WO2016088893A1 - ボールねじ装置 - Google Patents

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WO2016088893A1
WO2016088893A1 PCT/JP2015/084202 JP2015084202W WO2016088893A1 WO 2016088893 A1 WO2016088893 A1 WO 2016088893A1 JP 2015084202 W JP2015084202 W JP 2015084202W WO 2016088893 A1 WO2016088893 A1 WO 2016088893A1
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ball screw
shaft
screw device
screw
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Inventor
池田　良則
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Ntn株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/24—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa

Definitions

  • the present invention relates to a ball screw device used for an actuator of an automobile, and more particularly to a ball screw device in which a nut rotates and a screw shaft linearly moves in an axial direction.
  • a screw shaft provided with a raceway groove, a ball screw nut screwed to the screw shaft via a ball, a motor rotor arranged concentrically with the screw shaft and rotating integrally with the ball screw nut, and an axial direction from the ball screw nut 2.
  • a ball screw device including a motor stator disposed at a predetermined distance and a bearing that supports a ball screw nut is often used for an automobile actuator.
  • the ball screw device 51 includes a screw shaft 52 provided with a raceway groove 52 a, a ball screw nut 53 screwed onto the screw shaft 52 via a ball 54, and a ball screw nut 53 arranged concentrically with the screw shaft 52.
  • a motor rotor 55 that rotates integrally with the ball screw nut 53, a motor stator 56 that is disposed at a predetermined distance in the axial direction from the ball screw nut 53, and a bearing 57 that supports the ball screw nut 53.
  • a part also serves as an inner ring of the bearing 57, and an end portion of the ball screw nut 53 opposite to the stator and a flange portion 55 a of the end portion of the motor rotor 55 are coupled by a bolt 58.
  • the ball screw device 51 can be reduced in size and cost (for example, refer to Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a ball screw device that achieves low cost by downsizing and reducing the number of parts.
  • the invention according to claim 1 of the present invention relates to an electric motor, a ball screw disposed coaxially at one end of a motor shaft of the electric motor, and the housing.
  • a motor shaft and a rolling bearing that rotatably supports the nut of the ball screw, and the ball screw is externally inserted into the screw shaft having a spiral thread groove formed on the outer peripheral surface,
  • a rotor of the electric motor mounted on the motor shaft, concentrically disposed with the screw shaft and rotating integrally with the nut, and disposed opposite to the rotor via a radial air gap.
  • nut of the ball screw is formed integrally with the motor shaft.
  • the electric motor the ball screw disposed coaxially at one end of the motor shaft of the electric motor, and the rolling bearing that rotatably supports the nut of the motor shaft and the ball screw with respect to the housing.
  • a ball screw having a screw shaft with a spiral thread groove formed on the outer peripheral surface, a nut that is extrapolated to the screw shaft and having a spiral screw groove formed on the inner peripheral surface, and both opposing screws
  • the nut of the ball screw is a motor shaft.
  • the size of the electric motor in the axial direction can be reduced, the number of parts can be reduced, and the cost can be reduced. Can be achieved.
  • the quality can be improved, there is no stress applied to the nut due to the press-fitting of the motor rotor, and there is no shrinkage of the nut during press-fitting.
  • the internal load distribution of the screw is stable and the life can be extended.
  • the inner rolling surface of the rolling bearing is formed directly on the outer periphery of the nut as in the invention described in claim 2, the number of parts can be reduced and further miniaturization can be achieved. Can be planned.
  • the rolling bearing is supported by the rolling bearing at the center position of the ball screw.
  • the width of the rolling bearing is set to be equal to or less than the entire width of the nut, the axial distance from the stator of the electric motor can be shortened.
  • a ball screw device that can be downsized in the axial direction of the electric motor, and that can be combined with a reduction in the number of components and is low in cost.
  • the circulating member is composed of end plates attached to both end faces of the nut, and the end plate is parallel to the axial direction of the ball screw.
  • a ball that rolls in the thread groove between the screw shaft and the nut is tangentially along the lead of the thread groove on the end plate. If it is scooped up, changed in direction and supplied to the circulation hole of the nut, the apparatus can be miniaturized.
  • a scooping portion formed of a spiral convex strip having a substantially circular cross section is formed on the inner peripheral side of the open groove of the end plate, and the tip of the scooping portion and the If a radial clearance is formed between the screw shaft's screw groove and other facing surfaces, interference between the two can be prevented and the ball can be lifted from the screw groove and guided into the open groove. And a smooth ball circulation is maintained.
  • a tapered inlay portion is formed at the end portion of the nut, and a tapered fitting surface is formed at the end portion of the end plate that abuts the nut. If the fitting surface is formed and inserted into the inlay portion of the nut, the end plate is fixed in a state of being aligned with the nut, and the end plate scooping portion and the screw shaft facing surface are fixed. Can be set with high accuracy, and smooth ball circulation can be ensured.
  • a sleeve is fitted into the housing, a concave groove extending in the axial direction is formed on the inner circumference of the sleeve, and the sleeve is arranged facing the circumferential direction. If a locking pin is implanted at one end of the screw shaft and engaged with the groove of the sleeve, the screw shaft can be stably supported so as not to rotate and to move in the axial direction. .
  • a ball screw device includes an electric motor, a ball screw coaxially disposed at one end of a motor shaft of the electric motor, and a motor shaft and a nut of the ball screw that are rotatable relative to a housing. And the ball screw is externally inserted into the screw shaft, and the spiral screw groove is formed on the inner peripheral surface. And a plurality of balls accommodated in a rolling path formed by the opposing screw grooves, and a circulation member for infinite circulation of these balls, and mounted on the motor shaft, A rotor of the electric motor disposed concentrically with the shaft and rotating integrally with the nut; and a stator disposed opposite to the rotor via a radial air gap and mounted on the housing.
  • the nut of the ball screw is formed integrally with the motor shaft, there is no need for screwing for integrating the nut and the motor rotor as in the past, and the axial size of the electric motor is reduced. In addition, the number of parts can be reduced and the cost can be reduced. In addition, since there is no misalignment (mounting error) between the two members as in the past, the quality can be improved, there is no stress applied to the nut due to the press-fitting of the motor rotor, and there is no shrinkage of the nut during press-fitting. The internal load distribution of the screw is stable and the life can be extended.
  • An electric motor a ball screw coaxially disposed at one end of the motor shaft of the electric motor, and a rolling bearing that rotatably supports the motor shaft and the nut of the ball screw with respect to the housing
  • the ball screw has a screw shaft in which a spiral screw groove is formed on the outer peripheral surface, a nut that is extrapolated to the screw shaft and has a spiral screw groove on the inner peripheral surface, and the both screws facing each other.
  • a ball screw device comprising: a rotor of the electric motor that rotates integrally with the rotor; and a stator that is disposed to face the rotor via a radial air gap and is mounted on the housing.
  • a nut of the screw screw is formed integrally with the motor shaft, and the inner rolling surface of the rolling bearing is formed directly on the outer periphery of the nut, and the axial center of the inner rolling surface is the full width of the nut. Located in the center.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a ball screw device according to the present invention
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an assembled state of a circulating member of the nut of FIG. 1
  • FIG. 3 shows a mounting portion between the nut and the end plate. It is a principal part enlarged view.
  • a ball screw device 1 shown in FIG. 1 includes an electric motor 2, a ball screw 4 coaxially disposed at one end of a motor shaft 3 of the electric motor 2, a motor shaft 3 and a nut 6 with respect to a housing 5.
  • Rolling bearings 7 and 8 that rotatably support the screw shaft 9, a screw shaft 9 of the ball screw 4 inserted in the nut 6, and a sleeve 10 attached to the housing 5.
  • the housing 5 is a first housing 5a formed of an aluminum alloy such as A6063TE or ADC12 by aluminum die casting, and abutted to the end face, and has high strength and wear resistance (such as JIS standard SUS304 series). Or a second housing 5b formed by press working from a cold-rolled steel plate (JIS standard SPCC system or the like) that has been rust-proofed, and is integrally fixed by a fixing bolt (not shown). Yes.
  • the electric motor 2 has a plurality of stators 2a made of permanent magnets fixed to the second housing 5b, and fixed to the outer periphery of the motor shaft 3 and opposed to the stator 2a via predetermined radial clearances (air gaps).
  • a DC motor is configured by including a rotor 2b made of the above coil, a brush (not shown) mounted on the housing 5, and a commutator that engages with the brush.
  • the ball screw 4 is a cylindrical nut 6 that is integrally formed coaxially with the motor shaft 3, and is inserted into the nut 6 via a large number of balls 11, and is disposed on the hollow motor shaft 3 so as to freely advance and retract.
  • the screw shaft 9 is provided.
  • An arc-shaped inner rolling surface 8 a is directly formed on the outer periphery of the nut 6, thereby constituting a rolling bearing 8. This eliminates the need for screwing for integrating the nut and the motor rotor as in the prior art, reduces the axial size of the electric motor 2, reduces the number of parts, and reduces costs. Can do.
  • the integration of the nut 6 and the motor shaft 3 eliminates the conventional two-member misalignment (mounting error), so that the quality can be improved and no stress is generated on the nut 6 due to the press-fitting of the rotor 2b. Since there is no contraction of the nut 6 at the time of press-fitting, the internal load distribution of the ball screw 4 is stabilized, and the life can be extended.
  • the rolling bearing 8 is accommodated so as to be capable of rolling via an outer ring 12 having an outer rolling surface 12a facing the inner rolling surface 8a formed on the inner periphery, and a cage 13 between the rolling surfaces 8a and 12a.
  • the ball 14 is provided with seals 8b and 8b at both ends to form a sealed deep groove ball bearing.
  • the lubricating grease sealed inside the bearing is leaked to the outside, and wear powder and the like are externally received from the bearing. Prevents entry into the interior.
  • the nut 6 is supported by the housing 5a via the rolling bearing 8 so as to be rotatable and non-movable in the axial direction.
  • the rolling bearing 8 is positioned and fixed in the axial direction by a retaining ring 15 mounted on the inner periphery of the first housing 5a.
  • concave grooves 10a and 10a extending in the axial direction are formed and arranged facing each other in the circumferential direction.
  • a locking pin 16 is implanted at one end of the screw shaft 9 and engaged with the concave grooves 10 a and 10 a of the sleeve 10.
  • the sleeve 10 is made of a sintered alloy prepared by adjusting a metal powder into a plastic shape and molding it with an injection molding machine.
  • metal powder and a binder made of plastic and wax are kneaded by a kneader, and the kneaded product is granulated into pellets.
  • the granulated pellets are molded by so-called MIM (Metal Injection Molding), which is supplied to a hopper of an injection molding machine and pushed into a mold in a heated and melted state.
  • MIM Metal Injection Molding
  • C carbon
  • Ni nickel
  • Cr chromium
  • Cu copper
  • SCM415 which is 0.04 wt%
  • Mn manganese
  • Mo molecular weight
  • Si silicon
  • Si silicon
  • the rest is Fe (iron).
  • the sleeve 10 is hardened by carburizing and quenching so that the surface hardness is in the range of 30 to 40 HRC, and is provided with wear resistance.
  • the material of the sleeve 10 may be formed by pressing from an austenitic stainless steel plate or a cold rolled steel plate, for example.
  • the locking pin 16 that engages with the concave groove 10a is made of high carbon chromium bearing steel such as SUJ2 or carburized bearing steel such as SCr435, and has a carbon content of 0.80 wt% or more and 58 HRC or more on the surface thereof.
  • the carbonitriding layer is formed.
  • the needle roller used for the needle roller bearing to the locking pin 16, the surface hardness of 58HRC or more is obtained, the wear resistance is excellent, the availability is high, and the cost is low. Can be achieved.
  • the ball screw 4 includes a nut 6 in which a spiral thread groove 6a is formed on the inner peripheral surface, and a screw in which a spiral thread groove 9a corresponding to the screw groove 6a is formed on the outer peripheral surface.
  • a plurality of balls 11 that are rotatably accommodated in a rolling path formed by the shaft 9, the nut 6 and the thread grooves 6 a, 9 a of the screw shaft 9, and end plates 17 that are attached to both end faces of the nut 6; 18.
  • the nut 6 is made of case-hardened steel such as SCM415 or SCM420, and its surface is hardened in the range of 55 to 62HRC by vacuum carburizing and quenching. Thereby, the buffing etc. for the scale removal after the heat treatment can be omitted, and the cost can be reduced.
  • the screw shaft 9 is made of medium carbon steel such as S55C or case-hardened steel such as SCM415 or SCM420, and its surface is hardened in the range of 55 to 62 HRC by induction quenching or carburizing quenching.
  • each thread groove 6a, 9a of the ball screw 4 may be a circular arc shape or a gothic arc shape, but here, the contact angle with the ball 11 can be increased and the axial clearance can be reduced. It has a Gothic arc shape that can be set. Thereby, the rigidity with respect to an axial load becomes high and generation
  • the ball 11 that has rolled in the spiral thread grooves 9 a, 6 a between the screw shaft 9 and the nut 6 is rolled up tangentially along the thread groove lead toward the end plate 17, and the direction is changed.
  • An open groove 17a is formed in the end plate 17 so as to be supplied to the circulation hole 6b.
  • the circulation hole 6 b is formed so as to penetrate in parallel with the axial direction of the ball screw 4, and is set to have a larger diameter than the diameter of the ball 11. Then, the opening 11 on the other side communicates with the similarly formed open groove 18a in the end plate 18 on the other end, and the ball 11 rolls in the axial direction of the nut 6 without any load inside the circulation hole 6b. It is configured to circulate while.
  • the end plates 17 and 18 are sintered alloys formed by MIM that can be easily and accurately formed into a desired shape and size even if the processing degree is high and the shape is complicated. And are fixed to both end faces of the nut 6 by fixing bolts 19 and 19.
  • the end plates 17 and 18 are hardened by carburizing and quenching so that the surface hardness is in the range of 30 to 40 HRC, and are provided with wear resistance.
  • a directional clearance S is formed. That is, the tips of the scooping portions 17b and 18b are lifted from the bottom of the screw groove 9a of the screw shaft 9, and the ball 11 collides with the tips of the scooping portions 17b and 18b.
  • the scooping portions 17b and 18b come into contact with the screw shaft 9 due to the force at the time of the collision, the rotational performance is reduced due to friction. In order to avoid contact, the clearance may be increased. However, in this case, scooping by the scooping portions 17b and 18b cannot be performed smoothly, and there is a problem that smooth ball circulation is hindered.
  • tapered inlay portions 20 and 20 having a predetermined inclination angle ⁇ are formed at the end portions of the nuts 6 that abut the end plates 17 and 18.
  • tapered fitting surfaces 21 and 21 are formed at the end portions of the end plates 17 and 18, respectively. The fitting surfaces 21 and 21 are inserted into the spigot portions 20 and 20 of the nut 6, whereby the end plate 17 and 18 are fixed in a state of being aligned with the nut 6. Thereby, the radial clearance S between the scooping portions 17b, 18b of the end plates 17, 18 and the opposing surface of the screw shaft 9 can be set with high accuracy, and smooth ball circulation can be ensured.
  • the nut 6 is formed integrally with the motor shaft 3, the inner rolling surface 8 a of the rolling bearing 8 is formed directly on the outer periphery of the nut 6, and the inner rolling surface 8 a Since the axial center (groove bottom) is located at the center of the full width of the nut 6, it can be supported by the rolling bearing 8 at the center of the ball screw 4. As well as improving durability, smooth linear movement of the screw shaft 9 can be achieved.
  • the axial distance from the stator 2a can be shortened by setting the width of the rolling bearing 8 including the width for mounting the seals 8b, 8b to be equal to or less than the entire width of the nut 6.
  • the ball screw device 1 can be provided in which the electric motor 2 can be downsized in the axial direction, and the cost can be reduced in combination with the reduction in the number of components.
  • the ball screw device according to the present invention can be applied as a ball screw device used for an electric actuator of an automobile.

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Abstract

　小型化および部品点数削減による低コストを図ったボールねじ装置を提供する。　モータ軸３の一端部に配設されたボールねじ４と、ハウジング５に対してモータ軸３とナット６を回転自在に支承する転がり軸受７、８を備え、ボールねじ４が、外周面に螺旋状のねじ溝９ａが形成されたねじ軸９と、内周面に螺旋状のねじ溝６ａが形成されたナット６と、対向する両ねじ溝に収容されたボール１１と、エンドプレート１７、１８を備えると共に、モータ軸３に装着され、ねじ軸９と同心に配置されてナット６と一体で回転するロータ２ｂと、ハウジング５に装着されたステータ２ａを備えたボールねじ装置１において、ボールねじ４のナット６がモータ軸３と一体に形成され、転がり軸受８の内側転走面８ａがナット６の外周に直接形成されると共に、内側転走面８ａの軸方向中心がナット６の全幅の中央に配置されている。

Description

ボールねじ装置
　本発明は、自動車のアクチュエータ等に使用されるボールねじ装置に関し、特に、ナットが回転してねじ軸が軸方向に直線運動するボールねじ装置に関する。
　軌道溝が設けられたねじ軸と、ねじ軸にボールを介してねじ合わされたボールねじナットと、ねじ軸と同心に配置されてボールねじナットと一体で回転するモータロータと、ボールねじナットから軸方向に所定距離離れた位置に配置されたモータステータと、ボールねじナットを支持する軸受とを備えているボールねじ装置は自動車のアクチュエータ用としてよく使用されている。
　従来のボールねじ装置では、ボールねじナットとモータロータとの結合部が大きくなり、また、部品数や組付け工数も増加することになり、小型化および低コスト化が課題となっている。こうした課題を解決したものとして図４に示すようなボールねじ装置が知られている。
　このボールねじ装置５１は、軌道溝５２ａが設けられたねじ軸５２と、ねじ軸５２にボール５４を介してねじ合わされたボールねじナット５３と、ねじ軸５２と同心に配置されてボールねじナット５３と一体で回転するモータロータ５５と、ボールねじナット５３から軸方向に所定距離、離れた位置に配置されたモータステータ５６と、ボールねじナット５３を支持する軸受５７とを備えており、モータロータ５５の一部が軸受５７の内輪を兼ねており、ボールねじナット５３の反ステータ側端部とモータロータ５５の端部のフランジ部５５ａとがボルト５８によって結合されている。
　このように、モータロータ５５の一部が軸受５７の内輪を兼ねているので、部品点数およびボルト本数が削減され、組付け工数も削減される。また、ボールねじナット５３とモータロータ５５との結合がボールねじナット５３の反ステータ側端部で行われているので、ボールねじナット５３の中心とモータステータ５６との距離Ｌ１が小さくなり、結合部が小さくなる。したがって、ボールねじ装置５１を小型化および低コスト化することができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１０－２４２９４９号公報
　然しながら、近年より小型化への要求と、部品点数削減による低コスト化の要求が一層高まっているため、さらなる小型化や部品点数削減が求められている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、小型化および部品点数削減による低コストを図ったボールねじ装置を提供することを目的とする。
　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、電動モータと、この電動モータのモータ軸の一端部に同軸状に配設されたボールねじと、ハウジングに対して前記モータ軸および前記ボールねじのナットを回転自在に支承する転がり軸受とを備え、前記ボールねじが、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、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、これらのボールを無限循環させる循環用部材とを備えると共に、前記モータ軸に装着され、前記ねじ軸と同心に配置されて前記ナットと一体で回転する前記電動モータのロータと、このロータに径方向のエアギャップを介して対向配置され、前記ハウジングに装着されたステータとを備えたボールねじ装置において、前記ボールねじのナットが前記モータ軸と一体に形成されている。
　このように、電動モータと、この電動モータのモータ軸の一端部に同軸状に配設されたボールねじと、ハウジングに対してモータ軸およびボールねじのナットを回転自在に支承する転がり軸受とを備え、ボールねじが、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、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、これらのボールを無限循環させる循環用部材とを備えると共に、モータ軸に装着され、ねじ軸と同心に配置されてナットと一体で回転する電動モータのロータと、このロータに径方向のエアギャップを介して対向配置され、ハウジングに装着されたステータとを備えたボールねじ装置において、ボールねじのナットがモータ軸と一体に形成されているので、従来のようにナットとモータロータを一体化するためのねじ止めが不要となり、電動モータの軸方向サイズを小型化できると共に、部品点数を削減することができ、低コスト化を図ることができる。また、従来のような２部材のミスアライメント（取付誤差）がなくなるため、品質の向上ができると共に、モータロータの圧入によるナットへの応力発生がなく、圧入時のナットの収縮等がないため、ボールねじの内部負荷分布が安定し、長寿命化を図ることができる。
　好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記転がり軸受の内側転走面が前記ナットの外周に直接形成されていれば、部品点数を削減することができると共に、一層の小型化を図ることができる。
　また、請求項３に記載の発明のように、前記転がり軸受の内側転走面の軸方向中心が前記ナットの全幅の中央に配置されていれば、ボールねじの中心位置で転がり軸受によって支承することができ、組み付けによるミスアライメントや負荷荷重によるモーメント荷重の発生を最小限に抑えることができ、耐久性を向上させると共に、スムーズなねじ軸の直線運動を達成することができる。
　また、請求項４に記載の発明のように、前記転がり軸受の幅が前記ナットの全幅と等しいかそれ以下に設定されていれば、電動モータのステータとの軸方向の距離を短縮することができ、電動モータの軸方向の小型化ができ、部品点数削減と相俟って低コストを図ったボールねじ装置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、前記循環用部材が、前記ナットの両端面に装着されたエンドプレートで構成され、このエンドプレートが、前記ボールねじの軸線方向と平行に前記ナットに貫通して形成された循環孔に開口する開放溝を有し、前記ねじ軸とナット間のねじ溝内を転動したボールが、当該ねじ溝のリードに沿って接線方向に前記エンドプレートに掬い上げられ、方向転換して前記ナットの循環孔に供給されていれば、装置の小型化を図ることができる。
　また、請求項６に記載の発明のように、前記エンドプレートの開放溝の内周側に断面略円形の螺旋状の凸条からなる掬い上げ部が形成され、この掬い上げ部の先端と前記ねじ軸のねじ溝をはじめとする対向面との間に径方向すきまが形成されていれば、両者の干渉を防止することができると共に、ボールをねじ溝から掬い上げて開放溝内に導くことができ、滑らかなボール循環が維持される。
　また、請求項７に記載の発明のように、前記ナットの端部にテーパ状のインロー部が形成されると共に、前記ナットと衝合する前記エンドプレートの端部にテーパ状の嵌合面がそれぞれ形成され、この嵌合面が前記ナットのインロー部に嵌挿されていれば、エンドプレートがナットに対して芯合せされた状態で固定され、エンドプレートの掬い上げ部とねじ軸の対向面との間の径方向すきまを精度良く設定することができ、滑らかなボール循環を確保することができる。
　また、請求項８に記載の発明のように、前記ハウジングにスリーブが内嵌され、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成されて周方向に対向して配設されると共に、前記ねじ軸の一端部に係止ピンが植設され、前記スリーブの凹溝に係合されていれば、ねじ軸を、回転不可に、かつ軸方向移動可能に安定して支持することができる。
　本発明に係るボールねじ装置は、電動モータと、この電動モータのモータ軸の一端部に同軸状に配設されたボールねじと、ハウジングに対して前記モータ軸および前記ボールねじのナットを回転自在に支承する転がり軸受とを備え、前記ボールねじが、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、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、これらのボールを無限循環させる循環用部材とを備えると共に、前記モータ軸に装着され、前記ねじ軸と同心に配置されて前記ナットと一体で回転する前記電動モータのロータと、このロータに径方向のエアギャップを介して対向配置され、前記ハウジングに装着されたステータとを備えたボールねじ装置において、前記ボールねじのナットが前記モータ軸と一体に形成されているので、従来のようにナットとモータロータを一体化するためのねじ止めが不要となり、電動モータの軸方向サイズを小型化できると共に、部品点数を削減することができ、低コスト化を図ることができる。また、従来のような２部材のミスアライメント（取付誤差）がなくなるため、品質の向上ができると共に、モータロータの圧入によるナットへの応力発生がなく、圧入時のナットの収縮等がないため、ボールねじの内部負荷分布が安定し、長寿命化を図ることができる。
本発明に係るボールねじ装置を示す縦断面図である。 図１のナットの循環部材組付け状態を示す縦断面図である。 図２のナットとエンドプレートの取付部を示す要部拡大図である。 従来のボールねじ装置を示す縦断面図である。
　電動モータと、この電動モータのモータ軸の一端部に同軸状に配設されたボールねじと、ハウジングに対して前記モータ軸および前記ボールねじのナットを回転自在に支承する転がり軸受とを備え、前記ボールねじが、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、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、これらのボールを無限循環させる循環用部材とを備えると共に、前記モータ軸に装着され、前記ねじ軸と同心に配置されて前記ナットと一体で回転する前記電動モータのロータと、このロータに径方向のエアギャップを介して対向配置され、前記ハウジングに装着されたステータとを備えたボールねじ装置において、前記ボールねじのナットが前記モータ軸と一体に形成され、前記転がり軸受の内側転走面が当該ナットの外周に直接形成されると共に、この内側転走面の軸方向中心が前記ナットの全幅の中央に配置されている。
　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は、本発明に係るボールねじ装置を示す縦断面図、図２は、図１のナットの循環部材組付け状態を示す縦断面図、図３は、ナットとエンドプレートの取付部を示す要部拡大図である。
　図１に示すボールねじ装置１は、電動モータ２と、この電動モータ２のモータ軸３の一端部に同軸状に配設されたボールねじ４と、ハウジング５に対してモータ軸３およびナット６を回転自在に支承する転がり軸受７、８と、ナット６に内挿されたボールねじ４のねじ軸９と、ハウジング５に装着されたスリーブ１０とを備えている。
　ハウジング５は、Ａ６０６３ＴＥやＡＤＣ１２等のアルミ合金からアルミダイカストによって形成された第１のハウジング５ａと、その端面に衝合され、強度や耐摩耗性が高いオーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）からプレス加工にて形成された第２のハウジング５ｂとからなり、固定ボルト（図示せず）によって一体に固定されている。
　電動モータ２は、第２のハウジング５ｂに固着された永久磁石からなるステータ２ａと、モータ軸３の外周に固着され、ステータ２ａに所定の径方向すきま（エアギャップ）を介して対峙された複数のコイルからなるロータ２ｂと、ハウジング５に装着された図示しないブラシと、このブラシに係合する整流子を備えてＤＣモータを構成している。
　ボールねじ４は、モータ軸３と同軸状に一体に形成された円筒状のナット６と、このナット６に多数のボール１１を介して内挿され、中空状のモータ軸３に進退自在に配されたねじ軸９とを備えている。ナット６の外周には円弧状の内側転走面８ａが直接形成され、転がり軸受８を構成している。これにより、従来のようにナットとモータロータを一体化するためのねじ止めが不要となり、電動モータ２の軸方向サイズを小型化できると共に、部品点数を削減することができ、低コスト化を図ることができる。
　また、ナット６とモータ軸３の一体化により、従来のような２部材のミスアライメント（取付誤差）がなくなるため、品質の向上ができると共に、ロータ２ｂの圧入によるナット６への応力発生がなく、圧入時のナット６の収縮等がないため、ボールねじ４の内部負荷分布が安定し、長寿命化を図ることができる。
　転がり軸受８は、内側転走面８ａに対向する外側転走面１２ａが内周に形成された外輪１２と、両転走面８ａ、１２ａ間に保持器１３を介して転動自在に収容されたボール１４とを備え、両端部にシール８ｂ、８ｂが装着されて密封型の深溝玉軸受が構成され、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、外部から摩耗粉等が軸受内部に侵入するのを防止している。ナット６は、ハウジング５ａに対してこの転がり軸受８を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。そして、第１のハウジング５ａの内周に装着された止め輪１５によって転がり軸受８が軸方向に位置決め固定されている。
　ハウジング５ｂに内嵌されたスリーブ１０の内周には軸方向に延びる凹溝１０ａ、１０ａが形成され、周方向に対向して配設されている。一方、ねじ軸９の一端部に係止ピン１６が植設され、スリーブ１０の凹溝１０ａ、１０ａに係合されている。これにより、ねじ軸９が、回転不可に、かつ軸方向移動可能に安定して支持することができる。
　スリーブ１０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。
　金属粉としては、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。スリーブ１０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、耐摩耗性が付与されている。なお、スリーブ１０の材質は、これ以外にも、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼板や冷間圧延鋼板からプレス加工によって形成しても良い。
　一方、凹溝１０ａに係合する係止ピン１６は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼あるいはＳＣｒ４３５等の浸炭軸受鋼で形成され、その表面には、炭素含有量０．８０ｗｔ％以上、５８ＨＲＣ以上の浸炭窒化層が形成されている。なお、係止ピン１６に針状ころ軸受に使用される針状ころを適用することにより、５８ＨＲＣ以上の表面硬さが得られ、耐摩耗性が優れていると共に、入手性が良く、低コスト化を図ることができる。
　ボールねじ４は、図２に示すように、内周面に螺旋状のねじ溝６ａが形成されたナット６と、外周面にねじ溝６ａに対応する螺旋状のねじ溝９ａが形成されたねじ軸９と、ナット６およびねじ軸９のねじ溝６ａ、９ａにより形成された転動路に転動自在に収容された多数のボール１１と、ナット６の両端面に装着されたエンドプレート１７、１８とを備えている。
　ナット６はＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによってその表面に５５～６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。これにより、熱処理後のスケール除去のためのバフ加工等を省略することができ、低コスト化を図ることができる。一方、ねじ軸９はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、高周波焼入れ、あるいは浸炭焼入れによってその表面に５５～６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。
　このボールねじ４の各ねじ溝６ａ、９ａ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１１との接触角が大きくとれ、かつアキシアルすきまを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。
　ねじ軸９とナット６間の螺旋状のねじ溝９ａ、６ａ内を転動したボール１１は、ねじ溝リードに沿って接線方向にエンドプレート１７側に掬い上げられ、方向転換してナット６の循環孔６ｂに供給されるように、エンドプレート１７に開放溝１７ａが形成されている。循環孔６ｂはボールねじ４の軸線方向と平行に貫通されて形成され、ボール１１の直径よりも大径に設定されている。そして、反対側の開口端から他端のエンドプレート１８内に、同様に形成された開放溝１８ａと連通し、ボール１１が循環孔６ｂの内部を無負荷状態でナット６の軸方向へ転動しながら循環するように構成されている。
　エンドプレート１７、１８は、前述したスリーブ１０と同様、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ＭＩＭによって成形される焼結合金によって形成され、固定ボルト１９、１９によってナット６の両端面に固定されている。エンドプレート１７、１８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、耐摩耗性が付与されている。
　エンドプレート１７、１８の開放溝１７ａ、１８ａの内周側には、ボール１１をねじ溝９ａから掬い上げて開放溝１７ａ、１８ａ内に導くため、断面略円形の螺旋状の凸条からなる掬い上げ部１７ｂ、１８ｂが形成されている。これらの掬い上げ部１７ｂ、１８ｂによってボール１１が掬い上げられることで、滑らかなボール循環が維持されるようになっている。
　本実施形態では、図３に拡大して示すように、掬い上げ部１７ｂ、１８ｂの先端とねじ軸９のねじ溝９ａをはじめとする対向面との間には干渉を避けるための所定の径方向すきまＳが形成されている。すなわち、掬い上げ部１７ｂ、１８ｂの先端が、ねじ軸９のねじ溝９ａの底から浮いており、ボール１１が掬い上げ部１７ｂ、１８ｂの先端に衝突するようになっている。この衝突時の力によって、掬い上げ部１７ｂ、１８ｂがねじ軸９に接触すると、摩擦による回転性能低下が生じる。接触を避けるためには、すきまを大きくすれば良いが、この場合、掬い上げ部１７ｂ、１８ｂによる掬い上げがスムーズに行えなくなり、滑らかなボール循環が阻害されるという問題が生じる。
　ここで、エンドプレート１７、１８と衝合するナット６の端部に所定の傾斜角αからなるテーパ状のインロー部２０、２０が形成されている。一方、エンドプレート１７、１８の端部にテーパ状の嵌合面２１、２１がそれぞれ形成され、この嵌合面２１、２１をナット６のインロー部２０、２０に嵌挿することにより、エンドプレート１７、１８がナット６に対して芯合せされた状態で固定されている。これにより、エンドプレート１７、１８の掬い上げ部１７ｂ、１８ｂとねじ軸９の対向面との間の径方向すきまＳを精度良く設定することができ、滑らかなボール循環を確保することができる。
　図１において、電動モータ２に通電すると、モータ軸３の回転に伴ってナット６が一体に回転し、このナット６の回転によりねじ軸９が軸方向（図中左右方向）に移動される。すなわち、このボールねじ４によりモータ軸３の回転運動がボールねじ４を介してねじ軸９の軸方向運動に変換される。
　本発明に係るボールねじ装置１では、ナット６がモータ軸３と一体に形成され、転がり軸受８の内側転走面８ａがナット６の外周に直接形成されると共に、この内側転走面８ａの軸方向中心（溝底）がナット６の全幅の中央に配置されているので、ボールねじ４の中心位置で転がり軸受８によって支承することができ、組み付けによるミスアライメントや負荷荷重によるモーメント荷重の発生を最小限に抑えることができ、耐久性を向上させると共に、スムーズなねじ軸９の直線運動を達成することができる。
　また、シール８ｂ、８ｂを装着する幅を含む転がり軸受８の幅を、ナット６の全幅と等しいかナット６の全幅以下に設定することにより、ステータ２ａとの軸方向の距離を短縮することができ、電動モータ２の軸方向の小型化ができ、部品点数削減と相俟って低コストを図ったボールねじ装置１を提供することができる。
　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。
　本発明に係るボールねじ装置は、自動車の電動アクチュエータ等に使用されるボールねじ装置として適用できる。
１　ボールねじ装置
２　電動モータ
２ａ　ステータ
２ｂ　ロータ
３　モータ軸
４　ボールねじ
５　ハウジング
５ａ　第１のハウジング
５ｂ　第２のハウジング
６　ナット
６ａ、９ａ　ねじ溝
６ｂ　循環孔
７、８　転がり軸受
８ａ　内側転走面
８ｂ　シール
９　ねじ軸
１０　スリーブ
１０ａ　凹溝
１１、１４　ボール
１２　外輪
１２ａ　外側転走面
１３　保持器
１５　止め輪
１６　係止ピン
１７、１８　エンドプレート
１７ａ、１８ａ　開放溝
１７ｂ、１８ｂ　掬い上げ部
１９　固定ねじ
２０　インロー部
２１　嵌合面
５１　ボールねじ装置
５２　ねじ軸
５２ａ　軌道溝
５３　ボールねじナット
５４　ボール
５５　モータロータ
５５ａ　フランジ部
５６　モータステータ
５７　軸受
５８　ボルト
Ｌ１　ボールねじナットの中心とモータステータとの距離
Ｓ　掬い上げ部とねじ軸の対向面の径方向すきま
α　インロー部の傾斜角

Claims (8)

  1. 　電動モータと、
    　この電動モータのモータ軸の一端部に同軸状に配設されたボールねじと、
    　ハウジングに対して前記モータ軸および前記ボールねじのナットを回転自在に支承する転がり軸受とを備え、
    　前記ボールねじが、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、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、これらのボールを無限循環させる循環用部材とを備えると共に、
    　前記モータ軸に装着され、前記ねじ軸と同心に配置されて前記ナットと一体で回転する前記電動モータのロータと、このロータに径方向のエアギャップを介して対向配置され、前記ハウジングに装着されたステータとを備えたボールねじ装置において、
    　前記ボールねじのナットが前記モータ軸と一体に形成されていることを特徴とするボールねじ装置。
  2. 　前記転がり軸受の内側転走面が前記ナットの外周に直接形成されている請求項１に記載のボールねじ装置。
  3. 　前記転がり軸受の内側転走面の軸方向中心が前記ナットの全幅の中央に配置されている請求項１または２に記載のボールねじ装置。
  4. 　前記転がり軸受の幅が前記ナットの全幅と等しいかそれ以下に設定されている請求項１に記載のボールねじ装置。
  5. 　前記循環用部材が、前記ナットの両端面に装着されたエンドプレートで構成され、このエンドプレートが、前記ボールねじの軸線方向と平行に前記ナットに貫通して形成された循環孔に開口する開放溝を有し、前記ねじ軸とナット間のねじ溝内を転動したボールが、当該ねじ溝のリードに沿って接線方向に前記エンドプレートに掬い上げられ、方向転換して前記ナットの循環孔に供給されている請求項１に記載のボールねじ装置。
  6. 　前記エンドプレートの開放溝の内周側に断面略円形の螺旋状の凸条からなる掬い上げ部が形成され、この掬い上げ部の先端と前記ねじ軸のねじ溝をはじめとする対向面との間に径方向すきまが形成されている請求項５に記載のボールねじ装置。
  7. 　前記ナットの端部にテーパ状のインロー部が形成されると共に、前記ナットと衝合する前記エンドプレートの端部にテーパ状の嵌合面がそれぞれ形成され、この嵌合面が前記ナットのインロー部に嵌挿されている請求項５または６に記載のボールねじ装置。
  8. 　前記ハウジングにスリーブが内嵌され、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成されて周方向に対向して配設されると共に、前記ねじ軸の一端部に係止ピンが植設され、前記スリーブの凹溝に係合されている請求項１に記載のボールねじ装置。
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