JP6601792B2 - ボールねじ - Google Patents
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Description
本発明はボールねじに関する。詳しくは無段式変速機の変速比切り替えプーリの駆動等に用いられるこま式ボールねじに関する。
従来、ベルト式無段変速機（ＣＶＴ）において、伝動ベルトが巻きつけられているプーリの可動シーブを回転軸の軸方向に移動させるためにボールねじを用いているものがある。ボールねじを具備するベルト式無段変速機は、変速用モータの回転運動をボールねじによって直線運動に変換し、プーリの可動シーブを軸方向に移動させる。この際、ボールねじには、変速用モータやプーリからアキシアル荷重、ラジアル荷重およびモーメント荷重が複合的に加わる。こま式ボールねじの場合、こま部材に形成されているねじ溝を通過中のボールは、こま部材の構造上、ラジアル荷重やモーメント荷重等を受けることができない。従って、こま式ボールねじは、こまの位相方向にラジアル荷重やモーメント荷重が加わるとこま部材のねじ溝とねじ軸またはナットのねじ溝との乗継部分に過大面圧が生じて耐久性が低下する可能性があった。そこで、こま部材に複数の連結溝（ねじ溝）を設けたこま式ボールねじが知られている。例えば、特許文献１に記載の如くである。
特許文献１に記載のこま式ボールねじは、外周面に外ねじ溝を有するボールねじ軸と内周面に内ねじ溝を有する回転ナットと複数のボールとから構成されている。回転ナットには、ボールねじ軸が挿入され、外ねじ溝と内ねじ溝とから構成される転動路に複数のボールが配置されている。こま式ボールねじには、１つのこま部材が回転ナットに設けられている。こま部材には、転動路を構成する内ねじ溝の隣り合う１周部分同士を連結して周回経路とする連結溝が複数設けられている。各連結溝は、互いに異なる転動路を周回経路とするように構成されている。従って、転動路は、こま部材が設けられた軸方向の長さの範囲で複数の周回経路が構成されている。このように、こま式ボールねじは、１つのこま部材で周回経路が構成されているので部品点数を削減し、軸方向の寸法を短くすることができる。しかし、特許文献１に記載の技術は、こま部材に複数の周回経路が設けることによりラジアル荷重やモーメント荷重を受けることができない範囲が増大している。従って、ラジアル荷重やモーメント荷重が加わる回転側にこま部材を設けた場合、こま式ボールねじは、ラジアル荷重やモーメント荷重に対する耐久性がこま部材によって制限される可能性があった。
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、全体形状を大きくすることなく、かつ複数のこま部材を設けることなくラジアル荷重やモーメント荷重に対する耐久性を向上することができるこま式ボールねじの提供を目的とする。
即ち、本発明においては、ねじ軸がナットに挿入され、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とから構成される転動路に複数のボールが配置され、転動路を周回経路とする循環溝が複数形成されたこま部材がねじ軸またはナットに設けられるボールねじにおいて、こま部材に形成された複数の循環溝のうち、少なくとも一つの循環溝の周方向一側の端部が他の循環溝の周方向一側の端部よりも周方向一側または周方向他側にずれた位置に配置されるものである。
本発明においては、前記複数の循環溝の中心が前記ねじ軸の軸心に対して所定の角度を有する直線上に配置されるものである。
本発明においては、前記複数の循環溝の中心が前記ねじ軸の軸心に対して２０度以上６０度以下の範囲で任意の角度を有する直線上に配置されるものである。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
即ち、本発明によれば、こま部材に形成されている循環溝とねじ軸またはナットに形成されているねじ溝とがねじ軸の軸方向に隣り合うことで、ねじ軸の軸方向に循環溝のみが隣り合っている部分の周方向の幅が小さくなる。すなわち、ねじ軸またはナットの転走面のこま部材への乗継部分に加わる荷重を循環溝に隣接するねじ軸またはナットのねじ溝が分担するのでねじ溝の負荷分布が均一な状態に近づく。これにより、全体形状を大きくすることなく、かつ複数のこま部材を設けることなくラジアル荷重やモーメント荷重に対する耐久性を向上することができる。
以下に、図１と図２とを用いて、本発明に係るボールねじ３を備えるベルト式無段変速機（ＣＶＴ）の一実施形態であるベルト式無段変速機１について説明する。
図１に示すように、ベルト式無段変速機１は、プーリ１０に巻き掛けられる伝動ベルト１２の巻き掛け径Ｄを無段階に変化させることで減速比を変更するものである。ベルト式無段変速機１は、ケーシング２、直動機構であるボールねじ３、伝動軸８、プーリ１０、伝動ベルト１２および歯車減速機構１３を具備する。ベルト式無段変速機１は、図示しない電動モータの動きを制御することでプーリ１０の可動シーブ１０ａが任意の位置に移動可能に構成されている。なお、以下の実施形態において伝動軸８は、エンジン等の図示しないエンジンに接続されているものとして説明するが、これに限定されるものではない。
ケーシング２は、ベルト式無段変速機１の主な構造部材である。ケーシング２は、Ａ６０６１やＡＤＣ１２等のアルミ合金やダイキャストから形成される。ケーシング２を形成しているアルミ合金やダイキャストは、高温に加熱して固溶体を形成させる溶体化処理、それを水中で急速冷却する焼き入れ処理、続いて室温に保持あるいは低温（１００〜２００℃）に加熱して析出させる時効硬化処理（焼きもどし処理）で構成される熱処理によって、析出相に大きな格子ひずみを生じさせ硬化させる析出硬化処理が施されている。これにより、ケーシング２は、量産性が良くなり、低コスト化を図ることができる共に、強度を高めてアルミ使用量を削減し、軽量化を達成することができる。ケーシング２の内部には、ボールねじ３、伝動軸８、プーリ１０、伝動ベルト１２および歯車減速機構１３等が設けられる。
ケーシング２には、ナット保持部２ａおよび歯車減速機構１３の駆動ギヤ用玉軸受保持部２ｂが形成されている。ナット保持部２ａは、ケーシング２の一側面であって後述するボールねじ３のナット６を保持可能な中空有底の円筒形状に形成されている。駆動ギヤ用玉軸受保持部２ｂは、ケーシング２の一側面であって後述する歯車減速機構１３の駆動側ギヤ１３ａを支持する駆動ギヤ用玉軸受１４を保持可能な中空有底の円筒形状に形成されている。
ボールねじ３は、回転運動を直線運動に変換するものである。ボールねじ３は、ねじ軸４、ナット６、複数のボール７およびこま部材１５等から構成されている。
ねじ軸４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、真空浸炭焼入れによって５５〜６２ＨＲＣ程度の硬化処理が施されている。ねじ軸４は、中空円筒状に形成されている。ねじ軸４の一側（ケーシング２側）には、その外周面にボール７が転動するための右ねじからなる一条巻きの軸側ねじ溝４ａが形成されている。ねじ軸４の他側（プーリ１０側）端部には、その内径が拡径されてねじ軸４を支持するねじ軸用玉軸受５が設けられている。ねじ軸用玉軸受５の外輪は、ねじ軸４の拡径部分に固定されている。つまり、ねじ軸用玉軸受５の外輪は、ねじ軸４に対して軸回りに一体的に回転可能な状態、かつ軸方向に移動不能な状態に構成されている。ねじ軸４の軸側ねじ溝４ａが形成されている外周面の一部には、こま部材１５が設けられている。こま部材１５は、ボール７がナット６のナット側ねじ溝６ａの山部分（ランド部分）を乗り越えてもとのナット側ねじ溝６ａにもどるように構成されている。
ナット６は、ねじ軸４を挿入可能な中空円筒状に形成されている。ナット６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５５〜６２ＨＲＣ程度の硬化処理が施されている。ナット６の一側（プーリ１０側）には、その内周面にボール７が転動するためのナット側ねじ溝６ａがねじ軸４の軸側ねじ溝４ａと同一のリードおよびピッチで形成されている。ナット６の他側（ケーシング２側）には、その内周に伝動軸８を支持する伝動軸用玉軸受９が設けられている。また、ナット６の他側は、ケーシング２のナット保持部２ａに隙間なく勘合され、ケーシング２に固定されている。ナット６には、軸側ねじ溝４ａとナット側ねじ溝６ａとが対向するようにしてねじ軸４が挿入されている。ボールねじ３は、中空円筒状のねじ軸４と中空円筒状のナット６とから中空円筒状に構成されている。軸側ねじ溝４ａとナット側ねじ溝６ａとから構成される転動路には、複数のボール７が転動自在に収容されている。ナット６は、複数のボール７を介してねじ軸４をナット６の軸回りに回転自在に支持している。
本実施形態において、ねじ軸４の軸側ねじ溝４ａとナット６のナット側ねじ溝６ａとは一条巻きとしたがこれに限定されるものではない。また、軸側ねじ溝４ａとナット側ねじ溝６ａとの断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここではボール７との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動の発生を抑制することができる。
このように構成されているボールねじ３は、ナット６の他側の嵌合部がケーシング２のナット保持部２ａに隙間なく勘合してケーシング２に対して相対回転不能に保持されている。ボールねじ３は、ねじ軸４が回転されると転動路に収容されている複数のボール７を介してナット６に回転力が伝達される。ナット６は、ケーシング２に固定されているので、ねじ軸４の回転運動が軸側ねじ溝４ａの傾きによってねじ軸４の軸方向の直線運動に変換される。このようにして、ボールねじ３のねじ軸４は、ケーシング２の内部でその軸方向に移動する。
伝動軸８は、図示しないエンジン等からの動力を図示しないトランスミッション等に伝達するものである。伝動軸８の途中部には、プーリ１０を構成する固定シーブ８ａが一体に形成されている。伝動軸８は、中空円筒状のボールねじ３の内部に挿入され、一側端部が伝動軸用玉軸受９に嵌合されている。つまり、伝動軸８は、ねじ軸４およびナット６の内部で伝動軸用玉軸受９によってケーシング２およびボールねじ３のナット６に対して相対回転可能に支持されている。伝動軸８の図示しない他側端部は、図示しないエンジン等に接続されている。
プーリ１０は、伝動ベルト１２からの動力または伝動軸８からの動力の回転速度を変更するものである。プーリ１０は、伝動軸８の固定シーブ８ａと可動シーブ１０ａとから構成される。固定シーブ８ａは、伝動軸８の途中部が径方向に突出して鍔状に形成されている。固定シーブ８ａは、伝動軸８に平行な断面視でボールねじ側の一側面が中心から外縁に向かって徐々に他側面に近接するテーパ状に形成されている。可動シーブ１０ａは、中空円筒状のボス部材の一側端部が径方向に鍔状に突出して形成されている。可動シーブ１０ａは、伝動軸８に平行な断面視で鍔状部材の一側面が中心から外縁に向かって徐々に他側面に近接するテーパ状に形成されている。可動シーブ１０ａは、すべりキー１１を介して伝動軸８が挿入されている。この際、可動シーブ１０ａは、テーパ状の一側面が固定シーブ８ａのテーパ状の一側面に対向するように配置されている。これにより、可動シーブ１０ａは、伝動軸８と一体的に回転可能、かつ伝動軸８の軸方向に移動可能な状態で伝動軸８に支持されている。また、可動シーブ１０ａは、他側端部がねじ軸用玉軸受５の内輪に嵌合され、一体的に回転可能な状態に構成されている。つまり、可動シーブ１０ａは、ねじ軸用玉軸受５を介してボールねじ３のねじ軸４と一体的に軸方向に移動可能、かつねじ軸４に対してその軸回りに相対回転可能な状態に構成されている。
プーリ１０には、固定シーブ８ａのテーパ状の一側面と可動シーブ１０ａのテーパ状の一側面との間に伝動ベルト１２が巻き掛けられている。伝動ベルト１２は、固定シーブ８ａの一側面と可動シーブ１０ａの一側面とに対向する両側面がテーパ状に形成されている。伝動ベルト１２は、テーパ状の両側面がそれぞれプーリ１０の固定シーブ８ａと可動シーブ１０ａと接触することで摩擦により動力を伝達するように構成されている。つまり、プーリ１０は、固定シーブ８ａと可動シーブ１０ａの間隔に応じて伝動ベルト１２の両側面が固定シーブ８ａと可動シーブ１０ａとに接触する位置（巻き掛け径Ｄ）が定まるように構成されている。
歯車減速機構１３は、図示しない電動モータからの回転動力を減速して出力するものである。歯車減速機構１３は、ピニオンギヤである駆動側ギヤ１３ａと駆動側ギヤ１３ａよりも歯数の多い従動側ギヤ１３ｂを具備する。駆動側ギヤ１３ａと従動側ギヤ１３ｂは、焼結金属から構成されている。
駆動側ギヤ１３ａと従動側ギヤ１３ｂは、噛み合った状態でのケーシング２の内部に配置されている。駆動側ギヤ１３ａは、図示しない電動モータの出力軸に一体的に回転可能に設けられている。また、駆動側ギヤ１３ａは、ケーシング２の駆動ギヤ用玉軸受保持部２ｂに駆動ギヤ用玉軸受１４を介して回転可能に支持されている。駆動側ギヤ１３ａは、ボールねじ３のねじ軸４の可動範囲よりも大きい歯幅になるように形成されている。従動側ギヤ１３ｂは、ボールねじ３のねじ軸４の他側端部に一体的に回転可能、かつ一体的に軸方向に移動可能に設けられている。歯車減速機構１３は、駆動側ギヤ１３ａと従動側ギヤ１３ｂとの歯数から定まる減速比に応じて図示しない電動モータからの入力回転速度を減速し、入力トルク（回転力）を増大して出力する。なお、本実施形態において、歯車減速機構１３は、駆動側ギヤ１３ａと従動側ギヤ１３ｂからなる２枚のギヤで構成されているがこれに限定するものではない。また、駆動側ギヤ１３ａと従動側ギヤ１３ｂとは、焼結金属から構成されているがこれに限定されるものではない。
このように構成されるベルト式無段変速機１は、図示しない制御装置等からトルク、回転速度または回転角度のうちいずれか一つの制御因子に基づいた制御電流が図示しない電動モータに供給されると、制御電流に応じた動作態様で電動モータの出力軸が一方向または他方向に回転する。ベルト式無段変速機１は、電動モータの入力回転速度と入力トルクを歯車減速機構１３の減速比に応じた出力回転速度と出力トルクとに変換してボールねじ３に伝達する。そして、ベルト式無段変速機１は、従動側ギヤ１３ｂが設けられているボールねじ３のねじ軸４が回転され、その回転量とねじ軸４のリードから定まる移動量だけねじ軸４が軸方向に直線運動する。
ボールねじ３のねじ軸４がプーリ側からみて左回転する場合、ベルト式無段変速機１は、プーリ１０の可動シーブ１０ａが固定シーブ８ａに近接する（図１黒塗矢印参照）。これにより、ベルト式無段変速機１は、伝動ベルト１２の巻き掛け径Ｄが増大する方向に制御される。つまり、ベルト式無段変速機１は、伝動ベルト１２が巻き掛けられている下流側（出力側）の図示しないプーリ１０の回転速度を大きくするように変速する。
図２に示すように、ボールねじ３のねじ軸４がプーリ側からみて右回転する場合、ベルト式無段変速機１は、プーリ１０の可動シーブ１０ａが固定シーブ８ａから離間する（図２黒塗矢印参照）。これにより、ベルト式無段変速機１は、伝動ベルト１２の巻き掛け径Ｄが減少する方向に制御される。つまり、ベルト式無段変速機１は、伝動ベルト１２が巻き掛けられている下流側（出力側）の図示しないプーリ１０の回転速度を小さくするように変速する。
図２に示すように、ボールねじ３のねじ軸４がプーリ側からみて右回転する場合、ベルト式無段変速機１は、プーリ１０の可動シーブ１０ａが固定シーブ８ａから離間する（図２黒塗矢印参照）。これにより、ベルト式無段変速機１は、伝動ベルト１２の巻き掛け径Ｄが減少する方向に制御される。つまり、ベルト式無段変速機１は、伝動ベルト１２が巻き掛けられている下流側（出力側）の図示しないプーリ１０の回転速度を小さくするように変速する。
以下に、図３を用いて、ボールねじ３のねじ軸４に設けられているこま部材１５について説明する。なお、本実施形態において、ねじ軸４に形成されている軸側ねじ溝４ａは右ねじであるものとするがこれに限定されるものではない。また、ボールねじ３のこま部材１５は、ねじ軸４に設けられているがこれに限定されるものではなく、ナット６にこま部材１５が設けられる構成でもよい（図６参照）。
図３に示すように、こま部材１５は、転動路を周回経路とする循環溝を構成するものである。こま部材１５は、金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形される焼結合金からなる。こま部材１５は、金属粉とプラスチックおよびワックスからなるバインダとの混練物を射出成形機で金型内に加熱溶融状態で押し込む、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）により成形されている。こうしたＭＩＭによって成形される焼結合金は、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。
金属粉として、後に浸炭焼入が可能な材質、例えば、Ｃ（炭素）が０．１３ｗｔ％、Ｎｉ（ニッケル）が０．２１ｗｔ％、Ｃｒ（クロム）が１．１ｗｔ％、Ｃｕ（銅）が０．０４ｗｔ％、Ｍｎ（マンガン）が０．７６ｗｔ％、Ｍｏ（モリブデン）が０．１９ｗｔ％、Ｓｉ（シリコン）が０．２０ｗｔ％、残りがＦｅ（鉄）等からなるＳＣＭ４１５を例示することができる。こま部材１５は、浸炭焼入れおよび焼戻し温度を調整して行われる。また、こま部材１５の材料としてこれ以外にＮｉが３．０〜１０．０ｗｔ％含有し、加工性、耐食性に優れた材料（日本粉末冶金工業規格のＦＥＮ８）、あるいは、Ｃが０．０７ｗｔ％、Ｃｒが１７ｗｔ％、Ｎｉが４ｗｔ％、Ｃｕが４ｗｔ％、残りがＦｅ等からなる析出硬化系ステンレスＳＵＳ６３０であっても良い。このＳＵＳ６３０は、固溶化熱処理で２０〜３３ＨＲＣの範囲に表面硬さを適切に上げることができ、強靭性と高硬度を確保することができる。
こま部材１５をＳＣＭ４１５等の浸炭材で形成する場合は、こま部材１５は浸炭焼入れおよび、焼戻し温度調整によるか、もしくは浸炭焼入れによって表面硬さが３０〜４０ＨＲＣの範囲になるように硬化処理されると共に、高周波テンパー装置を用いて、外径側の外周部が焼戻しされ、硬さが１５〜３０ＨＲＣの範囲になるように設定されている。これにより、こま部材１５をねじ軸４に加締固定する際に割れ等が発生するのを防止することができる。
図３（ｂ）に示すように、こま部材１５は、ねじ軸４の軸側ねじ溝４ａの一部を切り欠くように形成されているこま窓４ｂに隙間なく嵌合可能な本体部１５ａとアーム部１５ｂとが形成されている。こま部材１５のアーム部１５ｂは、本体部１５ａにおけるねじ軸４の軸方向の両側端部から周方向に延びるように形成されている。こま部材１５は、ねじ軸４のこま窓４ｂにこま部材１５の本体部１５ａとともにアーム部１５ｂを嵌合されることでねじ軸４に対する軸方向の位置が定まる。
こま部材１５の本体部１５ａには、３本の循環溝がねじ軸４の一側から第１循環溝１５ｃ、第２循環溝１５ｄ、第３循環溝１５ｅの順で形成されている。第１循環溝１５ｃ、第２循環溝１５ｄおよび第３循環溝１５ｅは、ねじ軸４の軸側ねじ溝４ａの一部を構成している。第１循環溝１５ｃは、こま窓４ｂの縁に形成されている軸側ねじ溝４ａの端面うち一の端面とその端面からねじ軸４を一周回した他の端面とを連結している。つまり、第１循環溝１５ｃは、ねじ軸４を一周回することにより一条分だけずれた軸側ねじ溝４ａともとの軸側ねじ溝４ａとを連結している。
図３（ａ）に示すように、第１循環溝１５ｃは、ボール７がナット６のナット側ねじ溝６ａの山部分（ランド部分）を乗り越えてもとのナット側ねじ溝６ａにもどる深さに形成されている。これにより、こま部材１５は、第１循環溝１５ｃによって軸側ねじ溝４ａとナット側ねじ溝６ａとからなるらせん状の転動路を一周分の周回経路に構成している。同様にして、こま部材１５は、第２循環溝１５ｄおよび第３循環溝１５ｅによって転動路の一部を回経路に構成している。つまり、こま部材１５は、転動路の一部をこま部材１５の軸方向の長さ範囲で複数の周回経路に分離している。
図３（ｂ）に示すように、こま部材１５の第１循環溝１５ｃ、第２循環溝１５ｄおよび第３循環溝１５ｅは、同一の形状に形成されている。また、第１循環溝１５ｃ、第２循環溝１５ｄおよび第３循環溝１５ｅは、その中心がねじ軸４の側面視で軸心方向に対して所定の角度θ（例えば、２０度以上６０度以下の範囲の任意の角度）を有する直線Ｘ上に配置されている。第２循環溝１５ｄは、ねじ軸４の側面視で軸心と直線Ｘとの交点に第２循環溝１５ｄを配置されている。第１循環溝１５ｃと第３循環溝１５ｅとは、互いにねじ軸４の側面視で軸心と直線Ｘとの交点を中心とする点対称になる直線Ｘ上の位置に配置されている。つまり、第１循環溝１５ｃは、第２循環溝１５ｄを基準として周方向一側に所定量Ｌ１だけずれた位置に配置されている。同様に、第３循環溝１５ｅは、第２循環溝１５ｄを基準として周方向他側に所定量Ｌ１だけずれた位置に配置されている。これにより、第１循環溝１５ｃの周方向一側の端部は、第２循環溝１５ｄの周方向一側の端部よりも周方向一側に所定量Ｌ１だけずれた位置に配置されている。同様に、第３循環溝１５ｅの周方向一側の端部は、第２循環溝１５ｄの周方向一側の端部よりも周方向他側に所定量Ｌ１だけずれた位置に配置されている。また、第１循環溝１５ｃの周方向他側の端部は、第２循環溝１５ｄの周方向他側の端部よりも周方向一側に所定量Ｌ１だけずれた位置に配置されている。同様に、第３循環溝１５ｅの周方向他側の端部は、第２循環溝１５ｄの周方向他側の端部よりも周方向他側に所定量Ｌ１だけずれた位置に配置されている。
本体部１５ａの周方向側の両端部は、第１循環溝１５ｃ、第２循環溝１５ｄおよび第３循環溝１５ｅの周方向側の端部に沿うようにそれぞれ形成されている。本体部１５ａの周方向側の両端部は、第１循環溝１５ｃ、第２循環溝１５ｄおよび第３循環溝１５ｅが配置されている直線Ｘに沿う形状に形成されている。このように構成されているこま部材１５は、第１循環溝１５ｃと第２循環溝１５ｄとの周方向側の一側端部において、ねじ軸４の軸方向にねじ軸４の軸側ねじ溝４ａが隣接している。同様に、第２循環溝１５ｄと第３循環溝１５ｅとの周方向側の他側端部において、ねじ軸４の軸方向にねじ軸４の軸側ねじ溝４ａが隣接している。すなわち、こま部材１５は、第３循環溝１５ｅの周方向側の一側端部から第１循環溝１５ｃの周方向側の他側端部までの周方向の幅Ａ１の範囲だけこま部材１５のみがボール７を支持している。
以上のごとく構成することで、ボールねじ３は、こま部材１５のみによってボール７を支持している部分の周方向の幅Ａ１の範囲が第１循環溝１５ｃ、第２循環溝１５ｄおよび第３循環溝１５ｅをねじ軸４の軸方向に並列に配置した場合（ねじ軸４の側面視で軸心方向に対する直線Ｘの角度θ＝０の場合）に比べて所定量Ｌ１×２だけ減少する。すなわち、ねじ軸４の転走面のこま部材１５への乗継部分に加わる荷重を循環溝に隣接する軸側ねじ溝４ａが分担するので負荷分布が均一な状態に近づく。これにより、全体形状を大きくすることなく、かつ複数のこま部材１５を設けることなくラジアル荷重やモーメント荷重に対する耐久性を向上することができる。本発明に係るボールねじ３を用いたベルト式無段変速機１は、ボールねじ３によってプーリ１０の可動シーブ１０ａを軸方向に移動させる際、ボールねじ３にプーリ１０からアキシアル荷重、ラジアル荷重およびモーメント荷重が複合的に加わる。しかし、本発明のこま式ボールねじ３は、ボールねじ３の全体形状を大きくすることなく、ラジアル荷重やモーメント荷重に対する耐久性が向上しているのでベルト式無段変速機１の全体形状や生産コストを増大することなく耐久性を向上させることができる。
次に、図４を用いて、本発明に係るボールねじの第二実施形態であるボールねじ１６について説明する。なお、以下の全ての実施形態に係るボールねじは、図１から図３に示すボールねじ３において、ボールねじ３に替えて適用されるものとして、その説明で用いた名称、図番、記号を用いることで、同じものを指すこととし、以下の実施形態において、既に説明した実施形態と同様の点に関してはその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。
ボールねじ１６は、回転運動を直線運動に変換するものである。ボールねじ１６のねじ軸４にはこま部材１７が設けられている。
こま部材１７の本体部１７ａには、３本の循環溝がねじ軸４の一側から第１循環溝１７ｃ、第２循環溝１７ｄ、第３循環溝１７ｅの順で形成されている。こま部材１７の第１循環溝１７ｃ、第２循環溝１７ｄおよび第３循環溝１７ｅは、同一の形状に形成されている。また、第１循環溝１７ｃは、第２循環溝１７ｄを基準として周方向一側に所定量Ｌ２だけずれた位置に配置されている。第３循環溝１７ｅは、第２循環溝１７ｄを基準としてねじ軸４の軸方向に並列に配置されている。これにより、第１循環溝１７ｃの周方向一側の端部は、第２循環溝１７ｄの周方向一側の端部よりも周方向一側に所定量Ｌ２だけずれた位置に配置されている。同様に、第１循環溝１７ｃの周方向他側の端部は、第２循環溝１７ｄの周方向他側の端部よりも周方向一側に所定量Ｌ２だけずれた位置に配置されている。
こま部材１７の本体部１７ａの周方向側の両端部は、第１循環溝１７ｃ、第２循環溝１７ｄおよび第３循環溝１７ｅの周方向側の端部に沿うようにそれぞれ形成されている。本体部１７ａの周方向側の一側端部は、第１循環溝１７ｃの周方向側の一側端部が形成されている部分が第２循環溝１７ｄと第３循環溝１７ｅとの一側端部よりも周方向に突出するように形成されている。同様に、本体部１７ａの周方向側の他側端部は、第１循環溝１７ｃの周方向側の他側端部が形成されている部分が第２循環溝１７ｄと第３循環溝１７ｅとの他側端部よりも周方向に凹むように形成されている。このように構成されているこま部材１７は、第１循環溝１７ｃの周方向側の一側端部において、ねじ軸４の軸方向に軸側ねじ溝４ａが隣接している。同様に、第２循環溝１７ｄの周方向側の他側端部において、ねじ軸４の軸方向に軸側ねじ溝４ａが隣接している。すなわち、こま部材１７は、第２循環溝１７ｄと第３循環溝１７ｅとの周方向側の一側端部から第１循環溝１７ｃの周方向側の他側端部までの周方向の幅Ａ２の範囲だけこま部材１７のみがボール７を支持している。
以上のごとく構成することで、ボールねじ１６は、こま部材１７のみによってボール７を支持している部分の周方向の幅Ａ２の範囲が第１循環溝１７ｃ、第２循環溝１７ｄおよび第３循環溝１７ｅをねじ軸４の軸方向に並列に配置した場合に比べて所定量Ｌ２だけ減少する。すなわち、ねじ軸４の転走面のこま部材１７への乗継部分に加わる荷重を循環溝に隣接する軸側ねじ溝４ａが分担するので負荷分布が均一な状態に近づく。これにより、全体形状を大きくすることなく、かつ複数のこま部材１７を設けることなくラジアル荷重やモーメント荷重に対する耐久性を向上することができる。なお、本実施形態において、こま部材１７は、第１循環溝１７ｃを周方向にずらして配置しているがこれに限定されるものではなく、第１循環溝１７ｃ、第２循環溝１７ｄおよび第３循環溝１７ｅのうち少なくとも一つを周方向にずらして配置する構成であればよい。
次に、図５を用いて、本発明に係るボールねじの第三実施形態であるボールねじ１８について説明する。
ボールねじ１８は、回転運動を直線運動に変換するものである。ボールねじ１８は、ねじ軸４にはこま部材１９が設けられている。
こま部材１９の本体部１９ａには、３本の循環溝がねじ軸４の一側から第１循環溝１９ｃ、第２循環溝１９ｄ、第３循環溝１９ｅの順で形成されている。第１循環溝１９ｃは、周方向側の一側端部の周方向位置が第２循環溝１９ｄの周方向側の一側端部の周方向位置と同じ位置に配置されている。さらに、第１循環溝１９ｃは、第２循環溝１９ｄを基準として周方向側の他側端部が周方向一側に所定量Ｌ３だけずれた位置に配置されている。これにより、第１循環溝１９ｃは、軸側ねじ溝４ａに対する溝の方向が第２循環溝１９ｄの軸側ねじ溝４ａに対する溝の方向と異なるように形成されている。同様に、第３循環溝１９ｅは、周方向側の他側端部の周方向位置が第２循環溝１９ｄの周方向側の他側端部の周方向位置と同じ位置に配置されている。さらに、第３循環溝１９ｅは、第２循環溝１９ｄを基準として周方向側の一側端部が周方向他側に所定量Ｌ３だけずれた位置に配置されている。これにより、第３循環溝１９ｅは、軸側ねじ溝４ａに対する溝の方向が第２循環溝１９ｄの軸側ねじ溝４ａに対する溝の方向と異なるように形成されている。
こま部材１９の本体部１９ａの周方向側の両端部は、第１循環溝１９ｃ、第２循環溝１９ｄおよび第３循環溝１９ｅの周方向側の端部に沿うようにそれぞれ形成されている。本体部１９ａの周方向側の一側端部は、第３循環溝１９ｅの周方向側の一側端部が形成されている部分が第１循環溝１９ｃと第２循環溝１９ｄとの一側端部よりも周方向に凹むように形成されている。同様に、本体部１９ａの周方向側の他側端部は、第１循環溝１９ｃの周方向側の他側端部が形成されている部分が第２循環溝１９ｄと第３循環溝１９ｅとの他側端部よりも周方向に凹むように形成されている。このように構成されているこま部材１９は、第２循環溝１９ｄの周方向側の一側端部において、ねじ軸４の軸方向に軸側ねじ溝４ａが隣接している。同様に、第２循環溝１９ｄの周方向側の他側端部において、ねじ軸４の軸方向に軸側ねじ溝４ａが隣接している。すなわち、こま部材１９は、第３循環溝１９ｅの周方向側の一側端部から第１循環溝１９ｃの周方向側の他側端部までの周方向の幅Ａ３の範囲だけこま部材１９のみがボール７を支持している。
以上のごとく構成することで、ボールねじ１８は、こま部材１９のみによってボール７を支持している部分の周方向の幅Ａ３の範囲が第１循環溝１９ｃ、第２循環溝１９ｄおよび第３循環溝１９ｅをねじ軸４の軸方向に並列に配置した場合に比べて所定量Ｌ３×２だけ減少する。すなわち、ねじ軸４の転走面のこま部材１９への乗継部分に加わる荷重を循環溝に隣接する軸側ねじ溝４ａが分担するので負荷分布が均一な状態に近づく。これにより、全体形状を大きくすることなく、かつ複数のこま部材１９を設けることなくラジアル荷重やモーメント荷重に対する耐久性を向上することができる。なお、本実施形態において、こま部材１９は、第１循環溝１９ｃの周方向側の他側端部と第３循環溝１９ｅの周方向側の一側端部を周方向にずらして配置しているがこれに限定されるものではなく、第１循環溝１９ｃ、第２循環溝１９ｄおよび第３循環溝１９ｅのうち少なくとも一つの周方向側の端部を周方向にずらして配置する構成であればよい。
次に、図６を用いて、本発明のボールねじを用いた一実施形態に係るベルト式無段変速機１（図１参照）の別実施形態であるベルト式無段変速機２０について説明する。
図６に示すように、ベルト式無段変速機２０は、プーリに巻き掛けられる伝動ベルトの巻き掛け径Ｄを無段階に変化させることで減速比を変更するものである。ベルト式無段変速機２０は、ケーシング２、直動機構であるボールねじ２１、伝動軸８、プーリ１０、伝動ベルト１２および歯車減速機構１３を具備する。
ボールねじ２１は、回転運動を直線運動に変換するものである。ボールねじ２１は、ねじ軸２２、ナット２３、複数のボール７およびこま部材２５等から構成されている。
ねじ軸２２は、中空円筒状に形成されている。ねじ軸２２の一側には、その外周面にボール７が転動するための右ねじからなる一条巻きの軸側ねじ溝２２ａが形成されている。ねじ軸２２の他側には、その内周に伝動軸を支持する伝動軸用玉軸受９が設けられている。また、ねじ軸２２の他側は、ケーシング２のねじ軸保持部２ｃに隙間なく勘合され、ケーシング２に固定されている。
ナット２３は、ねじ軸２２を挿入可能な中空円筒状に形成されている。ナット２３の一側には、その内周面にボール７が転動するためのナット側ねじ溝２３ａがねじ軸２２の軸側ねじ溝２２ａと同一のリードおよびピッチで形成されている。ナット２３の他側端部には、その内径が拡径されてナット２３を支持するナット用玉軸受２４が設けられている。ナット用玉軸受２４の外輪は、ナット２３の拡径部分に固定されている。つまり、ナット用玉軸受２４の外輪は、ナット２３に対して軸回りに一体的に回転可能な状態、かつ軸方向に移動不能な状態に構成されている。ナット２３には、軸側ねじ溝２２ａとナット側ねじ溝２３ａとが対向するようにしてねじ軸２２が挿入されている。ナット２３のナット側ねじ溝２３ａが形成されている内周面の一部には、こま部材２５が嵌合されている。こま部材２５は、ボール７がねじ軸２２の軸側ねじ溝２２ａの山部分（ランド部分）を乗り越えてもとの軸側ねじ溝２２ａにもどるように構成されている。
このように構成されているボールねじ２１は、ねじ軸２２の他側の嵌合部がケーシング２のねじ軸保持部２ｃに隙間なく勘合してケーシング２に対して相対回転不能に保持されている。ボールねじ２１は、ナット２３が回転されると軸側ねじ溝２２ａとナット側ねじ溝２３ａとから構成される転動路に収容されている複数のボール７を介してねじ軸２２に回転力が伝達される。ねじ軸２２は、ケーシング２に固定されているのでナット２３の回転運動が軸側ねじ溝２２ａの傾きによってねじ軸２２の軸方向の直線運動に変換される。このようにして、ナット２３は、ケーシング２の内部でねじ軸２２の軸方向に移動する。
可動シーブ１０ａは、ボス部材の他側端部がナット用玉軸受２４の内輪に嵌合され、一体的に回転可能な状態に構成されている。つまり、可動シーブ１０ａは、ナット用玉軸受２４を介してボールねじ２１のナット２３と一体的に軸方向に移動可能、かつナット２３に対して相対回転可能な状態に構成されている。
歯車減速機構１３は、電動モータからの回転動力を減速して出力するものである。歯車減速機構１３は、ピニオンギヤである駆動側ギヤ１３ａと駆動側ギヤ１３ａよりも歯数の多い従動側ギヤ１３ｂを具備する。従動側ギヤ１３ｂは、ボールねじ２１のナット２３の他側端部に一体的に回転可能、かつ一体的に軸方向に移動可能に設けられている。
このように構成されるベルト式無段変速機２０は、従動側ギヤ１３ｂが設けられているボールねじ２１のナット２３が回転され、その回転量とねじ軸２２のリードから定まる移動量だけナット２３が軸方向に直線運動する（図１黒塗矢印参照）。ボールねじ２１のナット２３がプーリ側からみて左回転する場合、ベルト式無段変速機２０は、プーリ１０の可動シーブ１０ａが固定シーブ８ａに近接する（図６白塗矢印参照）。ボールねじ２１のねじ軸２２がプーリ側からみて右回転する場合、ベルト式無段変速機２０は、プーリ１０の可動シーブ１０ａが固定シーブ８ａから離間する（図６黒塗矢印参照）。
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。
３ ボールねじ
４ ねじ軸
４ａ 軸側ねじ溝
６ ナット
６ａ ナット側ねじ溝
７ ボール
１５ こま部材
１５ｃ 第１循環溝
１５ｄ 第２循環溝
１５ｅ 第３循環溝
４ ねじ軸
４ａ 軸側ねじ溝
６ ナット
６ａ ナット側ねじ溝
７ ボール
１５ こま部材
１５ｃ 第１循環溝
１５ｄ 第２循環溝
１５ｅ 第３循環溝
Claims (3)
- ねじ軸がナットに挿入され、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とから構成される転動路に複数のボールが配置され、転動路を周回経路とする循環溝が複数形成されたこま部材がねじ軸またはナットに設けられるボールねじにおいて、
こま部材に形成された複数の循環溝のうち、少なくとも一つの循環溝の周方向一側の端部が他の循環溝の周方向一側の端部よりも周方向一側または周方向他側にずれた位置に配置されるボールねじ。 - 前記複数の循環溝の中心が前記ねじ軸の軸心に対して所定の角度を有する直線上に配置される請求項１に記載のボールねじ。
- 前記複数の循環溝の中心が前記ねじ軸の軸心に対して２０度以上６０度以下の範囲で任意の角度を有する直線上に配置される請求項１または請求項２に記載のボールねじ。
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