JP5112954B2 - 駒式ボールねじ - Google Patents

Description

本発明は、放電加工機やタッピングセンター等の各種工作機械、あるいは自動車の電動パワーステアリングやアクチュエータ等に使用されるボールねじに関し、特に、ボール循環部品である駒部材を使用した駒式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、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。

このような駒式ボールねじの代表的な一例を図６、図７に示す。この駒式ボールねじにおいて、ナット５０には、駒部材嵌合用の駒窓５１が内外周面に貫通して設けられ、この駒窓５１に駒部材５２が内径側から嵌め込まれている。

駒部材５２の内径側端部には、ナット内周のねじ溝５３の隣り合う一周部分同士を連結する連結溝５２ａが形成されている。また、ナット５０のねじ溝５３に係合し、駒部材５２をナット５０に対して軸方向に位置決めする一対の凸部としてのウィング部５４、５４を一体に有している。これら一対のウィング部５４、５４は、駒部材５２のナット軸方向の両端に互いに円周方向逆向きに突出して設けられている。ここで、ウィング部５４、５４が係合したねじ部分は非ボール循環部となる。

一方、駒部材５２の外径側端部には、駒窓５１の中心に対して対称的に一対の加締め部５５が設けられ、この加締め部５５を外向きに塑性変形させて駒窓５１の縁に係止させ、駒部材５２の固定している。このようなウィング部付きの駒部材５２は、ウィング部５４、５４により駒部材５２の抜け止めと位置決めが図られ、高精度で高強度の性能が得られると共に、外径側端部の加締固定により、簡単にかつ確実に駒部材５２の固定ができる利点がある。
特開２００１−２８９３０１号公報

しかし、従来の加締固定の場合、使用するにつれて駒部材５２のがたつきが拡大する傾向にあった。鋭意研究の結果、駒部材５２のがたつきは、加締め位置に影響することが判明した。
従来の加締め部５５の加締め位置は、ボールが循環する連結溝５２ａの方向に合わせて、ナット５０の円周方向の対向部に設定されていた。ところが、ウィング部５４、５４を設けた駒部材５２の場合、ボールが連結溝５２ａを通過する際に、一対のウィング部５４、５４を結ぶ支持軸Ｓ′を回転中心として駒部材５２を回転させる方向のモーメントＭ′が生じる。従来は、ウィング部５４、５４の支持軸Ｓ′の方向と概ね同じ位相に加締め部５５があり、モーメントＭ′に対して揺動しやすく、がたつき拡大につながりやすい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、駒部材の加締め部の位置を変更することにより、駒部材のがたつき拡大を可及的に防止し得る駒式ボールねじを提供することにある。

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、前記駒部材の内径側端部には、ナットのねじ溝に係合する一対の抜け止め用凸部が設けられ、駒部材の外径側端部には前記駒窓の開口縁に係合する加締め部が設けられた駒式ボールねじにおいて、前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材が円筒状に形成されると共に、前記加締め部を、前記連結溝に対して対向し、かつ前記一対の抜け止め用凸部を通る支持軸と直交し、前記駒窓の中心を通る直交線上に設けたことを特徴とする。

これにより、抜け止め凸部を回転中心とする駒部材を揺動させる方向のモーメントは、加締め部によって支持することができ、駒部材のがたつき拡大を防止することができる。

請求項２に記載の発明のように、加締め部にはスリットを設ければ、加締め部の倒れ性がよく、加締め部のがたつきを防止できる。

また、請求項３に記載の発明のように、駒部材は、ＭＩＭあるいは焼結品構成とすれば、複雑な形状の駒部材を金属によって容易に成形することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、駒部材の硬度を２０〜３５ＨＲＣとすれば、かしめ性と耐摩耗性を両立することができる。

さらに、請求項５に記載の発明のように、駒部材の材質を、析出硬化系ステンレス鋼によって構成すれば、防錆に優れた駒部材を提供できる。

本発明に係る駒式ボールねじは、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、前記駒部材の内径側端部には、ナットのねじ溝に係合する一対の抜け止め用凸部が設けられ、駒部材の外径側端部には前記駒窓の開口縁に係合する加締め部が設けられた駒式ボールねじにおいて、前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材が円筒状に形成されると共に、前記加締め部を、前記連結溝に対して対向し、かつ前記一対の抜け止め用凸部を通る支持軸と直交し、前記駒窓の中心を通る直交線上に設けたので、抜け止め凸部を回転中心とする駒部材を揺動させる方向のモーメントを、加締め部によって支持することができ、駒部材のがたつき拡大を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、前記駒部材の内径側端部には、ナットのねじ溝に係合する一対の抜け止め用凸部が設けられ、駒部材の外径側端部には前記駒窓の開口縁に係合する加締め部が設けられた駒式ボールねじにおいて、前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材が円筒状に形成されると共に、前記加締め部を、前記連結溝に対して対向し、かつ前記一対の抜け止め用凸部を通る支持軸と直交し、前記駒窓の中心を通る直交線上に設けた。

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は本発明に係る駒式ボールねじの一実施形態を示し、（ａ）は駒部材を挿入したナットの半身を省略した平面図、（ｂ）は同断面斜視図である。図２（ａ）はナットの縦断面図、（ｂ）はナットの内径側から見た駒部材周辺の部分図である。図３（ａ）は本発明に係る駒式ボールねじの平面図、（ｂ）は同縦断面である。図４は、本発明に係る駒部材を示す斜視図である。図５（ａ）は駒部材を示す正面図、（ｂ）は同平面図である。

この駒式ボールねじ１は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、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、これらボール４の循環用部材となる駒部材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、かつ振動の発生を抑制することができる。

円筒状のナット３の胴部には、図１、図２に示すように、内外の周面に貫通してねじ溝３ａの一部を切欠く断面略円形の駒窓６が穿設され、この駒窓６に対応して断面略円形の駒部材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が形成されている。連結溝５ａは、図２（ｂ）に示すように、ナット３の隣接するねじ溝３ａ、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。連結溝５ａの両端の出入り口５ｂ、５ｂはナット３の円周方向に互いに反対向きに開口して隣合うねじ溝３ａ、３ａと連結され、この連結溝５ａとねじ溝３ａの略１周部分とでボール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、そして、駒部材５の連結溝５ａに案内され、ねじ軸２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。連結溝５ａの深さは、ボール４が連結溝５ａ内でねじ軸２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。

一方、駒部材５の内径側端部には、連結溝５ａの両端の出入り口５ｂ、５ｂと並んで抜け止め用凸部としてのウィング部９、９が設けられている。ウィング部９、９は丸棒状で、駒部材の外径よりも互いに反対向きに突出し、出入り口５ｂ、５ｂと接続されていないねじ溝部分に、所定の径方向すきまを介して係合されている。このウィング部９、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ると共に、駒部材５が駒窓６から径方向外方に抜け出すのを防止している。

一対のウィング部９、９は、軸方向に１ピッチ分離れたねじ溝３ａ、３ａに係合しているので、ボール４が出入り口５ｂから連結溝５ａに進入した際に、ウィング部９、９を結ぶ支持軸Ｓを回転中心として駒部材５を回転させる方向のモーメントＭが作用する。

本発明では、このモーメントＭに対して対向するように、ウィング部９、９を回転中心とする回転方向と対向する位置に加締め部１４、１４が設けられている。ウィング部９、９の回転中心は、図示例ではウィング部９、９を結ぶ支持軸Ｓである。この支持軸Ｓは、基本的には２つのウィング部９、９の先端部９ａ、９ａを結んだ線上にあり、ナット３の中心軸線Ｎに対して所定角度αだけ傾斜している。
この加締め部１４、１４は、駒部材５の外径側端部である頭部１１に設けられたガイド壁１３、１３を加締めて構成される。ガイド壁１３、１３は、図４、５に示すように、頭部１１の外径部両側（ナット３の軸方向両側）に形成された凹み部１２から外径側へ立ち上がる構成となっている。駒部材５を駒窓６に嵌挿し、ナット３のねじ溝３ａにウィング部９、９を係合した後、これらガイド壁１３、１３を加締治具（図示せず）を使用して駒窓６の縁部６ａ側に塑性変形させて加締め部１４、１４を形成する。

この加締め部１４、１４のスプリングバックが大きいとガタが生じるので、駒窓６の縁部６ａは傾斜面となっている。さらに、駒窓６のガイド壁１３、１３の中央付近には、倒れ性を確保するためにスリット１３ｂが設けられ、このスリット１３ｂによって、ガイド壁１３は、左右のガイド壁片部１３ａ、１３ａに分割され、各加締め部１４、１４は、各ガイド壁片部１３ａ、１３ａに対応する一対の加締片部１４ａ、１４ａによって構成されている。
この実施例では、各加締め部１４、１４の加締幅の中心、すなわちスリット１３ｂの位置が、ナット３の中心軸線Ｎ上に配置されており、このスリット１３ｂを隔てて、左右の加締片部１４ａ、１４ａが駒窓６の縁部６ａに係合している。そして、一方の加締片部１４ａ、１４ａが、一対のウィング部９、９を結ぶ支持軸Ｓと直交し駒窓の中心を通る直交線Ｔ上に位置している。
もっとも、支持軸Ｓ上に、加締め部１４、１４の中央のスリット１３ｂが位置していてもよいし、他方の加締片部１４ａ、１４ａが位置していてもよい。また、支持軸Ｓ上に必ず加締め部１４、１４が位置する必要はなく、加締め部１４、１４が支持軸Ｓからはずれていてもよい。また、図示した支持軸Ｓが、必ず、ウィング部９、９の回転中心となるわけではなく、回転中心はウィング部９、９とねじ溝３ａ、３ａとの隙間によって変動するし、ねじ軸２とナット３の回転方向によっても変動する。要するに、加締め部１４、１４がウィング部９、９を回転中心とする回転方向と対向する位置に設けられていればよい。

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。もっとも、ＭＩＭによって成形するのではなく、粉末成形によって成形される圧粉体を焼結した焼結品としてもよい。

本実施形態では、前記金属粉として、防錆のために析出硬化系ステンレス鋼が用いられる。たとえば、Ｃが０．０７ｗｔ％、Ｃｒが１７ｗｔ％、Ｎｉが４ｗｔ％、Ｃｕが４ｗｔ％、残りがＦｅ等からなるＳＵＳ６３０が好適である。このＳＵＳ６３０は、固溶化熱処理で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。かしめ性と耐摩耗性を両立するために、硬度を２０〜３５ＨＲＣの範囲となるように設定することが好適である。

駒部材５が析出硬化系ステンレス鋼を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、加締め部１４となるガイド壁１３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。

ここで、本実施形態では、駒部材５における頭部１１の凹み部１２、１２の間にリブ１５が形成されている。このリブ１５は三角形状をなし、ガイド壁１３と略同じ高さに外径側に突出して形成されている。これにより、駒部材５をナット３の駒窓６に位置決めする時、このリブ１５を保持して微調整することができるだけでなく、焼結工程で駒部材５の変形を抑制することができる。

本実施形態では、加締め部１４、１４を一対のウィング部９、９を結ぶ支持軸Ｓを回転中心とする回転方向と対向する位置に設けたので、支持軸Ｓを回転中心とする駒部材５を揺動させる方向のモーメントＭは、加締め部１４、１４によって支持することができ、駒部材５のがたつき拡大を防止することができる。特に、加締め部１４、１４にはスリット１３ｂ、１３ｂが設けられているので、加締め部１４、１４の各加締片部１４ａ、１４ａの倒れ性がよく、加締め部１４、１４のがたつきを防止できる。

また、駒窓６が断面略円形に形成され、この駒窓６に対応して駒部材５が断面円形に形成されているので、駒窓６の加工工数が削減できて低コスト化を図ることができると共に、駒部材５がナット３に対して軸方向に精度良く、かつ、容易に位置決めすることができ、信頼性を向上させることができる。

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。

本発明に係る駒式ボールねじは、自動車の電動アクチュエータ等に使用される駒式ボールねじに適用することができる。

（ａ）は、本発明に係る駒式ボールねじの駒部材を挿入したナットの半身を省略した平面図である。（ｂ）は、同断面斜視図である。 （ａ）は、本発明に係るナットを示す縦断面図である。（ｂ）は、同上、ナットの内径側から見た駒部材周辺の図である。 （ａ）は、本発明に係る駒式ボールねじの平面図である。（ｂ）は、同縦断面である。 本発明に係る駒部材を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明に係る駒部材を示す正面図である。（ｂ）は、同平面図である。 （ａ）は、従来の駒式ボールねじを示す正面図である。（ｂ）は、同上縦断面図である。 （ａ）は、従来の駒式ボールねじの駒部材を挿入したナットの半身を省略した平面図である。（ｂ）は、ナットの横断面図である。

符号の説明

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
５ｂ・・・・・・・・・出入り口
６・・・・・・・・・・駒窓
６ａ・・・・・・・・・縁部
９・・・・・・・・・・ウィング部（抜け止め用凸部）
９ａ・・・・・・・・・先端部
１１・・・・・・・・・頭部
１２・・・・・・・・・凹み部
１３・・・・・・・・・ガイド壁
１３ａ・・・・・・・・ガイド壁片部
１３ｂ・・・・・・・・スリット
１４・・・・・・・・・加締め部
１４ａ・・・・・・・・加締片部
１５・・・・・・・・・リブ
Ｎ・・・・・・・・・・中心軸線
Ｓ・・・・・・・・・・支持軸
α・・・・・・・・・・中心軸線と支持軸との角度

Claims (5)

1. 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、前記駒部材の内径側端部には、ナットのねじ溝に係合する一対の抜け止め用凸部が設けられ、駒部材の外径側端部には前記駒窓の開口縁に係合する加締め部が設けられた駒式ボールねじにおいて、
   前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材が円筒状に形成されると共に、
   前記加締め部を、前記連結溝に対して対向し、かつ前記一対の抜け止め用凸部を通る支持軸と直交し、前記駒窓の中心を通る直交線上に設けたことを特徴とする駒式ボールねじ。
2. 加締め部にはスリットが設けられている請求項１に記載の駒式ボールねじ。
3. 駒部材は、ＭＩＭあるいは焼結品である請求項１または２に記載の駒式ボールねじ。
4. 駒部材の硬度を２０〜３５ＨＲＣとした請求項１乃至３のいずれかの項に記載の駒式ボールねじ。
5. 駒部材の材質を、析出硬化系ステンレス鋼によって構成した請求項１乃至４のいずれかの項に記載の駒式ボールねじ。
   

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