JP2006292085A - ボールねじ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】
異音や振動を抑制し、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】
ナット２とコマ４とを半径方向内方から見たときに、転走路を形成する雌ねじ溝２ａの一端に接続される循環溝４ａの両端部に、転走路すなわち雌ねじ溝２ａの中心軸線Ｘ１と一致する中心軸線Ｘ２（点Ａと点Ｂとの間）を有する導入部４ｂを形成している。即ち、循環溝４ａの中心線が描く半径Ｒｆの円弧の中心Ｐは、点Ｂと軸線方向に重合する位置になる。これは、点Ａから点Ｂまでの間は、転走路から排出されたボール３がナット２の軸線方向に力を与えられないことを意味するものであり、従って、ボール３の引っかかりが生じる恐れが少なく、転走路の幅に対して導入部４ｂの幅を大きくする必要がないため、溝壁へのボール３の衝接が抑制され、異音や振動を抑えることができる。
【選択図】 図４

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）。
特開平１１−２７０６４８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、ボールねじ機構においては、ボールの転動は極力スムーズに行うようにすることが、異音や振動の発生を抑制し、ひいてはボールねじの効率や耐久性などを確保する上で重要となる。このため、特許文献１のごとく従来技術では、ナットの半径方向内方から見たときに、コマの循環溝はＳ字状であり、その中心線は循環溝の端部から滑らかに曲がっている。しかしながら、従来技術では、以下に述べる問題から、転走路と循環溝との連結がスムーズにならず、通過するボールの異音や振動を発生する原因となっている。
（１）コマ式ボールねじ機構においては、通常、ナット外周に貫通穴を成形し、かかる貫通穴にコマを挿入することが行われている。この場合、ナットの貫通穴は、加工の制約上、両端を円弧状小判形状、或いは単純円孤とする事が一般的である。このため、転走路の中心と、コマの循環溝中心とを、循環コマ側縁部で繋げた場合は、滑らかにうまく繋がらないという問題点があった。
（２）また、コマの循環溝は、ボールが滑らかに通過する必要から、ボール径に対してある程度太さな溝幅を有する事が必須である。仮に、前記ボール径に対しある程度大きな溝幅（溝半径）を持ったカッターの半径中心を、ボールの転走路中心と、コマの循環溝中心に合わせてカッターを運動させた場合には、ナットの雌ねじ溝底と、コマの循環溝との間に大きな段差が生ずる恐れがあり、それによりボール通過時の異音や振動が大となる。

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、異音や振動を抑制し、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、
前記ナットを半径方向内方から見たときに、前記転走路の一端に接続される前記循環溝の端部に、前記転走路の中心軸線と一致する中心軸線を有する導入部を形成したことを特徴とする。

従来技術のボールねじ機構の場合、特許文献１に示すように、コマの循環溝がＳ字形状を有しているので、ナット側の転走路から、コマの循環溝へとボールが乗り移る際に、ボールに対してナットの軸線方向への力が付与されることとなり、従ってボールの引っかかりが生じやすくなる。このボールの引っかかりを防止するために、循環溝の幅を大きくするなどの対策を施すと、溝壁へのボールの衝接が生じ、異音や振動を引き起こしやすくなる。

これに対し、本発明によれば、前記ナットを半径方向内方から見たときに、前記転走路の一端に接続される前記循環溝の端部に、前記転走路の中心軸線と一致する中心軸線を有する導入部を形成したので、前記転走路から前記導入部へとボールが乗り移った時点では、ボールに対してナットの軸線方向の力が付与されないことから、ボールの引っかかりが生じる恐れが少なく、従って転走路の幅に対して循環溝の幅を顕著に大きくする必要がないため、溝壁へのボールの衝接が抑制され、異音や振動を抑えることができる。尚、同じ部材の循環溝内では、ボールに対する形状を精度良く仕上げることができるので、循環溝がＳ字状となっていてもボールの引っかかりなどの恐れは少ない。

更に、前記ナットの軸線直交方向断面をとったとき、前記ナットの雌ねじ溝と、前記循環溝との段差を減少させるように、前記循環溝の端部が直線形状を有すると、段差を減少させることで、前記転走路から前記循環溝へとボールが乗り移る際に、その衝接が抑制され、異音や振動を抑えることができる。

更に、前記コマは金属焼結加工によって製造されると好ましい。

又、前記コマは鍛造加工によって製造されると好ましい。

又、前記コマは樹脂を射出成形することよって製造されると好ましい。

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方向に見た図であり、図５は、図２の構成の矢印V部の拡大図である。

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。

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、図４に示すようにナット２とコマ４とを半径方向内方から見たときに、転走路を形成する雌ねじ溝２ａの一端に接続される循環溝４ａの両端部に、転走路すなわち雌ねじ溝２ａの中心軸線Ｘ１と一致する中心軸線Ｘ２（点Ａと点Ｂとの間）を有する導入部４ｂを形成している。即ち、循環溝４ａの中心線が描く半径Ｒｆの円弧の中心Ｐは、点Ｂと軸線方向に重合する位置になる。これは、点Ａから点Ｂまでの間は、転走路から排出されたボール３がナット２の軸線方向に力を与えられないことを意味するものであり、従って、ボール３の引っかかりが生じる恐れが少なく、転走路の幅に対して導入部４ｂの幅をさほど大きくする必要がないため、溝壁へのボール３の衝接が抑制され、異音や振動を抑えることができる。

これに対し、図６に示すごとき、従来技術と同様な形状の循環溝４ａ’を有するコマ４’の場合、本実施の形態のごとき導入部がなく、即ち、循環溝４ａ’の中心線が描く半径Ｒｆの円弧の中心Ｐは、循環溝４ａ’の端部と軸線方向に重合する位置になる。従って、転走路から循環溝４ａ’に排出されたボール３には、直ちにナット２の軸線方向に力を付与され、その進行方向を強制的に曲げられるため、ナット２とコマ４’との間の段差等により、ボール３の引っかかりが生じる恐れがある。本実施の形態では、そのような不具合を回避できる。

更に、従来技術では、図５の点線で示すように、循環溝底は端部まで曲線を描くようになっており、それ故、ナット２の雌ねじ溝２ａとの段差がΔ２が生じていた。即ち、コマの循環溝は、ボールがスムーズに通過できるように、幅方向においてボール径よりも大きく形成されているが、切削加工の都合上、径方向にもボール径に対してわずかに大きく形成されてしまう。これは、半球型の回転切削部を有する工具（不図示）を、循環溝の理想軌跡を描くように移動させることで加工を行う際に、回転切削部の円弧中心をボール中心軌跡に一致させているため、幅方向に拡張した分だけ径方向にも余分に切削されてしまうことによるものである。このように循環溝が加工されたコマをナットに取り付けると、ナットの雌ねじ溝とコマの循環溝との間に段差Δ２が生じることになり、ボール通過時の異音や振動を招く恐れがある。

これに対し、本実施の形態によれば、図５の実線で示すように、点Ｂから点Ａまで導入部４ｂの溝底を直線状としているため、ナット２の雌ねじ溝２ａとの段差Δ１をより小さくできる（Δ１＜Δ２）。ここで、差分（Δ１−Δ２）が補正量となる。

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、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。 図２の構成の矢印V部の拡大図である。 比較例にかかる図４と同様な図である。

符号の説明

１ ねじ軸
２ ナット
３ ボール
４ コマ

Claims (5)

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、
   前記ナットを半径方向内方から見たときに、前記転走路の一端に接続される前記循環溝の端部に、前記転走路の中心軸線と一致する中心軸線を有する導入部を形成したことを特徴とするボールねじ機構。
2. 前記ナットの軸線直交方向断面をとったとき、前記ナットの雌ねじ溝と、前記循環溝との段差を減少させるように、前記循環溝の端部が直線形状を有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。
3. 前記コマは金属焼結加工によって製造されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ機構。
4. 前記コマは鍛造加工によって製造されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ機構。
5. 前記コマは樹脂を射出成形することよって製造されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ機構。
   
   

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