JP2015117780A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじの負荷分布のばらつきを均一化し、特定位置のボールに発生する応力集中を低減することにより、ボールねじのサイズを大きくせずにコンパクトで高い負荷容量を実現するボールねじを提供することを課題とする。【解決手段】外面にボールねじ溝２ａを有するねじ軸２と、そのボールねじ溝２ａに対向するボールねじ溝を内面に有する少なくとも１つのボールナット３と、ボールナット３のボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝２ａとにより形成された螺旋状通路と該通路内を循環する多数のボールと、そのボールの戻り路５、６、７とを備え、上記螺旋状通路とボールナット３に設けたボールの戻り路５、６、７とにより形成される循環路Ｘ、Ｙ、Ｚが３回路以上であるボールねじにおいて、前記循環路Ｘ、Ｙ、Ｚのうち少なくとも２回路を円周方向に同一位相とし、残りの回路を他の回路に対して円周方向に１８０?反転させている。【選択図】図１

Description

本発明は、回転運動を直線運動に変換するボールねじに関するものである。特に、高負荷用途に使用されるボールねじの寿命を延長する技術に関する。

従来のボールねじの、ねじ軸やボールナットのボールねじ溝の形状は、ボールねじ溝と玉との初期接触角が４５°程度、最大接触角が６５°程度になるように形成されていた。これは加工性、作動性、負荷容量などのバランスを考慮したものである。

複数回路のボール循環路を有するボールねじは、複数の循環チューブの取付け位置を円周方向同位相で軸方向に配列させる設計が通常であった。これは加工工程を少なくするためである。例えば、図７に示すようなボールの循環路を３回路有するチューブ循環方式の場合、各回路の循環チューブ５０ａ、５０ｂ、５０ｃの取付け位置を同位相としている。

ボールねじを各種機械装置に適用する場合、ボールねじの選定は、当該ボールねじの使用条件に十分耐え得る様に安全率を大きめに設定した上で行われていた。このとき、安全率を大きくするには、ボールねじの軸径を大きくするのが効果的である。しかしながら、ボールねじの軸径を大きくできない場合は、ボールナット内に設ける循環路の回路数を増やし、ボールの数を増やすことで対処することが行われていた。或いは、ボールねじ溝のリードを大きくし、直径の大きなボールを使用することで対処していた。

なお、上記従来の選定においては、ボールねじの軸径を大きくする場合も含めて、次のように対処するのが通常であった。ボールねじ選定時の荷重条件は、ねじ軸５２とボールナット５１との間を転動している各ボールには全て均等に荷重が掛かると仮定される。この場合の各ボールにかかる荷重は、ボールねじ全体に掛かる荷重をボールナット５１内の有効ボール数で除算されたものである。ここで、有効ボールとは、ねじ軸５２とボールナット５１との間を実際に転動しているボールのことである。すなわち、循環路内のボールは有効ボールに含まれない。この仮定された荷重を基にねじ溝とボールの接触面圧を算出する。この接触面圧の値と、実験等により得られたボールねじの機能、寿命等のデータベースとを比較することにより、適切なボールねじを選定する。

実開昭６１−１３１５５３ 実開昭５３−１３８０８５ 特開昭５４−１１３７６２ 実開平０４−１１０２５５

実際には、有効ボールの全てに対し均等に荷重が掛かるのではない。負荷を受けたときのねじ軸５２及びボールナット５１の弾性変形により、ボールナット５１内における軸方向の負荷分布はばらつきが生じる。当該ボールねじのボールナット５１に軸方向のアキシアル荷重Ｆａが、また、ねじ軸５２にアキシアル荷重Ｆａ’が図８に示すような方向に負荷された場合、ボールナット５１及びねじ軸５２の各ボールねじ溝５１ａ、５２ａ位置における軸方向に沿った弾性変位量の分布は、それぞれ上記図８に矢符号で表されるようになる。このねじ軸５２の弾性変位量とボールナット５１の弾性変位量とに応じて、ボールナット５１の両端部のボールと、そのボールに接触する各ボールねじ溝５１ａ、５２ａとの接触点に応力集中が起きることが分かる。例えば、ボールねじで支持される加工テーブルで重切削するときにはこの傾向が顕著である。

各ボールは、順次、ボールねじ溝５１ａ、５２ａから循環チューブ５０に掬い上げられてチューブ５０内を通って循環する。そのためボールナット５１と対向するねじ軸５２の軌道上にはボールがない部分が存在する。このため、円周方向にも負荷分布のばらつきが発生し、有効ボールの一部に高負荷が掛かることになる。即ち、図９に表されるように、ボールナット５１内の各回路のボール１は、ボールねじ溝から循環チューブ５０への掬い上げにより循環する。図１０は、この状態を軸方向からみたところを機構的に示したものである。円周方向でのβ角度の範囲部分のボール数が相対的に少なくなり、そのβ角度の範囲内のボールに加わる負荷が相対的に大きくなる。

以上のような、ボールナット５１の両端部のボールとボールねじ溝との接触部位への応力集中及び特定範囲内のボールへの負荷増大という懸念がある。このことから、従来のボールねじにおいては、設計時の安全率を大きく設定しないと、ねじ軸５２又はボールナット５１の各ボールねじ溝５１ａ、５２ａ表面の早期剥離、または、異常摩耗を引き起こすという問題があった。

また、特に高負荷用途では、安全率を大きく設定するとボールねじが大型化し、目的の仕様に合わなくなったり、コスト高になったりしてしまうという問題があった。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものである。即ち、ボールねじの負荷分布のばらつきを均一化し、特定位置のボールに発生する応力集中を低減できるボールねじを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係るボールねじは、外面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を内面に有する少なくとも１つのボールナットと、該ボールナットのボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とにより形成された螺旋状通路と、該螺旋状通路内を循環する複数のボールと、該ボールナットに設けられた該複数のボールの戻り路とを備え、上記螺旋状通路と戻り路とにより形成される循環路が３回路以上であるボールねじにおいて、前記循環路のうち少なくとも２回路を円周方向に実質的に同位相とし、残りの回路を他の回路に対して円周方向に１８０°反転させたことを特徴としている。

前記循環路の回路数は偶数であって、そのうちの半数の循環路は円周方向に実質的に同位相とする。また、残りの循環路は他の循環路に対して円周方向に１８０°反転させたものとすることができる。

また、前記循環路のうち少なくとも２回路を円周方向に同一位相とし、残りの回路を他の回路に対して円周方向に１８０°反転させたものとすることもできる。

或いは、前記循環路の回路数は奇数であって、そのうちの（ｎ／２）＋０．５回路の循環路（但しｎは循環路の回路数）は円周方向に同一位相とされ、残りの循環路は他の循環路に対して円周方向に１８０°反転させたものとすることができる。

請求項２に係るボールねじは、外面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を内面に有する少なくとも１つのボールナットと、該ボールナットのボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とにより形成された螺旋状通路と、該螺旋状通路内を循環する多数のボールと、該多数のボールの戻り路とを備え、上記螺旋状通路とボールナットに設けたボールの戻り路とにより形成される循環路が３回路以上であるボールねじにおいて、前記循環路のうち少なくとも２回路を円周方向に同一位相とし、残りの回路を他の回路に対して円周方向に１８０°反転させ、且つ全循環路のうち少なくとも１回路を他の回路に対して軸方向にオフセットさせたことを特徴としている。

本発明では、円周方向の負荷分布のばらつきについて、３回路以上の循環路のうちの少なくとも２回路を円周方向に同一位相とし、残りの回路を他の回路に対し円周方向に１８０°反転させている。つまり、１回路の円周方向でのボールの少ない部分（負荷が大きい部分）と他の回路の円周方向でのボールの少ない部分（負荷が大きい部分）とが円周方向に１８０°反転している。この結果、円周方向におけるボールの少ない部分が分散平均化されて円周方向での負荷分布のばらつきが低減する。

なお、各回路でのボールの少ない部分の範囲は、１８０°よりも小さい角度範囲に収まるので、１８０°反転することで、少なくとも２回路の円周方向でのボールの少ない部分と残りの回路の円周方向でのボールの少ない部分とが円周方向で重なることはない。

また、軸方向の負荷のばらつきに対しては、循環路が３回路以上であるボールねじにおける全循環路のうち少なくとも１回路を、ボールナットに加わるアキシアル荷重の負荷方向に応じて軸方向にオフセットさせる。これにより、ボールナット側における当該オフセットさせたボールねじ溝回路内のボールに予圧が付与されることとなり、当該ボールねじ溝の弾性変位量は、オフセットさせない場合に比べて大きくなる。そして当該オフセットさせた回路内のボールによる負荷分担量が増大し、且つオフセットしない状態で応力集中が生じるナット端部側の回路位置での負荷分担量が減少する。この結果、ボールナットにおける軸方向の負荷分布が平均化されてばらつきが低減する。

以上説明してきたように、本発明のボールねじを採用すると、簡単な手段によって、ねじ軸とボールナットとの間を転動している複数のボールに対する負荷分布が平均化する。つまり、一部のボールに発生する応力集中が低減される。従って、ボールねじの外径を大きくすることなく、従来よりも負荷容量が大きくなるという効果がある。

即ち、ボールねじのサイズを大きくすることなく負荷容量が増大するため、高負荷用途（例えば、射出成形機、モールディング、パワーシリンダ）への適用が、更に容易になる。

本発明の第１の実施形態に係るボールねじを示す側面図である。 本発明の第１の実施形態に係るボールねじの構成を説明するための概略図である。 本発明の第１の実施形態に係るボールねじ溝の形状を示す断面図である。 接触角と接触楕円との関係を示す図である。 本発明の循環路のオフセット効果を、円周方向の負荷分布のばらつきを無視した軸方向の荷重の分布の比較で表した図である。 本実施形態の循環路の反転効果を、軸方向のばらつき及び円周方向の負荷分布のばらつきを考慮した軸方向の荷重の分布の比較で表した図である。 従来のボールねじを示す図である。 軸方向の負荷のばらつきの原因となる弾性変位量を示す図である。 一循環路でのボールの循環を表した図である。 円周方向におけるボールの少ない部分を示す、軸方向からみた図９でのＸ−Ｘ矢視図である。 本実施形態をダブルナットタイプのボールねじに適用した場合を説明する平面図である。 本発明の第２の実施形態に係るボールねじを示す図面である。 本発明の第２の実施形態に係るボールねじの作用・効果を説明する図であり、（ａ）は軸方向荷重の作用状態を、（ｂ）は、ねじ軸を剛体と仮定した場合のボールの荷重分布を、（ｃ）は、ボールナットを剛体と仮定した場合のボールの荷重分布を、（ｄ）は、ねじ軸及びボールナットの弾性変形を考慮したボールの荷重分布をそれぞれ示している。 本発明の第２の実施形態に係るねじ軸の縦断面積とボールナットの縦断面積との比によるボールの荷重分布への影響を説明する図であって、（ａ）及び（ｂ）は両縦断面積を等しくした場合であり、（ｃ）はボールナット側の縦断面積を相対的に大きくした場合を表している。 本発明の第３の実施形態に係るサイドキャップを示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係るサイドキャップ構成部材を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係るサイドキャップの分割線の要部（図６でのＦ部）を拡大して示す説明図である。 本発明の第４の実施の形態であるシールの正面図である。 図１８のシールをＡ−Ａ線で切断して矢印方向に見た図である。 本実施の形態にかかるシールの一部拡大軸線方向断面図である。 図２０のシールの環状円筒部を更に拡大した図である。

（第１の実施形態）
図面を参照し本発明の第１の実施形態を説明する。まず構成について説明する。図１に示すように、ねじ軸２の外周に複数のボールを介してボールナット３が螺合している。該ねじ軸２又はボールナット３の一方が相対回転することで、ボールナット３がねじ軸２に対し直線移動をする。

概略構成図である図２に示すように、ねじ軸２の外周面には、雌ねじ状のボールねじ溝２ａが設けられている。また、ボールナット３の内周面にも、上記ねじ軸２のボールねじ溝２ａと径方向で対向する位置に雌ねじ状のボールねじ溝９が設けられている。その両ボールねじ溝２ａ、９間に複数のボール１（図２では斜線で表している）が介装され、当該ボール１はボールねじ溝２ａに沿って転動し且つ循環する。

また、本実施形態のボールねじは、３回路のボール循環路を有するチューブ方式のボールねじである。上記ボールナット３のボールねじ溝９は、上記図２のように、軸方向に沿って３つの区画に分けられている。各区画におけるボールねじ溝９の両端部は、それぞれ戻り路を形成する循環チューブ５、６、７によって連結されている。これにより３回路のボール循環路が形成される。なお、説明の便宜上、図１及び図２における左側から第１回路Ｘ、第２回路Ｙ、第３回路Ｚとする。

本実施形態では、第１及び第３回路Ｘ、Ｚの循環チューブ５、７取付け位置に対し、上記図１に示すように、２回路目Ｙの循環チューブ６取付け位置を、円周方向１８０°反転した位置に設けている。

第２回路Ｙ目の循環路は、図２に示すように、第３回路Ｚ側に数十μｍだけ近づけるように軸方向にオフセットしている。即ち、ボールナット３における第１回路Ｘのボールねじ溝９ａと第２回路Ｙのボールねじ溝９ｂとの間のリードＬａを、各ボールねじ溝９ａ、９ｂ、９ｃのリードＬより数十μｍ（α）だけ多くする（Ｌａ＝Ｌ＋α）。それと同時に、第２回路Ｙのボールねじ溝９ｂと第３回路Ｚのボールねじ溝９ｃとの間のリードＬｂを前記リードＬより数十μｍ（α）だけ小さく設定（Ｌｂ＝Ｌ−α）している。なお、当然にねじ軸２側のボールねじ溝２ａのリードは等間隔である。

ボールねじの負荷容量を大きくするには、ボール１の接触角の大きさ、ボールねじ溝２ａ、９の曲率半径をできる限り大きくしたいところである。しかし、図４に示すように接触角を過大に大きくした状態で軸方向の負荷を掛けると、接触楕円Ｆの端部がボールねじ溝２ａ、９の溝端からはみ出して切れてしまう。接触楕円Ｆの一部が切れると負荷される応力が大きくなり、ボールねじの寿命が極端に悪くなる。このため、本実施形態では、図３に示すように、初期接触角Ｄを５０°以上５５°以下、最大接触角Ｅを７５°以下としている。

好ましくは、初期接触角５１°以上５４°以下、且つ最大接触角は７２°以下である。

また、各ボール１については、ボールねじ溝９のリードＬに対して、下式のような関係となるボール径Ｄａのものを使用している。
０．７≦（Ｄａ／Ｌ）
従来においては、Ｄａ／Ｌを０．７以上に設定すると、循環チューブの外径が隣のボールねじ溝に干渉する可能性があるために、Ｄａ／Ｌを０．７未満に設定していた。これに対して、本実施形態では、ボールねじ溝からチューブへのボール１の、掬い上げ部分の軸方向の角度を従来より大きい方向に変更することで、Ｄａ／Ｌを０．７以上に設定できるようにしている。

次に、上記構成のボールねじの作用効果等について説明する。第２回路Ｙ目の循環路位置を第３回路Ｚ側にオフセットすることで、第２回路Ｙ部分のボールねじ溝９ｂ内のボールに予圧が付与されている。そのためボールナット３にアキシアル荷重Ｆａが負荷されたときの当該ボールねじ溝９ｂの弾性変位量は、オフセットさせない場合に比べて大きくなり、ボールとの接触面積が増大する。これにより当該オフセットさせた回路Ｙ内のボールによる負荷分担量が増大し、且つオフセットしない状態で応力集中が生じるナット端部側の回路である第１回路Ｘ及び第３回路Ｚの負荷分担量が減少する。そのため、ボールナット３における軸方向の負荷分布が平均化されてばらつきが低減する。

第２回路Ｙの循環チューブ６の取付け位置は、第１回路Ｘ及び第３回路Ｚの循環チューブ５及び７の取付け位置に対し、円周方向１８０°反転させている。これにより、円周方向における第１回路Ｘ及び第３回路Ｚでの有効ボール数が少ない部分と、第２回路Ｙでの有効ボール数が少ない部分とが円周方向で重なることが回避される。つまり、円周方向における無負荷圏（ボール１が存在しない部分）が分散することで、円周方向での各有効ボール１に対する負荷分布のばらつきが抑えられる。

以上のように、有効ボール（ねじ軸２とボールナット３間を転動しているボール１）に対する軸方向及び円周方向の負荷分布が従来よりも均一化する。したがって、各有効ボールに対する負荷分布、さらにはそのボールに接触するねじ軸２とボールナット３の各ボールねじ溝２ａ、９に対する負荷分布が平均化し負荷容量が増大する。

また、本実施形態では、ボール１の初期接触角Ｅ及び最大接触角Ｆを従来よりも大きくすると共にＤａ／Ｌを０．７以上に設定することで、さらに負荷容量の増大が図られている。

玉径が１０ｍｍ以上の場合にも効果があると想定される。電動射出成形機用ボールねじであれば、下式のような関係となるボール径Ｄａのものが好ましい。
０．７≦（Ｄａ／Ｌ）≦０．９（即ち、ＤａはＬの７０〜９０％）

なお、本実施形態では、第１回路Ｘの循環チューブ５の取付け位置に対して、第２回路Ｙの循環チューブ６の取付け位置だけを１８０°反転しているが、第３回路Ｚの循環チューブ７の取付け位置も第１回路Ｘの循環チューブ５の取付け位置に対して１８０°反転させてもよい。また、第１回路Ｘと第２回路Ｙを円周方向に同一位相とし、第３回路Ｚのみを１８０°反転させてもよい。

本実施形態では、ボールナット３へのアキシアル荷重Ｆａが、第１回路Ｘ側に負荷される場合に、第２回路Ｙの循環路におけるボールねじ溝９ｂを第３回路Ｚ側にオフセットさせた例で説明している。しかし、ボールナット３へのアキシアル荷重が、第３回路Ｚ側に負荷されるような使用態様の場合は、第２回路Ｙの循環路におけるボールねじ溝９ｂを第１回路Ｘ側にオフセットさせる。

また、本発明にあっては、このようにアキシアル荷重の負荷される方向に応じて、複数の循環路の一部を軸方向にオフセットさせることによりボールナットの軸方向弾性変位量のばらつきを平均化させている。これにより、ボールに対する軸方向負荷分布を平均化し全体としての負荷容量を増大させるという作用効果を得ている。その代わりに、例えば、実施形態において第２回路Ｙに使用するボール１の径を、第１回路Ｘ及び第３回路Ｚで使用するボール１の径よりも相対的に大きくするというように、一部の循環路内に装填するボール径を変えることによっても、上述と同様な作用効果を得ることができる。即ち、第２回路Ｙのボール１の径を大きくすることで、第２回路Ｙ部分のボールねじ溝９ｂ内のボールに予圧が付与されることになる。それによりボールナット３にアキシアル荷重Ｆａが負荷されたときの当該ボールねじ溝９ｂの弾性変位量は、ボールの径を大きくしない場合に比べて大きくなる。よってボールとの接触面積が増大する。そして当該ボールの径を大きくした回路Ｙ内のボールによる負荷分担量が増大し、且つボールの径を大きくしない状態で応力集中が生じるナット端部側の回路である第１回路Ｘ及び第３回路Ｚでの負荷分担量が減少するから、ボールナット３における軸方向の負荷分布が平均化されてばらつきが低減する。これにより、当該第２回路Ｙのボール１が分担する軸方向荷重が従来よりも増大して上述同様の作用効果を発揮する。

勿論、第２回路Ｙのボールねじ溝９を第１回路Ｘ又は第３回路Ｚ側にオフセットさせると共に、第２回路Ｙのボール１の径を第１回路Ｘ及び第３回路Ｚのボール１の径よりも大きくするように設定してもよい。

本実施形態においては、循環路を１８０°反転することと、オフセットすることの両方を採用しているが、循環路を１８０°反転することだけでも負荷分布のばらつきが低減し、従来よりも負荷容量が増大する。

上記構成の本発明に基づくボールねじと、３つの循環チューブ５、６、７取付け位置を円周方向同位相に設定し且つ第２回路Ｙの循環路をオフセットさせない従来と同じ仕様のボールねじ（比較例）とに対して、負荷分布の状態について解析してみたところ、図５及び図６のような結果が得られた。

図５は、円周方向での負荷分布のばらつきを無視し軸方向のばらつきのみを考慮したときの有効ボール１に負荷される軸方向の荷重の分布を示したものである。Ａが本発明のボールねじのものであり、Ｂが比較例のボールねじのものである。この図５から分かるように、本発明に基づくボールねじでは、第２回路Ｙでの負荷が増大すると共に第１回路Ｘ及び第３回路Ｚでの負荷が減少して、軸方向の負荷分布が平均化している。

図６は、軸方向のばらつき及び円周方向での負荷分布を考慮したときのボールねじ溝９に沿った各有効ボール１に負荷される軸方向の荷重を示したものである。Ａ（実線）が本発明のボールねじのものであり、Ｂ（破線）が比較例のボールねじのものである。この図６から分かるように、本発明に基づくボールねじの方がボールねじ溝９に沿った負荷の振幅が小さくなり、円周方向での負荷分布状態が平均化している。

実際に、本発明に基づくボールねじＡでは、外径寸法を変更することなく、比較例のボールねじＢの負荷容量より２０％程度も負荷容量が増大していることを確認した。

なお、本発明を適用できるボールねじは、実施形態に示したようなチューブ循環方式のものに限らない。例えば、実公平５−３５２２８号公報の第１図に記載されているようないわゆるデフレクタ循環方式（複数組のボール連通路を互いに連通するボール戻し溝を有してボールナットの外周部に取付けられるガイドプレートと、各ボール連通路の内方側に配設されてボールねじ軸及びボールナットのねじ溝間に介装されたボール群をボール連通路側へ順次導くボール掬上げ部材とで循環路が構成されている）のものにも適用できる。また、同公報の第１５図に従来技術として記載されているガイドプレート循環方式（ボール連通路を互いに連通するボール戻し溝を有してボールナットの外周部に取付けられるガイドプレートに、前記ボール連通路内に嵌挿される案内片を突設し、この案内片の内面側に外側ボール案内面を形成し、該外側ボール案内面でボール戻し溝の両端と各ボール連通路との間での実質的なボールの方向転換を行うように構成されている。）のものに対しても適用可能である。

本実施形態では循環回路を第１（Ｘ）、第２（Ｙ）、第３（Ｚ）の３回路にしたボールねじについて説明したが、本発明のボールねじは３回路に限定されるものではなく、３回路以上の循環路を有するものにも適用できる。また、一個のボールナットに３回路以上設けたものに限らず、後述のダブルナットタイプのように２個以上のボールナットを使用して全ナットで合計３回路以上の循環路としたものでもよい。

本実施形態ではボールナットの数が一個のいわゆるシングルナットタイプのものについて述べたが、その他、例えば図１１に示す２個のボールナット３Ａ、３Ｂを使用したいわゆるダブルナットタイプあるいは２個以上のボールナットを使用したものにも適用可能である。こうしたマルチナットタイプの場合、例えば図１１に示すダブルナットタイプの場合で説明すると、２個のボールナット３Ａ、３Ｂのうちの１個（例えば３Ａ）を１８０°反転させてもよいし、各ボールナット３Ａ、３Ｂに設けられたそれぞれ２回路１０、１１及び１２、１３の循環路のうちの１回路ずつ（例えば回路１０と回路１２）を１８０°反転させてもよい。更に、オフセットについては、１個のボールナット内の回路をオフセットするのではなく、２個のボールナット３Ａ、３Ｂの間に間座１４を介装して各ボールナットに設けられたそれぞれの回路（例えば回路１０、１１の組と回路１２、１３の組）をオフセットしてもよい。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係るボールねじ装置は、図１２に示すように片持ち支持構造を想定している。軸方向一端部１０１ａ側は、サポートユニット１０３に回転自在に支持されている。このサポートユニット１０３に使用されるボールねじの支持軸受は、例えばスラストアンギュラ玉軸受が用いられる。サポートユニット１０３は固定部材１０４に固定される。
また、上記ねじ軸１０１の軸方向一端にはプーリ１０５が取り付けられている。そのプーリ１０５の回転に伴ってねじ軸１０１が回転する。ねじ軸１０１の回転により、ボールナット１０２が直線移動するように構成されている。

また、ボールナット１０２には、上記サポートユニット１０３から遠位にある軸方向端部側にフランジ部１０７ａが設けられている。そのフランジ部１０７ａは取付け部１０７を構成している。この取付け部１０７には、スライドさせる取付け部材１０８がボルト止めで取付けられている。この取付け部７は軸方向荷重作用部を構成する。
上記構成のボールねじ装置にあっては、図１３（ａ）に示すように、取付け部材１０８からボールナット１０２の取付け部１０７に軸方向荷重Ｆ１が作用すると、ボールナット１０２からねじ軸１０１に軸方向荷重が伝達され、固定側である軸方向一端部１０１ａに反力として反対向きの軸方向荷重Ｆ２が発生する。

このとき、従来のようにねじ軸１０１を剛体と仮定し、ボールナット１０２の弾性変形を考慮する。そうすると、軸方向に沿ったボールの荷重分布は、図１３（ｂ）に表されるように、取付け部１０７の位置で最も荷重が大きくなり、他端部（サポートユニット３側）に向けて徐々に小さくなる。
一方、ボールナット１０２を剛体と仮定し、ねじ軸１０１の弾性変形を考慮する。そうすると、軸方向に沿ったボールの荷重分布は、図１３（ｃ）に表されるように、サポートユニット１０３側（ねじ軸１０１における軸方向一端部１０１ａ側）で最も荷重が大きくなり、他端部（ボールナット１０２の取付け部１０７）に向けて徐々に小さくなる。

実際には、ボールナット１０２もねじ軸１０１も軸方向に弾性変形するため、両者１０１、１０２の弾性変位を考慮すると、図１３（ｄ）に示すようなボールの荷重分布となる。即ち、本実施形態では、サポートユニット１０３から遠位にある位置にボールナット１０２の取付け部１０７を設け、ボールナット１０２の荷重作用位置とねじ軸１０１の荷重作用側とが反対側になるように配置したものである。軸方向に沿った荷重分布は両端が相対的に大きく、中央部が相対的に小さい分布となるものの、最大値と最小値との差が小さくなる。つまり、ボールへの負荷が均一化される。すなわち、ねじ軸１０１とボールナット１０２は同等に弾性変形することが好ましい。

ここで、ねじ軸１０１の断面積とボールナット１０２の断面積を等しくした場合の作用について説明する。図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ボールへの負荷は、軸方向両端部側が同程度大きくなることで、ねじ軸荷重作用側とボールナット荷重作用側とのバランスがとれて、ボールに対する最大荷重を抑えることができる。一方、例えば、従来と同様に、ねじ軸１０１の断面積よりもボールナット１０２の断面積を大きくした場合には、ねじ軸１０１の断面積とボールナット１０２の断面積を等しくした場合に比べて不利となる。これは、ねじ軸１０１の断面積よりもボールナット１０２の断面積を大きくしたことによって、ねじ軸荷重作用側とボールナット荷重作用側とに差が生じ、ねじ軸１０１の荷重作用側（取付け部１０７と反対側つまりサポートユニット側）のボールへの最大荷重が大きくなるからである。

なお、図１４（ａ）及び（ｂ）の荷重分布の違いは、ねじ軸１０１及びボールナット１０２の断面積を変えたものである。つまり、図１４（ａ）は両者の断面積を大きくした場合であり、図１４（ｂ）は両者の断面積を小さくした場合である。即ち、断面積が大きいほど有効なことが分かる。なお、ねじ軸１０１とボールナット１０２とを比べると、内側となるねじ軸１０１の断面積の方が、どうしてもボールナット１０２の断面積よりも小さくなる傾向にある。弾性変形の影響を有効に抑えるためには、それぞれの断面積ができるだけ大きい方が望ましい。従って、ねじ軸１０１の断面積を大きくしてボールナット１０２断面積と概ね等しくすることが好ましい。また、断面積比の最大値は、ねじ軸１０１及びボールナット１０２の弾性変形を考慮し、ボールへ掛かる荷重による影響のバランスがある程度とれる範囲が好ましい。従って、断面積比の最大値は、概ね２以下が好ましい。

（第３の実施形態）
次に、本発明に係る第３の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１５及び図１６は、本発明に係るサイドキャップを示す説明図である。図１５はサイドキャップの説明的斜視図、図１６は、そのサイドキャップを分割した、一方のサイドキャップ構成部材を示す説明的斜視図である。

図１５に示すように、このサイドキャップ２１７は、樹脂成形により製作されており、例えば樹脂材をモールド成形してなる一対のボール循環部材構成部材であるサイドキャップ構成部材２２３、２２３を組み合わせて構成されている。ここで、同図に符号ＰＬで示す線は、ボール循環部材２１７を各サイドキャップ構成部材２２３に分割する分割線を示している。
図１６に示すように、このサイドキャップ２１７は、ボール掬い上げ（戻し）通路２２１およびボール送り通路２２２からなるボール循環通路２２７が、その内側に形成されている。そして、ボール２１５の進行方向に沿って点対称に二つに分割されたサイドキャップ構成部材２２３から構成される。

ここで、本発明に係るサイドキャップ２１７では、図１７に示すように、分割線ＰＬが、一対の脚部２１９の、それぞれの切欠き部２２５の最も深い部分を通る位置で形成されている。
すなわち、サイドキャップ２１７を二つのサイドキャップ構成部材２２３、２２３に分ける分割線ＰＬの位置は、掬い上げ基端部２２４ａで生じる各切欠き部２２５を予め分断し、それぞれの分割面２２３ｄを形成している。つまり、分割線ＰＬの位置は、一方の側での切欠き部２２５と他方の側での切欠き部２２５とを、そのＶ字状の頂点でそれぞれ予め分断して各々の分割面２２３ｄを形成する位置としている。

また、各切欠き部２２５を通る分割線ＰＬは、掬い上げ基端部２２４ａの近傍であり、同図に符号２２３ｆで示すように、円弧をもつ。また、その円弧と直線部とが連続する部分からなる周壁延出部で、なだらかに繋がるように設定されている。換言すれば、図１６に示すように、ボール循環部材構成部材２２３の分割面２２３ｄは、掬い上げ基端部２２４ａの近傍（図１６に示すＦ部）において、その掬い上げ基端部２２４ａでの分割線ＰＬを、ボール軌道路８でのボール２１５の中心の軌跡ＢＣＤに対し、ボール掬い上げ部２２４の反対の側（同図での脚部２１９側）をボール掬い上げ部２２４の側にずらしてなる周壁延出部２２３ｆを有する。そのため、掬い上げ基端部２２４ａでの分割面２２３ｄは、この周壁延出部２２３ｆによる、なだらかな稜線によって分割されている。そのため、掬い上げ基端部２２４ａでの応力集中を、より好適に緩和可能になっている。これにより、掬い上げ基端部２２４ａ、あるいは掬い上げ基端部２２４ａの近傍が起点となる疲労破壊が生じるおそれがほとんどない。したがって、ボールねじ２１０の高速運転性能や耐久性能を向上させることができる。

（第４の実施形態）
次に本発明に係る第４の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１８は、本実施形態に係るシール３１５の正面図である。図１９は、図１８のシール３１５をＡ−Ａ線で切断して矢印方向に見た図である。シール３１５は、円板状のシール本体３１５ｃと、シール本体３１５ｃから内方に延在する類似円錐形状（左方に傾斜した形状）のシール片３１５ｄとからなる。シール片３１５ｄは、その内方縁に環状円筒部３１５ｂを形成している。

環状円筒部３１５ｂの内側は、ねじ軸１の断面形状に対応した開口３１５ａとなっている。外周を不図示のナットに取り付ける取付け部であるシール本体３１５ｃと、シール片３１５ｄと、環状円筒部３１５ｂは、耐摩耗性及び可撓性を有する樹脂又はゴムから一体形成されている。

図２０は、本実施形態にかかるシール３１５の一部拡大軸線方向断面図であり、図２１は、図２０のシール３１５の環状円筒部３１５ｂを更に拡大し、ねじ溝（点線）との当接状態を示し図である。なお、環状円筒部３１５ｂは、図に示すように断面が円形であるＯ−リングのような形状を有する。

図２０において点線は、シール３１５とねじ軸１との相対角度に応じて変位する、ねじ軸３１に当接するシール３１５の環状円筒部３１５ｂの位置（３１５Ａないし３１５Ｇ）を示している。図２１から明らかなように、環状円筒部３１５ｂの当接点３１５ｅ（当接領域）は、ねじ軸３１の周面に当接する位置に応じて、環状円筒部３１５ｂ上を変移する。

即ち、ねじ軸１の何れの周面に環状円筒部３１５ｂが当接しても、図２１に示すように当接面の法線は必ず環状円筒部３１５ｂの断面中心を通過する。従って、当接位置に関わらず、シール３１５とねじ軸３１との当接関係は一定に維持されることになり、もって密封機能を確保できることとなる。その結果、ボールねじの内部に異物が侵入するのを防止し、ボールねじ装置の寿命を延長することができる。

Ｘ 第１回路
Ｙ 第２回路
Ｚ 第３回路
１ ボール
２ ねじ軸
２ａ ボールねじ溝（ねじ軸の）
３ ボールナット
５ 第１回路の循環路
６ 第２回路の循環路
７ 第３回路の循環路
９ ボールねじ溝（ボールナットの）
９ａ 第１回路のボールねじ溝
９ｂ 第２回路のボールねじ溝
９ｃ 第３回路のボールねじ溝

Claims (11)

1. 外面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を内面に有する少なくとも１つのボールナットと、該ボールナットのボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とにより形成された螺旋状通路と該螺旋状通路内を循環する多数のボールと、該多数のボールの戻り路とを備え、上記螺旋状通路とボールナットに設けたボールの戻り路とにより形成される循環路が３回路以上であるボールねじにおいて、
   前記循環路のうち少なくとも２回路を円周方向に同一位相とし、残りの回路を他の回路に対して円周方向に１８０°反転させたことを特徴とするボールねじ。
2. 外面にボールねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のボールねじ溝に対向するボールねじ溝を内面に有する少なくとも１つのボールナットと、該ボールナットのボールねじ溝と上記ねじ軸のボールねじ溝とにより形成された螺旋状通路と該螺旋状通路内を循環する多数のボールと、該多数のボールの戻り路とを備え、上記螺旋状通路とボールナットに設けたボールの戻り路とにより形成される循環路が３回路以上であるボールねじにおいて、
   循環路のうち少なくとも２回路を円周方向に同一位相とし、残りの回路を他の回路に対して円周方向に１８０°反転させ、且つ全循環路のうち少なくとも１回路を他の回路に対して軸方向にオフセットさせたことを特徴とするボールねじ。
3. 上記オフセットが数十μｍの範囲で行われていることを特徴とする請求項２に記載のボールねじ。
4. 初期接触角Ｄを５０°以上５５°以下、最大接触角Ｅを７５°以下としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ。
5. 初期接触角５１°以上５４°以下、最大接触角は７２°以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ。
6. 玉径が１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ。
7. ボール径とリードの関係が以下の式で成り立つことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ。
   ０．７≦（Ｄａ／Ｌ） Ｄａ：ボール径 Ｌ：リード
8. 電動射出成形機用ボールねじであって、以下の式が成り立つことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ。
   ０．７≦（Ｄａ/Ｌ）≦０．９ Ｄａ：ボール径 Ｌ：リード
9. ねじ軸と直角な方向におけるねじ軸とボールナットの断面積の比率が０．５〜２であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載したボールねじ。
10. 前記ボール循環部材は、ボールを導くための通路が内部に形成された一対の脚部を有し、各脚部内に形成された通路での前記ボールの進行方向が、前記ねじ軸の接線方向且つ前記両ボール転動溝のリード角と一致する方向にボールを掬い上げることを可能に構成されており、かつ、前記ボール循環部材は、樹脂により形成されるとともに、その内部を通る前記ボールの進行方向に延びる分割線に沿って分割された二つのボール循環部材構成部材を備えて構成されてなり、前記二つのボール循環部材構成部材の一方は、他方のボール循環部材構成部材の前記掬い上げ基端部の外側をその両側から覆うように周壁を延出させた周壁延出部を有し、前記分割線は、前記一方の側での前記切欠き部の最も深い部分と前記他方の側での前記切欠き部の最も深い部分とを通るとともに、当該分割線が通る前記切欠き部の最も深い部分が、ボール中心の軌跡位置を基準に見たときに、掬い上げ部の側に向けてずらした位置に形成されていることを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載のボールねじ。
11. 前記ボールナットに取り付けられる取付部と、前記取付部から延在し、前記ボールねじのねじ軸の周面に当接することにより所定の弾性力を前記周面に付与するシール片とからなり、前記シール片は、前記ボールねじのねじ軸の周面に当接する当接領域を有し、前記当接領域は、前記ボールねじのねじ軸の周面との当接位置に応じて、前記シール片上を変移するようになっており、それにより前記当接位置に関わらず、前記周面と前記シール片との当接関係は一定に維持されるようになっているボールねじ用密封形シールを有する請求項１から１０までのいずれかに記載のボールねじ。

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