JP2010007850A - サポートベアリング付きボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
部品点数が少なく、組み立てが容易であり、小型化および軽量化の要請に応えることが可能なサポートベアリング付きボールねじ装置を提供する。
【解決手段】
ねじ軸と、このねじ軸の周囲を螺旋状に転動する多数のボールと、これらボールを介して前記ねじ軸に螺合すると共に当該ボールの無限循環路を備えたナット部材と、このナット部材の前記ねじ軸周りの回転を支承するクロスローラ軸受とから構成され、前記クロスローラ軸受は、多数のローラと、前記ナット部材軸方向端部に形成されると共に前記ローラの転走軌道となるＶ字溝を外周面の周方向に沿って有する内輪部と、内周面の周方向に沿って前記ローラの転走軌道となるＶ字溝を有すると共に前記転走軌道にローラを配列するためのローラ挿入孔が設けられた外輪と、から構成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、多数のボールを介してねじ軸とナット部材とが互いに螺合したボールねじ装置に係り、特に、ナット部材の外側に当該ナット部材の回転を支承するための回転軸受が装着され、前記ナット部材の回転に応じてねじ軸を軸方向へ進退させて使用するサポートベアリング付きボールねじ装置に関する。

この種のサポートベアリング付きボールねじ装置は実公平６−３３２３４号公報に開示されている。具体的には、多数のボールと、外周面に対して前記ボールの転動溝が螺旋状に形成されたねじ軸と、前記ボールを介してねじ軸に螺合するナット部材と、このナット部材をねじ軸の周囲で回転自在に支承するクロスローラ軸受とから構成されている。前記クロスローラ軸受は、自転軸を９０度ずつ交互に交差させて配列された多数のローラと、これらローラの転走軌道となるＶ字溝が内周面に形成された外輪と、前記ナット部材の外周面にその周方向に沿って突設されると共に先端外周面には前記ローラの転走軌道となるＶ字溝を有するフランジ部とから構成されている。

また、このボールねじ装置では、クロスローラ軸受を構成している外輪がＶ字溝の中央で一対の軌道輪にニ分割されており、これら軌道輪の間隔を調整することで、前記転走軌道の内部を転走するローラの予圧を調整することが可能となっている。これにより、ハウジングに対するナット部材の回転のガタつきを排除し、ナット部材を円滑に回転させることが可能となっていた。
実公平６−３３２３４号公報

しかし、前述した従来のサポートベアリング付きボールねじ装置は、クロスローラ軸受けの外輪を一対の軌道輪に二分割していることから、その組み立てに当たってはローラをナット部材のフランジ部と一方の軌道輪との間に配列した後に、一対の軌道輪を結合して外輪を完成させる必要があり、部品点数が多く、組み立てに手間がかかった。また、一対の軌道輪の結合にはボルトを用いるが、ナット部材が小型化すると、外輪も小型化するので、一対の軌道輪を互いに結合するボルトも小さくならざるを得ず、前述の組み立て作業に益々手間がかかってしまう。

近年、電動リニアアクチュエータに対するボールねじ装置の利用が拡がりをみせており、例えば各種座席の電動リクライニング機構にも採用されている。特に、航空機用座席の電動リクライニング機構においては、電動リニアアクチュエータに対する軽量化の要請が強く、部品点数の削減、小型化が強く求められている。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、部品点数が少なく、組み立てが容易であり、小型化および軽量化の要請に応えることが可能なサポートベアリング付きボールねじ装置及びそれを用いた電動リニアアクチュエータを提供することにある。

本発明のサポートベアリング付きボールねじ装置は、ねじ軸と、このねじ軸の周囲を螺旋状に転動する多数のボールと、これらボールを介して前記ねじ軸に螺合すると共に当該ボールの無限循環路を備えたナット部材と、このナット部材の前記ねじ軸周りの回転を支承するクロスローラ軸受とから構成されている。そして、前記クロスローラ軸受は、多数のローラと、前記ナット部材軸方向端部に形成されると共に前記ローラの転走軌道となるＶ字溝を外周面の周方向に沿って有する内輪部と、内周面の周方向に沿って前記ローラの転走軌道となるＶ字溝を有すると共に前記転走軌道にローラを配列するためのローラ挿入孔が設けられた外輪と、から構成されている。

また、このサポートベアリング付きボールねじ装置を用いた電動リニアアクチュエータは、ハウジングと、このハウジングに保持されたモータと、前記ねじ軸が前記モータの出力軸と平行に配置されると共に前記外輪が前記ハウジングに固定された前記サポートベアリング付きボールねじ装置と、前記モータに直結された駆動軸と、この駆動軸に連結される回転伝達部材と、前記ボールねじ装置のナット部材に固定されると共に前記回転伝達部材に連れ回される回転従動部材とから構成されており、前記モータの回転方向及び回転量に応じて前記ねじ軸が前記ハウジングに対して進退するようになっている。

以上のように構成された本発明のボールねじ装置によれば、ナット部材の内輪部と相まってクロスローラ軸受を構成する外輪にはローラを転走軌道に配列するためのローラ挿入孔が設けられているので、かかる外輪は一対の軌道輪に分割することなく一体に形成することが可能である。従って、従来のサポートベアリング付きボールねじ装置の如く一対の軌道輪を結合して外輪を組み立てる作業が不要となり、その分だけ当該装置を容易に組み立てることが可能となる。

また、一対の軌道輪をボルトによって結合する組み立て作業が不要になることから、本発明のサポートベアリング付きボールねじ装置は小型化に適しており、軽荷重用途の電動リニアアクチュエータを構成する際に、本発明のサポートベアリング付きボールねじ装置をモータと組み合わせて用いることで、かかる電動リニアアクチュエータの小型化及び軽量化を達成することが可能となる。

以下、添付図面を用いて本発明のサポートベアリング付きボールねじ装置及びこれを用いた電動リニアアクチュエータを詳細に説明する。

図１は本発明のサポートベアリング付きボールねじ装置（以下、「ボールねじ装置」という）を用いた電動リニアアクチュエータ（以下、「アクチュエータ」という）の実施形態の一つを示すものである。このアクチュエータ１は、モータ２の回転をボールねじ装置のナット部材に伝達し、かかるナット部材を回転させることで当該ナット部材に螺合するねじ軸３を軸方向へ進退させるように構成されている。

前記モータ２は遊星ギヤを内蔵した減速機ユニット及び電磁ブレーキと共にユニット化されており、出力軸をハウジング４の内部に挿入するようにして当該ハウジング４に固定されている。また、モータ２とハウジング４との間にはクラッチケース４３が設けられており、このクラッチケース４３にはモータ２の回転とナット部材の回転とを任意に絶縁するクラッチ部材が内蔵されている。

一方、前記ハウジング４には前記モータ２に隣接して略円筒状のナット収容部４０が設けられており、ボールねじ装置のナット部材はこのナット収容部４０に格納され、前記ハウジング４に対して回転自在に保持されている。前記ナット部材と相まってボールねじ装置を構成するねじ軸３は前記ナット収容部４０を貫通すると共に前記ナット部材に螺合しており、モータ２を駆動すると、その回転方向に応じて軸方向へ進退し、前記ナット収容部４０からの突出長さが変化するようになっている。

前記ハウジング４内にはモータ２の回転をナット部材に伝達するためのプーリ及びタイミングベルトが格納されており、かかるハウジング４に固定されるカバー４１によって密閉されるようになっている。また、前記カバー４１にはポテンショメータを格納したセンサーケース４２が固定されている。

前記ねじ軸３はモータ２の回転軸と平行に設けられて前記ハウジング４を貫通しており、その一端にはリンク機構を構成する機器類を結合するためのブラケット３０が取付けられている。また、ハウジング４にも取付け孔４４を利用して図示外のブラケットが固定され、このブラケットを介してリンク機構を構成する機器類がハウジング４に結合されるようになっている。

図２は前記アクチュエータ１の要部を示す断面図である。前記ボールねじ装置は、ねじ軸３と、多数のボールを介して前記ねじ軸３に螺合するナット部材５とから構成されており、ナット部材５の回転方向及び回転量に応じてねじ軸３が軸方向へ進退するようになっている。尚、図２ではねじ軸３とナット部材５との間に存在するボールの記載は省略されている。

前記ナット部材５はクロスローラ軸受５０を具備しており、かかるクロスローラ軸受５０の外輪をハウジング４に固定することで前記ハウジング４のナット収容部４０に遊嵌し、前記ナット収容部４０の内部で回転自在に保持されている。

また、前記ナット部材５には回転従動部材としての従動側プーリ５１が固定されており、タイミングベルト５２によって前記モータ２の回転が従動側プーリ５１に伝達され、前記ナット部材５がモータ２の動作に呼応して回転するようになっている。

また、前記センサーケース４２に格納されたポテンショメータ６には、２枚の減速ギヤ５３，５４を介してナット部材５の回転が伝達されている。前記ポテンショメータ６は入力される回転量に応じて抵抗値が変化するので、前記ナット部材５の回転をポテンショメータ６に入力することにより、ナット部材５の回転量、すなわちねじ軸３の軸方向移動量をポテンショメータ６の抵抗値として保持することができ、かかる抵抗値を検出することにより、ハウジング４に対するねじ軸３の絶対位置を把握し、モータ２の回転制御に利用することが可能となる。

一方、前記モータ２の出力軸２０は前記クラッチケース４３の内部に挿入され、かかるクラッチケース４３の内部において駆動軸２１と結合されている。前記駆動軸２１は大径部と小径部とからなる段付き軸であり、前記大径部に設けられた中空部に対して前記モータ２の出力軸２０が嵌合している。この駆動軸２１は出力軸２０に被さることによってその回転が支承されており、前記ハウジング４との間には何ら軸受が設けられていない。また、駆動軸２１は図示外のキーによって出力軸２０と結合されており、モータ２の回転がそのまま駆動軸２１に伝達されるようになっている。

前記駆動軸２１の先端には一対の玉軸受を介して回転駆動部材としての駆動側プーリ２４が装着されている。従って、この駆動側プーリ２４は前記駆動軸２１を支軸として、かかる駆動軸２１に対しては自由回転が可能であり、後述するクラッチ部材７が駆動側プーリ２４に噛み合わない限り、モータ２の出力軸２０と駆動側プーリ２４は切り離された状態にある。この駆動側プーリ２４と前記従動側プーリ５１との間にはタイミングベルト５２が掛け回されており、前記クラッチ部材７によって駆動側プーリ２４とモータ２の出力軸２０とが結合されると、モータ２の回転が駆動側プーリ２４からタイミングベルト５２を経て従動側プーリ５１へ伝達されるようになっている。

尚、このアクチュエータ１ではモータ２の出力軸２０の回転を一対のプーリ２４，５１とタイミングベルト５２によってナット部材５に伝達したが、これ以外にもギヤやチェーン等を用いてナット部材５への回転の伝達を行っても良い。

前記駆動軸２０の大径部の外側にはクラッチ部材７が嵌合している。このクラッチ部材７は駆動軸２０と共に回転する一方、駆動軸２０に対してその軸方向へ移動自在に設けられており、常に前記駆動側プーリ２４に向けて付勢され、かかる駆動側プーリ２４の側面に押し付けられている。図２には示されていないが、前記駆動側プーリ２４に面したクラッチ部材７の先端面にはスタッドが立設されており、クラッチ部材７を駆動側プーリ２４に押し付けた状態では、前記スタッドが駆動側プーリ２４に設けられた規制孔に嵌合するようになっている。これにより、クラッチ部材７と駆動側プーリ２４の噛み合い状態が生成され、前記駆動軸２１の回転がクラッチ部材７を介して駆動側プーリ２４に伝達されるようになっている。

また、前記クラッチ部材７には揺動自在な設定レバー７３が係合しており、この設定レバー７３をハウジング４から突出した固定レバー４５と一緒に掴むと、前記クラッチ部材７が駆動軸２１の上をモータ２へ向けてスライドするように構成されている。すなわち、前記設定レバー７３を操作すると、クラッチ部材７が前記駆動側プーリ２４から離間するので、これら両者の噛み合い状態が解除され、かかる駆動側プーリをモータから切り離して自由に回転させることが可能となる。従って、前記設定レバー７３を操作することで、ナット部材５が自由に回転できるようになり、ねじ軸３に対して軸方向の外力を加えれば、ナット部材５の回転を伴いながら、ねじ軸３を自由に移動させることが可能となる。

図３は前記ボールねじ装置のナット部材５を示す斜視図、図４は前記ナット部材をその軸方向に沿って切断した断面図である。このナット部材５は前記ねじ軸３が挿通される貫通孔５５を有して略円筒状に形成されており、多数のボール（図示せず）を介して前記ねじ軸３に螺合している。これらボールは前記貫通孔５５の内周面とねじ軸３の外周面に形成された螺旋状のボール転動軌道Ｒ１を転動すると共に、ナット部材５に具備されたボール戻し軌道Ｒ２を転動し、ナット部材５の回転運動に応じてこれら軌道内を無限循環する。図４中の一転鎖線で示された閉ループは前記ボールの無限循環路Ｒを示している。これにより、ナット部材５はねじ軸３の周囲を制限なく回転することが可能となっている。

前記ナット部材５の外周面には、前記クロスローラ軸受５０の内輪部５６が当該ナット部材５と一体に設けられている。この内輪部５６の外周面にはローラの転走軌道となるＶ字溝５７が形成されている。また、この内輪部５６の外側にはクロスローラ軸受５０の外輪５８が設けられており、この外輪５８の内周面には前記内輪部５６のＶ字溝５７と相まってローラの転走軌道を構成するＶ字溝５９が形成されている。また、この外輪５８は角フランジ状に形成されており、四隅には固定ボルト６５が螺合するボルト取付け孔６６が設けられている。このボルト取付け孔６６にはハウジング４に対して外側から挿通された固定ボルト６５が螺合し、当該ハウジング４のナット収容部４０に対して前記外輪５８を締結できるようになっている（図１参照）。尚、図３は前記転走軌道に配列されるローラを省略して描いてある。また、前記外輪５８をハウジング４に固定する際は、必ずしも固定ボルト６５をハウジング４の外側から挿通させる必要はなく、外輪５８に挿通した固定ボルトをハウジングに対して締結するように構成しても良い。

図４に示されるように、前記ナット部材５の軸方向長さは前述したボールの無限循環路Ｒの軸方向長さよりも十分に長く、前記内輪部５６の形成位置はボールの無限循環路Ｒの形成位置と重ならないようになっている。このため、前記内輪部５６の外径とナット部材５の外径との差が小さい場合であっても、内輪部５６に形成したＶ字溝５７とボールの無限循環路Ｒ、特にボール戻し軌道Ｒ２とが干渉し合う不都合を排除できるようになっている。これにより、クロスローラ軸受５０の外輪５８の外径も小さく抑えることが可能となっている。

更に、前記内輪部５８が形成された側のナット部材５の軸方向端面には、前記貫通孔５５を取り囲むようにしてボス６２が立設されており、前記従動側プーリ５１がこのボス６２の外側に嵌合してナット部材５に固定されるようになっている。前記従動側プーリ５１はボルトを用いてナット部材５の端面に直接固定されるようになっており、ナット部材５の端面にはそのための取付け孔６３が設けられている。この取付け孔６３は前記内輪部５６と重なった位置に形成されるため、前記ボールの無限循環路Ｒとは干渉することがなく、ナット部材５に対して従動側プーリ５１を直接締結しつつも、かかるナット部材５をコンパクトに構成することができるようになっている。

図５は、前記クロスローラ軸受５０の転走軌道に配列されたローラ６０を示す拡大斜視図である。各ローラ６０は自転軸をナット部材５の軸方向に対して４５度傾斜させた状態で前記転走軌道に配列されており、しかも互いに隣接するローラ６０は自転軸を９０度ずつ交差させた状態で配列されている。また、互いに隣接するローラ６０の間には、各ローラ６０のスキューを防止するためのスペーサリテーナ６１が介装されている。これにより、ハウジング４に固定される外輪５８に対してナット部材５を自由に回転させることができると共に、ナット部材５の軸方向に作用するアキシャル荷重に対して十分な負荷能力を発揮することができ、前記モータ２の回転をナット部材５に伝達することによって、前記ねじ軸３をモータ２の回転方向及び回転量に呼応して軸方向へ進退させることが可能となっている。

また、図３に示すように、前記外輪５８にはローラ６０を転走軌道に配列するためのローラ挿入孔５８ａが設けられており、ローラ６０と前記スペーサリテーナ６１はこのローラ挿入孔５８ａを通して内輪部５６と外輪５８との間の転走軌道に一個一個挿入される。すべてのローラ６０とスペーサリテーナ６１の配列が終了した後に、前記ローラ挿入孔５８ａは図示外の閉塞プラグによって閉じられるようになっている。この閉塞プラグの先端には外輪５８のＶ字溝５９の一部が形成されている。

このように、本発明のボールねじ装置では、外輪５８に形成したローラ挿入孔５８ａを利用して各ローラ６０をクロスローラ軸受５０の転走軌道に配列するようにしたことから、前記外輪５８をＶ字溝５９の中央で一対の軌道輪に分割する必要はなくなり、外輪５８を単一の部材で構成することが可能となっている。このため、外輪５８の組み立て作業が不要となる他、かかる外輪５８を小型化し易くなり、ねじ軸３の軸径が小さなボールねじ装置であっても、ナット部材５に対して容易にクロスローラ軸受５０を設けることが可能となる。また、ナット部材５の外周面にクロスローラ軸受５０の内輪となる内輪部５６が当該ナット部材５と一体に形成されているので、ナット部材５と別個に形成された内輪を当該ナット部材５に固定する場合と比較して、部品点数を削減できる他、クロスローラ軸受５０の小型化を図ることも可能となる。

すなわち、本発明のボールねじ装置は小型化、軽量化に最適なものであり、このボールねじ装置を利用することで電動リニアアクチュエータの小型化及び軽量化も促進することが可能となる。

本発明が適用された電動リニアアクチュエータの一例を示す斜視図である。 図１に示す電動リニアアクチュエータの要部を示す断面図である。 ナット部材の詳細を示す斜視図である。 ナット部材の詳細を示す断面図である。 ナット部材の回転を支承するクロスローラ軸受の詳細を示す拡大斜視図である。

符号の説明

１…アクチュエータ、２…モータ、３…ねじ軸、４…ハウジング、５…ナット部材、７…クラッチ部材、２１…駆動軸、２４…駆動側プーリ、５０…クロスローラ軸受、５１…従動側プーリ、５６…内輪部、５８…外輪、５８ａ…ローラ挿入孔、６０…ローラ

Claims (5)

1. ねじ軸と、このねじ軸の周囲を螺旋状に転動する多数のボールと、これらボールを介して前記ねじ軸に螺合すると共に当該ボールの無限循環路を備えたナット部材と、このナット部材の前記ねじ軸周りの回転を支承するクロスローラ軸受とから構成され、
   前記クロスローラ軸受は、多数のローラと、前記ナット部材軸方向端部に形成されると共に前記ローラの転走軌道となるＶ字溝を外周面の周方向に沿って有する内輪部と、内周面の周方向に沿って前記ローラの転走軌道となるＶ字溝を有すると共に前記転走軌道にローラを配列するためのローラ挿入孔が設けられた外輪と、から構成されていることを特徴とするサポートベアリング付きボールねじ装置。
2. 前記ナット部材に形成された内輪部は、かかるナット部材の軸方向において前記ボールの無限循環路と重ならない位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載のサポートベアリング付きボールねじ装置。
3. 前記内輪部が形成された側のナット部材の軸方向端面には、かかるナット部材に回転トルクを伝達するための回転従動部材の取付け孔が形成されていることを特徴とする請求項２記載のサポートベアリング付きボールねじ装置。
4. 前記外輪には固定ボルトを用いて当該外輪を固定するためのボルト取付け穴が設けられていることを特徴とする請求項１記載のサポートベアリング付きボールねじ装置。
5. ハウジングと、このハウジングに保持されたモータと、前記ねじ軸が前記モータの出力軸と平行に配置されると共に前記外輪が前記ハウジングに固定された請求項１記載のサポートベアリング付きボールねじ装置と、前記モータに直結された駆動軸と、この駆動軸に連結される回転伝達部材と、前記ボールねじ装置のナット部材に固定されると共に前記回転伝達部材に連れ回される回転従動部材とから構成され、
   前記モータの回転方向及び回転量に応じて前記ねじ軸が前記ハウジングに対して進退することを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
   

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