(57)【要約】【課題】ボールの摩耗やナットの損傷を回避でき、円滑な動作を確保できるボールねじ機構を提供する。【解決手段】ナット２の雌ねじ溝２ａにおける少なくとも取付穴２ｂに隣接する部位に、ショットピーニング加工を施したので、ボール３が無負荷領域（荷重を受けない領域）から負荷領域（荷重を受ける領域）に入る際の応力集中によるナット２のコマ取付穴２ｂ近傍の損傷を防ぐことができる。又、コマ４の直線導入部４ｂにショットピーニング加工を施すことで、循環溝４ａの損傷をふせぐことができる。【選択図】図９
2008281064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
前記ナットの取付穴内に挿入され、前記転走路の一端から他端へと循環する前記ボールが転動するための循環溝を備えたコマと、を有し、
前記ナットの雌ねじ溝における少なくとも前記取付穴に隣接する部位に、ショットピーニング加工を施したことを特徴とするボールねじ機構。
【請求項２】
前記ショットピーニング加工は、前記取付穴に前記コマを取り付ける前に行われることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。
【請求項３】
前記コマの循環溝における少なくとも直線導入部に、ショットピーニング加工を施したことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ機構。
【請求項４】
前記ナットの雌ねじ溝における前記取付穴に隣接する部位には、ショットピーニング加工の前にクラウニングが施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のボールねじ機構。
【請求項５】
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、を有し、
前記ナットには、前記転走路の一端から他端へと循環する前記ボールが転動するための循環溝が形成されており、
前記ナットの雌ねじ溝における前記循環溝に隣接する部位に、ショットピーニング加工を施したことを特徴とするボールねじ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用の電動アクチュエータ、例えば自動変速機制御装置（シフトバイワイヤ）や、電動ブレーキ、マニュアルトランスミッションの自動制御装置（ＡＭＴ）等に使用されるボールねじ機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両等の省力化が進み、例えば自動車のトランスミッションやパーキングブレーキなどを手動でなく、電動モータの力により行うシステムが開発されている。そのような用途に用いる電動アクチュエータには、電動モータから伝達される回転運動を高効率で軸線方向運動に変換するために、ボールねじ機構が用いられる場合がある。
【０００３】
しかるに、通常、ボールねじ機構は、ねじ軸と、ナットと、両者間に形成された転走路内を転動するボールとからなるが、いわゆるコマ式のボールねじ機構においては、転走路の一端から他端へとボールを戻すために、コマをナットに取り付けている（特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、コマについて説明する。ボールねじ機構においては、ねじ軸とナットとが軸線方向に相対移動する際に、ボールを循環させる機構が本来的に必要である。コマ式ボールねじ機構においては、ナットに取り付けられているコマが、ボールねじの１リード分に相当する軸線方向の転走路のずれを補うべく、軸線回りに３４０度前後延在する転走路の一端と他端とを連結するＳ字状に蛇行した循環溝を有している。従って、ボールは、転走路に沿って転動した後、ねじ軸のランド部を乗り越えるようにして、転走路の一端からコマの循環溝内に導かれ、その後循環溝から転走路の他端へと戻されるようになっている。
【特許文献１】特開平１１−２７０６４８号公報
【特許文献２】特開２００４−１３８１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、無負荷領域であるコマから負荷領域であるナット側にボールが転動する際、ボールは後続のボールによって押されることによりナットとねじ軸間の転走路に侵入する。その結果、ナットの入口近傍でボール同士が衝突し、ナットのコマ取付穴角部に応力が集中し、そこを起点として剥離等が生じる恐れがある。
【０００６】
特許文献１において、コマをナットに組み込んだ後に段差部を面取り加工することが開示されている。この従来技術では、コマを組み込んだ状態でナットとの接続部の段差を面取り加工する為、加工済みのボール溝までも削りとる恐れがある。また、手作業もしくは機械による研削加工である為、全ての接続部を加工するのには相当な加工時間が必要である。更に、コマとナットのコマ取付穴の隙間に加工時の切削粉が入ってしまう恐れがある。
【０００７】
コマは、一般的に金属焼結や鍛造加工によって成形されるが、軽量化、コストダウンの為に、樹脂の射出成形によるものも用いられる場合がある。樹脂の場合、６−６ナイロン、６ナイロン、４−６ナイロン、ＰＯＭ（ポリアセタール）等が材料として用いられ、強化のためにグラスファイバーを数％〜数十％含有されることが多い。この場合、特許文献１の従来技術のように、コマをナットに組み込んだ後、段差を切削加工すると、グラスファイバーがコマの表面に出て、ガラス繊維によりボールの摩耗を促進する恐れがある。
【０００８】
一方、特許文献２においては、コマの出入口に弾性部材を装着した技術が開示されている。この技術によれば、コマとナットの段差を解消することは可能であるが、弾性部材が脱落してボールの転動を阻止する恐れがある。また、かかる弾性部材は、コマからナットへボールが入る際に生じる、ナットのコマ取付穴入ロ付近の応力集中による損傷を効果的に防ぐことはできない。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ボールの摩耗やナットの損傷を回避でき、円滑な動作を確保できるボールねじ機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の本発明のボールねじ機構は、
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
前記ナットの取付穴内に挿入され、前記転走路の一端から他端へと循環する前記ボールが転動するための循環溝を備えたコマと、を有し、
前記ナットの雌ねじ溝における少なくとも前記取付穴に隣接する部位に、ショットピーニング加工を施したことを特徴とする。
【００１１】
第２の本発明のボールねじ機構は、
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、を有し、
前記ナットには、前記転走路の一端から他端へと循環する前記ボールが転動するための循環溝が形成されており、
前記ナットの雌ねじ溝における前記循環溝に隣接する部位に、ショットピーニング加工を施したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の本発明によれば、前記ナットの雌ねじ溝における少なくとも前記取付穴に隣接する部位に、ショットピーニング加工を施したので、ボールが無負荷領域（荷重を受けない領域）から負荷領域（荷重を受ける領域）に入る際の応力集中によるナットのコマ取付穴近傍の損傷を防ぐことができる。
【００１３】
前記コマの循環溝における少なくとも直線導入部に、ショットピーニング加工を施すと好ましい。ショットピーニング加工はナットの外径側から取付穴を利用して、ナットの取付穴近傍のボール溝、特に取付穴角部に行うと好ましい。ナットと別体であるコマの循環溝全体にも、ショットピーニング加工を行うとよい。
【００１４】
前記ショットピーニング加工は、前記取付穴に前記コマを取り付ける前に行われると好ましい。コマをナットの取付穴に組み込んだ後にショットピーニング加工を行うと、コマとナットの取付穴にショットピーニングの粒子が詰まる恐れがあるからである。
【００１５】
前記ナットの雌ねじ溝における前記取付穴に隣接する部位には、ショットピーニング加工の前にクラウニングが施されていると好ましい。
【００１６】
ショットピーニング加工による圧縮残留応力は、２×１０8〜７×１０8Ｎ／ｍ2程度で、望ましくは１×１０9Ｎ／ｍ2程度の圧縮残留応力を、最表面部から２０〜１００μｍの深さに付与するのが望ましい。
【００１７】
ナットは、非研削ボールねじ、即ち熱処理前に溝加工を行い、熱処理後にねじ溝の加工を行わないものであれば、ショットピーニング加工による溝表面の粗さの劣化はそれ程問題とならない。
【００１８】
これに対し、熱処理後にボール溝を研削する、研削ねじの場合、熱処理後にショットピーニング加工を行い、その後研削加工を行うと、ショットピーニング加工による表面粗さの劣化の影響が無いので好ましい。ここで、熱処理とは、浸炭材を用いた浸炭処理や、高周波材を用いた高周波熱処理を指す。
【００１９】
ショットピーニング加工はナットの取付穴入口近傍のみに施せばよく、コマ取付穴端部からボール径分の範囲で足りる。ナットの取付穴近傍のねじ溝は、例えば砥石等の研磨手段を用いるクラウニング加工によって緩やかな円弧状に削りとってもよい。この場合、ショットピーニングはクラウニング部のみに施しても良い。
【００２０】
第２の本発明によれば、前記ナットの雌ねじ溝における前記循環溝に隣接する部位に、ショットピーニング加工を施したので、ボールが無負荷領域（荷重を受けない領域）から負荷領域（荷重を受ける領域）に入る際の応力集中による雄ねじ溝と循環溝との境界近傍における損傷を防ぐことができる。
【００２１】
ナットのねじ溝は、特開２０００−８８０７２号公報に示すように、転造で加工される場合もあるが、ショットピーニング加工を行う際は、切削加工でねじ溝を成形するほうが良い。特開２００５−９９７２１号公報に示すように、転造加工によって、ランド部に凹部ができるからである。更に、ショットピーニングに用いる粒子が凹部に挟まることを防ぐためにも、切削加工でねじ溝を成形するほうが良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態であるボールねじ機構の側面図であり、図２は、本実施の形態であるボールねじ機構の上面図であり、図３は、ナットを拡大して示す図であり、図４は、図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図であり、図５は、図３の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図であり、図６は、図４の構成を矢印VI方向に見た図であり、図７は、図４の構成の矢印VII部の拡大図である。
【００２３】
図１、２において、ハウジングＨに対して軸受Ｂ１，Ｂ２により回転可能且つ軸線方向移動不能に取り付けられたねじ軸１は、一端近傍に、不図示のモータから動力を伝達されるギヤＧを取り付けている。ねじ軸１の外周面には、雄ねじ溝１ａが形成されている。
【００２４】
被駆動部材としての軸Ｓにリンク部材Ｌ１，Ｌ２を介してピン結合され、ハウジングＨに対して回転不能且つ軸線方向にのみ移動可能に支持された円筒状のナット２は、ねじ軸１を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝２ａ（図４参照）を形成している。複数のボール３（図４参照）が、対向する両ねじ溝間に形成された螺旋状の転走路内を転動自在となるように配置されている。
【００２５】
図３において、ナット２の外周に形成された長円断面の貫通穴（取付穴）２ｂ内には、コマ４が配置されている。コマ４は、貫通穴２ｂに取り付けた状態で、内側に循環溝４ａを形成している（図４参照）。尚、図６に示す方向から見て、Ｓ字状の循環溝４ａは、その中心に対し１８０度位相で点対称となっている。
【００２６】
図４〜６を参照して、雄ねじ溝１ａと雌ねじ溝２ａとで形成される転走路は、ねじ軸１の周囲を１周弱巻き回したところで、コマ４によって分断されており、各々の一端と他端とを、コマ４の循環溝４ａが連結している。なお、隣接する雄ねじ溝１ａ間には、ランド部１ｃが形成されている。
【００２７】
本実施の形態のボールねじ機構の動作を説明すると、不図示の電動モータによりギヤＧを介してねじ軸１が回転駆動されると、転走路を転動するボール３により、かかる回転運動がナット２の軸線方向運動に効率よく変換され、リンクＬ１，Ｌ２を介して連結された軸Ｓを回転移動させることができる。この際に、図５に示すように、転走路から循環溝４ａに侵入したボール３は、循環溝４ａに沿って転動することでランド部１ｃを乗り越えて、転走路の一端から他端へと移動できるようになっている。
【００２８】
本実施の形態においては、図６に示すようにナット２とコマ４とを半径方向内方から見たときに、転走路を形成する雌ねじ溝２ａの一端に接続される循環溝４ａの両端部に、転走路すなわち雌ねじ溝２ａの中心軸線Ｘ１と一致する中心軸線Ｘ２（点Ａと点Ｂとの間）を有する直線導入部４ｂを形成している。即ち、循環溝４ａの中心線が描く半径Ｒｆの円弧の中心Ｐは、点Ｂと軸線方向に重合する位置になる。これは、点Ａから点Ｂまでの間は、転走路から排出されたボール３がナット２の軸線方向に力を与えられないことを意味するものであり、従って、ボール３の引っかかりが生じる恐れが少なく、転走路の幅に対して導入部４ｂの幅をさほど大きくする必要がないため、溝壁へのボール３の衝接が抑制され、異音や振動を抑えることができる。
【００２９】
更に、従来技術では、図７の点線で示すように、循環溝底は端部まで曲線を描くようになっており、それ故、ナット２の雌ねじ溝２ａとの段差がΔ２が生じていた。即ち、コマの循環溝は、ボールがスムーズに通過できるように、幅方向においてボール径よりも大きく形成されているが、切削加工の都合上、径方向にもボール径に対してわずかに大きく形成されてしまう。これは、半球型の回転切削部を有する工具（不図示）を、循環溝の理想軌跡を描くように移動させることで加工を行う際に、回転切削部の円弧中心をボール中心軌跡に一致させているため、幅方向に拡張した分だけ径方向にも余分に切削されてしまうことによるものである。このように循環溝が加工されたコマをナットに取り付けると、ナットの雌ねじ溝とコマの循環溝との間に段差Δ２が生じることになり、ボール通過時の異音や振動を招く恐れがある。
【００３０】
これに対し、本実施の形態によれば、図７の実線で示すように、点Ｂから点Ａまで導入部４ｂの溝底を直線状としているため、ナット２の雌ねじ溝２ａとの段差Δ１をより小さくできる（Δ１＜Δ２）。ここで、差分（Δ１−Δ２）が補正量となる。
【００３１】
次に、ナットの加工態様について説明する。図８は、ショットピーニング加工を施したナット単体の斜視図であり、図９は、取付穴にコマを組み込んだナットの断面図である。図８、９に示すように、ショットピーニング加工は、ナット２の雌ねじ溝２ａにおける少なくとも取付穴２ｂに隣接する部位（クロスハッチングで示す領域Ｃ、取付穴２ｂからボール３の径分の範囲）に対して、取付穴２ｂより粒子を吹き付けることで行われる。又、図９に示すように、ショットピーニング加工は、コマ４の循環溝４ａにおける直線導入部（クロスハッチングで示す領域Ｄ）に対して行われる。尚、ショットピーニング加工は、ナット２とコマ４とで別々に行われる。又、ナット２の雌ねじ溝２ａにおける取付穴２ｂに隣接する部位には、ショットピーニング加工の前にクラウニングが施されて、滑らかな曲面となっている。コマ４の循環溝４ａ全体にショットピーニング加工を施しても良い。
【００３２】
本実施の形態によれば、ナット２の雌ねじ溝２ａにおける少なくとも取付穴２ｂに隣接する部位に、ショットピーニング加工を施したので、ボール３が無負荷領域（荷重を受けない領域）から負荷領域（荷重を受ける領域）に入る際の応力集中によるナット２のコマ取付穴２ｂ近傍の損傷を防ぐことができる。又、コマ４の直線導入部４ｂにショットピーニング加工を施すことで、循環溝４ａの損傷をふせぐことができる。
【００３３】
図１０は、別な実施の形態にかかるナットの断面図であり、図１１は、図９のナットを矢印XI方向に見た図である。このようなナットは、例えば特開２００３−１９４１７４号公報に開示されており、ナット２’の内周に、コマの循環溝と同じ形状（循環溝２ｃ）を鍛造等の塑性加工あるいは切削加工で直接形成したものである。
【００３４】
本実施の形態の場合も、ナットのねじ溝２ａと、ねじ溝２ａの両端を接続する循環溝２ｃとは、加工工程が別である為、つなぎ目に段差が残りやすい。そこで、ナット２’の雌ねじ溝２ａにおける循環溝２ｃに隣接する部位Ｃ、及び循環溝２ｃにおける雌ねじ溝２ａに隣接する部位Ｄ（直線導入部）にショットピーニング加工を施すことで、ボール３が無負荷領域（荷重を受けない領域）から負荷領域（荷重を受ける領域）に入る際の応力集中による雄ねじ溝２ａと循環溝２ｃとの境界近傍における損傷を防ぐことができる。
【００３５】
ここで、循環溝２ｃをナット２’に一体的に成形した場合には、本来的にナット２にコマの取付穴が無いため、それを介してショットピーニングの粒子を吹き付けることができない。そこで、ナット２’の両端からショットピーニングの粒子を吹き付けるか、リンク部材とのピン嵌合穴２ｄがある場合は、嵌合穴２ｄからショットピーニングの粒子を吹き付けると良い。
【００３６】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。尚、コマは、金属を素材とする場合、焼結加工や鍛造加工によって形成されると好ましく、樹脂を素材とする場合には、射出成形によって形成されると好ましいが、素材や製法がこれらに限られることはない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施の形態であるボールねじ機構の側面図である。
【図２】本実施の形態であるボールねじ機構の上面図である。
【図３】ナットを拡大して示す図である。
【図４】図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。
【図５】図３の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。
【図６】図４の構成を矢印VI方向に見た図である。
【図７】図４の構成の矢印VII部の拡大図である。
【図８】ショットピーニング加工を施したナット単体の斜視図である。
【図９】取付穴にコマを組み込んだナットの断面図である。
【図１０】別な実施の形態にかかるナットの断面図である。
【図１１】図９のナットを矢印XI方向に見た図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ねじ軸
２、２’  ナット
３  ボール
４  コマ
【図１】
2008281064.tif 000003
【図２】
2008281064.tif 000004
【図３】
2008281064.tif 000005
【図４】
2008281064.tif 000006
【図５】
2008281064.tif 000007
【図６】
2008281064.tif 000008
【図７】
2008281064.tif 000009
【図８】
2008281064.tif 000010
【図９】
2008281064.tif 000011
【図１０】
2008281064.tif 000012
【図１１】
2008281064.tif 000013