JP2005299719A - 自動車用ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】 循環部についてコンパクト化が図れ、また駒部材の固定の信頼性が確保でき、低コスト化、量産性にも優れ、かつ循環部の等配性，自由配置性に優れた自動車用ボールねじを提供する。
【解決手段】 このボールねじ１は、自動車用のアクチュエータに使用されるものであって、ねじ軸２およびナット３と、そのねじ溝４，５間に介在するボール６とでなる。ナット３は、ボール６の循環用の部品として駒部材７が設けられている。駒部材７は、ナット３に内外面に貫通して形成された嵌合用開口８に嵌合する。駒部材７は、ナット３のねじ溝５に係合する一対のウイング部１０を有し、かつナット３の外径部に固定される一対の加締部１１を有する。駒部材７は、メタルインジェクションモールディング法で製造された焼結合金製とされる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、自動車における自動マニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）のシフト用やセレクト用アクチュエータ、その他各種の自動車用アクチュエータに使用されるボールねじに関する。

ボールねじの循環形式として、駒式や、リターンチューブ式、ガイドプレート式、エンドキャップ式等の各種のものがある。駒式のボールねじは、ナットに駒部材を循環部材として設けたものであり、上記駒部材には、ナットのねじ溝間を連結してボールを循環させる連結溝が設けられる。駒式のボールねじは、コンパクト性に優れ、また循環部が円周方向に等配可能で、ナット回転で用いられる場合に動的バランスが良いため、ナット回転用途で用いられることが多い。また、駒式であると、循環部の間隔を自由に配置し、負荷容量等に対応したボール列の間隔の設計に自由度が高く得られる。
また、自動車用用途では、スペース的な制約が多く、コンパクト性が強く要求されるため、駒式が用いられることが多い。
駒式のボールねじにおいて、その駒部材は冷間鍛造により加工されることが多い（例えば特許文献１）。

また、従来、駒式のボールねじにおいて、一つの駒部材に複数の連結溝を設け、ねじ溝リードを小さくすること、およびナット内のボール循環個数の増大による負荷容量の増大を図ったものが提案されている（特許文献２）。この提案例において、複数の連結溝を有する駒部材を、射出成形技術を用いた焼結合金製（ＭＩＭ製）とすることも提案されている。同提案例には、駒部材を塑性変形で固定することや、ナットのねじ溝に係合するウイング部を駒部材に設けること等も提案されている。ウイング部が設けられていると、駒部材の抜け止めが確実となる。
特開平１０−８２４５８号公報 特開２００１−２８９３０１号公報

従来の一般的な駒部材のように、冷間鍛造で加工する場合、駒部材が上記ウイング部等を有する複雑な形状であると、加工度が高いために割れ等が発生する恐れがある。割れないように加工するには、コスト高になる。また、従来の一般的な駒部材は、ナットに形成された嵌合用開口に、外径側から挿入し、駒部材の上部に確保された空間部に接着剤等の樹脂剤を充填してその固定を行っていた。あるいはナットの駒部材の近傍にタップ加工を施し、ねじで固定することも行われていた。しかし、樹脂の場合は、樹脂の脱脂等の条件が不十分な場合、駒の脱落の恐れがある。また、タップ加工後にねじ固定する構成は、タップ部を浸炭防止してねじの強度を確保する必要がある。そのため、自動車用等に大量生産して、かつ製品として信頼性を確保することが非常に難しい。

上記特許文献２に示された例は、射出成形技術を用いた焼結合金製（ＭＩＭ製）であるため、駒部材が複雑な形状であっても成形性に優れたものとなる。駒部材の固定についても、ナットのねじ溝に係合するウイング部等を設け、また加締固定を採用するため、信頼性の高い固定が行え、量産にも適したものとなる。しかし、一つの駒部材に複数の連結溝を設けたものであるため、駒式のボールねじの利点である循環部の円周方向の等配性や自由配置性を十分に発揮させることが難しい。また、ウイング部と加締部とが駒部材の同じ側面に設けられているため、駒部材の成形が難しく、駒部材の形状によっては安定性が不十分となることがある。

この発明の目的は、循環部についてコンパクト化が図れ、また駒部材の固定の信頼性が確保でき、低コスト化、量産性にも優れ、かつ循環部の等配性，自由配置性にも優れた自動車用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、駒部材の成形の容易化、および駒部材の固定の安定性を向上させることである。

この発明の自動車用ボールねじは、自動車用アクチュエータに使用される駒式のボールねじであって、ボールを転走させるねじ溝が対向して形成されたねじ軸およびナットと、前記対向するねじ溝間に介在した複数のボールと、前記ナットに形成された嵌合用開口に嵌合する駒部材とを備える。この駒部材は、前記ナットのねじ溝同士を連結してボールを循環させる１条の連結溝を有し、メタルインジェクションモールディング法で製造されたものであって、かつ前記ナットのねじ溝に係合して駒部材がナット外径側へ脱落することを阻止するウイング部を有するものとしたことを特徴とする。メタルインジェクションモールディング法は、射出成形技術を用いた粉末冶金法であり、駒部材は焼結合金製とされる。

この構成によると、駒部材が、ナットのねじ溝に係合するウイング部を有するため、駒部材がナット外径側へ脱落することが確実に阻止される。ウイング部を有するため、駒部材は形状が複雑になるが、メタルインジェクションモールディング法で製造されるため、複雑な形状であっても無理なく、かつ精度良く製造することができ、量産性にも優れる。ウイング部をナットのねじ溝に嵌合した場合、その寸法バラツキはそのまま駒部材の連結溝とナットねじ溝との段差精度に直結するが、メタルインジェクションモールディング法によると、精度良く製造でき、駒部材の循環溝における端部のボールすくい面とナットのねじ溝内面との段差の管理が容易であり、円滑なボールの循環が行える。これらのため、駒部材の固定の信頼性が高く、低コスト化、量産性にも優れたものとなる。また、駒部材を用いるため、他の循環形式に比べて循環部のコンパクト性に優れ、かつこの駒部材は連結溝を１本のみ有するものとしたため、複数設けるものに比べて循環材の等配性や自由配置性にも優れたものとなる。

この発明の自動車用ボールねじにおいて、前記駒部材はナットの外径部に固定される加締部を有するものであっても良い。
この加締部を設けた場合、駒部材は、ナットの外径側へはウイング部で抜け止めされ、加締部で内径側への抜け止めが行われる。これにより、組立時の駒部材の落下防止、および加締後の駒部材のナットに対する装着状態の安定化が達成され、信頼性がより一層向上する。また、加締加工で固定するため、加工性、量産性にも優れたものとなる。

前記加締部は、駒部材の長手方向に両端に設けることが好ましい。駒部材は、連結溝を１条のみ形成したものであると、その連結溝の延びる方向に長い細長形状となる。この場合に、駒部材の長手方向の両端に加締部があると、駒部材のナットヘの固定がより安定する。また、加締部が長手方向の両端に配置されていると、ウイング部の突出方向と重複せず、そのため駒部材の成形が容易になる。

前記駒部材は、ナットの外径側の面における駒部材長手方向の中央にフラット面部を有するものとすることが好ましい。また、このフラット面部は、駒部材の長手方向全幅の５０％以上とすることがより好ましい。
ウイング部、あるいはさらに加締部を設ける場合、駒部材は嵌合のずれ等を無くすために高精度に製造することが要求される。メタルインジェクションモールディング法によると高精度な製造が可能であるが、駒部材の形状によっては、真空炉等で焼成するときに、自重によって精度が低下する恐れがある。このような課題に対して、駒部材に上記フラット面部が設けてあると、焼成中にそのフラット面部で支持台等に載せておくことにより、自重による変形の防止の効果が得られる。この場合に、フラット面部の割合が小さくなると、変形防止効果が不十分で、精度維持が困難であるが、フラット面部が駒部材の長手方向全幅の５０％以上であると、精度確保に好適である。

この発明の自動車用ボールねじは、自動車用アクチュエータに使用される駒式のボールねじであって、ボールを転走させるねじ溝が対向して形成されたねじ軸およびナットと、前記対向するねじ溝間に介在した複数のボールと、前記ナットに形成された嵌合用開口に嵌合し前記ナットのねじ溝同士を連結してボールを循環させる１条の連結溝を有する駒部材とを備え、この駒部材は、メタルインジェクションモールディング法で製造されたものであって、前記ナットのねじ溝に係合して駒部材がナット外径側へ脱落することを阻止するウイング部を有するものとしたため、循環部についてコンパクト化が図れ、また駒部材の固定の信頼性が確保でき、低コスト化、量産性にも優れ、かつ循環部の等配性，自由配置性にも優れたものとなる。
特に、駒部材がナットの外径部に固定される加締部を有し，その加締部が駒部材の両端に配置されていると、駒部材のナットへの固定が安定し、かつウイング部および加締部の両方を有する複雑な形状でありながら、駒部材の成形が容易となる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図６と共に説明する。このボールねじ１は、自動車用のアクチュエータに使用される駒式のボールねじであって、ねじ軸２およびナット３と、これらねじ軸２およびナット３の対向面に形成されたねじ溝４，５間に介在するボール６とでなる。ねじ溝４，５は、ボール６を転走される螺旋状の溝である。この実施形態の自動車用ボールねじ１を使用する自動車用アクチュエータは、自動車の手動マニュアルトランスミッションであるが、この他に、パワーステアリング、後輪操舵装置等であって良い。

ナット３は、ボール６を循環用の部品として駒部材７が設けられている。駒部材７は、ナット３に内外面に貫通して形成された嵌合用開口８に嵌合し、ナット３の螺旋状のねじ溝５の隣合う各周の部分同士を連結する１条の連結溝９を内面に形成した部材である。この連結溝９により、ねじ軸２とナット３のねじ溝４，５間で形成される螺旋条のボール転走路が周回経路となり、ボール６がこの周回経路を循環移動する。ボール６は、連結溝９を通過するときは、ねじ軸２のねじ溝４のねじ山を乗り超えることになる。

このような駒式のボールねじ１において、この実施形態は、駒部材７が、ナット３のねじ溝５に係合する一対のウイング部１０を有し、かつナット３の外径部に固定される一対の加締部１１を有するものとされている。また、駒部材７は、メタルインジェクションモールディング法で製造された焼結合金製とされている。駒部材７の概略形状を図１（Ｄ）に示す。図１（Ｃ）は、図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

駒部材７は、図１（Ｂ）に示すように、連結溝９がナット軸心Ｏに対するねじ溝５の傾斜方向と交差する方向に傾斜して延びており、この連結溝９の延びる方向が駒部材７の長手方向となる。連結溝９の平面形状は、両端がねじ溝５に滑らかに続くように、略Ｓ字状とされている。
ウイング部１０は、駒部材７がナット外径側へ脱落することを阻止する部分である。ウイング部１０は、駒部材７における長手方向に沿う両側の側面に、ナットねじ溝５の延びる方向に沿って突出しており、これらナットねじ溝５に嵌合するものとされる。駒部材７は、ナット３の内側から嵌合用開口８に嵌合状態に挿入され、両側のウイング部１０がナットねじ溝５に嵌合させられる。

加締部１１は、駒部材７の長手方向の両端に、ナット外径側へ突出する突片として設けられる。これら加締部１１は、駒部材７の製造時は図６（Ａ）のように直立状態に形成され、これを図６（Ｂ）のように根元部分で屈曲するように駒部材長手方向の外側へ斜めに傾斜するように加締る。これにより、加締部１１は、図１（Ｃ）のように、ナット３の嵌合用開口８のナット外径側の開口縁に設けられた広がり部８ａに係合する。
嵌合用開口８の平面形状は、図４（Ｃ），（Ｄ）に示すように、両端が半円状となったトラック形状とされる。広がり部８ａは、この嵌合用開口８の両端の半円状部分に、外径側が次第に広がる断面テーパ状の座繰り状部分として形成されている。このテーパ状となった広がり部８ａに、加締部１１が加締によって押し付けられる。

このように、駒部材７は、ナット３の内径側にウイング部１０が係合し、かつ外径側に加締部１１が係合することにより、ナット３に固定される。

駒部材７の形状を図６と共に説明する。駒部材７は、ナット外径側の面における長手方向の中央がフラット面部７ａとされ、フラット面部７ａの両側に切欠状部７ｂを介して上記加締部１１となる突片が設けられている。フラット面部７ａは、駒部材７の製造過程における焼成時に台（図示せず）の上に載せる面であり、平面部分である。両側の加締部１１となる突片は、その先端がフラット面部７ａと同じかまたはフラット面部７ａよりも引っ込んだ位置となる長さとされる。フラット面部７ａの長さＬａは、駒部材７の長手方向全幅Ｌの５０％以上とされる。例えば、全幅Ｌが１１mmの場合に、フラット面部７ａの長さＬａが５．６mmとされる。駒部材７の射出成形時のゲート１９は、ウイング部１０の先端面に設けることが好ましい。

図１のねじ軸２，ナット３，および駒部材７の詳細および材質等を説明する。図２に示すように、ねじ軸２のねじ溝４の形成範囲は両端を除く部分とされ、一端にカップリング嵌合部１３が設けられている。ねじ軸２は、鋼材からからなり、ねじ溝４は転造されて、ねじ溝４およびカップリング嵌合部１３が高周波焼入れ等で熱処理され、あるいは全体に浸炭焼入れ等の熱処理が施される。

ナット３は、図３に示すように、外周面に一対のトラニオン軸部１４を有している。ナット４は、図４に示すように、嵌合用開口８が複数箇所（図示の例では４箇所）に設けられ、各嵌合用開口８に駒部材７が固定される。ナット４は、鋼材からなり、そのねじ溝５は、例えばタッピング等の切削により加工され、その後に熱処理される。熱処理には真空下による浸炭焼入等が施されたもの、あるいは下ねじを加工後、ガス浸炭等の熱処理後に、めねじ研削によって仕上げたものが採用される。

駒部材７は、上記のようにメタルインジェクションモールディング法（以下「ＭＩＭ」と略称する）で製造され、焼結合金製とされる。ＭＩＭは、金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形した後、焼成する方法である。具体的には、例えば、金属粉と、プラスチックおよびワックスからなるバインダとを混練機で混練し、その混練物をペレット状に増粒する。前記金属粉としては、後に浸炭焼入れが可能な材質が好ましく、炭素およびニッケルを含む鉄とされる。前記のように造粒したペレットは、射出成形機（図示せず）のポッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で注入することにより成形する。射出成形機はプラスチック用のものと同様のもので良い。成形された駒部材７の未焼結体は、真空炉内等で浸炭処理等の熱処理を施し、焼成する。

この構成の自動車用ボールねじ１によると、駒部材７にナットねじ溝５に嵌合するウイング部１０を内径部より張出させ、外径側で加締部１１により固定を行う構成としたため、駒部材７を堅固に固定することができる。また、固定作業が簡単である。すなわち、組立時の駒部材７の落下防止、および加締後の駒部材７の装着の安定化が達成される。
ナットねじ溝５にウイング部１０を嵌合する構成とした場合、その寸法ばらつきはそのまま駒部材７の連結溝９におけるすくい面と、ナットねじ溝５との段差精度に直結する。そのため、ウイング部１０の精度が安定していないと、この嵌合構造は成り立たない。しかし、駒部材７はＭＩＭ製としたため、精度の良い固定が可能である。一般の焼結部品の場合は、±０．１〜０．２mmの公差が必要であるが、ＭＩＭの場合、±０．０５mmの公差内に仕上げることが可能である。そのため、上記段差精度の確保が可能で、円滑なボール６の循環を行うことが可能となる。自動車用のアクチュエータ、特にトランスミッション用のアクチュエータは、運転者の操作のフィーリングに影響するため、円滑な動作が望まれる。

駒部材７の加締部１１が駒部材長手方向の両端に設けられている場合、駒部材７のナット３への固定の安定性がより一層向上する。また、駒部材７にウイング部１０と突片状の加締部１１とを設けながら、その方向が重複しないため、射出成形等による金型形状が簡素となり、成形が容易である。

また、駒部材７は、ナット外径側の面にフラット面部７ａを設け、このフラット面部７ａの長さＬａを駒部材７の長手方向全幅Ｌの５０％以上としたため、焼成時の駒部材７の変形が防止される。駒部材７は、真空炉等で焼成するが、このとき、図６（Ａ）に示す姿勢とは上下逆にし、フラット面部７ａで台（図示せず）に載せて焼成する。このとき、未焼成の駒部材７は、自重によって非支持部分となる両端が下がるように変形する恐れがあるが、フラット面部７ａの長さＬａが全幅の５０％以上であると、上記の変形が十分に防止され、精度確保に好適である。

駒部材７は連結溝９を１本のみ有するものとしたが、そのため、駒部材７に複数の連結溝９を並べて設けるものに比べて連結溝９の等配性や自由配置性にも優れたものとなる。すなわち、ボール６が循環する長さは、駒部材７の連結溝９の配置間隔によって定まるが、駒部材７が連結溝９を１本のみ有するものであると、駒部材７の配置を変えることによって連結溝９の位置を自由に変えて設計することが可能である。そのため、ボール循環列の間隔を自在に設定して耐モーメント荷重等を向上させることができる。

図７はこの発明の他の実施形態を示す。この実施形態の自動車用ボールねじ１Ａは、ナット３に、第１の実施形態におけるトラニオン軸部１４（図２）を有しておらず、他の部品係合用の溝１６が設けられている。ナット３の駒部材７は、両端に位置して２個設けられている。この実施形態におけるその他の構成，効果は、図１ないし図６に示した第１の実施形態と同様である。

図８〜図１０は、これらの実施形態に係るボールねじ１，１Ａを使用した自動マニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）におけるシフト機構の一例を示す。このシフト機構３０は、ハウジング３１内に複数本平行に設置された進退自在な任意のシフトレール３２を、その長手方向（Ｙ方向）に移動させることで、シフト動作、つまり変速ギヤ（図示せず）の切換を行うものである。各シフトレール３２は、切欠３２ａを有していて、図９のシフトフィンガ３３が係合可能である。このシフトフィンガ３３の係脱により、進退動作させるシフトレール３２が選択される。

シフトフィンガ３３を上記選択のために進退させるを動作に、第１のモータ３４および第１のボールねじ３６が用いられる。また、シフトフィンガ３３を揺動させてシフトレール３２を進退させる動作に、図１０の第２のモータ３５および第２のボールねじ３７が用いられる。図９の第１のボールねじ３６には、図７に示した実施形態のボールねじ１Ａが用いられる。図１０の第２のボールねじ３７には図１ないし図６に示した実施形態のボールねじ１が用いられる。

図９において、ハウジング３１に第１のシャフト部材３８が進退自在に設置され、その外周にスリーブ３９が進退のみ自在に嵌合している。スリーブ３９は、第１のシャフト３８と一体に回動が可能である。このスリーブ３９に、上記シフトフィンガ３４が設けられている。第１のシャフト部材３８と平行に、第１のボールねじ３６のねじ軸２が配置されてハウジング３１に回転自在に支持され，ねじ軸２の一端は第１のモータ３４の出力軸にカップリング４０を介して回転伝達可能に連結されている。ボールねじ３６のナット３は、溝１６（図７）を有していて、この溝１６に、スリーブ３９に設けられた係合片４１がナット進退方向に係合する。この係合のため、モータ３４でボールねじ３６のねじ軸２を回転させることにより、そのナット３が進退し、ナット３と共に、スリーブ３９およびシフトフィンガ３３を進退させることができる。この進退により、任意のシフトレール３２の切欠３２ａにシフトフィンガ３３を係合させることができる。

図１０において、第２のボールねじ３７のねじ軸２は、ハウジング３１に回転自在に設置されていて、モータ３５の出力軸にカップリング４２を介して回転伝達可能に連結されている。ボールねじ３７のナット３に設けられたトラニオン軸部１６は、レバー４４に設けられた係合切欠４４ａに係合している。レバー４４は、ハウジング３１に支持部４５によって回動自在に支持された回動シャフト４６と一体に固定されており、回動シャフト４６の軸心回りに正逆揺動自在である。第２のモータ３５により第２のボールねじ３７のねじ軸２を回転させると、ナット３が進退し、このナット３の進退により、レバー４４と共に回動シャフト４６が回動させられる。回動シャフト４６は、図９の第１のシャフト３８と平行に設けられていて、レバー等の駆動伝達手段（図示せず）を介し、その回動を第１のシャフト３８に伝達可能である。このため、第２のモータ３５で第２のボールねじ３７のねじ軸２を回転させ、これによりそのナット３を進退させることにより、レバー４４、回動シャフト４６、および第１のシャフト３８を介してスリーブ３９が回動させられる。このスリーブ３９の回動により、そのシフトフィンガ３４が係合したシフトレール３２を進退させ、変速ギヤ（図示せず）の切換動作が行える。

この自動マニュアルトランスミッションは、このように２つのボールねじ３６，３７を備えていて、これらのボールねじ３６，３７に、前記各実施形態の自動車用ボールねじ１Ａ，１がそれぞれが用いられる。

（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかる自動車用ボールねじの一部省略断面図、（Ｂ）はそのナットの駒部材嵌合部分を示す部分展開図、（Ｃ）は同ナットの駒部材嵌合部分の縦断面図、（Ｄ）は同駒部材の概略斜視図である。 同自動車用ボールねじの正面図である。 そのナットの正面図および一部省略側面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ同ナットの断面図、展開図、嵌合用開口形成部分の拡大断面図、および嵌合用開口の正面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ駒部材をナットの内径側から見た図である下面図、ナットの外径側から見た図である平面図、および側面図である。 同駒部材の断面図およびその加締部の加締後の状態の断面図である。 この発明の他の実施形態にかかる自動車用ボールねじの正面図である。 同ボールねじを用いた手動マニュアルトランスミッションの切換機構の平面図である。 図８のＡ−Ａ線拡大断面図である。 図８のＢ−Ｂ線拡大断面図である。

符号の説明

１，１Ａ…ボールねじ
２…ねじ軸
３…ナット
４，５…ねじ溝
６…ボール
７…駒部材
８…嵌合用開口
８ａ…広がり部
９…連結溝
１０…ウイング部
１１…加締部

Claims (4)

1. 自動車用アクチュエータに使用される駒式のボールねじであって、ボールを転走させるねじ溝が対向して形成されたねじ軸およびナットと、前記対向するねじ溝間に介在した複数のボールと、前記ナットに形成された嵌合用開口に嵌合する駒部材とを備え、前記駒部材は、前記ナットのねじ溝同士を連結してボールを循環させる１条の連結溝を有し、メタルインジェクションモールディング法で製造されたものであって、前記ナットのねじ溝に係合して駒部材がナット外径側へ脱落することを阻止するウイング部を有するものとしたことを特徴とする自動車用ボールねじ。
2. 請求項１において、前記駒部材はナットの外径部に固定される加締部を有するものである自動車用ボールねじ。
3. 請求項２において、前記加締部は、駒部材の長手方向に両端に設けた自動車用ボールねじ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記駒部材のナットの外径側の面における駒部材長手方向の中央にフラット面部を有し、このフラット面部を駒部材の長手方向全幅の５０％以上とした自動車用ボールねじ。
   

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