JP2013108620A

JP2013108620A - ボールねじ

Info

Publication number: JP2013108620A
Application number: JP2012229821A
Authority: JP
Inventors: Motoshi Sakai; 幹史坂井; Shingo Saito; 伸吾齋藤; Koji Hashimoto; 橋本　　浩司
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2013-06-06

Abstract

【課題】優れた精度を有する中空のねじ軸を備えたボールねじを提供する。
【解決手段】ボールねじ１は、螺旋状のねじ溝３ａを外周面に有する中空のねじ軸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走路７内に転動自在に装填された複数のボール９と、ナット５に一体に形成され、ボール転走路７内のボール９をボール転走路７の終点から始点へ戻し循環させる循環部１１と、を備えている。そして、半径方向の剛性については、ナット５の方がねじ軸３よりも高いものとなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボールねじに係り、特に、ねじ軸が中空であるボールねじに関する。

従来、ボールねじのねじ軸においては、中実軸の形態が一般的であった。近年、ボールねじにおいても小型化や軽量化が求められているが、中実軸を使用する形態では限界があるため、ボールねじのねじ軸を中空軸として軽量化する技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特許第４６９７７８５号公報

しかしながら、管状素材に転造や熱処理を施すことにより中空のねじ軸を製造するため、転造や熱処理により変形が生じて、ねじ軸の外周に形成されるねじ溝の形状の精度やねじ軸の真円度等の精度が低下するおそれがあった。
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、優れた精度を有する中空のねじ軸を備えた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、本発明の態様は次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係るボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有する中空のねじ軸と、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走路に転動自在に装填された複数のボールと、を備えるボールねじであって、前記ねじ軸の半径方向の剛性よりも前記ナットの半径方向の剛性の方が高いことを特徴とする。
このボールねじにおいては、前記ねじ軸の内周面と前記ねじ軸のねじ溝の溝底との間の径方向距離よりも、前記ナットの外周面と前記ナットのねじ溝の溝底との間の径方向距離の方を大きくしてもよい。

本発明のボールねじは、ねじ軸の半径方向の剛性よりもナットの半径方向の剛性の方が高いため、ナットとねじ軸とに半径方向の荷重が負荷されると、ねじ軸のねじ溝の形状がナットのねじ溝の形状に倣うこととなる。ここで、一般的にナット及びナットのねじ溝は切削又は研削加工により作製されるため、ねじ溝の形状の精度やナットの真円度等の精度が高い。そのため、相対的に精度の低いねじ軸の精度がナットの精度に倣って改善され、ねじ溝の形状の精度やねじ軸の真円度等の精度が高精度となる。

本発明に係るボールねじのねじ軸の製造方法を説明する工程図である。本発明に係るボールねじの一実施形態の構造を説明する断面図である。剛性を説明する図である。

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、本発明に係るボールねじのねじ軸及びその製造方法を説明する図である。なお、図１に示されたねじ軸及びその素材については、下側半分は側面が、上側半分は断面（軸方向に沿う平面で切断した断面）が図示されている。
まず、棒状素材２０の外周面に転造を施して、螺旋状のねじ溝３ａを形成した（ねじ溝形成工程）。転造によりねじ溝３ａの加工を行うことにより、ねじ軸３の大量生産を効率良く行うことが可能となり、ボールねじのコストダウンに貢献できる。

次に、ねじ溝３ａが形成された棒状素材２０に、熱処理を施した（熱処理工程）。これにより、ねじ溝３ａの表面が硬化される。熱処理としては、浸炭処理、浸炭窒化処理、高周波焼入れ等の各種の熱処理を適用できる。これらの中でも、高周波コイルを用いる高周波焼入れを適用することが好ましい。高周波焼入れを適用することにより、ねじ溝３ａの表面を含む必要な深さまで硬化させ、棒状素材２０の芯部には熱処理が及ばないようにして柔らかいまま保つといった制御が効率良く行える。図１においては、表層部分２０ａが熱処理により硬化されている部分であり、それ以外の部分２０ｂは熱処理が施されていない非硬化の部分である。

次に、熱処理が施された棒状素材２０に中ぐり加工を施して、軸方向に沿う貫通孔を両端面間に設け、管状に形成した（中ぐり工程）。上記の通り棒状素材２０の芯部は、熱処理が及んでおらず非硬化であるため、中ぐり加工を効率良く行うことができる。このようにして、中空のねじ軸３が得られた。
熱処理として高周波焼入れを採用した場合は、ねじ溝３ａの表面を含む極浅い部分に、熱処理による硬化を留めることが可能である。そのため、中ぐり加工においては、大径の貫通孔を容易に加工することが可能となり、効率良く薄肉の中空ねじ軸を得ることができる。

また、従来のように、管状素材に転造や熱処理を施して中空のねじ軸を製造することも可能であるが、前記実施形態の製造方法を採用することにより、より精度の優れる中空のねじ軸を得ることができる。
図２は、本発明の一実施形態に係るボールねじ１の構造を示す。図２に示すように、ボールねじ１は、螺旋状のねじ溝３ａを外周面に有する中空のねじ軸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走路７内に転動自在に装填された複数のボール９と、を備えている。

このボールねじ１は、ナット５に一体に形成された循環部１１を例えば３箇所有している。この循環部１１は、ボール転走路７内のボール９をボール転走路７の終点から始点へ戻し循環させる機能を有している。循環部１１は、ナット５の内周面の一部を凹化させて形成した凹溝で構成されているが、このような循環部１１の代わりにチューブ式，コマ式等の一般的なボール循環機構を採用しても差し支えない。

図２においては、ねじ軸３の一部を断面図にて示している。図２に示す通り、ナット５の肉厚ＷＮ（ナット５の外周面とねじ溝５ａの溝底との間の径方向距離）とねじ軸３の肉厚ＷＳ（ねじ軸３の内周面とねじ溝３ａの溝底との間の径方向距離）とを比較すると、ナット５の肉厚ＷＮの方が厚くなっている。よって、ナット５とねじ軸３の材質が同じ場合は、少なくとも半径方向の剛性（すなわち撓み剛性）については、ナット５の方がねじ軸３よりも高いものとなっている。例えば、自動車用アクチュエータに用いられるサイズ、材料、熱処理のボールねじにおいて、ねじ軸３の肉厚ＷＳよりもナット５の肉厚ＷＮの方が厚いという構成を採用すると、半径方向の剛性については、ナット５の方がねじ軸３よりも高くなる。

そのため、ボールねじ１の使用時において、半径方向の荷重が転動体であるボール９を介してナット５とねじ軸３とに負荷されると、ねじ軸３のねじ溝３ａの形状は、より剛性の高いナット５のねじ溝５ａの形状に沿うように変形しやすい。詳述すると、ボール９の剛性がねじ軸３やナット５の撓み剛性よりも高く、ボール９が剛体となっているため、ねじ軸３のねじ溝３ａの形状はナット５のねじ溝５ａの形状に沿うように変形しやすいという効果が奏される。

よって、ナット５のねじ溝５ａの形状の精度、ナット５の真円度、リード誤差等の精度が優れたものであれば、半径方向の荷重が負荷された場合にナット５のねじ溝５ａの形状に沿うように変形したねじ軸３のねじ溝３ａの形状の精度、ねじ軸３の真円度、リード誤差等の精度も優れたものとなる。なお、ナット５及びナット５のねじ溝５ａは切削又は研削加工により作製されているため、ナット５のねじ溝５ａの形状の精度やナット５の真円度等の精度は高精度である。

その結果、ねじ軸３のねじ溝３ａの形状の精度やねじ軸３の真円度等の精度が多少低かったとしても、ボールねじ１の使用時においては、それらが高精度となるので、ボールねじ１の回転時における騒音が低減されるほか、適正な回転によりボールねじ１が長寿命となる。また、ねじ軸３を高精度に加工する必要性がないので、加工コストを低減することができる。
さらには、ナット５とねじ軸３との半径方向の剛性に差を持たせているため、過大な半径方向荷重が負荷された場合のみならず、定常的な使用においても、ねじ軸３のねじ溝３ａが転動体であるボール９に倣って微小に変形し、ねじ溝３ａとボール９との接触面圧を低減する効果も想定される。

ここで、ナット５の半径方向の剛性（撓み剛性）は、ナット５の肉厚ＷＮとナットの外径ＤＮとによって決まる関数であり、ねじ軸３の半径方向の剛性（撓み剛性）は、ねじ軸３の肉厚ＷＳとねじ軸３の外径ＤＳとによって決まる関数である（図２を参照）。また、ナット５及びねじ軸３の半径方向の剛性（撓み剛性）は、以下のようにして算出される。すなわち、図３に示すように、円筒状の部材に半径方向の荷重Ｆを負荷すると、該部材が潰されて断面略楕円形に変形するが、変形前の円筒状の部材の直径と断面略楕円形に変形した部材の短径（荷重Ｆの負荷方向の直径）との差を２σとすると、円筒状の部材の半径方向の剛性（撓み剛性）Ｋは、Ｆ／σで算出される。

なお、前述した実施形態では、ナット５とねじ軸３との肉厚により剛性に差を持たせたが、ナット５とねじ軸３との材質を変更する、材質は同一とするが熱処理の種類又は条件を変更する等の手段により、剛性に差を持たせてもよい。また、前記実施形態に示したように、循環部１１をナット５と一体に形成することにより、ナット５の剛性を向上させることも可能であり、この形態であると、ナット５とねじ軸３との剛性に差を持たせることがさらに容易となる。

本発明に係るボールねじは、自動車部品，位置決め装置等に好適に使用可能である。特に、自動車用アクチュエータに好適であり、その中でも自動車のブレーキ用アクチュエータに好適である。また、いわゆる音響特性が求められる用途に特に好適である。

１ボールねじ
３ねじ軸
３ａねじ溝
５ナット
５ａねじ溝
７ボール転走路
９ボール

Claims

螺旋状のねじ溝を外周面に有する中空のねじ軸と、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走路に転動自在に装填された複数のボールと、を備えるボールねじであって、前記ねじ軸の半径方向の剛性よりも前記ナットの半径方向の剛性の方が高いことを特徴とするボールねじ。
前記ねじ軸の内周面と前記ねじ軸のねじ溝の溝底との間の径方向距離よりも、前記ナットの外周面と前記ナットのねじ溝の溝底との間の径方向距離の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。