JP2006090436A - 駒式ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】
駒部材の組立作業が簡単で、ボールの円滑な転動を許容して異常音や振動の発生を防止した駒式ボールねじを提供する。
【解決手段】
ナット３の胴部に穿設された駒窓６に嵌合され、転動路を周回経路とする連結溝８が形成された駒部材７を備えた駒式ボールねじにおいて、駒部材７にナット３のねじ溝４に所定の径方向すきまを介して係合するアーム９が突設され、当該駒部材７が駒窓６に遊嵌されると共に、駒部材７の外周面に形成された環状溝１０に弾性部材１２が装着され、この弾性部材１２を介して駒部材７が、ナット３の駒窓６に形成された座面１１に対し弾性支持されている。これにより、連結溝８がねじ溝４から突出して負すきまとなっても駒部材７は径方向に弾性変位し、ボール５が円滑に転動することができ、各部位の加工誤差を駒部材７に装着された弾性部材１２の弾性変形によって吸収することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、放電加工機やタッピングセンター等の各種工作機械、あるいは自動車の電動パワーステアリングやアクチュエータ等に使用されるボールねじに関し、特に、ボール循環部品である駒部材の位置調整や固定が不要となる駒式ボールねじに関する。

ボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成された転動路に収容された多数のボールと、転動路を周回経路とする循環機構とを備え、例えば、ナットを回転運動させることでねじ軸を直線運動させる運動変換機構として使用されている。

一般的にボールねじは、ボールの循環機構が異なる種々の形式のものがあり、その一つに駒式と呼ばれるものがある。この駒式ボールねじはねじ溝の連結路を有し、転動路を周回経路とする循環用の駒部材がナットに装着されている。この駒式ボールねじは構成が比較的簡素で、かつコンパクトに構成できる利点がある。

このような駒式ボールねじの代表的な一例を図４に示す。この駒式ボールねじにおいて、回転ナット５０のナット本体５０ａは、駒部材嵌合用開口５１が内外周面に貫通して設けられて、この駒部材嵌合用開口５１に駒部材５２が内径側から嵌め込まれる。

駒部材５２は、内ねじ溝５３の隣り合う一周部分同士を連結する連結溝５２ａが形成され、回転ナット５０の内ねじ溝５３に係合してこの駒部材５２をナット本体５０ａに対して軸方向に位置決めする一対のアーム５４、５４を一体に有している。これら一対のアーム５４、５４は、駒部材５２の軸方向の両端に互いに円周方向逆向きに突出して設けられ、内ねじ溝５３に嵌合する半円状の断面形状に形成されている。ここで、内ねじ溝５３におけるアーム５４が係合した部分は非ボール循環部となる。

駒部材５２における回転ナット５０の周方向両側縁は、他の部分よりも外径面が凹む凹み部５５とされ、これら凹み部５５から外径側へ立ち上がる一対のガイド壁５６が、駒部材５２の周方向を向く側面に沿って設けられている。ナット本体５０ａの駒部材嵌合用開口５１は、対向する一対の内側面における開口縁に係合段部５７が設けられ、この係合段部５７よりも開口側部分の幅が若干幅広に形成されている。

駒部材５２は、ナット本体５０ａの駒部材嵌合用開口５１に内径側から嵌め込まれ、一対のアーム５４が内ねじ溝５３に嵌合すると共に、ガイド壁５６を塑性変形させることによりナット本体５０ａに固定される。この塑性変形による固定は、ガイド壁５６を駒部材嵌合用開口５１の対向する一対の内側面に加締固定することにより行われる。具体的には、ガイド壁５６を係合段部５７に加締めて係合させることにより、駒部材５２の固定の確実性を図っている。このようなアーム５４付きの駒部材５２は、アーム５４により駒部材５２の抜け止めと位置決めとがなされ、高精度で高強度の性能が得られると共に、簡単に、かつ確実に駒部材５２の固定ができる。
特開２００１−２８９３０１号公報

然しながら、この従来の駒式ボールねじにおいて、ナット本体５０ａの内ねじ溝５３と駒部材５２の連結溝５２ａは、その繋ぎ部５８、５８の段差を抑え、可能な限り滑らかに繋がっていることがボール５９の円滑な転動を許容するのに望ましい。したがって、組立時においては、ボールねじの回転調子を見ながら繋ぎ部５８、５８の位置調整に多大な時間を費やしている。

さらに、加締作業による固定時に駒部材５２の位置が狂った場合はボール５９が円滑に転動しなく、再組立を余儀なくされていた。図５は加締不具合時の状態を示す説明図であるが、加締作業によって駒部材５２の倒れが発生し、繋ぎ部５８、５８のうち一箇所は、連結溝５２ａが内ねじ溝５３から突出して負すきまとなり（図中右側）、他方は、連結溝５２ａが内ねじ溝５３から凹んで正すきまとなっている（図中左側）。負すきま側の方は、循環路内はボール５９が転動するすきま以下となっているため、ボール５９は円滑に転動しなくなってしまう。

したがって、ボール５９が円滑に転動できるすきまを確保するには、正すきま状態にすれば良いが、ナット本体５０ａの内ねじ溝５３と駒部材５２の連結溝５２ａとの段差が大きくなると、内ねじ溝５３の端部で異常摩耗を発生させたり、急激にすきまが変ることによってボール５９の挙動が不安定になり、ボール５９がロックする、所謂玉詰り現象が発生し易くなって好ましくない。この玉詰り現象によって駒部材５２は荷重を受けることになり、連結溝５２ａの変形や加締固定部の弛みの原因となることがある。また、こうした繋ぎ部８の段差や玉詰りは、ボール５９同士の衝突音や、ボール５９が繋ぎ部５８を通過する時、異常音や振動を発生させる要因となる恐れがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、駒部材の組立作業が簡単で、ボールの円滑な転動を許容して異常音や振動の発生を防止した駒式ボールねじを提供することを目的としている。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、前記ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記駒部材に前記ナットのねじ溝に係合するアームが突設され、当該駒部材が前記駒窓に遊嵌されると共に、前記駒部材の外周面に形成された環状溝に弾性部材が装着され、この弾性部材を介して前記駒部材が、前記ナットの駒窓に形成された座面に対し弾性支持されている構成を採用した。

このように、駒式ボールねじにおいて、駒部材にナットのねじ溝に係合するアームが突設され、駒部材が駒窓に遊嵌されると共に、駒部材の外周面に形成された環状溝に弾性部材が装着され、この弾性部材を介して駒部材が、ナットの駒窓に形成された座面に対し弾性支持されているので、従来のように、加締により駒部材をナットに固定する必要がなく、また、加締固定によって駒部材の位置が狂うこともない。

さらに、連結溝がねじ溝から突出して負すきまとなっても駒部材は径方向に弾性変位し、ボールが円滑に転動することができ、各部位の加工誤差を駒部材に装着された弾性部材の弾性変形によって吸収することができる。したがって、加工誤差による組立時の調整が不要となって組立作業が簡便化でき、作動性を向上させた低コストな駒式ボールねじを提供することができる。

また、請求項２に記載の発明は、前記駒部材が前記弾性部材によって径方向に位置決めされた時、前記駒部材のアームと前記ねじ溝との間に所定の径方向すきまを有するように設定されているので、駒部材に無理な力が発生せず、駒窓に対して傾くことなく駒部材を安定して支持することができる。

好ましくは、請求項３に記載の発明のように、前記ねじ溝と駒部材の連結溝との段差がゼロが僅かに正すきまになるように設定されていれば、ボールが円滑に転動することができ、ボールが連結溝とねじ溝との繋ぎ部を通過する時に発生する異常音や振動を防止することができる。

本発明に係る駒式ボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、前記ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記駒部材に前記ナットのねじ溝に係合するアームが突設され、当該駒部材が前記駒窓に遊嵌されると共に、前記駒部材の外周面に形成された環状溝に弾性部材が装着され、この弾性部材を介して前記駒部材が、前記ナットの駒窓に形成された座面に対し弾性支持されているので、従来のように、加締により駒部材をナットに固定する必要がなく、また、加締固定によって駒部材の位置が狂うこともない。

外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、前記ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記駒部材に前記ナットのねじ溝に所定の径方向すきまを介して係合するアームが突設され、当該駒部材が前記駒窓に遊嵌されると共に、前記駒部材の外周面に形成された環状溝に弾性部材が装着され、この弾性部材を介して前記駒部材が、前記ナットの駒窓に形成された座面に対し弾性支持されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るボールねじの一実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。また、図２は循環部材となる駒部材の斜視図、図３は要部断面図である。
図１に示すように、ねじ軸１は螺旋状のねじ溝２が外周に形成され、このねじ軸１に外嵌されるナット３の内周にはねじ溝２に対応する螺旋状のねじ溝４が形成されている。そして、両ねじ溝２、４の間に多数のボール５が収容されている。

各ねじ溝２、４の断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここではボール５との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動を抑制することができる。

円筒状のナット３の胴部には、内外の周面に貫通してねじ溝４の一部を切欠く楕円状の駒窓６が穿設され、この駒窓６に楕円状の駒部材７が嵌合されている。ここで、駒窓６と駒部材７との嵌合すきまは０．０５〜０．３ｍｍに設定されている。駒部材７の内方には、ねじ溝４の隣合う１周分同士を連結する連結溝８が形成され、この連結溝８とねじ溝４の略１周の部分とでボール５の転動路を構成している。転動路内の内外のねじ溝２、４間に介在された多数のボール５はねじ溝２、４に沿って転動し、駒部材７の連結溝８に案内され、ねじ軸１のねじ山を乗り越えて隣接するねじ溝４に戻り、再びねじ溝２、４に沿って転動する。

図２に示すように、部材７の連結溝８は、ナット３の隣接するねじ溝４間を滑らかに接続するように、Ｓ字状に湾曲して形成されている。したがって、その両端開口縁８ａは、ナット３の隣接するねじ溝４の窓開口縁部６ａに合致するように、駒部材７の連結溝８がねじ溝４に接続されている（図１（ｂ）参照）。また、連結溝８の深さは、ボール５が連結溝８内でねじ軸１におけるねじ溝２のねじ山を越えることができる深さとされている。

駒部材７は、図２に示すように、その両側に略蒲鉾状に形成されたアーム９が突設され、ナット３のねじ溝４に所定の径方向すきまを介して係合されている。アーム９は、駒部材７がナット３に対して軸方向に位置決めされ、また、駒部材７が駒窓６から径方向外方に抜け出すのを防止するために設けられている。また、駒部材７の外周には環状溝１０が形成され、後述する弾性部材１２が装着される。

駒部材７は金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形される焼結合金からなる。この射出成形に際しては、まず、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造粒する。造粒したペレットは、射出成形機のホッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で押し込むことにより成形される。前記金属粉としては、後に浸炭焼入が可能な材質が好ましく、例えば、Ｃ（炭素）が０．３ｗｔ％、Ｎｉ（ニッケル）が１〜２ｗｔ％、残りがＦｅ（鉄）からなるものとする。なお、駒部材７の材質はこれに限らず、例えば、ＰＡ（ポリアミド）６６等の射出成形可能な熱可塑性樹脂によって形成しても良い。

ボール５の組み込みは、ナット３の駒窓６に駒部材７をナット３の内径側から装着した後、ねじ軸１の軸端からナット３を当てがい、ボール５を両ねじ溝２、４間に順次挿入しながらナット３を回転させ、ナット３をねじ軸１に移動させることによって行う。これ以外にも、ナット３の駒窓６に駒部材７を装着した後、仮軸を用いてボール５を同様に挿入するようにしても良い。

本実施形態では、図３に示すように、ナット３の駒窓６の外径側には座面１１が形成され、駒部材７は、その環状溝１０に装着されたＯリング等からなる弾性部材１２を介してナット３の座面１１に対して弾性支持されている。駒部材７が弾性部材１２によって径方向に位置決めされた時、駒部材７のアーム９とねじ溝４間に所定の径方向すきまを有するように設定されている。また、この時、ねじ溝４と駒部材７の連結溝８との段差はゼロか僅かに正すきまになるように設定されている。

本発明に係る駒式ボールねじは、ナット３に穿設された駒窓６に駒部材７が遊嵌されると共に、駒部材７の外周面に形成された環状溝１０に弾性部材１２が装着され、ナット３の駒窓６に形成された座面１１に対し、駒部材７が弾性部材１２を介して弾性支持されているので、従来のように、加締により駒部材をナットに固定する必要がなく、また、加締固定によって駒部材の位置が狂うこともない。

さらに、各部位の加工誤差を駒部材７に装着された弾性部材１２の弾性変形によって吸収することができる。例えば、連結溝８がねじ溝４から突出して負すきまとなっても駒部材７は径方向に弾性変位し、ボール５が円滑に転動することができる。したがって、加工誤差による組立時の調整が不要となって組立作業が簡便化でき、作動性を向上させた低コストな駒式ボールねじを提供することができる。さらに、駒部材７が弾性支持されているので、ボール５が連結溝８とねじ溝４との繋ぎ部を通過する時に発生する異常音や振動を防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る駒式ボールねじは、放電加工機やタッピングセンター等の各種工作機械、あるいは自動車の電動パワーステアリングやアクチュエータ等に使用される駒式ボールねじに適用することができる。

（ａ）は、本発明に係る駒式ボールねじの一実施形態を示す平面図である。 （ｂ）は、同上縦断面図である。 本発明に係る駒部材を示す斜視図である。 本発明に係る駒式ボールねじの要部拡大断面図である。 （ａ）は、従来の駒式ボールねじにおける回転ナットの概念構成を示す破断正面図である。 （ｂ）は、同上破断側面図である。 従来の駒式ボールねじにおける加締不具合時の状態を示す説明図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・ねじ軸
２、４・・・・・・・・ねじ溝
３・・・・・・・・・・ナット
５・・・・・・・・・・ボール
６・・・・・・・・・・駒窓
６ａ・・・・・・・・・窓開口縁部
７・・・・・・・・・・駒部材
８・・・・・・・・・・連結溝
８ａ・・・・・・・・・開口縁
９・・・・・・・・・・アーム
１０・・・・・・・・・環状溝
１１・・・・・・・・・座面
１２・・・・・・・・・弾性部材
５０・・・・・・・・・回転ナット
５０ａ・・・・・・・・ナット本体
５１・・・・・・・・・駒窓
５２・・・・・・・・・駒部材
５２ａ・・・・・・・・連結溝
５３・・・・・・・・・内ねじ溝
５４・・・・・・・・・アーム
５５・・・・・・・・・凹み部
５６・・・・・・・・・ガイド壁
５７・・・・・・・・・係合段部
５８・・・・・・・・・繋ぎ部
５９・・・・・・・・・ボール

Claims (3)

1. 外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
   このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
   対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、
   前記ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、
   前記駒部材に前記ナットのねじ溝に係合するアームが突設され、当該駒部材が前記駒窓に遊嵌されると共に、前記駒部材の外周面に形成された環状溝に弾性部材が装着され、この弾性部材を介して前記駒部材が、前記ナットの駒窓に形成された座面に対し弾性支持されていることを特徴とする駒式ボールねじ。
2. 前記駒部材が前記弾性部材によって径方向に位置決めされた時、前記駒部材のアームと前記ねじ溝との間に所定の径方向すきまを有するように設定されている請求項１に記載の駒式ボールねじ。
3. 前記ねじ溝と駒部材の連結溝との段差がゼロが僅かに正すきまになるように設定されている請求項２に記載の駒式ボールねじ。

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