(57)【要約】【課題】  ボールが駒部材を通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒部材を備えた駒式ボールねじを提供する。【解決手段】  外周面に螺旋状のねじ溝２が形成されたねじ軸１と、これに外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝４が形成されたナット３と、両ねじ溝間に収容された複数のボール５と、ナット３に穿設された駒窓６に嵌合され、ねじ溝４を連結する連結溝８が形成された駒部材７とを備えた駒式ボールねじにおいて、連結溝８の溝底８ｂの母線形状が、軸心方向に突出する凸曲面に形成されると共に、連結溝８とねじ軸１のねじ溝２とで構成される転動路において、ボール５の径方向動き量Ｃとボール５の直径ＤｗとがＣ＝０．０３〜０．１０Ｄｗとなるように設定されている。これにより、ボール５の動き量を規制して駒部材７を通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒式ボールねじを提供することができる。【選択図】図４
2006118683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、
前記ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、
前記連結溝の溝底母線形状が、軸心方向に僅かに突出する凸曲面に形成されていることを特徴とする駒式ボールねじ。
【請求項２】
前記連結溝と前記ねじ軸のねじ溝とで構成される転動路において、前記ボールの径方向動き量Ｃと当該ボールの直径Ｄｗとの関係が、Ｃ＝０．０３〜０．１０Ｄｗとなるように設定されている請求項１に記載の駒式ボールねじ。
【請求項３】
前記駒部材の周方向両側縁にガイド壁が一体形成され、このガイド壁が塑性変形可能で、かつ加締部強度が確保できる靭性を有し、熱処理によって少なくとも前記連結溝の表面硬さが３０ＨＲＣ以上に設定されている請求項１または２に記載の駒式ボールねじ。
【請求項４】
前記駒部材に前記ナットのねじ溝に係合するアームが一体に形成されている請求項１乃至３いずれかに記載の駒式ボールねじ。
【請求項５】
前記駒部材がＭＩＭによって成形される焼結金属からなる請求項１乃至４いずれかに記載の駒式ボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電加工機やタッピングセンター等の各種工作機械、あるいは自動車の電動パワーステアリングやアクチュエータ等に使用されるボールねじに関し、特に、ボール循環部品である駒部材をボールが通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒式ボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成された転動路に収容された多数のボールと、転動路を周回経路とする循環機構とを備え、例えば、ナットを回転運動させることでねじ軸を直線運動させる運動変換機構として使用されている。
【０００３】
一般的にボールねじは、ボールの循環機構が異なる種々の形式のものがあり、その一つに駒式と呼ばれるものがある。この駒式ボールねじはねじ溝の連結路を有し、転動路を周回経路とする循環用の駒部材がナットに装着されている。この駒式ボールねじは構成が比較的簡素で、かつコンパクトに構成できる利点がある。
【０００４】
このような駒式ボールねじの代表的な一例を図６に示す。この駒式ボールねじにおいて、ナット５０は、駒部材嵌合用開口５１が内外周面に貫通して設けられて、この駒部材嵌合用開口５１に駒部材５２が外径側から嵌め込まれる。
【０００５】
駒部材５２は、ナット５０のねじ溝５３の隣合う１周部分同士を連結する連結溝５４が設けられ、ナット５０のねじ溝５３は、この連結溝５４で連結されることで１周の連続した周回経路となる。この駒部材５２は、外形が略長方形状の本体部５５と、この本体部５５の長手方向に蛇行する連結溝５４を形成するために、本体部５５の長手方向に延在する一組の壁部５６ａ、５６ｂと、本体部５５の短手方向両端に壁部５６ａ、５６ｂより外方に突出して設けられる一組のフランジ部５７ａ、５７ｂとを備えている。
【０００６】
一方のフランジ部５７ａは、本体部５５の長手方向一端で一方の壁部５６ａと同一の第１面５８ａ上に終端し、他方のフランジ部５７ｂは、本体部５５の長手方向他端で他方の壁部５６ｂと同一の第２面５８ｂ上に終端する。第１および第２面５８ａ、５８ｂは、平面状に形成され、それぞれの端部に断面円弧状のＲ面取り５９ａ、５９ｂが設けられている。
【０００７】
駒部材５２は、この駒部材５２と図示しない略同形状のビレットを鍛造型で鍛造成形すると共に、この鍛造型の連結溝形成用壁面部と同一面上に連続する面部で、駒部材５２のフランジ部５７ａ、５７ｂをその長手方向の端部側で終端させている。これにより、駒部材５２の壁部５６ａ、５６ｂの高さを充分に確保することができ、応力集中を回避して駒部材５２にクラック等が生ずることを有効に阻止することができる。
【特許文献１】特開平１０−８２４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、従来の駒式ボールねじは、図５に拡大して示すように、連結溝５４の溝底母線形状は、ナット５０のねじ溝５３に沿った略円弧状をなす凹曲面に形成されている。また、その深さは、ボール６０が、連結溝５４内でねじ軸６１のねじ溝６２のねじ山６２ａを越えることができる深さとされている。すなわち、連結溝５４の入口部５４ａは、ボール６０の転動を阻害しないように、ナット５０のねじ溝５３より凹むように調整されているため、一般的には、連結溝５４とねじ軸６１のねじ溝６２とで構成される転動路において、ボール６０の径方向動き量Ｃは、ボール６０の直径Ｄｗに対して１０〜２０％の範囲になるよう連結溝５４の深さが設定されている（Ｃ＝０．１〜０．２Ｄｗ）。
【０００９】
しかしながら、こうした従来の駒式ボールねじでは、連結溝５４の転動路において、ボール６０の径方向動き量Ｃが大きくなり、ボール６０が連結溝５４内を通過する際、各ボール６０、６０の中心が連結溝５４に沿った所定の転動軌道からずれて転動する、所謂千鳥状態になって転動し、ボール６０の静寂な循環が阻害される恐れがある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ボールが駒部材を通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒部材を備えた駒式ボールねじを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、前記ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記連結溝の溝底母線形状が、軸心方向に僅かに突出する凸曲面に形成されている構成を採用した。
【００１２】
このように、駒式ボールねじにおいて、連結溝の溝底母線形状が、軸心方向に僅かに突出する凸曲面に形成されているので、駒部材の連結溝とねじ軸のねじ溝とで構成される転動路におけるボールの径方向動き量を小さく規制することが可能となり、ボールが駒部材を通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒式ボールねじを提供することができる。
【００１３】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記連結溝と前記ねじ軸のねじ溝とで構成される転動路において、前記ボールの径方向動き量Ｃと当該ボールの直径Ｄｗとの関係が、Ｃ＝０．０３〜０．１０Ｄｗとなるように設定されていれば、ボールが連結溝内を通過する際、各ボールの中心が連結溝に沿った所定の転動軌道上を転動することができ、ボールの静寂な循環を可能ならしめる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、前記駒部材の周方向両側縁にガイド壁が一体形成され、このガイド壁が塑性変形可能で、かつ加締部強度が確保できる靭性を有し、熱処理によって少なくとも前記連結溝の表面硬さが３０ＨＲＣ以上に設定されているので、加締部となるガイド壁の靭性を確保し、駒部材をナットに固定する際に割れ等が発生するのを防止することができると共に、大きな応力が発生する連結溝の耐圧痕性や耐摩耗性を確保することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明のように、前記駒部材に前記ナットのねじ溝に係合するアームが一体に形成されていれば、駒部材の位置決めと、駒部材がナットの駒窓から径方向外方に抜け出すのを確実に防止することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明のように、前記駒部材がＭＩＭによって成形される焼結金属であれば、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。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る駒式ボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、前記ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記連結溝の溝底母線形状が、軸心方向に僅かに突出する凸曲面に形成されているので、駒部材の連結溝とねじ軸のねじ溝とで構成される転動路におけるボールの径方向動き量を小さく規制することが可能となり、ボールが駒部材を通過する際の振動を抑制し、静寂性を向上させた駒部材を備えた駒式ボールねじを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、前記ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、前記転動路を周回経路とする連結溝が形成された駒部材とを備えた駒式ボールねじにおいて、前記連結溝の溝底母線形状が、軸心方向に僅かに突出する凸曲面に形成されると共に、前記連結溝と前記ねじ軸のねじ溝とで構成される転動路において、前記ボールの径方向動き量Ｃと当該ボールの直径Ｄｗとの関係が、Ｃ＝０．０３〜０．１０Ｄｗとなるように設定されている。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る駒式ボールねじの一実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。また、図２は循環部材となる駒部材の平面図、図３は断面図である。
【００２０】
この駒式ボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝２が形成されたねじ軸１と、このねじ軸１に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝４が形成されたナット３と、対向する両ねじ溝２、４により形成される転動路に収容された複数のボール５と、ナット３の胴部に穿設された駒窓６に嵌合された駒部材７とを備えている。
【００２１】
各ねじ溝２、４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５との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動を抑制することができる。
【００２２】
円筒状のナット３の胴部には、内外の周面に貫通してねじ溝４の一部を切欠く楕円状の駒窓６が穿設され、この駒窓６に楕円状の駒部材７が嵌合されている。駒部材７の内方には、ねじ溝４の隣合う１周分同士を連結する連結溝８が形成され、この連結溝８とねじ溝４の略１周の部分とでボール５の転動路を構成している。転動路内の内外のねじ溝２、４間に介在された多数のボール５はねじ溝２、４に沿って転動し、駒部材７の連結溝８に案内され、ねじ軸１のねじ山２ａを乗り越えて隣接するねじ溝４に戻り、再びねじ溝２、４に沿って転動する。
【００２３】
図２に示すように、駒部材７の連結溝８は、ナット３の隣接するねじ溝４間を滑らかに接続するようにＳ字状に湾曲して形成されている。したがって、その両端開口縁８ａは、ナット３の隣接するねじ溝４の窓開口縁部６ａに合致するように連結溝８がねじ溝４に接続されている（図１（ｂ）参照）。また、後述する連結溝８の深さは、ボール５が連結溝８内でねじ軸１におけるねじ溝２のねじ山２ａを越えることができる深さとされている。
【００２４】
駒部材７の軸方向の両端には、互いに円周方向逆向きに一対のアーム９、９が突設されている。これらアーム９、９は断面が略蒲鉾状に形成され、ナット３のねじ溝４に所定の径方向すきまを介して係合され、駒部材７の位置決めと、駒部材７が駒窓６から径方向外方に抜け出すのを防止するために設けられている。ここで、ねじ溝４におけるアーム９が係合した部分は非ボール循環部となる。
【００２５】
また、図３に示すように、駒部材７の周方向両側縁は、他の部分よりも外径面が凹む凹み部１０とされ、これら凹み部１０から外径側へ立ち上がる一対のガイド壁１１が駒部材７の周方向に対向して設けられている。
【００２６】
ボール５の組み込みは、ナット３の駒窓６に駒部材７をナット３の内径側から装着した後、ねじ軸１の軸端からナット３を当てがい、ボール５を両ねじ溝２、４間に順次挿入しながらナット３を回転させ、ナット３をねじ軸１に移動させることによって行う。これ以外にも、ナット３の駒窓６に駒部材７を装着した後、仮軸を用いてボール５を同様に挿入するようにしても良い。
【００２７】
駒部材７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。
【００２８】
本実施形態では、前記金属粉として、後に浸炭焼入が可能な材質、例えば、Ｃ（炭素）が０．１３ｗｔ％、Ｎｉ（ニッケル）が０．２１ｗｔ％、Ｃｒ（クロム）が１．１ｗｔ％、Ｃｕ（銅）が０．０４ｗｔ％、Ｍｎ（マンガン）が０．７６ｗｔ％、Ｍｏ（モリブデン）が０．１９ｗｔ％、Ｓｉ（シリコン）が０．２０ｗｔ％、残りがＦｅ（鉄）等からなるＳＣＭ４１５を例示することができる。また、これ以外にも、Ｃが０．０７ｗｔ％、Ｃｒが１７ｗｔ％、Ｎｉが４ｗｔ％、Ｃｕが４ｗｔ％、残りがＦｅ等からなる析出硬化系ステンレスＳＵＳ６３０であっても良い。このＳＵＳ６３０は、固溶化熱処理で表面硬さを適切に上げることができ、強靭性と高硬度を確保することができる。
【００２９】
駒部材７をＳＣＭ４１５等の浸炭材で形成する場合は、駒部材７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ると共に、高周波テンパー装置を用いて、図３に示す加締部、すなわち、ガイド壁１１が焼きなましされ、表面硬さが１５〜２３ＨＲＣの範囲になるように設定されている。
【００３０】
ここで、浸炭焼入れによる硬化層の表面硬さが３０ＨＲＣ未満であれば、連結溝８の耐圧痕性や耐摩耗性が不足し、４０ＨＲＣを超えると駒部材７の熱処理変形が大きくなって好ましくない。また、焼きなましによるガイド壁１１の表面硬さが１５ＨＲＣ未満であれば加締部強度が不足し、２３ＨＲＣを超えると、加締加工時にクラック等が発生する恐れがあって好ましくない。
【００３１】
一方、駒部材７をＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレスで形成する場合は、固溶化熱処理で表面硬さが３０ＨＲＣ以上になるように設定されている。このＳＵＳ６３０は、所定の温度に加熱した後急冷することにより、合金元素が容易に固溶化する特徴を有している。
【００３２】
駒部材７がこれら浸炭材あるいは析出硬化系ステンレスをＭＩＭにより成形された焼結合金からなるので、大きな応力が発生する少なくとも連結溝８は耐圧痕性や耐摩耗性を充分有する。また、加締部となるガイド壁１１の靭性が高く、駒部材７をナット３に固定する際に割れ等の発生を防止することができる。
【００３３】
駒部材７の材質として、ＭＩＭによって成形される前記した焼結合金以外に、Ｓ４５Ｃ等の中炭素鋼であっても良い。この場合、予め調質によって表面硬さを１５〜２３ＨＲＣの範囲に設定し、高周波焼入れによって少なくとも連結溝８の表面に表面硬さが３０ＨＲＣ以上の硬化層を形成することができる。
【００３４】
本実施形態では、連結溝８の溝底８ｂの母線形状は、従来と異なり軸心方向に僅かに突出する凸曲面に形成されている。これにより、連結溝８とねじ軸１のねじ溝２とで構成される転動路において、ボール５の径方向動き量Ｃを小さく規制することが可能となる。ここで、ボール５の径方向動き量Ｃとボール５の直径Ｄｗとの関係が、Ｃ＝０．０３〜０．１０Ｄｗになるように設定されている。このように、連結溝８の転動路におけるボール５の径方向動き量Ｃを小さく規制することにより、ボール５が連結溝８内を通過する際、各ボール５、５の中心が連結溝８に沿った所定の転動軌道上を転動することができ、ボール５の静寂な循環を可能ならしめる。
【００３５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る駒式ボールねじは、放電加工機やタッピングセンター等の各種工作機械、あるいは自動車の電動パワーステアリングやアクチュエータ等に使用される駒式ボールねじに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）は、本発明に係る駒式ボールねじの一実施形態を示す平面図である。  （ｂ）は、同上縦断面図である。
【図２】本発明に係る駒部材を示す平面図である。
【図３】本発明に係る駒部材の断面図である。
【図４】本発明に係る駒式ボールねじの要部断面図である。
【図５】従来の駒式ボールねじの要部断面図である。
【図６】（ａ）は、従来の駒式ボールねじの要部断面図である。  （ｂ）は、従来の駒式ボールねじの駒部材を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・・・・・・・・ねじ軸
２、４・・・・・・・・ねじ溝
３・・・・・・・・・・ナット
５・・・・・・・・・・ボール
６・・・・・・・・・・駒窓
６ａ・・・・・・・・・窓開口縁部
７・・・・・・・・・・駒部材
８・・・・・・・・・・連結溝
８ａ・・・・・・・・・開口縁
８ｂ・・・・・・・・・溝底
９・・・・・・・・・・アーム
１０・・・・・・・・・凹み部
１１・・・・・・・・・ガイド壁
５０・・・・・・・・・ナット
５１・・・・・・・・・駒部材嵌合用開口
５２・・・・・・・・・駒部材
５３、６２・・・・・・ねじ溝
５４・・・・・・・・・連結溝
５４ａ・・・・・・・・入口部
５５・・・・・・・・・本体部
５６ａ、５６ｂ・・・・壁部
５７ａ、５７ｂ・・・・フランジ部
５８ａ・・・・・・・・第１面
５８ｂ・・・・・・・・第２面
５９ａ、５９ｂ・・・・面取り
６０・・・・・・・・・ボール
６１・・・・・・・・・ねじ軸
Ｃ・・・・・・・・・・ボールの径方向動き量
Ｄｗ・・・・・・・・・ボール直径
【図１】
2006118683.tif 000003
【図２】
2006118683.tif 000004
【図３】
2006118683.tif 000005
【図４】
2006118683.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006118683.tif 000008