JP7151354B2 - ボールねじ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじ装置に関する。

ボールねじ装置は、回転運動を直線運動に変換することができ、様々な分野で広く用いられている。例えば、特許文献１では、図７に示すような、ボールねじ装置８１を備えた自動車のブレーキ装置８０が開示されている。
ブレーキ装置８０は、モータ８２でボールねじ装置８１のねじ軸８３を回転させることによって、ブレーキパッド８４をブレーキロータ８５に押し付けて、車輪（図示を省略）を制動している。

ボールねじ装置８１は、玉８９が循環しない、いわゆる非循環型のボールねじ装置である。ねじ軸８３の外周に第１螺旋溝８７が形成され、ナット８６の内周に第２螺旋溝８８が形成されており、ナット８６がねじ軸８３の外周に嵌め合わされている。こうして、第１螺旋溝８７と第２螺旋溝８８とが互いに径方向に向き合って、玉溝が形成されている。玉溝には、複数の玉８９が一列に組み込まれている。一列の玉の並びを玉列という。

ブレーキ装置８０が作動するときには、ねじ軸８３が回転して、玉８９が、玉溝に沿って転動する。ブレーキ装置８０を解除するときには、ねじ軸８３が逆方向に回転し、玉８９は、概ね元の位置（初期位置）に復帰する。
しかしながら、ブレーキ装置８０を繰り返し使用している間に、玉８９の初期位置がずれて、玉溝の終端部近傍に移動する場合がある。この状態でブレーキ装置８０が作動しようとすると、玉８９がすぐに玉溝の終端に到達して転動できなくなるので、ねじ軸８３が滑らかに回転せず、ブレーキ装置８０の制動力などの性能が低下する虞がある。
そこで、図８に示すように、特許文献１のボールねじ装置８１では、玉列の両側にコイルばね９０を設けている。これによって、ボールねじ装置８１が作動するときにはコイルばね９０を圧縮して玉列の移動を許容しつつ、ボールねじの動作が終了したときには、コイルばね９０の弾性力によって、玉列が、初期位置に復帰するようにしている。

特開２０１６－０３５３２２号公報

非循環型のボールねじ装置８１は、その適用範囲を拡げるために、ナット８６の可動範囲を拡げたいという要望がある。しかしながら、ねじ軸８３の回転角を大きくすると、玉８９の転動量が増大するので、コイルばね９０の線間が密着してしまい、ねじ軸８３を滑らかに回転させることができなくなる。
そこで、コイルばね９０の全長を長くして、コイルばね９０の許容撓み量を大きくする方法が考えられるが、コイルばね９０の全長を長くすると、コイルばね９０の外周とナット８６の玉溝の内周とが強くこすれ合うようになり、滑らかに圧縮することができない。このため、実質的に許容撓み量が減少し、玉８９が滑らかに転動しないので、ボールねじ装置８１の伝達効率が低下してしまう。
このように、玉列が移動する側にコイルばね９０を備えて、動作が終了したときに玉列が初期位置に復帰するボールねじ装置８１では、ナット８６の可動範囲を大きくすることが困難であった。

上記の状況に鑑み、本発明の目的は、ねじ軸が回転したときに玉列が移動する側にコイルばねを備えたボールねじ装置において、ナットの可動範囲を大きくするとともに、広い範囲で良好な伝達効率を有するボールねじ装置を提供することである。

本発明の一形態は、外周に第１螺旋溝が形成されたねじ軸と、内周に第２螺旋溝が形成され、前記ねじ軸の外周に嵌め合わされたナットと、前記第１螺旋溝と前記第２螺旋溝との間に組込まれて、外力を支持する複数の玉と、を備え、前記ねじ軸の軸の方向を軸方向とし、前記軸の周りを周回する方向を周方向として、前記ねじ軸が、外力を受けながら前記軸を中心として回転するときに、前記玉が、無負荷状態の位置から、軸方向の一方側に変位するボールねじ装置であって、前記第２螺旋溝は、少なくとも軸方向の一方側の端部に、前記玉の脱落を防止する制止部材を備えており、複数の前記玉のうち軸方向の最も一方側の前記玉と前記制止部材との間に、前記第２螺旋溝に沿って複数のコイルばねが直列に配置されており、複数の前記コイルばねは、それぞれ前記第２螺旋溝に配置された状態で、前記軸の周りで周方向に占める角度が１８０°以下であることを特徴としている。

本発明によれば、ねじ軸が回転したときに玉列が移動する側にコイルばねを備えたボールねじ装置において、ナットの可動範囲を大きくするとともに、広い範囲で良好な伝達効率を有するボールねじ装置を提供することができる。

ボールねじ装置を使用したブレーキ装置の一例を示す断面図である。 ボールねじ装置の分解斜視図である。 図３（ａ）は、玉溝を直線状に展開して玉列及び各コイルばねの組込状態を示す模式図であり、図３（ｂ）はその変形例である。 第１制止部の形態を示す模式図である。 円弧長が３６０°のコイルばねの組込状態を示す模式図である。 円弧長が１８０°のコイルばねの組込状態を示す模式図である。 従来のボールねじ装置を使用したブレーキ装置の形態を示す断面図である。 従来のナットの内周に配置された玉列とコイルばねの形態を示す断面図である。

本発明の一実施形態（以下、第１実施形態という）を、図を用いて詳細に説明する。
第１実施形態のボールねじ装置３１は、自動車のブレーキ装置１０に用いられている。図１はブレーキ装置１０の概略の構造を示す軸方向の断面図である。ブレーキ装置１０は、自動車の車輪（図示を省略）と一体回転するブレーキロータ１１にブレーキパッド１２を押し付けて、摩擦によって制動力を付与する装置である。以下の説明では、ボールねじ装置３１のねじ軸３２の中心軸ｍの方向を軸方向といい、中心軸ｍと直交する向きを径方向、中心軸ｍの回りを周回する方向を周方向という。

ブレーキ装置１０は、キャリパー１３と、ブレーキロータ１１を挟む一対のブレーキパッド１２，１２と、ブレーキパッド１２をブレーキロータ１１に向けて付勢するボールねじ装置３１と、モータ１４とを備えている。

キャリパー１３は、鞍形の形状で、ブレーキロータ１１の外周の一部を覆うように配置されており、図示しないナックル等によって、軸方向に動きうる浮動状態で、かつ、周方向に固定された状態で支持されている。キャリパー１３には、内周が円筒面のシリンダ１５が一体に形成されている。蓋２３が、シリンダ１５のブレーキロータ１１と反対の側の端部に設置されており、シリンダ１５の内周は、ブレーキロータ１１に向かって開口している。蓋２３の中心に、軸方向に貫通する孔１９が形成されている。
ピストン１６が、シリンダ１５の内周に挿入されている。ピストン１６は、その外周が円筒面であって、シリンダ１５の内周とわずかなすきまをもって嵌め合わされており、ブレーキロータ１１に向かって軸方向に変位することができる。ピストン１６とシリンダ１５との嵌め合い面には滑りキー１７が設けられており、ピストン１６は、シリンダ１５に対して軸方向に往復移動可能であるが、周方向に回転不能となっている。

ピストン１６の内周側には、ボールねじ装置３１が組付けられている。ボールねじ装置３１は、ねじ軸３２、ナット３３、及び複数の玉３５を備えており、ねじ軸３２の回転運動を、ナット３３の軸方向の運動に変換する装置である。
ねじ軸３２は、径方向に広がる円板状のフランジ部２４を備えている。フランジ部２４と蓋２３との間には、スラスト軸受２５、自動調心座２６、軸力計測装置２７が組込まれている。これにより、ねじ軸３２は、中心軸ｍを中心として回転可能でかつ軸方向に移動不能である。ねじ軸３２は、蓋２３の孔１９に挿通されている。ギア２０が、ねじ軸３２の軸端に取り付けられており、中間ギア２１を介して、モータ１４の回転軸に取り付けられたギア２２とかみ合っている。ボールねじ装置３１については、後で詳細に説明する。

モータ１４は、キャリパー１３の外側に設けられており、制御装置（図示を省略）から発信する信号に基づいて、正回転、逆回転、又は停止する。モータ１４が回転することによって、ボールねじ装置３１が作動する。

ブレーキ装置１０には、一対のブレーキパッド１２，１２が、ブレーキロータ１１を挟んで、互いに軸方向に対向するように設置されている。一方のブレーキパッド１２が、ピストン１６の端部に設置され、他方のブレーキパッド１２が、キャリパー１３の内壁に設置されている。モータ１４が回転し、ねじ軸３２が回転すると、ピストン１６が軸方向に押し出されて、一対のブレーキパッド１２，１２が互いに接近する。キャリパー１３は、ブレーキロータ１１に対して浮動状態で支持されており、軸方向に変位することができるので、一対のブレーキパッド１２，１２は、ブレーキロータ１１を軸方向の両側から挟持することができる。こうして、ブレーキロータ１１とブレーキパッド１２の間に生じるすべり摩擦によって、車輪が制動される。

図２によって、ボールねじ装置３１について説明する。図２は、ボールねじ装置３１を分解して、構成部品を軸方向に配列した分解斜視図である。なお、説明の便宜のため、ナット３３が嵌め合わされるピストン１６及び止め輪３４をあわせて図示している。
ボールねじ装置３１は、ねじ軸３２、ナット３３、複数の玉３５、一方側ばね部材３６、及び、他方側ばね部材３７を備えている。なお、以下の説明では、図２における右側を軸方向一方側、左側を軸方向他方側という場合がある。

ねじ軸３２は、外周に第１螺旋溝３９が形成された略円筒形状の螺旋溝形成部４０と、フランジ部２４と、シャフト部３８とが、互いに同軸に形成されている。
第１螺旋溝３９は、軸方向断面が、玉３５の外径の曲率半径よりわずかに大きい曲率半径の円弧形状であり、螺旋溝形成部４０の軸方向の全領域にわたって螺旋状に形成されている。螺旋の巻方向は右であり、図２の矢印Ｊの向きに見たときに、螺旋溝形成部４０の外周を時計周りの方向に周回すると軸方向他方側に進む向きに形成されている。
シャフト部３８は、螺旋溝形成部４０より小径の略円柱形状である。

ナット３３は、略円筒形状で、内周には、第２螺旋溝４１が、軸方向の全領域にわたって螺旋状に形成されている。第２螺旋溝４１は、軸方向断面が、玉３５の外周の曲率半径よりわずかに大きい曲率半径の円弧形状である。螺旋の向きは、第１螺旋溝３９と同様である。
ねじ軸３２の螺旋溝形成部４０は、ナット３３より軸方向長さが長く、第１螺旋溝３９は、第２螺旋溝４１より軸方向の広い範囲に形成されている。

ナット３３は、ねじ軸３２の外周に嵌め合わされており、第１螺旋溝３９と第２螺旋溝４１とが互いに径方向に向き合って、螺旋状の玉溝Ａが形成されている。複数の玉３５が、玉溝Ａに沿って一列に組込まれている。また、図２に示すように、自由長の短いコイルばねである仕切ばね４２が、一列に並んだ複数の玉３５の複数個所に所定の間隔で組み込まれている。このように、玉溝Ａに沿って一列に配置された複数の仕切ばね４２及び複数の玉３５を、玉列Ｐという。
玉３５は、第１螺旋溝３９及び第２螺旋溝４１と接触して、ナット３３に作用する軸方向の外力Ｆを支持している。ねじ軸３２が回転すると、玉列Ｐが玉溝Ａの内側を転動するので、軸方向に大きな外力Ｆが負荷された状態であっても、ナット３３を軸方向に滑らかに移動させることができる。

玉溝Ａには、一方側ばね部材３６及び他方側ばね部材３７が、玉列Ｐの両外側に組み込まれている。第１実施形態のボールねじ装置３１は、一方側ばね部材３６が、第１のコイルばね３６ａと第２のコイルばね３６ｂの２本のばねを組み合わせた形態である点に特徴がある（図３参照）。各ばね部材３６，３７については、ボールねじ装置３１のその他の構成を説明した後に、詳細に説明する。

ナット３３は、外周がピストン１６の内周に嵌め合わされている。図２に示すように、ナット３３の外周は、軸方向の一部が円筒形状で、軸方向のその他の部分が多角形状になっている。ピストン１６の内周は、図示を省略するが、ナット３３の外周と同様の形状で、軸方向の一部が多角形状になっている。ナット３３の多角形状の外周部が、ピストン１６の多角形状の内周部に嵌め合わされて、ピストン１６とナット３３が周方向に相対的に回転するのを防止している。
ピストン１６にナット３３を組付けた後、止め輪３４が、ピストン１６の内周に装着されて、ナット３３が軸方向に抜け出すのを防止している。こうして、ナット３３は、ピストン１６と一体に固定されている。

図３及び図４によって、ボールねじ装置３１が作動する前の、無負荷状態における、玉列Ｐと一方側ばね部材３６及び他方側ばね部材３７の組込状態について詳細に説明する。図３（ａ）は、玉列Ｐ及び各コイルばね３６ａ，３６ｂの組込状態の一例を示す模式図であり、玉溝Ａを直線状に展開した状態で示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）の変形例を示している。図４は、図２の矢印Ｊの向きに見たときの、第１制止部４７の形態を示す模式図である。

図３（ａ）に示すように、玉列Ｐと一方側ばね部材３６及び他方側ばね部材３７は、玉溝Ａに沿って一列に組み込まれている。
制止部材としての第１制止部４７及び第２制止部５５が、それぞれ第２螺旋溝４１の軸方向両端部に形成されている。図４では、第１制止部４７の上方が、第２螺旋溝４１の軸方向他方側に向かう方向であり、下方が、第２螺旋溝４１の軸方向一方側に向かう方向である。
各制止部４７，５５は、玉３５及び各ばね部材３６，３７が、第２螺旋溝４１から脱落するのを防止している。

図４を参照して、各制止部４７，５５の形態について説明する。第１制止部４７と第２制止部５５は、互いに同様の形態であるので、第１制止部４７を例にして説明する。
第１制止部４７は、第１凹部４８と第１ストッパボール４９とで形成されている。第１凹部４８は、ナット３３の内周から径方向外方に窪んだ形状であり、第２螺旋溝４１の軸方向他方側から軸方向一方側に向かうにしたがって径方向の深さが増大している。第１凹部４８は、ナット３３の端面３３ａ（図２参照）から第２螺旋溝４１の一の溝幅と同程度の深さまで形成されている。

第１ストッパボール４９が、第１凹部４８に組み込まれている。第１ストッパボール４９は、玉列Ｐを構成する玉３５に比べて大径である。第１ストッパボール４９は、第１凹部４８の壁面５１と当接して、軸方向一方側に変位不能に固定されている。

再び図３（ａ）を参照する。一方側ばね部材３６は、玉列Ｐの軸方向一方側で、玉列Ｐと第１制止部４７との間に組込まれており、他方側ばね部材３７は、玉列Ｐの軸方向他方側で、玉列Ｐと第２制止部５５との間に組み込まれている。

一方側ばね部材３６は、第１のコイルばね３６ａ及び第２のコイルばね３６ｂで構成されている。第１のコイルばね３６ａ及び第２のコイルばね３６ｂは、互いに同一の形態であり、それぞれ、ばね鋼やステンレスばね鋼等の線材を螺旋状に巻いて、全体として略円筒形状に形成された圧縮ばねである。なお、図３（ａ）では、説明の便宜上、第１のコイルばね３６ａと第２のコイルばね３６ｂとの間にすきまを設けて記載しているが、実際には互いに接触している。

第１のコイルばね３６ａ及び第２のコイルばね３６ｂは、玉溝Ａに沿って、直列状態に配置されている。直列状態とは、二本のコイルばね３６ａ，３６ｂが、玉溝Ａに沿って一列に配置された状態をいう。具体的には、第１のコイルばね３６ａは、玉列Ｐより軸方向一方側において、玉列Ｐに近接した位置に配置され、第２のコイルばね３６ｂは、第１のコイルばね３６ａと第１ストッパボール４９との間に配置されている。

他方側ばね部材３７は、１本のコイルばね（たとえば、第１のコイルばね３６ａと同様のコイルばねである）で構成されている。

図３（ａ）に示すように、玉列Ｐと各ばね部材３６，３７を、自由状態で一列に並べて配置したときには、その全長Ｌは、第１ストッパボール４９と第２ストッパボール５６との間の玉溝Ａに沿った長さＬｏと同等か、もしくはＬｏよりわずかに大きく設定されている。これにより、ボールねじ装置３１に軸方向の外力Ｆが負荷されていないときには、玉３５は玉溝Ａの内側を自由に動くことができるので、各玉３５が所定の位置に変位して、各コイルばね３６ａ，３６ｂ及び仕切ばね４２の圧縮荷重が一様な大きさとなっている。このように、外力Ｆが作用していない無負荷状態における玉３５の位置を、初期位置という。

次に、図１、図２を参照しつつ、ボールねじ装置３１が作動して、ねじ軸３２が回転するときの、玉３５の挙動について説明する。以下の説明では、特に断らない場合は、ねじ軸３２及び玉列Ｐが、中心軸ｍの周りを周回するときの向きは、図２の矢印Ｊから見た向きで記載する。

ここでは、第１のコイルばね３６ａと第２のコイルばね３６ｂのばね諸元を、次のように設定して説明する。
各コイルばね３６ａ，３６ｂは、互いに自由長及びばね定数が同等であり、圧縮したときに線間が密着するまでの許容撓み量δが同等である。許容撓み量δとは、自由長Ｌ１と線間が密着したときの全長Ｌ２との差（δ＝Ｌ１－Ｌ２）である。各コイルばね３６ａ，３６ｂの自由長は、玉溝Ａの１ピッチ分の道程の半分に相当する長さである。言い換えれば、玉溝Ａに組み込まれたコイルばね３６ａ，３６ｂを軸方向に見たときに、中心軸ｍの周りで周方向に占める角度（以下「円弧長」という）が、それぞれ１８０°である。
したがって、一方側ばね部材３６の全体としての円弧長は、３６０°（＝１８０°×２）である。また、一方側ばね部材３６の全体としての許容撓み量は、２×δである。

なお、従来のボールねじ装置８１では、一方側ばね部材としてコイルばね９０が使用されており、コイルばね９０のばね諸元は、概ね次の通りである。
円弧長・・・１８０°～２７０°
許容撓み量・・・１．０×δ～１．５×δ
但し δ：第１のコイルばね３６ａ又は第２のコイルばね３６ｂの許容撓み量

先に述べたように、第１実施形態では、ねじ軸３２の第１螺旋溝３９の巻方向が右である。したがって、ねじ軸３２が反時計周りの方向に回転すると、ピストン１６が、ブレーキロータ１１に向けて押し出され、ブレーキパッド１２がブレーキロータ１１に押し付けられる。
ブレーキパッド１２をブレーキロータ１１に押し付けると、その反力が外力Ｆとしてピストン１６に軸方向に作用して、各玉３５は、第１螺旋溝３９と第２螺旋溝４１に押し付けられる。この状態でねじ軸３２が回転すると、各玉３５は、反時計周りの方向に転動して、第２螺旋溝４１を軸方向一方側に向けて移動する。
ボールねじ装置３１では、玉３５の直径ｄが小さいので、玉列Ｐが、第２螺旋溝４１に沿って移動する移動量Ｓは、第１螺旋溝３９が周方向に移動する移動量の概ね２分の１である。こうして、ボールねじ装置３１が作動するときには、玉列Ｐが移動することによって、一方側ばね部材３６が、移動量Ｓと等しい寸法だけ圧縮される。
なお、移動量Ｓは、従来のボールねじ装置８１においても同様であり、概ね、コイルばね９０の許容撓み量の上限値（１．５×δ）と同等の大きさである。

第１実施形態では、一方側ばね部材３６が、第１のコイルばね３６ａと第２のコイルばね３６ｂを直列に配置しており、一方側ばね部材３６の全体としての許容撓み量が、従来のボールねじ装置８１に比べて大きくなっている。このため、第１実施形態では、一方側ばね部材３６の許容撓み量（２×δ）を、玉列Ｐの移動量Ｓより大きくすることができるので、ボールねじ装置３１が作動して玉列Ｐが移動したときに、一方側ばね部材３６の線間が密着するのを防止できる。このため、玉３５の転動が阻害されないので、ねじ軸３２が滑らかに回転することができる。

その後、ねじ軸３２が時計周りの方向に回転して、ブレーキパッド１２が、ブレーキロータ１１から離れる向きに変位して、車輪の制動が解除される。
ブレーキパッド１２が、ブレーキロータ１１から離れて、外力Ｆが作用しなくなったときには、玉列Ｐが、一方側ばね部材３６に付勢されて、初期位置に復帰する。こうして、玉列Ｐの初期位置のずれを防止できるので、再びボールねじ装置３１を作動させるときに、一方側ばね部材３６の線間が密着することがない。こうして、長期にわたってボールねじ装置３１を使用することができる。

次に、第１実施形態の一方側ばね部材３６が、「こじれ」（コイルばねが変形して、玉溝Ａの内周に押し付けられており、伸縮し難い状態をいう）を防止する効果について説明する。
発明者らの研究によると、玉列Ｐの移動する側に、一のコイルばねのみを組み込んだ場合には、そのコイルばねの全長（自然長）によって、ねじ軸３２を回転させる際の滑らかさに違いがあることが分かった。以下にその結果を説明する。なお、下記の第１から第３の試験例に使用したコイルばね（各試験例ごとにコイルばねＤ１、Ｄ２、Ｄ３という）は、単位長さあたりのばね諸元が、第１実施形態の第１のコイルばね３６ａ又は第２のコイルばね３６ｂと同一であり、全長（円弧長で示す）のみが互いに異なっている。

第１の試験例として、コイルばねＤ１の円弧長が３６０°のときは、ねじ軸３２を滑らかに回転させることができなかった。
第２の試験例として、コイルばねＤ２の円弧長が９０°又は１８０°のときは、それぞれ常にねじ軸３２を滑らかに回転させることができた。
第３の試験例として、コイルばねＤ３の円弧長が２７０°のときは、ねじ軸３２が概ね滑らかに回転するものの、ボールねじ装置３１の伝達効率の低下が認められる場合があった。
これらの結果より、コイルばねの全長の違いによって、ねじ軸３２を回転させる際の、「こじれ」の生じやすさに違いがあることが考えられた。以下に、そのメカニズムについて、具体的に説明する。

図５によって、上記の第１の試験例について説明する。図５は、玉溝Ａに組み込まれたコイルばねＤ１を軸方向から見たときの形態を、模式的に示している。なお、図５では、コイルばねＤ１の変形状態を明確にするため、玉溝ＡとコイルばねＤ１との径方向のすきまを誇張して示している。また、図が煩雑になるのを避けるために、コイルばねＤ１の円弧長を、３６０°よりわずかに小さく表示している。
コイルばねＤ１は、もともと直線状に製造されており、玉溝Ａには、弾性的に円形状に曲げた状態で組み付けられている。このため、玉溝Ａに組み込まれたときには、径方向外方に向けて広がろうとする弾性的な復元力が作用しており、ほぼ全周にわたってコイルばねＤ１が第２螺旋溝４１に押し付けられている。このため、玉列Ｐが移動して矢印Ｇで示す圧縮荷重が作用したときに、第２螺旋溝４１との間に大きな摩擦力が生じるので、コイルばねＤ１は、ほとんど撓むことができない。具体的に説明すると、第１ストッパボール４９に近接した側の概ね半周の領域Ｅ２では、コイルばねＤ１の外周と第２螺旋溝４１との摩擦力が大きくなり、コイルばねＤ１は、ほとんど圧縮されない。一方、玉３５に近接した側の概ね半周の領域Ｅ１では、コイルばねＤ１が圧縮され得るが、領域Ｅ１の自由長が小さいため、玉列Ｐの移動によって線間が密着してしまう。この結果、ねじ軸３２を滑らかに回転させることができなかったものと考えられる。

図６によって、上記の第２の試験例について説明する。図６は、図５と同様の模式図である。
コイルばねＤ２は、もともと直線状に製造されており、玉溝Ａに組み込まれたときには、図６に示すように弾性変形しており、コイルばねＤ２の両端でナット３３の第２螺旋溝４１と接触し、全長のほぼ中央では第２螺旋溝４１から離れて、ねじ軸３２の第１螺旋溝３９と接触している。このため、玉列Ｐが移動して、コイルばねＤ２の一端が、図６に矢印Ｇで示す圧縮荷重が作用したときに、コイルばねＤ２の中央が径方向外方に向けて変位して、第１螺旋溝３９との摩擦が低減する。この結果、第１の試験例の場合と異なり、コイルばねＤ２が全長にわたって容易に撓むことができるので、ねじ軸３２を滑らかに回転させることができたものと考えられる。
コイルばねＤ２の円弧長が９０°の場合についても同様であり、説明を省略する。

上記の第３の試験例の場合には、コイルばねＤ３と玉溝Ａとの接触状態が、上記の第２の試験例の状態から、上記の第１の試験例の状態に少しずつ変化しているものと考えられる。

以上の結果によって明らかなように、玉溝Ａに配置されたコイルばねは、円弧長が１８０°以下のときには、「こじれ」を防止して、容易に撓むことができる。ただし、円弧長が、過度に小さい場合には、一方側ばね部材３６を構成するコイルばねの数が増大し、ボールねじ装置３１への組込性が低下するので、円弧長は４５°以上であることが好ましい。
第１実施形態では、一方側ばね部材３６を構成する第１のコイルばね３６ａと第２のコイルばね３６ｂは、それぞれ円弧長が１８０°であり、互いに直列に配置されている。玉列Ｐが移動するときには、それぞれのコイルばね３６ａ，３６ｂに互に同等の圧縮荷重Ｇが作用する。すなわち、第１のコイルばね３６ａでは、玉列Ｐによって、軸方向他方側の端部に圧縮荷重Ｇが作用しており、第２のコイルばね３６ｂでは、第１のコイルばね３６ａによって、軸方向他方側の端部に圧縮荷重Ｇが作用しており、各コイルばね３６ａ，３６ｂに対する圧縮荷重Ｇの向きや大きさは同等である。したがって、各コイルばね３６ａ，３６ｂは、それぞれ「こじれ」を防止して、容易に撓むことができる。
こうして、一方側ばね部材３６は、全体として、「こじれ」を防止して、容易に撓むことができる。

以上説明したように、第１実施形態のボールねじ装置３１は、一方側ばね部材３６を第１のコイルばね３６ａと第２のコイルばね３６ｂを直列に配置することによって、許容撓み量を大きくすることができる。これにより、ねじ軸３２の回転角を大きくしても一方側ばね部材３６の線間が密着せず、ねじ軸３２を滑らかに回転させることができる。更に、一方側ばね部材３６を構成する各コイルばね３６ａ，３６ｂの円弧長を１８０°以下としているので、一方側ばね部材３６のこじれを防止して、ねじ軸３２を滑らかに回転させることができる。こうして、ナット３３の可動範囲を大きくするとともに、広い範囲で良好な伝達効率を確保できる。

なお、上記は、玉列Ｐの移動量Ｓが、概ね１．５×δである場合について説明したが、これより大きいとき、特に、２×δを超える場合（すなわち、第１実施形態の一方側ばね部材３６の許容撓み量より大きい場合である）には、一方側ばね部材３６として、例えば、三以上のコイルばねを直列に配置すればよい（図示を省略する）。このとき、各コイルばねは、例えば、第１のコイルばね３６ａと同等のコイルばねを使用することができる。これにより、許容撓み量が、３×δとなり、玉列Ｐの移動量Ｓより大きくすることができるので、一方側ばね部材３６の線間が密着することを回避することができる。同時に、各コイルばねの円弧長が１８０°であることより、各コイルばねにおいてこじれを防止して、一方側ばね部材３６が全体としてこじれを回避できるので、ねじ軸３２を滑らかに回転させることができる。

その他の実施形態について説明する。第１実施形態では、第２のコイルばね３６ｂの軸方向他方側の端部が、第１のコイルばね３６ａの軸方向一方側の端部と直接接触しているが、図３（ｂ）に示すように、玉列Ｐを構成する玉３５より小径の玉であるスペーサボール４３を介して接触するようにしてもよい。
玉３５より小径にすることによって、スペーサボール４３と第１螺旋溝３９及び第２螺旋溝４１との間にすきまができるので、スペーサボール４３は、第１のコイルばね３６ａと第２のコイルばね３６ｂで支持されて、玉溝Ａに沿って自在に変位できる。これにより、玉列Ｐの移動量Ｓを、第１のコイルばね３６ａと第２のコイルばね３６ｂで均等に吸収できるので、第１のコイルばね３６ａと第２のコイルばね３６ｂが直接接触する場合と同様に、一方側ばね部材３６が全体として大きい許容撓み量を確保できる。

こうして、第１のコイルばね３６ａと第２のコイルばね３６ｂがスペーサボール４３を介して接触することにより、各コイルばね３６ａ，３６ｂのばね端がオープンエンドの形態であっても、各コイルばね３６ａ，３６ｂの姿勢を安定したものにすることができる。

なお、仮に、玉列Ｐを構成する玉３５と同等の大きさとした場合には、次のような不具合を生じる。スペーサボール４３は、第１螺旋溝３９と第２螺旋溝４１で挟持されるので、ねじ軸３２が回転すると、玉列Ｐの玉３５とともに転動する。このとき、スペーサボール４３と玉列Ｐとが等しい距離だけ移動するので第１のコイルばね３６ａはほとんど撓むことがなく、第２のコイルばね３６ｂだけが撓んでしまう。このため、早期に第２のコイルばね３６ｂの線間が密着してスペーサボール４３の転動が阻害されるので、ねじ軸３２を滑らかに回転させることができなくなる。

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
例えば、第１及び第２実施形態では、ねじ軸３２及びナット３３の各螺旋溝３９，４１の巻方向が右で形成されている場合について説明したが、それぞれの巻方向が左であってもよい。この場合には、ねじ軸３２が時計周りの方向に回転すると、ブレーキパッド１２がブレーキロータ１１に押し付けられる。
また、一方側ばね部材３６を構成する第１のコイルばね３６ａ及び第２のコイルばね３６ｂは、互いに同じ形態であったが、自由長、許容撓み量等のばね諸元が互いに異なっていてもよい。
また、ボールねじ装置３１の作動方向が、常に軸方向の一方である場合には、必ずしも玉列Ｐの両側にばね部材を設ける必要がない。負荷がかかった時に玉列Ｐが進行する方向が、例えば、軸方向の一方側である場合には、当該方向のばね部材が撓むことができる状態であればよく、他方側のばね部材は必ずしも必要ではない。
また、第１実施形態では、ボールねじ装置３１が、ブレーキ装置１０に用いられる場合を説明したが、その他の機器にも適用可能である。

（第１実施形態）１０：ブレーキ装置、１１：ブレーキロータ、１２：ブレーキパッド、１３：キャリパー、１４：モータ、１５：シリンダ、１６：ピストン、２０：ギア、３１：ボールねじ装置、３２：ねじ軸、３３：ナット、３３ａ：端面（ナット）、３４：止め輪、３５：玉、３６：一方側ばね部材、３６ａ：第１のコイルばね、３６ｂ：第２のコイルばね、３７：他方側ばね部材、３８：シャフト部、３９：第１螺旋溝、４０：螺旋溝形成部、４１：第２螺旋溝、４２：仕切ばね、４３：スペーサボール、４７：第１制止部、４８：第１凹部、４９：第１ストッパボール、５５：第２制止部、５６：第２ストッパボール、
（従来構造）８０：ブレーキ装置、８１：ボールねじ装置、８２：モータ、８３：ねじ軸、８４：ブレーキパッド、８５：ブレーキロータ、８６：ナット、８７：第１螺旋溝、８８：第２螺旋溝、８９：玉、９０：コイルばね

Claims (2)

1. 外周に第１螺旋溝が形成されたねじ軸と、
   内周に第２螺旋溝が形成され、前記ねじ軸の外周に嵌め合わされたナットと、
   前記第１螺旋溝と前記第２螺旋溝との間に組込まれて、外力を支持する複数の玉と、を備え、
   前記ねじ軸の軸の方向を軸方向とし、前記軸の周りを周回する方向を周方向として、
   前記ねじ軸が、外力を受けながら前記軸を中心として回転するときに、
   前記玉が、無負荷状態の位置から、軸方向の一方側に変位するボールねじ装置であって、
   前記第２螺旋溝は、少なくとも軸方向の一方側の端部に、前記玉の脱落を防止する制止部材を備えており、
   複数の前記玉のうち軸方向の最も一方側の前記玉と前記制止部材との間に、前記第２螺旋溝に沿って複数のコイルばねが直列に配置されており、
   複数の前記コイルばねは、それぞれ前記第２螺旋溝に配置された状態で、前記軸の周りで周方向に占める角度が１８０°以下であることを特徴とするボールねじ装置。
2. 複数の前記コイルばねの間に、前記玉より小さい直径のスペーサボールが介在していることを特徴とする請求項１に記載するボールねじ装置。

Images