ、かつボール転動溝の曲率半径を５１．５％Ｄｗとしたものを基準（１．０）として、それぞれの仕様ごとに寿命比を求めた。得られたそれぞれの寿命比を表１に合わせて示す。
【００３２】
図５は、上記（１）の寿命試験用ボールねじＢＳ３６１０において、表１に示す各試験体（実施例１〜１２、比較例１７〜２２）ごとの寿命試験結果をプロットしたグラフである。同図では、横軸をボール直径Ｄｗに対するねじ軸のボール転動溝の曲率半径の割合、縦軸を寿命比として示している。また、同図では、スペーサの介装の有無について、それぞれをグラフにしている。
【００３３】
同図から判るように、スペーサを介装させていない試験体のグラフ（同図の下側のグラフ）から判るように、ボール転動溝の曲率半径が５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲での寿命比は、従来のボールねじに相当する試験体（比較例２１）の寿命比に対して大きい。すなわち、寿命の延長効果がみられる。特に、ボール転動溝の曲率半径が５３％Ｄｗ以上５４％Ｄｗ以下の範囲においては、寿命延長の効果が著しく、また、安定していることが判る。具体的には、５３％Ｄｗ以上５４％Ｄｗ以下の範囲において、比較例２１に対し、少なくとも４倍の寿命延長の効果が得られている。
【００３４】
そして、スペーサを介装させている試験体のグラフ（同図の上側のグラフ）から判るように、寿命延長の効果は、スペーサを介装させている場合であっても、寿命比が基準試験体（比較例１８）に対して大きく、寿命の延長効果がみられる。寿命の延長効果が得られる範囲は、スペーサを介装させていない場合とほぼ同様であり、ボール転動溝の曲率半径が５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲で寿命の延長効果を確認することができる。また、ボール転動溝の曲率半径が５３％Ｄｗ以上５４％Ｄｗ以下の範囲においても同様であり、本発明で規定している全ての範囲で、約１．５倍（以上）の寿命比が得られていることが判る。具体的には、例えば軌道５７のリード角θを４．９°とし、ボール転動溝５５、５６のゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径を、それぞれ５３％Ｄｗ、５４％Ｄｗ（表１の実施例７参照）とすれば、同図および表１から判るように、その寿命比は、基準となる比較例１８に対して、２．５倍の長寿命が得られている。また、スペーサを介装させた場合は、スペーサを介装させていない場合と比較して、グラフの全ての領域で、寿命延長がより顕著であり、スペーサによる寿命の延長効果についても確認された。
【００３５】
図６は、上記の寿命試験用ボールねじにおいて、表１に示す試験体のうち、実施例１〜４、および実施例１３〜１６、並びに、比較例１７〜１９、および比較例２３〜２４を、それぞれのボール直径Ｄｗに対するねじ軸のボール転動溝の曲率半径の割合ごとに整理して、その寿命試験結果をプロットしたグラフである。なお、同図では、横軸をリード角θ、縦軸を寿命比として示している。
【００３６】
同図から判るように、この結果は、上述したシミュレーション（図４参照）における考察とよく合致していることが判る。すなわち、リード角θが１５°以下の場合には、ボール転動溝の曲率半径を大きくすることによって、寿命の延長効果が得られることが判る。特に、前記円弧の曲率半径を、５４％Ｄｗとした場合に、寿命の延長効果が著しいことが判る。そして、リード角θが１５°を超えると、ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径を、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲としても寿命の延長効果が十分得られないことが判る。また、リード角θが１５°以下であっても、ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径を、５６％Ｄｗとすると寿命の延長効果が得られないことが判る。これは、ねじ軸のボール転動溝またはナットのボール転動溝と、ボールとの接触面圧が高くなったことにより、転がり疲労剥離を引き起こしたためである。
【００３７】
以上説明したように、本発明に規定するように、リード角θを１５°以下にするとともに、ねじ軸のボール転動溝およびナットのボール転動溝にゴシックアーク溝を採用し、ボールの直径をＤｗとするとき、ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径を、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲とすれば、その全ての範囲において寿命の延長効果が得られることが判る。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、特に電動射出成形機やプレス機械等に用いられる、比較的大型で高荷重が負荷される用途に使用されても、耐久寿命を十分に確保できるボールねじを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるボールねじの構成を説明する平面図であり、同図では、ナットの一部を破断して示している。
【図２】本発明のボールねじにおける、軌道とボールとの関係を拡大して示す説明図である。
【図３】本発明のボールねじにおける、ボールとスペーサ部分を説明する要部拡大図である。
【図４】横軸をリード角θ、縦軸をＰＶｍａｘ比として、ボール直径Ｄｗに対するねじ軸のボール転動溝の曲率半径の割合を変化させた場合におけるシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】横軸をボール直径Ｄｗに対するねじ軸のボール転動溝の曲率半径の割合、縦軸を寿命比として、寿命試験の結果をプロットしたグラフである。
【図６】横軸をリード角θ、縦軸を寿命比として、寿命試験の結果をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
５１・・・ボールねじ
５２・・・ねじ軸
５３・・・ナット
５４・・・ボール
５５・・・（ねじ軸の）ボール転動溝
５６・・・（ナットの）ボール転動溝
５７・・・軌道
５８・・・スペーサ
５９・・・循環通路
６１・・・切欠部
６２・・・フランジ
７１・・・凹面
８１・・・循環通路押え
Ｄｗ・・・ボール直径
θ・・・リード角
Claims (2)
- 外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、ねじ軸のボール転動溝およびナットのボール転動溝が対向して形成される軌道内に配置された複数のボールと、を備え、
前記軌道のリード角を１５°以下にするとともに、前記ねじ軸のボール転動溝および前記ナットのボール転動溝の少なくとも一方にゴシックアーク溝を採用したボールねじであって、
前記ボールの直径をＤｗとするとき、前記ゴシックアーク溝を形成する円弧の曲率半径は、５２％Ｄｗ以上５５％Ｄｗ以下の範囲であることを特徴とするボールねじ。 - 前記ボール同士の間に、スペーサを介在させたことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
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Cited By (2)
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-
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006073184A1 (ja) * | 2005-01-07 | 2006-07-13 | Nsk Ltd. | ボールねじ装置 |
| JPWO2006073184A1 (ja) * | 2005-01-07 | 2008-06-12 | 日本精工株式会社 | ボールねじ装置 |
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| JP2010112399A (ja) * | 2008-11-04 | 2010-05-20 | Nsk Ltd | ボールねじ装置およびこれを用いたサーボプレス装置 |
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Legal Events
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