JP7200568B2 - ボールねじ - Google Patents

Description

この発明は、ねじ軸またはナットの一方を回転させて他方を軸方向に移動させるボールねじに関する。

ボールねじは、モーターなどの回転運動を直線運動に変換する（または、直線運動を回転運動に変換する）機械要素であり、工作機械等の送り機構機械装置等に用いられている。そのようなボールねじには高い位置決め精度や剛性が要求される。
ボールねじの動作位置決め精度や剛性を維持する為にはボールねじの温度を管理する必要がある。特に、ボールねじのねじ軸はナットの移動範囲を中心に温度が上昇するため、軸方向の温度分布が不均一になると、熱膨張も不均一となり、位置決め精度や剛性が低下する恐れがある。
そのため、ねじ軸の軸方向の温度分布が均一になるように温度を調整することが求められる。これに対する手段として、ねじ軸にヒートパイプ等の高熱伝導性部材を設けた発明が開示されている。
例えば特許文献１に記載の技術では、ねじ軸に軸方向に沿った貫通孔を形成し、その貫通孔にヒートパイプを挿着している。また、貫通孔の両端は栓体で閉塞している。ヒートパイプの両端は栓体と接触している。

特開昭６２－１７３１４３号公報

ヒートパイプの両端が栓体と接触していると、ヒートパイプの軸方向への熱膨張が妨げられ、ヒートパイプが破損する可能性がある。これにより、ボールねじの寿命が低下する可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、寿命の低下を抑制することができるボールねじを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るボールねじは、外周面にねじ溝が形成され、軸方向に貫通孔が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成され、複数のボールを介して前記ねじ軸に螺合されるナットと、前記ねじ軸よりも熱伝導率が高く、前記軸方向に膨張可能に前記貫通孔内に配置される熱伝導部材と、を備える。

これによれば、熱伝導部材はねじ軸の軸方向に熱を移動させることができ、ねじ軸の温度分布を均一化することができる。また、熱伝導部材が軸方向に熱膨張しても、その体積増加分は、熱伝導部材が軸方向に膨張可能に配置されていることによって吸収される。これにより、熱伝導部材が破損する可能性を低減することができるので、ボールねじの寿命が低下することを抑制することができる。

本発明の一態様に係るボールねじは、外周面にねじ溝が形成され、軸方向に貫通孔が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸に嵌められるナットと、前記ねじ軸と前記ナットとの間に配置される複数のボールと、前記ねじ軸よりも熱伝導率が高く、前記貫通孔内に配置される熱伝導部材と、前記貫通孔内に配置され、前記貫通孔の両開口端の少なくとも何れか一方と前記熱伝導部材との間に位置する弾性部材と、を備える。

これによれば、熱伝導部材はねじ軸の軸方向に熱を移動させることができ、ねじ軸の温度分布を均一化することができる。また、熱伝導部材が軸方向に熱膨張しても、その体積増加分は、弾性部材が弾性収縮することによって吸収される。これにより、熱伝導部材が破損する可能性を低減することができるので、ボールねじの寿命が低下することを抑制することができる。

また、上記のボールねじは、前記孔の開口端と前記弾性部材との間に配置され、前記ねじ軸に固定される固定部材、をさらに備えてもよい。これによれば、弾性部材と固定部材とが、熱伝導部材の端部を支持する支持部材として機能する。支持部材は、ねじ軸に対して熱伝導部材が相対的に移動したり回転したりしないように、熱伝導部材を支持することができる。

また、上記のボールねじにおいて、前記熱伝導部材はヒートパイプであってもよい。これによれば、熱伝導部材はねじ軸の軸方向に熱を効率よく移動させることができる。

また、上記のボールねじは、前記貫通孔の内周面と前記熱伝導部材とに接する熱伝導性材料、をさらに備えてもよい。これによれば、貫通孔の内周面と熱伝導部材との間に、熱伝導性材料を介した熱伝導パス（すなわち、熱が伝わる経路）が確保される。貫通孔の内周面と熱伝導部材との間の隙間を熱伝導性材料で埋めることができるので、ねじ軸１から熱伝導部材への熱伝導性を高めることができる。

また、上記のボールねじにおいて、前記ねじ軸は、前記外周面に前記ねじ溝が形成された第１部位と、前記外周面に前記ねじ溝が形成されていない第２部位と、を有し、前記ヒートパイプは、前記第１部位に位置する前記貫通孔内に配置されてもよい。なお、前記弾性部材は、前記第２部位に位置する前記貫通孔内に配置されてもよい。これによれば、熱伝導部材は、熱源の移動範囲である第１部位に設けられるため、ねじ軸の温度分布を効率的に均一化することができる。

また、上記のボールねじは、前記貫通孔内に配置される断熱材、をさらに備え、前記熱伝導部材は、前記軸方向に沿って互いに離間して配置される複数の熱伝導部材を有し、前記複数の熱伝導部材間に前記断熱材が配置されてもよい。これによれば、複数の熱伝導部材の一方から他方への熱伝導が抑制される。

また、上記のボールねじにおいて、前記ナットは、前記軸方向に沿って互いに離間して配置される複数のナットを有してもよい。これによれば、ナットを複数備えるボールねじを提供することができる。
また、上記のボールねじにおいて、前記ねじ軸よりも熱伝導率が高い熱伝導部材が、前記軸方向に沿って前記ナット内に１以上配置されてもよい。この熱伝導部材は、ねじ軸内に配置される熱伝導部材と同様のものでも異なるものであってもよい。

本発明の別の態様に係るボールねじは、外周面にねじ溝が形成され、軸方向に貫通孔が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸に嵌められるナットと、前記ねじ軸と前記ナットとの間に配置される複数のボールと、前記ねじ軸よりも熱伝導率が高く、前記貫通孔の両開口端の少なくとも何れか一方から離間させて前記貫通孔内に配置される熱伝導部材と、を備えてもよい。この「離間させて」とは、例えば、前記貫通孔の開口端と前記熱伝導部材との間にスペースが存在してもよい。これによれば、熱膨張による熱伝導部材の軸方向への体積増加分は、スペースによって吸収される。これにより、熱伝導部材が破損する可能性を低減することができるので、ボールねじの寿命が低下することを抑制することができる。

本発明によれば、寿命の低下を抑制することができるボールねじを提供することができる。

図１は、本発明の実施形態１に係るボールねじの構成例を示す正面図である。 図２は、本発明の実施形態１に係るボールねじの構成例を示す断面図である。 図３は、図１に示すねじ軸１をＸ－Ｚ平面で切断した断面を模式的に示す断面図である。 図４は、本発明の実施形態１に係るボールねじの軸方向の端部を拡大して示す断面図である。 図５は、本発明の実施形態１の変形例に係るボールねじにおけるねじ軸１をＸ－Ｚ平面で切断した断面を模式的に示す断面図である。 図６は、本発明の実施形態２に係るボールねじの構成例を示す正面図である。 図７は、本発明の実施形態２に係るボールねじの構成例を示す断面図である。 図８は、本発明の実施形態２の変形例に係るボールねじにおけるねじ軸１をＸ－Ｚ平面で切断した断面を模式的に示す断面図である。 図９は、本発明の実施形態３に係るボールねじの構成例を示す正面図である。 図１０は、本発明の実施形態４に係るボールねじの構成例を示す断面図である。 図１１は、本発明の実施形態５に係るボールねじの構成例を示す断面図である。 図１２は、本発明の実施形態６に係るボールねじの構成例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は、実施形態に限定されるものではない。実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよい。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なる場合がある。図面相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる場合がある。

また、以下の説明では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の文言を用いて、方向を説明する場合がある。例えば、Ｘ軸方向は、ねじ軸の軸方向である。Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、軸方向と直交する方向である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに直交する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るボールねじの構成例を示す正面図である。図２及び図３は、本発明の実施形態１に係るボールねじの構成例を示す断面図である。図２は、図１に示すねじ軸１のねじ溝形成部１１をＹ－Ｚ平面で切断した断面を模式的に示している。Ｙ－Ｚ平面は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な面である。図３は、図１に示すねじ軸１をＸ－Ｚ平面で切断した断面を模式的に示している。Ｘ－Ｚ平面は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に平行な面である。なお、図２及び図３では、ナット２の図示を省略している。

図１から図３に示すように、実施形態１に係るボールねじ１００は、ねじ軸１と、ねじ軸１に嵌められたナット２と、ねじ軸１とナット２との間に配置された複数のボール２３と、ヒートパイプ３と、弾性部材５１、５２と、固定部材６１、６２とを有する。ねじ軸１には、ねじ軸１を軸方向（Ｘ軸方向）に貫通する貫通孔１５が設けられている。貫通孔１５は、ねじ軸１の軸方向における一方の端部１Ｅ１と、他方の端部１Ｅ２との間に設けられている。ヒートパイプ３と、弾性部材５１、５２と、固定部材６１、６２は、ねじ軸１に設けられた貫通孔１５内に配置されている。

ねじ軸１は、ねじ溝形成部１１と、ねじ溝形成部１１の両端に位置する軸受支持部１２、１３と、を有する。ねじ溝形成部１１と、軸受支持部１２、１３はそれぞれ同軸に設けられている。ねじ溝形成部１１の外周面１１ａには、螺旋状のねじ溝１４が設けられている。軸受支持部１２、１３の外周面１２ａ、１３ａには、ねじ溝１４は形成されていない。ねじ軸１を構成する材料は、例えば鋼材である。鋼材は、炭素を含む鉄の合金である。鋼材は、ニッケル、クロム、マンガンなど、炭素以外の金属を含んでいてもよい。

ナット２の内周面には、ねじ軸１のねじ溝１４に対向する螺旋状のねじ溝２１が設けられている。ナット２の内周部の両端とねじ軸１との間は防塵用のシール２５で塞がれている。ナット２の一端部には円環状のフランジ２２が設けられている。また、ナット２の肉厚部には、軸方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿ってボール戻し通路２４が設けられている。ナット２の両端には、ボール戻し通路２４の両端部に連通する一対のエンドデフレクタ２６がそれぞれ嵌め込まれている。ナット２は、複数のボール２３を介して、ねじ軸１のねじ溝形成部１１に螺合している。

複数のボール２３は、対向するねじ溝１４、２１で形成される転動路とボール戻し通路２４とからなる循環経路内に配置される。転動路を転動するボール２３は、ナット２の転動路の一端まで移動した後に、一方のエンドデフレクタ２６に掬い上げられ、ボール戻し通路２４を通って反対側の端部に移動し、他方のエンドデフレクタ２６から再び転動路に戻る。ねじ軸１とナット２は、循環経路を循環しつつ転動路内で転動（負荷状態で回転しながら移動）する複数のボール２３を介して、相対的に移動するようになっている。ねじ軸１に対するナット２の移動可能な範囲は、ねじ溝形成部１１内である。

図２及び図３に示すように、貫通孔１５は、ねじ溝形成部１１と、軸受支持部１２、１３とに連続して設けられている。例えば、貫通孔１５の中心軸は、ねじ軸１の中心軸ＣＬと一致している。貫通孔１５の一端はねじ軸１の端部１Ｅ１で開口し、貫通孔１５の他端はねじ軸１の端部１Ｅ２で開口している。貫通孔１５が有する一方の開口端１５Ｅ１は、ねじ軸１の一方の端部１Ｅ１に位置する。貫通孔１５が有する他方の開口端１５Ｅ２は、ねじ軸１の他方の端部１Ｅ２に位置する。

また、貫通孔１５内に、ヒートパイプ３が配置されている。ヒートパイプ３は、ねじ軸１の内部の熱を移動するための熱伝導部材である。実施形態１では、ねじ溝形成部１１にヒートパイプ３が挿着されている。

ヒートパイプ３は、軸方向の両端が閉じられた金属製のパイプ（以下、金属パイプ）３１と、金属パイプ３１の内部に密封された少量の液体３２と、を有する。金属パイプ３１は、その内壁に毛細管構造を有する。金属パイプ３１の内部は真空となっている。金属パイプ３１を構成する材料は、例えば銅又はアルミニウムである。銅又はアルミニウムは、鋼材と比べて、熱伝導性に優れる。ヒートパイプ３の熱伝導率は、ねじ軸１の熱伝導率（例えば、ねじ軸１を構成する鋼材の熱伝導率）よりも大きい。また、液体３２は、例えば水である。

金属パイプ３１に高温部が生じると、高温部の内壁と接する液体３２は熱を吸収して蒸発する。蒸発した液体３２（以下、蒸気）は、高温部から、高温部よりも温度が低い低温部へ移動する。低温部へ移動した蒸気は、低温部の内壁に接触して熱を放出し、液化する。低温部で液化した液体３２は、毛細管現象により高温部へ戻る。このように、金属パイプ３１の内部に真空状態で密封された液体３２は、蒸発と液化を繰り返して、高温部から低温部へと熱を移動させる。ヒートパイプ３は、液体３２の潜熱を利用するため、熱伝導率がとても高い。

図２に示すように、ねじ軸１をＹ－Ｚ平面で切断した断面視において、ねじ軸１に設けられている貫通孔１５の内周面の形状と、ヒートパイプ３の外周面３ａの形状は、例えば円形である。また、図２及び図３に示すように、貫通孔１５の内周面と、ヒートパイプ３の外周面３ａとの間には、僅かに隙間が設けられている。隙間の間隔は、例えば０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。この隙間にペースト状の熱伝導性材料４が設けられている。貫通孔１５の内周面と熱伝導性材料４は接している。ヒートパイプ３の外周面３ａと熱伝導性材料４も接している。貫通孔１５の内周面とヒートパイプ３の外周面３ａとの間の隙間は、熱伝導性材料４で埋められている。熱伝導性材料４の熱伝導率は、ねじ軸１を構成する鋼材の熱伝導率よりも大きい。熱伝導性材料４は、例えば熱伝導性グリースである。

また、図３に示すように、弾性部材５１、５２は、貫通孔１５内にそれぞれ配置されている。ねじ軸１の軸方向において、弾性部材５１、５２は、貫通孔１５の両開口端１５Ｅ１、１５Ｅ２の少なくとも何れか一方とヒートパイプ３との間に配置され、ヒートパイプ３の両側にそれぞれ配置されていることが好ましい。例えば、弾性部材５１は、軸受支持部１２に挿着されている。弾性部材５１は、貫通孔１５内に配置されており、貫通孔１５の開口端１５Ｅ１とヒートパイプ３との間に位置する。弾性部材５２は、軸受支持部１３に挿着されている。弾性部材５２は、貫通孔１５内に配置されており、貫通孔１５の開口端１５Ｅ２とヒートパイプ３との間に位置する。

弾性部材５１、５２は、ヒートパイプ３が有する金属パイプ３１や、固定部材６１、６２よりも弾性率が低い材料で構成されている。例えば、弾性部材５１、５２は、ゴム、樹脂材又はばねなど、弾性変形する材料又は部品で構成されている。弾性部材５１、５２は、金属パイプ３１や固定部材６１、６２と比べて、外力が加えられると容易に変形する。

固定部材６１、６２は、貫通孔１５内に配置されている。固定部材６１は、貫通孔１５の開口端１５Ｅ１と弾性部材５１との間に位置する。固定部材６１は、貫通孔１５の内周面に固定されている。固定部材６１は、貫通孔１５の開口端１５Ｅ１側を塞いでいる。同様に、固定部材６２は、貫通孔１５の開口端１５Ｅ２と弾性部材５２との間に位置する。固定部材６２は、貫通孔１５の内周面に固定されている。固定部材６２は、貫通孔１５の開口端１５Ｅ２側を塞いている。固定部材６１、６２は、例えば、金属又は樹脂材で構成されている。

弾性部材５１、５２と固定部材６１、６２は、ヒートパイプ３の端部３１１、３１２を支える支持部材として機能する。例えば、固定部材６１と弾性部材５１は接しており、ヒートパイプ３の一端を膨張可能に支持している。固定部材６２と弾性部材５２は接しており、ヒートパイプ３の他端を膨張可能に支持している。

図４は、本発明の実施形態１に係るボールねじの軸方向の端部を拡大して示す断面図である。図４に示すように、弾性部材５１には、貫通孔５１１が設けられている。弾性部材５１の貫通孔５１１の中心軸は、ねじ軸１の中心軸ＣＬと一致している。図４に示すように、ヒートパイプ３の一方の端部３１１は、先端に向かって径が徐々に小さくなる形状を有し、端部３１１の少なくとも一部を貫通孔５１１内に差し込むことが可能となっている。同様に、弾性部材５２（図３参照）にも、貫通孔が設けられている。弾性部材５２の貫通孔の中心軸も、ねじ軸１の中心軸ＣＬと一致している。ヒートパイプ３の他方の端部も、先端に向かって径が徐々に小さくなる形状を有し、他方の端部の少なくとも一部を弾性部材５２の貫通孔内に差し込むことが可能となっている。これにより、弾性部材５１、５２は、ヒートパイプ３の中心軸をねじ軸１の中心軸ＣＬに一致させること（すなわち、芯出しすること）が可能となっている。

以上説明したように、本発明の実施形態１に係るボールねじ１００は、外周面１１ａにねじ溝１４が設けられ、軸方向に貫通孔１５が形成されたねじ軸１と、ねじ軸１に嵌められるナット２と、ねじ軸１とナット２との間に配置される複数のボール２３と、を備える。また、ボールねじ１００は、ねじ軸１よりも熱伝導率が高く、貫通孔１５内に配置される熱伝導部材（例えば、ヒートパイプ３）と、貫通孔１５内に配置され、貫通孔１５の開口端１５Ｅ１、１５Ｅ２とヒートパイプ３との間に位置する弾性部材５１、５２と、を備える。

これによれば、ねじ軸１の軸方向に沿ってヒートパイプ３が配置されるので、ねじ軸１の熱伝導性能が向上する。例えば、ねじ軸１に対してナット２が回転し、ねじ溝形成部１１の温度が部分的に上昇する場合でも、ヒートパイプ３はねじ軸１の軸方向に熱を移動させることができ、ねじ軸１の温度分布を均一化することができる。これにより、ねじ軸１に対するナット２の位置決め精度の低下を抑制することができる。

また、ヒートパイプ３が配置される貫通孔１５の開口端１５Ｅ１、１５Ｅ２と、ヒートパイプ３との間に弾性部材５１、５２がそれぞれ位置する。これにより、ヒートパイプ３が軸方向に熱膨張して弾性部材５１、５２を押圧しても、弾性部材５１、５２は弾性収縮することができる。熱膨張によるヒートパイプ３の軸方向への体積増加分は、弾性部材５１、５２が弾性収縮することによって吸収される。これにより、ヒートパイプ３が破損する可能性を低減することができる。

例えば、ねじ軸１は鋼材で構成され、ヒートパイプ３は銅又はアルミニウムなどで構成されるため、ねじ軸１とヒートパイプ３とでは熱膨張量が異なる。また、この熱膨張は、径方向よりも軸方向の方が大きい。ねじ軸１よりもヒートパイプ３の方が熱膨張量は大きいが、熱膨張によるヒートパイプ３の軸方向への体積増加分は弾性部材５１、５２が弾性収縮することによって吸収される。これにより、ヒートパイプ３が破損する可能性を低減することができる。

また、ボールねじ１００は、貫通孔１５の開口端１５Ｅ１、１５Ｅ２と弾性部材５１、５２との間に配置され、ねじ軸１に固定される固定部材６１、６２、をさらに備える。これによれば、弾性部材５１と固定部材６１とが、ヒートパイプ３の一方の端部を支持する支持部材として機能する。また、弾性部材５２と固定部材６２とが、ヒートパイプ３の他方の端部を支持する支持部材として機能する。支持部材は、ねじ軸１に対してヒートパイプ３が相対的に移動したり回転したりしないように、ヒートパイプ３を支持することができる。

また、ボールねじ１００は、貫通孔１５の内周面とヒートパイプ３とに接する熱伝導性材料４、をさらに備える。これによれば、貫通孔１５の内周面とヒートパイプ３との間の隙間を熱伝導性材料４で埋めることができる。貫通孔１５の内周面とヒートパイプ３との間に隙間（例えば、空気の層）が存在すると、ねじ軸１からヒートパイプ３への熱伝導性が低下する可能性がある。しかしながら、ボールねじ１００では、貫通孔１５の内周面とヒートパイプ３との間に熱伝導性材料４が存在し、熱伝導性材料４を介した熱伝導パス（すなわち、熱が伝わる経路）が確保される。これにより、ねじ軸１からヒートパイプ３への熱伝導性を高めることができ、ねじ軸１の温度分布をさらに均一化することができる。

また、ねじ軸１は、外周面１１ａにねじ溝１４が形成された第１部位（例えば、ねじ溝形成部１１）と、外周面１２ａ、１３ａにねじ溝が形成されていない第２部位（例えば、軸受支持部１２、１３）と、を有する。ヒートパイプ３は、ねじ溝形成部１１に位置する貫通孔１５内に配置されている。弾性部材５１、５２及び固定部材６１、６２は、軸受支持部１２、１３に位置する貫通孔１５内に配置される。

これによれば、ナット２は、ねじ溝形成部１１において、ねじ軸１に対して相対的に回転しながら軸方向に移動する。ナット２とねじ溝形成部１１との接触箇所が熱源となり、ねじ溝形成部１１は熱源の移動範囲となる。ヒートパイプ３は、熱源の移動範囲であるねじ溝形成部１１に設けられるため、ねじ軸１の温度分布を効率的に均一化することができる。

また、軸受支持部１２、１３にヒートパイプ３が配置される場合と比べて、弾性部材５１、５２が配置される領域を軸方向に広く確保することが容易となる。これにより、弾性部材５１、５２を軸方向に長く配置することができるので、ヒートパイプ３が破損する可能性をさらに低減することができる。

（実施形態１の変形例）
上記の実施形態１の変形例として、径がほぼ一様のヒートパイプに対して、貫通孔１５が異なる径からなるようにしてもよい。貫通孔１５の形状並びにこれに伴う熱伝導性材料４の態様及び弾性部材の形状以外は、上記の実施形態１と同じである。

図５は、本発明の実施形態１の変形例に係るボールねじにおけるねじ軸１をＸ－Ｚ平面で切断した断面を模式的に示す断面図である。
図５に示すように、実施形態１の変形例に係るボールねじ１００Ｘにおいて、貫通孔１５は、軸方向に一様の径をなす小径貫通孔部１５Ａ及び小径貫通孔部１５Ａよりも拡径されて軸方向に一様の径をなす大径貫通孔部１５Ｂを有する。小径貫通孔部１５Ａは、例えば、実施形態１の貫通孔部１５と同様の径である。なお、ヒートパイプ３の径は全体に亘ってほぼ一様の径である。また、小径貫通孔部１５Ａの内周面とヒートパイプ３との間に介在する熱伝導性材料４と、大径貫通孔部１５Ｂの内周面とヒートパイプ３との間に介在する熱伝導性材料４とのそれぞれにおける厚さは異なる。熱伝導性材料４は、これらの厚さの差によって熱伝導性が著しく損なわれない程度に選定されることが好ましい。また、大径貫通孔部１５Ｂに設けられる弾性部材５１の径も、大径貫通孔部１５Ｂの径に応じて設定される。このような構成とすることによって、ねじ軸１に対する貫通孔１５の形成を簡易にすることができる。例えば、軸方向に長いねじ軸１に貫通孔１５を両端部から穿孔する場合、貫通した際の位置合わせに高い精度が求められる。これは、貫通孔１５の径が細ければ細いほど顕著である。そのため、貫通孔１５を両端における径の異なる小径貫通孔部１５Ａ及び大径貫通孔部１５Ｂとを有するようにすることで、効率よく貫通孔１５を形成することができる。

（実施形態２）
上記の実施形態１では、貫通孔１５内に１本のヒートパイプ３が配置されることを説明した。しかしながら、本発明の実施形態はこれに限定されない。本発明の実施形態では、貫通孔１５内にヒートパイプが２本以上配置されてもよい。また、貫通孔１５内にヒートパイプが２本以上配置される場合は、隣り合う一方のヒートパイプと他方のヒートパイプとの間に断熱材が配置されてもよい。

図６は、本発明の実施形態２に係るボールねじの構成例を示す正面図である。図７は、本発明の実施形態２に係るボールねじの構成例を示す断面図である。なお、図７では、ナット２の図示を省略している。

図６に示すように、実施形態２に係るボールねじ１００Ａにおいて、ねじ溝形成部１１は、第１ねじ溝形成部１１Ａと、第２ねじ溝形成部１１Ｂとを有する。図７に示すように、第１ねじ溝形成部１１Ａには、第１熱伝導部材（例えば、第１ヒートパイプ３Ａ）が挿着されている。第２ねじ溝形成部１１Ｂには、第２熱伝導部材（例えば、第２ヒートパイプ３Ｂ）が挿着されている。ねじ軸１の軸方向において、第１ヒートパイプ３Ａと第２ヒートパイプ３Ｂは互いに離して配置されている。第１ヒートパイプ３Ａ、第２ヒートパイプ３Ｂの各構成は、上述のヒートパイプ３（例えば、図２参照）の構成と同じである。

また、第１ヒートパイプ３Ａと第２ヒートパイプ３Ｂとの間には、断熱材７が配置されている。これにより、第１ヒートパイプ３Ａ及び第２ヒートパイプ３Ｂの一方から他方への熱伝導が抑制されている。

実施形態２に係るボールねじ１００Ａによれば、ねじ軸１の温度分布を効率的に均一化することができる。例えば、ボールねじ１００Ａの運転パターンによっては、ナット２が複数の領域で頻繁にストローク（すなわち、軸方向に往復移動）する場合がある。一例を挙げると、図６に示すように、ナット２が、ねじ溝形成部１１の第１領域ＳＲ１と第２領域ＳＲ２とで頻繁にストロークする場合がある。ナット２が特定の領域で頻繁にストロークすると、ねじ軸１とボール２３（図１参照）との摩擦により熱が発生し、特定の領域が熱源となる。図６に示す例では、第１領域ＳＲ１と第２領域ＳＲ２の２箇所が熱源となる。ボールねじ１００Ａの運転パターンによっては、一定の時間内で、熱源が２箇所発生しているものと見なせる場合がある。

このような場合は、第１領域ＳＲ１に第１ヒートパイプ３Ａが配置され、第２領域ＳＲ２に第２ヒートパイプ３Ｂが配置されてもよい。これにより、第１領域ＳＲ１で発生した熱は第１ヒートパイプ３Ａによって放熱され、第２領域ＳＲ２で発生した熱は第２ヒートパイプ３Ｂによって放熱される。第１領域ＳＲ１と第２領域ＳＲ２とに１本のヒートパイプが配置される場合と比べて、ヒートパイプの高温部と低温部とが入れ替わる頻度を少なくすることができ、熱を吸収した蒸気の移動方向が逆転する頻度を少なくすることができる。これにより、ねじ軸１の温度分布を効率的に均一化することができる。

また、ボールねじに外部荷重が負荷されると外部荷重が与えられた部分では発熱が大きくなる。外部荷重が複数箇所で与えられる場合、外部荷重が与えられる範囲ごとにヒートパイプを設けてもよい。例えば、第１領域ＳＲ１と第２領域ＳＲ２とに外部荷重が与えられることが想定される場合、第１領域ＳＲ１に第１ヒートパイプ３Ａが配置され、第２領域ＳＲ２に第２ヒートパイプ３Ｂが配置されてもよい。これにより、上記の場合と同様に、ねじ軸１の温度分布を効率的に均一化することができる。

（実施形態２の変形例）
上記の実施形態２の変形例として、第１熱伝導部材及び第２熱伝導部材を、径が異なるヒートパイプとしてもよい。なお、貫通孔１５は、その径を、第１熱伝導部材、第２熱伝導部材の内、太い方に合わせた径として軸方向に亘って一様に形成しても、上記の実施形態１のように径を異ならせた複数の貫通孔１５からなるようにしてもよい。すなわち、少なくとも熱伝導部材３の形状、並びにこれに伴う貫通孔１５の形状、熱伝導性材料４の態様、及び弾性部材の形状以外は、上記の実施形態２と同じである。

図８は、本発明の実施形態２の変形例に係るボールねじにおけるねじ軸１をＸ－Ｚ平面で切断した断面を模式的に示す断面図である。なお、図８では、複数のヒートパイプのそれぞれの径及び貫通孔の部分的な径が異なる態様を示す。
図８に示すように、実施形態２の変形例に係るボールねじ１００Ｙにおいて、熱伝導部材は、第１熱伝導部材（例えば、第１ヒートパイプ３Ａ）と、これよりも小径とされた第２熱伝導部材（例えば、第２ヒートパイプ３Ｂ）とを有する。また、貫通孔１５は、第１ヒートパイプ３Ａを収容し、軸方向に一様の径をなす大径貫通孔部１５Ａと、第２ヒートパイプ３Ｂを収容し、大径貫通孔部１５Ａよりも縮径されて軸方向に一様の径をなす小径貫通孔部１５Ｂを有する。第１ヒートパイプ３Ａと第２ヒートパイプ３Ｂとの間には、実施形態２と同様に断熱材７が配置されている。第２ヒートパイプ３Ｂは、例えば、実施形態２の第１ヒートパイプ３Ａ（第２ヒートパイプ３Ｂ）と同様の径である。なお、大径貫通孔部１５Ａの内周面と第１ヒートパイプ３Ａとの間に介在する熱伝導性材料４と、小径貫通孔部１５Ｂの内周面と第２ヒートパイプ３Ｂとの間に介在する熱伝導性材料４とのそれぞれにおける厚さは異なっていても同様でもよい。熱伝導性材料４は、これらの厚さの差によって熱伝導性が著しく損なわれない程度に選定されることが好ましい。また、大径貫通孔部１５Ａに設けられる弾性部材５１の径も、大径貫通孔部１５Ａの径に応じて設定される。このような構成とすることによって、大径のヒートパイプにおける熱伝導性を高めることができ、ナットの移動範囲や個数などに応じて部分的に高い熱伝導性が求められるようなボールねじに適用することができる。

（実施形態３）
上述の実施形態１では、ボールねじが１個のナット２を備えることを説明した。しかしながら、本発明の実施形態はこれに限定されない。本発明の実施形態において、ナット２が２個以上あってもよい。

図９は、本発明の実施形態３に係るボールねじの構成例を示す正面図である。図９に示すように、実施形態３に係るボールねじ１００Ｂは、２個のナット２Ａ、２Ｂを備える。２個のナット２Ａ、２Ｂの各構成は、上述のナット２（例えば、図１参照）の構成と同じである。

このような構成であれば、ボールねじ１００Ｂとして、左右ボールねじ、リード差ボールねじ、又はスプライン付きボールねじを実現することができる。左右ボールねじとは、右ねじと左ねじとが１本のねじ軸に形成されたボールねじである。リード差ねじとは、１本のねじ軸にリードの異なるねじ溝が直列に形成されたボールねじである。リードとは、ねじ軸に対してナットが相対的に１回転したときに、ねじ軸に対してナットが軸方向に移動する距離のことである。スプライン付きボールねじとは、ねじ軸にスプライン溝を設け、その溝を走行するスプラインナットを組み合わせたボールねじのことである。

また、実施形態３では、ナットの数に応じて熱源が複数箇所発生する。このため、実施形態３においても各ナットがストロークする範囲ごとにヒートパイプを設けてもよい。例えば図９に示すように、ナット２Ａがストロークする第１ねじ溝形成部１１Ａに第１ヒートパイプ３Ａ（図７参照）が配置され、ナット２Ｂがストロークする第２ねじ溝形成部１１Ｂに第２ヒートパイプ３Ｂを配置されてもよい。

これによれば、ねじ軸１に対してナット２Ａが相対的に回転することによって発生した熱は第１ヒートパイプ３Ａによって放熱される。ねじ軸１に対してナット２Ｂが相対的に回転することによって発生した熱は、第２ヒートパイプ３Ｂによって放熱される。これにより、実施形態２と同様に、ねじ軸１の温度分布を効率的に均一化することができる。

（実施形態４）
上述の実施形態１では、ねじ軸１のねじ溝形成部１１にヒートパイプが配置されることを説明した。しかしながら、本発明の実施形態はこれに限定されない。本発明の実施形態では、ねじ溝形成部１１だけでなく、軸受支持部１２、１３の少なくとも一方にもヒートパイプが配置されていてもよい。

図１０は、本発明の実施形態４に係るボールねじの構成例を示す断面図である。図１０に示すように、実施形態４に係るボールねじ１００Ｃにおいて、ねじ溝形成部１１には、第１ヒートパイプ３Ａが挿着されている。軸受支持部１３には、第２ヒートパイプ３Ｂが挿着されている。また、第１ヒートパイプ３Ａと第２ヒートパイプ３Ｂとの間には、断熱材７が配置されている。これにより、第１ヒートパイプ３Ａ及び第２ヒートパイプ３Ｂの一方から他方への熱伝導が抑制されている。

実施形態４に係るボールねじ１００Ｃによれば、第２ヒートパイプ３Ｂは、軸受支持部１３がもつ熱を放熱することができる。例えば、軸受支持部１３には、図示しない軸受の内輪が取り付けられる。軸受において、外輪に対して内輪が回転すると、転動体と外輪との摩擦、及び、転動体と内輪との摩擦によって熱が生じる。その熱が軸受から軸受支持部１３に伝わる場合がある。これにより、軸受支持部１３が熱源となる場合がある。このような場合でも、軸受支持部１３に第２ヒートパイプ３Ｂが挿着されているので、第２ヒートパイプ３Ｂは、軸受から軸受支持部１３に伝えられた熱を放熱することができる。軸受支持部１３の温度が上昇して温度分布が不均一となり、軸受支持部１３の予圧抜けなどの可能性が考えられる場合は、実施形態４の態様を適用することで、その可能性を低減することができる。

（実施形態５）
上述の実施形態１では、貫通孔１５の開口端１５Ｅ１、１５Ｅ２とヒートパイプ３との間に弾性部材５１、５２が配置されることを説明した。しかしながら、本発明の実施形態はこれに限定されない。本発明の実施形態では、弾性部材５１、５２が設けられなくても、貫通孔１５の両開口端１５Ｅ１、１５Ｅ２の少なくとも何れか一方から離間されるように貫通孔１５内に熱伝導部材（ヒートパイプ３）は配置されればよい。例えば、弾性部材５１、５２の代わりに流体が配置されてもよい。流体の例としては、気体や液体が挙げられ、弾性部材５１、５２の代わりに気体（空気）の層が配置されることで、開口端１５Ｅ１、１５Ｅ２とヒートパイプ３との間に、ヒートパイプ３が軸方向に膨張可能なスペースが設けられることになる。

図１１は、本発明の実施形態５に係るボールねじの構成例を示す断面図である。図１１に示すように、実施形態５に係るボールねじ１００Ｄでは、貫通孔１５の開口端１５Ｅ１とヒートパイプ３との間にスペースＡＧ１が存在する。スペースＡＧ１を介して、固定部材６１とヒートパイプ３とが向かい合っている。同様に、貫通孔１５の開口端１５Ｅ２とヒートパイプ３との間にスペースＡＧ２が存在する。スペースＡＧ２を介して、固定部材６２とヒートパイプ３とが向かい合っている。

実施形態５に係るボールねじ１００Ｄによれば、熱膨張によるヒートパイプ３の軸方向への体積増加分は、スペースＡＧ１、ＡＧ２によって吸収される。これにより、ヒートパイプ３が破損する可能性を低減することができる。

（実施形態６）
上述の実施形態１では、ねじ軸に熱伝導部材が挿着されることを説明した。本発明の実施形態では、ねじ軸だけでなく、ナットにも熱伝導部材が設けられてもよい。

図１２は、本発明の実施形態６に係るボールねじの構成例を示す断面図である。図１２に示すように、実施形態６に係るボールねじ１００Ｅは、ねじ軸１と、ナット２Ｅと、ボール２３と、ヒートパイプ３と、四個の循環チューブ（循環部品）２９と、ナット２Ｅに設けられた熱伝導部材（例えば、ヒートパイプ８）と、を備える。ボール２３は、ナット２のねじ溝とねじ軸１のねじ溝とで形成される軌道と、循環チューブ２９により形成されたボール戻し通路２４内とに配置されている。ボールねじ１００Ｅは、軌道とボール戻し通路２４からなる循環経路を四個（複数）有するため、四個（複数）の循環チューブ２９を備えている。

ナット２Ｅには、ナット２Ｅの軸方向の端面から内側へ形成された複数の貫通孔２８が設けられている。貫通孔２８は、ナット２の軸方向に平行に形成されている。貫通孔２８は、循環チューブ２９と干渉しない位置に設けられており、ナット２Ｅの周方向に等間隔に設けられている。そして、貫通孔２８内にヒートパイプ８が配置されている。ヒートパイプ８の構成は、例えば、上述のヒートパイプ３（例えば、図２参照）の構成と同じである。ヒートパイプ８の軸方向の長さは、ヒートパイプ３の軸方向の長さよりも短い。

実施形態６に係るボールねじ１００Ｅによれば、ナット２Ｅで発生した熱をヒートパイプ８が放熱することができるので、ナット２Ｅの熱膨張を抑制することができる。また、ナット２Ｅからねじ軸１に伝えられる熱も低減されるため、ねじ軸１の熱膨張も抑制することができる。これにより、ねじ軸１に対するナット２の位置決め精度の低下をさらに抑制することができる。

（変形例）
本発明の各実施形態では、熱伝導部材（例えばヒートパイプ３）が、ねじ軸１の軸方向に膨張可能に貫通孔１５内に配置されればよく、弾性部材を設けなくてもよい。また、ヒートパイプ３の代わりに、ねじ軸１よりも熱伝導率が高い材料で構成された棒状部材を用いてもよい。棒状部材を構成する材料として、銅又はアルミニウムが例示される。このような構成であっても、棒状部材は、ねじ軸１の軸方向に熱を移動させることができ、ねじ軸１の温度分布を均一化することができる。これにより、ねじ軸１に対するナット２の位置決め精度の低下を抑制することができる。

また、本発明の各実施形態では、ヒートパイプ３又は、上記の棒状部材で例示された熱伝導部材を複数本束ねてもよい。また、束ねられる熱伝導部材は、ねじ軸１よりも熱伝導率が高い材料で構成された線材でもよい。このような線材として、銅線又はアルミニウム線が例示される。

本発明の実施形態に係るボールねじは、例えば、高負荷用途（軌道内のボールに加わる荷重が大きい用途）のボールねじとして使用することができる。高負荷用途のボールねじとして、電動射出成形機用のボールねじ、プレス機械用のボールねじが例示される。

１ ねじ軸
１Ｅ１ 端部
１Ｅ２ 端部
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｅ ナット
３、８ ヒートパイプ
３Ａ 第１ヒートパイプ
３Ｂ 第２ヒートパイプ
３ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａ 外周面
４ 熱伝導性材料
７ 断熱材
１１ ねじ溝形成部
１１Ａ 第１ねじ溝形成部
１１Ｂ 第２ねじ溝形成部
１１ａ、１２ａ、１３ａ 外周面
１２、１３ 軸受支持部
１４、２１ ねじ溝
１５、２８、５１１ 貫通孔
１５Ｅ１、１５Ｅ２ 開口端
２２ フランジ
２３ ボール
２４ ボール戻し通路
２５ シール
２６ エンドデフレクタ
２８ 貫通孔
２９ 循環チューブ
３１ 金属パイプ
３２ 液体
５１、５２弾性部材
６１、６２ 固定部材
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｘ、１００Ｙ ボールねじ
３１１、３１２ 端部
ＡＧ１、ＡＧ２ スペース
ＣＬ 中心軸
ＳＲ１ 第１領域
ＳＲ２ 第２領域

Claims (9)

1. 外周面にねじ溝が形成され、軸方向に貫通孔が形成されたねじ軸と、
   前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成され、複数のボールを介して前記ねじ軸に螺合されるナットと、
   前記ねじ軸よりも熱伝導率が高く、前記貫通孔内に配置される熱伝導部材と、
   前記貫通孔内に配置され、前記貫通孔の両開口端の少なくとも何れか一方と前記熱伝導部材との間に位置する弾性部材と、を備えるボールねじ。
2. 前記貫通孔の開口端と前記弾性部材との間に配置され、前記ねじ軸に固定される固定部材、をさらに備える請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記熱伝導部材はヒートパイプである、請求項１または２に記載のボールねじ。
4. 前記貫通孔の内周面と前記熱伝導部材とに接する熱伝導性材料、をさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載のボールねじ。
5. 前記ねじ軸は、
   前記外周面に前記ねじ溝が形成された第１部位と、
   前記外周面に前記ねじ溝が形成されていない第２部位と、を有し、
   前記熱伝導部材は、前記第１部位に位置する前記貫通孔内に配置される、請求項１から４のいずれか１項に記載のボールねじ。
6. 前記貫通孔内に配置される断熱材、をさらに備え、
   前記熱伝導部材は、
   前記軸方向に沿って互いに離間して配置される複数の熱伝導部材を有し、
   前記複数の熱伝導部材間に前記断熱材が配置される、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のボールねじ。
7. 前記ナットは、
   前記軸方向に沿って互いに離間して配置される複数のナットを有する、請求項１に記載のボールねじ。
8. 前記ねじ軸よりも熱伝導率が高い熱伝導部材が、
   前記軸方向に沿って前記ナット内に１以上配置される、請求項１に記載のボールねじ。
9. 外周面にねじ溝が形成され、軸方向に貫通孔が形成されたねじ軸と、
   前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成され、複数のボールを介して前記ねじ軸に螺合されるナットと、
   前記ねじ軸よりも熱伝導率が高く、前記軸方向に膨張可能に前記貫通孔内に配置される熱伝導部材と、を備え、
   前記貫通孔内に配置される断熱材、をさらに備え、
   前記熱伝導部材は、
   前記軸方向に沿って互いに離間して配置される複数の熱伝導部材を有し、
   前記複数の熱伝導部材間に前記断熱材が配置される、ボールねじ。

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