JP4315364B2

JP4315364B2 - 駒式ボールねじ

Info

Publication number: JP4315364B2
Application number: JP2002311346A
Authority: JP
Inventors: 恵介数野; 貴久夫深田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2022-10-25
Also published as: JP2004144239A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじ、特に自動車の電動パワーステアリング装置等に用いられる駒式ボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的にボールねじは、ボールの循環機構が異なる種々の形式のものがあり、その一つに駒式と呼ばれるものがある。この駒式ボールねじは、転動路を周回経路とする循環用の駒部材を使用し、ねじ溝の連結路を有する駒部材をナットに装着している。駒式ボールねじは、構成が比較的簡素で、かつコンパクトに構成できる利点がある。
【０００３】
図５は、従来の駒式ボールねじの一例を示している。（ａ）は従来の駒式ボールねじの平面図、（ｂ）は縦断面図、そして（ｃ）は駒部材の斜視図をそれぞれ示している。ねじ軸５１は、螺旋状のねじ溝５２を外周に有し、回転するナット５３は、このねじ溝５２に対応する螺旋状のねじ溝５４を内周に有していて、両ねじ溝５２、５４の間に収容した多数のボール５５を介してねじ軸５１に螺合している。
【０００４】
円筒状のナット５３の胴部には、内外の周面に貫通してねじ溝５４の一部を切欠く楕円状の駒窓５６を穿設し、この駒窓５６に楕円状の駒部材５７を嵌合させている。駒部材５７の内方には、ねじ溝５４の隣合う１周分同士を連結する連結溝５８を形成し、この連結溝５８とねじ溝５４の略１周の部分とでボール５５の転動路を構成している。転動路内の内外のねじ溝５２、５４間に介在した多数のボール５５は、ねじ溝５２、５４に沿って転動し、駒部材５７の連結溝５８に案内され、ねじ軸５１のねじ山を乗り越えて隣接するねじ溝５４に戻って再びねじ溝５２、５４に沿って転動する。
【０００５】
このように、駒部材５７の連結溝５８は、ナット５３の隣接するねじ溝５４間を滑らかに接続するように、Ｓ字状に湾曲して形成されており、このため、その両端開口縁５８ａを、ナット５３の隣接するねじ溝５４の窓開口縁部５６ａに合致するようにして、駒部材５７の連結溝５８をねじ溝５４に接続することは、製造上および組付上容易ではない。したがって、ねじ溝５４と連結溝５８との間に段差が生じ、ボール５５がこの段差上を転動して通過する時、引っ掛りを生じて騒音と振動を発生する。
【０００６】
こうした不具合を解決するため、駒部材５７の連結溝５８とナット５３のねじ溝５４とを滑らかに接続し、ボール５５がこれらの接合部を通過する時、引っ掛りを生じて騒音と振動が発生するのを抑制したボールねじが知られている。
【０００７】
このボールねじは、図６に示すように、図示しない治具にナット５３をセットし、このナット５３の駒窓５６における窓開口縁部５６ａの形状に最も適した形状の砥石５９を使用し、その回転軸をナット５３の中心軸に対しα（約１０°）だけ傾斜させて砥石５９をＸ方向に送り込む。こうして、ナット５３の駒窓５６に駒部材５７を組み込む前に、ナット５３の駒窓５６に駒部材５７を組み込んだ時、駒部材５７の連結溝５８の開口縁部５８ａ相当位置から所定量残す一時面取りを行う。
【０００８】
さらに、ナット５３の駒窓５６に駒部材５７を組み込んだ後に、残存量を除去する二次面取りにより形成されている。この二次面取りは、ナット５３のねじ溝５４と駒部材５７の連結溝５８とが滑らかに接続されるように、面合わせを行うものであって、手作業もしくは機械研削によって行われる。
【０００９】
二次面取りの加工量は、この二次面取りに先だって一時面取りが行われているので、必要最小限となり、全体として面取り加工作業を能率的に行うことができる（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−２７０６４８号公報（第４、５頁、第１１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の駒式ボールねじにおいて、ナット５３のねじ溝５４は、図７（ａ）に示すように、断面がゴシックアーチ形状に形成されている。ねじ溝５４が単一の曲率半径からなる形状に形成されているボールねじも実用化されているが、この形状では（ｂ）に示すように、ボール５５とねじ溝５４との接触角を４５°に保持するためにラジアルすきまを大きくする必要があり、その結果バックラッシュ量が大きくなるという欠点がある。ゴシックアーチ形状ではこのバックラッシュ量を小さくすることができる。
【００１２】
一方、駒部材５７の連結溝５８は、図８（ａ）に示すように、単一の曲率半径からなる円弧形状に形成されている。一般に駒部材５７の連結溝５８は切削加工で形成され、この連結溝５８をゴシックアーチ形状に形成するとなると、特殊なエンドミルをボール径と溝曲率に合せて製作する必要があるからである。
【００１３】
このような駒部材５７をナット５３に固定すると、ナット５３のねじ溝５４と駒部材５７の連結溝５８の断面形状が異なることから、駒部材５７とナット５３との接合部には、図８（ｂ）に示すような段差（ハッチング部）が生じる。接触角４５°位置の段差がゼロになるように連結溝５８を形成すると、（ｃ）に示すように、ボール５５は接触角４５°位置ではなく、溝底部で連結溝５８と干渉し、駒部材５７内をスムーズに移動することができなくなる。また、このような段差を前述した従来の第１の面取りと第２の面取りによって完全に除去することは難しい。したがって、この微小な段差上をボール５５が転動して通過することにより発生する騒音および振動を防止するには限界があった。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ナットのねじ溝と駒部材の連結溝との接合部の段差を抑制し、作動時に生じる騒音や振動を低減させた駒式ボールねじを提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、外周面に螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸と、このねじ軸に外嵌し、内周面に螺旋状のねじ溝を形成したナットと、対向する両ねじ溝により形成された転動路に収容した複数のボールと、前記ナットの外周面から装着され、このナットのねじ溝を連結する連結溝を有し、射出成形された燒結合金製の駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記ナットのねじ溝をゴシックアーチ形状に形成し、このねじ溝と前記駒部材の連結溝との接合部に面取りを形成し、当該接合部の段差を削除して滑らかに接合させると共に、このねじ溝と接合する前記駒部材の連結溝の軌道空間を、前記ナットのねじ溝の軌道空間よりも広く、かつ開口縁部よりも中央部の溝深さを深く形成し、少なくとも開口縁部を、前記ナットのねじ溝と略合同のゴシックアーチ形状に形成した。
【００１６】
このように、ナットのねじ溝を連結する連結溝を有し、射出成形された燒結合金製の駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、ナットのねじ溝をゴシックアーチ形状に形成し、このねじ溝と駒部材の連結溝との接合部に面取りを形成し、当該接合部の段差を削除して滑らかに接合させると共に、このねじ溝と接合する駒部材の連結溝の軌道空間を、ナットのねじ溝の軌道空間よりも広く、かつ開口縁部よりも中央部の溝深さを深く形成し、少なくとも開口縁部の形状を、ナットのねじ溝の形状、すなわち、窓開口縁部の形状と略合同のゴシックアーチ形状に形成することにより、その接合部における段差を製作上および組付上の誤差のみに抑制することができ、作動時に生じる騒音や振動を低減させることができる。また、駒部材の連結溝の軌道空間を、ナットのねじ溝の軌道空間よりも広く、かつ開口縁部よりも中央部の溝深さを深く形成すれば、駒部材内でのボール軌道空間を確保して駒部材内を無負荷領域とすることができるため、ボールねじの機能と耐久性を向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明に係る駒式ボールねじを示す平面図、（ｂ）は縦断面図である。この駒式ボールねじは、ねじ軸５１と、このねじ軸５１に外嵌したナット５３と、ねじ軸５１の外周に形成した螺旋状のねじ溝５２と、このねじ溝５２に対応しナット５３の内周に形成した螺旋状のねじ溝５４により形成される転動路内に収容した複数のボール５５と、ナット５３のねじ溝５４を連結する連結溝２を有する駒部材１とで構成している。なお、基本構造に関しては従来の駒式ボールねじと同様であるので、同一部品同一部位には同じ符号を付してその重複説明を省略する。
【００２２】
図２は駒部材１をナット５３に装着した部位を示す要部断面図である。ここで、駒部材１の連結溝２の深さは、ナット５３の駒窓５６に駒部材１を装着した時、ボール５５がこの連結溝２内で、ねじ軸５１におけるねじ溝５２のランド部を乗り越えることができる深さに形成されている。さらに、駒部材１内でのボール軌道空間を確保して駒部材１内を無負荷領域とするため、開口縁部２ａの溝深さよりも中央部２ｂの溝深さは深く形成されている。すなわち、ねじ溝５４のリードに沿った横断面における連結溝２の溝底形状は、図示のように単一な円弧ではなく楕円あるいは双曲線に形成されている。
【００２３】
一方、駒部材１の連結溝２とナット５３のねじ溝５４との接合部に段差を生じさせないように、図３に示すように連結溝２の断面形状は、ねじ溝５４と略同一の曲率半径を有する、すなわち、合同のゴシックアーチ形状に形成されている。これにより、製作上および組付上の誤差によってできる段差のみに規制でき、接合部の段差を可及的に低減することができる。なお、連結溝２の形状は必ずしも全周に亙ってゴシックアーチ形状に形成する必要はなく、少なくともその開口縁部２ａの形状とナット５３のねじ溝５４の形状、すなわち窓開口縁部５６ａの形状とが合同になれば良い。
【００２４】
駒部材１の連結溝２はエンドミル等の切削加工により形成することも可能であるが、本実施例における駒部材１は燒結合金で形成されている。これは、金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形することにより行われる。射出成形に際しては、まず、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を混練機で混練し、その混練物をペレット状に造粒する。造粒したペレットは射出成形機のホッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で押し込むことにより成形する。金属粉としては、後に浸炭焼入れ等による硬化処理が可能な材質が好ましく、例えば、炭素（Ｃ）が０．３ｗｔ％、ニッケル（Ｎｉ）が１〜２ｗｔ％、残部が鉄（Ｆｅ）等で構成されるものとする。この種の燒結合金で駒部材１を形成することにより、複雑な溝形状であっても容易に対応することができ、量産に好適である。なお、ナット５３のねじ溝５４と駒部材１の連結溝２とが滑らかに接続されるように、手作業もしくは機械研削によって面合わせを適宜行うことがあるが、この時に連結溝２の表面粗さを向上させるためのラップ加工を行っても良い。
【００２５】
図４は駒部材３の他の実施形態を示す。ここで、ねじ溝５４のリードに沿った横断面における連結溝４の溝底形状は、図示のように単一な円弧で形成されているが、ナット５３の駒窓５６に駒部材３を装着した時、ボール５５がこの連結溝４内で、ねじ軸５１におけるねじ溝５２のランド部を乗り越えることができるように、ねじ溝５４から若干径方向外方にシフトして形成されている。したがって、連結溝４の開口縁部４ａとねじ溝５４との接合部には段差δが生じるが、前述した手作業もしくは機械研削による面合わせによって削除する。
【００２６】
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。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る駒式ボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸と、このねじ軸に外嵌し、内周面に螺旋状のねじ溝を形成したナットと、対向する両ねじ溝により形成された転動路に収容した複数のボールと、前記ナットの外周面から装着され、このナットのねじ溝を連結する連結溝を有し、射出成形された燒結合金製の駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記ナットのねじ溝をゴシックアーチ形状に形成し、このねじ溝と前記駒部材の連結溝との接合部に面取りを形成し、当該接合部の段差を削除して滑らかに接合させると共に、このねじ溝と接合する前記駒部材の連結溝の軌道空間を、前記ナットのねじ溝の軌道空間よりも広く、かつ開口縁部よりも中央部の溝深さを深く形成し、少なくとも開口縁部を、前記ナットのねじ溝と略合同のゴシックアーチ形状に形成したので、その接合部における段差を製作上および組付上の誤差のみに抑制することができ、作動時に生じる騒音や振動を低減させることができる。また、駒部材の連結溝の軌道空間を、ナットのねじ溝の軌道空間よりも広く、かつ開口縁部よりも中央部の溝深さを深く形成すれば、駒部材内でのボール軌道空間を確保して駒部材内を無負荷領域とすることができるため、ボールねじの機能と耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明に係る駒式ボールねじを示す平面図である。
（ｂ）は、同上、縦断面図である。
【図２】本発明に係る駒式ボールねじの実施形態を示す要部断面図である。
【図３】本発明に係る駒部材の連結溝を示す断面図である。
【図４】本発明に係る駒式ボールねじの他の実施形態を示す要部断面図である。
【図５】（ａ）は、従来の駒式ボールねじを示す平面図である。
（ｂ）は、同上、縦断面図である。
（ｃ）は、従来の駒式ボールねじの駒部材を示す斜視図である。
【図６】従来の駒式ボールねじの加工状態を示す説明図である。
【図７】（ａ）は、一般的なナットのねじ溝形状を示す断面図である。
（ｂ）は、ナットの他のねじ溝形状を示す断面図である。
【図８】（ａ）は、従来の駒部材の連結溝形状を示す断面図である。
（ｂ）は、従来のナットのねじ溝と駒部材の連結溝との接合部における段差形状を示す説明図である。
（ｃ）は、ナットのねじ溝との接合部における従来の連結溝とボールとの接触状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１、３・・・・・・・・駒部材
２、４・・・・・・・・連結溝
２ａ、４ａ・・・・・・開口縁部
２ｂ・・・・・・・・・中央部
５１・・・・・・・・・ねじ軸
５２、５４・・・・・・ねじ溝
５３・・・・・・・・・ナット
５５・・・・・・・・・ボール
５６・・・・・・・・・駒窓
５６ａ・・・・・・・・窓開口縁部
５７・・・・・・・・・駒部材
５８・・・・・・・・・連結溝
５８ａ・・・・・・・・開口縁部
５９・・・・・・・・・砥石
α・・・・・・・・・・砥石傾斜角
δ・・・・・・・・・・段差

Claims

外周面に螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸と、このねじ軸に外嵌し、内周面に螺旋状のねじ溝を形成したナットと、対向する両ねじ溝により形成された転動路に収容した複数のボールと、前記ナットの外周面から装着され、このナットのねじ溝を連結する連結溝を有し、射出成形された燒結合金製の駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、
前記ナットのねじ溝をゴシックアーチ形状に形成し、このねじ溝と前記駒部材の連結溝との接合部に面取りを形成し、当該接合部の段差を削除して滑らかに接合させると共に、このねじ溝と接合する前記駒部材の連結溝の軌道空間を、前記ナットのねじ溝の軌道空間よりも広く、かつ開口縁部よりも中央部の溝深さを深く形成し、少なくとも開口縁部を、前記ナットのねじ溝と略合同のゴシックアーチ形状に形成したことを特徴とする駒式ボールねじ。