(57)【要約】【課題】  ボール循環不良を無くし、ナットからの駒部材の脱落防止効果を向上させることができると共に、ボール循環時の振動やトルク特性の改善が可能なこま式ボールねじを提供する。【解決手段】  駒部材４は、ナットに設けられた駒部材嵌合用開口にナット内径側から嵌合するものであり、上記ナットのねじ溝に係合する位置決め用のアーム部９を有する。このアーム部９の断面形状を略円形とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールねじ軸と、ナットと、これらボールねじ軸とナットの対向するねじ溝間に形成された転動路に連なって配置された複数のボールと、上記ナットのねじ溝同士を連結する連結溝を有する複数の駒部材とを備え、この駒部材は、上記ナットに設けられた駒部材嵌合用開口にナット内径側から嵌合するものであって、上記ナットのねじ溝に係合する位置決め用のアーム部を有するこま式ボールねじにおいて、
上記アーム部の断面形状を略円形としたことを特徴とするこま式ボールねじ。
【請求項２】
請求項１において、前記駒部材が、金属微粉末とバインダーの混練材を造粒し、その造粒体材を射出成形し、焼結した焼結体であるこま式ボールねじ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記駒部材に、ナットの駒部材嵌合用開口のナット外径側の口縁に加締止めされる一対の突片状の加締部を設けたこま式ボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般産業用工作機械や自動車用アクチュエータなどに使用されるこま式ボールねじに関し、特にその駒部材のナットからの脱落に対する信頼性向上を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
一般産業用工作機械や自動車用アクチュエータなどに使用されるボールねじにおいては、ナット外径のコンパクト化の要求が強く、こま式ボールねじが採用されることが多い。こま式ボールねじに用いられる駒部材は、ボールねじ軸とナットの対向するねじ溝間でボールを循環させるための重要部品であり、駒部材の破損やナットからの脱落は、アクチュエータの機能上、致命的な欠陥となるため、十分な対策が求められる。
【０００３】
通常の一般産業用機械に使用されるこま式ボールねじの駒部材の固定構造は、ナットに設けられた駒部材嵌合用開口にナット外径側から駒部材を挿入し、上記開口内における駒部材のナット外径側の空間をパテ埋めするというものが一般的である。しかし、このような駒部材の固定方法では、ナットから駒部材が脱落する恐れがある。
【０００４】
駒部材の脱落防止対策を施したものとしては、図８のようにナット１２のねじ溝１６に係合するアーム部１９を駒部材１４に一体に設け、ナット１２に対して駒部材１４を軸方向に位置決めするものがある（例えば特許文献１）。この場合、駒部材１４をナット内径側からナット１２の駒部材嵌合用開口２１に嵌合すると共に、前記アーム部１９をボール循環に使用されない箇所の内面に当接させることで、ナットねじ溝１６に対して位置決めする。また、駒部材１４の外径側に形成された加締め部２０をナット１２に加締めることにより、駒部材１４がナットに固定される。
同構造のものは、駒部材１４が内径側からナット１２に挿入されて、アーム部１９によりナット外径方向への抜けを防止しているため、駒部材１４の脱落に対して比較的信頼性が高い。
【特許文献１】特開２００１−１３２８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図８の駒部材１４の脱落防止構造では、駒部材１４の連結溝１８に負荷される抜け荷重をアーム部１９で受けることになる。この場合の抜け荷重としては、ボール１３の公転による遠心力によるものや、ボール１３が駒部材１４の連結溝１８からナットねじ溝１６の内面に乗り上げる場合の径方向分力によるものが挙げられる。
このような抜け荷重を受けると、アーム部１９が変形してボール循環不良が生じたり、駒部材１４のナット１２からの脱落に対する信頼性を低下させることになるが、これらの不具合を回避するためにアーム部１９の強度向上を図る対策については、上記特許文献１では何ら言及されていない。
【０００６】
駒部材１４でアーム部１９の変形が発生する原因は、駒部材１４が抜け荷重を受けた場合に、アーム部１９が曲げ応力あるいは剪断応力を受けて変形してしまうことにある。一般的に駒部材の内径寸法は、ボールねじ軸の外径面と干渉せず、かつボールねじ軸とナットの対向するねじ溝間に形成される転動路を公転して来るボールを駒部材の連結溝内に円滑に導入するために、ＢＤＣ（ボール中心径）寸法程度とされる。特許文献１の場合を示す図８では、駒部材１４の上記内径寸法をＡで示している。すなわち、特許文献１の場合は、アーム部１９の断面形状が略半円形とされている。しかし、アーム部１９の断面が半円形であると、アーム部１９の剛性を高めることができないので、上記したアーム部１９の変形を防止できない。
【０００７】
さらに、特許文献１に開示のこま式ボールねじにおいて、図８のようにリード角に沿って公転してきたボール１２は、駒部材１４のＳ字形状の連結溝１８内に導入される。このボール１２は、連結溝１８の壁に当接する（当接位置を符号Ｐで示す）ことで、徐々にボール軌道を変化させながら連結溝１８に沿って案内され、ボールねじ軸の外径面を乗り越えて隣り合うナットねじ溝１６，１６間を移動する。
ところが、上記したように駒部材１４のアーム部１９の断面形状が半円形であるため、図８（Ａ），（Ｂ）におけるｃ部，ｄ部を拡大して示す図９（Ａ），（Ｂ）のように、ボール１３と連結溝１８の当接位置Ｐが駒部材１４のエッジ部となる。
その結果、加工精度による駒部材１４の内径寸法Ａのばらつきや、駒部材１４の加締め固定位置のばらつき等により、上記当接位置Ｐでボール１３が引っ掛かって、ボールねじ軸の外径面をボール１３が円滑に乗り越えられない可能性があり、ボール循環時の振動やトルク特性を悪化させるという問題もある。しかし、このような問題に対する改善策について、上記特許文献１では何ら言及されていない。
【０００８】
この発明の目的は、ボール循環不良を無くし、ナットからの駒部材の脱落防止効果を向上させることができると共に、ボール循環時の振動やトルク特性の改善も可能なこま式ボールねじを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のこま式ボールねじは、ボールねじ軸と、ナットと、これらボールねじ軸とナットの対向するねじ溝間に形成された転動路に連なって配置された複数のボールと、上記ナットのねじ溝同士を連結する連結溝を有する複数の駒部材とを備え、この駒部材は、上記ナットに設けられた駒部材嵌合用開口にナット内径側から嵌合するものであって、上記ナットのねじ溝に係合する位置決め用のアーム部を有するこま式ボールねじにおいて、上記アーム部の断面形状を略円形としたことを特徴とする。
このように、駒部材のアーム部の断面形状を略円形とすると、アーム部の剛性が向上することから、駒部材へ負荷される抜け荷重でアーム部が変形することが防止される。そのため、アーム部の変形に起因するボール循環不良を無くし、駒部材のナットからの脱落に対する信頼性を向上させることができる。
また、アーム部の断面形状を略円形としているので、駒部材の連結溝内に導入されたボールが連結溝の壁と当接する位置において、連結溝の壁とボールとの接触面積が拡大し、ボールが安定してボールねじ軸の外径面を乗り越え易くなる。その結果、ボールが安定して循環することになり、アーム部の断面略円形化による剛性向上とあいまって、ボール循環時の振動やトルク特性を改善することができる。
【００１０】
この発明において、前記駒部材が、金属微粉末とバインダーの混練材を造粒し、その造粒体材を射出成形し、焼結した焼結体であっても良い。いわゆるＭＩＭ（メタル・インジェクション・モールディング）により駒部材を製造したものであっても良い。
アーム部を有する駒部材は、形状が複雑であるため、切削加工等で形成することが困難であるが、上記のＭＩＭにより成形することで、安価に製作可能となる。
【００１１】
この発明において、前記駒部材に、ナットの駒部材嵌合用開口のナット外径側の口縁に加締止めされる一対の突片状の加締部を設けても良い。このように、駒部材に一対の加締部を設けて駒部材嵌合用開口の口縁に加締止めすることで、駒部材を嵌め込み作業のみで簡単にナットに固定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明のこま式ボールねじは、ボールねじ軸と、ナットと、これらボールねじ軸とナットの対向するねじ溝間に形成された転動路に連なって配置された複数のボールと、上記ナットのねじ溝同士を連結する連結溝を有する複数の駒部材とを備え、この駒部材は、上記ナットに設けられた駒部材嵌合用開口にナット内径側から嵌合するものであって、上記ナットのねじ溝に係合する位置決め用のアーム部を有するこま式ボールねじにおいて、上記アーム部の断面形状を略円形としたため、ボール循環不良を無くし、ナットからの駒部材の脱落防止効果が向上すると共に、ボール循環時の振動やトルク特性の改善が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。図１に示すように、このこま式ボールねじは、ボールねじ軸１と、ナット２と、複数のボール３とを備え、ナット２は、ナット本体２ａに駒部材４を取付けて構成されている。ボールねじ軸１はねじ溝５を外周に有する。ナット２は、円筒状に形成されたナット本体２ａの内周に、ボールねじ軸１のねじ溝５に対向するねじ溝６を有する。ボール３は、ボールねじ軸１のねじ溝５とナット２のねじ溝６との間に形成された転動路７に連なって配置される。
【００１４】
駒部材４は、ナット２のねじ溝６の隣り合う１周分同士を連結する連結溝８を設けた概形が長円状の部材であり、連結溝８はＳ字形状とされている。ナット２のねじ溝６は、連結溝８で連結されることで、１周の連続した周回経路となる。連結溝８の深さは、ボール３が、連結溝８内でボールねじ軸１のねじ溝５のねじ山を越えることができる深さとされている。図２（Ａ）〜（Ｃ）は駒部材４の斜視図、裏面図、および側面図を示し、図５（Ａ），（Ｂ）はナット２の縦断面図および横断面図を示す。ナット本体２ａには、駒部材嵌合用開口１１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１１に、駒部材４が内径側から嵌め込まれる。
【００１５】
駒部材４は、ナット２のねじ溝６に係合してこの駒部材４をナット本体２ａに対して軸方向に位置決めする一対のアーム部９，９を有する。これらアーム部９，９は、断面形状を略円形の柱状に形成することで剛性の向上を図ったものである。これらアーム部９，９は、駒部材４の内径側においてナット２の円周方向の互いに逆方向に、ナット２のねじ溝６に沿う円弧状に延びて設けられている。図３に示すように、このアーム部９の外周面におけるナットねじ溝６の溝幅中心に沿う円弧の曲率半径Ｒ’は、ナットねじ溝６の内面における溝幅中心の曲率半径Ｒよりも大きくし、アーム部９とナットねじ溝６の内面とが無負荷で接触する位置が、アーム部９の先端となるようにしている。なお、上記曲率半径Ｒ，Ｒ′は、ナット本体２ａの軸心に対して垂直な平面へのねじ溝６，アーム部９の投影形状における曲率半径である。
【００１６】
駒部材４の外径側、つまりナット本体２ａにおける駒部材嵌合用開口１１の外径側に臨む表面部には、ナット内径側から駒部材嵌合用開口１１に駒部材４を嵌合させた後で、駒部材嵌合用開口１１のナット外径側の口縁に加締止めされる一対の突片状の加締部１０，１０が設けられている。
【００１７】
駒部材４は、ナット本体２ａにおける駒部材嵌合用開口１１にその内径面側から嵌め込み、一対のアーム部９，９をナットねじ溝６に係合させると共に、駒部材４の一対の加締部１０，１０を駒部材嵌合用開口１１の口縁に加締止めすることで、ナット本体２ａに固定される。このように、駒部材４の一対の加締部１０，１０を駒部材嵌合用開口１１のナット外径側の口縁に加締止めすることで、駒部材４を嵌め込み作業だけで簡単にナット本体２ａに固定することができる。
【００１８】
上記駒部材４は、形状が複雑であり切削加工などによる形成は困難であるが、ＭＩＭにより成形することで、安価に製作可能となる。ＭＩＭによる駒部材４の製造工程を以下に説明する。
ＭＩＭの製造工程は、（１）金属微粉末とバインダーの混練、（２）造粒、（３）射出成形、（４）脱バインダー、（５）焼結という手順で行われる。射出成形後の工程では、ワークが焼き固められるまでにベース面で受けていない部分は自重により重力方向に変形する。ワークが上記駒部材４である場合には、その加締部１０側をベース面として上記焼結を行う。これにより、駒部材４におけるアーム部９が自重により下方向に変形するため、焼結条件を調整することにより、コストアップを招くことなく安定した所望のアーム部形状（つまり前記曲率半径Ｒ’）に成形できる。
【００１９】
この構成のこま式ボールねじによると、上記したように、アーム部９を断面略円形の柱形状としたため、従来の半円形断面のものに比べて剛性が向上する。そのため、駒部材４へ負荷される抜け荷重でアーム部９が変形するのを防止して、アーム部９の変形に起因するボール循環不良を無くし、駒部材４のナット２からの脱落に対する信頼性を向上させることができる。
【００２０】
また、駒部材４のアーム部９を断面略円形の柱状に形成して剛性アップを図っているので、図５のように、駒部材４のＳ字形状の連結溝８内に導入されたボール３が連結溝８の壁に当接する位置Ｐは、図５（Ａ），（Ｂ）のａ部およびｂ部を拡大して示す図６（Ａ），（Ｂ）のようになり、連結溝８の壁とボール３との接触面積が拡大して、ボール３は安定してボールねじ軸１の外径面を乗り越え易くなる。その結果、ボール３は安定して循環することになり、ボール循環時の振動やトルク特性が改善される。
【００２１】
また、図３のＢ部を拡大して図４（Ａ）に示すように、この実施形態では、アーム部９の曲率半径Ｒ’をナットねじ溝６の曲率半径Ｒよりも大きくしたため、無負荷状態では、アーム部９とナットねじ溝６の内面とが接触する位置は、アーム部９の先端となる。駒部材４へ抜け荷重が負荷されると、図４（Ｂ）のようにアーム部９が僅かに弾性変形してナットねじ溝６の内面に円周方向に沿って接触することになる。そのためアーム部９とナットねじ溝６間で十分な接触面積を確保することができて、駒部材４の抜け力に対する剛性向上が可能となる。すなわち、アーム部９の曲率半径Ｒ’とナットねじ溝６の曲率半径Ｒを等しくした場合は、駒部材４に抜け力が作用した場合に、アーム９が弓なりに弾性変形してアーム部９は基端部のみでナットねじ溝６内に接することになり、抜け荷重に対する剛性が不足することがあるが、上記のように曲率半径差を設けて無負荷時にアーム部９の先端のみで接するものとすることにより、抜け荷重に対するアーム部９の変形が防止され、アーム部９の変形によるボールの循環不良が防止される。
【００２２】
なお、上記実施形態では駒部材４の外周形状を長円形としたが、これに限らず図７のように、駒部材４の外周形状を円形としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（Ａ）および（Ｂ）はこの発明の一実施形態にかかるこま式ボールねじの正面図および断面図である。
【図２】（Ａ）は同ボールねじにおける駒部材の斜視図、（Ｂ）は裏面図、（Ｃ）は側面図である。
【図３】同駒部材のナットへの取付状態を示す横断面図である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は駒部材アーム部の抜け荷重が負荷される前後の各状態を示す拡大断面図である。
【図５】（Ａ）および（Ｂ）は同駒部材のナットへの取付状態を示すナット縦断面図およびナット横断面図である。
【図６】（Ａ）および（Ｂ）は図５におけるａ部およびｂ部の各拡大図である。
【図７】（Ａ）は駒部材の他の例の斜視図、（Ｂ）は裏面図、（Ｃ）は正面図である。
【図８】（Ａ）および（Ｂ）は従来例における駒部材のナットへの取付状態を示すナット縦断面図およびナット横断面図である。
【図９】（Ａ）および（Ｂ）は図８におけるｃ部およびｄ部の各拡大図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…ボールねじ軸
２…ナット
３…ボール
４…駒部材
５…ボールねじ軸のねじ溝
６…ナットのねじ溝
７…転動路
８…連結溝
９…アーム部
１０…加締部
１１…駒部材嵌合用開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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