JP6444760B2 - 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に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。この駒式ボールねじは、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もので、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４（ａ）、（ｂ）に示す。この駒式ボールねじ５１は、外周面に螺旋状のねじ溝５２ａが形成されたねじ軸５２と、このねじ軸５２に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝５３ａが形成されたナット５３と、対向する両ねじ溝５２ａ、５３ａにより形成された転動路に収容された多数のボール５４と、これらボール５４の循環用部材となる駒部材５５とを備えている。

円筒状のナット５３の胴部には、内外の周面に貫通してねじ溝５３ａの一部を切欠く断面略円形の駒窓５６が穿設され、この駒窓５６に対応して断面略円形の駒部材５５が嵌合されている。駒部材５５の内方には、ねじ溝５３ａの隣合う１周分同士を連結する連結溝５５ａが形成され、この連結溝５５ａとねじ溝５３ａの略１周の部分とでボール５４の転動路を構成している。転動路内の内外のねじ溝５２ａ、５３ａ間に介在された多数のボール５４は、ねじ溝５２ａ、５３ａに沿って転動し、そして、駒部材５５の連結溝５５ａに案内され、ねじ軸５２のねじ山を乗り越えて隣接するねじ溝５３ａに戻り、再びねじ溝５２ａ、５３ａに沿って転動する。

図５に示すように、駒部材５５は焼結合金で成形され、駒窓５６に対応して断面が略円形に形成された胴部の両側に一対のアーム５７が突設され、これらアーム５７をナット５３のねじ溝５３ａに係合させて駒部材５５が位置決めされると共に、頭部に、外径面が凹む凹み部５８が形成され、この凹み部５８から立ち上がり、円弧状周面を有する８個のガイド壁５９が周方向等配に形成され、ねじ溝５３ａのリード線Ｌに略直交し、８個のガイド壁５９のうち対向するそれぞれ２個のガイド壁５９を駒窓５６の縁部側に塑性変形させて形成した加締部６０によって駒部材５５がナット５３に固定されている。これにより、加締部６０となるガイド壁５９の位置の最適化を容易に図ることができ、作業性を向上させることができると共に、ボール通過時に加締部６０に負荷され、駒部材５５を傾斜させる応力の発生を軽減することができ、加締部６０の摩耗を防止して駒部材のガタツキの発生を抑制し、円滑なボール５４の循環が得られる（例えば、特許文献１参照。）。

一般的に、この種の従来の駒式ボールねじ５１では、例えば、ナット５３に潤滑剤を供給する供給孔から内部に潤滑剤が間欠的または連続的に補給されたとしても、潤滑剤はボール５４の繰返し転動公転によってナット５３の両端部に押しやられ、その一部がボール５４の押出力によって外部に漏出する。このため、多量の潤滑剤を常に補給しなければならない。すなわち、省エネルギー性および環境のクリーン性という趣旨に反して、多量の潤滑剤を消費すると共に、潤滑剤を垂れ流す状態になって周辺の環境を汚染するという問題があった。

そこで、図６に示すようなボールねじ６１が知られている。このボールねじ６１は、ねじ軸６２の外周面に螺旋状のボール溝６２ａが形成されると共に、ねじ軸６２が挿通されるナット６３の内周面には、ボール溝６２ａに対向する螺旋状のボール溝６３ａが形成されている。また、ナット６３には、コ字状のリターンチューブ（図示せず）が装着され、このリターンチューブ内と両ボール溝６２ａ、６３ａ間とからなる１回路ごとに、複数個のボール６４、６４介挿されている。ナット６３の軸方向両端部には、内周面がボール溝６２ａに適合する雌ねじ形状に成形加工された接触形ワイパシールからなるシール部材６５、６５が装着されている。

また、ナット６３の肉厚内には、内周面の両シール部材６５、６５近傍にそれぞれ開口６６、６７を有する軸方向に直角な穿通孔６８、６９と、この穿通孔６８、６９に連通する軸方向の穿通孔７０とからなり、埋栓７１とニップル７２によって閉空間とされた潤滑剤循環路７３が設けられている。この潤滑剤循環路７３内と両シール部材６５、６５によって閉塞されたナット６３の内部に、潤滑剤Ｇが封入されている。

これにより、ボール６４の繰返し転動公転によってナット６３の一方の端部に押しやられた潤滑剤Ｇは、ボール６４の押出力によってシール部材６５近傍の開口６７（または６６）内に押し込まれ、潤滑剤循環路７３内に充填されている潤滑剤Ｇが、他方のシール部材６５近傍の開口６６（または６７）内からナット６３の内部に押し出される。このため、潤滑剤Ｇを押し出すための圧力が分散されるから、シール部材６５から外部への潤滑剤Ｇの漏出量は従来のものより減少する（例えば、特許文献２参照。）。

特開２０１０−７８０６０号公報 特許第４００１７３５号公報

然しながら、ナット６３自体に潤滑剤Ｇを循環させる穿通孔６８、６９、７０を設けた場合、ナット６３が大型化するだけでなく、加工工数が嵩んでコスト高騰を招来するという課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、駒部材に潤滑剤を循環させる機能を付与することに着目し、省スペースで低コスト化を図りつつ、外部への潤滑剤の漏出量を抑えた信頼性の高い駒式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、対向する前記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、内周に前記転動路を周回経路とする連結溝が形成されると共に、内周側の両側に一対のアームが突設され、これらアームを前記ナットのねじ溝に係合させて位置決めされる駒部材と、を備えた駒式ボールねじにおいて、前記駒部材に潤滑剤を循環させる流路が形成されている。

このように、ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、内周に転動路を周回経路とする連結溝が形成されると共に、内周側の両側に一対のアームが突設され、これらアームをナットのねじ溝に係合させて位置決めされる駒部材を備えた駒式ボールねじにおいて、駒部材に潤滑剤を循環させる流路が形成されているので、従来のボールねじのように、ナットに潤滑剤循環路を設ける追加工を不要にし、省スペースで低コスト化を図りつつ、外部への潤滑剤の漏出量を抑えた信頼性の高い駒式ボールねじを提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記駒部材の一対のアームのうち一方のアームに潤滑剤を回収する回収口と、他方のアームに回収された潤滑剤を吐出する吐出口が形成されると共に、これら回収口と吐出口とを連通する連通溝が形成されていれば、ねじ軸との相対回転に伴って流出してきた潤滑剤を回収口で一旦回収し、連通溝を通して回収された潤滑剤を、隣接するねじ溝に係合するアームに形成した吐出口から排出して潤滑剤を駒部材自体で循環させることができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記駒部材の一対のアームが前記ねじ軸のねじ溝のリードに沿って追従する形状に形成され、当該ねじ溝の溝底と非接触になるように設定されていれば、ねじ軸との相対回転に支障をきたすことなく効果的に潤滑剤を循環させることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記ナットの駒窓の外径側の開口部に、この駒窓よりも大径の係合部が形成され、前記駒部材の外径側の外周部の複数箇所を一部潰して前記係合部に密着する状態まで塑性変形させて形成した加締部によって当該駒部材が前記ナットに固定されていれば、アームによって駒部材がナットに対して軸方向に位置決めされると共に、駒部材が駒窓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、請求項５に記載の発明のように、前記駒部材がＭＩＭによって成形された焼結金属で形成されていれば、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、対向する前記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、内周に前記転動路を周回経路とする連結溝が形成されると共に、内周側の両側に一対のアームが突設され、これらアームを前記ナットのねじ溝に係合させて位置決めされる駒部材と、を備えた駒式ボールねじにおいて、前記駒部材に潤滑剤を循環させる流路が形成されているので、従来のボールねじのように、ナットに潤滑剤循環路を設ける追加工を不要にし、省スペースで低コスト化を図りつつ、外部への潤滑剤の漏出量を抑えた信頼性の高い駒式ボールねじを提供することができる。

（ａ）は、本発明に係る駒式ボールねじの一実施形態を示す平面図、（ｂ）は、同上縦断面図である。 （ａ）は、本発明に係るナットを示す断面斜視図、（ｂ）は、同上、横断面図である。 （ａ）は、図２（ａ）の駒部材を示す要部拡大図、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す模式図である。 （ａ）は、従来の駒式ボールねじを示す平面図、（ｂ）は、同上縦断面図である。 図４の駒部材の固定状態を示す平面図である。 他の従来のボールねじを示す縦断面図である。

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、対向する前記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、内周に前記転動路を周回経路とする連結溝が形成されると共に、内周側の両側に一対のアームが突設され、これらアームを前記ナットのねじ溝に係合させて位置決めされる駒部材と、を備えた駒式ボールねじにおいて、前記駒部材の一対のアームが前記ねじ軸のねじ溝のリードに沿って追従する形状に形成され、当該ねじ溝の溝底と非接触になるように設定されると共に、前記一対のアームのうち一方のアームに潤滑剤を回収する回収口と、他方のアームに回収された潤滑剤を吐出する吐出口が形成され、これら回収口と吐出口とを連通する連通溝が形成されて潤滑剤を循環させる流路が形成されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づ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）は平面図、（ｂ）は縦断面図、図２（ａ）はナットの断面斜視図、（ｂ）は横断面図、図３（ａ）は、図２（ａ）の駒部材を示す要部拡大図、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す模式図である。

図１に示す駒式ボールねじ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、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、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の隣り合う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に案内されると共に、ねじ軸２のねじ山を乗り越えて隣り合うねじ溝３ａに戻り、再びねじ溝２ａ、３ａに沿って転動する。なお、ここでは、駒窓６および駒部材５が断面略円形に形成されたものを例示したが、円形に限らず、例えば、小判形形状であっても良い。

図２（ａ）に示すように、駒部材５の連結溝５ａは、ナット３の隣り合うねじ溝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。したがって、図２（ｂ）に示すように、その両駒窓縁７、７は、ナット３の隣り合うねじ溝３ａの溝縁部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。さらに、駒部材５の両側には断面が略円形の丸棒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に僅かな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。

本実施形態では、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。

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。駒部材５は、浸炭焼入れおよび焼戻し温度を調整して行われる。また、駒部材５の材料としてこれ以外にも、Ｎｉが３．０〜１０．０ｗｔ％含有し、加工性、耐食性に優れた材料（日本粉末冶金工業規格のＦＥＮ８）、あるいは、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２０〜３３ＨＲＣの範囲に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は浸炭焼入れおよび、焼戻し温度調整によるか、もしく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１０、すなわち、外径側の外周部５ｂが焼戻しされ、硬さが１５〜３０ＨＲＣの範囲になるように設定されている。これにより、加締部１０となる外周部５ｂの靭性が高くなると共に、駒部材５をナット３に加締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。

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２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。なお、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、アーム９、９をナット３のねじ溝３ａに係合させた状態で駒窓６に嵌挿される。一方、ナット３の駒窓６の外径側の開口部には、この駒窓６よりも大径の係合部１１が形成されている。そして、駒部材５の外径側の外周部５ｂの複数箇所（ここでは、４箇所）を一部潰して係合部１１に密着する状態まで塑性変形させて形成した加締部１０によって駒部材５がナット３に固定される（図１（ａ）参照）。なお、ここでは、係合部１１として、穴の周辺の上面を平らな座ぐり形状に形成したものを例示したが、これに限らず、例えば、図示しないが、駒窓の周辺の上面を開口部に向って漸次拡径するテーパ形状に形成し、この上面に密着した状態で加締部を形成してたものであっても良い。

ここで、本出願人は、駒部材５自体に潤滑剤を循環させる機能を付与することに着目した。すなわち、具体的には、図３（ａ）に拡大して示すように、一対のアーム９、９のうち一方のアーム９に潤滑剤を回収する回収口１２が形成され、他方のアーム９に、回収された潤滑剤を吐出する吐出口１３が形成されている。そして、（ｂ）に示すように、回収口１２と吐出口１３とを連通する連通溝１４が形成されている。この連通溝１４は、回収口１２と吐出口１３から径方向外方に延びる立孔１４ａ、１４ｂと、これら立孔１４ａ、１４ｂを繋ぐ横孔１４ｃとからなり、潤滑剤の流路を構成している。潤滑剤を回収する側のアーム９はねじ軸２のねじ溝２ａのリードに沿って追従する形状に形成され、ねじ軸２のねじ溝２ａの溝底とは非接触になるように設定されている。

このように、駒部材５の一対のアーム９、９に回収口１２と吐出口１３を形成し、これらを連通する連通溝１４を形成したので、ねじ軸２との相対回転に伴って流出してきた潤滑剤をこの回収口１２で一旦回収し、連通溝１４を通して回収された潤滑剤を、隣接するねじ溝２ａに係合するアーム９に形成した吐出口１３から排出して潤滑剤をこの駒部材５自体で循環させることができる。また、駒部材５がＭＩＭによって成形された焼結金属で形成されているので、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。したがって、従来のボールねじのように、ナットに潤滑剤循環路を設ける追加工を不要にし、省スペースで低コスト化を図りつつ、外部への潤滑剤の漏出量を抑えた信頼性の高い駒式ボールねじ１を提供することができる。

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。

１ 駒式ボールねじ
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 駒部材の外周部
６ 駒窓
７ 駒窓縁
８ 溝縁部
９ アーム
１０ 加締部
１１ 係合部
１２ 回収口
１３ 吐出口
１４ 連通溝
１４ａ、１４ｂ 立孔
１４ｃ 横孔
５１ 駒式ボールねじ
５２、６２ ねじ軸
５２ａ、５３ａ、６２ａ、６３ａ ねじ溝
５３、６３ ナット
５４、６４ ボール
５５ 駒部材
５６ 駒窓
５５ａ 連結溝
５７ アーム
５８ 凹み部
５９ ガイド壁
６０ 加締部
６１ ボールねじ
６５ シール部材
６６、６７ 穿通孔の開口
６８、６９、７０ 穿通孔
７１ 埋栓
７２ ニップル
７３ 潤滑剤循環路
Ｇ 潤滑剤
Ｌ リード線

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、
   対向する前記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、内周に前記転動路を周回経路とする連結溝が形成されると共に、
   内周側の両側に一対のアームが突設され、これらアームを前記ナットのねじ溝に係合させて位置決めされる駒部材と、を備えた駒式ボールねじにおいて、
   前記駒部材に潤滑剤を循環させる流路が形成されていることを特徴とする駒式ボールねじ。
2. 前記駒部材の一対のアームのうち一方のアームに潤滑剤を回収する回収口と、他方のアームに回収された潤滑剤を吐出する吐出口が形成されると共に、これら回収口と吐出口とを連通する連通溝が形成されている請求項１に記載の駒式ボールねじ。
3. 前記駒部材の一対のアームが前記ねじ軸のねじ溝のリードに沿って追従する形状に形成され、当該ねじ溝の溝底と非接触になるように設定されている請求項１に記載の駒式ボールねじ。
4. 前記ナットの駒窓の外径側の開口部に、この駒窓よりも大径の係合部が形成され、前記駒部材の外径側の外周部の複数箇所を一部潰して前記係合部に密着する状態まで塑性変形させて形成した加締部によって当該駒部材が前記ナットに固定されている請求項１に記載の駒式ボールねじ。
5. 前記駒部材がＭＩＭによって成形された焼結金属で形成されている請求項１乃至４いずれかに記載の駒式ボールねじ。

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