JP6224383B2 - ボールねじ - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両の駆動部における電動アクチュエータに使用されるボールねじ、詳しくは、自動車のトランスミッションの切り替えやパーキングブレーキ等で、電動モータからの回転入力を駆動軸の直線運動に変換するボールねじに関するものである。

自動車等の車両の各種駆動部に使用される電動アクチュエータにおいて、電動モータの回転運動を軸方向の直線運動に変換する機構として、台形ねじあるいはラックアンドピニオン等の歯車機構が一般的に使用されている。これらの変換機構は、滑り接触部を伴うため動力損失が大きく、電動モータの大型化や消費電力の増大を余儀なくされている。そのため、より効率的なアクチュエータとしてボールねじ機構が採用されている。

この種の電動アクチュエータでは、ボールねじのナットおよびこのナットに係合するレバー部材等の組立誤差により、ねじ軸に対してナットが傾くことがある。この場合、ボールねじはモーメント荷重を受けることになり、内部負荷分布が不均一になり短寿命となる恐れがある。こうした問題を解決するボールねじとして、図８に示すような調芯機構付ボールねじが知られている。

この調芯機構付ボールねじ５０は、ナットブラケット５１に保持されるナット５２を、ナットブラケット５１にボルト締結される環状のフランジプレート５３と、ねじ軸５４の外周面に形成されたねじ溝５４ａに多数のボール（図示せず）を介して係合する筒状のナット本体５５と、このナット本体５５をフランジプレート５３に押圧する複数の押えばね５６とで構成されている。そして、フランジプレート５３およびナット本体５５の相対向する端面に互いに係合する凹球面５７と凸球面５８とが形成されている。これにより、例えば、ナットブラケット５１のフランジ取付面がねじ軸５４に対して傾いて取り付けられた場合でも、フランジプレート５３のみがねじ軸５４に対して傾くだけで、ナット本体５５はねじ軸５４に対して傾くことがないので、ナット５２とねじ軸５４との間にボールねじの寿命に影響を与えるこじりが発生することを防止できる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−４２１５２号公報

然しながら、この調芯機構付ボールねじ５０は、フランジプレート５３とナット本体５５を押えばね５６によって付勢する構造のため、部品点数が多くなるだけでなく構造が複雑となり、組立工数が嵩み低コスト化を阻害していた。さらに、この調芯機構付ボールねじ５０のように、工作機械等で使用される直動テーブル装置の案内テーブルには適用可能であるが、電動モータの回転運動を、ナットを介して連結アーム等の揺動運動に変換するような電動アクチュエータでは構造的に適用が難しい。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、ナットにモーメント荷重が負荷されてもねじ軸に悪影響がないよう、ナットと相対的に動くリンク部材を設けてナットに調心機構を付与することにより、ボールねじに負荷されるモーメント荷重を吸収させることを着想し、コンパクト化を図ると共に、耐久性と信頼性を向上させたボールねじを提供することを目的とする。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、内周面に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、前記両ねじ溝間に転動自在に収容された多数のボールと、を備え、電動モータからの回転入力を駆動部の直線運動に変換するボールねじにおいて、前記ナットに、フォーク部材に係合するリンク部材が外挿され、前記ナットとリンク部材は、前記ナットの軸心と直交する軸線に設けた枢軸を介して連結され、前記リンク部材が、前記ナットの軸心と直交する軸線に対して回動可能であり、前記ナットが回転不可で、かつ軸方向移動自在に構成されている。

このように、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、内周面にねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、両ねじ溝間に転動自在に収容された多数のボールと、を備え、電動モータからの回転入力を駆動部の直線運動に変換するボールねじにおいて、ナットに、フォーク部材に係合するリンク部材が外挿され、ナットとリンク部材は、ナットの軸心と直交する軸線に設けた枢軸を介して連結され、リンク部材が、ナットの軸心と直交する軸線に対して回動可能であり、ナットが回転不可で、かつ軸方向移動自在に構成されているので、組立誤差等があっても、リンク部材がナットと独立して回動することができ、これによりボールねじに負荷されるモーメント荷重が吸収され、ナットとねじ軸との間にボールねじの寿命に影響を与えるこじりが発生するのを防止することができるので、コンパクト化を図ると共に、耐久性と信頼性を向上させたボールねじを提供することができる。

また、請求項２に記載の発明のように、前記ナットの外周面の一部に互いに対向して前記ねじ軸の中心を通る線上に支持孔が形成されると共に、前記リンク部材が、外周面に互いに対向して配置されて前記駆動部に連結されるウイングを備え、外周面の一部に互いに対向して円孔が形成され、この円孔に枢軸の一端部が圧入固定され、前記枢軸の他端部が前記支持孔にすきまを介して嵌挿されていれば、ナットに調心機構を付与することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記リンク部材の円孔と前記ナットの支持孔のうちどちらか一方に前記枢軸が軸受を介して嵌挿されていれば、枢軸と円孔または支持孔との摩耗を抑制することができると共に、ナットに対するリンク部材の回動を滑らかにすることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記枢軸とリンク部材のうち少なくとも枢軸が硬化処理されていれば、ナットの支持孔との接触による耐摩耗性を向上させることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記ナットが、外周面の一部に互いに対向する一対の平坦面が形成されると共に、前記リンク部材が、外周面の一部に互いに対向する一対の平坦部を備え、この平坦部に前記円孔が形成され、前記リンク部材の平坦部と前記ナットの平坦面とを合致させた状態で、当該リンク部材が前記ナットに径方向すきまを介して嵌挿されていれば、ナットとリンク部材との間で、枢軸の軸線方向の案内ができて両者の同軸度を確保することができ、ナットに対してリンク部材のスムーズな回動を許容することができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記枢軸が、軸部と、この軸部の端部に鍔部が一体に形成され、当該枢軸が前記ナットの支持孔に固定されると共に、前記枢軸の鍔部と前記リンク部材との間にすきまが設けられていれば、ナットとリンク部材を円筒状に形成して軽量・コンパクト化しても、枢軸の鍔部により、ナットとリンク部材との間で、枢軸の軸線方向の案内ができて両者の同軸度を確保することができるので、ナットに対してリンク部材のスムーズな回動を許容することができる。

本発明に係るボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、内周面に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、前記両ねじ溝間に転動自在に収容された多数のボールと、を備え、電動モータからの回転入力を駆動部の直線運動に変換するボールねじにおいて、前記ナットに、フォーク部材に係合するリンク部材が外挿され、前記ナットとリンク部材は、前記ナットの軸心と直交する軸線に設けた枢軸を介して連結され、前記リンク部材が、前記ナットの軸心と直交する軸線に対して回動可能であり、前記ナットが回転不可で、かつ軸方向移動自在に構成されているので、組立誤差等があっても、リンク部材がナットと独立して回動することができ、これによりボールねじに負荷されるモーメント荷重が吸収され、ナットとねじ軸との間にボールねじの寿命に影響を与えるこじりが発生するのを防止することができるので、コンパクト化を図ると共に、耐久性と信頼性を向上させたボールねじを提供することができる。

本発明に係るボールねじの第１の実施形態を示す斜視図である。 図１のボールねじを示す平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った横断面図である。 本発明に係るリンク部材に係合するフォーク部材を示す斜視図である。 本発明に係るボールねじにフォーク部材が係合した状態での作動を示す説明図である。 本発明に係るボールねじの第２の実施形態を示す斜視図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った横断面図である。 従来の調芯機構付ボールねじを示す一部断面平面図である。

外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、内周面に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、前記両ねじ溝間に転動自在に収容された多数のボールと、を備え、電動モータからの回転入力を駆動部の直線運動に変換するボールねじにおいて、前記ナットにフォーク部材に係合する円筒状のリンク部材が外挿され、前記ナットの外周面の一部に互いに対向して前記ねじ軸の中心を通る線上に支持孔が形成されると共に、前記リンク部材が、外周面に互いに対向して配置されて前記駆動部に連結されるウイングを備え、外周面の一部に互いに対向して円孔が形成され、この円孔に枢軸の一端部が圧入固定され、前記枢軸の他端部が前記支持孔にすきまを介して嵌挿されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るボールねじの第１の実施形態を示す斜視図、図２は、図１のボールねじを示す平面図、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った横断面図、図４は、本発明に係るリンク部材に係合するフォーク部材を示す斜視図、図５は、本発明に係るボールねじにフォーク部材が係合した状態での作動を示す説明図である。

このボールねじ１は、図１および図２に示すように、ねじ軸２と、このねじ軸２に外挿されたナット３と、このナット３に外挿されたリンク部材７とを主たる構成としている。ねじ軸２の外周面には螺旋状のねじ溝２ａが形成され、ナット３の内周面には、ねじ軸２のねじ溝２ａに対応する螺旋状のねじ溝３ａが形成されている。そして、これら両ねじ溝２ａ、３ａ間に多数のボール４が転動自在に収容されている（図３参照）。

ねじ軸２はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、高周波焼入れ、あるいは浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。一方、ナット３はＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。これにより、熱処理後のスケール除去のためのバフ加工等を省略することができ、低コスト化を図ることができる。

ナット３は円筒状に形成され、図３に示すように、外周面の一部に軸線に沿った一対の平坦面５、５が形成されている。この平坦面５、５は所定幅に形成されて互いに対向して配置されている。そして、これらの平坦面５、５の中央部にねじ軸２の中心を通る線上に支持孔６、６が形成され、これらの支持孔６、６に、後述するリンク部材７に固定された枢軸８、８が僅かな径方向すきまを介して嵌挿されている。これにより、ナット３は回転不可で、かつ軸方向移動自在に構成される。

枢軸８はＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理され、ナット３の支持孔６との接触による耐摩耗性を向上させている。なお、支持孔６と枢軸８との間に滑り軸受や転がり軸受を介装することにより、支持孔６と枢軸８の摩耗を抑制することができると共に、ナット３に対するリンク部材７の回動を滑らかにすることができる。

リンク部材７は円筒状に形成され、外周面に互いに対向するウイング９、９を一体に備え、外周面の一部に軸線に沿った一対の平坦部１０、１０を備えた断面略小判形に形成されている。この平坦部１０、１０は互いに対向して配置され、ナット３の平坦面５、５に嵌挿される。平坦部１０には円孔７ａが形成され、この円孔７ａに枢軸８が所定のシメシロを介して圧入固定されている。

ここで、本実施形態では、ナット３が、外周面の一部に一対の平坦面５、５が形成されると共に、リンク部材７が外周面の一部に一対の平坦部１０、１０を備えた断面略小判形に形成され、ナット３の平坦面５、５に合致させた状態で、所定のすきまを介して嵌挿されているので、ナット３とリンク部材７との間で、枢軸８の軸線方向の案内ができて両者の同軸度を確保することができ、ナット３に対してリンク部材７のスムーズな回動を許容することができる。

リンク部材７のウイング９、９にはフォーク部材１１が連結される。このフォーク部材１１は、図４に示すように、固定軸１２の端部にヨーク１３が一体に形成され、このヨーク１３に凹所１３ａが形成されている。そして、この凹所１３ａ、１３ａがリンク部材７のウイング９、９に係合される。

次に、図５を用いて、本発明に係るボールねじ１を電動アクチュエータに適用した場合の作動を説明する。図示しない電動モータの回転を受けてねじ軸２が回転すると、ナット３が軸方向に移動し、このナット３の移動によりリンク部材７を介してフォーク部材１１が揺動する。このようにしてリンク部材７を介してナット３の駆動力をフォーク部材１１に伝達する。本実施形態では、リンク部材７に固定された枢軸８をナット３の支持孔６に嵌挿することにより、ナット３に作用するモーメント荷重を支持しつつナット３を回転不可に構成すると共に、リンク部材７がナット３と相対的に動き、リンク部材７の枢軸８とナット３の支持孔６との係合によって、ナット３に対して枢軸８を介してリンク部材７が回動自在となる。すなわち、リンク部材７がナット３の軸心と直交する軸線（ここでは、枢軸８）に対して回動可能となっている。このナット３の調心機構により、ボールねじ１に負荷されるモーメント荷重（図中白矢印にて示す）が吸収される。

換言すれば、フォーク部材１１はナット３を跨いで通常２点でリンク部材７を押すが（図中黒矢印にて示す）、組立誤差等で２点が同時に当接しない場合であっても、リンク部材７がナット３と独立して回動することができ、ナット３にモーメント荷重は負荷されない。これにより、ナット３とねじ軸２との間にボールねじの寿命に影響を与えるこじりが発生するのを防止でき、コンパクト化を図ると共に、耐久性と信頼性を向上させたボールねじ１を提供することができる。

図６は、本発明に係るボールねじの第２の実施形態を示す斜視図、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った横断面図である。なお、この実施形態は、前述した第１の実施形態とナットとリンク部材の構成が一部異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部品や部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

このボールねじ１４は、図６および図７に示すように、ねじ軸２と、このねじ軸２に外挿されたナット１５と、このナット１５に外挿されたリンク部材１６とを主たる構成としている。

ナット１５はＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、円筒状に形成されている。そして、外周面の中央部にねじ軸２の中心を通る線上に支持孔６、６が互いに対向して形成され、これらの支持孔６、６に枢軸１７、１７が所定のシメシロを介して圧入固定されている。

リンク部材１６は円筒状に形成され、外周面に互いに対向するウイング９、９を一体に備え、外周面の一部に円孔１６ａ、１６ａが互いに対向して形成されている。そして、ナット１５の枢軸１７が僅かな径方向すきまを介して嵌挿されている。

枢軸１７はＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。一方、リンク部材１６はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、高周波焼入れ、あるいは浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。これにより、枢軸１７とリンク部材１６の円孔１６ａとの接触による耐摩耗性を向上させることができる。

本実施形態では、ナット１５に固定された枢軸１７をリンク部材１６の円孔１６ａに嵌挿することにより、前述した実施形態と同様、ナット１５に作用するモーメント荷重を支持しつつナット１５を回転不可に構成すると共に、リンク部材１６がナット１５と相対的に動き、ナット１５の枢軸１７とリンク部材１６の円孔１６ａとの係合によって、ナット１５に対して枢軸１７を介してリンク部材１６が回動自在となるので、ボールねじ１４に負荷されるモーメント荷重が吸収され、ナット１５とねじ軸２との間にボールねじの寿命に影響を与えるこじりが発生するのを防止でき、コンパクト化を図ると共に、耐久性と信頼性を向上させることができる。

ここで、ナット１５に固定される枢軸１７は、図７に示すように、軸部１７ａと、この軸部１７ａの端部に鍔部１７ｂが一体に形成されている。そして、鍔部１７ｂとリンク部材１６との間に所定のすきまが設けられている。これによりナット１５とリンク部材１６を円筒状に形成した分、軽量・コンパクト化ができると共に、枢軸１７の鍔部１７ｂにより、ナット１５とリンク部材１６との間で、枢軸１７の軸線方向の案内ができて両者の同軸度を確保することができるので、ナット１５に対してリンク部材１６のスムーズな回動を許容することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係るボールねじは、ナットに調心機構が付与され、ボールねじに負荷されるモーメント荷重を吸収させるようにしたボールねじに適用することができる。

１、１４ ボールねじ
２ ねじ軸
２ａ、３ａ ねじ溝
３、１５ ナット
４ ボール
５ 平坦面
６ 支持孔
７、１６ リンク部材
７ａ、１６ａ 円孔
８、１７ 枢軸
９ ウイング
１０ 平坦部
１１ フォーク部材
１２ 固定軸
１３ ヨーク
１３ａ 凹所
１７ａ 軸部
１７ｂ 鍔部
５０ 調芯機構付ボールねじ
５１ ナットブラケット
５２ ナット
５３ フランジプレート
５４ ねじ軸
５４ａ ねじ溝
５５ ナット本体
５６ 押えばね
５７ 凹球面
５８ 凸球面

Claims (6)

1. 外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
   このねじ軸に外挿され、内周面に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
   前記両ねじ溝間に転動自在に収容された多数のボールと、を備え、
   電動モータからの回転入力を駆動部の直線運動に変換するボールねじにおいて、
   前記ナットに、フォーク部材に係合するリンク部材が外挿され、前記ナットとリンク部材は、前記ナットの軸心と直交する軸線に設けた枢軸を介して連結され、前記リンク部材が、前記ナットの軸心と直交する軸線に対して回動可能であり、前記ナットが回転不可で、かつ軸方向移動自在に構成されていることを特徴とするボールねじ。
2. 前記ナットの外周面の一部に互いに対向して前記ねじ軸の中心を通る線上に支持孔が形成されると共に、前記リンク部材が、外周面に互いに対向して配置されて前記駆動部に連結されるウイングを備え、外周面の一部に互いに対向して円孔が形成され、この円孔に枢軸の一端部が圧入固定され、前記枢軸の他端部が前記支持孔にすきまを介して嵌挿されている請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記リンク部材の円孔と前記ナットの支持孔のうちどちらか一方に前記枢軸が軸受を介して嵌挿されている請求項２に記載のボールねじ。
4. 前記枢軸とリンク部材のうち少なくとも枢軸が硬化処理されている請求項２または３に記載のボールねじ。
5. 前記ナットが、外周面の一部に互いに対向する一対の平坦面が形成されると共に、前記リンク部材が、外周面の一部に互いに対向する一対の平坦部を備え、この平坦部に前記円孔が形成され、前記リンク部材の平坦部と前記ナットの平坦面とを合致させた状態で、当該リンク部材が前記ナットに径方向すきまを介して嵌挿されている請求項１乃至４いずれかに記載のボールねじ。
6. 前記枢軸が、軸部と、この軸部の端部に鍔部が一体に形成され、当該枢軸が前記ナットの支持孔に固定されると共に、前記枢軸の鍔部と前記リンク部材との間にすきまが設けられている請求項１乃至４いずれかに記載のボールねじ。

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