JP6769186B2 - ボールねじ - Google Patents

Description

この発明は、自動車等の駆動部に使用されるボールねじに関する。

ねじ軸は固定でナットを回転させることでスライダが直線移動する、ナット回転ねじ軸移動のボールねじにおいては、ねじ軸がつれ回らないように、ねじ軸側に回り止め部品を設けることが一般的に行われており、ボールスプラインやカムフォロアなどが使用される。しかし、小型・軽量・低コスト化が求められる自動車向けにおいては上記カムフォロア等の部品を用いることが難しい。

そこで、特許文献１では、外周面にクラウニングが形成されたガイドピンとスリーブに形成された凹溝を嵌合させ、摺動させる構造が提示されている。
また、特許文献２では、矩形の凸部を持った部品を、調芯機構をもったガイドの凹部分に嵌合することで、常に面接触させながら摺動させる構造が提示されている。

特開２０１３−１６７３３４号公報 特開２０１５−１８０８４２号公報

しかし、特許文献１では、取付誤差によりガイドピンの角部で凹溝に接触してしまう場合には、当該角部で点接触状態となるので、高面圧となってしまう。これにより圧痕・剥離などが生じ、過大摩耗が発生する虞がある。
また、これを回避しようとすると、ガイドピンを凹溝より長くし、ガイドピンの角部が凹溝に接触しないようにしなければならないためスペースが必要となる。

また、特許文献２の構造では、仮に面で接触した場合、摩耗は抑制されるが、ピンなどの円筒部材で凸部を構成すると角で点接触してしまうため、摩耗状態は顕著に摩擦抵抗により悪化する。これを回避しようとすると、ガイドを調芯させるため凹部の外側を円筒形状にし、凸部長さを長く（凸部長さ≧凹部の回転中心位置）し、また、嵌め合う凹部部品の断面コの字形はテーパにする必要があるなど、形状の制約が大きく比較的サイズも大型化してしまう。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハウジングとの摺動摩擦や初期摩耗の発生を抑制すると共に、簡便な構造で低コスト化を図ったボールねじを提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明のボールねじは、筒状のハウジングと、前記ハウジングに装着された軸受を介して回転可能で、内周に螺旋状の螺旋溝が形成されたナットと、前記ナットの螺旋溝に対応する螺旋状のねじ溝が外周に形成され、前記ハウジングに対して回動不能かつ軸方向移動可能とされたねじ軸と、前記螺旋溝とネジ溝との間に転動可能に組み込まれたボールと、で構成されたボールねじにおいて、前記ねじ軸の端部には、半径方向に突出する四角柱形状の回り止め凸部を備え、前記ハウジングには、前記回り止め凸部よりも半径方向の長さが長く、前記回り止め凸部と係合して前記回り止め凸部を軸方向に案内する回り止め凹部を設け、前記回り止め凹部の内面は平面状で、かつ、前記回り止め凸部の前記回り止め凹部の前記内面の周方向に対向する面にクラウニングが施されおり、前記回り止め凸部の突出の長さを、前記回り止め凹部の凹の深さよりも短くし、前記クラウニングを前記回り止め凹部に摺動させることを特徴とする。

本発明のボールねじによれば、ハウジングとの摺動摩擦や初期摩耗の発生を抑制すると共に、簡便な構造で低コスト化を図ったボールねじを提供することができる。

発明の実施形態に相当するボールねじを示す概略断面図である。 回り止め機構が摺動している状態を抽出した図１の矢視Ｂ図である。 図２の回り止め機構の部分拡大図である。

本発明のボールねじは、ハウジング内の空洞部に備えられたねじ軸と、このねじ軸にボールを介して外挿されたナットを備え、ナットを回転駆動させ、ねじ軸を直線移動させるナット回転式のアクチュエータとして使用される。
以下、図１、２を用いて、本発明の実施形態について説明する。なお、図面の作成上、本発明のボールねじの特徴的構成だけを抽出して示し、その他の構成は特に図に示さず省略している。
本実施形態のボールネジ１０は、筒状のハウジング１と、ハウジング１に装着された転がり軸受６を介して回転可能で、内周に螺旋状の螺旋溝３ａが形成されたナット３と、ナット３の内周の螺旋溝３ａに対応する螺旋状のねじ溝２ａが形成され、ハウジング１に対して回動不能かつ軸方向移動可能とされたねじ軸２とで構成されている。
この実施形態のボ−ルねじ１０は、ナット３を回転させて、ねじ軸２を回転させないため、いわゆる危険速度の影響がなく高速での移動が可能となる。

ハウジング１は、略円筒状又は略角筒状の略筒状に形成され、第１のハウジング１ａと、その端面に接合された第２のハウジング１ｂとを備え、図示しない固定ボルトによって一体に固定されている。第１のハウジング１ａには、ねじ軸２及びナット３を収容するための空洞部１ｃが形成され、第２のハウジング１ｂには、その内面に設けられた回り止め機構Ａの第二の回り止め部５が備えられている。ハウジング１の素材は、特に限定されるものではなく、アルミ合金などの一般的な材料が使用できる。
また、第１のハウジング１ａには、図示しない駆動源（電動モータ）が取り付けられ、駆動源（電動モータ）を回転駆動して、回転駆動力をナット３の外周に装着された歯車７を介してナット３を回転可能させる。

ナット３は、図１に示すように、内周面に螺旋溝３ａ及び図示しない循環溝を形成した円筒部材で、転がり軸受６を介して回転自在で、軸方向直線移動ができない構成とされている。ナット３の素材は、特に限定されるものではなく、肌焼き鋼などの一般的な材料が使用できる。

ねじ軸２は、図１に示すように、一方のナット３の内周面に形成された螺旋溝３ａに対向した、螺旋状のねじ溝２ａが外周面に形成されているねじ部２ｂと、ねじ部２ｂの端部に設けられた回り止め機構Ａの回り止め凸部４とで構成されている。
また、ねじ軸２のねじ溝２ａと対向するナット３の螺旋溝３ａとで、図示しないボールの軌道が形成される。そして、装填された複数個のボールがこの軌道内を転動自在に転動する。また、そのボールは、ナット３に一体に形成された、図示しない循環溝を転動して軌道内へと再循環する。ねじ軸２の素材は、特に限定されるものではなく、肌焼き鋼などの一般的な材料が使用できる。

図２は、図１のボールねじを矢視Ｂから見た図で、回り止め機構Ａのみを示したものである。
回り止め機構Ａは、ねじ軸２の端部に設けられた第一の回り止め部４と、ハウジング１ｂの内面に設けられた第二の回り止め部５とで構成されている。

第一の回り止め部４は、ねじ軸２の端部に一体に設けられた円環状の基部４ａと、基部４ａの外周から相対向して半径方向の両方に突出（１８０度（図では上下）に対向の位置）する四角柱形状の回り止め凸部４ｂ、４ｃで構成されている。回り止め凸部４ｂ、４ｃの回り止め凹部５の内面の周方向に対向する面にはクラウニング（中心をずらした大きいＲ）が施されたクラウニング部Ｒが形成されている（図３参照。）。
また、本実施形態回り止め凸部４ｂ、４ｃの数は、２個以上の偶数個数が望ましいため２個としているが、これに限定されるものではない。

クラウニング部Ｒの大きさは、回り止め凸部４ｂ、４ｃの突出の長さや回転トルクの大きさ、ボールねじのリード等から決められるが、２０ｍｍ（またはリード×５）以上が望ましい。
また、回り止め凸部４ｂ、４ｃのクラウニング部Ｒと回り止め凹部５ａ、５ｂの接触部分（表面）は熱処理（硬化処理）を施すことが望ましい。例えば、真空浸炭焼入れ、高周波焼入れや浸炭焼入れなどの熱処理でよい。

第二の回り止め部５は、ハウジング１ｂの内面の軸方向全域にわたって凹設され、前記回り止め凸部４ｂ、４ｃが摺動可能に嵌る回り止め凹部５ａ、５ｂで構成されている。この凹設は、ねじ軸２が直線移動するための案内（ガイド）を行う。
回り止め凹部５ａ、５ｂは、図１の矢視Ｂから見て、コの字形（略矩形）に形成され、その内面は滑らかな平面状で、コの字形（略矩形）の四方の角部は小さなＲ５ｃを持って形成されている（図２、３参照。）。
また、この回り止め凹部５ａ、５ｂの個数は、回り止め凸部４ｂ、４ｃに対応して決められる。

また、回り止め凹部５ａ、５ｂは、回り止め凸部４ｂ、４ｃよりも半径方向の長さが長く、回り止め凸部４ｂ、４ｃと係合して回り止め凸部４ｂ、４ｃを軸方向Ｙに案内するように設けられている。すなわち、「回り止め凸部（突出）長さ＜回り止め凹部（凹の深さ）長さ」になるように形成されている。このように、回り止め凸部４ｂ、４ｃの突出の長さを、回り止め凹部５ａ、５ｂの凹の深さよりも短くすることで、積極的にクラウニング部Ｒを摺動させるようにしている。これによって、弾性変形量が大きくなるので回り止め凹部５ａ、５ｂへの接触面積が大きくなりヘルツ面圧が低減される効果を奏する。

以上の説明のとおり、「回り止め凸部（突出）長さ＜回り止め凹部（凹の深さ）長さ」の場合に、クラウニング部Ｒを接触させることで、大きいＲ（曲率半径）と平面の線接触状態とできるため、ヘルツ面圧を低減でき、初期摩耗を抑制することができる。
よって、ハウジングとの摺動摩擦や初期摩耗の発生を抑制すると共に、簡便な構造で低コスト化を図ったボールねじを提供することができる。

次に、回り止め機構Ａの動作について説明をする。ナット３が回転を始める前は、回り止め凸部４ｂ、４ｃと回り止め凹部５ａ、５ｂとの間には隙間が有り接触していないが、ナット３が矢印Ｘ方向に回転すると、そのトルクの伝達方向（回転方向）に、回り止め凸部４ｂ、４ｃのクラウニング部Ｒと回り止め凹部５ａ、５ｂの内面とが接触する。このクラウニング部Ｒは、ハウジング１ｂの内面の軸方向Ｙ全域にわたって凹設された回り止め凹部５ａ、５ｂの内面に接触し摺動する（図１、図２参照。）。
このように、回り止め凸部４ｂ、４ｃが回り止め凹部５ａ、５ｂに接触し摺動することで、ねじ軸２がハウジング１に対して回動不能（回り止め）となり、ナット３の回転による連れ回しができなくなる。

また、本実施例では、ねじ軸２側に回り止め機構Ａを備え、ナット３を回転駆動させて、ねじ軸２を軸方向Ｙに直線移動させるナット回転ねじ軸移動のボールねじ１０の構成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、例えば、ナット側に回り止め機構を備え、ねじ軸を回転駆動させ、ナットを直線移動させるねじ軸回転のボールねじの構成であってもよい。

本発明に係るボールねじは、自動車の駆動部の他、一般産業用の電動機等の駆動部にも適用できる。

１ ハウジング
２ ねじ軸
２ａ ねじ溝
２ｂ ねじ部
３ ナット
３ａ 螺旋溝
４ 第一の回り止め部
４ａ 基部
４ｂ、４ｃ 回り止め凸部
５ 第二の回り止め部
５ａ、５ｂ 回り止め凹部
１０ ボールねじ
Ｒ クラウニング部

Claims (1)

1. 筒状のハウジングと、
   前記ハウジングに装着された軸受を介して回転可能で、内周に螺旋状の螺旋溝が形成されたナットと、
   前記ナットの螺旋溝に対応する螺旋状のねじ溝が外周に形成され、前記ハウジングに対して回動不能かつ軸方向移動可能とされたねじ軸と、
   前記螺旋溝とネジ溝との間に転動可能に組み込まれたボールと、で構成されたボールねじにおいて、
   前記ねじ軸の端部には、半径方向に突出する四角柱形状の回り止め凸部を備え、
   前記ハウジングには、前記回り止め凸部よりも半径方向の長さが長く、前記回り止め凸部と係合して前記回り止め凸部を軸方向に案内する回り止め凹部を設け、
   前記回り止め凹部の内面は平面状で、かつ、
   前記回り止め凸部の前記回り止め凹部の前記内面の周方向に対向する面にクラウニングが施されており、
   前記回り止め凸部の突出の長さを、前記回り止め凹部の凹の深さよりも短くし、前記クラウニングを前記回り止め凹部に摺動させることを特徴とするボールねじ。

Images