ボールねじ装置
【課題】ボール通過周期の作動トルクの変動を低減してかかる作動トルクの変動に伴う不具合を極力低減できる内部循環方式のボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ボールねじ装置１において、ねじ軸１０は、水平状態に配置されて回転する。複数の循環こま４０は、全てナット２０の軸方向に一列に並べてナット２０の内周面に配置される。ナット２０は、軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こま４０の位相がほぼ上となるようにねじ軸１０に外嵌される。
【解決手段】ボールねじ装置１において、ねじ軸１０は、水平状態に配置されて回転する。複数の循環こま４０は、全てナット２０の軸方向に一列に並べてナット２０の内周面に配置される。ナット２０は、軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こま４０の位相がほぼ上となるようにねじ軸１０に外嵌される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ軸とナットとの間に介在された複数のボールを循環するようにした、内部循環方式のボールねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の内部循環方式のボールねじ装置として、例えば、図１３に示すものが知られている（特許文献１参照）。
図１３に示すボールねじ装置１００は、ねじ軸１０１と、ナット１０２と、複数のボール１０３とを備えて構成されている。
ねじ軸１０１は、その外周面に、所定のリードを有する螺旋状のボール転動溝１０４が形成されている。ナット１０２は、略円筒状をなし、その内径はねじ軸１０１の外径よりも大きく形成され、ねじ軸１０１に所定の隙間をもって外装されている。ナット１０２は、一端部に案内対象と結合するフランジ１２２を有する。ナット１０２の内周面には、ねじ軸１０１のリードと等しいリードを有する螺旋状のボール転動溝１０５が形成されている。このボール転動溝１０５と対向するねじ軸１０１のボール転動溝１０４とによって断面略円状の軌道１０６が形成されている。そして、この軌道１０６内に複数のボール１０３が転動可能に充填配置される。そして、ナット１０２には、ボール１０３が循環できるように、軌道１０６の一端と他端とを連結し、軌道１０６を転がるボール１０３を一端から他端に戻す、ボール戻し溝１１３を有する複数の循環こま１０８が装着される。
【０００３】
循環こま１０８のボール戻し溝１１３により、循環こま１０８に向かって軌道１０６を転がってくるボール３をねじ軸１０１の径方向にすくい上げ、ねじ軸１０１のねじ山を乗り越えさせ、一巻き手前（一リード手前）の軌道１０６に戻すことでボール１０３を循環可能になっている。そして、このボール戻し溝１１３及び軌道１０６によって形成される通路によってねじ軸１０１の外側に略円環状の無限循環路が形成される。これにより、ナット１０２に対するねじ軸１０１の相対的な回転に伴って、ボール１０３がボール転動溝１０４とボール転動溝１０５との間を転がり運動することによって、ナット１０２がねじ軸１０１に対してねじ軸１０１の軸方向に直線運動することを可能にしている。
なお、内部循環方式のボールねじ装置１００においては、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、複数の循環こま１０８を、ナット１０２の中心軸ＣＬが延びる方向に位置をずらしてナット１０２の周方向に均等間隔に配置してある。この理由は、ナット１０２の中心軸ＣＬに対する重量バランスが良好で回転時のアンバランスが抑制できるためである。
【０００４】
しかしながら、複数の循環こま１０８を、ナット１０２の軸方向に位置をずらしてナット１０２の周方向に均等間隔に配置する内部循環方式のボールねじ装置１００においては、循環こま１０８の位相の影響による作動性の低下（例えば、ボールが循環こまを通過するときの周期で生じる作動トルクの変動）というデメリットがある。
この循環こまの位相の影響による作動性の低下を含む作動トルク変動の低減を図る内部循環方式のボールねじ装置として、例えば、図１５に示すもの（特許文献２参照）が知られている。
【０００５】
図１５に示すボールねじ装置２００では、ねじ軸２０１に形成されたねじ溝２０２とこれに対向するナット２０３に形成されたねじ溝２０４とによって構成されるボール転動路２０５と、ナット２０３に取り付けられた循環こま２０６の循環溝２０７とで循環軌道を構成している。この循環軌道内には、複数のボール２０８と、隣り合うボール２０８同士の接触を阻止する、ボール２０８と同数のセパレータ２０９とが交互に配置されている。そして、ねじ軸２０１とナット２０３との相対回転に伴って、複数のボール２０８及びセパレータ２０９が循環軌道内を無限循環するようになっている。循環こま２０６は、ナット２０３の軸方向に位置をずらしてナット２０３の周方向に均等間隔に複数配置されている。そして、ボールねじ装置２００においては、循環軌道を無限循環するボール２０８の個数を、ボール転動路２０５を軸方向に投影した円周上に配置可能な最大のボール数よりも１個乃至３個少ない個数とし、複数のセパレータ２０９の幅を、前記円周上に前記個数のボール２０８を等間隔に配置した場合における隣り合うボール２０８間の隙間の大きさに設定している。
【０００６】
このように、セパレータ２０９によって、隣り合うボール２０８同士の接触を阻止することによって、ボール２０８が滑らかに転動し、作動トルク変動の低減を図ることができる。また、循環軌道に充填可能な最大のボール数に対し実際に充填されるボール２０８の個数の減少量が少ないため、負荷容量の低下が抑制される。さらに、複数のセパレータ２０９の幅を、隣り合うボール２０８間の隙間の大きさに設定し、それぞれ同幅としたため、即ち、ボールねじ装置２００が１種類のセパレータ２０９を用いて構成されるため、部品管理が容易で組み付け工数の削減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１１８９８号公報
【特許文献２】特開２００３−３１４６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この従来の図１５に示した内部循環方式のボールねじ装置２００にあっては、以下の問題点があった。
即ち、図１５に示した内部循環方式のボールねじ装置２００では、セパレータ２０９によって、ボールが循環こまを通過するときの周期で生じる作動トルクの変動（以下、ボール通過周期の作動トルクの変動という）を含む作動トルク変動の低減を図れる。しかし、金型加工などの高精度の加工に用いられる高精度工作機械においては、以前には問題とならなかった小さなボール通過周期の作動トルクの変動すらも低減したいという要請がある。
【０００９】
図１５に示した内部循環方式のボールねじ装置２００をこの種の高精度工作機械に使用した場合には、未だボール通過周期の作動トルクの変動の低減効果が足りないということが発明者らの実験で分かった。
近年、高精度のマシニングセンターによる金型加工において金型の加工面に縞模様が発生してしまうという問題が発生し、発明者らはその原因を究明すべく種々の実験を行った。
【００１０】
その実験の結果、金型の加工面に縞模様が発生する原因は作動トルクの変動が原因ということが分かった。実験の中で図１５に示したセパレータ入りの内部循環方式のボールねじ装置２００をマシニングセンターに使用して実験を行ったが、未だボール通過周期の作動トルクの変動の低減効果が足りず、金型の加工面に縞模様が未だに発生してしまった。
従って、本発明は上述の課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、ボール通過周期の作動トルクの変動を低減してかかる作動トルクの変動に伴う不具合を極力低減できる内部循環方式のボールねじ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のうち請求項１に係るボールねじ装置は、外周面に螺旋状の第１ボール転動溝を有するねじ軸と、該ねじ軸に外嵌して内周面に前記第１ボール転動溝に対向する第２ボール転動溝を有するナットと、前記第１ボール転動溝と前記第２ボール転動溝とによって形成される軌道内に転動可能に充填された複数のボールと、前記ナットに装着され、前記ボールを手前の軌道に戻すためのボール戻し溝を有する複数の循環こまとを備えたボールねじ装置において、前記ねじ軸が、水平状態に配置されて回転するとともに、前記複数の循環こまは、全て前記ナットの軸方向に一列に並べて前記ナットの内周面に配置され、前記ナットは、前記軸方向に一列に並べて配置された前記複数の循環こまの位相がほぼ上となるように前記ねじ軸に外嵌されることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明のうち請求項２に係るボールねじ装置は、請求項１記載のボールねじ装置において、前記軌道内に充填された複数のボールの充填率が７０％以上８０％以下であることを特徴としている。
更に、本発明のうち請求項３に係るボールねじ装置は、請求項１又は２記載のボールねじ装置において、前記軌道内に充填された複数のボールの隣接するボール間にスペーサボールを介在させたことを特徴としている。
また、本発明のうち請求項４に係るボールねじ装置は、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のボールねじ装置において、前記複数の循環こまを一体で形成した循環こま部材を備え、前記ナットの内周面に前記循環こま部材を収容する凹部を形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のうち請求項１に係るボールねじ装置によれば、ねじ軸が、水平状態に配置されて回転するとともに、複数の循環こまは、全てナットの軸方向に一列に並べてナットの内周面に配置され、ナットは、軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こまの位相がほぼ上となるようにねじ軸に外嵌されるので、軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こまの位相がほぼ上の状態が維持されてナットがねじ軸に外嵌されており、複数のボールが循環こまのボール戻し溝を転動する際に先頭のボールが押されて自重でボール戻し溝の出口まで移動することが可能となり、循環こまのボール戻し溝内に常に隙間が生じることになる。このため、ボールのつまり現象が生じないため、ボール通過周期の作動トルクの変動を極力抑制することができる。これにより、かかる作動トルクの変動に伴う不具合を極力低減できる内部循環方式のボールねじ装置を提供できる。
【００１４】
また、本発明のうち請求項２に係るボールねじ装置によれば、請求項１記載のボールねじ装置において、前記軌道内に充填された複数のボールの充填率が７０％以上８０％以下であるので、作動トルクの変動の低減効果をより一層効果的に発揮できるとともに、負荷容量の低下をも回避することができる。
更に、本発明のうち請求項３に係るボールねじ装置によれば、請求項１又は２記載のボールねじ装置において、前記軌道内に充填された複数のボールの隣接するボール間にスペーサボールを介在させたので、ボール通過周期で生じる作動トルク変動の低減効果に加えて、負荷圏内の隣接するボール同士の競い合いに起因した長波長トルク変動の低減をも図ることができる。
【００１５】
また、本発明のうち請求項４に係るボールねじ装置によれば、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のボールねじ装置において、前記複数の循環こまを一体で形成した循環こま部材を備え、前記ナットの内周面に前記循環こま部材を収容する凹部を形成したので、一体の循環こま部材をナットに形成された凹部に収容されることにより、複数の循環こまがナットの軸方向に一列に並べて配置されることになる。このため、各循環こまに相当する部分をナットに固定する必要はなく、複数の循環こまをナットに固定するための軸方向スペースを小さくできる。これにより、ナットの軸方向長さを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るボールねじ装置の第１実施形態の斜視図である。
【図２】図１に示すボールねじ装置の主要部の断面図である。
【図３】図１に示すボールねじ装置に用いられる循環こまの斜視図である。
【図４】図１に示すボールねじ装置において、循環こまの配置を模式的に示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図５】図１に示したボールねじ装置の使用状態を説明するための図である。
【図６】複数の循環こまが全てナットの軸方向に一列に並べてナットの内周面に配置されているが、ナットが、複数の循環こまの位相が下となるようにねじ軸に外嵌されているとき（比較例）の、循環こまの内部のボールの状態を示し、（ａ）は負荷圏内でボールが転動する状態、（ｂ）は１つめのボールが循環こま内に進入した状態、（ｃ）は２つ目のボールが循環こま内に進入した状態，（ｄ）は３つ目のボールが循環こま内に進入した状態、（ｅ）は４つ目のボールが循環こま内に進入した状態、（ｆ）は５つ目のボールが循環こま内に進入した状態、（ｇ）は６つ目のボールが循環こま内に進入しようとする状態を示している。
【図７】複数の循環こまが全てナットの軸方向に一列に並べてナットの内周面に配置され、かつ、ナットが、複数の循環こまの位相が上となるようにねじ軸に外嵌されているとき（本発明例）の、循環こまの内部のボールの状態を示し、（ａ）は負荷圏内でボールが転動する状態、（ｂ）は１つめのボールが循環こま内に進入した状態、（ｃ）は２つ目のボールが循環こま内に進入した状態，（ｄ）は３つ目のボールが循環こま内に進入した状態、（ｅ）は４つ目のボールが循環こま内に進入する状態を示している。
【図８】本発明例（図７）のボールねじ装置の作動トルク変動の測定結果を示すグラフである。
【図９】比較例（図６）のボールねじ装置の作動トルク変動の測定結果を示すグラフである。
【図１０】本発明に係るボールねじ装置の第２実施形態を説明するための図である。
【図１１】本発明に係るボールねじ装置の第３実施形態を説明するための図である。図１１においては、ねじ軸及びボールは省略してある。
【図１２】図１１に示すボールねじ装置に用いられる循環こま部材を示し、（ａ）は底面図、（ｂ）は右側面図である。
【図１３】従来例の内部循環方式のボールねじ装置を示す断面図である。
【図１４】従来の内部循環方式のボールねじ装置における、循環こまの配置を模式的に示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図１５】従来の他の例の内部循環方式のボールねじ装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るボールねじ装置の第１実施形態の斜視図である。図２は、図１に示すボールねじ装置の主要部の断面図である。
図１に示す内部循環方式のボールねじ装置１は、工作機械や産業機械等の搬送や精密位置決めに用いられるものであり、特に、金型加工などの高精度の加工に用いられる高精度工作機械に好適に用いられる。
【００１８】
このボールねじ装置１は、ねじ軸１０と、ナット２０と、複数のボール３０と、複数の循環こま４０とを備えて構成されている。ねじ軸１０は、水平状態（中心軸ＣＬが水平になる状態）に配置されて回転するようになっている。
ねじ軸１０は、中心軸ＣＬを中心とした円筒形状で、その外周面に、所定のリードを有する螺旋状の第１ボール転動溝１１が形成されている。
【００１９】
ナット２０は、略円筒状をなし、その内径はねじ軸１０の外径よりも大きく形成されており、ねじ軸１０に所定の隙間をもって外嵌している。ナット２０の一端部には、案内対象と結合するためのフランジ２５が設けられている。ナット２０の内周面には、ねじ軸１０の第１ボール転動溝１１と等しいリードを有し、第１ボール転動溝１１と対向する第２ボール転動溝２１が形成されている。そして、ねじ軸１０の第１ボール転動溝１１とナット２０の第２ボール転動溝２１とによって断面略円形状の軌道２３が形成されている。この軌道２３内に複数のボール３０が転動可能に充填配置されている。
【００２０】
また、ナット２０の内周面には、図１及び図２に示すように、ボール３０を手前の軌道２３に戻すための複数の循環こま４０が装着されている。各循環こま４０には、軌道２３の一端と一巻き手前の軌道２３の他端とを連結するボール戻し溝４２が形成されている。このボール戻し溝４２により、各循環こま４０に向かって軌道２３を転がってくるボール３０をねじ軸１０の径方向にすくい上げ、さらに、ねじ軸１０のねじ山１２を乗り越えさせ、一巻き手前（一リード手前）の軌道２３に戻すことでボール３０を循環可能になっている。そして、このボール戻し溝４２及び軌道２３によってねじ軸１０の外側に略円環状の無限循環路２４が形成される。これにより、ナット２０に対するねじ軸１０の相対的な回転に伴って、複数のボール３０が無限循環路２４内を無限循環することによって、ナット２０がねじ軸１０に対してねじ軸１０の軸方向に直線運動することが可能となる。
【００２１】
次に、各循環こま４０の詳細について図２及び図３を参照して説明する。図３は、図１に示すボールねじ装置に用いられる循環こまの斜視図である。
各循環こま４０は、例えば焼結合金から形成されており、図３に示すように、その上面４１が、細長い小判形の面をなし、ナット２０の内周面をなす曲面に応じた曲率で湾曲している。そして、循環こま４０の上面４１は、ナット２０に装着された際に、ナット２０の内周面のねじ山２２と同じ高さになる。そして、循環こま４０の高さは、ボール３０の直径よりも大きな寸法を有している。各循環こま４０は、ナット２０の内周面上に存在するので、ナット２０の外径が小さくなり、コンパクトな構造の内部循環方式のボールねじ装置１とすることができる。
【００２２】
そして、各循環こま４０の上面４１には、およそＳの字を裏返した形のボール戻し溝４２が形成されている。ボール戻し溝４２は、循環こま４０の一端にある出入り口４３ａから他端にある出入り口４３ｂまで延び、出入り口４３ａ側にある出入り通路４４ａと、出入り口４３ｂ側にある出入り通路４４ｂと、出入り通路４４ａと出入り通路４４ｂとをつなぐ中間通路４５とを備えている。ボール戻し溝４２の断面はＵ字形をなし、その底はボール３０の球面に対応した曲面で構成されている。
【００２３】
そして、循環こま４０の出入り口４３ａは軌道２３の一端に連なり、その一方、循環こま４０の出入り口４３ｂは一巻き手前の軌道２３の他端に連なっている。軌道２３の一端と一巻き手前の軌道２３の他端までは、ねじ軸１０の外周沿いにほぼ１旋回しており、出入り口４３ａと出入り口４３ｂとの間には、ねじ軸１０のねじ山１２及びナット２０のねじ山２２が各１条存在している。中間通路４５は、出入り口４３ａと出入り口４３ｂとの間にあるねじ山１２を乗り越えるように、ナット２０の外周側へ緩やかに湾曲している。
【００２４】
そして、軌道２３の一端側へ移動したボール３０ボール３０は出入り口４３ａを通って出入り通路４４ａに入り、出入り通路４４ａに沿って進行を曲げて中間通路４５に入る。中間通路４５に入ったボール３０は、中間通路４５沿いにねじ山１２を乗り越えて出入り通路４４ｂへ入り、出入り通路４４ｂに沿って進行方行を曲げて進み、出入り口４３ｂを通って一巻き手前の軌道２３の他端に戻るようになっている。ボールねじ装置１は、かかる軌道２３と循環こま４０内のボール戻し溝４２とからなる無限循環路２４を複数有している。
【００２５】
ここで、循環こま４０は複数（本実施形態にあっては６個）設けられ、複数の循環こま４０は、図４に示すように、全て、ナット２０の中心軸ＣＬが延びる軸方向に一列に並べてナット２０の内周面に配置されている。また、ナット２０は、軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こま４０の位相がほぼ上（図４及び図７参照）となるようにねじ軸１０に外嵌されている。ここで、「複数の循環こま４０の位相がほぼ上」とは、図４（ａ）において、複数のこま４０の位相が、水平なｘ軸に対して垂直なｙ軸上にある場合を最良とし、当該ｙ軸に対して±４５°以内であればよいことを意味する。
このように構成されたボールねじ装置１は、例えば、図５に示すような態様で使用される。
【００２６】
図５において、ボールねじ装置１は、ねじ軸１０を水平状態に配置し、ねじ軸１０の両端を１対のサポートユニット５０によって回転可能且つ軸方向移動不能に支持している。また、ナット２０は、軸方向に一列に並べて配置された複数（本実施形態では６個だが、図５においては模式的に２個としている）の循環こま４０の位相がほぼ上となるようにねじ軸１０に外嵌されている。そして、ねじ軸１０の一端部にはモータ５２の出力軸が連結され、ねじ軸１０はそのモータ５２によって回転するようになっている。また、ナット２０のフランジ２５には移動テーブル５１が固定され、この移動テーブル５１は直動案内装置５３によって案内されるようになっている。
【００２７】
そして、ねじ軸１０が回転すると、ナット２０がねじ軸１０の軸方向に移動し、これに伴って移動テーブル５１が直動案内装置５３によって案内される。この際に、ボールねじ装置１においては、ボール３０が無限循環路２４内を循環する。このとき、軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こま４０の位相がほぼ上の状態に維持されてナット２０がねじ軸１０に外嵌されているので、複数のボール３０が循環こま４０のボール戻し溝４２を転動する際に先頭のボール３０が押されて自重でボール戻し溝４２の出口まで移動することが可能となり、循環こま４０のボール戻し溝４２内に常に隙間が生じることになる。このため、ボール３０のつまり現象が生じないため、ボール通過周期の作動トルクの変動を極力抑制することができる。これにより、かかる作動トルクの変動に伴う不具合、例えば、工作機械の加工物表面に生じる縞模様の発生等の不具合を極力低減できる内部循環方式のボールねじ装置１を提供できる。
【００２８】
次に、本発明例（軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こまの位相が上の状態に維持されてナットがねじ軸に外嵌されているもの）が比較例（軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こまの位相が下の状態に維持されてナットがねじ軸に外嵌されているもの）に対して作動トルクの変動の低減において有効であることを図６及び図７を参照して以下に説明する。
【００２９】
先ず、図６を参照して、ナットが複数の循環こまの位相が下となるようにねじ軸に外嵌されているとき（比較例）の作動トルクの変動について説明する。
この場合、先ず、図６（ａ）に示すように、ねじ軸１０が回転し、負荷圏内のボール３０が転動する。このときには、循環こま４０のボール戻し溝４２内にボール３０が存在しない。
【００３０】
次いで、図６（ｂ）に示すように、１つ目のボール３０が循環こま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、ボール３０は自重でボール戻し溝４２の底部へ移動する。
更に、図６（ｃ）に示すように、２つ目のボール３０が循環コま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、この２つ目のボール３０は自重でボール戻し溝４２の下方に向けて移動し、１つ目のボール３０に接触する。１つ目のボール３０は２つ目のボール３０に押されて前へ進む。１つ目のボール３０はボール戻し溝４２内で底部を超えて斜めに延びる上り傾斜の部分に位置し、２つ目のボール３０は下り傾斜の部分に位置する。
【００３１】
そして、図６（ｄ）に示すように、３つ目のボール３０が循環コま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、この３つ目のボール３０は自重でボール戻し溝４２の下方に向けて移動し、２つ目のボール３０に接触する。２つ目のボール３０、１つ目のボール３０は順次押されて前へ進む。１つ目のボール３０はボール戻し溝４２内で上り傾斜の部分に位置し、２つ目のボール３０はボール戻し溝４２の底部に位置し、３つ目のボール３０はボール戻し溝４２の下り傾斜の部分に位置する。
【００３２】
次いで、図６（ｅ）に示すように、４つ目のボール３０が循環コま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、この４つ目のボール３０は自重でボール戻し溝４２の下方に向けて移動し、３つ目のボール３０に接触する。３つ目のボール３０、２つ目のボール３０、及び１つ目のボール３０は順次押されて前へ進む。１つ目のボール３０及び２つ目のボール３０はボール戻し溝４２内で上り傾斜の部分に位置し、３つ目のボール３０及び４つ目のボール３０はボール戻し溝４２内の下り傾斜の部分に位置する。
【００３３】
そして、図６（ｆ）に示すように、５つ目のボール３０が循環コま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、この５つ目のボール３０は自重でボール戻し溝４２の下方に向けて移動し、４つ目のボール３０に接触する。４つ目のボール３０、３つ目のボール３０、２つ目のボール３０、及び１つ目のボール３０が順次押されて前へ進む。１つ目のボール３０がボール戻し溝４２の出口近傍に位置し、２つ目のボール３０はボール戻し溝４２内で上り傾斜の部分に位置し、３つ目のボール３０はボール戻し溝４２の底部に位置し、４つ目のボール３０及び５つ目のボール３０はボール戻し溝４２内の下り傾斜の部分に位置する。
【００３４】
次に、図６（ｇ）に示すように、６つ目のボール３０が循環こま４０のボール戻し溝４２内に入ろうとすると、ボール戻し溝内の５個のボール３０を押すが、ボール戻し溝４２の出口近傍に１つ目のボール３０があるため、６つ目のボール３０はボール戻し溝４２内に入れない。このため、ボール３０のつまりが発生し、ボールねじの作動トルクが瞬間的に増加する。しかし、ボール戻し溝４２の出口側のボール３０が負荷圏に移動することにより、作動トルクの増加が解消される。この作動トルクの増加と減少を繰り返すことによって、ボール通過周期の作動トルクの変動が発生する。
一方、ナットが複数の循環こまの位相が上となるようにねじ軸に外嵌されているとき（本発明例）の作動トルクの変動について図７を参照して説明すると、先ず、図７（ａ）に示すように、ねじ軸１０が回転し、負荷圏内のボール３０が転動する。このときには、循環こま４０のボール戻し溝４２内にボール３０が存在しない。
【００３５】
次いで、図７（ｂ）に示すように、１つ目のボール３０が循環こま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、ボール３０は自重で循環こま４０のボール戻し溝４２の入り口近傍に留まる。
更に、図７（ｃ）に示すように、２つ目のボール３０が循環コま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、この２つ目のボール３０は１つ目のボール３０に接触して１つ目のボール３０を押し上げる。１つ目のボール３０はボール戻し溝４２内で上り傾斜部分に位置し、２つ目のボール３０はボール戻し溝４２の入り口近傍に位置する。
【００３６】
そして、図７（ｄ）に示すように、３つ目のボール３０が循環コま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、この３つ目のボール３０は２つ目のボール３０に接触して２つ目のボール３０及び１つ目のボール３０を押し上げる。１つ目のボール３０はボール戻し溝４２内で底部に位置し、２つ目のボール３０はボール戻し溝４２の上り傾斜部分に位置し、３つ目のボール３０はボール戻し溝４２の入り口近傍に位置する。
【００３７】
次いで、図７（ｅ）に示すように、４つ目のボール３０が循環こま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、この４つ目のボール３０は３つ目のボール３０に接触して３つ目のボール３０及び２つ目のボール３０を押し上げ、１つ目のボール３０は押されて自重でボール戻し溝４２の出口まで移動する。このため、循環こま４０のボール戻し溝４２内に常に隙間が生じることになる。従って、ボール３０のつまり現象が生じないため、ボール通過周期の作動トルクの変動を極力抑制できる。これにより、かかる作動トルクの変動に伴う不具合、例えば、工作機械の加工物表面に生じる縞模様の発生等の不具合を極力低減できる内部循環方式のボールねじ装置１を提供できる。
なお、ナットが複数の循環こまの位相が横となるようにねじ軸に外嵌されているときには、ボール３０が下から上に上がる方向で循環こまの位相が下の場合と同じ現象になる。また、ボール３０が上から下に下がる方向で循環こまの位相が上の場合と同じ現象になる。
【００３８】
次に、ナットが複数の循環こまの位相が上となるようにねじ軸に外嵌されているとき（本発明例、図７）のボールねじ装置の作動トルク変動、及びナットが複数の循環こまの位相が下となるようにねじ軸に外嵌されているとき（比較例、図６）のボールねじ装置の作動トルク変動を測定した。
測定に使用したボールねじの仕様及び測定条件は下記の通りである。
ボールねじの仕様：ねじ軸の軸径７０ｍｍ、リード１２ｍｍ、ダブルナット予圧方式、回路数１巻×６列（×２）、予圧荷重３５００Ｎ
測定条件：回転速度３０ｍｉｎ−１、ストローク３６ｍｍ（３ｒｅｖ．）、ＩＳＯ ＶＧ＃６８潤滑、５０往復後
本発明例（図７）のボールねじ装置の作動トルク変動の測定結果を図８に、比較例（図６）のボールねじ装置の作動トルク変動の測定結果を図９に示す。
図８及び図９を参照すると、本発明例の方が比較例に比べて作動トルクの変動が著しく低減されていることがわかる。
【００３９】
なお、循環こま４０のボール戻し溝４２内に常に隙間が生じるように、ナット２０を、軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こま４０の位相がほぼ上となるようにねじ軸１０に外嵌すると、ボール通過周期の作動トルクの変動を極力抑制できるが、ボール３０の充填率が８０％よりも大きいとボール通過周期の作動トルクの変動を抑制する効果がやや減少する。このため、ボール３０の充填率を８０％以下とすることが好ましい。また、ボール３０の充填率を下げると、負荷を受けるボール３０の数が減り、負荷容量の低下が懸念される。このため、ボール３０の充填率は７０％以上とすることが好ましい。ボール３０の充填率を７０％より下げると、負荷容量の低下が著しく懸念される。従って、ボール３０の充填率は７０％以上８０％以下とすることが好ましい。なお、ボール３０の充填率とは、無限循環路２４内に入る最大のボール３０の個数に対する充填したボール３０の個数の割合をいう。
【００４０】
次に、本発明に係るボールねじ装置の第２実施形態を図１０を参照して説明する。図１０は、本発明に係るボールねじ装置の第２実施形態を説明するための図である。
図１０に示すボールねじ装置１は、図１乃至図４に示すボールねじ装置１と基本構成は同様であるが、軌道２３内に充填された複数のボール３０の隣接するボール３０間にスペーサボール３１を介在させた点で図１乃至図４に示すボールねじ装置１と異なっている。即ち、隣接するボール３０間にスペーサボール３１が交互に、すなわちボール３０とスペーサ３１の個数が１体１の割合で介在されている。
【００４１】
このように、複数のボール３０の隣接するボール３０間にスペーサボール３１を介在させることにより、ナット２０を複数の循環こま４０の位相が上となるようにねじ軸１０に外嵌させてボール通過周期で生じる作動トルク変動の低減効果を図ることに加えて、負荷圏内のボール３０同士の競い合いに起因した長波長トルク変動の低減が可能となる。
なお、スペーサボール３１はボール３０と交互に入れる他、ボール３０の２つおきに１個、３つおきに１個等、スペーサボール３１の介在の仕方に限定されない。少なくとも隣接する１組のボール３０間に１個スペーサボール３１が介在されていればよい。
ここで、スペーサボール３１は、ボール３０と同様の鋼製であり、その直径はボール３０の直径よりも３０μｍ程度小さくされている。
【００４２】
更に、本発明に係るボールねじ装置の第３実施形態を図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、本発明に係るボールねじ装置の第３実施形態を説明するための図である。図１１においては、ねじ軸及びボールは省略してある。図１２は、図１１に示すボールねじ装置に用いられる循環こま部材を示し、（ａ）は底面図、（ｂ）は右側面図である。
図１１及び図１２に示すボールねじ装置１は、図１乃至図４に示すボールねじ装置１と基本構成は同様であるが、図１乃至図４における複数（第１実施形態にあっては６個）の循環こま４０を用いず、複数の循環こまを一体で形成した循環こま部材６０を備えている点で異なっている。そして、ナット２０の内周面には、循環こま部材６０を収容する凹部２６が形成されている。
【００４３】
ここで、循環こま部材６０は、例えば焼結合金から略直方体形状に形成され、図１２（ｂ）に示すように、その上面（図１２（ａ）では下方を向いている）６１が、ナット２０の内周面をなす曲面に応じた曲率で湾曲している。そして、循環こま部材６０の上面６１は、ナット２０に装着された際に、ナット２０の内周面のねじ山２２（図１及び図２参照）と同じ高さになる。そして、循環こま部材６０の高さは、ボール３０の直径よりも大きな寸法を有している。循環こま部材６０は、ナット２０の内周面上に存在するので、ナット２０の外径が小さくなり、コンパクトな構造の内部循環方式のボールねじ装置１とすることができる。
【００４４】
そして、循環こま部材６０の上面６１には、およそＳの字を裏返した形の複数（本実施形態にあっては６個）のボール戻し溝６２が形成されている。複数のボール戻し溝６２は、図１２（ａ）に示すように、循環こま部材６０の長手方向（ナット２０の軸方向と同一方向）に沿って所定ピッチで一列に並べて形成されている。また、循環こま部材６０には、この循環こま部材６０をナット２０に取り付けるための複数のねじ孔６３が形成されている。そして、各ボール戻し溝６２は、循環こま部材６０の一端にある出入り口６４ａから他端にある出入り口６４ｂまで延び、出入り口６４ａ側にある出入り通路６５ａと、出入り口６４ｂ側にある出入り通路６５ｃと、出入り通路６５ａと出入り通路６５ｃとをつなぐ中間通路６５ｂとを備えている。各ボール戻し溝６２の断面はＵ字形をなし、その底はボール３０の球面に対応した曲面で構成されている。
【００４５】
そして、循環こま部材６０の出入り口６４ａは軌道２３（図２参照）の一端に連なり、その一方、循環こま部材６０の出入り口６４ｂは一巻き手前の軌道２３の他端に連なっている。軌道２３の一端と一巻き手前の軌道２３の他端までは、ねじ軸１０の外周沿いにほぼ１旋回しており、出入り口６４ａと出入り口６４ｂとの間には、ねじ軸１０のねじ山１２及びナット２０のねじ山２２が各１条存在している。中間通路６５ｂは、出入り口６４ａと出入り口６４ｂとの間にあるねじ山１２を乗り越えるように、ナット２０の外周側へ緩やかに湾曲している。
【００４６】
そして、軌道２３の一端側へ移動したボール３０は出入り口６４ａを通って出入り通路６５ａに入り、出入り通路６５ａに沿って進行を曲げて中間通路６５ｂに入る。中間通路６５ｂに入ったボール３０は、中間通路６５ｂ沿いにねじ山１２を乗り越えて出入り通路６５ｃへ入り、出入り通路６５ｃに沿って進行方行を曲げて進み、出入り口６４ｂを通って一巻き手前の軌道２３の他端に戻るようになっている。ボールねじ装置１は、かかる軌道２３と循環こま部材６０内のボール戻し溝６２とからなる無限循環路を複数有している。
【００４７】
一方、ナット２０の内周面に設けられる凹部２６は、図１１に示すように、ナット２０の端面からナット２０の中心軸ＣＬが延びる軸方向に延びている。凹部２６は、ナット２０の端面から循環こま部材６０を収容可能な形状に形成される。
循環こま部材６０が凹部２６内に収容されると、循環こま部材６０の上面６１が、ナット２０の内周面のねじ山２２（図１及び図２参照）と同じ高さになる。そして、循環こま部材６０の各ボール戻し溝６２の出入り口６４ａは軌道２３の一端に連なり、その一方、循環こま部材６０の各ボール戻し溝６２の出入り口６４ｂは一巻き手前の軌道２３の他端に連なることになる。
【００４８】
そして、ナット２０は、軸方向に一列に並べて配置されたボール戻し溝６２を有する（複数の循環こまを一体で形成した）循環こま部材６０の位相がほぼ上（図４及び図７参照）となるようにねじ軸１０に外嵌される。ここで、「循環こま部材６０の位相がほぼ上」とは、循環こま部材６０の位相が、水平なｘ軸（図４（ａ）参照）に対して垂直なｙ軸（図４（ａ）参照）上にある場合を最良とし、当該ｙ軸に対して±４５°以内であればよいことを意味する。
このように構成されたボールねじ装置１は、図１乃至図４に示すボールねじ装置１と同様に、例えば、図５に示すような態様で使用される。
【００４９】
即ち、ボールねじ装置１は、ねじ軸１０を水平状態に配置し、ねじ軸１０の両端を１対のサポートユニット５０によって回転可能且つ軸方向移動不能に支持している。また、ナット２０は、循環こま部材６０の位相がほぼ上となるようにねじ軸１０に外嵌されている。そして、ねじ軸１０の一端部にはモータ５２の出力軸が連結され、ねじ軸１０はそのモータ５２によって回転するようになっている。また、ナット２０のフランジ２５には移動テーブル５１が固定され、この移動テーブル５１は直動案内装置５３によって案内されるようになっている。
【００５０】
そして、ねじ軸１０が回転すると、ナット２０がねじ軸１０の軸方向に移動し、これに伴って移動テーブル５１が直動案内装置５３によって案内される。この際に、ボールねじ装置１においては、ボール３０が無限循環路内を循環する。このとき、循環こま部材６０の位相がほぼ上の状態に維持されてナット２０がねじ軸１０に外嵌されているので、複数のボール３０が循環こま部材６０のボール戻し溝６２を転動する際に先頭のボール３０が押されて自重でボール戻し溝６２の出口まで移動することが可能となり、循環こま部材６０のボール戻し溝６２内に常に隙間が生じることになる。このため、ボール３０のつまり現象が生じないため、ボール通過周期の作動トルクの変動を極力抑制することができる。これにより、かかる作動トルクの変動に伴う不具合、例えば、工作機械の加工物表面に生じる縞模様の発生等の不具合を極力低減できる内部循環方式のボールねじ装置１を提供できる。
【００５１】
また、この第３実施形態に係るボールねじ装置１にあっては、軸方向に一列に並べて配置されたボール戻し溝６２を有する（複数の循環こまを一体で形成した）循環こま部材６０を備え、ナット２０の内周面には、この循環こま部材６０を収容する凹部２６が形成されているので、複数の循環こま４０を全てナット２０の軸方向に一列に並べてナット２０の内周面に配置した図１乃至図４に示す第１実施形態に係るボールねじ装置１と比べて以下の利点を有する。
【００５２】
第１実施形態に係るボールねじ装置１のように、複数の循環こま４０をナット２０に一列に配置したものとすると、各循環こま４０を固定するためのスペースがナット２０に必要になる。このため、ナット２０の円周方向に対して等配に複数の循環こまを配するものに比べ、回路数（軌道とボール戻し溝によって作られる無限循環路の数）を同じ数にすると、ナット２０の軸方向長さが長くなってしまう。
【００５３】
これに対して、第３実施形態に係るボールねじ装置１では、複数の回路（無限循環路）を設ける循環こまに相当する部分を一体とした循環こま部材６０を備えたので、この一体の循環こま部材６０をナット２０に固定すればよく、各循環こまをそれぞれナット２０に固定する必要はなく、各循環こまを固定するためのナット２０の軸方向スペースを小さくすることができる。従って、ナット２０の軸方向長さを短くすることができる。
【００５４】
また、第１実施形態に係るボールねじ装置１のように、複数の循環こま４０をナット２０に一列に配置したものとすると、各循環こま４０を固定するためのスペースがナット２０に必要になる。このため、ねじピッチの短いねじの場合には、循環こま４０によって作られた回路の軸方向隣りの軌道に回路を作ることができないことがある。この場合、ねじを１条分軸方向に離れた軌道に回路を作ることになるので、ナット２０の軸方向長さが長くなってしまう。
【００５５】
これに対して、第３実施形態に係るボールねじ装置１では、複数の回路（無限循環路）を設ける循環こまに相当する部分を一体とした循環こま部材６０を備えたので、この一体の循環こま部材６０をナット２０に固定すればよく、各循環こまをそれぞれナット２０に固定する必要はなく、ねじピッチが短いねじに対しても隣り合う軌道に回路を作ることができる。このため、ナット２０の軸方向長さを短くすることができる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、第１実施形態及び第２実施形態において、循環こま４０は１つのナット２０に６個設けられ、第３実施形態において、ボール戻し溝６２は６個設けられているが、循環こま４０及びボール戻し溝６２の個数は２個以上あればよい。
また、第３実施形態において、ボール３０の充填率を７０％以上８０％以下としてもよい。
更に、第３実施形態において、軌道２３内に充填された複数のボール３０の隣接するボール３０間にスペーサボール３１を介在させてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１ ボールねじ装置
１０ ねじ軸
１１ 第１ボール転動溝
１２ ねじ山
２０ ナット
２１ 第２ボール転動溝
２２ ねじ山
２３ 軌道
２４ 無限循環路
２５ フランジ
２６ 凹部
３０ ボール
３１ スペーサボール
４０ 循環こま
４１ 上面
４２ ボール戻し溝
４３ａ，４３ｂ 出入り口
４４ａ，４４ｂ 出入り通路
４５ 中間通路
５０ サポートユニット
５１ 移動テーブル
５２ モータ
５３ 直動案内装置
６０ 循環こま部材
６１ 上面
６２ ボール戻し溝
６３ ねじ孔
６４ａ，６４ｂ 出入り口
６５ａ，６５ｃ 出入り通路
６５ｂ 中間通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ軸とナットとの間に介在された複数のボールを循環するようにした、内部循環方式のボールねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の内部循環方式のボールねじ装置として、例えば、図１３に示すものが知られている（特許文献１参照）。
図１３に示すボールねじ装置１００は、ねじ軸１０１と、ナット１０２と、複数のボール１０３とを備えて構成されている。
ねじ軸１０１は、その外周面に、所定のリードを有する螺旋状のボール転動溝１０４が形成されている。ナット１０２は、略円筒状をなし、その内径はねじ軸１０１の外径よりも大きく形成され、ねじ軸１０１に所定の隙間をもって外装されている。ナット１０２は、一端部に案内対象と結合するフランジ１２２を有する。ナット１０２の内周面には、ねじ軸１０１のリードと等しいリードを有する螺旋状のボール転動溝１０５が形成されている。このボール転動溝１０５と対向するねじ軸１０１のボール転動溝１０４とによって断面略円状の軌道１０６が形成されている。そして、この軌道１０６内に複数のボール１０３が転動可能に充填配置される。そして、ナット１０２には、ボール１０３が循環できるように、軌道１０６の一端と他端とを連結し、軌道１０６を転がるボール１０３を一端から他端に戻す、ボール戻し溝１１３を有する複数の循環こま１０８が装着される。
【０００３】
循環こま１０８のボール戻し溝１１３により、循環こま１０８に向かって軌道１０６を転がってくるボール３をねじ軸１０１の径方向にすくい上げ、ねじ軸１０１のねじ山を乗り越えさせ、一巻き手前（一リード手前）の軌道１０６に戻すことでボール１０３を循環可能になっている。そして、このボール戻し溝１１３及び軌道１０６によって形成される通路によってねじ軸１０１の外側に略円環状の無限循環路が形成される。これにより、ナット１０２に対するねじ軸１０１の相対的な回転に伴って、ボール１０３がボール転動溝１０４とボール転動溝１０５との間を転がり運動することによって、ナット１０２がねじ軸１０１に対してねじ軸１０１の軸方向に直線運動することを可能にしている。
なお、内部循環方式のボールねじ装置１００においては、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、複数の循環こま１０８を、ナット１０２の中心軸ＣＬが延びる方向に位置をずらしてナット１０２の周方向に均等間隔に配置してある。この理由は、ナット１０２の中心軸ＣＬに対する重量バランスが良好で回転時のアンバランスが抑制できるためである。
【０００４】
しかしながら、複数の循環こま１０８を、ナット１０２の軸方向に位置をずらしてナット１０２の周方向に均等間隔に配置する内部循環方式のボールねじ装置１００においては、循環こま１０８の位相の影響による作動性の低下（例えば、ボールが循環こまを通過するときの周期で生じる作動トルクの変動）というデメリットがある。
この循環こまの位相の影響による作動性の低下を含む作動トルク変動の低減を図る内部循環方式のボールねじ装置として、例えば、図１５に示すもの（特許文献２参照）が知られている。
【０００５】
図１５に示すボールねじ装置２００では、ねじ軸２０１に形成されたねじ溝２０２とこれに対向するナット２０３に形成されたねじ溝２０４とによって構成されるボール転動路２０５と、ナット２０３に取り付けられた循環こま２０６の循環溝２０７とで循環軌道を構成している。この循環軌道内には、複数のボール２０８と、隣り合うボール２０８同士の接触を阻止する、ボール２０８と同数のセパレータ２０９とが交互に配置されている。そして、ねじ軸２０１とナット２０３との相対回転に伴って、複数のボール２０８及びセパレータ２０９が循環軌道内を無限循環するようになっている。循環こま２０６は、ナット２０３の軸方向に位置をずらしてナット２０３の周方向に均等間隔に複数配置されている。そして、ボールねじ装置２００においては、循環軌道を無限循環するボール２０８の個数を、ボール転動路２０５を軸方向に投影した円周上に配置可能な最大のボール数よりも１個乃至３個少ない個数とし、複数のセパレータ２０９の幅を、前記円周上に前記個数のボール２０８を等間隔に配置した場合における隣り合うボール２０８間の隙間の大きさに設定している。
【０００６】
このように、セパレータ２０９によって、隣り合うボール２０８同士の接触を阻止することによって、ボール２０８が滑らかに転動し、作動トルク変動の低減を図ることができる。また、循環軌道に充填可能な最大のボール数に対し実際に充填されるボール２０８の個数の減少量が少ないため、負荷容量の低下が抑制される。さらに、複数のセパレータ２０９の幅を、隣り合うボール２０８間の隙間の大きさに設定し、それぞれ同幅としたため、即ち、ボールねじ装置２００が１種類のセパレータ２０９を用いて構成されるため、部品管理が容易で組み付け工数の削減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１１８９８号公報
【特許文献２】特開２００３−３１４６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この従来の図１５に示した内部循環方式のボールねじ装置２００にあっては、以下の問題点があった。
即ち、図１５に示した内部循環方式のボールねじ装置２００では、セパレータ２０９によって、ボールが循環こまを通過するときの周期で生じる作動トルクの変動（以下、ボール通過周期の作動トルクの変動という）を含む作動トルク変動の低減を図れる。しかし、金型加工などの高精度の加工に用いられる高精度工作機械においては、以前には問題とならなかった小さなボール通過周期の作動トルクの変動すらも低減したいという要請がある。
【０００９】
図１５に示した内部循環方式のボールねじ装置２００をこの種の高精度工作機械に使用した場合には、未だボール通過周期の作動トルクの変動の低減効果が足りないということが発明者らの実験で分かった。
近年、高精度のマシニングセンターによる金型加工において金型の加工面に縞模様が発生してしまうという問題が発生し、発明者らはその原因を究明すべく種々の実験を行った。
【００１０】
その実験の結果、金型の加工面に縞模様が発生する原因は作動トルクの変動が原因ということが分かった。実験の中で図１５に示したセパレータ入りの内部循環方式のボールねじ装置２００をマシニングセンターに使用して実験を行ったが、未だボール通過周期の作動トルクの変動の低減効果が足りず、金型の加工面に縞模様が未だに発生してしまった。
従って、本発明は上述の課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、ボール通過周期の作動トルクの変動を低減してかかる作動トルクの変動に伴う不具合を極力低減できる内部循環方式のボールねじ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のうち請求項１に係るボールねじ装置は、外周面に螺旋状の第１ボール転動溝を有するねじ軸と、該ねじ軸に外嵌して内周面に前記第１ボール転動溝に対向する第２ボール転動溝を有するナットと、前記第１ボール転動溝と前記第２ボール転動溝とによって形成される軌道内に転動可能に充填された複数のボールと、前記ナットに装着され、前記ボールを手前の軌道に戻すためのボール戻し溝を有する複数の循環こまとを備えたボールねじ装置において、前記ねじ軸が、水平状態に配置されて回転するとともに、前記複数の循環こまは、全て前記ナットの軸方向に一列に並べて前記ナットの内周面に配置され、前記ナットは、前記軸方向に一列に並べて配置された前記複数の循環こまの位相がほぼ上となるように前記ねじ軸に外嵌されることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明のうち請求項２に係るボールねじ装置は、請求項１記載のボールねじ装置において、前記軌道内に充填された複数のボールの充填率が７０％以上８０％以下であることを特徴としている。
更に、本発明のうち請求項３に係るボールねじ装置は、請求項１又は２記載のボールねじ装置において、前記軌道内に充填された複数のボールの隣接するボール間にスペーサボールを介在させたことを特徴としている。
また、本発明のうち請求項４に係るボールねじ装置は、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のボールねじ装置において、前記複数の循環こまを一体で形成した循環こま部材を備え、前記ナットの内周面に前記循環こま部材を収容する凹部を形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のうち請求項１に係るボールねじ装置によれば、ねじ軸が、水平状態に配置されて回転するとともに、複数の循環こまは、全てナットの軸方向に一列に並べてナットの内周面に配置され、ナットは、軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こまの位相がほぼ上となるようにねじ軸に外嵌されるので、軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こまの位相がほぼ上の状態が維持されてナットがねじ軸に外嵌されており、複数のボールが循環こまのボール戻し溝を転動する際に先頭のボールが押されて自重でボール戻し溝の出口まで移動することが可能となり、循環こまのボール戻し溝内に常に隙間が生じることになる。このため、ボールのつまり現象が生じないため、ボール通過周期の作動トルクの変動を極力抑制することができる。これにより、かかる作動トルクの変動に伴う不具合を極力低減できる内部循環方式のボールねじ装置を提供できる。
【００１４】
また、本発明のうち請求項２に係るボールねじ装置によれば、請求項１記載のボールねじ装置において、前記軌道内に充填された複数のボールの充填率が７０％以上８０％以下であるので、作動トルクの変動の低減効果をより一層効果的に発揮できるとともに、負荷容量の低下をも回避することができる。
更に、本発明のうち請求項３に係るボールねじ装置によれば、請求項１又は２記載のボールねじ装置において、前記軌道内に充填された複数のボールの隣接するボール間にスペーサボールを介在させたので、ボール通過周期で生じる作動トルク変動の低減効果に加えて、負荷圏内の隣接するボール同士の競い合いに起因した長波長トルク変動の低減をも図ることができる。
【００１５】
また、本発明のうち請求項４に係るボールねじ装置によれば、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のボールねじ装置において、前記複数の循環こまを一体で形成した循環こま部材を備え、前記ナットの内周面に前記循環こま部材を収容する凹部を形成したので、一体の循環こま部材をナットに形成された凹部に収容されることにより、複数の循環こまがナットの軸方向に一列に並べて配置されることになる。このため、各循環こまに相当する部分をナットに固定する必要はなく、複数の循環こまをナットに固定するための軸方向スペースを小さくできる。これにより、ナットの軸方向長さを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るボールねじ装置の第１実施形態の斜視図である。
【図２】図１に示すボールねじ装置の主要部の断面図である。
【図３】図１に示すボールねじ装置に用いられる循環こまの斜視図である。
【図４】図１に示すボールねじ装置において、循環こまの配置を模式的に示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図５】図１に示したボールねじ装置の使用状態を説明するための図である。
【図６】複数の循環こまが全てナットの軸方向に一列に並べてナットの内周面に配置されているが、ナットが、複数の循環こまの位相が下となるようにねじ軸に外嵌されているとき（比較例）の、循環こまの内部のボールの状態を示し、（ａ）は負荷圏内でボールが転動する状態、（ｂ）は１つめのボールが循環こま内に進入した状態、（ｃ）は２つ目のボールが循環こま内に進入した状態，（ｄ）は３つ目のボールが循環こま内に進入した状態、（ｅ）は４つ目のボールが循環こま内に進入した状態、（ｆ）は５つ目のボールが循環こま内に進入した状態、（ｇ）は６つ目のボールが循環こま内に進入しようとする状態を示している。
【図７】複数の循環こまが全てナットの軸方向に一列に並べてナットの内周面に配置され、かつ、ナットが、複数の循環こまの位相が上となるようにねじ軸に外嵌されているとき（本発明例）の、循環こまの内部のボールの状態を示し、（ａ）は負荷圏内でボールが転動する状態、（ｂ）は１つめのボールが循環こま内に進入した状態、（ｃ）は２つ目のボールが循環こま内に進入した状態，（ｄ）は３つ目のボールが循環こま内に進入した状態、（ｅ）は４つ目のボールが循環こま内に進入する状態を示している。
【図８】本発明例（図７）のボールねじ装置の作動トルク変動の測定結果を示すグラフである。
【図９】比較例（図６）のボールねじ装置の作動トルク変動の測定結果を示すグラフである。
【図１０】本発明に係るボールねじ装置の第２実施形態を説明するための図である。
【図１１】本発明に係るボールねじ装置の第３実施形態を説明するための図である。図１１においては、ねじ軸及びボールは省略してある。
【図１２】図１１に示すボールねじ装置に用いられる循環こま部材を示し、（ａ）は底面図、（ｂ）は右側面図である。
【図１３】従来例の内部循環方式のボールねじ装置を示す断面図である。
【図１４】従来の内部循環方式のボールねじ装置における、循環こまの配置を模式的に示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図１５】従来の他の例の内部循環方式のボールねじ装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るボールねじ装置の第１実施形態の斜視図である。図２は、図１に示すボールねじ装置の主要部の断面図である。
図１に示す内部循環方式のボールねじ装置１は、工作機械や産業機械等の搬送や精密位置決めに用いられるものであり、特に、金型加工などの高精度の加工に用いられる高精度工作機械に好適に用いられる。
【００１８】
このボールねじ装置１は、ねじ軸１０と、ナット２０と、複数のボール３０と、複数の循環こま４０とを備えて構成されている。ねじ軸１０は、水平状態（中心軸ＣＬが水平になる状態）に配置されて回転するようになっている。
ねじ軸１０は、中心軸ＣＬを中心とした円筒形状で、その外周面に、所定のリードを有する螺旋状の第１ボール転動溝１１が形成されている。
【００１９】
ナット２０は、略円筒状をなし、その内径はねじ軸１０の外径よりも大きく形成されており、ねじ軸１０に所定の隙間をもって外嵌している。ナット２０の一端部には、案内対象と結合するためのフランジ２５が設けられている。ナット２０の内周面には、ねじ軸１０の第１ボール転動溝１１と等しいリードを有し、第１ボール転動溝１１と対向する第２ボール転動溝２１が形成されている。そして、ねじ軸１０の第１ボール転動溝１１とナット２０の第２ボール転動溝２１とによって断面略円形状の軌道２３が形成されている。この軌道２３内に複数のボール３０が転動可能に充填配置されている。
【００２０】
また、ナット２０の内周面には、図１及び図２に示すように、ボール３０を手前の軌道２３に戻すための複数の循環こま４０が装着されている。各循環こま４０には、軌道２３の一端と一巻き手前の軌道２３の他端とを連結するボール戻し溝４２が形成されている。このボール戻し溝４２により、各循環こま４０に向かって軌道２３を転がってくるボール３０をねじ軸１０の径方向にすくい上げ、さらに、ねじ軸１０のねじ山１２を乗り越えさせ、一巻き手前（一リード手前）の軌道２３に戻すことでボール３０を循環可能になっている。そして、このボール戻し溝４２及び軌道２３によってねじ軸１０の外側に略円環状の無限循環路２４が形成される。これにより、ナット２０に対するねじ軸１０の相対的な回転に伴って、複数のボール３０が無限循環路２４内を無限循環することによって、ナット２０がねじ軸１０に対してねじ軸１０の軸方向に直線運動することが可能となる。
【００２１】
次に、各循環こま４０の詳細について図２及び図３を参照して説明する。図３は、図１に示すボールねじ装置に用いられる循環こまの斜視図である。
各循環こま４０は、例えば焼結合金から形成されており、図３に示すように、その上面４１が、細長い小判形の面をなし、ナット２０の内周面をなす曲面に応じた曲率で湾曲している。そして、循環こま４０の上面４１は、ナット２０に装着された際に、ナット２０の内周面のねじ山２２と同じ高さになる。そして、循環こま４０の高さは、ボール３０の直径よりも大きな寸法を有している。各循環こま４０は、ナット２０の内周面上に存在するので、ナット２０の外径が小さくなり、コンパクトな構造の内部循環方式のボールねじ装置１とすることができる。
【００２２】
そして、各循環こま４０の上面４１には、およそＳの字を裏返した形のボール戻し溝４２が形成されている。ボール戻し溝４２は、循環こま４０の一端にある出入り口４３ａから他端にある出入り口４３ｂまで延び、出入り口４３ａ側にある出入り通路４４ａと、出入り口４３ｂ側にある出入り通路４４ｂと、出入り通路４４ａと出入り通路４４ｂとをつなぐ中間通路４５とを備えている。ボール戻し溝４２の断面はＵ字形をなし、その底はボール３０の球面に対応した曲面で構成されている。
【００２３】
そして、循環こま４０の出入り口４３ａは軌道２３の一端に連なり、その一方、循環こま４０の出入り口４３ｂは一巻き手前の軌道２３の他端に連なっている。軌道２３の一端と一巻き手前の軌道２３の他端までは、ねじ軸１０の外周沿いにほぼ１旋回しており、出入り口４３ａと出入り口４３ｂとの間には、ねじ軸１０のねじ山１２及びナット２０のねじ山２２が各１条存在している。中間通路４５は、出入り口４３ａと出入り口４３ｂとの間にあるねじ山１２を乗り越えるように、ナット２０の外周側へ緩やかに湾曲している。
【００２４】
そして、軌道２３の一端側へ移動したボール３０ボール３０は出入り口４３ａを通って出入り通路４４ａに入り、出入り通路４４ａに沿って進行を曲げて中間通路４５に入る。中間通路４５に入ったボール３０は、中間通路４５沿いにねじ山１２を乗り越えて出入り通路４４ｂへ入り、出入り通路４４ｂに沿って進行方行を曲げて進み、出入り口４３ｂを通って一巻き手前の軌道２３の他端に戻るようになっている。ボールねじ装置１は、かかる軌道２３と循環こま４０内のボール戻し溝４２とからなる無限循環路２４を複数有している。
【００２５】
ここで、循環こま４０は複数（本実施形態にあっては６個）設けられ、複数の循環こま４０は、図４に示すように、全て、ナット２０の中心軸ＣＬが延びる軸方向に一列に並べてナット２０の内周面に配置されている。また、ナット２０は、軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こま４０の位相がほぼ上（図４及び図７参照）となるようにねじ軸１０に外嵌されている。ここで、「複数の循環こま４０の位相がほぼ上」とは、図４（ａ）において、複数のこま４０の位相が、水平なｘ軸に対して垂直なｙ軸上にある場合を最良とし、当該ｙ軸に対して±４５°以内であればよいことを意味する。
このように構成されたボールねじ装置１は、例えば、図５に示すような態様で使用される。
【００２６】
図５において、ボールねじ装置１は、ねじ軸１０を水平状態に配置し、ねじ軸１０の両端を１対のサポートユニット５０によって回転可能且つ軸方向移動不能に支持している。また、ナット２０は、軸方向に一列に並べて配置された複数（本実施形態では６個だが、図５においては模式的に２個としている）の循環こま４０の位相がほぼ上となるようにねじ軸１０に外嵌されている。そして、ねじ軸１０の一端部にはモータ５２の出力軸が連結され、ねじ軸１０はそのモータ５２によって回転するようになっている。また、ナット２０のフランジ２５には移動テーブル５１が固定され、この移動テーブル５１は直動案内装置５３によって案内されるようになっている。
【００２７】
そして、ねじ軸１０が回転すると、ナット２０がねじ軸１０の軸方向に移動し、これに伴って移動テーブル５１が直動案内装置５３によって案内される。この際に、ボールねじ装置１においては、ボール３０が無限循環路２４内を循環する。このとき、軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こま４０の位相がほぼ上の状態に維持されてナット２０がねじ軸１０に外嵌されているので、複数のボール３０が循環こま４０のボール戻し溝４２を転動する際に先頭のボール３０が押されて自重でボール戻し溝４２の出口まで移動することが可能となり、循環こま４０のボール戻し溝４２内に常に隙間が生じることになる。このため、ボール３０のつまり現象が生じないため、ボール通過周期の作動トルクの変動を極力抑制することができる。これにより、かかる作動トルクの変動に伴う不具合、例えば、工作機械の加工物表面に生じる縞模様の発生等の不具合を極力低減できる内部循環方式のボールねじ装置１を提供できる。
【００２８】
次に、本発明例（軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こまの位相が上の状態に維持されてナットがねじ軸に外嵌されているもの）が比較例（軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こまの位相が下の状態に維持されてナットがねじ軸に外嵌されているもの）に対して作動トルクの変動の低減において有効であることを図６及び図７を参照して以下に説明する。
【００２９】
先ず、図６を参照して、ナットが複数の循環こまの位相が下となるようにねじ軸に外嵌されているとき（比較例）の作動トルクの変動について説明する。
この場合、先ず、図６（ａ）に示すように、ねじ軸１０が回転し、負荷圏内のボール３０が転動する。このときには、循環こま４０のボール戻し溝４２内にボール３０が存在しない。
【００３０】
次いで、図６（ｂ）に示すように、１つ目のボール３０が循環こま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、ボール３０は自重でボール戻し溝４２の底部へ移動する。
更に、図６（ｃ）に示すように、２つ目のボール３０が循環コま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、この２つ目のボール３０は自重でボール戻し溝４２の下方に向けて移動し、１つ目のボール３０に接触する。１つ目のボール３０は２つ目のボール３０に押されて前へ進む。１つ目のボール３０はボール戻し溝４２内で底部を超えて斜めに延びる上り傾斜の部分に位置し、２つ目のボール３０は下り傾斜の部分に位置する。
【００３１】
そして、図６（ｄ）に示すように、３つ目のボール３０が循環コま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、この３つ目のボール３０は自重でボール戻し溝４２の下方に向けて移動し、２つ目のボール３０に接触する。２つ目のボール３０、１つ目のボール３０は順次押されて前へ進む。１つ目のボール３０はボール戻し溝４２内で上り傾斜の部分に位置し、２つ目のボール３０はボール戻し溝４２の底部に位置し、３つ目のボール３０はボール戻し溝４２の下り傾斜の部分に位置する。
【００３２】
次いで、図６（ｅ）に示すように、４つ目のボール３０が循環コま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、この４つ目のボール３０は自重でボール戻し溝４２の下方に向けて移動し、３つ目のボール３０に接触する。３つ目のボール３０、２つ目のボール３０、及び１つ目のボール３０は順次押されて前へ進む。１つ目のボール３０及び２つ目のボール３０はボール戻し溝４２内で上り傾斜の部分に位置し、３つ目のボール３０及び４つ目のボール３０はボール戻し溝４２内の下り傾斜の部分に位置する。
【００３３】
そして、図６（ｆ）に示すように、５つ目のボール３０が循環コま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、この５つ目のボール３０は自重でボール戻し溝４２の下方に向けて移動し、４つ目のボール３０に接触する。４つ目のボール３０、３つ目のボール３０、２つ目のボール３０、及び１つ目のボール３０が順次押されて前へ進む。１つ目のボール３０がボール戻し溝４２の出口近傍に位置し、２つ目のボール３０はボール戻し溝４２内で上り傾斜の部分に位置し、３つ目のボール３０はボール戻し溝４２の底部に位置し、４つ目のボール３０及び５つ目のボール３０はボール戻し溝４２内の下り傾斜の部分に位置する。
【００３４】
次に、図６（ｇ）に示すように、６つ目のボール３０が循環こま４０のボール戻し溝４２内に入ろうとすると、ボール戻し溝内の５個のボール３０を押すが、ボール戻し溝４２の出口近傍に１つ目のボール３０があるため、６つ目のボール３０はボール戻し溝４２内に入れない。このため、ボール３０のつまりが発生し、ボールねじの作動トルクが瞬間的に増加する。しかし、ボール戻し溝４２の出口側のボール３０が負荷圏に移動することにより、作動トルクの増加が解消される。この作動トルクの増加と減少を繰り返すことによって、ボール通過周期の作動トルクの変動が発生する。
一方、ナットが複数の循環こまの位相が上となるようにねじ軸に外嵌されているとき（本発明例）の作動トルクの変動について図７を参照して説明すると、先ず、図７（ａ）に示すように、ねじ軸１０が回転し、負荷圏内のボール３０が転動する。このときには、循環こま４０のボール戻し溝４２内にボール３０が存在しない。
【００３５】
次いで、図７（ｂ）に示すように、１つ目のボール３０が循環こま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、ボール３０は自重で循環こま４０のボール戻し溝４２の入り口近傍に留まる。
更に、図７（ｃ）に示すように、２つ目のボール３０が循環コま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、この２つ目のボール３０は１つ目のボール３０に接触して１つ目のボール３０を押し上げる。１つ目のボール３０はボール戻し溝４２内で上り傾斜部分に位置し、２つ目のボール３０はボール戻し溝４２の入り口近傍に位置する。
【００３６】
そして、図７（ｄ）に示すように、３つ目のボール３０が循環コま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、この３つ目のボール３０は２つ目のボール３０に接触して２つ目のボール３０及び１つ目のボール３０を押し上げる。１つ目のボール３０はボール戻し溝４２内で底部に位置し、２つ目のボール３０はボール戻し溝４２の上り傾斜部分に位置し、３つ目のボール３０はボール戻し溝４２の入り口近傍に位置する。
【００３７】
次いで、図７（ｅ）に示すように、４つ目のボール３０が循環こま４０のボール戻し溝４２内に進入する。このとき、この４つ目のボール３０は３つ目のボール３０に接触して３つ目のボール３０及び２つ目のボール３０を押し上げ、１つ目のボール３０は押されて自重でボール戻し溝４２の出口まで移動する。このため、循環こま４０のボール戻し溝４２内に常に隙間が生じることになる。従って、ボール３０のつまり現象が生じないため、ボール通過周期の作動トルクの変動を極力抑制できる。これにより、かかる作動トルクの変動に伴う不具合、例えば、工作機械の加工物表面に生じる縞模様の発生等の不具合を極力低減できる内部循環方式のボールねじ装置１を提供できる。
なお、ナットが複数の循環こまの位相が横となるようにねじ軸に外嵌されているときには、ボール３０が下から上に上がる方向で循環こまの位相が下の場合と同じ現象になる。また、ボール３０が上から下に下がる方向で循環こまの位相が上の場合と同じ現象になる。
【００３８】
次に、ナットが複数の循環こまの位相が上となるようにねじ軸に外嵌されているとき（本発明例、図７）のボールねじ装置の作動トルク変動、及びナットが複数の循環こまの位相が下となるようにねじ軸に外嵌されているとき（比較例、図６）のボールねじ装置の作動トルク変動を測定した。
測定に使用したボールねじの仕様及び測定条件は下記の通りである。
ボールねじの仕様：ねじ軸の軸径７０ｍｍ、リード１２ｍｍ、ダブルナット予圧方式、回路数１巻×６列（×２）、予圧荷重３５００Ｎ
測定条件：回転速度３０ｍｉｎ−１、ストローク３６ｍｍ（３ｒｅｖ．）、ＩＳＯ ＶＧ＃６８潤滑、５０往復後
本発明例（図７）のボールねじ装置の作動トルク変動の測定結果を図８に、比較例（図６）のボールねじ装置の作動トルク変動の測定結果を図９に示す。
図８及び図９を参照すると、本発明例の方が比較例に比べて作動トルクの変動が著しく低減されていることがわかる。
【００３９】
なお、循環こま４０のボール戻し溝４２内に常に隙間が生じるように、ナット２０を、軸方向に一列に並べて配置された複数の循環こま４０の位相がほぼ上となるようにねじ軸１０に外嵌すると、ボール通過周期の作動トルクの変動を極力抑制できるが、ボール３０の充填率が８０％よりも大きいとボール通過周期の作動トルクの変動を抑制する効果がやや減少する。このため、ボール３０の充填率を８０％以下とすることが好ましい。また、ボール３０の充填率を下げると、負荷を受けるボール３０の数が減り、負荷容量の低下が懸念される。このため、ボール３０の充填率は７０％以上とすることが好ましい。ボール３０の充填率を７０％より下げると、負荷容量の低下が著しく懸念される。従って、ボール３０の充填率は７０％以上８０％以下とすることが好ましい。なお、ボール３０の充填率とは、無限循環路２４内に入る最大のボール３０の個数に対する充填したボール３０の個数の割合をいう。
【００４０】
次に、本発明に係るボールねじ装置の第２実施形態を図１０を参照して説明する。図１０は、本発明に係るボールねじ装置の第２実施形態を説明するための図である。
図１０に示すボールねじ装置１は、図１乃至図４に示すボールねじ装置１と基本構成は同様であるが、軌道２３内に充填された複数のボール３０の隣接するボール３０間にスペーサボール３１を介在させた点で図１乃至図４に示すボールねじ装置１と異なっている。即ち、隣接するボール３０間にスペーサボール３１が交互に、すなわちボール３０とスペーサ３１の個数が１体１の割合で介在されている。
【００４１】
このように、複数のボール３０の隣接するボール３０間にスペーサボール３１を介在させることにより、ナット２０を複数の循環こま４０の位相が上となるようにねじ軸１０に外嵌させてボール通過周期で生じる作動トルク変動の低減効果を図ることに加えて、負荷圏内のボール３０同士の競い合いに起因した長波長トルク変動の低減が可能となる。
なお、スペーサボール３１はボール３０と交互に入れる他、ボール３０の２つおきに１個、３つおきに１個等、スペーサボール３１の介在の仕方に限定されない。少なくとも隣接する１組のボール３０間に１個スペーサボール３１が介在されていればよい。
ここで、スペーサボール３１は、ボール３０と同様の鋼製であり、その直径はボール３０の直径よりも３０μｍ程度小さくされている。
【００４２】
更に、本発明に係るボールねじ装置の第３実施形態を図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、本発明に係るボールねじ装置の第３実施形態を説明するための図である。図１１においては、ねじ軸及びボールは省略してある。図１２は、図１１に示すボールねじ装置に用いられる循環こま部材を示し、（ａ）は底面図、（ｂ）は右側面図である。
図１１及び図１２に示すボールねじ装置１は、図１乃至図４に示すボールねじ装置１と基本構成は同様であるが、図１乃至図４における複数（第１実施形態にあっては６個）の循環こま４０を用いず、複数の循環こまを一体で形成した循環こま部材６０を備えている点で異なっている。そして、ナット２０の内周面には、循環こま部材６０を収容する凹部２６が形成されている。
【００４３】
ここで、循環こま部材６０は、例えば焼結合金から略直方体形状に形成され、図１２（ｂ）に示すように、その上面（図１２（ａ）では下方を向いている）６１が、ナット２０の内周面をなす曲面に応じた曲率で湾曲している。そして、循環こま部材６０の上面６１は、ナット２０に装着された際に、ナット２０の内周面のねじ山２２（図１及び図２参照）と同じ高さになる。そして、循環こま部材６０の高さは、ボール３０の直径よりも大きな寸法を有している。循環こま部材６０は、ナット２０の内周面上に存在するので、ナット２０の外径が小さくなり、コンパクトな構造の内部循環方式のボールねじ装置１とすることができる。
【００４４】
そして、循環こま部材６０の上面６１には、およそＳの字を裏返した形の複数（本実施形態にあっては６個）のボール戻し溝６２が形成されている。複数のボール戻し溝６２は、図１２（ａ）に示すように、循環こま部材６０の長手方向（ナット２０の軸方向と同一方向）に沿って所定ピッチで一列に並べて形成されている。また、循環こま部材６０には、この循環こま部材６０をナット２０に取り付けるための複数のねじ孔６３が形成されている。そして、各ボール戻し溝６２は、循環こま部材６０の一端にある出入り口６４ａから他端にある出入り口６４ｂまで延び、出入り口６４ａ側にある出入り通路６５ａと、出入り口６４ｂ側にある出入り通路６５ｃと、出入り通路６５ａと出入り通路６５ｃとをつなぐ中間通路６５ｂとを備えている。各ボール戻し溝６２の断面はＵ字形をなし、その底はボール３０の球面に対応した曲面で構成されている。
【００４５】
そして、循環こま部材６０の出入り口６４ａは軌道２３（図２参照）の一端に連なり、その一方、循環こま部材６０の出入り口６４ｂは一巻き手前の軌道２３の他端に連なっている。軌道２３の一端と一巻き手前の軌道２３の他端までは、ねじ軸１０の外周沿いにほぼ１旋回しており、出入り口６４ａと出入り口６４ｂとの間には、ねじ軸１０のねじ山１２及びナット２０のねじ山２２が各１条存在している。中間通路６５ｂは、出入り口６４ａと出入り口６４ｂとの間にあるねじ山１２を乗り越えるように、ナット２０の外周側へ緩やかに湾曲している。
【００４６】
そして、軌道２３の一端側へ移動したボール３０は出入り口６４ａを通って出入り通路６５ａに入り、出入り通路６５ａに沿って進行を曲げて中間通路６５ｂに入る。中間通路６５ｂに入ったボール３０は、中間通路６５ｂ沿いにねじ山１２を乗り越えて出入り通路６５ｃへ入り、出入り通路６５ｃに沿って進行方行を曲げて進み、出入り口６４ｂを通って一巻き手前の軌道２３の他端に戻るようになっている。ボールねじ装置１は、かかる軌道２３と循環こま部材６０内のボール戻し溝６２とからなる無限循環路を複数有している。
【００４７】
一方、ナット２０の内周面に設けられる凹部２６は、図１１に示すように、ナット２０の端面からナット２０の中心軸ＣＬが延びる軸方向に延びている。凹部２６は、ナット２０の端面から循環こま部材６０を収容可能な形状に形成される。
循環こま部材６０が凹部２６内に収容されると、循環こま部材６０の上面６１が、ナット２０の内周面のねじ山２２（図１及び図２参照）と同じ高さになる。そして、循環こま部材６０の各ボール戻し溝６２の出入り口６４ａは軌道２３の一端に連なり、その一方、循環こま部材６０の各ボール戻し溝６２の出入り口６４ｂは一巻き手前の軌道２３の他端に連なることになる。
【００４８】
そして、ナット２０は、軸方向に一列に並べて配置されたボール戻し溝６２を有する（複数の循環こまを一体で形成した）循環こま部材６０の位相がほぼ上（図４及び図７参照）となるようにねじ軸１０に外嵌される。ここで、「循環こま部材６０の位相がほぼ上」とは、循環こま部材６０の位相が、水平なｘ軸（図４（ａ）参照）に対して垂直なｙ軸（図４（ａ）参照）上にある場合を最良とし、当該ｙ軸に対して±４５°以内であればよいことを意味する。
このように構成されたボールねじ装置１は、図１乃至図４に示すボールねじ装置１と同様に、例えば、図５に示すような態様で使用される。
【００４９】
即ち、ボールねじ装置１は、ねじ軸１０を水平状態に配置し、ねじ軸１０の両端を１対のサポートユニット５０によって回転可能且つ軸方向移動不能に支持している。また、ナット２０は、循環こま部材６０の位相がほぼ上となるようにねじ軸１０に外嵌されている。そして、ねじ軸１０の一端部にはモータ５２の出力軸が連結され、ねじ軸１０はそのモータ５２によって回転するようになっている。また、ナット２０のフランジ２５には移動テーブル５１が固定され、この移動テーブル５１は直動案内装置５３によって案内されるようになっている。
【００５０】
そして、ねじ軸１０が回転すると、ナット２０がねじ軸１０の軸方向に移動し、これに伴って移動テーブル５１が直動案内装置５３によって案内される。この際に、ボールねじ装置１においては、ボール３０が無限循環路内を循環する。このとき、循環こま部材６０の位相がほぼ上の状態に維持されてナット２０がねじ軸１０に外嵌されているので、複数のボール３０が循環こま部材６０のボール戻し溝６２を転動する際に先頭のボール３０が押されて自重でボール戻し溝６２の出口まで移動することが可能となり、循環こま部材６０のボール戻し溝６２内に常に隙間が生じることになる。このため、ボール３０のつまり現象が生じないため、ボール通過周期の作動トルクの変動を極力抑制することができる。これにより、かかる作動トルクの変動に伴う不具合、例えば、工作機械の加工物表面に生じる縞模様の発生等の不具合を極力低減できる内部循環方式のボールねじ装置１を提供できる。
【００５１】
また、この第３実施形態に係るボールねじ装置１にあっては、軸方向に一列に並べて配置されたボール戻し溝６２を有する（複数の循環こまを一体で形成した）循環こま部材６０を備え、ナット２０の内周面には、この循環こま部材６０を収容する凹部２６が形成されているので、複数の循環こま４０を全てナット２０の軸方向に一列に並べてナット２０の内周面に配置した図１乃至図４に示す第１実施形態に係るボールねじ装置１と比べて以下の利点を有する。
【００５２】
第１実施形態に係るボールねじ装置１のように、複数の循環こま４０をナット２０に一列に配置したものとすると、各循環こま４０を固定するためのスペースがナット２０に必要になる。このため、ナット２０の円周方向に対して等配に複数の循環こまを配するものに比べ、回路数（軌道とボール戻し溝によって作られる無限循環路の数）を同じ数にすると、ナット２０の軸方向長さが長くなってしまう。
【００５３】
これに対して、第３実施形態に係るボールねじ装置１では、複数の回路（無限循環路）を設ける循環こまに相当する部分を一体とした循環こま部材６０を備えたので、この一体の循環こま部材６０をナット２０に固定すればよく、各循環こまをそれぞれナット２０に固定する必要はなく、各循環こまを固定するためのナット２０の軸方向スペースを小さくすることができる。従って、ナット２０の軸方向長さを短くすることができる。
【００５４】
また、第１実施形態に係るボールねじ装置１のように、複数の循環こま４０をナット２０に一列に配置したものとすると、各循環こま４０を固定するためのスペースがナット２０に必要になる。このため、ねじピッチの短いねじの場合には、循環こま４０によって作られた回路の軸方向隣りの軌道に回路を作ることができないことがある。この場合、ねじを１条分軸方向に離れた軌道に回路を作ることになるので、ナット２０の軸方向長さが長くなってしまう。
【００５５】
これに対して、第３実施形態に係るボールねじ装置１では、複数の回路（無限循環路）を設ける循環こまに相当する部分を一体とした循環こま部材６０を備えたので、この一体の循環こま部材６０をナット２０に固定すればよく、各循環こまをそれぞれナット２０に固定する必要はなく、ねじピッチが短いねじに対しても隣り合う軌道に回路を作ることができる。このため、ナット２０の軸方向長さを短くすることができる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、第１実施形態及び第２実施形態において、循環こま４０は１つのナット２０に６個設けられ、第３実施形態において、ボール戻し溝６２は６個設けられているが、循環こま４０及びボール戻し溝６２の個数は２個以上あればよい。
また、第３実施形態において、ボール３０の充填率を７０％以上８０％以下としてもよい。
更に、第３実施形態において、軌道２３内に充填された複数のボール３０の隣接するボール３０間にスペーサボール３１を介在させてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１ ボールねじ装置
１０ ねじ軸
１１ 第１ボール転動溝
１２ ねじ山
２０ ナット
２１ 第２ボール転動溝
２２ ねじ山
２３ 軌道
２４ 無限循環路
２５ フランジ
２６ 凹部
３０ ボール
３１ スペーサボール
４０ 循環こま
４１ 上面
４２ ボール戻し溝
４３ａ，４３ｂ 出入り口
４４ａ，４４ｂ 出入り通路
４５ 中間通路
５０ サポートユニット
５１ 移動テーブル
５２ モータ
５３ 直動案内装置
６０ 循環こま部材
６１ 上面
６２ ボール戻し溝
６３ ねじ孔
６４ａ，６４ｂ 出入り口
６５ａ，６５ｃ 出入り通路
６５ｂ 中間通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状の第１ボール転動溝を有するねじ軸と、該ねじ軸に外嵌して内周面に前記第１ボール転動溝に対向する第２ボール転動溝を有するナットと、前記第１ボール転動溝と前記第２ボール転動溝とによって形成される軌道内に転動可能に充填される複数のボールと、前記ナットに装着され、前記ボールを手前の軌道に戻すためのボール戻し溝を有する複数の循環こまとを備えたボールねじ装置において、
前記ねじ軸が、水平状態に配置されて回転するとともに、前記複数の循環こまは、全て前記ナットの軸方向に一列に並べて前記ナットの内周面に配置され、前記ナットは、前記軸方向に一列に並べて配置された前記複数の循環こまの位相がほぼ上となるように前記ねじ軸に外嵌されることを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
前記軌道内に充填された複数のボールの充填率が７０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
【請求項３】
前記軌道内に充填された複数のボールの隣接するボール間にスペーサボールを介在させたことを特徴とする請求項１又は２記載のボールねじ装置。
【請求項４】
前記複数の循環こまを一体で形成した循環こま部材を備え、前記ナットの内周面に前記循環こま部材を収容する凹部を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のボールねじ装置。
【請求項１】
外周面に螺旋状の第１ボール転動溝を有するねじ軸と、該ねじ軸に外嵌して内周面に前記第１ボール転動溝に対向する第２ボール転動溝を有するナットと、前記第１ボール転動溝と前記第２ボール転動溝とによって形成される軌道内に転動可能に充填される複数のボールと、前記ナットに装着され、前記ボールを手前の軌道に戻すためのボール戻し溝を有する複数の循環こまとを備えたボールねじ装置において、
前記ねじ軸が、水平状態に配置されて回転するとともに、前記複数の循環こまは、全て前記ナットの軸方向に一列に並べて前記ナットの内周面に配置され、前記ナットは、前記軸方向に一列に並べて配置された前記複数の循環こまの位相がほぼ上となるように前記ねじ軸に外嵌されることを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
前記軌道内に充填された複数のボールの充填率が７０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
【請求項３】
前記軌道内に充填された複数のボールの隣接するボール間にスペーサボールを介在させたことを特徴とする請求項１又は２記載のボールねじ装置。
【請求項４】
前記複数の循環こまを一体で形成した循環こま部材を備え、前記ナットの内周面に前記循環こま部材を収容する凹部を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のボールねじ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−４７３３３（Ｐ２０１２−４７３３３Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８７６１６（Ｐ２０１０−２８７６１６）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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