JP2022156747A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボール回路ごとの負荷分布のばらつきを抑制できるボールねじ装置を提供する。【解決手段】ボールねじ装置において、ナットは、ナット本体と第１取付部と少なくとも３つ以上の循環部品を有する。ねじ軸は、じ軸本体と第２取付部を有する。軌道は、各循環部品に対応する少なくとも３つ以上のボール回路を有する。少なくとも３つ以上のボール回路は、中央回路と第１回路と第２回路を有する。中央回路は、ねじ軸の中心軸と平行な軸方向において、ナットの中央部に位置する。第１回路は、中央回路よりも第１方向に位置する。第２回路は、中央回路よりも第２方向に位置する。ボールは、中央回路を転動する中央ボールと、第１回路を転動する第１ボールと、第２回路を転動する第２ボールと、を有する。外周軌道面及び内周軌道面は、各条の有効径が同一である。第１ボール及び第２ボールの径は、中央ボールの径よりも小さい。【選択図】図１

Description

本開示は、ボールねじ装置に関する。

ボールねじ装置は、ねじ軸と、ねじ軸に貫通されるナットと、ねじ軸とナットとの間に配置される複数のボールと、を備える。ボールねじ装置は、射出成形機、プレス機などに利用される場合、回転運動を直線運動に変換する。ナットは、筒状を成し内周面にボールが転動する内周軌道面が設けられたナット本体と、ナット本体の端部に位置し他の部品が取り付けられる取付部と、を有する。

ボールねじ装置の駆動時、ナットの取付部に軸方向の荷重が入力する。よって、ナット本体に軸方向の応力が作用し、ナット本体は軸方向に弾性変形（伸縮）する。このナット本体の弾性変形に伴い、内周軌道面が軸方向に変位する。さらに、ナット本体は、取付部に近い部分ほど、軸方向に大きく弾性変形（伸縮）する。よって、内周軌道面も取付部に近い部分ほど、軸方向に大きく変位する。この結果、取付部に近くを転動するボールは、取付部から遠くを転動するボールよりも内周軌道面から受ける荷重が大きくなる。以上から、ボールの負荷分布は、軸方向でばらつきがある。

これに対し、特許文献１のナットの内周軌道面は、取付部に近くなるにつれて有効径が大きくなっている。言い換えると、ボールと内周軌道面との軸方向の隙間は、取付部に近づくにつれて大きくなっている。このため、応力によりナットが弾性変形したとしても、取付部の近くを転動するボールに作用する荷重が大きくならないように抑制されている。

特許第５９５１８７３号公報

ボールねじ装置の駆動時、ナットに軸方向の荷重が入力されると、ねじ軸にも反作用として軸方向の荷重が作用する。よって、ねじ軸も弾性変形するものの、特許文献１のボールねじ装置は、ねじ軸の伸縮が考慮されていない。よって、ねじ軸の伸縮を考慮し、ボール回路ごとの負荷分布におけるばらつきを抑制できるボールねじ装置の開発が望まれている。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、ボール回路ごとの負荷分布のばらつきを抑制できるボールねじ装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本開示の一態様に係るボールねじ装置は、ねじ軸とナットと複数のボールとを備える。ねじ軸は、一端部が第１方向を指し、他端部が第２方向を指し、かつ外周面に外周軌道面が設けられている。ナットは、内周面に内周軌道面が設けられ、前記ねじ軸に貫通される。複数のボールは、前記外周軌道面と前記内周軌道面との間の軌道に配置される。前記ナットは、筒状を成し、前記内周軌道面が設けられたナット本体と、前記ナット本体の前記第１方向の端部に設けられた第１取付部と、少なくとも３つ以上の循環部品と、を有する。前記ねじ軸は、軸状を成し、前記外周軌道面が設けられたねじ軸本体と、前記ねじ軸本体の前記第２方向の端部に設けられた第２取付部と、を有する。前記軌道は、各前記循環部品に対応する少なくとも３つ以上のボール回路を有する。少なくとも３つ以上の前記ボール回路は、中央回路と第１回路と第２回路を有する。中央回路は、前記ねじ軸の中心軸と平行な軸方向において、前記ナットの中央部に位置する。第１回路は、前記中央回路よりも前記第１方向に位置する。第２回路は、前記中央回路よりも前記第２方向に位置する。前記ボールは、前記中央回路を転動する中央ボールと、前記第１回路を転動する第１ボールと、前記第２回路を転動する第２ボールと、を有する。前記外周軌道面は、各条の有効径が同一である。前記内周軌道面は、各条の有効径が同一である。前記第１ボール及び前記第２ボールの径は、前記中央ボールの径よりも小さい。

ボールねじ装置は、駆動時にナット本体及びねじ軸本体が弾性変形する。よって、ナットの内周軌道面のうち第１取付部に近い部分（第１回路に属する部分）は、最も軸方向に変位する量が大きい。また、外周軌道面のうち第２回路に属する部分は、第２取付部寄りに位置し、変位する量が大きい。よって、第１ボール及び第２ボールが中央ボールと同一径であると、中央ボールよりも大きな荷重が作用する可能性がある。しかしながら、本開示のボールねじ装置は、第１ボール及び第２ボールは、中央ボールよりも径が小さい。つまり、第１ボール及び第２ボールと軌道面（外周軌道面及び内周軌道面）との軸方向の隙間は、中央ボールと転動面との軸方向の隙間よりも大きい。よって、ナット本体及びねじ軸本体が応力により弾性変形しても第１ボール及び第２ボールに作用する荷重の増加が抑制され、ボール回路ごとの負荷分布が均等となる。

また、本開示の一態様に係るボールねじ装置の望ましい態様として、前記ボール回路は、前記中央回路と前記第１回路との間に位置する第３回路と、前記中央回路と前記第２回路との間に位置する第４回路と、を有する。前記ボールは、前記第３回路を転動する第３ボールと、前記第３回路を転動する第４ボールと、を有する。前記第３ボール及び前記第４ボールの径は、前記第１ボール及び前記第２ボールの径よりも大きく、かつ前記中央ボールの径よりも小さい。

中央ボールよりも第１方向寄りに位置する第３ボール、及び中央ボールよりも第２方向寄りに位置する第４ボールは、ナット本体及びねじ軸本体の弾性変形により大きな荷重が作用する可能性がある。しかしながら、本開示によれば、第３ボール及び第４ボールの径は、中央ボールよりも径が小さい。つまり、第３ボール及び第４ボールと軌道面との軸方向の隙間は、中央ボールと転動面との軸方向の隙間よりも大きい。よって、ナット本体及びねじ軸本体が応力により弾性変形しても第３ボール及び第４ボールに作用する荷重の増加が抑制され、ボール回路ごとの負荷分布が均等となる。

本開示によれば、ボール回路ごとの負荷分布のばらつきを解消され、ボールねじ装置の長寿命化を図れる。

図１は、実施形態１に係るボールねじ装置の全体を示す全体図である。 図２は、試料１のボール回路の負荷分布である。 図３は、試料２のボール回路の負荷分布である。 図４は、試料３のボール回路の負荷分布である。 図５は、試料４のボール回路の負荷分布である。 図６は、試料５のボール回路の負荷分布である。 図７は、試料６のボール回路の負荷分布である。 図８は、試料７のボール回路の負荷分布である。 図９は、試料８のボール回路の負荷分布である。

発明を実施するための形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明で記載した内容により本開示が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、実施形態１に係るボールねじ装置の全体を示す全体図である。図２は、試料１のボール回路の負荷分布である。図３は、試料２のボール回路の負荷分布である。図４は、試料３のボール回路の負荷分布である。図５は、試料４のボール回路の負荷分布である。図６は、試料５のボール回路の負荷分布である。図７は、試料６のボール回路の負荷分布である。図８は、試料７のボール回路の負荷分布である。図９は、試料８のボール回路の負荷分布である。

図１に示すように、実施形態のボールねじ装置１００は、ねじ軸１と、ナット２と、複数のボール３と、を備える。ねじ軸１は、中心軸Ｏを中心とする棒状部品である。以下、中心軸Ｏと平行な方向を軸方向と称する。ねじ軸１は、ねじ軸本体１０と、第２取付部１１と、を備える。ねじ軸本体１０は、外周面に外周軌道面１２が設けられている。外周軌道面１２の溝形状は、サーキュラアークである。なお、本開示において、外周軌道面１２はゴシックアークであってもよい。外周軌道面１２の各条は、同一リードとなっている。外周軌道面１２の各条は、有効径が全て同一となっている。第２取付部１１は、ねじ軸本体１０の端部に設けられている。第２取付部１１は、ボールねじ装置１００が利用される例えば、射出成形機、プレス機などの取付対象に取り付けられる。

ナット２は、ナット本体２０と、第１取付部２１と、を備える。ナット本体２０は、内周面に内周軌道面２２が設けられている。内周軌道面２２の溝形状は、サーキュラアークである。なお、本開示において、内周軌道面２２はゴシックアークであってもよい。内周軌道面２２の各条は、外周軌道面１２と同一リードである。よって、外周軌道面１２と内周軌道面２２との間は、螺旋状の軌道４を成している。内周軌道面２２の各条は、有効径が全て同一となっている。

第１取付部２１は、ナット本体２０の外周面から径方向外側に突出したフランジである。第１取付部２１には、例えば、射出成形機、プレス機などにおいて、軸方向に移動する対象物が取り付けられる。第１取付部２１は、ナット本体２０の軸方向の端部に位置している。以下、軸方向のうち、ナット本体２０の軸方向の中央部から視て第１取付部２１が配置されている方を第１方向Ｘ１と称する。また、軸方向のうち、第１方向Ｘ１と反対方向を第２方向Ｘ２と称する。また、ねじ軸１において、第２取付部１１は、ねじ軸本体１０に対し、第２方向Ｘ２に配置されている。

ナット２は、複数の循環部品２３を備える。循環部品２３は、チューブである。なお、本開示のボールねじ装置においては、循環部品はコマであってもよい。実施形態の循環部品２３は、軌道４のうち３．５巻き分を一つのボール回路３０とし、ボール３を循環させている。軌道４は、各循環部品２３に対応した複数のボール回路３０を有している。実施形態においては、ナット２は、５つの循環部品２３を有している。よって、本実施形態のボール回路３０は、５つ（符号３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅを参照）となる。

以下、５つの循環部品２３のうち最も第１方向に配置されるものを第１循環部品２３Ａと称する。また、残りの４つの循環部品に関し、第１循環部品２３Ａから第２方向Ｘ２に配置される順に、第２循環部品２３Ｂ、第３循環部品２３Ｃ、第４循環部品２３Ｄ、第５循環部品２３Ｅ、と称する。

また、第３循環部品２３Ｃにより循環するボール回路３０を中央回路３０Ｃと称する。第１循環部品２３Ａにより循環するボール回路３０を第１回路３０Ａと称する。第５循環部品２３Ｅにより循環するボール回路３０を第２回路３０Ｅと称する。第２循環部品２３Ｂにより循環するボール回路３０を第３回路３０Ｂと称する。第４循環部品２３Ｄにより循環するボール回路３０を第４回路３０Ｄと称する。

ボール３は、鋼球である。各ボール３は、軌道４に配置されている。言い換えると、ボール３は、各ボール回路３０（３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ）に配置されている。以下、中央回路３０Ｃを転動するボール３を中央ボール（不図示）と称する。第１回路３０Ａを転動するボール３を第１ボール（不図示）と称する。第２回路３０Ｅを転動するボール３を第２ボール３Ｅと称する。第３回路３０Ｂを転動するボール３を第３ボール（不図示）と称する。第４回路３０Ｄを転動するボール３を第４ボール（不図示）と称する。

中央ボールは、所定の径のものが使用されている。そして、中央ボールは、中央回路３０Ｃにおいて、軌道面（外周軌道面１２と内周軌道面２２）に対して径方向及び軸方向の隙間を有している。つまり、予圧が付与されていない状態で中央ボールが組み付けられている。

第３ボール及び第４ボールは、中央ボールと同一の径のものが使用されている。よって、第３ボールと軌道面との径方向及び軸方向の隙間量は、中央ボールと軌道面との隙間量と同じとなっている。同様に、第４ボールと軌道面との径方向及び軸方向の隙間量は、中央ボールと軌道面との隙間量と同じとなっている。

一方で、第１ボール及び第２ボール３Ｅは、それぞれ、中央ボールの径より小さい。径となっている。なお、第１ボール及び第２ボール３Ｅは、互いに同径となっている。よって、第１ボールと軌道面との径方向及び軸方向の隙間量は、中央ボールと軌道面との隙間量よりも大きい。同様に、第２ボール３Ｅと軌道面との径方向及び軸方向の隙間量は、中央ボールと軌道面との隙間量よりも大きい。

以上、実施形態によれば、ボールねじ装置１００の駆動時、第１取付部２１と第２取付部１１に軸方向の荷重Ｆ１、Ｆ２が作用する。そして、ナット本体２０とねじ軸本体１０は軸方向に弾性変形する。特に、内周軌道面２２のうち第１回路３０Ａに属する部分は、第１取付部２１に近く、大きく第２方向Ｘ２に変位する。また、外周軌道面１２のうち第２回路３０Ｅに属する部分は、第２取付部１１に近いため、大きく第１方向Ｘ１に変位する。

一方で、第１回路３０Ａの第１ボールは、予め軌道面（外周軌道面１２と内周軌道面２２）との軸方向の隙間が大きく設定されている。このため、内周軌道面２２のうち第１回路３０Ａに属する部分が変位しても、第１ボールに作用する荷重の増加が抑制される。同様に、第２回路３０Ｅの第２ボール３Ｅは、予め軌道面との軸方向の隙間が大きく設定されている。このため、内周軌道面２２のうち第２回路３０Ｅに属する部分が変位しても、第２ボール３Ｅに作用する荷重の増加が抑制される。よって、第１ボール及び第２ボール３Ｅの負荷が軽減され、ボール回路３０ごとの負荷分布が均等となる。

なお、図１の荷重Ｆ１と荷重Ｆ２の向きは、ボールねじ装置１００を軸方向に圧縮する荷重となっているが、互いに反対方向を向く荷重（ボールねじ装置１００を軸方向に引っ張る荷重）であっても同様の効果を得られる。

以上、実施形態のボールねじ装置１００は、ねじ軸１とナット２と複数のボール３とを備える。ねじ軸１は、一端部が第１方向Ｘ１を指し、他端部が第２方向Ｘ２を指し、かつ外周面に外周軌道面１２が設けられている。ナット２は、内周面に内周軌道面２２が設けられ、ねじ軸１に貫通される。複数のボール３は、外周軌道面１２と内周軌道面２２との間の軌道４に配置される。ナット２は、筒状を成し、内周軌道面２２が設けられたナット本体２０と、ナット本体２０の第１方向Ｘ１の端部に設けられた第１取付部２１と、少なくとも３つ以上の循環部品２３と、を有する。ねじ軸１は、軸状を成し、外周軌道面１２が設けられたねじ軸本体１０と、ねじ軸本体１０の第２方向Ｘ２の端部に設けられた第２取付部１１と、を有する。軌道４は、各循環部品２３に対応する少なくとも３つ以上のボール回路３０を有する。少なくとも３つ以上のボール回路３０は、中央回路３０Ｃと第１回路３０Ａと第２回路３０Ｅを有する。中央回路３０Ｃは、ねじ軸１の中心軸Ｏと平行な軸方向において、ナット２の中央部に位置する。第１回路３０Ａは、中央回路３０Ｃよりも第１方向Ｘ１に位置する。第２回路３０Ｅは、中央回路３０Ｃよりも第２方向Ｘ２に位置する。ボール３は、中央回路３０Ｃを転動する中央ボールと、第１回路３０Ａを転動する第１ボールと、第２回路３０Ｅを転動する第２ボール３Ｅと、を有する。外周軌道面１２は、軸方向の部位有効径が同一である。内周軌道面２２は、各条の有効径が同一である。第１ボール及び第２ボール３Ｅの径は、中央ボールの径よりも小さい。

実施形態のボールねじ装置１００によれば、ボール回路３０ごとの負荷分布が均等となる。このため、複数のボール３のうち一部のボール３（第１回路３０Ａ及び第２回路３０Ｅのボール３）が過大な荷重を受けてそのボール３が転動する軌道面が早期に摩耗したり剥離したりすること、言い換えると、ナット２内の負荷バランスが悪化することが抑制され、ボールねじ装置１００の寿命が長くなる。

以上、実施形態について説明したが、本開示は、実施形態で示した例に限定されない。例えば、実施形態のボール回路３０は５つとなっているが、本開示のボールねじ装置は少なくても３つ以上有していればよい。よって、ボール回路３０は、３つや４つ、若しくは６つ以上を有していてもよい。

また、本開示のボールねじ装置は、実施形態で示したように、ボール回路３０が中央回路３０Ｃと第１回路３０Ａとの間に位置する第３回路３０Ｂと、中央回路３０Ｃと第２回路３０Ｅとの間に位置する第４回路３０Ｄとを有する場合、第３ボール及び第４ボールの径を、第１ボール及び第２ボール３Ｅの径よりも大きく、かつ中央ボールの径よりも小さくしてもよい。これによれば、第３ボール及び第４ボールに作用する荷重の増加も抑制される。よって、ボール回路３０ごとの負荷分布をより均等とすることができる。

なお、基準となるボール径（中央ボールの径）は、ボールねじ装置の大きさによって異なる。よって、第１ボール及び第２ボールの径と中央ボールの径との差は、基準となるボール径が大きいほど、相対的に大きくする必要がある。言い換えると、基準となるボール径自体が小さい場合、第１ボール及び第２ボールの径と中央ボールの径との差を小さく設定してもよい。また、基準となるボール径自体が大きい場合、第１ボール及び第２ボールの径と中央ボールの径との差を大きく設定する必要がある。例えば、直径が５／８ｉｎｃｈのボールを使用する場合、第１ボール及び第２ボールの径と中央ボールの径との差は、少なくても５μｍ以上とする必要がある。

また、本開示のボールねじ装置においては、ボールと軌道面（外周軌道面１２と内周軌道面２２）との軸方向の隙間は、ボールと軌道面との間に空間がある状態以外に、ボールと軌道面とが互いに当接し予圧が付与された状態（隙間がマイナスの状態）も適用可能である。本開示の取付部は、フランジ以外に、ナット本体２０の軸方向の一端部が、外周面が軸方向から視て矩形状となっている取付部であってもよく、その形状については特に問わない。また、外周軌道面１２及び内周軌道面２２の各条の有効径は、同一となっているが、この同一に関し、厳密に同一となっている場合以外に、製造誤差の範囲に含まれる場合も同一に含まれる。

次に実施例を説明する。実施例は、ボール３の径が異なる８つの試料（ボールねじ装置１００）において、駆動時に各回路を転動するボール３にどのような荷重が作用するかをシミュレーションにより求めた。各試料の共通する構成として、ボール回路３０を５つ（３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ）有している。各ボール回路３０の巻き数は、実施形態と同じように、３．５巻きとなっている。ねじ軸１の外径は１００ｍｍ、ナット２の外径は１４５ｍｍである。ナット２の軸方向の長さは５０７ｍｍである。第１取付部２１の軸方向の長さ（厚み）は４２ｍｍである。ＢＣＤは１０２．５ｍｍである。初期接触角は４５°、ボールねじ１単体での軸方向、径方向の隙間は０．０３５ｍｍである。ヤング率は２０６０００Ｎ/ｍｍ^２とした。外周軌道面１２及び内周軌道面２２は、面粗さＲａが０．８以上であり、表面硬さＨＲＣ５８以上となっている。

また、シミュレーションにおけるボールねじ装置１００の駆動時の条件は、ボールねじ装置１００の第２取付部１１が軸方向に移動不能に固定し、第１取付部２１に第２方向Ｘ２への押圧荷重５００ｋＮを加え、ねじ軸１を回転させている。シミュレーションにより求められた各試料のボール回路の負荷分布について結果を図２から図９に示す。

なお、図２から図９の横軸は、各ボール３の軸方向の位置を示している。詳細には、中央回路３０Ｃの軸方向の中央部を基準点（０ｍｍ）とし、この基準点から第２方向Ｘ２に配置される場合（第２取付部１１に近づく場合）を＋と表記し、基準点から第１方向Ｘ１に配置される場合（第１取付部２１に近づく場合）を－と表記している。また、図２から図９の縦軸は、ボール３に作用する荷重の大小を示している。図２から図９において、プロットした各点（点を参照）を繋ぎグラフ化している。

ここで、グラフ化されたものは波形状を成している。言い換えると、ボールに作用する荷重は、ボールの軸方向の変位に対応して作用する荷重が周期的に増減している。これは、ボールねじ装置には、アキシアル荷重以外に、ラジアル方向の荷重が作用し、ボールねじ装置が撓む。すると、ボールねじ装置を断面視した場合、周方向の各部位で応力の大小が発生し、周方向の位置でボールに作用する荷重が増減するからである。つまり、折れ線グラフにおいて、波形の一周期は、ボールが周方向に一周したことを示している。なお、各ボール回路は３．５巻きであるため、増減の周期は３．５となっている。また、図２から図９に示すように、波形状のグラフは、ボール回路ごとに対応させるため、横軸方向に５つに分割している。以下、図２から図９と表１を参照しながら、試料１から試料９を考察する。

（試料１）
試料１は、第１ボール（第１回路３０Ａ）、第３ボール（第３回路３０Ｂ）、中央ボール（中央回路３０Ｃ）、第４ボール（第４回路３０Ｄ）、第２ボール（第２回路３０Ｅ）のそれぞれの径が、５／８ｉｎｃｈである。よって、各ボール回路３０を転動するボール３の径が統一されており、試料１は従来例に相当する。

図２に示すように、ボール３の周期が軸方向中央部（ボール位置０ｍｍ）から第１方向Ｘ１及び第２方向Ｘ２に変わるにつれて、ボール３に作用する荷重が増加する。よって、各ボール回路３０のうち中央回路３０Ｃの中央ボールの負荷が最も小さい。また、第１回路３０Ａのうち最も第１方向Ｘ１寄りを転動する場合と第２回路３０Ｅのうち最も第２方向Ｘ２寄りを転動する場合、ボール３に最も負荷がかかっている。この時のボール３に作用する荷重（以下、最大玉荷重という）が３０７０Ｎである。以下で説明する試料２から試料８において、この３０７０Ｎを基準として、ボール回路３０の負荷分布のばらつきが抑えられているか否かを判断する。

（試料２）
試料２では、第１ボール、第２ボール、第３ボール、及び第４ボールの径は、５／８ｉｎｃｈである。中央ボールの径は、５／８ｉｎｃｈ＋５μｍである。よって、試料２は、中央ボールの径が第１ボール及び第２ボールの径よりも大きい点で、試料１と相違する。また、中央ボールの径が第３ボール及び第４ボールの径よりも大きい点で、試料１と相違する。

図３に示すように、試料２では、第１回路３０Ａ、第３回路３０Ｂ、中央回路３０Ｃ、第４回路３０Ｄ、及び第２回路３０Ｅの波形の形状は、それぞれ試料１と変わっていない。しかしながら、中央回路３０Ｃを除く、第１回路３０Ａ、第３回路３０Ｂ、第４回路３０Ｄ、及び第２回路３０Ｅの波形は、試料１と比べるとグラフの下側に移動している。また、中央回路３０Ｃの波形は、試料１と比べるとグラフの上側に移動している。よって、各ボール回路３０のうち、最も負荷が小さい回路は、試料１では中央回路３０Ｃとなっているものの、試料２では、第３回路３０Ｂと第４回路に変更している。また、最も負荷が大きい箇所は、依然として、第１回路３０Ａのうち最も第１方向Ｘ１寄りを転動する場合と、第２回路３０Ｅのうち最も第２方向Ｘ２寄りを転動する場合であるものの、その最大玉荷重は３０１７Ｎであり、試料１よりも低減している。

（試料３）
試料３では、第１ボール及び第２ボールの径は、５／８ｉｎｃｈである。中央ボールの径、第３ボール、及び第４ボールは、５／８ｉｎｃｈ＋１０μｍである。よって、試料３は、中央ボールの径が第１ボール及び第２ボールの径よりも大きい点で、試料１と相違する。また、中央ボールの径と、第１ボール及び第２ボールの径と、の差は、試料２よりも大きくなっている。

図４に示すように、試料３の第１回路３０Ａ及び第２回路３０Ｅの波形は、試料１と比べるとグラフの下側に大きく移動している。また、第３回路３０Ｂ、中央回路３０Ｃ、及び第４回路３０Ｄの波形は、グラフの上側に移動している。このため、各ボール回路３０のうち、最も負荷が小さい箇所は、第１回路３０Ａのうち最も第２方向Ｘ２寄りを転動する場合と、第２回路３０Ｅのうち最も第１方向Ｘ１寄りを転動する場合となっている。また、最も負荷が大きい箇所は、第１回路３０Ａのうち最も第１方向寄りを転動する場合と、第２回路３０Ｅのうち最も第２方向寄りを転動する場合とで、その最大玉荷重の値は２７１０Ｎであり、試料１よりも大きく低減している。

（試料４、試料５）
試料４において、第１ボールの径は、５／８ｉｎｃｈである。中央ボールの径、第２ボール、第３ボール、及び第４ボールは、５／８ｉｎｃｈ＋５μｍである。試料５において、第１ボールの径は、５／８ｉｎｃｈである。中央ボールの径、第２ボール、第３ボール、及び第４ボールは、５／８ｉｎｃｈ＋１０μｍである。よって、試料４、試料５は、中央ボールの径が第１ボールの径よりも大きい点で、試料１と相違する。

図５に示すように、試料４の第１回路３０Ａの波形は、試料１と比べるとグラフの下側に移動している。また、試料４の第３回路３０Ｂ、中央回路３０Ｃ、第４回路３０Ｄ、及び第２回路３０Ｅの波形は、試料１と比べるとグラフの上側に移動している。このため、最も負荷が大きい箇所は、第２回路３０Ｅのうち最も第２方向Ｘ２寄りをボール３が転動する場合で、その最大玉荷重の値は３１０９Ｎであり、試料１よりも増加している。

図６に示すように、試料５の第１回路３０Ａの波形は、試料４と比べると、さらに下側に移動している。また、第３回路３０Ｂ、中央回路３０Ｃ、第４回路３０Ｄ、及び第２回路３０Ｅの波形は、試料４と比べると上側に移動している。そして、最も負荷が大きい箇所は、試料４と同じように、第２回路３０Ｅのうち最も第２方向Ｘ２寄りを転動する場合で、その最大玉荷重の値は３１５６Ｎであり、試料４よりも増加した。

（試料６）
試料６において、第１ボール及び第２ボールの径は、５／８ｉｎｃｈである。第３ボール及び第４ボールの径は、５／８ｉｎｃｈ＋２０μｍである。中央ボールの径は、５／８ｉｎｃｈ＋２５μｍである。よって、試料６は、中央ボールの径が第１ボール及び第２ボールの径よりも大きい点で、試料１と相違する。また、第３ボール及び第４ボールは、中央ボールの径よりも小さく、かつ第１ボール及び第２ボールの径よりも大きい点で、試料１と相違する。

図７に示すように、試料６の第１回路３０Ａ及び第２回路３０Ｅの波形は、試料１と比べると、グラフの下側に大きく移動している。また、試料６の第３回路３０Ｂ、中央回路３０Ｃ、及び第４回路３０Ｄの波形は、試料１と比べると、グラフの上側に移動している。そして、試料６の中央回路３０Ｃの波形は、試料６の第３回路３０Ｂ及び第４回路３０Ｄよりも移動量が大きい。最も負荷が大きい箇所は、第１回路３０Ａのうち最も第１方向Ｘ１寄りを転動する場合と、第２回路３０Ｅのうち最も第２方向Ｘ２寄りを転動する場合で、その最大玉荷重の値は２５７０Ｎであり、試料１よりも大きく低減している。

（試料７）
試料７において、第１ボール及び第２ボールの径は、５／８ｉｎｃｈである。第３ボール及び第４ボールの径は、５／８ｉｎｃｈ＋２０μｍである。中央ボールの径は、５／８ｉｎｃｈ＋３５μｍである。試料７は、中央ボールの径がさらに大きくなっている点で、試料６と相違する。

図８に示すように、試料７の中央回路３０Ｃの波形は、試料６と比べるとグラフの上側に移動した。また、試料７の第１回路３０Ａ、第３回路３０Ｂ、第４回路３０Ｄ、及び第２回路３０Ｅの波形は、試料６と比べると下側に移動した。このため、中央回路３０Ｃを転動する中央ボールに最も負荷がかかるようになった。そして、中央ボールの最大玉荷重は２９６７Ｎであり、試料７の場合でも最大玉荷重が試料１よりも低減した。

（試料８）
試料８において、第１ボール及び第２ボールの径は、５／８ｉｎｃｈである。第３ボール及び第４ボールの径は、５／８ｉｎｃｈ＋２０μｍである。中央ボールの径は、５／８ｉｎｃｈ＋３７μｍである。試料８は、中央ボールの径がさらに大きくなっている点で、試料７と相違する。

図９に示すように、試料８の中央回路３０Ｃの波形は、試料７と比べると上側に移動した。また、試料８の第１回路３０Ａ、第３回路３０Ｂ、第４回路３０Ｄ、及び第２回路３０Ｅの波形は、試料７と比べると下側に移動した。よって、試料８においては、試料７と同じように、中央回路３０Ｃの負荷が最も大きい。そして、中央ボールの最大玉荷重は、３０８１Ｎとなり、試料１よりも増加した。

上記した試料１から試料８の最大玉荷重をまとめた表１を下記に示す。なお、表１における成否とは、試料１を基準として考えた場合、各試料の最大玉荷重が試料１よりも下がっているか否かを示している。成否の欄で「〇」であれば、その試料の最大玉荷重が下がっているということを指している。一方で成否の欄で「×」であれば、試料の最大玉荷重が上がっていることを指している。

以上から、第１ボール及び第２ボールの径が中央ボールの径よりも小さい試料２、試料３、試料６、試料７、及び試料８のうち、試料８を除く、試料２、試料３、試料６、及び試料７において、最大玉荷重が試料１よりも低減した。よって、複数のボールのうち一部のボール３が過大な荷重を受けて軌道面の一部が早期に摩耗したり剥離したりする、ということを回避できることが確認された。

また、試料４、試料５から、第１ボール及び第２ボールのうちいずれか一方だけを小径にしても、最大玉荷重が試料１よりも低減しないことが確認された。つまり、取付部（第１取付部２１及び第２取付部１１）が軸方向の反対側に位置する場合、第１ボール及び第２ボールの両方の径を中央ボールの径よりも小さく設定する必要があることが確認された。

また、試料６、試料７、試料８から、第１ボール及び第２ボールの径を、中央ボールの径よりも小さくすればするほど、第１ボール及び第２ボールに作用する荷重が低減することが確認できた。また、第１ボール及び第２ボールと中央ボールとの径の差が所定値を超えると（大きすぎると）、中央ボールの方が、第１ボール及び第２ボールよりも負荷が大きくなる、という逆転の事象が発生した。そして、第１ボール及び第２ボールと中央ボールとの径の差が大きすぎると、試料８のように、中央ボールの負荷が試料１における第１ボール及び第２ボールの負荷よりも大きくなった。このため、５／８ｉｎｃｈを基準とした場合、第１ボールと第２ボールの径は、最大３５μｍの範囲で、中央ボールの径よりも小さく設定すれば、複数のボールのうち一部のボール３が過大な荷重を受けて軌道面の一部が早期に摩耗したり剥離したりする、ということを回避できることが確認された。

また、図２に示すように、従来例（試料１）によれば、中央回路から、軸方向外側に配置された回路を転動するボールほど、負荷が大きい。よって、試料２、試料６、及び試料７のように、第３ボール及び第４ボールにおいても、径を中央ボールの径よりも小さく設定すれば、第３回路３０Ｂ及び第４回路３０Ｄの負荷が軽減され、さらにボール回路３０の負荷分布の均等化を図れることが確認できた。

１００ ボールねじ装置
１ ねじ軸
２ ナット
３（３Ｅ） ボール（第２ボール）
４ 軌道
１０ ねじ軸本体
１１ 第２取付部
１２ 外周軌道面
２０ ナット本体
２１ 第１取付部
２２ 内周軌道面
２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ、２３Ｅ） 循環部品
３０（３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ） ボール回路（第１回路、第３回路、中央回路、第４回路、第２回路）

Claims (2)

1. 一端部が第１方向を指し、他端部が第２方向を指し、かつ外周面に外周軌道面が設けられたねじ軸と、
   内周面に内周軌道面が設けられ、前記ねじ軸に貫通されるナットと、
   前記外周軌道面と前記内周軌道面との間の軌道に配置された複数のボールと、
   を備え、
   前記ナットは、
   筒状を成し、前記内周軌道面が設けられたナット本体と、
   前記ナット本体の前記第１方向の端部に設けられた第１取付部と、
   少なくとも３つ以上の循環部品と、
   を有し、
   前記ねじ軸は、
   軸状を成し、前記外周軌道面が設けられたねじ軸本体と、
   前記ねじ軸本体の前記第２方向の端部に設けられた第２取付部と、
   を有し、
   前記軌道は、各前記循環部品に対応する少なくとも３つ以上のボール回路を有し、
   少なくとも３つ以上の前記ボール回路は、
   前記ねじ軸の中心軸と平行な軸方向において、前記ナットの中央部に位置する中央回路と、
   前記中央回路よりも前記第１方向に位置する第１回路と、
   前記中央回路よりも前記第２方向に位置する第２回路と、
   を有し、
   前記ボールは、
   前記中央回路を転動する中央ボールと、
   前記第１回路を転動する第１ボールと、
   前記第２回路を転動する第２ボールと、
   を有し、
   前記外周軌道面は、各条の有効径が同一であり、
   前記内周軌道面は、各条の有効径が同一であり、
   前記第１ボール及び前記第２ボールの径は、前記中央ボールの径よりも小さい
   ボールねじ装置。
2. 前記ボール回路は、
   前記中央回路と前記第１回路との間に位置する第３回路と、
   前記中央回路と前記第２回路との間に位置する第４回路と、
   を有し、
   前記ボールは、
   前記第３回路を転動する第３ボールと、
   前記第３回路を転動する第４ボールと、
   を有し、
   前記第３ボール及び前記第４ボールの径は、前記第１ボール及び前記第２ボールの径よりも大きく、かつ前記中央ボールの径よりも小さい
   請求項１に記載のボールねじ装置。

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