(57)【要約】【課題】駒部材の連結溝とねじ溝との繋ぎ部における段差量を増大させることなく溝不一致を解消して円滑なボールの循環を図り、信頼性を向上させた駒式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し、ナット３の隣接するねじ溝間を接続する連結溝５ａが略Ｓ字状に湾曲して形成された駒部材５を備え、駒窓６が断面略円形に形成され、この駒窓６に対応して駒部材５が断面円形に形成された駒式ボールねじにおいて、連結溝５ａにおける開口部の溝壁８、９がナット３のねじ溝３ａに対してそれぞれ傾斜角α、βを有し、当該連結溝５ａよりも僅かに幅広となるラッパ状に形成されると共に、外側の溝壁９の傾斜角βが中央寄りの溝壁８の傾斜角αよりも大きく、かつこれらの傾斜角α、βの平均がねじ溝３ａの角度と略同一になるように設定されている。【選択図】図２
2008241013.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し、前記ナットの隣接するねじ溝間を接続する連結溝が略Ｓ字状に湾曲して形成された駒部材とを備え、前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材が断面円形に形成された駒式ボールねじにおいて、
前記連結溝が前記ボールの直径よりも幅広に形成されると共に、その開口部の溝壁が前記ナットのねじ溝に対してそれぞれ傾斜角を有し、当該連結溝よりも僅かに幅広となるラッパ状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】
前記溝壁のうち外側の溝壁の傾斜角が中央寄りの溝壁の傾斜角よりも大きく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】
前記傾斜角の平均が前記ナットのねじ溝の角度と略同一になるよう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】
前記駒部材が浸炭材の金属粉からなる焼結合金をＭＩＭによって成形され、浸炭焼入れによって硬化処理されている請求項１乃至３いずれかに記載の駒式ボールねじ。
【請求項５】
前記ナットのねじ溝の断面がゴシックアーク形状に形成されると共に、前記駒部材の両側に断面略円形の一対のアームが突設され、これらアームを前記ねじ溝に係合させて前記駒部材が位置決めされている請求項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使用し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もので、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、本発明の実施形態を示す図１によって説明する。この駒式ボールねじ１は、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転動自在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。
【０００５】
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に対応して断面略円形の駒部材５が嵌合されている。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。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。
【０００６】
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略Ｓ字状に湾曲して形成されている。連結溝５ａの深さは、ボール４が連結溝５ａ内でねじ軸２におけるねじ溝２ａのねじ山を越えることができる深さとされている。
【０００７】
ここで、本出願人は、図３に示すような駒式ボールねじ５０を提案している。この駒式ボールねじ５０は、駒部材５１の両側に断面が略円形の丸棒状に形成されたアーム５２が突設され、ナット５３のねじ溝５３ａに所定の径方向すきまを介して係合されている。このアーム５２によって、駒部材５１がナット５３に対して軸方向に位置決めされると共に、駒部材５１が駒窓５３ａから径方向外方に抜け出すのを防止している。このように、駒部材５１が断面円形に形成されているので、駒窓５３ａの加工工数が削減できて低コスト化を図ることができると共に、駒部材５１がナット５３に対して軸方向に精度良く、かつ、容易に位置決めすることができ、信頼性を向上させることができる。
【０００８】
さらに、駒部材５１のアーム５２がナット５３のねじ溝５３ａに沿う円弧状に形成されると共に、このアーム５２の幅中心に沿う円弧の曲率半径Ｒ’が、ねじ溝５３ａの溝中心の曲率半径Ｒよりも大きくされ、アーム５２とねじ溝５３ａの内面とが無負荷で接触する位置をアーム５２の先端としている。
【０００９】
この種の駒部材５の脱落防止構造では、駒部材５の連結溝５ａに負荷される抜け荷重をアーム９によって受けることになる。この場合の抜け荷重としては、ボール４の公転による遠心力によるものや、ボール４が駒部材５の連結溝５ａからナット３のねじ溝３ａの内面に乗り上げた時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９が変形してボール４に循環不良が生じたり、駒部材５のナット３からの脱落に対する信頼性を低下させることになるが、この構成により、この無負荷状態から駒部材５１へ抜け荷重が負荷されると、アーム５２が弾性変形してアーム５２全体がナット５３のねじ溝５３ａの内面に接触するようになり、両者の接触面積が増加することになる。そのため、アーム５２の過度の塑性変形が防止されて駒部材５１の抜け力に対する剛性向上が可能となり、アーム５２の変形によるボール５４の循環不良を抑制することができる。
【特許文献１】特開２００６−１８９１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような従来の駒式ボールねじ５０は、駒部材５１のアーム５２により駒部材５１の抜け止めと位置決めとがなされ、高精度で高強度の性能が得られると共に、駒部材５１の抜け力に対する剛性が向上してアーム５２の変形によるボール５４の循環不良を抑制することができるという特徴を具備している。然しながら、駒部材５１とナット５３が別部材で構成されているため、連結溝５１ａとねじ溝５３ａの繋ぎ部には少なからず溝不一致や段差が発生することは否めない。これは加工精度の影響や、駒部材５１と駒窓５３ａとの寸法差によって生じるものであるが、この繋ぎ部の良し悪しが、この部位を通過するボール５４の振動や騒音の大小、さらには、駒式ボールねじ５０の性能や寿命にも影響する。
【００１１】
連結溝５１ａとねじ溝５３ａとの不一致は、ナット５３のねじ溝５３ａ位置に対する駒窓５３ａの位置ズレや、駒部材５１に対する連結溝５１ａ位置の非対称等の加工誤差によって発生すると考えられるが、多少の位置ズレがあってもボール５４の循環を阻害しない程度に、連結溝５１ａは、ボール５４の直径よりも幅広に形成されると共に、繋ぎ部の溝壁がねじ溝５３ａに対して略平行になるように設定されている。
【００１２】
図４に示すような従来の断面小判型をなす駒部材５５のように、連結溝５５ａとねじ溝５３ａとが平行に保たれた場合には、互いの溝が軸方向に位置ズレを生じても、連結溝５５ａがボール５４の直径よりも幅広に形成されているため、繋ぎ部では凸段差とはならず、すなわち、ボール５４の通過位置に対して連結溝５５ａが突出するような段差とはならず、ボール５４の駒部材５５への出入りを阻害することはない。
【００１３】
ところが、この種の断面略円形に形成された駒部材５１にあっては、従来の小判型の駒部材に比べコンパクト化ができ加工も容易になる反面、加工誤差を抑えても溝不一致が発生する恐れがあった。すなわち、図５（ａ）に示すように、駒部材５１の連結溝５１ａの中央寄り（図中右側）の溝壁は、ナット５３のねじ溝５３ａに対して平行に形成することができるものの、外側（図中左側）の溝壁は、ねじ溝５３ａに対して平行になり切れず、外側に開いた状態で繋ぎ部を向えてしまうことになる。これは、駒部材５１が円形であるが故に、連結溝５１ａが中央寄りの溝壁よりも外側の溝壁が先に終焉し、隣り合うねじ溝５３ａへ移行するための円弧の途中で繋ぎ部となってしまうためである。
【００１４】
この場合、図５（ｂ）に示すように、例え加工精度が良好であっても、溝不一致と同じ現象になってしまい、連結溝５１ａを幅広に形成しても、外側の溝壁における繋ぎ部には凸段差（図中クロスハッチングにて示す）が生じる。また、この凸段差を解消するため、さらに連結溝５１ａの溝幅を広く設定すると、連結溝５１ａの中央側の溝壁に発生する繋ぎ部の溝不一致の度合いが大きくなってボール５４の円滑な循環を阻害することになり、トルクの増加や振動、騒音の発生原因となり好ましくない。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、駒部材の連結溝とねじ溝との繋ぎ部における段差量を増大させることなく溝不一致を解消して円滑なボールの循環を図り、信頼性を向上させ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】
【００１６】
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し、前記ナットの隣接するねじ溝間を接続する連結溝が略Ｓ字状に湾曲して形成された駒部材とを備え、前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材が断面円形に形成された駒式ボールねじにおいて、前記連結溝が前記ボールの直径よりも幅広に形成されると共に、その開口部の溝壁が前記ナットのねじ溝に対してそれぞれ傾斜角を有し、当該連結溝よりも僅かに幅広となるラッパ状に形成されている。
【００１７】
このように、ナットの胴部に穿設された駒窓に嵌合され、転動路を周回経路とし、ナットの隣接するねじ溝間を接続する連結溝が略Ｓ字状に湾曲して形成された駒部材を備え、駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して駒部材が断面円形に形成された駒式ボールねじにおいて、連結溝がボールの直径よりも幅広に形成されると共に、その開口部の溝壁がナットのねじ溝に対してそれぞれ傾斜角を有し、当該連結溝よりも僅かに幅広となるラッパ状に形成されているので、駒部材とナットとの位置ズレによる凸段差を抑え、これを修正するための手直し工程が不要となる分生産性が向上すると共に、連結溝の溝幅を広げることによって生じる繋ぎ部の段差量を増大させることなく溝不一致を解消することができる。したがって、ボールの通過による振動や騒音を低減させて円滑なボールの循環を図ることができ、信頼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。
【００１８】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記溝壁のうち外側の溝壁の傾斜角が中央寄りの溝壁の傾斜角よりも大きく設定されていれば、中央寄りの繋ぎ部よりも凸段差となり易い外側の繋ぎ部における凸段差が凹段差に変り、左右の繋ぎ部の段差がナットのねじ溝に対して略均等になって溝不一致を解消することができる。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明のように、前記傾斜角の平均が前記ナットのねじ溝の角度と略同一になるように設定されていれば、駒部材の単体精度や組付け精度を必要以上に厳しく規制することなく、連結溝とナットのねじ溝との溝不一致を解消することができ、加工コストを低減させることができる。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明のように、前記駒部材が浸炭材の金属粉からなる焼結合金をＭＩＭによって成形され、浸炭焼入れによって硬化処理されていれば、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と共に、耐摩耗性を向上させることができる。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明のように、前記ナットのねじ溝の断面がゴシックアーク形状に形成されると共に、前記駒部材の両側に断面略円形の一対のアームが突設され、これらアームを前記ねじ溝に係合させて前記駒部材が位置決めされていれば、アームとねじ溝の接触面積を確保して面圧を低減させると共に、アームとの接触において、所定のスパンからなる２点で接触することができ、ナットに対する駒部材の位置決め固定が安定する。
【発明の効果】
【００２２】
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し、前記ナットの隣接するねじ溝間を接続する連結溝が略Ｓ字状に湾曲して形成された駒部材とを備え、前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材が断面円形に形成された駒式ボールねじにおいて、前記連結溝が前記ボールの直径よりも幅広に形成されると共に、その開口部の溝壁が前記ナットのねじ溝に対してそれぞれ傾斜角を有し、当該連結溝よりも僅かに幅広となるラッパ状に形成されているので、駒部材とナットとの位置ズレによる凸段差を抑え、これを修正するための手直し工程が不要となる分生産性が向上すると共に、連結溝の溝幅を広げて繋ぎ部における段差量を増大させることなく溝不一致を解消することができる。したがって、ボールの通過による振動や騒音を低減させて円滑なボールの循環を図ることができ、信頼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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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し、前記ナットの隣接するねじ溝間を接続する連結溝が略Ｓ字状に湾曲して形成された駒部材とを備え、前記駒窓が断面略円形に形成され、この駒窓に対応して前記駒部材が断面円形に形成された駒式ボールねじにおいて、前記連結溝における開口部の溝壁が前記ナットのねじ溝に対してそれぞれ傾斜角を有し、当該連結溝よりも僅かに幅広となるラッパ状に形成されると共に、前記溝壁のうち外側の溝壁の傾斜角が中央寄りの溝壁の傾斜角よりも大きく、かつこれらの傾斜角の平均が前記ナットのねじ溝の角度と略同一になるように設定されている。
【実施例】
【００２４】
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（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、（ｂ）は、（ａ）の縦断面図、図２（ａ）は、駒部材とナットとの繋ぎ部を示す要部拡大図、（ｂ）は、（ａ）のＩＩ方向から見た矢視図である。なお、この駒式ボールねじの基本構成は、前述の従来技術の１例として図１を用いて説明したので詳細な説明を省略し、本発明の特徴部分を主体に説明する。
【００２５】
この駒式ボールねじ１の各ねじ溝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、アキシアルすきまを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。
【００２６】
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される。そして、造粒されたペレットが射出成形機のホッパに供給され、金型内に加熱溶融状態で押し込まれて成形される、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。
【００２７】
金属粉としては、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、耐摩耗性が付与されている。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、駒部材５の連結溝５ａは、ナット３の隣接するねじ溝３ａの溝壁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。そして、駒部材５の両側には断面が略円形の丸棒状に形成されたアーム９が突設され、ナット３のねじ溝３ａに所定の径方向すきまを介して係合されている。このアーム９によって、駒部材５がナット３に対して軸方向に位置決めされると共に、駒部材５が駒窓６から径方向外方に抜け出すのを防止している。本実施形態では、ナット３のねじ溝３ａがゴシックアーク形状に形成されているので、アーム９との接触において、所定のスパンからなる２点で接触することができ、ナット３に対する駒部材５の位置決め固定が安定する。
【００２９】
ここで、駒部材５における連結溝５ａの開口部は、僅かに幅広となるラッパ状に形成されている。すなわち、中央寄りの溝壁８が、ナット３のねじ溝３ａと平行にするのではなく、ねじ溝３ａに対して僅かな傾斜角αをもって形成されている。一方、外側の溝壁９も、その円弧部の接線が、ナット３のねじ溝３ａと平行にするのではなく、ねじ溝３ａに対して僅かな傾斜角βをもって形成されている。そして、左右の溝壁８、９の傾斜角α、βの平均がナット３のねじ溝３ａの角度と略同一になるように設定されている。
【００３０】
これにより、駒部材５の単体精度や組付け精度を必要以上に厳しく規制することなく、駒部材５とナット３との位置ズレによる凸段差を抑え、この手直し工程が不要となる分生産性が向上すると共に、ボール４の直径に対して連結溝５ａを必要以上に溝幅を広げて繋ぎ部Ａ、Ｂにおける段差量を増大させることなく溝不一致を解消することができるため、ボール４の通過による振動や騒音を低減させて円滑なボール４の循環を図ることができ、低コストで信頼性を向上させた駒式ボールねじ１を提供することができる。
【００３１】
さらに、本実施形態では、繋ぎ部Ａよりも凸段差となり易い繋ぎ部Ｂにおいて、溝壁９の傾斜角βを溝壁８の傾斜角αよりも大きく設定されている。これにより、図２（ｂ）に示すように、凸段差が凹段差に変り、左右の繋ぎ部Ａ、Ｂの段差（図中クロスハッチングにて示す）がナット３のねじ溝３ａに対して略均等になり、溝不一致を解消することができる。
【００３２】
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】
【００３３】
本発明に係る駒式ボールねじは、自動車の電動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】
【００３４】
【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、（ａ）の縦断面図である。
【図２】（ａ）は、駒部材とナットとの繋ぎ部を示す要部拡大図である。  （ｂ）は、（ａ）のＩＩ方向から見た矢視図である。
【図３】従来の駒式ボールねじを示す要部断面図である。
【図４】（ａ）は、他の従来の駒式ボールねじを示す縦断面図である。  （ｂ）は、同上要部拡大図である。
【図５】（ａ）は、従来のボールねじにおける駒部材とナットとの繋ぎ部を示す要部拡大図である。  （ｂ）は、（ａ）のＶ方向から見た矢視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・・・・・・・・駒式ボールねじ
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
７・・・・・・・・・・アーム
８・・・・・・・・・・中央寄りの溝壁
９・・・・・・・・・・外側の溝壁
５０・・・・・・・・・駒式ボールねじ
５１、５５・・・・・・駒部材
５１ａ、５５ａ・・・・連結溝
５２・・・・・・・・・アーム
５３・・・・・・・・・ナット
５３ａ・・・・・・・・ねじ溝
５４・・・・・・・・・ボール
Ａ、Ｂ・・・・・・・・繋ぎ部
Ｒ・・・・・・・・・・ねじ溝の溝中心の曲率半径
Ｒ’・・・・・・・・・アームの幅中心に沿う円弧の曲率半径
α、β・・・・・・・・傾斜角
【図１】
2008241013.tif 000003
【図２】
2008241013.tif 000004
【図３】
2008241013.tif 000005
【図４】
2008241013.tif 000006
【図５】
2008241013.tif 000007