JP2006242252A - ボールねじ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】
コマの早期摩耗を招くことがなく、且つ円滑な動作を確保できるボールねじ機構を提供する。
【解決手段】
ボール３の直径をＤとし、断面における循環溝４ａの半径をＲ１とし、断面における雌ねじ溝２ａの半径をＲ２とし、雄ねじ溝１ａの半径をＲ３としたときに、式（１）及び（２）の少なくとも一方を満たすことで、循環溝４ａの玉径比を、５０％より大きくすることができ、それにより循環溝４ａ内におけるボール３の引っかかりを抑えてスムーズな転動を確保すると共に、雄ねじ溝１ａ及び雌ねじ溝２ａの少なくとも一方の玉径比より小さくすることによって、ボール３の面圧を低減させることができ、それにより早期摩耗を抑制することができる。
０．５＜Ｒ１／Ｄ＜Ｒ２／Ｄ （１）
０．５＜Ｒ１／Ｄ＜Ｒ３／Ｄ （２）
【選択図】 図３

Description

本発明は、一般産業用機械に組付けられたり、或いは自動車に使用されたりするボールねじ機構に関するものである。

近年、車両等の省力化が進み、例えば自動車のトランスミッションやパーキングブレーキなどを手動でなく、電動モータの力により行うシステムが開発されている。そのような用途に用いる電動アクチュエータには、電動モータから伝達される回転運動を高効率で軸線方向運動に変換するために、ボールねじ機構が用いられる場合がある。

しかるに、通常、ボールねじ機構は、ねじ軸と、ナットと、両者間に形成された転走路内を転動するボールとからなるが、いわゆるコマ式のボールねじ機構においては、転走路の一端から他端へとボールを戻すために、コマをナットに取り付けている（特許文献１参照）。
特開２００４−３４０２２０号公報

ここで、コマについて説明する。ボールねじ機構においては、ねじ軸とナットとが軸線方向に相対移動する際に、ボールを循環させる機構が本来的に必要である。コマ式ボールねじ機構においては、ナットに取り付けられているコマが、ボールねじの１リード分に相当する軸線方向の転走路のずれを補うべく、軸線回りに３４０度前後延在する転走路の一端と他端とを連結するＳ字状に蛇行した循環溝を有している。従って、ボールは、転走路に沿って転動した後、ねじ軸のランド部を乗り越えるようにして、転走路の一端からコマの循環溝内に導かれ、その後循環溝から転走路の他端へと戻されるようになっている。

しかるに、特許文献１の技術では、通過するボールによってＳ字状に蛇行した循環溝の早期摩耗を招かないように、コマの硬度を増大させる処理が行われている。しかしながら、コマに硬度を増大させる処理は、ボールねじ機構の製造時間を長くし、コストの増大を招いている。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、コマの早期摩耗を招くことがなく、且つ円滑な動作を確保できるボールねじ機構を提供することを目的とする。

本発明のボールねじ機構は、
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
前記ナットの取り付け孔内に挿入され、前記転走路の一端から他端へと循環する前記ボールが転動するための循環溝を備えたコマと、を有し、
前記循環溝は、その断面が単一円弧形状もしくは双曲線状であり、前記循環溝の玉径比は、５０％より大きく、且つ前記雄ねじ溝及び前記雌ねじ溝の玉径比より小さいことを特徴とする。

本発明のボールねじ機構によれば、前記循環溝の玉径比を、５０％より大きくすることで、前記循環溝内における前記ボールの引っかかりを抑えてスムーズな転動を確保すると共に、前記雄ねじ溝及び前記雌ねじ溝の少なくとも一方の玉径比より小さくすることによって、前記ボールの面圧を低減させることで、早期摩耗を抑制することができる。尚、「玉径比」とは、（溝断面の円弧半径）／（ボール直径）で表される値をいう。

更に、前記循環溝の玉径比は、５２％以下とすると好ましい。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態であるボールねじ機構の側面図であり、図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図であり、図３は、図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図であり、図４は、図２の構成を矢印IV方向に見た図である。

図１において、被駆動部材に連結され、回転不能且つ軸線方向にのみ移動可能に支持されたねじ軸１の外周面には、雄ねじ溝１ａ（一部簡略図示）が形成されている。不図示のハウジングに対して回転のみ可能に支持された円筒状のナット２は、ねじ軸１を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝２ａ（図２参照）を形成している。複数のボール３（図２参照）が、対向する両ねじ溝間に形成された螺旋状の転走路内を転動自在となるように配置されている。

ナット２の外周に形成された長円断面の貫通穴（取り付け孔）２ｂ内には、コマ４が配置されている。コマ４は、貫通穴２ｂに取り付けた状態で、内側に循環溝４ａを形成している（図４参照）。尚、図４に示す方向から見て、循環溝４ａは、その中心に対し１８０度位相で点対称となっている。

図３，４を参照して、雄ねじ溝１ａと雌ねじ溝２ａとで形成される転走路は、ねじ軸１の周囲を１周弱巻き回したところで、コマ４によって分断されており、各々の一端と他端とを、コマ４の循環溝４ａが連結している。なお、隣接する雄ねじ溝１ａ間には、ランド部１ｃが形成されている。

図３を参照して、コマ４の循環溝４ａは、その断面が単一円弧形状もしくは双曲線状であり、ボール３の直径をＤとし、断面における循環溝４ａの半径をＲ１とし、断面における雌ねじ溝２ａの半径をＲ２とし、雄ねじ溝１ａの半径をＲ３としたときに、以下の式の少なくとも一方が成立する。
０．５＜Ｒ１／Ｄ＜Ｒ２／Ｄ （１）
０．５＜Ｒ１／Ｄ＜Ｒ３／Ｄ （２）

本実施の形態のボールねじ機構の動作を説明すると、不図示の電動モータによりナット２が回転駆動されると、転走路を転動するボール３により、かかる回転運動がねじ軸１の軸線方向運動に効率よく変換され、それに連結された不図示の被駆動部材を軸線方向に移動させることができる。この際に、図３に示すように、転走路から循環溝４ａに侵入したボール３は、循環溝４ａに沿って転動することでランド部１ｃを乗り越えて、転走路の一端から他端へと移動できるようになっている。

本実施の形態によれば、上式（１）及び（２）の少なくとも一方を満たすので、循環溝４ａの玉径比を、５０％より大きくすることで、循環溝４ａ内におけるボール３の引っかかりを抑えてスムーズな転動を確保すると共に、且つ雄ねじ溝１ａ及び雌ねじ溝２ａの少なくとも一方の玉径比より小さくすることによって、ボール３の面圧を低減させることができ、それにより早期摩耗を抑制することができる。

表１に、本発明者の検討結果を示す。表１において、玉径比６３％の面圧を基準としたときに、各玉径比における面圧減少率を示しており、面圧減少率を３０％以上としたい場合、循環溝４ａの玉径比は、５０．５から５２％の範囲にあることが好ましいことがわかる。しかしながら、循環溝４ａの玉径比が５０％に近づくと、引っかかりなどの恐れがあるので、５１％前後であるとより好ましい。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。尚、コマは、金属を素材とする場合、焼結加工や鍛造加工によって形成されると好ましく、更に、本発明に加え熱処理を施せば、一層耐摩耗性が向上することは言うまでもない。又、樹脂を素材とする場合には、射出成形によって形成されると好ましいが、素材や製法がこれらに限られることはない。

本実施の形態であるボールねじ機構の側面図である。 図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。 図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。 図２の構成を矢印IV方向に見た図である。

符号の説明

１ ねじ軸
２ ナット
３ ボール
４ コマ

Claims (2)

1. 外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
   前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
   対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
   前記ナットの取り付け孔内に挿入され、前記転走路の一端から他端へと循環する前記ボールが転動するための循環溝を備えたコマと、を有し、
   前記循環溝は、その断面が単一円弧形状もしくは双曲線状であり、前記循環溝の玉径比は、５０％より大きく、且つ前記雄ねじ溝及び前記雌ねじ溝の玉径比より小さいことを特徴とするボールねじ機構。
2. 前記循環溝の玉径比は、５２％以下とすることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。
   
   

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