WO2006033397A1 - ボールねじ機構 - Google Patents

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screw
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Tomofumi Yamashita
Yoshinori Jinguu
Shingo Saitoh
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Nsk Ltd.
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    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2204—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls
    • F16H25/2214—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls with elements for guiding the circulating balls
    • F16H25/2228—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls with elements for guiding the circulating balls the device for circulation forming a part of the screw member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/24—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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    • Y10T74/19698—Spiral
    • Y10T74/19702—Screw and nut
    • Y10T74/19744—Rolling element engaging thread
    • Y10T74/19749—Recirculating rolling elements
    • Y10T74/19767—Return path geometry

Definitions

  • the present invention relates to a ball screw mechanism that is assembled to a general industrial machine or used in an automobile.
  • a ball screw mechanism has a screw shaft, a nut, and a ball that rolls in a rolling path formed between them and a force that also has a force.
  • One piece of force A piece or tube is attached to the nut to return the ball to the other end.
  • a top or tube is provided on the nut, the thickness of the nut increases, and interference with surrounding parts may become a problem.
  • Patent Document 1 discloses a ball screw structure in which a circulation path is formed on a screw shaft. According to the powerful ball screw structure, the thickness of the nut can be reduced. Patent Document 1: JP 2003-97663 A
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and is compact.
  • An object of the present invention is to provide a ball screw mechanism that can ensure a smooth operation.
  • a nut arranged so as to surround the screw shaft and having an internal thread groove formed on an inner peripheral surface thereof, and a plurality of Bonores arranged so as to be able to roll along a rolling path formed between the opposing screw grooves,
  • the screw shaft forms a circulation path that connects one end and the other end of the male screw groove, and when the ball is directed toward one end force of the male screw groove, the axis of the screw shaft And when moving from the circulation path to the other end of the male screw groove, the axial force of the screw shaft is reduced.
  • the distance from the axis of the screw shaft to the edge of the side wall at the end of the circulation path is larger than 1Z2 of the ball center distance (hereinafter referred to as BCD).
  • the width of the circulation path is preferably larger than the groove width of the male screw groove.
  • the land portion of the screw shaft cannot guide the ball and is likely to be locked.
  • the ball since the distance from the axis of the screw shaft to the edge of the side wall at the end of the circulation path is increased from 1Z2 of the BCD, the ball has a depth of the circulation path.
  • the land portion of the screw shaft serves as a guide for the ball, so that the ball can be circulated smoothly.
  • the range in which the land portion of the screw shaft is larger than the BCD is sufficient to guide the ball at least as long as the ball starts to circulate (for example, in the vicinity of the one end and the other end). Even if it is provided over the entire circumference, it does not affect the operation of the ball screw. Further, in order to exert the effects of the present invention, not only when the land portion of the screw shaft is larger than the BCD, but at least the axial force of the screw shaft and the distance force to the edge of the side wall at the end of the circulation path 1Z2 of the BCD Larger is enough. [0010]
  • the circulation path is formed directly on the outer peripheral surface of the screw shaft.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a ball screw mechanism according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing a part indicated by an arrow II in the configuration of FIG.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the ball screw mechanism of the present embodiment.
  • FIG. 4 A view of the circulation path lb as seen from the side force of the screw shaft 1.
  • FIG. 5 is a view of the configuration of FIG. 4 taken along the line V-V and viewed in the direction of the arrow.
  • FIG. 6 is a view of the configuration of FIG. 4 taken along the VI-VI line and viewed in the direction of the arrow.
  • a male screw groove la is formed on the outer peripheral surface of the screw shaft 1 connected to the driven member and supported so as not to rotate and to move only in the axial direction.
  • a cylindrical nut 2 supported so as to be rotatable only with respect to a housing (not shown) is arranged so as to surround the screw shaft 1 and has a female screw groove 2a formed on an inner peripheral surface thereof.
  • a plurality of balls 3 are arranged so as to be able to roll freely in a spiral rolling path formed between both opposing screw grooves.
  • the male screw groove la provided with a plurality of (only two shown in the figure) terminates when the circumference of the screw shaft 1 is slightly wound around one round, and one end and the other The circuit lb is connected to the end. A land portion lc is formed between adjacent male screw grooves la.
  • FIG. 4 is a view of the circuit lb as viewed from the side of the screw shaft 1
  • FIG. 5 is a view of the configuration of FIG. 4 cut along the VV line and seen in the direction of the arrow
  • FIG. Fig. 5 is a view of the configuration of Fig. 4 taken along line VI-VI and viewed in the direction of the arrow.
  • the circulation path lb formed directly on the outer peripheral surface of the screw shaft 1 is on the screw shaft 1 side.
  • it has a meandering groove shape to connect one end and the other end of the male thread groove la, and becomes deeper toward the center as shown in FIG. 6 (in the axis O of the screw shaft 1). It has a shape that approaches.
  • the end E1 and the other end E2 of the male thread groove la and the circulation path lb are connected with a smooth curved surface so that the ball 3 can circulate smoothly. .
  • the center-to-center distance BCD of the ball 3 is smaller than the outer diameter ⁇ of the land portion lc of the screw shaft 1. Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the groove width W2 of the circulation path lb is larger than the groove width W1 of the male screw groove la.
  • the ball 3 approaches the axis O of the screw shaft 1 when the force is applied to the circulation path lb from one end E1 of the male screw groove la, and the circulation path lb When rolling from the other end E2 of the male thread groove 1, it rolls so that the axial line O force of the screw shaft 1 moves away.
  • the outer diameter ⁇ of the land portion lc (which forms the side wall of the circulation path lb) is smaller than BCD, the land portion lc of the screw shaft 1 cannot properly guide the ball, and the land portion of the nut 2 Stagnation is likely to occur between the two.
  • the ball 3 since the outer diameter ⁇ of the land portion lc is larger than that of the BCD, the ball 3 is in a deep portion of the circulation path lb (a portion close to the axis O of the screw shaft 1).
  • the land part lc of the screw shaft 1 serves as a guide for the ball 3, whereby the ball 3 can be smoothly circulated.
  • at least the axis line of the screw shaft 1 is not required to be larger than the BCD over the entire circumference, and the distance to the edge of the side wall at the end of the circulation path lb (in FIG. ⁇ / 2) Force BC Larger than 1Z2 is sufficient.
  • the groove width W2 of the circulation path lb is larger than the groove width W1 of the male thread groove la. Therefore, it is easy to secure the track space of the ball 3 in the circulation path lb. In addition, a no-load region can be formed, thereby ensuring a smooth circulation.
  • the present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed or improved.
  • the cross-sectional shape of the circulation path lb shown in FIG. 5 is a single R (however, a straight line outside BCD or a curve larger than a single R) in this embodiment, but it can also be a Gothic arc shape. is there.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the ball screw mechanism according to the present embodiment
  • FIG. 2 is an enlarged view of the portion indicated by arrow II in the configuration of FIG. 1
  • FIG. 3 is the present embodiment. It is a disassembled perspective view of the ball screw mechanism.
  • a ball screw mechanism that can ensure a smooth operation while being compact can be applied to general industrial machines and automobiles.

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Abstract

　ＢＣＤよりランド部１ｃの外径φを大きくしているため、ボール３が循環路１ｂの深い部分（ねじ軸１の軸線Ｏに近い部分）に入ろうとする際、ねじ軸１のランド部１ｃがボール３の案内となり、ボール３の循環をスムーズに行うことができる。

Description

明 細 書
ボールねじ機構
技術分野
[0001] 本発明は、一般産業用機械に組付けられたり、或いは自動車に使用されたりする ボールねじ機構に関するものである。
背景技術
[0002] しかるに、通常、ボールねじ機構は、ねじ軸と、ナットと、両者間に形成された転走 路内を転動するボールと力もなる力 いわゆるコマ式のボールねじ機構においては、 転走路の一端力 他端へとボールを戻すために、コマやチューブをナットに取り付け ている。ところが、コマやチューブをナットに設けると、ナットの肉厚が増大し、周囲部 品との干渉が問題になることがある。
[0003] 近年、車両等の省力化が進み、例えば自動車のトランスミッションやパーキングブレ ーキなどを手動でなぐ電動モータの力により行うシステムが開発されている。そのよ うな用途に用いる電動ァクチユエータには、電動モータ力 伝達される回転運動を高 効率で軸線方向運動に変換するために、ボールねじ機構が用いられる場合がある。
[0004] これに対し、特許文献 1には、ねじ軸に循環路を形成したボールねじ構造が開示さ れている。力かるボールねじ構造によれば、ナットの肉厚を薄くすることができる。 特許文献 1：特開 2003 - 97663号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] ここで、特許文献 1に記載の従来技術においては、ボールがねじ溝から循環路に 移動する際、その循環路に沿ってねじ軸の軸線に近づくように沈みこむ。しかし、特 許文献 1の図 10〜12に示す構造だと、ねじ軸のリード角に沿って転動していたボー ルが偏向する際、ボールが沈み込む為、ねじ軸のランド部がボールを案内できず、 その結果ナットのランド部とねじ軸の循環路の間にボールが挟まることで、ねじ軸とナ ッ卜とがロックする虞がある。
[0006] 本発明は、力かる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、コンパクトであり ながら円滑な動作を確保できるボールねじ機構を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明のボールねじ機構は、
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、 対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数の ボーノレと、を有し、
前記ねじ軸は、前記雄ねじ溝の一端と他端とを連結する循環路を形成しており、前 記ボールが、前記雄ねじ溝の一端力 前記循環路に向力うときは前記ねじ軸の軸線 に近づき、また前記循環路から前記雄ねじ溝の他端へと向かうときは前記ねじ軸の 軸線力 遠ざ力るようになっており、
前記ねじ軸の軸線から前記循環路の端部における側壁の縁までの距離は、前記ボ ール中心間距離 (以下、 BCDという）の 1Z2より大きいことを特徴とする。
発明の効果
[0008] 前記循環路の幅は、前記雄ねじ溝の溝幅より大き!、と好ま 、。
[0009] 従来技術のボールねじ構造の場合、ねじ軸の外径が BCDより小さくなつているの で、ねじ軸のランド部がボールを案内できず、ロックが生じやすい。これに対し、本発 明によれば、 BCDの 1Z2より前記ねじ軸の軸線から前記循環路の端部における側 壁の縁までの距離を大きくして 、るため、ボールが循環路の深 、部分（ねじ軸の軸線 に近い部分）に入ろうとする際、例えばねじ軸のランド部 (雄ねじ溝の間であり循環路 の側壁）がボールの案内となり、ボールの循環をスムーズに行うことができる。ねじ軸 のランド部が BCDより大きくなる範囲は、少なくともボールが循環を開始する部分 (例 えば前記一端及び前記他端の近傍)であれば、ボールを案内するのに十分であるが 、全周にわたって設けられていてもボールねじの作動に影響はなぐ又その方が加 ェしゃすいことから、全周にわたっている方が望ましい。また、本発明の作用効果を 発揮するには、ねじ軸のランド部が BCDより大きくなる場合に限らず、少なくともねじ 軸の軸線力 循環路の端部における側壁の縁までの距離力 BCDの 1Z2より大き ければ足りる。 [0010] 前記循環路は、前記ねじ軸の外周面に直接形成されていると好ましい。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]本実施の形態であるボールねじ機構の断面図である。
[図 2]図 1の構成の矢印 IIで示す部位を拡大して示す図である。
[図 3]本実施の形態のボールねじ機構の分解斜視図である。
[図 4]循環路 lbをねじ軸 1の側面力 見た図である。
[図 5]図 4の構成を V-V線で切断して矢印方向に見た図である。
[図 6]図 4の構成を VI-VI線で切断して矢印方向に見た図である。
符号の説明
[0012] 1 ねじ軸
lb 循環路
2 ナット
3 ボール
発明を実施するための最良の形態
[0013] 図 1、 3において、被駆動部材に連結され、回転不能且つ軸線方向にのみ移動可 能に支持されたねじ軸 1の外周面には、雄ねじ溝 laが形成されている。不図示のハ ウジングに対して回転のみ可能に支持された円筒状のナット 2は、ねじ軸 1を包囲す るように配置され且つ内周面に雌ねじ溝 2aを形成している。複数のボール 3が、対向 する両ねじ溝間に形成された螺旋状の転走路内を転動自在となるように配置されて いる。
[0014] 図 3に示すように、複数本（図では 2本のみ図示)設けられた雄ねじ溝 laは、ねじ軸 1の周囲を 1周弱巻き回したところで終端しており、その一端と他端とを循環路 lbが 連結している。なお、隣接する雄ねじ溝 la間には、ランド部 lcが形成されている。
[0015] 図 4は、循環路 lbをねじ軸 1の側面から見た図であり、図 5は、図 4の構成を V-V線 で切断して矢印方向に見た図であり、図 6は、図 4の構成を VI-VI線で切断して矢印 方向に見た図である。
[0016] 図 4に示すように、ねじ軸 1の外周面に直接形成された循環路 lbは、ねじ軸 1の側 面からみて、雄ねじ溝 laの一端と他端とを連結すべく蛇行溝形状を有しており、且つ 図 6に示すように、中心に向力うにつれて深くなる（ねじ軸 1の軸線 Oに近づく）形状を 有している。なお、図 6では小さすぎて明瞭でないが、雄ねじ溝 laの一端 E1及び他 端 E2と循環路 lbとの間は滑らかな曲面で接続され、ボール 3の循環をスムーズに行 うようにしている。
[0017] 図 6に示すように、ボール 3の中心間距離 BCDは、ねじ軸 1のランド部 lcの外径 φ より小さくなつている。更に、図 4、 5に示すように、循環路 lbの溝幅 W2は、雄ねじ溝 laの溝幅 W1より大きくなつている。
[0018] 本実施の形態のボールねじ機構の動作を説明すると、不図示の電動モータにより ナット 2が回転駆動されると、転走路を転動し且つ循環路 lbを介して転走路の一端 力 他端へと循環するボール 3により、力かる回転運動がねじ軸 1の軸線方向運動に 効率よく変換され、それに連結された不図示の被駆動部材を軸線方向に移動させる ことができる。
[0019] 本実施の形態によれば、ボールねじ機構の動作時に、ボール 3は、雄ねじ溝 laの 一端 E1から循環路 lbに向力 ときはねじ軸 1の軸線 Oに近づき、また循環路 lbから 雄ねじ溝 1の他端 E2へと向力うときはねじ軸 1の軸線 O力 遠ざ力るように転動する。 このとき、ランド部 lc (ここでは循環路 lbの側壁を形成する）の外径 φが BCDより小さ いと、ねじ軸 1のランド部 lcがボールを適切に案内できず、ナット 2のランド部との間 で嚙み込みが生じやすくなる。これに対し、本実施の形態によれば、 BCDよりランド 部 lcの外径 φを大きくしているため、ボール 3が循環路 lbの深い部分（ねじ軸 1の軸 線 Oに近い部分）に入ろうとする際、ねじ軸 1のランド部 lcがボール 3の案内となり、そ れによりボール 3の循環をスムーズに行うことができる。以上より明らかであるが、ねじ 軸 1のランド部 lcが全周にわたって BCDより大きくなる必要はなぐ少なくともねじ軸 1の軸線 O力 循環路 lbの端部における側壁の縁までの距離（図 6で φ /2)力 BC Dの 1Z2より大きければ足りる。
[0020] 又、図 4, 5において、循環路 lbの溝幅 W2は、雄ねじ溝 laの溝幅 W1より大きくな つているので、循環路 lb内でボール 3の軌道空間を確保することで容易に無負荷領 域を形成でき、それによりスムーズな循環を確保できる。 [0021] 以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態 に限定して解釈されるべきではなぐ適宜変更 ·改良が可能であることはもちろんであ る。図 5に示す循環路 lbの断面形状は、本実施の形態では単一 R (ただし BCDより 外方は直線または単一 Rより大きな曲線)であるが、ゴシックアーク形状とすることも可 能である。
[0022] 次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図 1は、本実施の形態で あるボールねじ機構の断面図であり、図 2は、図 1の構成の矢印 IIで示す部位を拡大 して示す図であり、図 3は、本実施の形態のボールねじ機構の分解斜視図である。
[0023] 本出願は、 2004年 9月 24日出願の日本特許出願 (特願 2004— 276387)に基づくも のであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
産業上の利用可能性
[0024] コンパクトでありながら円滑な動作を確保することができるボールねじ機構は、一般 産業用機械や自動車に適用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、 対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数の ボーノレと、を有し、
前記ねじ軸は、前記雄ねじ溝の一端と他端とを連結する循環路を形成しており、前 記ボールが、前記雄ねじ溝の一端力 前記循環路に向力うときは前記ねじ軸の軸線 に近づき、また前記循環路から前記雄ねじ溝の他端へと向かうときは前記ねじ軸の 軸線力 遠ざ力るようになっており、
前記ねじ軸の軸線から前記循環路の端部における側壁の縁までの距離は、前記ボ ール中心間距離の 1/2より大きいことを特徴とするボールねじ機構。
[2] 前記循環路の幅は、前記雄ねじ溝の溝幅より大きいことを特徴とする請求項 1に記 載のボールねじ機構。
[3] 前記循環路は、前記ねじ軸の外周面に直接形成されていることを特徴とする請求 項 1または 2に記載のボールねじ機構。
PCT/JP2005/017495 2004-09-24 2005-09-22 ボールねじ機構 WO2006033397A1 (ja)

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