JP4730940B2 - ボールねじ - Google Patents
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Description
本発明は、自動車の電動アクチュエータ等に使用されるボールねじに関し、特に、油攪拌潤滑中で使用されるボールねじに関する。
ボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成された転動路に収容された多数のボールと、転動路を周回経路とする循環機構とを備え、例えば、ナットを回転運動させることでねじ軸を直線運動させる運動変換機構として使用されている。
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。このボールねじは、ねじ溝の連結路を有し、転動路を周回経路とする循環用の駒部材がナットに装着されている。この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。
このようなボールねじの代表的な一例を図３に示す。このボールねじ５０は、外周面に螺旋状のねじ溝５１ａが形成されたねじ軸５１と、このねじ軸５１に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝５２ａが形成されたナット５２と、対向する両ねじ溝５１ａ、５２ａにより形成された転動路に収容された多数のボール５３と、ナット５２のねじ溝５２ａの隣り合う一周部分同士を連結する連結溝が形成された駒部材（図示せず）とからなる。このボールねじにおいて、ナット５２の外周面の上側中央部にナット５２内に連通する二つの油導入穴５４が軸方向に互いに離間して形成されている。この油導入穴５４は、ナット５２内に油が入り易いようにナット５２の外周面側の油の入口部がテーパ状に形成されている。なお、この二つの油導入穴５４からナット５２内に供給された油はナット５２の両端側でナット５２とねじ軸５１との間の隙間から排出されるようになっている。
このように、ナット５２に両ねじ溝５１ａ、５２ａ間に連通する油導入穴５４が設けられているので、ナット５２のストロークが短くてナット５２内部の油が不足し易い、油攪拌潤滑中で使用されるボールねじに対して、ナット５２内に充分な油を供給することができる。
特開２００４−１０８４７７号公報
然しながら、この従来のボールねじ５０において、ナット５２に油導入穴５４を別途形成することはコストアップの要因になる。また、図示はしないが、ナットの一端部に取付用のフランジが形成され、このフランジを介して被駆動体にナットの駆動力を伝達するような場合、ナットのフランジ側の開口部が閉じた空間になってボールねじ内の油の循環がスムーズに行われず、油不足が生じる恐れがある。この場合、ナット５２に、上側の油導入穴５４に対向して下側に油排出穴５５を設ける等して、油を抵抗なく循環させる必要がある。これでは、さらに加工工数が増えコストアップとなって好ましくない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、コストアップを伴うことなく、ナットの内部に油を充分供給してボールねじの長寿命化を図ったボールねじを提供することを目的としている。
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、前記ナットの胴部に穿設された駒窓に、当該ナットの内径側から嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備え、油攪拌潤滑中で使用されるボールねじにおいて、前記駒部材がＭＩＭによって成形される焼結金属からなり、その外郭の一部で、前記連結溝の両側に前記ナットの外周部と内周部とが連通され、油導入穴の機能を備える切欠き部が形成されると共に、前記駒部材が、前記ナットのねじ溝に係合して当該駒部材を位置決めするアームと、前記駒窓の両側縁に加締固定されるガイド壁が当該駒部材の周方向両側にそれぞれ一体形成され、このガイド壁が前記連結溝の両端の位置に対向して設けられている構成を採用した。
このように、駒部材がナットに嵌合されたボールねじにおいて、駒部材がＭＩＭによって成形される焼結金属からなり、その外郭の一部で、連結溝の両側にナットの外周部と内周部とが連通され、油導入穴の機能を備える切欠き部が形成されると共に、駒部材が、ナットのねじ溝に係合して当該駒部材を位置決めするアームと、駒窓の両側縁に加締固定されるガイド壁が当該駒部材の周方向両側にそれぞれ一体形成され、このガイド壁が連結溝の両端の位置に対向して設けられているので、従来のボールねじのように、ナットに油導入穴を別途形成する必要がなく、また、ナットの一方の開口部が閉じた用途であっても油排出穴を設けることなく、油を抵抗なく循環させることができる。したがって、油攪拌潤滑中で使用されるボールねじに対して、コストアップを伴うことなく、ナットの内部に油を充分供給してボールねじの長寿命化を図ることができる。また、駒部材が駒窓から径方向外方に抜け出すのを確実に防止することができる。
また、請求項２に記載の発明のように、前記駒部材のガイド壁が塑性変形可能で、かつ加締部強度が確保できる靭性を有し、熱処理によって少なくとも前記連結溝の表面硬さが３０ＨＲＣ以上に設定されていれば、大きな応力が発生する連結溝は耐圧痕性や耐摩耗性を充分有すると共に、加締部となるガイド壁は所望の靭性を確保でき、駒部材をナットに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。したがって、強度・耐久性と靭性という相反する特性を有する駒部材を備えた駒式のボールねじを提供することができる。
好ましくは、請求項３に記載の発明のように、前記駒部材が浸炭材で形成され、浸炭焼入れによって表面が硬化処理されると共に、前記ガイド壁が焼きなましによって表面硬さが１５〜２３ＨＲＣの範囲に設定されていれば、加締部強度を確保することができると共に、加締加工時にクラック等が発生するのを防止することができる。
本発明に係るボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、前記ナットの胴部に穿設された駒窓に、当該ナットの内径側から嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備え、油攪拌潤滑中で使用されるボールねじにおいて、前記駒部材がＭＩＭによって成形される焼結金属からなり、その外郭の一部で、前記連結溝の両側に前記ナットの外周部と内周部とが連通され、油導入穴の機能を備える切欠き部が形成されると共に、前記駒部材が、前記ナットのねじ溝に係合して当該駒部材を位置決めするアームと、前記駒窓の両側縁に加締固定されるガイド壁が当該駒部材の周方向両側にそれぞれ一体形成され、このガイド壁が前記連結溝の両端の位置に対向して設けられているので、従来のボールねじのように、ナットに油導入穴を別途形成する必要がなく、また、ナットの一方の開口部が閉じた用途であっても油排出穴を設けることなく、油を抵抗なく循環させることができる。したがって、油攪拌潤滑中で使用されるボールねじに対して、コストアップを伴うことなく、ナットの内部に油を充分供給してボールねじの長寿命化を図ることができる。また、駒部材が駒窓から径方向外方に抜け出すのを確実に防止することができる。
外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、前記ナットの胴部に穿設された駒窓に、当該ナットの内径側から嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備え、油攪拌潤滑中で使用されるボールねじにおいて、前記駒部材がＭＩＭによって成形される焼結合金からなり、前記ナットのねじ溝に係合して位置決めするアームと、前記駒窓の両側縁に加締固定されるガイド壁が当該駒部材の周方向両側にそれぞれ一体形成され、このガイド壁が前記連結溝の両端の位置に対向して設けられると共に、当該駒部材の外郭の一部で、前記連結溝の両側に前記ナットの外周部と内周部とが連通され、油導入穴の機能を備える切欠き部が形成されている。
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るボールねじの一実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。また、図２（ａ）はナットの縦断面図、（ｂ）は同上、要部を断面した側面図である。
図１は、本発明に係るボールねじの一実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。また、図２（ａ）はナットの縦断面図、（ｂ）は同上、要部を断面した側面図である。
このボールねじ１は、外周面に螺旋状のねじ溝２ａが形成されたねじ軸２と、このねじ軸２に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝３ａが形成されたナット３と、対向する両ねじ溝２ａ、３ａにより形成された転動路に収容された多数のボール４と、ナット３のねじ溝３ａの隣り合う一周部分同士を連結する連結溝５ａが形成された駒部材５とを備えている。
各ねじ溝２ａ、３ａの断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここではボール４との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動を抑制することができる。
円筒状のナット３の胴部には、内外の周面に貫通してねじ溝３ａの一部を切欠く円形状の駒窓６が穿設され、この駒窓６に円形状の駒部材５が嵌合されている。駒部材５の内方には、ねじ溝３ａの隣合う１周分同士を連結する連結溝５ａが形成され、この連結溝５ａとねじ溝３ａの略１周の部分とでボール４の転動路を構成している。転動路内の内外のねじ溝２ａ、３ａ間に介在された多数のボール４はねじ溝２ａ、３ａに沿って転動し、駒部材５の連結溝５ａに案内され、ねじ軸１のねじ山を乗り越えて隣接するねじ溝３ａに戻り、再びねじ溝２ａ、３ａに沿って転動する。
図２（ａ）に示すように、駒部材５の連結溝５ａは、ナット３の隣接するねじ溝３ａ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いる。したがって、図２（ｂ）に示すように、その両端開口縁７は、ナット３の隣接するねじ溝３ａの窓開口縁部８に合致するように連結溝５ａがねじ溝３ａに接続されている。また、連結溝５ａの深さは、ボール４が連結溝５ａ内でねじ軸１におけるねじ溝２ａのねじ山を越えることができる深さとされている。
駒部材５は、図２（ａ）に示すように、その両側に略蒲鉾状に形成されたアーム９が突設され、ナット３のねじ溝３ａに所定の径方向すきまを介して係合されている。このアーム９によって、駒部材５がナット３に対して軸方向に位置決めされ、また、駒部材５が駒窓６から径方向外方に抜け出すのを防止することができる。また、図２（ｂ）に示すように、駒部材５の周方向両側縁は、他の部分よりも外径面が凹む凹み部１０とされ、これら凹み部１０から外径側へ立ち上がる一対のガイド壁１１が駒部材５の周方向に対向して設けられている。このガイド壁１１を加締治具（図示せず）を使用して駒窓６の縁部に加締めて駒部材５はナット３に固定されている。
ボール４の組み込みは、ナット３の駒窓６に駒部材５をナット３の内径側から装着した後、ねじ軸１の軸端からナット３を当てがい、ボール４を両ねじ溝２ａ、３ａ間に順次挿入しながらナット３を回転させ、ナット３をねじ軸１に移動させることによって行う。これ以外にも、ナット３の駒窓６に駒部材５を装着した後、仮軸を用いてボール４を同様に挿入するようにしても良い。
駒部材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。この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、所謂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であれば、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。
本実施形態では、前記金属粉として、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。また、これ以外にも、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。
駒部材５をＳＣＭ４１５等の浸炭材で形成する場合は、駒部材５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、図２（ｂ）に示す加締部、すなわち、ガイド壁１１が焼きなましされ、表面硬さが１５〜２３ＨＲＣの範囲になるように設定されている。
ここで、浸炭焼入れによる硬化層の表面硬さが３０ＨＲＣ未満であれば、連結溝５ａの耐圧痕性や耐摩耗性が不足し、４０ＨＲＣを超えると駒部材５の熱処理変形が大きくなって好ましくない。また、焼きなましによるガイド壁１１の表面硬さが１５ＨＲＣ未満であれば加締部強度が不足し、２３ＨＲＣを超えると、加締加工時にクラック等が発生する恐れがあって好ましくない。
一方、駒部材５をＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレスで形成する場合は、固溶化熱処理で表面硬さが３０ＨＲＣ以上になるように設定されている。このＳＵＳ６３０は、所定の温度に加熱した後急冷することにより、合金元素が容易に固溶化する特徴を有している。
駒部材５がこれら浸炭材あるいは析出硬化系ステンレスをＭＩＭにより成形された焼結合金からなるので、大きな応力が発生する少なくとも連結溝５ａは耐圧痕性や耐摩耗性を充分有する。また、加締部となるガイド壁１１の靭性が高く、駒部材５をナット３に加締固定する際に割れ等の発生を防止することができる。なお、ここでは、駒部材５がＭＩＭにより成形された焼結合金からなり、ナット３に加締固定するものを例示したが、本発明に係るボールねじは、これに限らず、従来のように駒部材を鍛造・切削加工により形成し、ナットの駒窓に嵌合して接着剤等で固定するようにしても良い。
本実施形態では、図２（ａ）に示すように、駒部材５の外郭の一部に切欠き部１２が形成されている（図中ハッチングにて示す）。したがって、ナット３の胴部に貫通して形成された円形の駒窓６に駒部材５を装着することにより、この切欠き部１２はナット３の外周部と内周部とを連通して油導入穴の機能を備えている。
なお、ここでは、ナット３の胴部に切欠く円形状の駒窓６が穿設され、この駒窓６に円形状の駒部材５が嵌合されたものを例示したが、これに限らず、図示はしないが、例えば、ナットに楕円形状の駒窓が形成され、この駒窓に対応する楕円形状の駒部材を嵌合しても良い。
本発明によれば、従来のボールねじのように、ナットに油導入穴を別途形成する必要がなく、また、ナットの一方の開口部が閉じた用途であっても油排出穴を設けることなく、油を抵抗なく循環させることができ、油攪拌潤滑中で使用されるボールねじ１に対して、コストアップを伴うことなく、ナット３の内部に油を充分供給してボールねじ１の長寿命化を図ることができる。
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。
本発明に係るボールねじは、自動車の電動アクチュエータ等、油攪拌潤滑中で使用されるボールねじに適用することができる。
１・・・・・・・・・・ボールねじ
２・・・・・・・・・・ねじ軸
２ａ、３ａ・・・・・・・・ねじ溝
３・・・・・・・・・・ナット
４・・・・・・・・・・ボール
５・・・・・・・・・・駒部材
５ａ・・・・・・・・・連結溝
６・・・・・・・・・・駒窓
７・・・・・・・・・・開口縁
８・・・・・・・・・窓開口縁部
９・・・・・・・・・・アーム
１０・・・・・・・・・凹み部
１１・・・・・・・・・ガイド壁
１２・・・・・・・・・切欠き部
５０・・・・・・・・・ボールねじ
５１・・・・・・・・・ねじ軸
５１ａ、５２ａ・・・・ねじ溝
５２・・・・・・・・・ナット
５３・・・・・・・・・ボール
５４・・・・・・・・・油導入穴
２・・・・・・・・・・ねじ軸
２ａ、３ａ・・・・・・・・ねじ溝
３・・・・・・・・・・ナット
４・・・・・・・・・・ボール
５・・・・・・・・・・駒部材
５ａ・・・・・・・・・連結溝
６・・・・・・・・・・駒窓
７・・・・・・・・・・開口縁
８・・・・・・・・・窓開口縁部
９・・・・・・・・・・アーム
１０・・・・・・・・・凹み部
１１・・・・・・・・・ガイド壁
１２・・・・・・・・・切欠き部
５０・・・・・・・・・ボールねじ
５１・・・・・・・・・ねじ軸
５１ａ、５２ａ・・・・ねじ溝
５２・・・・・・・・・ナット
５３・・・・・・・・・ボール
５４・・・・・・・・・油導入穴
Claims (3)
- 外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、
前記ナットの胴部に穿設された駒窓に、当該ナットの内径側から嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備え、油攪拌潤滑中で使用されるボールねじにおいて、
前記駒部材がＭＩＭによって成形される焼結金属からなり、その外郭の一部で、前記連結溝の両側に前記ナットの外周部と内周部とが連通され、油導入穴の機能を備える切欠き部が形成されると共に、前記駒部材が、前記ナットのねじ溝に係合して当該駒部材を位置決めするアームと、前記駒窓の両側縁に加締固定されるガイド壁が当該駒部材の周方向両側にそれぞれ一体形成され、このガイド壁が前記連結溝の両端の位置に対向して設けられていることを特徴とするボールねじ。 - 前記駒部材のガイド壁が塑性変形可能で、かつ加締部強度が確保できる靭性を有し、熱処理によって少なくとも前記連結溝の表面硬さが３０ＨＲＣ以上に設定されている請求項１に記載のボールねじ。
- 前記駒部材が浸炭材で形成され、浸炭焼入れによって表面が硬化処理されると共に、前記ガイド壁が焼きなましによって表面硬さが１５〜２３ＨＲＣの範囲に設定されている請求項２に記載のボールねじ。
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