JP5169508B2 - ボールねじ - Google Patents

Description

この発明は、ボールねじに関する。

ねじ軸およびこれにボールを介してねじ合わされたボールねじナットを備えているボールねじは、電動アクチュエータ用や緩衝器用としてよく使用されており、例えば、特許文献１には、ボールねじナットにモータを接続することで、ボールねじナットが回転して、上下にのびるねじ軸が軸方向に直線移動する形態とされたボールねじを緩衝器に適用することが開示されている。
特開２００５−２６４９９２号公報

ボールねじの潤滑は、通常、グリース（無給脂）により行われるが、ねじ軸がボールねじナットに頻繁に出し入れされることにより、グリースが消費されやすいものとなる。また、上下にのびるねじ軸が直進移動する形態で使用された場合、塗布されたグリースが使っていくうちに下方に垂れて、潤滑不足となる可能性があった。潤滑不足をなくすには、グリースの塗布量を大きくすればよいが、グリースを多くし過ぎると、撹拌抵抗で発熱しやすく、また、ねじ軸の移動に対する抵抗も大きくなるという問題が生じることから、適正量のグリースを予め塗布しておくことが難しかった。また、製造時に適正量のグリースが塗布されたとしても、梱包・出荷の作業中にグリース量が変化するという問題もあった。

この発明の目的は、適正位置に適正量のグリースを塗布しておくことができ、しかも、塗布されたグリースの量が出荷・梱包の作業中に変化しないボールねじを提供することにある。

この発明によるねじは、ねじ軸と、ねじ軸にボールを介してねじ合わされたボールねじナットとを備えているボールねじにおいて、ねじ軸に被せられてねじ軸の外周面との間にグリースを保持する円筒状カバーと、カバーの端部内周に嵌め被せられてねじ軸端部に取り付けられたキャップとをさらに備えていることを特徴とするものである。

この発明のボールねじは、通常、モータと一体とされた形態で使用され、この場合のモータ付きボールねじは、例えば、ハウジング内に配された上下にのびるねじ軸と、ねじ軸にボールを介してねじ合わされた回転自在のボールねじナットと、ねじ軸と同心に配置されてボールねじナットと一体で回転する中空軸と、中空軸に固定されたモータロータおよびハウジング内径に固定されたモータステータからなるモータとを備え、ボールねじナットが回転して、ねじ軸が上下方向（軸方向）に直線移動するものとされる。

ボールねじは、製造時に、ねじ軸、ボールねじナット、カバーおよびキャップからなるものとされ、ねじ軸とカバーとの間にグリースが充満させられた後に、キャップがカバーの内周に嵌め被せられる。そして、製造時の形態のままで、梱包・出荷されて、アクチュエータまたは緩衝器に組み付けられる前に、カバーがねじ軸から引き抜かれる。引き抜き時にキャップを押さえておくことで、グリースの移動がキャップで阻止され、ねじ軸に適正量のグリースが軸全面に塗布された状態となる。

カバーおよびキャップの材料は、特に限定されないが、耐グリース性に優れた合成樹脂製とされることが好ましい。

カバーの内径は、ねじ軸の外径にちょうど等しくてもよく（この場合には、ねじ軸の軌道溝の体積の総和がグーリスの封入量となる）、封入量を多くしたい場合には、カバーの内径をねじ軸の外径よりも（例えば最大で１ｍｍ程度）大きくすればよい。

キャップの内周に、ねじ軸のボールねじ軌道溝に嵌め合わせられる凸部が設けられていることが好ましい。この場合、キャップをねじ軸に取り付けた後に、ねじ軸とカバーとの間にグリースが充満させられるようにしてもよい。このようにすると、ボールねじ軌道溝と凸部との係合によって、カバーを引き抜いた際のキャップの移動が防止されるので、キャップを手で押さえておく必要がなくなり、作業性がよいものとなる。キャップの凸部は、例えば、ねじ軸の軌道溝に連続してねじ合わされるらせん形状としてもよく、例えば半球状の１つの突起としてもよい。

また、キャップを２重構造とし、上記キャップに加えて、カバー開口を密封することができる例えば円錐台状の栓をカバー開口に被せるようにしてもよい。このようにすると、カバー内部に空気が入らないので、大気圧でカバーが抜けることがなく、また、ボールねじナットの脱落防止が可能となる。

この発明によるボールねじは、アクチュエータ（モータによって中空軸およびボールねじナットが回転させられ、これにより、ねじ軸が直線移動する形態）として使用されることがあり、緩衝器（ねじ軸が外部からの力によって直線移動させられ、これにより、中空軸およびボールねじナットが回転し、モータが発生する電磁力が減衰力となる形態）として使用されることがある。

ねじ軸は、往復直線移動し、通常、その所定量以上の移動を防止するためのストッパが設けられる。ストッパは、例えば、ねじ軸が所定量以上移動した際にハウジングに当接するフランジ部をねじ軸に設けることで形成することができ、また、ストッパは、ねじ軸と一体に直線移動する部材に形成してもよく、直線移動しない方の部材（ハウジングや中空軸）に設けることもできる。

ストッパによってねじ軸が停止する直前は、ねじ軸が高速で移動し、ボールねじナットが高速で回転しているため、ねじ軸の急激な停止によって、ボールねじナットに大きい回転慣性力が発生し、この回転慣性力によってボールねじの軌道部に圧痕が発生する可能性があるため、回転慣性力の増加は好ましくないが、上記のカバーおよびキャップによって、適正位置に適正量のグリース塗布が可能となり、回転部分の慣性モーメントが大きくなることを避けて、潤滑不足を解消することができる。

ねじ軸の直線移動を案内するスプラインがねじ軸に一体に設けられていることがある。この場合のスプラインは、ボールスプラインであってもよく、例えばインボリュートスプラインのような嵌合式のスプラインであってもよい。

この発明のボールねじによると、ねじ軸に被せられてねじ軸の外周面との間にグリースを保持する円筒状カバーと、カバーの端部内周に嵌め被せられたキャップとを備えているので、カバーの内径を所定値に設定しておくことで、適正位置に適正量のグリースを塗布しておくことができ、しかも、塗布されたグリースがカバーによって保護されて、グリースの量が出荷・梱包の作業中に変化しないことから、取扱いが容易であるとともに、アクチュエータまたは緩衝器に組み付けられた状態で、最適グリース量を得ることができ、潤滑不足が解消して、寿命が向上する。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。以下の説明において、上下は、図の上下をいうものとする。

図４は、この発明によるボールねじが使用される１例としてのモータ付きボールねじ装置を示している。

モータ付きボールねじ装置は、ハウジング(8)内に配された上下にのびる鋼製ねじ軸(2)と、ねじ軸(2)のボールねじ軌道溝(2a)にボール（図示略）を介してねじ合わされた回転自在の鋼製ボールねじナット(3)と、ボールねじナット(3)と一体で回転する中空軸(4)と、中空軸(4)に固定された円筒状のモータロータ(6)およびハウジング(8)内径に固定された円筒状のモータステータ(7)からなるモータ(5)とを備えている。

モータ(5)は、永久磁石型三相同期モータとされており、モータロータ(6)が永久磁石とされて、モータステータ(7)にＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相のコイル(7a)が巻かれている。

ねじ軸(2)と中空軸(4)とは、同心状に配置されており、ボールねじ(1)は、ボールねじナット(3)、中空軸(4)およびモータロータ(6)を回転させて、ねじ軸(2)を直線移動させる形態で使用される。

中空軸(4)は、ねじ軸(2)を案内する小径部(11)と、内周面がボールねじナット(3)の外周面に固定されかつ外周面に軸受(9)を保持する大径部(12)とからなり、軸受(9)を介してハウジング(8)に回転可能に支持されている。

このモータ付きボールねじ装置は、例えば、自動車の電磁緩衝器用として使用するのに適している。電磁緩衝器は、タイヤから伝わる外力によってねじ軸(2)が軸方向に直線移動し、これに伴って、ボールねじナット(3)および中空軸(4)が回転し、この回転運動をモータ(5)に取り込んで、モータ(5)で発生する電磁力を減衰力として利用するようになっている。

このような電磁緩衝器は、突起乗り越し等のオーバストローク時には、ねじ軸(2)と一体で上下移動するバンプストッパがハウジング(8)等に衝突することにより、高速回転していたモータ(5)が急停止し、モータ(5)の慣性トルクにより過大軸力がボールねじ軌道溝(2a)に負荷されることがあり、この場合のボールねじ軌道溝(2a)の保護が課題となっている。

ねじ軸(2)には、潤滑剤としてのグリースが予め塗布（給脂）されている。塗布量が少ないと、潤滑不足となるが、多すぎる場合には、撹拌抵抗で発熱しやすいなどの問題が生じるため、適正な塗布量とすることが課題となっている。

この発明によるボールねじ(1)は、上記課題を解決したもので、図１（ａ）（ｂ）に示すように、ねじ軸(2)およびそのボールねじ軌道溝(2a)にボールを介してねじ合わされたボールねじナット(3)に加えて、ねじ軸(2)に被せられてねじ軸(2)の外周面との間にグリース(G)を保持する円筒状カバー(21)と、カバー(21)の上端部内周に嵌め被せられたキャップ(22)とを備えている。

キャップ(22)は、頂壁を有する円筒状とされており、その内周面には、図２に拡大して示すようならせん状凸部(23)が形成されている。このらせん状凸部(23)は、キャップ(22)をねじ軸(2)の上端部にねじ合わせることで、ねじ軸(2)のボールねじ軌道溝(2a)に沿って移動することができ、これにより、キャップ(22)は、軸方向に引っ張るだけでは、ねじ軸(2)の上端部から外すことができないようになっている。

ボールねじ(1)は、製造時において、図１（ａ）に示すように、ねじ軸(2)とカバー(21)との間にグリース(G)が充満させられた状態とされ、この製造時の形態のまま、梱包・出荷される。そして、アクチュエータまたは緩衝器に組み付けられる直前に、図１（ｂ）に示すように、カバー(21)がねじ軸(2)から引き抜かれる。グリース(G)の移動は、キャップ(22)で阻止され、こうして、使用初期状態において、ねじ軸(2)に適正量のグリース(G)が軸全面に塗布される。

このボールねじ(1)によると、使用初期状態におけるグリース(G)の塗布量のばらつきを極めて少なくすることができ、ねじ軸(2)とボールねじナット(3)との間の潤滑不足をなくし、しかも、グリース(G)による撹拌抵抗の増加を抑えることが可能となる。また、回転部分を大きくしていないので、回転慣性力が増大することなしに、ボールねじ軌道溝(2a)が保護され、圧痕の発生などの問題が生じることが防止される。

カバー(21)の内径は、グリース(G)の適正封入量に対応する所定の値に設定される。ここで、ボールねじ軌道溝(2a)があるので、カバー(21)の内径は、ねじ軸(2)の外径に等しくてもよく、例えば、ねじ軸の外径≦カバーの内径≦（ねじ軸の外径＋１ｍｍ）の範囲で適宜設定することができる。また、カバー(21)の外径をねじ軸(2)およびボールねじナット(3)が設置される部分（例えば、ハウジングや中空軸）の内径以下とすることにより、ねじ軸(2)およびボールねじナット(3)を取り付けてから、カバー(21)を取り外すようにすることもできる。

キャップ(22)は、図２に拡大して示したものに限定されるものではなく、例えば、らせん状とされている凸部(23)を１つの例えば半球状の凸部（突起）に変更することができる。また、凸部(23)は必ずしも必要なものではなく、キャップは、円筒状ではなく、短円柱状として、カバー(21)上端部に嵌め入れるだけとしてもよい。

また、図３に示すように、キャップを２重構造とし、上記キャップ(22)に加えて、カバー(21)開口を密封することができる円錐台状の栓(24)をカバー(21)上端開口に被せるようにしてもよい。このようにすると、カバー(21)内部に空気が入らないので、大気圧でカバー(21)が抜けることがなく、また、ボールねじナット(3)の脱落防止が可能となる。

なお、上記のボールねじ(1)は、図４に示した形態で電動アクチュエータとして使用することもできる。この場合、モータ(5)の回転駆動力をボールねじナット(3)を介してねじ軸(2)の軸方向推力に変換し、推力の軸方向反力を軸受(9)で支持してねじ軸(2)を直線運動させ、ねじ軸(2)に作用する軸方向荷重をボールねじナット(3)で負荷するとともに、トルクをボールスプライン外筒で支持した形態での使用となる。

図１は、この発明のボールねじの１実施形態を示す縦断面図で、（ａ）は、出荷・梱包時の状態を示す図で、（ｂ）は、装置に組み付けられる直前の作業を説明する図である。 図２は、キャップの好ましい１例を示す斜視図である。 図３は、キャップの好ましい他の１例を示す縦断面図である。 図４は、この発明のボールねじが使用される１例としてのモータ付きボールねじ装置の１例を示す図である。

符号の説明

(1) ボールねじ
(2) ねじ軸
(3) ボールねじナット
(21) カバー
(22) キャップ
(23) 凸部

Claims (3)

1. ねじ軸と、ねじ軸にボールを介してねじ合わされたボールねじナットとを備えているボールねじにおいて、
   ねじ軸に被せられてねじ軸の外周面との間にグリースを保持する円筒状カバーと、カバーの端部内周に嵌め被せられてねじ軸端部に取り付けられたキャップとをさらに備えていることを特徴とするボールねじ。
2. キャップの内周に、ねじ軸のボールねじ軌道溝に嵌め合わせられる凸部が設けられていることを特徴とする請求項１のボールねじ。
3. カバーは、ボールねじ組付け前にねじ軸から引き抜かれるようになされていることを特徴とする請求項１または２のボールねじ。

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