JP5041330B2 - ボールねじアクチュエータ機構 - Google Patents

Description

本発明は、一般産業用機械に組付けられたり、或いは自動車に使用されたりするボールねじアクチュエータ機構に関するものである。

近年、車両等の省力化が進み、例えば自動車のトランスミッションやパーキングブレーキなどを手動でなく、電動モータの力により行うシステムが開発されている。そのような用途に用いる電動アクチュエータには、電動モータから伝達される回転運動を高効率で軸線方向運動に変換するために、ボールねじ機構が用いられる場合がある。

特許文献１には、電動モータから取り出された回転運動を、ボールねじ機構を介して直線運動に変換する電動アクチュエータが開示されている。特許文献１のアクチュエータにおいては，ナットの回転止めとして、べース（ハウジング）内周にナット回転止めの為の溝が成形され、更にナットに突起形状を成形し、ナットの回転を抑止している。
特開２００２−１３０４１９号公報

一般的に、ボールねじ機構を備え、そのナットをハウジングに内包するように構成された電動アクチュエータにおいて、ナットの回転を抑止する為の回り止めを設けるには、ハウジング内周に回り止め用の溝を設けたり、或いは内周を異形（非円筒）形状にする必要がある。しかるに、機械加工によって、ハウジング内周に溝を形成したり、異形形状を成形しようとする場合、細長いハウジングに対する加工は困難であることから、ハウジング全長が制限され、その結果アクチュエータのストロークを長く確保することができないという問題がある。これに対し、型を用いた成形加工よって、ハウジング内周に溝を形成したり、異形形状を成形しようとすることも考えられるが、型が複雑となり、コスト高を招くという問題がある。加えて、ハウジング内周溝にナットを係合させるためには、ナットに突起を設ける必要が生じ、同様にナットのコスト高が避けられないという問題がある。さらには、ハウジング内周、ナット形状とも複雑な形状にせざるを得ず、ひいてはアクチュエータの大型化を誘発することとなっている。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、低コストでナットの回り止め機能を実現できるボールねじアクチュエータ機構を提供することを目的とする。

本発明のボールねじアクチュエータ機構は、
ハウジングと、
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ハウジングに対して軸線方向に移動可能となっており、前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
前記ハウジングの内周面に沿って延在する案内部と、前記ハウジングに係合する係合部とを有する案内部材と、を有し、
前記ナットは、前記案内部材の案内部に係合する溝を形成しており、前記案内部に沿って移動自在となっており、
前記案内部材の一端において、前記案内部に対して前記係合部が角度付けして形成されており、前記案内部材の他端は、前記ハウジングに取り付けられ、前記ナットに連結された出力軸を摺動可能に支持するブッシュに係合していることを特徴とする。

本発明のボールねじアクチュエータ機構によれば、前記案内部材が、前記ハウジングの内周面に沿って延在する案内部と、前記ハウジングに係合する係合部とを有し、前記ナットは、前記案内部材の案内部に係合する溝を形成しており、前記案内部に沿って移動自在となっているので、前記ハウジング内周を単純円形とでき、また前記ナットにも突起を設ける必要がなく、低コストでありながら回り止め機能を実現できる。

前記案内部材の一端において、前記案内部に対して前記係合部が角度付けして形成されており、前記案内部材の他端は、前記ハウジングに取り付けられた部材（例えばブッシュや軸受等）に係合していると、組付けが容易になるので好ましい。

前記案内部材は、板材をプレスすることで形成されていると、より低コストで形成できるので好ましい。

前記案内部に低摩擦皮膜処理を施すと、案内時の摩擦が低減されるため好ましい。回り止めは、ハウジング内周、ナット軸線溝、ハウジングに嵌合される軸受間座、ハウジングに嵌合される軸受ブッシュに囲まれた空間に挟持するだけとすると好ましい。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかるボールねじ機構を備えたボールねじアクチュエータ機構の外観図である。図２は、図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。図３は、図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。図４は、図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。図５は、図３の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。

図３において、ハウジング１は、略中空円筒状の本体１ａと、本体１ａの一端を閉止するように固定されるカップ状の蓋部材１ｂとからなる。単純な円筒形状の内周を持つ本体１ａの内部には、被駆動部材である円筒状の出力軸２と、出力軸２に連結されたナット３とが配置されている。出力軸２は、図で左端を本体２から突出させており、図で右端には袋孔２ａが形成されている。出力軸２の外周は、本体１ａに対してブッシュ４により摺動可能に支持されている。ブッシュ４に隣接してシール部材５が配置され、出力軸２ａと本体１ａとの間をシールすることで、外部から塵埃等が侵入することを抑制している。

ねじ軸６が、ナット３の内部を貫通し、出力軸２の袋孔２ａに対して出入り自在に侵入している。ねじ軸６の外周面には、雄ねじ溝６ａが形成されている。一方、ねじ軸６を包囲するように配置されたナット３は、その外周下面に軸線方向に沿って溝３ｂを形成しており、且つ内周面に雌ねじ溝３ａを形成している。対向する両ねじ溝６ａ、３ａ間に形成された転走路に沿って、複数のボール７が転動自在に配置されている。チューブ式のボール循環部材を有するナット３，ねじ軸６，ボール７及び後述する案内部材１３とでボールねじ機構を構成する。

本体１ａの端部に、軸受間座８を介して玉軸受９が配置され、ねじ軸６を回転自在に支持している。玉軸受６の外輪は、固定部材１０により軸受間座８に対して固定されている。一方、玉軸受６の内輪は、止め輪１１により出力軸２に対して固定されている。従って、出力軸２は、本体１ａに対して回転のみ可能となっている。出力軸２の図で右端には、ギヤ１２がセレーションにより一体的に回転するように連結されている。

図２において、蓋部材１ｂの内側にモータ１６が取り付けられている。モータ１６の回転軸１６ａに連結されたピニオン１４は、中間ギヤ１５に噛合している。中間ギヤ１５は、ギヤ１２に噛合している。図２において、中間ギヤ１５と、ギヤ１２の歯は図示を省略している。

図３において、金属板材をプレスして形成された案内部材１３は、ナット３の溝３ａに係合してなる直線状の案内部１３ａと、図で右端において案内部１３ａに対して直角に折り曲げられた係合部１３ｂとを有している。更に、本体１ａの図３で右端面には、溝状の凹部１ｃが形成されており、係合部１３ｂは、それと同じ幅の凹部１ｃに係合している。略環状のブッシュ４は、周方向の一部に切欠４ａを形成しており（図５参照）、案内部１３ａの図３で左端は、切欠４ａに係合している。又、図５に示すように、ブッシュ４の外周には、突起４ｂが３カ所形成され、本体１ａの内周面に形成された対応するくぼみ１ｄに係合している。従って、ブッシュ４は、本体１ａに対して相対回転しないようになっている。

案内部１３ａの表面には、低摩擦化のための表面処理を施しても良い。かかる処理としては、皮膜処理、表面硬化処理等が考えられる。皮膜処理としては、例えばリン酸マンガン塩やリン酸亜鉛の皮膜形成、二酸化モリブデンによるコーティング、ベーキングによる焼成膜の形成、スズ、亜鉛、銀、クロム（硬質クロム）その他の金属のメッキ等が考えられる。また、表面硬化処理としては、例えば浸硫窒化、浸硫、液体窒化、レーザビーム焼入れ、高周波焼入れ、浸炭焼入れ、ショットピーニング等が考えられる。

操作者が不図示のスイッチを操作すると、モータ１６の回転軸１６ａが回転し、ピニオン１４，中間ギヤ１５を介して動力が伝達され、それによりギヤ１２が回転駆動されるので、それと共にねじ軸６が回転する。ここで、ナット３は、回り止め機能を発揮する案内部材１３により、軸線方向にのみスムーズに案内されるようになっているため、ねじ軸６の回転運動は、ナット３の軸線運動に効率よく変換され、それによりナット３が連結された出力軸２を軸線方向に移動させることができる。

組み付け時には、ブッシュ４を組み付けた本体１ａの右端から案内部材１３を差し込み、案内部１３ａの先端を切り欠き４ａに挿入すると共に、折り曲げた係合部１３ｂを本体１ａの凹部１ｃに係合させる。かかる構成によれば、特殊な工具を用いることなく、案内部材１３を本体１ａに容易に取り付けることができる。その後、溝３ｂに案内部１３ａが係合するようにして、ナット３と出力軸２を本体１ａ内に挿入し、ねじ軸６等を組み付ければよい。

特に、案内部１３ａが長尺であった場合、案内部材１３が片方のみ支持されていると、支持されていない側で案内部材１３のねじりが生じ、回り止め機能が不足する恐れがある。これに対し、本実施の形態によれば、案内部１３ａの先端をブッシュ４の切欠４ａに係合させており、これにより案内部材１３の両端を本体１ａに固定することができるので、案内部１３ａが長尺であっても、そのねじれを抑制し有効な回り止め機能を実現できる。

本実施の形態によれば、案内部材１３を設けることで、ハウジング１の本体１ａの内周を単純円形とでき、またナット３にも突起を設ける必要がなく、低コストでありながら有効な回り止め機能を実現できる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

本実施の形態にかかるボールねじ機構を備えたボールねじアクチュエータ機構の外観図である。 図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。 図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。 図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。 図３の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。

符号の説明

１ ハウジング
１ａ 本体
１ｂ 蓋部材
１ｃ 凹部
２ 出力軸
２ａ 袋孔
３ ナット
３ａ 雌ねじ溝
３ｂ 溝
４ ブッシュ
４ａ 切欠
４ｂ 突起
５ シール部材
６ ねじ軸
６ａ 雄ねじ溝
７ ボール
８ 軸受間座
９ 玉軸受
１０ 固定部材
１１ 止め輪
１２ ギヤ
１３ 案内部材
１３ａ 案内部
１３ｂ 係合部
１４ ピニオン
１５ 中間ギヤ
１６ モータ

Claims (4)

1. ハウジングと、
   外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
   前記ハウジングに対して軸線方向に移動可能となっており、前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
   対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
   前記ハウジングの内周面に沿って延在する案内部と、前記ハウジングに係合する係合部とを有する案内部材と、を有し、
   前記ナットは、前記案内部材の案内部に係合する溝を形成しており、前記案内部に沿って移動自在となっており、
   前記案内部材の一端において、前記案内部に対して前記係合部が角度付けして形成されており、前記案内部材の他端は、前記ハウジングに取り付けられ、前記ナットに連結された出力軸を摺動可能に支持するブッシュに係合していることを特徴とするボールねじアクチュエータ機構。
2. 前記案内部材は、板材をプレスすることで形成されていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじアクチュエータ機構。
3. 前記案内部に低摩擦皮膜処理を施したことを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじアクチュエータ機構。
4. 前記ブッシュの外周に突起を設け、前記ナットの内周に設けたくぼみに係合させて相対回転を抑制することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアクチュエータ機構。

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