(57)【要約】【課題】３列以上の循環列を有し、小型化、高負荷容量化を図りつつ、アウトボールを解消すると共に、長寿命化と高効率を図ったボールねじを提供する。【解決手段】ナット３の胴部に穿設された駒窓６に嵌合され、転動路を周回経路とする連結溝５ａが形成された駒部材５とを備えたボールねじにおいて、駒部材５が焼結合金からＭＩＭによって成形されると共に、ナット３のねじ溝３ａが３列以上の循環列を有し、これらねじ溝３ａのうち循環列のとなるねじ溝３ａの隣の非循環列のねじ溝３ａのみに固体潤滑剤１４が埋設され、この固体潤滑剤１４の埋設深さがねじ溝３ａの深さの１／２以上に設定されているので、小型化、高負荷容量化を図ることができ、固体潤滑剤が衝撃や振動によって循環列のねじ溝に落下しても潤滑に寄与し、効率や寿命を向上させることができると共に、アウトボールを解消して信頼性を高めることができる。【選択図】図２
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【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、を備えたボールねじにおいて、
前記ナットのねじ溝が３列以上の循環列を有し、当該ナットのねじ溝のうち非循環列のねじ溝に固体潤滑剤が埋設されていることを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
前記ナットのねじ溝のうち循環列となるねじ溝の隣の非循環列のねじ溝のみに前記固体潤滑剤が埋設されている請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】
前記固体潤滑剤の埋設深さが前記ねじ溝の深さの１／２以上に設定されている請求項１または２に記載のボールねじ。
【請求項４】
前記ボールねじが、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を備え、この駒部材が焼結合金からＭＩＭによって成形されている請求項１に記載のボールねじ。
【請求項５】
前記駒部材が、前記駒窓に嵌挿される胴部と、この胴部から前記ナットの径方向外方側に延びる頭部とを備え、この頭部に、他の部分よりも外径面が凹む凹み部が形成されると共に、この凹み部から立ち上がり、円弧状周面を有する複数のガイド壁が周方向等配に形成され、これら複数のガイド壁を前記駒窓の縁部側に塑性変形させて形成した加締部によって前記駒部材が前記ナットに固定されている請求項４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、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】
近年、自動車用のボールねじは、車両への搭載性や燃費向上等へのニーズからボールねじの小型化、高負荷容量化が求められている。こうした状況下で、さらなる小型化、高負荷容量化が要求されており、ボールサイズの小型化、循環列の複列化が求められている。このようなボールねじでは、ボールを組み込む際、組立性が悪く、ボールが循環列から外れてしまうことがある。このように、循環列とはならない箇所、すなわち、本来ならばボールが存在してはならない箇所にボールが存在することをアウトボールと言われているが、このアウトボールは循環できないため、ボールねじに寿命低下や効率低下が生じる。
【０００４】
また、２列までの循環列のボールねじであれば、循環列の両側から検査器具を使ってアウトボールが発生していないかを確認することができるが、３列以上の循環列を有するボールねじでは、中央の循環列については検査ができないため、アウトボールの検出をするのが困難になる。
【０００５】
このような課題を解決したボールねじの代表的な一例を図４に示す。このボールねじは、回転ナット５１の内ねじ溝５２同士を連結する連結溝５３を有する複数の駒部材５４を回転ナット５１に取り付けると共に、ボールねじ軸（図示せず）と内ねじ溝５２との間に形成された転動路５５には、複数のボール（図示せず）が連なって配置されている。転動路５５のうち、駒部材５４に挟まれてボールが循環しない非循環部５６には、この非循環部５６を埋める詰め物５７が配置されている。これにより、非循環部５６にボールが混入するのを防止することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
然しながら、このような従来のボールねじでは、衝撃や振動の際、詰め物５７が内ねじ溝（循環溝）５２に落下すると、効率や寿命の低下に繋がると共に、非循環部５６全てを埋めるとなると材料の無駄が生じる。
【０００７】
また、循環列に詰め物をしたものとして、図５（ａ）、（ｂ）に示すボールねじが提案されている。このボールねじ５８は、回転不可で、かつ軸方向移動可能なボールねじ軸５９と、このボールねじ軸５９に対向して内周に内ねじ溝６０を有し、回転可能で、かつ軸方向移動不可なナット６１と、ボールねじ軸５９と内ねじ溝６０との間に形成された転動路６６に連なって配置され、ナット６１とボールねじ軸５９の間で力を伝達するための複数のボール６２とを備えている。
【０００８】
ボールねじ軸５９にボール循環用の連結溝６３が形成され、遮蔽部材６４が装着されている。連結溝６３は、ボールねじ軸５９の外ねじ溝６５同士を連結し、ボール６２を循環させる溝である。遮蔽部材６４は、ボール６２を元の外ねじ溝６５に戻すための案内部材であり、その端面６４ａが案内面とされる。なお、連結溝６３および遮蔽部材６４に変えて、図示しない連結溝を有する駒部材をボールねじ軸５９に装着するようにしても良い。これにより、コンパクト化が可能で、ボール６２を循環させるための循環部材を負荷の少ない位置に容易に配置することができ、長寿命化が可能となる（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
然しながら、この従来のボールねじ５８は、遮蔽部材６４が螺旋状の線材で構成され、ボール６２を元の外ねじ溝６５に戻すための案内部材としての機能を備えているが、それ自体はボールねじ５８の潤滑に寄与して効率や寿命を向上させることはない。また、これ以外にも、固形潤滑剤を非循環列に設けたボールねじとして、特許文献３や特許文献４が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２３５８２９号公報
【特許文献２】特開２００３−２１２１７号公報
【特許文献３】特開平０６−２４９３１９号公報
【特許文献４】特開平０７−１１９８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
然しながら、これらの特許文献３や特許文献４はいずれも２列の循環列の間の非循環列に詰めるものであり、アウトボール対策としてのボールねじではない。したがって、３列以上の循環列を有するボールねじにおいて、小型化、高負荷容量化を図りつつ、アウトボールを解消すると共に、長寿命化と高効率を図ったボールねじが望まれていた。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、３列以上の循環列を有し、小型化、高負荷容量化を図りつつ、アウトボールを解消すると共に、長寿命化と高効率を図った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】
【００１３】
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、を備えたボールねじにおいて、前記ナットのねじ溝が３列以上の循環列を有し、当該ナットのねじ溝のうち非循環列のねじ溝に固体潤滑剤が埋設されている。
【００１４】
このように、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、を備えたボールねじにおいて、ナットのねじ溝が３列以上の循環列を有し、当該ナットのねじ溝のうち非循環列のねじ溝に固体潤滑剤が埋設されているので、小型化、高負荷容量化を図ることができ、例え、固体潤滑剤が衝撃や振動によって循環列のねじ溝に落下しても、ボールねじの潤滑に寄与して効率や寿命を向上させることができると共に、アウトボールを解消することができ、信頼性を高めたボールねじを提供することができる。
【００１５】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記ナットのねじ溝が３列以上の循環列を有し、これらねじ溝のうち循環列となるねじ溝の隣の非循環列のねじ溝のみに前記固体潤滑剤が埋設されていれば、小型化、高負荷容量化を図ることができ、効果的にアウトボールを解消することができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明のように、前記固体潤滑剤の埋設深さが前記ねじ溝の深さの１／２以上に設定されていれば、組立時にボールが循環列から外れて非循環列に紛れ込むのを防止し、所望の寿命や効率を確保し、信頼性を高めることができる。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明のように、前記ボールねじが、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を備え、この駒部材が焼結合金からＭＩＭによって成形されていれば、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。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明のように、前記駒部材が、前記駒窓に嵌挿される胴部と、この胴部から前記ナットの径方向外方側に延びる頭部とを備え、この頭部に、他の部分よりも外径面が凹む凹み部が形成されると共に、この凹み部から立ち上がり、円弧状周面を有する複数のガイド壁が周方向等配に形成され、これら複数のガイド壁を前記駒窓の縁部側に塑性変形させて形成した加締部によって前記駒部材が前記ナットに固定されていれば、作業性を向上させることができると共に、駒部材のガタツキの発生を抑制し、円滑なボールの循環が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るボールねじは、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、を備えたボールねじにおいて、前記ナットのねじ溝が３列以上の循環列を有し、当該ナットのねじ溝のうち非循環列のねじ溝に固体潤滑剤が埋設されているので、小型化、高負荷容量化を図ることができ、例え、固体潤滑剤が衝撃や振動によって循環列のねじ溝に落下しても、ボールねじの潤滑に寄与して効率や寿命を向上させることができると共に、アウトボールを解消することができ、信頼性を高めたボールねじを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は、本発明に係るボールねじの一実施形態を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のナットのＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した横断面図である。
【図２】図１（ａ）のナットの展開図である。
【図３】図１（ａ）のナットのねじ溝を示す要部断面図である。
【図４】従来のボールねじのナットの内径側を示す展開図である。
【図５】（ａ）は、他の従来のボールねじの断面正面図、（ｂ）は、同上破断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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ボールねじにおいて、前記駒部材が焼結合金からＭＩＭによって成形されると共に、前記ナットのねじ溝が３列以上の循環列を有し、これらねじ溝のうち循環列のとなるねじ溝の隣の非循環列のねじ溝のみに固体潤滑剤が埋設され、この固体潤滑剤の埋設深さが前記ねじ溝の深さの１／２以上に設定されている。
【実施例】
【００２２】
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（ａ）は、本発明に係るボールねじの一実施形態を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のナットのＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した横断面図、図２は、図１（ａ）のナットの展開図、図３は、図１（ａ）のナットのねじ溝を示す要部断面図である。
【００２３】
図１（ａ）に示すボールねじ１は、例えば、ギヤボックス等、大きな荷重が負荷される用途に使用され、外周面に螺旋状のねじ溝２ａが形成されたねじ軸２と、このねじ軸２に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝３ａが形成されたナット３と、対向する両ねじ溝２ａ、３ａにより形成された転動路に収容された多数のボール４と、これらボール４の循環用部材となる駒部材５とを備えている。そして、このボールねじ１は、ボール４の循環列が少なくとも３列設けられている。
【００２４】
各ねじ溝２ａ、３ａ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、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。なお、ボール４の循環用部材として駒部材５を例示したが、本発明は、駒部材方式に限らず、例えば、リターンチューブであっても良い。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように、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３ａの一部を切欠く断面略円形の駒窓６が穿設され、この駒窓６に対応して断面円形の駒部材５が嵌合されている。駒部材５は、胴部９から外径側（ナット３の径方向外方側）に延びる頭部１０を備えている。胴部９は、ナット３の駒窓６の形状（円孔）に対応するように断面が円形に形成されて駒窓６に嵌合される。また、頭部１０は、他の部分よりも外径面が凹む凹み部１１が形成され、この凹み部１１から外径側へ立ち上がり、円弧状周面を有する複数のガイド壁１２が周方向等配に形成されている。これにより、後述する加締部１３となるガイド壁１２の位置の最適化を容易に図ることができ、作業性を向上させることができると共に、駒部材のガタツキの発生を抑制し、円滑なボールの循環が得られる。
【００２６】
駒部材５は駒窓６に嵌挿され、ガイド壁１２を加締治具（図示せず）によって駒窓６の縁部６ａ側に密着する状態まで塑性変形させて形成した加締部１３によって駒部材５はナット３に固定される。また、駒窓６の縁部６ａは所定の傾斜角θからなるテーパ状に形成され、２０〜４５°の範囲に設定されている。これ以上加締量が増えていくと加締部１３に割れが発生して信頼性が損なわれると共に、傾斜角θが２０°未満では、加締部１３のスプリングバックで駒部材５にガタが生じ、位置決め精度や固定力に問題が生じ好ましくない。
【００２７】
駒部材５の内方には、ねじ溝３ａの隣合う１周分同士を連結する連結溝５ａが形成され、この連結溝５ａとねじ溝３ａの略１周の部分とでボール４の転動路を構成している。すなわち、転動路内の内外のねじ溝２ａ、３ａ間に介在された多数のボール４は、ねじ溝２ａ、３ａに沿って転動し、そして、駒部材５の連結溝５ａに案内され、ねじ軸２のねじ山を乗り越えて隣接するねじ溝３ａに戻り、再びねじ溝２ａ、３ａに沿って転動する。なお、ここでは、駒窓６の加工性の面から駒部材５の断面が円形のものを例示したが、これに限らず、例えば、小判形状であっても良い。
【００２８】
駒部材５の連結溝５ａは、ナット３の隣接するねじ溝３ａ、３ａ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（図２参照）。したがって、その両駒窓縁７、７は、ナット３の隣接するねじ溝３ａの溝縁部８に合致するように連結溝５ａがねじ溝３ａに接続されている。また、連結溝５ａの深さは、ボール４が連結溝５ａ内で図示しないねじ軸におけるねじ溝のねじ山を越えることができる深さとされている。
【００２９】
本実施形態では、駒部材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。
【００３０】
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。駒部材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、駒部材５の材料としてこれ以外にも、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。
【００３１】
駒部材５をＳＣＭ４１５等の浸炭材で形成する場合は、駒部材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、図１（ｂ）に示す加締部１３、すなわち、ガイド壁１２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、加締部１３となるガイド壁１２の靭性が高くなると共に、駒部材５をナット３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。
【００３２】
ボール４の組み込みは、ナット３の駒窓６に駒部材５をナット３の内径側から装着した後、ねじ軸２の軸端からナット３を当てがい、ボール４を両ねじ溝２ａ、３ａ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。なお、これ以外にも、ナット３の駒窓６に駒部材５を装着した後、仮軸を用いてボール４を同様に挿入するようにしても良い。
【００３３】
ここで、図２に示すように、ボール４は駒部材５を介して循環するが、ナット３のねじ溝３ａのうち、駒部材５に挟まれてボール４が循環しない非循環列には、固体潤滑剤１４が埋設されている。具体的には、固体潤滑剤１４は、ナット３のねじ溝３ａのうち、循環列となるねじ溝３ａの隣の非循環列のねじ溝３ａの溝底に埋設されている。この固体潤滑剤１４としては、基油にポリオールエステルを使用し、リチウム系の増ちょう剤からなるマルテンプＬＲＬ（協同油脂株式会社の商品名）、あるいは、基油にテトラエステルを使用し、リチウム系の増ちょう剤からなるマルテンプＳＲＬ（協同油脂株式会社の商品名）等のグリースにＭｏＳ２やグラファイトを添加したものを例示することができる。なお、これ以外にも、例えば、ＭｏＳ２やグラファイトをはじめ、ＰＴＦＥ（商品名：テフロン（登録商標））やふっ化黒鉛、窒化ほう素、二硫化タングステン（ＷＳ２）、メラミンシアヌレート（ＭＣＡ）等を例示することができる。
【００３４】
このように、本実施形態では、ねじ溝３ａが３列以上の循環列を有し、これらねじ溝３ａのうち循環列のとなるねじ溝３ａの隣の非循環列のねじ溝３ａのみに固体潤滑剤１４を埋設しているので小型化、高負荷容量化を図ることができ、例え、固体潤滑剤１４が衝撃や振動によって循環列のねじ溝３ａに落下しても、ボールねじの潤滑に寄与して効率や寿命を向上させることができると共に、アウトボールを解消することができ、信頼性を高めたボールねじを提供することができる。
【００３５】
また、図３に示すように、ねじ溝３ａの溝底に埋設される固体潤滑剤１４の埋設深さＷは、ナット３のねじ溝３ａの深さＤの１／２以上に設定されている（Ｗ≧Ｄ／２）。この埋設深さＷがねじ溝３ａの深さＤの１／２未満になると、組立時にボール４が循環列から外れ、本来なら循環列とはならない非循環列に紛れ込んでしまう恐れがあるので、寿命低下や効率低下を招来して好ましくない。なお、上限は、加工性の観点から、ねじ溝３ａの深さＤに設定されている。
【００３６】
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】
【００３７】
本発明に係るボールねじは、自動車のギヤボックス等、大きな荷重が負荷される用途に使用されるボールねじに適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  ボールねじ
２  ねじ軸
２ａ、３ａ  ねじ溝
３  ナット
４  ボール
５  駒部材
５ａ  連結溝
６  駒窓
６ａ  縁部
７  駒窓縁
８  溝縁部
９  胴部
１０  頭部
１１  凹み部
１２  ガイド壁
１３  加締部
１４  固体潤滑剤
５１  回転ナット
５２、６０  内ねじ溝
５３、６３  連結溝
５４  駒部材
５５、６６  転動路
５６  非循環部
５７  詰め物
５８  ボールねじ
５９  ボールねじ軸
６１  ナット
６２  ボール
６４  遮蔽部材
６５  外ねじ溝
６４ａ  遮蔽部材の端面
Ｄ  ねじ溝の深さ
Ｗ  固体潤滑剤の埋設深さ
θ  縁部の傾斜角
【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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