JP2006132697A - 駒式ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】
ボールが駒部材を通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒部材を備えた駒式ボールねじを提供する。
【解決手段】
外周面に螺旋状のねじ溝２が形成されたねじ軸１と、これに外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝４が形成されたナット３と、両ねじ溝間に収容された複数のボール５と、ナット３に穿設された駒窓６に嵌合され、ねじ溝４を連結する連結溝８が形成された駒部材７とを備えた駒式ボールねじにおいて、駒部材７における連結溝８の中心軌道が連続的な曲線で構成され、この駒部材７内でのボールの軸方向移動量Δａおよび径方向移動量Δｒが一定量に規制されている。これにより、駒部材７内でのボール５の公転速度の差が実質的になくなり、ボール５が駒部材７を通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒部材５を備えた駒式ボールねじを提供することができる。
【選択図】図５

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をボールが通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた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６（ａ）に示す。この駒式ボールねじにおいて、ナット５０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が外径側から嵌め込まれる。

駒部材５２は、ナット５０のねじ溝５３の隣合う１周部分同士を連結する連結溝５４が設けられ、ナット５０のねじ溝５３は、この連結溝５４で連結されることで１周の連続した周回経路となる。この駒部材５２は、図６（ｂ）に示すように、外形が略長方形状の本体部５５と、この本体部５５の長手方向に蛇行する連結溝５４を形成するために、本体部５５の長手方向に延在する一組の壁部５６ａ、５６ｂと、本体部５５の短手方向両端に壁部５６ａ、５６ｂより外方に突出して設けられる一組のフランジ部５７ａ、５７ｂとを備えている。

一方のフランジ部５７ａは、本体部５５の長手方向一端で一方の壁部５６ａと同一の第１面５８ａ上に終端し、他方のフランジ部５７ｂは、本体部５５の長手方向他端で他方の壁部５６ｂと同一の第２面５８ｂ上に終端する。第１および第２面５８ａ、５８ｂは、平面状に形成され、それぞれの端部に断面円弧状のＲ面取り５９ａ、５９ｂが設けられている。

駒部材５２は、この駒部材５２と図示しない略同形状のビレットを鍛造型で鍛造成形すると共に、この鍛造型の連結溝形成用壁面部と同一面上に連続する面部で、駒部材５２のフランジ部５７ａ、５７ｂをその長手方向の端部側で終端させている。これにより、駒部材５２の壁部５６ａ、５６ｂの高さを充分に確保することができ、応力集中を回避して駒部材５２にクラック等が生ずることを有効に阻止することができる。
特開平１０−８２４５８号公報

ここで、従来の駒式ボールねじは、図７（ａ）に拡大して示すように、駒部材５２の連結溝５４におけるＸ−Ｙ平面上の溝中心軌道５４ａは、ねじ軸６１におけるねじ溝６２のねじれ角に沿った直線状の出入口軌道５４ａ−１と、ねじ軸６１のねじ溝６２を乗り上げる（または、ランド部６３からねじ溝６２に戻る）時の円弧状の中間軌道５４ａ−２と、２つのねじ溝６２、６２を往来する直線状のランド軌道５４ａ−３で構成されている。一方、図７（ｂ）に拡大して示すように、駒部材５２の連結溝５４におけるＹ−Ｚ平面上の溝中心軌道５４ｂは、ねじ溝６２から駒部材５２への円弧状の出入口軌道５４ｂ−１と、高さ方向を変化させてランド部６３を乗り越える円弧と滑らかに繋げる曲線状の中間軌道５４ｂ−２と、高さ方向を変化させてランド部６３を乗り越える円弧状のランド軌道５４ｂ−３で構成されている。

こうした連結溝５４の軌道は、ボール６０が連結溝５４内でねじ軸６１のランド部６３を乗り越えることができる深さとされ、二次元ツールと演算等により、Ｘ−Ｙ平面上の溝中心軌道５４ａとＹ−Ｚ平面上の溝中心軌道５４ｂとを関連付けて決定されていたが、駒部材５２内でのボール６０の移動量を規制した軌道決定や、ボール６０のすきまが管理された三次元的な軌道決定まではなされていなかった。

したがって、こうした従来の駒式ボールねじでは、図６（ａ）に示すように、連結溝５４の転動路において、ボール６０の径方向移動量Ｃが大きくなり、ボール６０が連結溝５４内を通過する際、各ボール６０、６０の中心が連結溝５４に沿った所定の転動軌道からずれて転動する、所謂千鳥状態になって転動し、ボール６０の静寂な循環が阻害される恐れがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ボールが駒部材を通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒部材を備え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、前記駒部材における連結溝の中心軌道が連続的な曲線で構成されている。

このように、駒式ボールねじにおいて、駒部材における連結溝の中心軌道が連続的な曲線で構成されているので、駒部材内でのボールの公転速度の差が実質的になくなり、ボールが駒部材を通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒部材を備えた駒式ボールねじを提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記駒部材内での前記ボールの軸方向移動量が一定量に規制されていれば、ボール同士の衝突やロック状態なるのを防止して円滑な循環が可能となる。

さらに好ましくは、請求項３に記載の発明のように、前記駒部材内での前記ボールの径方向移動量が一定量に規制されていれば、連結溝の中心軌道付近にボールが循環することになり、ボールが千鳥配列になるのを防止して静寂性を向上させることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記駒部材がＭＩＭによって成形される焼結金属であれば、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。

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、前記駒部材における連結溝の中心軌道が連続的な曲線で構成されているので、駒部材内でのボールの公転速度の差が実質的になくなり、ボールが駒部材を通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒部材を備えた駒式ボールねじを提供することができる。

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、前記駒部材における連結溝の中心軌道が連続的な曲線で構成され、この駒部材内での前記ボールの軸方向移動量および径方向移動量が一定量に規制されている。

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、本発明に係る駒式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は駒部材のＸ−Ｙ平面上の連結溝を示す説明図、駒部材のＹ−Ｚ平面上の連結溝を示す説明図、図４は図３の要部拡大図、図５は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

この駒式ボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝２が形成されたねじ軸１と、このねじ軸１に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝４が形成されたナット３と、対向する両ねじ溝２、４により形成される転動路に収容された複数のボール５と、ナット３の胴部に穿設された駒窓６に嵌合された駒部材７とを備えている。

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。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のランド部２ａ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。

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、所謂ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）により成形されている。こうしたＭＩＭによって成形される焼結合金であれば、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。

本実施形態では、駒部材７は、ナット３の駒窓６に径方向外方から嵌合され、駒窓６に塑性変形（加締）により位置決め固定されている。そして、駒部材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、その両端開口縁は、ナット３の隣接するねじ溝４の窓開口縁部に合致するように連結溝８がねじ溝４に接続されている。

図２に示すように、駒部材７の連結溝８におけるＸ−Ｙ平面上の溝中心軌道８ａは、従来のような円弧状と直線状の組み合わせ（２点鎖線で示す）ではなく、三次元ツールを用いて連続的な曲線状の軌道で形成されている。一方、駒部材７の連結溝８におけるＹ−Ｚ平面上の溝中心軌道８ｂは、図３および図４に示すように、従来のような円弧と円弧の繋ぎ合わせ（２点鎖線で示す）ではなく、一定角度毎（ナットの回転角度毎）にＸ、Ｙ、Ｚ方向の軌道長さが等分化され、連続的な曲線状の軌道で形成されている。これにより、図５に示すように、駒部材７内でのボール５の軸方向移動量（すきま）Δａおよび径方向移動量（すきま）Δｒを一定量に規制することができる。

こうした構成を採用することで、駒部材７内でのボールの公転速度の差が実質的になくなり、ボール５同士の衝突やロック状態なるのを防止して円滑な循環が可能となる。また、連結溝８の中心軌道付近にボール５が循環することになり、ボール５が千鳥配列になるのを防止して静寂性を向上させることができる。

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のＸ−Ｙ平面上の連結溝を示す説明図である。 本発明に係る駒部材のＹ−Ｚ平面上の連結溝を示す説明図である。 同上、要部拡大図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 （ａ）は、従来の駒式ボールねじの要部断面図である。 （ｂ）は、従来の駒式ボールねじの駒部材を示す斜視図である。 （ａ）は、同上駒部材の連結溝におけるＸ−Ｙ平面上の溝中心軌道を示す説明図である。 （ｂ）は、同上駒部材の連結溝におけるＹ−Ｚ平面上の溝中心軌道を示す説明図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・・・ねじ軸
２、４・・・・・・・・・・ねじ溝
２ａ・・・・・・・・・・・ランド部
３・・・・・・・・・・・・ナット
５・・・・・・・・・・・・ボール
６・・・・・・・・・・・・駒窓
７・・・・・・・・・・・・駒部材
８・・・・・・・・・・・・連結溝
８ａ・・・・・・・・・・・連結溝におけるＸ−Ｙ平面上の溝中心軌道
８ｂ・・・・・・・・・・・連結溝におけるＹ−Ｚ平面上の溝中心軌道
５０・・・・・・・・・・・ナット
５１・・・・・・・・・・・駒部材嵌合用開口
５２・・・・・・・・・・・駒部材
５３、６２・・・・・・・・ねじ溝
５４・・・・・・・・・・・連結溝
５４ａ・・・・・・・・・・連結溝におけるＸ−Ｙ平面上の溝中心軌道
５４ａ−１、５４ｂ−１・・出入口軌道
５４ａ−２、５４ｂ−２・・中間軌道
５４ａ−３、５４ｂ−３・・ランド軌道
５４ｂ・・・・・・・・・・連結溝におけるＹ−Ｚ平面上の溝中心軌道
５５・・・・・・・・・・・本体部
５６ａ、５６ｂ・・・・・・壁部
５７ａ、５７ｂ・・・・・・フランジ部
５８ａ・・・・・・・・・・第１面
５８ｂ・・・・・・・・・・第２面
５９ａ、５９ｂ・・・・・・面取り
６０・・・・・・・・・・・ボール
６１・・・・・・・・・・・ねじ軸
６３・・・・・・・・・・・ランド部
Ｃ・・・・・・・・・・・・ボールの径方向移動量
Δａ・・・・・・・・・・・ボールの軸方向移動量
Δｒ・・・・・・・・・・・ボールの径方向移動量
α・・・・・・・・・・・・ナットの一定回転角

Claims (4)

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、
   前記駒部材における連結溝の中心軌道が連続的な曲線で構成されていることを特徴とする駒式ボールねじ。
2. 前記駒部材内での前記ボールの軸方向移動量が一定量に規制されている請求項１に記載の駒式ボールねじ。
3. 前記駒部材内での前記ボールの径方向移動量が一定量に規制されている請求項１または２に記載の駒式ボールねじ。
4. 前記駒部材がＭＩＭによって成形される焼結金属からなる請求項１乃至３いずれかに記載の駒式ボールねじ。

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