JP2010121663A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】流通性の高い安価な止め輪を用いて軸受等の固定部材を軸方向にガタ無く取付可能なボールねじを提供する。
【解決手段】軸受１５の固定部材１６の移動をナット１２に設けられた取付溝３０に装着される止め輪２０によって規制するボールねじにおいて、取付溝３０に装着される止め輪２０の両側面を平行な形状とし、止め輪２０の内径端部が係合する取付溝３０の反固定部材側に位置する溝側面３１がテーパ形状となっており、止め輪２０とテーパ形状の溝側面３１との接触部２１ａの溝底からの接触高さｈ１に対し、止め輪２０と固定部材１６との接触部２２ａの溝底からの接触高さｈ２の方が高くなっていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車用アクチュエータに用いられるボールねじに関し、詳しくは、ボールねじを支持する軸受のコンパクトで量産性のある固定構造に関するものである。

従来から、一般産業用工作機械や自動車用アクチュエータなどにボールねじ機構が用いられている。このボールねじ機構は、ナット側をモータ駆動により回転させ、ボールを介して軸を直動させる、いわゆるナット回転式と、軸回転にてナットを直動させる軸回転式に大別される。

いずれも回転運動を直線運動に変換する機構であり、共にアクチュエータの一般的な構造であるが、回転側を回転可能に支持する軸受を有する点と、軸受を軸方向に固定する構造が必要であることは共通する特徴である。例えば、車両用自動変速機のシフトチェンジ切替え用アクチュエータに関しては、特許文献１に示されるような構造となっている。すなわち、ナット回転により軸が直動し、軸に連結されたシフトレバーおよびフォークシャフトによって車両用変速機のシフト・セレクタ切替えを行う装置となっている。
また、この構造において、ボールねじの循環部材であるこまの径方向の抜け止めを成すパイプ状の部材と、軸受の軸方向の位置決めと固定が、ナットに設けたフランジとテーパ形状の形状を有する止め輪によってなされていた。

図７は、このようなナット回転式のボールねじの構成例を示している。すなわち、外周面に螺旋状のねじ溝１１１ａが形成されたねじ軸１１１と、このねじ軸１１１に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝１１２ａが形成されたナット１１２と、対向する両ねじ溝１１１ａ、１１２ａにより形成される転動路に収容された複数のボール１１３と、を備え、ナット１１２の外周にナット１１２を回転自在に支持する軸受１１５が装着されている。

この軸受１１５は、ナット１１２に突出するフランジ１１４に突き当てられて軸方向の位置決めがなされ、円筒状の固定部材１１６を介して、ナット１１２の外周端部に設けられた取付溝１３０に係合される止め輪１２０によって抜け止めが図られていた。
止め輪１２０は、強いスラスト力が生じた場合を考慮し、図８に拡大して示すように、止め輪１２０の一部にテーパ面１２０ａを設け、同テーパ面１２０ａを受ける側には同様にテーパ面１３０ａを設けることで、止め輪１２０を取り付けた際に固定側に対して、軸方向への押し付け力を付与していた。
特開２００５−３２５８６３号公報

この構造は、止め輪１２０に強いスラスト力を必要とする場合には有効であるが、止め輪１２０取付時に軸方向にガタを発生させないためには、止め輪１２０の取付溝１３０の位置やテーパ面１２０ａ、１３０ａの角度αを精度良く仕上げる必要がある。

しかし、取付溝１３０の溝加工においては、図９に示すように、幅（Ｌ）が薄く剛性の低い専用工具１５０を用いなければならないため、工具寿命が短く、早期の工具交換が余儀なくされるため量産性に欠ける。また、フランジ１１４から取付溝１３０までの間隔Ｌ１に対して、止め輪１２０によって軸方向に固定される軸受１１５と固定部材１１６単体の幅Ｌ２、Ｌ３の加工誤差が積み上げられることになり、加工誤差が止め輪１２０の取付状態に大きく影響する。そのため、各々の部材の幅寸法も厳しく管理する必要があり、幅研削等の工程増によりコストアップとなる。止め輪１２０によって軸方向に固定される部材の点数が多ければ多いほど、累積する加工誤差が大きくなる。

また、止め輪１２０が受けるスラスト荷重が軽微である場合には、本構造は過剰品質となる。
なお、テーパ形状の止め輪１２０は一般的な止め輪メーカで、ベベル型止め輪等の名称で流通しており、従来特許によるテーパ面１２０ａを有する止め輪１２０およびこの止め輪１２０に対して、受け側にテーパ面を有する取付溝１３０に適用する方法については、周知の技術である。

本発明は、こうした従来の問題に鑑みてなされたもので、流通性の高い安価な止め輪を用いて軸受等の固定部材を軸方向にガタ無く取付可能なボールねじを提供することを目的とする。

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、を備え、前記ナットとねじ軸のうち回転側部材の外周に突出する位置決め部に軸方向一方側から当接するように少なくとも軸受を含む軸受関係部材が装着され、該軸受関係部材の軸方向他方側への移動を回転側部材外周に設けられた取付溝に係合する止め輪によって規制するボールねじにおいて、取付溝に装着される止め輪の両側面を平行な形状とし、止め輪の装着方向先端部が係合する取付溝の反軸受関係部材側の溝側面が、止め輪を取付溝に装着した際に、止め輪が溝底に向かって収縮するに従って止め輪の内径端部を軸受関係部材側に移動させるテーパ形状となっており、前記止め輪とテーパ形状の溝側面との接触部の取付溝の溝底からの接触高さに対し、止め輪と軸受関係部材との接触部の取付溝の溝底からの接触高さの方が高くなっていることを特徴とする。
このようにすれば、止め輪は内径側に縮む過程において、軸受関係部材に接触する。この時、止め輪とテーパ形状の溝側面との接触高さに対し、軸受関係部材の接触高さの方が高いことより、各接触部から止め輪に作用する反力が偶力として作用し、止め輪は傾きつつ、更に縮もうとするため、テーパ形状の溝側面と固定部材の間にガタなく止め輪は取り付けられる。したがって、止め輪自体にはテーパ部の無い平行の止め輪を用い、軸方向にガタなく止め輪を取り付けることが出来、過剰な品質を伴うことなく、量産性化を図ることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、止め輪とテーパ形状の溝側面との接触部及び止め輪と軸受関係部材との接触部は線接触となっているので、軽微なスラスト力に対しては十分耐え得る構造となる。
取付溝のテーパ形状の溝側面のテーパ角度は、スラスト力を受けた際には、小さい方が止め輪は抜け難く有利である反面、溝位置の加工誤差や、固定する軸受関係部材の部材幅の加工誤差の影響を受けやすい。逆にスラスト力が軽微である場合は角度が大きくとれ、製造し易くなる傾向にあることを勘案し、請求項３に記載のように、テーパ角度を、ねじ軸の軸方向と直交する直交線に対して２５°〜５０°程度とすることが好適である。

請求項４に記載のように、止め輪の内径は適用呼び径に対して標準的な径より小さい径であり、止め輪の内径側への収縮力が標準的な径の止め輪よりも大きくしておけば、取付のために外径側に一旦広げられた止め輪は小さいので、取付溝の中で内径側に縮む量が大きく、ナットに設けたテーパ形状の溝側面に接触しながら軸受関係部材側に寄り付きやすい。
請求項５に記載のように、取付溝は焼入れされており、焼入れ後に切削された構成とすれば、取付溝の加工精度が向上する。
請求項６に記載のように、取付溝における軸受関係部材側の溝側面を反軸受関係部材側の溝側面と反対側に傾くテーパ形状とし、スローアウェイ式の切削工具で切削可能な開口幅と溝形状とすれば、専用の幅薄の専用工具が不要となる。

請求項７に記載のように、止め輪はＣ型の止め輪とすれば、流通性が高く、コスト低減を図ることができる。
請求項８、９に記載のように、軸受関係部材は、軸受と、軸受と直列に配列される固定部材を組み合わせたものでもよいし、軸受単体でもよく、ナットとねじ軸のうち軸受で支持される回転側部材の軸受の軸方向のがたつきを押さえることができる。

また、請求項１０に記載のように、ナット側を回転駆動させ、ねじ軸を直動させるナット回転式のアクチュエータとして使用される構成で、止め輪は軸受関係部材が嵌合されるナット外周の取付溝に装着されていれば、簡単な止め輪の固定構造でありながら、ナット回転式のアクチュエータの軸方向ガタを防止できる。

さらに、請求項１１に記載のように、ねじ軸を回転駆動させ、ナットを直動させるねじ軸回転式のアクチュエータとして使用される構成で、止め輪は軸受関係部材が嵌合されるねじ軸外周の取付溝に装着されていれば、簡単な止め輪の固定構造でありながら、軸回転式のアクチュエータにおける軸方向ガタを防止できる。

本発明に係るボールねじは、止め輪とテーパ形状の溝側面との接触部の取付溝の溝底からの接触高さに対し、止め輪と軸受関係部材との接触部の取付溝の溝底からの接触高さの方が高くなっているので、止め輪は内径側に縮む過程において、傾きつつ、更に縮もうとするため、テーパ形状の溝側面と固定部材の間にガタなく止め輪は取り付けられる。したがって、止め輪自体にはテーパ部の無い平行の止め輪を用い、軸方向にガタなく止め輪を取り付けることができ、過剰な品質を伴うことなく、量産化を図ることができる。

本発明は、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、を備え、前記ナットとねじ軸のうち回転側部材の外周に突出する位置決め部に軸方向一方側から当接するように少なくとも軸受を含む軸受関係部材が装着され、該軸受関係部材の軸方向他方側への移動を回転側部材外周に設けられた取付溝に係合する止め輪によって規制するボールねじにおいて、取付溝に装着される止め輪の両側面を平行な形状とし、止め輪の装着方向先端部が係合する取付溝の反軸受関係部材側の溝側面が、止め輪を取付溝に装着した際に、止め輪が溝底に向かって収縮するに従って止め輪の内径端部を軸受関係部材側に移動させるテーパ形状となっており、前記止め輪とテーパ形状の溝側面との接触部の取付溝の溝底からの接触高さに対し、止め輪と軸受関係部材との接触部の取付溝の溝底からの接触高さの方が高くなっている。

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、本発明の実施形態に係るボールねじを示す概略縦断面図、図２は、止め輪近傍の部分拡大断面図、図３（ａ）の止め輪単体の正面図、図３（ｂ）はＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

ボールねじ１０は、外周面に螺旋状のねじ溝１１ａが形成されたねじ軸１１と、このねじ軸１１に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝１２ａが形成されたナット１２と、対向する両ねじ溝１１ａ、１２ａにより形成される転動路に収容された複数のボール１３と、を備えている。ナット１２には、特に図示しないが、転動路に収容されたボールを循環させる駒部材等の循環機構が設けられる。

そして、ナット１２の外周には、軸受関係部材として、ナット１２を回転自在に支持する軸受１５と、軸受１５と直列に配列される固定部材１６とが装着されている。軸受１５は内輪１５ａと外輪１５ｂの間にボール１５ｃが転動自在に介装された転がり玉軸受で、内輪１５ａがナット１２の軸方向一端部外周に張り出す位置決め部としてのフランジ部１４の端面に突き当てられ、軸方向一方側の位置決めがなされている。
一方、軸受１５及び固定部材１６の軸方向他方側への移動をナット１２の軸方向他端部外周に設けられた取付溝３０に係合する止め輪２０によって規制するようになっている。この実施例では、固定部材１６は軸受１５の内輪１５ａと止め輪２０の間に介在されるスリーブ状の部材である。

本実施例では、止め輪２０として、流通性の高いＣ型の止め輪が用いられている。すなわち、図３に示すように、１箇所がＣ字形状に開いた円環状部材で、その断面形状は、両側面が平行な断面矩形状となっている。内径（φＡ）は、図２に示すように、ナット１２の呼び径（φＢ）よりも小径で、外径（φＡ′）はナット１２の呼び径よりも大径となっており、取付溝３０に装着する場合には、内径をナット１２の呼び径よりも拡げ、その弾性復元力によって、内径端部を取付溝３０内に没入させるようになっている。装着した状態では、内径側が取付溝３０に没入し、外径側が取付溝３０から突出し、固定部材１６に係合する。

一方、取付溝３０は溝底３２よりも開口側が開いた断面逆台形状で、止め輪２０の装着方向先端部、すなわち、内径端部が係合する固定部材１６と反対側に位置する溝側面３１が、止め輪２０を取付溝３０に装着した際に、止め輪２０が溝底３２に向かって収縮するに従って止め輪２０の装着方向先端部を固定部材１６側に移動させるテーパ形状となっている。

固定部材１６の取付溝側の端部は、取付溝３０の開口部の中途部まで被さっており、固定部材１６の端面と取付溝の溝側面３１の開口端との間の開口幅は、止め輪２０が挿入できる程度の幅が残されている。

止め輪２０は内径側に縮む過程において、固定部材１６に接触する。すなわち、止め輪２０の固定部材１６側の側面２２が、固定部材１６の端面１６ａに当接した状態で止め輪２０が収縮し、反固定部材側の側面２１の内径端がテーパ形状の溝側面３１に当接し、溝側面３１に案内されて内径側が溝底３２に向かって斜めに入り込むようにガイドされる。この時、止め輪２０とテーパ形状の溝側面３１との接触高さｈ１に対し、固定部材１６側の接触高さｈ２の方が高いことより、図１、図２の様に、止め輪２０は傾きつつ、更に縮もうとするため、テーパ形状の溝側面３１と固定部材１６の間にガタなく止め輪２０は取り付けられる。

止め輪２０と溝側面３１との接触高さｈ１は、止め輪２０の反固定部材側の側面２１の内径端と溝側面の接触部２１ａの溝底３２からの高さであり、固定部材１６側の接触高さｈ２は、止め輪２０の固定部材側の側面２２と固定部材１６の端面１６ａの内径端との接触部２２ａの溝底３２からの高さである。
本実施例においては、テーパ形状の溝側面３１と止め輪２０の反固定部材側の側面２１との接触部２１ａおよび止め輪２０の固定部材側の側面２２と固定部材１６との接触部２２ａは線接触となっているが、軽微なスラスト力に対しては十分耐え得る構造となる。

一般的なＣ型止め輪用の取付溝および止め輪の取付状態は、図６に示すように、取付溝２３０は断面矩形状とし、固定部材１６′と止め輪２０との間に、軸方向に取付上のすきまｇを持つが、本発明では、固定部材１６の端面１６ａを取付溝３０の途中まで延ばし、反固定部材側の溝側面３１をテーパ形状とすることで、止め輪２０の内径端部を固定部材１６の端面１６ａを超えて斜めに変形させ、隙間を無くしている。

本実施例において使用される止め輪２０の内径は、ナット１２の呼び径Ｂに対して標準的な径より１〜２ランク小さい径のものが選定され、止め輪２０の内径側への収縮力が標準的な径の止め輪よりも大きくなっている。すなわち、取付のために外径側に一旦広げられた止め輪２０は、小さいものであるため、取付溝３０の中で内径側に縮む量が大きく、ナット１２に設けたテーパ形状の溝側面３１に接触しながら軸受１５側に寄り付いていく。

溝側面３１の角度βは、スラスト力を受けた際には、小さい方が止め輪２０は抜け難く有利である反面、溝位置の加工誤差や、固定する固定部材１６の部材幅の加工誤差の影響を受けやすい。逆にスラスト力が軽微である場合は角度が大きくとれ、製造し易くなる。具体的には、ねじ軸の軸方向と直交する直交線に対して２５°〜５０°とすることが好適である。

また、図４に示すように、本実施例では、取付溝３０に固定部材１６側の溝側面３３の形状は、反固定部材側の溝側面３１と反対側に傾くテーパ形状としており、スローアウェイ式の切削工具４０で切削可能な開口幅Ｃを有する溝形状となっている。このようにすれば、従来のように専用の幅薄の専用工具が不要となる。
また、溝加工の精度向上のために、焼き入れ後に切削された構成とすれば、取付溝３０の加工精度が向上し、量産性に寄与出来る。

もっとも、図５に示すように、取付溝３０の一方の溝側面３１のみテーパ形状とし、他方の溝側面３３′は軸方向に対して直交する面としてもよい。

なお、上記実施例では、軸受関係部材として、軸受１５と、軸受１５と直列に配列されるスリーブ状の固定部材１６の２部材によって構成されているが、軸受１５単独でもよい。
また、上記実施例では、ナット１２側を回転駆動させ、ねじ軸１１を直動させるナット回転式のアクチュエータとして使用される構成について説明したが、ねじ軸１１を回転駆動させ、ナット１２を直動させるねじ軸回転式のアクチュエータとして使用される構成についても適用可能である。この場合、止め輪は軸受関係部材が嵌合されるねじ軸外周の取付溝に装着される。

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。

本発明に係るボールねじは、自動車用アクチュエータ等に適用できる。

本発明の実施形態に係るボールねじを示す概略縦断面図。 取付溝に装着された止め輪近傍の部分拡大断面図。 （ａ）の止め輪単体の正面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。 取付溝の加工方法の説明図。 取付溝の他の形態例を示す部分拡大断面図。 一般的なＣ型止め輪を用いたボールねじの軸受固定部を示す断面図。 従来のテーパ形状の取付溝とテーパ止め輪を用いた軸受固定部を備えたボールねじの半縦断面図。 図７の止め輪近傍の部分拡大断面図。 図７の取付溝の加工方法の説明図。

符号の説明

１０・・・・・・・・・・ボールねじ
１１・・・・・・・・・・ねじ軸
１１ａ・・・・・・・・・ねじ溝
１２・・・・・・・・・・ナット
１２ａ・・・・・・・・・ねじ溝
１３・・・・・・・・・・ボール
１４・・・・・・・・・・フランジ部
１５・・・・・・・・・・軸受
１５ａ・・・・・・・・・内輪
１５ｂ・・・・・・・・・外輪
１５ｃ・・・・・・・・・ボール
１６・・・・・・・・・・固定部材
１６ａ・・・・・・・・・端面
２０・・・・・・・・・・止め輪
２１・・・・・・・・・・側面（反固定部材側）
２１ａ・・・・・・・・・接触部（溝側面３１との接触部）
２２・・・・・・・・・・側面（固定部材側）
２２ａ・・・・・・・・・接触部（固定部材１６との接触部）
３０・・・・・・・・・・取付溝
３１・・・・・・・・・・溝側面（反固定部材側）
３２・・・・・・・・・・溝底
３３・・・・・・・・・・溝側面（固定部材側）
３３′・・・・・・・・・溝側面
４０・・・・・・・・・・工具
ｈ１・・・・・・・・・・接触高さ（反固定部材側）
ｈ２・・・・・・・・・・接触高さ（固定部材側）
Ｃ・・・・・・・・・・・開口幅

Claims (11)

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、を備え、前記ナットとねじ軸のうち回転側部材の外周に突出する位置決め部に軸方向一方側から当接するように少なくとも軸受を含む軸受関係部材が装着され、該軸受関係部材の軸方向他方側への移動を回転側部材外周に設けられた取付溝に係合する止め輪によって規制するボールねじにおいて、
   取付溝に装着される止め輪の両側面を平行な形状とし、止め輪の装着方向先端部が係合する取付溝の反軸受関係部材側の溝側面が、止め輪を取付溝に装着した際に、止め輪が溝底に向かって収縮するに従って止め輪の内径端部を軸受関係部材側に移動させるテーパ形状となっており、
   前記止め輪とテーパ形状の溝側面との接触部の取付溝の溝底からの接触高さに対し、止め輪と軸受関係部材との接触部の取付溝の溝底からの接触高さの方が高くなっていることを特徴とするボールねじ。
2. 止め輪とテーパ形状の溝側面との接触部及び止め輪と軸受関係部材との接触部は線接触となっている請求項１に記載のボールねじ。
3. 取付溝のテーパ形状の溝側面は、ねじ軸の軸方向と直交する直交線に対して２５°〜５０°である請求項１又は２に記載のボールねじ。
4. 止め輪の内径は適用呼び径に対して標準的な径より小さい径であり、止め輪の内径側への収縮力が標準的な径の止め輪よりも大きくなっている請求項１乃至３のいずれかの項に記載のボールねじ。
5. 取付溝は焼入れされており、焼入れ後に切削された構成である請求項１乃至４のいずれかの項に記載のボールねじ。
6. 取付溝における軸受関係部材側の溝側面を反軸受関係部材側の溝側面と反対側に傾くテーパ形状とし、スローアウェイ式の切削工具で切削可能な開口幅と溝形状となっている請求項１乃至５のいずれかの項に記載のボールねじ。
7. 止め輪はＣ型の止め輪である請求項１乃至６のいずれかの項に記載のボールねじ。
8. 軸受関係部材は、軸受と、該軸受と直列に配列される固定部材である請求項１乃至７のいずれかの項に記載のボールねじ。
9. 軸受関係部材は軸受単体である請求項１乃至７のいずれかの項に記載のボールねじ。
10. ナット側を回転駆動させ、ねじ軸を直動させるナット回転式のアクチュエータとして使用される構成で、止め輪は軸受関係部材が嵌合されるナット外周の取付溝に装着されている請求項１乃至９のいずれかの項に記載のボールねじ。
11. ねじ軸を回転駆動させ、ナットを直動させるねじ軸回転式のアクチュエータとして使用される構成で、止め輪は軸受関係部材が嵌合されるねじ軸外周の取付溝に装着されている請求項１乃至９のいずれかの項に記載のボールねじ。
    

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