JP2018040483A - ボールねじアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで高効率かつ耐振動性のボールねじアクチュエータを提供する。
【解決手段】電動モータと、その電動モータの回転力を伝達するボールねじ１と、ボールねじ１を収容するハウジング２とを備え、ボールねじ１には、ねじ軸１１とナット１２との間に形成された転動路を循環させる戻し路が形成された循環部材１３及び循環部材１３を覆うカバー部材１４が設けられ、ハウジング本体２０の内周面２０ａには、カバー部材１４に係合し、ナット１２の周方向の回転を制限してナット１２を軸方向に移動可能とする上記軸方向に沿う溝部２１が形成されたボールねじアクチュエータである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじアクチュエータに関し、特に、自動車、二輪車、船外機などに用いられるナット移動型のボールねじアクチュエータに関する。

従来より、ボールねじにモータ、ギア等の動力機構を取り付けてユニット化され、単品で直動駆動を可能にする自動車や二輪車、船外機などに用いられるナット移動型のボールねじアクチュエータが知られている。
このようなボールねじアクチュエータにおいては、省スペース化、低コスト化が求められると共に、ユニット内におけるナットの回り止めが求められることが多い。

このような回り止め機構を備えたボールねじとして、特許文献１、２に開示されているものがある。特許文献１には、ナットの外周面の一部に矩形の凸形状部分を設け、この凸形状部分をハウジングの内周面に形成された溝に嵌め合わせることにより、ナットの回り止めを達成する技術が開示されている。
また、特許文献２には、チューブ部を矩形形状にし、ハウジング溝に嵌め合わせることにより、ナットの回り止めを達成する技術が開示されている。

特開２００６−２３３９９７号公報 特開２００７−００２８８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のボールねじ機構は、ナットの外周面に形成した矩形の凸形状部分と、ハウジングに形成された溝部とをそれぞれ精度良く加工せねばならず、この加工に要するコストについて検討の余地があった。また、回り止めのための凸形状部分がナットと一体化されているため、ハウジングに対して生じるナットの摩擦力による効率的な動作の点でボールねじアクチュエータの用途が制限されることがあり、摩擦によるボールねじの効率低下を引き起こすことについても検討の余地があった。
また、特許文献２に記載のボールねじ機構は、ナットと回り止め部とが別体であり、組み立て時にハウジング部との隙間を調整できるため、精度に対して特許文献１より要求が低いものの、コストについて検討の余地があった。また、循環部であるチューブ押えが回り止め部を兼ねるため、振動の点でボールねじアクチュエータの用途が制限されることがあり、検討の余地があった。チューブに意図しない荷重が加わり、ボールねじの挙動に影響を与え信頼性が低下すると考えられる。

本発明は上記課題に着目してなされたものであり、その目的は、低コストで高効率かつ耐振動性のボールねじアクチュエータを提供することにある。

上記目的を達成するためのボールねじアクチュエータのある態様は、電動モータと、その電動モータの回転力を伝達するボールねじと、そのボールねじを収容するハウジングとを備え、
前記ボールねじは、軸方向に延び、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸の螺旋溝に対向する螺旋溝が内周面に形成されたナットと、前記ねじ軸の螺旋溝及び前記ナットの螺旋溝により形成される転動路に転動自在に装填された複数の転動体と、前記ナットに装着され、前記転動体を前記転動路の終点から始点へ戻し循環させる戻し路が形成された循環部材と、この循環部材を覆うカバー部材とを備え、
前記ハウジングの内周面には、前記カバー部材に係合し、ナットの周方向の回転を制限して前記ナットを上記軸方向に移動可能とする前記軸方向に沿う溝部が形成される。

本発明の一態様によれば、低コストで高効率かつ耐振動性のボールねじアクチュエータを提供することができる。

ボールねじアクチュエータの第１実施形態における構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線に沿う断面図である。なお、循環部材のハッチングは省略している。 カバー部材の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は底面図、（ｅ）は斜視図、（ｆ）は他の例の斜視図である。 循環部材及びカバー部材を除いたボールねじとハウジングとの設置態様を示す分解斜視図である。 ボールねじアクチュエータの第１実施形態における変形例の構成を示す軸方向に直交する方向に沿う断面図である。なお、循環部材のハッチングは省略している。 ボールねじアクチュエータの第１実施形態における変形例の構成を示す軸方向に直交する方向に沿う断面図である。なお、循環部材のハッチングは省略している。 ボールねじアクチュエータの第２実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。

以下、ボールねじアクチュエータの実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１〜図３に示すように、ボールねじアクチュエータの第１実施形態は、図示しない電動モータと、その電動モータの回転力を伝達するボールねじ１と、そのボールねじ１を収容するハウジング２とを備える。

＜ボールねじ＞
ボールねじ１は、ねじ軸１１と、ナット１２と、転動体（例えばボール、図示せず）と、循環部材１３と、カバー部材１４とを有する。
［ねじ軸］
ねじ軸１１は、例えば、合金鋼等の鋼材により形成された軸方向に延びる棒状部材であり、螺旋状の螺旋溝１１Ａを外周面１１ａに有している。以下、ねじ軸１１に直接的又は間接的に設置された部材において、「軸方向」はねじ軸１１の軸方向を指す。

［ナット］
ナット１２は、循環部材１３及びカバー部材１４を外周面１２ａに備える。ナット１２は、例えば、合金鋼等の鋼材によりなる筒状部材であって、ねじ軸１１と同軸となるように外周側に配置されている。
ナット１２の内周面には、ねじ軸１１の螺旋溝１１Ａと対向する螺旋溝（図示せず）が形成されている。すなわち、ねじ軸１１の螺旋溝１１Ａとナット１２の螺旋溝とは、同じリードで形成されている。

［転動体］
転動体は、例えば、合金鋼等の鋼材で形成された球体であり、ねじ軸１１の螺旋溝１１Ａとナット１２の螺旋溝とで形成される転動路（負荷転動路ということがある）内に、転動自在に装填されている。すなわち、ボールねじ１は、電動モータの回転力が伝達されたねじ軸１１のナット１２に対する回転運動に伴って、転動路内を転動体が転動する。この転動体の転動により、ナット１２が転動体の転動を介して、ねじ軸１１の軸方向に沿って直線移動する構成となっている。

［循環部材］
循環部材１３は、その内部に戻し路（図示せず）が形成されたチューブ状の部材である。戻し路は、上記転動路の終点から始点へ転動体を戻して循環させる通路である。すなわち、循環部材１３は、一方の端部に移動した転動体を転動路内からすくい上げ、そのすくい上げた転動体を、戻し路を通じて、他方の端部から転動路内へ戻す機能を有する。
これにより、転動体は、ナット１２に対するねじ軸１１の回転運動に伴って、転動路、戻し路、転動路の順で転動体を無限循環する。すなわち、転動路及び戻し路によって、転動体の無限循環通路が形成されている。
ここで、循環部材１３は、図３に示すように、ナット１２の外周面に形成された平坦部１２ｂに取り付けられてもよい。

［カバー部材］
カバー部材１４は、循環部材１３を覆ってナット１２の外周面１２ａに取り付けられる部材である。カバー部材１４は、図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、平板形状のベース部１４０と、このベース部１４０の一方の面において矩形をなして突出する突出部１４１と、この突出部１４１内に、ベース部１４０の他方の面に貫通した空間として形成された収容部１４２とを有する。
ベース部１４０には、一方の面及び他方の面を貫通してカバー部材１４をナット１２の外周面１２ａに固定する固定部材を締着するためのねじ穴１４Ａ，１４Ａが形成されている。

また、収容部１４２は、カバー部材１４をナット１２の外周面１２ａに設置した際に、外周面１２ａから突出している循環部材１３を収容する空間を有していればよい。特に、収容部１４２は、図２（ａ），（ｄ）に示すように、内面が循環部材１３やその取付金具と接しない程度に離間する形状に形成されていることが好ましい。収容部１４２の内面と循環部材１３とが接しない程度に離間していることによって、ナット１２からカバー部材１４にもし力が加わってカバー部材１４が変形した場合でも循環部材１３への影響を抑え、ボールねじアクチュエータの駆動の安定性を維持することができる。

［カバー部材の材料］
カバー部材１４の材料としては、ハウジング２の材料に対して摩擦係数が低い材料を採用することが好ましく、その条件を満たした上で例えば、合成樹脂等よりなることが好ましい。このような合成樹脂としては、例えば、テフロン（登録商標）などの自己潤滑性の高い材料が挙げられる。また、カバー部材１４の材料として、摩耗量が少ない金属材料を採用する場合には、面精度良く加工するか、表面処理をして摩擦力を小さくすることが好ましい。
また、カバー部材１４は、ナット１２の外周面に形成された平坦部１２ｂ（図３参照）に、循環部材１３を覆うように取り付けられてもよい。

［カバー部材の断面形状］
カバー部材１４の軸方向に直交する面における断面形状としては、矩形形状（図１（ｂ）参照）や円弧形状（図４参照）が挙げられる。カバー部材１４の断面形状は、溝部２１の断面形状に合わせて選択されることが好ましい。具体的には、溝部２１の断面形状が矩形形状であれば、カバー部材１４の断面形状も矩形形状が好ましく、溝部２１の断面形状が円弧形状であれば、カバー部材１４の断面形状も円弧形状が好ましい。

［カバー部材の接触面形状］
溝部２１に対してカバー部材１４が接触する接触面（突出部１４１の上面）の形状としては、図２（ｅ）に示す矩形形状や、図２（ｆ）に示すクラウニング形状が挙げられる。
カバー部材１４の接触面の形状を矩形形状とした場合は、溝部２１に対する接触面積が大きいので面圧が低く、摩耗が少ないので、高効率で高耐久性のボールねじアクチュエータを提供することができる。
一方、カバー部材１４の接触面の形状をクラウニング形状とした場合は、溝部２１に対する接触面積が小さいので面圧が高いが、潤滑下では摩擦が小さく摺動抵抗を低くすることができるので、高効率で高耐久性のボールねじアクチュエータを提供することができる。

ここで、ナット１２とハウジング２０とを摺動させるために、溝部２１とカバー部材１４との間にはわずかな隙間があるので、ねじ軸１１の回転によって隙間分だけナット１２が傾く。
この隙間を小さく設定できる場合は、溝部２１を矩形形状にすることで面圧を下げることができる。しかし、コストや製造上の理由などで上記隙間を大きくせざるを得ない場合は、溝部２１を矩形形状にすると、接触面の形状を矩形形状としたカバー部材１４の角部が、ナット１２の傾きによって溝部２１の内面に接触し、面圧が上がって上記角部の摩耗が促進される。
このように、カバー部材１４を樹脂で製作するなど、寸法精度を確保しにくい場合は、図２（ｆ）に示すように、カバー部材１４の接触面の形状をクラウニング形状に形成することが好ましい。

［ハウジング］
ハウジング２は、ナット１２と同様に筒状をなす本体部２０からなり、ナット１２の外周面を覆うようにその外周側に同軸に配置されている。本体部２０の内周面２０ａの軸方向に対する径（内径）は、ナット１２の外周面１２ａの軸方向に対する径（外径）よりも大きく設定される。

［溝部］
また、本体部２０の内周面２０ａには、軸方向（ねじ軸１１の軸方向と同じ方向）に沿う溝部２１が形成される。この溝部２１は、ハウジング２内にボールねじ１のナット１２を収容したときに、カバー部材１４に係合し、ナット１２の周方向の回転を制限してナット１２を軸方向に移動可能とするように形成される。

［溝部の断面形状］
ここで、溝部２１の断面形状（軸方向に直交する面における断面形状）としては、矩形形状と円弧形状とが挙げられる。上述したように、溝部２１の断面形状は、カバー部材１４の断面形状に合わせて選択されることが好ましい。具体的には、カバー部材１４の断面形状が矩形形状であれば、溝部２１の断面形状も矩形形状が好ましく、カバー部材１４の断面形状が円弧形状であれば、溝部の断面形状も円弧形状が好ましい。

溝部２１の断面形状を矩形形状とした場合は、トルクによる負荷とカバー部材１４に対する接触面とが垂直なので、トルクによる荷重相当しか反力がかからず、円弧形状より面圧が低く、摩耗が少ないので、高効率で高耐久性のボールねじアクチュエータを提供することができる。
一方、溝部２１の断面形状を円弧形状とした場合（図４参照）は、打ち抜き機、フライス盤、形削り盤によって加工できるので、加工が容易である。また、円柱形状のハウジング母材に対して溝部２１を先にドリルで穿孔し、その後、内周面２０ａをドリルで穿孔して形成することも可能である。ここで、溝部２１の断面形状を円弧形状とした場合は、カバー部材１４に対する接触面積が小さいので面圧が高いが、図５に示すように、ハウジング２の周方向に対向する位置に対をなして複数の溝部２１，２１を形成してもよい。この複数の溝部２１，２１の形成についても、打ち抜き機、フライス盤、形削り盤による加工や、円柱形状のハウジング母材に対して２つの溝部２１，２１を先にドリルで穿孔し、その後、内周面２０ａをドリルで穿孔する加工が可能である。
これら溝部２１，２１のうち、ナット１２側に対応する循環部材１３がない方の溝部２１には、ダミーのカバー部材１４’をナット１２に取り付けることが好ましい。このようにすることで、径方向の分力を相殺することができ、高効率で高耐久性のボールねじアクチュエータを提供することができる。

このように、本実施形態のボールねじアクチュエータは、省スペース化の結果、小型化されたナット１２の外周面１２ａから突出する循環部材１３を覆うカバー部材１４と溝部２１との係合によりナット１２の回り止め機能を有する。
すなわち、機能を持たない溝部２１を、ナット１２の回り止め機能を構成する要素として利用するので、低コストを実現することができる。
また、これら回り止め機能を構成する要素は、ボールねじアクチュエータ内に組み込めるので、省スペース化を実現することができる。
また、カバー部材１４の材料として、テフロン（登録商標）などの低摩擦材を使用することができるので、摩擦力によるボールねじアクチュエータの効率低下を抑制することができる。
さらに、回り止め機能をボールねじアクチュエータ内に組み込んでいるので、グリース等が大気にさらされることなく、潤滑を保持しやすいという効果も奏する。
よって、低コストで高効率かつ耐振動性のボールねじアクチュエータを提供することができる。

（第２実施形態）
次に、ボールねじアクチュエータの第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、上述した第１実施形態と同様の部材及び部位には、同じ符号を付し、その重複する説明は省略する。

図６に示すように、本実施形態のボールねじアクチュエータは、ハウジング２の本体部２０の一方の端部に、ナット１２の軸方向の一方の端面１２ｂが係合する制限部２２が設けられている。制限部２２としては、図６に示すような段差部２２の態様でもよいが、本体部２０を加工することなく、一方の端部にブッシュを嵌め込み、このブッシュをナット１２の軸方向の一方の端面１２ｂが係合する制限部２２としてもよい。

このように、制限部２２をハウジング２の本体部２０に設けることにより、機能を持たない溝部２１に回り止め機能を備えるだけでなく、ナット１２の軸方向の行き過ぎ防止の機能を有する。よって、ナット１２の回り止め機能、及び行き過ぎ防止機能をハウジング２の内部に設けることで、ボールねじアクチュエータの低コスト化、省スペース化を図ることができる。

以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例又は実施形態も網羅すると解すべきである。

１ ボールねじ
１１ ねじ軸
１１ａ ねじ軸の外周面
１１Ａ （ねじ軸の）螺旋溝
１２ ナット
１２ａ （ナットの）外周面
１２ｂ 平坦面
１３ 循環部材
１４ カバー部材
１４１ 突出部
１４２ 収容部
２ ハウジング
２０ ハウジング本体
２１ 溝部
２２ 制限部

Claims (7)

1. 電動モータと、その電動モータの回転力を伝達するボールねじと、そのボールねじを収容するハウジングとを備え、
   前記ボールねじは、軸方向に延び、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸の螺旋溝に対向する螺旋溝が内周面に形成されたナットと、前記ねじ軸の螺旋溝及び前記ナットの螺旋溝により形成される転動路に転動自在に装填された複数の転動体と、前記ナットに装着され、前記転動体を前記転動路の終点から始点へ戻し循環させる戻し路が形成された循環部材と、この循環部材を覆うカバー部材とを備え、
   前記ハウジングの内周面には、前記カバー部材に係合し、ナットの周方向の回転を制限して前記ナットを前記軸方向に移動可能とする前記軸方向に沿う溝部が形成されたことを特徴とするボールねじアクチュエータ。
2. 前記カバー部材が合成樹脂製である請求項１に記載のボールねじアクチュエータ。
3. 前記カバー部材の軸方向に直交する断面形状が矩形形状又は円弧形状である請求項１に記載のボールねじアクチュエータ。
4. 前記溝部の軸方向に直交する断面形状が矩形形状又は円弧形状である請求項１に記載のボールねじアクチュエータ。
5. 前記溝部が周方向に対向する位置に対をなして複数形成された請求項１に記載のボールねじアクチュエータ。
6. 前記ナットの外周面に平坦部が形成され、この平坦部に前記循環部材及び前記カバー部材が取り付けられた請求項１に記載のボールねじアクチュエータ。
7. 前記ハウジングには、前記ナットの前記軸方向の移動を制限する制限部が設けられた請求項１に記載のボールねじアクチュエータ。

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