(57)【要約】【課題】ボールがこま部材を通過する際に生じるナットまたはねじ軸の回転抵抗を低減することができるボールねじを提供する。【解決手段】ねじ軸２がナット３に挿入され、ねじ軸２の軸側ねじ溝２ａとナット３のナット側ねじ溝３ａとからボール４の転動路が構成され前記転動路を循環経路とする連結溝５ｃが形成された複数のこま部材５がナット３に設けられ、循環経路を構成している前記転動路に複数のボール４が配置されるボールねじ１において、連結溝５ｃを通過するボール４が連結溝５ｃの底面に押し付けられて移動するようにこま部材５にボールガイド部材６が設けられる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸がナットに挿入され、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とからボールの転動路が構成され、前記転動路を循環経路とする連結溝が形成された複数のこま部材がナットに設けられ、前記循環経路を構成している転動路に複数のボールが配置されるボールねじにおいて、
前記連結溝を通過するボールが連結溝の底面に押し付けられて移動するように前記こま部材にボールガイド部材が設けられるボールねじ。
【請求項２】
前記連結溝の底面に対向する前記連結溝の開口部の幅が前記ボールガイド部材によって前記ボールの直径よりも狭く構成される請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】
前記ボールガイド部材が、前記連結溝の底面に沿って前記連結溝の側面から突出して構成される請求項１または請求項２に記載のボールねじ。
【請求項４】
前記ボールガイド部材が、前記こま部材に一体に形成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボールねじに関する。詳しくは、こま部材によって循環経路が構成されているボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般産業用の電動機、自動車のトランスミッションやパーキングブレーキ等の電動アクチュエータにおいて、電動モータの出力軸の回転運動を高効率で直線運動に変換して出力するためにボールねじが用いられている。ボールねじは、外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と内周面にねじ溝が形成されたナットとから構成されている。ボールねじは、ねじ軸がナットに挿入され、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とから構成される転動路に複数のボールが配置されている。これにより、ボールねじは、ねじ軸またはナットのうち一方を回転運動させると他方が直動部材として直線運動する運動変換機構として構成されている。このように構成されるボールねじにおいて、ナットに設けられているこま部材によって転動路が循環経路に構成されているこま式ボールねじが知られている。例えば、特許文献１に記載の如くである。
【０００３】
特許文献１に記載のボールねじのナットには、複数のこま部材によって転動路が複数の循環経路に構成されている。ボールねじは、こま部材の連結溝によってボールがねじ軸のねじ山を乗り越えて元のねじ溝に戻るように構成されている。また、ボールねじは、こま部材の剛性を向上させることでこま部材の弾性変形を抑制し、こま部材の弾性変形によるボールの循環不良を低減させている。このように構成されているボールねじは、ナットの回転速度が大きい場合、遠心力によってボールがこま部材の連結溝を転動しながらねじ軸のネジ山を越えて転動路を循環する。しかし、ボールねじは、ナットの回転速度が小さい場合、ボールに働く遠心力が小さくなりボールが軸側ねじ溝に接触するため、ボールが連結溝を円滑に転動しない。このため、ボールねじは、転動路内でボールの配列に乱れが生じて回転抵抗が増加したり、異音が発生したりする場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２０２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、ボールがこま部材を通過する際に生じるナットまたはねじ軸の回転抵抗を低減することができるボールねじの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
即ち、ボールねじは、ねじ軸がナットに挿入され、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とからボールの転動路が構成され、前記転動路を循環経路とする連結溝が形成された複数のこま部材がナットに設けられ、前記循環経路を構成している転動路に複数のボールが配置されるボールねじにおいて、前記連結溝を通過するボールが連結溝の底面に押し付けられて移動するように前記こま部材にボールガイド部材が設けられるものである。
【０００７】
ボールねじは、前記連結溝の底面に対向する前記連結溝の開口部の幅が前記ボールガイド部材によって前記ボールの直径よりも狭く構成されるものである。
【０００８】
ボールねじは、前記ボールガイド部材が、前記連結溝の底面に沿って前記連結溝の側面から突出して構成されるものである。
【０００９】
ボールねじは、前記ボールガイド部材が、前記こま部材に一体に形成されるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
即ち、ボールねじは、こま部材の連結溝内でボールの配列が乱れて詰まりが発生することがない。これにより、ボールがこま部材を通過する際に生じるナットまたはねじ軸の回転抵抗を低減することができる。
【００１２】
ボールねじは、ボールがボールガイド部材によって支持された状態で連結溝内を移動する。これにより、ボールがこま部材を通過する際に生じるナットまたはねじ軸の回転抵抗を低減することができる。
【００１３】
ボールねじは、ボールが連結溝の底面に押し付けられながらボールガイド部材上を転動しながら連結溝内を移動する。これにより、ボールがこま部材を通過する際に生じるナットまたはねじ軸の回転抵抗を低減することができる。
【００１４】
ボールねじは、こま部材にボールガイド部材を一体形成することで連結溝の底面形状に沿ったボールガイド部材が容易に形成される。これにより、ボールがこま部材を通過する際に生じるナットまたはねじ軸の回転抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ボールねじの一実施形態における全体構成を示す斜視図。
【図２】（ａ）ボールねじの一実施形態における平面図、（ｂ）図２（ａ）におけるＡ矢視断面図。
【図３】ボールねじの一実施形態におけるナットの拡大断面図。
【図４】（ａ）ボールねじの一実施形態におけるこま部材の連結溝の溝方向に沿った断面図、（ｂ）同じく図４（ａ）におけるＢ矢視断面図。
【図５】（ａ）ボールねじの一実施形態におけるこま部材の導入口にボールが到達した状態を表す部分拡大断面図、（ｂ）同じくボールがこま部材の連結溝に進入した状態を表す部分拡大断面図、（ｃ）同じくボールがこま部材のボールガイド部材に支持されて連結溝を移動している状態を示す部分拡大断面図、（ｄ）同じくボールがこま部材の逃げ部に到達した状態を示す部分拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図１から図３を用いて、ボールねじの一実施形態であるボールねじ１について説明する。
【００１７】
図１と図２とに示すように、ボールねじ１は、回転運動を直線運動に変換して出力するものである。ボールねじ１は、ねじ軸２、ナット３、複数のボール４、こま部材５等から構成されている。
【００１８】
ねじ軸２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、真空浸炭焼入れによって５５〜６２ＨＲＣ程度の硬化処理が施されている。ねじ軸２は、その外周面にボール４が転動するための一巻きの軸側ねじ溝２ａが形成されている。軸側ねじ溝２ａ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。本実施形態において、ねじ軸２は、転動体であるボール４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、ボールねじ１は、ねじ軸２の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。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、ナット３は、ねじ軸２を挿入可能な中空円筒状に形成されている。ナット３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５５〜６２ＨＲＣ程度の硬化処理が施されている。
図２（ｂ）に示すように、ナット３の内周面には、ボール４が転動するためのナット側ねじ溝３ａがねじ軸２の軸側ねじ溝２ａと同一のリードおよびピッチで形成されている。ナット３には、軸側ねじ溝２ａとナット側ねじ溝３ａとが対向するようにしてねじ軸２が挿入されている。軸側ねじ溝２ａとナット側ねじ溝３ａとから構成される空間には、複数のボール４が転動自在に収容されている。つまり、軸側ねじ溝２ａとナット側ねじ溝３ａとは、ボール４が転動する転動路を構成している。ナット３は、複数のボール４を介してねじ軸２をナット３の軸回りに回転自在に支持している。なお、本実施形態において、軸側ねじ溝２ａとナット側ねじ溝３ａとは一条ねじとしたがこれに限定されるものではない。
【００２０】
ナット３には、その外周面より円筒中心に向かって、こま部材５が挿入される二つのこま窓３ｂが形成されている。二つのこま窓３ｂは、ナット３の外周面から内周面に至る略円形状の貫通孔に形成されている。二つのこま窓３ｂは、それぞれが隣り合うナット側ねじ溝３ａを切り欠くように形成されている。つまり、二つのこま窓３ｂの間には、二つのこま窓３ｂによって切り欠かれた少なくとも一周回分のナット側ねじ溝３ａが形成されている。
【００２１】
こま部材５は、軸側ねじ溝２ａとナット側ねじ溝３ａとから構成される転動路を循環経路とする連結溝５ｃを構成するものである。こま部材５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。こま部材５は、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の混練物を射出成形機で金型内に加熱溶融状態で押し込む、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は、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。
【００２２】
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。こま部材５は、浸炭焼入れおよび焼戻し温度を調整して行われる。また、こま部材５の材料としてこれ以外にＮｉが３．０〜１０．０ｗｔ％含有し、加工性、耐食性に優れた材料（日本粉末冶金工業規格のＦＥＮ８）、あるいは、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２０〜３３ＨＲＣの範囲に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。
【００２３】
こま部材５をＳＣＭ４１５等の浸炭材で形成する場合は、こま部材５は浸炭焼入れおよび、焼戻し温度調整によるか、もしく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、外径側の外周部が焼戻しされ、硬さが１５〜３０ＨＲＣの範囲になるように設定されている。これにより、こま部材５をねじ軸２に加締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。
【００２４】
図３に示すように、こま部材５は、こま窓３ｂに隙間なく嵌合可能な本体部５ａと二つのアーム部５ｂとが形成されている。二つのアーム部５ｂは、本体部５ａにおけるナット３の軸方向の両側端部から周方向にそれぞれ延びるように形成されている。こま部材５は、ナット３のこま窓３ｂにこま部材５の本体部５ａを嵌合させるとともに、二つのアーム部５ｂをこま窓３ｂによって切り欠かれたナット側ねじ溝３ａにそれぞれ嵌合されることでナット３に対する位置が定まる。
【００２５】
こま部材５の本体部５ａには、一つの連結溝５ｃが形成されている。連結溝５ｃは、ナット側ねじ溝３ａの一部を構成する。連結溝５ｃは、こま窓３ｂによって切り欠かれた隣り合うナット側ねじ溝３ａのうち、こま部材５の二つのアーム部５ｂが嵌合されていないナット側ねじ溝３ａの一方の端面と他方の端面とを連結するように形成されている。つまり、連結溝５ｃは、軸側ねじ溝２ａの山部分（ランド部分）を跨いで、ナット側ねじ溝３ａの一方の端面と、一方の端面からナット３を一周回することにより一条分だけずれたナット側ねじ溝３ａの他方の端面とを連結している。連結溝５ｃは、その内部を通過するボール４が軸側ねじ溝２ａのねじ山部分を乗り越えられるように、底面がナット３の径方向外側に向かって湾曲した（凸形状の）逃げ部５ｄが形成されている（図４（ａ）参照）。これにより、ナット３は、こま部材５の連結溝５ｃによってナット側ねじ溝３ａの一部を循環経路として無限循環するように構成されている（図２（ｂ）参照）。
【００２６】
ボールねじ１は、ナット３が回転されると転動路に収容されている複数のボール４を介してねじ軸２に回転力が伝達される。ねじ軸２は、図示しない回り止め機構により軸回りの回転が規制されている場合、ナット３の回転運動が軸側ねじ溝２ａの傾きによってねじ軸２の軸方向の直線運動に変換される。同様にして、ボールねじ１は、ねじ軸２が回転されると転動路に収容されている複数のボール４を介してナット３に回転力が伝達される。ナット３は、図示しない回り止め機構により軸回りの回転が規制されている場合、ねじ軸２の回転運動が軸側ねじ溝２ａの傾きによってナット３の軸方向の直線運動に変換される。なお、本実施形態において、ねじ軸２の軸側ねじ溝２ａとナット側ねじ溝３ａとは一巻きとしたがこれに限定されるものではない。また、本実施形態において、ねじ軸２に形成されている軸側ねじ溝２ａは右ねじであるものとするがこれに限定されるものではない。
【００２７】
以下に、図４と図５とを用いて、こま部材５の連結溝５ｃの形状およびその作用について詳細に説明する。
【００２８】
図４（ａ）に示すように、こま部材５の連結溝５ｃは、軸側ねじ溝２ａの山部分に対向している位置にナット３の径方向外側に向かって湾曲した逃げ部５ｄ（薄墨部分）が形成されている。連結溝５ｃは、逃げ部５ｄの底面を転動面としてボール４が転動することで軸側ねじ溝２ａの山部分に接触することなくボール４が軸側ねじ溝２ａを乗り越えるように構成されている（図２（ｂ）参照）。連結溝５ｃは、長手方向の両側端部がボール４の投入口および排出口として開放されている。
【００２９】
図４（ｂ）に示すように、連結溝５ｃは、底面に対向する部分が開口部５ｅとして開放されている。つまり、連結溝５ｃは、底面と、底面を挟んで対向する位置に形成される二つの側面とから溝状に構成されている。また、連結溝５ｃは、二つの側面の間隔である溝幅Ｗ０がボール４の直径Ｄよりも大きくなるように構成されている。このように構成されるボールねじ１のねじ軸２とナット３との間には、連結溝５ｃの逃げ部５ｄによって転動路よりも径方向に拡大された空間が形成されている。
【００３０】
連結溝５ｃには、その底面に沿ってボール４が連結溝５ｃを移動するようにボール４を案内するボールガイド部材６が設けられている。ボールガイド部材６は、両方の側面からそれぞれ対向する側面に向かって突出している爪状部材がレール状に形成されている。ボールガイド部材６は、連結溝５ｃの開口部５ｅ近傍であって略同一の溝深さ（底面からの距離）の位置にそれぞれ設けられている。また、ボールガイド部材６は、連結溝５ｃの長手方向の端部であるボール４の導入口から排出口に至る全長に渡って連続して一体に設けられている。つまり、ボールガイド部材６は、連結溝５ｃの開口部５ｅの近傍に、連結溝５ｃの底面に沿って形成されている。
【００３１】
ボールガイド部材６は、軸側ねじ溝２ａの逃げ部５ｄに対向している位置がナット３の径方向外側に向かって湾曲して構成されている。連結溝５ｃは、その全長に渡ってボールガイド部材６の爪状部材の先端の間隔であるガイド幅Ｗ１がボール４の直径Ｄよりも小さくなるように構成されている。つまり、連結溝５ｃは、導入口からボール４が内部に進入可能であって、ボールガイド部材６により開口部５ｅからボール４が外部に出て行かないように支持されている。これにより、連結溝５ｃは、その内部を移動するボール４をボールガイド部材６によって支持可能に構成されている。ボールねじ１は、こま部材５にボールガイド部材６を一体形成することで連結溝５ｃの底面形状に沿ったボールガイド部材６やガイド幅Ｗ１を任意の値に設定したボールガイド部材６を容易に設けることができる。
【００３２】
このように構成されるボールねじ１において、ねじ軸２が回転する場合、ボール４は、転動路を構成する軸側ねじ溝２ａの底面とナット側ねじ溝３ａの底面とを転動しながら転動路内を移動する。
図５（ａ）に示すように、ボール４は、こま部材５の連結溝５ｃに到達すると、連結溝５ｃの一方の端部である導入口から連結溝５ｃ内に進入する。この際、ボール４は、軸側ねじ溝２ａの底面に支持されている。また、連結溝５ｃのボールガイド部材６のうちボール４に隣り合う部分は、ボール４のねじ軸２側の表面と軸側ねじ溝２ａとの間にあり、ボール４の表面から所定の間隔だけ離間している。
【００３３】
図５（ｂ）に示すように、ボール４は、ねじ軸２の回転により連結溝５ｃ内を移動し、連結溝５ｃの逃げ部５ｄ（薄い方の薄墨部分）に到達する。逃げ部５ｄのボールガイド部材６は、逃げ部５ｄの底面に沿ってナット３の径方向外側に向かって湾曲している。従って、ボール４は、連結溝５ｃ内を中央部の逃げ部５ｄに向かって移動するにつれて連結溝５ｃのボールガイド部材６に近づき、所定の位置でボール４のねじ軸２側の表面がボールガイド部材６（濃い方の薄墨部分）に接触する。ボール４は、更に逃げ部５ｄの中央部分に向かって移動するとボールガイド部材６に乗り上げて、軸側ねじ溝２ａの底面から離間する。
【００３４】
図５（ｃ）に示すように、ボール４は、ねじ軸２の回転により隣接する他のボール４に押されて連結溝５ｃの逃げ部５ｄ（薄い方の薄墨部分）を移動する。この際、ボール４は、連結溝５ｃのボールガイド部材６（濃い方の薄墨部分）に乗り上げた状態でボールガイド部材６上を転動する。つまり、ボール４は、ボールガイド部材６に支持されながら、連結溝５ｃの底面とボールガイド部材６との間の空間を移動する。
【００３５】
図５（ｄ）に示すように、ボール４は、ボールガイド部材６（濃い方の薄墨部分）によって連結溝５ｃの底面に沿って、押し付けられながら連結溝５ｃ内の逃げ部５ｄ（薄い方の薄墨部分）を移動し、軸側ねじ溝２ａに接触することなく軸側ねじ溝２ａの山部分を乗り越える。
【００３６】
以上のごとく構成することで、ボールねじ１は、ボール４がボールガイド部材６によって連結溝５ｃの底面に押し付けられながら滑らかに軸側ねじ溝２ａを乗り越えるので、連結溝５ｃ内でボール４の配列が乱れて詰まりが発生することがない。また、ボールねじ１は、ボール４がボールガイド部材６によって支持された状態で連結溝５ｃの底面とボールガイド部材６とに挟まれた空間を移動するので、連結溝５ｃの逃げ部５ｄと軸側ねじ溝２ａとの間の空間においてボール４の配列が乱れて詰まりが発生することがない。これにより、ボールねじ１は、ボール４がこま部材５を通過する際に生じるねじ軸２またはナット３の回転抵抗を低減することができる。
【００３７】
なお、本実施形態において、ボールねじ１は、ねじ軸２が回転している場合について記載したがこれに限定するものではなく、ボール４が遠心力によってナット側ねじ溝３ａに押し付けられない程度の回転速度でナット３が回転する場合でもよい。また、本実施形態において、連結溝５ｃには、両方の側面にボールガイド部材６が設けられているが、一方に側面にのみボールガイド部材６を設けてガイド幅Ｗ１がボール４の直径Ｄよりも小さくなるように構成してもよい。
【００３８】
上述の実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、一実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。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。
【符号の説明】
【００３９】
１    ボールねじ
２    ねじ軸
２ａ  軸側ねじ溝
３    ナット
４    ボール
５    こま部材
６    ボールガイド部材
【図１】
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【図２】
2018053971.tif 000004
【図３】
2018053971.tif 000005
【図４】
2018053971.tif 000006
【図５】
2018053971.tif 000007