JP2011122650A

JP2011122650A - ボールねじ装置

Info

Publication number: JP2011122650A
Application number: JP2009280402A
Authority: JP
Inventors: Hajime Watanabe; 肇渡邉
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-23

Abstract

【課題】ボールねじ装置に衝撃吸収手段の構成要素を付加することで、これを使用した装置全体の軸方向長さの短縮を可能としたボールねじ装置を提供する。
【解決手段】衝撃吸収手段10は、ハウジング6に設けられてねじ軸2の上端部内に軸方向移動可能に挿入された案内軸21と、ねじ軸2が上方に所定量以上移動した際にねじ軸2内において案内軸21とロッド8とによって挟まれて弾性変形する圧縮コイルばね22と、ねじ軸2がさらに上方に移動した際にねじ軸2の上端部を受けるストッパ23とを有している。
【選択図】図１

Description

この発明は、ボールねじ装置に関し、特に、ねじ軸が回転せずに軸方向に直線移動する形態で使用される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を接続することで、ボールねじナットが回転して、上下にのびる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磁緩衝器に適用することが開示されている。

電磁緩衝器では、タイヤ側からの軸力をねじ軸に結合されたロッドを介してボールねじ装置に伝達するようになっており、ロッドとボールねじ装置（例えばボールスプライン外筒のホルダ）との間に、ロッドが高速で突き上げられてボールねじ装置に衝突した際の衝撃を吸収する緩衝ゴム（衝撃吸収手段）が設けられている。

特開２００８−２０２７３８号公報

電磁緩衝器における衝撃吸収手段には、電磁緩衝器全体の長さを抑えるために、軸方向長さを小さくすることが課題となっているが、緩衝ゴムの軸方向長さを小さくすると、衝撃荷重が大きくなることから、衝撃吸収能力を維持して電磁緩衝器全体の軸方向長さを小さくすることが困難なものとなっている。

この発明の目的は、ボールねじ装置に衝撃吸収手段の構成要素を付加することで、これを使用した装置全体の軸方向長さの短縮を可能と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、ボールねじ軌道溝を有し軸方向に直線移動するねじ軸と、ねじ軸にボールを介してねじ合わされた回転自在のボールねじナットと、ねじ軸の一端部に結合されてこれと一体で直線移動するロッドと、ねじ軸を直線移動可能に支持するハウジングと、ロッドに衝撃が加わった際にそのエネルギーを吸収する衝撃吸収手段とを備えているボールねじ装置において、ねじ軸が中空状とされており、衝撃吸収手段は、ハウジングに設けられてねじ軸の他端部内に軸方向移動可能に挿入された案内軸と、ねじ軸が他端方向に所定量以上移動した際にねじ軸内において案内軸とロッドとによって挟まれて弾性変形する弾性変形手段とを有していることを特徴とするものである。

ボールねじ装置においては、従来、そのハウジングに衝撃吸収手段の構成要素が設けられることはあっても、ねじ軸内部に衝撃吸収手段の構成要素が設けられることはなかったが、この発明のボールねじ装置では、ねじ軸が中空状とされて、弾性変形して衝撃エネルギーを吸収する弾性変形手段がねじ軸内部に収納される。これにより、ねじ軸外部に必要であった衝撃吸収手段収納スペースが不要となり、ボールねじ装置を使用する装置全体の軸方向長さの短縮が可能となる。

ハウジングには、ねじ軸の他端部（ロッドと結合される端部と反対側の端部）内に挿入される案内軸が設けられ、ねじ軸は、この案内軸に案内される形で直線移動する。弾性変形手段（例えば圧縮コイルばね）は、ロッドの先端に一端が受けられて、ロッドに負荷が掛かっていない状態では、他端が案内軸の端面と所定間隔をおいて対向するものとされる。そして、衝撃を受けたロッドがその方向に移動すると、弾性変形手段は、ロッドと一体となって移動し、まず、そのロッド反対側の端面が案内軸の端面に当接し、この後のロッドの移動に伴って、弾性変形し反力をロッドに及ぼす。これによりロッドに付加された衝撃が吸収・緩和される。

弾性変形手段としては、圧縮コイルばねのほか、空気ばねを含む種々のばねを使用することができ、また、ばね以外の弾性変形可能なものとすることもできる。ねじ軸が軸方向に長い部材であることから、弾性変形手段も軸方向に長いものとすることができ、ストローク（収縮量）を大きくすることができるので、そのばね定数（剛性）を小さくしても、所要の衝撃エネルギーを吸収することができる。したがって、電磁緩衝器用に使用した場合には、通常の使用状態であるロッドの突き上げ量が小さいときに車体に伝達される荷重が小さくなり、車両の乗り心地を向上させることができる。

この発明によるボールねじ装置において、ハウジングに、ねじ軸が他端方向に上記所定量よりもさらに移動した際にねじ軸の端面を受けるストッパが設けられていることが好ましい。この場合、ストッパは、弾性変形可能とされて、そのばね定数が弾性変形手段のばね定数よりも大きいものとされていることがより好ましい。

このようにすると、過大な衝撃が負荷されてねじ軸の移動量が所定値を越えた場合、ねじ軸がストッパに衝突することで、弾性変形手段で吸収しきれなかった衝撃エネルギーを吸収することができる。したがって、このボールねじ装置を使用する装置（電動アクチュエータや緩衝器）の破損（例えばねじ軸がハウジングに衝突してハウジングが破損するなど）を回避することができ、安全性を高めることができる。

ストッパは、過大衝撃の吸収のために、相対的に剛性が高いことが好ましいので、そのばね定数は、弾性変形手段のばね定数よりも大きいものとされる。ストッパとしては、ばねでもよいが、ストローク（収縮量）が小さくてもよいので、ウレタンなどの剛性樹脂やゴムでもよく、また、弾性変形部材に限られるものではなく、ストッパの内面形状をテーパ状にして、ねじ軸がストッパに食い込んでいくことで、エネルギーを吸収するようなものであってもよい。いずれにしろ、弾性変形手段およびストッパからなる２段の衝撃吸収とするとともに、弾性変形手段およびストッパのばね定数などを個々に設定することで、極めて広い範囲の衝撃荷重に対応することができる。

ボールねじ装置は、具体的には、例えば、ボールねじ軌道溝およびスプライン溝が設けられたねじ軸と、ねじ軸のボールねじ軌道溝にボールを介してねじ合わされた回転自在のボールねじナットと、ボールねじナットに一体化された中空軸と、ねじ軸のスプライン溝に嵌め合わされてねじ軸の直線移動を案内するスプライン外筒と、中空軸を回転可能に支持するとともにスプライン外筒を支持するハウジングと、中空軸に固定されたモータロータおよびハウジング内径に固定されたモータステータからなるモータとを備えているものとされる。

この発明によるボールねじ装置は、アクチュエータ（モータによって中空軸および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）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、中空軸および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）として使用されることがある。

この発明のボールねじ装置によると、ねじ軸が中空状とされており、衝撃吸収手段は、ハウジングに設けられてねじ軸の他端部内に軸方向移動可能に挿入された案内軸と、ねじ軸が他端方向に所定量以上移動した際にねじ軸内において案内軸とロッドとによって挟まれて弾性変形する弾性変形手段とを有しているので、弾性変形手段が弾性変形して反力をロッドに及ぼすことで、ロッドに付加された衝撃が吸収・緩和され、この弾性変形手段がねじ軸内部に収納されることで、ねじ軸外部に必要であった衝撃吸収手段収納スペースが不要となり、ボールねじ装置およびこれを使用する装置全体の軸方向長さの短縮が可能となる。

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り、ボールねじ装置への荷重負荷がない状態を示している。図２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り、ボールねじ装置に衝撃荷重が負荷された状態を示している。図３は、この発明のボールねじ装置におけるストロークと荷重との関係を従来品と比較して示す図である。

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、上下は、図の上下をいうものとする。

図１および図２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、ボールねじ軌道溝(2a)が設けられた上下にのびる鋼製ねじ軸(2)と、ねじ軸(2)のボールねじ軌道溝(2a)にボール(9)を介してねじ合わされた回転自在の鋼製ボールねじナット(3)と、ボールねじナット(3)に一体化されて上方にのびる中空軸(4)と、ねじ軸(2)に嵌め合わされてねじ軸(2)の上下方向（軸方向）直線運動を案内するボールスプライン外筒(5)と、軸受(7)を介してボールねじナット(3)を回転可能に支持するとともにボールスプライン外筒(5)を支持するハウジング(6)と、ねじ軸(2)の下端部に結合されてこれと一体で直線移動するロッド(8)と、ロッド(8)に衝撃が加わった際にそのエネルギーを吸収する衝撃吸収手段(10)とを備えている。

このボールねじ装置(1)は、ボールねじナット(3)を回転させて、ねじ軸(2)を直線移動させる形態で使用される。

ねじ軸(2)は、一般的なものでは中実とされているが、このボールねじ装置(1)では、中空状とされており、ねじ軸(2)の内部が衝撃吸収手段(10)の構成要素として利用されている。

中空軸(4)は、ボールねじナット(3)に固定されており、回転はするが、上下方向には移動しないため、その上下方向位置は不変である。

ハウジング(6)は、頂壁(11a)を有する円筒状とされた上部ハウジング(11)と、上部ハウジング(11)の下方にあって軸受(7)を介してボールねじナット(3)を回転可能に支持する下部ハウジング(12)と、下部ハウジング(12)の下端部に設けられてボールスプライン外筒(5)を支持するスプライン外筒ホルダ(13)とを有している。

衝撃吸収手段(10)は、ハウジング(6)の頂壁(11a)に下方にのびるように設けられた案内軸(21)と、ねじ軸(2)内に配された弾性変形手段としての圧縮コイルばね(22)と、ハウジング(6)の頂壁(11a)に案内軸(21)の上端部を囲むように設けられた円筒状ストッパ(23)とを有している。

案内軸(21)は、中空状とされたねじ軸(2)の内径にほぼ等しい外径を有しており、その下端部がねじ軸(2)の上端部内に挿入されている。案内軸(21)は、ハウジング(6)に固定されており、ねじ軸(2)は、その上端部が常に案内軸(21)に案内されて、上下方向に直線移動する。

圧縮コイルばね(22)は、その下端面がロッド(8)によって受け止められており、図１に示すロッド(8)に負荷が掛かっていない状態では、その上端面と案内軸(21)の下端面との間には、所定の間隙(G1)が設けられている。そして、下からの突き上げ（衝撃）を受けたロッド(8)およびこれと一体のねじ軸(2)が所定量（間隙(G1)の大きさ）以上上方に移動すると、圧縮コイルばね(22)は、ロッド(8)に押し上げられてこれと一体となって移動し、まず、その上端面（ロッド(8)によって受け止められている端面とは反対側の端面）が案内軸(21)の下端面に当接し（間隙(G1)がゼロとなり）、さらに、この後のロッド(8)およびねじ軸(2)の上方への移動に伴って、圧縮コイルばね(22)は、図２に示すように、案内軸(21)の下端面とロッド(8)の上端面とによって挟まれて弾性変形し、この反力（下向き力）をロッド(8)およびこれと一体のねじ軸(2)に及ぼすようになっている。

ストッパ(23)は、合成樹脂製とされて、弾性変形可能とされており、図１に示すロッド(8)に負荷が掛かっていない状態において、その下端面とねじ軸(2)の上端面との間には、所定の間隙(G2)が設けられている。この間隙(G2)は、圧縮コイルばね(22)の上端面と案内軸(21)の下端面との間の間隙(G1)よりも大きくなされている。したがって、圧縮コイルばね(22)の上端面が案内軸(21)の下端面に当接した状態では、ストッパ(23)の下端面とねじ軸(2)の上端面との間には、図１に示す間隙(G2)よりは小さいが、依然として間隙(G2)が存在している。そして、圧縮コイルばね(22)の上端面が案内軸(21)の下端面に当接した状態よりもさらにロッド(8)およびねじ軸(2)が上方へ移動した場合には、ストッパ(23)の下端面がねじ軸(2)の上端面を受ける（間隙(G2)がゼロとなる）ことにより、ストッパ(23)が弾性変形し、この反力（下向き力）をロッド(8)およびこれと一体のねじ軸(2)に及ぼすようになっている。

ストッパ(23)のばね定数は、弾性変形手段としての圧縮コイルばね(22)のばね定数よりも大きいものとされている。

したがって、図３に示すように、従来のものでは、ロッド(8)のストローク（収縮量）に応じて、一定の割合で、弾性変形による荷重が生じていたのに対し、この発明によるボールねじ装置(1)では、弾性変形手段としての圧縮コイルばね(22)だけが衝撃吸収に寄与している段階では、ロッド(8)のストローク（収縮量）に応じて、圧縮コイルばね(22)のばね定数に応じた一定の割合で、弾性変形による荷重が生じ、さらにストッパ(23)も衝撃吸収に寄与した段階で、ストッパ(23)のばね定数に応じた一定の割合で、ストッパ(23)の弾性変形による荷重が加わることになり、ロッド(8)のストローク（収縮量）と荷重との関係がストッパ(23)が衝撃吸収に寄与した段階で変化するようになっている。

このボールねじ装置(1)は、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、タイヤから伝わる外力によってねじ軸(2)が軸方向に直線移動し、これに伴って、ボールねじナット(3)および中空軸(4)が回転し、この回転運動をモータ（図示略）に取り込んで、モータで発生する電磁力を減衰力として利用するようになっている。

このような電磁緩衝器は、突起乗り越し等のオーバストローク時には、ロッド(8)に衝撃荷重が加わるので、その衝撃を衝撃吸収手段(10)によって吸収する必要がある。従来のものでは、図２に(G3)で示すスプライン外筒ホルダ(13)とロッド(8)との間に、衝撃吸収手段としての緩衝ゴムが配置されているが、この場合、スプライン外筒ホルダ(13)とロッド(8)との間に衝撃吸収手段収納スペースが必要となる。この発明のボールねじ装置(1)によると、従来の衝撃吸収手段収納スペースに相当する部分を小さな間隙(G3)とすることができ、ロッド(8)の移動可能範囲を確保した上で、従来のものよりも軸方向長さを短くすることができる。

また、従来のものでは、スプライン外筒ホルダ(13)とロッド(8)との間の衝撃吸収手段収納スペースを軸方向に長くすると、装置の軸方向長さが大きくなるため、ロッド(8)のストロークの制約が大きいが、この発明のボールねじ装置(1)では、弾性変形手段としての圧縮コイルばね(22)の長さを軸方向に長いねじ軸(2)に応じて従来よりも大幅に大きくできるので、ストロークを大きくとることができる。吸収可能な衝撃エネルギーは、図３におけるストローク−荷重曲線と横軸とで囲まれた面積となるので、ストロークが大きい場合には、圧縮コイルばね(22)のばね定数（剛性）を小さくしても、所要の衝撃エネルギーを吸収することができる。したがって、電磁緩衝器用に使用した場合、通常の使用状態であるロッド(8)の突き上げ量が小さいときには、圧縮コイルばね(22)のばね定数が小さいことで、車体に伝達される荷重が小さくなり、車両の乗り心地を向上させることができる。

なお、上記のボールねじ装置(1)は、電磁緩衝器用として説明したが、これに限られるものではなく、電動アクチュエータとして使用することもできる。この場合、モータの回転駆動力をボールねじナット(3)を介してねじ軸(2)の軸方向推力に変換し、推力の軸方向反力を軸受(7)で支持してねじ軸(2)を直線運動させ、ねじ軸(2)に作用する軸方向荷重をボールねじナット(3)で負荷するとともに、トルクをボールスプライン外筒(5)で支持した形態での使用となる。

(1) ボールねじ装置
(2) ねじ軸
(2a) ボールねじ軌道溝
(3) ボールねじナット
(6) ハウジング
(8) ロッド
(10) 衝撃吸収手段
(21) 案内軸
(22) 圧縮コイルばね（弾性変形手段）
(23) ストッパ

Claims

ボールねじ軌道溝を有し軸方向に直線移動するねじ軸と、ねじ軸にボールを介してねじ合わされた回転自在のボールねじナットと、ねじ軸の一端部に結合されてこれと一体で直線移動するロッドと、ねじ軸を直線移動可能に支持するハウジングと、ロッドに衝撃が加わった際にそのエネルギーを吸収する衝撃吸収手段とを備えているボールねじ装置において、
ねじ軸が中空状とされており、衝撃吸収手段は、ハウジングに設けられてねじ軸の他端部内に軸方向移動可能に挿入された案内軸と、ねじ軸が他端方向に所定量以上移動した際にねじ軸内において案内軸とロッドとによって挟まれて弾性変形する弾性変形手段とを有していることを特徴とするボールねじ装置。
ハウジングに、ねじ軸が他端方向に上記所定量よりもさらに移動した際にねじ軸の端部を受けるストッパが設けられていることを特徴とする請求項１のボールねじ装置。