JP4716244B2 - ボールねじ機構 - Google Patents

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動作させる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。

ここで、通常ボールねじ機構は、ねじ軸と、ナットと、ボールとからなり、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、製造時間を短縮することが困難になるという問題がある。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、円筒形状の循環部品押さえ部材をナットに嵌合させることにより、コマを押える技術が開示されている。
特開平１０−１４１４６５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、特許文献１の技術では、循環部品押さえ部材の内径は、ナット外径より大きくなるため、ナットの穴に装填したコマとの間にスペースが生じ、動作時にボールがコマに当たることでコマががたついて、異音や作動不良を招く恐れがある。特に、複数のコマを設ける場合、ナットに熱処理を施すと変形が生じ、各コマのスキマのばらつきが大きくなってガタが生じやすい。しかしながら、適切なスキマを確保すべく熱処理後にナットを加工することは、製造工程や製造コストの増大を招く。又、振動により循環部品押さえ部材がナットから抜け出るのをどのようにして防止するかという問題もある。

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、安価で製造しやすいにもかかわらず、異音や作動不良が抑制された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し、中央部が盛り上がったコマと、
前記ナットの外周に嵌合した後カシメ加工を施され、前記コマを半径方向外方より抑える円筒部材とを有し、
前記カシメ加工は、前記コマを取り付ける前記ナットの孔内であって、前記コマの中央部以外の部分に対して、前記円筒部材を半径方向から押圧することで行われ、
前記円筒部材を前記ナットに取り付けたときに、前記ナットの孔が露出するようになっていることを特徴とする。

本発明のボールねじ機構は、前記コマの一部が前記ナットの外径より半径方向外方に突出しているので、前記円筒部材を前記ナットに嵌合させた後カシメ加工を施し、前記円筒部材が前記コマを半径方向外方から押さえたため、突出量を変えることで押圧力を調整することができ、それにより動作時における異音や作動不良を適正に抑制することができる。更に、前記円筒部材は、前記ナットの外周に嵌合した後カシメ加工を施されることで、前記ナットからの抜け防止が図れるので、別個に止め輪などを設ける必要がない。

前記カシメ加工は、前記ナットの外径より半径方向外方に突出したコマの一部（例えば中央部）以外の部分に対して、前記円筒部材を半径方向から押圧することで行われると、比較的広い面で押圧することができる（面圧が低くなる）ので好ましい。ただし、前記ナットの外径より半径方向外方に突出したコマの一部（例えば中央部）を、前記円筒部材を半径方向から押圧することでカシメ加工を行っても良い。

前記コマは、前記円筒部材より弾性変形しやすい素材から形成されていると好ましい。コマは鉄（硬さHRC20調質程度、熱処理硬化させず）や樹脂製であれば、スリーブ挿入の際容易にコマの突出部が変形しやすいという利点がある。

前記カシメ加工を施された前記円筒部材の部分は、前記ナットの孔内に侵入すると、前記円筒部材の抜け防止をより確実に行える。ただし、前記カシメ加工を施された前記円筒部材の部分は、前記ナットに別個に形成された周溝などに侵入させても良い。

前記円筒部材を前記ナットに取り付けたときに、前記ナットの孔が露出するようになっていると、カシメ位置を外部から把握しやすいので好ましい。

前記ナットは外周に周溝を有しており、前記円筒部材の端部を前記周溝上に配置し、且つ前記周溝内に入り込むように前記端部のカシメ加工が行われると、カシメ位置を外部から把握しやすいので好ましい。

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部分断面図であり、図２は、第１の実施の形態であるボールねじ機構の分解斜視図であり、図３は、図１のボールねじ機構のナットと円筒部材を分解して示す図であり、図４は、コマの下面図（ａ）、その側面図（ｂ）、その上面図（ｃ）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（図２参照）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。

図３に示すように、ナット２には、複数の（図３では２個）コマ用の長孔２ｂが半径方向に貫通するようにして設けられている。各長孔２ｂ内には、コマ４が配置されている。コマ４は、図４に示すように、長孔２ｂの段部２ｃに当接する頭部４ａと、内面側に設けられた循環路４ｂとを有している。図４（ｂ）に示すように、頭部４ａは、中央部４ｃが盛り上がった山形形状を有する。

図１，３に示すように、ナット２は、図で左端に軸受７を突き当てるための第１フランジ２ｄが形成され、且つ軸受７を固定する止め輪６の嵌合溝２ｅが形成され、それに隣接して第２フランジ２ｆが形成され、また右端近傍には、動力を受けるためのギヤ２ｇが形成されている。ギヤ２ｇの外径は、スリーブ５が装着されるナット２の外径より小さい。

組み付け時には、まず各コマ４を長孔２ｂに組み付ける。頭部４ａが段部２ｃに当接することで、コマ４の半径方向の位置決めができる。かかる状態では、図３に示すように、コマ４の頭部４ａの中央部４ｃのみが、ナット２の外径から半径方向外方に突き出るが、その突出量は必要に応じて増減できる。一般的にナット２は熱処理後の変形が大きくなる傾向があるが、予めナット２の熱処理後の変形を見越した分の数ミリだけ、コマ４をナット２の外径から突出するようにすると好ましい。コマ４の中央部４ｃを突出させている理由は、コマ端部を突出させた場合、１８０度反対側にあるコマ４に対して、各突出部がオーバーラップする恐れがあるから、これを回避するためである。コマの突出位置がオーバーラップすると、両方のコマ４を抑えながらスリーブ５を挿入しなければならないため、組み付け性が低下する。これに対し、本実施の形態によれば、中央部４ｃを突出させることで、片方のコマ４のみを抑えながらスリーブ５を挿入できるため、コマ４の組付性が向上することとなる。

この状態で、金属製の薄肉円筒状のスリーブ５を、図３に矢印で示す方向からナット２の外周に嵌合させる。分離容易性を考慮すると、スリーブ５はナット２に対してルーズフィットであることが望ましい。コマ４とスリーブ５は０．５ｍｍ程度の締めシロをもつが、コマ４の方をスリーブ５より弾性変形しやすい部材にすることで、スリーブ５を押し込む際にコマ４が容易に弾性変形して、スリーブ５の嵌合を許容する。更に、複数のコマ４が凡そ１８０度反対側にあるときでも、スリーブ５が二つのコマ４を同時に圧入することは無いので、スリーブ５の圧入力も片側のコマ４の圧入分だけになって少なくて済むので、圧入しやすいという利点がある。

スリーブ５の端部を第２フランジ２ｆにつき当てると、各長孔２ｂを覆うことができる（図３で示す点線の状態）。ただし、スリーブ５の長さは、第２フランジ２ｆにつき当てた状態で、長孔２ｂの一部が露出するように短くなっている。

かかる状態でも、スリーブ５はコマ４の押さえ効果はあるが、より確実にコマ４を押さえるために、スリーブ５を不図示の治具を用いて、コマ４ごとに順次カシメる。ここで、カシメの位置によって、以下の効果がある。
（１）コマ４の中央部４ｃの真上（図１，３でＡの位置）
長孔２ｂが反対側に存在しないため、カシメやすい。
（２）コマ４の中央部４ｃ以外の上（図１，３でＢの位置）
コマ４とスリーブ５の間のスキマを埋めることで、コマ４をしっかり固定できる。
（３）長孔２ｂが露出してるスリーブ５の端部（図１でＣの位置）
コマ４を外部から目視できるので確実に固定ができる。例えば、ナット２全体をスリーブ５で覆ってしまうと、外側からカシメる位置が分からず、カシメるべき部分以外の部分をカシメてしまう虞がある。本実施の形態では、特にＣの位置でカシメを行うと、スリーブ５が軸線方向に移動した場合でも、その移動量を少なくできるというメリットがある。

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ギヤ２ｇを介してナット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、頭部４ａが長孔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。スリーブ５の一部が長孔２ｂ内に侵入するようにカシメることで、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、その抜け防止が図れる。

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、カシメ部が長孔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５は、第２の実施の形態にかかるナットとスリーブの組立体の側面図であり、図６は、図５の構成の矢印VI部の断面拡大図である。本実施の形態のスリーブ５’は上述した実施の形態に比べると長いが、ナット２’に対しては短くなっている。従って、ナット２’の第２フランジ２ｆ’につき当てた状態で、スリーブ５’は、長孔２ｂ’をすべて覆っているが、ナット２’の外周においてギヤ２ｇ’に隣接して形成された周溝２ｈ’を約半分だけ覆っている（即ち、スリーブ５の端部が周溝２ｈ’の上に位置している）。

本実施の形態では、周溝２ｈ’の上でスリーブ５’の端部（図６でＥの位置）をカシメると、実線で示すようにカシメた端部が曲がって周溝２ｈ’内に入り込み、それによりスリーブ５’の抜け止めが図れる。又、スリーブ５’の端部が周溝２ｈ’上に位置し、周溝全てを覆っていないため、カシメ位置を目視にて確認でき、カシメ工程がやりやすい。尚、コマ４の押さえをより確実に行うには、更に図５でＡ，Ｂの位置でスリーブ５’に更にカシメを行うことが望ましい。

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。

第１の実施の形態であるボールねじ機構の部分断面図である。 第１の実施の形態であるボールねじ機構の分解斜視図である。 図１のボールねじ機構のナットと円筒部材を分解して示す図である。 コマの下面図（ａ）、その側面図（ｂ）、その上面図（ｃ）である。 第２の実施の形態にかかるナットとスリーブの組立体の側面図である。 図５の構成の矢印VI部の断面拡大図である。

符号の説明

１ ねじ軸
２、２’ ナット
３ ボール
４ コマ
５、５’ スリーブ

Claims (3)

1. 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し、中央部が盛り上がったコマと、
   前記ナットの外周に嵌合した後カシメ加工を施され、前記コマを半径方向外方より抑える円筒部材とを有し、
   前記カシメ加工は、前記コマを取り付ける前記ナットの孔内であって、前記コマの中央部以外の部分に対して、前記円筒部材を半径方向から押圧することで行われ、
   前記円筒部材を前記ナットに取り付けたときに、前記ナットの孔が露出するようになっていることを特徴とするボールねじ機構。
2. 前記円筒部材のカシメ加工された部分は、前記ナットの孔内に侵入することを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。
3. 露出した前記ナットの孔に近い側における前記コマの端部に対してカシメ加工を行う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。

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