JP2001254799A

JP2001254799A - ボールねじ

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Publication number: JP2001254799A
Application number: JP2000066130A
Authority: JP
Inventors: Masabumi Yamamoto; 正文山元; Kimito Ushida; 公人牛田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-21
Anticipated expiration: 2020-03-10
Also published as: JP4514276B2

Abstract

(57)【要約】【課題】部品点数を最小に抑え、ナット長さを短く設
定でき、ナット内の負荷分布を均一化させ、かつ負荷容
量を大きく得ることのできるボールねじを提供する。【解決手段】ねじ軸１とナット２のねじ溝４，５で形
成される螺旋状通路６にボール３を設け、リターンチュ
ーブ７を設けて循環路８を構成する。このリターンチュ
ーブ式のボールねじにおいて、循環路８を単一とする。
螺旋状通路６の、リターンチューブ７の設けられた円周
方向の位相と対向する位相部分に、ボール無負荷領域１
１を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高負荷容量が必
要とされる用途、例えば射出成形機や電動プレス等に用
いることのできるボールねじに関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、図
４および図５に一例を示すように、ねじ軸５１のねじ溝
５４とナット５２のねじ溝５５の間に形成される螺旋状
通路５６に複数のボール５３を介在させ、ナット５２に
リターンチューブ５７を設けたボールねじが使用されて
いる。リターンチューブ５７は、螺旋状通路５６のボー
ル５３を循環させるものであり、リターンチューブ５７
の１本毎に一つの循環路５８が構成される。リターンチ
ューブ５７は、軸方向に並べて複数設けられる。図４
（Ａ）のＶ−Ｖ断面を図５に示すように、リターンチュ
ーブ５７が螺旋状通路５６に連通する位置は、軸心から
見て、一方の位置Ａが基準位置（０°）であるとして、
他端の位置Ｂは１８０°の位置とするのが一般的であ
る。また、加工の都合上等で、複数のリターンチューブ
５７は、一般には同じ周方向位置に配置される。

【０００３】リターンチューブ５７を複数設けて循環路
５８の数を増やすことは、１循環路５８内のボール個数
を抑え、ボール５３同士の摩擦力を低減させて、動トル
クの増大や潤滑不良を起こし難くすることでは好まし
い。しかし、複数のリターンチューブ５７を設けたボー
ルねじでは、螺旋状通路５６に、隣合うリターンチュー
ブ５７，５７の間で０．５巻き分のボール５３のない領
域５６ａ（交差斜線で示す箇所）が存在してしまう。図
４の例のように、３つのリターンチューブ５７を設けた
ものでは、２か所分の０．５巻き分のボールのない領域
５６ａがあり、軸方向から見た場合に、０°〜９０°〜
１８０°までの領域でのボール個数が、１８０°〜２７
０°〜３６０°までの領域よりも１巻き分（０．５巻×
２＝１巻）少なくなる。この状態でアキシアル荷重がナ
ット５２に作用したとすると、ボール個数の差により、
ナット５２内の円周方向の部分間で負荷分布の差が発生
し、条件によっては、０°〜９０°〜１８０°までに存
在するボール５３の負荷が大きくなり、この部分から損
傷が始まることがある。このように、循環路５８の数が
増えれば、その分、負荷を受けられるボール個数が少な
くなり、円周方向に負荷のアンバランスが生じる。

【０００４】この負荷分布を均一にするため、少なくと
も３本あるリターンチューブ５７のうち、少なくとも１
本のみを１８０°対向する位置として、ナット５２内の
負荷分布の均一を図る案が提案されている（特開平１０
−１５３２４５号）。このような負荷分布の均一を図っ
たものにおいても、リターンチューブ５７は３本以上必
要であり、各リターンチューブ５７間には１リード分の
軸方向余裕分を取らなければならない。そのため、ナッ
ト５２が軸方向に長くなる問題や、リターンチューブ５
７およびそのチューブ押え部品５９の部品点数の増大を
招き、コスト増大となる課題がある。

【０００５】この発明の目的は、部品点数を最小に抑
え、ナット長さを短く設定でき、かつ負荷容量を大きく
得ることのできるボールねじを提供することである。こ
の発明の他の目的は、ナット内の円周方向各部の負荷分
布を均一化させることである。この発明のさらに他の目
的は、１循環路内のボール個数が増えても、動トルク増
大や潤滑不良を起こし難い高負荷容量のボールねじを提
供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明のボールねじ
は、ねじ軸の外径面と、このねじ軸に外嵌するナットの
内径面に、それぞれ螺旋状のねじ溝が設けられ、上記ね
じ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間に形成される螺旋状
通路に複数のボールを介在させ、上記ナットに、螺旋状
通路のボールを循環させるリターンチューブを設けたボ
ールねじにおいて、上記螺旋状通路とリターンチューブ
とからなる循環路を、ナット一つについて単一としたこ
とを特徴とする。この構成によると、螺旋状通路とリタ
ーンチューブとからなる循環路を単一としたため、複数
の循環路を設ける場合と異なり、螺旋状通路内で隣合う
循環路の間にボールの無い箇所が生じることがない。そ
のため負荷容量が大きく得られ、ナット長さも短くでき
る。また、リターンチューブやそのナット押え等の部品
が１個で済み、部品点数が最小に抑えられる。

【０００７】この発明において、上記螺旋状通路の、リ
ターンチューブの設けられた円周方向の位相と対向する
位相部分に、ボール無負荷領域を設けても良い。ボール
無負荷領域は、ボールが負荷を受けない領域のことであ
る。このように、リターンチューブと対向する位相部分
にボール無負荷領域を形成することで、ナット内のボー
ルの負荷分布が均一化され、長寿命のボールねじとな
る。１循環路当たりのボール個数が多くなると、ボール
の競り合い現象が増大され、動トルク変動が発生し易い
が、ボール無負荷領域をボールが通過することで、ボー
ルの競り合い現象も回避される。そのため、これまでの
ボールねじよりも、１循環当たりの巻き数を増やすこと
が可能である。また、二次的な効果として、ボール無負
荷領域がグリース溜りとして機能し、潤滑補助効果も期
待できる。

【０００８】上記ボール無負荷領域は、例えば、上記ナ
ットのねじ溝とボールとの間に隙間を形成することによ
り設けられたものとされる。具体的には、ボール無負荷
領域は、その領域とする部分のナットのねじ溝の径や幅
を大きくすることで構成できる。これは、予め形成した
ねじ溝を追加工することによって形成でき、簡易にボー
ル無負荷領域を形成することができる。

【０００９】上記ボール無負荷領域は、ナットの１か所
としても良く、また複数箇所としても良い。１か所とす
る場合は、軸方向略中央に設けることが好ましい。この
ように軸方向中央の１か所とすることで、ボール無負荷
領域の加工が簡単で、かつ負荷のバランスも良い。ま
た、ボール無負荷領域を複数箇所に設けた場合は、ボー
ル無負荷領域のグリース溜りとしての機能や、ボールの
競り合い解消の効果に優れる。

【００１０】上記ボール無負荷領域を設ける場合に、こ
のボール無負荷領域に給脂孔を形成しても良い。ボール
無負荷領域は上記のようにグリース溜りとして機能する
が、これに給脂孔を設けてグリースや油を供給すれば、
さらにグリース溜まりの効果が期待できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１ない
し図３と共に説明する。図１（Ｂ）は、図２のｂ−ｂ矢
視に沿うねじ溝の説明図である。このボールねじは、ね
じ軸１の外径面と、これに外嵌したナット２の内径面
に、それぞれ螺旋状のねじ溝４，５を設け、これらねじ
溝４，５間に形成される螺旋状通路６に複数のボール３
を介在させ、ナット２にリターンチューブ７を設けたも
のである。リターンチューブ７は、螺旋状通路６のボー
ルを循環させるものである。螺旋状通路６とリターンチ
ューブ７とからなる循環路８は、ナット２の一つについ
て単一とされている。

【００１２】図２に示すように、リターンチューブ７
は、ナット２に設けられた一対のチューブ嵌合孔１０に
両端が嵌合し、チューブ押え部品９でナット２に止め付
けられている。リターンチューブ７が螺旋状通路６に連
通する位置、つまりリターンチューブ７へのボール拾い
上げ位置Ａ，Ｂは、軸心から見て、一方の位置Ａが基準
位置（０°）であるとして、他端の位置Ｂは１８０°の
位置とされている。

【００１３】図１に示すように、ナット２のボール拾い
上げ位置Ａ，Ｂの間には、複数巻きのねじ溝５がある。
この間において、螺旋状通路６の、リターンチューブ７
の設けられた円周方向の位相部分と対向する位相部分
に、ボール無負荷領域１１（交差斜線で示す箇所）が設
けられている。ボール無負荷領域１１は、軸１とナット
２の間に軸方向の負荷が加わってもボール３がねじ溝
４，５に押し付け状態に挟まれることがなく、負荷を受
けない領域のことであり、ナット２のねじ溝５とボール
３との間に隙間δ（図３（Ｂ））を形成することにより
形成されている。図３（Ａ）は、ねじ溝４，５の一般部
の断面（図１のｘ−ｘ断面）を示し、同図（Ｂ）はボー
ル無負荷領域１１におけるねじ溝４，５の断面の例を示
す。同図（Ｃ）は、両部分のナット２のねじ溝５の断面
を比較した図である。ボール無負荷領域１１は、具体的
には、ナット２のねじ溝５の径を大きくするか、または
ねじ溝５の溝幅を広げた部分とされている。

【００１４】ボール無負荷領域１１を設ける範囲は、上
記のようにリターンチューブ７の設けられた円周方向の
位相部分と対向する位相部分であり、０．５巻きの長さ
範囲とされている。この例では、リターンチューブ７の
設けられた円周方向の位相部分が、０°〜９０°〜１８
０°であるため、ボール無負荷領域１１は、１８０°〜
２７０°〜３６０°の位相部分に設けられている。すな
わち、軸方向に見て、ボール拾い上げ位置Ａ，Ｂ間にお
けるナット２のねじ溝５の総巻き数は、左右で半巻き分
だけ差が生じているため、ボール無負荷領域１１は、こ
の差の分だけ設けられている。ボール無負荷領域１１を
設ける軸方向位置は、この例では、ナット２の軸方向略
中央とされている。図示の例では、ナット２のボール拾
い上げ位置Ａ，Ｂ間の巻き数は８．５巻きであり、その
中央の０．５巻き部分がボール無負荷領域１１とされて
いる。なお、ナット２には、ボール無負荷領域１１に開
口する給脂孔１２（図３（Ｂ））が設けられている。

【００１５】この構成のボールねじによると、軸１とナ
ット２間の螺旋状通路６とリターンチューブ７とからな
る循環路８を単一としたため、複数の循環路を設ける場
合と異なり、螺旋状通路６内で隣合う循環路の間にボー
ル３の無い箇所が生じることがない。そのため負荷容量
が大きく得られ、ナット２の長さも短くできる。またリ
ターンチューブ７やナット押え部品９等の部品が１個で
済み、部品点数が最小に抑えられる。ナット２を軸方向
に見て、循環路８のボール拾い上げ位置Ａ，Ｂ間におけ
る総巻き数は、左右で半巻き分だけ差が生じている。す
なわちリターンチューブ７の設けられた位相部分（０°
〜９０°〜１８０°）と反対側の位相部分（１８０°〜
２７０°〜３６０°）が０．５巻き分多くなっている。
しかし、この反対側の位相部分に半巻き分のボール無負
荷領域１１を設けたため、ボール３を介して軸１とナッ
ト２に軸方向に荷重が作用する循環路総巻き数は等しく
なる。このためナット２の円周方向各部の負荷分布が均
一化され、局部的な負荷増大が無くて、長寿命のボール
ねじとできる。いわゆる整数巻きのボールねじと同様の
効果が期待できる。

【００１６】１循環路８当たりのボール個数が多くなる
と、ボール３の競り合い現象が増大され、動トルク変動
が発生し易いが、ボール無負荷領域１１をボール３が通
過することで、ボール３の競り合い現象も回避される。
そのため、これまでのボールねじによりも、１循環路８
当たりの巻き数を増やすことが可能である。すなわち１
循環内のボール個数が増えても、動トルク増大や潤滑不
良を起こし難い、高負荷容量のボールねじとできる。ま
た、ボール無負荷領域１１は０．５巻き分で済むため、
上記従来の複数のリターンチューブのうちの１つを反転
させるボールねじと比べても、軸方向長さを短く設定で
き、リターンチューブ７やチューブ押え部品１０の個数
が削減でき、経済的に利点がある。

【００１７】ボール無負荷領域１１は、上記のようにナ
ット２のねじ溝５の径または溝幅を広げることで形成で
き、予め形成したねじ溝５を追加工することによって形
成できる。そのため、簡易にボール無負荷領域１１を形
成することができる。また、二次的な効果として、ボー
ル無負荷領域１１がグリースや油溜りとして機能し、潤
滑補助効果も期待できる。ナット２にボール無負荷領域
１１に開口する給脂孔１２を設けてグリースや油を供給
すれば、さらにグリース溜りの効果で期待できる。この
ように、このボールねじは部品点数を最小に抑え、ナ
ット長さを短く設定でき、ナット内の円周方向各部の負
荷分布も均一化され、かつ負荷容量を大きく得ることが
できるため、射出成形機の射出駆動部や電動プレスのプ
レス駆動部の構成部品等にも良好に使用できる。

【００１８】なお、ボール無負荷領域１１は、１箇所に
纏めて設ける必要はなく、必要な総位相範囲分を複数箇
所に分割して設けても良い。その分割数と各分割部分の
長さも任意である。例えば、１８０°〜２７０°〜３６
０°の間に６０°分ずつ３か所に分けてボール無負荷領
域１１を設けても良い。このようにボール無負荷領域１
１を分割して複数箇所に設けた場合、グリース溜りとし
ての機能がより効果的に得られる。

【００１９】

【発明の効果】この発明のボールねじは、ねじ軸の外径
面と、このねじ軸に外嵌するナットの内径面に、それぞ
れ螺旋状のねじ溝が設けられ、上記ねじ軸のねじ溝とナ
ットのねじ溝の間に形成される螺旋状通路に複数のボー
ルを介在させ、上記ナットに、螺旋状通路のボールを循
環させるリターンチューブを設けたボールねじにおい
て、上記螺旋状通路とリターンチューブとからなる循環
路を、ナット一つについて単一としたものであるため、
部品点数を最小に抑え、ナット長さを短く設定でき、か
つ負荷容量を大きく得ることができる。上記螺旋状通路
の、リターンチューブの設けられた位相部分と対向する
位相部分にボール無負荷領域を設けた場合は、ナット内
の円周方向各部の負荷分布を均一化させることができ
る。また、ボールの競り合い現象が回避されて、１循環
当たりの巻き数を増やすことができる。さらに二次的な
効果として、ボール無負荷領域がグリース溜りとして機
能し、潤滑補助効果も期待できる。ボール無負荷領域
が、ナットのねじ溝とボールとの間に隙間を形成するこ
とにより設けられたものである場合は、このボール無負
荷領域の形成が、追加工等によって簡単に行える。ボー
ル無負荷領域に給脂孔を形成した場合は、グリース溜り
としての効果がより一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ），（Ｂ）は各々この発明の一実施形態に
かかるボールねじの破断正面図およびそのねじ溝の説明
図である。

【図２】図１（Ａ）のII-II 線断面図である。

【図３】（Ａ）は図１（Ｂ）のＸ−Ｘ線に相当部位のね
じ溝の断面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＹ−Ｙ線に相当部
位のねじ溝の断面図、（Ｃ）は各部ねじ溝断面の比較図
である。

【図４】（Ａ），（Ｂ）は従来のボールねじの破断正面
図およびそのねじ溝の説明図である。

【図５】同従来例の横断面図である。

【符号の説明】

１…ねじ軸２…ナット３…ボール４，５…ねじ溝６…螺旋状通路７…リターンチューブ８…循環路１１…ボール無負荷領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ねじ軸の外径面と、このねじ軸に外嵌す
るナットの内径面に、それぞれ螺旋状のねじ溝が設けら
れ、上記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝の間に形成さ
れる螺旋状通路に複数のボールを介在させ、上記ナット
に、螺旋状通路のボールを循環させるリターンチューブ
を設けたボールねじにおいて、上記螺旋状通路とリター
ンチューブとからなる循環路を、ナット一つについて単
一としたことを特徴とするボールねじ。
【請求項２】上記螺旋状通路の、リターンチューブの
設けられた位相部分と対向する位相部分に、ボール無負
荷領域を設けた請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】上記ボール無負荷領域が、上記ナットの
ねじ溝とボールとの間に隙間を形成することにより設け
られている請求項２に記載のボールねじ。
【請求項４】上記ボール無負荷領域が、上記ナットの
軸方向略中央に設けられている請求項２または請求項３
に記載のボールねじ。
【請求項５】上記ボール無負荷領域が、上記ナットの
複数箇所に設けられている請求項２または請求項３に記
載のボールねじ。
【請求項６】上記ボール無負荷領域に給脂孔を形成し
た請求項２ないし請求項５のいずれかに記載のボールね
じ。