JP2007255488A - 駒式ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】駒部材の強度を高めると共に、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、駒部材５が鋼板７から冷間鍛造によって成形されると共に、外周面１４の端部に突条１５が形成されて駒窓６に位置決めされ、プロジェクション溶接によって固定されているので、加工硬化により高強度で耐摩耗性に優れた駒部材５を形成することができ、低コストで信頼性を向上させることができると共に、駒部材５を強固にナット３に固定することができると共に、突条１５に溶接電流を集中させることができ、ヒートバランスを保ち、入熱を最小限に抑えることができるので、駒部材５の熱歪みを防止して気密性を高めることができる。
【選択図】図２

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、ねじ軸５０とナット５１とボール５２とで主に構成されている。ねじ軸５０は、その外周面に所定のリードを有する螺旋状のねじ溝５３が形成されている。ねじ溝５３はボール５２と２点接触するゴシックアーチ溝からなっている。

ナット５１は円筒状をなしてねじ軸５０に外挿され、端部外周にフランジ５４を有している。そして、その内周面にねじ軸５０のリードと等しいリードを有する螺旋状のねじ溝５５が形成されている。ねじ溝５５はボール５２と２点接触するゴシックアーチ溝からなっている。

また、対向するねじ溝５３、５５との間に断面略円状の軌道５６が形成されている。そして、複数のボール５２が、この軌道５６内に充填配置されている。さらに、図６に拡大して示すように、ナット５１には外周から内周に向って貫通した長孔からなる挿入口５７が形成され、この挿入口５７に循環用の駒部材５８が装着されている。この駒部材５８は、ねじ溝５５の隣り合う一周部分同士を連結する連結溝５８ａが形成されている。

駒部材５８は、図７に示すように、ステンレス帯板等からなる鋼板をプレス加工することによって成形され、駒本体５９と係止部６０とを有している。この駒本体５９は、ナット５１の挿入口５７に整合して半円形に形成された端部５９ａを、その長手方向の両端に有する。また、ボール５２を戻すため、駒本体の長手方向に連続する連結溝５８ａは略Ｓ字形状に形成されている。

係止部６０は、駒本体５９に対して外側に曲げて係止端部６０ａが形成され、この係止端部６０ａの平面形状は、ナット５１の挿入口５７に嵌合するため、挿入口５７の被係止部６１と整合する矩形状をしている。そして、駒本体５９を係止部６０によって位置決めし、かつ、弾性的に支持している。これにより、駒部材５８をナット５１に対して簡単に位置決めすることができ、組み付けに要する時間およびコストを低減することができる。
特開２００４−２５１２９６号公報

このような従来の駒式ボールねじでは、循環用の駒部材５８に薄い金属板が使用され、深絞りや曲げ加工を繰り返して複雑な形状に成形されるため、プレス加工時に材料破れが発生する恐れがあると共に、加工部位によっては限界加工度を超えてプレス加工されることにより応力が残留して材料強度が不足し、駒部材５８としての耐久性が低下するといった課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、駒部材の強度を高めると共に、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、前記駒部材が鋼板から冷間鍛造によって成形されている。

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、駒部材が鋼板から冷間鍛造によって成形されているので、加工硬化により高強度で耐摩耗性に優れた駒部材を形成することができ、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３に記載の発明のように、前記駒窓の端部外周に突条が形成されていれば、駒部材が駒窓に装着される時の位置決め部位となり、精度良く駒部材を位置決め固定することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記駒部材がプロジェクション溶接によって前記駒窓に固定されていれば、駒部材を強固にナットに固定することができると共に、駒部材の突条に溶接電流を集中させることができ、駒部材のヒートバランスを保ち、入熱を最小限に抑えることができる。したがって、駒部材の熱歪みを防止して気密性を高めることができる。

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、前記駒部材が鋼板から冷間鍛造によって成形されているので、加工硬化により高強度で耐摩耗性に優れた駒部材を形成することができ、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断面略円形の駒窓に嵌合され、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、前記駒部材が鋼板から冷間鍛造によって成形されると共に、端部外周に突条が形成されて前記駒窓に位置決めされ、プロジェクション溶接によって固定されている。

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）〜（ｄ）は、本発明に係る駒部材の製造工程を示す説明図、図３（ａ）は、図２（ｃ）の工程における駒部材の平面図、（ｂ）は断面図、図４（ａ）は、図２（ｄ）の工程における駒部材の平面図、（ｂ）は断面図である。

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。本実施形態では、駒窓６が断面略円形に形成され、この駒窓６に対応して駒部材５が断面円形に形成されているので、駒窓６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５がナット３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。なお、駒窓は必ずしも円形である必要はなく、例えば、小判状であっても良い。

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、ねじ溝３ａに滑らかに接続されている。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。

ここで、駒部材５は、ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０系等）や冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系）等の鋼板をプレス加工によって、図２（ａ）〜（ｄ）に示す工程を経て成形される。すなわち、（ａ）に示す所定の板厚からなる素材鋼板７を、トランスファー型自動プレスによって、（ｂ）に示すようなボタン形状の駒素材８を打ち抜き加工する。次に、この駒素材８にコイニング加工（印圧加工）することによって、（ｃ）に示すような粗連結溝９が形成される。そして、この粗連結溝９が、（ｄ）に示す最終工程で仕上げ成形され、駒部材５が形成される。

図２（ｃ）に示すコイニング加工では、図３に示すように、駒素材８の一端面の外縁をダイス１０で支持した状態で他端面からポンチ１１を押付け、断面が略半円形でＳ字状に延びる粗連結溝９が形成される。さらに、図４に示すように、前工程の駒素材８の一端面をダイス１２で支持した状態で他端面からポンチ１３によって、外周面１４と連結溝５ａが同時に仕上げ加工される。これにより、連結溝５ａが極めて精密に所望の形状・寸法に仕上げ加工することができる。ここで、外周面１４の成形は一端面の近傍で止められ、外周面１４の端部に突条１５が形成される。この突条１５は、駒部材５が前述したナット３における駒窓６に装着される時の位置決め部位となる。

駒部材５はナット３の駒窓６に所定のシメシロを介して圧入されるが、駒部材５の突条１５に溶接電流を集中させることにより駒部材５を駒窓６に溶着、所謂プロジェクション溶接することができる。これにより、駒部材５のヒートバランスを保ち、入熱を最小限に抑えることができるので、駒部材５を強固にナット３に固定することができると共に、駒部材５の熱歪みを防止して気密性を高めることができる。

本実施形態では、駒部材５が鋼板から冷間鍛造によって成形されているので、加工硬化により高強度で耐摩耗性に優れた駒部材５を形成することができ、低コストで信頼性を向上させた駒式ボールねじ１を提供することができる。なお、ここでは、トランスファー型自動プレスにより駒部材５を成形するように説明したが、これに限らず、例えば、ロボット型自動プレスまたは単能型パワープレスであっても良い。

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。 本発明に係る駒部材の製造工程を示す説明図で、（ａ）は素材鋼板を示し、（ｂ）は、駒素材の打ち抜き加工を示す。また、（ｃ）は、粗連結溝を成形するコイニング加工を示し、（ｄ）は仕上げ加工を示している。 （ａ）は、図２（ｃ）の工程における駒部材を示す平面図である。 （ｂ）は、同上断面図である。 （ａ）は、図２（ｄ）の工程における駒部材を示す平面図である。 （ｂ）は、同上断面図である。 従来の駒式ボールねじを示す縦断面図である。 図５の要部拡大図である。 図６の駒部材を示す斜視図である。

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・・・・・・・・・・駒部材
５ａ・・・・・・・・・連結溝
６・・・・・・・・・・駒窓
７・・・・・・・・・・素材鋼板
８・・・・・・・・・・駒素材
９・・・・・・・・・・粗連結溝
１０、１２・・・・・・ダイス
１１、１３・・・・・・ポンチ
１４・・・・・・・・・外周面
１５・・・・・・・・・突条
５０・・・・・・・・・ねじ軸
５１・・・・・・・・・ナット
５２・・・・・・・・・ボール
５３、５５・・・・・・ねじ溝
５４・・・・・・・・・フランジ
５６・・・・・・・・・軌道
５７・・・・・・・・・挿入口
５８・・・・・・・・・駒部材
５８ａ・・・・・・・・連結溝
５９・・・・・・・・・駒本体
５９ａ・・・・・・・・端部
６０・・・・・・・・・係止部
６０ａ・・・・・・・・係止端部
６１・・・・・・・・・被係止部

Claims (4)

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、
   前記駒部材が鋼板から冷間鍛造によって成形されていることを特徴とする駒式ボールねじ。
2. 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に記載の駒式ボールねじ。
3. 前記駒窓の端部外周に突条が形成されている請求項１または２に記載の駒式ボールねじ。
4. 前記駒部材がプロジェクション溶接によって前記駒窓に固定されている請求項３に記載の駒式ボールねじ。

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