JP4957387B2 - ボールねじ機構の組立方法及び加工装置 - Google Patents

Description

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の組立方法及び加工装置に関するものである。

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く、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アクチュエータには、電動モータから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。

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からなるが、あるタイプのボールねじ機構においては、転走路の一端から他端へとボールを戻すために、循環部材をナットに取り付けている。ここで、かかるタイプのボールねじ機構においてボールを循環させる形式としては、チューブを用いてボールをナットの外部に導いて循環させる外部循環式のものと、ナットに設けたコマによりボールをねじ軸の外面に沿って循環させる内部循環式のものがある。従って、循環部材としては、チューブとコマが含まれる。

ところで、チューブ又はコマがナットから浮き上がると、転走路に段差が生じてボールの循環が円滑に行われず、異音を発生したりボールねじ機構の性能低下を招く恐れがある。又、万が一チューブ又はコマがナットから脱落すると、ボールねじの機能が失われてしまうので、ナットに確実に固定して装着することが重要である。

これに対し、チューブの場合は、チューブを保持するチューブ押さえ板を、小ねじを用いてナットに固定することにより取付けられることが多い（特許文献１参照）。一方、コマの場合には、ナットの貫通孔に挿入されたコマの一部を加締めることにより、取付けられることが多い。
特開２００５−９８３５６号公報 特開２００７−５１６５５号公報

ここで、小ねじを用いてチューブ押え板をナットに固定する場合、ナットにネジ止め用のタップ加工が必要で、加工に手間がかかり、またタップの折損が生じたような場合、加工途中の部品を廃却処分しなければならず歩留まりが悪い。更に、ボールねじ機構の使用中に生じた振動で小ねじに緩みが生じ、チューブ押え板と共にチューブの浮き上がりが生じる恐れもある。

これに対し、特許文献２には、片面に循環溝を形成した板状の循環部材を、直接、リベットにてナットに固定することが開示されている。しかしながら、板状の循環部材に循環溝を形成して、リベットで固定するためには高精度な位置決めが必要となり、製造に手間取るという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡素な構成であって製造が容易であり、振動等により部品の緩みなどの恐れがないボールねじ機構の組立方法及び加工装置を提供することを目的とする。

本発明のボールねじ機構の組立方法は、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ルと、前記ナットの取り付け孔内に挿入された循環部材と、前記循環部材を保持する薄板部材とを有するボールねじ機構の組立方法において、
固定された受け部を、前記ナットの内周に挿通し、
前記ナットを保持する保持部材をバネにより所定方向に付勢し、
前記薄板部材に挿通した複数のリベットを、前記ナットのリベット孔内に挿入し、前記ナット内で前記受け部に対向させ、
前記リベットの外径側を押圧することにより、前記バネの付勢力に抗して前記ナットと共に前記リベットが前記受け部に向かって移動し、これにより前記リベットの内径側が並行して加締められ、前記薄板部材を前記ナットの外周に固定することを特徴とする。

本発明のように、前記ボールを循環させる循環部材と、前記循環部材を保持する薄板部材とを別体とすることで、前記薄板部材に挿通した複数のリベットを前記ナットに取り付ける際に、加締めの精度に関わらず前記循環部材の位置決めを行うことができるから、前記ボールの循環を円滑に行うことができる。又、前記リベットを用いることで、前記ナットに小ねじのタップ加工等を省略することができ、ボールねじ機構の使用時における振動等により緩みなどが生じることもなく、信頼性を向上できる。

前記複数のリベットを並行して加締めると、一本ずつ加締める場合に比べ効率が向上するので好ましい。特に、薄板部材に加締めを行う場合、１つのリベットを加締めることによって、別のリベットを挿通する薄板部材の孔とナットの孔の位置がズレ、リベットを挿通できなくなる恐れがある。これはロボット等の自動組立において特に問題となる。これを抑制するためには、薄板部材又はナットの孔径を大きくすることが考えられるが、そうするとリベットの加締めによる膨径量を増大させなくてはならず、大がかりな加工装置が必要となる。これに対し、複数のリベットを並行して（例えば同時に）加締めることで、かかる問題を解決できる。

前記リベットを前記ナットの内径側で加締めると、前記リベットを前記ナットの内径側から挿入することとなり、組立工程の簡素化を図れる。

前記リベットを加締める前に、前記ナットの回転方向の位置決めを行うと好ましい。

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、本実施の形態にかかる組立方法により組み立てられるボールねじ機構のナットの正面図であり、図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図であり、図３は、ボールねじ機構のナットの上面図であり、図４は、図２の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。

ボールねじ機構において、円筒状のナット２は、外周に雄ねじ溝を形成したねじ軸（不図示）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（不図示）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る。ねじ軸とナットとボールとで、ボールねじ機構を構成する。

ナット２の外周には、図１，２に示すように、軸線に平行な平坦部２ｂが形成されている。平坦部２ｂには、ナット２の内外周を貫通するチューブ孔２ｃ、２ｃと、リベット孔２ｄ、２ｄとが形成されている。リベット孔２ｄ、２ｄは、その軸線がナット２の軸線に直交する位置であって、雌ねじ溝２ａのない円筒内周面に形成されている。チューブ孔２ｃ、２ｃは、雌ねじ溝２ａに対して交差する位置に形成され、コ字状に折り曲げられたチューブ３の両端がそれぞれ嵌合している。チューブ３が、ボールねじ機構の動作時に、転走路の一端から他端へと不図示のボールを循環させる循環部材を構成する。

薄板部材４は、金属板を折り曲げて形成されており、チューブ３の外周を保持する中央の保持部４ａと、両端近傍の孔４ｂ、４ｂとを有する。頭付き棒状のリベット５は、薄板部材４の孔４ｂ、４ｂと、ナット２のリベット孔２ｄ、２ｄを貫通し、後述するように一端を加締めることで、ナット２に取り付けられている。リベット５は、鋼、アルミ、黄銅等の材質を用いて形成できる。また、リベットの端部を加締めて膨径したときに、平頭となるようにすれば望ましいが、後述する加締めピンの形状に応じて、球状、円盤状、トラス状、皿形状の膨径部を有するリベットとする事も可能である。リベット５の材質或いはリベット軸径により加締めめ圧力が過大になり、後述するマンドレルの強度が不足する場合、或いは加締め部強度が十分に確保出来る場合は、中空リベットを用いることも可能である。

本実施の形態によれば、チューブ３と、それを保持する薄板部材４とを別体とすることで、薄板部材４に挿通した２本リベット５をナット２に取り付ける際に、加締めの精度に関わらずチューブ３の位置決めを高精度に行うことができるから、ボールの循環を円滑に行うことができる。又、リベット５を用いることで、ナット２に小ねじのタップ加工等を省略することができ、ボールねじ機構の使用時における振動等により緩みなどが生じることもなく、信頼性を向上できる。

図５は、本実施の形態にかかるリベットを加締める加工装置の斜視図であり、図６は、図５の構成を矢印VI方向に見た図であり、図７は、図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図であり、図８は、図７の矢印VIIIで示す部位を拡大して示す図であり、図９は、加工中のナットを軸線方向に見た図である。

図５〜７に示す加工装置１０において、ブロック状のベース１１上を横切って溝１１ａが形成されている。溝１１ａ内部には、上部にＶ字状の保持部１２ａを有するナット保持部材１２が配置されている。ナット保持部材１２は、図７に示すように、溝１１ａの底面に植設された軸１２ｂに挿通され、コイルバネ１２ｃにより上方に向かって付勢されている。

溝１１ａを挟んで、一方の側のベース１１上には、保持部１２ａと同じ形状を有しそれと段差なくつながるＶ字状の保持部１３ａを形成したナットガイド１３が配置され、他方の側のベース１１上には、マンドレル１４の一端を保持するマンドレル保持部材１５が配置されている。尚、マンドレル１４の他端は、ナットガイド１３の保持部１３ａ上に載置された支持部材１７によって支持されている。マンドレル１４の上部には、図８，９に示すように、ナット２の内周に近似した円筒面状の受け部１４ａが形成されている。

マンドレル保持部材１５の上部には、加圧部１６が配置されている。加圧部１６は、上下方向に貫通する孔１６ｂを有する筐体１６ａと、孔１６ｂ内に挿入され上部を突出させた円筒状の入力部１６ｃと、入力部１６ｃに連結された押圧ユニット１６ｐとを有する。押圧ユニット１６ｐには、リベット５に加締め力を伝達する加締めピン１６ｄ、１６ｄと、入力部１６ｃに緩衝器（不図示）を介して連結されナット２の平坦部２ｂに力を伝達する姿勢制御部１６ｅとが下方に突出して配置されている。尚、入力部１６ｃは、ばね１６ｆにより上方に付勢されている。

次に、ナット２に挿通したリベット５を加締める工程について、図面を参照して説明する。まず、ナット２のチューブ孔２ｃ、２ｃにチューブ３の両端を挿入し、薄板部材４の保持部４ａがチューブ３の中央を保持するようにすると、薄板部材４の孔４ｂ、４ｂと、ナット２のリベット孔２ｄ、２ｄは、それぞれ重合するようになる。更に、上端が膨径したリベット５を、それぞれナット２の外径側より孔２ｄ、４ｂに挿入する。

加工装置１０において、ナットガイド１３上から支持部材１７を取り除いた状態で、ナット保持部材１２の上方で片持ち状態のマンドレル１４が水平に突き出している。ここで、上述のごとく仮組状態にしたナット２を、ナットガイド１３の保持部１３ａに係合させ、軸線方向に滑動させると、マンドレル１４の自由端がナット２内に侵入し、ナット２はナット保持部材１２の保持部１２ａ上に位置するようになる。その後、支持部材１７を保持部１３ａにセットして、マンドレル１４の自由端を支持する（図７参照）。このとき、ナット２は保持部１２ａ上で任意に回転できるため、各リベット５の上端が、加締めピン１６ｄに正対しない恐れがある。

そこで、不図示のプレス装置で入力部１６ｃの上部を押圧したときに、ばね１６ｆの付勢力に抗して入力部１６ｃが下降することに応じて、図１０（ａ）に示すように、最初に姿勢制御部１６ｅがチューブ３を挟んで両側で平坦部２ｂに当接する。これにより、図１０（ｂ）に示すように、ナット２が保持部１２ａ上で回転し、各リベット５の上端が、加締めピン１６ｄに正対するようになる。このとき、マンドレル１４の受け部１４ａが、ナット２の雌ねじ溝２ａと干渉することなく、リベット５の下端のみに当接するようになる。これにより加締め時の押圧力を、両端支持されたマンドレル１４を介してベース１１で支持できる。

更に、不図示のプレス装置の押圧により入力部１６ｃが下降すると、押圧ユニット１６ｐ内の緩衝器の作用により姿勢制御部１６ｅは下降せず、加締めピン１６ｄは平坦部４ｂに当たり、ナット２と共にリベット５を押し下げる。これにより、図１０（ｃ）に示すように、リベット５の下端が受け部１４ａに突き当たり、これを膨径するように塑性変形する。このようにしてリベット５の加締めが行われ、薄板部材４はナット２に固定され、チューブ３の脱落を阻止することができる。

尚、リベット５の加締め量は、加締めピン１６ｄの下降ストロークをプレス装置で設定することにより決定する。加締めが完了した後、プレス装置からの圧力が消失すれば、ばね１６ｆの付勢力により、加締めピン１６ｄ、姿勢制御部１６ｅは入力部１６ｃと共に、上方の初期位置に復帰する。よって、加工が終わったナット２を、未加工のナット２と交換することができる。

ここで、薄板部材４に１本ずつリベット５の加締めを行った場合、１つのリベット５を加締めたときに、薄板部材４の他方側が浮き上がったり変形したりして、リベット５を挿通できなくなる恐れがある。これに対し、２本リベット５を同時に加締めることで、加締め不良を解消することができる。

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く、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、薄板部材の孔に複数のリベットを予め分離を制限する形で仮固定してから、ナットに組みつけても良いし、リベットの数は２本に限らず３本以上でも良い。

本実施の形態にかかる組立方法により組み立てられるボールねじ機構のナットの正面図である。 図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。 ボールねじ機構のナットの上面図である。 図２の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。 本実施の形態にかかるリベットを加締める加工装置の斜視図である。 図５の構成を矢印VI方向に見た図である。 図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。 図７の矢印VIIIで示す部位を拡大して示す図である。 加工中のナットを軸線方向に見た図である。 加締め工程を示す図である。

符号の説明

２ ナット
２ａ 雌ねじ溝
２ｂ 平坦部
２ｃ チューブ孔
２ｄ リベット孔
３ チューブ
４ 薄板部材
４ａ 保持部
４ｂ 孔
４ｂ 平坦部
５ リベット
１０ 加工装置
１１ ベース
１１ａ 溝
１２ ナット保持部材
１２ａ 保持部
１２ｂ 軸
１２ｃ コイルバネ
１３ ナットガイド
１３ａ 保持部
１４ マンドレル
１４ａ 受け部
１５ マンドレル保持部材
１６ 加圧部
１６ａ 筐体
１６ｂ 孔
１６ｃ 入力部
１６ｄ 加締めピン
１６ｅ 姿勢制御部
１６ｐ 押圧ユニット
１７ 支持部材

Claims (3)

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ルと、前記ナットの取り付け孔内に挿入された循環部材と、前記循環部材を保持する薄板部材とを有するボールねじ機構の組立方法において、
   固定された受け部を、前記ナットの内周に挿通し、
   前記ナットを保持する保持部材をバネにより所定方向に付勢し、
   前記薄板部材に挿通した複数のリベットを、前記ナットのリベット孔内に挿入し、前記ナット内で前記受け部に対向させ、
   前記リベットの外径側を押圧することにより、前記バネの付勢力に抗して前記ナットと共に前記リベットが前記受け部に向かって移動し、これにより前記リベットの内径側が並行して加締められ、前記薄板部材を前記ナットの外周に固定することを特徴とするボールねじ機構の組立方法。
2. 前記リベットを加締める前に、前記ナットの回転方向の位置決めを行うことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構の組立方法。
3. 請求項１又は２に記載のボールねじ機構の組立方法を実施することを特徴とする加工装置。

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