JP2018040455A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】ボールの誤組み込みを防止しつつ、適切な量の潤滑剤を定量的に供給することができるボールねじ１を提供する。【解決手段】ねじ軸２がナット３に挿入され、軸側ねじ溝２ａとナット側ねじ溝３ａとから構成される転動路を循環経路とする連結溝５ｃが形成された複数のこま部材５がナット３に設けられ、複数の循環経路が構成されるボールねじ１において、ナット３のナット側ねじ溝３ａのうち、循環経路として構成されている部分に挟まれ、こま部材５によって堰き止められる部分である閉塞溝３ｄに、複数のボール４を任意の間隔で保持する弾性部材であるコイルばね６が挿入される。【選択図】図２

Description

本発明はボールねじに関する。詳しくはこま式ボールねじに関する。

従来、一般産業用の電動機、自動車のトランスミッションやパーキングブレーキ等の電動アクチュエータにおいて、電動モータの出力軸の回転運動を高効率で直線運動に変換して出力するためにボールねじが用いられている。ボールねじは、外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と内周面にねじ溝が形成されたナットとから構成されている。ボールねじは、ねじ軸がナットに挿入され、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とから構成される転動路に複数のボールが配置されている。これにより、ボールねじは、ねじ軸またはナットのうち一方を回転運動させることで他方が直動部材として直線運動する運動変換機構として構成されている。このように構成されるボールねじにおいて、転動路を循環経路とする連結溝が形成されているこま部材がナット等に設けられているこま式ボールねじが知られている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１に記載のボールねじのナットには、複数のこま部材によって複数の循環経路を構成する転動路からなる循環列が構成されている。ボールねじは、循環列に複数のボールが配置されている。循環列は、ボールがこま部材の連結溝によってねじ山を乗り越えて元のねじ溝に戻ることで転動路を循環するように構成されている。これにより、ボールねじは、循環列内のボールが転動路を無限循環する。一方、ボールねじのナットには、循環列を構成している転動路と転動路との間にこま部材によって分断された転動路からなる非循環列が構成されている。非循環列には、固体潤滑材が埋没されている。ボールねじは、非循環列に固体潤滑材を配置することで、転動路の潤滑、および非循環列へのボールや異物の混入を防止することができる。しかし、特許文献１に記載の技術は、転動路の潤滑に固体潤滑材を用いているため、転動路の潤滑状態が転動路やボールの温度に影響を受ける。つまり、ボールねじは、転動路やボールの温度によって固体潤滑材の溶解度が変動するため定量的に潤滑剤が供給されない可能性があった。

特開２０１５−１９０４７１号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、ボールの誤組み込みを防止しつつ、適切な量の潤滑剤を定量的に供給することができるボールねじの提供を目的とする。

即ち、ボールねじは、ねじ軸がナットに挿入され、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とから構成される転動路を循環経路とする連結溝が形成された複数のこま部材がナットに設けられ、複数の循環経路が構成されるボールねじにおいて、前記ナットのねじ溝のうち、循環経路として構成されている部分に挟まれ、前記こま部材によって堰き止められる部分に、複数のボールを任意の間隔で保持する弾性部材が挿入されるものである。

ボールねじは、前記ナットのねじ溝のうち、循環経路として構成されている部分に挟まれて前記こま部材によって堰き止められる区間に前記弾性部材が挿入された状態で、前記ナットに前記ねじ軸を組み付け可能に構成されるものである。

ボールねじは、前記ナットまたは前記ねじ軸が一方向または他方向に回転された場合、前記弾性体が収縮して隣り合う前記ボールとボールとの間隔が狭くなり、前記ナットまたは前記ねじ軸が停止した場合、前記弾性部材が膨張して隣り合う前記ボールとボールとの間隔が元に戻るように構成されるものである。

ボールねじは、前記弾性部材が、コイルばねから構成されるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

ボールねじは、転動路のうちボールが配置される循環経路以外の部分で転動によるボールの排出が困難である部分が複数のボールを任意の間隔で保持する弾性部材に覆われる。また、隣り合うボールとボールとの間隔が弾性部材によって変動可能に構成されている。これにより、ボールの誤組み込みを防止しつつ、適切な量の潤滑剤を定量的に供給することができる。

ボールねじは、転動路のうちボールが配置される循環経路以外の部分で転動によりボールの排出が困難である部分を複数のボールを任意の間隔で保持する弾性部材で覆った状態で組み立てられる。これにより、ボールの誤組み込みを防止しつつ、適切な量の潤滑剤を定量的に供給することができる。

ボールねじは、ねじ軸またはナットが回転された場合に弾性部材によって保持されているボールとボールとの間の潤滑剤が転動路に供給される。これにより、ボールの誤組み込みを防止しつつ、適切な量の潤滑剤を定量的に供給することができる。

ボールねじは、ボールの排出が困難である部分へのボールの侵入が防がれるとともに潤滑剤を保持する空間が確保される。これにより、ボールの誤組み込みを防止しつつ、適切な量の潤滑剤を定量的に供給することができる。

ボールねじの一実施形態における全体構成を示す斜視図。 （ａ）ボールねじの一実施形態におけるこま部材の配置を示す平面図（ｂ）、図２（ａ）におけるＡ矢視断面図。 ボールねじの一実施形態におけるナットのこま窓の嵌合されているこま部材と閉塞溝に挿入されている弾性部材とを示す断面図。 ボールねじの一実施形態における閉塞溝に挿入されている弾性部材の軸方向からの部分断面図。 ボールねじの一実施形態における閉塞溝に挿入されている弾性部材が収縮された状態における軸方向からの部分断面図。 （ａ）ボールねじの一実施形態におけるねじ軸またはナットが一方向に回転された場合における弾性部材の状態を示す断面図、（ｂ）同じくねじ軸またはナットが他方向に回転された場合における弾性部材の状態を示す断面図。

以下に、図１から図３を用いて、ボールねじの一実施形態であるボールねじ１について説明する。

図１に示すように、ボールねじ１は、回転運動を直線運動に変換して出力するものである。ボールねじ１は、ねじ軸２、ナット３、複数のボール４等から構成されている。

ねじ軸２は、Ｓ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、高周波焼入れ、真空浸炭焼入れによって５５〜６２ＨＲＣ程度の硬化処理が施されている。ねじ軸２は、その外周面にボール４が転動するための一巻きの軸側ねじ溝２ａが複数形成されている。

図２に示すように、ナット３は、ねじ軸２を挿入可能な中空円筒状に形成されている。ナット３は、ＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによって５５〜６２ＨＲＣ程度の硬化処理が施されている。ナット３の内周面には、ボール４が転動するためのナット側ねじ溝３ａがねじ軸２の軸側ねじ溝２ａと同一のリードおよびピッチで形成されている。ナット３の外周面には、その外径を部分的に大きくした段付き部である鍔部３ｂが形成されている。

図２（ｂ）に示すように、ナット３には、その外周面より円筒中心に向かってこま部材５が挿入される二つのこま窓３ｃが軸方向に並んで形成されている。二つのこま窓３ｃは、ナット３の外周面から内周面に至る略円形状の貫通孔に形成されている。
図３に示すように、二つのこま窓３ｃは、それぞれが隣り合うナット側ねじ溝３ａを切り欠くように形成されている。つまり、こま窓３ｃの縁には、４つのナット側ねじ溝３ａの端面が形成されている。二つのこま窓３ｃの間には、二つのこま窓３ｃによって切り欠かれた少なくとも一周回分のナット側ねじ溝３ａが形成されている。

こま部材５は、軸側ねじ溝２ａとナット側ねじ溝３ａとから構成される転動路を循環経路とする連結溝５ｃを構成するものである。こま部材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。こま部材５は、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の混練物を射出成形機で金型内に加熱溶融状態で押し込む、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は、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。

金属粉として、後に浸炭焼入が可能な材質、例えば、Ｃ（炭素）が０．１３ｗｔ％、Ｎｉ（ニッケル）が０．２１ｗｔ％、Ｃｒ（クロム）が１．１ｗｔ％、Ｃｕ（銅）が０．０４ｗｔ％、Ｍｎ（マンガン）が０．７６ｗｔ％、Ｍｏ（モリブデン）が０．１９ｗｔ％、Ｓｉ（シリコン）が０．２０ｗｔ％、残りがＦｅ（鉄）等からなるＳＣＭ４１５を例示することができる。こま部材５は、浸炭焼入れおよび焼戻し温度を調整して行われる。また、こま部材５の材料としてこれ以外にＮｉが３．０〜１０．０ｗｔ％含有し、加工性、耐食性に優れた材料（日本粉末冶金工業規格のＦＥＮ８）、あるいは、Ｃが０．０７ｗｔ％、Ｃｒが１７ｗｔ％、Ｎｉが４ｗｔ％、Ｃｕが４ｗｔ％、残りがＦｅ等からなる析出硬化系ステンレスＳＵＳ６３０であっても良い。このＳＵＳ６３０は、固溶化熱処理で２０〜３３ＨＲＣの範囲に表面硬さを適切に上げることができ、強靭性と高硬度を確保することができる。

こま部材５をＳＣＭ４１５等の浸炭材で形成する場合は、こま部材５は浸炭焼入れおよび、焼戻し温度調整によるか、もしくは浸炭焼入れによって表面硬さが３０〜４０ＨＲＣの範囲になるように硬化処理されると共に、高周波テンパー装置を用いて、外径側の外周部が焼戻しされ、硬さが１５〜３０ＨＲＣの範囲になるように設定されている。これにより、こま部材５をねじ軸２に加締固定する際に割れ等が発生するのを防止することができる。

こま部材５は、こま窓３ｃに隙間なく嵌合可能な本体部５ａと二つのアーム部５ｂとが形成されている。二つのアーム部５ｂは、本体部５ａにおけるナット３の軸方向の両側端部から周方向にそれぞれ延びるように形成されている。こま部材５は、ナット３のこま窓３ｃにこま部材５の本体部５ａを嵌合させるとともに、二つのアーム部５ｂをこま窓３ｃによって切り欠かれたナット側ねじ溝３ａにそれぞれ嵌合されることでナット３に対する位置が定まる。

こま部材５の本体部５ａには、一つの連結溝５ｃが形成されている。連結溝５ｃは、ナット側ねじ溝３ａの一部を構成する。連結溝５ｃは、こま窓３ｃによって切り欠かれた隣り合うナット側ねじ溝３ａのうち、こま部材５の二つのアーム部５ｂが嵌合されていないナット側ねじ溝３ａの一方の端面と他方の端面とを連結するように形成されている。つまり、連結溝５ｃは、軸側ねじ溝２ａを跨ぐようにして、ナット側ねじ溝３ａの一方の端面と、一方の端面からナット３を一周回することにより一条分だけずれたナット側ねじ溝３ａの他方の端面とを連結している。これにより、ナット３は、こま部材５の連結溝５ｃによってナット側ねじ溝３ａの一部を循環経路としてボール４が軸側ねじ溝２ａを乗り越えるようにして無限循環するように構成されている（図２（ｂ）参照）。また、ナット３には、ナット側ねじ溝３ａのうち、二つのこま部材５によって循環経路として構成されている部分の間であって二つのこま部材５のアーム部５ｂによって堰き止められている区間（図３における薄墨部分）（以下、単に「閉塞溝３ｄ」と記す）が構成されている。

ナット３には、軸側ねじ溝２ａとナット側ねじ溝３ａとが対向するようにしてねじ軸２が挿入されている（図２（ｂ）参照）。軸側ねじ溝２ａとナット側ねじ溝３ａのうち循環経路である部分とから構成される空間には、複数のボール４が転動自在に収容されている。つまり、軸側ねじ溝２ａとナット側ねじ溝３ａとは、ボール４が転動によって無限循環する転動路を構成している。ナット３は、複数のボール４を介してねじ軸２をナット３の軸回りに回転自在に支持している。

ボールねじ１は、ナット３が回転されると転動路に収容されている複数のボール４を介してねじ軸２に回転力が伝達される。ねじ軸２は、図示しない回り止め機構により軸回りの回転が規制されている場合、ナット３の回転運動が軸側ねじ溝２ａの傾きによってねじ軸２の軸方向の直線運動に変換される。同様にして、ボールねじ１は、ねじ軸２が回転されると転動路に収容されている複数のボール４を介してナット３に回転力が伝達される。ナット３は、図示しない回り止め機構により軸回りの回転が規制されている場合、ねじ軸２の回転運動が軸側ねじ溝２ａの傾きによってナット３の軸方向の直線運動に変換される。なお、本実施形態において、ねじ軸２の軸側ねじ溝２ａとナット側ねじ溝３ａとは一巻きとしたがこれに限定されるものではない。また、本実施形態において、ねじ軸２に形成されている軸側ねじ溝２ａは右ねじであるものとするがこれに限定されるものではない。

以下に、図３と図４とを用いて、ボールねじ１の転動路に設けられている弾性部材であるコイルばね６の構成およびその組み付けの態様について説明する。

図３と図４とに示すように、弾性部材であるコイルばね６は、ボール４を任意の間隔Ｐ（図４参照）で保持するものである。コイルばね６は、二つのこま窓３ｃの間に形成されている閉塞溝３ｄの長さよりも所定値だけ長く、ナット側ねじ溝３ａの内径よりも小さいコイル径に形成されている。また、コイルばね６は、その途中部の任意の位置においてコイルばね６を形成している線材をボール４に巻きつけることで、複数のボール４を任意の間隔Ｐで保持するように形成されている。これにより、コイルばね６は、その収縮によって複数のボール４の各間隔Ｐを変更可能な状態でボール４を保持している。また、コイルばね６は、ボール４が回転可能な状態で保持するように構成されている。

図４に示すように、コイルばね６は、ナット３にねじ軸２やボール４が組み付けられる前に、所定値だけ収縮された状態でナット３の閉塞溝３ｄに挿入されている。コイルばね６は、長さ方向に伸びようとする弾性力によりその両端が二つのこま部材５のアーム部５ｂをそれぞれ押圧している。つまり、閉塞溝３ｄに沿ったらせん状に配置されているコイルばね６は、閉塞溝３ｄ内で溝長さ方向に向かって伸びようとする弾性力が径方向外側に向かって広がろうとする力に変換される（白塗矢印参照）。これにより、コイルばね６は、保持している複数のボール４が閉塞溝３ｄの壁面に押圧された状態で閉塞溝３ｄの内部に単独で留まっている。

次に、図３から図６を用いて、ボールねじ１の転動路に設けられている弾性部材であるコイルばね６の動作態様について説明する。

図３と図４とに示すように、ボールねじ１は、ナット３の閉塞溝３ｄに挿入されているコイルばね６に潤滑剤であるグリースが充填されているグリース室６ａが構成されている。つまり、コイルばね６には、保持している複数のボール４のうち隣り合うボール４、軸側ねじ溝２ａおよび閉塞溝３ｄで囲まれる空間を一つのグリース室６ａとして複数のグリース室６ａが構成されている。

ねじ軸２およびナット３が停止している場合、コイルばね６には、ねじ軸２またはナット３からボール４を転動させる力が加わらない。コイルばね６に保持されているボール４は、閉塞溝３ｄ内においてコイルばね６に保持されている位置から移動しない。つまり、コイルばね６は、グリース室６ａの容積がナット３の閉塞溝３ｄに挿入された際に所定値だけ収縮された初期状態におけるグリース室６ａと等しい状態に維持される。従って、ボールねじ１は、ねじ軸２およびナット３が停止している間、コイルばね６に構成されているグリース室６ａの容積が初期状態の大きさで維持されるとともに、グリース室６ａの内部にグリースが保持されている。

図５と図６に示すように、ねじ軸２またはナット３が一方向（図６（ａ）参照））または他方向（図６（ｂ）参照））に回転している場合、コイルばね６には、ねじ軸２またはナット３からコイルばね６が保持している複数のボール４を転動させる力が加わる。ボール４は、ねじ軸２またはナット３の回転方向に向かって閉塞溝３ｄを転動される。これにより、コイルばね６は、ねじ軸２またはナット３の回転方向に向かって収縮する。つまり、コイルばね６は、保持している複数のボール４が転動することにより隣り合うボールとボールとの間隔Ｐが狭くなり（図５参照）、グリース室６ａの容積が初期状態のグリース室６ａの容積よりも減少される。従って、ボールねじ１は、ねじ軸２またはナット３が回転している間、グリース室６ａ内のグリースが外部に押し出されて循環経路を構成している転動路に供給される（図６黒矢印参照）。

一方向または他方向に回転していたねじ軸２またはナット３が停止した場合、コイルばね６には、ねじ軸２またはナット３からコイルばね６が保持している複数のボール４を転動させる力が加わらなくなる。収縮されていたコイルばね６は、ねじ軸２またはナット３の回転方向の逆方向に向かって初期状態に戻るように膨張する。これにより、ボール４は、コイルばね６の弾性力によりねじ軸２またはナット３の回転方向の逆方向に向かって閉塞溝３ｄを転動される。つまり、コイルばね６は、保持している複数のボール４が転動することにより隣り合うボールとボールとの間隔Ｐが広がり、グリース室６ａの容積が初期状態のグリース室６ａの容積と等しくなるまで（元の容積に戻るまで）増大される。従って、ボールねじ１は、ねじ軸２またはナット３が停止すると、グリース室６ａから押し出されていたグリースがグリース室６ａに充填される。

以上のごとく構成することで、ボールねじ１は、コイルばね６の弾性力を利用することでコイルばね６を単独でナット３の閉塞溝３ｄに組み込んだ状態が保持される。これにより、ボールねじ１は、閉塞溝３ｄにコイルばね６を挿入した状態で、ねじ軸２、ナット３およびボール４の組み立てが容易に行うことができる。
また、ボールねじ１は、軸側ねじ溝２ａと閉塞溝３ｄとから構成される転動路にコイルばね６が配置されているので組み込み時にボール４が閉塞溝３ｄに混入することがない。つまり、ボールねじ１は、転動路のうちボール４が配置される循環経路以外の部分でボール４の排出が困難である部分がコイルばね６に覆われている。これにより、ボール４の誤組み込みを防止することができる。

また、ボールねじ１は、コイルばね６と、閉塞溝３ｄを転動可能なボール４とでグリースを保持する空間であるグリース室６ａが構成されている。つまり、ボールねじ１は、コイルばね６に保持されたボール４の転動によりグリース室６ａの容積が変動するように構成されている。従って、ボールねじ１は、ねじ軸２またはナット３の回転によるボール４の転動に伴いグリース室６ａ内のグリースが循環路を構成している転動路に供給される。これにより、ボールねじ１は、ねじ軸２またはナット３の回転に伴い、適切な量のグリースを定量的に供給することができる。

なお、本実施形態において、ボールねじ１は、閉塞溝３ｄに挿入される弾性部材がコイルばね６から構成されているが、グリースを保持することができる弾性体であればよい。例えば、大小の孔が無数に形成された多孔質状の樹脂材であって、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィン、フェノール、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム、スチレンブタジエンゴムなどの合成ゴム、若しくは天然ゴム等から構成されていてもよい。

以上、上述した実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、本実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ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。

１ ボールねじ
２ ねじ軸
２ａ 軸側ねじ溝
３ ナット
３ａ ナット側ねじ溝
３ｄ 閉塞溝
４ ボール
５ こま部材
５ｃ 連結溝
６ コイルばね
６ａ グリース室

Claims (4)

1. ねじ軸がナットに挿入され、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とから構成される転動路を循環経路とする連結溝が形成された複数のこま部材がナットに設けられ、複数の循環経路が構成されるボールねじにおいて、
   前記ナットのねじ溝のうち、循環経路として構成されている部分に挟まれ、前記こま部材によって堰き止められる部分に、複数のボールを任意の間隔で保持する弾性部材が挿入されるボールねじ。
2. 前記ナットのねじ溝のうち、循環経路として構成されている部分に挟まれて前記こま部材によって堰き止められる区間に前記弾性部材が挿入された状態で、前記ナットに前記ねじ軸を組み付け可能に構成される請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記ナットまたは前記ねじ軸が一方向または他方向に回転された場合、前記弾性体が収縮して隣り合う前記ボールとボールとの間隔が狭くなり、前記ナットまたは前記ねじ軸が停止した場合、前記弾性部材が膨張して隣り合う前記ボールとボールとの間隔が元に戻るように構成される請求項１または請求項２に記載のボールねじ。
4. 前記弾性部材が、コイルばねから構成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のボールねじ。

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