JP5012564B2 - ボールねじ機構 - Google Patents

Description

本発明は、一般産業用機械に組付けられたり、或いは自動車に使用されたりするボールねじ機構に関するものである。

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。

ところで、一般的なボールねじ機構は、ボールを介してナットにねじ軸が係合したシンプルな構成であり、従ってストッパ等を設けなければ、ねじ軸に対してナットは軸線方向に抜け出るまで移動可能となる。しかるに、ボールねじ機構を製品として出荷する場合、搬送時の振動等によりナットがねじ軸より脱落する恐れがあるので、これを阻止する必要がある。そこで、特許文献１においては、ボールねじ用抜け止め具を、ナットの両側においてねじ軸に係合させ、これによりナットの脱落を阻止している。
特開２００４−３１６８１７号公報

しかるに、特許文献１のボールねじ用抜け止め具は、ボールねじ機構を組立後に搬送中及び相手装置へ組み込む際に、ねじ軸が抜け出ることを防止するためのものであり、ボールねじ機構を相手装置へ組み込んだ後はその止め具を取り外す作業が必要となり、相手装置の組立上の工数を増大させるという問題があった。又、かかるボールねじ用抜け止め具は再利用が可能ではあるが、再利用を図るためには、相手装置の組立場所からボールねじ機構の組立場所へと戻す必要があり、搬送や管理の手間がかかるという問題もある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ボールねじ用抜け止め具等を別に設けることなく、ナットの脱落を防止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、
前記ナット又は前記ねじ軸に設けられ、前記転走路の一端から他端へと前記ボールを循環させる循環部と、を有し、
前記ナットに対して前記ねじ軸を相対回動させたとき、前記循環部が前記雄ねじ溝に設けられた干渉部に当接するようになっており、
前記干渉部は、前記雄ねじ溝の溝壁の外周面が前記ねじ軸端面と交差している範囲において、前記溝壁を軸線方向内側に塑性変形することにより形成されていることを特徴とする。

本発明のボールねじ機構によれば、前記ナットに対して前記ねじ軸を相対回動させたとき、前記循環部が前記雄ねじ溝又は前記雌ねじ溝に設けられた干渉部に当接するようになっているので、前記当接によりそれ以上の前記ナットと前記ねじ軸との相対移動を阻止し、これにより前記ナットの抜け止めを図ることができる。かかる構成によれば、ボールねじ機構の組立後の搬送中に、ナットが脱落することがなく取り扱い性に優れる。更に、搬送時の状態でそのまま相手装置に組み付けることができるので、相手装置の組立時に手間がかからず工数低減を図れる。

前記循環部は突起を有するコマであり、前記突起が前記雄ねじ溝の前記干渉部に当接すると好ましい。

前記循環部は突起を有するエンドキャップであり、前記突起が前記雄ねじ溝の前記干渉部に当接すると好ましい。

前記干渉部は、前記雄ねじ溝又は前記雌ねじ溝の溝壁を内側に塑性変形することにより形成されていると好ましい。

前記干渉部は、前記雄ねじ溝又は前記雌ねじ溝内に植設されたピンであると好ましい。

前記干渉部は、前記雄ねじ溝又は前記雌ねじ溝を切り上げ加工してなると好ましい。

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、本実施の形態であるボールねじ機構の斜視図である。図２は、図１の構成を矢印II方向から見た図である。

図１，２において、不図示のモータの回転軸に連結され且つ雄ねじ溝１ａ（図３，４参照）を有するねじ軸１の周囲に、ナット２が配置されている。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雄ねじ溝１ａに対応して雌ねじ溝２ａを形成している。ナット２は、不図示のハウジングに対して回転のみ可能に支持されている。複数のボール３が、対向する両ねじ溝１ａ、２ａとの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の外周面には、円筒を軸線に平行な面で削ぎ落としたような平面２ｂが形成されている。平面２ｂには、両ねじ溝１ａ、２ａとの間に形成された螺旋状の転走路の一端と他端とに連通する２つの穴２ｃが形成されている。略コ字状の循環用のチューブ４の両端が、穴２ｃにそれぞれ挿通されており、ナット２の内周から内方に突き出している。

チューブ４は、細長い板を折り曲げて形成されたチューブ抑え板５により抑えられ、このチューブ抑え板５の両端近傍は、平面２ｂに螺合する２つのネジ６により、ナット２に取り付けられるようになっている。ねじ軸１と、ナット２と、ボール３と、チューブ４とによりボールねじ機構を構成する。

図３は、ねじ軸１の加工工程の一部を示す図である。図４は、ねじ軸１を側方から見た図であり、図５は、ねじ軸１を矢印V方向から見た図である。図６は、図１のボールねじ機構においてナット２を透視した状態で示す斜視図である。

図３において、ねじ軸１は転造等により雄ねじ溝１ａを形成され、且つ機械加工等で端部側に雄ねじ溝１ａより小径の円筒軸部１ｂが形成される。その後、不図示の治具により雄ねじ溝１ａ及び円筒軸部１ｂ側の端部を固定された状態で、先端が三角錐状である工具Ｔを、円筒軸部１ｂとは反対側より軸線方向に平行に雄ねじ溝１ａに接近させ、その周壁の一部を塑性変形（圧刻）させて突起１ｃを形成する。その後、ねじ軸１には焼き入れ処理が行われる。

突起１ｃは、図４に示すように、雄ねじ溝１ａをふさぐようにして溝断面で内方に突出しており、その突出量ｐは、ボール３の外径（＝雄ねじ溝１ａの半径）ｄの１／３より大きいことが望ましい。

このようにして形成されたねじ軸１に、ボール３とナット２とチューブ４とを円筒軸部１ｂ側から組み入れた後、玉軸受７が円筒軸部１ｂに圧入されて組み付けられ（図４参照）、搬送状態が整う。

本実施の形態のボールねじ機構によれば、ナット２を挟んで一方の側において、雄ねじ溝１ａの一部が塑性変形され溝断面で内方に突出した突起１ｃが形成されているので、搬送時の振動等によりねじ軸１に対してナット２が一方の側に移動したとしても、図６に示すように、チューブ４が干渉部としての突起１ｃに当接することで、それ以上の移動を阻止し、これによりナット２の抜け止めを図ることができる。

また、他方の側においては、相手装置で用いられることが多い軸受７をねじ軸１の円筒軸１ｂに取り付けることで、ナット２の抜け止めを図っている。かかる構成によれば、ボールねじ機構の組立後の搬送中に、ナット２が脱落することがなく取り扱い性に優れる。更に、搬送時の状態でそのまま相手装置（不図示）に組み付けることができるので、相手装置の組立時に手間がかからず工数低減を図れる。

相手装置に組み付けられたボールねじ機構は、不図示のモータによりねじ軸１が回転駆動されたとき、ねじ溝１ａ、２ａにより形成される転走路を転動し且つチューブ４を介して転走路の一端から他端へと循環するボール３により、かかる回転運動がナット２の軸線方向運動に効率よく変換されるように動作する。突起１ｃは、モータ異常回転時におけるナット２のストッパとしても機能する。

ところで、上述した実施の形態においては、ボールねじ機構のストロークエンドで、チューブ４の先端を突起１ｃに当接させてストッパの機能を与えているので、チューブ４が勢いよく突起１ｃに衝接すると、その変形を招き、チューブ４内でボール３の詰まりを招く恐れがある。以下の実施の形態では、かかる不具合を回避できる。

図７は、別な実施の形態にかかるナットの上面図であり、図８は、図７のナットを矢印VIII方向に見た図であり、図９は、図８のナットをIX-IX線で切断して矢印方向に見た図であり、図１０は、本実施の形態にかかるナットを、ねじ軸と組み合わせて示す断面図であり、図１１は、図１０のナットを透視した状態で示す斜視図である。

上述した実施の形態に対し、本実施の形態のナット２’においては、チューブ抑え板５を取り付けるために、平面２ｂに形成された一方のねじ孔２ｄ（図１０）が、ナット２’を半径方向に貫通している。更に、ねじ孔２ｄに螺合するネジ６’は、図８に示すように、組み付けられた状態で、その先端がナット２’の最小内径よりも半径方向内側に突出しており、図１０に示すように、ねじ軸１の対向する雄ねじ溝１ａ内に侵入している。尚、ネジ６’の位置は、ナット２’の雌ねじ溝２ａ上にあれば、対向する雄ねじ溝１ａに侵入する位置に配置されることとなるので、ねじ軸１のランド部と干渉することは無い。

これに対し、組み立て時の循環路外にボールを誤って組み込むことを防止する為に、図９に示すように、ナット２’の雌ねじ溝２ａを実際にボール３が転動する範囲だけ形成し、チューブ抑え板５の取り付け用のねじ孔２ｄと干渉しないように切り上げる場合もある。その場合には、ナット２’の雌ねじ溝２ａを延長した仮想線上に、ねじ孔２ｄを配置すればよい。

本実施の形態によれば、図１１に示すように、ボールねじ機構のストロークエンドで、ネジ６’の先端を干渉部としての突起１ｃに当接させてストッパの機能を与えているため、ナット２’とねじ軸１とが勢いよくストロークエンドで衝接した場合でも、チューブ４の変形等を回避できるので、ボールねじ機構の円滑な動作を確保できる。尚、ねじ軸１の突起１ｃに当接するものは、チューブ抑え板５の固定用のねじ６’やチューブ４の先端部である必要はなく、後述する実施の形態のように、別部材であるピン等をナットに設けても良い。

図１２は、更に別な実施の形態にかかるナットの上面図であり、図１３は、図１２のナットを矢印XIII方向に見た図であり、図１４は、図１２のナットをねじ軸と共に透視した状態で示す斜視図である。

上述した実施の形態に対し、本実施の形態のナット２”においては、平面２ｂに貫通孔２ｅを形成し、ここにピン８を嵌合的に植設している。ピン８は、図１３に示すように、組み付けられた状態で、その内端がナット２”の最小内径よりも半径方向内側に突出しており、雌ねじ溝２ａの延長線上にあって、図示していないがねじ軸１の対向する雄ねじ溝１ａ内に侵入している。

本実施の形態によれば、図１４に示すように、ボールねじ機構のストロークエンドで、ピン８の内端を干渉部としての突起１ｃに当接させてストッパの機能を与えているため、ナット２”とねじ軸１とが勢いよくストロークエンドで衝接した場合でも、チューブ４の変形等を回避できるので、ボールねじ機構の円滑な動作を確保できる。

図１５は、別な実施の形態にかかるボールねじ機構の断面図であるが、ボールは省略している。図１６は、ねじ軸の側面図である。図１７は、図１５の構成の矢印XVII部を拡大して示す図である。図１８は、コマを示す図である。

図１５において、不図示のモータの回転軸に連結され且つ雄ねじ溝１１ａと円筒軸部１１ｂとを有するねじ軸１１は、ハウジングＨに対して円筒軸部１１ｂで軸受Ｂにより回転自在に支持されている。ねじ軸１１の周囲に、ナット１２が配置されている。ナット１２は、ねじ軸１１を包囲するように配置され且つ内周面に雄ねじ溝１１ａに対応して雌ねじ溝１２ａを形成している。ナット１２は、ハウジングＨに対して回転のみ可能に支持されている。複数のボール（不図示）が、対向する両ねじ溝１１ａ、１２ａとの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１２の外周面には、２つの楕円状のコマ孔１２ｂが軸線を挟んで、内外周を貫通するように形成されている。コマ孔１２ｂ内には、循環部であるコマ１４がそれぞれ配置されている。ねじ軸１１と、ナット１２と、ボール（不図示）と、コマ１４とによりボールねじ機構を構成する。

図１８に示すように、コマ１４は、楕円筒状の本体１４ａと、本体１４ａの一端から側方に張り出た頭部１４ａと、本体１４ａの他端に形成されたＳ字状溝１４ｃと、円筒面状である本体１４ａの他端において、Ｓ字状溝１４ｃを挟んだ位置に植設されたピン状突起１４ｄとを有する。図１８（ｂ）に示すように、一対のピン状突起１４ｄは、Ｓ字状溝１４ｃの中央から等間隔ｄ（＝１／２リード）で配置され、更にＳ字状溝１４ｃの端部中心からリード角に沿って描いた線Ｌ（点線で図示）上に位置すると好ましい。ピン状突起１４ｄは、全てのコマ１４に設けても良いが、少なくとも１つのコマ１４に設ければ足りる。

コマ１４は、樹脂の一体成形又は金属の焼結で一体成形されていることが好ましいが、別体のピンを埋め込んでも良いし、片側にのみ設けられていれば足りる。コマ１４をコマ孔１２ｂ内に挿入したときに、頭部１４ａは、コマ孔１２ｂ内の段部１２ｃに当接することで、それ以上コマ１４が内方に移動することを阻止するようになっている。かかる取り付け状態で、ピン状突起１４ｄは、ねじ軸１１の雄ねじ溝１１ａ内に突出するようになっているが、溝壁には接触していない。

図１６に示すねじ軸１１は、上述した実施の形態と同様に、転造等により雄ねじ溝１１ａを形成され、且つ機械加工等で端部側に雄ねじ溝１１ａより小径である軸受Ｂ嵌合用の円筒軸部１１ｂが形成される。その後、不図示の治具により雄ねじ溝１１ａ及び円筒軸部１１ｂ側の端部を固定された状態で、先端が三角錐状である工具Ｔ（図３参照）を、円筒軸部１１ｂとは反対側より軸線方向に平行に雄ねじ溝１１ａに接近させ、その周壁の一部を塑性変形（圧刻）させて突起１１ｃを形成する。その後、ねじ軸１１には焼き入れ処理が行われる。尚、突起１１ｃの形成は、ボールとナット１２とを組み込んだ後に行うと良いが、組み込み前に突起１１ｃを形成する場合には、ココマ孔１１ｂからボールを転走路に装填するようにすると好ましい。

かかるボールねじ機構は、不図示のモータによりねじ軸１１が回転駆動されたとき、ねじ溝１１ａ、１２ａにより形成される転走路を転動し且つコマ１４のＳ字状溝１４ｃを介して転走路の一端から他端へと循環するボール（不図示）により、かかる回転運動がナット１２の軸線方向運動に効率よく変換されるように動作する。突起１１ｃは、モータ異常回転時におけるナット１２のストッパとしても機能する。

本実施の形態のボールねじ機構によれば、ナット１２を挟んで一方の側において、ねじ軸１１の雄ねじ溝１１ａの一部が塑性変形され溝断面で内方に突出した突起１１ｃが形成されているので、搬送時の振動等によりねじ軸１１に対してナット１２が図１５で左側に移動したとしても、コマ１４の突起１４ｄが突起１１ｃに当接することで、それ以上の移動を阻止し、これによりナット１２の抜け止めを図ることができる。尚、ナット１５の右側への移動は軸受Ｂにより阻止されることとなる。

図１９は、変形例にかかるねじ軸１１’を示す図である。図１９において、ねじ軸１１は、上述したような塑性変形により突起を形成しておらず、その代わりに端部近傍における雄ねじ溝１１ａの中央に、干渉部としてのピン（突起）１１ｄ’を圧入植設してなり、その先端を溝底から突出させている。

本変形例を用いたボールねじ機構によれば、搬送時の振動等によりねじ軸１１’に対してナット１２が一方の側に移動したとしても、コマ１４の突起１４ｄがピン１１ｄ’に当接することで、それ以上の移動を阻止し、これによりナット１２の抜け止めを図ることができる。

図２０は、別な変形例にかかるねじ軸１１”を示す図である。本変形例では、干渉部として、雄ねじ溝１１ａをねじ軸１１”の端部で切り上げている。より具体的には、雄ねじ溝１１ａの形成時に、ねじ軸１１”の端部において転造工具等（不図示）を軸線から離隔させる方向に移動させることで、雄ねじ溝１１ａを徐々に浅くしている。これにより、雄ねじ溝１１ａの切り上げ部１１ｅ”を形成できる。

本変形例を用いたボールねじ機構によれば、搬送時の振動等によりねじ軸１１”に対してナット１２が一方の側に移動したとしても、コマ１４の突起１４ｄが雄ねじ溝１１ａの切り上げ部１１ｅ”に当接することで、それ以上の移動を阻止し、これによりナット１２の抜け止めを図ることができる。

図２１は、別な実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図であり、図２２は、図２１の構成をXXII方向に見た図である。図２３は、エンドキャップ２４を示す図である。エンドキャップ２４は、ナット２２の両端にボルト２５で取り付けられ、ナット２２の一端まで転動したボール（不図示）を、ナット２２内部の軸方向貫通穴２２ｃを通して他端に戻すための循環部である。ナット２２は、雌ねじ溝２２ａを内周に有している。本実施の形態では、ねじ軸１１は、図１６に示すものを用いているが、図１９，２０に示すものも同様に用いることができる。又、突起１１ｃは片側に形成されていると、組み込みやすくなるので好ましい。ねじ軸１１と、ナット２２と、ボール（不図示）と、エンドキャップ２４とによりボールねじ機構を構成する。

図２３に示すように、エンドキャップ２４は、環状の部材から形成され、中央開口２４ａから接線方向に延在し、取り付け時にナット２２の軸方向貫通穴２２ｃに連通する転走路２４ｂと、転送路２４ｂの端部から半径方向内方に突出する突起２４ｃとを有している。エンドキャップ２４をナット２２の両端にボルト２５で取り付けたとき、ボールをすくい上げる機能を兼ねる突起２４ｃは、ねじ軸１１の雄ねじ溝１１ａ内に進入するが、溝壁に接触しないようになっている。尚、エンドキャップ２４に、ナット２２の端面に形成された孔に係合するピン２４ｄを設けて組み付け時に係合させるようにすれば、両者の位相決めが容易になる。

かかるボールねじ機構は、不図示のモータによりねじ軸１１が回転駆動されたとき、ねじ溝２１ａ、２２ａにより形成される転走路を転動し且つエンドキャップ２４の転走路２４ｂ及びナット２２の軸方向貫通穴２２ｃを介して転走路の一端から他端へと循環するボール（不図示）により、かかる回転運動がナット２２の軸線方向運動に効率よく変換されるように動作する。突起１１ｃは、モータ異常回転時におけるナット２２のストッパとしても機能する。

本実施の形態のボールねじ機構によれば、搬送時の振動等によりねじ軸１１に対してナット２２が一方の側に移動したとしても、エンドキャップ２４の突起２４ｃがねじ軸１１の突起１１ｃに当接することで、それ以上の移動を阻止し、これによりナット２２の抜け止めを図ることができる。

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。例えば、ねじ軸に突起を有する循環部を設け、ナットの雌ねじ溝に形成した干渉部に当接させるようにしても良い。

本実施の形態であるボールねじ機構の斜視図である。 図１の構成を矢印II方向から見た図である。 ねじ軸１の加工工程の一部を示す図である。 ねじ軸１を側方から見た図である。 ねじ軸１を矢印V方向から見た図である。 図１のボールねじ機構においてナット２を透視した状態で示す斜視図である。 別な実施の形態にかかるナットの上面図である。 図７のナットを矢印VIII方向に見た図である。 図８のナットをIX-IX線で切断して矢印方向に見た図である。 本実施の形態にかかるナットを、ねじ軸と組み合わせて示す断面図である。 図１０のナットを透視した状態で示す斜視図である。 更に別な実施の形態にかかるナットの上面図である。 図１２のナットを矢印XIII方向に見た図である。 図１２のナットをねじ軸と共に透視した状態で示す斜視図である。 別な実施の形態にかかるボールねじ機構の断面図である。 ねじ軸の側面図である。 図１５の構成の矢印XVII部を拡大して示す図である。 図１８（ａ）はコマの斜視図であり、図１８（ｂ）はコマをナット内周側から見た図であり、図１８（ｃ）はコマを側方から見た図である。 変形例にかかるねじ軸１１’を示す図である。 別な変形例にかかるねじ軸１１”を示す図である。 別な実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図である。 図２１の構成をXXII方向に見た図である。 図２３（ａ）はエンドキャップ２４の軸線方向断面図であり、図２３（ｂ）は図２３（ａ）のエンドキャップ２４をXXIIIB方向に見た図であり、図２３（ｃ）は図２３（ａ）のエンドキャップ２４をXXIIIC方向に見た図である。

符号の説明

１ ねじ軸
１ａ 雄ねじ溝
１ｂ 円筒軸
１ｃ 突起
２、２’、２” ナット
２ａ 雌ねじ溝
２ｂ 平面
２ｃ 穴
２ｄ ねじ孔
２ｅ 貫通孔
３ ボール
４ チューブ
５ チューブ抑え板
６ ネジ
７ 玉軸受
８ ピン
１１、１１’、１１” ねじ軸
１１ａ 雄ねじ溝
１１ｂ 円筒軸部
１１ｃ 突起
１１ｄ’ ピン
１１ｅ” 切り上がり部
１２ ナット
１２ａ 雌ねじ溝
１２ｂ コマ孔
１２ｃ 段部
１４ コマ
１４ａ 本体
１４ａ 頭部
１４ｃ Ｓ字状溝
１４ｄ ピン状突起
２２ ナット
２２ａ 雌ねじ溝
２２ｃ 軸方向貫通穴
２４ エンドキャップ
２４ａ 中央開口
２４ｂ 転送路
２４ｃ 突起
２４ｄ ピン
２５ ボルト
Ｂ 軸受
Ｈ ハウジング
Ｔ 工具

Claims (2)

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、
   前記ナット又は前記ねじ軸に設けられ、前記転走路の一端から他端へと前記ボールを循環させる循環部と、を有し、
   前記ナットに対して前記ねじ軸を相対回動させたとき、前記循環部が前記雄ねじ溝に設けられた干渉部に当接するようになっており、
   前記干渉部は、前記雄ねじ溝の溝壁の外周面が前記ねじ軸端面と交差している範囲において、前記溝壁を軸線方向内側に塑性変形することにより形成されていることを特徴とするボールねじ機構。
2. 前記循環部は突起を有するコマであり、前記突起が径方向内側に突出しており、前記雌ねじ溝のリード角に沿った線上に設けられ、前記雄ねじ溝の前記干渉部に当接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。

Images