JP2005042763A - Linear motion device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械、産機機械、その他各種の機械装置におけるボールねじを用いた直動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直動装置を用いる工作機械としては、旋盤、フライス盤、マシニングセンタ、パンチングプレス等があり、産業機械としては半導体関連装置、電子部品挿入機等がある。また、ロボット産業用として、組立，搬送，溶接等の機械がある。その他に、汎用機、専用機、鉄鋼機械設備、射出成形機、プレス機械等が挙げられる。
ボールねじは、回転運動を直線運動に高効率に変換できると共に、直線運動において精密な位置決めを実現できる装置として、上記のような工作機械のテーブル送り装置や、油圧，空圧アクチュエータの置き換え部品等に使用されている。
ここで、ボールねじの精密な位置決め性能や高効率を実現するためには、安定した動トルク性能が要求される。すなわち、動トルク変動は、ボールねじを駆動するモータに負荷変動を生じさせることにより効率の低下を招くとともに、モータの指令に対する溜まりパルスを増大させ、位置決め精度の劣化を招くことがある。安定した動トルク性能を妨げる要因として、従来は、ねじ軸とナットの転走面にあるボール間で発生する相対的なすべり現象による動トルク変動が考えられている。この変動要因を改善したボールねじは、種々提案されている（例えば特許文献１〜４）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５６−１１６９５１号公報
【特許文献２】
特開２０００−１２０８２５号公報
【特許文献３】
特開２０００−１９９５５６号公報
【特許文献４】
特開平１３−２５４８０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの提案例は、いずれも、動トルクの上記変動要因の解消を図ったものであるが、試験と考察の結果、動トルクの変動要因は他にもあることが分かった。
すなわち、安定した動トルク特性を妨げる要因としては、次の２つがある。
▲１▼．ねじ軸とナットの転走面にあるボール間で発生する相対的なすべり現象による動トルク変動。
▲２▼．ボール循環部内でのボールの詰まり現象によるボール通過周期で発生する動トルク変動。
上記の要因▲２▼については、特に、ボールねじのねじ軸とナット間のミスアライメント等により、モーメント荷重、ラジアル荷重などの偏荷重が加わった時に、ボール循環部出入り口近傍のねじ軸とナットの転走面間が、よりボールを弾性変形させるように狭まることがあり、周期的な動トルク変動を生じ易かった。
【０００５】
上記各提案例は、いずれも上記２つの要因▲１▼，▲２▼のうち、１つの要因▲１▼の解消が可能であるが、上記他の要因▲２▼については考慮されておらず、ボール循環部内でのボールの詰まり現象によるボール通過周期で発生する動トルク変動は抑えることができない。このため、直動装置に用いたときの位置決め精度、効率の向上と、駆動トルクの安定化につき、満足できるボールねじを得ることが難しいと考えられる。
上記要因▲２▼を改善できるボールねじとして、本出願人は次の４つの出願を行った。▲１▼．特願２００２−０３７２４８号、▲２▼特願２００２−２６８０３９号、特願２００２−３３５１８２号、特願２００２−３３９１６４号。
しかし、これらの出願は、いずれもボールねじ単体のトルク変動を改良するものである。このため、実際の各種機械にボールねじが使用された場合に、ボールねじ単体の動トルク変動がテーブル等の位置決め精度劣化等にどの程度の影響を及ぼすのか不明であった。
【０００６】
この発明の目的は、ボールねじを用いた直動装置であって、動トルク変動が小さく、位置決め精度の向上が図れる直動装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明における第１ないし第４の各発明の直動装置は、いずれも、直動体を進退自在に支持する直動型転がり軸受と、上記直動体を進退駆動するボールねじとを備えた装置であり、かつ上記ボールねじは、ねじ軸の外径面とこのねじ軸の外周に遊嵌するナットの内径面に、互いに対向するねじ溝が形成され、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間で形成される転走路に複数のボールが介在し、上記ナットのねじ溝に両端が連通して上記転走路のボールを循環させる循環部をナットに有し、上記転走路および循環部によって周回経路が形成されたものである。
【０００８】
このうち、第１発明の直動装置は、上記ボールねじにおける上記循環部に、この循環部の一端のボールと他端のボールの間にボール循環方向の弾性を付与する弾性付与手段を設けたことを特徴とする。
ボールねじの循環部内の挙動を考えると、循環部内の最先のボールが、後ろのボールで押されて転走路に出たときに、ねじ軸とナットのねじ溝転走面間に挟まれることで外部負荷を受け、押し出しの抵抗となるため、循環部内にボール詰まりが発生する。この発明の構成によると、循環部に設けられた弾性付与手段が、循環部の最先のボールと最後尾のボールの間にボール循環方向の弾性を与えるため、上記のボール詰まり力は、弾性付与手段が弾性変形することで緩和される。これによりボール詰まり現象が防止され、循環部内のボール詰まり現象に起因するボール通過周期の動トルク変動が抑えられる。したがって、ボールねじの位置決め精度，効率が向上し、駆動トルクが安定する。
また、このボールねじを用いた直動装置では、試験の結果、周期的な動トルク変動に伴う作動特性が向上し、位置決め精度の向上が可能となることが検証できた。
【０００９】
この発明における第２の発明の直動装置は、ボールねじを次の構成としたことを特徴とする。すなわち、任意の動作状態で少なくとも一つの弾性体が上記循環部内に位置するように、ボール間に弾性体を介在させる。上記循環部内のボール、弾性体、および循環部の経路構成部品を含む循環部構成系における循環部一端のボールと他端のボールの間に作用するボール出入り方向の弾性のばね定数は、０．４Ｎ／ｍｍ〜１８０Ｎ／ｍｍの範囲とする。このばね定数のより好ましい範囲は、５Ｎ／ｍｍ〜１００Ｎ／ｍｍの範囲であり、さらに好ましくは、１５Ｎ／ｍｍ〜４０Ｎ／ｍｍである。
この発明は、駆動トルクの周期的な変動が生じる要因，理由を考察し、この変動を抑えるための適正なばね定数を見極めて設定したものである。循環部内の挙動を考えると、循環部内の最先のボールが、後ろのボールで押されて転走路に出たときに、ねじ軸とナットのねじ溝転走面間に挟まれることで外部負荷を受け、押し出しの抵抗となるため、循環部内にボール詰まり力が発生する。この詰まり力は、循環部内のボール間に介在した弾性体が弾性変形することで解消され、ボール詰まり現象が防止される。
また、このボールねじを用いた直動装置では、周期的な動トルク変動に伴う作動特性が向上し、位置決め精度の向上が可能となることが検証できた。
【００１０】
この発明における第３の発明の直動装置は、ボールねじを次の構成としたことを特徴とする。すなわち、隣合うボールの間に弾性部材を介在させ、この弾性部材は、ボール間方向のばね定数が０．１〜１００Ｎ／ｍｍの範囲内であって、かつ使用時におけるボール間方向の最大変位量がボール径の０．５〜１００％の範囲内とする。
上記ボールねじにおける弾性部材のばね定数は、駆動トルクの周期的な変動が生じる要因，理由を考察し、この変動を抑えるための適正値を見極めて設定したものである。試験の結果、ボール間に介在させる弾性部材のばね定数が０．１〜１００Ｎ／ｍｍの範囲内のであって、かつ使用時の最大弾性変位量が使用ボール径の０．５〜１００％の範囲内であれば、揺動運転時の周期的な動トルク変動を抑えることが可能であることを突き止めた。
このボールねじによると、特に、ボールねじの低速揺動運転時に顕著に発生し易い、ボール通過による周期的な駆動トルク変動を抑え、位置決め精度の向上と駆動トルクの安定化に寄与することができる。
また、このボールねじを用いた直動装置では、周期的な動トルク変動に伴う作動特性が向上し、位置決め精度の向上が可能となることが検証できた。
【００１１】
この発明における第４の発明の直動装置は、ボールねじを次の構成としたことを特徴とする。このボールねじは、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間で形成される転走路に、複数のボールおよびこれらボールの間に介在する樹脂製の間座を設けたものとする。この間座は、潤滑剤またはその基油の浸漬により膨潤し、その膨潤が安定した状態で上記周回経路に組み込まれたものとする。上記潤滑剤には潤滑油またはグリース等が用いられる。なお、この明細書において、「樹脂製」とは、プラストマ製およびエラストマ製の両方を含む意味である。
この構成のボールねじによると、予め間座を膨潤させ、その膨潤が安定してから、ボールねじに組み込むため、すなわち膨潤が飽和し、寸法変化が安定してから組み込むため、ボールねじ駆動中に間座の膨潤が進行することがない。そのため、間座の膨潤に起因して生じる、間座の倒れ、間座の転走面等へ接触、動トルクの増大、および異音の発生が防止できる。
ボールねじの組立前の浸漬による膨潤には、任意の潤滑剤またはその基油を用いてもよく、その場合も寸法安定の効果が得られる。しかし、上記膨潤の処理には、このボールねじの潤滑に使用される潤滑剤と同じ潤滑剤またはその基油を用いることが好ましく、その場合、異なる種類の潤滑剤を膨潤に用いる場合と異なり、膨潤の程度が実際の運転時と同じとなり、ボールねじ使用中の膨潤による支障がより一層確実に防止できる。
また、このボールねじを用いた直動装置では、周期的な動トルク変動に伴う作動特性が向上し、位置決め精度の向上が可能となることが検証できた。
【００１２】
これらの発明において、上記直動体がテーブルであって、上記直動型転がり軸受を複数個平行に配置しても良い。これら複数の平行な直動型転がり軸受により上記テーブルを進退自在に支持する。上記テーブルは、例えば工作機械における各種の送り台や、半導体関連装置におけるワーク位置決め台等である。
このような複数の直動型転がり軸受で支持されたテーブルをボールねじで駆動する場合に、そのボールねじとして第１ないし第４の発明におけるボールねじを使用することで、周期的な動トルク変動に伴う作動特性が向上し、位置決め精度の向上が効果的に得られることが検証できた。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図１３と共に説明する。この実施形態は第１の発明に対応する。図１（Ａ），（Ｂ）は、この実施形態の直動装置と、その位置決め精度を測定する測定器とを示す平面図および正面断面図である。この直動装置２５は工作機械のテーブル送り装置であって、機台３２上に平行に配置された複数の直動型転がり軸受３３を介して進退自在に支持される直動体３４と、この直動体３４を進退駆動するボールねじ３５とを備える。直動型転がり軸受３３は、レール３３ｂと、このレール３３ｂに跨がって配置されて上記レール３３ｂに転接する複数の転動体（図示せず）を内蔵した軸受部３３ａとでなり、レール３３ｂが上記基台３２に設置されている。軸受部３３ａは、例えば上記複数の転動体が循環移動する無端の経路を有するものが用いられる。直動体３４は可動テーブルであり、その両側部が一対の直動型転がり軸受３３によって進退自在に支持されている。直動体３４の両側を支持する各直動型転がり軸受３３は、同じレール３３ｂ上を移動可能な複数の軸受部３３ａを有しており、これら複数の軸受部３３ａが直動体３４における進退方向の前後に取付けられている。
ボールねじ３５のねじ軸１は、直動型転がり軸受３３のレール３３ｂと平行となるように、サポートユニット３７を介して機台３２上に回転自在に支持されている。ねじ軸１の一端は、カップリング３８を介して駆動部であるサーボモータ４１に連結されている。ボールねじ３５のナット２は固定用ホルダ４２を介して上記直動体３４の下面に連結されている。
この直動装置２５では、サーボモータ４１の回転駆動により、その回転角度だけボールねじ３５のナット２が進退移動し、ナット２に連結された直動体３４の位置制御が行われる。
測定器２６は干渉レーザー測長器からなり、これにより直動装置２５の位置決め精度を高精度に測定できる。
【００１４】
この実施形態の直動装置２５に用いられる前記ボールねじ３５の構成を図２および図３に示す。このボールねじ３５はリターンチューブ式のものであって、ねじ軸１の外径面と、このねじ軸１の外周に遊嵌するナット２の内径面に、互いに対応するねじ溝４，５が形成され、両ねじ溝４，５の間で形成される螺旋状の転走路６に複数のボール３が介在している。ナット２は、ねじ溝５に両端が連通して転走路６のボール３を循環させる循環部７を有し、転走路６および循環部７によって周回経路８が形成されている。周回経路８は、ねじ溝４，５の螺旋の１周分であっても、複数周分であっても良い。また、周回経路８は、一つのボールねじにおいて一つであっても、複数であっても良い。循環部７は、循環部構成部品であるチューブ１０内の孔により構成される。チューブ１０は、ナット２にねじ溝５に連通して形成された一対のチューブ嵌合孔２９に両端が差し込まれ、固定部品１２（図５参照）でナット２からの抜け出しを阻止するように固定されている。
【００１５】
この構成のボールねじ３５において、上記循環部７には、この循環部７の一端のボール３と他端のボール３の間にボール循環方向の弾性を付与する弾性付与手段１１が設けられている。ここでは、循環部７の内壁面を構成するチューブ１０の材質を弾性体とすることにより上記弾性付与手段１１が構成されている。このチューブ１０の材質となる弾性体は、例えば熱可塑性エラストマーであり、ポリエステル系エラストマー等が用いられる。なお、弾性付与手段１１のボール循環方向の弾性のばね定数は、循環部７の経路全体において、概ね０．４Ｎ／ｍｍ〜１８０Ｎ／ｍｍの範囲に設定することが望ましい。
また、上記弾性体の熱可塑性エラストマーとする材質は、後に示す各実施形態において、ガイドプレート、エンドキャップ、こま等を弾性体とする場合にも適用できる。
【００１６】
上記構成のボールねじ３５の作用，効果を、従来のボールねじと比較して試験，検証した結果と共に説明する。
図４に試験装置を示す。この試験装置は、試験対象となるボールねじ３５のナット２をナット回転止め５１に止め付け、ねじ軸１をモータ５２で回転させてナット２の動トルク等を測定するものである。モータ５２の出力軸は、ブラケット５３に軸受（図示せず）を介して回転自在に支持された駆動軸５４にカップリング５５を介して連結され、駆動軸５４にフランジ５６で結合されたボールねじ固定ブッシュ５７に、ボールねじ３５のねじ軸１の一端が連結固定される。ねじ軸１の他端は他のブラケット５８により回転自在に支持される。ナット回転止め５１には歪みゲージ５９が貼り付けてあり、ナット２に作用する動トルクは、ナット回転止め５１の歪みにより、歪みゲージ５９を介して検出される。歪みゲージ５９の出力は、ブリッジボックスおよびアンプ（いずれも図示せず）を介して取り出し、レコーダ６２で記録する。また、ボールねじ３５のチューブ１０に歪みゲージ６３を貼付け、チューブ１０に発生した応力を、レコーダ６２で電圧値により検出するようにしてある。チューブ１０の歪みゲージ６３は、図５（Ａ），（Ｂ）に拡大して示すように取付ける。チューブ１０は、上記のように固定部品１２でナット２に固定されている。
【００１７】
上記試験装置を用い、従来のボールねじにおけるボールの詰まり現象に起因する動トルク変動を測定した結果を、図６に示す。同図（Ａ）は、ボール間に間座や弾性体等の介在物を何も介在させない通常のボールねじ（総ボール仕様）の場合を示す。同図（Ｂ）はボール間に鋼製のスペーサボールを介在させた場合を、同図（Ｃ）はボール間に樹脂製の間座を介在させた場合をそれぞれ示す。同図（Ａ）から分かるように、通常の総ボール仕様のボールねじの場合、動トルクの変動はボール通過周期と一致している。スペーサボールを使用しても（ 図６（Ｂ）） 、また樹脂で形成した間座をボール間に挿入しても（図６（Ｃ））、改善されることはなかった。
図６（Ａ）は、動トルク変動と共に、チューブ歪み量の測定結果を示す。これより、動トルク変動はチューブに発生する応力およびボールの通過周期と同期していることが分かる。これにより、動トルクの増大時にチューブ内でボールが詰まっていることが確かめられた。
【００１８】
この測定結果から、図７と共にボールの詰まり現象を説明する。転走路６にあるボール３は、外部負荷を受けているため弾性変形した状態にある。一方、循環部７にあるボール３は外部負荷を受けないので、変形していない状態にある。
循環部７内のボール３は後ろから来たボール３に押し出されない限り、転走路６に入ることは無い。
したがって、ボールＡ（３）が循環部７から転走路６に入り、その転走面に沿って公転するためには、次の３段階の過程が必要である。
▲１▼．後ろから来たボールＢ（３）に押し出される。（図７（Ａ））。
▲２▼．押し出されたボールＡ（３）は、軸，ナットのねじ溝転走面間に挟まれることで、外部負荷を受け、弾性変形する。（図７（Ｂ））。
▲３▼．弾性変形したボールＡ（３）は、回転している転走面から自転力をもらい、自ら転走面に沿って公転する。（図７（Ｃ））。
【００１９】
ここで、転走路６に入ろうとするボールＡ（３）は、上記▲１▼から▲２▼の間では、自らは動かない。しかし、▲２▼のように後ろから来たボールＢ（３）は、このボールＡを押し出そうとするため、循環部７内でボール詰まりが発生する。続いて、▲３▼では、転走路６に入ったボールは自転を始めるため、ボール詰まりが開放される。上記現象が、連続的に発生するために、ボール通過周期で動トルク変動が発生する。
特に、ボールねじのねじ軸１，ナット２間にミスアライメント等によりモーメント荷重、ラジアル荷重等の偏荷重が加わった時には、ボール循環部７の出入り口近傍のねじ軸，ナット転走面がよりボール３を弾性変形させるように狭まることがあるため、周期的な動トルク変動も発生しやすかった、という事実に対しても理解ができる。
【００２０】
したがって、ボール通過周期で発生する動トルク変動は、スペーサボールや間座を負荷ボール間に挿入して、転走面内の隣り合うボール同士の摩擦を解消することで解決することはできない。つまり、ボールが外部負荷を受けている転走面内での改善では効果が現れないことが分かった。
【００２１】
以上の結果より、外部負荷によりボール３が弾性変形していない領域でボール詰まり力を解消する構成の一例として、上記循環部７に、この循環部７の一端のボール３と他端のボール３の間にボール循環方向の弾性を付与する弾性付与手段１１を設け、循環部７で発生するボール詰まり力を解消する手段を評価した。
その概念構造と測定結果を図８，図９に示す。この概念構造は、図２，図３に示すボールねじ３５であるが、図８，図９では、弾性付与手段１１と等価なばね要素を、循環部７内でボール３間に介在させた一つの自由長Ｌのコイルばねとして模式的に示した。このボールねじを駆動した場合の挙動を示す。
▲１▼’．ボールＡ（３）は後ろから来たボールＢ（３）に押し出される。（図８（Ａ））。
▲２▼’．押し出されたボールＡ（３）は、ねじ軸１、ナット２のねじ溝転走面間に挟まれることで、外部負荷を受けて弾性変形する。この時、循環部７内にボール詰まり力が発生するが、弾性付与手段１１が弾性変位することで、このボール詰まり力を解消する。（Ｌ’＜Ｌ）（図８（Ｂ））。具体的には、弾性付与手段１１により、チューブ１０が拡径変形することで、チューブ１０内の隣接するボール３，３同士が、互いにチューブ径方向の反対側に位置ずれして、ボール循環方向の位置関係では互いに接近することになり、これによりボール詰まり力を解消する。
▲３▼’．弾性変形したボールＡ（３）は、回転している転走面から自転力をもらい、自ら転走面に沿って公転する。このボールＡ（３）の移動により、▲２▼’で弾性変位していた弾性付与手段１１は元の状態に戻る。つまり、チューブ１０が元の径に戻る。（図８（Ｃ））。
【００２２】
図９に示すように、循環部７にこの構造を用いたボールねじ３５では、ボール通過周期で動トルク変動が発生しないことが確認され、上記の考えが正しいことが分かった。
以上の結果より、ボール循環部７内で発生するボール詰まりを解消させるために、循環部７に、この循環部７の一端のボール３と他端のボール３の間にボール循環方向の弾性を付与する弾性付与手段１１を設けることで、ボール詰まりに起因するボール通過周期で発生する動トルク変動を抑えたボールねじが得られることが分かる。
【００２３】
図１０および図１１は、この実施形態の直動装置２５につき、ボールねじ単独ではなく、直動装置２５として従来の直動装置との性能比較を行った試験結果を示す。図１０は、直動体（可動テーブル）３４の移動時のモータトルク変動の結果を、図１１は位置決め誤差の測定結果を示している。これら図１０，図１１において、（Ａ）は実施形態の結果を、（Ｂ）は従来例の結果をそれぞれ示す。位置決め誤差の測定は図１の測定器２６で行った。
これら図１０，図１１に示すように、従来のボールねじを用いた直動装置ではモータのトルク変動（図１０（Ｂ））に同期したテーブル位置決め誤差（図１１（Ｂ））が発生している。その誤差量は、モータのトルク変動の大きさにほぼ比例し、誤差の変動幅は数μｍ程度であることがわかった。この時の各モータトルク変動とテーブル移動誤差のスパイク発生周期は、ボールねじのボール通過周期と同じであることが確かめられた。
上記実施形態の直動装置２５では、サーボモータ４１のトルク変動（図１０（Ａ））が殆ど無く、直動体（可動テーブル）３４移動時の位置決め誤差（図１１（Ａ））も認められなかった。
【００２４】
また、この実施形態の直動装置２５について、ミスアライメントが位置決め誤差に与える影響についても、従来の総負荷玉ボールねじを用いた直動装置（テーブル送り装置）と比較して以下のように調査した。すなわち、この調査では、図１２のようにボールねじ３５のナット２と、直動体（可動テーブル）３４の固定用ホルダ４２との間にシム５０を挟み込み、ボールねじ３５のナット２と直動体（可動テーブル）３４のミスアライメント量を増加させた時の位置決め誤差（具体的にはモータトルク変動）について測定した。図１３はその測定結果を示す。この測定結果から、従来のボールねじを用いた直動装置（テーブル送り装置）では、ミスアライメントが増加するにしたがってモータトルク変動が大きくなる傾向が認められ、位置決め誤差が大きくなる。これに対して、この実施形態の直動装置２５では、ミスアライメント量に関係なくモータトルク変動が小さく、位置決め誤差の発生が抑えられていることが確かめられた。
【００２５】
上記実施形態は、循環部７がリターンチューブ式であるボールねじ３５を用いた場合を示したが、この発明は、上記リターンチューブ式を代表とする外部循環方式の他に、内部循環方式としたボールねじを用いても良く、ボール循環形式に関係なく適用することができる。外部循環方式は、ナット２の本体の外部でボール３を循環させる方式であり、上記リターンチューブ式の他に、図１４〜図１６に示すガイドプレート式がある。内部循環方式は、ナット２の本体の内部でボール３を循環させる方式であり、代表例として、図１７，図１８に示すエンドキャップ式や、図１９，図２０に示すようにこま式がある。これらの各循環形式においても、この発明を適用することができる。
上記ガイドプレート式、エンドキャップ式、およびこま式のボールねじの実施形態について順次説明する。これらの実施形態（図１４〜図３８）においても、ボールねじ３５の基本構成は図２，図３の第１の実施形態と同じである。すなわち、ねじ軸１の外径面とこのねじ軸１の外周に遊嵌するナット２の内径面に、互いに対向するねじ溝４，５が形成され、上記ねじ軸１のねじ溝４とナット２のねじ溝５の間で形成される転走路６に複数のボール３が介在し、上記ナット２のねじ溝５に両端が連通して上記転走路６のボール３を循環させる循環部７をナット２に有し、上記転走路６および循環部７によって周回経路８が形成される。以下は各実施形態の特徴部分を説明する。
【００２６】
図１４〜図１６は、ガイドプレート式のボールねじにこの発明を適用した実施形態を示す。このボールねじ３５は、循環部７の内壁面を構成する循環部構成部品がガイドプレート２０からなる。ガイドプレート２０は、ナット２のねじ溝５が形成された部品であるナット本体２ａの周面に取付けられる。ナット本体２ａのガイドプレート取付面は平坦面とされ、ガイドプレート２０は、ナット本体２ａにボルト１５（図１５）により取付けられる。ガイドプレート２０は、ナット本体２ａとの重なり面にボール３を循環させるボール通過溝７ａを有する。図１６は、そのガイドプレート２０の裏面図を示す。この実施形態では、ガイドプレート２０の材質を弾性体とすることにより、循環部７に上記弾性付与手段１１を構成している。
この実施形態の場合、循環部構成部品であるガイドプレート２０が弾性的に変形可能なことで、循環部７のボール通過溝７ａの断面幅や断面高さが弾性的に拡縮可能となり、循環部７の一端のボール３と他端のボール３の間にボール循環方向の弾性を付与される。このボール循環方向の弾性付与により、ボール詰まりが解消され、ボール詰まり現象に起因するボールねじのボール通過周期で発生する動トルク変動を抑えることができる。
【００２７】
図１７，図１８は、エンドキャップ式のボールねじにこの発明を適用した実施形態を示す。このボールねじ３５は、循環部７の内壁面を構成する循環部構成部品３０がエンドキャップ３１およびナット本体２ａにより構成される。ナット本体２ａは、ナット２のねじ溝５が形成され、かつ軸方向に貫通したボール通過孔７ｃを有するものとされる。エンドキャップ３１は、ナット本体２ａの端面に取付けられる部品であり、ナット本体２ａとの重なり面に、ナット本体２ａのボール通過孔７ｃとナット２のねじ溝５とに連通するボール通過溝７ｂを有する。エンドキャップ３１は、一対のものがナット本体２ａの両側の端面に配置され、それぞれボルト１６等の固着具によりナット本体２ａに取付けられる。両側のエンドキャップ３１のボール通過溝７ｂと、ナット本体２ａのボール通過孔７ｃとで循環部７が構成される。この実施形態では、エンドキャップ３１の材料を弾性体とすることにより、循環部７に上記弾性付与手段１１を構成している。
この実施形態の場合は、エンドキャップ３１が弾性的に変形可能なことで、循環部７のボール通過溝７ａの断面幅や断面高さが弾性的に拡縮可能となり、循環部７の一端のボール３と他端のボール３の間にボール循環方向の弾性を付与される。
【００２８】
図１９，図２０は、こま式のボールねじに、この発明を適用した実施形態を示す。この実施形態は、ボールねじ３５が、循環部７の内壁面を構成する循環部構成部品をこま４０としたものであり、こま４０は、ナット２のねじ溝５を形成した部品であるナット本体２ａの周壁内外に貫通したこま取付孔２８内に取付けられる。こま４０は、内面にナット本体２ａのねじ溝５の隣合う周部分の間にボール３が循環するように循環させる循環溝７ｄが形成されている。この循環溝７ｄとナット本体２ａの外周面との間に循環部７が構成される。この実施形態では、こま４０の材質を弾性体とすることにより、循環部７に上記弾性付与手段１１を設けている。
この実施形態の場合は、こま４０が弾性的に変形可能なことで、循環溝７ｄの断面幅や断面高さが弾性的に拡縮可能となり、循環部７の一端のボール３と他端のボール３の間にボール循環方向の弾性を付与される。
【００２９】
図２１は、リターンチューブ式のボールねじにこの発明を適用した他の実施形態を示す。この実施形態は図２，図３に示した第１の実施形態におけるボールねじ３５において、チューブ１０の材料を弾性体とするのに代えて、循環部７の内壁面つまりチューブ１０の内壁面に弾性体層１３を設けたものである。すなわち弾性体層１３が弾性付与手段１１となる。弾性体層１３は、チューブ１０の本体と別体としたものであっても、一体としたものであっても良い。別体とする場合は、例えばチューブ１０内にこのチューブ１０よりも小径で弾性体からなるチューブを嵌合させたものとする。一体とする場合は、例えばチューブ１０の内面に弾性体のコーティング層を被着したものとする。
【００３０】
この実施形態の場合、弾性体層１３により、循環部７の内径が弾性的に拡縮可能となることで、循環部７の一端のボール３と他端のボール３の間にボール循環方向の弾性が付与される。これによりボール詰まり力が解消される。
【００３１】
図２２は、ガイドプレート式のボールねじに、弾性体層を適用した実施形態を示す。この実施形態は、図１４〜図１６に示した実施形態において、ガイドプレート２０の材料を弾性体とするのに代えて、循環部７の内壁面つまりガイドプレート２０のボール通過溝７ａの内壁面に弾性体層１３Ａを設けたものである。この弾性体層１３Ａが上記弾性付与手段１１となる。弾性体層１３Ａは、図２１のリターンチューブ式のボールねじの実施形態で示したのと同様に、ガイドプレート２０と別体であっても一体であっても良い。
【００３２】
図２３は、エンドキャップ式のボールねじに、弾性体層を適用した実施形態を示す。この実施形態は、図１７，図１８に示した実施形態において、エンドキャップ３１の材料を弾性体とするのに代えて、循環部７の一部であるナット本体２ａのボール通過孔７ｃの内壁面に弾性体層１３Ｂを設けたものである。この弾性体層１３Ｂが上記弾性付与手段１１となる。エンドキャップ３１の材質を弾性体とし、かつ上記ボール通過孔７ｃの内壁面にエンドキャップ３１よりも柔らかい弾性体層１３Ｂを設けても良い。
【００３３】
図２４は、チューブ式のボールねじにおけるさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図２，図３に示した第１の実施形態におけるボールねじ３５において、循環部７に弾性を持たせる手段として、チューブ１０に長手方向に沿ってスリットを設けている。図２４（Ａ）はそのチューブの正面図を、図２４（Ｂ）はその断面図を示す。
【００３４】
この実施形態の場合、スリットからなる柔軟性高め手段１７によってチューブ１０は弾性的な拡縮の柔軟性が高められるので、循環部７の拡径変形がより容易となり、また変形の可能な範囲が広がり、ボール詰まり力の解消がより容易となる。
【００３５】
図２５は、ガイドプレート式のボールねじに、柔軟性高め手段を設けた実施形態を示す。この実施形態は、図１４〜図１６に示した実施形態において、ガイドプレート２０のボール通過溝７ａの近傍に、このボール通過溝７ａに沿って柔軟性高め手段１７であるスリットを設けたものである。このスリットからなる柔軟性高め手段１７は、図２５（Ａ）のようにボール通過溝７ａの両側に設けても、また同図（Ｂ）のように片側のみに設けても良い。柔軟性高め手段１７であるスリットは、ボール通過溝７ａの略全長に沿って設けられている。
この構成の場合、ボール通過溝７ａの溝壁が弾性的に柔軟に変形することができ、これにより、循環部７の一端のボール３と他端のボール３の間にボール循環方向の弾性が付与される。また、ガイドプレート２０を合成樹脂製とした場合、スリットを形成するだけより弾性付与が十分に行え、簡易な構成で動トルク変動の小さなボールねじとできる。
【００３６】
図２６，図２７は、チューブ式のボールねじにおけるさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図２，図３に示した第１の実施形態におけるボールねじ３５において、循環部構成部品であるチューブ１０を、弾性固定手段１８でナット本体２ａに固定したものである。この弾性固定手段１８が、弾性付与手段１１を構成する。弾性固定手段１８は、図２７に示すように、チューブ１０をナット本体２ａに固定するサドル状の固定部品１２と、この固定部品１２と循環部構成部品１０の間に介在させる弾性体１９とでなる。チューブ１０は、弾性体からなるものであっても、弾性を有しないものであっても良い。弾性体１９は、例えばゴム製のシートからなる。なお、上記弾性体１９を設ける代わりに、図２８のように、固定部品１２をナット本体２ａに固定するボルト１４の頭部１４ａと固定部品１２との間に弾性体１９Ａを介在させても良い。
【００３７】
この実施形態の場合、弾性固定手段１８の弾性体１９，１９Ａが弾性的に変形することで、その変形分だけ、ナット２のチューブ嵌合孔２９（図３）に対するチューブ１０の差し込み量が弾性的に変化可能となる。そのため循環部７の長さが弾性的に変化することになり、循環部７内のボール３に経路方向の弾性が与えられることになる。これによりボール詰まり力が解消される。チューブ１０が弾性体である場合は、弾性固定手段１８の弾性変形により、チューブ１０の曲がり程度が弾性的に変化し、これによっても循環部７の一端のボール３と他端のボール３の間にボール循環方向の弾性が付与される。すなわち、チューブ１０は図３のようにＵ字状に屈曲しているが、その固定箇所が弾性的に変位可能であると、ボール３に作用する力によってチューブ１０の湾曲部分の曲率が弾性的に変化し、これによって実質の循環部長さが変化することになる。そのため循環部７内のボール３に経路方向の弾性が与えられることになる。
【００３８】
図２９は、ガイドプレート式のボールねじに弾性固定手段を適用した実施形態を示す。この実施形態は、図１４〜図１６に示した実施形態において、ガイドプレート２０の材料を弾性体とするのに代えて、ガイドプレート２０をナット本体２ａに固定するボルト１５の頭部１５ａとガイドプレート２０との間に弾性体１９Ｂを介在させたものである。この弾性固定手段１８により弾性付与手段１１が構成される。ガイドプレート２０の材料を弾性体とし、さらに上記構成の弾性固定手段１８を設けても良い。
この構成の場合、弾性固定手段１８でナット本体２ａに固定されていることにより、ガイドプレート２０がナット本体２ａに対して弾性的に浮き上がることができて、循環部７の内径、つまりボール通過溝７ａの底面とナット本体表面との間の高さが浮き上がり程度によって変化することになる。そのため、循環部７内のボールに経路方向の弾性が与えられることになる。
【００３９】
図３０は、エンドキャップ式のボールねじに弾性固定手段を適用した実施形態を示す。この実施形態は、図１７，図１８に示した実施形態において、エンドキャップ３１の材質を弾性体とするのに代えて、エンドキャップ３１をナット本体２ａに固定するボルト１６の頭部１６ａとエンドキャプ３１との間に弾性体１９Ｃを介在させたものである。この弾性固定手段１８が弾性付与手段１１となる。エンドキャップ３１の材質を弾性体とし、さらに上記構成の弾性固定手段１８を設けても良い。
この構成の場合、弾性固定手段１８でナット本体２ａに固定されていることにより、エンドキャップ３１がナット本体２ａに対して弾性的に浮き上がることができて、循環部７の内径、つまりエンドキャップ３１のボール通過孔７ｃの底面とナット本体２ａとの間の高さが浮き上がり程度によって変化することになる。そのため、循環部７内のボールに経路方向の弾性が与えられることになる。
【００４０】
図３１は、こま式のボールねじに弾性固定手段を適用した実施形態を示す。この実施形態は、図１９，図２０に示した実施形態において、こま４０の材料を弾性体とするのに代えて、こま４０をナット本体２ａのこま取付孔２８から抜脱しないように押圧する弾性体１９Ｄを弾性固定手段１８としたものである。この弾性固定手段１８が弾性付与手段１１となる。こま取付孔２８の所定位置よりも内方へのこま４０の移動は、こま取付孔２８内に設けられたストッパ部２８ａによって阻止される。上記弾性体１９Ｄは、その両側の端部をこま取付孔２８の内壁面の凹部２８ａに係合させることによりナット本体２ａに取付けられる。弾性体１９Ｄは、例えば板ばねからなる。なお、こま４０の材料を弾性体とし、さらに上記構成の弾性固定手段１８を設けても良い。
【００４１】
図３２は、チューブ式のボールねじにこの発明を適用したさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図２，図３に示した第１の実施形態におけるボールねじ３５において、チューブ１０の材質を弾性体とするのに代えて、循環部７の経路方向の一部に、経路内に弾性的に突出するばね体２１を設けたものである。このばね体２１が弾性付与手段１１となる。ばね体２１は、循環部７を構成するチューブ１０の外面に取付けられ、チューブ１０に設けられた窓１０ａから一部が循環部７内に突出するようにされている。ばね体２１の、ボール３と接触する部分の周辺部における循環部長さ方向に沿う断面形状は滑らかな凸曲線形状とされ、ボール３との接触状態が点接触または線接触となるようにされている。
【００４２】
この実施形態の基本構造とその挙動を図３３に示す。
▲１▼”．ボールＡ（３）は後ろから来たボールＢ（３）に押し出される（図３３（Ａ））。
▲２▼”．押し出されたボールＡ（３）は、ねじ軸１、ナット２のねじ溝転走面間に挟まれることで、外部負荷を受けて弾性変形する。この時、循環部７内にボール詰まり力が発生するが、弾性付与手段１１であるばね体２１が循環部７の外径側に弾性変位することで、このボール詰まり力を解消する（図３３（Ｂ））。すなわち、ばね体２１が外径側に弾性変位することで、循環部７の最先のボール３と終端部のボール３の間にボール循環方向の弾性が付与されることになり、これによりボール詰まり力が解消される。
▲３▼”．弾性変形したボールＡ（３）は、回転している転走面から自転力をもらい、自ら転走面に沿って公転する。このボールＡ（３）の移動により、▲２▼”で弾性変位していたばね体２１は循環部７の内方に戻る（図３３（Ｃ））。
【００４３】
この実施形態の場合、チューブ１０の窓１０ａからばね体２１の一部が循環部７内に突出するものとしているので、弾性付与手段１１の循環部７に対する外側の部分が自由に設計でき、設計の自由度が得易い。
【００４４】
また、ばね体２１の循環部長さ方向に沿う断面形状が凸曲線形状であるので、ボール３が弾性付与手段１１を円滑に通過することができる。さらに、ばね体２１がボール３に対して点接触または線接触となるようにされているので、摩擦抵抗が小さくて済み、弾性付与手段１１を設けたことによるボール通過の抵抗増大を回避できる。
【００４５】
図３４は、ガイドプレート式のボールねじにおいて、循環部の一部に突出するばね体を適用した実施形態を示す。この実施形態は、図１４〜図１６に示した実施形態において、ガイドプレート２０の材質を弾性体とするのに代えて、循環部７の経路方向の一部に、経路内に弾性的に突出するばね体２１Ａを設けたものである。このばね体２１Ａが上記弾性付与手段１１となる。ばね体２１Ａは、循環部７を構成するガイドプレート２０の外面に取付けられ、ガイドプレート２０に設けられた窓２０ａから一部が循環部７内に突出する。ばね体２１Ａの、ボール３と接触する部分の周辺部における循環部長さ方向に沿う断面形状は滑らかな凸曲線形状とされ、ボール３との接触状態が点接触または線接触となるようにされている。
この構成の場合、図３２，図３３に示したリターンチューブ式のボールねじと同様に、ばね体２１Ａの作用によってボール詰まり力が解消される。
【００４６】
図３５は、エンドキャップ式のボールねじにおいて、循環部の一部に突出するばね体を適用した実施形態を示す。この実施形態は、図１７，図１８に示した実施形態において、エンドキャップ３１の材料を弾性体とするのに代えて、循環部７の経路方向の一部に、経路内に弾性的に突出するばね体２１Ｂを設けたものである。このばね体２１Ｂが弾性付与手段１１となる。ばね体２１Ｂは、循環部７の一部であるボール挿通孔７ｃを形成したナット本体２ａの外面に取付けられ、ナット本体２ａに設けられた窓２ｂから一部がボール挿通孔７ｃ内に突出するようにされている。ばね体２１Ｂの、ボール３と接触する部分の周辺部における循環部長さ方向に沿う断面形状は滑らかな凸曲線形状とされ、ボール３との接触状態が点接触または線接触となるようにされている。
この構成の場合、図３２，図３３に示したリターンチューブ式のボールねじと同様に、ばね体２１Ｂの作用によってボール詰まり力が解消される。
【００４７】
図３６は、こま式のボールねじにおいて循環部の一部に突出するばね体を適用した実施形態を示す。この実施形態は、図１９，図２０に示した実施形態において、こま４０の材料を弾性体とするのに代えて、循環部７の経路方向の一部に、経路内に弾性的に突出するばね体２１Ｃを設けたものである。このばね体２１Ｃが弾性付与手段１１となる。ばね体２１Ｃは、循環部７となる循環溝７ｄを形成したこま４０の外面に取付けられ、こま４０に設けられた窓４０ａから一部がボール循環溝７ｄ内に突出する。ばね体２１Ｃの、ボール３と接触する部分の周辺部における循環部長さ方向に沿う断面形状は滑らかな凸曲線形状とされ、ボール３との接触状態が点接触または線接触となるようにされている。
この構成の場合、図３２，図３３に示したリターンチューブ式のボールねじと同様に、ばね体２１Ｃの作用によってボール詰まり力が解消される。
【００４８】
図３７は、チューブ式のボールねじに循環部の一部に突出するばね体を適用した他の実施形態を示す。この実施形態は、図３２に示す実施形態において、チューブ１０と別体のばね体２１を設ける代わりに、チューブ１０の一部をばね構造としたばね体２１Ｄを形成したものである。具体的には、ばね体２１Ｄは、チューブ１０の管壁を切り起こした舌片状の切り起こし片からなる。管壁のばね体２１Ｄを切り起こした部分には窓１０ｂが生じている。チューブ１０は、弾性を有する材質のものであり、金属製または合成樹脂製のものである。このばね体２１Ｄとなる板ばね状の切り起こし片は、図３７（Ａ），（Ｂ）に断面図および平面図で示すように、チューブ１０の一部にコ字状のスリットを形成し、その長さ方向の中央が内部側に突出するように屈曲させたものである。ばね体２１Ｄの、ボール３と接触する部分の周辺部における循環部長さ方向に沿う断面形状は凸曲線形状とされ、ボール３との接触状態が点接触または線接触となるようにされている。
【００４９】
この実施形態の場合、チューブ１０の管壁に舌片状に形成した切り起こし片をばね体２１Ｄとしているので、部品点数の増加を伴わずに弾性付与手段１１を設けることができる。
【００５０】
図３８は、チューブ式のボールねじにおいて循環部の一部に突出するばね体を適用したさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図３２に示す実施形態において、板ばね状のばね体２１を設ける代わりに、ボール接触体２２と、このボール接触体２２を循環部７の内側へ付勢する弾性付与体２３とでなる弾性付与手段１１を設けたものである。これらボール接触体２２および弾性体付与体２３は、収容ケース２４内に収容され、ボールプランジャのような組立部品とされている。収容ケース２４の開口部には、ボール接触体２２の最大突出位置を規制する抜け止め手段（図示せず）が設けられている。この組立部品が、チューブ１０に形成された開口に対応してチューブ外面に取付けられている。収容ケース２４は有底筒状の部品である。弾性付与体２３はコイルばねからなる。ボール接触体２２は、球体、または先端が半球状となった部材である。
このように収容ケース２４にボール接触体２２および弾性付与体２３を設ける場合、弾性付与体２３にはコイルばねの他に、空気やオイルを用いた所謂流体ばねを採用することもできる。
【００５１】
この実施形態のボールねじについて、動トルク変動を、図４に示す測定装置で測定した結果を図３９に示す。この測定結果から、ボール通過周期で動トルク変動が発生しないことが確認された。
【００５２】
なお、この発明において、上記各実施形態やその他の実施形態の場合に、ボール３間の部分に、スペーサボールや間座等の介在部材を介在させても良い。その場合、上記介在部材は、転走路６におけるボール間摩擦の低減に用いられ、循環部７に弾性付与手段１１を設けたことと相まって、ねじ軸１とナット２の転走面にあるボール３間で発生する相対的なすべり現象による動トルク変動と、循環部７内でのボールの詰まり現象によるボール通過周期で発生する動トルク変動との両方が低減できる。
【００５３】
この発明における第２の発明に対応する実施形態を図４０ないし図４２と共に説明する。この実施形態は、図１に示す第１の実施形態の直動装置２５において、ボールねじ３５を次の構成としたものである。このボールねじ３５は、循環部７をリターンチューブ式としたものであり、ねじ軸１の外径面と、このねじ軸１の外周に遊嵌するナット２の内径面に、互いに対応するねじ溝４，５が形成され、両ねじ溝４，５の間で形成される螺旋状の転走路６に複数のボール３が介在している。ナット２は、ねじ溝５に両端が連通して転走路６のボール３を循環させる循環部７を有し、転走路６および循環部７によって周回経路８が形成されている。周回経路８は、ねじ溝４，５の螺旋の１周分であっても、複数周分であっても良く、この実施形態では複数周分とされている。また、周回経路８は、一つのボールねじにおいて一つであっても、複数であっても良い。この実施形態では、ナット２に循環部７を２つ設け、２つの周回経路８を形成している。循環部７は、ナット２に取付けられた経路構成部品であるリターンチューブ１０により形成されている。
【００５４】
この構成のボールねじ３５において、隣合うボール３の間に弾性体９を介在させてある。弾性体９は、このボールねじの任意の動作状態で少なくとも一つの弾性体９が循環部７内に位置するように配置する。すなわち、どのような動作状態になっても、常に循環部７内に最低１個の弾性体９が存在するようにする。弾性体９は、複数個のボール３に対して１個の割合でボール３間に介在させても良く、また全てのボール３間に介在させても良い。この実施形態では、図４１のように複数個のボール３に対して１個の割合で弾性体９を介在させてある。同図のように、循環部７内に、常に複数個（例えば３〜５個）の弾性体９が介在するようにしても良い。なお、図４１において、弾性体９に付したハッチングは、配置を見易くするためであり、断面を示すものではない。
弾性体９のばね定数は、循環部７の経路全体において、次の範囲になるものとする。すなわち、循環部７内のボール３、弾性体９、および循環部７の経路構成部品１０を含む循環部構成系Ｓにおける循環部７の一端のボール３Ａ と他端のボール３Ｂ の間に作用するボール出入り方向の弾性のばね定数を、０．４Ｎ／ｍｍ〜１８０Ｎ／ｍｍの範囲に設定する。例えば、図４８のように、循環部７の他端を閉じ、一端のボール３Ａ に荷重付与手段（図示せず）で押し込み力を与えた状態で循環部７内のばね定数を計測した場合の値が、上記範囲になるように設定する。ボール３Ａ に作用する荷重は、ロードセル４６で計測し、ボール３Ａ の変位はダイヤルゲージ４５で計測する。
【００５５】
循環部構成系Ｓのばね定数は、循環部７の経路構成部品（リターンチューブ）１０を剛体とみなすことができる場合は、循環部７内の各弾性体９とボール３の系のばね定数となる。経路構成部品１０が経路内の断面積等に影響を与える弾性を持つ場合は、経路構成部品１０の弾性変形も上記ばね定数に影響する。また、このばね定数は、循環部７の長さに応じて、循環部構成系Ｓの全体のばね定数が上記の範囲内になるように設定する。
弾性体９の形状は、この実施形態では略円板状でかつリング状としてあるが、この他にボール状など、各種の形状とできる。ただし、弾性体９の外径は、ボール３の外径よりも小さくする。弾性体９の具体的形状は、後に説明する。弾性体９の材質は、例えば熱可塑性エラストマーであり、ポリエステル系エラストマー等が用いられる。
【００５６】
上記構成のボールねじの効果を、従来のボールねじと比較して試験，検証した結果は、第１の実施形態における試験結果（図６）の場合と同様である。この試験には、図４に示した試験装置が用いられる。
上記試験装置を用い、従来のボールねじにおけるボールの詰まり現象に起因する動トルク変動を測定した結果は、図６の場合とほぼ同様であり、ここでは測定結果の図面を省略する。
【００５７】
この測定結果から、図７と共にボールの詰まり現象を説明する。転走路６にあるボール３は、外部負荷を受けているため弾性変形した状態にある。一方、循環部７にあるボール３は外部負荷を受けないので、変形していない状態にある。
循環部７内のボール３は後ろから来たボール３に押し出されない限り、転走路６に入ることは無い。
したがって、ボール３が循環部７から転走路６に入り、その転走面に沿って公転するためには、次の３段階の過程が必要である。
▲１▼．後ろから来たボール３に押し出される（図７（Ａ））。
▲２▼．押し出されたボール３は、軸，ナットのねじ溝転走面間に挟まれることで、外部負荷を受け、弾性変形する（図７（Ｂ））。
▲３▼．弾性変形したボールは、回転している転走面から自転力をもらい、自ら転走面に沿って公転する（図７（Ｃ））。
【００５８】
ここで、転走路６に入ろうとするボールＡ（３）は、上記▲１▼から▲２▼の間では、自らは動かない。しかし、▲２▼のように後ろから来たボールＢ（３）は、このボールＡを押し出そうとするため、循環部７内でボール詰まりが発生する。続いて、▲３▼では、転走路６に入ったボールは自転を始めるため、ボール詰まりが開放される。上記現象が、連続的に発生するために、ボール通過周期で動トルク変動が発生する。
特に、ボールねじのねじ軸１，ナット２間にミスアライメント等によりモーメント荷重、ラジアル荷重等の偏荷重が加わった時には、ボール循環部７の出入り口近傍のねじ軸，ナット転走面がよりボール３を弾性変形させるように狭まることがあるため、周期的な動トルク変動も発生しやすかった、という事実に対しても理解ができる。
【００５９】
したがって、ボール通過周期で発生する動トルク変動は、スペーサボールや間座を負荷ボール間に挿入して、転走面内の隣り合うボール同士の摩擦を解消することで解決することはできない。つまり、ボールが外部負荷を受けている転走面内での改善では効果が現れないことが分かった。
【００６０】
以上の結果より、外部負荷によりボール３が弾性変形していない領域で上記ボール詰まり力を解消する方法の一例として、ねじ軸、ナット転走面を除く循環部７内のボール３間に弾性体９を挿入し、循環部７で発生するボール詰まり力を解消する手段を評価した。
その基本構造は第１の実施形態における図８の場合と同様であり、その図面を省略する。測定結果を図５０に示す。この基本構造は、図８のように循環部７内でボール３間に弾性体９として一つの自由長Ｌのコイルばねを介在させたものであり、弾性体９が循環部７から脱しない範囲でボールねじを駆動した。その場合の挙動を示す。
▲１▼’．ボールＡ（３）は後ろから来たボールＢ（３）に押し出される（図８（Ａ））。
▲２▼’．押し出されたボールＡ（３）は、ねじ軸１、ナット２のねじ溝転走面間に挟まれることで、外部負荷を受けて弾性変形する。この時、循環部７内にボール詰まり力が発生するが、ボール３間に挿入した弾性体９（ ここでは自由長Ｌのコイルばね） が弾性変位することで、このボール詰まり力を解消する（Ｌ’＜Ｌ）（図８（Ｂ））。
▲３▼’．弾性変形したボールＡ（３）は、回転している転走面から自転力をもらい、自ら転走面に沿って公転する。このボールＡ（３）の移動により、▲２▼’で弾性変位していたコイルばね（弾性体９）は元の長さＬに戻る。（図８（Ｃ））。
【００６１】
図５０に示すように、循環部７内にこの構造を用いたボールねじ３５では、ボール通過周期で動トルク変動が発生しないことが確認され、上記考えが正しいことが分かった。
以上の結果より、ボール循環部７内で発生するボール詰まりを解消させるために、ボール３間に弾性体９を設けることで、ボール詰まりに起因するボール通過周期で発生する動トルク変動を抑えたボールねじが得られることが分かる。
この構造は循環部７を有する、全てのボールねじに適用可能であり、その循環方式は問わない。また、前述したスペーサボールを用いたボールねじにも適用可能である。
また、この実施形態の場合も、ボールねじ単体だけでなく、直動装置２５として、第１の実施形態と同様に図１０（Ａ），図１１（Ａ）に示すモータトルクの変動および位置決め誤差となり、低トルク変動で位置決め精度の優れた直動装置２５となることが検証された。
【００６２】
つぎに、図４２に示すような円板状の弾性体９を、循環部７内のボール３間に挿入したボールねじで、前述同様に評価した。また、ボール３間に挿入する弾性体７の割合を変えた場合も行った。その結果を図５１，図５２に示す。
この結果によると、上記の略円板状の弾性体９を介在させた構造においても、ボール通過周期で発生する動トルク変動はない。このことから、上記基本構造と同様に、ボール３間に弾性体９を介在させる構造が、基本性能を満足できることを確認した。
例えば、ナット２の往復動作が非常に短い揺動運転下、つまりボール３がほとんど公転せず、循環部７内に必ず弾性体９が配置されるのであれば、基本構造と様に、この弾性体９の配置は１個でも機能を満足することができる。
また、ボールねじの運転状態においては、ナット２を長い距離を移動させた後に、ある箇所で上記のような揺動運転をするような場合もある。
この場合は、弾性体９が循環部７内に必ず１ 個以上介在するような割合で、ボールねじに内蔵されるボール３間に挿入することで、上記機能を満足することができる。
この構造において、弾性体が転走面内に入った場合、図４３（Ｂ）に示すようにボール３同士が直接接触しても機能的には何ら問題ない。
【００６３】
次に、循環部７内で必要とされる弾性量を把握する目的で、循環部７内のボール３間に介在させる弾性体９の割合を変更して、複数のボール３および弾性体９で構成された、循環部構成系Ｓにおけるばね定数を測定した。また、材質も変更して同様に測定した。その測定概略と測定結果を図４９に示す。
これより、弾性体９の介在個数や材質が種々変わっても、循環部７内の複数のボール３と挿入する弾性体９を含めた循環部構成系Ｓのばね定数が０．４Ｎ／ｍｍ〜１８０Ｎ／ｍｍであれば、ボール間隔周期で発生する動トルク変動が抑えられることが分かった。
【００６４】
なお、ここで用いた弾性体９はポリエステル系エラストマー材であるが、熱可塑性エラストマーであって、スチレン系、オレフィン系、ポリウレタン系、塩ビ系、ポリアミド系など成形性の良い材質であれば、上記ばね定数を満足することは可能であり、これらを用いても良い。
ボール３間に挿入する弾性体９は、上記循環部構成系Ｓのばね定数を満足するのであれば、弾性体９の形状、材質は問わない。
また、ボールねじの仕様、循環方式によっては、循環部の長さが異なるため、循環部内に配列されるボール個数が異なってくるが、ボール３間に介在させる弾性体９の材質や弾性体９の個数を調整することで、上記ばね定数を実現させることができる。
【００６５】
つぎに、ボール３間に介在させる弾性体９の各種の具体例を説明する。図４２の例では、弾性体９は略円板形とし、その両側のボール接触面９ａを凹面形状としている。また、弾性体９は、中央孔９ｂを有する有端のリング状とされている。弾性体９の両側のボール接触面９ａは、互いに中心角度の異なる円すい面からなる接触面内径部９ａａと接触面外径部９ａｂとを繋いだ複合円すい面形状としてある。詳しくは、接触面内径部９ａａは、ボール接触部として、同図（Ｃ）のように、略ボール径Ｒに等しい径の球面部９ａｃを有する形状としてある。
弾性体９は、略円板形とする場合に、両側のボール接触面９ａを、上記のような複合円すい面形状とする代わりに、単一の円すい面形状や、ボール径よりも若干大径の球面形状としても良い。また、両側のボール接触面９ａを、曲率中心の異なる２つの円弧で構成されるゴシックアーチ状の断面形状としても良い。
【００６６】
弾性体９を上記孔付きの略円板状とするなど、リング状とする場合に、弾性体９の形状は、図４３（Ａ）のように、両側のボール３が互いに接触しない形状にすることが好ましい。ボール３が転走路６にあるときは、図４３（Ｂ）のように弾性体９の両側のボール３が互いに接する形状であっても影響は少ないが、循環部７内にあるときは、同図（Ａ）のように両側のボール３が互いに接触しないようにすることが、円滑な動作を得るために好ましい。
【００６７】
また、弾性体９は、必ずしもその全体が弾性を有するものでなくても良く、ボール３間に介在して、ボール並び方向に対する弾性を有するものであれば良い。例えば、弾性体９は、図４４の例のように中間部材９Ａを両側のボール接触部材９Ｂで挟み込んだ複合形状のものとし、中間部材９Ａの部分だけが弾性を有するものとしても良い。このような複合形状のものとすると、両側のボール接触部材９Ｂに低摩擦係数のものや、耐摩耗性の良いものを選択することができる。
弾性体９を有端のリング状とする場合に、ばね座金状のものとしても良い。例えば、図４５のように両端９ｄ，９ｅが互いに軸方向にずれ、そのずれが挟み代δとなるであっても良い。また、図４６のように、両端９ｄ，９ｅ間の周方隙間ｄが撓み代となるものであっても良い。
図４７のように、弾性体９はボール形状であっても良い。
【００６８】
また、上記実施形態は、循環部７をリターンチューブ形式としたが、この発明は、上記リターンチューブを代表とする外部循環方式の他に、内部循環方式としても良く、ボール循環形式に関係なく適用することができる。外部循環方式は、ナット２の本体の外部でボール３を循環させる方式であり、上記リターンチューブ式の他に、図１４に示したようなガイドプレート２０に循環部７を形成したガイドプレート式がある。内部循環方式は、ナット２の本体の内部でボール３を循環させる方式であり、代表例として、図１９に示したように循環部７をこま４０で形成したこま式や、図１７に示したような循環部７をエンドキャップ３１で形成したエンドキャップ式がある。これらの各循環形式においても、この発明を適用することができる。
【００６９】
なお、この発明において複数個のボール３毎に弾性体９を介在させる場合に、他のボール間の部分に、弾性を有しないスペーサボールや間座等の介在部材を介在させても良い。この介在部材は、転走路６におけるボール間摩擦の低減に用いられる。
また、この発明は、循環部７内の弾性体９を介在させるが、弾性体９を介在させなくても、循環部７の経路構成部品１０や、この経路構成部品１０を固定する部品を含めた系のどこかにばね性を持たせることによっても、循環部７内で発生するボール詰まり力を解消することが可能である。
【００７０】
この発明における第３の発明に対応する実施形態を図５３ないし図５５と共に説明する。この実施形態では、第１の実施形態の直動装置２４において、ボールねじ３５を次の構成としたものである。このボールねじ３５は循環部７をリターンチューブ式としたものであり、ねじ軸１の外径面と、このねじ軸１の外周に遊嵌するナット２の内径面に、互いに対応するねじ溝４，５が形成され、両ねじ溝４，５の間で形成される螺旋状の転走路６に複数のボール３が介在している。ナット２は、ねじ溝５に両端が連通して転走路６のボール３を循環させる循環部７を有し、転走路６および循環部７によって周回経路８が形成されている。周回経路８は、ねじ溝４，５の螺旋の１周分であっても、複数周分であっても良い。また、周回経路８は、一つのボールねじにおいて一つであっても、複数であっても良い。循環部７は、ナット２に取付けられたリターンチューブ１０により形成されている。
【００７１】
この構成のボールねじ３５において、隣合うボール３の間に弾性部材３９を介在させてある。弾性部材３９は、ボール間方向のばね定数が０．１〜１００Ｎ／ｍｍの範囲内であって、かつ使用時におけるボール間方向の最大変位量がボール径の０．５〜１００％の範囲内のものである。
【００７２】
弾性部材３９は、図５４に示すように略円板形としてある。この弾性部材３９は、有端のリング状であって、両端３９ａ，３９ｂが互いに軸方向にずれたものであり、ばね座金状となっている。このずれが挟み代δとなる。両端３９ａ，３９ｂ間のスリット３９ｃは、隙間寸法が略ゼロであっても良い。弾性部材３９の両側のボール接触面Ａ（図５５）は、凹面形状とされている。このボール接触面Ａの凹面形状は、例えば円すい面とされ、この他にボール３の半径よりも大きな曲率半径を持つ球状面形状としても良い。弾性部材３９の材質は例えば合成樹脂である。
【００７３】
上記構成のボールねじの効果を、従来のボールねじと比較して試験し、検証した結果と共に説明する。この試験には、図４に示した試験装置が用いられる。
【００７４】
上記試験装置を用い、従来のボールねじの揺動運転時に発生する駆動トルクの周期的な変動が発生するメカニズムを検証した結果を図６４に示す。図中で、「揺動トルク」とあるのは、駆動トルクのことである。従来のボールねじとしては、図５３に示す実施形態のボールねじ３５において、弾性部材３９を省いたものを用いた。測定条件は次の通りである。ボールねじの軸径：φ４０ｍｍ、リード：１６ｍｍ、予圧：有り、回転速度１０ｒ／ｍｉｎ、揺動距離：８ｍｍである。
【００７５】
検証の結果、このトルク変動の周期はボール間隔と合致することがわかった。
転走路６（図５３）で負荷を受けているボール３は、ねじ軸１またはナット２の回転に伴い公転する。しかし、負荷を受けていない循環部７内にあるボール３は、後ろから押し出されないと転走路６に入らない。ねじ軸１またはナット２を回転させると、負荷を受けている転走路６内のボール３は自転運動をしながら、転走路６に沿って公転運動をする（図６０）。図中に符号ａ〜ｃで、ねじ軸１の回転方向ａ、ボール３の公転方向ｂ、およびボール３の自転方向ｃを示す。このボール３の自転速度は転走路６のねじ溝内面の母線形状、粗さ、潤滑状態等で変化するはずである。この自転速度の違いが、個々のボール３の公転速度差になる。
【００７６】
ボール３に公転速度差が発生すると、ボール３同士は接触し、その部分に相対滑り摩擦が生じる。この摩擦力はボール３の自転方向ｃと逆の方向に発生するため、自転速度がますます遅くなり、ボール３間の公転速度差が増長される。その結果、ボール３同士が接触している箇所を起点としてボール３が詰まるボール３の競り合い現象が発生する。このことで、次の速度Ｖ１＜Ｖ２の関係となる（図６１）。
Ｖ１は循環部７から転走路６に入るボール３の公転速度であり、Ｖ２は転走路６から循環部７に入るボール３の公転速度である。
このＶ１，Ｖ２の速度差により、循環部７内にボール３が詰まってしまう。このボール３の詰まりは、ボール３の公転を阻害する力として、駆動トルクの増大になる（図６２）。
【００７７】
駆動トルクのボール間隔と同期した周期的な変動については、循環部７から転走路６に入るときのボール３は自ら移動できない。しかし、後ろから押され転走路６内に入り、転走路６から外部負荷を受けた瞬間に自ら回転しながら転走路６に沿って公転することになる。この瞬間に循環部７に発生していたボール３の詰まり力は一気に開放される。しかし、循環部７にある次のボール３についても同様の現象をたどるため、ボール３の詰まりによる駆動トルクの増大・開放は、ボール間隔周期で発生することになる。
【００７８】
そこで、図６３に模式的に示すように、循環部７内のボール３間に、あるばね定数を持った弾性部材３９を挿入し、循環部７内でボール３間に発生する詰まり力を吸収するようにすれば、駆動トルクの周期的な変動を抑えることができると考えた。
【００７９】
この考えを元に、図５３〜図５５に示す実施形態のボールねじを製作し、確認試験を行った。その結果を図６５に示す。この結果により、弾性部材３９をボール３間に介在させることで、揺動運転時の周期的な駆動トルク変動を抑えることができることが確認できた。弾性部材３９は、図５４と共に前述したように、樹脂製のばね座金タイプのもの、つまり有端のリング状で、両端３９ａ，３９ｂが互いに軸方向にずれたものであり、かつ両側のボール接触面Ａが凹面形状のものである。
【００８０】
なお、樹脂自体にも弾性力があるため、スリット３９ｃの無い弾性部材３９で同様の確認試験を行ったが、周期的な変動を抑える効果は見られなかった。また、ボール接触面Ｓを凹面形状としたばね座金タイプの弾性部材３９であっても、ばね定数が大きいと周期的な駆動トルク変動を抑えることができず、スリット３９ｃの無い弾性部材３９と同じ測定結果になった（図６６） 。
そこで、われわれは駆動トルクの周期的な変動を抑えるための適正なばね定数を見極めた結果、ばね定数が０．１〜１００Ｎ／ｍｍの弾性部材９で構成され、かつ使用時におけるボール間方向の最大変位量がボール径の０．５〜１００％の範囲内であれば、揺動運転時の周期的な駆動トルク変動を抑えることが可能であることを突き止めた。
【００８１】
この実施形態のボールねじ３５は、このようにボール３間にばね定数が０．１〜１００Ｎ／ｍｍの弾性部材３９を挿入し、かつ使用時における弾性部材３９のボール間方向の最大変位量が使用ボール径の０．５〜１００％の範囲内としたため、揺動運転時の周期的な駆動トルク変動を抑えることができる。また、この実施形態のボールねじ３５は、弾性部材３９を上記のばね座金タイプのものとしたため、上記の小さなばね定数、および最大変位量のものとすることが容易である。弾性部材３９は、略円板形であるため、経路内での引っ掛かりが生じ難い。また、弾性部材３９のボール接触面Ａは凹面形状としたため、この弾性部材３９の両側のボール３，３間の距離を短くでき、また弾性部材３９の姿勢が安定する。また、この実施形態の場合も、ボールねじ単体だけでなく、直動装置２５として、第１の実施形態と同様に図１０（Ａ），図１１（Ａ）に示すモータトルクの変動および位置決め誤差となり、低トルク変動で位置決め精度の優れた直動装置２５となることが検証された。
【００８２】
なお、弾性部材３９は、上記のばね座金タイプのものの他に、図５６，図５７，図５８にそれぞれ示すタイプのものとしても良い。
図５６に示す弾性部材３９は、略円板形で、かつ有端のリング状であって、両側のボール接触面Ａが凹面形状であり、両端３９ａ，３９ｂが互いに径方向に開くことによって、ボール接触部分の軸方向の変位を生じるものである。ばね定数と最大変位量については、第１の実施形態と同じく、ボール間方向のばね定数が０．１〜１００Ｎ／ｍｍの範囲内であって、かつ使用時におけるボール間方向の最大変位量がボール径の０．５〜１００％の範囲内とする。
【００８３】
図５７に示す弾性部材３９は、中央の部材３９Ａを、それぞれ片面にボール接触面Ａを成形した部材３９Ｂ，３９Ｂで挟み込んだものである。弾性部材３９の各構成部材３９Ａ，３９Ｂは、互いに異なる材質のものであり、少なくとも一つが弾性を有するものとされる。例えば、３つの部材３９Ａ，３９Ｂの全てが弾性を有する部材であって、中央の部材３９Ａが、両側の部材３９Ｂ，３９Ｂに比べて弾性係数の小さなものとしても良い。この接合形式の弾性部材３９は、その接合された状態の弾性部材３９の全体として、ボール間方向のばね定数が０．１〜１００Ｎ／ｍｍの範囲内であって、かつ使用時におけるボール間方向の最大変位量がボール径の０．５〜１００％の範囲内とされる。
このように弾性部材３９を２種以上の部材の接合形式とすることにより、小さな弾性を得ながら、ボール接触面Ａの滑りや耐摩耗性等の良いものとできる。
【００８４】
図５８に示す弾性部材３９は、球形状とのものし、その半径をボール３の半径の５０〜１００％の範囲としたものである。このように球形状とした場合は、弾性部材３９の方向性がなく、倒れによる詰まりの恐れがない。
【００８５】
なお、上記各実施形態は、弾性部材３９をボール３の１個毎に介在させたが、図５９に示すように、複数個のボール３毎に１個の弾性部材３９を介在させても良い。その場合、弾性部材３９のボール３に対する個数割合は、循環部７に常に１個以上の弾性部材３９が存在する割合とする。これにより、潤滑部７における詰まりが防止される。
【００８６】
また、上記各実施形態は、循環部７をリターンチューブ１０で構成したが、この発明は、上記リターンチューブ１０を代表とする外部循環方式の他に、内部循環方式としても良く、ボール循環形式に関係なく適用することができる。外部循環方式は、ナット２の本体の外部でボール３を循環させる方式であり、上記リターンチューブ式の他に、図１４に示すようにガイドプレート２０に循環部７を形成したガイドプレート式がある。内部循環方式は、ナット２の本体の内部でボール３を循環させる方式であり、代表例として、図１９に示すように循環部７をこま４０で形成したこま式や、図１７に示すように循環部７をエンドキャップ３１で形成したエンドキャップ式がある。
【００８７】
この発明における第４の発明に対応する実施形態を図６７および図６８と共に説明する。この実施形態は、第１の実施形態の直動装置２５において、ボールねじ３５を次の構成としたものである。このボールねじ３５は、循環部７をリターンチューブ式としたものであり、ねじ軸１の外径面と、このねじ軸１の外周に遊嵌するナット２の内径面に、互いに対応するねじ溝４，５が形成され、両ねじ溝４，５の間で形成される螺旋状の転走路６に複数のボール３が介在している。ナット２は、ねじ溝５に両端が連通して転走路６のボール３を循環させる循環部７を有し、転走路６および循環部７によって周回経路８が形成されている。周回経路８は、ねじ溝４，５の螺旋の１周分であっても、複数周分であっても良る。また、周回経路８は、一つのボールねじにおいて一つであっても、複数であっても良い。この実施形態では、ナット２に潤滑部７を２つ設け、２つの周回経路８を形成している。循環部７は、ナット２に取付けられた経路構成部品（リターンチューブ）１０により形成されている。
【００８８】
この構成のボールねじ３５において、隣合うボール３の間に間座４９を介在させてある。間座４９は、複数個のボール３に対して１個の割合でボール３間に介在させても良く、また全てのボール３間に介在させても良い。この実施形態では、図６７のように複数個のボール３に対して１個の割合で間座４９を介在させてある。なお、図６７において、間座４９に付したハッチングは、配置を見易くするためであり、断面を示すものではない。
【００８９】
間座４９の形状は、図６８に具体例を示すように両面が凹面となった略円板形である。例えば中央部が両面に貫通したリング状とされる。同図の例では、間座４９は両側のボール接触面４９ａが凹面形状とされ、また中央孔４９ｂを有するリング状とされている。間座４９の両側のボール接触面４９ａは、互いに中心角度の異なる円すい面からなる接触面内径部４９ａａと接触面外径部４９ａｂとを繋いだ複合円すい面形状としてある。詳しくは、接触面内径部４９ａａは、ボール接触部として、同図（Ｃ）のように、略ボール径Ｒに等しい径の球面部４９ａを有する形状としてある。間座４９は、略円板形とする場合に、両側のボール接触面４９ａを、上記のような複合円すい面形状とする代わりに、単一の円すい面形状や、ボール径よりも若干大径の球面形状としても良い。また、両側のボール接触面４９ａを、曲率中心の異なる２つの円弧で構成されるゴシックアーチ状の断面形状としても良い。間座４９は、この他に球形のものであっても良い。
【００９０】
間座４９の材質は、樹脂製であり、エラストマまたはプラストマからなる。この実施形態では、間座４９の材質は、適度の弾性を与えるために熱可塑性エラストマとし、具体的にはポリエステルエラストマとしている。
この間座４９は、このボールねじへの組み込みよりも前に、このボールねじの潤滑に使用される潤滑剤に浸漬させることで膨潤させ、その膨潤が安定した状態で上記周回経路８に組み込まれたものとしている。すなわち、上記膨潤は飽和を生じるため、略飽和して間座４９の寸法が安定した状態で、間座４９のボールねじへの組み込みを行う。ボールねじの潤滑剤としては、潤滑油またはグリースが用いられるが、間座４９の組立前における膨潤には潤滑油またはグリース等の潤滑剤そのものを用いても、また潤滑油またはグリース等の潤滑剤の基油を用いても良い。
【００９１】
この構成のボールねじ３５によると、予め間座４９を膨潤させ、その膨潤が安定してからボールねじに組み込むため、ボールねじ駆動中に間座４９の膨潤が徐々に進行することがない。そのため、間座４９の膨潤に起因して生じる次の各問題が解消される。
▲１▼．ボール循環列内におけるボール３間の隙間が増大し、間座が倒れること。
▲２▼．間座４９の外径が大きくなり、間座４９がねじ軸１やナット２のねじ溝４，５の転走面、または経路構成部品１０に接触してボール３の円滑な循環を阻害すること。
▲３▼．ボール循環列内におけるボール３間の隙間が零（または負隙間）となり、動トルクが増大したり異音が発生すること。
【００９２】
また、ボールねじの組立前の膨潤には、このボールねじの潤滑に使用される潤滑剤またはその基油と同じ潤滑剤または基油を用いるため、他の種類の潤滑剤を用いる場合と異なり、膨潤の程度が実際の運転時と同じとなり、ボールねじ使用中の膨潤による支障がより確実に防止できる。
間座４９にポリエステルエラストマ等の熱可塑性エラストマを用いた場合は、間座４９に適度の弾性を与えることができるため、ボール３に作用する荷重の吸収，隙間に対するがたつき防止性が得られ、より安定した運転が可能である。その反面、潤滑油等による膨潤の問題が大きいが、上記のように予め膨潤させて組み込むことで、膨潤の問題が解消され、その適度の弾性による利点が効果的となる。
また、この実施形態の場合も、ボールねじ単体だけでなく、直動装置２５として、第１の実施形態と同様に図１０（Ａ），図１１（Ａ）に示すモータトルクの変動および位置決め誤差となり、低トルク変動で位置決め精度の優れた直動装置２５となることが検証された。
【００９３】
間座４９の材質として、ポリエステルエラストマを用いた場合の各種の試験結果を以下に示す。間座４９の形状は、図６８に示す形状のものである。
〔膨潤試験結果〕
表１は、ボール径９／３２インチのボールねじに適用する間座４９を、グリース（マルテンプＬＲＬ Ｎｏ．３）（商品名）に浸漬して膨潤させた際の寸法変化測定結果を示す。浸漬条件は、５５°Ｃの雰囲気中で２４時間とした。
【００９４】
【表１】
表１より、間座４９を膨潤させると、間座４９の軸方向厚みが薄くなる傾向にあることが判る。この間座４９をボールねじに組み込むと隣接するボール３，３間の距離Ｌ（図６８（Ａ））が縮まる。したがって、潤滑油等で膨潤させていない状態で間座４９をボールねじに間座４９を組み込んだ場合には、間座４９の膨潤が進むにつれて周回経路８内のボール３間の隙間が増大し、間座４９が倒れてボールねじが正常に動作しなくなる恐れがある。一方、間座４９を膨潤させることにより、間座４９の外径Ｄ（図６８（Ｂ））が大きくなる傾向にあることも分かる。したがって、膨潤させていない間座４９をボールねじに組み込んだ場合には、間座４９がねじ軸１またはナット２の転走面や循環部７の経路構成部品１０に接触してボール３の円滑な循環を阻害する恐れがある。
【００９６】
次に、同じ間座４９をグリース（マルテンプＬＲＬ Ｎｏ．３）（商品名）の基油であるＬオイルに浸漬して膨潤させた際の間座４９の寸法変化測定結果を表２に示す。浸漬条件は、表１と同様であり、５５°Ｃの雰囲気中で２４時間とした。
【００９７】
【表２】
表２の結果は、表１とほぼ同様の傾向，膨潤量を示している。このことから、間座４９をボールねじに使用する潤滑油あるいはグリースそのものに浸漬させずに、これらの潤滑剤の基油に浸漬させても同等の効果が得られることが分かった。 以上の結果から、樹脂製の間座４９を用いる場合は、予め潤滑油、グリース、またはこれらの基油に間座４９を浸漬し、間座４９の寸法を安定させてから、間座４９をボールねじに組み付けることが好ましいと考えられる。
【００９９】
〔膨潤時間試験結果〕
次に、図６９に、ばね定数が互いに異なるポリエステルエラストマを材質とした３種類の間座Ａ，Ｂ，Ｃ（図中では、ポリエステルエラストマＡ，Ｂ，Ｃで示す）を、約５５°Ｃの雰囲気中でグリース（マルテンプＬＲＬ Ｎｏ．３）（商品名）に浸漬した場合の間座外径Ｄの膨潤率について、時間毎の変化を調査した結果を示す。この結果から、ポリエステルエラストマを材質とする間座４９では、約５５°Ｃの雰囲気中でグリース（マルテンプＬＲＬ Ｎｏ．３）に浸漬する場合、約２４時間以上浸漬すれば、間座９の寸法が安定すること、すなわち膨潤が飽和することが分かった。また、潤滑剤が上記品種のグリース（マルテンプＬＲＬ Ｎｏ．３）ではなく、他の品種のグリース（アルバニア Ｎｏ．２）やＩＳＯ ＶＧ６８のグリースである場合も、図示はしないが、ほぼ同様の結果であり、約２４時間以上浸漬すれば、間座４９の寸法が安定（膨循が飽和）することが分かった。
また、常温（約２５°Ｃ）の雰囲気中では、上記いずれの潤滑剤に浸漬した場合でも、図示はしないが、約３３６時間浸漬すれば、間座９の寸法が安定（膨潤が飽和）することが分かった。
【０１００】
以上の結果より、弾性体である間座４９の材質としてポリエステルエラストマを用いる場合には、浸漬条件として、次の条件が好ましいと考えられる。
▲１▼．約５５°Ｃ以上の雰囲気中では、２４時間以上、潤滑剤中に浸漬する。
▲２▼．常温（約２５°Ｃ）の雰囲気中では、３３６時間以上、潤滑剤中に浸漬する。
【０１０１】
〔膨潤によるばね定数の変化について〕
間座４９を膨潤させることによって、そのばね定数がどの程度変化するかを、上記した３種類の間座Ａ〜Ｃ（表中では、ポリエステルエラストマＡ，Ｂ，Ｃで示す）をサンプルとして調査した結果を示す。
【０１０２】
【表３】
この結果から、間座４９の材質としてポリエステルエラストマを用いる場合は、間座４９を予め膨潤させても、膨潤前とほぼ同等のばね定数が得られていることが分かる。したがって、膨潤前の間座４９において系のばね定数を設定しておき、その後に間座４９を膨潤させてボールねじに組み込んでも、何ら問題ない。
【０１０４】
なお、ここで用いた間座４９の材質はポリエステルエラストマとしたが、他の熱可塑性エラストマであっても同様の効果が得られる。また、間座４９の材質がプラストマの場合でも、膨潤が安定した状態でボールねじに組み込むことにより、ボールねじ駆動中に間座４９が徐々に膨潤することを防止できる。プラストマの場合は、エラストマの場合に比べて膨潤による間座４９の寸法変化は小さいが、膨潤による寸法が安定した状態で間座４９を組み込むことで、ボールねじの運転中に膨潤に起因してボール間すきまがゼロ（負すきま）となって、動トルクが増大したり異音が発生することが防止される。
【０１０５】
上記実施形態は、循環部７をリターンチューブ形式としたが、この発明は、上記リターンチューブを代表とする外部循環方式の他に、内部循環方式としても良く、ボール循環形式に関係なく適用することができる。外部循環方式は、ナット２の本体の外部でボール３を循環させる方式であり、上記リターンチューブ式の他に、図１４に示すようにガイドプレート２５に循環部７を形成したガイドプレート式がある。内部循環方式は、ナット２の本体の内部でボール３を循環させる方式であり、代表例として、図１９に示すように循環部７をこま４０で形成したこま式や、図１７に示すように循環部７をエンドキャップ３１で形成したエンドキャップ式がある。これらのいずれの循環形式においても、この発明を適用することができる。
【０１０６】
なお、この発明の直動装置を用いる機器としては、工作機械、産業機械、ロボット、その他の機械が挙げられる。工作機械としては、旋盤、フライス盤、中ぐり盤、マシニングセンタ、ジグポーラ、ボール盤、研削盤、放電加工機、ワイヤレスカット放電加工機、パンチングプレス、レーザ加工機等が挙げられる。またこの直動装置を用いる産業機械としては、半導体関連装置、露光装置、化学処理装置、ワイヤボンダ、プローバ、電子部品挿入機、プリント基盤孔あけ機等がある。ロボット関係の産業用機械としては、組立装置、搬送装置、シーリング、スポット溶接機等が挙げられる。その他に、汎用機、専用機、鉄鋼設備機械、射出成形機、プレス機等が適用例として挙げられる。
【０１０７】
【発明の効果】
この発明における第１の発明の直動装置は、ボールねじとして、循環部に、この循環部の一端のボールと他端のボールの間にボール循環方向の弾性を付与する弾性付与手段を設けたものを用いたため、周期的な動トルク変動が抑制され、位置決め精度の向上が可能となる。
この発明における第２の発明の直動装置は、ボールねじとして、任意の動作状態で少なくとも一つの弾性体が循環部内に位置するように、ボール間に弾性状態を介在させ、上記循環部内のボール、弾性体、および循環部の経路構成部品を含む循環部構成系における循環部一端のボールと他端のボールの間に作用するボール出入り方向のばね定数を０．４〜１８０Ｎ／ｍｍの範囲としたものを用いたため、周期的な動トルク変動が抑制され、位置決め精度の向上が可能となる。 この発明における第３の発明の直動装置は、ボールねじとして、隣合うボールの間に弾性部材を介在させ、この弾性部材に、ボール間方向のばね定数が０．１〜１００Ｎ／ｍｍの範囲内であって、かつ使用時におけるボール間方向の最大変位量がボール径の０．５〜１００％の範囲内であるものを用いたため、周期的な動トルク変動が抑制され、位置決め精度の向上が可能となる。
この発明における第３の発明の直動装置は、ボールねじとして間座入りのものを用い、上記間座が、潤滑剤またはその基油の浸漬により膨潤し、その膨潤が安定した状態で上記周回経路に組み込まれたものとしたため、周期的な動トルク変動が抑制され、位置決め精度の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）はこの発明の第１の実施形態に係る直動装置とその位置決め誤差を測定する測定器とを示す平面図、（Ｂ）はその正面断面図である。
【図２】同直動装置に用いられるボールねじの破断斜視図である。
【図３】（Ａ）は同ボールねじを斜めに破断した横断面図、（Ｂ）は同ボールねじにおけるチューブの正面図である。
【図４】ボールねじの動トルク等の測定装置の説明図である。
【図５】（Ａ）は図４のＩＶ部分を拡大して下側から示す図、（Ｂ）はその一部をさらに拡大した図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ通常のボールねじ、スペーサボール使用の例、樹脂製ナットの使用の例における動トルクの試験結果を示すグラフである。
【図７】従来のボールねじの詰まり作用の説明図である。
【図８】実施形態に係るボールねじの詰まり解消作用の説明図である。
【図９】その動トルクの測定結果のグラフである。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ実施形態に係る直動装置と従来の直動装置とのモータトルク変動の測定結果のグラフである。
【図１１】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ同実施形態の係る直動装置と従来例との位置決め誤差の測定結果のグラフである。
【図１２】同直動装置でのミスアライメント量調整のための構成例を示す図である。
【図１３】同直動装置での位置決め精度とミスアライメントとの関係を従来例と比較して示すグラフである。
【図１４】この発明の他の実施形態におけるボールねじの横断面図である。
【図１５】同ボールねじの平面図である。
【図１６】同ボールねじにおけるガイドプレートの裏面図である。
【図１７】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじの断面図である。
【図１８】同ボールねじの平面図である。
【図１９】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじの破断斜視図である。
【図２０】（Ａ）は同ボールねじの平面図、（Ｂ）は同ボールねじの部分拡大断面図（Ｃは同ボールねじにおけるこまの裏面図である。
【図２１】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじのチューブを示す断面図である。
【図２２】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態におけるボールねじのガイドプレートを示す裏面図、（Ｂ）は同ガイドプレートのボール通過溝の断面図である。
【図２３】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじのナットの破断平面図である。
【図２４】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態におけるボールねじのチューブを示す正面図、（Ｂ）は同チューブの断面図である。
【図２５】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態におけるボールねじのガイドプレートを示す裏面図、（Ｂ）はのガイドプレートの変形例を示す裏面図である。
【図２６】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじのナットを示す平面図である。
【図２７】同ボールねじにおけるチューブの固定構造を示す断面図である。
【図２８】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじのチューブの固定構造を示す断面図である。
【図２９】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態におけるボールねじのナットを示す平面図、（Ｂ）は同ボールねじにおけるガイドプレートの固定構造を示す断面図である。
【図３０】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態におけるボールねじのナットを示す平面図、（Ｂ）は同ボールねじにおけるエンドキャップの固定構造を示す断面図である。
【図３１】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態におえるボールねじのナットを示す平面図、（Ｂ）は同ボールねじにおけるこまの固定構造を示す断面図である。
【図３２】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじのチューブを示す断面図である。
【図３３】実施形態におけるボールねじの詰まり解消作用の説明図である。
【図３４】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじの要部断面図である。
【図３５】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじの要部断面図である。
【図３６】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじの要部断面図である。
【図３７】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態におけるボールねじのチューブを示す断面図、（Ｂ）は同チューブの平面図である。
【図３８】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじを斜めに破断した横断面図である。
【図３９】同ボールねじの動トルクの試験結果を示すグラフである。
【図４０】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじの破断側面図である。
【図４１】同ボールねじを斜めに破断した横断面図である。
【図４２】（Ａ）はその弾性体の断面とボールとの関係を示す説明図、（Ｂ）は弾性体の断面図、（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ部の拡大図である。
【図４３】弾性体の各種変形例とボールの関係を示す説明図である。
【図４４】弾性体の他の変形例を示す正面図および断面図である。
【図４５】弾性体のさらに他の変形例を示す正面図および断面図である。
【図４６】弾性体のさらに他の変形例を示す正面図，側面図，および隙間開き状態の正面図である。
【図４７】弾性体のさらに他の変形例とボールの関係を示す説明図である。
【図４８】ばね定数の測定試験装置を示す説明図である。
【図４９】ボールねじにおける循環部構成系の剛性値（ばね定数）と各種材質，弾性体個数の場合における動トルク変化の良否を示す試験結果のグラフである。
【図５０】動トルクの測定結果のグラフである。
【図５１】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態におけるボールねじの断面図、（Ｂ）はその動トルクの試験結果の説明図である。
【図５２】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態にオケルボールねじの断面図、（Ｂ）はその動トルクの試験結果の説明図である。
【図５３】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじを斜めに破断した横断面図である。
【図５４】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ同ボールねじの弾性部材の側面図およびその正面図である。
【図５５】同ボールねじの弾性部材とボールの関係を示す断面図である。
【図５６】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ弾性部材の変形例の側面図，正面図，およびその開き状態の側面図である。
【図５７】弾性部材の他の変形例の破断正面図である。
【図５８】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじと弾性部材の関係を示す説明図である。
【図５９】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじと弾性部材の関係を示す説明図である。
【図６０】ボールねじ一般におけるボール公転動作の説明図である。
【図６１】ボールねじ一般におけるボール公転速度の説明図である。
【図６２】ボールねじ一般におけるボールの詰まり力の説明図である。
【図６３】ボールねじの提案例の作用説明図である。
【図６４】従来のボールねじにおける揺動トルクの試験結果のグラフである。
【図６５】実施形態におけるボールねじでの揺動トルクの試験結果のグラフである。
【図６６】比較提案例におけるボールねじでの揺動トルクの試験結果のグラフである。
【図６７】この発明のさらに他の実施形態におけるボールねじを斜めに破断した横断面図である。
【図６８】（Ａ）はその間座の断面とボールとの関係を示す説明図、（Ｂ）は間座の断面図、（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ部の拡大図である。
【図６９】ばね定数の異なる各種のポリエステルエラストマ製間座の膨潤率の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１…ねじ軸
２…ナット
３…ボール
４，５…ねじ溝
６…転走路
７…循環部
８…周回経路
１０…チューブ（循環部構成部品）
１１…弾性付与手段
２５…直動装置
３３…直動型転がり軸受
３４…直動体（可動テーブル）
３５…ボールねじ
３９…弾性部材
４９…間座[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear motion device using a ball screw in machine tools, industrial machinery, and other various mechanical devices.
[0002]
[Prior art]
Machine tools that use linear motion devices include lathes, milling machines, machining centers, punching presses, and the like, and industrial machines include semiconductor-related devices and electronic component insertion machines. Moreover, there are machines for assembly, conveyance, welding, etc. for the robot industry. In addition, general-purpose machines, dedicated machines, steel machine equipment, injection molding machines, press machines, and the like can be given.
The ball screw can convert rotary motion into linear motion with high efficiency, and as a device that can achieve precise positioning in linear motion, it replaces the table feed device of machine tools and hydraulic / pneumatic actuators as described above. Is used.
Here, in order to realize the precise positioning performance and high efficiency of the ball screw, stable dynamic torque performance is required. In other words, the dynamic torque fluctuation may cause a reduction in efficiency by causing a load fluctuation in the motor that drives the ball screw, and may increase the accumulated pulses with respect to the command of the motor, leading to deterioration in positioning accuracy. As a factor that hinders stable dynamic torque performance, conventionally, dynamic torque fluctuation due to a relative slip phenomenon that occurs between balls on the rolling surface of a screw shaft and a nut has been considered. Various ball screws with improved variation factors have been proposed (for example,
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-56-116951
[Patent Document 2]
JP 2000-120825 A
[Patent Document 3]
JP 2000-199556 A
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 13-254802
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
All of these proposed examples attempt to eliminate the above-mentioned fluctuation factors of dynamic torque, but as a result of tests and considerations, it has been found that there are other fluctuation factors of dynamic torque.
That is, there are the following two factors that hinder stable dynamic torque characteristics.
(1). Dynamic torque fluctuation due to relative slip phenomenon that occurs between balls on the rolling surface of the screw shaft and nut.
(2). Dynamic torque fluctuation that occurs in the ball passage cycle due to the clogging phenomenon in the ball circulation section.
Regarding the above factor (2), especially when an eccentric load such as moment load or radial load is applied due to misalignment between the screw shaft and nut of the ball screw, The distance between the rolling surfaces may be narrowed so that the ball is more elastically deformed, and periodic dynamic torque fluctuations are likely to occur.
[0005]
In each of the above proposed examples, one of the two factors (1) and (2) can be eliminated, but the other factor (2) is not considered. The dynamic torque fluctuation generated in the ball passing period due to the clogging phenomenon in the ball circulation section cannot be suppressed. For this reason, it is considered difficult to obtain a satisfactory ball screw for improving positioning accuracy and efficiency when used in a linear motion device and stabilizing driving torque.
As a ball screw capable of improving the above factor (2), the present applicant filed the following four applications. (1). Japanese Patent Application No. 2002-037248, (2) Japanese Patent Application No. 2002-268039, Japanese Patent Application No. 2002-335182, and Japanese Patent Application No. 2002-339164.
However, these applications all improve the torque fluctuation of a single ball screw. For this reason, when a ball screw is used in various actual machines, it is unclear how much the dynamic torque fluctuation of the ball screw alone affects the positioning accuracy deterioration of the table and the like.
[0006]
An object of the present invention is to provide a linear motion device using a ball screw, which has a small dynamic torque fluctuation and can improve positioning accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Each of the linear motion devices according to the first to fourth aspects of the present invention is a device including a linear motion type rolling bearing that supports the linear motion body so as to advance and retreat, and a ball screw that drives the linear motion body to advance and retract. In addition, the ball screw has a thread groove opposed to each other formed on an outer diameter surface of the screw shaft and an inner diameter surface of the nut loosely fitted on the outer periphery of the screw shaft, and the screw groove of the screw shaft and the screw groove of the nut A plurality of balls are interposed in the rolling path formed between the nuts, and the nut has a circulating part that circulates the balls of the rolling path by communicating with both ends of the thread groove of the nut, and by the rolling path and the circulating part, A circuit path is formed.
[0008]
Among these, the linear motion device according to the first aspect of the present invention is provided with an elasticity imparting means for imparting elasticity in the ball circulation direction between the ball at one end of the circulation portion and the ball at the other end of the circulation portion of the ball screw. It is characterized by that.
Considering the behavior of the ball screw in the circulating part, when the earliest ball in the circulating part is pushed by the back ball and enters the rolling path, it is sandwiched between the screw shaft and the thread groove rolling surface of the nut. The ball is clogged in the circulation part because it receives an external load and becomes an extrusion resistance. According to the configuration of the present invention, since the elasticity applying means provided in the circulation portion gives elasticity in the ball circulation direction between the first ball and the last ball of the circulation portion, the above-mentioned ball clogging force is elastic. The applying means is relaxed by elastic deformation. This prevents the ball clogging phenomenon and suppresses the dynamic torque fluctuation of the ball passing period caused by the ball clogging phenomenon in the circulating portion. Therefore, the positioning accuracy and efficiency of the ball screw are improved, and the driving torque is stabilized.
In addition, as a result of the test, it was verified that the linear motion device using the ball screw can improve the operation characteristics accompanying the periodic dynamic torque fluctuation and improve the positioning accuracy.
[0009]
A linear motion device according to a second aspect of the present invention is characterized in that the ball screw has the following configuration. In other words, the elastic body is interposed between the balls so that at least one elastic body is positioned in the circulating portion in an arbitrary operation state. The elastic spring constant of the ball in / out direction acting between the ball at one end of the circulating portion and the ball at the other end in the circulating portion constituting system including the ball in the circulating portion, the elastic body, and the path component of the circulating portion is 0. The range is 4 N / mm to 180 N / mm. A more preferable range of this spring constant is a range of 5 N / mm to 100 N / mm, and a more preferable range is 15 N / mm to 40 N / mm.
In the present invention, factors and reasons for the periodic fluctuation of the drive torque are considered, and an appropriate spring constant for suppressing this fluctuation is determined. Considering the behavior in the circulation section, when the earliest ball in the circulation section is pushed by the back ball and enters the rolling path, it is sandwiched between the threaded rolling surface of the screw shaft and the nut, so that the external load In response to the resistance of the extrusion, a ball clogging force is generated in the circulating portion. This clogging force is eliminated by elastic deformation of the elastic body interposed between the balls in the circulating portion, and the ball clogging phenomenon is prevented.
In addition, it was verified that the linear motion device using this ball screw has improved operational characteristics associated with periodic dynamic torque fluctuations and can improve positioning accuracy.
[0010]
A linear motion device according to a third aspect of the present invention is characterized in that the ball screw has the following configuration. That is, an elastic member is interposed between adjacent balls, and the elastic member has a spring constant in the inter-ball direction of 0.1 to 100 N / mm and a maximum displacement in the inter-ball direction during use. The amount is in the range of 0.5 to 100% of the ball diameter.
The spring constant of the elastic member in the above-described ball screw is determined by considering the factors and reasons that cause a periodic fluctuation of the driving torque and by determining an appropriate value for suppressing this fluctuation. As a result of the test, the spring constant of the elastic member interposed between the balls is in the range of 0.1 to 100 N / mm, and the maximum elastic displacement during use is in the range of 0.5 to 100% of the used ball diameter. If it is within the range, it has been found that it is possible to suppress the periodic dynamic torque fluctuation during the swing operation.
According to this ball screw, it is possible to contribute to the improvement of positioning accuracy and the stabilization of the driving torque by suppressing the periodic fluctuation of the driving torque due to the passage of the ball, which is likely to occur particularly during the low-speed swing operation of the ball screw. .
In addition, it was verified that the linear motion device using this ball screw has improved operational characteristics associated with periodic dynamic torque fluctuations and can improve positioning accuracy.
[0011]
A linear motion device according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that the ball screw has the following configuration. In this ball screw, a plurality of balls and a resin spacer interposed between these balls are provided on a rolling path formed between the screw groove of the screw shaft and the screw groove of the nut. This spacer is swollen by immersion of the lubricant or its base oil, and is incorporated in the circulation path in a state where the swelling is stable. Lubricating oil or grease is used as the lubricant. In this specification, “made of resin” means to include both plastomer and elastomer.
According to the ball screw of this configuration, the spacer is swollen in advance and the swelling is stabilized and then incorporated into the ball screw, that is, the swelling is saturated and the dimensional change is stabilized. The swelling of the spacer does not progress. Therefore, it is possible to prevent the collapse of the spacer, the contact with the rolling surface of the spacer, the increase of dynamic torque, and the generation of abnormal noise caused by the swelling of the spacer.
For the swelling by dipping before assembling the ball screw, any lubricant or its base oil may be used, and in this case, the effect of dimensional stability can be obtained. However, for the swelling treatment, it is preferable to use the same lubricant as the lubricant used for the lubrication of the ball screw or its base oil. In that case, unlike the case of using a different type of lubricant for swelling, The degree of swelling is the same as in actual operation, and troubles due to swelling during use of the ball screw can be prevented more reliably.
In addition, it was verified that the linear motion device using this ball screw has improved operational characteristics associated with periodic dynamic torque fluctuations and can improve positioning accuracy.
[0012]
In these inventions, the linear motion body may be a table, and a plurality of the linear motion rolling bearings may be arranged in parallel. The table is supported by the plurality of parallel linear motion type rolling bearings so as to freely advance and retract. The table is, for example, various feed tables in a machine tool, a workpiece positioning table in a semiconductor related device, or the like.
When a table supported by such a plurality of linear motion type rolling bearings is driven by a ball screw, periodic dynamic torque fluctuations are obtained by using the ball screw according to the first to fourth inventions as the ball screw. It has been verified that the operation characteristics accompanying the improvement of the positioning accuracy and the improvement of positioning accuracy can be obtained effectively.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment corresponds to the first invention. 1A and 1B are a plan view and a front sectional view showing the linear motion device of this embodiment and a measuring instrument for measuring the positioning accuracy. The
The
In this
The measuring
[0014]
2 and 3 show the configuration of the
[0015]
In the
Moreover, the material used as the thermoplastic elastomer of the elastic body can also be applied to the case where a guide plate, an end cap, a top, or the like is used as an elastic body in each embodiment described later.
[0016]
The operation and effect of the
FIG. 4 shows the test apparatus. In this test apparatus, the
[0017]
FIG. 6 shows the result of measuring the dynamic torque fluctuation caused by the ball clogging phenomenon in the conventional ball screw using the above test apparatus. FIG. 4A shows a case of a normal ball screw (total ball specification) in which no interposition such as a spacer or an elastic body is interposed between the balls. FIG. 4B shows a case where a steel spacer ball is interposed between the balls, and FIG. 4C shows a case where a resin spacer is interposed between the balls. As can be seen from FIG. 6A, in the case of a ball screw having a general total ball specification, the fluctuation of the dynamic torque coincides with the ball passing period. Even if spacer balls were used (FIG. 6 (B)) or a spacer formed of resin was inserted between the balls (FIG. 6 (C)), there was no improvement.
FIG. 6 (A) shows the measurement result of the tube distortion amount together with the dynamic torque fluctuation. This shows that the dynamic torque fluctuation is synchronized with the stress generated in the tube and the ball passing period. This confirmed that the ball was clogged in the tube when the dynamic torque increased.
[0018]
From this measurement result, the ball clogging phenomenon will be described with reference to FIG. The
The
Therefore, in order for the ball A (3) to enter the rolling
(1). It is pushed out to the ball B (3) coming from behind. (FIG. 7 (A)).
(2). The extruded ball A (3) is elastically deformed by receiving an external load by being sandwiched between the thread groove rolling surfaces of the shaft and nut. (FIG. 7B).
(3). The elastically deformed ball A (3) receives a rotating force from the rotating rolling surface and revolves along the rolling surface. (FIG. 7C).
[0019]
Here, the ball A (3) trying to enter the rolling
In particular, when an unbalanced load such as moment load or radial load is applied between the
[0020]
Therefore, the dynamic torque fluctuation generated in the ball passing period cannot be solved by inserting spacer balls or spacers between the load balls to eliminate friction between adjacent balls in the rolling surface. In other words, it was found that the improvement in the rolling surface where the ball is subjected to an external load has no effect.
[0021]
From the above results, as an example of a configuration for eliminating the ball clogging force in a region where the
The conceptual structure and measurement results are shown in FIGS. This conceptual structure is the
(1) '. Ball A (3) is pushed out to ball B (3) coming from behind. (FIG. 8 (A)).
(2) '. The extruded ball A (3) is elastically deformed by receiving an external load by being sandwiched between the thread rolling surfaces of the
(3) '. The elastically deformed ball A (3) receives a rotating force from the rotating rolling surface and revolves along the rolling surface. Due to the movement of the ball A (3), the elasticity applying means 11 which has been elastically displaced in (2) 'returns to its original state. That is, the
[0022]
As shown in FIG. 9, in the
From the above results, in order to eliminate the ball clogging that occurs in the
[0023]
FIG. 10 and FIG. 11 show the test results of performance comparison of the
As shown in FIGS. 10 and 11, in the linear motion device using the conventional ball screw, a table positioning error (FIG. 11B) synchronized with the torque fluctuation of the motor (FIG. 10B) occurs. Yes. The error amount was almost proportional to the magnitude of the motor torque fluctuation, and the error fluctuation range was found to be about several μm. It was confirmed that the spike generation period of each motor torque fluctuation and table movement error at this time was the same as the ball passing period of the ball screw.
In the
[0024]
Further, regarding the
[0025]
Although the said embodiment showed the case where the
Embodiments of the guide plate type, end cap type, and top type ball screw will be sequentially described. Also in these embodiments (FIGS. 14 to 38), the basic configuration of the
[0026]
14 to 16 show an embodiment in which the present invention is applied to a guide plate type ball screw. The ball screw 35 includes a
In the case of this embodiment, since the
[0027]
17 and 18 show an embodiment in which the present invention is applied to an end cap type ball screw. In this
In the case of this embodiment, the
[0028]
19 and 20 show an embodiment in which the present invention is applied to a top-type ball screw. In this embodiment, the
In the case of this embodiment, the top 40 can be elastically deformed, so that the cross-sectional width and cross-sectional height of the
[0029]
FIG. 21 shows another embodiment in which the present invention is applied to a return tube type ball screw. In this embodiment, in the
[0030]
In the case of this embodiment, the
[0031]
FIG. 22 shows an embodiment in which an elastic layer is applied to a guide plate type ball screw. This embodiment is different from the embodiment shown in FIGS. 14 to 16 in that the material of the
[0032]
FIG. 23 shows an embodiment in which an elastic layer is applied to an end cap type ball screw. This embodiment is different from the embodiment shown in FIGS. 17 and 18 in that the inner end of the
[0033]
FIG. 24 shows still another embodiment of a tube-type ball screw. In this embodiment, in the
[0034]
In the case of this embodiment, the flexibility of the
[0035]
FIG. 25 shows an embodiment in which a guide plate type ball screw is provided with means for increasing flexibility. In this embodiment, in the embodiment shown in FIGS. 14 to 16, a slit which is a means for increasing
In the case of this configuration, the groove wall of the
[0036]
26 and 27 show still another embodiment of a tube type ball screw. In this embodiment, in the
[0037]
In the case of this embodiment, the
[0038]
FIG. 29 shows an embodiment in which an elastic fixing means is applied to a guide plate type ball screw. This embodiment is different from the embodiment shown in FIGS. 14 to 16 in that the material of the
In the case of this configuration, the
[0039]
FIG. 30 shows an embodiment in which an elastic fixing means is applied to an end cap type ball screw. In this embodiment, in place of the material of the
In the case of this configuration, the
[0040]
FIG. 31 shows an embodiment in which an elastic fixing means is applied to a top-type ball screw. In this embodiment, in place of the material of the top 40 being an elastic body in the embodiment shown in FIGS. 19 and 20, the top 40 is pressed so as not to be removed from the top mounting
[0041]
FIG. 32 shows still another embodiment in which the present invention is applied to a tube-type ball screw. This embodiment is different from the
[0042]
The basic structure of this embodiment and its behavior are shown in FIG.
{Circle over (1)} The ball A (3) is pushed out to the ball B (3) coming from behind (FIG. 33 (A)).
{Circle around (2)}. The extruded ball A (3) is elastically deformed by receiving an external load by being sandwiched between the thread groove rolling surfaces of the
(3) The elastically deformed ball A (3) receives a rotating force from the rotating rolling surface and revolves along the rolling surface. By the movement of the ball A (3), (2) The
[0043]
In the case of this embodiment, since a part of the
[0044]
Moreover, since the cross-sectional shape along the circulation part length direction of the
[0045]
FIG. 34 shows an embodiment in which a spring body protruding from a part of the circulation portion is applied to a guide plate type ball screw. In this embodiment, instead of using the material of the
In the case of this configuration, similarly to the return tube type ball screw shown in FIGS. 32 and 33, the ball clogging force is eliminated by the action of the
[0046]
FIG. 35 shows an embodiment in which a spring body protruding from a part of the circulating portion is applied to an end cap type ball screw. This embodiment is different from the embodiment shown in FIGS. 17 and 18 in that the material of the
In the case of this configuration, similarly to the return tube type ball screw shown in FIGS. 32 and 33, the ball clogging force is eliminated by the action of the
[0047]
FIG. 36 shows an embodiment in which a spring body protruding from a part of the circulating portion is applied to a top-type ball screw. In this embodiment, instead of using the elastic body as the material of the top 40 in the embodiment shown in FIG. 19 and FIG. 20, a part of the circulating
In the case of this configuration, similarly to the return tube type ball screw shown in FIGS. 32 and 33, the ball clogging force is eliminated by the action of the
[0048]
FIG. 37 shows another embodiment in which a spring body protruding from a part of the circulation portion is applied to a tube-type ball screw. In this embodiment, instead of providing the
[0049]
In the case of this embodiment, since the cut-and-raised piece formed on the tube wall of the
[0050]
FIG. 38 shows still another embodiment in which a spring body protruding from a part of the circulation portion is applied to a tube-type ball screw. In this embodiment, instead of providing the leaf spring-
Thus, when providing the ball contact body 22 and the
[0051]
With respect to the ball screw of this embodiment, the result of measuring the dynamic torque fluctuation with the measuring device shown in FIG. 4 is shown in FIG. From this measurement result, it was confirmed that no dynamic torque fluctuation occurred in the ball passing period.
[0052]
In the present invention, intervening members such as spacer balls and spacers may be interposed between the
[0053]
An embodiment corresponding to the second aspect of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the
[0054]
In the
The spring constant of the
[0055]
When the path component (return tube) 10 of the
In this embodiment, the
[0056]
The result of testing and verifying the effect of the ball screw having the above configuration in comparison with the conventional ball screw is the same as the test result (FIG. 6) in the first embodiment. For this test, the test apparatus shown in FIG. 4 is used.
The result of measuring the dynamic torque fluctuation caused by the ball clogging phenomenon in the conventional ball screw using the above test apparatus is almost the same as the case of FIG. 6, and the drawing of the measurement result is omitted here.
[0057]
From this measurement result, the ball clogging phenomenon will be described with reference to FIG. The
The
Therefore, in order for the
(1). It is pushed out by the
(2). The
(3). The elastically deformed ball receives a rotating force from the rotating rolling surface and revolves along the rolling surface itself (FIG. 7C).
[0058]
Here, the ball A (3) trying to enter the rolling
In particular, when an unbalanced load such as moment load or radial load is applied between the
[0059]
Therefore, the dynamic torque fluctuation generated in the ball passing period cannot be solved by inserting spacer balls or spacers between the load balls to eliminate friction between adjacent balls in the rolling surface. In other words, it was found that the improvement in the rolling surface where the ball is subjected to an external load has no effect.
[0060]
From the above results, as an example of a method for eliminating the ball clogging force in a region where the
Its basic structure is the same as that of FIG. 8 in the first embodiment, and the drawing is omitted. The measurement results are shown in FIG. In this basic structure, a coil spring having a free length L is interposed as an
(1) '. The ball A (3) is pushed out to the ball B (3) coming from behind (FIG. 8 (A)).
(2) '. The extruded ball A (3) is elastically deformed by receiving an external load by being sandwiched between the thread rolling surfaces of the
(3) '. The elastically deformed ball A (3) receives a rotating force from the rotating rolling surface and revolves along the rolling surface. Due to the movement of the ball A (3), the coil spring (elastic body 9) which has been elastically displaced in (2) 'returns to the original length L. (FIG. 8C).
[0061]
As shown in FIG. 50, in the
From the above results, in order to eliminate the ball clogging that occurs in the
This structure can be applied to all ball screws having the
Also in this embodiment, not only the ball screw alone but also the
[0062]
Next, a disk-like
According to this result, even in the structure in which the substantially disc-shaped
For example, if the reciprocating motion of the
Further, in the operation state of the ball screw, after the
In this case, the above functions can be satisfied by inserting the
In this structure, when the elastic body enters the rolling surface, there is no functional problem even if the
[0063]
Next, for the purpose of grasping the amount of elasticity required in the
As a result, even if the number of intervening
[0064]
In addition, although the
As long as the
In addition, depending on the specifications of the ball screw and the circulation method, the length of the circulation part is different, so the number of balls arranged in the circulation part is different, but the material of the
[0065]
Next, various specific examples of the
When the
[0066]
When the
[0067]
Further, the
When the
As shown in FIG. 47, the
[0068]
In the above embodiment, the
[0069]
In the present invention, when the
Moreover, although this invention interposes the
[0070]
An embodiment corresponding to the third aspect of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the
[0071]
In the
[0072]
The
[0073]
The effect of the ball screw having the above-described configuration will be described together with the results of testing and verification compared with a conventional ball screw. For this test, the test apparatus shown in FIG. 4 is used.
[0074]
FIG. 64 shows a result of verifying a mechanism that causes a periodic fluctuation of the driving torque generated during the swing operation of the conventional ball screw, using the test apparatus. In the figure, “oscillation torque” means drive torque. As a conventional ball screw, the
[0075]
As a result of verification, it was found that the period of this torque fluctuation coincides with the ball interval.
The
[0076]
When a revolution speed difference occurs in the
V1 is the revolution speed of the
Due to the speed difference between V1 and V2, the
[0077]
Regarding the periodic fluctuations synchronized with the ball interval of the driving torque, the
[0078]
Therefore, as schematically shown in FIG. 63, an
[0079]
Based on this idea, the ball screw of the embodiment shown in FIGS. 53 to 55 was manufactured and a confirmation test was performed. The result is shown in FIG. From this result, it was confirmed that the periodic drive torque fluctuation during the swing operation can be suppressed by interposing the
[0080]
In addition, since the resin itself has elasticity, the same confirmation test was performed on the
Therefore, as a result of ascertaining an appropriate spring constant for suppressing the periodic fluctuation of the driving torque, the spring constant is comprised of the
[0081]
In the
[0082]
The
The
[0083]
An
In this way, by using the
[0084]
The
[0085]
In each of the above embodiments, the
[0086]
Further, in each of the above embodiments, the
[0087]
An embodiment corresponding to the fourth aspect of the present invention will be described with reference to FIGS. 67 and 68. FIG. In this embodiment, the
[0088]
In the
[0089]
The shape of the
[0090]
The
The
[0091]
According to the
(1). The gap between the
(2). The outer diameter of the
(3). The gap between the
[0092]
In addition, since the same lubricant or base oil as the lubricant used to lubricate the ball screw or its base oil is used for swelling before the assembly of the ball screw, unlike other types of lubricants, The degree of swelling is the same as in actual operation, and troubles due to swelling during use of the ball screw can be prevented more reliably.
When a thermoplastic elastomer such as polyester elastomer is used for the
Also in this embodiment, not only the ball screw alone but also the
[0093]
Various test results when a polyester elastomer is used as the material of the
[Results of swelling test]
Table 1 shows the measurement results of the dimensional change when the
[0094]
[Table 1]
From Table 1, it can be seen that when the
[0096]
Next, Table 2 shows the dimensional change measurement result of the
[0097]
[Table 2]
The results in Table 2 show the same tendency and swelling amount as in Table 1. From this, it was found that the same effect can be obtained even if the
[0099]
[Swelling time test results]
Next, FIG. 69 shows three types of spacers A, B, and C (indicated by polyester elastomers A, B, and C in the figure) made of polyester elastomers having different spring constants at about 55 ° C. The result of investigating the change for every hour about the swelling rate of the outer diameter D of the spacer when immersed in grease (Maltemp LRL No. 3) (trade name) in the atmosphere is shown. From this result, in the
Further, in an atmosphere of normal temperature (about 25 ° C.), although not shown in the figure, when immersed in any of the above-mentioned lubricants, the dimension of the
[0100]
From the above results, when a polyester elastomer is used as the material of the
(1). In an atmosphere of about 55 ° C. or higher, it is immersed in the lubricant for 24 hours or longer.
(2). In an atmosphere at room temperature (about 25 ° C.), it is immersed in the lubricant for 336 hours or more.
[0101]
[Changes in spring constant due to swelling]
The degree of change in the spring constant by swelling the
[0102]
[Table 3]
From this result, it is understood that when a polyester elastomer is used as the material of the
[0104]
The material of the
[0105]
In the above embodiment, the
[0106]
In addition, a machine tool, an industrial machine, a robot, and another machine are mentioned as an apparatus using the linear motion apparatus of this invention. Examples of machine tools include lathes, milling machines, boring machines, machining centers, jig polars, drilling machines, grinding machines, electric discharge machines, wireless cut electric discharge machines, punching presses, laser processing machines, and the like. Industrial machines that use this linear motion device include semiconductor-related devices, exposure devices, chemical processing devices, wire bonders, probers, electronic component insertion machines, printed circuit board punches, and the like. Examples of robot-related industrial machines include assembling apparatuses, conveying apparatuses, sealing, spot welding machines and the like. In addition, general-purpose machines, special-purpose machines, steel equipment machines, injection molding machines, press machines, etc. can be cited as application examples.
[0107]
【The invention's effect】
In the linear motion device according to the first aspect of the present invention, as a ball screw, the circulation portion is provided with elasticity applying means for applying elasticity in the ball circulation direction between the ball at one end of the circulation portion and the ball at the other end. Since one is used, periodic dynamic torque fluctuations are suppressed, and positioning accuracy can be improved.
The linear motion device according to the second aspect of the present invention is a ball screw, wherein an elastic state is interposed between the balls so that at least one elastic body is located in the circulating portion in an arbitrary operating state, and the balls in the circulating portion are A spring constant in the ball exit / entry direction acting between the ball at one end of the circulation portion and the ball at the other end in the circulation portion constituting system including the elastic body and the path component of the circulation portion is in the range of 0.4 to 180 N / mm. Therefore, periodic dynamic torque fluctuations are suppressed, and positioning accuracy can be improved. In the linear motion device according to the third aspect of the present invention, as a ball screw, an elastic member is interposed between adjacent balls, and the spring constant in the inter-ball direction is 0.1 to 100 N / mm in the elastic member. And the maximum displacement in the ball-to-ball direction during use is within the range of 0.5 to 100% of the ball diameter, so that periodic dynamic torque fluctuations are suppressed and positioning accuracy is improved Is possible.
A linear motion device according to a third aspect of the present invention uses a ball screw with a spacer, and the spacer is swollen by immersion in a lubricant or its base oil, and the swirl is performed in a stable state. Since it is incorporated in the path, periodic dynamic torque fluctuations are suppressed and positioning accuracy can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view showing a linear motion device according to a first embodiment of the present invention and a measuring instrument for measuring its positioning error, and FIG. 1B is a front sectional view thereof.
FIG. 2 is a cutaway perspective view of a ball screw used in the linear motion device.
FIG. 3A is a transverse cross-sectional view of the ball screw broken obliquely, and FIG. 3B is a front view of a tube in the ball screw.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a measuring device for measuring the dynamic torque of a ball screw.
5A is an enlarged view showing the IV part of FIG. 4 from the lower side, and FIG. 5B is a further enlarged view of a part thereof.
6A to 6C are graphs showing dynamic torque test results in an example using a normal ball screw and a spacer ball and an example using a resin nut, respectively.
FIG. 7 is an explanatory view of a clogging action of a conventional ball screw.
FIG. 8 is an explanatory view of a clogging eliminating action of the ball screw according to the embodiment.
FIG. 9 is a graph showing measurement results of the dynamic torque.
FIGS. 10A and 10B are graphs showing measurement results of motor torque fluctuations of the linear motion device according to the embodiment and the conventional linear motion device, respectively.
FIGS. 11A and 11B are graphs showing measurement results of positioning errors between the linear motion apparatus according to the embodiment and a conventional example, respectively.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration example for misalignment amount adjustment in the linear motion device.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between positioning accuracy and misalignment in the linear motion device in comparison with a conventional example.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a ball screw according to another embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a plan view of the ball screw.
FIG. 16 is a back view of a guide plate in the ball screw.
FIG. 17 is a cross-sectional view of a ball screw according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a plan view of the ball screw.
FIG. 19 is a cutaway perspective view of a ball screw according to still another embodiment of the present invention.
20A is a plan view of the ball screw, FIG. 20B is a partially enlarged sectional view of the ball screw, and FIG. 20C is a back view of the top of the ball screw.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a ball screw tube according to still another embodiment of the present invention.
22A is a back view showing a guide plate of a ball screw according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 22B is a sectional view of a ball passage groove of the guide plate.
FIG. 23 is a cutaway plan view of a ball screw nut according to still another embodiment of the present invention.
24A is a front view showing a ball screw tube in still another embodiment of the present invention, and FIG. 24B is a sectional view of the tube.
FIG. 25A is a back view showing a guide plate of a ball screw in still another embodiment of the present invention, and FIG. 25B is a back view showing a modified example of the guide plate.
FIG. 26 is a plan view showing a nut of a ball screw according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 27 is a cross-sectional view showing a tube fixing structure of the ball screw.
FIG. 28 is a cross-sectional view showing a ball screw tube fixing structure according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 29A is a plan view showing a nut of a ball screw according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 29B is a cross-sectional view showing a guide plate fixing structure in the ball screw.
30A is a plan view showing a nut of a ball screw according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 30B is a cross-sectional view showing a fixing structure of an end cap in the ball screw.
31A is a plan view showing a nut of a ball screw according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 31B is a cross-sectional view showing a top fixing structure in the ball screw.
FIG. 32 is a cross-sectional view showing a ball screw tube according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 33 is an explanatory view of a clogging eliminating action of the ball screw in the embodiment.
FIG. 34 is a cross-sectional view of a main part of a ball screw according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 35 is a cross-sectional view of the main part of a ball screw according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 36 is a cross-sectional view of the main part of a ball screw according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 37A is a cross-sectional view showing a tube of a ball screw according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 37B is a plan view of the tube.
FIG. 38 is a cross-sectional view of a ball screw according to still another embodiment of the present invention obliquely broken.
FIG. 39 is a graph showing a test result of dynamic torque of the ball screw.
FIG. 40 is a cutaway side view of a ball screw according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 41 is a cross-sectional view of the ball screw broken obliquely.
42A is an explanatory view showing the relationship between the cross section of the elastic body and the ball, FIG. 42B is a cross sectional view of the elastic body, and FIG. 42C is an enlarged view of a portion C of FIG. .
FIG. 43 is an explanatory diagram showing the relationship between various modified examples of the elastic body and the ball.
FIG. 44 is a front view and a cross-sectional view showing another modification of the elastic body.
FIG. 45 is a front view and a cross-sectional view showing still another modified example of the elastic body.
FIG. 46 is a front view, a side view, and a front view of a state where a gap is opened, showing still another modified example of the elastic body.
FIG. 47 is an explanatory diagram showing the relationship between another modification of the elastic body and the ball.
FIG. 48 is an explanatory view showing a spring constant measuring test apparatus.
FIG. 49 is a graph of test results showing whether the dynamic value changes in the case of the rigidity value (spring constant), various materials, and the number of elastic bodies of the circulating portion constituting system in the ball screw.
FIG. 50 is a graph of measurement results of dynamic torque.
FIG. 51A is a cross-sectional view of a ball screw according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 51B is an explanatory view of a test result of its dynamic torque.
52A is a cross-sectional view of an oval ball screw according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 52B is an explanatory view of a test result of its dynamic torque.
FIG. 53 is a cross-sectional view of a ball screw according to still another embodiment of the present invention obliquely broken.
FIGS. 54A and 54B are a side view and a front view of an elastic member of the ball screw, respectively.
FIG. 55 is a cross-sectional view showing the relationship between the elastic member of the ball screw and the ball.
FIGS. 56A to 56C are a side view, a front view, and a side view of an open state of a modified example of the elastic member, respectively.
FIG. 57 is a cutaway front view of another modified example of the elastic member.
FIG. 58 is an explanatory view showing a relationship between a ball screw and an elastic member in still another embodiment of the present invention.
FIG. 59 is an explanatory view showing a relationship between a ball screw and an elastic member in still another embodiment of the present invention.
FIG. 60 is an explanatory diagram of a ball revolving operation in a ball screw in general.
FIG. 61 is an explanatory diagram of a ball revolution speed in a ball screw in general.
FIG. 62 is an explanatory diagram of a ball clogging force in a ball screw in general.
FIG. 63 is an operation explanatory diagram of a proposed example of a ball screw.
FIG. 64 is a graph of a test result of rocking torque in a conventional ball screw.
FIG. 65 is a graph of a test result of swing torque in the ball screw in the embodiment.
FIG. 66 is a graph showing a test result of rocking torque in a ball screw in a comparative proposal example.
FIG. 67 is a transverse cross-sectional view of a ball screw according to still another embodiment of the present invention obliquely broken.
68A is an explanatory view showing the relationship between the cross section of the spacer and the ball, FIG. 68B is a cross sectional view of the spacer, and FIG. 68C is an enlarged view of a portion C in FIG.
FIG. 69 is a graph showing temporal changes in the swelling rate of various polyester elastomer spacers having different spring constants.
[Explanation of symbols]
1 ... Screw shaft
2 ... Nut
3 ... Ball
4,5 ... Thread groove
6 ... Rolling road
7 ... Circulation section
8. Circumference route
10 ... Tube (circulation part component)
11: Elasticity imparting means
25 ... Linear motion device
33 ... Direct acting type rolling bearing
34 ... Linear motion body (movable table)
35 ... Ball screw
39. Elastic member
49 ...
Claims (5)
上記ボールねじが、ねじ軸の外径面とこのねじ軸の外周に遊嵌するナットの内径面に、互いに対向するねじ溝が形成され、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間で形成される転走路に複数のボールが介在し、上記ナットのねじ溝に両端が連通して上記転走路のボールを循環させる循環部をナットに有し、上記転走路および循環部によって周回経路が形成されたボールねじであり、上記循環部に、この循環部の一端のボールと他端のボールの間にボール循環方向の弾性を付与する弾性付与手段を設けたことを特徴とする直動装置。A linear motion device comprising: a linear motion type rolling bearing that supports the linear motion body so as to advance and retreat; and a ball screw that drives the linear motion body to advance and retract,
The ball screw is formed with a thread groove facing each other on an outer diameter surface of the screw shaft and an inner diameter surface of a nut loosely fitted on the outer periphery of the screw shaft, and between the screw groove of the screw shaft and the screw groove of the nut. A plurality of balls intervene in the formed rolling path, the nut has a circulating part that circulates the balls of the rolling path by communicating with both ends of the thread groove of the nut, and the circulation path is formed by the rolling path and the circulating part. A linear motion device characterized in that it is a formed ball screw, and provided with elasticity imparting means for imparting elasticity in the ball circulation direction between the ball at one end of the circulation portion and the ball at the other end of the circulation portion. .
上記ボールねじが、ねじ軸の外径面とこのねじ軸の外周に遊嵌するナットの内径面に、互いに対向するねじ溝が形成され、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間で形成される転走路に複数のボールが介在し、上記ナットのねじ溝に両端が連通して上記転走路のボールを循環させる循環部をナットに有し、上記転走路および循環部によって周回経路が形成されたボールねじであり、任意の動作状態で少なくとも一つの弾性体が上記循環部内に位置するように、ボール間に弾性体を介在させ、上記循環部内のボール、弾性体、および循環部の経路構成部品を含む循環部構成系における循環部一端のボールと他端のボールの間に作用するボール出入り方向のばね定数を０．４〜１８０Ｎ／ｍｍの範囲としたことを特徴とする直動装置。A linear motion device comprising: a linear motion type rolling bearing that supports the linear motion body so as to advance and retreat; and a ball screw that drives the linear motion body to advance and retract,
The ball screw is formed with a thread groove facing each other on an outer diameter surface of the screw shaft and an inner diameter surface of a nut loosely fitted on the outer periphery of the screw shaft, and between the screw groove of the screw shaft and the screw groove of the nut. A plurality of balls intervene in the formed rolling path, the nut has a circulating part that circulates the balls of the rolling path by communicating with both ends of the thread groove of the nut, and the circulation path is formed by the rolling path and the circulating part. An elastic body interposed between the balls so that at least one elastic body is positioned in the circulation section in an arbitrary operation state, and the ball, the elastic body, and the circulation section of the circulation section Linear motion characterized in that the spring constant in the ball in / out direction acting between the ball at one end of the circulating portion and the ball at the other end in the circulating portion constituting system including the path component is in the range of 0.4 to 180 N / mm. apparatus.
上記ボールねじが、ねじ軸の外径面とこのねじ軸の外周に遊嵌するナットの内径面に、互いに対向するねじ溝が形成され、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間で形成される転走路に複数のボールが介在し、上記ナットのねじ溝に両端が連通して上記転走路のボールを循環させる循環部をナットに有し、上記転走路および循環部によって周回経路が形成されたボールねじであり、隣合うボールの間に弾性部材を介在させ、この弾性部材は、ボール間方向のばね定数が０．１〜１００Ｎ／ｍｍの範囲内であって、かつ使用時におけるボール間方向の最大変位量がボール径の０．５〜１００％の範囲内であることを特徴とする直動装置。A linear motion device comprising: a linear motion type rolling bearing that supports the linear motion body so as to advance and retreat; and a ball screw that drives the linear motion body to advance and retract,
The ball screw has a thread groove opposed to each other formed on an outer diameter surface of the screw shaft and an inner diameter surface of the nut loosely fitted on the outer periphery of the screw shaft, and between the screw groove of the screw shaft and the screw groove of the nut. A plurality of balls intervene in the formed rolling path, the nut has a circulating part that circulates the balls of the rolling path by communicating with both ends of the thread groove of the nut, and the circulation path is formed by the rolling path and the circulating part. It is a formed ball screw, and an elastic member is interposed between adjacent balls, and this elastic member has a spring constant in the direction between balls in the range of 0.1 to 100 N / mm and is in use. A linear motion device characterized in that a maximum displacement amount in a direction between balls is in a range of 0.5 to 100% of a ball diameter.
上記ボールねじが、ねじ軸の外径面とこのねじ軸の外周に遊嵌するナットの内径面に、互いに対向するねじ溝が形成され、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間で形成される転走路に、複数のボールおよびこれらボールの間に介在する樹脂製の間座が設けられ、上記ナットのねじ溝に両端が連通して上記転走路のボールを循環させる循環部をナットに有し、上記転走路および循環部によって周回経路が形成された間座入りボールねじであり、上記間座が、潤滑剤またはその基油の浸漬により膨潤し、その膨潤が安定した状態で上記周回経路に組み込まれたものであることを特徴とする直動装置。A linear motion device comprising: a linear motion type rolling bearing that supports the linear motion body so as to advance and retreat; and a ball screw that drives the linear motion body to advance and retract,
The ball screw has a thread groove opposed to each other formed on an outer diameter surface of the screw shaft and an inner diameter surface of the nut loosely fitted on the outer periphery of the screw shaft, and between the screw groove of the screw shaft and the screw groove of the nut. The formed rolling path is provided with a plurality of balls and a resin spacer interposed between the balls, and the nut is provided with a circulating portion that circulates the balls of the rolling path with both ends communicating with the thread groove of the nut. A ball screw with a spacer formed by a rolling path and a circulation portion, and the spacer is swollen by immersion in a lubricant or its base oil, and the swelling is stable in the state described above. A linear motion device characterized by being incorporated in a circular path.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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