WO2021210307A1 - ボールねじ装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a ball screw device.
- the ball screw device rolls and moves the ball between the screw shaft and the nut, higher efficiency can be obtained as compared with the sliding screw device in which the screw shaft and the nut are in direct contact with each other.
- the ball screw device is used in various mechanical devices such as electric braking devices for automobiles, automatic manual transmissions (AMT), and positioning devices for machine tools in order to convert the rotational motion of a drive source such as an electric motor into linear motion. It has been incorporated.
- the ball screw device includes a screw shaft having a spiral shaft-side ball screw groove on the outer peripheral surface, a nut having a spiral nut-side ball screw groove on the inner peripheral surface, a shaft-side ball screw groove, and a nut-side ball screw groove. It is provided with a plurality of balls that roll on a load path (load ball runway) and a circulation component for returning the balls from the end point to the start point of the load path.
- the circulation component has a circulation path (no-load ball rolling path) that connects the start point and the end point of the load path inside.
- the ball screw device is roughly classified into an external circulation type ball screw device represented by a return tube (pipe) type and an internal circulation type ball screw device represented by a frame type.
- the external circulation type ball screw device has a part of the circulation path outside the nut, and is widely used because it is easy to use a large-diameter ball and it is easy to circulate the ball smoothly. in use.
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-351350 discloses an example of an external circulation type ball screw device.
- FIG. 18 shows a ball screw device 100 having a conventional structure described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-351350.
- the ball screw device 100 includes a screw shaft 101, a nut 102, a plurality of balls 103, and a circulation component 104.
- the axial direction, the radial direction, and the circumferential direction mean the axial direction, the radial direction, and the circumferential direction with respect to the screw shaft, unless otherwise specified.
- the central side of the nut is referred to as the inner side in the axial direction, and the side on both ends of the nut is referred to as the outer side in the axial direction.
- the screw shaft 101 has a spiral shaft-side ball screw groove 105 on the outer peripheral surface.
- the nut 102 has a spiral nut-side ball screw groove 106 on the inner peripheral surface.
- the screw shaft 101 is inserted inside the nut 102 and is arranged coaxially with the nut 102.
- the shaft-side ball screw groove 105 and the nut-side ball screw groove 106 are arranged so as to face each other in the radial direction, and form a spiral load path.
- the start point and end point of the load path are connected by a circulation path 107 formed between the nut 102 and the circulation component 104.
- the ball 103 that has reached the end point of the load path is returned to the start point of the load path through the circulation path 107.
- the start point and the end point of the load path are switched according to the direction of relative displacement (relative rotation direction) with respect to the axial direction of the screw shaft 101 and the nut 102.
- the ball screw device 100 having a conventional structure has a flat seat surface portion 108 at one position in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the nut 102.
- the circulation component 104 is attached to the seat surface portion 108.
- a pair of through holes 109 are axially separated and opened in the seat surface portion 108. Each through hole 109 penetrates the nut 102 in the radial direction and opens to the seat surface portion 108 and the inner peripheral surface of the nut 102.
- the circulation component 104 has a partially columnar main body 110 having a bow-shaped end face shape, and a pair of leg 111 integrally provided with the main body 110.
- the main body 110 has a concave groove 112 on the main body side curved in a substantially S shape on the inner surface in the radial direction facing the seat 108.
- the main body side concave groove 112 forms a circulation path 107 with the seat surface portion 108 on the flat surface.
- the portion separated from the main body side concave groove 112 is seated on the seat surface 108.
- the pair of legs 111 is inserted (press-fitted) into the inside of the pair of through holes 109 provided in the nut 102 without rattling. In this state, the tip portions of the pair of leg portions 111 are arranged inside the shaft-side ball screw groove 105.
- Each leg 111 has a function of scooping up a ball 103 that rolls on a load path and guiding the ball 103 to a circulation path 107.
- the ball screw device 100 having a conventional structure aims to position the circulation component 104 with respect to the nut 102 by inserting a pair of leg portions 111 of the circulation component 104 into the pair of through holes 109 of the nut 102. Therefore, in the ball screw device 100 having a conventional structure, it is necessary to improve the accuracy of the formation position of the pair of through holes 109. For example, if the formation position of any of the through holes 109 deviates from the normal position, stress is applied to the circulation component 104, which may cause deformation of the circulation component 104. As a result, the ball 103 may be clogged inside the circulation path 107, which may hinder the smooth circulation of the ball 103 and may damage the circulation component 104 at an early stage.
- the circulation component 104 is fixed to the nut 102 only by inserting (press-fitting) the pair of legs 111 into the pair of through holes 109. Therefore, the fixing force of the circulation component 104 to the nut 102 is insufficient, and there is a possibility that the circulation component 104 may be lifted from the seat surface portion 108 due to the force applied from the ball 103 to the circulation component 104.
- An object of the present invention is to provide a ball screw device having a structure capable of relaxing the accuracy of the formation position of the through hole and increasing the fixing force of the circulating component to the nut.
- the ball screw device includes a screw shaft, a nut, a circulation component, and a plurality of balls.
- the screw shaft has a spiral shaft-side ball screw groove on the outer peripheral surface.
- the nut has a spiral nut-side ball screw groove on the inner peripheral surface.
- the shaft-side ball screw groove and the nut-side ball screw groove form a spiral load path.
- the load path has a start point and an end point.
- the circulation component is attached to the outer peripheral surface of the nut, and forms a circulation path connecting the start point and the end point of the load path between the nut and the circulation path.
- the plurality of balls are rotatably arranged in the load path and the circulation path.
- the nut is formed on the outer peripheral surface of the nut, extends linearly in the axial direction, and has an accommodating groove that opens to both outer end faces in the axial direction of the nut. Have.
- the accommodating concave groove includes a flat surface-shaped groove bottom surface and a pair of groove wall surfaces facing each other in the circumferential direction.
- the nut has a pair of through holes that are separated from the bottom surface of the groove and penetrate the nut in the radial direction.
- the pair of groove wall surfaces has engaging recesses at their respective ends on both outer sides in the axial direction.
- the circulation component is arranged inside the accommodating groove, and has a pair of legs inserted into the pair of through holes and a pair of fixing portions provided at both outer ends in the axial direction. And have.
- Each fixing portion of the pair of fixing portions engages with the engaging recess to make it impossible for the circulating component to be displaced outward in the radial direction and the displacement in the circumferential direction with respect to the nut. It has a joint convex part.
- the circulation component may be made of metal, and the engaging convex portion may be composed of a caulking portion that is pressed against the engaging concave portion by plastic deformation.
- the circulating component When the circulating component is made of metal, the circulating component can be composed of an injection-molded product made of metal powder as a raw material. That is, the circulating component can be composed of a member manufactured by a metal powder injection molding method.
- the circulating parts may be made of synthetic resin.
- the engaging convex portion can be engaged with the engaging concave portion by snap-fitting.
- the engaging recess can be opened to the axially outer end surface of the nut.
- the pair of fixing portions can be arranged at positions deviating outward in the axial direction from the pair of legs.
- the fixing portion may be arranged so as to face the pair of groove wall surfaces, and may have a pair of side plate portions each including the engaging convex portion. ..
- the fixing portion can have a substrate portion which is placed on the bottom surface of the groove and whose ends on both sides in the circumferential direction are connected to the radial inner ends of the pair of side plate portions.
- the circulation component can be arranged inside the accommodating groove so as not to project radially outward from the accommodating groove.
- the circulation component can have a rotationally symmetric shape centered on the central portion in the axial direction (length direction of the circulation component).
- FIG. 1 is a perspective view of a ball screw device according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a plan view of the ball screw device of the first example.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
- FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG.
- FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
- FIG. 6 is a partially enlarged view of FIG.
- FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG.
- FIG. 8 is a schematic cross-sectional view taken along the line III-III of FIG.
- FIG. 9 is a perspective view of a nut constituting the ball screw device of the first example.
- FIG. 10 is a partially enlarged view of FIG. FIG.
- FIG. 11 is a schematic view for explaining the work of forming the engaging recesses on the pair of groove wall surfaces forming the accommodating recesses with respect to the ball screw device of the first example.
- FIG. 12 is a perspective view of the ball screw device of the first example as viewed from the radial outside of the circulating component before forming the engaging convex portion.
- FIG. 13 is a perspective view of the ball screw device of the first example as viewed from the radial inside of the circulating component before forming the engaging convex portion.
- FIG. 14 is a perspective view of the ball screw device of the second example according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 15 is a partially enlarged view of FIG.
- FIG. 16 is a diagram corresponding to FIG. 12 regarding the ball screw device of the second example.
- FIG. 17 is a diagram corresponding to FIG. 13 regarding the ball screw device of the second example.
- FIG. 18 is an exploded perspective view of a ball screw device having a conventional structure.
- the ball screw device 1 of this example is an external circulation type ball screw device for automobiles.
- an electric brake booster device to convert the rotational motion of an electric motor, which is a drive source, into a linear motion, and is a hydraulic cylinder. It is used for applications such as operating the piston of.
- the ball screw device 1 includes a screw shaft 2, a nut 3, a plurality of balls 4, and a circulation component 5.
- the screw shaft 2 is inserted inside the nut 3 and is arranged coaxially with the nut 3.
- a spiral load path 8 is provided between the outer peripheral surface of the screw shaft 2 and the inner peripheral surface of the nut 3.
- a plurality of balls 4 are arranged on the load path 8 so as to be rollable.
- the ball 4 that has reached the end point of the load path 8 reaches the start point of the load path 8 through the circulation path 9 formed between the nut 3 and the circulation component 5. Returned.
- the ball screw device 1 is used, for example, in a mode in which the screw shaft 2 is linearly moved with respect to the nut 3 by rotating the nut 3 relative to the screw shaft 2.
- the structure of each component of the ball screw device 1 will be described.
- the screw shaft 2 is made of metal and has a spiral shaft-side ball screw groove 6 having a constant lead on the outer peripheral surface.
- the shaft-side ball screw groove 6 is formed by subjecting the outer peripheral surface of the screw shaft 2 to grinding, cutting, or rolling.
- the number of threads of the shaft-side ball screw groove 6 is, for example, one.
- the groove shape (groove bottom shape) of the cross section of the shaft-side ball screw groove 6 is a Gothic arch groove shape or a circular arc groove shape.
- the nut 3 is made of metal and has a substantially cylindrical shape as a whole.
- the nut 3 has a spiral nut-side ball screw groove 7 on the inner peripheral surface.
- the nut-side ball screw groove 7 is formed by subjecting the inner peripheral surface of the nut 3 to grinding, cutting, rolling tapping, or cutting tapping, and has the same lead as the shaft-side ball screw 6. .. Therefore, with the screw shaft 2 inserted inside the nut 3, the shaft-side ball screw groove 6 and the nut-side ball screw groove 7 are arranged so as to face each other in the radial direction, and a spiral load path 8 is provided.
- the number of threads of the nut-side ball screw groove 7 is, for example, one as in the case of the shaft-side ball screw groove 6.
- the groove shape (groove bottom shape) of the cross section of the nut-side ball screw groove 7 is also a Gothic arch groove shape or a circular arc groove shape, similarly to the shaft-side ball screw groove 6.
- the nut 3 has an accommodating recess 10 at one position on the outer peripheral surface in the circumferential direction.
- Accommodating groove 10 is a direction along the central axis O 2 of the screw shaft 2, and extends linearly in the axial direction.
- the accommodating groove 10 extends in a direction orthogonal to the end faces on both outer sides of the nut 3 in the axial direction.
- the accommodating groove 10 is open to any of the end faces on both outer sides of the nut 3 in the axial direction.
- the radial depth dimension R and the circumferential width dimension H of the accommodating groove 10 are constant over the entire length in the axial direction. In this example, as shown in FIG.
- the radial depth dimension R of the accommodating concave groove 10 is smaller than the circumferential width dimension H of the accommodating concave groove 10.
- the depth dimension R of the accommodating concave groove 10 is about 1.0 to 1.2 times the diameter D of the ball 4, and the width dimension H of the accommodating concave groove 10 is 1.4 times the diameter D of the ball 4. It is about 3.0 times.
- the accommodating concave groove 10 has a substantially rectangular (rectangular) cross-sectional shape, and has a flat surface-shaped groove bottom surface 11 and a flat surface-shaped pair of groove wall surfaces 12.
- the groove bottom surface 11 is arranged parallel to the central axis O 2 of the screw shaft 2.
- the pair of groove wall surfaces 12 are arranged substantially at right angles to the groove bottom surface 11.
- the groove wall surfaces 12 are arranged parallel to each other and face each other in the circumferential direction.
- the accommodating concave groove 10 is formed by cutting using a cutting tool such as an end mill.
- the accommodating groove 10 has a substantially rectangular cross-sectional shape, extends linearly in the axial direction, and is not complicated in shape, so that it can be easily processed with high accuracy by cutting.
- each through hole 13 of the pair of through holes 13 is formed so as to penetrate the nut 3 in the radial direction, and is open not only to the groove bottom surface 11 but also to the inner peripheral surface of the nut 3. Specifically, the pair of through holes 13 are opened in the nut-side ball screw groove 7 on the inner peripheral surface of the nut 3. Further, each through hole 13 is composed of an elongated hole (rectangular hole) extending along the nut-side ball screw groove 7. A pair of leg portions 16 described later provided in the circulation component 5 are inserted into the pair of through holes 13.
- each groove wall surface 12 of the pair of groove wall surfaces 12 has engaging recesses 14 at both outer ends in the axial direction. That is, a pair of engaging recesses 14 are provided at each of the ends of the accommodation recesses 10 on both outer sides in the axial direction.
- Each of the engaging recesses 14 constituting the pair of engaging recesses 14 has a substantially triangular cross-sectional shape, and is arranged in the radial intermediate portion or the radial outer side portion of the groove wall surface 12. Therefore, the engaging recess 14 does not open on the outer peripheral surface of the nut 3. However, the engaging recess 14 is open to the end face on the outer side in the axial direction of the nut 3. Further, as shown in FIG.
- the axially inner portion (inner portion) of the engaging recess 14 has a triangular cone shape, and the circumferential depth of the engaging recess 14 and the axially inward direction are increased.
- the radial width becomes smaller. Therefore, the circumferential width between the groove bottoms (apexs having a triangular cross section) of the pair of engaging recesses 14 facing each other in the circumferential direction is the axially inner portion of the pair of engaging recesses 14 in the axial direction. It becomes narrower toward the inside.
- the axially inner end of the engaging recess 14 is located at substantially the same axial position as the axially inner end of the opening of the through hole 13.
- the end portion of the engaging recess 14 on the inner side in the axial direction may be positioned on the outer side in the axial direction from the position shown in the drawing, or may be located on the inner side in the axial direction.
- the concave grooves forming the engaging recesses 14 provided at the outer ends of the respective groove wall surfaces 12 in the axial direction can be made continuous in the axial direction.
- a concave groove can be formed over the entire length of each groove wall surface 12, and the engaging recess 14 can be formed by each of the axially outer portions of the concave groove.
- the pair of engaging recesses 14 provided at each of the axially outer ends of the accommodating recess 10 is a cutting having, for example, a diamond-shaped cross-sectional shape (a cross-sectional shape like an abacus bead).
- the ball 4 is a steel ball having a predetermined diameter, and is rotatably arranged in the load path 8 and the circulation path 9.
- the ball 4 arranged in the load path 8 rolls while receiving a compressive load, whereas the ball 4 arranged in the circulation path 9 is pushed by a subsequent ball 4 and rolls without receiving a compressive load. Move.
- the circulation component 5 is an injection-molded product made from metal powder, which is manufactured by a metal powder injection molding method (MIM), and is arranged inside the accommodating groove 10 of the nut 3.
- MIM metal powder injection molding method
- Examples of the metal powder (alloy for MIM) constituting the circulation component 5 include Fe—Ni—C (1 to 8% Ni to 0.8% C) and Fe—Cr—C (0.5 to 2% Cr0). .4 to 0.8% C), SCM415, SUS630 and the like can be used.
- the circulation component 5 has a main body portion 15, a pair of leg portions 16, and a pair of fixing portions 17.
- the circulation component 5 has a rotationally symmetric shape centered on a central portion in the length direction (axial direction).
- the main body 15 is formed in a long plate shape, and in a state where the length directions are aligned with the axial direction, a load is not applied to the main body 15 inside the accommodating groove 10 of the nut 3. It is arranged with a gap (small gap) between the two. Therefore, with the circulation component 5 arranged inside the accommodating recessed groove 10, both side surfaces of the main body 15 in the circumferential direction face the pair of groove wall surfaces 12 with a gap.
- the main body portion 15 has a width dimension slightly smaller than the width dimension H in the circumferential direction of the accommodating recessed groove 10.
- the main body portion 15 has a concave groove 18 on the main body side extending linearly in the axial direction on the inner side surface (lower surface) in the radial direction facing the bottom surface 11 of the groove.
- the main body side concave groove 18 is a part of the circulation path 9 (return path 24 described later) between the groove bottom surface 11 and the axial intermediate portion (flat surface portion between the openings of the pair of through holes 13).
- the groove shape of the cross section of the main body side concave groove 18 is a semi-elliptical shape.
- the main body side concave groove 18 has a groove width slightly larger than the diameter D of the ball 4 and a groove depth slightly larger than the diameter D of the ball 4.
- the groove depth of the main body side concave groove 18 from the radial inner side surface of the main body portion 15 does not change in the axial direction in the axial middle portion, but goes outward in the axial direction at the ends on both outer sides in the axial direction. The more curved it becomes, the smaller it becomes.
- the portion deviated from the main body side concave groove 18 in the circumferential direction is seated with respect to the groove bottom surface 11.
- the main body portion 15 is arranged inside the accommodating concave groove 10, and a part of the radial inner side surface of the main body portion 15 is brought into contact with the groove bottom surface 11, so that the radial direction of the circulation component 5 with respect to the nut 3 is related. We are trying to position it.
- the radial outer surface (upper surface) of the main body 15 is configured to be a flat surface substantially parallel to the groove bottom surface 11 so as not to project radially outward from the outer peripheral surface of the nut 3.
- the radial outer surface of the main body 15 may be formed in a partially cylindrical surface shape having a radius of curvature substantially the same as the radius of curvature of the outer peripheral surface of the nut 3.
- Each leg 16 constituting a pair of legs 16 is formed in a substantially semi-cylindrical shape.
- the pair of legs 16 extend radially inward from the radial inner side surfaces of both axially outer ends of the main body 15.
- Each leg 16 is inserted into the inside of each through hole 13 formed in the nut 3 from the outside in the radial direction.
- the leg portion 16 is inserted inside the through hole 13 with a gap (micro gap) so as not to apply a load to the leg portion 16.
- the tip portion (diameter inner end portion) of the leg portion 16 has a tongue piece-shaped scooping portion 19 for scooping up the ball 4 rolling on the load path 8 and guiding the ball 4 to the circulation path 9.
- the scooping portion 19 is arranged inside the shaft-side ball screw groove 6.
- the leg portion 16 is provided with a leg portion side concave groove 20 that is smoothly connected to an axially outer end portion of the main body side concave groove 18 provided in the main body portion 15.
- the leg-side concave groove 20 is open to a portion of the inner peripheral surface of the through hole 13 that faces outward in the axial direction.
- each fixing portion 17 constituting the pair of fixing portions 17 has a substantially U-shaped cross-sectional shape.
- a pair of fixing portions 17 are arranged on both outer sides of the main body portion 15 in the axial direction. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the pair of fixing portions 17 are arranged at the axially outer ends of the circulation component 5 which are axially outwardly separated from the pair of leg portions 16. ..
- Each fixing portion 17 has a thin-walled flat plate-shaped substrate portion 21 and a pair of side plate portions 22.
- the substrate portion 21 is placed without a gap with respect to the groove bottom surface 11.
- a pair of side plate portions 22 are arranged on both sides of the substrate portion 21 in the circumferential direction (width direction), and are bent at a substantially right angle toward the outer side in the radial direction with respect to the substrate portion 21. That is, the pair of side plate portions 22 are arranged so as to face (overlap) the pair of groove wall surfaces 12. Further, the end portions on both sides of the substrate portion 21 in the circumferential direction are connected to the inner end portions of the pair of side plate portions 22 in the radial direction.
- the pair of side plate portions 22 are each formed in a thin flat plate shape as shown in FIGS.
- the pair of side plate portions 22 are composed of caulking portions pressed against the respective engaging recesses 14 by plastic deformation as shown in FIG. 8 in a state where the circulation component 5 is fixed to the nut 3.
- a pair of engaging protrusions 23 is provided.
- a punch (not shown) arranged on the radial outer side of the fixing portion 17 is moved toward the radial inner side, and 1 It is formed by plastically deforming the radial outer portion of the pair of side plate portions 22 in the circumferential direction (plate thickness direction). That is, by pushing the radial outer portions of the pair of side plate portions 22 in the circumferential direction by the punch, the engaging convex portions 23 are formed at the same time.
- the pair of engaging protrusions 23 enters the inside of the pair of engaging recesses 14 provided on the groove wall surface 12, and are pressed against the pair of engaging recesses 14.
- each engaging convex portion 23 engages with the radial outer end of each engaging concave portion 14, whereby the pair of engaging convex portions 23 is formed. It is prevented from being displaced outward in the radial direction with respect to the pair of engaging recesses 14.
- a pair of engaging protrusions 23 are engaged with a pair of engaging recesses 14 for each fixing portion 17 provided at both outer ends of the circulation component 5 in the axial direction.
- a pair of fixing portions 17 are crimped and fixed to the nut 3 so as not to fall off (displace) outward in the radial direction.
- the circulation component 5 is positioned in the radial direction with respect to the nut 3. Further, by pressing a pair of engaging protrusions 23 against a pair of engaging recesses 14 for each fixing portion 17, the circulation component 5 cannot be displaced with respect to the nut 3 in the circumferential direction, and the nut 3 is disabled. The circulation component 5 is also positioned in the circumferential direction with respect to the relative component 5.
- the circulation path 9 is formed in the portion between the circulation component 5 and the nut 3 with the circulation component 5 attached to the nut 3. That is, the circulation path 9 is composed of not only the circulation component 5 but also the circulation component 5 and the nut 3. Specifically, the circulation path 9 is a space having a semi-circular cross section formed between the main body side concave groove 18 and the groove bottom surface 11 of the accommodating concave groove 10, and the leg side concave groove 20 and a through hole. It is composed of a space having a substantially circular cross section formed between the inner peripheral surface of the thirteenth. The circulation path 9 is connected to the start point and the end point of the load path 8, respectively.
- start point and the end point of the load path 8 are connection points (boundaries) between the load path 8 and the circulation path 9, and are scooping points by the scooping section 19.
- the start point and the end point of the load path 8 are interchanged as the direction of relative displacement (relative rotation direction) with respect to the axial direction of the screw shaft 2 and the nut 3 changes and the moving direction of the ball 4 changes.
- the circulation path 9 has a path that can avoid interference with the load path 8, and has a return path 24, a pair of scooping paths 25, and a pair of connecting paths 26. More specifically, the circulation path 9 is composed of a scooping path 25, a connecting path 26, a return path 24, a connecting path 26, and a scooping path 25 arranged in order from the end point to the start point of the load path 8. Has been done. That is, the scooping path 25 is connected to the load path 8 and the connecting path 26. The connecting route 26 connects to the scooping route 25 and the returning route 24. The return path 24 connects to each connecting path 26.
- the return path 24 has a role of returning the ball 4 to the start point side of the load path 8 in the axial direction.
- the return path 24 is composed of an axially intermediate portion of the concave groove 18 on the main body side and a flat surface portion between the openings of a pair of through holes 13 in the groove bottom surface 11.
- the return path 24 is arranged on the outer side in the radial direction of the load path 8 (outside the nut 3).
- the return path 24 has a center line that extends linearly in the axial direction and is parallel to the center axis O 2 of the screw shaft 2.
- the start point and the end point of the load path 8 are brought close to each other in the circumferential direction, preferably the start point and the end point are matched in the circumferential direction, and the number of turns of the load path 8 is an integer. Can be approached to.
- the scooping path 25 has a role of scooping up the ball 4 at the end point of the load path 8 and supplying the ball 4 to the start point of the load path 8.
- the scooping path 25 is composed of a radial inner portion of the leg-side concave groove 20 and a radial inner portion of the inner peripheral surface of the through hole 13.
- the center line of the scooping path 25 is curved in an arc shape when viewed from the axial direction.
- the connecting route 26 has a role of connecting the scooping route 25 and the returning route 24.
- the connecting path 26 includes a radial outer portion of the leg-side concave groove 20, a radial outer portion of the inner peripheral surface of the through hole 13, and an axially outer end of the main body-side concave groove 18. It is composed of an axially inner portion of the opening edge portion of the through hole 13 opened in the groove bottom surface 11.
- the center line of the connecting path 26 is curved in an arc shape at least in part when viewed from the circumferential direction.
- the accuracy of the formation position of the pair of through holes 13 can be relaxed, and the fixing force of the circulation component 5 to the nut 3 can be increased.
- the circulation component 5 is engaged with the pair of engaging protrusions 23 with respect to the pair of engaging recesses 14 for each of the fixing portions 17 provided on both outer ends in the axial direction.
- the displacement of the circulating component 5 in the radial direction and the displacement in the circumferential direction with respect to the nut 3 are made impossible, respectively, and the radial and circumferential positioning of the circulating component 5 with respect to the nut 3 is attempted. Therefore, unlike the ball screw device having the conventional structure, the ball screw device 1 of this example inserts a pair of leg portions 16 constituting the circulation component 5 into a pair of through holes 13 provided in the nut 3. By doing so, it is not necessary to position the circulation component 5 with respect to the nut 3.
- each through hole 13 constituting the pair of through holes 13 can be relaxed. As a result, even if the formation position of any of the through holes 13 deviates from the normal position, deformation of the circulation component 5 is suppressed. As a result, it is possible to prevent the balls 4 from being clogged inside the circulation path 9 due to the deformation of the circulation component 5, and it is possible to realize smooth circulation of the balls 4. In addition, the processing cost of the through hole 13 can be reduced.
- the portion disengaged from the pair of engaging convex portions 23 is pressed against the pair of groove wall surfaces 12, so that the circulation component 5 has a circumference with respect to the nut 3. Displacement in the direction can be effectively suppressed.
- the circumferential width between the groove bottoms of the pair of engaging recesses 14 facing the circumferential direction provided in the accommodating concave groove 10 is set at the axially inner portion of the pair of engaging recesses 14. It becomes narrower toward the inside in the axial direction. Therefore, the pair of engaging protrusions 23 engaged with the pair of engaging recesses 14 are restricted from being displaced inward in the axial direction. Therefore, it is possible to prevent the circulation component 5 from being displaced in the axial direction with respect to the nut 3.
- a pair of engaging convex portions 23 are engaged with a pair of engaging concave portions 14 for each fixing portion 17 provided at both outer ends in the axial direction of the circulation component 5, and the fixing portion is fixed. 17 is fixed by caulking the nut 3 so that it cannot fall off in the radial direction. Therefore, in this example, the fixing force of the circulation component 5 to the nut 3 is sufficiently increased as compared with the case where the fixing force is obtained only by inserting (press-fitting) the leg portion into the through hole as in the conventional structure. Can be done. Therefore, it is possible to effectively prevent the circulation component 5 from coming out (floating) radially outward from the accommodating concave groove 10. Further, since it is not necessary to use a fixing member such as a screw to fix the circulating component 5 to the nut 3, it is possible to prevent the number of components from increasing and reduce the manufacturing cost thereof.
- the fixing portion 17 is arranged at a position axially deviated from the leg portion 16, the force applied from the punch to the pair of side plate portions 22 constituting each fixing portion 17 is applied to each of the fixing portions 17. It is possible to limit the transmission to the leg portion 16. Therefore, when the pair of engaging convex portions 23 is formed on the pair of side plate portions 22, it is possible to prevent the leg portions 16 from being deformed. Further, since the pair of engaging convex portions 23 are formed on the radial outer portions of the pair of side plate portions 22, the amount of protrusion (protruding amount) of the pair of engaging convex portions 23 in the circumferential direction. Can be secured greatly.
- the rigidity of the nut 3 decreases as the accommodating concave groove 10 is formed on the outer peripheral surface of the nut 3. It can be suppressed. Further, since the circulation component 5 is arranged inside the accommodating concave groove 10 so as not to project radially outward from the accommodating concave groove 10, it is possible to prevent the ball screw device 1 from becoming large. ..
- the circulation component 5 since the circulation component 5 has a rotationally symmetric shape centered on the central portion in the axial direction, restrictions on the assembly direction of the circulation component 5 can be relaxed. Therefore, the assembly man-hours can be reduced, which is advantageous in reducing the assembly cost.
- a pair of engaging recesses 14 are provided at the respective ends of the pair of groove wall surfaces 12 on both outer sides in the axial direction, and a pair of engaging convex portions are provided on each of the pair of fixing portions 17.
- 23 is provided, and a pair of engaging recesses 14 and a pair of engaging convex portions 23 are engaged with each other at the respective ends on both outer sides of the accommodating concave groove 10 in the axial direction.
- the present invention provides this invention. It is not limited to the illustrated example.
- one engaging recess 14 is provided at each end of the pair of groove wall surfaces 12 on both outer sides in the axial direction, and one engaging convex portion 23 is provided at each of the pair of fixing portions 17. It is also possible to engage one engaging recess 14 with the engaging convex 23 at each end of the accommodating concave groove 10 on both outer sides in the axial direction. More specifically, one engaging recess is provided at one end of one groove wall surface in the axial direction, and one engaging recess is provided at the other end of the other groove wall surface in the axial direction.
- the portion of the side plate portion arranged on the wall surface side of the one groove corresponding to the engaging recess on one side in the axial direction is formed only the engaging convex portion and is arranged on the other side in the axial direction.
- the other side plate portion in the axial direction of the side plate portions arranged on the wall surface side of the other groove is also possible to form an engaging convex portion only in a portion corresponding to the engaging concave portion of the above. Such a configuration is also included in the scope of the present invention.
- each fixing portion 17a constituting the pair of fixing portions 17a is arranged so as to face (overlap) the pair of groove wall surfaces 12 of the accommodating concave groove 10. It is composed of only the side plate portion 22. That is, each fixing portion 17a does not include a substrate portion mounted on the groove bottom surface 11 of the accommodating concave groove 10.
- the circulation component 5a is displaced with respect to the nut 3 in the circumferential direction. Can be suppressed more effectively. Further, since the two substrate portions are omitted as compared with the structure of the first example, the weight of the circulating component 5a can be reduced. Other configurations and effects are the same as in the first example.
- the pair of groove wall surfaces constituting the accommodating concave groove are not limited to a configuration parallel to each other, and for example, a configuration is adopted in which the wall surfaces are inclined toward the outer side in the radial direction so as to be separated from each other in the circumferential direction. You can also do it.
- the cross-sectional shape of the accommodating concave groove is trapezoidal.
- the circulating parts may be made of synthetic resin.
- the synthetic resin for example, a fiber-reinforced polyamide resin material in which glass fiber is appropriately added to a polyamide 66 resin can be used.
- the polyamide resin may be an amorphous aromatic polyamide resin (modified polyamide 6T / 6I) or a low water absorption aliphatic polyamide resin (polyamide 11 resin, polyamide 12 resin, polyamide 610 resin, polyamide 612 resin). Water resistance can be further improved by adding it as appropriate.
- the engaging convex portion provided in the fixing portion can be engaged with the engaging concave portion provided in the accommodating concave groove of the nut by snap-fitting.
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Abstract
ナット(3)の外周面に、軸方向に直線状に延び、ナット(3)の軸方向両外側の端面に開口する収容凹溝(10)が設けられる。循環部品(5)は、収容凹溝(10)の内側に配置される。循環部品(5)は、その軸方向両外側のそれぞれの端部に備えられた固定部(17)の係合凸部(23)を、収容凹溝(10)の軸方向両外側のそれぞれの端部に備えられた係合凹部に係合させることで、ナット(3)に対する循環部品(5)の径方向外側への変位および円周方向への変位を不能としている。
Description
本発明は、ボールねじ装置に関する。
ボールねじ装置は、ねじ軸とナットとの間でボールを転がり運動させるため、ねじ軸とナットとを直接接触させるすべりねじ装置に比べて、高い効率が得られる。このため、ボールねじ装置は、電動モータなどの駆動源の回転運動を直線運動に変換するために、自動車の電動ブレーキ装置やオートマチックマニュアルトランスミッション(AMT)、工作機械の位置決め装置などの各種機械装置に組み込まれている。
ボールねじ装置は、外周面に螺旋状の軸側ボールねじ溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のナット側ボールねじ溝を有するナットと、軸側ボールねじ溝とナット側ボールねじ溝とからなる負荷路(負荷ボール転走路)を転動する複数のボールと、負荷路の終点から始点へとボールを戻すための循環部品とを備える。循環部品は、内部に負荷路の始点と終点とをつなぐ循環路(無負荷ボール転走路)を有する。
ボールねじ装置は、リターンチューブ(パイプ)式に代表される外部循環式のボールねじ装置と、こま式に代表される内部循環式のボールねじ装置とに大別される。これらのうち、外部循環式のボールねじ装置は、循環路の一部をナットの外部に有しており、大径のボールを使用しやすい、ボールを滑らかに循環させやすいなどの理由から、広く使用されている。
たとえば、特開平11-351350号公報には、外部循環式のボールねじ装置の1例が開示されている。図18は、特開平11-351350号公報に記載された、従来構造のボールねじ装置100を示している。
ボールねじ装置100は、ねじ軸101と、ナット102と、複数のボール103と、循環部品104とを備える。なお、本明細書において、軸方向、径方向、および円周方向とは、特に断らない限り、ねじ軸に関する軸方向、径方向、および円周方向をいう。また、軸方向に関して、ナットの中央側のことを軸方向内側といい、ナットの両端側のことを軸方向外側という。
ねじ軸101は、外周面に螺旋状の軸側ボールねじ溝105を有する。ナット102は、内周面に螺旋状のナット側ボールねじ溝106を有する。ねじ軸101は、ナット102の内側に挿通され、ナット102と同軸上に配置されている。軸側ボールねじ溝105とナット側ボールねじ溝106とは、径方向に互いに対向するように配置され、螺旋状の負荷路を構成している。
負荷路の始点と終点は、ナット102と循環部品104との間に形成された循環路107によりつながっている。負荷路の終点にまで達したボール103は、循環路107を通じて、負荷路の始点まで戻される。なお、負荷路の始点と終点は、ねじ軸101とナット102との軸方向に関する相対変位の方向(相対回転方向)に応じて入れ替わる。
従来構造のボールねじ装置100は、ナット102の外周面の円周方向一箇所に、平坦面状の座面部108を有する。循環部品104は、座面部108に取り付けられている。座面部108には、1対の貫通孔109が軸方向に離隔して開口している。それぞれの貫通孔109は、ナット102を径方向に貫通しており、ナット102の座面部108および内周面に開口している。
循環部品104は、弓形の端面形状を有する部分円柱状の本体部110と、本体部110と一体に備えられた1対の脚部111とを有する。
本体部110は、座面部108に対向する径方向内側面に、略S字形に湾曲した本体側凹溝112を有する。本体側凹溝112は、平坦面上の座面部108との間に、循環路107を形成する。本体部110の径方向内側面のうち、本体側凹溝112から外れた部分は、座面部108に対して着座する。
1対の脚部111は、ナット102に備えられた1対の貫通孔109の内側に、がたつきなく挿入(圧入)される。この状態で、1対の脚部111の先端部は、軸側ボールねじ溝105の内側に配置される。それぞれの脚部111は、負荷路を転動するボール103を掬い上げ、循環路107へと導く機能を有する。
従来構造のボールねじ装置100は、ナット102の1対の貫通孔109に、循環部品104の1対の脚部111を挿入することで、ナット102に対する循環部品104の位置決めを図っている。このため、従来構造のボールねじ装置100においては、1対の貫通孔109の形成位置の精度を高くする必要がある。たとえば、いずれかの貫通孔109の形成位置が正規の位置からずれていると、循環部品104に応力が加わり、循環部品104に変形が生じる可能性がある。この結果、循環路107の内側でボール103の詰まりが発生し、ボール103の円滑な循環が妨げられる可能性があるとともに、循環部品104が早期に損傷する可能性がある。
また、従来構造のボールねじ装置100は、1対の脚部111を1対の貫通孔109に挿入(圧入)することのみによって、循環部品104をナット102に対して固定している。このため、ナット102に対する循環部品104の固定力が不足し、ボール103から循環部品104に加わる力などにより、循環部品104が座面部108から浮き上がるなどの問題を生じる可能性がある。
本発明は、貫通孔の形成位置の精度を緩和することができるとともに、ナットに対する循環部品の固定力を高めることができる構造を有する、ボールねじ装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様のボールねじ装置は、ねじ軸と、ナットと、循環部品と、複数のボールとを備える。
前記ねじ軸は、外周面に、螺旋状の軸側ボールねじ溝を有する。
前記ナットは、内周面に、螺旋状のナット側ボールねじ溝を有する。
前記軸側ボールねじ溝と前記ナット側ボールねじ溝は、螺旋状の負荷路を構成する。該負荷路は、始点および終点を有する。
前記循環部品は、前記ナットの外周面に取り付けられ、前記負荷路の始点と終点とをつなぐ循環路を、前記ナットとの間に形成する。
前記複数のボールは、前記負荷路および前記循環路に転動可能に配置されている。
本発明の一態様のボールねじ装置では、前記ナットは、該ナットの前記外周面に形成され、軸方向に直線状に延び、該ナットの軸方向両外側の端面に開口する、収容凹溝を有する。
前記収容凹溝は、平坦面状の溝底面と、円周方向に対向する1対の溝壁面とを備える。
前記ナットは、前記溝底面に離隔して開口し、該ナットを径方向に貫通する1対の貫通孔を有する。
前記1対の溝壁面は、軸方向両外側のそれぞれの端部に、係合凹部を有する。
前記循環部品は、前記収容凹溝の内側に配置されており、前記1対の貫通孔に挿入された1対の脚部と、軸方向両外側の端部に備えられた1対の固定部とを有する。
前記1対の固定部のそれぞれの固定部は、前記係合凹部と係合することで、前記ナットに対する前記循環部品の径方向外側への変位および円周方向への変位を不能とする、係合凸部を有する。
本発明の一態様のボールねじ装置では、前記循環部品を、金属製とし、前記係合凸部を、塑性変形によって前記係合凹部に押し付けられる、かしめ部により構成することができる。
前記循環部品を金属製とする場合、前記循環部品を、金属粉末を原料とした射出成形品により構成することができる。すなわち、前記循環部品を、金属粉末射出成形法によって製造された部材により構成することができる。
あるいは、前記循環部品を、合成樹脂製とすることもできる。
前記循環部品を合成樹脂製とする場合、前記係合凸部を、前記係合凹部に対して、スナップフィットにより係合させることができる。
本発明の一態様のボールねじ装置では、前記係合凹部を、前記ナットの軸方向外側の端面に開口させることができる。
本発明の一態様のボールねじ装置では、前記1対の固定部を、前記1対の脚部から軸方向外側に外れた位置に配置することができる。
本発明の一態様のボールねじ装置では、前記固定部は、前記1対の溝壁面に対向するように配置され、それぞれが前記係合凸部を備える、1対の側板部を有することができる。
この場合、前記固定部は、前記溝底面に載置され、円周方向両側の端部が前記1対の側板部の径方向内側の端部につながった、基板部を有することができる。
本発明の一態様のボールねじ装置では、前記循環部品を、前記収容凹溝から径方向外側に張り出さないように、前記収容凹溝の内側に配置することができる。
本発明の一態様のボールねじ装置では、前記循環部品は、軸方向(循環部品の長さ方向)中央部を中心とした回転対称形状を有することができる。
本発明の一態様によれば、貫通孔の形成位置の精度を緩和することができるとともに、ナットに対する循環部品の固定力を高めることができる、ボールねじ装置の構造を実現できる。
[第1例]
本発明の実施の形態の第1例について、図1~図13を用いて説明する。
本発明の実施の形態の第1例について、図1~図13を用いて説明する。
〔ボールねじ装置の全体構成〕
本例のボールねじ装置1は、自動車用の外部循環式のボールねじ装置であり、たとえば、電動ブレーキブースター装置に組み込まれ、駆動源である電動モータの回転運動を直線運動に変換し、油圧シリンダのピストンを動作させるなどの用途で使用される。
本例のボールねじ装置1は、自動車用の外部循環式のボールねじ装置であり、たとえば、電動ブレーキブースター装置に組み込まれ、駆動源である電動モータの回転運動を直線運動に変換し、油圧シリンダのピストンを動作させるなどの用途で使用される。
ボールねじ装置1は、ねじ軸2と、ナット3と、複数のボール4と、循環部品5とを備える。
ねじ軸2は、ナット3の内側に挿通され、ナット3と同軸上に配置されている。ねじ軸2の外周面とナット3の内周面との間には、螺旋状の負荷路8が備えられている。負荷路8には、複数のボール4が転動可能に配置されている。ねじ軸2とナット3とを相対回転させると、負荷路8の終点に達したボール4は、ナット3と循環部品5との間に形成された循環路9を通じて、負荷路8の始点へと戻される。ボールねじ装置1は、たとえば、ナット3をねじ軸2に対して相対回転させることで、ねじ軸2をナット3に対して直線運動させる態様で使用される。以下、ボールねじ装置1の各構成部品の構造について説明する。
〈ねじ軸〉
ねじ軸2は、金属製で、外周面に一定のリードを持った螺旋状の軸側ボールねじ溝6を有している。軸側ボールねじ溝6は、ねじ軸2の外周面に、研削加工、切削加工、または転造加工を施すことにより形成されている。軸側ボールねじ溝6の条数は、たとえば1条である。軸側ボールねじ溝6の断面の溝形状(溝底形状)は、ゴシックアーチ溝形状またはサーキュラアーク溝形状である。
ねじ軸2は、金属製で、外周面に一定のリードを持った螺旋状の軸側ボールねじ溝6を有している。軸側ボールねじ溝6は、ねじ軸2の外周面に、研削加工、切削加工、または転造加工を施すことにより形成されている。軸側ボールねじ溝6の条数は、たとえば1条である。軸側ボールねじ溝6の断面の溝形状(溝底形状)は、ゴシックアーチ溝形状またはサーキュラアーク溝形状である。
〈ナット〉
ナット3は、金属製で、全体が略円筒状に構成されている。ナット3は、内周面に螺旋状のナット側ボールねじ溝7を有している。ナット側ボールねじ溝7は、ナット3の内周面に、研削加工、切削加工、転造タップ加工、または切削タップ加工を施すことにより形成されており、軸側ボールねじ6と同じリードを有する。このため、ねじ軸2をナット3の内側に挿通配置した状態で、軸側ボールねじ溝6とナット側ボールねじ溝7とは径方向に対向するように配置され、螺旋状の負荷路8を構成する。ナット側ボールねじ溝7の条数は、軸側ボールねじ溝6と同様に、たとえば1条である。ナット側ボールねじ溝7の断面の溝形状(溝底形状)も、軸側ボールねじ溝6と同様に、ゴシックアーチ溝形状またはサーキュラアーク溝形状である。
ナット3は、金属製で、全体が略円筒状に構成されている。ナット3は、内周面に螺旋状のナット側ボールねじ溝7を有している。ナット側ボールねじ溝7は、ナット3の内周面に、研削加工、切削加工、転造タップ加工、または切削タップ加工を施すことにより形成されており、軸側ボールねじ6と同じリードを有する。このため、ねじ軸2をナット3の内側に挿通配置した状態で、軸側ボールねじ溝6とナット側ボールねじ溝7とは径方向に対向するように配置され、螺旋状の負荷路8を構成する。ナット側ボールねじ溝7の条数は、軸側ボールねじ溝6と同様に、たとえば1条である。ナット側ボールねじ溝7の断面の溝形状(溝底形状)も、軸側ボールねじ溝6と同様に、ゴシックアーチ溝形状またはサーキュラアーク溝形状である。
ナット3は、外周面の円周方向一箇所に、収容凹溝10を有する。収容凹溝10は、ねじ軸2の中心軸O2に沿った方向である、軸方向に直線状に延びている。言い換えれば、収容凹溝10は、ナット3の軸方向両外側の端面に対し直交する方向に伸長している。また、収容凹溝10は、ナット3の軸方向両外側の端面のいずれにも開口している。収容凹溝10の径方向の深さ寸法Rおよび円周方向の幅寸法Hは、軸方向全長にわたり一定である。本例では、図6に示すように、収容凹溝10の径方向の深さ寸法Rは、収容凹溝10の円周方向の幅寸法Hよりも小さくなっている。収容凹溝10の深さ寸法Rは、ボール4の直径Dの1.0倍~1.2倍程度であり、収容凹溝10の幅寸法Hは、ボール4の直径Dの1.4倍~3.0倍程度である。
収容凹溝10は、略矩形(長方形)の断面形状を有しており、平坦面状の溝底面11と、平坦面状の1対の溝壁面12とを有する。溝底面11は、ねじ軸2の中心軸O2と平行に配置されている。1対の溝壁面12は、溝底面11に対し略直角に配置されている。それぞれの溝壁面12同士は、互いに平行に配置されており、円周方向に対向している。本例では、収容凹溝10を、エンドミルなどの切削工具を用いた切削加工により形成している。収容凹溝10は、上述したように、略矩形の断面形状を有し、軸方向に直線状に延びており、形状が複雑でないため、切削加工によって容易に高精度に加工することができる。
溝底面11には、図9に示すように、1対の貫通孔13が軸方向に離隔して開口している。1対の貫通孔13のそれぞれの貫通孔13は、ナット3を径方向に貫通するように形成されており、溝底面11だけでなく、ナット3の内周面にも開口している。具体的には、1対の貫通孔13は、ナット3の内周面のうち、ナット側ボールねじ溝7に開口している。また、それぞれの貫通孔13は、ナット側ボールねじ溝7に沿って伸長した長孔(矩形孔)により構成されている。1対の貫通孔13には、循環部品5に備えられた後述の1対の脚部16が挿入される。
図9および図10に示すように、本例では、1対の溝壁面12のそれぞれの溝壁面12は、軸方向両外側の端部に、係合凹部14を有する。すなわち、係合凹部14は、収容凹溝10の軸方向両外側の端部のそれぞれに、1対ずつ備えられている。1対の係合凹部14を構成するそれぞれの係合凹部14は、略三角形の断面形状を有しており、溝壁面12の径方向中間部ないし径方向外側寄り部分に配置されている。したがって、係合凹部14は、ナット3の外周面には開口していない。ただし、係合凹部14は、ナット3の軸方向外側の端面に開口している。また、図10に示すように、係合凹部14の軸方向内側部(奥部)は、三角すい形状を有しており、軸方向内側に向かうほど係合凹部14の円周方向深さおよび径方向幅がそれぞれ小さくなる。このため、円周方向に対向する1対の係合凹部14の溝底部(断面三角形状の頂点)同士の円周方向幅は、1対の係合凹部14の軸方向内側部で、軸方向内側に向かうほど狭くなる。
図示の例では、係合凹部14の軸方向内側の端部は、貫通孔13の開口部の軸方向内側の端部と、ほぼ同じ軸方向位置に位置している。ただし、本発明を実施する場合には、係合凹部14の軸方向内側の端部を、図示の位置よりも軸方向外側に位置させることもできるし、軸方向内側に位置させることもできる。また、それぞれの溝壁面12の軸方向両外側の端部に備えられた係合凹部14を構成する凹溝同士を、軸方向に連続させることもできる。換言すれば、それぞれの溝壁面12の全長にわたって凹溝を形成し、該凹溝の軸方向両外側部分のそれぞれにより、係合凹部14を構成することもできる。収容凹溝10の軸方向外側の端部のそれぞれに備えられた1対の係合凹部14は、図11に示すように、たとえばひし形の断面形状(そろばんの珠のごとき断面形状)を有する切削工具27を、収容凹溝10の軸方向の開口部側から軸方向内側に向けて移動させることで、1対の溝壁面12に同時に形成することができる。
〈ボール〉
ボール4は、所定の直径を有する鋼球であり、負荷路8および循環路9に転動可能に配置されている。負荷路8に配置されたボール4は、圧縮荷重を受けながら転動するのに対し、循環路9に配置されたボール4は、圧縮荷重を受けることなく、後続のボール4に押されて転動する。
ボール4は、所定の直径を有する鋼球であり、負荷路8および循環路9に転動可能に配置されている。負荷路8に配置されたボール4は、圧縮荷重を受けながら転動するのに対し、循環路9に配置されたボール4は、圧縮荷重を受けることなく、後続のボール4に押されて転動する。
〈循環部品〉
循環部品5は、金属粉末射出成形法(MIM)によって製造された、金属粉末を原料とする射出成形品であり、ナット3の収容凹溝10の内側に配置されている。循環部品5を構成する金属粉末(MIM用合金)としては、たとえば、Fe-Ni-C(1~8%Ni~0.8%C)、Fe-Cr-C(0.5~2%Cr0.4~0.8%C)、SCM415、SUS630などを使用することができる。
循環部品5は、金属粉末射出成形法(MIM)によって製造された、金属粉末を原料とする射出成形品であり、ナット3の収容凹溝10の内側に配置されている。循環部品5を構成する金属粉末(MIM用合金)としては、たとえば、Fe-Ni-C(1~8%Ni~0.8%C)、Fe-Cr-C(0.5~2%Cr0.4~0.8%C)、SCM415、SUS630などを使用することができる。
循環部品5は、図12および図13に示すように、本体部15と、1対の脚部16と、1対の固定部17とを有する。循環部品5は、長さ方向(軸方向)中央部を中心とした回転対称形状を有する。
本体部15は、長尺な板状に構成されており、長さ方向を軸方向に一致させた状態で、ナット3の収容凹溝10の内側に、本体部15に対し負荷の加わらない程度の隙間(微小隙間)を介在させて配置されている。このため、循環部品5を収容凹溝10の内側に配置した状態で、本体部15の円周方向両側面は、1対の溝壁面12に対して隙間を介して対向する。本体部15は、収容凹溝10の円周方向の幅寸法Hよりもわずかに小さい幅寸法を有する。なお、本発明を実施する場合に、本体部を収容凹溝の内側に円周方向のがたつきなく配置する(嵌め込む)ことで、ナットに対する循環部品の円周方向に関する位置決めを図ることもできる。
本体部15は、溝底面11に対向する径方向内側面(下面)に、軸方向に直線状に延びた、本体側凹溝18を有している。本体側凹溝18は、溝底面11の軸方向中間部(1対の貫通孔13の開口部同士の間の平坦面部)との間で、循環路9の一部(後述する戻し経路24)を形成する。図6に示すように、本体側凹溝18の断面の溝形状は、半長円形状である。本体側凹溝18は、ボール4の直径Dよりもわずかに大きな溝幅を有し、ボール4の直径Dよりもわずかに大きな溝深さを有する。本体部15の径方向内側面からの本体側凹溝18の溝深さは、軸方向中間部においては、軸方向にわたり変化しないが、軸方向両外側の端部においては、軸方向外側に向かうほど曲線的に小さくなる。本体部15の径方向内側面のうち、本体側凹溝18から円周方向に外れた部分は、溝底面11に対して着座する。本例では、本体部15を収容凹溝10の内側に配置し、本体部15の径方向内側面の一部を溝底面11に当接させることで、ナット3に対する循環部品5の径方向に関する位置決めを図っている。
本体部15の径方向外側面(上面)は、ナット3の外周面から径方向外側に張り出さないように、溝底面11と略平行な平坦面状に構成されている。ただし、本体部15の径方向外側面を、ナット3の外周面の曲率半径とほぼ同じ曲率半径を有する、部分円筒面状に構成することもできる。
1対の脚部16を構成するそれぞれの脚部16は、略半筒状に構成されている。1対の脚部16は、本体部15の軸方向両外側の端部の径方向内側面から径方向内側に向けて伸長する。それぞれの脚部16は、ナット3に形成されたそれぞれの貫通孔13の内側に、径方向外側から挿入されている。本例では、脚部16を、貫通孔13の内側に、脚部16に対し負荷の加わらない程度の隙間(微小隙間)を介在させて挿入している。脚部16の先端部(径方向内側の端部)は、負荷路8を転動するボール4を掬い上げ、循環路9へと導くための、舌片状の掬い上げ部19を有する。掬い上げ部19は、軸側ボールねじ溝6の内側に配置される。脚部16には、本体部15に備えられた本体側凹溝18の軸方向外側の端部に滑らかにつながった、脚部側凹溝20が備えられている。脚部側凹溝20は、貫通孔13の内周面のうちで、軸方向外側を向いた部分に対して開口している。
本例では、1対の固定部17を構成するそれぞれの固定部17は、略U字形の断面形状を有する。1対の固定部17は、本体部15の軸方向両外側に配置されている。すなわち、1対の固定部17は、図3および図4に示すように、1対の脚部16から軸方向外側に外れた、循環部品5の軸方向両外側の端部に配置されている。それぞれの固定部17は、薄肉平板状の基板部21および1対の側板部22を有する。
基板部21は、溝底面11に対して隙間なく載置されている。1対の側板部22は、基板部21の円周方向(幅方向)両側に配置されており、基板部21に対し径方向外側に向けて略直角に折れ曲がっている。すなわち、1対の側板部22は、1対の溝壁面12に対向する(重ね合わせる)ように配置されている。また、基板部21の円周方向両側の端部は、1対の側板部22の径方向内側の端部にそれぞれつながっている。1対の側板部22は、後述する1対の係合凸部23を形成する以前の状態では、図12および図13に示すように、それぞれ薄肉平板状に構成されており、本体部15の幅寸法と同じ幅寸法を有する。ただし、1対の側板部22は、循環部品5をナット3に固定した状態では、図8に示すように、塑性変形によってそれぞれの係合凹部14に押し付けられたかしめ部により構成される、1対の係合凸部23を備える。
1対の係合凸部23は、循環部品5を収容凹溝10の内側に配置した状態で、固定部17の径方向外側に配置した図示しないパンチを径方向内側に向けて移動させ、1対の側板部22の径方向外側部を、円周方向(板厚方向)に塑性変形させることで形成されている。すなわち、前記パンチにより、1対の側板部22の径方向外側部を、円周方向に押し広げることで、それぞれの係合凸部23を同時に形成している。1対の係合凸部23は、溝壁面12に備えられた1対の係合凹部14の内側に入り込み、1対の係合凹部14に押し付けられている。これにより、1対の係合凸部23は、1対の係合凹部14に対し径方向外側への変位を不能に係合する。具体的には、それぞれの係合凸部23の円周方向の端部が、それぞれの係合凹部14の径方向外側の端部と係合することで、1対の係合凸部23が、1対の係合凹部14に対し径方向外側へ変位することが阻止される。本例では、循環部品5の軸方向両外側の端部に備えられた、それぞれの固定部17ごとに、1対の係合凸部23を1対の係合凹部14に係合させて、1対の固定部17を、ナット3に対して径方向外側への脱落(変位)を不能にかしめ固定している。また、これにより、ナット3に対する循環部品5の径方向の位置決めを図っている。さらに、それぞれの固定部17ごとに、1対の係合凸部23を1対の係合凹部14に押し付けることで、ナット3に対する循環部品5の円周方向への変位を不能とし、ナット3に対する循環部品5の円周方向の位置決めも図っている。
本例では、それぞれの側板部22の径方向外側部のうちの軸方向中間部のみを、円周方向に塑性変形させて、当該部分に係合凸部23を形成している。また、それぞれの側板部22の径方向外側部に係合凸部23を形成することにより、側板部22のうちで係合凸部23から外れた部分を、収容凹溝10の溝壁面12に押し付けている。
本例では、循環部品5をナット3に対して取り付けた状態で、循環部品5とナット3との間部分に、循環路9が形成される。すなわち、循環路9は、循環部品5のみではなく、循環部品5とナット3とにより構成されている。具体的には、循環路9は、本体側凹溝18と収容凹溝10の溝底面11との間に形成された断面半長円形状の空間、および、脚部側凹溝20と貫通孔13の内周面との間に形成された断面略円形状の空間により構成されている。循環路9は、負荷路8の始点と終点とにそれぞれ接続される。負荷路8の始点および終点とは、別な言い方をすれば、負荷路8と循環路9との接続点(境界)であり、掬い上げ部19による掬い点である。なお、負荷路8の始点と終点とは、ねじ軸2とナット3との軸方向に関する相対変位の方向(相対回転方向)が変わり、ボール4の移動方向が変化することに伴って、入れ替わる。
本例では、循環路9は、負荷路8との干渉を避けられる経路を有しており、戻し経路24と、1対の掬上経路25と、1対の繋ぎ経路26とを有する。より具体的には、 循環路9は、負荷路8の終点から始点の間に順に配置された、掬上経路25、繋ぎ経路26、戻し経路24、繋ぎ経路26、および掬上経路25により構成されている。すなわち、掬上経路25は、負荷路8および繋ぎ経路26に接続する。繋ぎ経路26は、掬上経路25および戻し経路24に接続する。戻し経路24は、それぞれの繋ぎ経路26に接続する。
戻し経路24は、軸方向に関して、負荷路8の始点側へとボール4を戻す役割を有する。戻し経路24は、本体側凹溝18の軸方向中間部と、溝底面11のうち1対の貫通孔13の開口部同士の間の平坦面部分とにより構成されている。戻し経路24は、負荷路8の径方向外側(ナット3の外部)に配置されている。戻し経路24は、軸方向に直線状に延びる、ねじ軸2の中心軸O2と平行な中心線を有する。これにより、本例では、負荷路8の始点と終点との円周方向に関する位相を近づけ、好ましくは、始点と終点との円周方向に関する位相を一致させて、負荷路8の巻き数を整数に近づけることができる。
掬上経路25は、負荷路8の終点においてボール4を掬い上げるとともに、負荷路8の始点にボール4を供給する役割を有する。掬上経路25は、脚部側凹溝20のうちの径方向内側部分と貫通孔13の内周面のうちの径方向内側部分とにより構成されている。掬上経路25の中心線は、軸方向から見て、円弧状に湾曲している。
繋ぎ経路26は、掬上経路25と戻し経路24とをつなぐ役割を有する。繋ぎ経路26は、脚部側凹溝20のうちの径方向外側部分と貫通孔13の内周面のうちの径方向外側部分、および、本体側凹溝18の軸方向外側の端部と、溝底面11に開口した貫通孔13の開口縁部のうちの軸方向内側部分とにより構成されている。繋ぎ経路26の中心線は、円周方向から見て、少なくともその一部が円弧状に湾曲している。
本例のボールねじ装置1では、1対の貫通孔13の形成位置の精度を緩和することができるとともに、ナット3に対する循環部品5の固定力を高めることができる。
すなわち、本例では、循環部品5を、軸方向両外側の端部に備えられた固定部17ごとに、1対の係合凸部23を1対の係合凹部14に対して係合させることで、ナット3に対する循環部品5の径方向外側への変位および円周方向への変位をそれぞれ不能とし、ナット3に対する循環部品5の径方向および円周方向の位置決めを図っている。このため、本例のボールねじ装置1は、従来構造のボールねじ装置とは異なり、循環部品5を構成する1対の脚部16を、ナット3に備えられた1対の貫通孔13に挿入することで、ナット3に対する循環部品5の位置決めを図る必要がない。したがって、1対の貫通孔13を構成するそれぞれの貫通孔13の形成位置の精度を緩和することができる。この結果、いずれかの貫通孔13の形成位置が正規の位置からずれた場合であっても、循環部品5に変形が生じることが抑制される。これにより、循環部品5の変形に起因して、循環路9の内側でボール4の詰まりが発生することを抑制でき、ボール4の円滑な循環を実現することができる。また、貫通孔13の加工コストを低減することもできる。
本例では、1対の側板部22のうちで、1対の係合凸部23から外れた部分を1対の溝壁面12に押し付けているため、循環部品5がナット3に対して円周方向に変位することを有効に抑制することができる。
本例では、収容凹溝10に備えられた円周方向に対向する1対の係合凹部14の溝底部同士の円周方向幅を、1対の係合凹部14の軸方向内側部で、軸方向内側に向かうほど狭くしている。このため、1対の係合凹部14に対して係合した1対の係合凸部23が、軸方向内側に変位することが制限される。したがって、循環部品5が、ナット3に対して軸方向に変位するのを抑制することもできる。
本例では、循環部品5の軸方向両外側の端部に備えられた固定部17ごとに、1対の係合凸部23を1対の係合凹部14に対し係合させて、固定部17を、ナット3に対して径方向外側への脱落を不能にかしめ固定している。このため、本例では、従来構造のように、脚部を貫通孔に挿入(圧入)することのみによって固定力を得る場合に比べて、ナット3に対する循環部品5の固定力を十分に高めることができる。したがって、循環部品5が、収容凹溝10から径方向外側に抜け出る(浮き上がる)ことを有効に防止することができる。また、循環部品5をナット3に固定するために、ビスなどの固定部材を使用しなくて済むため、部品点数が増加することを防止でき、かつ、その製造コストの低減を図ることができる。
本例では、固定部17を、脚部16から軸方向に外れた位置に配置しているため、それぞれの固定部17を構成する1対の側板部22にパンチから加えられる力が、それぞれの脚部16に伝わることを制限することができる。このため、1対の側板部22に1対の係合凸部23を形成する際に、脚部16に変形が生じることを抑制することができる。また、1対の係合凸部23を、1対の側板部22の径方向外側部に形成しているため、1対の係合凸部23の円周方向への張り出し量(突出量)を大きく確保できる。さらに、1対の側板部22の径方向外側部のうちの軸方向中間部のみを円周方向に塑性変形させて、当該部分に1対の係合凸部23を形成しているため、1対の係合凸部23を形成することに伴って、ナット3に大きな力が加わることを防止できるため、ナット3に変形が生じることを抑制することができる。
本例では、1対の側板部22に1対の係合凸部23を形成する際に、基板部21を溝底面11に載置した状態で、図示しないパンチを径方向内側に向けて移動させるため、溝底面11を受け面として利用できる。このため、パンチから1対の側板部22へと効率良く力を伝えることが可能になり、それぞれの側板部22を十分に塑性変形させられる。したがって、係合凸部23を係合凹部14に向けてしっかりと押し込み、係合させることができる。
本例では、循環部品5の全体を収容凹溝10の内側に配置しているため、ナット3の外周面に収容凹溝10を形成することに伴って、ナット3の剛性が低下することを抑制することができる。また、循環部品5を、収容凹溝10から径方向外側に張り出さないように、収容凹溝10の内側に配置しているため、ボールねじ装置1が大型化することを抑制することができる。
本例では、循環部品5は、軸方向中央部を中心とした回転対称形状を有しているため、循環部品5の組み付け方向の制約を緩和することができる。このため、組み立て工数を低減することができ、組立コストを低減する上で有利になる。
なお、本例では、1対の溝壁面12の軸方向両外側のそれぞれの端部に、1対の係合凹部14を設け、1対の固定部17のそれぞれに1対の係合凸部23を設けて、収容凹溝10の軸方向両外側のそれぞれの端部において、1対の係合凹部14と1対の係合凸部23とを係合させている。ただし、係合凹部と係合凸部との係合により、ナットに対する循環部品の径方向外側への変位および円周方向への変位を不能とすることが可能である限り、本発明は、この図示の例に限定されることはない。たとえば、1対の溝壁面12の軸方向両外側のそれぞれの端部に、1個の係合凹部14を設け、1対の固定部17のそれぞれに1個の係合凸部23を設けて、収容凹溝10の軸方向両外側のそれぞれの端部において、1個ずつの係合凹部14と係合凸部23とを係合させることも可能である。より具体的には、一方の溝壁面の軸方向一方側の端部に、1個の係合凹部を設け、他方の溝壁面の軸方向他方側の端部に、1個の係合凹部を設け、軸方向一方側に配置される固定部の1対の側板部のうち、前記一方の溝壁面側に配置された側板部のうちの、軸方向一方側の係合凹部に対応する部分にのみ係合凸部を形成し、かつ、軸方向他方側に配置される固定部の1対の側板部のうち、前記他方の溝壁面側に配置された側板部のうちの、軸方向他方側の係合凹部に対応する部分にのみ係合凸部を形成することも可能である。このような構成も、本発明の範囲に含められる。
[第2例]
本発明の実施の形態に第2例について、図14~図17を用いて説明する。
本発明の実施の形態に第2例について、図14~図17を用いて説明する。
本例のボールねじ装置1aでは、循環部品5aが備える1対の固定部17aの構成を、第1例の構造から変更している。具体的には、1対の固定部17aを構成するそれぞれの固定部17aは、収容凹溝10の1対の溝壁面12に対して対向する(重ね合わせる)ように配置される、1対の側板部22のみから構成されている。すなわち、それぞれの固定部17aは、収容凹溝10の溝底面11に載置される基板部を備えていない。
本例のボールねじ装置1aでは、1対の側板部22を1対の溝壁面12に対して強く押し付けることが可能になるため、循環部品5aがナット3に対して円周方向に変位することをより有効に抑制することができる。また、第1例の構造に比べて、2つの基板部が省略されているため、循環部品5aの軽量化を図ることもできる。その他の構成および作用効果については、第1例と同じである。
本発明を実施する場合に、上記の実施の形態の各例の構造は、矛盾を生じない限り、適宜組み合わせて実施することができる。
本発明を実施する場合に、収容凹溝を構成する1対の溝壁面は、互いに平行な構成に限らず、たとえば、径方向外側に向かうほど円周方向に関して互いに離れる方向に傾斜した構成を採用することもできる。このような構成を採用した場合には、収容凹溝の断面形状は、台形状となる。
本発明を実施する場合に、循環部品を合成樹脂製とすることもできる。この場合には、合成樹脂として、たとえばポリアミド66樹脂に、グラスファイバーを適宜加えた繊維強化ポリアミド樹脂材料を使用することができる。また、必要に応じて、ポリアミド樹脂に、非晶性芳香族ポリアミド樹脂(変性ポリアミド6T/6I)、低吸水脂肪族ポリアミド樹脂(ポリアミド11樹脂、ポリアミド12樹脂、ポリアミド610樹脂、ポリアミド612樹脂)を適宜加えることで、より耐水性を向上させることもできる。循環部品を合成樹脂製とする場合には、固定部に備える係合凸部を、ナットの収容凹溝に備えられた係合凹部に対して、スナップフィットにより係合させることができる。
1、1a ボールねじ装置
2 ねじ軸
3 ナット
4 ボール
5、5a 循環部品
6 軸側ボールねじ溝
7 ナット側ボールねじ溝
8 負荷路
9 循環路
10 収容凹溝
11 溝底面
12 溝壁面
13 貫通孔
14 係合凹部
15 本体部
16 脚部
17、17a 固定部
18 本体側凹溝
19 掬い上げ部
20 脚部側凹溝
21 基板部
22 側板部
23 係合凸部
24 戻し経路
25 掬上経路
26 繋ぎ経路
27 切削工具
100 ボールねじ装置
101 ねじ軸
102 ナット
103 ボール
104 循環部品
105 軸側ボールねじ溝
106 ナット側ボールねじ溝
107 循環路
108 座面部
109 貫通孔
110 本体部
111 脚部
112 本体側凹溝
2 ねじ軸
3 ナット
4 ボール
5、5a 循環部品
6 軸側ボールねじ溝
7 ナット側ボールねじ溝
8 負荷路
9 循環路
10 収容凹溝
11 溝底面
12 溝壁面
13 貫通孔
14 係合凹部
15 本体部
16 脚部
17、17a 固定部
18 本体側凹溝
19 掬い上げ部
20 脚部側凹溝
21 基板部
22 側板部
23 係合凸部
24 戻し経路
25 掬上経路
26 繋ぎ経路
27 切削工具
100 ボールねじ装置
101 ねじ軸
102 ナット
103 ボール
104 循環部品
105 軸側ボールねじ溝
106 ナット側ボールねじ溝
107 循環路
108 座面部
109 貫通孔
110 本体部
111 脚部
112 本体側凹溝
Claims (8)
- 外周面に、螺旋状の軸側ボールねじ溝を有する、ねじ軸と、
内周面に、前記軸側ボールねじ溝とともに螺旋状の負荷路を構成する、螺旋状のナット側ボールねじ溝を有する、ナットと、
前記ナットの外周面に取り付けられ、前記負荷路の始点と終点とをつなぐ循環路を、前記ナットとの間に形成する、循環部品と、および、
前記負荷路および前記循環路に転動可能に配置される、複数のボールと、
を備え、
前記ナットは、
該ナットの前記外周面に形成され、軸方向に直線状に延び、該ナットの軸方向両外側の端面に開口し、平坦面状の溝底面と、円周方向に対向する1対の溝壁面とを備える、収容凹溝と、
前記溝底面に離隔して開口し、該ナットを径方向に貫通する1対の貫通孔と、
を有し、
前記1対の溝壁面は、軸方向両外側のそれぞれの端部に、係合凹部を有し、
前記循環部品は、前記収容凹溝の内側に配置されており、前記1対の貫通孔に挿入された1対の脚部と、軸方向両外側の端部に備えられた1対の固定部とを有し、および、
前記1対の固定部のそれぞれの固定部は、前記係合凹部と係合することで、前記ナットに対する前記循環部品の径方向外側への変位および円周方向への変位を不能とする、係合凸部を有する、
ボールねじ装置。 - 前記循環部品は、金属製であり、および、前記係合凸部は、塑性変形によって前記係合凹部に押し付けられる、かしめ部により構成されている、請求項1に記載のボールねじ装置。
- 前記係合凹部は、前記ナットの軸方向外側の端面に開口している、請求項1または2に記載のボールねじ装置。
- 前記1対の固定部は、前記1対の脚部から軸方向外側に外れた位置に配置されている、請求項1~3のうちのいずれかに記載のボールねじ装置。
- 前記固定部は、前記1対の溝壁面に対向するように配置され、それぞれが前記係合凸部を備える、1対の側板部を有する、請求項1~4のうちのいずれかに記載のボールねじ装置。
- 前記固定部は、前記溝底面に載置され、円周方向両側の端部が前記1対の側板部の径方向内側の端部につながった、基板部を有する、請求項5に記載のボールねじ装置。
- 前記循環部品は、前記収容凹溝から径方向外側に張り出さないように、前記収容凹溝の内側に配置されている、請求項1~6のうちのいずれかに記載のボールねじ装置。
- 前記循環部品は、軸方向中央部を中心とした回転対称形状を有する、請求項1~7のうちのいずれかに記載のボールねじ装置。
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