(57)【要約】【課題】正作動時には作動効率が高く、逆作動時には作動効率が低いボールねじを、特許文献１に記載されたボールねじよりも製造コストの低い方法で得る。【解決手段】作動中に、複数のボール３のそれぞれは、ねじ軸１の負荷円弧面と、ナット２の負荷円弧面と、ねじ軸１またはナット２の非負荷円弧面と、に各一点Ｃｓ，Ｃｎ，Ｃ３で接触する。ねじ軸１の螺旋溝１１をなす二つの円弧面１１ａ，１１ｂとナット２の螺旋溝２１をなす二つの円弧面２１ａ，２１ｂとからなる四つの円弧のうち、逆作動時にボール３が接触する非負荷円弧面となる円弧面１１ａの表面粗さを、正作動時にボール３が接触する非負荷円弧面となる円弧面２１ｂの表面粗さより粗く形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸とナットと複数のボールとを有し、前記ねじ軸は前記ナットを貫通し、前記ねじ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝とにより前記ボールが転動する転動路が形成され、前記転動路内を負荷状態で転動する前記ボールを介して、前記ナットおよび前記ねじ軸のいずれか一方が回転し他方が直線運動するボールねじであって、
軸方向の一方の向きに荷重が作用する用途で使用され、
前記ねじ軸および前記ナットの前記螺旋溝は、それぞれ二つの円弧面からなるゴシックアーク溝であり、前記二つの円弧面は、作動中に前記荷重を受ける負荷円弧面と前記荷重を受けない非負荷円弧面とに分けられ、
作動中に、前記複数のボールのそれぞれは、前記ねじ軸の前記負荷円弧面と、前記ナットの前記負荷円弧面と、前記ねじ軸または前記ナットの前記非負荷円弧面と、に各一点で接触し、
前記ねじ軸の前記二つの円弧面と前記ナットの前記二つの円弧面とからなる四つの円弧面のうち、逆作動時に前記ボールが接触する前記非負荷円弧面となる円弧面の表面粗さが、正作動時に前記ボールが接触する前記非負荷円弧面となる円弧面の表面粗さより粗く形成されているボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸方向の一方の向きに荷重が作用する用途で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、ねじ軸とナットと複数のボールとを有し、ねじ軸がナットを貫通し、ねじ軸の螺旋溝とナットの螺旋溝とによりボールが転動する転動路が形成され、転動路内を負荷状態で転動するボールを介して、ナットおよびねじ軸のいずれか一方が回転し他方が直線運動する装置である。
ボールねじの用途として、自動車、二輪車、船舶などのアクチュエータに直動⇔回転変換部として組み込まれる用途が例示できる。このような用途では、ボールねじの作動性の向上と、モータ停止時の位置保持性の向上が求められる。つまり、ボールねじには、正作動時には作動効率が高く、逆作動時には作動効率が低いことが求められる用途がある。
【０００３】
このような要求に関する提案として、特許文献１には、自動車のＡＲＳシステム等に応用される車輪操舵装置を構成するボールねじについて、ねじ軸とナットの接触角に角度差を設け、操舵軸のねじ溝の接触角をナットのねじ溝の接触角よりも大きくすることが記載されている。
なお、位置保持性を確保するという点では、逆作動時の作動効率が低い滑りねじやウォームなどの直動機構を採用することが有用であるが、この場合には、正作動時の作動効率を高く（ボールねじ機構と同等に）するために、モータ容量を大きくする必要がある。
【０００４】
特許文献２には、射出成形機や工作機械の縦軸用等、主荷重方向を限定出来る用途に好適なボールねじが記載されている。また、ボールねじに関する以下の記載がある。
ボール転動溝（ねじ軸およびナットの螺旋溝）にゴシックアーク溝を採用した一般のボールねじでは、ナットに荷重が作用するとボールは負荷を受けて、ねじ軸側およびナット側それぞれのボール転動溝の一方の円弧と接触し、それらの円弧（負荷円弧）での二点の接触点によって主荷重を受け持つ。主荷重とは、往復動するナットに働く軸方向での荷重のうち、相対的に大きな負荷がボールおよびボール転動溝の一方の円弧に働く軸方向での荷重のことをいう。
【０００５】
ボールねじのボール転動溝が形成する軌道（転動路）は、螺旋状にねじれているため、ボールねじが回転するとボール転動溝のくさび作用によって、ボール転動溝の直角断面に対して平行方向にボールが動く。そのため、軸・ナット溝の相対関係によっては、ねじ軸側またはナット側の主荷重を受け持たない円弧（非負荷円弧）にボールが三点目の接触をする。
そして、三点目の接触点となる非負荷円弧を、負荷円弧に比べて、ボールとの接触角を小さく、またはその曲率半径を大きく、若しくはその両方とすれば、三点目の接触点での摩擦を低減させることができるため、ボールねじの寿命を延ばすことができる。また、負荷円弧については、定格荷重を受け持つために必要な接触角や円弧の曲率を維持することができるから、ボールねじとして所望の性能を保つことができる。したがって、ボールねじの定格荷重を落とさないで耐久寿命を延ばすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１３７１１２号公報
【特許文献２】特開２００５−７６６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された提案では、ねじ軸とナットとで接触角を異なるものとするために、ねじ軸およびナットの螺旋溝を加工する際に、高い加工精度が要求されるため、製造コストが高くなる。
特許文献２に記載された発明の目的は、定格荷重を落とさないで耐久寿命を十分に確保できるボールねじを提供することである。特許文献２には、逆作動時の作動効率を正作動時の作動効率よりも低くすることが記載されていない。
この発明の課題は、正作動時には作動効率が高く、逆作動時には作動効率が低いボールねじを、特許文献１に記載されたボールねじよりも製造コストの低い方法で得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明の一態様のボールねじは、下記の構成(1) 〜(3) を有する。
(1) ねじ軸とナットと複数のボールとを有し、前記ねじ軸は前記ナットを貫通する。前記ねじ軸の螺旋溝と、前記ナットの螺旋溝と、により、前記ボールが転動する転動路が形成されている。前記転動路内を負荷状態で転動する前記ボールを介して、前記ナットおよび前記ねじ軸のいずれか一方が回転し他方が直線運動する。軸方向の一方の向きに荷重が作用する用途で使用される。
【０００９】
(2) 前記ねじ軸および前記ナットの前記螺旋溝は、それぞれ二つの円弧面からなるゴシックアーク溝である。前記二つの円弧面は、作動中に前記荷重を受ける負荷円弧面と前記荷重を受けない非負荷円弧面とに分けられる。作動中に、前記複数のボールのそれぞれは、前記ねじ軸の前記負荷円弧面と、前記ナットの前記負荷円弧面と、前記ねじ軸または前記ナットの前記非負荷円弧面と、に各一点で接触する。つまり、作動中に、各ボールは前記非負荷円弧面に三点目の接触をする。
【００１０】
(3) 前記ねじ軸の前記二つの円弧面と前記ナットの前記二つの円弧面とからなる四つの円弧面のうち、逆作動時に前記ボールが接触する前記非負荷円弧面となる円弧面の表面粗さが、正作動時に前記ボールが接触する前記非負荷円弧面となる円弧面の表面粗さより粗く形成されている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明のボールねじは、正作動時には作動効率が高く、逆作動時には作動効率が低いボールねじであって、特許文献１に記載されたボールねじよりも製造コストの低い方法で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態のボールねじを示す概略構成図である。
【図２】実施形態のボールねじの非作動時における転動路とボールとの関係を示す図であって、転動路を形成するねじ軸およびナットの螺旋溝が溝直角断面で示されている。
【図３】第一実施形態のボールねじについて、正作動時（ａ）と逆作動時（ｂ）における転動路とボールとの関係を示す図であって、転動路を形成するねじ軸およびナットの螺旋溝が溝直角断面で示されている。
【図４】第二実施形態のボールねじについて、正作動時（ａ）と逆作動時（ｂ）における転動路とボールとの関係を示す図であって、転動路を形成するねじ軸およびナットの螺旋溝が溝直角断面で示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明はこの実施形態に限定されない。
［実施形態のボールねじの概要］
図１に示すボールねじ１０は、ねじ軸１と、ナット２と、複数のボール３と、リターンチューブ４と、シール５とを有する。図１において、ナット２と、リターンチューブ４の一部と、シール５は、断面で示されている。
【００１４】
ねじ軸１はナット２を貫通している。ねじ軸１の螺旋溝１１とナット２の螺旋溝２１とにより、ボール３が転動する転動路３０が形成されている。ナット２は、円筒部２Ａと、円筒部２Ａの軸方向一端に形成されたフランジ２Ｂとからなる。ナット２の円筒部２Ａの外周面に、リターンチューブ４を設置するための平坦部２３が形成されている。
リターンチューブ４は、ボール３を転動路３０の終点から始点に戻すボール戻し路を形成する部材である。リターンチューブ４の両端部がナット２の平坦部２３に形成された貫通穴２３ａに挿入され、リターンチューブ４の中間部が固定金具６を用いてナット２の平坦部２３に固定されている。
ボール３は、転動路３０内とリターンチューブ４内に配置されている。ボールねじ１０の作動時には、転動路３０内を負荷状態で転動するボール３を介して、ナット２およびねじ軸１のいずれか一方が回転し他方が直線運動する。
【００１５】
図２に示すように、ボールねじ１０を構成するねじ軸１の螺旋溝１１はゴシックアーク溝である。すなわち、ねじ軸１の螺旋溝１１は、半径ＲS が同じで中心ＯS1，ＯS2が異なる第一円弧面１１ａおよび第二円弧面１１ｂを有する。また、ナット２の螺旋溝２１もゴシックアーク溝である。すなわち、ナット２の螺旋溝２１は、半径ＲN が同じで中心ＯN1，ＯN2が異なる第一円弧面２１ａおよび第二円弧面２１ｂを有する。また、ボールねじ１０は、転動路３０とボール３との間に小さな隙間を有する。
【００１６】
そのため、ボールねじ１０の作動中に、複数のボール３はそれぞれ、ねじ軸１の螺旋溝１１の負荷円弧面（荷重を受ける円弧面）と、ナット２の螺旋溝２１の負荷円弧面と、螺旋溝１１の非負荷円弧面（荷重を受けない円弧面）または螺旋溝２１の非負荷円弧面と、に各一点で接触する。図３および図４には、ボール３とねじ軸１の負荷円弧面との接触点がＣｓで、ボール３とナット２の負荷円弧面との接触点がＣｎで、ボール３とねじ軸１またはナット２の非負荷円弧面との接触点（第三接触点）がＣ３で、それぞれ示されている。
【００１７】
［第一実施形態］
第一実施形態のボールねじは、図１および図２に示すボールねじ１０であって、ナット２が回転し、ねじ軸１が直線運動する用途で使用される。この用途の場合を図３を用いて説明する。
ナット２が回転し、ねじ軸１が直線運動する用途では、図３に示すように、ナット２の第一円弧面２１ａと、これとボール３の中心を挟んで対向するねじ軸１の第二円弧面１１ｂが、負荷円弧面になる。また、ナット２の第二円弧面２１ｂと、これとボール３の中心を挟んで対向するねじ軸１の第一円弧面１１ａが、非負荷円弧面になる。
【００１８】
そして、ボールねじの正作動時には、図３（ａ）に示すように、ボール３が、ナット２の第二円弧面２１ｂで三点目の接触をする。つまり、第三接触点Ｃ３がナット２の第二円弧面２１ｂ上にあり、ナット２の第二円弧面２１ｂが、ボールねじの正作動時にボール３と接触する非負荷円弧面となる。
ボールねじの逆作動時には、図３（ｂ）に示すように、ボール３が、ねじ軸１の第一円弧面１１ａで三点目の接触をする。つまり、第三接触点Ｃ３がねじ軸１の第一円弧面１１ａ上にあり、ねじ軸１の第一円弧面１１ａが、ボールねじの逆作動時にボール３と接触する非負荷円弧面となる。
【００１９】
そのため、ねじ軸１の螺旋溝１１をなす第一円弧面１１ａの表面粗さが通常の設計値より粗く形成され、ねじ軸１の螺旋溝１１をなす第二円弧面１１ｂと、ナット２の螺旋溝２１をなす第一円弧面２１ａおよび第二円弧面２１ｂは、表面粗さが通常の設計値（ねじ軸１とナット２で同じ値）に形成されている。転動路を成す螺旋溝面の表面粗さが粗いほどボールと螺旋溝面との摩擦係数が大きくなり、ボールねじの作動効率が低下する。また、表面粗さの通常の設計値は、摩擦係数が所定の範囲内となる適正値（良好な表面粗さ）に設定されている。
【００２０】
つまり、第一実施形態のボールねじは、ナット２が回転し、ねじ軸１が直線運動する用途で使用された場合、正作動時には、表面粗さの良好なナット２の第二円弧面２１ｂにボール３が三点目の接触をするため、作動効率が高い。逆作動時には、表面粗さが適正値よりも粗いねじ軸１の第一円弧面１１ａにボール３が三点目の接触をするため、正作動時よりも作動効率が低くなる。
よって、第一実施形態のボールねじは、ナット２が回転し、ねじ軸１が直線運動する用途で使用された場合、正作動時と逆作動時とで、ボール３が三点目の接触をする円弧面の表面粗さの差に応じた作動効率の差を得ることができる。
【００２１】
例えば、第一実施形態のボールねじとして転造ボールねじを作製する場合、ねじ軸１の螺旋溝１１を転造により形成する際に、第二円弧面１１ｂについては、バフ加工を行って表面粗さを通常通りに仕上げ、ナット２の第一円弧面２１ａおよび第二円弧面２１ｂと同じ表面粗さとする。第一円弧面１１ａについては、バフ加工を行わずに表面粗さを第二円弧面１１ｂよりも粗くする。あるいは、転造で使用する金型の表面粗さを、第一円弧面１１ａを形成する凸面で第二円弧面１１ｂを形成する凸面よりも粗くする。
【００２２】
このようにして、ねじ軸１の第一円弧面１１ａおよび第二円弧面１１ｂと、ナット２の第一円弧面２１ａおよび第二円弧面２１ｂと、からなる四つの円弧面のうち、ねじ軸１の第一円弧面１１ａの表面粗さを他の三つの円弧よりも粗く形成する。その結果、逆作動時にボール３が接触する非負荷円弧面となるねじ軸１の第一円弧面１１ａの表面粗さが、正作動時にボール３が接触する非負荷円弧面となるナット２の第二円弧面２１ｂの表面粗さより粗く形成される。
このように、第一実施形態のボールねじは、特許文献１に記載されたボールねじのようにねじ軸とナットとで接触角を異なるものとする必要がないため、特許文献１に記載されたボールねじよりも製造コストの低い方法で得ることができる。
【００２３】
［第二実施形態］
第二実施形態のボールねじは、図１および図２に示すボールねじ１０であって、ねじ軸１が回転し、ナット２が直線運動する用途で使用される。この用途の場合を図４を用いて説明する。
ねじ軸１が回転し、ナット２が直線運動する用途では、図４に示すように、ねじ軸１の第一円弧面１１ａと、これとボール３の中心を挟んで対向するナット２の第二円弧面２１ｂが負荷円弧面になる。また、ねじ軸１の第二円弧面１１ｂと、これとボール３の中心を挟んで対向するナット２の第一円弧面２１ａが非負荷円弧面になる。
【００２４】
そして、ボールねじの正作動時には、図４（ａ）に示すように、ボール３が、ナット２の第一円弧面２１ａで三点目の接触をする。つまり、第三接触点Ｃ３がナット２の第一円弧面２１ａ上にあり、ナット２の第一円弧面２１ａが、ボールねじの正作動時にボール３と接触する非負荷円弧面となる。
ボールねじの逆作動時には、図４（ｂ）に示すように、ボール３が、ねじ軸１の第二円弧面１１ｂで三点目の接触をする。つまり、第三接触点Ｃ３がねじ軸１の第二円弧面１１ｂ上にあり、ねじ軸１の第二円弧面１１ｂが、ボールねじの逆作動時にボール３と接触する非負荷円弧面となる。
【００２５】
そのため、ねじ軸１の螺旋溝１１をなす第二円弧面１１ｂの表面粗さが通常の設計値より粗く形成され、ねじ軸１の螺旋溝１１をなす第一円弧面１１ａと、ナット２の螺旋溝２１をなす第一円弧面２１ａおよび第二円弧面２１ｂは、表面粗さが通常の設計値（ねじ軸１とナット２で同じ値）に形成されている。転動路を成す螺旋溝面の表面粗さが粗いほどボールと螺旋溝面との摩擦係数が大きくなり、ボールねじの作動効率が低下する。また、表面粗さの通常の設計値は、摩擦係数が所定の範囲内となる適正値（良好な表面粗さ）に設定されている。
【００２６】
つまり、第二実施形態のボールねじは、ねじ軸１が回転し、ナット２が直線運動する用途で使用された場合、正作動時には、表面粗さの良好なナット２の第一円弧面２１ａにボール３が三点目の接触をするため、作動効率が高い。逆作動時には、表面粗さが適正値よりも粗いねじ軸１の第二円弧面１１ｂにボール３が三点目の接触をするため、正作動時よりも作動効率が低くなる。
よって、第二実施形態のボールねじは、ねじ軸１が回転し、ナット２が直線運動する用途で使用された場合、正作動時と逆作動時とで、ボール３が三点目の接触をする円弧面の表面粗さの差に応じた作動効率の差を得ることができる。
【００２７】
例えば、第二実施形態のボールねじとして転造ボールねじを作製する場合、ねじ軸１の螺旋溝１１を転造により形成する際に、第一円弧面１１ａについては、バフ加工を行って表面粗さを通常通りに仕上げ、ナット２の第一円弧面２１ａおよび第二円弧面２１ｂと同じ表面粗さとする。第二円弧面１１ｂについては、バフ加工を行わずに表面粗さを第一円弧面１１ａよりも粗くする。あるいは、転造で使用する金型の表面粗さを、第二円弧面１１ｂを形成する凸面で第一円弧面１１ａを形成する凸面よりも粗くする。
【００２８】
このようにして、ねじ軸１の第一円弧面１１ａおよび第二円弧面１１ｂと、ナット２の第一円弧面２１ａおよび第二円弧面２１ｂと、からなる四つの円弧面のうち、ねじ軸１の第二円弧面１１ｂの表面粗さを他の三つの円弧よりも粗く形成する。その結果、逆作動時にボール３が接触する非負荷円弧面となるねじ軸１の第二円弧面１１ｂの表面粗さが、正作動時にボール３が接触する非負荷円弧面となるナット２の第一円弧面２１ａの表面粗さより粗く形成される。
このように、第二実施形態のボールねじは、特許文献１に記載されたボールねじのようにねじ軸とナットとで接触角を異なるものとする必要がないため、特許文献１に記載されたボールねじよりも製造コストの低い方法で得ることができる。
【００２９】
なお、この発明のボールねじとして研削ボールねじを作製する場合は、ねじ軸の螺旋溝およびナットの螺旋溝を研削加工で形成する際に、正作動時にボールが接触する非負荷円弧面となる円弧面については、ラップ仕上げを行って表面粗さを通常通りに仕上げ、逆作動時にボールが接触する非負荷円弧面となる円弧面については、ラップ仕上げを行わずに表面粗さを粗く形成する。
また、ボールねじは、滑りねじやウォームなどの直動機構を採用した場合と比較して正作動時の作動効率が高いため、モータ容量を小さくできることから、この発明のボールねじを採用することでアクチュエータの小型化に貢献できる。
【００３０】
また、この発明のボールねじの用途としては、ＤＣＴ（Dual Clutch Transmission）、ＡＭＴ(Automatic Transmission ) などのクラッチ機構、電動パーキングブレーキ、４ＷＤ（Wheel Drive ）の２ＷＤ・４ＷＤ切り替え機構、電動式チルト・テレスコ調整ステアリングコラムのチルトテレスコ調整機構、ラックアシスト式電動パワステアリング装置、電動パワーウインドウ、スライドドア、シートアジャスターなどが挙げられる。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ボールねじ
１  ねじ軸
１１  ねじ軸の螺旋溝
１１ａ  第一円弧面
１１ｂ  第二円弧面
２  ナット
２Ａ  円筒部
２Ｂ  フランジ
２１  ナットの螺旋溝
２１ａ  第一円弧面
２１ｂ  第二円弧面
２３  平坦部
３  ボール
３０  ボールの転動路
４  リターンチューブ
５  シール
６  固定金具
Ｃｓ  ボールとねじ軸の負荷円弧面との接触点
Ｃｎ  ボールとナットの負荷円弧面との接触点
Ｃ３  ボールとねじ軸またはナットの非負荷円弧面との接触点（第三接触点）
ＯS1  ねじ軸のゴシックアーク溝をなす円弧面の中心
ＯS2  ねじ軸のゴシックアーク溝をなす円弧面の中心
ＯN1  ナットのゴシックアーク溝をなす円弧面の中心
ＯN2  ナットのゴシックアーク溝をなす円弧面の中心
ＲS   ねじ軸のゴシックアーク溝をなす円弧面の半径
ＲN   ナットのゴシックアーク溝をなす円弧面の半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
2016109240.tif 000005
【図４】
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