JP4687868B2

JP4687868B2 - ボールねじ機構

Info

Publication number: JP4687868B2
Application number: JP2004196909A
Authority: JP
Inventors: 山下　　智史; 大作川田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2024-07-02
Also published as: JP2006017249A

Description

本発明は、コマを備えたボールねじ機構に関し、例えば電動アクチュエータなど種々の用途に用いることができるボールねじ機構に関する。

近年、車両等の省力化が進み、例えば自動車のトランスミッションやパーキングブレーキなどを手動でなく、電動モータの力により行うシステムが開発されている。そのような用途に用いる電動アクチュエータには、電動モータから伝達される回転運動を高効率で軸線方向運動に変換するために、ボールねじ機構が用いられる場合がある。

しかるに、通常ボールねじ機構は、ねじ軸と、ナットと、ボールとからなる。ここで、ねじ軸に対してナットが相対回転する際に、ナット内の転走路に沿ってボールが転動し、それにより円滑な動作が行われるが、転走路の一端に到達したボールをその他端へと循環させる循環手段が必要となる。このような循環手段としては、チューブやコマなどが知られているが、コマはナットの孔内に埋め込まれて用いられるため、ナットの構成がコンパクトになりやすいという利点がある。

しかるに、このようなコマをナットの孔に取り付ける場合、従来においては、潤滑剤等で接着固定することが行われている。しかしながら、接着固定の場合には、接着剤が固化するまでの時間が必要になり、製造時間をより短縮することが困難という問題がある。一方、ナットの孔内にコマを取り付けた後、孔の内周面をカシメにより塑性変形させることで、コマを取り付けることも考えられる。しかしながら、摩耗防止等のためにナットを全体焼入れした場合には、適用が困難であり、組立てが簡単にできないという問題がある。更に、接着やナットのカシメの場合、ボールねじ機構を一度組み立てた後、調整のために再度分解する（メンテナンス含む）ような場合、コマの取り外しと再組立が困難になる。

これに対し、特許文献１には、略Ｃ字形の横断面を有すると共に中間部にコマを固定する屈曲部を設けた薄板よりなるコマ固定ばねをナットに取り付けることで、コマの抜け防止を図る技術が開示されている。
特開平７−１９０１６１号公報

特許文献１の技術によれば、簡素な構造でコマの抜け防止を図ることができる。しかるに、近年においては、動作の高速化という要求があり、それに応じてナットの回転速度が高まる傾向がある。ナットが高速回転すると、略Ｃ字形の横断面を有するコマ固定ばねが遠心力で半径方向外方に付勢され、脱落する恐れがある。これを防止するには、コマ固定ばねの板厚を増大し、その把持力を高める必要があるが、それによりコマ固定ばねの重量増大を招き、また組付性も悪化するという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、高速回転に対応できるにもかかわらず、コマの抜けだしを効果的に抑制できるボールねじ機構を提供することを目的とする。

本発明のボールねじ機構は、
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
前記ナットの孔内に取り付けられ、前記転走路の一端から他端へとボールを戻す循環路を有するコマと、
前記ナットの外周に嵌合する円筒部材とを有し、
前記円筒部材を前記ナットに組み付けたときに、前記円筒部材と前記コマとの間にスキマが形成されるようになっており、前記スキマが減少するように前記円筒部材をカシメた後、カシメ部は前記コマに当接せず、前記カシメ部の周方向両側における前記円筒部材の内周面が前記コマに当接する当接部となることを特徴とする。

本発明のボールねじ機構は、前記ナットの外周に嵌合し、前記コマに当接する当接部を有する円筒部材とを有するので、前記ナットを高速で回転させた場合にも、前記円筒部材は遠心力で脱落する恐れがない。又、肉厚が薄くても前記コマの保持性が高く、それにより軽量化を図ることができる。

前記当接部は、前記円筒部材をカシメる（例えば半径方向内方に塑性変形させる）ことで形成されると好ましい。

前記円筒部材を前記ナットに組み付けたときに、前記円筒部材と前記コマとの間にスキマが形成されるようになっており、前記スキマが減少するように、前記円筒部材がカシメられると好ましい。

又、前記円筒部材のカシメられる部分に対向する前記コマの外側面は、前記円筒部材の内径面より曲率半径が大きい面もしくはくぼんだ面であると好ましい。尚、前記円筒部材の内径面より曲率半径が大きい面には、曲率半径が無限大である平面も含まれる。

前記コマは複数の循環路を有すると好ましい。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態であるボールねじ機構の断面図であり、図２は、図１のボールねじ機構を矢印IIの方向から見た図であり、図３は、図２のボールねじ機構をIII-III線で切断して矢印方向に見た図であり、図４は、図２のボールねじ機構をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。図５は、ナットとスリーブを分解して示す図である。

図１において、不図示の被駆動部材に連結されるねじ軸１は、軸線方向にのみ移動可能に支持されている。ねじ軸１の外周面には、雄ねじ溝１ａが形成されている。回転のみ可能となるように支持された略円筒状のナット２は、ねじ軸１を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝２ａを形成している。複数のボール３が、対向する両ねじ溝１ａ、２ａ間に形成された螺旋状の転走路内を転動自在となるように配置されている。

ナット２には、コマ用の長細い孔２ｂが半径方向に貫通するようにして設けられている。孔２ｂ内には、コマ４が配置されている。コマ４は、孔２ｂの段部２ｃに当接する鍔部４ａと、内面側に設けられた複数（ここでは５本）の循環路４ｂと、外面側から内面側へ貫通した油孔４ｃとを有している。

図５に示すように、ナット２は、図で左方の外径が縮径してなり、縮径部２ｄを形成している。コマ４を組み付けた状態で、金属製の薄肉円筒状のスリーブ５を、矢印で示す方向からナット２の縮径部２ｄに嵌合させる（分離容易性を考慮するとルーズフィットであることが望ましい）と、孔２ｂの半分ほどを覆うこととなる（図２参照）。かかる状態で、スリーブ５を図１に示すＣの位置で不図示の治具を用いてカシメると、図１，３に示すように、スリーブ５の外壁の一部（カシメ部５ａ）が塑性変形し、且つコマ４との間のスキマが減少する。ここで、重要な点は、カシメ時のスプリングバックにより、カシメ部５ａの内方端（図３のＡ）はコマ４に当接せず（当接しても問題はない）、カシメ部５ａの周方向両側におけるスリーブ５の内周面（図３のＢ、ここでは当接部）がコマ４の外面に当接してこれを保持することとなる。組み付けられた状態では、スリーブ５は、コマ４の油路４ｃを塞いでいないため、潤滑剤の流れを抑制することが回避される。尚、コマ４のスリーブ５に当接する面は、面取りなどを施すと面圧が低下するので摩耗等に有利である。

本実施の形態の動作を説明すると、不図示の電動モータからの動力がナット２に伝達されると、転走路を転動し且つコマ４の循環路４ｂを介して潤滑するボール３により、回転運動がねじ軸１の軸線方向運動に効率よく変換され、不図示の被駆動部材を軸線方向に移動させることができる。

本実施の形態によれば、円筒部材であるスリーブ５をカシメることで、コマ４は、鍔部４ａが孔２ｂの段部２ｃと、スリーブ５の内周面との間で挟持され、長期間にわたって安定して抜け防止が図れることとなる。スリーブ５は円筒状であって、ナット２を全周にわたって取り巻いているので、ナット２が高速回転した場合でも、遠心力で脱落することはない。カシメ部５ａは、スリーブ５がナット２に対して軸線方向に力を受けた場合にも、孔２ｂの内周面に突き当たることで、その抜け防止が図れる。又、単一のコマ４に複数の循環路４ｂを設けているので、コマ４の一部のみを単一のスリーブ５で覆うだけで、複数系のボール循環が可能となる。

尚、組み付け時においてボールねじ機構の調整が必要な場合には、スリーブ５をカシメず、仮組の状態で動作確認を行えば良い。このとき、短時間で振動が少ない状態であれば、カシメがなくてもナットとスリーブの間の摩擦力のみで両者の分離が回避される。コマ４等の調整後に動作確認を行った上で、スリーブ５をカシメることで、上述の効果が得られる。

但し、カシメ部５ａが孔２ｂを乗り越えるほどの強い力でスリーブ５をナット２に対して移動させれば、スリーブ５をナット２から分離することができる。従って、メンテナンス時等においても、必要に応じてコマ４の調整を行うことができる。

図６（ａ）は、第２の実施の形態にかかるコマ１４の内面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すコマ１４を矢印VIB方向に見た図である。図７は、本実施の形態のコマ１４を図２のボールねじ機構に組み込んで、III-III線で切断して矢印方向に見た図であり、図８は、本実施の形態のコマ１４を図２のボールねじ機構に組み込んで、IV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。尚、以下の実施の形態においては、コマの循環路１４ｂ等を３本としている。

本実施の形態のコマ１４は、図６（ｂ）に示すように、スリーブ５に対向する外側面中央に、軸線に平行な平面１４ｃが形成され、その周方向両側に平面１４ｄ、１４ｄが形成されている。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるので同じ符号を付して説明を省略する。

スリーブ５をナット２に嵌合させた状態で、スリーブ５を図７に示すＣの位置（平面１４ｃの中央に対向する位置）で不図示の治具を用いてカシメると、スリーブ５の外壁の一部（カシメ部５ａ）が塑性変形し、且つコマ１４の平面１４ｃとの間のスキマが減少する。それによりカシメ部５ａの周方向両側におけるスリーブ５の内周面（図７のＢ、ここでは当接部）がコマ１４の平面１４ｄ、１４ｄに当接してこれを保持することとなる。

特に、コマ１４は一般的には焼結などで形成されるため脆いという特性を有する。従って、カシメ時の応力がコマ１４に伝達されると、コマ１４が破損する恐れがある。本実施の形態においては、コマ１４の外側面に平面１４ｃを形成したことで、スリーブ５とコマ１４とのスキマが大きくなり、十分なカシメ代を確保することで、コマ１４の破損を抑制できる。

図９（ａ）は、第３の実施の形態にかかるコマ２４の内面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すコマ２４を矢印IXB方向に見た図である。図１０は、本実施の形態のコマ２４を図２のボールねじ機構に組み込んで、III-III線で切断して矢印方向に見た図であり、図１１は、本実施の形態のコマ２４を図２のボールねじ機構に組み込んで、IV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。

本実施の形態のコマ２４は、図９（ｂ）に示すように、スリーブ５に対向する外側面中央に、軸線に平行な平面２４ｃが形成され、その周方向両側に、スリーブ５の内周面とほぼ曲率半径が同じ曲面２４ｄ、２４ｄが形成されている。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるので同じ符号を付して説明を省略する。

スリーブ５をナット２に嵌合させた状態で、スリーブ５を図１０に示すＣの位置（平面２４ｃの中央に対向する位置）で不図示の治具を用いてカシメると、スリーブ５の外壁の一部（カシメ部５ａ）が塑性変形し、且つコマ２４の曲面２４ｃとの間のスキマが減少する。それによりカシメ部５ａの周方向両側におけるスリーブ５の内周面（図１０のＢ、ここでは当接部）がコマ２４の曲面２４ｄ、２４ｄに当接してこれを保持することとなる。

本実施の形態においても、コマ２４の外側面に平面２４ｃを形成したことで、スリーブ５とコマ２４とのスキマが大きくなり、十分なカシメ代を確保することで、コマ２４の破損を抑制できる。

図１２は、コマ１４（２４）の外側面を示す図である。平面１４ｃ（２４ｃ）は、コマ１４（２４）の全長にわたっている必要はなく、図１２において示すように、カシメられる部分をカバーする領域に設けられていれば足りる。

図１３（ａ）は、第４の実施の形態にかかるコマ２４の内面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示すコマ３４を矢印XIIIB方向に見た図である。図１４は、本実施の形態のコマ３４を図２のボールねじ機構に組み込んで、III-III線で切断して矢印方向に見た図であり、図１５は、本実施の形態のコマ３４を図２のボールねじ機構に組み込んで、IV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。

本実施の形態のコマ３４は、図１３（ｂ）に示すように、スリーブ５に対向する外側面に、軸線に平行な平面３４ｃが側面に至るまで形成されている。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるので同じ符号を付して説明を省略する。

本実施の形態においては、第１の実施の形態にかかるコマ４に形成した面取りや、第２の実施の形態にかかるコマ１４に形成した平面１４ｄや、第３の実施の形態にかかるコマ２４に形成した曲面２４ｄ等を設けていないため、スリーブ５のカシメによって、コマ３４の角部３４ｆがスリーブ５の内周面と当接することになるが、コマ３４の保持効果は確保される。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。コマの外側面は平面に限らず、スリーブの内径面より曲率半径が大きい面もしくはくぼんだ面であって良い。

本実施の形態であるボールねじ機構の断面図である。図１のボールねじ機構を矢印IIの方向から見た図である。図２のボールねじ機構をIII-III線で切断して矢印方向に見た図であるが、ボールは省略している。図２のボールねじ機構をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図であるが、ボールは省略している。ナットとスリーブを分解して示す図である。図６（ａ）は、第２の実施の形態にかかるコマ１４の内面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すコマ１４を矢印VIB方向に見た図である。本実施の形態のコマ１４を図２のボールねじ機構に組み込んで、III-III線で切断して矢印方向に見た図である。本実施の形態のコマ１４を図２のボールねじ機構に組み込んで、IV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。図９（ａ）は、第３の実施の形態にかかるコマ２４の内面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すコマ２４を矢印IXB方向に見た図である。本実施の形態のコマ２４を図２のボールねじ機構に組み込んで、III-III線で切断して矢印方向に見た図である。本実施の形態のコマ２４を図２のボールねじ機構に組み込んで、IV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。コマ１４（２４）の外側面を示す図である。図１３（ａ）は、第４の実施の形態にかかるコマ２４の内面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示すコマ３４を矢印XIIIB方向に見た図である。本実施の形態のコマ３４を図２のボールねじ機構に組み込んで、III-III線で切断して矢印方向に見た図である。図１５は、本実施の形態のコマ３４を図２のボールねじ機構に組み込んで、IV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。

符号の説明

１ねじ軸
２ナット
３ボール
４、１４，２４，３４コマ
５スリーブ

Claims

外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
前記ナットの孔内に取り付けられ、前記転走路の一端から他端へとボールを戻す循環路を有するコマと、
前記ナットの外周に嵌合する円筒部材とを有し、
前記円筒部材を前記ナットに組み付けたときに、前記円筒部材と前記コマとの間にスキマが形成されるようになっており、前記スキマが減少するように前記円筒部材をカシメた後、カシメ部は前記コマに当接せず、前記カシメ部の周方向両側における前記円筒部材の内周面が前記コマに当接する当接部となることを特徴とするボールねじ機構。
前記円筒部材を前記ナットに組み付けたときに、前記円筒部材のカシメ部に対向する前記コマの外側面は、前記円筒部材の内径面より曲率半径が大きい面もしくはくぼんだ面であることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。
前記円筒部材の前記当接部が当接する前記コマの一部は、前記円筒部材のカシメ部に対向する前記コマの外側面に交差する平面又は曲面であることを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ機構。