JP6152746B2 - ボールねじ - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじに関する。詳しくは、所定の荷重により変形可能な転動体を備えるボールねじに関する。

従来から、ねじ軸又はねじナットを回転させてねじ軸とねじナットを相対移動させる送りねじ機構は広く知られている。また、ねじ軸とねじナットとの間に転動体である鋼球を介挿する構造体も知られている（特許文献１参照）。当該構造体はボールねじと称されており、各種設備などに採用されている。ボールねじは、転動体がねじ軸とねじナットとの間に介挿されているものであるため、転動体とねじナット、及び、転動体とねじ軸とは接触面積が小さく、しかも転動体が転動するため、ねじ軸やねじナットに起因する摩擦力を低減することが可能である。つまり、ボールねじを用いれば、ねじ軸とねじナットを相対移動させる際に生ずるエネルギーロスを抑制することが可能である。

特開２０１２−２５５４９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたようなボールねじについても、なお、改良の余地がある。上記したように、ボールねじにおける転動体とねじ軸とは接触面積が小さい。このことから、ねじ軸のねじ山には部分的に大きな荷重がかかりうる構造である。したがって、ボールねじのねじ軸、若しくは、ねじナットに対して、大きな荷重、特にねじ軸の長手方向の荷重がかけられると、ねじ軸のねじ山が破損する恐れがあった。また、転動体により、ねじ軸のねじ山が破壊されると、ねじナットがねじ軸の軸方向に滑るように移動してしまう恐れがあった。

本発明は、上記した点に鑑みて創案されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、ボールねじに通常よりも大きな荷重がかかった場合にも、ねじ軸のねじ山が破損しにくいものとすることにある。

上記課題を解決するために、本発明は次の手段をとる。
先ず、第１の発明は、外周面に螺旋状のねじ山を備えたねじ軸と、ねじ軸が挿通されたねじナットと、ねじ軸のねじ山に沿いながら移動可能とされた転動体と、を備えたボールねじであって、前記転動体は所定の荷重が入力されると、転動体とねじ軸のねじ山との接触面積が大きくなるように変形可能であり、前記転動体は、概ね球状とされているとともに、前記転動体の外周面から中心に向けて延びている穴部を有していることを特徴とする。

この第１の発明によれば、外周面に螺旋状のねじ山を備えたねじ軸と、ねじ軸が挿通されたねじナットと、ねじ軸のねじ山に沿いながら移動可能とされた転動体と、を備えたボールねじに関し、前記転動体は所定の荷重が入力されると、転動体とねじ軸のねじ山との接触面積が大きくなるように変形可能であり、前記転動体は、概ね球状とされているとともに、前記転動体の外周面から中心に向けて延びている穴部を有しているため、ねじ軸のねじ山が破損することを抑制することが可能となる。

第２の発明は、第１の発明において、前記転動体は複数設けられており、前記転動体同士が間隔をあけて配置されていることを特徴とする。

この第２の発明によれば、転動体は複数設けられており、前記転動体同士が間隔をあけて配置されているため、ねじ山と転動体の接触面積を拡大する際に、隣接する転動体が変形の支障となることが抑制される。

第３の発明は、第２の発明において、前記転動体は転動体よりも変形容易な間隔保持部材を用いて間隔をあけて配置されていることを特徴とする。

この第３の発明によれば、転動体は転動体よりも変形容易な間隔保持部材を用いて間隔をあけて配置されているため、ねじ山と転動体の接触面積を拡大させることが適切に行われうる。

第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかに記載されたボールねじを使用した移動機構を備えることを特徴とする乗物用シートである。

この第４の発明によれば、第１乃至第３の発明の何れかに記載されたボールねじを使用した移動機構を備える乗物用シートであるため、ねじ軸とねじナットを相対移動させる際のエネルギーロスの発生を抑制することが可能であると共に、衝突荷重がかかった場合においても、ねじ軸とねじナットが自由状態に動くことが抑制されるため、乗物の乗員を適切に保護することが可能となり得る。

本発明によれば、ボールねじに通常よりも大きな荷重がかかった場合にも、ねじ軸のねじ山が破損しにくいものとすることが可能となる。

通常時における本発明のボールねじに関して縦断面を表した図である。 所定の荷重がかけられた本発明のボールねじの縦断面を表した図である。 転動体の側面図である。 図３に示した転動体のＩＶ−ＩＶ矢視図である。 帯状の部材である間隔保持具を備えたボールねじの縦断面を表した図である。 受け部材である間隔保持具を備えたボールねじの縦断面を表した図である。 本発明のボールねじを適用した乗物用シートの断面図である。 本発明のボールねじを適用した乗物用シートの部分拡大図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、適宜図面を用いながら説明する。
図１に示すように、本実施の形態のボールねじ１は、ねじ軸２とねじナット３との間に、転動体４であるボールが複数個介挿されている。ボールねじ１は、その内部において当該ボールが転動可能である。より具体的には、ボールねじ１は、ねじ軸２に設けられたねじ軸溝２３と、ねじナット３に設けられたねじナット溝３１と、が区画する空間、及びリターンパイプ（図示せず）内の空間を通路として、ボールが循環するように移動可能とされている。通常の使用態様でかけられる程度の荷重がねじナット３にかけられたとしても、図１においてその一部を拡大して示すように、転動体４は略球形をとどめており、ねじ山２１と転動体４との接触面積は比較的小さいものにとどめられている。
一方、通常の使用態様ではかけられないような比較的大きな荷重がねじナット３にかけられた際には、転動体４が変形する。特に転動体４はねじ山２１との接触面積が大きくなるように変形する（図２参照）。

本実施の形態の転動体４は略球形状で金属製のボールである。特に、ねじ軸２よりも剛性度が低いボールである。また、ねじナット３よりも剛性度が低いボールである。したがって、転動体４に荷重がかけられた場合、ねじ軸２の山部やねじナット３の山部が変形しようとする前に転動体４が変形する。
本実施の形態においては、当該剛性の転動体４とするために、全体として略球形状ではあるが、複数の穴部４１を設けた構造としている（図３参照）。穴部４１は、穴の無い鋼球の一部を削ることで形成している。本実施の形態においては、穴部４１は転動体４の中心から所定の距離だけ離れた位置までの深さとなるように削られている（図４参照）。また、穴部４１は、転動体４の略中心に重心が形成されるように設けられている。

例えば、ねじナット３がねじ軸２の軸方向に動くように、大きな荷重がかけられた場合、本実施の形態のボールねじ１であると、ねじナット３が十分に回転すること無く、ねじ軸２に対してねじナット３が変位しようとする。これは図２において二点差線で示した位置から実線で示した位置にねじナット３が変位する動きである。この際、ねじ軸２とねじナット３の間に介挿されている転動体４は、ねじナット３の変位を規制するように働くため、転動体４は、ねじナット３からの荷重を受けることになる。転動体４は、ねじ軸２のねじ山２１を形成する面により変位が規制されるため、転動体４がねじ軸２のねじ山２１に荷重をかけることになる。この状態においては、ねじナット３とねじ軸２との双方から、転動体４に対して力がかかることになる。この力が所定値より大きい場合、転動体４は変形する。転動体４が変形することにより、転動体４とねじ軸２との接触面積が大きくなる。図１及び図２から理解されるように、概念としては、断面視真円形状であった転動体４が断面視楕円形状となるように変形することにより転動体４とねじ軸２との接触面積が大きくなる。したがって、転動体４からねじ軸２に対して局所的に力がかけられることを抑制することができ、応力が過大なものとなることを抑制でき得る。よって、転動体４によりねじ軸２のねじ山２１が破壊されることを抑制することが可能となり得る。
なお、金属のみから構成している転動体４の場合、塑性変形となり、その後ボールねじ１としての機能が正常に発揮できなくなるが、それでも、本発明の目的は果たしている。

本実施の形態のボールねじ１であれば、ボールねじ１に過大な荷重がかかった際にも、ねじ山２１が破損される可能性を低減することが可能となる。したがって、ねじ軸２とねじナット３が自由に相対移動してしまうことを抑制することが可能である。したがって、ねじ軸２とねじナット３が自由に相対移動してしまうことに起因して、周囲の機器を破損してしまうことや、ねじ軸２又はねじナット３に固定しているものが移動してしまうことなどを抑制することが可能となり得る。
また、本実施の形態のボールねじ１であれば、ねじ軸２を大型にすることや、ねじ軸２の剛性を極度に高めること無く、ねじ軸２のねじ山２１が破損されることを抑制することが可能となり得る。
また、本実施の形態のボールねじ１であれば、ボールを変形させるためにエネルギーが使用されるため、ねじ軸２を変形させようとするエネルギーを低下させることが可能となる。したがって、ねじ軸２の山部が破壊されることを抑制することが可能である。
また、本実施の形態のボールねじ１であれば、転動体４の軽量化を図ることが可能である。

変形例のボールねじ１においては、隣接する転動体４同士が接しないように、間隔保持具５を備えている。間隔保持具５は、転動体４よりも変形容易な樹脂を用いて形成しており、隣接する転動体４の間に少なくとも間隔保持具５の一部が位置することにより、転動体４同士が接しないように機能している。
より具体的には、例えば間隔保持具５は図５に示したような帯状の部材５ａであり、所定間隔で設けた保持孔５ａａを備えている。ボールねじ１は帯状の部材５ａに設けられた保持孔５ａａに嵌められていることにより、転動体４の位置を規制しつつ、転動体４が転動可能に構成されている。
本態様においては、転動体４同士が間隔をあけて配置されているため、ねじ軸２及びねじナット３に挟まれて転動体４が変形する場合においても、隣接する転動体４の存在により転動体４の変形が妨げられることが抑制されるため、よりいっそう、適切に変形することが可能となり得る。
また、保持孔５ａａ内に転動体４が配置されている通常の状態において、転動体４と保持孔５ａａの内周面との間には隙間領域が形成されている。当該隙間領域は通常時においては転動体４が進入することができない領域であり、転動体４が変形した際にのみ進入可能な領域である。当該隙間領域は隣接する転動体４側に形成されているため、間隔保持具５の存在に関わらず、転動体４を適切に変形させることが可能となり得る。
なお、間隔保持具５は図５に示したような態様に限ることは無く、図６に示したように、転動体４同士の間に受け部材５ｂを配置することも可能である。つまり、受け部材５ｂの両側面で異なる転動体４を受けるようにすることも可能である。この場合、間隔保持具５である受け部材５ｂを複数用いて、転動体４同士が接しない構成を形成している。なお、受け部材５ｂを用いた場合でも、帯状の部材５ａで形成したような隙間領域を転動体４と間隔保持具５との間に設けることも可能である。

次に、本実施の形態のボールねじ１を適用させた乗物用シート６について説明する。
なお、以下の説明における前後方向、上下方向などの方向は、図７に示したＸが前方向、Ｚが上方向と規定される。例えば、通常、乗員が着座した際に視界に入るほうが前方で、視界に入らない後頭部側が後方となる。
乗物用シート６は、車両用シートであり、乗物用シート６には、ヘッドレスト６３とシートバック６２とシートクッション６１を備えている。シートバック６２とシートクッション６１には、主として金属で構成されたフレームを骨格として採用している。シートクッション６１のフレームであるクッションフレーム６１ａは、シートバック６２のフレームであるバックフレーム６２ａとリクライニングプレート６１ｂを介して連結されている。
クッションフレーム６１ａにはリンクプレート６６ａが傾動可能に接続されている。リンクプレート６６ａはスライドレール機構６５とクッションフレーム６１ａを連結する部位であり、リンクプレート６６ａが傾動することにより、クッションフレーム６１ａ、ひいてはシートクッション６１が上下動可能に構成されている。
また、後方のリンクプレート６６ａはクッションフレーム６１ａの前方側に位置する支持部位と連結された伸縮装置６６ｂを備えており、伸縮装置６６ｂ内にはボールねじ１が配置されている（図８参照）。当該ボールねじ１は電動機を介してねじナット３が回転可能に構成されており、図示しないスイッチを操作することで、クッションフレーム６１ａの上下位置を定めることができるように構成されている。
また、スライドレール機構６５にもボールねじ１が配置されている。当該ボールねじ１は電動機を介してねじナット３が回転可能に構成されており、図示しないスイッチを操作することで、アッパレール６５ａが前後方向に移動し、クッションフレーム６１ａの前後位置を定めることができるように構成されている。具体的にはロアレール６５ｂに対して、ねじ軸２が固定されており、アッパレール６５ａに対してねじナット３が回転可能に固定された構成である。したがって、ねじナット３がねじ軸２に対して回転することにより、アッパレール６５ａとロアレール６５ｂが前後方向に相対移動可能な構成である。

本実施の形態の乗物用シート６であれば、移動機構として機能するスライドレール機構６５やリフタ機構６６を操作する際に摩擦力の発生を抑制することが可能となる。つまり、効率的にスライドレール機構６５やリフタ機構６６を操作することが可能となる。
また、乗物の後方から別の乗物に衝突されることによって衝突荷重が生じた場合においても、スライドレール機構６５やリフタ機構６６に用いたボールねじ１は、ねじ軸２のねじ山２１が転動体４から受ける力により破損されることが生じにくい。つまり、衝突荷重により乗物用シート６が固定位置から変位し、乗員が乗物用シート６から押し出されるような事態が生じにくくなる。特に、乗物の衝突に起因する荷重は前後方向に向けて発生する可能性が高いが、ねじ軸２が前後方向に延びるように配置している場合であっても、ねじ軸２のねじ山２１の破損が抑制されるため、乗員が保護される可能性を高めることが可能となる。つまり、ねじ軸２が前後方向に延びるように配置することによる利便性を損なうことなく、乗員が保護される可能性を高めることが可能となる。
また、本実施の形態のボールねじ１であれば、ボールが塑性変形するため、変形後にねじ軸２とねじナット３が相対移動できなくなり得る。したがって、乗物用シート６が固定位置から動くことを抑制することが可能となり得る。

以上、実施例及び変形例についていくつか説明したが、本発明は、上記実施形態のほか、その他各種の形態で実施可能なものである。
例えば、転動体を循環移動可能とするために使用する構造体はリターンパイプに限ることは無い。例えば、エンドキャップや、駒、ガイドプレートなどを用いて転動体をネジナットの一端側から他端側へ移動させるようにすることが可能である。
また、移動機構はシートクッションを前後移動させるためのスライドレール機構や、シートクッションを上下移動させるためのリフタ機構のみではなく、乗員の小腿部を支えるオットマンや、シートの長さを変更させるためのシート長変更機構など各部材を移動させるための機構であれば良く、各所に適応させることが可能である。
また、複数の間隔保持具を使用して間隔を保持する場合においても、転動体と間隔保持具を一つおきに配置する態様に限ることは無い。例えば、複数の転動体を連続して配置した後に間隔保持具を一つ配置するということを繰り返すような態様とすることも可能である。
また、間隔保持具は樹脂製である必要性は無い。例えば金属製とすることも可能であるが、間隔保持具の存在により、転動体の変形に支障が無いようなものであることが好ましいため、転動体よりも変形容易に構成されていることが好ましい。
また、転動体は金属製のボールを使用することに限らず、例えば、比較的硬質なゴム製の転動体を採用することも可能である。弾性力のあるゴムであれば、一度変形しても、復元力が働くため、ボールねじにかけられる荷重によっては、当該荷重がかけられた後にもボールねじの機能を発揮させることが可能となり得る。
また、転動体は材質が軟質である必要性は無く、所望の荷重により所望の態様に変形することができればよい。また、転動体は複数の材料を用いて構成しても良く、例えば、硬質の鋼球の外周面に樹脂などを被覆することも可能である。
また、転動体に穴部を設ける場合、穴の無い球に対して穿設して穴部を形成する方法に限る必要は無い。例えば、穴部を有する球状体が成形できる型枠内で固形化させることにより穴部を設けることや、穴部を形成する部材を転動体の中心核となる部材に対して結合することで設けることなど、様々な手段を採用することが可能である。
また、転動体の中心部を空洞にすることで、所定の荷重により変形可能とすることも可能である。
また、変形した結果、転動体を破壊（分離）させることにより、エネルギーが使用される態様とすることも可能である。この場合、ボールねじにかけられたエネルギーが転動体を破壊させるエネルギーに使用されるため、ねじ軸のねじ山を破損させるためにエネルギーが使用されることを抑制可能である。なお、転動体の破壊後においても、転動体が、ねじ軸とねじナットに掛かり合っている状態となることが好ましいため、転動体の中心側は転動体の外周面側よりも破壊しにくいようにすることが好ましい。
また、穴部を備えた鋼球に対して、鋼球を形成する金属よりも軟質な樹脂などを穴部に封入することも可能である。この場合、転動体としては変形しやすく、更には、通常状態では、より球状に近い形状とすることが可能となる。
また、本実施の形態においては、ねじ軸を固定してねじナットを回転させることで、ねじ軸とねじナットを相対移動させているが、ねじナットを固定してねじ軸を回転させて使用するような構成とすることも可能である。
また、転動体は、ねじ軸のねじ山が破損する前に変形して、転動体とねじ山との接触面積を増加させることが可能なものではあるが、あまりに小さな荷重で変形可能であると、ボールねじとして機能可能な範囲が極度に制限される恐れがあることから、ボールねじ
の通常使用時に、どのような性能が求められるのかを勘案して、転動体の剛性を定めることが好ましい。
また、ボールねじは乗物用シートの前後方向に対して、ねじ軸が延びるように配置することに限ることは無い。例えば、ねじ軸が乗物用シートの上下方向や左右方向に延びるものとすることも可能である。
また、乗物としては、車両であることに限らず、飛行機やヘリコプターなど空中を飛行する乗物や、船舶や潜水艇など海面や海中などを移動する乗物としてもよい。

１ ボールねじ
２ ねじ軸
３ ねじナット
４ 転動体
５ 間隔保持具
６ 乗物用シート
２１ ねじ山
６５ スライドレール機構
６６ リフタ機構

Claims (4)

1. 外周面に螺旋状のねじ山を備えたねじ軸と、ねじ軸が挿通されたねじナットと、ねじ軸のねじ山に沿いながら移動可能とされた転動体と、を備えたボールねじであって、前記転動体は所定の荷重が入力されると、転動体とねじ軸のねじ山との接触面積が大きくなるように変形可能であり、
   前記転動体は、概ね球状とされているとともに、前記転動体の外周面から中心に向けて延びている穴部を有していることを特徴とするボールねじ。
2. 請求項１に記載のボールねじであって、
   前記転動体は複数設けられており、前記転動体同士が間隔をあけて配置されていることを特徴とするボールねじ。
3. 請求項２に記載のボールねじであって、
   前記転動体は転動体よりも変形容易な間隔保持部材を用いて間隔をあけて配置されていることを特徴とするボールねじ。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載されたボールねじを使用した移動機構を備えることを特徴とする乗物用シート。

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