JP2010112429A - 駒式ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】駒部材の挿入性を損なうことなく、駒部材と駒窓の寸法差で決まるクリアランスを可及的に小さくすることにより、駒部材の駒窓内での動きを極力小さく規制し、駒部材の駒窓への固定強度を向上させ得る駒式ボールねじを提供する。
【解決手段】ナット３の胴部に穿設された駒窓６に嵌合される金属製の駒部材５を備えた駒式ボールねじにおいて、駒窓６のナット内径側端部から駒窓６の軸方向外径途中位置までの部分を、駒窓６のナット外径側の部分よりも駒部材６とのクリアランス（隙間）Ｃが大きい拡大穴部６１とし、駒窓６のナット外径側の部分を前記拡大穴部６１よりも駒部材６とのクリアランス（隙間）Ｃを小さくする縮小穴部６２とし、拡大穴部６１と縮小穴部６２との境界部を、拡大穴部６１から縮小穴部６２に向かって徐々に小さくなるテーパ部６３とした。
【選択図】図３

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、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。

この駒部材を用いた駒式ボールねじは、たとえば、特許文献１に記載のように、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ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）によって断面円形に形成される焼結合金からなると共に、この駒部材の内径部両側にアーム部が突設され、これらのアーム部がナットのねじ溝に係合されて駒部材がナットに位置決めされている。
さらに、駒部材の周方向両側縁には、外径側に立上る一対のガイド壁が対向して設けられ、このガイド壁を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ナットに固定されていた。
特開２００７−１４６９１５号公報

従来の駒部材は、駒部材に設けられたアーム部とナットのねじ溝の当接部、および、加締め部の当接部によってナットに固定されることになる。
ここで、たとえば自動車の可変動弁システムなどに使用されるボールねじは、エンジンからの振動や交番荷重が繰り返し付与されるため、ボールねじの作動を確保する上で駒部材の固定強度は非常に重要な特性であり、強固、且つ、十分な耐摩耗性を持つことが要求される。
駒の固定強度を十分に確保するためには、駒部材のボール循環溝をボールが通過する際に生じる力により、駒窓内での駒部材の動きを極力小さく規制することことが重要である。つまり、駒部材外径と駒窓内径の寸法差で決まるクリアランスが非常に重要となるが、あまりクリアランスを小さくすると、駒部材の挿入性が損なわれてしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、駒部材の挿入性を損なうことなく、駒部材と駒窓の寸法差で決まるクリアランスを可及的に小さくすることにより、駒部材の駒窓内での動きを極力小さく規制し、駒部材の駒窓への固定強度を向上させ得る駒式ボールねじを提供することにある。

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金属製の駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記駒窓のナット内径側端部から駒窓の軸方向外径途中位置までの部分を、駒窓のナット外径側の部分よりも駒部材との隙間が大きい拡大穴部とし、駒窓のナット外径側の部分を前記拡大穴部よりも駒部材との隙間を小さくする縮小穴部とし、拡大穴部と縮小穴部との境界部を、拡大穴部から縮小穴部に向かって徐々に小さくなるテーパ部としたことを特徴とする。

これにより、駒部材の縮小穴部によって駒部材のがたつき拡大を防止することができると共に、駒窓の拡大穴部により、駒部材の挿入性も確保することができる。

請求項２に記載のように、駒窓及び駒部材は断面円形状とすれば、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、信頼性を向上させることができる。
請求項３に記載のように、駒部材は、ＭＩＭあるいは焼結品の粉末金属体から構成とすれば、複雑な形状の駒部材を金属によって容易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、ナットのねじ溝に係合する一対の抜け止め用凸部を設けることにより、駒部材の回転を阻止することができる。
さらに、請求項５に記載の発明のように、駒部材の外径側端部には前記駒窓の開口縁に係合する加締め部が設けられていれば、加締部における固定強度を長期にわたって維持することができる。

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金属製の駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記駒窓のナット内径側端部から駒窓の軸方向外径途中位置までの部分を、駒窓のナット外径側の部分よりも駒部材との隙間が大きい拡大穴部とし、駒窓のナット外径側の部分を前記拡大穴部よりも駒部材との隙間を小さくする縮小穴部とし、拡大穴部と縮小穴部との境界部を、拡大穴部から縮小穴部に向かって徐々に小さくなるテーパ部としたことにより、駒部材の縮小穴部によって駒部材のがたつき拡大を防止することができると共に、駒窓の拡大穴部により、駒部材の挿入性も確保することができる。

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金属製の駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記駒窓のナット内径側端部から駒窓の軸方向外径途中位置までの部分を、駒窓のナット外径側の部分よりも駒部材との隙間が大きい拡大穴部とし、駒窓のナット外径側の部分を前記拡大穴部よりも駒部材との隙間を小さくする縮小穴部とし、拡大穴部と縮小穴部との境界部を、拡大穴部から縮小穴部に向かって徐々に小さくなるテーパ部としたことを特徴とする。

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駒部材をナットの駒窓に嵌合した状態を示す部分拡大断面図、図２（ａ）は本発明に係る駒式ボールねじの平面図、（ｂ）は同縦断面である。

この駒式ボールねじ１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、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、これらボール４の循環用部材となる駒部材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が形成されている。連結溝５ａは、図２（ｂ）に示すように、ナット３の隣接するねじ溝３ａ、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。連結溝５ａの両端の出入り口５ｂ、５ｂはナット３の円周方向に互いに反対向きに開口して隣合うねじ溝３ａ、３ａと連結され、この連結溝５ａとねじ溝３ａの略１周部分とでボール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。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。

一方、駒部材５の内径側端部には、連結溝５ａの両端の出入り口５ｂ、５ｂと並んで抜け止め用凸部としてのアーム部９、９が設けられている。アーム部９、９は丸棒状で、駒部材の外径よりも互いに反対向きに突出し、出入り口５ｂ、５ｂと接続されていないねじ溝部分に、所定の径方向すきまを介して係合されている。このアーム部９、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している。

さらに、駒部材の径方向両側縁には、図１に示すように、外径側に立上る一対のガイド壁１３、１３が対向して設けられ、このガイド壁１３、１３を、駒窓６の縁部６ａ側に塑性変形させて形成した加締め部１４によってナット３に固定されている。
ガイド壁１３、１３は、図１に示すように、頭部１１中央のリブ１５に対して外径部両側（ナット３の軸方向両側）に形成された凹み部１２から外径側へ立ち上がる構成となっている。駒部材５を駒窓６に嵌挿し、ナット３のねじ溝３ａにアーム部９、９を係合した後、これらガイド壁１３、１３を加締治具（図示せず）を使用して駒窓６の縁部６ａ側に塑性変形させて加締め部１４、１４を形成する。この加締め部１４、１４のスプリングバックが大きいとガタが生じるので、駒窓６の縁部６ａは傾斜面となっている。

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（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。もっとも、ＭＩＭによって成形するのではなく、粉末成形によって成形される圧粉体を焼結した焼結品としてもよい。

駒部材５はナット３の内径側から駒窓６に挿入され、駒部材５に設けられた一対のアーム部９とナット３のねじ溝３ａが当接した状態で、ガイド壁１３が加締め変形されることによりナット３に固定される。

この実施例では、図３及び図４に示すように、駒窓６のナット内径側端部から駒窓６の軸方向外径途中位置までの部分を、駒窓６のナット外径側の部分よりも駒部材６とのクリアランス（隙間）Ｃが大きい拡大穴部６１とし、駒窓６のナット外径側の部分を前記拡大穴部６１よりも駒部材６とのクリアランス（隙間）Ｃを小さくする縮小穴部６２とし、拡大穴部６１と縮小穴部６２との境界部を、拡大穴部６１から縮小穴部６２に向かって徐々に小さくなるテーパ部６３としたものである。
すなわち、拡大穴部６１の直径φＢは、縮小穴部６２の直径φＡよりも大径で、縮小穴部６２の直径φＡは、駒部材６の外径に近い寸法で駒部材の拘束を図り、ガタ防止をする。一方、ナット内径側は拡大穴部６１として拡大され、さらに縮小穴部６２との境界部にテーパ部６３を設けているので、駒部材６を挿入する際にスムースに挿入することができる。
特に、この実施例では、拡大穴部６１は、ナット３のねじ溝３ａの内径３ａ１から外径３ａ２の手前までの深さとなっており、テーパ部６３は、ねじ溝３ａの外径３ａ２手前位置から外径３ａ２を超えた位置までの間で、縮小穴部６２はねじ溝３ａの外径３ａ２よりも外側に形成されている。

この実施例では、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が断面円形に形成されているので、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、信頼性を向上させることができる。もっとも、駒部材５及び駒窓６は断面円形状に限らず、たとえば、楕円形状でもよいし、四角形状でもよい。
また、この実施例では、駒部材を加締め固定する例について説明したが、加締め固定に限定されるものではなく、他の固定方法についても適用可能である。

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。

本発明に係る駒式ボールねじの駒部材をナットの駒窓に嵌合した状態を示す部分拡大断面図である。 （ａ）は、本発明に係る駒式ボールねじの平面図、（ｂ）は、同縦断面である。 図１のナットの駒窓の拡大断面図である。 （ａ）は図２のナット単体の平面図、（ｂ）は縦断面図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・ボールねじ
２・・・・・・・・・・ねじ軸
２ａ、３ａ・・・・・・ねじ溝
３・・・・・・・・・・ナット
３ａ・・・・・・・・・ねじ溝
３ａ１・・・・・・・・内径
３ａ２・・・・・・・・外径
４・・・・・・・・・・ボール
５・・・・・・・・・・駒部材
５ａ・・・・・・・・・連結溝
５ｂ・・・・・・・・・出入り口
６・・・・・・・・・・駒窓
６ａ・・・・・・・・・縁部
６１・・・・・・・・・拡大穴部
６２・・・・・・・・・縮小穴部
６３・・・・・・・・・テーパ部
９・・・・・・・・・・アーム部（抜け止め用凸部）
１１・・・・・・・・・頭部
１２・・・・・・・・・凹み部
１３・・・・・・・・・ガイド壁
１４・・・・・・・・・加締め部
１５・・・・・・・・・リブ
Ｃ・・・・・・・・・・クリアランス（駒部材と駒窓間の隙間）

Claims (5)

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金属製の駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、
   前記駒窓のナット内径側端部から駒窓の軸方向外径途中位置までの部分を、駒窓のナット外径側の部分よりも駒部材との隙間が大きい拡大穴部とし、駒窓のナット外径側の部分を前記拡大穴部よりも駒部材との隙間を小さくする縮小穴部とし、拡大穴部と縮小穴部との境界部を、拡大穴部から縮小穴部に向かって徐々に小さくなるテーパ部としたことを特徴とする駒式ボールねじ。
2. 駒窓及び駒部材は断面円形状である請求項１に記載の駒式ボールねじ。
3. 駒部材は、ＭＩＭあるいは焼結品の粉末金属体からなる請求項１又は２に記載の駒式ボールねじ。
4. ナットのねじ溝に係合する一対の抜け止め用凸部が設けられている請求項１乃至３のいずれかの項に記載の駒式ボールねじ。
5. 駒部材のナット外径側端部には前記駒窓の開口縁に係合する加締め部が設けられた請求項１乃至４に記載の駒式ボールねじ。

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