JP4458225B2

JP4458225B2 - ボールねじ装置

Info

Publication number: JP4458225B2
Application number: JP2003055271A
Authority: JP
Inventors: 功雄臼杵; 昌弘井上; 久康村上
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd; JTEKT Corp
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd; JTEKT Corp
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2023-03-03
Also published as: JP2004263792A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボールねじ装置には、回転駆動部からの回転力をナット部材に伝達するために、樹脂製歯車を用いる技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１０に示すように、このボールねじ装置８０は、ねじ軸８１とこのねじ軸８１の径方向外方に複数個のボール８２を介して回転自在に設けたナット部材８３と、このナット部材８３の端部外周に樹脂を射出成型することにより一体的に形成された歯車８４とを備えている。
【０００４】
このようなボールねじ装置８０は、ナット部材８３とねじ軸８１との間でトルクを推力に変換したり、推力をトルクに変換したりするのに用いられる。
【０００５】
上記ボールねじ装置８０では、ナット部材８３の端部外周に樹脂を射出成型しているため、ナット部材８３が変形し易くなる。このため、ナット部材８３とは別部材となるブラケットを設け、このブラケットに樹脂を射出することで歯車を形成し、ブラケットにナット部材を回転一体に設けた技術がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２５７２０８号（図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ナット部材８３とねじ軸８１との間でトルクを推力に変換したり、推力をトルクに変換したりするボールねじ装置８０では、歯車８４に付与される軸心周りのトルクを、ブラケットを介してナット部材に伝達させている。このため、容易な構成でトルクを確実にナット部材８３に伝達し得る歯車装置およびボールねじ装置が望まれていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のボールねじ装置は、ねじ軸および該ねじ軸に同心に配置される筒状のナット部材が設けられ、前記ねじ軸の外周面、および前記ナット部材の内周面のそれぞれにねじ溝が形成され、これらねじ溝間に複数個のボールが転動自在に配置され、前記ナット部材の軸方向端部が組込まれる保持体と、該保持体に樹脂を射出することで一体的に形成される歯車とが設けられ、該歯車の回転に伴なって前記ナット部材とねじ軸との間でトルクを推力に変換させ、あるいは推力をトルクに変換させるようにしたボールねじ装置であって、前記保持体に、前記ナット部材の軸方向端部外周面に外嵌するナット保持部、および前記ナット部材の軸方向端面部に形成された被係合部に円周方向で係合する係合部が、円周方向に沿って交互に振分けて設けられているとともに、前記保持体は、鋼板をプレス加工することによって形成され、外筒部と、内筒部と、前記外筒部と前記内筒部とを軸方向一方側で連成する環状部とを有し、前記内筒部の軸方向他方側端部に、部分円筒状の前記ナット保持部が軸心に沿うように折曲することにより形成され、前記係合部が前記内筒部の軸方向他方側端部において前記ナット保持部と周方向で隣合う状態で径方向内方に向けて折曲して形成されている。
【００１１】
このボールねじ装置では、前記歯車の回転に伴なって前記ナット部材とねじ軸との間でトルクを推力に変換させ、あるいは推力をトルクに変換させるようにしている。
【００１２】
上記ボールねじ装置では、ナット部材の軸方向端部外周面に保持体のナット保持部を外嵌するように、またナット部材の軸方向端面部の被係合部に保持体の係合部を円周方向で係合するように組つけることにより、簡単な構成の保持体によって、ナット部材が径方向で確実に保持されるとともに、歯車からのトルクがナット部材に確実に伝達される。
本発明に係るボールねじ装置は、好ましくは、前記外筒部の軸方向他方側の端部外周面に、径方向外方に突出する波板部が一体的に形成され、歯車を形成する樹脂は、前記波板部の軸方向両端に当接するとともに、前記外筒部の先端から内周面に回り込んで前記外筒部の外周面に射出されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る歯車装置をボールねじ装置に適用させた例を、図面に基づいて説明する。図１および図２は本実施形態の歯車装置の使用状態を示すボールねじ装置の全体断面図である。
【００１４】
図１および図２に示すように、このボールねじ装置１は、ボールねじ３０、保持体としてのブラケット１０および樹脂製歯車（以下単に「歯車」という）２０からなる歯車装置２６、およびボールねじ３０にブラケット１０を介して組付けられる転がり軸受（アンギュラ玉軸受）５０を有する。
【００１５】
この実施の形態において、ボールねじ装置１は、プーリ２における第一フランジ５および第二フランジ６間の軸方向離隔距離を変更するために用いられる。第一フランジ５および第二フランジ６間の軸方向離隔距離を変更することで、プーリ２に巻掛られるベルト３の巻掛径が変更される。
【００１６】
第一フランジ５は、回転軸４に軸心周りに回転一体に設けられ、第二フランジ６は、回転軸４に軸心周りに回転一体かつ軸方向に沿って摺動自在に配置される。
【００１７】
ボールねじ３０は、保持器を有しない総ボール型であり、円筒状のナット部材３１と、このナット部材３１の内径側に配置される円筒状のねじ軸３４と、ナット部材３１とねじ軸３４との間を転動する複数個のボール３７とを有する。
【００１８】
図３はボールねじ装置１の分解斜視図である。同図に示すように、ナット部材３１は、その端面に所定角度だけ周方向に互いに離隔した被係合部としての切欠３２を有する。ナット部材３１の内周面に、両端部間で連続した所定のリード角を有する一条のねじ溝３３が形成されている。
【００１９】
ねじ軸３４は、図示しない所定の支持装置でもって軸心周りに非回転に支持され、かつ軸方向に不動に支持されている。ねじ軸３４は、その外周面に、互いに平行でそれぞれ独立の閉ループとした所定のリード角を有する二条のねじ溝３５を有する。各ねじ溝３５は、その端部どうしをリード角と異なる角度をもって連続させるボール循環溝３６を有する。これらボール循環溝３６は、それぞれのねじ溝３５の上流側と下流側とを連通する部分である。このボール循環溝３６によって各ねじ溝３５は、それぞれ別個に閉ループとされる。
【００２０】
すなわち、各ボール循環溝３６は、各ねじ溝３５の下流側に位置するボール３７をねじ軸３４の内径側に沈みこませて上流へ戻すよう、ねじ溝３５の他の部分に比べて深く形成されるとともに蛇行した形状に形成されている。これにより、ねじ溝３５に嵌合するボール３７をそれぞれ独立して転動循環させる機能を有する。
【００２１】
図１および図２に示すように、ねじ軸３４の軸方向一方側開口の周面一部を所定周長を有するよう円周方向に沿って切欠くことで凹部３８が形成されている。
【００２２】
ねじ軸３４の軸方向他方側内周面に、転がり軸受（アンギュラ玉軸受）４０が嵌着されている。転がり軸受４０は、ねじ軸３４に嵌着された外輪部材４１と、回転軸４が挿通される内輪部材４２と、外輪部材４１と内輪部材４２との間に転動自在に配置された複数個の玉４３とを備えている。
【００２３】
次に歯車装置２６の構成を説明する。図１〜図５に示すように、ブラケット１０は、薄肉鋼板をプレス加工することによって全体として環状に形成されている。
【００２４】
ブラケット１０は、外筒部１５と、内筒部１１と、外筒部１５と内筒部１１とを軸方向一方側で連成する環状部１４とを有する。外筒部１５の軸方向他方側の端部外周面に、径方向外方に突出する波板部１８が一体的に形成されている。
【００２５】
歯車２０は、波板部１８および外筒部１５の一部を被覆するように、ブラケット１０に樹脂を射出成型することで形成されている。歯車２０の外周に、不図示の回転動力源から駆動力が伝達されて回転する減速歯車７の歯部７ａに噛合される歯部２１が形成されている。
【００２６】
図６に示すように、歯車２０を形成する樹脂は、波板部１８の軸方向両端に当接すると共に、外筒部１５の先端から内周面１５ｂに回り込んで、外筒部１５の外周面１５ａに射出されている。
【００２７】
歯車２０は外筒部１５の内周面１５ｂに沿って環状部１４にまで達する回り込み部２３を有する。なお回り込み部２３は、環状部１４にまで達してもよいし、達しなくてもよい。
【００２８】
外筒部１５の外周面１５ａに歯車２０が射出成型される際、射出圧によってプレス成形品であるブラケット１０の外筒部１５の内径が収縮し、樹脂金型に食付くおそれがある。また射出圧による収縮量を考慮して樹脂金型との隙間を大きくとると、ブラケット１０と歯車２０との心合わせができなくなったり、収縮により歯車２０が傾斜し、歯形精度が低下するおそれがある。
【００２９】
そこで、外筒部１５の内周面１５ｂに沿う回り込み部２３を形成したことにより、当該回り込み部２３は、外筒部１５の内径の収縮を抑制する方向に働き、収縮を抑えることができる。
【００３０】
図７に示すように、波板部１８を構成する凸部１８ａと凹部１８ｂの曲率半径Ｒは等しく形成されており、例えばその値は0.5mm以上とする。また凸部１８ａの数は、歯車２０の歯数の半分以上とする。これにより、樹脂を射出成型することに伴なうヒートショック時の応力集中を防ぐことができる。
【００３１】
すなわち、雰囲気温度が下がり金属製のブラケット１０と歯車２０の線膨張率の差から応力（歯車２０にとっては引張方向）が生じると、ヒートショックによる割れが発生し易くなる。このとき、ブラケット１０の波板部１８と歯車２０の界面が鋭角になっていると、その角に大きな応力が集中して破損し易くなるが、上述のように、凸部１８ａと凹部１８ｂの曲率半径Ｒを、0.5mm以上とし、凸部１８ａの数を歯車２０の歯数の半分以上とすることで、波板部１８と歯車２０の界面における応力集中を防止でき、ヒートショックによる割れを防止できる。
【００３２】
また、歯車２０を外筒部１５の軸方向先端から内周面１５ｂに回り込んで成形することで、歯車２０を外筒部１５の外周面１５ａに射出成型する際に、射出圧によって薄肉鋼板製の外筒部１５の内径が収縮するのを抑制でき、外筒部１５のたわみを防止できる。よって、射出成型時に樹脂金型に食い付くのを防止できる。さらに、ブラケット１０と歯車２０との心合わせが容易に行えて歯形精度が向上し、生産性の向上ならびにコストの低減を図ることができる。
【００３３】
また、波板部１８は凸部１８ａと凹部１８ｂとを有するため、樹脂が凸部１８ａと凹部１８ｂに確実に一体となり、歯車２０の軸方向の抜止めを確実に行うことができる。
【００３４】
図４および図５に示すように、ブラケット１０の内筒部１１の軸方向他方側端部に、ナット部材３１の軸方向一方側端部外周面に外嵌する部分円筒状のナット保持部１３と、ナット部材３１の軸方向一方側端面部に円周方向で係合する係合部１２とが設けられている。ナット保持部１３と係合部１２とは、円周方向に沿って交互に振分けて形成されている。ナット保持部１３は内筒部１１にほぼ平行に形成され、係合部１２は内筒部１１から径方向内方に向けて折曲して形成されている。
【００３５】
ナット保持部１３と係合部１２とは、それぞれ円周方向等配位置に６個ずつ形成されている。円周方向に隣合うナット保持部１３と係合部１２とは、それぞれ所定間隔を置いて配置されている。
【００３６】
図５の斜視図に示すように、係合部１２のうち一個の特定係合部１２ａは、他の係合部１２に比べて径方向に長く形成されている。特定係合部１２ａの径方向内方端部は、軸方向他方側に向けて折曲されることで折曲部１６が形成されている。
【００３７】
この折曲部１６と前記ねじ軸３４に形成した凹部３８とで、ナット部材３１が軸心周りに必要以上に回転するのを防止するためのストッパが構成される。すなわち、折曲部１６が凹部３８の端面３８ａに当接することで、ナット部材３１の軸心周りの回転が阻止される。
【００３８】
図４に示すように、ナット保持部１３のうち、特定係合部１２ａの周方向両側に隣合う特定ナット保持部１３ａ，１３ａの、特定係合部１２ａ側の側面１３ｂ，１３ｂは、軸方向に対して傾斜して形成されている。
【００３９】
ここで、図８および図９に基づいて、ブラケット１０の製造方法を説明する。ブラケット１０は、前述したように、薄肉鋼板をプレス加工することで製造される。すなわち図８に示すように、薄肉鋼板をプレス加工して波板部１８を形成するための環状の波板予定部１８Ａ、外筒部１５、環状部１４、および内筒部１１を得るとともに、ナット保持部１３および係合部１２を形成するための円盤状の未加工部１０Ａを得る。続いて、波板予定部１８Ａの外周部分（図に斜線で示す部分）を打抜くことで、図９に示すように、凸部１８ａと凹部１８ｂを有する波板部１８を得る。
【００４０】
また、未加工部１０Ａの中心部分を所定形状に打抜くことで、ナット保持部１３となる保持部予定部１３Ａ、特定ナット保持部１３ａの予定部１３Ｂ、特定係合部１２ａの予定部１２Ａおよび係合部１２を得る。
【００４１】
このとき、特定ナット保持部１３ａの予定部１３Ｂの側面１３ｂ，１３ｂは、特定係合部１２ａの予定部１２Ａの周方向各側面に沿うように未加工部１０Ａを打抜く。なお、特定係合部１２ａ以外の係合部１２は、未加工部１０Ａの所定部分を打抜くことによりそのまま形成される。
【００４２】
次に図９に示すように、特定係合部１２ａは、予定部１２Ａの径方向内方端部を軸方向他方側に折曲して折曲部１６を形成することで得る。また、各保持部予定部１３Ａ，１３Ｂを、軸方向他方側に、軸心に沿うように折曲することで、ナット保持部１３および特定ナット保持部１３ａを得る。このとき、各保持部予定部１３Ａ，１３Ｂは、例えば軸心に向けてわずかに径方向内方に傾斜させておく。
【００４３】
このようにして形成されたブラケット１０の波板部１８および外筒部１５の一部に樹脂を射出成型することにより、歯車２０をブラケット１０と回転一体に形成する。
【００４４】
そしてこのボールねじ装置１では、ブラケット１０とナット部材３１とは、ナット保持部１３がナット部材３１の軸方向一方側端部の外周面に嵌着するように、また特定係合部１２ａを含む係合部１２が、ナット部材１３に形成した切欠３２に軸方向で嵌合するように組込まれる。
【００４５】
このとき、上述のように、各保持部予定部１３Ａ，１３Ｂは、例えば軸心に向けてわずかに径方向内方に傾斜させておくことで、ナット部材３１がナット保持部１３および特定ナット保持部１３ａの径方向内方に締代をもって確実に保持される。そして、特定係合部１２ａおよび係合部１２の円周方向端面と各切欠３２の円周方向端面とが円周方向で係合し、ナット部材３１は、ブラケット１０に軸心周りに確実に回転一体に組付けられる。
【００４６】
ブラケット１０の内周面他方側に、転がり軸受（アンギュラ玉軸受）５０が嵌着されている。転がり軸受５０は、ブラケット１０の内筒部１１の内周面に嵌着される外輪部材５１と、回転軸４に軸心周りに回転一体に組付けられるとともに第二フランジ６に一体形成された筒軸６ａの外周面に嵌着される内輪部材５２と、外輪部材５１および内輪部材５２の間に転動自在に配置された複数個の玉５３とを備える。転がり軸受５０における外輪部材５１の側面は、係合部１２，１２ａの側面に当接している。
【００４７】
上記ブラケット１０の係合部１２と、ナット部材３１の切欠３２とを嵌合するように、またブラケット１０のナット保持部１３をナット部材３１の軸方向一方側の端部外周面に外嵌するようにしてブラケット１０とナット部材３１とを容易に組付けることで、ボールねじ装置１を容易に製造することができる。
【００４８】
ボールねじ装置１の動作は概ね次の通りである。図１は前述のように、ボールねじ３０が最も縮んだ状態を示しており、第一フランジ５と第二フランジ６とが軸方向に最も隔離している。すなわちベルト３の巻掛径が小さい状態である。この状態では、凹部３８の当接面に折曲部１６が当接し、ナット部材３１の回転が防止された状態にある。
【００４９】
上記状態から減速歯車７が軸心周りに回転して歯部７ａが回転すると、減速歯車７の回転とともに歯車２０が軸心周りに回転する。歯車２０の回転に伴なって、ブラケット１０ならびにナット部材３１が、ねじ軸３４の回りに回転すると共に、図２に示すように、軸方向（図の左方）に移動する。これにより、ブラケット１０に一体成形された歯車２０も軸方向に移動する。
【００５０】
また、第一フランジ５および第二フランジ６どうしが接近し、これらフランジ５，６の径方向内方部位どうしが軸方向で当接した時点で、ナット部材１３は軸方向の移動を停止する。第一フランジ５および第二フランジ６どうしが接近する動作に伴ない、ベルト３は両フランジ５，６間をせり上がり、ベルト３の巻掛径が大きくなり、フランジ５，６の径方向内方部位どうしが軸方向で当接した時点でベルト３の巻掛径は最大となる。
【００５１】
再び、ベルト３の巻掛径を小さくする場合は、上記と反対方向の回転力を減速歯車７から歯車２０に対して付与することで、ナット部材３１は軸方向（図の右方）に移動し、図１のように、凹部３８の当接面に折曲部１６が当接した時点で、ナット部材３１は軸方向の移動を停止する。
【００５２】
上記ボールねじ３０の伸縮動作の際、ブラケット１０の各係合部１２の円周方向側面とナット部材３１の各切欠３２の円周方向側面とが円周方向で係合しているため、歯車２０からのトルクはナット部材３１に確実に伝えられる。
【００５３】
また、本発明の実施の形態におけるボールねじ装置１において、その歯車装置２６における歯車２０は、ブラケット１０に射出成型されるものであり、従ってナット部材３１の軌道（ねじ溝３３）に歯車２０の成型時に発生しやすい熱歪の影響がない。
【００５４】
また、外筒部１５の軸方向途中より先端側を周方向に凸部１８ａと凹部１８ｂを交互に形成してなる波板部１８とし、歯車２０を外筒部１５の外周面１５ａに射出成型したことにより、外筒部１５の周方向に対する歯車２０の回止めを確実に行うことができる。しかも、ブラケット１０は、係合部１２およびナット保持部１３を含めてプレス成形により容易に形成することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明の歯車装置およびボールねじ装置によれば、樹脂製歯車に付与されるトルクを、簡単な構成を有する保持体（ブラケット）を介して、ボールねじのナット部材に確実に伝達させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における歯車装置の使用状態を示すボールねじ装置の全体断面図である。
【図２】本発明の実施形態における歯車装置の使用状態を示すボールねじ装置の全体断面図である。
【図３】同じくボールねじ装置の分解斜視図である。
【図４】同じくブラケットの単体断面図である。
【図５】同じくブラケットの単体斜視図である。
【図６】同じく歯車装置の一部拡大断面図である。
【図７】同じくブラケットの波板部の一部拡大図である。
【図８】同じくブラケットの製造途中の正面図である。
【図９】同じくブラケットの製造途中の正面図である。
【図１０】従来のボールねじ装置の全体構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ボールねじ装置
１０ブラケット
１１内筒部
１２係合部
１３ナット保持部
１４環状部
１５外筒部
１６折曲部
１８波板部
２０歯車
２６歯車装置
３０ボールねじ
３１ナット部材
３２切欠
３４ねじ軸
３８凹部

Claims

ねじ軸および該ねじ軸に同心に配置される筒状のナット部材が設けられ、前記ねじ軸の外周面、および前記ナット部材の内周面のそれぞれにねじ溝が形成され、これらねじ溝間に複数個のボールが転動自在に配置され、前記ナット部材の軸方向端部が組込まれる保持体と、該保持体に樹脂を射出することで一体的に形成される歯車とが設けられ、該歯車の回転に伴なって前記ナット部材とねじ軸との間でトルクを推力に変換させ、あるいは推力をトルクに変換させるようにしたボールねじ装置であって、
前記保持体に、前記ナット部材の軸方向端部外周面に外嵌するナット保持部、および前記ナット部材の軸方向端面部に形成された被係合部に円周方向で係合する係合部が、円周方向に沿って交互に振分けて設けられているとともに、
前記保持体は、鋼板をプレス加工することによって形成され、外筒部と、内筒部と、前記外筒部と前記内筒部とを軸方向一方側で連成する環状部とを有し、前記内筒部の軸方向他方側端部に、部分円筒状の前記ナット保持部が軸心に沿うように折曲することにより形成され、前記係合部が前記内筒部の軸方向他方側端部において前記ナット保持部と周方向で隣合う状態で径方向内方に向けて折曲して形成されている、ことを特徴とするボールねじ装置。
前記外筒部の軸方向他方側の端部外周面に、径方向外方に突出する波板部が一体的に形成され、歯車を形成する樹脂は、前記波板部の軸方向両端に当接するとともに、前記外筒部の先端から内周面に回り込んで前記外筒部の外周面に射出されている、ことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。