JP2011196492A

JP2011196492A - ボールねじ装置

Info

Publication number: JP2011196492A
Application number: JP2010065511A
Authority: JP
Inventors: Hajime Watanabe; 肇渡邉
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】体格を大きくすることなく、耐横力性を向上させたボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ねじ軸52が中空状とされて、ねじ軸52の中空部に、中空部の径よりも小さい径の荷重支持軸71が挿通されている。荷重支持軸71に、滑り軸受72が設けられている。滑り軸受72は、矢印Ｆで示す横力が所定値を越えた際、ねじ軸52の中空部内周面52cに接触することによって、矢印Ｑで示す位置においてモーメントを負担し、矢印Ｐで示す位置においてモーメントを負担するボールスプライン外筒55との２点支持によって過大な横力Ｆに伴うモーメントを負担する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ボールねじ装置に関し、特に、ボールスプラインが付加されたボールねじ装置に関する。

ボールねじ装置として、ボールねじ軌道およびスプライン軌道が設けられたねじ軸と、ねじ軸のボールねじ軌道にボールを介してねじ合わされたボールねじナットと、ねじ軸のスプライン軌道にボールを介して嵌め合わされたボールスプライン外筒とを備えているものが知られており、例えば、ボールねじナットが中空軸内周に一体回転可能に支持され、ボールスプライン外筒がハウジング内周に相対回転不可能に支持された形態とされて、電磁緩衝器などで使用されている（特許文献１参照）。

特開２００９−１０１９４２号公報

電磁緩衝器で使用されるボールねじ装置では、タイヤに作用する横力（軸方向に直交する方向の力）およびモーメントをボールスプラインで支持することにより、ねじ軸のスムーズな直線移動が確保されるようになっている。ここで、スプライン軌道に大きなモーメントが負荷されると、圧痕が生じる可能性があるので、ボールに作用する荷重を小さくする必要がある。

ボールスプライン外筒の軸方向長さを大きくすることで、耐横力性が向上し、圧痕の発生を防止することができるが、車両への搭載性という点から、ボールねじ装置の体格を大きくすることは好ましくない。

この発明の目的は、体格を大きくすることなく、耐横力性を向上させたボールねじ装置を提供することにある。

この発明によるボールねじ装置は、ボールねじ軌道およびスプライン軌道が設けられたねじ軸と、ねじ軸のボールねじ軌道にボールを介してねじ合わされたボールねじナットと、ねじ軸のスプライン軌道にボールを介して嵌め合わされたボールスプライン外筒とを備えているボールねじ装置において、ねじ軸が中空状とされて、ねじ軸の中空部に、中空部の径よりも小さい径の荷重支持軸が挿通され、荷重支持軸に、ねじ軸に過大な横力が作用した際にねじ軸の中空部内周面に接触することによって、ボールスプライン外筒との２点支持によってモーメントを負担する軸受部が設けられていることを特徴とするものである。

ボールねじ装置は、ねじ軸が直線移動、ボールねじナットが回転する形態で使用される。

荷重支持軸は、一端がハウジングに固定されて、その他端側の部分がねじ軸内に相対移動可能に挿入される。軸受部は、例えば、鋼製の荷重支持軸とは別体で低摩擦材製（黄銅製、フッ素樹脂製など）の滑り軸受とされる。軸受部は、鋼製の荷重支持軸と一体であってもよく、この場合には、潤滑剤を用いることが好ましい。また、滑り軸受でなく、転がり軸受とすることもできる。

ねじ軸の中空部と荷重支持軸との間には、所定の大きさの隙間が設けられ、横力が作用しない状態では、ねじ軸は、荷重支持軸に接することなく、ボールスプライン外筒に案内されて直線移動する。そして、横力が作用した場合、横力が小さいうちは、ねじ軸は、荷重支持軸に接することなく、ボールスプライン外筒だけでその横力が負担され、横力が所定値を越えると、ねじ軸が曲げられて荷重支持軸の軸受部に接触することになり、この軸受部によっても横力が支持される。したがって、大きな横力に対しては、ボールスプライン外筒と軸受部との２点支持によってこの横力に伴うモーメントを負担することになり、軸方向の荷重負荷点のスパンが長くなり、モーメントに対して発生するラジアル荷重が小さくなる。こうして、２点支持によって過大な横力を支持することができ、スプライン軌道における圧痕などの損傷が防止される。ここで、荷重支持軸および軸受部を設けるために、ねじ軸の軸方向長さや径を大きくする必要はなく、ボールねじ装置の体格を大きくすることなく、耐横力性を向上させることができる。

通常使用状態におけるねじ軸の案内は、ボールスプライン外筒によって行われるので、軸受部は、常に滑る状態とすることが必要で、強く接すると、焼付き、摩耗、動きにムラなどの問題が生じる。したがって、軸受部の外周面とねじ軸の中空部内周面との間に、０．１ｍｍ以上の径方向隙間が設けられていることが好ましい。

このようにすると、通常は軸受部からの摩擦力がねじ軸には作用しないので、ねじ軸のスムーズな移動が確保され、電磁緩衝器に使用された場合の乗り心地をよくすることができる。また、軸受部の耐久性も確保することができる。径方向隙間は、０．３ｍｍ以下が好ましく、０．２ｍｍ以下がより好ましい。

この発明によるボールねじ装置は、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。

ねじ軸、ボールねじナットおよびボールスプライン外筒は、例えば、Ｓ４５Ｃ，Ｓ５５Ｃなどの炭素鋼製あるいはＳＡＥ４１５０鋼製とされ、また、ボールは、例えば、軸受鋼（ＳＵＪ２）製とされる。ボールねじナットは、軸受鋼（ＳＵＪ２）製としてもよい。

この発明のボールねじ装置によると、ねじ軸が中空状とされて、ねじ軸の中空部に、中空部の径よりも小さい径の荷重支持軸が挿通され、荷重支持軸に、ねじ軸に過大な横力が作用した際にねじ軸の中空部内周面に接触することによって、ボールスプライン外筒との２点支持によってモーメントを負担する軸受部が設けられているので、横力が所定値を越えると、ねじ軸が曲げられて荷重支持軸の軸受部に接触することになり、この軸受部によっても横力が支持され、大きな横力に対しては、ボールスプライン外筒と軸受部との２点支持によってこれを負担することで、過大な横力を支持することができ、これにより、ボールねじ装置の体格を大きくすることなく、耐横力性を向上させることができる。

図１は、この発明によるボールねじ装置の１実施形態を示す縦断面図である。図２は、この発明によるボールねじ装置の要部の拡大縦断面図である。

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１の上下をいうものとする。

図１および図２は、この発明によるボールねじ装置の１実施形態を示している。

図１は、この発明によるボールねじ装置を使用した電磁緩衝器(1)を示しており、電磁緩衝器(1)は、アクチュエータ部の構成要素であるボールねじ装置(51)と、ボールねじ装置(51)に連結された直列ダンパ(60)とを備えており、ボールねじ装置(51)の上端部が車体側に取り付けられ、直列ダンパ(60)の下端部がタイヤ側に取り付けられるようになされている。

ボールねじ装置(51)は、ボールねじ軌道溝(52a)およびスプライン軌道(52b)が設けられた上下にのびる鋼製ねじ軸(52)と、ねじ軸(52)のボールねじ軌道溝(52a)にボール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(53)と、ボールねじナット(53)に一体化されて上方にのびる中空軸(54)と、ねじ軸(52)のスプライン軌道(52b)にボールを介して嵌め合わされてねじ軸(52)の上下方向（軸方向）直線運動を案内するボールスプライン外筒(55)と、軸受(57)を介してボールねじナット(53)を回転可能に支持するとともにボールスプライン外筒(55)を支持するハウジング(56)と、ねじ軸(52)の下端部に結合されてこれと一体で直線移動するロッド(58)と、ねじ軸(52)およびロッド(58)の移動方向に対して逆向きの付勢力を作用する付勢手段(59)とを備えている。

ハウジング(56)は、頂壁(74a)を有する円筒状とされた上部ハウジング(74)と、底壁を有する円筒状とされた下部ハウジング(75)と、上部ハウジング(74)と下部ハウジング(75)との間にある中間ハウジング(76)とを有している。

中空軸(54)は、上部ハウジング(74)内に配置されており、上部ハウジング(74)と中空軸(54)との間に、モータ（図示略）が配置される。軸受(57)およびボールスプライン外筒(55)は、中間ハウジング(76)内に配置されており、中間ハウジング(76)の上部がボールねじナット(53)を回転可能に支持する部分とされ、中間ハウジング(76)の下部がボールスプライン外筒(55)を支持する部分とされている。直列ダンパ(60)は、下部ハウジング(75)の底壁を貫通するように設けられており、直列ダンパ(60)内に挿入されているピストンロッド（ロッド）(58)の上端部とねじ軸(52)の下端部とが下部ハウジング(75)内において結合されている。

ねじ軸(52)は、中空状とされており、ねじ軸(52)の中空部には、鋼製の荷重支持軸(71)が挿入されている。荷重支持軸(71)は、その上端が上部ハウジング(74)の頂壁(74a)に固定されており、その下端側の部分がねじ軸(52)内に挿入されている。荷重支持軸(71)の外径は、ねじ軸(52)の中空部内周面(52c)の径より小さくなされており、ねじ軸(52)と荷重支持軸(71)とは相対移動可能とされている。荷重支持軸(71)には、ねじ軸(52)に過大な横力が作用した際にねじ軸(52)の中空部内周面(52c)に接触することによって、過大な横力に伴うモーメントを負担する滑り軸受（軸受部）(72)が設けられている。

滑り軸受(72)は、低摩擦材製（黄銅製、フッ素樹脂製など）の円筒体（ブッシュ）とされて、図２に拡大して示すように、荷重支持軸(71)の小径とされた端部(71a)に回転可能に嵌め合わせられ、止め輪(73)によって、その軸方向の抜けが防止されている。

付勢手段(59)は、ねじ軸(52)およびロッド(58)と一体となって直線移動する第１および第２可動ばね座(61)(62)と、第１可動ばね座(61)に軸方向上方から対向するように下部ハウジング(75)に設けられた第１固定ばね座(63)と、第２可動ばね座(62)に軸方向下方から対向するように下部ハウジング(75)に設けられた第２固定ばね座(64)と、第１可動ばね座(61)と第１固定ばね座(63)との間に配された第１圧縮コイルばね(65)と、第２可動ばね座(62)と第２固定ばね座(64)との間に配された第２圧縮コイルばね(66)と、下部ハウジング(75)が上部ハウジング(74)に当接する際の衝撃を吸収する弾性部材(68)とからなる。この付勢手段(59)によると、ねじ軸(52)およびロッド(58)が図に示す中立位置から上方へ移動した時には、第１圧縮コイルばね(65)が圧縮されることで、また、これらが下方に移動した時には、第２圧縮コイルばね(66)が圧縮されることで、ねじ軸(52)およびロッド(58)の直線移動に対し移動方向と逆向きの付勢力が作用するようになっている。

滑り軸受(72)の外径は、荷重支持軸(71)の外径よりも大きいが、ねじ軸(52)の中空部内周面(52c)の径よりは小さくなされており、滑り軸受(72)の外周面とねじ軸(52)の中空部内周面(52c)との間には、０．１ｍｍ以上の径方向隙間が設けられている。これにより、横力が作用しない状態では、ねじ軸(52)は、荷重支持軸(71)に接することなく、ボールスプライン外筒(55)に案内されて直線移動する。そして、図１に矢印Ｆで示す横力が小さいうちは、ねじ軸(52)は、荷重支持軸(71)に接することなく、矢印Ｐで示す位置にあるボールスプライン外筒(55)だけでその横力が負担される。矢印Ｆで示す横力が所定値を越えると、ねじ軸(52)が曲げられて滑り軸受(72)に接触することになり、滑り軸受(72)は、矢印Ｑで示す位置においてモーメントを負担する。これにより、矢印Ｑで示す位置においてモーメントを負担する滑り軸受(72)と矢印Ｐで示す位置においてモーメントを負担するボールスプライン外筒(55)との２点支持によって、過大な横力Ｆに伴うモーメントが負担される。

この場合の軸方向の荷重負荷点のスパン（荷重支持長さ）は、矢印Ｐと矢印Ｑとの軸方向距離となって、ボールスプライン外筒(55)だけから得られる荷重支持長さ（ボールスプライン外筒(55)のスプライン軌道長さ）に比べて長くなるので、モーメントに対して発生するラジアル荷重が小さくなり、これにより、過大な横力を支持することが可能となって、スプライン軌道における圧痕などの損傷が防止される。ここで、ねじ軸(52)の軸方向長さおよび外径の変更は不要であり、ボールねじ装置(51)の体格を大きくすることなく、耐横力性を向上させることができる。

上記のボールねじ装置(51)は、自動車の電磁緩衝器用（車両用サスペンション装置）として使用することができ、この電磁緩衝器は、タイヤから伝わる外力によってねじ軸(52)が軸方向に直線移動し、これに伴って、ボールねじナット(53)および中空軸(54)が回転し、この回転運動をモータに取り込んで、モータ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。このボールねじ装置(51)は、電磁緩衝器用に限られるものではなく、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、モータの回転駆動力をボールねじナット(53)を介してねじ軸(52)の軸方向推力に変換し、推力の軸方向反力を軸受(57)で支持してねじ軸(52)を直線運動させ、ねじ軸(52)に作用する軸方向荷重をボールねじナット(53)で負荷するとともに、トルクをボールスプライン外筒(55)で支持した形態での使用となる。

(51) ボールねじ装置
(52) ねじ軸
(52a) ボールねじ軌道
(52b) スプライン軌道
(52c) 中空部内周面
(53) ボールねじナット
(55) ボールスプライン外筒
(71) 荷重支持軸
(72) 滑り軸受（軸受部）

Claims

ボールねじ軌道およびスプライン軌道が設けられたねじ軸と、ねじ軸のボールねじ軌道にボールを介してねじ合わされたボールねじナットと、ねじ軸のスプライン軌道にボールを介して嵌め合わされたボールスプライン外筒とを備えているボールねじ装置において、
ねじ軸が中空状とされて、ねじ軸の中空部に、中空部の径よりも小さい径の荷重支持軸が挿通され、荷重支持軸に、ねじ軸に過大な横力が作用した際にねじ軸の中空部内周面に接触することによって、ボールスプライン外筒との２点支持によってモーメントを負担する軸受部が設けられていることを特徴とするボールねじ装置。
軸受部の外周面とねじ軸の中空部内周面との間に、０．１ｍｍ以上の径方向隙間が設けられていることを特徴とする請求項１のボールねじ装置。