JP6947342B1 - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

負荷路（８）の終点から始点へとボール（４）を戻す循環路（９）は、戻し経路（２０）と、掬上経路（２１）と、繋ぎ経路（２２）とを備える。掬上経路（２１）は、円周方向に関して、ねじ軸（２）の中心軸（Ｏ２）と戻し経路（２０）の中心線とを含む基準仮想平面αに近づくほど、径方向外側に向かう方向に湾曲した、円弧状の中心線を有する。繋ぎ経路（２２）は、基準仮想平面α上に配置され、かつ、ねじ軸（２）の中心軸（Ｏ２）に直交する方向に延びた、直線状の中心線を有する直線経路（２２ａ）を備える。掬上経路（２１）の中心線の曲率半径をＲ１、掬い上げ角度をθ、直線経路（２２ａ）の全長をＳとした場合に、Ｒ１ｃоｓ（９０°-θ）＋Ｓを、ボール４の直径Ｄよりも大きくする。

Description

本発明は、ボールねじ装置に関する。

ボールねじ装置は、ねじ軸とナットとの間でボールを転がり運動させるため、ねじ軸とナットとを直接接触させるすべりねじ装置に比べて、高い効率が得られる。このため、ボールねじ装置は、電動モータなどの駆動源の回転運動を直線運動に変換するために、自動車の電動ブレーキ装置やオートマチックマニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）、工作機械の位置決め装置などの各種機械装置に組み込まれている。

ボールねじ装置は、外周面に螺旋状の軸側ボールねじ溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のナット側ボールねじ溝を有するナットと、軸側ボールねじ溝とナット側ボールねじ溝とからなる負荷路（負荷ボール転走路）を転動する複数のボールと、負荷路の終点から始点へとボールを戻す循環部品とを備える。循環部品は、内部に負荷路の始点と終点とをつなぐ循環路（無負荷ボール転走路）を有している。

ボールねじ装置は、ボールの循環方式の相違により、リターンチューブ（パイプ）式、デフレクタ式、エンドキャップ式、こま式などに分類されるが、いずれの循環方式を採用した場合にも、ボールを循環させるための循環路は、ボールの円滑な循環など、ボールねじ装置の各種性能に大きな影響を与える。このため、循環路の経路を工夫することが、従来から行われている。

たとえば、国際公開第２０１０／０１３７０６号には、負荷路の巻き数を整数に近づけるとともに、ボールの円滑な循環を実現するために、循環路の経路を工夫した発明が開示されている。図１６〜図２０は、国際公開第２０１０／０１３７０６号に記載された、従来構造のボールねじ装置１００を示している。

ボールねじ装置１００は、ねじ軸１０１と、ナット１０２と、複数のボール１０３と、循環部品１０４とを備える。なお、本明細書において、軸方向、径方向、および円周方向とは、特に断らない限り、ねじ軸に関する軸方向、径方向、および円周方向をいう。また、軸方向に関して、ナットの中央側のことを軸方向内側といい、ナットの両側のことを軸方向外側という。

ねじ軸１０１は、外周面に螺旋状の軸側ボールねじ溝１０５を有している。ナット１０２は、内周面に螺旋状のナット側ボールねじ溝１０６を有している。ねじ軸１０１は、ナット１０２の内側に挿通され、ナット１０２と同軸上に配置されている。軸側ボールねじ溝１０５とナット側ボールねじ溝１０６とは、径方向に互いに対向するように配置され、螺旋状の負荷路１０７を構成している。

循環部品１０４は、ナット１０２の外周面に取り付けられている。負荷路１０７の始点Ｐ１と終点Ｐ２とは、循環部品１０４の内部に備えられた循環路１０８によりつながっている。図１８は、負荷路１０７および循環路１０８のそれぞれの中心線（ボール１０３の中心軌跡）を示している。負荷路１０７の終点Ｐ２に達したボール１０３は、循環路１０８を通じて、負荷路１０７の始点Ｐ１に戻される。なお、負荷路１０７の始点と終点とは、ねじ軸１０１とナット１０２との軸方向に関する相対変位の方向（相対回転方向）に応じて入れ替わる。すなわち、ナット１０２が、ねじ軸１０１に対し図１７の右側に変位する場合、Ｐ１が始点となり、Ｐ２が終点となる。一方、ナット１０２が、ねじ軸１０１に対し図１７の左側に変位する場合、Ｐ２が始点となり、Ｐ１が終点となる。なお、循環部品１０４の数は、１個以上の任意の数であり、図示の例では２個である。

循環路１０８は、その役割ごとに複数の経路（区間）に分けられる。従来構造のボールねじ装置１００では、循環路１０８は、戻し経路１０９と、掬上経路１１０と、繋ぎ経路１１１とに分けることができる。

戻し経路１０９は、軸方向に関して、負荷路１０７の終点側から始点側へとボール１０３を戻す役割を有する。戻し経路１０９は、負荷路１０７の径方向外側に配置されており、ねじ軸１０１の中心軸Ｏ_１０１と平行な中心線を有している。

掬上経路１１０は、負荷路１０７からボール１０３を掬い上げる役割を有する。掬上経路１１０の中心線は、図１９に示すように、軸方向から見て、円弧状に湾曲しており、負荷路１０７の中心線から、ねじ軸１０１の中心軸Ｏ_１０１と戻し経路１０９の中心線とを含む基準仮想平面αまで延びている。従来構造のボールねじ装置１００では、掬上経路１１０は、径方向内側部に配置された内径側掬上経路１１０ａと、径方向外側部に配置された外径側掬上経路１１０ｂとから構成されている。

内径側掬上経路１１０ａの中心線は、図２０に示すように、基準仮想平面αに直交する方向（ナット１０２の側方）から見ると、ねじ軸１０１の中心軸Ｏ_１０１に直交する直交仮想平面と平行に配置されている。

これに対し、外径側掬上経路１１０ｂの中心線は、軸方向から見て、円弧状に湾曲しているだけでなく、基準仮想平面αに直交する方向から見ても、円弧状に湾曲している。すなわち、外径側掬上経路１１０ｂの中心線は、円周方向に関して基準仮想平面αに近づくほど、径方向外側に向かう方向に湾曲しながら、軸方向内側に向かう方向にも湾曲している。

繋ぎ経路１１１は、掬上経路１１０（外径側掬上経路１１０ｂ）と戻し経路１０９とをつなぎ、ボール１０３の移動方向を方向転換する役割を有する。繋ぎ経路１１１の中心線は、基準仮想平面α上に配置されており、径方向外側に向かうほど軸方向内側に向かう（戻し経路１０９に近づく）方向に湾曲している。したがって、繋ぎ経路１１１についても、外径側掬上経路１１０ｂと同様に、基準仮想平面αに直交する方向から見て、円弧状に湾曲している。

国際公開第２０１０／０１３７０６号

ボールねじ装置は、その用途に応じて要求される性能やサイズ（体格）が異なる。電動ブレーキブースター装置などに組み込まれる自動車用のボールねじ装置にあっては、自動車の燃費性能や走行性能の向上を図る面から、（１）小型であること、（２）小さな駆動トルクで大きな発生推力を得られること、（３）負荷容量の大きいことが、特に重要になる。

このため、自動車用のボールねじ装置では、ねじ溝の条数を１条とするとともに、ボールの直径に対してねじ溝のリードを小さく設定することが行われている。具体的には、ボールの直径に対するねじ溝のリードの比を、０．６以上とすることが行われている。また、負荷路に収容できるボールの数を増やすために、掬い上げ角度を大きく設定することも考えられている。

ところが、前述したような循環路１０８を有する従来構造のボールねじ装置１００を、自動車用途に適用するために、軸側ボールねじ溝１０５およびナット側ボールねじ溝１０６のそれぞれの条数を１条とするとともに、ボール１０３の直径に対するリードの比を０．６以上とし、さらに掬い上げ角度を大きくした場合、循環路１０８の一部が、負荷路１０７と干渉する可能性がある。具体的には、図２１に示すように、循環路１０８のうちの外径側掬上経路１１０ｂまたは繋ぎ経路１１１が、ナット側ボールねじ溝１０６のうちで、軸方向外側から２列目の溝部（図２１中の符号Ｇ部）を横切る可能性がある。このため、従来構造のボールねじ装置１００を、自動車用のボールねじ装置として用いることは困難である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、自動車用途に好適なボールねじ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様のボールねじ装置は、ねじ軸と、ナットと、負荷路と、循環路と、複数のボールとを備える。

前記ねじ軸は、外周面に条数が１条の螺旋状の軸側ボールねじ溝を有する。

前記ナットは、内周面に条数が１条の螺旋状のナット側ボールねじ溝を有する。

前記負荷路は、螺旋状で、前記軸側ボールねじ溝と前記ナット側ボールねじ溝とにより構成される。

前記循環路は、前記負荷路の始点と終点とをつなぐ。

前記複数のボールは、前記負荷路および前記循環路を転動する。

本発明の一態様のボールねじ装置では、前記循環路は、
前記負荷路の径方向外側に配置され、前記ねじ軸の中心軸と平行な中心線を有する戻し経路と、
前記戻し経路の長さ方向両側にそれぞれ配置され、前記負荷路から前記ボールを掬い上げる掬上経路と、および、
前記戻し経路の長さ方向両側にそれぞれ配置され、前記戻し経路と前記掬上経路とをつなぐ繋ぎ経路と、
を有する。

前記掬上経路は、円周方向に関して、前記ねじ軸の中心軸と前記戻し経路の中心線とを含む基準仮想平面に近づくほど、径方向外側に向かう方向に湾曲し、前記負荷路の中心線から前記基準仮想平面まで延びた、円弧状の中心線を有している。

前記繋ぎ経路は、前記基準仮想平面上に配置され、かつ、前記ねじ軸の中心軸に直交する方向に伸長した、直線状の中心線を有する直線経路と、前記基準仮想平面上に配置され、径方向外側に向かうほど軸方向内側に向かう（前記戻し経路に近づく）方向に湾曲した、円弧状の中心線を有する円弧経路とを有している。

前記軸側ボールねじ溝および前記ナット側ボールねじ溝（前記負荷路のねじ溝）のリードをＬとし、前記ボールの直径をＤとし、前記掬上経路の中心線の曲率半径をＲ１とし、前記掬上経路による掬い上げ角度をθとし、前記直線経路の全長をＳとした場合に、Ｄ／Ｌ≧０．６を満たし、かつ、Ｒ１ｃоｓ（９０°−θ）＋Ｓ＞Ｄを満たす。

本発明の一態様のボールねじ装置では、前記掬上経路の内壁面のうちの該掬上経路の曲率中心から遠い側に位置する外周側部分の断面形状の曲率半径、および、前記円弧経路の内壁面のうちの該円弧経路の曲率中心から遠い側に位置する外周側部分の断面形状の曲率半径を、いずれも前記ボールの直径の２分の１よりも大きくすることができる。

本発明の一態様のボールねじ装置では、前記負荷路の中心線と前記掬上経路の中心線との接続点において、前記負荷路の中心線に対する接線と、前記掬上経路の中心線に対する接線とを、軸方向から見て互いに一致させることができる。

本発明の一態様のボールねじ装置では、前記掬上経路の中心線と前記直線経路の中心線との接続点における、前記掬上経路の中心線に対する接線を、前記基準仮想平面上に配置することができる。

本発明の一態様のボールねじ装置では、前記掬上経路の中心線を、前記基準仮想平面に直交する方向から見て、前記軸側ボールねじ溝のリード角に相当する角度だけ傾斜させることができる。

本発明の一態様のボールねじ装置では、前記循環路の一部または全部を内部に有する、循環部品をさらに備えることができる。

この場合、前記循環路を、前記循環部品と前記ナットにより構成することができる。

本発明の一態様のボールねじ装置では、自動車用途に好適な循環路の経路が備えられる。

図１は、本発明の実施の形態の１例のボールねじ装置の斜視図である。 図２は、前記ボールねじ装置の平面図である。 図３は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。 図４は、図３の部分拡大図である。 図５は、図２のＩＩ−ＩＩ線断面斜視図である。 図６は、前記ボールねじ装置についての、循環部品を省略して示す平面図である。 図７は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図８は、前記ボールねじ装置を構成する循環部品の径方向内側から見た底面図である。 図９は、前記ボールねじ装置における、循環路の中心線の一部を軸方向から見た模式図である。 図１０は、前記ボールねじ装置における、循環路の中心線の一部をナットの側方から見た模式図である。 図１１（Ａ）は、前記ボールねじ装置における、掬上経路および繋ぎ経路を、軸方向から見た断面模式図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面模式図である。 図１２（Ａ）は、前記ボールねじ装置における、繋ぎ経路および戻し経路を、ナットの側方から見た断面模式図であり、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のＶ−Ｖ線断面模式図である。 図１３は、前記ボールねじ装置について、ナットおよび循環部品を省略してねじ軸およびボールのみを示す平面図である。 図１４は、前記ボールねじ装置について、ナットおよび循環部品を省略してねじ軸およびボールのみを示す側面図である。 図１５は、前記ボールねじ装置についての、全体が一体的に構成された循環部品を使用した変形例を示す、図１に相当する図である。 図１６は、従来構造のボールねじ装置を示す斜視図である。 図１７は、従来構造のボールねじ装置を示す、透視斜視図である。 図１８は、従来構造のボールねじ装置における、負荷路および循環路の中心線を示す、模式図である。 図１９は、従来構造のボールねじ装置における、循環路の中心線の一部を軸方向から見た模式図である。 図２０は、従来構造のボールねじ装置における、循環路の中心線の一部をナットの側方から見た模式図である。 図２１は、従来構造の問題点を説明するために示す、ボールねじ装置の部分断面図である。

本発明の実施の形態の１例について、図１〜図１５を用いて説明する。

〔ボールねじ装置の全体構成〕
本例のボールねじ装置１は、自動車用途に適用可能である。たとえば、ボールねじ装置１は、これに限定されることはないが、電動ブレーキブースター装置に組み込まれ、駆動源である電動モータの回転運動を直線運動に変換し、油圧シリンダのピストンを動作させるために使用される。

本例のボールねじ装置１は、構成部品として、ねじ軸２と、ナット３と、複数のボール４とを備える。さらに、本例のボールねじ装置１は、循環部品５を備える。

ねじ軸２は、ナット３の内側に挿通され、ナット３と同軸上に配置されている。ねじ軸２の外周面とナット３の内周面との間には、本例のボールねじ装置１を構成する螺旋状の負荷路８が備えられている。ナット３の外周面と循環部品５との間には、本例のボールねじ装置１を構成する循環路９が備えられている。循環路９は、負荷路８の始点と終点とにそれぞれ接続される。負荷路８および循環路９には、複数のボール４が転動可能に配置されている。ねじ軸２とナット３とを相対回転させると、負荷路８の終点に達したボール４は、循環路９を通じて、負荷路８の始点へと戻される。ボールねじ装置１は、直線運動を回転運動に、または、回転運動を直線運動に変換することが可能であり、具体的には、たとえば、ナット３をねじ軸２に対して相対回転させることで、ねじ軸２をナット３に対して直線運動させる態様で使用される。以下、ボールねじ装置１の構成部品および構成要素の構造を説明した後、循環路９の経路について詳しく説明する。

〈ねじ軸〉
ねじ軸２は、金属製で、外周面に一定のリードＬを持った螺旋状の軸側ボールねじ溝６を有している。軸側ボールねじ溝６は、ねじ軸２の外周面に、研削加工、切削加工、あるいは転造加工を施すことにより形成される。軸側ボールねじ溝６の条数は、１条である。軸側ボールねじ溝６の断面の溝形状（溝底形状）は、ゴシックアーチ溝またはサーキュラアーク溝である。

〈ナット〉
ナット３は、金属製で、全体が略円筒状に構成されている。ナット３は、内周面に螺旋状のナット側ボールねじ溝７を有している。ナット側ボールねじ溝７は、ナット３の内周面に、研削加工、切削加工、あるいは転造加工を施すことにより、または、転造タップあるいは切削タップを使用した加工を施すことにより形成される。ナット側ボールねじ溝７は、軸側ボールねじ溝６と同じリードＬを有する。ナット側ボールねじ溝７の条数は、軸側ボールねじ溝６と同様に、１条である。ナット側ボールねじ溝７の断面の溝形状も、軸側ボールねじ溝６と同様に、ゴシックアーチ溝またはサーキュラアーク溝である。

ねじ軸２をナット３の内側に挿通配置した状態では、軸側ボールねじ溝６とナット側ボールねじ溝７とは、径方向に対向するように配置され、螺旋状の負荷路８を構成する。

ナット３は、外周面の円周方向一箇所に、平坦面状の座面部１０を有する。座面部１０には、ナット側凹溝１１と、ナット側凹溝１１の軸方向両側にそれぞれ配置された貫通孔１２とが備えられている。座面部１０には、循環部品５が取り付けられる。

ナット側凹溝１１は、軸方向に直線状に延びており、ねじ軸２の中心軸Ｏ_２と平行に配置されている。ナット側凹溝１１の断面の溝形状は、ボール４の直径Ｄの２分の１よりも大きな直径を有する円弧状である。座面部１０からのナット側凹溝１１の深さ寸法は、軸方向中間部においては、軸方向にわたり変化しないが、軸方向両側の端部においては、貫通孔１２に近づくほど曲線的に大きくなる。

それぞれの貫通孔１２は、ナット３を径方向に貫通するように形成されており、座面部１０およびナット３の内周面にそれぞれ開口している。具体的には、貫通孔１２は、ナット３の内周面のうち、ナット側ボールねじ溝７に開口している。また、貫通孔１２は、ナット側ボールねじ溝７に沿って伸長した長孔（矩形孔）である。それぞれの貫通孔１２には、循環部品５の長さ方向両側の端部（後述する脚部１４）が、がたつきなく挿入される。これにより、ナット３に対する循環部品５の位置決めが図られる。

〈ボール〉
ボール４は、所定の直径Ｄを有する鋼球であり、負荷路８および循環路９に転動可能に配置されている。負荷路８に配置されたボール４は、圧縮荷重を受けながら転動するのに対し、循環路９に配置されたボール４は、圧縮荷重を受けることなく、後続のボール４に押されて転動する。本例のボールねじ装置１は、自動車用途に適用されるため、小さな駆動トルクで大きな発生推力を得ることができるように、ボール４の直径Ｄに対する、軸側ボールねじ溝６およびナット側ボールねじ溝７のリードＬの比（Ｄ／Ｌ）を、０．６以上としている（Ｄ／Ｌ≧０．６）。

〈循環部品〉
循環部品５は、合成樹脂または金属粉末の射出成形品からなり、本体部１３と、本体部１３の長さ方向両側の端部にそれぞれ備えられた脚部１４とを備える。循環部品５は、長さ方向の中央部を中心とした、回転対称の形状を有する。循環部品５は、ナット３の座面部１０に対して、抑え部材１５を利用して脱落不能に固定されている。本例のボールねじ装置１は、いわゆるリターンチューブ式（外部循環式）の循環方式を採用している。なお、図示の例では、抑え部材１５として、ピン状の部材が使用されている。ただし、抑え部材１５として、プレート状の部材も使用することもできる。

本体部１３は、長尺な板状（略半筒状）に構成されており、座面部１０に備えられたナット側凹溝１１を径方向外側から覆うように配置される。本体部１３の径方向内側面のうち、ナット側凹溝１１と対向する幅方向中間部には、軸方向に直線状に延びた、本体側凹溝１６が備えられている。本体側凹溝１６の断面の溝形状は、ボール４の直径Ｄの２分の１よりも大きな曲率半径を有する円弧状である。本体部１３の径方向内側面からの本体側凹溝１６の深さ寸法は、軸方向中間部においては、軸方向にわたり変化しないが、軸方向両側の端部においては、軸方向外側に向かうほど曲線的に小さくなる。

本体部１３の径方向内側面のうち、本体側凹溝１６から外れた幅方向両側部は、座面部１０に対して着座する。本体部１３の径方向外側面は、ナット３の外周面から径方向外側に張り出さないように、ナット３の外周面の曲率半径とほぼ同じ曲率半径を有する、部分円筒面状に構成されている。なお、本発明を実施する場合には、図示は省略するが、本体部の径方向外側面を、幅方向中央部に座面部１０と平行な平坦面部を有し、該平坦面部の幅方向両側に、座面部１０に対して傾斜した１対のテーパ面部を備えた構成とすることもできる。

それぞれの脚部１４は、略半筒状に構成されており、本体部１３の長さ方向両側の端部から径方向内側に向けて伸長している。脚部１４は、ナット３に形成された貫通孔１２の内側に、径方向外側からがたつきなく挿入される。脚部１４の先端部（径方向内側の端部）には、負荷路８を転動するボール４を掬い上げ、循環路９へと導くための、舌片状の掬い上げ部１７を有する。掬い上げ部１７は、軸側ボールねじ溝６の内側に配置される。脚部１４には、本体部１３に備えられた本体側凹溝１６の軸方向端部に滑らかにつながった、脚部側凹溝１８が備えられている。脚部側凹溝１８は、貫通孔１２の内周面のうちで、軸方向外側を向いた部分に対して開口している。

本例では、循環部品５をナット３に対して取り付けた状態で、循環部品５とナット３との間部分に、循環路９が形成される。つまり、循環路９を、循環部品５のみで構成するのではなく、循環部品５とナット３とにより構成している。このため、循環路９の内壁面は、循環部品５だけではなく、ナット３にも備えられている。本例では、本体側凹溝１６とナット側凹溝１１との間に形成された断面略円形状の空間、および、脚部側凹溝１８と貫通孔１２の内周面との間に形成された断面略円形状の空間により、循環路９が構成されている。循環路９は、負荷路８の始点と終点とにそれぞれ接続される。負荷路８の始点および終点とは、別な言い方をすれば、負荷路８と循環路９との接続点（境界）であり、掬い上げ部１７による掬い点である。なお、負荷路８の始点と終点とは、ねじ軸２とナット３との軸方向に関する相対変位の方向（相対回転方向）が変わり、ボール４の移動方向が変化することに伴って、入れ替わる。

本例では、循環部品５は、２個のピース部材１９ａ、１９ｂを軸方向に連結することにより構成されている。ピース部材１９ａ、１９ｂのそれぞれは、本体部１３の半部と、１つの脚部１４とを備える。ただし、循環部品として、図１５に示した変形例のように、全体が一体的に構成された部材を使用することも可能である。あるいは、循環部品を、３個以上のピース部材を連結して構成することも可能である。

循環部品５として、たとえば、金属粉末を原料とした射出成形品を用いる場合には、循環部品５を、金属粉末射出成形法（ＭＩＭ）によって製造することができる。この場合には、循環部品５を構成する金属粉末（ＭＩＭ用合金）として、たとえば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ（１〜８％Ｎｉ、〜０．８％Ｃ）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ（０．５〜２％Ｃｒ、０．４〜０．８％Ｃ）、ＳＣＭ４１５、ＳＵＳ６３０などを使用することができる。

〈循環路の経路説明〉
循環路９は、負荷路８との干渉を避けられる経路を有しており、戻し経路２０と、戻し経路２０の長さ方向両側にそれぞれ配置された掬上経路２１と、戻し経路２０の長さ方向両側にそれぞれ配置され、戻し経路２０と掬上経路２１とをつなぐ繋ぎ経路２２とを備える。以下、本例の循環路９の経路について、図９〜図１２を参照して説明する。なお、図９には、軸方向から見た、循環路９の中心線（ボール４の中心軌跡）の一部を示しており、図１０には、ナット３の側方（後述する基準仮想平面αに直交する方向）から見た、循環路９の中心線の一部（半部）を示している。

循環路９において、負荷路８の終点から始点までの間に、掬上経路２１、繋ぎ経路２２、戻し経路２０、繋ぎ経路２２、掬上経路２１の順に配置されている。掬上経路２１の長さ方向両側は、負荷路８および繋ぎ経路２２に接続されている。繋ぎ経路２２の長さ方向両側は、掬上経路２１および戻し経路２０に接続されている。戻し経路２０の長さ方向両側は、それぞれ繋ぎ経路２２に接続されている。

《戻し経路》
戻し経路２０は、軸方向に関して、負荷路８の終点側から始点側へとボール４を戻す役割を有する。戻し経路２０は、本体側凹溝１６の軸方向中間部とナット側凹溝１１の軸方向中間部とにより構成されており、負荷路８の径方向外側に配置されている。戻し経路２０は、軸方向に直線状に延びる、ねじ軸２の中心軸Ｏ_２と平行な中心線を有している。このため、本例では、負荷路８の始点と終点との位相を近づけ、負荷路８の巻き数を整数に近づけることが可能となっている。

以下の説明において、ねじ軸２の中心軸Ｏ_２と戻し経路２０の中心線とを含む仮想平面のことを、基準仮想平面αと呼ぶ。ねじ軸２の中心軸Ｏ_２に直交する仮想平面のことを、直交仮想平面βと呼ぶ。また、ねじ軸２の中心軸Ｏ_２および戻し経路２０の中心線にそれぞれ直交する方向のことを、Ｘ方向と呼ぶ。また、掬上経路２１および繋ぎ経路２２は、戻し経路の長さ方向両側にそれぞれ配置されるが、長さ方向の中央部を中心とした回転対称に配置されることを除き、それぞれの形状は両側で互いに同じである。

《掬上経路》
掬上経路２１は、負荷路８の終点においてボール４を掬い上げるとともに、負荷路８の始点にボール４を供給する役割を有する。掬上経路２１は、脚部側凹溝１８と貫通孔１２の内周面とにより構成されている。図９に示すように、掬上経路２１の中心線は、軸方向から見て、円弧状に湾曲しており、負荷路８の中心線から基準仮想平面αまで延びている。具体的には、掬上経路２１の中心線は、曲率半径Ｒ１の円弧からなり、円周方向に関して基準仮想平面αに近づくほど、径方向外側に向かう方向に湾曲している。

特に本例では、負荷路８から掬上経路２１へとボール４が円滑に移動できるように、負荷路８の中心線と掬上経路２１の中心線との接続点Ｃ１において、負荷路８の中心線に対する接線Ｔ１と、掬上経路２１の中心線に対する接線Ｔ２とを、軸方向から見て互いに一致させている。また、負荷路８から掬上経路２１への、より円滑なボール４の移動を可能にするために、図１０に示すように、掬上経路２１の中心線を、基準仮想平面αに直交する方向（ナット３の側方）から見て、直交仮想平面βに対し、軸側ボールねじ溝６のリード角に相当する角度だけ傾斜させている。ただし、本発明を実施する場合に、掬上経路の中心線を、直交仮想平面βと平行に配置することも可能である。

さらに、掬上経路２１と繋ぎ経路２２との間でボール４が円滑に移動できるように、掬上経路２１の中心線と繋ぎ経路２２（後述する直線経路２２ａ）の中心線との接続点Ｃ２における、掬上経路２１の中心線に対する接線を、基準仮想平面α上に配置している。

また、掬上経路２１の内側をボール４が円滑に移動できるように、図１１に示すように、掬上経路２１の内壁面のうち、掬上経路２１の曲率中心Ａ_１から遠い側に位置する外周側部分を構成する、脚部側凹溝１８の断面形状の曲率半径Ｒ_１８を、ボール４の直径Ｄの２分の１よりも大きくしている（Ｒ_１８＞Ｄ／２）。これにより、掬上経路２１の内壁面のうちで、遠心力によりボール４が強く押し付けられる部分に対して、ボール４を１点のみで接触させるようにしている。

また、負荷路８に収容可能なボール４の数を増やし、ボールねじ装置１の負荷容量を増大させるために、掬い上げ部１７（掬上経路２１）によるボール４の掬い上げ角度θを、大きく設定している。具体的には、掬い上げ角度θは、ボール４の直径が２．３８１ｍｍの場合には、４５°〜７９°の範囲に設定することができ、ボール４の直径が２ｍｍの場合には、４５°〜８０°の範囲に設定することができる。なお、掬い上げ角度θとは、基準仮想平面αおよびねじ軸２の中心軸Ｏ_２に対し直交する基準線Ｚから接続点Ｃ１までの角度である。

ボール４は、掬上経路２１の内側を、円周方向に関して基準仮想平面αに近づきながら径方向外側へと円弧状にカーブして移動する。ボール４は、掬上経路２１を移動する間に、Ｒ１ｃоｓ（９０°−θ）（＝Ｒ１ｓｉｎθ）分だけＸ方向（放射方向）に移動することになる。本例のボールねじ装置１では、国際公開第２０１０／０１３７０６号に記載された従来構造（図１９および図２０の符号１１０ｂを参照）とは異なり、ボール４は、掬上経路２１を移動する間に、軸方向内側に向けて移動しない。

《繋ぎ経路》
繋ぎ経路２２は、掬上経路２１と戻し経路２０とをつなぐ役割を有する。繋ぎ経路２２は、脚部側凹溝１８と貫通孔１２の内周面、および、本体側凹溝１６の軸方向端部とナット側凹溝１１の軸方向端部とにより構成されている。繋ぎ経路２２は、径方向内側部に配置された直線経路２２ａと、径方向外側部に配置された円弧経路２２ｂとからなる。

≪直線経路≫
直線経路２２ａは、脚部側凹溝１８と貫通孔１２の内周面とにより構成されている。直線経路２２ａは、基準仮想平面α上に配置され、かつ、ねじ軸２の中心軸Ｏ_２に直交する方向（Ｘ方向）に延びた、直線状の中心線を有している。このため、直線経路２２ａを移動するボール４は、軸方向に移動することなく、Ｘ方向にのみ移動する。本例では、直線経路２２ａの全長（径方向寸法）をＳとしているため、ボール４は、直線経路２３を移動する間に、Ｓ分だけＸ方向に移動することになる。

≪円弧経路≫
円弧経路２２ｂは、本体側凹溝１６の軸方向端部とナット側凹溝１１の軸方向端部とにより構成されている。円弧経路２２ｂの中心線は、基準仮想平面αに直交する方向（ナット３の側方）から見て、円弧状に湾曲している。具体的には、円弧経路２２ｂの中心線は、曲率半径Ｒ２の円弧からなり、基準仮想平面α上に配置され、径方向外側に向かうほど軸方向内側に向かう（戻し経路２０に近づく）方向に湾曲している。

本例では、直線経路２２ａと円弧経路２２ｂとの間でボール４が円滑に移動できるように、直線経路２２ａの中心線と円弧経路２２ｂの中心線との接続点Ｃ３における、円弧経路２２ｂの中心線に対する接線を、直線経路２２ａの中心線と一致させている。

また、円弧経路２２ｂと戻し経路２０との間でボール４が円滑に移動できるように、円弧経路２２ｂの中心線と戻し経路２０の中心線との接続点Ｃ４における、円弧経路２２ｂの中心線に対する接線を、戻し経路２０の中心線と一致させている。

また、円弧経路２２ｂの内側をボール４が円滑に移動できるように、図１２に示すように、円弧経路２２ｂの内壁面のうち、円弧経路２２ｂの曲率中心Ａ_２から遠い側に位置する外周側部分を構成する、本体側凹溝１６の軸方向端部の断面形状の曲率半径Ｒ_１６を、ボール４の直径Ｄの２分の１よりも大きくしている（Ｒ_１６＞Ｄ／２）。これにより、円弧経路２２ｂの内壁面のうちで、遠心力によりボール４が強く押し付けられる部分に対して、ボール４を１点のみで接触させるようにしている。

負荷路８から掬い上げられたボール４は、循環路９の内側を、掬上経路２１、繋ぎ経路２２の直線経路２２ａおよび円弧経路２２ｂ、戻し経路２０、繋ぎ経路２２の円弧経路２２ｂおよび直線経路２２ａ、掬上経路２１の順に移動し、再び負荷路８へと戻る。このような本例の循環路９においては、基準仮想平面αに直交する方向から見て、円弧経路２２ｂのみが、負荷路８に近づくように軸方向内側へと湾曲している。このため、円弧経路２２ｂのみが、負荷路８と干渉する可能性がある。

本例では、円弧経路２２ｂが負荷路８に干渉することを防止するために、円弧経路２２ｂの設置高さ（接続点Ｃ１からの高さ、径方向位置）を規制している。具体的には、円弧経路２２ｂの設置高さに相当する、掬上経路２１のＸ方向寸法と直線経路２２ａのＸ方向寸法との和である、Ｒ１ｃоｓ（９０°−θ）＋Ｓの値を、ボール４の直径Ｄよりも大きく設定している（Ｒ１ｃоｓ（９０°−θ）＋Ｓ＞Ｄ）。また、掬上経路２１のＸ方向寸法は、曲率半径Ｒ１に近似できるため、掬上経路２１の曲率半径Ｒ１と直線経路２２ａのＸ方向寸法との和である、Ｒ１＋Ｓの値を、ボール４の直径Ｄよりも大きく設定することもできる（Ｒ１＋Ｓ＞Ｄ）。

以上のような本例のボールねじ装置１では、自動車用途に好適な循環路９の経路を有することができる。

本例では、ボールねじ装置１を自動車用途に適用するため、軸側ボールねじ溝６およびナット側ボールねじ溝７の条数を１条とし、かつ、ボール４の直径Ｄに対する軸側ボールねじ溝６およびナット側ボールねじ溝７のリードＬの比（Ｄ／Ｌ）を、０．６以上としているため、ナット側ボールねじ溝７のピッチ（溝間隔）が小さくなる。このため、円弧経路２２ｂを、掬い点からの高さ（Ｃ１からのＸ方向高さ）が十分でない位置に配置してしまうと、前述した従来構造の場合と同様に、円弧経路２２ｂが負荷路８と干渉しやすくなる。

そこで、本例では、円弧経路２２ｂの径方向内側に、ボール４を軸方向内側に移動させることなく、Ｘ方向（径方向、放射方向）にのみ移動させる、直線経路２２ａを設けるとともに、掬上経路２１のＸ方向寸法と直線経路２２ａのＸ方向寸法との和である、Ｒ１ｃоｓ（９０°−θ）＋Ｓの値を、ボール４の直径Ｄよりも大きく設定している。このため、円弧経路２２ｂの設置高さを十分に確保することができ、円弧経路２２ｂが負荷路８に干渉することを有効に防止できる。具体的には、円弧経路２２ｂを構成するナット側凹溝１１の軸方向端部が、ナット側ボールねじ溝７のうちで、軸方向外側から２列目の溝部（図４中の符号Ｇ１部）を横切ることを防止できる。また、ナット側凹溝１１の軸方向端部と、ナット側ボールねじ溝７の該溝部との間部分の肉厚を十分に確保することができる。このため、ナット３の剛性が低下することで、負荷容量が低下することを防止できる。

負荷路８の中心線と掬上経路２１の中心線との接続点Ｃ１において、負荷路８の中心線に対する接線Ｔ１と、掬上経路２１の中心線に対する接線Ｔ２とを、軸方向から見て互いに一致させている。このため、負荷路８から掬上経路２１へとボール４を円滑に移動させることができる。さらに、掬上経路２１の中心線を、基準仮想平面αに直交する方向から見て、直交仮想平面βに対し、軸側ボールねじ溝６のリード角に相当する角度だけ傾斜させているため、この面からも、ボール４を負荷路８から掬上経路２１へと円滑に移動させることができる。

掬上経路２１の中心線と直線経路２２ａの中心線との接続点Ｃ２における、掬上経路２１の中心線に対する接線を、基準仮想平面α上に配置しているため、掬上経路２１から直線経路２２ａへとボール４を円滑に移動させることができる。

直線経路２２ａの中心線と円弧経路２２ｂの中心線との接続点Ｃ３における、円弧経路２２ｂの中心線に対する接線を、直線経路２２ａの中心線と一致させているため、直線経路２２ａと円弧経路２２ｂとの間でボール４を円滑に移動させることができる。

円弧経路２２ｂの中心線と戻し経路２０の中心線との接続点Ｃ４における、円弧経路２２ｂの中心線に対する接線を、戻し経路２０の中心線と一致させているため、円弧経路２２ｂと戻し経路２０との間でボール４を円滑に移動させることができる。

さらに、掬上経路２１の内壁面のうち、掬上経路２１の曲率中心Ａ_１から遠い側に位置する外周側部分を構成する、脚部側凹溝１８の断面形状の曲率半径Ｒ_１８を、ボール４の直径Ｄの２分の１よりも大きくしている（Ｒ_１８＞Ｄ／２）。また、円弧経路２２ｂの内壁面のうち、円弧経路２２ｂの曲率中心Ａ_２から遠い側に位置する外周側部分を構成する、本体側凹溝１６の軸方向端部の断面形状の曲率半径Ｒ_１６を、ボール４の直径Ｄの２分の１よりも大きくしている（Ｒ_１６＞Ｄ／２）。このため、ボール４と掬上経路２１および円弧経路２２ｂの内壁面とを接線当たりさせることができるため、ボール４を円滑に移動させることができる。

本発明を実施する場合に、ボールねじ装置を構成する循環路は、代替的に、循環部品のみで構成することもできる。また、循環部品を省略し、あるいは、循環部品とナットを一体に形成して、循環路を該ナットの内部に形成することも想定される。循環路を、循環部品とナットとにより構成する場合であっても、循環路を構成するそれぞれの凹溝（内壁面）の形状は、上述した形状に限定されることはない。また、循環部品の各部の形状および固定方法についても、従来から知られた各種の形状および方法を採用することが可能である。

１ ボールねじ装置
２ ねじ軸
３ ナット
４ ボール
５ 循環部品
６ 軸側ボールねじ溝
７ ナット側ボールねじ溝
８ 負荷路
９ 循環路
１０ 座面部
１１ ナット側凹溝
１２ 貫通孔
１３ 本体部
１４ 脚部
１５ 抑え部材
１６ 本体側凹溝
１７ 掬い上げ部
１８ 脚部側凹溝
１９ａ、１９ｂ ピース部材
２０ 戻し経路
２１ 掬上経路
２２ 繋ぎ経路
２２ａ 直線経路
２２ｂ 円弧経路
１００ ボールねじ装置
１０１ ねじ軸
１０２ ナット
１０３ ボール
１０４ 循環部品
１０５ 軸側ボールねじ溝
１０６ ナット側ボールねじ溝
１０７ 負荷路
１０８ 循環路
１０９ 戻し経路
１１０ 掬上経路
１１０ａ 内径側掬上経路
１１０ｂ 外径側掬上経路
１１１ 繋ぎ経路

Claims (7)

1. 外周面に条数が１条の螺旋状の軸側ボールねじ溝を有する、ねじ軸と、
   内周面に条数が１条の螺旋状のナット側ボールねじ溝を有する、ナットと、
   前記軸側ボールねじ溝と前記ナット側ボールねじ溝とにより構成される、螺旋状の負荷路と、
   前記負荷路の始点と終点とをつなぐ、循環路と、および、
   前記負荷路および前記循環路を転動する、複数のボールと、
   を備え、
   前記循環路は、
   前記負荷路の径方向外側に配置され、前記ねじ軸の中心軸と平行な中心線を有する戻し経路と、
   前記戻し経路の長さ方向両側にそれぞれ配置され、前記負荷路から前記ボールを掬い上げる掬上経路と、および、
   前記戻し経路の長さ方向両側にそれぞれ配置され、前記戻し経路と前記掬上経路とをつなぐ繋ぎ経路と、
   とを有し、
   前記掬上経路は、円周方向に関して、前記ねじ軸の中心軸と前記戻し経路の中心線とを含む基準仮想平面に近づくほど、径方向外側に向かう方向に湾曲し、前記負荷路の中心線から前記基準仮想平面まで延びた、円弧状の中心線を有しており、
   前記繋ぎ経路は、前記基準仮想平面上に配置され、かつ、前記ねじ軸の中心軸に直交する方向に延びた、直線状の中心線を有する直線経路と、前記基準仮想平面上に配置され、径方向外側に向かうほど軸方向内側に向かう方向に湾曲した、円弧状の中心線を有する円弧経路とを有しており、および、
   前記軸側ボールねじ溝および前記ナット側ボールねじ溝のリードをＬとし、前記ボールの直径をＤとし、前記掬上経路の中心線の曲率半径をＲ１とし、前記掬上経路による掬い上げ角度をθとし、前記直線経路の全長をＳとした場合に、Ｄ／Ｌ≧０．６を満たし、かつ、Ｒ１ｃоｓ（９０°−θ）＋Ｓ＞Ｄを満たす、
   ボールねじ装置。
2. 前記掬上経路の内壁面のうちの該掬上経路の曲率中心から遠い側に位置する外周側部分の断面形状の曲率半径、および、前記円弧経路の内壁面のうちの該円弧経路の曲率中心から遠い側に位置する外周側部分の断面形状の曲率半径は、いずれも前記ボールの直径の２分の１よりも大きい、請求項１に記載のボールねじ装置。
3. 前記負荷路の中心線と前記掬上経路の中心線との接続点において、前記負荷路の中心線に対する接線と、前記掬上経路の中心線に対する接線とが、軸方向から見て互いに一致している、請求項１または２に記載のボールねじ装置。
4. 前記掬上経路の中心線と前記直線経路の中心線との接続点における、前記掬上経路の中心線に対する接線は、前記基準仮想平面上に配置されている、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載のボールねじ装置。
5. 前記掬上経路の中心線は、前記基準仮想平面に直交する方向から見て、前記軸側ボールねじ溝のリード角に相当する角度だけ傾斜している、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のボールねじ装置。
6. 前記循環路の一部または全部を内部に有する循環部品を備える、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載のボールねじ装置。
7. 前記循環路は、前記循環部品と前記ナットとにより構成されている、請求項６に記載のボールねじ装置。

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