JP2007146915A

JP2007146915A - 駒式ボールねじ

Info

Publication number: JP2007146915A
Application number: JP2005339737A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Tateishi; 康司立石; Yoshinori Ikeda; 良則池田; Keisuke Kazuno; 恵介数野; Morihisa Yoshioka; 守久吉岡
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2025-11-25
Also published as: JP4619277B2

Abstract

【課題】
ナットに対する駒部材の位置決め精度と固定力を確保し、低コストで信頼性を向上させ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２ａが形成されたねじ軸２と、このねじ軸２に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝３ａが形成されたナット３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４と、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５とを備えた駒式ボールねじ１において、駒窓６が断面略円形に形成され、この駒窓６に対応して駒部材５がＭＩＭによって断面円形に成形される焼結合金からなると共に、この駒部材５の両側にアーム９が突設され、これらのアーム９がナット３のねじ溝３ａに係合されて駒部材５がナット３に位置決めされている。
【選択図】図２

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使用し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５に示す。この駒式ボールねじ５０は、外周面に螺旋状のねじ溝５２が形成されたねじ軸５１と、このねじ軸５１に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝５４が形成されたナット５３と、対向する両ねじ溝５２、５４により形成される転動路に収容された複数のボール５５と、ナット５３の胴部に穿設された駒窓５６に嵌合された駒部材５７とを備えている。駒部材５７は小判型に形成され、内周にナット５３のねじ溝５４の隣合う１周部分同士を連結する連結溝５８が設けられ、ナット５３の外径側から駒窓５６に嵌め込まれている。ナット５３のねじ溝５４は、この連結溝５８で連結されることで１周の連続した周回経路となる。

駒部材５７の外面は円筒面に形成され、駒窓５６に駒部材５７が嵌め込まれた状態において、駒部材５７の外面はナット５３の外周面と略面一になっている。ここで、駒部材５７の外面に第１の周方向溝５９が形成されると共に、ナット５３の外周面に第１の周方向溝５９に連続する第２の周方向溝６０が形成されている。そして、これら第１および第２の周方向溝５９、６０に略Ｃ字状の止め輪６１が装着され、この止め輪６１のばね力で駒部材５７を押圧することにより、駒部材５７をナット５３に固定している。これにより、大径で薄肉のナットの場合においても、止め輪６１による駒部材５７の押圧固定力を充分に確保することができると共に、作業効率や信頼性を損なうことなく低コスト化を実現することができる（例えば、特許文献１を参照）。

こうした従来の駒式ボールねじ５０は、小判型の駒部材５７を備えているため、小判型の長径方向の角度とナット５３のねじ溝５４および駒部材５７の連結溝５８の角度関係を一致させておくだけで一義的に駒部材５７の位置決めができる特徴を有し、汎用的に適用されている。然しながら、小判型の駒部材５７に対応する駒窓５６をナット５３に形成する場合、加工工数が嵩み製造コスト高騰の一つの要因となっている。すなわち、この種の駒窓５６は、まず下穴をドリルで１箇所または２箇所開けておき、正規の小判幅寸法のエンドミルに工具交換して長穴形状に加工して所望の小判型形状を形成しなければならないため、加工時間が長く、また、工具交換によるサイクルタイムが長くなっていた。

こうした加工性の問題を解決したものとして、図６に示す駒式ボールねじが知られている。この駒式ボールねじ７０は、ナット７１に、その外周面側から内周面側へ貫通して形成された駒窓７２が設けられている。駒窓７２は略円形の断面を有し、ナット７１の径方向に沿って形成されている。そして、この駒窓７２に第１の駒部材７３が装着され、この第１の駒部材７３の抜け防止部材として第２の駒部材７４が装着されている。第１の駒部材７３は略円盤状に形成され、ナット７１の周方向両側に自転防止用のヒレ７３ａ、７３ａが形成されている。

第２の駒部材７４は、ナット７１の外周面の周方向を長手方向とする矩形状に形成され、その長手方向両側の縁部に沿って突き出した突条７５が形成されている。一方、ナット７１の外周面には、第２の駒部材７４を収容する溝７６が形成されている。そして、溝７６の、ナット７１の周方向両側の溝面は、それぞれ第２の駒部材７４の突条７５と係合し、第２の駒部材７４をナット７１に挿入する時にガイドとして機能する１対の溝７７が形成されている。このように、ナット７１に形成される駒窓７２が略円形の断面からなるため、エンドミルの１回の加工で駒窓７２を形成することが可能となり、工具交換が不要となると共に、加工工数が削減できコストダウンを図ることができる（例えば、特許文献２を参照）。
特開２００４−１２４９８６号公報特開２００５−１９６２４号公報

然しながら、この従来の駒式ボールねじ７０では、第１の駒部材７３の抜け止めを図るために第２の駒部材７４が必要となるだけでなく、この第２の駒部材７４を装着するために、ナット７１に溝７６、７７を加工する必要がある。さらには、第１の駒部材７３の両側には自転防止用のヒレ７３ａ、７３ａが形成され、第１の駒部材７３の連結溝（図示せず）とナット７１のねじ溝７１ａとの位置合わせを行っているが、このヒレ７３ａの加工精度およびこのヒレ７３ａを装着するナット７１の溝加工精度を厳しく規制しないとボールのスムーズな循環運動が得られない恐れがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ナットに対する駒部材の位置決め精度と固定力を確保し、低コストで信頼性を向上させ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、前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材が断面円形に形成されると共に、この駒部材の両側にアームが突設され、これらのアームが前記ナットのねじ溝に係合され、当該駒部材が前記ナットに位置決めされている。

このように、駒部材がナットに嵌合された駒式ボールねじにおいて、駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して駒部材が断面円形に形成されると共に、この駒部材の両側にアームが突設され、これらのアームがナットのねじ溝に係合され、当該駒部材がナットに位置決めされているので、駒窓の加工工数が削減できて低コスト化を図ることができると共に、駒部材がナットに対して軸方向に精度良く、かつ、容易に位置決めすることができ、信頼性を向上させた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、前記駒部材の周方向両側縁に外径側へ立ち上がる一対のガイド壁が対向して設けられ、このガイド壁を前記駒窓の縁部側に塑性変形させて形成した加締部によって前記駒部材が前記ナットに固定されていれば、低コストで所望の固定力を確保することができる。

また、請求項３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。

また、請求項４に記載の発明のように、前記駒部材のガイド壁が塑性変形可能で、かつ加締部強度が確保できる靭性を有し、熱処理によって少なくとも前記連結溝の表面硬さが３０ＨＲＣ以上に設定されていれば、大きな応力が発生する連結溝は耐圧痕性や耐摩耗性を充分有すると共に、加締部となるガイド壁は所望の靭性を確保でき、駒部材をナットに固定する際に割れ等が発生するのを防止することができる。したがって、強度・耐久性と靭性という相反する特性を有する駒部材を備えた駒式のボールねじを提供することができる。

好ましくは、請求項５に記載の発明のように、前記駒部材が浸炭材で形成され、浸炭焼入れによって表面が硬化処理されると共に、前記ガイド壁が焼きなましによって表面硬さが１５〜３０ＨＲＣの範囲に設定されていれば、加締部強度を確保することができると共に、加締加工時にクラック等が発生するの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、前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材が断面円形に形成されると共に、この駒部材の両側にアームが突設され、これらのアームが前記ナットのねじ溝に係合され、当該駒部材が前記ナットに位置決めされているので、駒窓の加工工数が削減できて低コスト化を図ることができると共に、駒部材がナットに対して軸方向に精度良く、かつ、容易に位置決めすることができ、信頼性を向上させ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、前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材がＭＩＭによって断面円形に成形される焼結合金からなると共に、この駒部材の両側にアームが突設され、これらのアームが前記ナットのねじ溝に係合されて当該駒部材が前記ナットに位置決めされている。

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（ａ）はナットの断面斜視図、（ｂ）は横断面図、図３（ａ）は駒部材を示す斜視図、（ｂ）は平面図、図４（ａ）〜（ｃ）は、駒部材の組立手順を示す説明図である。

この駒式ボールねじ１は、外周面に螺旋状のねじ溝２ａが形成されたねじ軸２と、このねじ軸２に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝３ａが形成されたナット３と、対向する両ねじ溝２ａ、３ａにより形成された転動路に収容された多数のボール４と、ナット３のねじ溝３ａの隣り合う一周部分同士を連結する連結溝５ａが形成された駒部材５とを備えている。

各ねじ溝２ａ、３ａ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４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、かつ振動の発生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３ａの一部を切欠く断面略円形の駒窓６が穿設され、この駒窓６に対応して断面略円形の駒部材５が嵌合されている。駒部材５の内方には、ねじ溝３ａの隣合う１周分同士を連結する連結溝５ａが形成され、この連結溝５ａとねじ溝３ａの略１周の部分とでボール４の転動路を構成している。転動路内の内外のねじ溝２ａ、３ａ間に介在された多数のボール４は、ねじ溝２ａ、３ａに沿って転動し、そして、駒部材５の連結溝５ａに案内され、ねじ軸２のねじ山を乗り越えて隣接するねじ溝３ａに戻り、再びねじ溝２ａ、３ａに沿って転動する。

図２（ａ）および図３（ｂ）に示すように、駒部材５の連結溝５ａは、ナット３の隣接するねじ溝３ａ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、図２（ｂ）に示すように、その両端駒窓縁７は、ナット３の隣接するねじ溝３ａの窓駒窓縁部８に合致するように連結溝５ａがねじ溝３ａに接続されている。また、連結溝５ａの深さは、ボール４が連結溝５ａ内でねじ軸２におけるねじ溝２ａのねじ山を越えることができる深さとされている。さらに、駒部材５の両側には丸棒状に形成されたアーム９が突設され、ナット３のねじ溝３ａに所定の径方向すきまを介して係合されている。このアーム９によって、駒部材５がナット３に対して軸方向に位置決めされると共に、駒部材５が駒窓６から径方向外方に抜け出すのを防止することができる。

また、図２（ｂ）および図３（ａ）に示すように、駒部材５の周方向両側縁は、他の部分よりも外径面が凹む、凹み部１０とされ、これら凹み部１０から外径側へ立ち上がる一対のガイド壁１１が駒部材５の周方向に対向して設けられている。このガイド壁１１を加締治具（図示せず）を使用して駒窓６の縁部側に塑性変形させて形成した加締部１２によって駒部材５はナット３に固定されている（図２（ｂ）参照）。

ボール４の組み込みは、ナット３の駒窓６に駒部材５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４を両ねじ溝２ａ、３ａ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。なお、これ以外にも、ナット３の駒窓６に駒部材５を装着した後、仮軸を用いてボール４を同様に挿入するようにしても良い。

駒部材５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（ＭｅｔａｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇ）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、前記金属粉として、後に浸炭焼入が可能な材質、例えば、Ｃ（炭素）が０．１３ｗｔ％、Ｎｉ（ニッケル）が０．２１ｗｔ％、Ｃｒ（クロム）が１．１ｗｔ％、Ｃｕ（銅）が０．０４ｗｔ％、Ｍｎ（マンガン）が０．７６ｗｔ％、Ｍｏ（モリブデン）が０．１９ｗｔ％、Ｓｉ（シリコン）が０．２０ｗｔ％、残りがＦｅ（鉄）等からなるＳＣＭ４１５を例示することができる。また、これ以外にも、Ｃが０．０７ｗｔ％、Ｃｒが１７ｗｔ％、Ｎｉが４ｗｔ％、Ｃｕが４ｗｔ％、残りがＦｅ等からなる析出硬化系ステンレスＳＵＳ６３０であっても良い。このＳＵＳ６３０は、固溶化熱処理で表面硬さを適切に上げることができ、強靭性と高硬度を確保することができる。

駒部材５をＳＣＭ４１５等の浸炭材で形成する場合は、駒部材５は浸炭焼入れによって表面硬さが３０〜４０ＨＲＣの範囲になるように硬化処理されると共に、高周波テンパー装置を用いて、図２（ｂ）に示す加締部１２、すなわち、図３（ａ）に示すガイド壁１１が焼きなましされ、表面硬さが１５〜２３ＨＲＣの範囲になるように設定されている。

ここで、浸炭焼入れによる硬化層の表面硬さが３０ＨＲＣ未満であれば、連結溝５ａの耐圧痕性や耐摩耗性が不足し、４０ＨＲＣを超えると駒部材５の熱処理変形が大きくなって好ましくない。また、焼きなましによるガイド壁１１の表面硬さが１５ＨＲＣ未満であれば加締部強度が不足し、２３ＨＲＣを超えると、加締加工時にクラック等が発生する恐れがあって好ましくない。

一方、駒部材５をＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレスで形成する場合は、固溶化熱処理で表面硬さが３０ＨＲＣ以上になるように設定されている。このＳＵＳ６３０は、所定の温度に加熱した後急冷することにより、合金元素が容易に固溶化する特徴を有している。

駒部材５がこれら浸炭材あるいは析出硬化系ステンレスをＭＩＭにより成形された焼結合金からなるので、大きな応力が発生する少なくとも連結溝５ａは耐圧痕性や耐摩耗性を充分有する。また、加締部１２となるガイド壁１１の靭性が高く、駒部材５をナット３に加締固定する際に割れ等の発生を防止することができる。

次に、図４を用いて、ナット３に駒部材５を組み立てる手順を説明する。先ず、（ａ）に示すように、ナット３の駒窓６の内方位置に駒部材５を配置し、駒部材５のガイド壁１１がナット３の周方向に対向するよう、駒窓６と駒部材５との位置合わせを行う。そして、（ｂ）に示すように、駒窓６に駒部材５を内方から挿入する。最後に、駒部材５のガイド壁１１を駒窓６の縁部側に向けて塑性変形させて加締部１２を形成する。この加締部１２によって駒部材５はナット３に固定され、所望の固定力を確保することができる。

本実施形態では、ナット３の胴部に断面略円形の駒窓６が形成され、この駒窓６に嵌合される駒部材５が断面略円形に形成されると共に、この駒部材５の両端にアーム９が突設され、ナット３のねじ溝３ａに所定の径方向すきまを介して係合させているため、駒窓６の加工工数が削減できて低コスト化を図ることができると共に、駒部材５がナット３に対して軸方向に精度良く、かつ、容易に位置決めすることができ、信頼性を向上させた駒式ボールねじ１を提供することができる。

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、自動車の電動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。（ａ）は、本発明に係るナットを示す断面斜視図である。（ｂ）は、同上、横断面図である。（ａ）は、本発明に係る駒部材を示す斜視図である。（ｂ）は、同上、下方から見た平面図である。（ａ）〜（ｃ）は、ナットに駒部材を組み立てる手順を示す説明図である。（ａ）は、従来の駒式ボールねじを示す縦断面図である。（ｂ）は、同上縦断面図である。他の駒式ボールねじを示す斜視組立図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・ボールねじ
２・・・・・・・・・・ねじ軸
２ａ、３ａ・・・・・・ねじ溝
３・・・・・・・・・・ナット
４・・・・・・・・・・ボール
５・・・・・・・・・・駒部材
５ａ・・・・・・・・・連結溝
６・・・・・・・・・・駒窓
７・・・・・・・・・・駒窓縁
８・・・・・・・・・・窓駒窓縁部
９・・・・・・・・・・アーム
１０・・・・・・・・・凹み部
１１・・・・・・・・・ガイド壁
１２・・・・・・・・・加締部
５０、７０・・・・・・駒式ボールねじ
５１・・・・・・・・・ねじ軸
５２、５４、７１ａ・・ねじ溝
５３、７１・・・・・・ナット
５５・・・・・・・・・ボール
５６、７２・・・・・・駒窓
５７・・・・・・・・・駒部材
５８・・・・・・・・・連結溝
５９・・・・・・・・・第１の周方向溝
６０・・・・・・・・・第２の周方向溝
６１・・・・・・・・・止め輪
７３・・・・・・・・・第１の駒部材
７３ａ・・・・・・・・ヒレ
７４・・・・・・・・・第２の駒部材
７５・・・・・・・・・突条
７６、７７・・・・・・溝

Claims

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、
前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材が断面円形に形成されると共に、この駒部材の両側に一対のアームが突設され、このアームが前記ナットのねじ溝に係合され、当該駒部材が前記ナットに位置決めされていることを特徴とする駒式ボールねじ。
前記駒部材の周方向両側縁に外径側へ立ち上がるガイド壁が対向して設けられ、これらのガイド壁を前記駒窓の縁部側に塑性変形させて形成した加締部によって前記駒部材が前記ナットに固定されている請求項１に記載の駒式ボールねじ。
前記駒部材がＭＩＭによって成形される焼結合金からなる請求項１または２に記載のボールねじ。
前記駒部材のガイド壁が塑性変形可能で、かつ加締部強度が確保できる靭性を有し、熱処理によって少なくとも前記連結溝の表面硬さが３０ＨＲＣ以上に設定されている請求項２または３に記載のボールねじ。
前記駒部材が浸炭材で形成され、浸炭焼入れによって表面が硬化処理されると共に、前記ガイド壁が焼きなましによって表面硬さが１５〜３０ＨＲＣの範囲に設定されている請求項４に記載のボールねじ。