JP7087689B2

JP7087689B2 - ボールねじ

Info

Publication number: JP7087689B2
Application number: JP2018106921A
Authority: JP
Inventors: 一樹西田; 泰明阿部; 修二金澤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2018-06-04
Filing date: 2018-06-04
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2038-06-04
Also published as: JP2019210995A

Description

本発明は、コマ及びボールねじに関し、より詳細には、電動ブレーキに使用可能なコマ及びボールねじに関する。

ボールねじは、ねじ軸と、ねじ軸に外嵌するナットと、ねじ軸とナットによって形成される転走路内を転動する複数のボールと、転走路の一端から他端へとボールを循環させるボール戻し通路を有するコマと、を備えるものが知られている。コマは、ナットのコマ孔内に埋め込まれて使用されるため、コマ式のボールねじは、コンパクトに構成できるという長所を有する。このことから、コマ式のボールねじは、車両搭載性の観点から自動車や二輪車のアクチュエータとしても適用されている。

循環部品であるコマには、様々の形状のものが提案されており、強度の確保および寸法安定性を目的としたものや、作動時の異音や振動の抑制を目的としたものがある。特許文献１に記載のボールねじ機構では、コマの循環溝の両端部に、ねじ溝の中心軸線と一致する中心軸線を有する導入部が形成されており、異音や振動を抑制し、円滑な動作を確保することが記載されている。

また、特許文献２では、コマに相当するリターンピースの鍛造成形において、パンチ形状を工夫することで、成形精度の良好な曲線状のリターン溝を形成することが記載されている。

特開２００６－２９２０８５号公報特開平０８－２５７６６９号公報

ところで、特許文献１に記載のようなボールねじでは、図１１に示すように、コマ１００のボール戻し通路１０１が形成されるねじ軸側の外周縁１０２は、ナット１１０のコマ孔１１１の内周面と嵌合する嵌合面１０３に連続している。このため、コマ挿入時にコマ１００の中心Ｏ_１とナット１１０のコマ孔１１１の中心Ｏ_２がずれていると、コマ１００の外周縁１０２と、コマ孔１１１の内周面とが干渉し、スムーズなコマ１００の挿入が妨げられる懸念がある。特に、特許文献２に記載のように、金型で成形されたコマ１００には、金型の合わせ面（コマ１００の外周縁１０２）にバリが発生する。そして、そのバリが干渉時に取れて、ナット内部にコンタミとして落ちてしまい、ボールのスムーズな転動を阻害する可能性がある。

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、コマの挿入性を向上すると共に、コマをナットに装着する際に、バリがナット内部にコンタミとして落ちるのを防止できる、コマ及びボールねじを提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
（１）外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する前記両ねじ溝により形成される転走路内に収容される複数のボールと、を有するボールねじに用いられ、前記ナットのコマ孔内に取り付けられて、該複数のボールを前記転走路の一端から他端へと循環させるためのボール戻し通路を有するコマであって、
前記ボール戻し通路が形成されるねじ軸側の外周縁は、全周に亘って、前記コマ孔の内周面と嵌合する嵌合面よりも内側にオフセットして形成されている、コマ。
（２）外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
前記ねじ軸の周囲に配置され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
対向する前記両ねじ溝により形成される転走路内に収容される複数のボールと、
（１）に記載のコマと、を有するボールねじ。

本発明のコマ及びボールねじによれば、前記ボール戻し通路が形成されるねじ軸側の外周縁は、全周に亘って、前記コマ孔の内周面と嵌合する嵌合面よりも内側にオフセットして形成されているので、コマの挿入性を向上すると共に、コマをナットに装着する際に、バリがナット内部にコンタミとして落ちるのを防止できる。

本発明の一実施形態に係る、スリーブが装着される前のボールねじの斜視図である。図１のボールねじの主要部の断面図である。図２のＩＩＩ部拡大図である。コマの斜視図である。（ａ）は、図４のＶ部拡大図であり、（ｂ）は、図４のＶ´－Ｖ´線に沿った拡大断面図である。（ａ）は、ナットのねじ溝とコマのボール戻し通路との各中心軸線を通る断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＶＩ部拡大図である。本発明の第１変形例に係る図３に相当する断面図である。本発明の第２変形例に係る図３に相当する断面図である。本発明の第３変形例に係る図３に相当する断面図である。（ａ）は、本発明の第４変形例に係る図２に相当する断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ部拡大図である。従来のコマをナットのコマ孔に挿入する状態を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るボールねじを図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、ボールねじ１は、内部循環方式であり、ねじ軸１０と、ナット２０と、複数のボール３０と、複数のコマ４０と、スリーブ５０と、を主に備えて構成されている。ねじ軸１０は、中心軸ＣＬを中心とした円柱形状に形成され、その外周面に所定のリードを有する螺旋状の第１ねじ溝１１が形成されている。なお、図２に示すボール３０は、その一部を仮想線で示している。

ナット２０は、略円筒状をなし、その内径はねじ軸１０の外径よりも大きく形成されており、ねじ軸１０に所定の隙間をもって外嵌している。ナット２０の内周面には、ねじ軸１０の第１ねじ溝１１と等しいリードを有し、第１ねじ溝１１と対向する螺旋状の第２ねじ溝２１が形成されている。そして、ねじ軸１０の第１ねじ溝１１とナット２０の第２ねじ溝２１とによって断面略円形状の転走路２３が形成されている。この転走路２３内に複数のボール３０が転動可能に充填配置されている。

また、ナット２０に形成された複数のコマ孔２４には、ボール３０を手前の転走路２３に戻すための複数のコマ４０が周方向に異なる位相でそれぞれ装着されている。各コマ４０には、転走路２３の一端と一巻き手前の転走路２３の他端とを連結するボール戻し通路４２が形成されている。このボール戻し通路４２により、各コマ４０に向かって転走路２３を転がってくるボール３０をねじ軸１０の径方向にすくい上げ、さらに、ねじ軸１０のねじ山１２を乗り越えさせ、一巻き手前（一リード手前）の転走路２３に戻すことでボール３０を循環可能にしている。

そして、このボール戻し通路４２及び転走路２３によってねじ軸１０の外側に略円環状の無限循環路が形成される。これにより、ナット２０のねじ軸１０に対する相対的な回転に伴って、複数のボール３０が無限循環路内を無限循環することによって、ナット２０とねじ軸１０が軸方向に相対的に直線運動することが可能となる。

ねじ軸１０の一端側には、中心軸ＣＬに沿って延び、第１ねじ溝１１が形成される部分より小径の軸部１３が形成されている。この軸部１３には、回り止め部材３５がねじ軸１０と一体回転可能に取り付けられている。

回り止め部材３５は、軸部１３に固定される円筒部３６と、円筒部３６の外周面に、互いに１８０°離れ、半径方向に突出する案内突起３７、３８と、を有する。案内突起３７、３８は、図示しないハウジングに形成された、中心軸ＣＬに沿って延在する一対の凹形状の溝に入り込んでおり、ねじ軸１０がナット２０に対して直線運動する際に、この溝内を摺動する。
また、案内突起３７は、案内突起３８に比べて軸方向に長く形成されており、ねじ軸１０のストロークエンドで、ナット２０の軸方向端面に形成されたストッパ部２５と当接する。

ナット２０の外周面には、スリーブ５０が外嵌する部分に隣接して、ボールねじ支持軸受６０の内輪軌道溝２６が一体に形成されており、また、軸方向他端側には、図示しないトルク伝達機構の動力伝達部材（例えば、ベルト部材が架け渡されるプーリ）が係合するキー溝２７が形成されている。
したがって、ナット２０は、ボールねじ支持軸受６０を介して、図示しないハウジングに回転自在に支持されている。

スリーブ５０は、ナット２０の外周面に外嵌され、コマ４０の径方向外方への移動を防止している。また、スリーブ５０は、軸方向一方側の端面における周方向複数箇所を、ナット２０の軸方向端部の外周面に形成された加締め溝２８に向けて加締めることで形成された複数の加締め部５１を有する。これにより、スリーブ５０は、ナット２０に対して軸方向に位置決め固定される。

ここで、コマ４０は、図３～図５に示すように、コマ孔２４の内周面と嵌合する嵌合面４６とボール戻し通路４２が形成されるねじ軸側の外周縁４５との間が段差形状に形成されている。このため、ねじ軸側の外周縁４５は、全周に亘って、コマ孔２４の内周面と嵌合する嵌合面４６よりも内側（ボール戻し通路４２側）にオフセットして形成されている。

これにより、コマ４０の挿入時に、コマ４０の中心とナット２０のコマ孔２４の中心が多少ずれていても、外周縁４５がコマ孔２４の内周面と接触せずにコマ４０を挿入することができる。

特に、コマ４０の成形時には、金型の合わせ面の位置にバリが発生するが、本実施形態のコマ４０では、バリが出現する位置が、ねじ軸側の外周縁４５となる。しかしながら、コマ４０をナット２０に挿入する際、ねじ軸側の外周縁４５はコマ孔２４の内周面と接触しないので、ねじ軸側の外周縁４５に出現するバリとコマ孔２４の内周面との干渉を回避し、バリがコンタミとなることを防止できる。

また、図３に示すように、コマ４０の嵌合面４６と嵌合するコマ孔２４の内周面の入口側開口２９は、テーパ形状に形成されているので、コマ４０を案内しながら、コマ孔２４内に容易に挿入することができる。

図６は、ナット２０のねじ溝２１とコマ４０のボール戻し通路４２との各中心軸線を通る断面における、ねじ溝２１とボール戻し通路４２の位置関係を示している。コマ４０のボール戻し通路４２は、非負荷圏となっており、ボール３０は転がらない。そのため、コマ４０のボール戻し通路４２の区間は、負荷圏であるねじ軸１０とナット２０からなる転走路２３より空間が大きくなっており、ナット２０のねじ溝２１とコマ４０のボール戻し通路４２との間には、ボール戻し通路４２の表面がねじ溝２１の表面よりも深くなるように段差４７が形成される。

また、ねじ軸側の外周縁４５と嵌合面４６との間の距離βは、段差４７におけるボール戻し通路４２とねじ溝２１との表面間の高さαより大きくすると、ボール３０とねじ軸側の外周縁４５とが接触してしまい、作動トルクが増大し、また、バリが取れる可能性がある。このため、本実施形態では、ねじ軸側の外周縁４５と嵌合面４６との間の距離βは、段差４７の高さαよりも小さく設定されている。

段差４７の高さαの大きさは作動トルクを大きくしないためにも、ボール径の２５％以下とすることが好ましく、１３％以下とすることがより好ましい。よって、βは、「β＜α≦ボール径の２５％」とすることが好ましく、「β＜α≦ボール径の１３％」とすることがより好ましい。

以上説明したように、本実施形態のコマ４０によれば、外周面に螺旋状の第１ねじ溝１１が形成されたねじ軸１０と、ねじ軸１０の周囲に配置され、内周面に螺旋状の第２ねじ溝２１が形成されたナット２０と、対向する両ねじ溝１１，２１により形成される転走路２３内に収容される複数のボール３０と、を有するボールねじに用いられ、ナット２０のコマ孔２４内に取り付けられて、複数のボール３０を転送路２３の一端から他端へと循環させるためのボール戻し通路４２を有する。そして、ボール戻し通路４２が形成されるねじ軸側の外周縁４５は、全周に亘って、コマ孔２４の内周面と嵌合する嵌合面４６よりも内側にオフセットして形成されている。これにより、コマ４０の挿入時に、コマ４０の中心とナット２０のコマ孔２４の中心が多少ずれていても、外周縁４５がコマ孔２４と接触せずにコマ４０を挿入することができる。

また、コマ４０の成形時には、金型の合わせ面の位置にバリが発生するが、本実施形態のコマ４０では、バリが出現する位置が、ねじ軸側の外周縁４５となるので、バリがナット２０のコマ孔２４と接触せず、ナット内部にコンタミとして落ちるのを防止できる。

また、ナット２０のねじ溝２１とコマ４０のボール戻し通路４２との各中心軸線を通る断面において、ナット２０のねじ溝２１とコマ４０のボール戻し通路４２との間には、ボール戻し通路４２の表面がねじ溝２１の表面よりも深くなるように段差４７が形成され、ねじ軸側の外周縁４５と嵌合面４６との間の距離βは、段差４７におけるボール戻し通路４２とねじ溝２１との表面間の高さαより小さいので、ボール３０とねじ軸側の外周縁４５とが接触するのを防止して、また、バリが取れる可能性を抑えることができる。

さらに、コマ４０の嵌合面４６と嵌合するコマ孔２４の内周面の入口側開口２９は、テーパ形状に形成されるので、コマ４０をコマ孔２４内に容易に挿入することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

例えば、嵌合面４６とねじ軸側の外周縁４５との間は、上述した段差形状に限定されず、図７に示すテーパ形状や、図８に示すテーパ形状と段差形状の組合せ、図９に示す断面曲面形状のいずれの形状に形成されてもよい。

また、コマ４０の嵌合面４６と嵌合するコマ孔２４の内周面の入口側開口２９は、上述したテーパ形状に限定されず、図９に示すように断面曲面状の面取り形状に形成されてもよい。なお、嵌合面４６とねじ軸側の外周縁４５との間が、図７に示すテーパ形状や、図９に示す断面曲面形状を有するような場合には、コマ孔２４の入口側開口２９にテーパ形状や断面曲面形状の面取り加工を形成しなくても、嵌合面４６とねじ軸側の外周縁４５との間のテーパ形状や断面曲面形状によって、コマ４０をコマ孔２４内に容易に挿入することができる。

また、スリーブ５０の形状は、上記実施形態の円筒形状に限定されず、ナット２０の形状に合わせて、角型形状であってもよい。即ち、スリーブ５０は、ナット２０の形状に合わせて、ナット２０に外嵌できるように成形されればよい。

さらに、図１０に示すように、コマ４０の嵌合面４６には微小突起４８が設けられてもよく、この微小突起４８がコマ孔２４の内面に軽圧入されることで、組立時の脱落防止を可能にできる。なお、この場合、コマ孔２４の内面には凹部は予め形成されていない。
また、コマ４０には、座面４４が設けられ、この座面４４により、コマ４０がナット２０の内側へ侵入することが防止してもよい。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する前記両ねじ溝により形成される転走路内に収容される複数のボールと、を有するボールねじに用いられ、前記ナットのコマ孔内に取り付けられて、該複数のボールを前記転走路の一端から他端へと循環させるためのボール戻し通路を有するコマであって、
前記ボール戻し通路が形成されるねじ軸側の外周縁は、全周に亘って、前記コマ孔の内周面と嵌合する嵌合面よりも内側にオフセットして形成されている、コマ。
（２）前記嵌合面と前記ねじ軸側の外周縁との間は、テーパ形状、断面曲面形状、段差形状のいずれかに形成される、（１）に記載のコマ。
（３）前記コマの成形時に出現するバリは、前記ねじ軸側の外周縁に位置する、（１）又は（２）に記載のコマ。
（４）前記ナットのねじ溝と前記コマのボール戻し通路との各中心軸線を通る断面において、前記ナットのねじ溝と前記コマのボール戻し通路との間には、前記ボール戻し通路の表面が前記ねじ溝の表面よりも深くなるように段差が形成され、
前記ねじ軸側の外周縁と前記嵌合面との間の距離βは、前記段差における前記ボール戻し通路と前記ねじ溝との表面間の高さαより小さい、（１）～（３）のいずれかに記載のコマ。
（５）外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
前記ねじ軸の周囲に配置され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
対向する前記両ねじ溝により形成される転走路内に収容される複数のボールと、
（１）～（４）のいずれかに記載のコマと、を有するボールねじ。
（６）前記コマの嵌合面と嵌合する前記コマ孔の内周面の入口側開口は、テーパ形状、断面曲面形状のいずれかに形成される、（５）に記載のボールねじ。

１ボールねじ
１０ねじ軸
１１第１ねじ溝（ねじ溝）
２０ナット
２１第２ねじ溝（ねじ溝）
２３転走路
２４コマ孔
３０ボール
４０コマ
４２ボール戻し通路
４５ねじ軸側の外周縁
４６嵌合面
４７段差
５０スリーブ

Claims

外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
前記ねじ軸の周囲に配置され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
対向する前記両ねじ溝により形成される転走路内に収容される複数のボールと、
コマと、
を備え、
前記コマは、前記ナットのコマ孔内に取り付けられて、該複数のボールを前記転走路の一端から他端へと循環させるためのボール戻し通路を有し、
前記ボール戻し通路が形成されるねじ軸側の外周縁は、全周に亘って、前記コマ孔の内周面と嵌合する嵌合面よりも内側にオフセットして形成されており、
前記ナットのねじ溝と前記コマのボール戻し通路との各中心軸線を通る断面において、前記ナットのねじ溝と前記コマのボール戻し通路との間には、前記ボール戻し通路の表面が前記ねじ溝の表面よりも深くなるように段差が形成され、
前記ねじ軸側の外周縁と前記嵌合面との間の距離βは、前記段差における前記ボール戻し通路と前記ねじ溝との表面間の高さαより小さい、
ボールねじ。
前記嵌合面と前記ねじ軸側の外周縁との間は、テーパ形状、断面曲面形状、段差形状のいずれかに形成される、請求項１に記載のボールねじ。
前記コマの成形時に出現するバリは、前記ねじ軸側の外周縁に位置する、請求項１又は２に記載のボールねじ。
前記コマの嵌合面と嵌合する前記コマ孔の内周面の入口側開口は、テーパ形状、断面曲面形状のいずれかに形成される、請求項１～３のいずれか１項に記載のボールねじ。