JP2006511772A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

本発明はボールねじに関し、このボールねじでは、ボールねじのスピンドルナット（１）とねじ軸（２）の間に、少なくとも一つの、ボール（９）から構成されたボールチェーン（６、８）がボールチャネル（５）に沿って転がり、ボールチャネル（５）は、スピンドルナット（１）及びねじ軸（２）に形成されたボール溝（３、４）によって範囲を定められている。ボールチェーン（６、８）は、ボールチャネル（５）の一端からボールチャネル（５）の開始点までボールチャネル（５）の方向転換部分の中で方向転換させられる。ボールチェーン（６、８）においてボールチェーン（６、８）のボールの間に配置された１以上のばね部材（１１、１７、２７，３５）がボール（９）にボールチェーン（６、８）の軸方向に押圧力を加えている。

Description

本発明は、ボールねじに関するものである。この種のボールねじは、スピンドルナットを有し、このスピンドルナットはねじ軸に、ボールを介在させた状態で回転可能に配置されている。

ボールねじは、内部方向転換部を備えるものと、外部方向転換部を備えるものとに分けることができる。

内部方向転換部が関係する場合は、複数のボールチェーンが設けられていることが多く、これらボールチェーンはどの場合でも約３６０度以上に延びている。ボールの軌道は約３６０度以上に延びている、すなわち、回転軸回りをほぼ一回巻いている。スピンドルナットの中に方向転換用インサートが配置されており、この方向転換用インサートはボールチェーンをボールの軌道の終点からその開始点へと方向を転換し、同時に、ボールをねじ軸のねじフランク（側面）から持ち上げる。

外部方向転換部が関係する場合は、ボールチェーン、すなわちボールの軌道が複数の巻回にわたって延びていることが多い。方向転換部品は、多くの場合、スピンドルナットの外側に配置されており、ボールチェーンの長さによるが、多数の巻回、すなわちねじのフランクにわたって延びている。

ボールチェーンは、一列に配置された多数のボールを備えている。中間部品は、互いに取りなりあっているボールの間に配置することができる。中間部品及びボールは、次々とゆるく配置されている。ボールチェーンは、ボールチャンネルに配置されている。ボールチャネルは、スピンドルナット及びねじ軸に形成されたボール溝によって範囲を定められている。ボールチェーンをボールチャネルに配置することにより、ボールがボールチェーンとして配置されることが保証される。この種の中間部品は、スペーサー又は間隔部品とも呼ぶことがある。

例えばＤＥ １０１ ２２ １０６ Ａ１は、請求項１の前文の特徴によるボールねじを開示している。中間部品は、互いに隣り合うボールの間に配置されている。この種の中間部品は、互いに隣り合うボール間の接触をなくし、このために、摩擦の結果生じる摩耗を減らす。さらに、ボールチェーンを満足に維持するために、ボールをより効率的に案内することが可能である。

ボールねじは、自動車のパワーステアリングでますます使用さるようになっている。ボールがボールチャネル内で行う循環運動で引き起こされる騒音が問題となることがある。この主の不快な騒音の原因は、ボールチェーンの大きすぎる最終ピッチ円遊び（Ｔｅｉｌｋｒｅｉｓｅｎｄｓｐｉｅｌ）である可能性がある。このことは、互いに隣り合わせに配置されたボールがボールが並んでいる方向に互いに遊びを有することがあり、そして、例えば、互いにぶつかることがあることを意味する。中間部品がないボールチェーンの場合、この騒音源が特に問題となることがある。

本発明の目的は、請求項１の前文の特徴によるボールねじであって、不快なノイズの生成を低減するものを定めることである。

上記目的は、本発明によれば、ボールチェーンにおいてこのボールチェーンのボールの間に配置された１つ以上のばね部材がボールにボールチェーンの軸方向に押圧力を加えることで達成される。これにより、ボールチェーンの軸方向におけるボールの遊びが、少なくとも、不快なガタガタしたノイズ又はボールチェーンのガタガタした揺れが回避される程度まで低減されることが保証される。ばね部材に加えて、中間部品を連続して並んでいるボールの間に配置し、前記中間部品がボールを互いから単に少し離して保持していてもよい。中間部品はウェブによって互いに連結し、これにより、中間部品の帯が形成されるようにしてもよい。

中間部品自体は、中間部品自体が所望の押圧力をボールチェーン内で加えるのに十分な弾性特性を有するように開発することができる。この場合、別個のばね部材は全く必要ない。

本発明によるさらに発展したものでは、ボールチェーンに配置したばね部材の数が、ボールチャネル内をボールチェーンが一周している間に、常にばね部材の一つがボールチャネルの無負荷領域にあるように調整され（定められ）ている。ボールチャネルの方向転換部分では、ボールが無負荷領域にある。この無負荷領域内では、ボールチェーンの軸方向におけるボールの自由な遊びが、ばね部材を配置したことから取り除かれている。

外部方向転換部を備えたボールねじの場合、方向転換部内の無負荷領域は、幅広い範囲にわたって延びる。いつでも、常に複数のボールが無負荷領域にある。ばね部材の一つがこれら複数のボールのたった２つの間に配置されていれば十分であろう。方向転換部分におけるボールチェーンの遊びは、この一つのばね部材で吸収できる。たった一つのばね部材がボールチェーンにあるだけで十分であることも考えられている。

内部方向転換部を備えたボールねじの場合、方向転換領域内における無負荷帯の経路は外部方向転換部を備えたボールねじにおけるものよりも目に見えて短い。したがって、ボールチェーンにおけるボールの数に対するばね部材の数の割合を外部方向転換部付きボールねじに比べて高めることが、特に、例えば同じようにいつでも常に一つのばね部材が無負荷領域にある程度に高めることが都合よいであろう。

ばね部材は、全ての公差、摩耗、又は膨脹によって生じたチェーンの長さの変化を常に伸縮性をもって補償し、最終ピッチ円遊びを常にゼロに保つ。この結果、ボールが周方向にぶつかることによる騒々しいノイズと、ボールチェーン詰まりにつながりうる、中間部品が誤った位置に来るという可能性との両方が回避される。原則として、スプリングチェーン毎に一つのばね部材で足りる。いずれにしても、本発明によるボールねじにより、ボールチェーンにおける最終ピッチ円遊びが無くなる、つまり、ゼロになることが保証される。

本発明によるさらに発展したものでは、ばね部材は中間部品及び圧縮ばねを有し、中間部品は２つの中間部品半部から構成されており、各中間部品半部はボール用のベアリング面を備えており、圧縮ばねは、２つの中間部品半部の間に配置されており、２つの中間部品半部を隣接するボールの方へ付勢している。このことの利点は、一方では、中間部品半部を剛直なデザインにでき、例えば、ボールを満足に配置できる球形キャップを備えられる点にみることができる。同時に、圧縮ばねにより、ボールが、遊びなくボールチェーンに配置されることが保証される。

中間部品は、プラスチック又はシートメタルから形成できる。どちらの場合でも、中間部品をコスト効率よく製造できる。

上述した本発明による典型的な実施形態では、一般に入手可能である圧縮ばね、例えば圧縮コイルばねを使用してもよいが、本発明による別のボールねじでは、互いに隣接している２つのボールの間に配置されていて、ボールを互いから少し離して保持しする中間部品であって、腕部がボールの一部を囲んでおり、腕部が弾力があるようにデザインされている中間部品から構成されたばね部材も用意されている。この種の中間部品は、例えば、プラスチックから射出成型法によって都合よく形成することができる。腕部は、ボールがアームの方向に押されると、ボールに対して弾性的に付勢され、曲がって弾性的に開く。この場合にも、ボールのボールチェーンの軸に沿った自由な遊びが、そしてそれ故にガタガタいうノイズが取り除かれ、ガタガタいうノイズに導く可能性のある最終ピッチ円遊びが回避される。

ばね部材を圧縮コイルばねで構成した場合には、圧縮コイルばねは、圧縮コイルばねの両端部にある最後の巻回が、ボールの直径よりも小さい直径を有し、これら最後の２つの巻回が、いずれの場合も、ボール用のボール台座としてデザインされているように都合よく構成することができる。従って、公知の圧縮コイルばねには、第２の用途、具体的には、ボールをボールチェーンの中に満足に保持するためのボール用台座としての用途を与えることができる。

中間部品が、各ボールに対して周囲に分散するように配置されたそれぞれ３つの腕部を設けられている場合は、一方で良好な自動中心合わせが保証され、他方でこれらの腕部の間に潤滑油貯めとしての大きな空間を提供する。

圧縮コイルばねが、縦断面で見た場合に凹状の長手形状を有している場合、つまり、輪郭が回転双曲面である場合、良好な自己中心合わせが保証されると同時に、方向転換半径が狭い場合にこの圧縮コイルばねがぴったりとはまることが保証される。

ばね部材に加えて中間部品も設けられている本発明によるボールねじの場合、ボールの数、ばね部材の数、中間部品の数に関する以下の規則を主張できる。

ボールチェーンはＺ個のボール及びＹ個のばね部材を有し、Ｚ引くＹ個の中間部品が設けられる。数量Ｚ及びＹは、この場合、自然数である。

全部で１０個の図面に図示されている７つの典型的な実施形態を参照しながら、本発明を以下により詳細に説明する。

最初に図１０を簡単に参照する。図１０には、それ自体公知のボールねじが斜視図で描かれている。スピンドルナット１がねじ軸２に回転可能に配置されている。スピンドルナット１には、螺旋状に配置されたボール溝３が設けられている。ねじ軸２には、螺旋状に配置されたボール溝４が設けられている。ボール溝３、４はねじのようなデザインからなり、ボールチェーン６が配置されているボールチャネル５の範囲を定めている。各ボールチェーン６は、共通ボール溝、すなわち共通巻回の一端から、このボールチャネル５又は巻回の開始点へとボールチャネル５の方向転換（向き変更）部で向きを変えられる。上記方向転換部は、方向転換部品７により形成されている。このために、ボールチェーン６は、ねじ山として構成されたボールチャネル５に沿って無限に巻き付いている。

本発明の対象であるボールチェーンの特定の実施形態を以下に参照する。

図１は、本発明によるボールねじのボールチェーン８を示している。ボール９は、一列に次々と配列されている。中間部品１０が、どの場合にも、互いに隣接するように並べられたボール９の間に配置されている。図２は、拡大図で中間部品１０を明確に示しており、この中間部品１０はリングとしてデザインされている。このリングの内径はボール直径よりも小さく、このためにボール９はリングの開口している端面にいくらか入り込み、リングの中心に満足に位置合わせされる。

ばね部材１１がボールチェーン８の一カ所に、互いに隣り合うように配置された２つのボール９の間に配置されている。このばね部材は、このケースでは、圧縮コイルばね１２としてデザインされている。スプリング部材１１は、２つの隣り合って配置されたボールに押圧力を加え、このため、ボールチェーン８の全てのボール９に遊びがない。最終ピッチ円遊び（Ｔｅｉｌｋｒｅｉｓｅｎｄｓｐｉｅｌ）、すなわち、ボールチェーン８の最初と最後のボール９の間の自由な遊びは取り除かれている。ガタガタという騒音が結果として取り除かれている。

圧縮コイルばね１２の最初及び最後の巻回１３，１４の巻回直径はボール直径よりも小さい。ボール９の外周の一部がこれら２つの巻回１３、１４の中に入り込んでいる。これらの巻回１３、１４は、結果としてボール台座１５、１６を形成している。

図３は、ボールチェーン８であってばね部材１７の変形例を備えたものの詳細を示している。このばね部材１７は、互いに隣り合うボール９を互いから少し離して保持する中間部品１８として設計されている。この中間部材１８に特有の特徴は、複数のセグメント１９が設けられており、このセグメント１９は、外周に分散するように配置されており、ボール９を一部囲んでいることである。これらのセグメント１９は、弾力があるようにデザインされ、弾性的にバイアスされて、ボール９をばね付勢する。このことによっても、ボールチェーン８におけるボール９の望ましくない自由な遊びが取り除かれることが保証される。

図４は、図３に比べて形がいくぶん変えられている中間部品２０を示しており、この中間部品２０では、弾性腕部２１がセグメントの代わりに設けられている。図５は、これら弾性腕部２１がその自由端でボール９をばね付勢していることを明確に示している。ボール９及び中間部品２０の間のあき空間が腕部２１のつけ根の領域に見られる。図５に描かれている中間部品２０が互いの方へ押し付けられると、腕部２１が弾性及び伸縮性を持って広がり、空き空間２２が小さくなる。このことによっても、ボールチェーン８におけるボール９の自由な遊びが取り除かれることが保証される。

図６及び７にもまたボールチェーン８の一部が描かれており、圧縮コイルばね２３が、互いに隣りあって配置されている２つのボール９の間に設けられている。図１における例示的な実施形態と同様に、ここでもまた、圧縮コイルばね２３の最初と最後の巻回２４、２５がボール直径よりも小さな巻回直径を有することが分かる。ボール９の外周の小部分がこれらの巻回２４、２５に入り込んでいることがはっきりと分かる。このことにより、ボール９がボールチェーン８において満足に中心に配置されることが保証される。さらに、縦断面を見た場合に、圧縮コイルばね２３の形状が回転双曲面となっていることが分かる。中央領域で狭くなる圧縮コイルばね２３のこの形状により、ボールチャネル５におけるさらに小さい方向転換半径を克服できることが保証される。

図７に提案されている圧縮コイルばね２６は、縦断面を見た場合に、円筒状にデザインされている。

図８は、２つの中間部品半部２８、２９から形成された中間部品３０を備えたばね部材２７を提案している。中間部品半部２８、２９は、ボールチェーン８の軸に沿って互いにずらすことができるように配置されている。これらの中間部品半部２８、２９は、シートメタルを曲げたものであり、いっしょになって、中に圧縮コイルばね３２が配置されている内部空間３１の範囲を定めている。前述した例示的な実施形態と同様に、この圧縮コイルばね３２は、弾性的にバイアスを付加されて、２つの中間部品半部２８，２９を隣り合う２つのボール９に対してばね付勢する。この２つの中間部品半部２８、２９は、２つのボール９に面しているそれらの側面にボール台座３３、３４を有し、このボール台座３３、３４は、球状のキャップの形状にデザインされている。

図９は、ばね部材の変形例３５を示している。このばね部材３５は、図８のばね部材とは、基本的に、中間部品３６がプラスチックから作られている点で異なっている。

図１は、本発明によるボールねじのボールチェーンを示している。 図２は、図１によるボールチェーンの詳細を示している。 図３は、図２と同様であるがばね部材の変形例を備えたものの詳細を示している。 図４は、図３と同様であるがばね部材の変形例を備えたものの詳細を示している。 図５は、図４のボールチェーンの縦断面を示している。 図６は、本発明の他のボールねじのボールチェーンの詳細を示している。 図７は、図６と同様であるがばね部材の変形例を備えたものの例図を示している。 図８は、図６と同様であるがばね部材の変形例を備えたものの例図を示している。 図９は、図６と同様であるがばね部材の変形例を備えたものの例図を示している。 図１０は、それ自体公知のボールねじの基本構造を示している。

符号の説明

１ スピンドルナット
２ ねじ軸
３ ボール溝
４ ボール溝
５ ボールチャネル
６ ボールチェーン
７ 方向転換部品
８ ボールチェーン
９ ボール
１０ 中間部品
１１ ばね部材
１２ 圧縮コイルばね
１３ 巻回
１４ 巻回
１５ ボール台座
１６ ボール台座
１７ ばね部材
１８ 中間部品
１９ セグメント
２０ 中間部品
２１ 腕部
２２ 空き空間
２３ 圧縮コイルばね
２４ 巻回
２５ 巻回
２６ 圧縮コイルばね
２７ ばね部材
２８ 中間部品半部
２９ 中間部品半部
３０ 中間部品
３１ 内部空間
３２ 圧縮コイルばね
３３ ボール台座
３４ ボール台座
３５ ばね部材

Claims (9)

1. スピンドルナット（１）及びねじ軸（２）の間において、ボール（９）から構成された少なくとも一つのボールチェーン（６、８）がどの場合でもボールチャネル（５）に沿って転がり、前記ボールチャネル（５）は、前記スピンドルナット（１）及び前記ねじ軸（２）に形成されたボール溝（３、４）によって範囲を定められており、前記ボールチェーン（６、８）は、前記ボールチャネル（５）の一端から前記ボールチャネル（５）の開始点まで前記ボールチャネル（５）の方向転換部品の中で向きを変えられている、ボールねじにおいて、前記ボールチェーン（８）において前記ボールチェーン（６、８）のボール（９）の間に配置された１以上のばね部材（１１、１７、２７，３５）が前記ボール（９）に前記ボールチェーン（８）の軸方向に押圧力を加える、ことを特徴とするボールねじ。
2. 前記ボールチェーン（６、８）に配置された前記ばね部材（１１、１７、２７、３５）の数は、前記ボールチェーン（６、８）が一周している間、常に前記ばね部材（１１、１７、２７、３５）の一つが前記ボールチャネル（５）の無負荷領域にあるように調整されている、請求項１によるボールねじ。
3. 前記ばね部材（２７、３５）は中間部品（３０）及び圧縮コイルばね（３２）を有し、前記中間部品（３０）は２つの中間部品半部（２８、２９）から構成されており、各中間部品半部（２８、２９）はボール（９）用のベアリング面を備えており、前記圧縮コイルばね（３２）は、前記２つの中間部品半部（２８、２９）の間に配置されており、前記２つの中間部品半部（２８、２９）を付勢している、請求項１によるボールねじ。
4. 前記中間部品半部（２８、２９）がプラスチック又はシートメタルから形成されている、請求項３によるボールねじ。
5. 前記ばね部材は中間部品（１８、２０）を有し、前記中間部品（１８、２０）は互いに隣接している２つのボール（９）の間に配置されていて、前記ボール（９）を互いから少し離して保持しており、前記中間部品（１８、２０）の腕部（２１）又はセグメント（１９）が前記ボール（９）の一部を囲んでおり、前記腕部（２１）又は前記セグメント（１９）が弾力があるようにデザインされている、請求項１によるボールねじ。
6. 前記ばね部材が圧縮ばね、特に圧縮コイルばね（１２、２３、２６、３２）から構成されている、請求項１によるボールねじ。
7. 前記圧縮コイルばね（１２、２３、２６）の両端部にある最後の巻回（１３、１４、２４、２５）が、前記ボールの直径よりも小さい直径を有し、前記最後の巻回（１３、１４、２４、２５）がボール台座（１５、１６、３３、３４）としてデザインされている、請求項６によるボールねじ。
8. 圧縮コイルばね（２３）が縦断面を見た場合に、凹状の縦形状を有している、請求項７によるボールねじ。
9. 前記ボールチェーン（６、８）はＺ個のボール及びＹ個のばね（２３、２６、１２）を有し、Ｚ引くＹ個の中間部品（１０）が設けられている、請求項１によるボールねじ。

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