JP2016142376A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】３列以上の循環列を有する場合であっても、小型化、高負荷容量化を図りつつ、アウトボールを解消すると共に、組立性を向上させ、長寿命化と高効率を図ったボールねじを提供する。【解決手段】ナット３が１巻循環のねじ溝３ａを有し、このナット３が複数個組み合わせてナットホルダー１１に固定され、当該ナット３がカセット化されると共に、ナットホルダー１１が円筒状に形成され、一端部に径方向内方に延びる鍔１１ａと、他端部に円板状の蓋部材１２を備え、ナット３が鍔１１ａに密着させた状態で内嵌され、蓋部材１２が固定ボルト１３によって締結されてナット３が軸方向移動不可に固定されていている。【選択図】図１

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トランスミッションおよびブレーキのアクチュエータ等に使用される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。

近年、自動車用のボールねじは、車両への搭載性や燃費向上等へのニーズからボールねじの小型化、高負荷容量化が求められている。こうした状況下で、１巻循環のボールねじにおいて、さらなる小型化、高負荷容量化が要求されており、ボールサイズの小型化、循環列の複列化が求められている。このようなボールねじでは、ボールを組み込む際、組立性が悪く、ボールが循環列から外れてしまうことがある。このように、循環列とはならない箇所、すなわち、本来ならばボールが存在してはならない箇所にボールが存在することをアウトボールと言われているが、このアウトボールは循環できないため、ボールねじに寿命低下や効率低下が生じる。

また、２列までの循環列のボールねじであれば、循環列の両側から検査器具を使ってアウトボールが発生していないかを確認することができるが、３列以上の循環列を有するボールねじでは、中央の循環列については検査ができないため、アウトボールの検出をするのが困難になる。

このような課題を解決したボールねじの代表的な一例を図４に示す。このボールねじは、回転ナット５１の内ねじ溝５２同士を連結する連結溝５３を有する複数の駒部材５４を回転ナット５１に取り付けると共に、ボールねじ軸（図示せず）と内ねじ溝５２との間に形成された転動路５５には、複数のボール（図示せず）が連なって配置されている。転動路５５のうち、駒部材５４に挟まれてボールが循環しない非循環部５６には、この非循環部５６を埋める詰め物５７が配置されている。これにより、非循環部５６にボールが混入するのを防止することができる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−２３５８２９号公報

然しながら、このような従来のボールねじでは、衝撃や振動の際、詰め物５７が内ねじ溝（循環溝）５２に落下すると、効率や寿命の低下に繋がると共に、非循環部５６全てを埋めるとなると材料の無駄が生じると共に、組立性に課題があるため、３列以上の循環列を有するボールねじにおいて、小型化、高負荷容量化を図りつつ、アウトボールを解消すると共に、組立性を向上させ、長寿命化と高効率を図ったボールねじが望まれていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、１巻循環ナットを組み合わせてナットをカセット化することに着目し、３列以上の循環列を有する場合であっても、小型化、高負荷容量化を図りつつ、アウトボールを解消すると共に、組立性を向上させ、長寿命化と高効率を図った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、を備えたボールねじにおいて、前記ナットが１巻循環のねじ溝を有し、このナットが複数個組み合わされてナットホルダーに固定され、当該ナットがカセット化されている。

このように、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、を備えたボールねじにおいて、ナットが１巻循環のねじ溝を有し、このナットが複数個組み合わされてナットホルダーに固定され、当該ナットがカセット化されているので、３列以上の循環列を有する場合であっても、小型化、高負荷容量化を図ることができ、アウトボールを解消することができると共に、組立性を向上させ、長寿命化と高効率を図った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、前記ナットホルダーが円筒状に形成され、一端部に径方向内方に延びる鍔と、他端部に円板状の蓋部材を備え、前記ナットが前記鍔に密着させた状態で内嵌され、前記蓋部材が固定ボルトによって締結されて前記ナットが軸方向移動不可に固定されていても良い。

また、請求項３に記載の発明のように、前記ナットが一対組み合わされ、これらナットの間に少なくとも一つの間座が配設されていれば、低負荷容量仕様として、ナットに変えて間座が配設されているので、ボールねじの低コスト化ができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記ナットが複数個組み合わされ、これらナットの端部にシールが配設され、このシールが、内周に前記ねじ軸のねじ溝に係合する螺旋状の突部を備えると共に、この突部が前記ねじ溝の形状に沿った断面円弧状に形成され、僅かなすきまを介して当該ねじ溝と対向し、非接触シールを構成していれば、密封タイプとして、シールが配設されているので、ボールねじの防塵または防水やブレーキフルード等の飛沫侵入防止としたボールねじを提供することができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記ナットの端面にサーチャーが介装されていれば、ボールねじに予圧を適宜付与することができ、ナットの標準化による低コスト化と共に、設計自由度が高くなり適用範囲が一段と広がる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記ボールねじが、前記ナット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を備え、この駒部材が焼結合金からＭＩＭによって成形されていれば、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。

本発明に係るボールねじは、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る転動路に収容された複数のボールと、を備えたボールねじにおいて、前記ナットが１巻循環のねじ溝を有し、このナットが複数個組み合わされてナットホルダーに固定され、当該ナットがカセット化されているので、３列以上の循環列を有する場合であっても、小型化、高負荷容量化を図ることができ、アウトボールを解消することができると共に、組立性を向上させ、長寿命化と高効率を図ったボールねじを提供することができる。

（ａ）は、本発明に係るボールねじを使用した電動アクチュエータを示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のナット単体を示す要部拡大図である。 図１（ａ）のボールねじの第２の実施形態を示す縦断面図である。 図１（ａ）のボールねじの第３の実施形態を示す縦断面図である。 従来のボールねじのナットの内径側を示す展開図である。

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たボールねじにおいて、前記ナットが１巻循環のねじ溝を有し、このナットが複数個組み合わされてナットホルダーに固定され、当該ナットがカセット化されると共に、前記ナットホルダーが円筒状に形成され、一端部に径方向内方に延びる鍔と、他端部に円板状の蓋部材を備え、前記ナットが前記鍔に密着させた状態で内嵌され、前記蓋部材が固定ボルトによって締結されて前記ナットが軸方向移動不可に固定されていている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明に係るボールねじを使用した電動アクチュエータを示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のナット単体を示す要部拡大図である。

図１（ａ）に示すボールねじ１は、例えば、ギヤボックス等、大きな荷重が負荷される電動アクチュエータに使用され、図示しないハウジングに、後述するねじ軸２を収容するための袋孔が形成され、この袋孔にスリーブ６が嵌合されている。スリーブ６は、内周に軸方向に延び、周方向に対向して配設される凹溝６ａ、６ａが研削加工によって形成されている。一方、駆動軸７は、ボールねじ１を構成するねじ軸２と一体に構成され、この駆動軸７の一端部（図中右端部）に係止ピン８、８が植設されている。そして、これらの係止ピン８、８がこの凹溝６ａ、６ａにそれぞれ係合され、ねじ軸２、回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。

ボールねじ１は、ねじ軸２と、このねじ軸２にボール４を介して外挿されたナット３とを備えている。ねじ軸２は、外周に螺旋状のねじ溝２ａが形成されている。一方、ナット３は、内周にねじ軸２のねじ溝２ａに対応する螺旋状のねじ溝３ａが形成され、これらねじ溝２ａ、３ａとの間に多数のボール４が転動自在に収容されている。そして、ナット３は、ハウジング（図示せず）に対して、回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。５は、ナット３のねじ溝３ａを連結して循環部材を構成する駒部材で、この駒部材５によって多数のボール４が無限循環することができる。

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。

図１（ｂ）に示すように、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９が穿設され、この駒窓９に対応して断面円形の駒部材５が嵌合されている。駒部材５の内方には、ねじ溝３ａの隣り合う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、駒部材５の連結溝５ａに案内されると共に、ねじ軸２のねじ山を乗り越えて隣り合うねじ溝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および駒部材５が断面略円形に形成されたものを例示したが、円形に限らず、例えば、小判形形状であっても良い。

駒部材５の連結溝５ａは、ナット３の隣り合うねじ溝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ると共に、その深さは、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１０が突設され、ナット３のねじ溝３ａに僅かな径方向すきまを介して係合されている。このアーム１０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９から径方向外方に抜け出すのを防止している。

本実施形態では、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。

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２０〜３３ＨＲＣの範囲に表面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。

ここで、本実施形態では、１巻循環からなるナット３を複数個（ここでは、４個）組み合わせてナットホルダー１１に固定され、ナット３、３がカセット化されている。具体的には、ナットホルダー１１は、ＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼から円筒状に形成され、一端部に径方向内方に延びる鍔１１ａと、他端部に円板状の蓋部材１２を備えている。そして、複数のナット３、３を鍔１１ａに密着させた状態でナットホルダー１１に内嵌し、蓋部材１２を固定ボルト１３によって締結することにより、複数のナット３、３が軸方向移動不可に固定されている。なお、ナットホルダー１１の材質は、これ以外にも、例えば、Ｓ５５Ｃ等の中高炭素鋼やＳＫ５等の工具鋼を例示することができる。

このように、本実施形態では、１巻循環からなるナット３を複数個組み合わせてナットホルダー１１に固定し、ナット３、３がカセット化されているので、３列以上の循環列を有する場合であっても、小型化、高負荷容量化を図ることができ、アウトボールを解消することができると共に、組立性を向上させ、長寿命化と高効率を図ったボールねじ１を提供することができる。

また、図示はしないが、複数のナット３、３の端面間に所望のサーチャー（間座）を介装することにより、ボールねじ１に予圧を適宜付与することができ、ナット３の標準化による低コスト化と共に、設計自由度が高くなり適用範囲が一段と広がる。

なお、複数のナット３がナットホルダー１１に内嵌され、それぞれが密着した状態で軸方向に固定されているので、連結溝５ａとナット３のねじ溝３ａとの位置決め手段を別途設けることにより、駒部材５のナット３の外径側への抜けを防止するためのアーム１０は実質的に不要となる。また、多数のボール４を無限循環させるための循環部材としては、例示した駒部材５に限らず、図示しないが、ナットを軸方向に貫通する戻し通路を形成し、ナットの両側にナットのねじ溝と戻し通路とを連通する案内溝が形成されたエンドキャップを固定しても良い。

図２は、図１（ａ）のボールねじの第２の実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態は、前述した第１の実施形態と基本的には、ナット３の個数が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符合を付して詳細な説明を省略する。

図２に示すボールねじ１４は、１巻循環からなるナット３が両端部に一対組み合わされ、これらナット３、３の間に一対の間座１５、１５が配設されている。そして、ナット３と間座１５がナットホルダー１１に固定され、一対のナット３、３と間座１５、１５がカセット化されている。このように、本実施形態では、低負荷容量仕様として、前述したナット３、３に変えて間座１５、１５が配設されているので、ボールねじ１４の低コスト化ができる。

図３は、図１（ａ）のボールねじの第３の実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態は、前述した第１の実施形態と基本的には、ナット３の個数とシールの有無が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符合を付して詳細な説明を省略する。

図３に示すボールねじ１６は、１巻循環からなるナット３が複数個（ここでは、３個）組み合わされ、これらナット３、３の一端部にシール１７が配設されている。そして、ナット３とシール１７がナットホルダー１１に固定され、複数のナット３、３とシール１７がカセット化されている。

シール１７は、内周にねじ軸２のねじ溝２ａに係合する螺旋状の突部１８を備えている。この突部１８はねじ溝２ａの形状に沿った断面円弧状に形成され、僅かなすきまを介してねじ溝２ａと対向し、非接触シールを構成している。

シール１７は、ＰＡ６６（ポリアミド６６）等の合成樹脂からなり、所望の形状・寸法に射出成形または切削加工によって形成されている。このように、本実施形態では、密封タイプとして、前述した端部のナット３に変えてシール１７が配設されているので、ボールねじ１６の防塵または防水やブレーキフルード等の飛沫侵入防止としたボールねじ１６を提供することができる。なお、循環部材としてエンドキャップを採用し、このエンドキャップの内径部にこのシール１７を固定しても良い。

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。

本発明に係るボールねじは、自動車のギヤボックス等、大きな荷重が負荷される用途に使用されるボールねじに適用することができる。

１、１４、１６ 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 スリーブ
６ａ 凹溝
７ 駆動軸
８ 係止ピン
９ 駒窓
１０ アーム
１１ ナットホルダー
１１ａ 鍔
１２ 蓋部材
１３ 固定ボルト
１５ 間座
１７ シール
１８ 突部
５１ 回転ナット
５２ 内ねじ溝
５３ 連結溝
５４ 駒部材
５５ 転動路
５６ 非循環部
５７ 詰め物

Claims (6)

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、を備えたボールねじにおいて、
   前記ナットが１巻循環のねじ溝を有し、このナットが複数個組み合わされてナットホルダーに固定され、当該ナットがカセット化されていることを特徴とするボールねじ。
2. 前記ナットホルダーが円筒状に形成され、一端部に径方向内方に延びる鍔と、他端部に円板状の蓋部材を備え、前記ナットが前記鍔に密着させた状態で内嵌され、前記蓋部材が固定ボルトによって締結されて前記ナットが軸方向移動不可に固定されている請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記ナットが一対組み合わされ、これらナットの間に少なくとも一つの間座が配設されている請求項１または２に記載のボールねじ。
4. 前記ナットが複数個組み合わされ、これらナットの端部にシールが配設され、このシールが、内周に前記ねじ軸のねじ溝に係合する螺旋状の突部を備えると共に、この突部が前記ねじ溝の形状に沿った断面円弧状に形成され、僅かなすきまを介して当該ねじ溝と対向し、非接触シールを構成している請求項１乃至３いずれかに記載のボールねじ。
5. 前記ナットの端面にサーチャーが介装されている請求項１乃至４いずれかに記載のボールねじ。
6. 前記ボールねじが、前記ナット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を備え、この駒部材が焼結合金からＭＩＭによって成形されている請求項１に記載のボールねじ。

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