JP2017009097A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることが可能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１０と、ナット２０と、複数のボール３０とを備えている。ねじ軸１０の外周面１１に設けられた第１の螺旋溝１２と、ナット２０の内周面２１に設けられた第２の螺旋溝２２とにより、ボール３０が転動するボール転動路２７ａが形成されている。ボール転動路２７ａの終点から始点にボール３０を戻すボール戻し路２８ａが形成され、ボール戻し路２８ａは、ナット２０の内周面２１に設けられたボール戻し溝２３ａと、ねじ軸１０の外周面１１とにより形成されている。ナット２０の外周面２４に複数の転動体としての軸受ボール４１が転動するリング状の軌道溝２５が設けられ、ボール戻し溝２３ａの少なくとも一部と軌道溝２５とがナット２０の径方向に重畳するように設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、ボールねじに関し、特に、ナットの外周面に軌道溝が設けられたボールねじに適用して有効な技術に関するものである。

ボールねじは、自動車部品において、ナットの回転によってねじ軸がその中心軸方向に移動する形態で使用される場合が多い。この場合、ナットを回転支持するための転がり軸受が必要である。特許文献１には、転がり軸受の軸受ボールが転動する軌道溝をナットの外周面に設け、ナットを転がり軸受の外輪として用いたボールねじが開示されている。
ところで、こま方式のボールねじは、ボール転動路の終点から始点にボールを戻すボール戻し部材（こま部材）が、ナットの外周面から内周面に亘って貫通する貫通穴に挿入された構成になっている。したがって、こま方式のボールねじでは、ナットの中心軸方向にボール戻し部材と並ぶようにして転がり軸受の軌道溝を設ける必要があり、ナットの中心軸方向のサイズが大きくなるという課題があった。

一方、エンドキャップ方式のボールねじは、特許文献１に開示のボールねじのように、ボール戻し路がナットの外周面と内周面との間に配置された構成になっている。したがって、エンドキャップ方式のボールねじでは、ナットの外周面に転がり軸受の軌道溝をボール戻し経路の少なくとも一部とナットの径方向に重畳するようにして設けることができるため、ナットの中心軸方向のサイズを小さくすることができる。
しかしながら、エンドキャップ方式のボールねじは、ボール戻し路の配置によりナットの外周面と内周面との間の肉厚が厚くなるため、ナットの径方向のサイズがこま方式と比較して大きくなるという課題があった。また、エンドキャップ方式のボールねじでは、ナットの中心軸方向の両端側にエンドキャップを設ける必要があるため、ナットの中心軸方向の実質的なサイズが大きくなるという課題があった。

近年、自動車等の車両においては高性能化が進み、これに伴いエンジンルームにはエンジンの他に様々な電子部品や装置が詰め込まれている。このため、自動車部品として用いられるボールねじにおいても小型化が要求されている。

特開２０１１−１９６５３２号公報

本発明の課題は、小型化を図ることが可能なボールねじを提供することにある。

上記課題を達成するため、本発明の一態様に係るボールねじは、ねじ軸と、ナットと、複数のボールとを備え、ねじ軸の外周面とナットの内周面とが対向するようにねじ軸とナットとが同軸に配置されている。そして、ねじ軸の外周面に設けられた第１の螺旋溝と、ナットの内周面に設けられた第２の螺旋溝とにより、ボールが転動するボール転動路が形成されている。そして、ボール転動路の終点から始点にボールを戻すボール戻し路が形成され、ボールはボール転動路内及びボール戻し路内に配置されている。そして、ボール転動路内で転動するボールを介して、ねじ軸とナットとが相対移動するように構成されている。そして、ボール戻し路は、ナットの内周面に設けられたボール戻し溝と、ねじ軸の外周面とにより形成されている。そして、ボール戻し溝の少なくとも一部と軌道溝とがナットの径方向に重畳するように設けられている。

本発明の一態様によれば、小型化を図ることが可能なボールねじを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るボールねじの外観を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るボールねじの中心軸方向に沿った断面構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るボールねじにおいて、ナットの断面構造を示す断面図（（ａ）は図２の断面に対応する位置での断面図，（ｂ）は（ａ）の位置からナットの中心軸を回転軸として９０°回転させた位置での断面図）である。

以下、ボールねじに本発明を適用した一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。以下の一実施形態では、ナットの外周面側に転がり軸受を備えたボールねじを例示的に説明する。
図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係るボールねじ１は、中空状のねじ軸１０と、円筒状のナット２０と、複数のボール３０とを備えている。そして、ねじ軸１０の外周面１１とナット２０の内周面２１とが対向するようにねじ軸１０とナット２０とが同軸に配置されている。そして、ねじ軸１０はナット２０を貫通している。また、一実施形態に係るボールねじ１は、図１及び図２に示す構造に限定されるものではないが、ナット２０の外周面２４側に転がり軸受４０を備えている。

ねじ軸１０の外周面１１には第１の螺旋溝１２が設けられている。第１の螺旋溝１２は、ねじ軸１０の中心軸方向に螺旋状に連続して形成されている。また、図２及び図３に示すように、ナット２０の内周面２１には第２の螺旋溝２２が設けられている。第２の螺旋溝２２は、ナット２０の中心軸方向に螺旋状に形成されている。図２に示すように、第１の螺旋溝１２と第２の螺旋溝２２とは、互いに対向し、同一のリード（中心軸方向に進む距離）で形成されている。
第１の螺旋溝１２及び第２の螺旋溝２２の各々の断面形状（螺旋溝の延伸方向（長手方向）に直交する断面形状）は、例えば、何れも曲率中心の異なる２つの円弧を組み合わせた略Ｖ字状をなすゴシックアーク状である。ただし、単一の円弧からなる曲線状でもよい。

図２に示すように、一実施形態に係るボールねじ１は、ボール３０が転動する２つのボール転動路２７ａ，２７ｂと、ボール転動路２７ａの終点から始点にボール３０を戻すボール戻し路２８ａと、ボール転動路２７ｂの終点から始点にボール３０を戻すホール戻し路２８ｂとを有している。２つのボール転動路２７ａ，２７ｂの各々は、主に第１の螺旋溝１２と第２の螺旋溝２２とにより形成されている。２つのボール戻し路２８ａ，２８ｂの各々は、ナット２０の内周面２１に設けられたボール戻し溝２３ａ，２３ｂと、ねじ軸１０の外周面１１とにより形成されている。ボール３０は、２つのボール転動路２７ａ，２７ｂ内及び２つのボール戻し路２８ａ，２８ｂ内のそれぞれに配置されている。すなわち、一実施形態に係るボールねじ１には、２つのボール転動路２７ａ，２７ｂと２つのボール戻し路２８ａ，２８ｂとにより無端状の２つの循環経路が形成されている。なお、この実施形態では、２つの循環経路が形成された場合で説明しているが、循環経路としては１つ又は３つ以上でもよい。この場合、循環経路の数に合わせて、ボール転動路及びボール戻し路も１つ又は３つ以上となる。

ボールねじ１において、ボール３０は、各々のボール転動路２７ａ，２８内を移動しつつねじ軸１０の周りを回って各々のボール転動路２７ａ，２７ｂの終点に至り、そこで各々のボール転動路２７ａ，２７ｂの一方の端部に入る。各々のボール戻し路２８ａ，２８ｂに入ったボール３０は、各々のボール戻し路２８ａ，２８ｂ内を通って各々のボール戻し路２８ａ，２８ｂの他方の端部に達し、そこから各々のボール転動路２７ａ，２７ｂの始点に戻されるようになっている。
したがって、ボールねじ１は、ねじ軸１０とナット２０とを相対回転運動させると、各々のボール転動路２７ａ，２７ｂ内でのボール３０の転動を介して、ねじ軸１０とナット２０とが中心軸方向に相対直線移動するようになっている。

図２及び図３に示すように、ナット２０の外周面２４には、転がり軸受４０の転動体としての複数の軸受ボール４１が転動するリング状の軌道溝２５が設けられている。この軌道溝２５は、複数のボール戻し路のうちの何れか１つのボール戻し路、この実施形態では２つのボール戻し路２８ａ，２８ｂのうちの例えばボール戻し路２８ａに対応して設けられている。そして、ボール戻し路２８ａのボール戻し溝２３ａの少なくとも一部と軌道溝２５とがナット２０の径方向に重畳するように設けられている。ボール戻し溝２３ａと軌道溝２５との重畳形態は、ナット２０の第２の螺旋溝２２のリードや軌道溝２５の幅によって変わる。例えばナット２０の第２の螺旋溝２２のリードよりも軌道溝２５の幅の方が広い場合はボール戻し溝２３ａの全体と軌道溝２５とが重畳する。一方、ナット２０の第２の螺旋溝２２のリードよりも軌道溝２５の幅の方が狭い場合は、この実施形態のように、ボール戻し溝２３ａの一部と軌道溝２５とが重畳する。ナット２０に設けられたボール戻し溝２３ａは例えば冷鍛加工や切削加工によって形成することが好ましい。

転がり軸受４０は、図２に示すように、転動体としての複数の軸受ボール４１と、内輪としてのナット２０の外周面２４に設けられた軌道溝２５と対向するようにして軌道溝４３が内周面に設けられた外輪４２とを有している。軸受ボール４１は、ナット２０の軌道溝２５と外輪４２の軌道溝４３とで形成された軸受転動路４４内に配置されている。そして、転がり軸受４０は、軸受ボール４１を介してナット２０と外輪４２とが相対回転するように構成されている。
このように構成されたボールねじ１は、自動車部品において、ナット２０の回転によってねじ軸１０がその中心軸方向に移動する形態で使用される場合が多い。

次に、本発明の一実施形態に係るボールねじ１の効果について説明する。
ボールねじ１は、２つのボール戻し路２８ａ，２８ｂの各々が、ナット２０の内周面２１に設けられたボール戻し溝２３ａ，２３ｂとねじ軸１０の外周面１１とにより形成されている。そして、ボール戻し溝２３ａの少なくとも一部と軌道溝２５とがナット２０の径方向に重畳するように設けられている。したがって、ボールねじ１によれば、ボール戻し路をこま部材で構成する従来のこま方式やボール戻し路をリターンチューブで構成する従来のリターンチューブ方式と異なり、ナット２０の外周面２４に軌道溝２５を設ける上での制約がない。これにより、ボール戻し溝２３ａの少なくとも一部と軌道溝２５とがナット２０の径方向に重畳するようにナット２０の外周面２４に軌道溝２５を設けることができるので、ナット２０の中心軸方向のサイズを小さくすることができる。また、ボールねじ１によれば、ナットの外周面と内周面との間にボール戻し路が配置された従来のエンドキャップ方式と比較して、ナット２０の内周面２１と外周面２４との間の肉厚を薄くすることができるので、ナット２０の径方向のサイズを小さくすることができる。また、ボールねじ１によれば、エンドキャップ式のように、ナット２０の中心軸方向の両端側にエンドキャップを設ける必要がないので、従来のエンドキャップ方式と比較してナット２０の中心軸方向の実質的なサイズを小さくすることができる。この結果、本発明の一実施形態に係るボールねじ１は、小型化を図ることができる。

また、ボールねじ１によれば、ボール戻し溝２３ａの少なくとも一部と軌道溝２５とがナット２０の径方向に重畳するように設けられているので、ボールねじ１のボール転動路２７ａから入力されるラジアル荷重によって転がり軸受４０に入力されるモーメント荷重を小さくすることができる。このため、転がり軸受４０のラジアル剛性を向上させることができる。
なお、上述の実施形態では、冒頭で述べたとおり、ナット２０の外周面２４側に転がり軸受４０を備えたボールねじ１を例示的に説明したが、転がり軸受４０の転動体としての軸受ボール４１が転動する軌道溝２５を少なくとも備えていればよく、ナット２０の外周面２４側の転がり軸受４０の態様は目的に応じて適宜選択される。

また、上述の実施形態では、転動体として軸受ボール４１を有する転がり軸受４０を例示的に説明したが、転動体として円筒ころを有する転がり軸受であってもよい。
また、上述の実施形態では、中空状のねじ軸１０を例示的に説明したが、ねじ軸は円柱状であってもよい。
以上、本発明を上記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

１ …ボールねじ
１０…ねじ軸
１１…外周面
１２…第１の螺旋溝
２０ …ナット
２１…内周面
２２…第２の螺旋溝
２３ａ，２３ｂ…ボール戻し溝
２４…外周面
２５…軌道溝
２７ａ，２７ｂ…ボール転動路
２８ａ，２８ｂ…ボール戻し路
３０…ボール
４０…転がり軸受
４１…軸受ボール
４２…外輪
４３…軌道溝
４４…軸受転動路

Claims (3)

1. ねじ軸と、ナットと、複数のボールとを備え、
   前記ねじ軸の外周面と前記ナットの内周面とが対向するように前記ねじ軸と前記ナットとが同軸に配置され、
   前記ねじ軸の前記外周面に設けられた第１の螺旋溝と、前記ナットの前記内周面に設けられた第２の螺旋溝とにより、前記ボールが転動するボール転動路が形成され、
   前記ボール転動路の終点から始点に前記ボールを戻すボール戻し路が形成され、
   前記ボールは、前記ボール転動路内及び前記ボール戻し路内に配置され、
   前記ボール転動路内で転動する前記ボールを介して、前記ねじ軸と前記ナットとが相対移動するように構成され、
   前記ボール戻し路は、前記ナットの前記内周面に設けられたボール戻し溝と、前記ねじ軸の前記外周面とにより形成され、
   前記ナットの外周面に複数の転動体が転動するリング状の軌道溝が設けられ、
   前記ボール戻し溝の少なくとも一部と前記軌道溝とが前記ナットの径方向に重畳するように設けられているボールねじ。
2. 前記ボール転動路及び前記ボール戻し路がそれぞれ複数形成され、
   前記軌道溝は、複数の前記ボール戻し路のうちの何れか１つのボール戻し路に対応して設けられている請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記複数の転動体と、前記ナットの外周面に設けられた前記軌道溝と対向するようにして軌道溝が内周面に設けられた外輪とを更に備え、
   前記ナットの前記軌道溝と前記外輪の前記軌道溝とにより、前記転動体が転動する軸受転動路が形成され、
   前記軸受転動路内で転動する前記転動体を介して前記ナットと前記外輪とが相対回転するように構成されている請求項１又は２に記載のボールねじ。

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