JP2007232084A - 駒式ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】駒部材におけるアームの剛性を高めると共に、ナットに対する駒部材の位置決め精度と固定力を確保し、低コストで信頼性を向上させた駒式ボールねじを提供する。
【解決手段】ナット３の胴部に穿設された駒窓６に嵌合され、転動路を周回経路とする連結溝５ａが形成された駒部材５を備えた駒式ボールねじにおいて、駒窓６が断面略円形に形成され、これに対応して駒部材５が、ＭＩＭによって断面が略円径に焼結合金で形成されると共に、駒部材５の両側に一対のアーム９が突設され、これらアーム９の直径Ｄがボール４の直径Ｄｗの０．７〜０．９の範囲に設定され、ナット３のねじ溝３ａに係合されて位置決めされている。これにより、スムーズな回転運動を阻害することなく、駒部材５をナット３に安定して位置決め固定することができると共に、駒部材５のナット３からの脱落に対する信頼性を向上させることができる。
【選択図】図４

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５に示す。この駒式ボールねじは、回転ナット５０のナット本体５０ａに小判形状をなす駒部材嵌合用開口５１が内外周面に貫通して設けられ、この駒部材嵌合用開口５１に駒部材５２が内径側から嵌め込まれている。

駒部材５２は、内ねじ溝５３の隣り合う一周部分同士を連結する連結溝５２ａが形成され、回転ナット５０の内ねじ溝５３に係合してこの駒部材５２をナット本体５０ａに対して軸方向に位置決めする一対のアーム５４、５４を一体に有している。これら一対のアーム５４、５４は、駒部材５２の軸方向の両端に互いに円周方向逆向きに突出して設けられ、内ねじ溝５３に嵌合する半円状の断面形状に形成されている。ここで、内ねじ溝５３におけるアーム５４が係合した部分は非ボール循環部となる。

駒部材５２における回転ナット５０の周方向両側縁は、他の部分よりも外径面が凹む凹み部５５とされ、これら凹み部５５から外径側へ立ち上がり、駒部材５２の周方向を向く側面に沿って一対のガイド壁５６が設けられている。ナット本体５０ａの駒部材嵌合用開口５１は、対向する一対の内側面における開口縁に係合段部５７が設けられ、この係合段部５７よりも開口側部分の幅が若干幅広に形成されている。

駒部材５２は、ナット本体５０ａの駒部材嵌合用開口５１に内径側から嵌め込まれ、一対のアーム５４が内ねじ溝５３に係合されると共に、ガイド壁５６を塑性変形させることによりナット本体５０ａに固定される。この塑性変形による固定は、ガイド壁５６を駒部材嵌合用開口５１の対向する一対の内側面に加締固定することにより行われる。具体的には、ガイド壁５６を係合段部５７に加締めて係合させることにより、駒部材５２の固定の確実性を図っている。このようなアーム５４付きの駒部材５２は、アーム５４により駒部材５２の抜け止めと位置決めとがなされ、高精度で高強度の性能が得られると共に、簡単に、かつ確実に駒部材５２の固定ができる。
特開２００１−２８９３０１号公報

このような従来の駒式ボールねじは、駒部材５２のアーム５４により駒部材５２の抜け止めと位置決めとがなされ、高精度で高強度の性能が得られると共に、簡単に、かつ確実に駒部材５２の固定ができる特徴を具備している。然しながら、このアーム５４には、連結溝５２ａに負荷される荷重、すなわち、駒部材５２に対する抜け荷重が全て負荷されることになる。こうした荷重には、ボールの公転による遠心力によるものや、ボールが駒部材５２の連結溝５２ａからナット５０の内ねじ溝５３に乗り上げる場合の径方向分力によるものがあるが、アーム５４がこれらの荷重で変形することによってボールの循環不良が生じる恐れがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、駒部材におけるアームの剛性を高めると共に、ナットに対する駒部材の位置決め精度と固定力を確保し、低コストで信頼性を向上させた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、対向する両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、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記駒部材の両側に断面が略円形の一対のアームが突設されると共に、これらアームの直径が前記ボールの直径の０．７〜０．９の範囲に設定され、前記ナットのねじ溝に係合されて位置決めされている。

このように、ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材を備えた駒式ボールねじにおいて、駒部材の両側に断面が略円形の一対のアームが突設されると共に、これらアームの直径がボールの直径の０．７〜０．９の範囲に設定され、ナットのねじ溝に係合されて位置決めされているので、駒式ボールねじのスムーズな回転運動を阻害することなく、駒部材をナットに安定して位置決め固定することができると共に、駒部材のナットからの脱落に対する信頼性を向上させることができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記駒部材が浸炭材の金属粉からなる焼結合金で構成され、浸炭焼入れによって硬化処理されると共に、前記ガイド壁が焼戻しによって硬さが１５〜３０ＨＲＣの範囲に設定され、このガイド壁を塑性変形させて形成した加締部によって前記駒部材が前記駒窓に固定されていれば、加締部となるガイド壁の靭性が高く、駒部材をナットに加締固定する際に割れ等の発生を防止することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記加締部の傾斜角度が２０〜４５°の範囲に設定されていれば、加締部の割れ等の発生を防止するだけでなく、所望の固定力を確保すると共に、加締部の信頼性を向上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、前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材が断面円形に形成されていれば、駒窓の加工工数が削減できて低コスト化を図ることができると共に、駒部材がナットに対して軸方向に精度良く、かつ、容易に位置決めすることができ、信頼性を向上させることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記ナットにおけるねじ溝の断面がゴシックアーク形状に形成されていれば、ボールとの接触角が大きくとれてアキシアルすきまが小さく設定でき、軸方向荷重に対する剛性を高めることができると共に、断面が略円形のアームとの接触において、所定のスパンからなる２点で接触することができ、ナットに対する駒部材の位置決め固定が安定する。

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、対向する両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、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記駒部材の両側に断面が略円形の一対のアームが突設されると共に、これらアームの直径が前記ボールの直径の０．７〜０．９の範囲に設定され、前記ナットのねじ溝に係合されて位置決めされているので、駒式ボールねじのスムーズな回転運動を阻害することなく、駒部材をナットに安定して位置決め固定することができると共に、駒部材のナットからの脱落に対する信頼性を向上させることができる。

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、対向する両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、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備え、この駒部材を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駒窓に固定された駒式ボールねじにおいて、前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材がＭＩＭによって断面が略円径に焼結合金で形成されると共に、当該駒部材の両側に一対のアームが突設され、これらアームの直径が前記ボールの直径の０．７〜０．９の範囲に設定され、前記ナットのねじ溝に係合されて位置決めされている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基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）は縦断面図である。また、図２（ａ）はナットの断面斜視図、（ｂ）は横断面図、図３（ａ）は駒部材を示す斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は、側面図、図４（ａ）、（ｂ）は、駒部材の固定状態を示す説明図である。

この駒式ボールねじ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、そして、駒部材５の連結溝５ａに案内され、ねじ軸２のねじ山を乗り越えて隣接するねじ溝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の加工性の面から駒部材５の断面が円形のものを例示したが、これに限らず、例えば、小判状であっても良い。

図２（ａ）に示すように、駒部材５の連結溝５ａは、ナット３の隣接するねじ溝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の隣接するねじ溝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に所定の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。

また、図３（ａ）に示すように、駒部材５は、アーム９、９が突設された胴部１０と、この胴部１０から外径側（ナット３の径方向外方側）に延びる頭部１１からなる。胴部１０は、ナット３の駒窓６の形状（円孔）に対応するように断面が円形に形成されて駒窓６に嵌合される。また、頭部１１は、両側（ナット３の周方向両側）に他の部分よりも外径面が凹む凹み部１２が形成され、これら凹み部１２から外径側へ立ち上がり、円弧状周面を有する一対のガイド壁１３、１３が対向して配置されている。そして、駒部材５を駒窓６に嵌挿し、ナット３のねじ溝３ａにアーム９、９を係合した後、これらガイド壁１３、１３を加締治具（図示せず）を使用して駒窓６の縁部６ａ側に塑性変形させて形成した加締部１４によって駒部材５はナット３に固定されている（図２（ｂ）参照）。なお、駒窓６の縁部６ａには所定の傾斜角θが形成され、２０〜４５°の範囲に設定されている。これ以上加締量が増えていくと加締部１４に割れが発生して信頼性が損なわれると共に、傾斜角θが２０°未満では、加締部１４のスプリングバックで駒部材５にガタが生じ、位置決め精度や固定力に問題が生じ好ましくない。

ここで、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。

本実施形態では、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１４、すなわち、図３（ａ）、（ｃ）に示すガイド壁１３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。

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１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。

ここで、本実施形態では、駒部材５におけるアーム９、９の直径Ｄは、ボール４の直径Ｄｗの０．７〜０．９の範囲に設定されている（０．７Ｄｗ≦Ｄ≦０．９Ｄｗ）。図４は駒部材５の固定状態を示し、（ａ）は、Ｄ＝０．９Ｄｗの場合、（ｂ）は、Ｄ＝０．７Ｄｗの場合である。これらの図からも判るように、アーム９とナット３のねじ溝３ａが所定のスパンを有する２つの接触点（Ｐ、Ｐ）で接触し、安定して駒部材５をナット３に位置決め固定することができる。したがって、駒部材５におけるアーム９の剛性を高めると共に、ナット３に対する駒部材５の位置決め精度と固定力を充分確保することができる。

このアーム９の直径Ｄを大きくして０．９Ｄｗを超えてボール４の直径Ｄｗに近付けた場合、アーム９自体の剛性は増すものの、ねじ軸２のねじ溝２ａや駒部材５の加工精度からくる形状誤差、あるいは、モーメント荷重等によりナット３の傾斜によって、アーム９がねじ軸２のねじ溝２ａに接触する恐れがある。すると駒式ボールねじ１のスムーズな回転運動をこのアーム９によって阻害することになり好ましくない。一方、このアーム９の直径Ｄを０．７Ｄｗより小さくした場合、アーム９の断面積が小さくなって剛性が低下するだけでなく、図４（ｂ）に示すように、ナット３のねじ溝３ａとの接触点Ｐ、Ｐのスパンが狭くなり、ナット３に対する駒部材５の位置決め固定が不安定になり易い。

本実施形態では、ナット３の胴部に断面略円形の駒窓６が形成され、この駒窓６に嵌合される駒部材５が、焼結合金をＭＩＭによって成形することによって断面が略円形に形成されると共に、胴部１０の両側に一対のアーム９が突設され、これらアーム９、９の直径Ｄをボール４の直径Ｄｗの０．７〜０．９の範囲に設定してナット３のねじ溝３ａに係合させているため、駒式ボールねじ１のスムーズな回転運動を阻害することなく、駒部材５をナット３に安定して位置決め固定することができると共に、駒部材５のナット３からの脱落に対する信頼性を向上させることができる。

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。

（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である。 （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である。 （ｂ）は、同上、横断面図である。 （ａ）は、本発明に係る駒部材を示す斜視図である。 （ｂ）は、同上、下方から見た平面図である。 （ｃ）は、同上、側面図である。 駒部材の固定状態示す説明図で、（ａ）は、アームの直径が上限の場合、（ｂ）は、アームの直径が下限の場合を示している。 （ａ）は、従来の駒式ボールねじを示す縦断面図である。 （ｂ）は、同上横断面図である。

符号の説明

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、１５・・・・・・・駒部材
５ａ・・・・・・・・・連結溝
６・・・・・・・・・・駒窓
６ａ・・・・・・・・・縁部
７・・・・・・・・・・駒窓縁
８・・・・・・・・・・溝縁部
９・・・・・・・・・・アーム
１０・・・・・・・・・胴部
１１、１６・・・・・・頭部
１２・・・・・・・・・凹み部
１３・・・・・・・・・ガイド壁
１４・・・・・・・・・加締部
５０・・・・・・・・・回転ナット
５０ａ・・・・・・・・ナット本体
５１・・・・・・・・・駒部材嵌合用開口
５２・・・・・・・・・駒部材
５２ａ・・・・・・・・連結溝
５３・・・・・・・・・内ねじ溝
５４・・・・・・・・・アーム
５５・・・・・・・・・凹み部
５６・・・・・・・・・ガイド壁
５７・・・・・・・・・係合段部
５８・・・・・・・・・繋ぎ部
５９・・・・・・・・・ボール
Ｄ・・・・・・・・・・アームの直径
Ｄｗ・・・・・・・・・ボールの直径
Ｐ・・・・・・・・・・接触点
θ・・・・・・・・・・傾斜角

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、
   対向する両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、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、
   前記駒部材の両側に断面が略円形の一対のアームが突設されると共に、これらアームの直径が前記ボールの直径の０．７〜０．９の範囲に設定され、前記ナットのねじ溝に係合されて位置決めされていることを特徴とする駒式ボールねじ。
2. 前記駒部材が浸炭材の金属粉からなる焼結合金で構成され、浸炭焼入れによって硬化処理されると共に、前記ガイド壁が焼戻しによって硬さが１５〜３０ＨＲＣの範囲に設定され、このガイド壁を塑性変形させて形成した加締部によって前記駒部材が前記駒窓に固定されている請求項１に記載の駒式ボールねじ。
3. 前記加締部の傾斜角度が２０〜４５°の範囲に設定されている請求項２に記載の駒式ボールねじ。
4. 前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材が断面円形に形成されている請求項１乃至３いずれかに記載の駒式ボールねじ。
5. 前記ナットにおけるねじ溝の断面がゴシックアーク形状に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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