JP4099952B2 - ボールねじ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールがばらつかないよう保持するための保持器を、ねじ軸とナット体との間に配置したボール非循環型ボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のボール非循環型ボールねじには、ボールがばらつかないよう保持するための保持器を、ねじ軸とナット体との間に配置した構成とし、ねじ軸とナット体との相対的な移動を、例えばねじ軸に設けたストッパピンに保持器が当たることで規制する構成のものがある。
【０００３】
そして図５に示すように、前記保持器１００は１リード分だけ捻られた螺旋形状をしており、ストッパピン（図示せず）に当たる軸心方向に突出した段付き面１０１を両側に有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のボール非循環型ボールねじでは、保持器１００は１リード分だけ捻られた螺旋形状をしており、ストッパピンに当たる軸心方向に突出した段付き面１０１を幅方向の両側に有しているので、その分だけねじ軸とナット体が相対的に移動できる距離が少なくなってしまう。さらに、保持器１００を螺旋形状に形成するのは技術的に難しかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るボールねじ装置は、ねじ軸の外周面に形成した螺旋溝の溝壁面およびねじ軸に外嵌するナット体の内周面に形成した螺旋溝の溝壁面を軌道面として、複数のボールがねじ軸とナット体との間に転動自在に設けられ、前記ねじ軸とナット体との間に、前記ボールがばらつかないよう保持するための保持器が配置され、ボールが装着されるポケットが保持器本体の周方向に所定間隔置きに螺旋上に形成され、ねじ軸およびナット体が軸心方向に相対移動可能に構成されたボール非循環型のボールねじ装置において、前記ねじ軸の外周面およびナット体の内周面のうち少なくとも一方に、ねじ軸とナット体の軸心方向への相対移動の際に端部のボールの螺旋方向への移動を規制する規制部材が設けられ、前記ボールは軸受鋼で構成され、ただし前記端部のボールのみがセラミックで形成されている。
また、本発明の他のボールねじ装置では、前記端部のボールが他のボールより小径に形成されている。
【０００６】
また、規制部材が、ねじ軸およびナット体の相対移動の際に所定の移動量を確保する位置でねじ軸の外周面上およびナット体の内周面上に配置されている。
【０００７】
さらに、規制部材は、螺旋溝の溝壁面に固定された胴部と、この胴部に対して拡径されて螺旋溝に突出するとともにねじ軸およびナット体の軸心方向への相対移動の際に螺旋方向端部のポケットに保持されたボールに当たる頭部とを有している。
【０００８】
上記構成において、例えばナット体が軸心回りに回転する保持器に保持された複数のボールが螺旋溝に沿って移動することでねじ軸がナット体に対して軸心方向に移動して伸張し、ナット体が逆方向に回転するとねじ軸がナット体に対して反対方向に移動して縮む。
【０００９】
このようにしてナット体とねじ軸とが相対的に移動する際、先行するボール（螺旋方向端部のポケットに保持されたボール）が螺旋溝に取付けた規制部材に当たることによりボールの移動が阻止され、ボールが螺旋溝から離脱してばらけてしまうのを防止する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態のボールねじ装置を車両の無段変速機に用いた全体断面図、図２はボールねじ装置の全体構成を示す断面図、図３はボールねじ装置の要部拡大断面図、図４はボールを保持した状態の保持器の斜視図である。
【００１１】
ここで図１に基づいて、ボールねじ装置（送り装置）９を用いた無段変速機の全体構成を説明する。図例の無段変速機は、径方向に互いに平行に配置された入力軸１と出力軸２とを備え、入力軸１は不図示のエンジン出力に応じた回転数で回転され、出力軸２は不図示の車輪に動力を伝達するもので、乾式の無段変速機である。
【００１２】
前記入力軸１には主動側Ｖ溝プーリ３が、出力軸２には従動側Ｖ溝プーリ４がそれぞれ連結されており、これら両プーリ３，４間には、複合ベルト（以下単に「ベルト」と称す）５が巻き掛けられている。そして操作ユニット６を駆動して各プーリ３，４の幅を変更してベルト５の巻き掛け径を調節することにより、エンジン出力を無段階に変速して出力軸２に伝達する構成になっている。
【００１３】
前記主動側Ｖ溝プーリ３は、入力軸１に固定された固定フランジ３１と、入力軸１に同軸状に配設されてスプライン嵌合された可動フランジ３２とを有し、両フランジ３１，３２は互いの対向面が円錐面になっていて、両対向面間でＶ溝３３が構成されている。
【００１４】
前記従動側Ｖ溝プーリ４は、出力軸２に固定された固定フランジ４１と、出力軸２に同軸状に配設されてスプライン嵌合された可動フランジ４２とを有する。両フランジ４１，４２は互いの対向面が円錐面になっていて、両対向面間でＶ溝４３が構成されている。可動フランジ４２は、図示しないバネ部材で固定フランジ４１に向けて常時付勢されている。
【００１５】
前記操作ユニット６は、主動側Ｖ溝プーリ３の可動フランジ３２を軸心方向にスライドさせることによりプーリ３，４に対するベルト５の巻き掛け径を可変させて無段変速操作を行うものであり、ＤＣモータ７と、変速用アクチュエータ歯車列８と、ボールねじ装置（送り装置）９とを含む。
【００１６】
前記変速用アクチュエータ歯車列８は、モータ７側に設けられる第１歯車８１と、主動側Ｖ溝プーリ３側に設けられる第２歯車８２と、第１歯車８１と第２歯車８２とに噛合する第３歯車８３とを備えている。第２歯車８２は、第３歯車８３に噛合する大径歯車部８４と、この大径歯車部８４から軸心方向に離れた位置に設けられる軸心方向に長い小径歯車部８５とを一体に有している。
【００１７】
前記ボールねじ装置９は、上記変速用アクチュエータ歯車列８の第２歯車８２から与えられる回転動力を軸心方向推進力に変換するボール非循環型のものであり、図２に示すように、後述の固定環（ねじ軸に相当する）９１の外周面に形成した螺旋溝１６ａの溝壁面および固定環９１に外嵌する可動環（ナット体に相当する）９２の内周面に形成した螺旋溝１６ｂの溝壁面を軌道面とすることで、螺旋溝１６ａ，１６ｂとほぼ同径で複数のボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが固定環９１と可動環９２との間に転動自在に設けられ、前記固定環９１と可動環９２との間に、前記ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃがばらつかないよう保持するための保持器１７が配置されている。
【００１８】
この保持器１７はボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが装着されるポケット１７ａ，１７ｂ，１７ｃが保持器本体１７ｄの周方向に所定間隔置きに並べて形成され、固定環９１および可動環９２は軸心方向に相対移動可能（この場合固定環９１に対して可動環９２軸心方向に移動可能）に構成されている。
【００１９】
そして図４に示すように、前記保持器１７は単純な円筒形に形成され、ポケット１７ａ，１７ｂ，１７ｃどうしは１リード分だけの螺旋上に配置されている。
【００２０】
図２および図３に示すように、前記固定環９１の外周面および可動環９２の内周面に、可動環９２が軸心方向への移動する際に端部のポケット１７ａ，１７ｃに装着したボール１５ｃの螺旋方向への移動を規制するストッパ（規制部材に相当）９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂが配置され、これらそれぞれのストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂは、胴部９８が固定環９１の外周面および可動環９２の内周面に植設され、胴部９８に対して拡径されるとともに前記ボール１５ｃが当たる頭部９９が、螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに突出している（可動環９２に設けた分は図示省略）。
【００２１】
なおこれらストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂの位置は、ボールねじ装置９においてエンジン出力を必要な範囲で無段階に変速可能な位置に配置され、前記ボール保持器１７は、固定環９１の螺旋溝１６ａに取り付けられるストッパ９６ａ，９６ｂと、可動環９２の螺旋溝１６ａに取り付けられるストッパ９７ａ，９７ｂとにより、軸心両方向への所定の移動量になるよう規制されている。
【００２２】
前記固定環９１は、大径部９１ａと小径部９１ｂとを有し、図１に示すように、その大径部９１ａが入力軸１とハウジング１０との間に転がり軸受１１を介して取り付けられることで主動側Ｖ溝プーリ３と同軸状に固定配設され、小径部９１ｂが軸心方向に延長されてその外周面に前記螺旋溝１６ａが形成されている。
【００２３】
前記可動環９２は、主動側Ｖ溝プーリ３における可動フランジ３２の胴部の外周面に転がり軸受１２を介して取り付けられており、可動環９２の外周部の軸心方向端部に歯車部（インボリュート平歯車）９５が形成されている。
【００２４】
またこの可動環９２の側面は、前記可動フランジ３２の側面に当接されており、前記転がり軸受１２によって可動環９２と可動フランジ３２とはともに同一の軸心方向に移動可能に構成されている。
【００２５】
前記歯車部９５は、前記第２歯車８２の小径歯車部８５と噛合して回転動力が付与されるようになっている。この歯車部９５は、可動環９２の外周に形成される径方向外向きの環状凸部９２ｂに対して樹脂を射出成型することで一体的に形成されている。
【００２６】
なお、環状凸部９２ｂの外周面にはスプライン（またはセレーション）が形成されており、このスプラインの凹凸に対して樹脂材からなる歯車部９５の一部が食い込むことで回り止めされている。
【００２７】
上記構成において、図示しないエンジンの駆動が入力軸１に伝達されて入力軸１および主動側Ｖ溝プーリ３が軸心回りに回転し、この回転駆動力がベルト５を介して従動側Ｖ溝プーリ４に伝達され、従動側Ｖ溝プーリ４および出力軸２が軸心回りに回転して車輪が回転し、車両が走行する。
【００２８】
ところで無段変速機において無段変速操作を行う場合、必要に応じて主動側Ｖ溝プーリ３の固定フランジ３１に対する可動フランジ３２の離間幅を調節してベルト５の巻き掛け径を変更することにより行う。
【００２９】
ここで、この無段変速の際の動作を説明する。ＤＣモータ７を駆動すると、その回転動力が変速用アクチュエータ歯車列８に伝達されてこれが軸心回りに回転し、その回転動力がボールねじ装置９の可動環９２に伝達されてこれが軸心回りに回転する。
【００３０】
そしてボールねじ装置９において、可動環９２が例えば図２の状態で軸心回りに半時計方向に回転すると、可動環９２が固定環９１に対し図面右方向に移動して全体が伸張し、これに伴なって可動フランジ３２が固定フランジ３１に接近するよう軸心方向に沿って移動し、ベルト５が可動フランジ３２および固定フランジ３１の斜面に沿ってせり上がってベルト５の巻き掛け径が大きくなり、出力軸２の回転数（車輪）の回転数が増加する。
【００３１】
反対に、可動環９２が時計方向に回転すると、可動環９２が固定環９１に対し図面左方向に移動してボールねじ装置９全体が縮み、これに伴なって可動フランジ３２が固定フランジ３１から離れるよう軸心方向に沿って移動し、ベルト５が可動フランジ３２および固定フランジ３１の斜面に沿って下がり、ベルト５の巻き掛け径が小さくなり、出力軸２の回転数が減少する。
【００３２】
図２の実線で示した状態は、ボールねじ装置９全体が縮んだ姿勢を示し、従って出力軸２の回転数が小さい状態にある。そしてこの状態では、螺旋方向側端部のポケット１７ａに保持されたボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃのうちボール１５ｃはストッパ９７ａによって螺旋方向の移動を規制されている。別の端部のポケット１７ｃに保持されたボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃのうちボール１５ｃはストッパ９６ａによって螺旋方向の移動を規制されている。
【００３３】
ここで図２に基づいて、出力軸２の回転数を増大させる場合の動作を、ボールねじ装置９の動作を中心に説明する。
【００３４】
すなわち、可動環９２が例えば図２の状態で軸心回りに半時計方向に回転することで可動フランジ３２が固定フランジ３１に接近するよう軸心方向に沿って移動し、ベルト５が可動フランジ３２および固定フランジ３１の斜面に沿ってせり上がり、ベルト５の巻き掛け径が大きくなり、出力軸２（車輪）の回転数が増加するもので、可動環９２が回転して図の右方向へ移動すると、ボール１５ｃがストッパ９７ａから離れ、各ポケット１７ａ，１７ｂ，１７ｃに保持された各ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに沿って転動しながら右方向へ移動する。
【００３５】
そして、螺旋方向側端部のポケット１７ｃにおけるボール１５ｃがストッパ９７ｂに当たり、ストッパ９６ｂがポケット１７ａに保持されたボール１５ｃに当たると、ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃの螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに沿っての移動が規制され、それ以上移動しなくなる。このとき可動環９２は、例えば図の仮想線で示す位置に至っている。
【００３６】
ところで再び出力軸２の回転数を減少させる場合は、可動環９２が図２の仮想線状態で軸心回りに半時計方向に回転することで可動フランジ３２が固定フランジ３１に離間するよう軸心方向に沿って移動し、ベルト５が可動フランジ３２および固定フランジ３１の斜面に沿って下がり、ベルト５の巻き掛け径が小さくなって出力軸２の回転数が減少するもので、可動環９２が回転して図の左方向へ移動するとき、ポケット１７ｃに保持されたボール１５ｃがストッパ９７ｂから離れ、各１５ａ，１５ｂ，１５ｃが螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに沿って転動しながら左方向へ移動する。
【００３７】
そして、螺旋方向側端部のポケット１７ａにおけるボール１５ｃがストッパ９７ａに当たると、ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃの螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに沿っての移動が規制され、それ以上移動しない。なお場合によっては可動環９２を回転し続けることにより可動環９２はさらに左方へ移動し、このとき各１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、螺旋溝１６ａ，１６ｂ内で自転のみし、可動環９２は図の実線で示す位置に至るものである。
【００３８】
そしてこれらストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂは、従来のように保持器１７が当接するものではなく、螺旋溝１６ａ，１６ｂに植設されて端部のポケット１７ａ，１７ｃに保持されたボール１５ｃが当たることでボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが螺旋溝１６ａ，１６ｂに沿って移動するのを防止するので、ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが脱落してばらけるのを確実に防止できる。
【００３９】
また保持器１７をストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに当てて端部のボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃの移動を規制するものではないので、従来のように保持器１７を螺旋形状に形成して軸心方向に突出した段付き面を幅方向の両側に形成する必要はなく、単純な円筒状に形成すればよく、従ってその形成が容易であり、また段付き面が不要になる分だけ省スペース化を図ることができ、これによって限られたスペースの中で、可動環９２の移動量を最大限になし得、上記のように無段変速機に用いることにより、無段変速の範囲を広げることができる。
【００４０】
また、上記実施形態におけるボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃを軸受鋼で製作し、ストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに浸炭焼入れを施す場合、端部のボール１５ｃがストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに圧接した際に圧痕が発生し易く、このように圧痕が生じたままの端部のボール１５ｃが螺旋溝１６ａ，１６ｂの溝壁面を転動すると、溝壁面の摩耗が促進され易くなるが、端部のボール１５ｃをセラミックで形成したことにより、ストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに浸炭焼入れを施した場合であってもセラミックの方が硬度が高いので、ボール１５ｃに圧痕が生じるのを防止して、溝壁面の摩耗を抑えることができる。
【００４１】
そしてこの実施形態のように、端部のボール１５ｃをセラミックで形成したことによりボール１５ｃに圧痕が生じるのを防止するので、螺旋溝１６ａ，１６ｂとほぼ同一の径のボール１５ｃを用いることができ、従来発生していたボール１５ｃがストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂと螺旋溝１６ａ，１６ｂの間に噛込むといった現象を回避でき、固定環９１に対する可動環９２の移動を円滑に行い得る。
【００４２】
さらに、端部のボール１５ｃの径をボール１５ｂの径に対して、例えば１５〜１００μm程度小さく形成した場合、ボール１５ｃがストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに圧接した際に、仮に圧痕が発生しても、ボール１５ｃは溝壁面に対して転がり運動となりにくく滑り運動となり易いため、圧痕による変形部分で溝壁面が損傷するのを防止することができる。
【００４３】
また、上記のような乾式の無段変速機では内部が無潤滑になっており、特に、モータ７から主動側Ｖ溝プーリ３の可動フランジ３２までの動力伝達経路に配設される第２歯車８２と可動環９２の歯車部９５とが摩耗しやすいので、前記第２歯車８２を金属製歯車とし、また歯車部９５を樹脂製歯車とすることで、無潤滑で潤滑条件が厳しくても、第２歯車８２および可動環９２の歯車部９５の耐摩耗性、相手攻撃性が改善されることになり、寿命向上に大きく貢献できるとともに、メインテナンスフリーが可能となる。
【００４４】
なお上記実施形態では、固定環９１の外周面および固定環９１に外嵌する可動環９２の内周面に形成した螺旋溝１６ａ，１６ｂの双方にストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂを設けたがこれに限定されるものではなく、これらを固定環９１の外周面または可動環９２の内周面の何れか一方に設けるようにして、ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃがばらけるのを防止するよう構成してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明は、ねじ軸の外周面およびナット体の内周面に形成した螺旋溝の溝壁面を軌道面として複数のボールをねじ軸とナット体との間に転動自在に設け、ボールはばらつかないよう保持器で保持して、ねじ軸およびナット体を軸心方向に相対移動可能に構成し、ねじ軸の外周面およびナット体の内周面のうちの少なくとも一方に、ねじ軸とナット体の軸心方向への相対移動の際に端部のボールの螺旋方向への移動を規制する規制部材を設けたので、ナット体とねじ軸とが相対的に移動する際、端部のボールが螺旋溝に取付けた規制部材に当たることによりボールの移動が阻止され、ボールが螺旋溝から離脱してばらけてしまうのを防止できる。
【００４６】
また保持器を規制部材に当てて端部のボールの移動を規制するものではないので、従来のように保持器を螺旋形状に形成して軸心方向に突出した段付き面を幅方向の両側に形成することなく単純な円筒状に形成すればよく、従ってその形成が容易であり、また段付き面が不要になる分だけ省スペース化を図り得、これによって限られたスペースの中で装置全体の軸心方向への移動量を最大限に確保することができる。
さらに、ボールは軸受鋼で構成されただし前記端部のボールのみセラミックで形成し、あるいは端部のボールを他のボールより小径に形成することで、該ボールが規制部材に圧接した際に圧痕が生じて、その圧痕により溝壁面が損傷、摩耗するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のボールねじ装置を車両の無段変速機に用いた全体断面図である。
【図２】同じくボールねじ装置の全体構成を示す断面図である。
【図３】同じくボールねじ装置の要部拡大断面図である。
【図４】同じくボールを保持した状態の保持器の斜視図である。
【図５】従来のボールねじ装置の保持器でボールを保持した状態の斜視図である。
【符号の説明】
１ 入力軸
２ 出力軸
３ 主動側Ｖ溝プーリ
４ 従動側Ｖ溝プーリ
５ ベルト
９ ボールねじ装置
１５ａ ボール
１５ｃ ボール
１６ａ 螺旋溝
１６ｂ 螺旋溝
１７ 保持器
１７ａ ポケット
１７ｃ ポケット
３１ 固定フランジ
３２ 可動フランジ
９１ 固定環
９２ 可動環
９６ａ ストッパ
９７ａ ストッパ
９６ｂ ストッパ
９７ｂ ストッパ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールがばらつかないよう保持するための保持器を、ねじ軸とナット体との間に配置したボール非循環型ボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のボール非循環型ボールねじには、ボールがばらつかないよう保持するための保持器を、ねじ軸とナット体との間に配置した構成とし、ねじ軸とナット体との相対的な移動を、例えばねじ軸に設けたストッパピンに保持器が当たることで規制する構成のものがある。
【０００３】
そして図５に示すように、前記保持器１００は１リード分だけ捻られた螺旋形状をしており、ストッパピン（図示せず）に当たる軸心方向に突出した段付き面１０１を両側に有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のボール非循環型ボールねじでは、保持器１００は１リード分だけ捻られた螺旋形状をしており、ストッパピンに当たる軸心方向に突出した段付き面１０１を幅方向の両側に有しているので、その分だけねじ軸とナット体が相対的に移動できる距離が少なくなってしまう。さらに、保持器１００を螺旋形状に形成するのは技術的に難しかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るボールねじ装置は、ねじ軸の外周面に形成した螺旋溝の溝壁面およびねじ軸に外嵌するナット体の内周面に形成した螺旋溝の溝壁面を軌道面として、複数のボールがねじ軸とナット体との間に転動自在に設けられ、前記ねじ軸とナット体との間に、前記ボールがばらつかないよう保持するための保持器が配置され、ボールが装着されるポケットが保持器本体の周方向に所定間隔置きに螺旋上に形成され、ねじ軸およびナット体が軸心方向に相対移動可能に構成されたボール非循環型のボールねじ装置において、前記ねじ軸の外周面およびナット体の内周面のうち少なくとも一方に、ねじ軸とナット体の軸心方向への相対移動の際に端部のボールの螺旋方向への移動を規制する規制部材が設けられ、前記ボールは軸受鋼で構成され、ただし前記端部のボールのみがセラミックで形成されている。
また、本発明の他のボールねじ装置では、前記端部のボールが他のボールより小径に形成されている。
【０００６】
また、規制部材が、ねじ軸およびナット体の相対移動の際に所定の移動量を確保する位置でねじ軸の外周面上およびナット体の内周面上に配置されている。
【０００７】
さらに、規制部材は、螺旋溝の溝壁面に固定された胴部と、この胴部に対して拡径されて螺旋溝に突出するとともにねじ軸およびナット体の軸心方向への相対移動の際に螺旋方向端部のポケットに保持されたボールに当たる頭部とを有している。
【０００８】
上記構成において、例えばナット体が軸心回りに回転する保持器に保持された複数のボールが螺旋溝に沿って移動することでねじ軸がナット体に対して軸心方向に移動して伸張し、ナット体が逆方向に回転するとねじ軸がナット体に対して反対方向に移動して縮む。
【０００９】
このようにしてナット体とねじ軸とが相対的に移動する際、先行するボール（螺旋方向端部のポケットに保持されたボール）が螺旋溝に取付けた規制部材に当たることによりボールの移動が阻止され、ボールが螺旋溝から離脱してばらけてしまうのを防止する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態のボールねじ装置を車両の無段変速機に用いた全体断面図、図２はボールねじ装置の全体構成を示す断面図、図３はボールねじ装置の要部拡大断面図、図４はボールを保持した状態の保持器の斜視図である。
【００１１】
ここで図１に基づいて、ボールねじ装置（送り装置）９を用いた無段変速機の全体構成を説明する。図例の無段変速機は、径方向に互いに平行に配置された入力軸１と出力軸２とを備え、入力軸１は不図示のエンジン出力に応じた回転数で回転され、出力軸２は不図示の車輪に動力を伝達するもので、乾式の無段変速機である。
【００１２】
前記入力軸１には主動側Ｖ溝プーリ３が、出力軸２には従動側Ｖ溝プーリ４がそれぞれ連結されており、これら両プーリ３，４間には、複合ベルト（以下単に「ベルト」と称す）５が巻き掛けられている。そして操作ユニット６を駆動して各プーリ３，４の幅を変更してベルト５の巻き掛け径を調節することにより、エンジン出力を無段階に変速して出力軸２に伝達する構成になっている。
【００１３】
前記主動側Ｖ溝プーリ３は、入力軸１に固定された固定フランジ３１と、入力軸１に同軸状に配設されてスプライン嵌合された可動フランジ３２とを有し、両フランジ３１，３２は互いの対向面が円錐面になっていて、両対向面間でＶ溝３３が構成されている。
【００１４】
前記従動側Ｖ溝プーリ４は、出力軸２に固定された固定フランジ４１と、出力軸２に同軸状に配設されてスプライン嵌合された可動フランジ４２とを有する。両フランジ４１，４２は互いの対向面が円錐面になっていて、両対向面間でＶ溝４３が構成されている。可動フランジ４２は、図示しないバネ部材で固定フランジ４１に向けて常時付勢されている。
【００１５】
前記操作ユニット６は、主動側Ｖ溝プーリ３の可動フランジ３２を軸心方向にスライドさせることによりプーリ３，４に対するベルト５の巻き掛け径を可変させて無段変速操作を行うものであり、ＤＣモータ７と、変速用アクチュエータ歯車列８と、ボールねじ装置（送り装置）９とを含む。
【００１６】
前記変速用アクチュエータ歯車列８は、モータ７側に設けられる第１歯車８１と、主動側Ｖ溝プーリ３側に設けられる第２歯車８２と、第１歯車８１と第２歯車８２とに噛合する第３歯車８３とを備えている。第２歯車８２は、第３歯車８３に噛合する大径歯車部８４と、この大径歯車部８４から軸心方向に離れた位置に設けられる軸心方向に長い小径歯車部８５とを一体に有している。
【００１７】
前記ボールねじ装置９は、上記変速用アクチュエータ歯車列８の第２歯車８２から与えられる回転動力を軸心方向推進力に変換するボール非循環型のものであり、図２に示すように、後述の固定環（ねじ軸に相当する）９１の外周面に形成した螺旋溝１６ａの溝壁面および固定環９１に外嵌する可動環（ナット体に相当する）９２の内周面に形成した螺旋溝１６ｂの溝壁面を軌道面とすることで、螺旋溝１６ａ，１６ｂとほぼ同径で複数のボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが固定環９１と可動環９２との間に転動自在に設けられ、前記固定環９１と可動環９２との間に、前記ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃがばらつかないよう保持するための保持器１７が配置されている。
【００１８】
この保持器１７はボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが装着されるポケット１７ａ，１７ｂ，１７ｃが保持器本体１７ｄの周方向に所定間隔置きに並べて形成され、固定環９１および可動環９２は軸心方向に相対移動可能（この場合固定環９１に対して可動環９２軸心方向に移動可能）に構成されている。
【００１９】
そして図４に示すように、前記保持器１７は単純な円筒形に形成され、ポケット１７ａ，１７ｂ，１７ｃどうしは１リード分だけの螺旋上に配置されている。
【００２０】
図２および図３に示すように、前記固定環９１の外周面および可動環９２の内周面に、可動環９２が軸心方向への移動する際に端部のポケット１７ａ，１７ｃに装着したボール１５ｃの螺旋方向への移動を規制するストッパ（規制部材に相当）９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂが配置され、これらそれぞれのストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂは、胴部９８が固定環９１の外周面および可動環９２の内周面に植設され、胴部９８に対して拡径されるとともに前記ボール１５ｃが当たる頭部９９が、螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに突出している（可動環９２に設けた分は図示省略）。
【００２１】
なおこれらストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂの位置は、ボールねじ装置９においてエンジン出力を必要な範囲で無段階に変速可能な位置に配置され、前記ボール保持器１７は、固定環９１の螺旋溝１６ａに取り付けられるストッパ９６ａ，９６ｂと、可動環９２の螺旋溝１６ａに取り付けられるストッパ９７ａ，９７ｂとにより、軸心両方向への所定の移動量になるよう規制されている。
【００２２】
前記固定環９１は、大径部９１ａと小径部９１ｂとを有し、図１に示すように、その大径部９１ａが入力軸１とハウジング１０との間に転がり軸受１１を介して取り付けられることで主動側Ｖ溝プーリ３と同軸状に固定配設され、小径部９１ｂが軸心方向に延長されてその外周面に前記螺旋溝１６ａが形成されている。
【００２３】
前記可動環９２は、主動側Ｖ溝プーリ３における可動フランジ３２の胴部の外周面に転がり軸受１２を介して取り付けられており、可動環９２の外周部の軸心方向端部に歯車部（インボリュート平歯車）９５が形成されている。
【００２４】
またこの可動環９２の側面は、前記可動フランジ３２の側面に当接されており、前記転がり軸受１２によって可動環９２と可動フランジ３２とはともに同一の軸心方向に移動可能に構成されている。
【００２５】
前記歯車部９５は、前記第２歯車８２の小径歯車部８５と噛合して回転動力が付与されるようになっている。この歯車部９５は、可動環９２の外周に形成される径方向外向きの環状凸部９２ｂに対して樹脂を射出成型することで一体的に形成されている。
【００２６】
なお、環状凸部９２ｂの外周面にはスプライン（またはセレーション）が形成されており、このスプラインの凹凸に対して樹脂材からなる歯車部９５の一部が食い込むことで回り止めされている。
【００２７】
上記構成において、図示しないエンジンの駆動が入力軸１に伝達されて入力軸１および主動側Ｖ溝プーリ３が軸心回りに回転し、この回転駆動力がベルト５を介して従動側Ｖ溝プーリ４に伝達され、従動側Ｖ溝プーリ４および出力軸２が軸心回りに回転して車輪が回転し、車両が走行する。
【００２８】
ところで無段変速機において無段変速操作を行う場合、必要に応じて主動側Ｖ溝プーリ３の固定フランジ３１に対する可動フランジ３２の離間幅を調節してベルト５の巻き掛け径を変更することにより行う。
【００２９】
ここで、この無段変速の際の動作を説明する。ＤＣモータ７を駆動すると、その回転動力が変速用アクチュエータ歯車列８に伝達されてこれが軸心回りに回転し、その回転動力がボールねじ装置９の可動環９２に伝達されてこれが軸心回りに回転する。
【００３０】
そしてボールねじ装置９において、可動環９２が例えば図２の状態で軸心回りに半時計方向に回転すると、可動環９２が固定環９１に対し図面右方向に移動して全体が伸張し、これに伴なって可動フランジ３２が固定フランジ３１に接近するよう軸心方向に沿って移動し、ベルト５が可動フランジ３２および固定フランジ３１の斜面に沿ってせり上がってベルト５の巻き掛け径が大きくなり、出力軸２の回転数（車輪）の回転数が増加する。
【００３１】
反対に、可動環９２が時計方向に回転すると、可動環９２が固定環９１に対し図面左方向に移動してボールねじ装置９全体が縮み、これに伴なって可動フランジ３２が固定フランジ３１から離れるよう軸心方向に沿って移動し、ベルト５が可動フランジ３２および固定フランジ３１の斜面に沿って下がり、ベルト５の巻き掛け径が小さくなり、出力軸２の回転数が減少する。
【００３２】
図２の実線で示した状態は、ボールねじ装置９全体が縮んだ姿勢を示し、従って出力軸２の回転数が小さい状態にある。そしてこの状態では、螺旋方向側端部のポケット１７ａに保持されたボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃのうちボール１５ｃはストッパ９７ａによって螺旋方向の移動を規制されている。別の端部のポケット１７ｃに保持されたボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃのうちボール１５ｃはストッパ９６ａによって螺旋方向の移動を規制されている。
【００３３】
ここで図２に基づいて、出力軸２の回転数を増大させる場合の動作を、ボールねじ装置９の動作を中心に説明する。
【００３４】
すなわち、可動環９２が例えば図２の状態で軸心回りに半時計方向に回転することで可動フランジ３２が固定フランジ３１に接近するよう軸心方向に沿って移動し、ベルト５が可動フランジ３２および固定フランジ３１の斜面に沿ってせり上がり、ベルト５の巻き掛け径が大きくなり、出力軸２（車輪）の回転数が増加するもので、可動環９２が回転して図の右方向へ移動すると、ボール１５ｃがストッパ９７ａから離れ、各ポケット１７ａ，１７ｂ，１７ｃに保持された各ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに沿って転動しながら右方向へ移動する。
【００３５】
そして、螺旋方向側端部のポケット１７ｃにおけるボール１５ｃがストッパ９７ｂに当たり、ストッパ９６ｂがポケット１７ａに保持されたボール１５ｃに当たると、ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃの螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに沿っての移動が規制され、それ以上移動しなくなる。このとき可動環９２は、例えば図の仮想線で示す位置に至っている。
【００３６】
ところで再び出力軸２の回転数を減少させる場合は、可動環９２が図２の仮想線状態で軸心回りに半時計方向に回転することで可動フランジ３２が固定フランジ３１に離間するよう軸心方向に沿って移動し、ベルト５が可動フランジ３２および固定フランジ３１の斜面に沿って下がり、ベルト５の巻き掛け径が小さくなって出力軸２の回転数が減少するもので、可動環９２が回転して図の左方向へ移動するとき、ポケット１７ｃに保持されたボール１５ｃがストッパ９７ｂから離れ、各１５ａ，１５ｂ，１５ｃが螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに沿って転動しながら左方向へ移動する。
【００３７】
そして、螺旋方向側端部のポケット１７ａにおけるボール１５ｃがストッパ９７ａに当たると、ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃの螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに沿っての移動が規制され、それ以上移動しない。なお場合によっては可動環９２を回転し続けることにより可動環９２はさらに左方へ移動し、このとき各１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、螺旋溝１６ａ，１６ｂ内で自転のみし、可動環９２は図の実線で示す位置に至るものである。
【００３８】
そしてこれらストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂは、従来のように保持器１７が当接するものではなく、螺旋溝１６ａ，１６ｂに植設されて端部のポケット１７ａ，１７ｃに保持されたボール１５ｃが当たることでボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが螺旋溝１６ａ，１６ｂに沿って移動するのを防止するので、ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが脱落してばらけるのを確実に防止できる。
【００３９】
また保持器１７をストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに当てて端部のボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃの移動を規制するものではないので、従来のように保持器１７を螺旋形状に形成して軸心方向に突出した段付き面を幅方向の両側に形成する必要はなく、単純な円筒状に形成すればよく、従ってその形成が容易であり、また段付き面が不要になる分だけ省スペース化を図ることができ、これによって限られたスペースの中で、可動環９２の移動量を最大限になし得、上記のように無段変速機に用いることにより、無段変速の範囲を広げることができる。
【００４０】
また、上記実施形態におけるボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃを軸受鋼で製作し、ストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに浸炭焼入れを施す場合、端部のボール１５ｃがストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに圧接した際に圧痕が発生し易く、このように圧痕が生じたままの端部のボール１５ｃが螺旋溝１６ａ，１６ｂの溝壁面を転動すると、溝壁面の摩耗が促進され易くなるが、端部のボール１５ｃをセラミックで形成したことにより、ストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに浸炭焼入れを施した場合であってもセラミックの方が硬度が高いので、ボール１５ｃに圧痕が生じるのを防止して、溝壁面の摩耗を抑えることができる。
【００４１】
そしてこの実施形態のように、端部のボール１５ｃをセラミックで形成したことによりボール１５ｃに圧痕が生じるのを防止するので、螺旋溝１６ａ，１６ｂとほぼ同一の径のボール１５ｃを用いることができ、従来発生していたボール１５ｃがストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂと螺旋溝１６ａ，１６ｂの間に噛込むといった現象を回避でき、固定環９１に対する可動環９２の移動を円滑に行い得る。
【００４２】
さらに、端部のボール１５ｃの径をボール１５ｂの径に対して、例えば１５〜１００μm程度小さく形成した場合、ボール１５ｃがストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに圧接した際に、仮に圧痕が発生しても、ボール１５ｃは溝壁面に対して転がり運動となりにくく滑り運動となり易いため、圧痕による変形部分で溝壁面が損傷するのを防止することができる。
【００４３】
また、上記のような乾式の無段変速機では内部が無潤滑になっており、特に、モータ７から主動側Ｖ溝プーリ３の可動フランジ３２までの動力伝達経路に配設される第２歯車８２と可動環９２の歯車部９５とが摩耗しやすいので、前記第２歯車８２を金属製歯車とし、また歯車部９５を樹脂製歯車とすることで、無潤滑で潤滑条件が厳しくても、第２歯車８２および可動環９２の歯車部９５の耐摩耗性、相手攻撃性が改善されることになり、寿命向上に大きく貢献できるとともに、メインテナンスフリーが可能となる。
【００４４】
なお上記実施形態では、固定環９１の外周面および固定環９１に外嵌する可動環９２の内周面に形成した螺旋溝１６ａ，１６ｂの双方にストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂを設けたがこれに限定されるものではなく、これらを固定環９１の外周面または可動環９２の内周面の何れか一方に設けるようにして、ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃがばらけるのを防止するよう構成してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明は、ねじ軸の外周面およびナット体の内周面に形成した螺旋溝の溝壁面を軌道面として複数のボールをねじ軸とナット体との間に転動自在に設け、ボールはばらつかないよう保持器で保持して、ねじ軸およびナット体を軸心方向に相対移動可能に構成し、ねじ軸の外周面およびナット体の内周面のうちの少なくとも一方に、ねじ軸とナット体の軸心方向への相対移動の際に端部のボールの螺旋方向への移動を規制する規制部材を設けたので、ナット体とねじ軸とが相対的に移動する際、端部のボールが螺旋溝に取付けた規制部材に当たることによりボールの移動が阻止され、ボールが螺旋溝から離脱してばらけてしまうのを防止できる。
【００４６】
また保持器を規制部材に当てて端部のボールの移動を規制するものではないので、従来のように保持器を螺旋形状に形成して軸心方向に突出した段付き面を幅方向の両側に形成することなく単純な円筒状に形成すればよく、従ってその形成が容易であり、また段付き面が不要になる分だけ省スペース化を図り得、これによって限られたスペースの中で装置全体の軸心方向への移動量を最大限に確保することができる。
さらに、ボールは軸受鋼で構成されただし前記端部のボールのみセラミックで形成し、あるいは端部のボールを他のボールより小径に形成することで、該ボールが規制部材に圧接した際に圧痕が生じて、その圧痕により溝壁面が損傷、摩耗するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のボールねじ装置を車両の無段変速機に用いた全体断面図である。
【図２】同じくボールねじ装置の全体構成を示す断面図である。
【図３】同じくボールねじ装置の要部拡大断面図である。
【図４】同じくボールを保持した状態の保持器の斜視図である。
【図５】従来のボールねじ装置の保持器でボールを保持した状態の斜視図である。
【符号の説明】
１ 入力軸
２ 出力軸
３ 主動側Ｖ溝プーリ
４ 従動側Ｖ溝プーリ
５ ベルト
９ ボールねじ装置
１５ａ ボール
１５ｃ ボール
１６ａ 螺旋溝
１６ｂ 螺旋溝
１７ 保持器
１７ａ ポケット
１７ｃ ポケット
３１ 固定フランジ
３２ 可動フランジ
９１ 固定環
９２ 可動環
９６ａ ストッパ
９７ａ ストッパ
９６ｂ ストッパ
９７ｂ ストッパ
Claims (4)
- ねじ軸の外周面に形成した螺旋溝の溝壁面およびねじ軸に外嵌するナット体の内周面に形成した螺旋溝の溝壁面を軌道面として、複数のボールがねじ軸とナット体との間に転動自在に設けられ、前記ねじ軸とナット体との間に、前記ボールがばらつかないよう保持するための保持器が配置され、ボールが装着されるポケットが保持器本体の周方向に所定間隔置きに螺旋上に形成され、ねじ軸およびナット体が軸心方向に相対移動可能に構成されたボール非循環型のボールねじ装置において、
前記ねじ軸の外周面およびナット体の内周面のうち少なくとも一方に、ねじ軸とナット体の軸心方向への相対移動の際に端部のボールの螺旋方向への移動を規制する規制部材が設けられ、前記ボールは軸受鋼で構成され、ただし前記端部のボールのみがセラミックで形成された、
ことを特徴とするボールねじ装置。 - ねじ軸の外周面に形成した螺旋溝の溝壁面およびねじ軸に外嵌するナット体の内周面に形成した螺旋溝の溝壁面を軌道面として、複数のボールがねじ軸とナット体との間に転動自在に設けられ、前記ねじ軸とナット体との間に、前記ボールがばらつかないよう保持するための保持器が配置され、ボールが装着されるポケットが保持器本体の周方向に所定間隔置きに螺旋上に形成され、ねじ軸およびナット体が軸心方向に相対移動可能に構成されたボール非循環型のボールねじ装置において、
前記ねじ軸の外周面およびナット体の内周面のうち少なくとも一方に、ねじ軸とナット体の軸心方向への相対移動の際に端部のボールの螺旋方向への移動を規制する規制部材が設けられ、前記端部のボールが他のボールより小径に形成された、
ことを特徴とするボールねじ装置。 - 規制部材が、ねじ軸およびナット体の相対移動の際に所定の移動量を確保する位置でねじ軸の外周面上およびナット体の内周面上に配置されたことを特徴とする請求項１または２記載のボールねじ装置。
- 規制部材は、螺旋溝の溝壁面に固定された胴部と、この胴部に対して拡径されて螺旋溝に突出するとともにねじ軸およびナット体の軸心方向への相対移動の際に螺旋方向端部のポケットに保持されたボールに当たる頭部とを有したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のボールねじ装置。
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