JP5035557B2 - ボールねじ装置 - Google Patents

Description

この発明は、ボールねじ装置に関し、特に、上下にのびるねじ軸が回転せずに軸方向に直線移動する形態で使用されるボールねじ装置に関する。

ねじ軸およびこれにボールを介してねじ合わされたボールねじナットを備えているボールねじ装置は、電動アクチュエータ用や緩衝器用としてよく使用されており、例えば、特許文献１には、ボールねじナットにモータを接続することで、ボールねじナットが回転して、上下にのびるねじ軸が軸方向に直線移動する形態とされたボールねじ装置を緩衝器に適用することが開示されている。
特開２００５−２６４９９２号公報

ボールねじ装置の潤滑は、通常、グリース（無給脂）により行われるが、上下にのびるねじ軸が直進移動する形態で使用された場合、塗布されたグリースが使っていくうちに下方に垂れて、潤滑不足となる可能性があった。潤滑不足をなくすには、潤滑剤の封入量を大きくすればよいが、これに伴って、回転部分の慣性モーメントが大きくなることは避ける必要がある。

この発明の目的は、潤滑不足を解消することができる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、ハウジング内に配されたねじ軸と、ねじ軸にボールを介してねじ合わされた回転自在のボールねじナットと、ねじ軸と同心に配置されてボールねじナットと一体で回転する中空軸と、中空軸に固定されたモータロータおよびハウジング内径に固定されたモータステータからなるモータとを備え、ねじ軸が上下にのびる形態で使用され、ボールねじナットが回転して、ねじ軸が軸方向に直線移動するボールねじ装置において、中空軸のボールねじナットの上端よりも上方の部分に、ねじ軸への潤滑剤供給のための潤滑剤供給孔が設けられるとともに、潤滑剤供給孔を臨む位置に、潤滑剤を保持する潤滑剤溜まりが設けられており、潤滑剤溜まりは、潤滑剤溜まり内の潤滑剤が自重で潤滑剤供給孔に給脂される位置において、ハウジングに固定されており、潤滑剤溜まり内の潤滑剤が自重で潤滑剤供給孔に入ってねじ軸外周に至ることができることを特徴とするものである。

ボールねじ装置は、ねじ軸が上下にのびる形態で使用される場合に適しており、この場合に、潤滑剤は、グリースとされ、潤滑剤供給孔は、ボールねじナットの上端よりも上方の適宜な箇所に１または複数設けられる。潤滑剤溜まりは、例えば、外周面がハウジングに固定される円筒状周壁と、中空軸の外径に等しい貫通孔を有する底壁からなるものとされ、潤滑剤供給孔を臨む位置、すなわち、潤滑剤溜まり内の潤滑剤が自重で潤滑剤供給孔に給脂される位置に設置される。これにより、潤滑剤溜まり内の潤滑剤は、自重で潤滑剤供給孔に入ってねじ軸に至ることができ、潤滑不足が確実に防止される。

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。

ストッパによってねじ軸が停止する直前は、ねじ軸が高速で移動し、ボールねじナットが高速で回転しているため、ねじ軸の急激な停止によって、ボールねじナットに大きい回転慣性力が発生し、この回転慣性力によってボールねじの軌道部に圧痕が発生する可能性があるため、回転慣性力の増加は好ましくないが、上記の潤滑剤供給孔および潤滑剤溜まりは、回転部分を大きくすることなく得ることができ、回転部分の慣性モーメントが大きくなることを避けて、潤滑不足を解消することができる。

中空軸は軸受を介してハウジングに回転自在に支持されており、ボールねじの潤滑剤と軸受の潤滑剤とが同じものとされていることが好ましい。このようにすると、ボールねじの潤滑剤と軸受の潤滑剤とが混ざっても性能に影響がでないため、潤滑剤混合防止のためのシール部が不要となり、軸受の寿命も向上する。

ねじ軸の直線移動を案内するスプラインがねじ軸に一体に設けられていることがある。この場合のスプラインは、ボールスプラインであってもよく、例えばインボリュートスプラインのような嵌合式のスプラインであってもよい。

この発明のボールねじ装置によると、中空軸の所定箇所に、ねじ軸への潤滑剤供給のための潤滑剤供給孔が設けられるとともに、潤滑剤供給孔を臨む位置に、潤滑剤を保持する潤滑剤溜まりが設けられているので、回転部分の慣性モーメントを大きくすることなく、潤滑剤の封入量を大きくすることができ、潤滑不足を解消することができる。

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、図の上下をいうものとする。

図１は、この発明によるボールねじ装置の第１実施形態を示している。

ボールねじ装置(1)は、ハウジング(8)内に配された上下にのびる鋼製ねじ軸(2)と、ねじ軸(2)のボールねじ軌道溝(2a)にボール（図示略）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(3)と、ボールねじナット(3)と一体で回転する中空軸(4)と、中空軸(4)に固定された円筒状のモータロータ(6)およびハウジング(8)内径に固定された円筒状のモータステータ(7)からなるモータ(5)と、潤滑剤としてのグリース(G)をねじ軸(2)に供給する潤滑剤溜まり(10)とを備えている。

モータ(5)は、永久磁石型三相同期モータとされており、モータロータ(6)が永久磁石とされて、モータステータ(7)にＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相のコイル(7a)が巻かれている。

ねじ軸(2)と中空軸(4)とは、同心状に配置されており、ボールねじ装置(1)は、ボールねじナット(3)、中空軸(4)およびモータロータ(6)を回転させて、ねじ軸(2)を直線移動させる形態で使用される。

中空軸(4)は、ねじ軸(2)を案内する小径部(11)と、内周面がボールねじナット(3)の外周面に固定されかつ外周面に軸受(9)を保持する大径部(12)とからなり、軸受(9)を介してハウジング(8)に回転可能に支持されている。

このボールねじ装置(1)は、例えば、自動車の電磁緩衝器用として使用するのに適している。電磁緩衝器は、タイヤから伝わる外力によってねじ軸(2)が軸方向に直線移動し、これに伴って、ボールねじナット(3)および中空軸(4)が回転し、この回転運動をモータ(5)に取り込んで、モータ(5)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。

このような電磁緩衝器は、突起乗り越し等のオーバストローク時には、ねじ軸(2)と一体で上下移動するバンプストッパがハウジング(8)等に衝突することにより、高速回転していたモータ(5)が急停止し、モータ(5)の慣性トルクにより過大軸力がボールねじ軌道溝(2a)に負荷されることがあり、この場合のボールねじ軌道溝(2a)の保護が課題となっている。

ねじ軸(2)には、潤滑剤としてのグリースが予め塗布（給脂）されている。しかしながら、ねじ軸(2)が上下方向に配置されている（縦使いとされている）ため、塗布されたグリースが使っていくうちに下方に垂れて、潤滑不足となる可能性がある。

潤滑剤溜まり(10)は、追加の給脂を不要として、ねじ軸(2)にグリースを長時間継続的に供給するためのもので、この実施形態では、モータ(5)よりも上方に設けられている。潤滑剤溜まり(10)は、外周面がハウジング(8)の上部に固定される円筒状周壁(13)と、中空軸(4)の小径部(11)の外径に等しい貫通孔(14a)を有する底壁(14)とからなるものとされている。ハウジング(8)内には、モータ(5)を設置するための径方向のスペースに相当するスペースがモータ(5)よりも上方に存在しており、潤滑剤溜まり(10)は、このスペースに配置されている。

中空軸(4)の小径部(11)には、潤滑剤溜まり(10)からねじ軸(2)への潤滑剤供給のための潤滑剤供給孔(15)が設けられている。潤滑剤供給孔(15)は、潤滑剤溜まり(10)内のグリース(G)が自重で同孔(15)に給脂される位置に１または複数（図示は２つ）設けられる。

したがって、潤滑剤溜まり(10)内のグリース(G)は、矢印で示すように、自重で潤滑剤供給孔(15)に入り、さらに、ねじ軸(2)に至ることができる。こうして、ねじ軸(2)に予め塗布されていたグリースが使っていくうちに下方に垂れたとしても、新たなグリース(G)がねじ軸(2)の上部から供給されるので、ねじ軸(2)とボールねじナット(3)との間に潤滑不足が起きることがない。また、潤滑剤溜まり(10)を設けるに際し、回転部分を大きくしていないので、回転慣性力が増大することはなく、こうして、ボールねじ機構が保護され、圧痕の発生などの問題が生じることが防止される。

なお、中空軸(4)をハウジング(8)に回転自在に支持する軸受(9)は、ボールねじ(2)(3)の潤滑剤と別の潤滑剤としてももちろんよいが、好ましくは、同じものとされる。このようにすることで、潤滑剤の混合を防止するための隔壁等が不要となり、潤滑剤封入スペースが確保しやすくなるとともに、軸受(9)の寿命にも有利となる。

潤滑剤供給孔(15)は、ボールねじナット(3)の上端よりも上方であれば、適宜な箇所に設けることができ、これに対応して、潤滑剤溜まり(10)を潤滑剤供給孔(15)を臨む適宜な位置に設けることができる。その１例としての第２実施形態を図２に示す。第２実施形態は、潤滑剤溜まり(10)の設置位置だけが第１実施形態と相違しており、以下の説明においては、第１実施形態と同じ構成には同じ符号を付しその説明を省略する。

図２において、潤滑剤溜まり(10)は、中空軸(4)の小径部(11)と大径部(12)との間にある段部（大径部の上端面）(12a)の直ぐ上に配置されており、潤滑剤溜まり(10)からねじ軸(2)への潤滑剤供給のための潤滑剤供給孔(16)は、小径部(11)の下端部に設けられている。潤滑剤供給孔(16)は、潤滑剤溜まり(10)内のグリース(G)が自重で同孔(16)に給脂される位置に１または複数（図示は２つ）設けられる。

したがって、潤滑剤溜まり(10)内のグリース(G)は、矢印で示すように、自重で潤滑剤供給孔(16)に入り、さらに、ねじ軸(2)に至ることができる。こうして、ねじ軸(2)に予め塗布されていたグリースが使っていくうちに下方に垂れたとしても、新たなグリース(G)がねじ軸(2)のボールねじナット(3)上部対応位置から供給されるので、ねじ軸(2)とボールねじナット(3)との間に潤滑不足が起きることがない。また、潤滑剤溜まり(10)を設けるに際し、回転部分を大きくしていないので、回転慣性力が増大することはなく、こうして、ボールねじ機構が保護され、圧痕の発生などの問題が生じることが防止される。

なお、上記のボールねじ装置(1)は、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(5)の回転駆動力をボールねじナット(3)を介してねじ軸(2)の軸方向推力に変換し、推力の軸方向反力を軸受(9)で支持してねじ軸(2)を直線運動させ、ねじ軸(2)に作用する軸方向荷重をボールねじナット(3)で負荷するとともに、トルクをボールスプライン外筒で支持した形態での使用となる。

図１は、この発明のボールねじ装置の第１実施形態を示す縦断面図である。 図２は、この発明のボールねじ装置の第２実施形態を示す縦断面図である。

符号の説明

(1) ボールねじ装置
(2) ねじ軸
(3) ボールねじナット
(4) 中空軸
(5) モータ
(6) モータロータ
(7) モータステータ
(8) ハウジング
(10) 潤滑剤溜まり
(15)(16) 潤滑剤供給孔

Claims (3)

1. ハウジング内に配されたねじ軸と、ねじ軸にボールを介してねじ合わされた回転自在のボールねじナットと、ねじ軸と同心に配置されてボールねじナットと一体で回転する中空軸と、中空軸に固定されたモータロータおよびハウジング内径に固定されたモータステータからなるモータとを備え、ねじ軸が上下にのびる形態で使用され、ボールねじナットが回転して、ねじ軸が軸方向に直線移動するボールねじ装置において、
   中空軸のボールねじナットの上端よりも上方の部分に、ねじ軸への潤滑剤供給のための潤滑剤供給孔が設けられるとともに、潤滑剤供給孔を臨む位置に、潤滑剤を保持する潤滑剤溜まりが設けられており、潤滑剤溜まりは、潤滑剤溜まり内の潤滑剤が自重で潤滑剤供給孔に給脂される位置において、ハウジングに固定されており、潤滑剤溜まり内の潤滑剤が自重で潤滑剤供給孔に入ってねじ軸外周に至ることができることを特徴とするボールねじ装置。
2. 中空軸は軸受を介してハウジングに回転自在に支持されており、ボールねじの潤滑剤と軸受の潤滑剤とが同じものとされていることを特徴とする請求項１のボールねじ装置。
3. 潤滑剤溜まりは、外周面がハウジングに固定される円筒状周壁と、中空軸の外径に等しい貫通孔を有する底壁からなることを特徴とする請求項１または２のボールねじ装置。

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