JP2016017544A

JP2016017544A - 駒式ボールねじ

Info

Publication number: JP2016017544A
Application number: JP2014139391A
Authority: JP
Inventors: 将司横山; Shoji Yokoyama
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2016-02-01

Abstract

【課題】ナット内周面に形成した螺旋状のねじ溝について、従来の駒部材よりも多くの領域を転動路として利用でき、十分な数の転動路を確保しつつナットを小型化できる駒式ボールねじを提供する。【解決手段】外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、ねじ軸の周囲に配置され、内周面に螺旋状のねじ溝１４が形成されたナット１３と、対向する前記二つのねじ溝により形成される転動路２２に収容された複数のボールと、転動路２２の一端から他端へとボールを循環させるための循環路が設けられた駒式ボールねじにおいて、循環路を構成する外径側案内面を駒部材１６に形成し、軸方向案内面をナット１３の駒窓１５の側面に形成する。【選択図】図２

Description

本発明は、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装置やアクチェータ等に使用されるボールねじに関し、より詳細にはボール循環部品として駒部材を使用する駒式ボールねじに関する。

ボールねじにおけるボールの循環機構には各種の方式が存在し、その一つとして駒部材を用いる方法がある。この方法を用いたボールねじを一般的に駒式ボールねじと呼び、駒部材について多くの提案がなされている。例えば、特許文献１及び２に記載されている駒式ボールねじは、略Ｓ字状に湾曲する循環溝を有し、円形または長円に形成された駒部材が、ナットの胴部に穿設された円形または長円の駒窓に挿入されて、加締め、圧入または接着等の手段によりナットに固定され、転動路の一端と他端とを接続する循環路を形成している。

特開２００８−２４１０１３号公報特開２００８−２６７５２３号公報

従来の駒部材においては、循環路の内径側案内面と軸方向前後の案内面を駒部材に形成していた。そのため駒部材のサイズが大きくなり、特に駒窓の軸方向寸法も駒部材に合わせて大きくする必要があったので、ナット内周面に形成した螺旋状のねじ溝の内、転動路として利用することができない領域が多く存在していた。

ねじ溝は、その溝断面形状や螺旋の径及びリード（１周当たりの螺旋の進行量）に関する精度を厳密に管理する必要があるので、ねじ溝の一方の端から他方の端までを加工条件を一定に保ちつつ切削加工や研削加工を行う（加工の途中で加工条件を変更すると精度の悪化を招く虞がある）。そのため、転動路として利用しない領域のねじ溝に対しても高精度な加工を施すことになり、製造コストを上昇させる要因ともなっている。

また、駒部材のサイズが大きいため、駒部材を挿入する駒窓も大きくなる。その結果、駒窓と、それに隣接するねじ溝との距離が短くなることで薄肉部が発生し、熱処理工程において割れが生じる虞があった。

本発明の目的は、下記の構成により達成される。
（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、対向する前記二つの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、前記転動路の一端から他端へと前記ボールを循環させるための循環路が設けられた駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記循環路を構成する外径側案内面を前記駒部材に形成し、前記循環路を構成する軸方向の一方及び他方の案内面を前記ナットに形成することを特徴とするボールねじ。
（２）前記駒部材のボール転動方向に直交する方向の幅は前記ナットの前記転動路の幅と略同一であることを特徴とする（１）に記載のボールねじ。
（３）前記駒部材は、前記ナットに装着した状態における径方向から見て略Ｓ字形状となっていることを特徴とする（１）または（２）に記載のボールねじ。
（４）前記駒部材に前記ナットに装着した状態における径方向の位置決めを行う凸部を設け、また前記ナットには前記フランジを収容する凹部を設けたことを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載のボールねじ。

本発明に係る駒式ボールねじによれば、循環路を構成する外径側案内面を駒部材に形成し、軸方向案内面をナットに形成することで駒部材を小型化、具体的には駒部材の幅を狭くできる。その結果、ナットの内周面に形成したねじ溝について従来の駒部材よりも多くの領域を転動路として利用でき、十分な数の転動路を確保しつつナットを小型化できる。

本発明に係る駒式ボールねじの斜視図である。（ａ）は図１に示す駒式ボールねじのナットの分解斜視図であり、（ｂ）はナットの内周面を示す斜視図である。（ａ）は本発明に係る駒部材の２面図であり、（ｂ）は駒部材の斜視図である。ボールの循環経路を示す断面図である。本発明の実施形態のひとつを示す図である。従来の駒式ボールねじの斜視図である。従来の駒式ボールねじのナット断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１、図２に示すように駒式ボールねじ１０は、外周面に螺旋状のねじ溝１２ａが形成されたねじ軸１１と、内周面に螺旋状のねじ溝１４が形成され、ねじ軸１１の周囲に配置されるナット１３と、ナット１３の駒窓１５に嵌合する駒部材１６と、ねじ軸１１のねじ溝１２ａ及びナット１３のねじ溝１４により形成される転動路２２に転動自在に配置される複数のボール（不図示）と、を備える。

ねじ軸１１及びナット１３のねじ溝１２ａ、１４の断面形状は、許容軸方向荷重が大きく、振動を抑制可能なゴシックアーク形状が好ましいが、サーキュラアーク形状であっても良い。ナット１３の内周面には、駒部材１６と同一形状であって駒部材１６が嵌合する駒窓１５が形成されている。

駒部材１６は、駒窓１５に嵌合したときの内径側となる面には、ボールを転動路２２の一端から他端に戻す循環溝１６ａが形成されている（図３参照）。循環溝１６ａは中央部がナットの径方向から見て外径に向かう方向に湾曲している。ボールは循環溝１６ａを通過する際にねじ軸１１のねじ山を超えて転動路２２の一端から他端へと戻されるため、ボールとねじ山が干渉しないように湾曲の大きさが設定されている。

また、駒部材１６は駒窓１５に嵌合したときのナット１３の径方向から見て略Ｓ字形状となっている。略Ｓ字形状の一端と他端はそれぞれがナット１３の内周面に形成されたねじ溝１４の接線方向にスムーズに接続しており、ボールが駒部材１６からねじ溝１４に移動する際、またはその逆における騒音の発生を抑制している。

図６、図７に示す従来の駒式ボールねじ１００では、循環駒１１６はナットに設ける長円形もしくは円形の駒窓１１５に合わせた形状となっており、循環駒１１６のボール転動方向に直交する方向の幅Ｗ３はねじ溝１１４の幅Ｗ２よりも大きい。この理由としては、駒窓１１５をある程度大きくすることで加工がし易くなることに加え、従来の循環駒１１６では循環路１２２の循環路１１６ａと軸方向案内面１１６ｂを循環駒１１６に形成する必要があった点が挙げられる。図７に示すナット１１３の断面図では、循環路１２２を２回路設けており、駒窓１１５をナット１１３の軸方向２箇所に形成し、それぞれの駒窓１１５,１１５に循環駒１１６，１１６を嵌合している。このような構成の場合、駒窓１１５が、周囲のねじ溝に掛かってしまうので、転動路として利用することができない領域１１６ｃを多く生じる。また、循環路１１２の回路数を増やしたり、ナット１１３の軸方向寸法を短くしたりする為に、２つの駒窓１１５，１１５のナット１１３軸方向間隔を狭くすると、駒窓１１５，１１５の間が薄肉となってしまい、ナット１１３に熱処理を施す際に変形や割れを生じる恐れがある。

一方、本発明に係る駒部材１６は図４に示すようにボール転動方向に直交する方向の幅Ｗ１及び駒窓１５の幅Ｗ４はねじ溝１４の幅Ｗ２と略同じであることを特徴とする。すなわち、駒部材１６には循環路１１６ａのみが形成され、駒窓１５の側面１５ａが軸方向案内面を兼ねる構成となっている。

このような構成とすることで、転動路２２内を転動する複数のボールは循環溝１６ａの一端に達すると循環溝１６ａに導入され、ナット１３の径方向に関しては駒部材１６に、軸方向に関しては駒窓１５の側面１５ａに案内されて転動し、循環溝１６ａの湾曲に沿ってねじ軸１１のねじ山１２ｂを越えて循環溝１６ａの他端に到達し、転動路２２に戻されて再び転動路２２に沿って転動する。

駒部材１６は、金型（図示せず）によって一体成型される。駒部材１６が金属で製作される場合、例えば金属粉末及びバインダを加熱溶融して射出成形機で金型内に注入する、いわゆるＭＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇ）により成形することができる。このように金型を用いて駒部材１６を一体成型することで、外径側案内面、湾曲部を高い寸法精度で成形することができる。なお、駒部材１６は金型によって製作されるものであればＭＩＭに限定されず、金属粉末をプレス成形して焼成した焼結合金や、合成樹脂を射出成形することで成形されても良い。

また、ナット１３には駒部材１６を嵌合させるための駒窓１５が形成されている。駒窓はナット１３の径方向から見て駒部材１６と同一形状となっている貫通穴であり、プレス機による打ち抜き加工やエンドミル加工により形成することができる。ナット１３に駒窓を形成した後、駒部材１６を挿入して加締め、または接着により固定する。

以上説明したように、本発明に係る駒式ボールねじ１０によれば、循環路１６ａは駒部材１６に形成され、駒窓１５の側面１５ａを軸方向案内面としていることから、従来の駒式ボールねじと比べて駒窓の幅を小さくすることができる。そのため、ナット１３の内周面に形成したねじ溝１４について従来の駒部材よりも多くの領域を転動路として利用でき、十分な数の転動路を確保しつつナット１３を小型化することができる。また、従来の駒式ボールねじよりも駒窓を小さくできるので、隣接するねじ溝１４との間で薄肉部が発生せず、熱処理工程において割れを防止することができる。

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、駒式ボールねじ１０においては、駒部材１６が不適切な位置に固定されると循環路１６ａとねじ溝１４との間に段差が生じ、ボールが転動する際に異音や振動を発生させる虞がある。したがって、駒部材１６を駒窓１５に嵌合する場合、循環路１６ａとねじ溝１４とがナット１３の径方向において同じ位置になるよう、駒窓１５の中での駒部材１６の固定位置を設定する必要がある。

このため、図５に示すように、駒部材２６の両端であって、かつナット１３の径方向における外径側にフランジ状の突起２６ｂを設け、また駒窓２５には座面２５ｂ（突起に対応する形状の凹み）を設けても良い。突起２６ｂ及び座面２５ｂの位置や厚みは駒部材２６が駒窓２５に嵌合した際に循環路２６ａとねじ溝１４との間に段差が生じないように設定する。

このような構成とすることによって、突起２６ｂを座面２５ｂに突き当てる作業のみにより駒部材２６を適切な位置に設定することができ、駒窓２５に駒部材２６を嵌合させる作業が容易になるとともに、駒部材２６の位置のばらつきを抑制できる。

１０駒式ボールねじ
１１ねじ軸
１２ａ（ねじ軸の）ねじ溝
１３ナット
１４（ナットの）ねじ溝
１５駒窓
１６駒
１６ａ循環溝
２２転動路

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、対向する前記二つの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、前記転動路の一端から他端へと前記ボールを循環させるための循環路が設けられた駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記循環路を構成する外形側案内面を前記駒部材に形成し、前記循環路を構成する軸方向の一方及び他方の軸方向案内面を前記ナットに形成することを特徴とするボールねじ。
前記駒部材のボール転動方向に直交する方向の幅は前記ナットの前記転動路の幅と略同一であることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
前記駒部材は、前記ナットに装着した状態における径方向から見て略Ｓ字形状となっ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。
前記駒部材に前記ナットに装着した状態における径方向の位置決めを行う凸部を設け、また前記ナットには前記フランジを収容する凹部を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のボールねじ。