JPWO2016159303A1 - ねじ軸及びその製造方法、並びにボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

ボールねじ装置のねじ軸の少なくとも一部を、フィラメントワインディング法やシートワインディング法で作製した円筒体の外周面に、ねじ溝を構成する金属ばね製の螺旋状部材または分割螺旋状部材を固定する。

Description

本発明は、工作機械、建設機械などに用いられ、回転運動を直線運動に変換するボールねじ装置、並びにそのねじ軸及びねじ軸の製造方法に関する。

工作機械や建設機械などに用いられるボールねじ装置では、一般的に高炭素クロム軸受鋼やステンレス鋼、肌焼鋼のような硬度の高い金属材料が採用されてきた。しかし、近年、軽量化の要請が強く、ボールねじ装置を構成する部材の中で、大部分の重量を占めるねじ軸を前記のような鋼材から繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）に変えて軽量化を図ることが行われている。

例えば、特許文献１には、アルミニウムや鉄からなる芯材に、有機繊維からなるフィラメント束を液状熱硬化性樹脂に含浸させながらヘリカル巻きまたはパラレル巻きに巻き付け、熱硬化させて柱状体にし、その後、ねじ軸の形状に切削加工することが記載されている。

また、特許文献２には、転動体転走面近傍が金属材料によって構成され、その他の部分がＦＲＰによって構成されている運動案内装置が記載されている。

更に、特許文献３には、Ｘ線を取り扱う機械装置に使われる運動案内装置において、軌道部材、移動部材及び転動体の少なくとも１つを、Ｘ線透過材料であるＦＲＰにすること、及び転動体転走面にスチールテープを貼り付けて寿命の改善を図ることが記載されている。

日本国特許第５１４６２９３号公報 日本国特許第４８１３３７３号公報 日本国特許第４８４２９５４号公報

しかしながら、特許文献１のねじ軸は、その外周面がフィラメント束をバインダー樹脂で結着したものであり、ボールの転動による摩耗は避けられない。また、芯材を残したままであり、更なる軽量化が望まれている。

また、ねじ軸は長尺であり、曲がりを抑えるために高強度である必要があるが、特許文献２、３のねじ軸は、強化繊維を樹脂に分散させたＦＲＰであり、十分な強度が得られず、あまり長いねじ軸には対応できない。

このような問題に鑑みて、本発明は、更なる軽量化を図りつつ、高強度で耐摩耗性にもこれまでよりも優れたねじ軸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本発明では、下記のねじ軸及びその製造方法、並びにボールねじ装置を提供する。
（１）外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ溝上に配置される複数のボールと、前記ボールを介して前記ねじ軸に外嵌されるナットとを備え、前記ねじ軸上を前記ナットが移動するボールねじ装置を構成する前記ねじ軸であって、
前記ねじ軸の少なくとも一部が、
強化繊維のフィラメント束からなる円筒状巻回物、または強化繊維のフィラメントのシートからなる円筒状巻回物、または前記シートからなる層と前記フィラメント束からなる層との積層体である円筒状巻回物と、前記円筒状巻回物を結着している樹脂とで構成される円筒体と、
前記円筒体の外周面に固定され、前記ねじ溝を形成する金属製の螺旋状部材と、
を有することを特徴とするねじ軸。
（２）前記螺旋状部材が、螺旋の長さ方向に分割された複数の分割螺旋状部材からなり、前記分割螺旋状部材同士が長さ方向に隙間を開けて連なっていることを特徴とする上記（１）記載のねじ軸。
（３）前記分割螺旋状部材同士の螺旋の長さ方向の隙間が、前記ボールの直径の０．３％以上１３％以下であることを特徴とする上記（２）記載のねじ軸。
（４）前記円筒体の外周面と、前記螺旋状部材または前記分割螺旋状部材とが、接着剤により固定されていることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載のねじ軸。
（５）外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ溝上に配置される複数の転動体と、前記転動体を介して前記ねじ軸に外嵌されるナットとを備え、前記ねじ軸上を前記ナットが移動するボールねじ装置を構成する前記ねじ軸の製造方法であって、
強化繊維のフィラメント束を用いてフィラメントワインディング法により円筒体とするか、前記フィラメント束からなるシートを用いてシートワインディング法により円筒体とするか、前記シートワインディング法による層と、前記フィラメントワインディング法による層とを積層して円筒体とする円筒体製造工程と、
前記円筒体の外周面に、前記ねじ溝を形成する金属製の螺旋状部材を固定する一体化工程と、
を有することを特徴とするねじ軸の製造方法。
（６）前記螺旋状部材が、その長さ方向に分割された分割螺旋状部材であり、かつ、
前記一体化工程において、前記分割螺旋状部材を複数、長さ方向に隙間を開けて前記円筒体の外周面に連ね、該外周面に固定することを特徴とする上記（５）記載のねじ軸の製造方法。
（７）前記分割螺旋状部材同士の螺旋の長さ方向の隙間を、前記ボールの直径の０．３％以上１３％以下にすることを特徴とする上記（６）記載のねじ軸の製造方法。
（８）前記一体化工程において、接着剤により前記円筒体の外周面に前記螺旋状部材または前記分割螺旋状部材を接着することを特徴とする上記（５）〜（７）の何れか１項に記載のねじ軸の製造方法。
（９）前記一体化工程において、前記円筒体の外周面に前記螺旋状部材を配置し、加熱して前記螺旋状部材全体をその径方向に収縮させることを特徴とする上記（５）記載のねじ軸の製造方法。
（１０）外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ溝上に配置される複数のボールと、前記ボールを介して前記ねじ軸に外嵌されるナットとを備え、前記ねじ軸上を前記ナットが移動するボールねじ装置であって、
前記ねじ軸が、上記（１）〜（４）の何れか１項に記載のねじ軸であることを特徴とするボールねじ装置。

本発明によれば、より軽量でありながらも、これまでよりも高強度で、耐摩耗性にも優れるねじ軸が得られる。また、本発明のボールねじ装置は、このようなねじ軸を備えることにより軽量で、かつ、これまでよりも耐久性に優れたものとなる。

ボールねじ装置を示す平面図である。 フィラメントワインディング法を説明するための装置構成を示す模式図である。 フィラメントワインディング法におけるフィラメント束の巻き方を説明する模式図であり、同図（ａ）はヘリカル巻き、同図（ｂ）はパラレル巻きをそれぞれ示す図である。 シートワインディング法を説明するための模式図である。 第1実施形態において、ねじ軸の一例を示す一部切り欠き平面図である。 第1実施形態において、螺旋状部材をフィラメントワインディング法により固定する方法を説明する断面図である。 第1実施形態において、螺旋状部材をフィラメントワインディング法により固定する他の方法を説明する断面図である。 第1実施形態において、ねじ軸の他の例を示す一部切り欠き平面図である。 螺旋状部材の断面形状の一例を示す断面図である。 螺旋状部材の他の例を示す一部切り欠き平面図である。 図１０に示す螺旋状部材をフィラメントワインディング法により固定する方法を説明する断面図である。 螺旋状部材の更に他の例を示す一部切り欠き平面図である。 螺旋状部材の更に他の例を示す一部切り欠き平面図である。 図１２または図１３に示す螺旋状部材をフィラメントワインディング法により固定する方法を説明する断面図である。 第２実施形態において、ねじ軸の一例を示す一部切り抜き平面図である。 分割螺旋状部材間の隙間（ａ）と、ボールの直径（Ｄｗ）との関係を説明するための模式図である。 第２実施形態において、ねじ軸の他の例を示す一部切り欠き平面図である。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、ボールねじ装置１を示す平面図である。図示されるように、ボールねじ装置１は、棒状のねじ軸２と、ねじ軸２に外嵌したナット３とを有している。

ねじ軸２は、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ溝部２ａと、ねじ溝部２ａの一方の端部に連続して形成された駆動側端部２ｂと、ねじ溝部２ａの他方の端部に連続して形成された反駆動側端部２ｃとを有している。

ナット３は、内側をねじ軸２が通る筒状部３ａと、筒状部３ａの一方の端部に一体的に形成されたフランジ３ｂとを有する。筒状部３ａの内周面には、ねじ溝部２ａに形成されたねじ溝に対応するねじ溝が形成されている。

筒状部３ａとねじ溝部２ａの間には、複数のボールが介在している（図４、５参照；符号７）。

ナット３の筒状部３ａには、径方向に貫通した貫通孔に、上記転動体を循環させるコマ４ａ、４ｂが挿入されている。コマ４ａ、４ｂは、樹脂から形成されており、筒状部３ａの内側に形成されたねじ溝の２箇所をつなぐ通路を構成し、ボールが循環する無限循環路を構成する。

以上の構成により、ボールねじ装置１は、ねじ軸２とナット３とが相対回転することで、ねじ軸２とナット３が軸方向に相対移動する。

本発明では、ねじ軸２のねじ溝部２ａを以下のようにして製造する。

先ず、強化繊維のフィラメント束を用いてフィラメントワインディング法により円筒体を製造する。または、強化繊維のフィラメント束からなるシートを用いてシートワインディング法により円筒体としてもよい。あるいは、シートワインディング法による層と、フィラメントワインディング法により層とを積層して円筒体とすることもできる。尚、積層する場合、強度的に、シートワインディング法による層を下層とし、その上にフィラメントワインディング法により巻き付けを行うことが好ましい。

図２は、フィラメントワインディング法を説明するための装置構成を示す模式図であるが、複数本の強化繊維フィラメントを、液状のバインダー樹脂が貯蔵された樹脂槽に通してバインダー樹脂を塗布または含浸させながら束ねて一本のフィラメント束とし、この強化繊維フィラメント束を回転するマンドレル（芯棒）に所定の角度で巻き付ける。強化繊維フィラメント束は、トラバース装置により、マンドレル上を往復して移動する。そして、目的の巻付厚になった時点で、マンドレルごと装置から取り外し、硬化炉にてバインダー樹脂を硬化させ、硬化後にマンドレルを引き抜くことにより、強化繊維フィラメント束からなる円筒状巻回物を、バインダー樹脂で結着した円筒体が得られる。尚、マンドレルの引き抜きを容易にするために、予めマンドレルに離形剤を塗布しておくことが好ましい。尚、後述するように、円筒体の外周面にはねじ溝を形成する螺旋状部材が固定されるが、螺旋状部材を固定した後にマンドレルを抜き取ることもできる。

強化繊維フィラメント束の巻き方は、図３（ａ）に示すように、下層のフィラメント束に対してある角度（図の例ではθ＝１５°）で交差するように巻き付けるヘリカル巻き、図３（ｂ）に示すように、マンドレルに対して垂直となるように巻き付けるパラレル巻きとに大別することができるが、強度的にはヘリカル巻きの方が優れており好ましい。尚、ヘリカル巻きにおける交差角度（θ）は１０°〜８５°が好適であり、４５°が特に好ましい。

上記のフィラメントワインディング法において、円筒体の端部をパラレル巻きとし、端部以外をヘリカル巻きとしてもよい。ねじ軸の軸長を調整するために、円筒体を切断する場合があるが、端部をパラレル巻きにすることにより、切断面がフィラメント束と平行になり、ヘリカル巻きした場合と比べて、フィラメント束の切断箇所を少なくすることができる。端部もヘリカル巻きにすると、フィラメント束の全てが切断されることになる。

また、シートワインディング法は、図４に示すように、強化繊維をシート状に編み、バインダー樹脂で結着してシート状としたプリプレグを、回転ローラでマンドレルに巻き付ける方法であり、バインダー樹脂の硬化後にマンドレルを引き抜くことにより円筒体が得られる。

更には、シートワインディング法による下層の上に、フィラメントワインディング法でフィラメント束を巻き付けてもよい。

何れの場合も、円筒体の肉厚を、ねじ軸２として十分な強度が得られるように、ねじ軸の全長や、ねじ軸に負荷される荷重等を考慮して、フィラメント束やシートの巻き数や積層数により肉厚を調整する。

フィラメント束及びシートを形成する強化繊維は、引張強度５００ＭＰａ以上、好ましくは３９２０ＭＰａ以上で、引張弾性率が３０ＧＰａ以上、好ましくは２３５ＧＰａ以上の有機繊維または無機繊維である。具体的には、下記表に示す繊維を挙げることができるが、中でも、軽量で、高強度であることから炭素繊維（ＣＦ）が好ましい。尚、炭素繊維はＰＡＮ系、ピッチ系の何れも使用可能である。

その他、好ましい強化繊維としては、ガラス繊維（ＧＦ）、アラミド繊維（ＡＦ）、ボロン繊維（ＢＦ）、ポリアリレート繊維（ＰＡＲＦ）、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維（ＰＢＯＦ）、超高分子量ポリエチレン繊維（ＵＨＰＥＦ）等を挙げることができる。

また、強化繊維は、バインダー樹脂との接着性を高めるために、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ビスマレイミド樹脂等のサイジング剤で表面処理することも好ましい。

強化繊維の平均直径は、５〜２１μｍが好ましく、７〜１５μｍがより好ましい。平均直径が５μｍよりも細くなると、１本当たりの強度が低く安定した製造が困難になり、大幅なコストアップになるので実用性が低い。平均直径が２１μｍよりも太くなると、１本当たりの強度が高まるものの、フィラメント束が太くなりすぎて緻密な巻き付けが困難になる。

尚、繊維には短繊維と長繊維があるが、長繊維は短繊維に比べて強度、耐衝撃、寸法精度、導電性等に優れるため好ましい。

バインダー樹脂は、エポキシ樹脂やビスマレイミド樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂等を使用でき、強化繊維との接着性を考慮して選択される。例えば、炭素繊維の場合、エポキシ樹脂を用いることができる。また、バインダー樹脂の塗布または含浸量は、強化繊維のフィラメント束またはシートとの合計量に対して、１５〜４５質量％が好ましく、２０〜４０質量％がより好ましく、２４〜３３質量％が更に好ましい。バインダー樹脂量が１５質量％より少なくなるとフィラメント束やシートの結着が十分ではなく、４５質量％より多くなると強化繊維量が少なすぎて十分な強度が得られない。尚、バインダー樹脂量が、得られるねじ軸中の樹脂量になり、残部が強化繊維量、あるいはサイジング剤との合計量になる。

そして、図５に示すように、フィラメントワインディング法やシートワインディング法により作製した繊維強化プラスチック製の円筒体５の外周面に、ねじ溝に相当する金属製の螺旋状部材８が固定される。その際、円筒体５の外周面には、ねじ溝に対応する凹部６を螺旋状に形成し、螺旋状部材８の一部（底部）をこの凹部６に外嵌して位置規制することが好ましい。凹部６は、切削加工や塑性加工により形成することができる。

螺旋状部材８は、弾性力により一定の間隔を保つため、凹部６を形成しなくてもボール７が走行する一定間隔の軌道溝を形成することができる。しかし、凹部６を形成して位置規制することにより、ボール７がより安定して走行するようになる。

螺旋状部材８は、金属製の線材を螺旋状に加工したものであり、例えば金属ばねを用いることができる。図５に示すように、この螺旋状部材８は、ねじ軸２のねじ溝部２ａの外周面において、一対の螺旋状部材８ａ，８ｂで１条のねじ溝を形成し、ボール７の転動部となる。そのため、螺旋状部材８は、耐摩耗性に優れる材料、好ましくはボール７の材質よりも耐摩耗性に優れる材料であることが重要であり、表面硬さがＨＶ４００以上であることが好ましく、例えばばね鋼や硬鋼線、ピアノ線、ステンレス鋼等からなるコイルばねを用いることができる。また、図５に示すような断面形状、あるいは後述する図７や図９、図１１、図１４に示すような断面形状に加工されるが、加工方法としては切削加工や研削加工により実施することができる。

また、螺旋状部材８をばね状に加工する際、残留応力が残っているとへたりや折損が起こりやすくなる。そこで、ばね状に加工した後、低温焼きなましを行い、残留応力を減少しておくことが好ましい。尚、処理温度や処理時間は、材料によって種々設定する。

螺旋状部材８の固定方法としては、円筒体５に螺旋状部材８を外嵌し、両者の当接部の縁に接着剤を塗布し、接着剤を硬化させる。円筒体５に凹部６を形成した場合は、凹部６に接着剤を塗布しておき、そこへ螺旋状部材８の内周面の一部を埋め込み、接着剤を硬化させる。尚、接着剤は、円筒体５を作製するためのフィラメントワインディング法やシートワインディング法で使用したバインダー樹脂と同種にすることが好ましい。接着剤とバインダー樹脂とを同種にすることにより、螺旋状部材８と円筒体５との接着性が高まる。

ところで、図１に示すように、反駆動側端部２ｃ（図１参照）が自由端である場合、ボールねじ装置１の駆動によりねじ軸２の温度が上昇すると、反駆動側端部２ｃが軸方向外側に伸び、それに伴って螺旋状部材８もその長さ方向に伸びる。そのため、反駆動側端部２ｃの近傍に接着剤により固定されている螺旋状部材８は比較的に大きく伸ばされるため、ねじ軸２から剥がれやすい。そこで、反駆動側端部２ｃの近傍での接着剤量を多くし、具体的には駆動側端部２ｃの部分よりも５％増量することが好ましい。

また、ボールねじ装置によっては、駆動側端部２ｂと反駆動側端部２ｃとが共に固定端の場合もある。その場合、ねじ軸２を支持している不図示の軸受の回転及びナット３の走行により、ねじ軸２はその軸方向中央部が伸縮する。それに伴って、螺旋状部材８も伸びるため、ねじ軸２の中央部に接着している螺旋状部材８が剥がれやすく、中央部の接着剤量を駆動側端部２ｂと反駆動側端部２ｃでの接着剤よりも多く、具体的には５％増量することが好ましい。

また、固定方法として、螺旋状部材８を外嵌した状態で全体を加熱し、螺旋状部材全体をその径方向に収縮させてもよい。螺旋状部材８が径方向に収縮して円筒体５の外周面や、凹部６に強固に巻き付き、この強固な巻き付き状態を維持する。その際、接着剤を併用してもよい。

螺旋状部材８は金属製であり、その線膨張係数は１０〜１２×１０^−６ｍｍ／℃程度であるのに対し、円筒体５の線膨張係数は、例えば炭素繊維強化プラスチックの場合−１．３×１０^−６〜０．４×１０^−６ｍｍ／℃程度であるため、円筒体５に螺旋状部材８を外嵌した状態で全体を加熱すると、円筒体５がフィラメント束に沿って収縮し、全体として縮径する。これに対し、螺旋状部材８は螺旋の長さ方向に大きく膨張し、それとともに径方向では収縮して円筒体５の外周面を締め付ける。その結果、螺旋状部材８が円筒体５の外周面に強固に固定される。尚、加熱温度としては８０℃前後が適当である。また、円筒体５の凹部６に接着剤を塗布した場合には、円筒体５が収縮するため、凹部６から接着剤がはみ出ることはない。

あるいは、図６、７に示すように、隣接する螺旋状部材同士の隙間に、フィラメントワインディング法によりフィラメント束を再度巻き付けてもよい。図６は、その一例を示す断面図であり、螺旋状部材８ａ，８ｂの下方部分を覆うようにフィラメント束１０を巻き付けている。また、図７に示すように、螺旋状部材８ａ，８ｂの下部に、それぞれ外方に向かう延出部８ａ′，８ｂ′を設け、延出部８ａ′，８ｂ′にフィラメント束１０を巻き付けてもよい。その際、接着剤を併用してもよい。

以上により、円筒体５からなる軸部材の外周面に、ねじ溝となる螺旋状部材８が固定された本発明のねじ軸２が得られる。本発明のねじ軸２は、強化繊維を分散させた繊維強化プラスチック製のねじ軸に比べて大幅に強度が高められており、ねじ溝の耐摩耗性も向上して耐久性に優れるようになる。

尚、図５は、一対の螺旋状部材８ａ、８ｂを凹部６ａ，６ｂに固定した１条のねじ溝を形成した場合であるが、ねじ溝はこれに限らず、多条にすることができる。例えば、図８に示すように、螺旋状部材８ａ〜８ｄで２条のねじ溝を形成することもできる。この場合、円筒体５には、対応する凹部６ａ〜６ｄを形成しておく。

また、螺旋状部材８は、ボール７がねじ軸２の凹部６の底面６ｅ（図９参照）に接触しないように、ねじ軸２からの突出高さや、ボール７が転動する面の傾斜角度を調整する。ボール７が転動して凹部６の底面６ｅと接触すると、繊維強化プラスチック製である凹部６の底面６ｅが摩耗する。そこで、螺旋状部材８の突出高さや傾斜面を調整する。例えば、図９に示すように、螺旋状部材８ａ，８ｂのボール７が転動する面の傾斜角度を、円筒体５の外周面に対して４５°にすることにより、ボール７を点Ａ，Ｂの２点で支持して、凹部６の底面６ｅと接触しないようにすることができる。

更に、螺旋状部材８は上記に限らず、例えば図１０に示すように、円筒体５側となる下半分が円弧状で、上部に向かうほど縮径した略「なす型」の断面形状を持つ構成としてもよい。図示されるように、この断面「なす型」の螺旋状部材８では、両側にねじ溝を持ち、３本の螺旋状部材８により２条のねじ溝を形成する。そのため、螺旋状部材８の数を減らすことができ、結果として軽量化することができる。また、螺旋状部材８の数が減ることから、凹部６の数も減ってその加工箇所も減り、更には接着剤の使用量も減じることかでき、結果として製造コストを低減することもできる。また、螺旋状部材８の間隔を狭くすることができ、その分ボール数を増やすことができるため、一対の螺旋状部材８でねじ溝を形成したねじ軸よりも負荷容量を増すことができる。

そして、この断面「なす型」の螺旋状部材８を、図１１に示すように、フィラメントワインディグ法によりフィラメント束１０で円筒体５に固定する。あるいは、接着剤を用いたり、熱収縮させて円筒体５に固定してもよい。

また、上記では一対の螺旋状部材８ａ，８ｂで一条のねじ溝を形成していたが、図１２に示すように、円筒体５側となる下方部分で連結した、「三日月型」の断面形状を持つ構成とし、一つの螺旋状部材で一条のねじ溝にすることもできる。この断面「三日月型」の螺旋状部材８では、両先端８ｃ，８ｃがボール７と接触する。尚、両先端部８ｃ，８ｃで形成される溝形状は、円弧状の他、ゴシックアーチ状等にすることもできる。この断面「三日月型」の螺旋状部材８により、その数を最小限にすることができ、更なる軽量化や低コスト化を実現することができる。

更に、この断面「三日月型」の螺旋状部材８を用いて、図１３に示すように、多条のねじ溝を形成することもできる。多条にすることにより、有効巻数の増加と、ボールサイズを小さくすることにより、ボール数が増えて、高リードでありながら高剛性、高負荷容量にすることができる。

尚、この断面「三日月型」の螺旋状部材８も、図１４に示すように、フィラメントワインディグ法によりフィラメント束１０で円筒体５に固定したり、接着剤を用いたり、熱収縮させて円筒体５に固定することができる。

また、ナット３は金属製でも構わないが、ボールねじ装置全体としての軽量化のためには繊維強化プラスチック製、更にはねじ軸２と同様にフィラメントワインディング法やシートワインディング法により作製することが好ましい。

（第２実施形態）
図１５〜１７に示す本第２実施形態では、上記した第１実施形態の螺旋状部材８に代えて、その長さ方向に分割した分割螺旋状部材１８を用いる。

尚、円筒体は、第１実施形態と同様にして、フィラメントワインディング法やシートワインディング法に従い作製する。

そして、円筒体５の外周面に、この分割螺旋状部材１８を、その長さ方向に隙間を開けて連ねて一本の螺旋状部材８（例えば８ａや８ｂ）として固定する。連ねた状態を図１５に示されており、図示の例では、個々の分割螺旋状部材１８は、凹部６に沿って螺旋状に円筒体５をほぼ２周する長さを有するように記載されているが、分割螺旋状部材１８の長さはこれに制限されるものではない。

ボールねじ装置１では、ねじ軸２の回転やナット３の移動によりボール７が転動するが、それに伴って温度上昇が起こり、ねじ軸２の径が膨張または収縮する。例えば、一般的な炭素繊維強化プラスチックでは、線膨張係数が−１．３×１０^−６〜０．４×１０^−６ｍｍ／℃程度である。そこで、図１６に示すように、ねじ軸２の膨張または収縮に対応して、分割螺旋状部材間の隙間１９の寸法（ａ）を、ボール７の直径（Ｄｗ）の０．３％以上１３％以下にすることが好ましく、３％以上１０％以下がより好ましい。（ａ／Ｄｗ）が１３％を超えると、ボール７の転動性が悪くなる。（ａ／Ｄｗ）が０．３％よりも狭くなると膨張分を吸収しきれずに凹部６との固定状態が悪くなる。一例として、Ｄｗ＝３．１７５ｍｍの場合のａとの関係を表２に示す。

ねじ軸２を作製するには、円筒体５に、複数の分割螺旋状部材１８を順次外嵌させ、隙間１９の寸法を調整しながら固定する。その際、凹部６に分割螺旋状部材１８の内周面の一部を埋め込み、凹部６に固定する。分割螺旋状部材１８の固定方法としては、凹部６に接着剤を塗布しておき、そこへ分割螺旋状部材１８の内周面の一部を埋め込み、接着剤を硬化させる。尚、接着剤は、円筒体５を作製するためのフィラメントワインディング法やシートワインディング法で使用したバインダー樹脂と同種にすることが好ましい。接着剤とバインダー樹脂とを同種にすることにより、分割螺旋状部材１８と円筒体５との接着性が高まる。

また、ねじ軸２を支持している不図示の軸受の回転及びナット３の走行による発熱による分割螺旋状部材１８の伸びを考慮して、その長さ方向中央部を固定する接着剤量を、隙間側の両端部よりも多くすることが好ましく、具体的には５％増量することが好ましい。

あるいは、図６と同様に、凹部６に分割螺旋状部材１８の内周面の一部を埋め込んだ状態で、隣接する分割螺旋状部材１８との隙間に、フィラメントワインディング法によりフィラメント束を再度巻き付けでもよい。また、図７と同様に、分割螺旋状部材１８の下部に、それぞれ外方に向かう延出部（図７の８ａ′、８ｂ′）を設け、この延出部にフィラメント束を巻き付けてもよい。

尚、図１５は、一対の螺旋状部材８ａ、８ｂを凹部６ａ，６ｂに固定した１条のねじ溝を形成した場合であるが、ねじ溝はこれに限らず、多条にすることができる。例えば、図１７に示すように、螺旋状部材８ａ〜８ｄで２条のねじ溝を形成することもできる。この場合、円筒体５には、対応する凹部６ａ〜６ｄを形成しておく。

また、図９と同様に、分割螺旋状部材１８にも、ボールが転動する面を４５°の傾斜面とし、ボールと凹部の底面と接触しないようにすることもできる。

更に、分割螺旋状部材１８を、図１０に示したような断面「なす型」としてもよく、図１２及び図１３に示したような断面「三日月型」とすることもできる。

本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変更が加工である。例えば、螺旋状部材８の断面形状を「三日月型」において断面がゴシックアーチ状の溝形状にすることを示したが、このゴシックアーチ状は、一対の螺旋状部材８ａ，８ｂで構成されるねじ溝にも応用することができる。即ち、例えば図９において、一対の螺旋状部材８ａ，８ｂの個々の対向面（ボール７と接する点Ａ、点Ｂを有する側の面）を、両者を対向した状態で、全体として断面がゴシックアーチ状になるようにする。

また、上記では、円筒体５の凹部６に螺旋状部材８を埋め込んで位置規制しているが、円筒体５に凹部６を形成せずに螺旋状部材８を外嵌することもできる。上記したように、螺旋状部材８は金属製のばね部材であり、弾性力によりほぼ一定の間隔を保つことができる。例えば、図７に螺旋状部材８ａ，８ｂでは、延出部８ａ′，８ｂ′を備えるとともに、延出部８ａ′，８ｂ′を含めて円筒体側の面（底部）が平坦であり、円筒体５の外周面との接触面積が広くなっている。そのため、円筒体５の外周面に凹部６を形成しなくても、円筒体５の外周面に安定して存在することができる。従って、円筒体５に凹部６を形成するための溝加工を削減でき、製造コストを低減することができる。

１ ボールねじ装置
２ ねじ軸
２ａ ねじ溝部
２ｂ 駆動側端部
２ｃ 反駆動側端部
３ ナット
３ａ 筒状部
３ｂ フランジ
４ａ、４ｂ コマ
５ 円筒体
６、６ａ〜６ｄ 凹部
６ｅ 底面
７ ボール
８、８ａ〜８ｄ 螺旋状部材
１０ フィラメント束
１８ 分割螺旋状部材
１９ 隙間

Claims (10)

1. 外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ溝上に配置される複数のボールと、前記ボールを介して前記ねじ軸に外嵌されるナットとを備え、前記ねじ軸上を前記ナットが移動するボールねじ装置を構成する前記ねじ軸であって、
   前記ねじ軸の少なくとも一部が、
   強化繊維のフィラメント束からなる円筒状巻回物、または強化繊維のフィラメントのシートからなる円筒状巻回物、または前記シートからなる層と前記フィラメント束からなる層との積層体である円筒状巻回物と、前記円筒状巻回物を結着している樹脂とで構成される円筒体と、
   前記円筒体の外周面に固定され、前記ねじ溝を形成する金属製の螺旋状部材と、
   を有することを特徴とするねじ軸。
2. 前記螺旋状部材が、螺旋の長さ方向に分割された複数の分割螺旋状部材からなり、前記分割螺旋状部材同士が長さ方向に隙間を開けて連なっていることを特徴とする請求項１記載のねじ軸。
3. 前記分割螺旋状部材同士の螺旋の長さ方向の隙間が、前記ボールの直径の０．３％以上１３％以下であることを特徴とする請求項２記載のねじ軸。
4. 前記円筒体の外周面と、前記螺旋状部材または前記分割螺旋状部材とが、接着剤により固定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のねじ軸。
5. 外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ溝上に配置される複数の転動体と、前記転動体を介して前記ねじ軸に外嵌されるナットとを備え、前記ねじ軸上を前記ナットが移動するボールねじ装置を構成する前記ねじ軸の製造方法であって、
   強化繊維のフィラメント束を用いてフィラメントワインディング法により円筒体とするか、前記フィラメント束からなるシートを用いてシートワインディング法により円筒体とするか、前記シートワインディング法による層と、前記フィラメントワインディング法による層とを積層して円筒体とする円筒体製造工程と、
   前記円筒体の外周面に、前記ねじ溝を形成する金属製の螺旋状部材を固定する一体化工程と、
   を有することを特徴とするねじ軸の製造方法。
6. 前記螺旋状部材が、その長さ方向に分割された分割螺旋状部材であり、かつ、
   前記一体化工程において、前記分割螺旋状部材を複数、長さ方向に隙間を開けて前記円筒体の外周面に連ね、該外周面に固定することを特徴とする請求項５記載のねじ軸の製造方法。
7. 前記分割螺旋状部材同士の螺旋の長さ方向の隙間を、前記ボールの直径の０．３％以上１３％以下にすることを特徴とする請求項６記載のねじ軸の製造方法。
8. 前記一体化工程において、接着剤により前記円筒体の外周面に前記螺旋状部材または前記分割螺旋状部材を接着することを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載のねじ軸の製造方法。
9. 前記一体化工程において、前記円筒体の外周面に前記螺旋状部材を配置し、加熱して前記螺旋状部材全体をその径方向に収縮させることを特徴とする請求項５記載のねじ軸の製造方法。
10. 外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ溝上に配置される複数のボールと、前記ボールを介して前記ねじ軸に外嵌されるナットとを備え、前記ねじ軸上を前記ナットが移動するボールねじ装置であって、
    前記ねじ軸が、請求項１〜４の何れか１項に記載のねじ軸であることを特徴とするボールねじ装置。

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