JP4888681B2 - ボールねじ機構 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電動アクチュエータなど種々の用途に用いることができるボールねじ機構に関する。

近年、車両等の省力化が進み、例えば自動車のトランスミッションやパーキングブレーキなどを手動でなく、電動モータの力により動作させるシステムが開発されている。そのような用途に用いる電動アクチュエータには、電動モータから伝達される回転運動を高効率で軸線方向運動に変換するために、ボールねじ機構が用いられる場合がある。

ここで、通常ボールねじ機構は、ねじ軸と、ナットと、ボールとからなり、ねじ軸に対してナットが相対回転する際に、ナット内の転走路に沿ってボールが転動し、それにより円滑な動作が行われるが、転走路の一端に到達したボールをその他端へと循環させる循環部材が必要となる。このような循環部材としては、チューブやコマなどが知られている。

しかるに、例えばコマをナットに固定する様々な技術が知られているが、他の部材を用いることなく手軽にコマをナットに固定するために、特許文献１に記載されているように、コマを塑性変形させることでナットに固定する技術がある。
特許第２７６０４５５号明細書 実用新案登録第２５９５５５１号明細書

特許文献１によれば、ナットの取付孔に装着したコマの背面に対し、ナット半径方向外方より先端鋭角な治具を押圧させ、コマ背面を塑性変形させており、それにより周囲が張り出したコマと取付孔との間に生じる摩擦保持力で、コマの固定を行うようにしている。しかしながら、特許文献１の技術では、ナット取付孔の寸法のバラツキ、コマ寸法のバラツキ、治具の押圧力のバラツキなどにより、両者間の摩擦保持力が大きく変動し、場合によっては固定が不十分となる恐れがある。

これに対し、特許文献２には、ナットの取付孔にあり溝部を設け、かかる取付孔に装着したコマの背面に対し、ナット半径方向外方より先端鋭角な治具を押圧させ、コマ背面を塑性変形させて、その一部があり溝部内に侵入するようにした技術が開示されている。かかる技術によれば、ナット取付孔の寸法のバラツキ、コマ寸法のバラツキ、治具の押圧力のバラツキなどが生じても、あり溝部がそれらを吸収するので、より確実にコマの固定を行うことができる。しかしながら、特許文献２の技術では、あり溝部の形状が、前記ナットの半径方向外方に向かうにつれて漸次縮径したテーパ状となっているので、コマの塑性変形量を適切にしないと、がたつくという問題がある。又、強い押圧力で治具によりコマを変形したときに、ボールが転動するコマの循環溝に変形を与え、それによりボールの循環を円滑に行えなくなる恐れもある。

本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、製造しやすいにもかかわらず、作動不良を抑えることができるボールねじ機構を提供することを目的とする。

本発明のボールねじ機構は、
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
前記ナットの取り付け孔に取り付けられ、前記転走路の一端から他端へとボールを戻すための循環部材とを有し、
前記取り付け孔は、前記ナットの半径方向外方より半径方向内方において寸法が大きくなる拡大部を備えた内周面を有し、前記循環部材は、曲げることにより前記拡大部に係合する爪部を有しているボールねじ機構において、
前記爪部は、前記循環部材の組付時には、前記循環部材の循環溝と反対側の面から挿入方向に沿って延在しており、前記循環部材が前記取り付け孔に挿入された後に、前記取り付け孔内周面の前記拡大部に係合するように外側に曲げられるようになっており、
前記循環部材に形成された循環溝が、転動する前記ボールから力を受けたときに、前記爪部が前記拡大部に係合する方向に付勢され、
前記爪部は一対設けられ、前記取り付け孔の拡大部は、前記ナットの半径方向内方に向かうにつれて互いに近接する一対の斜面と、前記斜面にそれぞれつながり前記爪部の先端が当接する一対の段部とからなり、前記爪部は前記斜面に沿って当接することを特徴とする。

本発明のボールねじ機構によれば、前記取り付け孔が、半径方向外方より半径方向内方において寸法が大きくなる拡大部を備えた内周面を有し、前記循環部材は、曲げることにより前記拡大部に係合する爪部を有しているので、前記循環部材を前記ナットの取り付け孔に装填した後、前記爪部を曲げるのみで、前記爪部が前記拡大部に係合し、それにより僅かな力で前記循環部材を前記ナットに容易に組み付けることができる。又、前記爪部を曲げても、例えば前記循環部材のボールが転動する循環溝に変形が伝わることが少ないため、ボールの円滑な転動を確保することができる。

更に、前記爪部は、前記循環部材に形成された循環溝が、転動する前記ボールから力を受けたとき圧縮力を生じる方向に延在していると、前記拡大部に係合した前記爪部により、前記循環溝が前記ボールから受ける力を支持することができる。

更に、前記爪部は一対設けられ、前記取り付け孔の拡大部は、前記ナットの半径方向内方に向かうにつれて互いに近接する一対の斜面と、前記斜面にそれぞれつながり前記爪部の先端が当接する一対の段部とからなるため、前記爪部を前記段部に当接させれば、前記ボールから前記循環部材に対して半径方向外方に向かう力が伝達された場合でも、前記段部からの反力で、前記爪部は確実に支持されるため、前記循環部材の抜け出しなどは抑制される。又、前記爪部の座屈等は、前記斜面により抑制されるので、前記爪部の剛性を低くでき、折り曲げ時における前記循環部材の循環溝への影響をより少なくすることができる。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態であるボールねじ機構の上面図であり、図２は、図１のボールねじ機構をII-II線で切断して矢印方向に見た断面図であり、図３は、図２のボールねじ機構をIII-III線で切断して矢印方向に見た断面図である。図４〜６は、本実施の形態にかかるナットを、図１のIV-IV線で切断して矢印方向に見た図であり、コマと共に示している。

図１、２において、不図示のモータに連結されるねじ軸１は、回転のみ可能に支持されている。図では簡略図示しているが、ねじ軸１の外周面には、雄ねじ溝１ａが形成されている。不図示の被駆動部材に連結され、軸線方向にのみ移動可能となるように支持された略円筒状のナット２は、ねじ軸１を包囲するように配置され且つ内周面に２本の雌ねじ溝２ａ、２ａを形成している。複数のボール３が、対向する両ねじ溝１ａ、２ａ間に形成された螺旋状の２本の転走路内を転動自在となるように配置されている。

図３に示すように、ナット２の外周には、コマ用の取り付け孔２ｂ、２ｂが半径方向に貫通するようにして２つ軸線方向に並んで設けられている。図４に示すように、各取り付け孔２ｂは、ナット２の半径方向外方より半径方向内方において寸法（内幅）が大きくなる拡大部２ｃ、２ｃを備えた内周面を有している。各取り付け孔２ｂに対して、１８０度位相で２つ設けられた拡大部２ｃは、ナット２の半径方向内方に向かうにつれて互いに近接する斜面２ｄと、斜面２ｄの半径方向外側端につながる段部２ｅとを有している。なお、ナット２の取り付け孔２ｂ、２ｂの近傍には、位置決め用の凹部２ｇ、２ｇが形成されており、また取り付け孔２ｂ、２ｂの間には、外周から一段低くなった段部２ｆ（図２）が形成されている。

循環部材であるコマ４は、各孔２ｂ内に嵌合配置する２つの円筒部４ａ、４ａと、円筒部４ａ、４ａを連結する板部４ｂと、円筒部４ａ、４ａの外周に設けられた位置決め突起４ｃ、４ｃと、円筒部４ａ、４ａの図２で下面（ナット２に組み付けられたときに内側となる面）に設けられたＳ字状の循環溝４ｄ、４ｄと、円筒部４ａ、４ａの図２で上面に設けられた爪部４ｅ、４ｅとを一体的に形成している。爪部４ｅ、４ｅは、各円筒部４ａにおいて１８０度位相で２つ、ナット２の半径方向外方に向かって延在するように設けられている。

本実施の形態の動作を説明すると、不図示の電動モータからの動力がねじ軸１に伝達されると、雄ねじ溝１ａと雌ねじ２ａとで形成される転走路の一端から他端へとコマ４の循環溝４ｄ、４ｄを介して循環するボール３により、回転運動がナット２の軸線方向運動に効率よく変換され、不図示の被駆動部材を軸線方向に移動させることができる。

コマ４を組み付ける態様について説明する。以下の説明においては、一方の円筒部４ａに関してのみ説明するが、他方の円筒部４ａも同様に加工される。図４において、コマ４の位置決め突起４ｃ、４ｃをナット２の凹部２ｇ、２ｇに整列させるようにして、コマ４をナット２に接近させると、ナット２の取り付け孔２ｂ、２ｂに対して、円筒部４ａ、４ａが嵌合するようになる。コマ４の板部４ｂがナット２の段部２ｆ上に載置されたときに、爪部４ｃ、４ｃが拡大部２ｃ、２ｃに対応する位置に到達する。

ここで、不図示の工具を用いて、図５に矢印で示すように力を与え、爪部４ｃ、４ｃを押し広げるようにして曲げる。爪部４ｃ、４ｃは、円筒部４ａに比べて厚さが薄く剛性が低いので曲がりやすく、更に爪部４ｃ、４ｃを曲げても、円筒部４ａの下面に形成された循環溝４ｄの形状に影響を与えないようになっている。かかる状態においては、爪部４ｃ、４ｃは、循環部材４に形成された循環溝４ｄが、転動するボール３から力を受けたとき圧縮力を生じる方向に延在することとなる。

ナット２の取り付け孔２ｂ内で曲げられた爪部４ｃ、４ｃは、斜面２ｄ、２ｄに沿って曲がり、その先端が段部２ｅ、２ｅに対向する。かかる状態で、図６に示すように、コマ４の循環溝４ｄを転動するボール３から突き上げ力Ｆがコマ４に与えられたとき、爪部４ｃ、４ｃは段部２ｅ、２ｅに当接し、それぞれ反力Ｆ／２を受けることで、突き上げ力Ｆを支持できるようになっている。なお、爪部４ｃ、４ｃは、斜面２ｄ、２ｄによりその側面を支持されているので座屈などの変形が回避される。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、組み付け前において、コマ４の爪部４ｃ、４ｃが若干広がるような形状としておき、組み付け中は爪部４ｃ、４ｃが閉じるように弾性変形するが、拡大部２ｃ、２ｃに到達したときに、爪部４ｃ、４ｃが弾性変形から復帰し、段部２ｅ、２ｅに対向するようにすれば、治具などを用いて爪部４ｃ、４ｃを押し広げる必要はなくなり、より組付けが簡略化される。

本実施の形態であるボールねじ機構の上面図である。 図１のボールねじ機構をII-II線で切断して矢印方向に見た断面図である。 図２のボールねじ機構をIII-III線で切断して矢印方向に見た断面図である。 本実施の形態にかかるナットを、図１のIV-IV線で切断して矢印方向に見た図であり、コマ４の組み付け前の状態を示す。 本実施の形態にかかるナットを、図１のIV-IV線で切断して矢印方向に見た図であり、コマ４の爪部４ｃ、４ｃを折り曲げた状態を示す。 本実施の形態にかかるナットを、図１のIV-IV線で切断して矢印方向に見た図であり、循環溝４ｄがボール３から突き上げ力Ｆを受けた状態を示す。

符号の説明

１ ねじ軸
１ａ 雄ねじ溝
２ ナット
２ａ 雌ねじ溝
２ｂ 取り付け孔
２ｃ 拡大部
２ｄ 斜面
２ｅ 段部
２ｆ 段部
２ｇ 凹部
３ ボール
４ コマ
４ａ 円筒部
４ｂ 板部
４ｃ 爪部
４ｃ 突起
４ｄ 循環溝
４ｅ 爪部

Claims (2)

1. 外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
   前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
   対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
   前記ナットの取り付け孔に取り付けられ、前記転走路の一端から他端へとボールを戻すための循環部材とを有し、
   前記取り付け孔は、前記ナットの半径方向外方より半径方向内方において寸法が大きくなる拡大部を備えた内周面を有し、前記循環部材は、曲げることにより前記拡大部に係合する爪部を有しているボールねじ機構において、
   前記爪部は、前記循環部材の組付時には、前記循環部材の循環溝と反対側の面から挿入方向に沿って延在しており、前記循環部材が前記取り付け孔に挿入された後に、前記取り付け孔内周面の前記拡大部に係合するように外側に曲げられるようになっており、
   前記循環部材に形成された循環溝が、転動する前記ボールから力を受けたときに、前記爪部が前記拡大部に係合する方向に付勢され、
   前記爪部は一対設けられ、前記取り付け孔の拡大部は、前記ナットの半径方向内方に向かうにつれて互いに近接する一対の斜面と、前記斜面にそれぞれつながり前記爪部の先端が当接する一対の段部とからなり、前記爪部は前記斜面に沿って当接することを特徴とするボールねじ機構。
2. 転動する前記ボールは、前記循環部材に形成された循環溝の中央部のみを押圧することを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。

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