JP2011196519A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】作動音，摩耗，トルク変動が生じにくく長寿命なボールねじを提供する。
【解決手段】ボールねじ１は、ねじ軸３と、ナット５と、ねじ軸３のねじ溝３ａ及びナット５のねじ溝５ａにより形成されるボール転動路７内に転動自在に装填された複数のボール９と、ボール９をボール転動路７の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路１１と、を備えている。このボール循環路１１は、ナット５の円柱面状の内周面の一部を塑性加工により凹化させて形成した凹溝２０からなる。また、ボール循環路１１は、ボール転動路７に接続する両端部が直線状となっており、該両端部の間に位置する中央部が略Ｓ字状に湾曲した曲線状となっている。そして、ボール循環路１１の両端部の溝幅ｔａ、中央部の溝幅ｔｂ、及びボール９の直径Ｄａが、１．０５Ｄａ≦ｔａ≦１．１Ｄａ、１．０Ｄａ＜ｔｂ≦１．０９Ｄａ、ｔｂ＜０．９９ｔａなる３式を満足するようになっている。
【選択図】図４

Description

本発明はボールねじに関する。

ボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路内に転動自在に装填された複数のボールと、からなる。そして、ボールを介してねじ軸に螺合されているナットとねじ軸とを相対回転運動させると、ボールの転動を介してねじ軸とナットとが軸方向に相対移動するようになっている。

このようなボールねじには、ボール転動路の始点と終点とを連通させて無端状のボール通路を形成するボール循環路が備えられている。すなわち、ボールは、ボール転動路内を移動しつつねじ軸の回りを複数回回ってボール転動路の終点に至ると、ボール循環路の一方の端部から掬い上げられてボール循環路内を通り、ボール循環路の他方の端部からボール転動路の始点に戻される。このように、ボール転動路内を転動するボールがボール循環路により無限に循環されるようになっているので、ねじ軸とナットとは継続的に相対移動することができる。

ボール循環路を用いたボール循環形式としては、チューブ式，コマ式等が一般的であるが、ナットの内周面の一部を凹化させて凹溝を形成し、この凹溝をボール循環路とする循環形式も知られている。チューブ式，コマ式の場合は、ボール循環路を構成する別部材（リターンチューブ，コマ）がナットに取り付けられるが、前記凹溝をボール循環路とする循環形式の場合は、ナットと一体的にボール循環路が形成されているので、別部材をナットに取り付ける必要はない。

前記凹溝をボール循環路とするボールねじのナットを製造する際には、ナットの内周面に、ボール循環路を構成する凹溝を形成した後に、ボール転動路を構成するねじ溝を形成する。このとき、ねじ溝の形成時の加工誤差により、ねじ溝の端部の形成位置が正規の位置からずれるおそれがある。そうすると、ねじ溝の端部と凹溝の端部が合致せず、両溝の接続部分に段差が生じることとなるので、ねじ溝の端部の位置ズレを補うために、凹溝の端部の溝幅はボールの直径よりも若干大きく設計されていた。通常は、ボールの直径の１．０５倍以上１．１倍以下である。

特開２００３−９７６６３号公報 米国特許第７０１３７４７号明細書

しかしながら、前記凹溝の溝幅は全長にわたって同一とされているため、ボールの直径よりも幅広のボール循環路内を、ボールが蛇行しながら通ることとなる。その結果、ボールがボール循環路内の内壁に衝突して、作動音や摩耗が発生する場合があった。また、前記衝突によりボールに摩耗が生じると、ボールねじにトルク変動や寿命低下が生じるおそれもあった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、作動音，摩耗，トルク変動が生じにくく長寿命なボールねじを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明のボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、前記両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路に転動自在に装填された複数のボールと、前記ボールを前記ボール転動路の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路と、を備え、前記ボール循環路を、前記ナットの円柱面状の内周面の一部を凹化させて形成した凹溝で構成したボールねじにおいて、前記ボール転動路に接続する前記ボール循環路の両端部の溝幅ｔａ、前記両端部の間の中央部の溝幅ｔｂ、及び前記ボールの直径Ｄａが、１．０５Ｄａ≦ｔａ≦１．１Ｄａ、１．０Ｄａ＜ｔｂ≦１．０９Ｄａ、ｔｂ＜０．９９ｔａなる３式を満足することを特徴とする。
このような本発明のボールねじにおいては、前記凹溝は、塑性加工又は切削加工により前記ナットの内周面の一部を凹化させて形成したものであることが好ましい。

本発明のボールねじは、作動音，摩耗，トルク変動が生じにくく長寿命である。

本発明の一実施形態であるボールねじの断面図である。 ナットの要部断面図である。 ボール循環路の拡大断面図である。 凹溝を図２のＡ矢視方向から見た拡大図である。 ボール循環路の端部の拡大断面図である。 ボール循環路の中央部の拡大断面図である。

本発明に係るボールねじの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であるボールねじの断面図（軸方向に沿う平面で切断した断面図）である。
図１に示すように、ボールねじ１は、螺旋状のねじ溝３ａを外周面に有するねじ軸３と、ねじ軸３のねじ溝３ａに対向する螺旋状のねじ溝５ａを内周面に有するナット５と、両ねじ溝３ａ，５ａにより形成される螺旋状のボール転動路７内に転動自在に装填された複数のボール９と、ボール９をボール転動路７の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路１１と、を備えている。

すなわち、ボール９は、ボール転動路７内を移動しつつねじ軸３の回りを回ってボール転動路７の終点に至り、そこでボール循環路１１の一方の端部から掬い上げられてボール循環路１１内を通り、ボール循環路１１の他方の端部からボール転動路７の始点に戻されるようになっている。
なお、ねじ軸３，ナット５，及びボール９の素材は特に限定されるものではなく、一般的な材料を使用可能であり、例えば鋼等の金属やセラミックがあげられる。また、ねじ溝３ａ，５ａの断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。

このようなボールねじ１は、ボール９を介してねじ軸３に螺合されているナット５とねじ軸３とを相対回転運動させると、ボール９の転動を介してねじ軸３とナット５とが軸方向に相対移動するようになっている。そして、ボール転動路７とボール循環路１１により無端状のボール通路が形成されており、ボール転動路７内を転動するボール９が無端状のボール通路内を無限に循環するようになっているため、ねじ軸３とナット５とは継続的に相対移動することができる。

ここで、ボール循環路１１について、図２〜６を参照しながら詳細に説明する。ボール循環路１１は、ナット５の内周面に一体的に形成されている。詳述すると、ナット５の円柱面状の内周面の一部を塑性加工又は切削加工により凹化させて形成した凹溝２０を、ボール循環路１１としている。よって、チューブ式，コマ式等のボール循環形式の場合とは異なり、ボール循環路を構成する別部材は取り付けられていない。

図３に示すように、ボール転動路７の終点に転動してきたボール９は、ボール循環路１１の一方の端部から掬い上げられてナット５の内部（径方向外方側）に沈み込む。そして、ボール循環路１１内を通ってねじ軸３のランド部３ｂ（ねじ溝３ａのねじ山）を乗り越えて、ボール循環路１１の他方の端部からボール転動路７の始点に戻される。なお、ボール循環路１１の断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。

また、図４に示すように、ボール循環路１１は、ボール転動路７に接続する両端部が直線状となっており、該両端部の間に位置する中央部が略Ｓ字状に湾曲した曲線状となっている。そして、ボール循環路１１の両端部の溝幅ｔａ、中央部の溝幅ｔｂ、及びボール９の直径Ｄａが、１．０５Ｄａ≦ｔａ≦１．１Ｄａ、１．０Ｄａ＜ｔｂ≦１．０９Ｄａ、ｔｂ＜０．９９ｔａなる３式を満足するようになっている（図５，６を参照）。なお、端部と中央部との間には、端部から中央部に向かって溝幅が漸減する漸減部が形成されている。

このように、中央部の溝幅ｔｂは両端部の溝幅ｔａよりも小さく、ボール９の直径Ｄａよりも僅かに大きい程度とされているため、ボール９の大きさに対する余裕量が小さく、ボール循環路１１内を通る際のボール９の蛇行が抑制され、作動性が向上する。その結果、ボール９がボール循環路１１内の内壁に衝突することにより生じる作動音が低減するとともに、ボール循環路１１及びボール９の摩耗が低減する。また、ボール９が摩耗しにくいため、ボールねじ１にトルク変動が生じにくいことに加えて、ボールねじ１が長寿命となる。

前記３式のうち第二の式１．０Ｄａ＜ｔｂ≦１．０９Ｄａの上限値が１．０９Ｄａより大きいと、ボール９の蛇行により、上記の効果が十分に奏されないおそれがある。一方、下限値が１．０Ｄａ以下であると（すなわち、中央部の溝幅ｔｂがボール９の直径Ｄａの１倍以下であると）、ボール９の通過が困難となる。このような不都合がより生じにくくするためには、前記第二の式は１．０３Ｄａ＜ｔｂ≦１．０８Ｄａであることがより好ましい。

このような本実施形態のボールねじ１の用途は特に限定されるものではないが、自動車，二輪車，位置決め装置等に組み込まれる電動アクチュエータに特に好適に使用することができる。
ここで、本実施形態のボールねじ１のナット５の製造方法の一例を、簡単に説明する。まず、円柱状の鋼製素材（図示せず）を冷間鍛造により加工し、略円筒形状（ナット５と略同一形状）のブランクを得る。そして、ブランクの内周面に鍛造等の塑性加工又は切削加工により凹溝２０を形成し、ボール循環路１１とする。

鍛造により凹溝２０を形成する方法の具体例としては、以下のようなものがあげられる。すなわち、凹溝２０に対応する形状の凸部を有するパンチをブランク内に挿入し、ブランクの内周面にパンチの凸部を接触させ、ブランクの内周面に向かってパンチを強く押圧することにより、凹溝２０を形成することができる。そして、ブランクの内周面に切削加工によりねじ溝５ａを形成する。最後に、所望の条件で浸炭，浸炭窒化，焼入れ，焼戻し，高周波焼入れ等の熱処理を施すと、ナット５が得られる。

なお、本実施形態のボールねじ１は、このようなボール循環路１１を用いたボール循環形式を採用しているので、ボール循環路を構成する別部材（例えばリターンチューブ，コマ）をナット５に取り付ける必要がない。ボール循環形式がチューブ式やコマ式である場合は、ボール循環路を構成する部材とナットとが別体であり、チューブ式の場合はリターンチューブがナットの外周面に、コマ式の場合はコマがコマ穴に取り付けられる。そのため、ナットの外周面のうちリターンチューブやコマが設けられている部分には、フランジ等の外周形成物を形成することはできず、ナットの外周面の設計に制限があった。

これに対して、本実施形態のボールねじ１は、ボール循環路１１がナット５の内周面に形成されており、ナット５の外周面にはいかなる部材も取り付ける必要がないので、ボール循環路１１が設けられた位置や回路数に拘束されず、ナット５の外周面全体にわたって任意の形状に設計することができる。よって、ナット５の外周面のうち、ボール循環路１１やねじ溝５ａに相対する部分にも、外周形成物を一体的に形成することができる。本実施形態のボールねじ１は、外周形成物としてフランジ１３が形成されている。また、リターンチューブ，コマ等の部材が取り付けられていないので、これらが脱落する心配が無く、ボールねじ１の信頼性が優れている。

外周形成物の種類は特に限定されるものではないが、フランジの他には、歯車用歯列，キー溝，軸受用軌道溝，異形外周面等があげられる。例えば、周方向に並ぶ複数の歯からなる歯車用歯列をナット５の外周面に形成すれば、ナット５を歯車として機能させることができる。また、ナット５の外周面にキー溝を形成すれば、他部材に設けられたキーを該キー溝に係合させることにより、その他部材とナット５を連結することができる。さらに、ナット５の外周面に軸受用軌道溝を形成すれば、ナット５を転がり軸受の内輪として機能させることができる。さらに、ナット５の外周面は通常は断面円形であるが、断面多角形，断面楕円形等の異形外周面とすることもできる。なお、これらの外周形成物の中の１つをナット５の外周面に形成してもよいし、２つ以上を形成してもよい。例えば、ナット５の外周面にフランジ１３を形成し、そのフランジ１３の外周面に歯車用歯列を形成してもよい。

これらの外周形成物の形成方法は特に限定されるものではなく、冷間鍛造等の鍛造で形成してもよいし、切削加工で形成してもよい。これらの形成方法によれば、外周形成物を容易に形成することができるので、外周形成物を備えるボールねじを安価に製造することができる。また、外周形成物とボール循環路１１の形成順序は特に限定されるものではなく、どちらを先に形成してもよいが、外周形成物を例えば冷間鍛造にて形成した後にボール循環路１１を形成すれば、ボール循環路１１の形状精度をより高く確保できる。

１ ボールねじ
３ ねじ軸
３ａ ねじ溝
５ ナット
５ａ ねじ溝
７ ボール転動路
９ ボール
１１ ボール循環路
２０ 凹溝
ｔａ 端部の溝幅
ｔｂ 中央部の溝幅
Ｄａ ボールの直径

Claims (2)

1. 螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、前記両ねじ溝により形成される螺旋状のボール転動路に転動自在に装填された複数のボールと、前記ボールを前記ボール転動路の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路と、を備え、前記ボール循環路を、前記ナットの円柱面状の内周面の一部を凹化させて形成した凹溝で構成したボールねじにおいて、
   前記ボール転動路に接続する前記ボール循環路の両端部の溝幅ｔａ、前記両端部の間の中央部の溝幅ｔｂ、及び前記ボールの直径Ｄａが、１．０５Ｄａ≦ｔａ≦１．１Ｄａ、１．０Ｄａ＜ｔｂ≦１．０９Ｄａ、ｔｂ＜０．９９ｔａなる３式を満足することを特徴とするボールねじ。
2. 塑性加工又は切削加工により前記ナットの内周面の一部を凹化させて前記凹溝を形成したことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。

Images