(57)【要約】【課題】  低コストで、かつ、ラジアル荷重およびモーメント荷重に対する負荷能力を増大させ、耐久性を向上させたボールねじを提供する。【解決手段】  外周面に螺旋状のねじ溝２が形成されたねじ軸３と、このねじ軸３に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝７が形成されたナット５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４と、ナット５のねじ溝７に連結された循環部材とを備えたボールねじにおいて、両ねじ溝２、７の断面形状がゴシックアーチ形状に形成され、ボール４の初期接触角αが１５〜３０°の範囲に設定されると共に、肩部１５、１７に所定の面取り１６、１８が形成されている。【選択図】図２
2005233360.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、前記ナットのねじ溝に連結された循環部材とを備えたボールねじにおいて、前記両ねじ溝の肩部に所定の面取りが形成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面取りが研削加工によって形成されている請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】
前記面取りが前記ねじ溝と一体に加工されている請求項１または２に記載のボールねじ。
【請求項４】
前記面取りが前記ボール径の２０〜５０％の範囲に設定されている請求項１乃至３いずれかに記載のボールねじ。
【請求項５】
前記面取りが円弧状に形成されている請求項１乃至４いずれかに記載のボールねじ。
【請求項６】
前記ボールとねじ溝との初期接触角が１５〜３０°の範囲に設定されている請求項１乃至５いずれかに記載のボールねじ。
【請求項７】
前記ねじ溝がゴシックアーチ形状に形成されている請求項１乃至６いずれか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、自動車のアクチュエータ等に使用されるボールねじ、特にスラスト荷重だけでなく、ラジアル荷重やモーメント荷重が作用するボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にボールねじは、主として純スラスト荷重のみを負荷する構造になっている。したがって、このボールねじにラジアル荷重やモーメント荷重が直接ナットやねじ軸に負荷された場合、内部の荷重負荷分布にアンバランスが生じる。従来、スラスト荷重に加え、ラジアル荷重およびモーメント荷重をも受けることができ、内部の荷重負荷分布のアンバランスを抑制したものとして、図４に示すようなボールねじが知られている。
【０００３】
このボールねじ５０は、外周に螺旋状の主ねじ溝５１が形成されたねじ軸５２と、内周にこの主ねじ溝５１に対応する螺旋状の主ねじ溝５３が形成されたナット５４と、これら主ねじ溝５１、５３の間に収容された多数のボール５５と、これらボール５５を循環させる循環部材、例えば、ナット５４の外周に装着されたリターンチューブ（図示せず）を備えている。さらに、ナット５４のランド部５６には副ねじ溝５７が形成され、この副ねじ溝５７に充填される複数のボール５８およびその循環部材（図示せず）を備えている。
【０００４】
ここで、副ねじ溝５７の曲率半径は主ねじ溝５３の曲率半径より小さく設定されている。したがって、この副ねじ溝５７に充填されるボール５８も主ねじ溝５１、５３間に収容されているボール５５よりも小径に形成されている。このボール５８は、ねじ軸５２のランド部５９に接触し、主としてラジアル荷重を負荷するようになっている。一方、スラスト荷重は主ねじ溝５１、５３間に収容されているボール５５が負荷する。したがって、主ねじ溝５１、５３とボール５５との間にラジアル方向のすきまが存在していても、ナット５４にラジアル方向のガタが生じたり、角振れが生じたりすることはなくなる。さらに、副ねじ溝５７に充填されるボール５８にラジアル方向の予圧を付与することにより、ボールねじ５０の剛性は向上する。
【０００５】
このように、このボールねじ５０は、主ねじ溝５１、５３間の余分な空間、すなわち、ナット５４とねじ軸５２のランド部５６、５９に着目し、この部分に主ねじ溝５１、５３とは別の副ねじ溝５７が形成され、この副ねじ溝５７にボール５８を充填することにより、スラスト荷重に加え、ラジアル荷重およびモーメント荷重をも負荷することができるようになっている。
【特許文献１】実用登録第２５４８５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、こうした従来のボールねじ５０において、副ねじ溝５７が形成されているため、加工工数だけでなく組立工数が増大してコスト高騰を招来せしめる。さらに、副ねじ溝５７の寸法精度を厳しく規制しないと、本来の主ねじ溝５１、５３部の負荷分布に悪影響を及ぼす。特に、高速領域においては、主ねじ溝５１、５３間を転動するボール５５の作動性への悪影響は避けられない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、低コストで、かつ、ラジアル荷重およびモーメント荷重に対する負荷能力を増大させ、耐久性を向上させ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】
【０００８】
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、前記ナットのねじ溝に連結された循環部材とを備えたボールねじにおいて、前記両ねじ溝の肩部に所定の面取りが形成された構成を採用した。
【０００９】
このように、ねじ軸のねじ溝だけでなくナットのねじ溝の肩部に所定の面取りが形成されているので、スラスト荷重に加え、ラジアル荷重およびモーメント荷重がボールねじに負荷されてボールの接触楕円がこの肩部に乗り上げることがあっても、エッジロードが緩和されて所望の耐久性を確保することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記ナットのねじ溝の面取りが研削加工によって形成されているので、面取りの寸法バラツキを抑制することができ、品質の安定化を図ることができる。
【００１１】
好ましくは、請求項３に記載の発明のように、総型のロータリードレッサーにより成形された砥石によって前記面取りが前記ねじ溝と一体に加工されていれば、量産に好適でコストアップせずに所望の形状・寸法の面取りが形成される。また、ねじ溝との面取りとの繋ぎ部も滑らかにすることができ、一層エッジロードを緩和することができる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、前記面取りが前記ボール径の２０〜５０％の範囲に設定されているので、ボールの接触楕円の肩部への乗り上げを有効に防止することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、前記面取りが円弧状に形成されているので、ねじ溝と面取りの繋ぎ部を滑らかにすることができ、エッジロードを緩和することができる。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、前記ボールとねじ溝との初期接触角が１５〜３０°の範囲に設定されているので、内部すきまを大きく設定したボールねじであっても、モーメント荷重の負荷によって肩部にボールの接触楕円が乗り上げるのを防止することができる。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、前記ねじ溝がゴシックアーチ形状に形成されているので、ボールの接触角のバラツキを規制することができると共に、ねじ溝の曲率半径を大きく設定することができる。したがって、ボールの接触楕円が大きくなるのを抑制することができ、ボールの接触楕円の肩部への乗り上げを防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
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、前記ナットのねじ溝に連結された循環部材とを備えたボールねじにおいて、前記両ねじ溝の肩部に所定の面取りが形成されているので、スラスト荷重に加え、ラジアル荷重およびモーメント荷重がボールねじに負荷されてボールの接触楕円がこの肩部に乗り上げることがあっても、エッジロードが緩和されて所望の耐久性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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、前記ナットのねじ溝に連結された循環部材とを備えたボールねじにおいて、前記両ねじ溝の断面形状がゴシックアーチ形状に形成され、前記ボールの初期接触角が１５〜３０°の範囲に設定されると共に、肩部に所定の面取りが形成されている。
【実施例１】
【００１８】
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は、本発明に係るボールねじの実施形態を示す斜視図である。このボールねじ１は、代表的なボール循環方式であるリターンチューブ式ボールねじで、外周に螺旋状のねじ溝２が形成されたねじ軸３にボール４を介してナット５が外嵌されている。ねじ軸３は、転造加工等、冷間の塑性加工によって形成されている。一方、フランジ６が一体に形成されたナット５の内周には、ねじ軸３のねじ溝２に対応する螺旋状のねじ溝７がねじ研削加工によって形成されている。
【００１９】
例えば、ねじ軸３の回転によりボール４が両ねじ溝２、７内を転動しながら移動し、ナット５を直線移動させる。すなわち、ねじ軸３の回転をナット５の直線運動に変換させる用途に適用する。このボール４の移動はナット５の内部を循環させて行なうため、ナット５の外周にリターンチューブ８が装着されている。
【００２０】
円筒状のナット５の外周には一部を切欠いた平面部９が形成され、内周のねじ溝７に連通する一対の孔１０がねじ軸３を跨いで開口されている。一方、リターンチューブ８は略コの字状に形成され、両端部がこの一対の孔１０に挿入されている。このリターンチューブ８は、ねじ軸３におけるねじ溝２のランド部１１を乗り越えるボール循環路１２を構成している。図示の場合は、２本のリターンチューブ８、８が傾斜して並設されているが、リターンチューブ８の本数は１本の場合も、また３本、４本と多数の場合もある。
【００２１】
リターンチューブ８の本数に係わらず、このリターンチューブ８は、ナット５の平面部９に固定ねじ１３を介してチューブ押え板１４によって固定されている。このチューブ押え板１４は、ブロック材から機械加工で削り出されたブロック品や鋼鈑をプレス成形されたプレス品からなっている。
【００２２】
ここで、ねじ軸３およびナット５のねじ溝２、７は、図２に示すように、ねじ溝２、７の中心に対して軸方向に等距離オフセットした一対の曲率中心を有する円弧面、所謂ゴシックアーチ形状に形成されている。そして、ボール４との初期接触角αは４５°に設定されている。ねじ溝２、７の断面形状がゴシックアーチ形状に形成されていれば、円弧形状のものに比べ、ボール４の初期接触角αのバラツキを比較的容易に規制することができると共に、ねじ溝２、７の曲率半径を大きく設定することができる。したがって、ボール４の接触楕円が大きくなるのを抑制することができ、接触楕円が肩部１５、１７に乗り上げるのを防止することができる。
【００２３】
自動車用のボールねじにおいては、通常径方向すきまを０．１ｍｍ以上に設定して使用されるが、この場合、スラスト荷重に加え、ラジアル荷重およびモーメント荷重が負荷されることにより、ボールはねじ溝の断面内で肩部方向に移動する。そして、この肩部にボールの接触楕円が乗り上げてエッジロードが発生し大きな面圧に達する。そのため、この肩部が剥離起点となって早期の寿命に繋がるが、本実施形態では、ねじ軸３において、ねじ溝２の肩部１５には０．３〜０．５ｍｍの円弧状の面取り１６が形成されている。この面取り１６は、転造加工によってねじ溝２と同時に一体形成され、このねじ溝２を形成する図示しないロールダイスの基部をＲ形状にだらすことによって容易に形成することができる。この面取り１６により、ボール４の接触楕円が肩部１５に乗り上げた場合でもエッジロードが緩和され、所望の耐久性を確保することができる。面取り１６は角面であっても良いが、ねじ溝２と面取り１６との繋ぎ部が滑らかに形成でき、エッジロードを緩和することができる円弧状の面取りが好ましい。
【００２４】
一方、ナット５においても、ねじ溝７の肩部１７に０．３〜０．５ｍｍの範囲で円弧状の面取り１８が形成されている。ナット５のねじ溝７はねじ軸３のねじ溝２と異なり、通常ねじ研削加工によって形成されるが、本実施形態の場合、このねじ溝７と面取り１８は所定の溝形状に成形された総型のロータリードレッサーによって成形された研削砥石によって一体に形成されている。これにより、面取り１８の寸法バラツキを抑制することができ、品質の安定化を図ることができると共に、量産に好適でコストアップせずに所望の形状・寸法の面取りを形成することができる。また、ねじ溝７と面取り１８との繋ぎ部も滑らかにすることができ、ナット５にスラスト荷重に加えラジアル荷重およびモーメント荷重が負荷されてもエッジロードが緩和され、所望の耐久性を確保することができる。
【００２５】
なお、こうした面取り１６、１８の曲率半径は、使用されるボール４の直径の２０〜５０％の範囲に設定されている。２０％未満では、エッジロードの緩和効果が余り望めなく、また、５０％を超えると、ボール４の接触楕円が肩部１５、１７に乗り上げた場合、その接触楕円が減少し、高面圧となって好ましくない。
【実施例２】
【００２６】
図３は、本発明に係るボールねじの他の実施形態を示す要部断面図である。なお、前述した実施形態と同一の部品、部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２７】
ねじ軸１９およびナット２０のねじ溝２１、２２は単一の曲率中心を有し、ボール４の曲率半径より大きな円弧面、所謂サーキュラー形状に形成されている。そして、ボール４との初期接触角αは１５°に設定されている。
【００２８】
本実施形態では、ねじ軸１９において、ねじ溝２１の肩部１５には、前述した実施形態と同様、０．３〜０．５ｍｍの円弧状の面取り１６が形成されている。一方、ナット２０において、ねじ溝２２の肩部２３には、ねじ軸１９側よりも小さな面取り２４が形成されている。この面取り１６、２４によりボール４の接触楕円が肩部１５、２３に乗り上げてもエッジロードが緩和され、所望の耐久性を確保することができる。ここでは、初期接触角αが１５°に設定されているので、内部すきまが大きく設定され、かつスラスト荷重に加えラジアル荷重およびモーメント荷重がねじ軸１９に負荷されても接触角は４０〜５０°程度に抑制される。したがって、この肩部１５にボール４の接触楕円が乗り上げるのを防止でき、エッジロードが発生することはない。
【００２９】
一方、ナット２０においても初期接触角αが１５°に設定されているので、スラスト荷重に加えラジアル荷重およびモーメント荷重がこのナット２０に負荷されても、接触角は４０〜５０°程度に抑制される。したがって、ねじ軸１９のねじ溝２１と同様、この肩部２３にボール４の接触楕円が乗り上げてエッジロードが発生することはない。なお、初期接触角αは内部すきまによって適宜設定されるが、１５〜３０°の範囲に設定されるのが好ましい。
【００３０】
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】
【００３１】
本発明に係るボールねじは、リターンチューブ式ボールねじを例示したが、これに限定されるものでなく、駒式やエンドプレート式等のあらゆるボール循環方式のボールねじに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るボールねじの実施形態を示す斜視図である。
【図２】同上、要部断面図である。
【図３】本発明に係るボールねじの他の実施形態を示す要部断面図である。
【図４】従来のボールねじを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・・・・・・・・ボールねじ
２、７、２１、２２・・ねじ溝
３、１９・・・・・・・ねじ軸
４・・・・・・・・・・ボール
５、２０・・・・・・・ナット
６・・・・・・・・・・フランジ
８・・・・・・・・・・リターンチューブ
９・・・・・・・・・・平面部
１０・・・・・・・・・孔
１１・・・・・・・・・ランド部
１２・・・・・・・・・ボール循環路
１３・・・・・・・・・固定ねじ
１４・・・・・・・・・チューブ押え板
１５、１７、２３・・・肩部
１６、１８、２４・・・面取り
５０・・・・・・・・ボールねじ
５１、５３・・・・・主ねじ溝
５２・・・・・・・・ねじ軸
５４・・・・・・・・ナット
５５、５８・・・・・ボール
５６、５９・・・・・ランド部
５７・・・・・・・・副ねじ溝
α・・・・・・・・・初期接触角
【図１】
2005233360.tif 000003
【図２】
2005233360.tif 000004
【図３】
2005233360.tif 000005
【図４】
2005233360.tif 000006