JPH11257455A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボールねじにおいて、十分な荷重容量を確保
し、適宜な予圧を付与しながら、しかも、ナットの軸線
方向の長さを短くする。 【解決手段】 ナット３０における３条以上のねじ溝１
ｂ、２ｂ、３ｂのうちのねじ溝１ｂをΔだけオフセット
させて、ナット３０の高荷重を受ける側の転送路２、３
の有効巻数を、低荷重を受ける側の転送路１の有効巻よ
りも多く設定する。高荷重側の負荷容量を多くして高荷
重に耐えるようにすることができ、しかも、低荷重側の
有効巻数を必要最小限、例えば、予圧を付与するに十分
な有効巻数に設定することができる。これにより、高い
荷重に耐え、しかも必要な予圧を付与できるものであり
ながら、転走路全体の総巻数を減らしてナットの軸線方
向長さを短縮することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、ねじ軸とナットと
を多数のボールを介して螺合させたボールねじに関す
る。

【従来の技術】ねじ軸とナットとをこれらのねじ溝に配
した多数のボールによって螺合し、例えば、ねじ軸の回
転運動をボールを介してナットの直線運動に変換するボ
ールねじにおいて、ねじ軸とナットとのバックラッシの
低減や全体の剛性の増大を目的として予圧を与える技術
が知られている。例えば、２個のナットを適宜な厚さの
スペーサや圧縮ばねによって連結し、両ナット側のねじ
溝の位置をねじ軸側のねじ溝に対してオフセットさせる
ことで予圧を付与するダブルナットタイプの第１のボー
ルねじがある。この第１のボールねじは、部品点数が多
く、ナット全体としての軸線方向の長さが比較的長くな
ってしまう。また、第２のボールねじとして、ねじ溝に
これよりも大きい鋼球を圧入することで予圧を行うもの
がある。このものは、部品点数が少なく、ナット全体と
しての軸線方向の長さが比較的短くなるが、ねじ溝の高
い加工精度が要求され、ボールを圧入するため組立性及
び作動性に劣る。上述のいずれの長所をも兼ね備えるボ
ールねじが、例えば、実開昭６３−１１０７５７号公報
に提案されている。この第３のボールねじは、ねじ軸の
ねじ溝とナットとのねじ溝とを多条に形成し、ナット側
の各ねじ溝間のピッチは同じにする一方、ねじ軸側の各
ねじ溝間のピッチを一部変更するものである。これによ
ると、前述の第１、第２のボールねじの短所、すなわ
ち、部品点数が多いこと、ナットの長さが長くなるこ
と、ねじ溝の高い加工精度が必要であること、組立性及
び作動性に劣ること等の短所を解消しつつ、有効に予圧
を付与することができる。

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
第３のボールねじの場合ねじ軸側のねじ溝ピッチを変更
するためナットより長いねじ軸の全長にわたりピッチを
管理する必要があり、管理が難しい。また、例えば、高
速横型マシニングセンタにおいて、そのＹ軸（垂直軸）
に沿ってねじ軸を垂直に配置し、ナットに主軸頭（ヘッ
ド）を固定して、ねじ軸の回転に伴うナットの上昇時に
切削加工を行うような場合、切削荷重の他にヘッドの自
重が一方向荷重として常にボールねじに作用することに
なる。この一方向荷重を受ける部分がボールねじとして
の寿命を決定づけることになる。ねじ溝のオフセットに
よりこの一方向荷重を受ける側とそうでない側の負荷ボ
ール群が生ずるがそのうちこの一方荷重を受ける側のみ
が問題となる。ところが、上述のマシニングセンタの例
では、第３のボールねじは、これら負荷のアンバランス
に対応するようには設定されていない。すなわち、ボー
ルが収納された転走路全体の巻数を総巻数とした場合
に、この総巻数のうち、一方向荷重を受ける側の巻数と
そうでない側の巻数との関係について、その方向性を考
慮した設定となっていない。このため、ボールねじを上
述のマシニングセンタのように、ナットの受ける荷重が
ナットの軸方向において方向性のある用途に使用し、例
えば一方向荷重を受ける側の有効巻数を高荷重に耐え得
るように設定すると、これに応じてそうでない側の有効
巻数が必要以上に多くなってしまう。この結果、ナット
の軸線方向の長さが必要以上に長くなるといった問題が
発生する。なお、このような問題は、上述の第１および
第２のボールねじを一方向性荷重用途に使用した場合に
も当てはまり、第１の有効巻数を高荷重に耐え得るよう
に設定すると、これに応じて第２の有効巻数が必要以上
に多くなってしまい、ナットの軸線方向の長さが必要以
上に長くなる。本発明は、上述のボールねじを、ナット
の受ける荷重が軸方向において方向性がある使用に際し
て生じる従来のボールねじの問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、その目的とするところ
は、十分な負荷容量を確保し、適度な予圧を付与するこ
とができ、しかも、ナットの軸線方向の長さを短くする
ことのできるボールねじを提供することにある。本発明
は、上述のボールねじを、ナットの受ける荷重がナット
の軸方向において方向性を有する用途に使用する際に生
じる従来のボールねじの問題点を解決することを課題と
してなされたものであり、その目的とするところは、十
分な負荷容量を確保し、適度な予圧を付与することがで
き、しかも、ナットの軸線方向の長さを短くすることの
できるボールねじを提供することにある。

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの、請求項１に係る本発明は、外周面にねじ溝を有す
るねじ軸と、内周面にねじ溝を有するナットとを、これ
らねじ溝によって構成された転走路中を転動する多数の
ボールを介して螺合し、前記ねじ軸と前記ナットとをこ
れらの相対回転に基づいてねじ軸の軸線方向に相対移動
させてなるボールねじにおいて、前記ナットの受ける荷
重が当該ナットの軸方向において方向性を有し、前記ナ
ットのねじ溝をオフセットし、かつ、前記ナットの高負
荷を受け持つ側の有効巻数をナットの低負荷を受け持つ
側の有効巻数よりも多くしたことを特徴とする。この発
明によると、上述のように、前記ナットの高負荷を受け
持つ側の有効巻数をナットの低負荷を受け持つ側の有効
巻数よりも多くすることにより、高荷重側の負荷容量を
多くして高荷重に耐えるようにすることができ、しか
も、低荷重側の有効巻数を必要最小限、例えば、予圧を
付与するに十分な有効巻数に設定することができる。す
なわち、高い荷重に耐え、しかも必要な予圧を付与でき
るものでありながら、転走路全体の総巻数を減らしてナ
ットの軸線方向長さを短縮することができる。また、上
記のボールねじにおいて、前記ねじ軸の外周面と前記ナ
ットの内周面とのそれぞれに３条以上の同数のねじ溝を
形成することができ、前記ねじ軸側の複数のねじ溝のピ
ッチを等しく設定するとともに、前記ナット側の複数の
ねじ溝のうちの少なくとも１本のねじ溝を前記ねじ軸側
のねじ溝に対応する位置からオフセットさせた位置に形
成して予圧を付与することにより、前記ボールを収納し
た転走路の総巻数のうち、前記ナットの高荷重を受ける
転送路の有効巻数を、前記ナットの低荷重を受ける転送
路の有効巻数よりも多く設定することができる。この場
合も、上述のように、一方向荷重を受ける側の有効巻数
を、そうでない側の有効巻数よりも多く設定することに
より、高荷重側の負荷容量を多くして高荷重に耐えるよ
うにすることができ、しかも、低荷重側の有効巻数を必
要最小限に設定することができる。すなわち、高荷重に
耐え、また必要な予圧を付与することと、転走路全体の
総巻数を減らしてナットの軸線方向長さを短縮すること
とを両立させることができる。また、上記のボールねじ
において、前記ねじ軸側及び前記ナット側のねじ溝の条
数を奇数に設定することができる。この場合、オフセッ
トされるねじ溝の本数と、オフセットされないねじ溝の
本数とがおのずから異なることになるので、これらのう
ち、本数の多い方を高荷重側に振り当て、本数の少ない
側を低荷重に振り当てることにより、請求項１と同様の
作用効果を上げることができる。すなわち、高荷重に耐
え、また必要な予圧を付与することと、転走路全体の総
巻数を減らしてナットの軸線方向長さを短縮することと
を両立させることができる。

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って、本発明の実
施の形態について説明する。 〈第１実施形態〉本発明に係るボールねじは、循環チュ
ーブ方式、循環駒方式、及びエンドキャップ方式のいず
れの方式のボールねじに対しても適用することが可能で
あるが、以下では、循環チューブ方式のものに適用した
例を示す。まず、図１、図２を参照して、本発明の基礎
となる、ねじ溝が１条の循環チューブ方式のボールねじ
の全体構成を説明する。なお、図１は平面図、また図２
は図１における軸線方向に直角な縦断面図である。ただ
し、図２中のボール循環チューブについては、ボール通
路に沿った断面を示している。これらの図に示すボール
ねじ１０は、ねじ軸２０と、ナット３０と、ボール循環
チューブ４０と、ボール５０とを主要構成部材として構
成されている。ねじ軸２０は、軸線Ｃに沿って長く形成
された軸部材であり、外周面には、ねじ溝２１が形成さ
れている。ねじ溝２１は、図１に示すように、断面が円
弧状に形成されるとともに、軸線Ｃに沿って螺旋状に形
成されている。同図に示すねじ溝２１は１条であり、し
たがって、軸線Ｃ方向に隣接するねじ溝２１間の距離、
すなわちピッチＰと、ねじ軸２０を１回転させたときに
ナット３０が軸線Ｃに沿って進む距離、すなわちリード
Ｌとが等しくなっている。なお、後述のねじ溝が３条の
ボールねじにおいては、Ｌ＝３Ｐとなる。ナット３０
は、円筒状の部材であり、その内周面には、ねじ溝３１
が、ねじ軸２０のねじ溝２１に対応するように軸線Ｃに
沿って螺旋状に形成されている。このねじ溝３１も１条
であり、したがって、ナット３０のねじ溝３１において
も、ねじ軸２０と同様、ピッチＰとリードＬとが同じに
設定されている。ナット３０のねじ溝３１と、上述のね
じ軸２０のねじ溝２１との間には、断面がほぼ円形で全
体として螺旋状の転走路３２が構成される。なお、この
転走路３２には後述のボール５０が転動するものであ
る。ナット３０の外周面の一部には、平面部３３が形成
されており、この平面部３３には、軸線Ｃ方向について
の一方の端部と他方の端部とにぞれぞれ透孔３４、３５
が穿設されている。これら透孔３４、３５は、それぞれ
上述の螺旋状の転走路３２の一方の端部と他方の端部と
に連通している。ボール循環チューブ４０は、パイプ状
の部材をＵ字形に湾曲させて形成したものである。ボー
ル循環チューブ４０は、平面部３３にねじ止めされた取
付板６０によって固定されている。ボール循環チューブ
４０の一方の端部４１と他方の端部４２とは、それぞれ
上述のナット３０の透孔３４、３５に挿入されている。
ボール循環チューブ４０の内側には、次に説明するボー
ル５０の復路となる循環路４３が形成されており、この
循環路４３は、往路となる前述の転走路３２とともに、
閉ループ４４を構成している。ボール５０は、多数のも
のが、上述の閉ループ４４中に装填されている。ボール
５０は、転走路３２内を転動しながら移動し、また、循
環路４３中を移動することで、閉ループ４４中を循環す
るようになっている。前述のねじ軸２０とナット３０と
は、このボール５０を介して螺合されている。上述構成
のボールねじ１０は、次のように動作する。ねじ軸２０
とナット３０とが相対回転することにより、転走路３２
中をボール５０が転動し、これにより、ねじ軸２０とナ
ット３０とが軸線Ｃ方向に相対移動する。なお、以下の
説明においては、説明の便宜上、ねじ軸２０の回転運動
が、ボール５０を介してナット３０の軸線Ｃ方向の直線
運動に変換されるものとして説明する。以上で、本実施
形態のボールねじの基礎となるボールねじ１０の説明を
終える。次に、図３、図４、及び図５を介して、第１実
施形態に係るボールねじ６０について説明する。なお、
これらの図は、この順に、平面図、正面図（軸線Ｃ方向
から見た図）、軸心Ｃを含む断面図の一部拡大図であ
る。これらの図に示すボールねじ６０は、ねじ軸２０の
外周面には３条のねじ溝１ａ、２ａ、３ａが形成されて
おり、また、ナット３０の内周面には３条のねじ溝１
ｂ、２ｂ、３ｂが形成されている。そして、これらのね
じ溝によって、転走路１、２、３が構成され、これらに
はボール１ｃ、２ｃ、３ｃが介装されている。すなわ
ち、１本のねじ軸２０と、１個のナット３０と、３個の
ボール循環チューブ４０と、多数のボール１ｃ、２ｃ、
３ｃ等によって、図１、及び図２に示すボールねじ１０
の３個分に相当する構成となっており、３個分であると
いう点を除けば、基本的な構成は、ボールねじ１０と同
様となっている。以下、相違点を中心に、ボールねじ６
０について詳述する。なお、図１、及び図２に示すボー
ルねじ１０と同様の構成部材等については、同様の符号
を付してその重複説明は省略するものとする。ねじ軸２
０の外周面に形成された３本のねじ溝１ａ、２ａ、３ａ
は、それぞれの間の軸線Ｃ方向の距離、すなわちピッチ
Ｐが等しくなるように形成されている。そして、ピッチ
ＰとリードＬとの関係は、Ｌ＝３Ｐとなる。これに対
し、ナット３０の３条のねじ溝１ｂ、２ｂ、３ｂについ
ては、Ｌ＝３Ｐの関係はそのまま成立するものの、１部
のピッチが変更されている。すなわち、ねじ溝２ｂとね
じ溝３ｂとの間のピッチは、Ｐに設定されているが、ね
じ溝１ｂとねじ溝２ｂとの間のピッチは、Ｐよりも少し
長い、Ｐ＋Δ（ただし、Δ＞０）に設定されている。し
たがって、Ｌ＝３Ｐの関係を維持するため、ねじ溝１ｂ
と隣接するねじ溝３ｂの間のピッチは、Ｐ−Δとなる。
すなわち、ピッチＰの等しいねじ軸２０側のねじ溝１
ａ、２ａ、３ａを基準にしていうと、ナット３０側の３
条のねじ溝１ｂ、２ｂ、３ｂのうちの、ねじ溝２ｂ、３
ｂは、それぞれねじ軸２０側のねじ溝２ａ、３ａに対応
させて形成し、残りのねじ溝１ｂは、ねじ溝１ａに対し
て、図５中で右方にΔだけオフセットさせた位置に形成
している。ナット３０側のねじ溝１ｂのみをこのように
Δだけオフセットさせることにより、各転走路１、２、
３中にボール１ｃ、２ｃ、３ｃを介装した後において
は、ねじ軸２０側のねじ溝２ａ、３ａに対して、ナット
３０側のねじ溝２ｂ、３ｂが同図中の左方にΔ／２だけ
ずれ、また、ねじ溝１ａに対してねじ溝１ｂが同図中の
右方にΔ／２だけずれることになる。このようなずれに
よって、各ボール１ｃ、２ｃ、３ｃと、各ねじ溝１ａ、
２ａ、３ａ及びねじ溝１ｂ、２ｂ、３ｂとの接触点が図
５に示すようにずれる。すなわち、ボール３ｃにあって
は、ねじ溝３ａ中の左半部の点Ａ３とねじ溝３ｂ中の右
半部の点Ｂ３との２点で接触し、同様にボール２ｃでも
点Ａ２、Ｂ２で接触する。これに反し、ボール１ｃにあ
っては、逆に、ねじ溝１ａ中の右半部の点Ａ１とねじ溝
１ｂ中の左半部の点Ｂ１との２点で接触することにな
る。ここで、点Ａ１と点Ｂ１、点Ａ２と点Ｂ２、点Ａ３
と点Ｂ３を結ぶ直線をそれぞれ接触線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３
とすると、接触線Ｃ３と接触線Ｃ２との傾斜方向が同じ
になり、接触線Ｃ１の傾斜方向だけが逆向きになる。上
述の構成においては、ナット３０に負荷される矢印Ｆ１
方向の荷重に対しては、転走路２及び転走路３に収納さ
れているボール２ｃ及びボール３ｃが有効に作用するこ
とになり、この場合には、転走路２及び転走路３の巻数
の合計が矢印Ｆ１方向の荷重に対する有効巻数というこ
とになる。一方、ナット３０に負荷される矢印Ｆ２方向
の荷重に対しては、転走路１に収納されているボール１
ｃが有効に作用することになり、この場合には、転走路
１の巻数の合計が矢印Ｆ２方向の荷重に対する有効巻数
ということになる。ここで、一般に、ボールねじの負荷
容量は、有効巻数にほぼ比例するので、図５に示すボー
ルねじ６０においては、ナット３０に対する矢印Ｆ１方
向の荷重に対する負荷容量が、矢印Ｆ２方向の荷重に対
する負荷容量のほぼ２倍であるといえる。したがって、
図５に示すボールねじ６０を、例えば、工作機械等に実
装する際の向きとしては、ナット３０に加わる荷重のう
ちＦ１の向きに大きな荷重が加わる向きとするのがよ
い。なお、ここでいう低荷重とは、予圧を付与すること
ができさえすればよいという程度も含むものとする。ま
た、図５に示すボールねじ６０を前述の高速横型マシニ
ングセンタに装着する際には、同図中の右方を実際の上
方に向けた状態でセットするとよい。なお、上述の実施
例においては、ピッチのずれであるΔを適宜に変更させ
ることによっても、予圧の大きさや負荷容量を変化させ
ることが可能である。さらに具体的な数値をあげて説明
する。図５に示すボールねじ６０において、ねじ軸２０
の軸径を４０ｍｍ、ピッチＰを１０ｍｍ、ボール１ｃ、
２ｃ、３ｃを直径６．３５０ｍｍの鋼球とする。また、
高荷重側は、転走路２が２．５巻と転走路３が２．５巻
の計５巻となるのに対して、低荷重側は転走路１の２．
５巻となる。これらを基に、基本動定格荷重Ｃａを求め
ると、高荷重側では、Ｃａ＝５３００ｋｇｆ 、低荷重
側では、Ｃａ＝２９２０ｋｇｆ 、となり、前者が後者
のほぼ２倍となることがわかる。上述のように、ナット
３０の高荷重側を受ける側の有効巻数を、低荷重を受け
る側の有効巻数よりも多く設定することにより、高荷重
側の負荷容量を多くして高荷重に耐えるようにすること
ができる。このとき、低荷重側の有効巻数は、必要最小
限、例えば、予圧を付与するに十分な有効巻数に設定す
るとよい。これらにより、ナット３０における転走路全
体の総巻数を減らしてナット３０の軸線方向長さを短く
することが可能となる。上述の実施の形態においては、
ねじ軸２０及びナット３０のねじ軸が３条の場合につい
て説明したが、本発明はこれに限らず、原理的には、ね
じ溝が４条以上のすべてのボールねじに対しても同様に
適用することができる。この場合、ナット３０側の複数
のねじ溝のうち、オフセットさせるねじ溝の数と、オフ
セットさせないねじ溝の数とが異なるようにし、ボール
ねじの負荷容量の大小と、ナット３０に係る荷重の大小
とを対応させるようにすればよい。なお、ねじ軸２０及
びナット３０に形成するねじ溝の条数を、３条以上の奇
数に設定した場合においては、オフセットされるねじ溝
の本数と、オフセットされないねじ溝の本数とがおのず
から異なることになるので、これらのうち、本数の多い
方を高荷重側に振り当て、本数の少ない側を低荷重に振
り当てることにより、５条以上のものについても上述の
図５に示す３条のものと同様の作用効果を上げることが
できる。すなわち、高荷重に耐え、また必要な予圧を付
与することと、転走路全体の総巻数を減らしてナットの
軸線方向長さを短縮することとを両立させることができ
る。 〈第２実施形態〉次に、図６を参照して、第２実施形態
に係るボールねじ１６０について説明する。なお、図６
（ａ）は、ボールねじ１６０の平面図であり、図６
（ｂ）は、ボールねじ１６０の断面構造を説明する図で
ある。図示のボールねじ１６０は、ねじ軸１２０と、ダ
ブルナット１３０とを備える。ねじ軸１２０の外周面に
は１条のねじ溝１０１ａが形成されている。また、ダブ
ルナット１３０は一対の異なるナット１３０Ａ、１３０
Ｂを適当な間座１３８を介して固定したものであり、第
１ナット１３０Ａの内周面には、総巻数が約３．５巻で
１条のねじ溝１０１ｂが形成され、第２ナット１３０Ｂ
の内周面には総巻数が約１．５巻で１条のねじ溝１０１
ｃが形成されている。そして、内側のねじ溝１０１ａと
外側のねじ溝１０１ｂとによって第１転走路１０１ｄが
構成され、内側のねじ溝１０１ａと外側のねじ溝１０１
ｃとによって第２転走路１０１ｆが構成され、これらの
それぞれにはボール１０１が介装されている。なお、各
ナット１３０Ａ、１３０Ｂには、それぞれの転走路１０
１ｄ、１０１ｆの透孔に連通するボール循環チューブ１
４０Ａ、１４０Ｂがそれぞれ設けられており、各ボール
循環チューブ１４０Ａ、１４０Ｂは、各ナット１３０
Ａ、１３０Ｂの平面部１３３Ａ、１３３Ｂに取付板１６
０Ａ、１６０Ｂで固定されている。ねじ軸１２０の外周
面に形成されたねじ溝１０１ａは、ピッチＰが一定でリ
ードＬと等しくなるように形成されている。また、第１
ナット１３０Ａの内周面に形成されたねじ溝１０１ｂ
は、ピッチＰが一定でリードＬと等しくなるように形成
されており、第２ナット１３０Ｂの内周面に形成された
ねじ溝１０１ｃも、ピッチＰが一定でリードＬと等しく
なるように形成されている。ただし、ねじ溝１０１ｂと
ねじ溝１０１ｃとの間の軸線Ｃ方向の距離は、間座１３
８の厚みを調節することによってピッチＰの正数倍より
も少し長い、ｎ・Ｐ＋α（ただし、ｎは正数で、α＞
０）に設定されている。すなわち、ねじ軸１２０側のね
じ溝１０１ａを基準にしていうと、第１ナット１３０Ａ
側のねじ溝１０１ｂは、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１
ａに対応させて形成し、第２ナット１３０Ｂ側のねじ溝
１０１ｃは、ねじ溝１０１ａに対して、図６中で右方に
αだけオフセットさせた位置に形成している。つまり、
各転走路１０１ｄ、１０１ｄ中にボール１０１を介装し
た後においては、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１ａに対
して、第１ナット１３０Ａ側のねじ溝１０１ｂが同図中
の左方にα／２だけずれ、また、第２ナット１３０Ｂ側
のねじ溝１０１ｃに対して同図中の右方にα／２だけず
れることになる。このようなずれによって、第１ナット
１３０Ａ側のボール１０１にあっては、ねじ軸１２０側
のねじ溝１０１ａ中の左半部の点と、第１ナット１３０
Ａ側のねじ溝１０１ｂ中の右半部の点との２点で接触す
る。また、第２ナット１３０Ｂ側のボール１０１にあっ
ては、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１ａ中の右半部の点
と、第２ナット１３０Ｂ側のねじ溝１０１ｃ中の左半部
の点との２点で接触する。ここで、各ボール１０１の接
触点を結ぶ直線を、第１ナット１３０Ａ側と第２ナット
１３０Ｂ側とでそれぞれ接触線Ｃ１１、Ｃ１２とする
と、接触線Ｃ１１と接触線Ｃ１２との傾斜方向は、軸線
Ｃに対して同一角度で傾きが逆向きになる。上述の構成
においては、ダブルナット１３０に負荷される矢印Ｆ１
方向の荷重に対しては、第１ナット１３０Ａの転走路１
０１ｄに収納されているボール１０１が有効に作用する
ことになり、この場合には、転走路１０１ｄの総巻数
（約３．５巻）が矢印Ｆ１方向の荷重に対する有効巻数
ということになる。一方、ダブルナット１３０に負荷さ
れる矢印Ｆ２方向の荷重に対しては、第２ナット１３０
Ｂの転走路１０１ｆに収納されているボール１０１が有
効に作用することになり、この場合には、転走路１０１
ｆの総巻数（約１．５巻）が矢印Ｆ２方向の荷重に対す
る有効巻数ということになる。ここで、一般に、ボール
ねじの負荷容量は、有効巻数にほぼ比例するので、図６
に示すボールねじ１６０においては、ダブルナット１３
０に対する矢印Ｆ１方向の荷重に対する負荷容量が、矢
印Ｆ２方向の荷重に対する負荷容量のほぼ２倍であると
いえる。したがって、図６に示すボールねじ１６０を、
例えば、工作機械等に実装する際の向きとしては、ねじ
軸１２０の回転によってダブルナット１３０に加わる荷
重のうちがＦ１の向きに大きな荷重が加わる向きとする
のがよい。 〈第３実施形態〉次に、図７、及び図８を参照して、第
１実施形態のボールねじ６０の変形例である第３実施形
態に係るボールねじ２６０について説明する。なお、図
７（ａ）は、ボールねじ２６０の平面図であり、図７
（ｂ）は、ボールねじ２６０の側面図である。図７に示
すように、ボールねじ２６０は、条間オフセット予圧タ
イプで、ねじ軸２２０とナット２３０とを備える。ねじ
軸２２０の外周面には３条のねじ溝が形成されており、
また、ナット２３０の内周面にも３条のねじ溝が形成さ
れている。そして、これらのねじ溝によって形成される
３つの転走路にはボール１ｃ、２ｃ、３ｃが配置され
る。ナット２３０には、各ボール１ｃ、２ｃ、３ｃの転
送路に連通するボール循環チューブ２４０ａ、２４０
ｂ、２４０ｃがそれぞれ設けられており、各ボール循環
チューブ２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃは、ナット２３
０の周囲に形成された平面部２３３ａ、２３３ｂ、２３
３ｃにそれぞれ取付板２６０ａ、２６０ｂ、２６０ｃで
固定されている。図８に示すように、ねじ軸２２０の外
周面に形成された３本のねじ溝２０１ａ、２０２ａ、２
０３ａは、ピッチが等しくＰ＝１０なるように形成され
ている。そして、ピッチＰとリードＬとの関係は、Ｌ＝
３Ｐ＝３０となる。これに対し、ナット３３０の３条の
ねじ溝２０１ｂ、２０２ｂ、２０３ｂについては、Ｌ＝
３Ｐの関係はそのまま成立するものの、１部のピッチが
変更されている。すなわち、ねじ溝２０１ｂとねじ溝２
０２ｂとの間のピッチは、Ｐに設定されているが、ねじ
溝２０２ｂとねじ溝２０３ｂとの間のピッチは、Ｐより
も少し短い、１０−α（ただし、α＞０）に設定されて
いる。したがって、Ｌ＝Ｐ＝３０の関係を維持するた
め、ねじ溝２０１ｂと隣接するねじ溝２０３ｂの間のピ
ッチは、１０＋αとなる。ナット２３０側のねじ溝２０
３ｂをこのようにαだけオフセットさせることにより、
各転走路中にボール１ｃ、２ｃ、３ｃを介装した後にお
いては、ねじ軸２２０側のねじ溝２０１ａ、２０２ａに
対して、ナット２３０側のねじ溝２０１ｂ、２０２ｂが
同図中の左方にα／２だけずれ、また、ねじ溝２０３ａ
に対してねじ溝２０３ｂが同図中の右方にα／２だけず
れることになる。このようなずれによって、各ボール１
ｃ、２ｃと、ねじ軸２２０側のねじ溝２０１ａ、２０２
ａ及びナット２３０側のねじ溝２０１ｂ、２０２ｂとの
接触点は、ねじ溝２０１ａ、２０２ａ中の左半部の点
と、ねじ溝２０１ｂ、２０２ｂ中の右半部の点との２点
で接触する。一方、ボール３ｃと、ねじ軸２２０側のね
じ溝２０３ａ及びナット２３０側のねじ溝２０３ｂとの
接触点は、ねじ溝２０３ａ中の右半部の点と、ねじ溝２
０３ｂ中の左半部の点との２点で接触する。ここで、各
ボール１ｃ、２ｃ、３ｃの接触点を結ぶ直線をそれぞれ
接触線Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ２３とすると、接触線Ｃ２１
と接触線Ｃ２２との傾斜方向は一致し、接触線Ｃ２３の
傾斜方向は、軸線Ｃに対して同一角度で傾きが逆向きに
なる。上述の構成においては、ナット２３０に負荷され
る矢印Ｆ１方向の荷重に対しては、ボール１ｃ及びボー
ル２ｃが有効に作用することになる。一方、ナット２３
０に負荷される矢印Ｆ２方向の荷重に対しては、ボール
３ｃが有効に作用することになる。ここで、一般に、ボ
ールねじの負荷容量は、有効巻数にほぼ比例するので、
図７及び図８に示すボールねじ２６０においては、ナッ
ト２３０に対する矢印Ｆ１方向の荷重に対する負荷容量
が、矢印Ｆ２方向の荷重に対する負荷容量のほぼ２倍で
あるといえる。 〈第４実施形態〉次に、図９を参照して、第２実施形態
のボールねじ１６０の変形例である第４実施形態に係る
ボールねじ３６０について説明する。なお、図９（ａ）
は、ボールねじ３６０の平面図であり、図９（ｂ）は、
ボールねじ３６０の断面構造を説明する図である。図示
のボールねじ３６０は、オフセットリード予圧タイプで
あり、ねじ軸１２０とナット３３０とを備える。ねじ軸
１２０の外周面には１条のねじ溝１０１ａが形成されて
いる。ナット３３０の内周面には、１条で総巻数が約
３．５巻の第１ねじ溝３０１ｂと、１条で総巻数が約
１．５巻の第２ねじ溝３０１ｃとが形成されている。そ
して、内側のねじ溝１０１ａと外側のねじ溝３０１ｂと
によって第１転走路３０１ｄが構成され、内側のねじ溝
１０１ａと外側のねじ溝３０１ｃとによって第２転走路
３０１ｆが構成され、これらのそれぞれにはボール１０
１が介装されている。なお、ナット３３０の周囲には、
それぞれの転走路３０１ｄ、３０１ｆの透孔に連通する
ボール循環チューブ（図示を省略）がそれぞれ設けられ
ている。ねじ軸１２０の外周面に形成されたねじ溝１０
１ａは、ピッチＰが一定でリードＬと等しくなるように
形成されている。また、ナット３３０の内周面に形成さ
れた第１ねじ溝３０１ｂは、ピッチＰが一定でリードＬ
と等しくなるように形成されており、第２ねじ溝３０１
ｃも、ピッチＰが一定でリードＬと等しくなるように形
成されている。ただし、第１ねじ溝３０１ｂと第２ねじ
溝３０１ｃとの間の軸線Ｃ方向の距離は、ピッチＰの正
数倍よりも少し長い、ｎ・Ｐ＋α（ただし、ｎは正数
で、α＞０）に設定されている。すなわち、各転走路３
０１ｄ、３０１ｆ中にボール１０１を介装した後におい
ては、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１ａに対して、第１
ねじ溝３０１ｂが同図中の右方にα／２だけずれ、ま
た、第２ねじ溝３０１ｃに対して同図中の左方にα／２
だけずれることになる。このようなずれによって、第１
ねじ溝３０１ｂ側のボール１０１にあっては、第１ねじ
溝３０１ｂ中の左半分の点と、対向する内側のねじ溝１
０１ａ中の右半部の点との２点で接触する。また、第２
ねじ溝３０１ｃ側のボール１０１にあっては、第２ねじ
溝３０１ｃ中の右半分の点と、対向する内側のねじ溝１
０１ａ中の左半部の点との２点で接触する。ここで、各
ボール１０１の接触点を結ぶ直線を、第１ねじ溝３０１
ｂ側で接触線Ｃ３１とし、第２ねじ溝３０１ｃ側で接触
線Ｃ３２とすると、接触線Ｃ３１と接触線Ｃ３２との傾
斜方向は、軸線Ｃに対して同一角度で傾きが逆向きにな
る。上述の構成においては、ナット３３０に負荷される
矢印Ｆ１方向の荷重に対しては、第１ねじ溝３０１ｂ側
の転走路３０１ｄに収納されているボール１０１が有効
に作用することになり、この場合には、転走路３０１ｄ
の総巻数（約３．５巻）が矢印Ｆ１方向の荷重に対する
有効巻数ということになる。一方、ナット３３０に負荷
される矢印Ｆ２方向の荷重に対しては、第２ねじ溝３０
１ｂ側の転走路３０１ｆに収納されているボール１０１
が有効に作用することになり、この場合には、転走路３
０１ｆの総巻数（約１．５巻）が矢印Ｆ２方向の荷重に
対する有効巻数ということになる。つまり、図９に示す
ボールねじ３６０においては、ナット３３０に対する矢
印Ｆ１方向の荷重に対する負荷容量が、矢印Ｆ２方向の
荷重に対する負荷容量のほぼ２倍であるといえる。 〈第５実施形態〉次に、図１０を参照して、第２実施形
態のボールねじ１６０の変形例である第５実施形態に係
るボールねじ４６０について説明する。なお、図１０
は、ボールねじ４６０の断面構造を説明する図である。
ボールねじ４６０は、間座予圧タイプであり、一条のね
じ軸１２０と、ダブルナット４３０とを備える。ダブル
ナット４３０は一対の異なるナット４３０Ａ、４３０Ｂ
を適当な間座４３８を介して固定したものである。第１
ナット４３０Ａの内周面には、１条のねじ溝４０１ｂと
ともにボール循環を行うためのコマ４０１ｇが４つ形成
されており、コマ４０１ｇで連結した約１巻単位で４循
環するようになっている。第２ナット４３０Ｂの内周面
には、１条のねじ溝４０１ｃとともにボール循環を行う
ためのコマ４０１ｇが３つ形成されており、コマ４０１
ｇで連結した約１巻単位で３循環するようになってい
る。ねじ軸１２０の外周面に形成されたねじ溝１０１ａ
は、ピッチＰが一定でリードＬと等しくなるように形成
されている。また、第１ナット４３０Ａの内周面に形成
されたねじ溝４０１ｂは、ピッチＰが一定でリードＬと
等しくなるように形成されており、第２ナット４３０Ｂ
の内周面に形成されたねじ溝４０１ｃも、ピッチＰが一
定でリードＬと等しくなるように形成されている。ただ
し、ねじ溝４０１ｂとねじ溝４０１ｃとの間の軸線Ｃ方
向の距離は、間座４３８の厚みを調節することによって
ピッチＰの正数倍よりも少し長い、ｎ・Ｐ＋α（ただ
し、ｎは正数で、α＞０）に設定されている。すなわ
ち、両ナット４３０Ａ、４３０Ｂにボール１０１を挿入
した後においては、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１ａに
対して、第１ナット４３０Ａ側のねじ溝４０１ｂが同図
中の右方にα／２だけずれ、また、第２ナット４３０Ｂ
側のねじ溝４０１ｃに対して同図中の左方にα／２だけ
ずれることになる。このようなずれ（オフセット）によ
って、第１ナット４３０Ａ側のボール１０１にあって
は、ねじ軸１２０側のねじ溝１０１ａ中の右半部の点
と、第１ナット４３０Ａ側のねじ溝４０１ｂ中の左半部
の点との２点で接触する。また、第２ナット４３０Ｂ側
のボール１０１にあっては、ねじ軸１２０側のねじ溝１
０１ａ中の左半部の点と、第２ナット４３０Ａ側のねじ
溝４０１ｃ中の右半部の点との２点で接触する。つま
り、ボール１０１の接触線の傾斜方向は、第１ナット４
３０Ａ側と第２ナット４３０Ｂ側とで、軸線Ｃに対して
それぞれ同一角度で傾きが逆になる。上述の構成におい
ては、ダブルナット４３０に負荷される矢印Ｆ１方向の
荷重に対しては、第１ナット４３０Ａに収納されている
ボール１０１が有効に作用することになり、その総巻数
（約４回）が矢印Ｆ１方向の荷重に対する有効巻数とい
うことになる。一方、ダブルナット４３０に負荷される
矢印Ｆ２方向の荷重に対しては、第２ナット４３０Ｂに
収納されているボール１０１が有効に作用することにな
り、その総巻数（約３回）が矢印Ｆ２方向の荷重に対す
る有効巻数ということになる。つまり、図１０に示すボ
ールねじ４６０においては、ナット４３０に対する矢印
Ｆ１方向の荷重に対する負荷容量が、矢印Ｆ２方向の荷
重に対する負荷容量のほぼ４／３倍であるといえる。な
お、上記第４実施形態において、ダブルナット４３０の
内面に形成されるねじ溝４０１ｂ、４０１ｃの形状及び
配置を変更しないで、シングルナットの構造にすれば、
オフセットリード予圧タイプのボールねじとなり、上記
と同様に、このシングルナットに対する矢印Ｆ１方向の
荷重に対する負荷容量が、逆の矢印Ｆ２方向の荷重に対
する負荷容量のほぼ４／３倍となる。 〈第６実施形態〉次に、第６実施形態に係るボールねじ
について説明する。第６実施形態のボールねじは、エン
ドキャップ式ボールねじである。そして、第２実施形態
や第５実施形態の場合と同様に、ダブルナットで間座予
圧タイプとする。第６実施形態に係るボールねじの場
合、ダブルナットを構成する第１ナット及び第２ナット
の巻数を異なるものとするとともに第１及び第２ナット
間の間隔を調節して予圧を付与する。具体的には、第１
ナットを例えば高負荷を受け持つ側として、第１ナット
の有効巻数を第２ナット有効巻数よりも多くすることに
より、第１ナットの負荷容量を多くして高荷重に耐える
ようにすることができ、第２ナットの負荷容量を必要最
小限にすることができる。なお、上記第６実施形態にお
いて、ダブルナットの内面に形成されるねじ溝の形状及
び配置を変更しないで、シングルナットの構造にすれ
ば、オフセットリード予圧タイプのボールねじとなり、
上記と同様に、シングルナットに対する軸線に沿った一
方向の荷重に対する負荷容量と逆方向の荷重に対する負
荷容量とを適当な比率とすることができる。 〈第７実施形態〉次に、図１１を参照して、第７実施形
態に係るボールねじ５６０について説明する。第６実施
形態のボールねじ５６０は、エンドキャップ式ボールね
じである。第７実施形態に係るボールねじ５６０の場
合、条間オフセット予圧タイプで、ねじ軸５２０とナッ
ト５３０とを備える。ねじ軸５２０の外周面には４条の
ねじ溝５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ、５０４ａが形成
されており、また、ナット５３０の内周面にも４条のね
じ溝５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｂ、５０４ｂが形成さ
れている。そして、これらのねじ溝によって形成される
４つの転走路にはボール１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃが配置
される。なお、ナット５３０には、図示を省略するが、
各ボール１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃの転送路に連通するボ
ール循環穴及びエンドキャップが形成されている。ねじ
軸５２０の外周面に形成された４本のねじ溝５０１ａ、
５０２ａ、５０３ａ、５０４ａは、ピッチが等しくＰ＝
１０なるように形成されている。そして、ピッチＰとリ
ードＬとの関係は、Ｌ＝４Ｐ＝４０となっている。これ
に対し、ナット５３０の４条のねじ溝５０１ｂ、５０２
ｂ、５０３ｂについては、Ｌ＝４Ｐの関係はそのまま成
立するものの、１部のピッチが変更されている。すなわ
ち、ねじ溝５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｂ間のピッチ
は、１０に設定されているが、ねじ溝５０３ｂ、５０４
ｂ間のピッチは、１０よりも少し短い、１０−αに設定
されている。したがって、Ｌ＝Ｐ＝４０の関係を維持す
るため、ねじ溝５０４ｂ、５０１ｂ間のピッチは、１０
＋αとなる。ナット５３０側のねじ溝５０４ｂをこのよ
うにαだけオフセットさせることにより、各転走路中に
ボール１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃを介装した後において
は、ねじ軸５２０側のねじ溝５０１ａ、５０２ａ５０３
ａに対して、ナット５３０側のねじ溝５０１ｂ、５０２
ｂ、５０３ｂが同図中の右方にα／２だけずれ、また、
ねじ溝５０４ａに対してねじ溝５０４ｂが同図中の左方
にα／２だけずれることになる。このようなずれによっ
て、各ボール１ｃ、２ｃ、３ｃの、ねじ軸５２０側のね
じ溝５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ及びナット５３０側
のねじ溝５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｃに関する接触線
Ｃ４１の傾斜方向は、ボール４ｃの、ねじ軸５２０側の
ねじ溝５０４ａ及びナット５３０側のねじ溝５０４ｂに
関する接触線Ｃ４２の傾斜方向に対して、軸線Ｃに対し
て同一角度で傾きが逆向きになる。つまり、図１１に示
すボールねじ５６０においては、ナット５３０に対する
矢印Ｆ１方向の荷重に対する負荷容量が、矢印Ｆ２方向
の荷重に対する負荷容量のほぼ４倍であるといえる。

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
前記ナットの高負荷を受け持つ側の有効巻数をナットの
低負荷を受け持つ側の有効巻数よりも多くすることによ
り、高荷重側の負荷容量を多くして高荷重に耐えるよう
にすることができ、しかも、低荷重側の有効巻数を必要
最小限、例えば、予圧を付与するに十分な有効巻数に設
定することができる。すなわち、高い荷重に耐え、しか
も必要な予圧を付与できるものでありながら、転走路全
体の総巻数を減らしてナットの軸線方向長さを短縮する
ことができる。又、ねじ軸側よりもはるかに短いナット
側の溝ピッチを変更したためピッチの管理が容易であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るボールねじの基礎となるボールね
じの平面図である。

【図２】同じく軸線に直角な方向の断面図である。

【図３】本発明に係る第１実施形態のボールねじの平面
図である。

【図４】図３のボールねじを軸線方向から見た図であ
る。

【図５】図３のボールねじの軸線を含む断面の一部拡大
図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態のボールねじ
の平面図及び断面構造図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態のボールねじ
の平面図及び側面図である。

【図８】図７のボールねじの断面構造図である。

【図９】（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態のボールねじ
の断面図及び断面構造図である。

【図１０】第５実施形態のボールねじの断面図である。

【図１１】第７実施形態のボールねじの断面構造図であ
る。

【符号の説明】

１、２、３、４４ 転走路 １ａ、２ａ、３ａ、２１ ねじ軸側のねじ溝 １ｂ、２ｂ、３ｂ、３１ ナット側のねじ溝 １ｃ、２ｃ、３ｃ、５０ ボール ２０ ねじ軸 ３０ ナット ４０ ボール循環チューブ Ｃ 軸線 Ｌ リード Ｐ ピッチ Δ ピッチのオフセット量

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周面にねじ溝を有するねじ軸と、内周
   面にねじ溝を有するナットとを、これらねじ溝によって
   構成された転走路中を転動する多数のボールを介して螺
   合し、前記ねじ軸と前記ナットとをこれらの相対回転に
   基づいてねじ軸の軸線方向に相対移動させてなるボール
   ねじにおいて、 前記ナットの受ける荷重が当該ナットの軸方向において
   方向性を有し、前記ナットのねじ溝をオフセットし、か
   つ、前記ナットの高負荷を受け持つ側の有効巻数をナッ
   トの低負荷を受け持つ側の有効巻数よりも多くしたこと
   を特徴とするボールねじ。