JP2016151332A - ボールねじおよびこれを備えた電動リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータ側からの入力トルクをボールねじに効率よく伝達する一方、ボールねじ側からの逆入力トルクをボールねじ内部でセルフロックさせて電動モータ側に還流させない機能を有するボールねじおよびこれを備えた電動リニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】ナット１８の通常作動時のねじ溝１８ａと逆側のねじ溝１８ａの溝底近傍から肩部に亙ってボールポケット３１が形成され、このボールポケット３１がボール１９の曲率半径よりも大きい曲率半径からなる凹球面に機械加工によって形成されているので、ボールねじに負荷される荷重方向が通常作動時と逆方向になった異常時に、ボールポケット３１にボール１９を入り込ませることにより、ボールねじ側からの逆入力トルクを当該ボールねじ内部でセルフロックさせることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、自動車等の車両の駆動部に使用されるボールねじ、特に電動モータの回転を、駆動軸の直線運動に変換するボールねじおよびこれを備えた電動リニアアクチュエータに関するものである。

自動車等の車両の各種駆動部に使用される電動リニアアクチュエータにおいて、電動モータの回転運動を軸方向の直線運動に変換する機構として、台形ねじあるいはラックアンドピニオン等の歯車機構が一般的に使用されている。これらの変換機構は、滑り接触部を伴うため動力損失が大きく、電動モータの大型化や消費電力の増大を余儀なくされている。そのため、より効率的なアクチュエータとしてボールねじ機構が採用されるようになってきた。

この代表的なものとして、図７に示すような電動リニアアクチュエータが知られている。この電動リニアアクチュエータ５１は、円筒状のハウジング５２に取り付けられた電動モータ５３と、電動モータ５３の回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構５４と、電動モータ５３とボールねじ機構５４の間に配設された減速機構５５と、を備えた構成となっている。電動モータ５３、減速機構５５およびボールねじ機構５４は、直線上に直列に配置されている。

減速機構５５は、ハイポサイクロイド機構を構成する第１遊星歯車機構５６と第２遊星歯車機構５７とを備えた複合遊星歯車機構によって構成されている。第１遊星歯車機構５６と第２遊星歯車機構５７は軸方向の直列に配置され、電動モータ５３側に第１遊星歯車機構５６が、ボールねじ機構５４側に第２遊星歯車機構５７が配置されている。

そして、ボールねじ機構５４側からの逆入力トルクが作用しても、第１遊星歯車機構５６と第２遊星歯車機構５７の内歯歯車５６ａ、５７ａが一体的に構成され、第１遊星外歯歯車５６ｂがハウジング５２に固定されているので、逆入力トルクは完全にロックすることができる。すなわち、逆入力トルクは、出力側部材５８から第２遊星歯車機構５７の内歯歯車５７ｂに伝達され、この内歯歯車５７ｂに噛合する外歯歯車５７ａを回転させようとするが、この外歯歯車５７ａと一体構造の第１遊星歯車機構５６の外歯歯車５６ａはハウジング５２に回転不能に固定されている内歯歯車５６ｂに噛合しているので、外歯歯車５６ａの回転が阻止され、電動モータ５３側への逆入力トルクの環流を防止することができる。したがって、逆入力トルクによる電動モータ５３への衝撃を緩和することができる。さらに、電動モータ５３側からは両方向回転可能であり、ボールねじ機構５４の高効率、低摩擦を損なうことはない（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−１５６４１５号公報

然しながら、この従来の電動リニアアクチュエータ５１では、逆入力トルクを防止するための複合遊星歯車機構からなる減速機構５５が必要となり、質量、サイズ、コストアップの要因となる。また、トルクの入力が駆動用の電動モータ５３側からでも、荷重の方向が変わった場合はロックすることができないといった問題がある。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、電動モータ側からの入力トルクをボールねじに効率よく伝達する一方、ボールねじ側からの逆入力トルクをボールねじ内部でセルフロックさせて電動モータ側に還流させない機能を有するボールねじおよびこれを備えた電動リニアアクチュエータを提供することを目的とする。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とで構成されたボールねじにおいて、前記ナットまたはねじ軸のねじ溝における循環列の一部にボールポケットが形成され、このボールポケットに前記ボールを入り込ませることにより、前記ボールねじに負荷される荷重方向が通常作動時と逆方向になった異常時に、前記ボールねじ側の逆入力トルクを当該ボールねじ内部でセルフロックさせる。

このように、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、外周にナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とで構成されたボールねじにおいて、ナットまたはねじ軸のねじ溝における循環列の一部にボールポケットが形成され、このボールポケットにボールを入り込ませることにより、ボールねじに負荷される荷重方向が通常作動時と逆方向になった異常時に、ボールねじ側の逆入力トルクを当該ボールねじ内部でセルフロックさせるようにしたので、ボールポケットに入り込んだボールと後続のボールとの干渉によってボールの転動が停止してナットに対してねじ軸がロックし、ボールねじ側からの逆入力トルクを遮断することができるボールねじを提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記ボールポケットが、通常作動時の前記ねじ溝と逆側のねじ溝の溝底近傍から肩部に亙って形成されていれば、通常作動時のボールの転動を妨げることなくスムーズに転動させることができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記ボールポケットが前記ボールの曲率半径よりも大きい曲率半径からなる凹球面に形成されていれば、ボールエンドミル等の機械加工によって容易に形成することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記ボールポケットの角部が滑らかに丸められていれば、ボールポケットのエッジ部において、入り込んだボールの肩乗り上げによるエッジロードで過大応力が発生するのを防止することができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記ボールポケットが前記ナット側に形成されていれば、ロック後、入力荷重が通常作動時の方向に戻ると、ボールポケットに入っていたボールが、ねじ軸におけるねじ溝の肩部の押し出し力によってポケット外に押し出され、その結果、ボールの転動が始まって自動的にロックが容易に解除される。

本発明のうち請求項６に記載の発明は、ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじと、を備え、このボールねじが、前記ハウジングに対して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されて前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動リニアアクチュエータにおいて、前記ボールねじが、前記請求項１乃至５いずれかに記載のボールねじで構成されている。

このように、ハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじと、を備え、このボールねじが、ハウジングに対して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、駆動軸と同軸状に一体化され、外周にナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されてハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動リニアアクチュエータにおいて、ボールねじが、前記請求項１乃至５いずれかに記載のボールねじで構成されているので、ボールポケットに入り込んだボールと後続のボールとの干渉によってボールの転動が停止してナットに対してねじ軸がロックし、ボールねじ側からの逆入力トルクを遮断して電動モータ側に還流させない電動リニアアクチュエータを提供することができる。

本発明に係るボールねじは、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とで構成されたボールねじにおいて、前記ナットまたはねじ軸のねじ溝における循環列の一部にボールポケットが形成され、このボールポケットに前記ボールを入り込ませることにより、前記ボールねじに負荷される荷重方向が通常作動時と逆方向になった異常時に、前記ボールねじ側の逆入力トルクを当該ボールねじ内部でセルフロックさせるようにしたので、ボールポケットに入り込んだボールと後続のボールとの干渉によってボールの転動が停止してナットに対してねじ軸がロックし、ボールねじ側からの逆入力トルクを遮断することができるボールねじを提供することができる。

本発明に係る電動リニアアクチュエータは、ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじと、を備え、このボールねじが、前記ハウジングに対して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されて前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動リニアアクチュエータにおいて、前記ナットまたはねじ軸のねじ溝における循環列の一部にボールポケットが形成され、このボールポケットに前記ボールを入り込ませることにより、前記ボールねじに負荷される荷重方向が通常作動時と逆方向になった異常時に、前記ボールねじ側の逆入力トルクを当該ボールねじ内部でセルフロックさせるので、ボールポケットに入り込んだボールと後続のボールとの干渉によってボールの転動が停止してナットに対してねじ軸がロックし、ボールねじ側からの逆入力トルクを遮断して電動モータ側に還流させない電動リニアアクチュエータを提供することができる。

本発明に係る電動リニアアクチュエータの一実施形態を示す縦断面図である。 図１のボールねじ機構を拡大して示す縦断面図である。 本発明に係るボールねじの作動を示す説明図である。 （ａ）は、図２のナット単体を示す断面斜視図、（ｂ）は、（ａ）のボールねじの通常作動時におけるナットを示す説明図、（ｃ）は、（ａ）のナットの異常作動時を示す説明図である。 （ａ）は、ボールねじにおける通常作動時の状態を示す説明図、（ｂ）は、同上、異常時の状態を示す説明図である。 （ａ）は、図２のねじ軸単体を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）のボールねじの通常作動時におけるねじ軸を示す説明図、（ｃ）は、（ａ）のねじ軸の異常作動時を示す説明図である。 従来の電動リニアアクチュエータを示す縦断面図である。

ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじと、を備え、このボールねじが、前記ハウジングに装着された一対の支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、外周に前記減速機構を構成する出力歯車が固定され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されて前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動リニアアクチュエータにおいて、前記ナットの通常作動時のねじ溝と逆側のねじ溝の溝底近傍から肩部に亙ってボールポケットが形成され、このボールポケットが前記ボールの曲率半径よりも大きい曲率半径からなる凹球面に機械加工によって形成されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電動リニアアクチュエータの一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１のボールねじ機構を拡大して示す縦断面図、図３は、本発明に係るボールねじの作動を示す説明図、図４（ａ）は、図２のナット単体を示す断面斜視図、（ｂ）は、（ａ）のボールねじの通常作動時におけるナットを示す説明図、（ｃ）は、（ａ）のナットの異常作動時を示す説明図、図５（ａ）は、ボールねじにおける通常作動時の状態を示す説明図、（ｂ）は、同上、異常時の状態を示す説明図、図６（ａ）は、図２のねじ軸単体を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）のボールねじの通常作動時におけるねじ軸を示す説明図、（ｃ）は、（ａ）のねじ軸の異常作動時を示す説明図である。

本発明に係る電動リニアアクチュエータ１は、図１に示すように、円筒状のハウジング２と、このハウジング２に取り付けられた電動モータＭと、この電動モータＭのモータ軸３ａに固定された平歯車からなる入力歯車３と、この入力歯車３に噛合する中間歯車４と、この中間歯車４に噛合し、後述するナット１８の外径に固定された出力歯車５とからなる減速機構６と、この減速機構６を介して電動モータＭの回転運動を駆動軸７の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構８とを備えている。

ハウジング２はＡ６０６３ＴＥやＡＤＣ１２等のアルミ合金からダイキャストによって形成され、電動モータＭが取り付けられた第１のハウジング２ａと、その端面に衝合された第２のハウジング２ｂとからなる。これら第１のハウジング２ａと第２のハウジング２ｂは固定ボルト（図示せず）によって一体に固定されている。第１のハウジング２ａと第２のハウジング２ｂには各々、後述するねじ軸１０を収容するための貫通孔１１と袋孔１２が形成されている。

電動モータＭのモータ軸３ａは、その端部に入力歯車３が圧入により相対回転不能に取り付けられ、第２のハウジング２ｂに装着された深溝玉軸受からなる転がり軸受１３によって回転自在に支持されている。また、平歯車からなる中間歯車４に噛合する出力歯車５は、ボールねじ機構８を構成するナット１８にキー１４を介して一体に固定されている。

駆動軸８は、ボールねじ機構８を構成するねじ軸１０と一体に構成され、この駆動軸７の一端部（図中右端部）に係止ピン１５、１５が植設されている。また、第２のハウジング２ｂの袋孔１２にはスリーブ１７が嵌合され、このスリーブ１７の内周に軸方向に延びる凹溝１７ａ、１７ａが研削加工によって形成されている。そして、凹溝１７ａ、１７ａは周方向に対向して配設されると共に、この凹溝１７ａ、１７ａにねじ軸１０の係止ピン１５、１５がそれぞれ係合され、ねじ軸１０が、回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。スリーブ１７は、第２のハウジング２ｂの袋孔１２の開口部に装着された穴用の止め輪９によっての軸方向の抜け止めがなされている。

スリーブ１７は、金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形される焼結合金からなる。この射出成形に際しては、まず、金属粉と、プラスチックおよびワックスからなるバインダとを混練機で混練し、その混練物をペレット状に造粒する。造粒したペレットは、射出成形機のホッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で押し込む、所謂ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）により成形されている。こうしたＭＩＭによって成形される焼結合金であれば、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。

一方、凹溝１７ａに係合する係止ピン１５は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼あるいはＳＣｒ４３５等の浸炭軸受鋼で形成され、その表面には、炭素含有量０．８０ｗｔ％以上、５８ＨＲＣ以上の浸炭窒化層が形成されている。なお、係止ピン１５に針状ころ軸受に使用される針状ころを適用することにより、５８ＨＲＣ以上の表面硬さが得られ、耐摩耗性が優れていると共に、入手性が良く、低コスト化を図ることができる。

ボールねじ機構８は、図２に拡大して示すように、ねじ軸１０と、このねじ軸１０にボール１９を介して外挿されたナット１８とを備えている。ねじ軸１０は、外周に螺旋状のねじ溝１０ａが形成されている。一方、ナット１８は、内周にねじ軸１０のねじ溝１０ａに対応する螺旋状のねじ溝１８ａが形成され、これらねじ溝１０ａ、１８ａとの間に多数のボール１９が転動自在に収容されている。そして、ナット１８は、第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに対して、２つの支持軸受２０、２０を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。２１は、ナット１８のねじ溝１８ａを連結して循環部材を構成する駒部材で、この駒部材２１によって多数のボール１９が無限循環することができる。

各ねじ溝１０ａ、１８ａの断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここではボール１９との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまを小さく設定することができるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動の発生を抑制することができる。

ナット１８はＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。これにより、熱処理後のスケール除去のためのバフ加工等を省略することができ、低コスト化を図ることができる。一方、ねじ軸１０はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、高周波焼入れ、あるいは浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

ナット１８の外周面１８ｂには減速機構６を構成する出力歯車５がキー１４を介して固定されると共に、この出力歯車５の両側に２つの支持軸受２０、２０が所定のシメシロを介して圧入されている。具体的には、ナット１８の外周面１８ｂにキー溝１４ａが形成されると共に、出力歯車５の内周面にもキー溝５ａが形成され、両キー溝１４ａ、５ａによって形成される矩形状空間にキー１４が嵌挿され、出力歯車５が第１のハウジング２ａ側の支持軸受２０の内輪２３とナット１８の鍔部１８ｃとで挟持された状態でナット１８に固定されている。一方、第２のハウジング２ｂ側の支持軸受２０は、ナット１８の鍔部１８ｃと第２のハウジング２ｂで挟持された状態でナット１８に固定されている。これにより、駆動軸７からスラスト荷重が負荷されても支持軸受２０、２０と出力歯車５の軸方向の位置ズレを防止することができる。また、２つの支持軸受２０、２０は、両端部にシールド板２０ａ、２０ａが装着された密封型の深溝玉軸受で構成され、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、外部から摩耗粉等が軸受内部に侵入するのを防止している。

本実施形態では、ナット１８を回転自在に支持する一対の支持軸受２０、２０が同じ仕様の深溝玉軸受で構成されているので、前述した駆動軸７からスラスト荷重および出力歯車５を介して負荷されるラジアル荷重の両方を負荷することができると共に、組立時に誤組み防止のための確認作業を簡便化することができ、組立作業性を向上させることができる。なお、ここで、同じ仕様の深溝玉軸受とは、軸受の内径、外径、幅寸法をはじめ、転動体サイズ、個数および軸受内部すきま等が同一なものを言う。

また、一対の支持軸受２０、２０は、それぞれ第１のハウジング２ａと第２のハウジング２ｂに径方向すきまを介して嵌挿され、これら一対の支持軸受２０、２０のうち一方（図中左側）の支持軸受２０がリング状の弾性部材からなるワッシャ２２を介して第１のハウジング２ａに装着されている。

ワッシャ２２は、強度や耐摩耗性が高いオーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）からプレス加工にて形成されたウェーブワッシャからなる。そして、その内径Ｄが支持軸受２０の内輪２３の外径ｄよりも大径に形成され、隣接する出力歯車５側に支持軸受２０を押圧している。これにより、一対の支持軸受２０、２０の軸方向ガタをなくすことができ、円滑な回転性能を得ることができると共に、ワッシャ２２が、支持軸受２０の外輪２４のみに当接して回転輪となる内輪２３とは干渉しないため、逆スラスト荷重が生じてナット１８が第１のハウジング２ａ側に押し付けられても支持軸受２０の内輪２３がハウジング２ａに当接して摩擦力が上昇するのを防止し、ロック状態になるのを防止することができる。

図１に戻って、減速機構６を構成する中間歯車４の歯車軸２５は、第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに植設され、中間歯車４は、転がり軸受２６を介してこの歯車軸２５に回転自在に支承されている。歯車軸２５の端部のうち、例えば、第１のハウジング２ａ側の端部を圧入する場合、第２のハウジング２ｂ側の端部をすきま嵌めに設定することにより、ミスアライメント（組立誤差）を許容して円滑な回転性能を確保することができる。転がり軸受２６は、中間歯車４の内径に圧入される鋼板プレス製の外輪２７と、保持器２８を介して外輪２７に転動自在に収容された複数の針状ころ２９とを備えた、所謂シェル型の針状ころ軸受で構成されている。これにより、軸受の入手性が高く、低コスト化を図ることができる。

また、中間歯車４の両側にはリング状のワッシャ３０、３０が装着され、中間歯車４が直接第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに接触するのを防止している。ここで、中間歯車４の歯部４ａの幅が歯幅よりも小さく形成されている。これにより、中間歯車４とワッシャ３０との接触面積を小さくすることができ、回転時の摩擦抵抗を抑えて円滑な回転性能を得ることができる。ここで、ワッシャ３０は、強度や耐摩耗性が高いオーステナイト系ステンレス鋼板、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて形成された平ワッシャからなる。なお、これ以外にも、例えば、黄銅や焼結金属、または、ＧＦ（グラス繊維）等の繊維状強化材が所定量充填されたＰＡ（ポリアミド）６６等の熱可塑性の合成樹脂で形成されていても良い。

ここで、図３において、ボールねじ機構８を構成するねじ軸１０（駆動軸７）に負荷される通常作動時の荷重方向を白矢印方向（図中左側から右側）、異常時の荷重方向を黒矢印方向（図中右側から左側）とした場合、図４（ａ）に示すナット１８のねじ溝１８における循環列の一部、具体的には、通常作動時のねじ溝１８ａと逆側のねじ溝１８ａにボールポケット３１が形成されている。このボールポケット３１のサイズはボール１９の曲率半径よりも大きい曲率半径で、ボールエンドミル等の機械加工によってねじ溝１８ａの溝底近傍から肩部に亙って凹球面に形成されている。

通常作動時では、（ｂ）に示すように、多数のボール１９はナット１８のねじ溝１８ａの図中右側面に沿って転動することになる。この場合、図５（ａ）に拡大して示すように、多数のボール１９は、ナット１８のねじ溝１８ａの反ボールポケット３１側（図中右側）の側面とねじ軸１０のねじ溝１０ａとの間に所定の接触角を持って接触しながら順次転動する。一方、図４（ｃ）に示すように、荷重方向が通常作動時と逆方向（図３の黒矢印方向）となった異常時は、ボールポケット３１が形成されているねじ溝１８ａの図中左側面に沿って転動することになる。その結果、図５（ｂ）に示すように、ボールポケット３１の位置に転動してきたボール１９が入り込み、後続のボール１９との干渉によってボール１９の転動が停止してナット１８に対してねじ軸１０がロックし、ボールねじ機構側からの逆入力トルクを遮断して電動モータ側に還流させない。

また、ロック後、入力荷重が通常作動時の方向に戻ると、図示しないボールポケットに入っていたボールが、ねじ軸におけるねじ溝の肩部の押し出し力によってポケット外に押し出され、その結果、ボールの転動が始まって自動的にロックが解除される。本発明に係る電動リニアアクチュエータでは、このようなボールねじ機構の一連の作動により、電動モータ側からの入力トルクをボールねじ機構に効率よく伝達する一方、ボールねじ機構側からの逆入力トルクをボールねじ機構内部でロックさせて電動モータ側に還流させない機能を発揮することができる。

なお、ボールポケット３１は、連続して転動してくる多数のボール１９を、異常時に転動方向を一時的に変えて停滞させるものであれば良く、通常作動時のボール１９の転動を妨げることなくスムーズに転動させるようなサイズと形状に設定されている。また、ボールポケット３１のエッジ部において、入り込んだボール１９の肩乗り上げによるエッジロードで過大応力が発生しないように、角部が滑らかに丸められているのが好ましい。ここで、「肩乗り上げ」とは、ボールの当接による接触楕円がねじ溝の肩部から外れる現象を言い、また、「エッジロード」とは、角部に発生する過大な応力集中のことで、早期剥離や異常音の発生の要因の一つとなる現象を言う。

次に、ナット１８にボールポケット３１を設けた実施形態の変形例を図５に示す。この実施形態は、前述したボールポケット３１がねじ軸３２側に形成されている。すなわち、（ａ）に示すように、ねじ軸３２のねじ溝３２ａにおける循環列の一部、具体的には、通常作動時のねじ溝３２ａと逆側のねじ溝３２ａにボールポケット３３が形成されている。このボールポケット３３のサイズはボール１９よりも大きく、ボールエンドミル等の機械加工によってねじ溝３２ａの溝底近傍から肩部に亙って凹球面に形成されている。

通常作動時、すなわち、図６（ａ）に示すように、ねじ軸３２の左側（図中白矢印）から荷重が負荷された場合、（ｂ）に示すように、多数のボール１９はねじ軸３２のねじ溝３２ａの反ボールポケット３３側の側面（図中左側）に沿って順次転動する。一方、（ｃ）に示すように、荷重方向が通常作動時と逆方向（図６（ａ）の黒矢印方向）となった異常時は、ボールポケット３３が形成されているねじ溝３２ａの図中右側面に沿って転動することになる。その結果、ボールポケット３３の位置に転動してきたボール１９が入り込み、後続のボール１９との干渉によってボール１９の転動が停止してねじ軸３２がロックし、ボールねじ機構側からの逆入力トルクを遮断して電動モータ側に還流させない。

また、ロック後、入力荷重が通常作動時の方向に戻ると、図示しないボールポケットに入っていたボールが、ナットにおけるねじ溝の肩部の押し出し力によってポケット外に押し出され、その結果、前述した実施形態と同様、ボールの転動が始まって自動的にロックが解除される。

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。

本発明に係る電動リニアアクチュエータは、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用され、電動モータからの回転入力を、ボールねじ機構を介して駆動軸の直線運動に変換するボールねじ機構を備えた電動リニアアクチュエータに適用できる。

１ 電動リニアアクチュエータ
２ ハウジング
２ａ 第１のハウジング
２ｂ 第２のハウジング
３ 入力歯車
３ａ モータ軸
４ 中間歯車
５ 出力歯車
６ 減速機構
７ 駆動軸
８ ボールねじ機構
９ 止め輪
１０、３２ ねじ軸
１０ａ、１８ａ、３２ａ ねじ溝
１１ 貫通孔
１２ 袋孔
１３、２６ 転がり軸受
１４ キー
５ａ、１４ａ キー溝
１５ 係止ピン
１７ スリーブ
１７ａ 凹溝
１８ ナット
１８ｂ ナットの外周面
１８ｃ ナットの鍔部
１９ ボール
２０ 支持軸受
２０ａ シールド板
２１ 駒部材
２２、３０ ワッシャ
２３ 内輪
２４、２７ 外輪
２５ 歯車軸
２８ 保持器
２９ 針状ころ
３１、３３ ボールポケット
５１ 電動リニアアクチュエータ
５２ ハウジング
５３ 電動モータ
５４ ボールねじ機構
５５ 減速機構
５６ 第１遊星歯車機構
５６ａ、５７ａ 内歯歯車
５６ｂ、５７ｂ 外歯歯車
５７ 第２遊星歯車機構
５８ 出力側部材
Ｍ 電動モータ

Claims (6)

1. 内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
   このナットに多数のボールを介して内挿され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とで構成されたボールねじにおいて、
   前記ナットまたはねじ軸のねじ溝における循環列の一部にボールポケットが形成され、このボールポケットに前記ボールを入り込ませることにより、前記ボールねじに負荷される荷重方向が通常作動時と逆方向になった異常時に、前記ボールねじ側の逆入力トルクを当該ボールねじ内部でセルフロックさせることを特徴とするボールねじ。
2. 前記ボールポケットが、通常作動時の前記ねじ溝と逆側のねじ溝の溝底近傍から肩部に亙って形成されている請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記ボールポケットが前記ボールの曲率半径よりも大きい曲率半径からなる凹球面に形成されている請求項１または２に記載のボールねじ。
4. 前記ボールポケットの角部が滑らかに丸められている請求項１乃至３いずれかに記載のボールねじ。
5. 前記ボールポケットが前記ナット側に形成されている請求項１乃至４いずれかに記載のボールねじ。
6. ハウジングと、
   このハウジングに取り付けられた電動モータと、
   この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、
   この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじと、を備え、
   このボールねじが、前記ハウジングに対して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
   このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されて前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動リニアアクチュエータにおいて、
   前記ボールねじが、前記請求項１乃至５いずれかに記載のボールねじで構成されてい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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