JP2009250294A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ボールねじの軌道部に圧痕が発生することを防止したボールねじ装置を提供する。
【解決手段】 ボールねじ装置1は、ねじ軸3に固定されかつモータロータ11と凹凸7a,11a嵌合によって結合される結合板7と、結合板7とモータロータ11とが互いに接近するように付勢するばね8とを備えている。凹凸7a,11aは、ストッパ14がハウジング6bに衝突したときの衝撃で外れるようになされている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ボールねじ装置に関し、特に、モータと一体化されたボールねじ装置に関する。

ねじ軸およびこれにボールを介してねじ合わされたボールねじナットを備えているボールねじ装置は、電動アクチュエータ用や緩衝器用としてよく使用されており、例えば、特許文献１には、ボールねじナットにモータのロータを接続することで、ボールねじナットが回転して、ねじ軸が軸方向に直線移動する形態とされたボールねじ装置を電動アクチュエータに適用することが開示されている。
特開平６−３００１０６号公報

ボールねじ装置では、過大軸力が負荷されると、ボールねじの軌道部に圧痕が発生することがあり、特に、モータロータが一体化されたボールねじ装置において、回転または直進が急停止させられると、モータロータの回転慣性力が大きいために、圧痕発生の可能性が増加する。ボールねじ軌道の圧痕を防止するには、ボールねじ装置全体を大きくして強度を上げればよいが、このようにすると、慣性モーメントが増加するので好ましくない。

この発明の目的は、ボールねじの軌道部に圧痕が発生することを防止したボールねじ装置を提供することにある。

この発明によるボールねじ装置は、ねじ軸およびこれにボールを介してねじ合わされたボールねじナットと、ねじ軸を保持するハウジングと、ハウジングのモータ収容部内に配されてねじ軸またはボールねじナットを回転させるモータと、ねじ軸とボールねじナットとが所定量以上相対直進移動した際にハウジングに衝突するストッパとを備えており、ねじ軸およびボールねじナットのいずれか一方がボールねじ回転部材、同他方がボールねじ直進部材とされて、ボールねじ回転部材がモータのロータに結合されるボールねじ装置において、ボールねじ回転部材に固定されかつモータロータと凹凸嵌合によって結合される結合板と、結合板とモータロータとが互いに接近するようにボールねじ直進部材の前進方向側から逆方向側に向かって付勢する付勢部材とをさらに備えており、凹凸は、ストッパがハウジングに衝突したときの衝撃で外れる大きさとされていることを特徴とするものである。

従来、ボールねじ回転部材とモータロータとは、常に一体に回転するように結合されているのに対し、ボールねじ回転部材とモータロータとは、付勢部材の弾性力と凹凸嵌合を利用して結合板を介して結合される。これにより、通常の作動時には、ボールねじ回転部材とモータロータとは一体で回転するが、ストッパがハウジングに衝突したときには、この衝撃荷重によって結合板が付勢部材の弾性力に抗して移動させられ、凹凸嵌合が外れることで、ボールねじ回転部材とモータのロータとが切り離される。

付勢部材は、回転部材（例えば、ねじ軸に固定されたフランジ部）と結合板との間に介在され、凹凸嵌合は、例えば、周方向に連続して形成された山形の面（断面が三角形の凸部）とこれに対応した逆山形の面（断面が三角形の凹部）との嵌め合わせとされる。凸部および凹部は、周方向に連続して形成する必要はなく、等間隔で複数設けてもよく、また、その断面形状は、円弧状や台形状であってもよい。

ボールねじ回転部材は、ねじ軸（ボールねじナットがボールねじ直進部材）とされることがあり、また、ボールねじナット（ねじ軸がボールねじ直進部材）とされることがある。

この発明によるボールねじ装置は、アクチュエータ（モータによってボールねじナットが回転させられ、これにより、ねじ軸が直線移動する形態、または、モータによってねじ軸が回転させられ、これにより、ボールねじナットが直線移動する形態）として使用されることがあり、緩衝器（ねじ軸が外部からの力によって直線移動させられ、これにより、ボールねじナットが回転し、モータが発生する電磁力が減衰力となる形態、または、ボールねじナットが外部からの力によって直線移動させられ、これにより、ねじ軸が回転し、モータが発生する電磁力が減衰力となる形態）として使用されることがある。

いずれの場合でも、ボールねじ直進部材は、往復直線移動し、通常、その所定方向（この明細書では「前進方向」と称す。この「前進方向」は、ストッパに衝突する移動方向を意味し、具体的には、上下、前後、左右およびその他の方向のいずれであってもよい。）の所定量以上の移動を防止するためのストッパが設けられる。ストッパは、例えば、ボールねじ直進部材が所定量以上移動した際にハウジングに当接するフランジ部をボールねじ直進部材に設けることで形成することができ、また、ストッパは、ボールねじ直進部材と一体に直線移動する部材に形成してもよく、直線移動しない方の部材（ハウジングや中空軸）に設けることもできる。ストッパによってボールねじ直進部材の前進方向の極限位置が規定されていることで、極限位置に達すると、ボールねじ直進部材が強制的に停止させられる。この際のボールねじ直進部材の移動速度が速い場合、ボールねじ直進部材の急停止時におけるボールねじ回転部材の回転慣性力が大きいため、ボールねじ軌道に圧痕が生じることがある。

特に、従来のものでは、ボールねじ回転部材とモータロータとがリジッド結合とされているので、ボールねじ直進部材の移動が強制的に停止させられた場合には、モータロータの慣性力もボールねじ回転部材に作用し、圧痕が発生する可能性が高いものとなっている。

この発明のボールねじ装置によると、ボールねじ回転部材とモータロータとが衝撃荷重によって切り離されるようになされているので、ストッパがハウジングに衝突した後は、モータロータが空転し、ボールねじ回転部材に生じる回転慣性力が減少し、ボールねじ直進部材に作用する衝撃荷重が小さくなる。この結果、ボールねじ軌道に圧痕が生じることが防止される。

上記ボールねじ装置には、ボールねじ直進部材としてのねじ軸の直線移動を案内するスプラインがねじ軸に一体に設けられていることがある。この場合のスプラインは、ボールスプラインであってもよく、例えばインボリュートスプラインのような嵌合式のスプラインであってもよい。

この発明のボールねじ装置によると、ストッパがハウジングに衝突したときには、この衝撃荷重によって結合板が付勢部材の弾性力に抗して移動させられ、凹凸嵌合が外れることで、ボールねじ回転部材とモータのロータとが切り離され、これにより、モータロータが空転し、ボールねじ軌道に圧痕が発生することを防止できるので、ボールねじ直進部材に作用する荷重を小さくすることができ、ボールねじ軌道に圧痕が発生することを防止できる。これにより、強度確保のために全体を大きくした場合の慣性モーメント増加という問題が解消し、ボールねじ装置を小型化および軽量化することができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。以下の説明において、左右は、図の左右をいうものとし、また、右方を前進方向とする。

図１は、この発明によるボールねじ装置の１実施形態を示している。

ボールねじ装置(1)は、ハウジング(2)と、右部(3a)がハウジング(2)内に配されて左右にのびる鋼製ねじ軸(3)と、ねじ軸(3)にボールを介してねじ合わされたボールねじナット(4)と、ハウジング(2)のモータ収容部(6)に配されたロータ(11)およびステータ(12)からなるモータ(5)と、ねじ軸(3)の右部(3a)に固定されかつモータ(5)のロータ(11)に右方より凹凸嵌合により結合された結合板(7)と、結合板(7)を左方に付勢する付勢部材としてのばね(8)とを備えている。

モータ収容部(6)は、円筒部(6a)およびその左右開口を閉鎖する左右底壁部(6b)(6c)からなる。ねじ軸(3)は、その右部(3a)がモータ収容部(6)の左右底壁部(6b)(6c)に軸受(15)を介して回転自在に支持されている。

このボールねじ装置(1)は、ねじ軸(3)がモータ(5)によって回転させられ、これに伴ってボールねじナット(4)が直線移動する形式のアクチュエータとして使用される。

モータ(5)のステータ(12)は、モータ収容部(6)の円筒部(6a)内周に固定されており、モータ(5)のロータ(11)は、ねじ軸(3)の右部(3a)に軸受(9)を介して相対回転可能かつ相対直線移動可能に嵌められている。

モータロータ(11)の右面には、凸部(11a)が設けられ、結合板(7)の左面にはこれに対応する凹部(7a)が設けられている。これらの凸部(11a)と凹部(7a)とが嵌まり合っている場合には、結合板(7)がねじ軸(3)に固定されていることにより、ねじ軸(3)、結合板(7)およびモータロータ(11)は、一体で回転する。

ばね(8)は、ねじ軸(3)に一体に設けられたフランジ部(16)の左面と結合板(7)の右面との間に介在させられており、凸部(11a)と凹部(7a)との嵌合が外れないように、その弾性力によって結合板(7)を左方に付勢している。

モータロータ(11)の凸部(11a)と結合板(7)の凹部(7a)とは、図２に示すように、モータロータ(11)および結合板(7)の突き合わせ面の一方が周方向に連続して形成された山形の面とされ、他方がこれに対応した逆山形との面とされることで形成されており、これにより、凸部(11a)と凹部(7a)とは、図３に示すように、断面が三角形のもの同士の嵌め合わせとなっている。この嵌め合わせは、ばね(8)の弾性力によって保持されているだけなので、モータロータ(11)と結合板(7)との間に、これらを軸方向回りに相対回転させようとする大きなトルクがかかった場合、結合板(7)がばね(8)を右方に押しながら、結合板(7)の凹部(7a)の斜面がモータロータ(11)の凸部(11a)の斜面を乗り越える形で、両者間の係合が外れることになる。

ボールねじナット(4)には、これと一体で左右方向に直線移動する中空軸(13)が固定されている。中空軸(13)には、右方向への直線移動時の極限位置を規定するストッパ(14)が設けられている。

ストッパ(14)が右方に移動してモータ収容部(6)の左の底壁部(6b)に衝突した際には、モータロータ(11)は回転を続けようとするので、ねじ軸(3)に固定された結合板(7)に大きなトルクが作用する。このトルクによって、上記のように、結合板(7)とモータロータ(11)との係合が外れるので、ねじ軸(3)に対してフリー（相対回転可能）であるモータロータ(11)が空転する。

ねじ軸とモータロータとがリジッド結合（従来）の場合、ストッパ(14)がモータ収容部(6)の左の底壁部(6b)に衝突することでボールねじナット(4)の直進運動が急停止させられると、この時点では、ねじ軸(3)およびモータロータ(11)は、回転慣性力を有しているので、回転を続けようとし、ねじ軸(3)およびモータロータ(11)の回転慣性力がボールねじナット(4)に作用して、ねじ軸(3)とボールねじナット(4)との間に大きな力が作用する。

これに対し、この発明によるボールねじ装置(1)では、ストッパ(14)がモータ収容部(6)に衝突して衝撃荷重が生じた時点で、モータロータ(11)の凸部(11a)と結合板(7)の凹部(7a)との嵌合が外れて、モータロータ(11)が空転するので、ねじ軸(3)とボールねじナット(4)との間に作用する力は、ねじ軸(3)の回転慣性力によるものだけとなり、ボールねじ軌道に圧痕が生じることが防止される。

このボールねじ装置(1)は、アクチュエータのほか、例えば、自動車の電磁緩衝器用として使用するのに適している。電磁緩衝器は、タイヤから伝わる軸方向運動をボールねじ機構により回転運動に変換し、この回転運動をモータ(5)に取り込んで、モータ(5)で発生する電磁力を減衰力として利用する緩衝器であり、突起乗り越し等のサスペンションオーバストローク時には、直線移動部分に設けられたバンプストッパがハウジング(2)（例えばモータフランジ等）に衝突することにより、高速回転していたモータ(5)が急停止し、モータ(5)の慣性トルクにより過大軸力がボールねじ部分(3)(4)に負荷されることがあり、この場合のボールねじ機構の保護が課題となっている。上記のボールねじ装置(1)によると、ストッパ(14)がハウジング(2)（モータ収容部(6)）に衝突した時点で、ねじ軸(3)とモータロータ(11)との結合が切り離されるので、ボールねじナット(4)に作用する衝撃荷重がねじ軸(3)の回転慣性力によるものだけとなり、ボールねじ機構が保護され、圧痕の発生などの問題が生じることが防止される。

なお、アクチュエータおよび緩衝器いずれについても、上記のねじ軸(3)回転に代えて、ナット回転とされることがあるが、この場合でも、上記構成を適用することができる。

図１は、この発明のボールねじ装置の１実施形態を示す縦断面図である。 図２は、モータロータおよび結合板の凹凸嵌合部分を示す分解斜視図である。 図３は、同断面図である。

符号の説明

(1) ボールねじ装置
(2) ハウジング
(3) ねじ軸（ボールねじ回転部材）
(4) ボールねじナット（ボールねじ直進部材）
(5) モータ
(7) 結合板
(8) ばね（付勢部材）
(11) モータロータ
(14) ストッパ

Claims (1)

1. ねじ軸およびこれにボールを介してねじ合わされたボールねじナットと、ねじ軸を保持するハウジングと、ハウジングのモータ収容部内に配されてねじ軸またはボールねじナットを回転させるモータと、ねじ軸とボールねじナットとが所定量以上相対直進移動した際にハウジングに衝突するストッパとを備えており、ねじ軸およびボールねじナットのいずれか一方がボールねじ回転部材、同他方がボールねじ直進部材とされて、ボールねじ回転部材がモータのロータに結合されるボールねじ装置において、
   ボールねじ回転部材に固定されかつモータロータと凹凸嵌合によって結合される結合板と、結合板とモータロータとが互いに接近するようにボールねじ直進部材の前進方向側から逆方向側に向かって付勢する付勢部材とをさらに備えており、凹凸は、ストッパがハウジングに衝突したときの衝撃で外れる大きさとされていることを特徴とするボールねじ装置。

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