JP4679451B2 - 自動車用ボールねじ - Google Patents

Description

本発明は、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自動車用ボールねじに関する。

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た転動路に収容された複数のボールと、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。

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。駒式ボールねじは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。

駒式ボールねじの一例として、例えば、特許文献１に示すようなものがある。特許文献１のアクチュエータ装置には、駒式ボールねじが用いられている。この駒式ボールねじを構成するナットには、駒部材を配置するための駒穴が軸方向の前後２箇所に空けられている。また、ナットの循環列の間には、リンク部材とナットとを回動可能に係止するためのピン軸を通すためのピン穴が形成されている。
特開２００４−７６８２４号公報

しかしながら、従来は、駒穴を加工する際には、駒穴加工用の工具を用い、ピン穴を加工する際には、ピン穴加工用の工具に付け替えて加工するという具合に、加工時に工具を交換する手間があった。そのため、加工時のサイクルタイムが長くなり、コストアップにつながっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、加工時のサイクルタイムを短縮してコストダウンが可能となる自動車用ボールねじを提供することを目的としている。

係る目的を達成すべく、本発明は、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、前記ナットに装着され、前記転動路を周回経路とする循環部材と、前記ナットに挿嵌された推力伝達用のピンと、を備えたボールねじにおいて、前記ナットに、前記ピンを通すためのピン穴と、前記循環部材を配置するための循環部材穴が設けられており、これらピン穴と循環部材穴とが同一の工具で加工され、略同一の寸法で形成されている構成を採用した。

また、本発明は、前記ピン穴と前記循環部材穴とが略同一の径寸法をした円形の穴であることが好ましい。

さらに、本発明は、前記ピン穴と前記循環部材穴とが、熱処理加工後の寸法変化をフィードバックした大きさに加工されているが好ましい。

さらに、本発明は、前記ピン穴と前記循環部材穴の加工を、前記ボールねじナットの前記ねじ溝の加工と同工程で、チャックを持ち替えることなく行うことが好ましい。

本発明によれば、ピン穴と循環部材穴とが同一の工具で加工され、略同一の径をしているので、加工時のサイクルタイムが短縮され、コストダウンが可能となる。また、工具を取り替える必要がないので、工具の取り替えに伴う制御位置誤差がなく、精度の高い加工ができる。

また、本発明によれば、ピン穴と循環部材穴とが略同一の径をした円形の穴をしているので、同一のドリルやバイトで加工できる。

また、本発明によれば、ピン穴と循環部材穴とが、熱処理加工後の寸法変化をフィードバックした大きさに加工されているので、熱処理後にピン穴にピンを挿嵌したり、循環部材穴に循環部材を挿嵌する際に、誤差なく正確に挿嵌できる。

また、本発明によれば、ねじ溝と同工程で加工でき、チャックを持ち替える必要もないので、加工時のサイクルタイムが短縮され、コストダウンが可能となる。

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、前記ナットに装着され、前記転動路を周回経路とする循環部材と、前記ナットに挿嵌された推力伝達用のピンと、を備えたボールねじにおいて、前記ナットに、前記ピンを通すためのピン穴と、前記循環部材を配置するための循環部材穴が設けられており、これらピン穴と循環部材穴とが同一の工具で加工され、略同一の寸法で形成されている。

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、本発明に係る自動車用ボールねじの実施形態を示す図であり、図１（ａ）はその側面図であり、図１（ｂ）はボールねじナットの正面図である。図２は、ボールねじナットを示す図であり、図２（ａ）はその側面図であり、図２（ｂ）はその正面図である。

このボールねじ１は、電動モータ（図示せず）により回転駆動されるボールねじ軸３と、このボールねじ軸３にボール（図示せず）を介して螺合されたボールねじナット４とを備え、このボールねじナット４の軸方向の動きを、揺動リンク５を介して回動運動として駆動シャフト６に伝達している。

ボールねじ軸３の図の左の端部には、断面が略四角形に加工されたカップリング係合部１２が形成されている。このカップリング係合部１２と電動モータ（図示せず）のモータ軸は、カップリング（図示せず）によって、回転可能に連結されている。このカップリングにより、電動モータのモータ軸の回転がボールねじ軸３に伝えられる。

ボールねじ軸３のカップリング係合部１２の図の右方には、径が少し大きくなった段付き部１３が形成されている。段付き部１３は、転がり軸受（図示せず）の内面に圧入される。

ボールねじ軸３の段付き部１３の図の右方には、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ部１５が設けられている。ねじ部１５には、多数のボール（図示せず）を介して、略直方体をしたボールねじナット４が螺合されている。ボールねじナット４の内面には、ボールが転動する螺旋状のねじ溝（図示せず）が形成されている。ボールねじナット４の側面の２箇所には、循環部材穴２２、２２が空けられており、ボールを循環させるための駒部材（循環部材）８、８が嵌合されている。モータのモータ軸が回転すると、カップリングを介して連結されたボールねじ軸３が回転する。すると、螺旋状のねじ部１５上をボールねじナット４が、図の左右方向に移動する。なお、この例では、略直方体のボールねじナットについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば円筒状のボールねじナットについても適用できる。

ボールねじナット４の両側面には、略円筒状をしたピン７が圧入されている。ピン７は、揺動リンク５の先端のＵ字状をした切り欠き部５ａに嵌合されており、ボールねじナット４の軸方向の動きを、揺動リンク５を介して回動運動として駆動シャフト６に伝達している。

ボールねじ軸３のねじ部１５の図の右方には、径が少し小さくなった段付き部１６が形成されている。段付き部１６は、転がり軸受（図示せず）の内面に圧入されている。そして、転がり軸受は、ハウジング（図示せず）に圧入されている。段付き部１３に圧入された転がり軸受と段付き部１６に圧入された転がり軸受によって、ボールねじ軸３は、ハウジング内で回転自在に支持されている。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、ボールねじナット４の両側面の略中央部には、ピン７が挿嵌される円形のピン穴２１が穿設されている。ピン穴２１はボールねじナット４の両側面に対向するように設けられている。また、ボールねじナット４の一側面のピン穴２１の両側方には、駒部材８、８を設置するための円形の循環部材穴２２、２２が２つ穿設されている。

本発明においては、このピン穴２１と循環部材穴２２が同一径寸法となっている。ピン穴２１、循環部材穴２２を設計する際には、まず、使用条件等から必要な強度を計算して、ピン穴２１の径を決定する。一方、駒部材８を挿嵌する循環部材穴２２は、設計事業者の設計で行える自由度が高いので、ピン穴２１の寸法と略同一の径とすることができる。そして、熱処理加工後の寸法変化をフィードバックして、熱処理後に所望の大きさなるような寸法に穴加工をする。

次に、本発明に係る自動車用ボールねじの製造方法について説明する。
図３は、本発明に係る自動車用ボールねじの製造方法を示す図である。図３においては、まず、円柱状の素材の中心に所定の内径面をドリル等で形成する（Ｐ１）。そして、素材の外径面および内径面を切削バイトで仕上げ加工する（Ｐ２）。

次に、いわゆるポイント切削でボール転走溝を切削加工する（Ｐ３）。ポイント切削とは、切刃ノーズＲがねじ溝の曲率半径よりも小さな汎用バイトを用い、この汎用バイトをねじ溝の有効長さ分だけ複数回移動させて、各回の移動経路をねじ溝の断面形状の円弧方向に順次ずらせることによりねじ溝の全体を旋削する方法である。

本発明においては、この切削加工と同工程で、チャックを持ち替えることなく、ピン穴２１と循環部材穴２２の穴加工を行う（Ｐ３）。具体的には、まず、同一のドリルでピン穴２１と循環部材穴２２の下穴を空ける。この時、ピン穴２１を加工する際には、一方の側面に貫通孔を空け、そのままドリルを挿入していき、他方の側面にも貫通孔を形成する。次に、同一の工具を用いたボーリング加工により、ピン穴２１と循環部材穴２２を所望の寸法に形成する。その後必要に応じて、循環部材穴２２のテーパ加工等を行う。

このように、チャックを持ち変えることなく、同一の工具でピン穴２１と循環部材穴２２を形成できるため、チャックを持ち替えたり、工具を持ち替えたりする時間が省略され、また、工具も一種類のため、工具の管理工数も省くことが可能である。

その後、ボールねじナット４は、浸炭焼入れ・焼戻しにより表面に５４〜６４ＨＲＣの範囲で硬化層が形成される（Ｐ４）。なお、熱処理による表面の硬化処理はこれに限らず、調質処理や高周波焼入れ、あるいは、素材にＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼を使用してズブ焼入れしても良い。

そして、熱処理後、ボール転走溝２にショットピーニング処理を施す（Ｐ５）。本実施形態では、比重と共に高硬度なスチールビーズを使用した。これにより、熱処理によるスケールを削除でき、表面粗さの改善と共に、表面硬さおよび表面の圧縮残留応力を高めることができる。なお、スチールビーズ以外にもセラミックビーズやガラスビーズで処理を行っても良い。

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。

本発明に係るボールねじは、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自動車用ボールねじに適用できる。

本発明に係る自動車用ボールねじの実施形態を示す図であり、図１（ａ）はその側面図であり、図１（ｂ）はボールねじナットの正面図である。 図２は、ボールねじナットを示す図であり、図２（ａ）はその側面図であり、図２（ｂ）はその正面図である。 本発明に係る自動車用ボールねじの製造方法を示す図である。

符号の説明

１・・・ボールねじ
３・・・ボールねじ軸
４・・・ボールねじナット
５・・・揺動リンク
５ａ・・切り欠き部
６・・・駆動シャフト
７・・・ピン
８・・・駒部材
１２・・カップリング係合部
１３・・段付き部
１５・・ねじ部
１６・・段付き部
２１・・ピン穴
２２・・循環部材穴

Claims (4)

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、
   前記ナットに装着され、前記転動路を周回経路とする循環部材と、
   前記ナットに挿嵌された推力伝達用のピンと、
   を備えたボールねじにおいて、
   前記ナットに、前記ピンを通すためのピン穴と、前記循環部材を配置するための循環部材穴が設けられており、これらピン穴と循環部材穴とが同一の工具で加工され、略同一の寸法で形成されていることを特徴とするボールねじ。
2. 前記ピン穴と前記循環部材穴とが略同一の径寸法をした円形の穴であることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記ピン穴と前記循環部材穴とが、熱処理加工後の寸法変化をフィードバックした大きさに加工されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ。
4. 前記ピン穴と前記循環部材穴の加工を、前記ボールねじナットの前記ねじ溝の加工と同工程で、チャックを持ち替えることなく行うことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のボールねじ。
   

Images