JP2018168918A - ボールねじ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボールねじ装置において、ナットとねじ軸との間においてグリースが少なくなっても、この間にグリースを補給可能とする。【解決手段】ボールねじ装置17は、ねじ軸18と、ナット19と、有底筒形状でありナット19が取り付けられているハウジング21とを備え、ねじ軸18の回転運動をハウジング21の直線運動に変換する。ボールねじ装置17は、通常使用状態と補給状態とに切り替えて用いられ、通常使用状態では、前記直線運動により、ハウジング21の底部32が、ねじ軸18の端部33と離れた第一位置P1と、この端部33に近い第二位置P2との間を往復する。補給状態では、前記直線運動により、ハウジング21の底部32が、更にねじ軸18の端部33に近い第三位置(P0)となることで、ナット19とハウジング21の底部32との間に存在するグリースがナット19の径方向内側に取り入れられる。【選択図】 図4
Description
本発明は、ボールねじ装置に関する。
ボールねじ装置は、回転運動を直線運動に変換することができ、様々な分野で広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。図6は、自動車のブレーキ装置が有するボールねじ装置の断面図である。このボールねじ装置は、ねじ軸91と、このねじ軸91の外周側に設けられているナット92と、ねじ軸91の螺旋溝とナット92の螺旋溝との間に設けられている複数のボール93と、ナット92が取り付けられているハウジング94とを備えている。ハウジング94は、有底筒形状であり、開口側(図6の右側)においてナット92が取り付けられており、ハウジング94とナット92とは一体となっている。ブレーキ装置が有する筒部(シリンダ)98内において、ハウジング94は軸方向に移動可能でありかつ周方向に回転不能となって設けられており、図外のモータによってねじ軸91が回転すると、ナット92及びハウジング94が前進(又は後退)する。ブレーキ装置の場合、ハウジング94にバックアッププレート95を介してパッド96が取り付けられており、ハウジング94が前進することで、自動車の車輪と一体回転するディスク100に対してパッド96が接触し、制動力を生じさせることができる。
前記モータが正回転するとナット92及びハウジング94は軸方向一方側に前進し、モータが逆回転するとナット92及びハウジング94は軸方向他方側に後退する。ブレーキ装置の場合、ハウジング94の前進と後退との往復動作(ストローク運動)が行われ、前進で制動状態(ブレーキオン)となり、後退で制動が解除される(ブレーキオフ)。このような往復運動が繰り返されると、ナット92とねじ軸91との間であってボール93が存在している軌道路99のグリースは、図6の矢印Gに示すように、ボール93が存在していないナット92の軸方向外側へ徐々に押し出され、やがて軌道路99においてグリースが少なくなって潤滑性能が低下する。貧潤滑状態となるとボールねじ装置の寿命低下に繋がる。
そこで、本発明は、ボールねじ装置において、ナットとねじ軸との間においてグリースが少なくなっても、この間にグリースを補給可能とすることを目的とする。
本発明のボールねじ装置は、外周に第一螺旋溝が形成されているねじ軸と、当該ねじ軸の外周側に設けられ内周に第二螺旋溝が形成されているナットと、前記第一螺旋溝と前記第二螺旋溝との間に設けられている複数のボールと、有底筒形状であって軸方向一方の底部側において前記ねじ軸の軸方向一方の端部を収容可能としかつ軸方向他方の開口側において前記ナットが取り付けられているハウジングと、を備え、前記ハウジングと前記ねじ軸との内の一方の回転運動を他方の直線運動に変換するボールねじ装置であって、前記直線運動により、前記ハウジングの前記底部が、前記ねじ軸の前記端部と離れた第一位置と、当該第一位置よりも前記ねじ軸の前記端部に近い第二位置との間を往復する通常使用状態と、前記直線運動により、前記ハウジングの前記底部が、前記第二位置よりも更に前記ねじ軸の前記端部に近い第三位置となることで、前記ナットと前記ハウジングの前記底部との間に存在するグリースが当該ナットの径方向内側に取り入れられる補給状態と、に切り替えて用いられる。
このボールねじ装置によれば、通常使用状態では、ハウジングの底部が第一位置と第二位置との間を往復し、これが継続して行われることで、ナットとねじ軸との間においてグリースが少なくなることがある。そこで、補給状態となれば、ナットとハウジングの底部との間に存在するグリースが、ハウジングの底部に押されることによって流動して、ナットの径方向内側に取り入れられる。このように、ナットとねじ軸との間においてグリースが少なくなっても、補給状態とすればグリースが補給されて潤滑性能が復帰する。この結果、ボールねじ装置の寿命向上に繋がる。
また、前記通常使用状態よりも前記補給状態となる頻度が少ないのが好ましい。これにより通常使用状態を主とした運用が可能となる。
また、前記ボールねじ装置は、車両のブレーキ装置用のボールねじ装置であって、車両が走行する際、前記通常使用状態にあり、車両を駐車する際、前記補給状態となるのが好ましい。これにより、車両(自動車)を駐車する際にグリースが補給され、潤滑性能が復帰する。
また、前記ボールねじ装置は、車両のブレーキ装置用のボールねじ装置であって、車両が走行する際、前記通常使用状態にあり、車両を駐車する際、前記補給状態となるのが好ましい。これにより、車両(自動車)を駐車する際にグリースが補給され、潤滑性能が復帰する。
本発明によれば、ナットとねじ軸との間においてグリースが少なくなっても、補給状態とすればグリースが補給されるので潤滑性能が復帰し、ボールねじ装置の寿命向上が可能となる。
本発明のボールねじ装置は、例えば、車両(自動車)のブレーキ装置に用いられる。図1はブレーキ装置5の一例を示す断面図である。ブレーキ装置5は、自動車の車輪と一体回転するディスク6に対して摩擦による制動力を付与する。この制動力を発生させるために、ブレーキ装置5はボールねじ装置17を備えている。なお、図1では、ブレーキ装置5は非制動状態にある。
ブレーキ装置5は、図外のナックル等に支持されたフローティングタイプのキャリパ7と、ディスク6を挟む一対のパッド8とを備えている。キャリパ7は、第一ボディ9と、この第一ボディ9と一体となっている第二ボディ10と、第一ボディ9に取り付けられているカバー11とを備えている。一方(図1では右側)のパッド8は、ボールねじ装置17が有する後述のハウジング21に取り付けられている第一バックアッププレート12に支持されており、他方(図1では左側)のパッド8は、第二ボディ10に取り付けられている第二バックアッププレート13に支持されている。
第一ボディ9は、筒本体部14と底板部15とを含む筒形状(有底筒形状)を有しており、ディスク6側に向かって開口している。筒本体部14の内側にボールねじ装置17が設けられており、ボールねじ装置17は、ねじ軸18と、ナット19と、複数のボール20と、ハウジング21とを備えている。ねじ軸18の中心線Cがボールねじ装置17の中心線となり、この中心線Cに平行な方向を軸方向と呼ぶ。
第一ボディ9の底板部15に貫通孔16が形成されている。この貫通孔16に転がり軸受22が取り付けられており、ねじ軸18は、転がり軸受22を介して、第一ボディ9により、中心線C回りの周方向に回転可能でかつ軸方向について移動不能として支持されている。ハウジング21と筒本体部14との間にはキー24が設けられており、ハウジング21は筒本体部14に対して軸方向に往復移動可能であるが、中心線C回りの周方向に回転不能となっている。
ナット19とハウジング21とは後にも説明するが一体となっており、ねじ軸18が一方向に回転(正回転)すると、ナット19とハウジング21とはねじ軸18に沿って軸方向一方側(図1では左側)へ移動する。これに対して、ねじ軸18が他方向に回転(逆回転)すると、ナット19とハウジング21とはねじ軸18に沿って軸方向他方側(図1では右側)へ移動する。図1に示すブレーキ装置5では、移動するハウジング21がピストンとして機能し、第一ボディ9(筒本体部14)がハウジング21を収容してガイドするシリンダとして機能する。
筒本体部14の外側に、モータ(電動モータ)51と、減速装置23とが設けられている。モータ51にはコントロールユニット52から指令信号が入力され、この指令信号に基づいてモータ51は正回転、逆回転、停止する。減速装置23は、モータ51の出力軸に固定されている第一のギヤ25と、ねじ軸18の軸方向他方側の端部に固定されている第二のギヤ26と、これらギヤ25,26の間に設けられている中間ギヤ27とを有している。なお、減速装置23は他の構成であってもよい。
以上の構成により、モータ51が回転するとナット19及びハウジング21が、軸方向に移動する。つまり、モータ51から減速装置23を介して伝達されるねじ軸18の回転運動が、ボールねじ装置17によって、ハウジング21の軸方向の直線運動に変換される。これにより、一対のパッド8がディスク6を挟み制動力を発生させる。
図2は、ボールねじ装置17の分解斜視図である。図3は、ボールねじ装置17の断面図である。図2及び図3に示すように、ボールねじ装置17は、入力部材としてのねじ軸18と、ねじ軸18の外周側に設けられている出力部材としてのナット19とを備えている。ねじ軸18の外周に第一螺旋溝29が形成されており、ナット19の内周に第二螺旋溝30が形成されている。ねじ軸18は、ナット19よりも軸方向に長く、ナット19(第二螺旋溝30)よりも軸方向に広い範囲で第一螺旋溝29が形成されている。複数のボール20は、第一螺旋溝29と第二螺旋溝30との間に設けられている。なお、本実施形態では、後にも説明するが、第一螺旋溝29と第二螺旋溝30との間には、コイルスプリング53も設けられている。
ハウジング21は、筒部31と底部32とを含む有底筒形状であって、軸方向一方側である底部32側においてねじ軸18の軸方向一方側の端部33を収容可能としており、かつ、軸方向他方側となる開口側においてナット19が取り付けられている。ナット19をハウジング21に取り付ける(固定する)ために、ボールねじ装置17は、ナット19の軸方向他方の端面38と接触するC形の止め輪28を備えている。
図3において、ハウジング21の筒部31は、ナット19の外周面34が嵌合する内周面35と、ナット19の軸方向一方側の端面36と接触する環状面37と、止め輪28を取り付けるための凹溝39とを有している。ハウジング21の内周面35にナット19を嵌め入れ、凹溝39に止め輪28を取り付けることで、ナット19は、ハウジング21の環状面37と止め輪28とによって軸方向に挟まれた状態となり、ナット19はハウジング21の軸方向他方側から脱落不能となる。ハウジング21の内周側に形成される空間は、環状面37(の内周縁)から軸方向一方側に位置する小径の穴部49と、環状面37を含みこの環状面37から軸方向他方側(開口側)に位置する大径の穴部48とによって構成されており、大径の穴部48にナット19が取り付けられている。
また、図2に示すように、ナット19の軸方向一方側の端部40における外周形状は多角形となっており、ハウジング21の内周面35の軸方向一方側が、ナット19の前記端部40の形状に対応する多角形となっている。以上より、ナット19とハウジング21とは一体となっており、また、ナット19とハウジング21とは相対的に回転不能となる。
本実施形態のボールねじ装置17は(図3参照)、ボール20が循環しない非循環方式であり、第一螺旋溝29と第二螺旋溝30との間の軌道路42には、複数のボール20の他、コイルスプリング53(図2参照)が設けられる。
以上の構成を備えている前記ボールねじ装置17の潤滑方式はグリース潤滑であり、複数のボール20が設けられている軌道路42にはグリースが塗布されている。このグリースは、ボールねじ装置17を組み立てる際に塗布される。本実施形態では(図3参照)、グリース44は、軌道路42に塗布されている他に、ねじ軸18とハウジング21(小径の孔部49)との間にも設けられており、ねじ軸18とハウジング21との間には、グリース44が充填された状態にある。
図4(A)(B)(C)は、ボールねじ装置17の動作を説明する断面図である。前記のとおり、ねじ軸18が一方向に回転(正回転)することでハウジング21とナット19とは軸方向一方側、つまり、ブレーキ装置5のディスク6に接近する側へ直線移動し、ねじ軸18が他方向に回転(逆回転)することでハウジング21とナット19とは軸方向他方側、つまり、ディスク6から離れる側へ直線移動する。ねじ軸18の正回転と逆回転との切り替えは、前記のとおりコントロールユニット52の制御による。
ハウジング21(及びナット19)がディスク6に接近する方向の動作を「前進」とし、これとは反対に、ハウジング21(及びナット19)がディスク6から離れる方向の動作を「後退」とする。図4(A)(B)(C)では、ねじ軸18は変位しないものとし、このねじ軸18に対してハウジング21(及びナット19)が軸方向に変位する状態を示している。図4(A)は、ハウジング21が(最も)後退しており、その底部32がねじ軸18の端部33に(最も)接近した状態を示している。この状態におけるハウジング21の底部32(端面60)の位置を「原点位置P0」と定義する。図4(B)は、この原点位置P0からハウジング21が前進した状態を示しており、また、図4(C)は、図4(B)に示す状態から更にハウジング21が前進した状態を示している。図4(C)に示すハウジング21の底部32(端面60)の位置を「第一位置P1」と定義し、図4(B)に示すハウジング21の底部32(端面60)の位置を「第二位置P2」と定義する。図4(C)に示す第一位置P1にあるハウジング21の底部32は、ねじ軸18の端部33と軸方向に離れており、図4(B)に示す第二位置P2にあるハウジング21の底部32は、第一位置P1よりもねじ軸18の端部33に軸方向について近い状態にある。
図4(B)に示すように、ハウジング21の底部32が第二位置P2にある場合、パッド8はディスク6に接触しておらず、非制動状態にある。これに対して、図4(C)に示すように、ハウジング21の底部32が第一位置P1にある場合、パッド8はディスク6に接触しており、制動状態となる。なお、自動車のドライバーが強くブレーキ操作した場合(急ブレーキした場合)ハウジング21は第一位置P1よりも更に軸方向一方側(図4では左側)へ移動することができる。しかし、ここでは、ドライバーが前記のような急ブレーキを行う緊急運転状態ではなく、通常走行で減速するためのブレーキ操作が行われる通常使用状態を例として、ブレーキ装置5及びボールねじ装置17の動作を説明する。通常使用状態では、ドライバーがブレーキ操作する毎に、コントロールユニット52からの信号によりモータ51が動作し、ねじ軸18の回転運動に基づくハウジング21の直線運動により、ハウジング21の底部32(端面60)が、図4(C)に示す第一位置P1と、図4(B)に示す第二位置P2との間を往復動作する。
図5(A)(B)(C)それぞれは、ねじ軸18の第一螺旋溝29及びナット19の第二螺旋溝30を平面に展開した状態を示す説明図である。図5(A)(B)(C)には、ナット19及びこのナット19と一体であるハウジング21をそれぞれ簡略化して示している。全てのボール20は、ナット19の内周側に収容された状態にあり、第二螺旋溝30の両端部側において、ストッパ部材61,62が第二螺旋溝30から脱落しないように設けられている。一方のストッパ部材61と複数のボール20の列との間にコイルスプリング53が設けられており、また、他方のストッパ部材62と複数のボール20の列との間にもコイルスプリング53が設けられている。本実施形態では、複数のボール20の列中にもコイルスプリング53が設けられている。
これらボール20、ストッパ部材61,62、及びコイルスプリング53が設けられているナット19の第二螺旋溝30、並びに、第二螺旋溝30に対向する第一螺旋溝29にはグリース44が塗布されている。しかし、前記の通常使用状態では、ハウジング21の底部32(端面60)が、図5(C)に示す第一位置P1と、図5(B)に示す第二位置P2との間を往復動作し、更に、この往復動作が繰り返し継続することから、やがて、前記グリース44はナット19の軸方向外側へ徐々に押し出される(図5(C)参照)。
そこで、本実施形態のボールねじ装置17では、所定のタイミングで、ねじ軸18の回転運動に基づくハウジング21の直線運動(後退)により、ハウジング21の底部32を、図5(B)に示す第二位置P2よりも更にねじ軸18の端部33に近い第三位置とする。本実施形態では、この第三位置を、前記原点位置P0(図5(A))としている。つまり、ハウジング21の底部32が、図5(C)に示す第一位置P1と、図5(B)に示す第二位置P2との間を往復動作していた後、所定のタイミングで、図5(A)に示す原点位置P0に後退する。
このように、ハウジング21の底部32が原点位置P0(第三位置)となることで、この底部32がねじ軸18の端部33に近づき、前記のように往復動作により押し出されてナット19とハウジング21の底部32との間に存在していたグリース44が、底部32に押されることによってナット19側へ流動して、ナット19の径方向内側に取り入れられる。このように、ハウジング21の底部32が原点位置P0(第三位置)となる図5(A)に示す状態を「補給状態」と呼ぶ。
以上より、本実施形態のブレーキ装置5では、通常走行によるブレーキ動作を行う通常使用状態の他に、この通常使用状態よりも頻度が少ないが、補給状態となる。通常使用状態と補給状態との切り替えは、コントロールユニット52からモータ51に送信される指令信号に基づく。つまり、コントロールユニット52がモータ51へ、状態を切り替えるために異なる信号を出力する。
通常使用状態から補給状態へ切り替わるタイミングの例としては、自動車を駐車する際に用いられるパーキングブレーキのタイミングである。つまり、自動車(車両)が走行するために通常用いられるサービスブレーキの際には、ブレーキ装置5(ボールねじ装置17)は通常使用状態にあるが、自動車を駐車するために用いられるパーキングブレーキの際に、一旦、補給状態となる(図4(A)及び図5(A))。このように補給状態になると、その後、直ぐに、ねじ軸18の回転方向が反対となって、ハウジング21は図4(C)及び図5(C)に示す第一状態となり、これにより、パーキングブレーキによる制動状態となる。なお、パーキングブレーキは、例えば給油の際や、駐車場に停車する際に用いられるので、ある程度の距離を走行する毎に、ブレーキ装置5(ボールねじ装置17)は補給状態となる。又は、自動車が所定の走行距離(例えば500キロメートル)について走行する毎に(パーキングブレーキとは関係なく)、コントロールユニット52は、ボールねじ装置17を補給状態に切り替える制御を行ってもよい。
以上のように、本実施形態のボールねじ装置17は、通常使用状態と補給状態とに切り替えて用いられる。通常使用状態では、ハウジング21の直線運動により、その底部32が、ねじ軸18の端部33と離れた第一位置P1(図4(C)、図5(C))と、この第一位置P1よりもねじ軸18の端部33に近い第二位置P2(図4(B)、図5(B))との間を往復する。これに対して、前記補給状態では、ハウジング21の直線運動により、その底部32が、第二位置P2よりも更にねじ軸18の端部33に近い第三位置(原点位置P0:図4(A)、図5(A))となることで、ナット19とハウジング21の底部32との間に存在するグリース44がナット19の径方向内側に取り入れられる。
このボールねじ装置17によれば、通常使用状態では、ハウジング21の底部32が第一位置P1と第二位置P2との間を往復し、これが継続して行われることで、ナット19とねじ軸18との間においてグリース44が少なくなることがある。そこで、補給状態となれば、ナット19とハウジング21の底部32との間に存在していたグリース44が、ハウジング21の底部32に押されることによって流動して、ナット19の径方向内側に取り入れられる。このように、通常使用状態によりナット19とねじ軸18との間においてグリース44が少なくなっても、補給状態とすればグリース44が補給されて潤滑性能が復帰する。この結果、ボールねじ装置17の寿命向上に繋がる。
本実施形態のボールねじ装置17は、自動車のブレーキ装置5用であり、パーキングブレーキの際に補給状態となることから、例えば自動車を駐車する際にグリース44が補給され、潤滑性能が復帰する。このように、パーキングブレーキの際に補給状態となることで、通常使用状態よりも補給状態となる頻度が少ないことから、自動車の走行の際のブレーキ操作(サービスブレーキ)の邪魔にならず、走行時、ブレーキ装置5では、通常使用状態を主とした運用となる。
以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明のボールねじ装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。前記実施形態では、前記第三位置を、原点位置P0としたが、これ以外の位置であってもよく、第三位置は、第二位置P2と原点位置P0との間の位置であってもよい。また、第三位置は、一定の位置ではなく設定により変更してもよい。
また、前記実施形態では、ボールねじ装置17が、ねじ軸18の回転運動をハウジング21の直線運動に変換する場合について説明したが、これとは反対に、ハウジング21(及びナット19)の回転運動をねじ軸18の直線運動に変換するボールねじ装置17においても、前記の各構成を備えさせることができる。つまり、本発明のボールねじ装置は、ハウジングとねじ軸との内の一方の回転運動を、ハウジングとねじ軸との内の他方の直線運動に変換するものであればよい。
また、前記実施形態では、ボールねじ装置17が、ねじ軸18の回転運動をハウジング21の直線運動に変換する場合について説明したが、これとは反対に、ハウジング21(及びナット19)の回転運動をねじ軸18の直線運動に変換するボールねじ装置17においても、前記の各構成を備えさせることができる。つまり、本発明のボールねじ装置は、ハウジングとねじ軸との内の一方の回転運動を、ハウジングとねじ軸との内の他方の直線運動に変換するものであればよい。
また、前記実施形態のボールねじ装置17は、ボール20が循環しない非循環方式であるが、循環方式であってもよい。また、ボールねじ装置17が、ブレーキ装置に用いられる場合を説明したが、その他の機器にも適用可能である。
17:ボールねじ装置 18:ねじ軸 19:ナット
20:ボール 21:ハウジング 29:第一螺旋溝
30:第二螺旋溝 32:底部 33:端部
44:グリース P1:第一位置 P2:第二位置
P0:原点位置(第三位置)
20:ボール 21:ハウジング 29:第一螺旋溝
30:第二螺旋溝 32:底部 33:端部
44:グリース P1:第一位置 P2:第二位置
P0:原点位置(第三位置)
Claims (3)
- 外周に第一螺旋溝が形成されているねじ軸と、当該ねじ軸の外周側に設けられ内周に第二螺旋溝が形成されているナットと、前記第一螺旋溝と前記第二螺旋溝との間に設けられている複数のボールと、有底筒形状であって軸方向一方の底部側において前記ねじ軸の軸方向一方の端部を収容可能としかつ軸方向他方の開口側において前記ナットが取り付けられているハウジングと、を備え、前記ハウジングと前記ねじ軸との内の一方の回転運動を他方の直線運動に変換するボールねじ装置であって、
前記直線運動により、前記ハウジングの前記底部が、前記ねじ軸の前記端部と離れた第一位置と、当該第一位置よりも前記ねじ軸の前記端部に近い第二位置との間を往復する通常使用状態と、
前記直線運動により、前記ハウジングの前記底部が、前記第二位置よりも更に前記ねじ軸の前記端部に近い第三位置となることで、前記ナットと前記ハウジングの前記底部との間に存在するグリースが当該ナットの径方向内側に取り入れられる補給状態と、
に切り替えて用いられる、ボールねじ装置。 - 前記通常使用状態よりも前記補給状態となる頻度が少ない、請求項1に記載のボールねじ装置。
- 車両のブレーキ装置用のボールねじ装置であって、
車両が走行する際、前記通常使用状態にあり、車両を駐車する際、前記補給状態となる、請求項1又は2に記載のボールねじ装置。
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