JP2006183699A - ボールねじ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】
円滑な動作を確保しつつも摩耗を抑えることができるボールねじ機構を提供する。
【解決手段】
連結部材４の球面４ｄとナット２の球面２ａとに挟持され、それらに係合する球体３が設けられているので、連結部材４からナット２に押圧力が付与された場合に、球面４ｄ、２ａと球体３との間に面接触が生じ面圧が低減され、連結部材４やナット２の摩耗を回避することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一般産業用機械に組付けられたり、或いは自動車に使用されたりするボールねじ機構に関するものである。

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。

しかるに、例えば特許文献１に記載のごとき内燃機関の可変動弁機構を駆動するためにボールねじ機構を用いる場合、ナットの移動方向に対して傾いたリンクを用いて、駆動軸を回転駆動させることがあるが、かかるリンクは、駆動軸の回転に応じて揺動する。従って、ナットとリンクとを揺動可能に連結する必要がある。このような用途に用いることができるボールねじ機構が、特許文献２に開示されている。
特開２００２−１５５７１６号公報 特開２００４−１６９７１３号公報

ここで、特許文献２に開示されたボールねじ機構は、それぞれ９０度以下の皿もみ穴を有する連結部品及びナットの間にボールを挟持しており、ボールと皿もみ穴との係合によって調心性を持たせている。ところが、かかる構成ではボールと皿もみ穴とが線接触するため、軸線直交方向に付勢力が作用した場合など、面圧が高くなり接触部の摩耗を引き起こす恐れがある。

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、円滑な動作を確保しつつも摩耗を抑えることができるボールねじ機構を提供することを目的とする。

本発明のボールねじ機構は、
凹状の球面を有する連結部材と、
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、外周面に凹状の球面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、
前記連結部材の球面と前記ナットの球面とに挟持され、それらに係合する球体とを有することを特徴とする。

本発明のボールねじ機構によれば、前記連結部材の球面と前記ナットの球面とに挟持され、それらに係合する球体を有するので、前記連結部材から前記ナットに押圧力が付与された場合に、前記球面と前記球体との間に面接触が生じるため面圧が低減され、それにより前記連結部材や前記ナットの摩耗を回避することができる。

前記球面の半径をＲとし、前記球体の直径をＤとしたときに、０＜Ｒ−Ｄ／２≦０．０２ｍｍが成立すると、前記球面と前記球体との間に潤滑剤を付与した場合に、それら表面に潤滑剤の薄膜が形成されることで、より摩耗を低減することができる。

前記球面の内周面と前記球体の外周面の少なくとも一方に、複数の微細な凹部が形成されていると、前記凹部内によって潤滑剤が保持され、長期間にわたって安定した潤滑性を維持することができる。

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上面図であり、ハウジング等を断面で示し、ねじ軸を部分的に簡略化して図示している。図２は、図１の構成を矢印II方向に見た図であり、図３は、図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図であり、図４は、図２の構成の矢印IV部を拡大して示す図である。

図１において、ハウジングＨの円筒孔Ｈａと同軸に、ねじ軸１が配置されている。円筒孔Ｈａに対して軸受６により回転自在に支持されたねじ軸１の一端（図で左端）は、不図示のモータにカップリングＣを介して連結されている。軸受６は、ねじ軸１の丸軸部１ｂに嵌合しており、周溝１ｃに装着されたコッタ部材７によってねじ軸１に対して固定されている。リングを二分割してなるコッタ部材７は、周溝１ｃに装着された後に、それを外方から覆うようしてフランジ部材８が丸軸部１ｂに係合させられており、これを止め輪９で押さえる構成となっている。従って、ねじ軸１は、ハウジングＨの円筒孔Ｈａに対して軸線方向に移動不能且つ回転のみ可能に支持されていることとなる。

ねじ軸１の外周面には、雄ねじ溝１ａが形成されている。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（不図示）を形成している。複数のボール（不図示）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。尚、コ字状に曲げられたチューブ（循環部材）５がナット２の外周に取り付けられている。チューブ５は、ボールねじ機構の動作時に、ねじ溝間に形成された螺旋状の転走路の一端から他端へと、ボールを戻すために用いられる。

ナット２には連結部材４が取り付けられている。連結部材４は、ナット２の軸線に直交する方向に延在する円管状の本体４ａと、本体４ａの両端から延在する一対のアーム４ｂ、４ｂと、アーム４ｂ、４ｂの先端にそれぞれ取り付けられ互いに対向配置された球面座４ｃ、４ｃとからなる。本体４ａは、例えば不図示の可変動弁機構の駆動軸Ｓ（図３参照）などに連結されているものとする。

図４に示すように、各球面座４ｃは、その対向面に球面４ｄを形成している。一対の球面座４ｃに対向して、ナット２の外周面には、一対の球面２ａが形成されている。球面４ｄ、２ａの間には、球体３が配置されている。本体４ａと、一対のアーム４ｂ、４ｂとは不図示のボルトを介して固定されている。従って、組み付け時には、まず球面４ｄ、２ａの間に球体３を配置するようにして、アーム４ｂ、４ｂをナット２の両側に配置し、その状態でアーム４ｂ、４ｂの端部を本体４ａにボルト止めすることで、連結部材４とナット２との連結が可能となる。

ここで、球面４ｄ、２ａの半径をＲとし、球体３の直径をＤとしたときに、０＜Ｒ−Ｄ／２≦０．０２ｍｍが成立するようになっている。このスキマを利用して、球面４ｄ、２ａと球体３との間に潤滑剤の薄膜を介在させることで、両者の摺動時の摩耗を低減している。

本実施の形態の動作を説明すると、不図示のモータによりカップリングＣを介してねじ軸１が回転駆動されると、転走路を転動し且つチューブ５を介して転走路の一端から他端へと循環するボールにより、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る。このとき図３（ａ）に示すように、ナット２が軸線方向右方に移動すると、連結部材４が駆動軸Ｓを時計回りに回転させる。一方、図３（ｂ）に示すように、ナット２が軸線方向左方に移動すると、連結部材４が駆動軸Ｓを反時計回りに回転させる。それにより不図示の可変動弁機構を駆動することができる。

本実施の形態のボールねじ機構によれば、連結部材４の球面４ｄとナット２の球面２ａとに挟持され、それらに係合する球体３が設けられているので、連結部材４からナット２に押圧力（図２で上下方向）が付与された場合に、球面４ｄ、２ａと球体３との間に面接触が生じ面圧が低減され、連結部材４やナット２の摩耗を回避することができる。

尚、球面４ｄ、２ａと球体３の表面の少なくとも一方に、ディンプル加工などで微細な複数の凹部を形成すれば、潤滑剤の保持性が高まり、より摩耗を低減することができる。

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。循環部材は、チューブに限らずコマのようなものでも良い。

本実施の形態であるボールねじ機構の上面図である。 図１の構成を矢印II方向に見た図である。 図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。 図２の構成の矢印IV部を拡大して示す図である。

符号の説明

１ ねじ軸
１ａ ねじ溝
１ｂ 丸軸部
１ｃ 周溝
２ ナット
２ａ 球面
３ 球体
４ 連結部材
４ａ 本体
４ｂ アーム
４ｃ 球面座
４ｄ 球面
５ チューブ
６ 軸受
７ コッタ部材
８ フランジ部材
９ 止め輪
Ｃ カップリング
Ｈ ハウジング
Ｈａ 円筒孔

Claims (3)

1. 凹状の球面を有する連結部材と、
   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、外周面に凹状の球面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、
   前記連結部材の球面と前記ナットの球面とに挟持され、それらに係合する球体とを有することを特徴とするボールねじ機構。
2. 前記球面の半径をＲとし、前記球体の直径をＤとしたときに、０＜Ｒ−Ｄ／２≦０．０２ｍｍが成立することを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。
3. 前記球面の内周面と前記球体の外周面の少なくとも一方に、複数の微細な凹部が形成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機構。
   
   

Images