(57)【要約】【課題】簡素で省スペース、省エネルギー化を図ると共に、ブレーキング機能を有するボールねじを提供する。【解決手段】内周に螺旋状のねじ溝２０ａが形成されたナット２０と、これに多数のボール１９を介して内挿され、外周に螺旋状のねじ溝１８ａが形成されたねじ軸１８を備えたボールねじにおいて、ナット２０に、軸方向自由で、かつ回転方向と半径方向に僅かな隙間を介してブレーキングナット２１が連結板２７によって連結され、内周にねじ軸１８のねじ溝１８ａに対応する螺旋状のねじ溝２１ａが形成され、両ねじ溝間に多数のボール１９が収容され、ブレーキングナット２１とボール１９との隙間がナット２０の隙間よりも大きく設定されると共に、ブレーキングナット２１のねじ溝２１ａに、外周面２１ｂに貫通するピン孔２５が穿設され、これらにピン２６が圧入されて先端部がねじ溝１８ａ内に係合されている。【選択図】図５
2014020405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
このナットに多数のボールを介して内挿され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とを備えたボールねじにおいて、
前記ナットに、軸方向自由で、かつ回転方向と半径方向に僅かな隙間を介してブレーキングナットが連結され、このブレーキングナットが、逆作動時において、当該ブレーキングナットのねじ溝と前記ねじ軸のねじ溝間をロックするロック機構を有していることを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
前記ナットとブレーキングナットのうちどちらか一方のナットに連結板が固定され、この連結板が他方のナットの回転方向に僅かな隙間を介して連結されている請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】
前記ナットとブレーキングナットの回転方向の僅かな隙間をδｒ、前記ブレーキングナットの軸方向隙間をδａ、前記ナットのボール中心径をＤとした時、前記ナットとブレーキングナットが、δｒ＝δａ／Ｌ×Ｄπからなる僅かな隙間δｒを介して連結されている請求項１または２に記載のボールねじ。
【請求項４】
前記ブレーキングナットが、内周に前記ねじ軸のねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、これら両ねじ溝間に多数のボールが収容され、前記ブレーキングナットとボールとの隙間が、前記ナットとボールとの隙間よりも大きく設定されると共に、前記ブレーキングナットのねじ溝に、当該ブレーキングナットの外周面に貫通するピン孔が穿設され、これらのピン孔にピンが圧入されてその先端部が前記ねじ軸のねじ溝内に膨出されている請求項１乃至３いずれかに記載のボールねじ。
【請求項５】
前記ブレーキングナットが円筒状に形成され、この内周面から外周面に貫通するピン孔が穿設され、これらのピン孔にピンが圧入されると共に、これらのピンの先端部が凸球面に形成され、前記ねじ軸のねじ溝に膨出されている請求項１乃至３いずれかに記載のボールねじ。
【請求項６】
前記ブレーキングナットが円筒状に形成され、内周に前記ねじ軸のねじ溝に対応する螺旋状の凸条が形成されると共に、この凸条の先端部が前記ねじ溝に係合されている請求項１乃至３いずれかに記載のボールねじ。
【請求項７】
前記ねじ軸のねじ溝間のランド面に螺旋溝が形成されると共に、前記ブレーキングナットが円筒状に形成され、内周に前記ねじ軸の螺旋溝に係合する螺旋溝が形成されている請求項１乃至３いずれかに記載のボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部のアクチュエータに使用されるボールねじ、詳しくは、自動車のトランスミッションやパーキングブレーキ等のアクチュエータで、電動モータからの回転入力を駆動軸の直線運動に変換するボールねじに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種駆動部に使用されるアクチュエータにおいて、電動モータの回転運動を軸方向の直線運動に変換する機構として、台形ねじあるいはラックアンドピニオン等の歯車機構が一般的に使用されている。これらの変換機構は、滑り接触部を伴うため動力損失が大きく、電動モータの大型化や消費電力の増大を余儀なくされている。そのため、より効率的なアクチュエータとしてボールねじが採用されるようになってきた。
【０００３】
従来のアクチュエータとしては、例えば、ハウジングに支持された電動モータにより、ボールねじを構成するナットを回転駆動自在とし、このナットを回転駆動することによってねじ軸に結合された出力部材を軸方向に変位可能としている（正作動）。
【０００４】
滑り接触部を伴う台形ねじでは、出力部材を介してねじ軸に軸力が加わってもナットは回転しなく、軸力に対してブレーキングを行うことができるが、ボールねじは、摩擦が非常に低く、出力部材側に作用するスラスト荷重（軸力）によって簡単にナットが回転（逆作動）してしまうので、電動モータが停止時に出力部材を位置保持する必要があるが、ボールねじ単独では位置保持することはできない。このように、力の伝達効率が良いことと、位置保持を行うことは二律背反であると言える。
【０００５】
そこで、例えば、電動モータにブレーキ手段を設けたり、あるいは伝達手段としてウオームギアのような低効率なものを設けたりすることがなされているが、その代表的なものとして、図１１に示すような無段変速機用アクチュエータが知られている。この無段変速機用アクチュエータは、ベルト式無段変速機に適用されており、伝達ベルト５１が巻き付けられる主動側Ｖ溝プーリを固定シーブ５２と対で構成する可動シーブ５３と、電動モータ５４が固定されるハウジング５５と、ハウジング５５内に設けられたボールねじ５６とを備えている。
【０００６】
固定シーブ５２は、ハウジング５５に対して軸方向に拘束され、その軸部５２ａは、一対の軸受５７、５８によってハウジング５５に回転自在に支持されている。この軸部５２ａには、エンジン（図示せず）の回転数に応じて回転される入力軸（図示せず）から回転トルクが伝達される。
【０００７】
可動シーブ５３は、固定シーブ５２と同軸上に配置され、ボールスプライン５９によって固定シーブ５２の軸部５２ａに対して軸方向に摺動自在に嵌合されている。
【０００８】
ハウジング５５は、可動シーブ５３の軸線と同一中心に設けられた円筒内周面５５ａを有し、この円筒内周面５５ａが着脱可能となっている。この円筒内周面５５ａの内方には、可動シーブ５３に嵌合された軸受６０を介して連結された中軸６１が挿入されている。この中軸６１の内周には、固定シーブ５２の軸部５２ａが挿通されている。可動シーブ５３と中軸６１とは、軸受６０によって可動シーブ５３が中軸６１に対して相対回転のみが許容され、両者５３、６１が軸方向に一体移動する連結状態となっている。
【０００９】
電動モータ５４は、モータ軸５４ａが固定シーブ５２の軸線と平行に配置され、このモータ軸５４ａに設けられた駆動ギヤ６２は、ハウジング５５に対して一対の軸受６３、６４によって回動自在に支持された中間ギヤ６５と噛合っている。
【００１０】
ボールねじ５６は、外周面に螺旋状のねじ溝６６ａが形成された中空のねじ軸６６と、このねじ軸６６に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝６７ａが形成されたナット６７と、対向する両ねじ溝６６ａ、６７ａによって形成された転動路に転動自在に収容された多数のボール６８とを備えている。ねじ軸６６はハウジング５５に対して相対回転不能で、かつ軸方向に移動自在に支持されている。また、ナット６７はハウジング５５に対して相対回転自在で、かつ軸方向に移動不可に支持されている。
【００１１】
従動ギヤ６９はナット６７の外周に形成され、中間ギヤ６５と噛合っており、電動モータ５４が回転すると、駆動ギヤ６２から中間ギヤ６５を介してナット６７に回転動力が減速伝達される。このように、ナット６７が回転駆動されることにより、ねじ軸６６が直線運動に変換される。
【００１２】
ねじ軸６６は、中軸６１の外周とハウジング５５の円筒内周面５５ａとの間で複列のボール７０ａ、７０ｂを保持するカップ状の保持器７１と一体に形成されている。中軸６１の外周には、軸方向一対の円錐状の係合面６１ａ、６１ｂが小径側で連続するように形成されている。
【００１３】
保持器７１は、複列のボール７０ａ、７０ｂを周方向に等配するポケット７１ａを有しており、このポケット７１ａは一対の係合面６１ａ、６１ｂと円筒内周面５５ａとの間に形成される楔空間に複列のボール７０ａ、７０ｂを保持している。
【００１４】
図１２（ａ）に、保持器７１を中心に考えて、電動モータ５４と可動シーブ５３とが停止している状態におけるポケット７１ａを拡大して示す。ポケット７１ａに保持された複列のボール７０ａ、７０ｂは、これらの間に介在する弾性部材７２により楔空間に係合する向きに付勢されている。
【００１５】
保持器７１の内周に突出する凸係合部７３は、中軸６１の外周に設けられた凹係合部７４に嵌っている。すなわち、凸係合部７３が保持器７１に圧入嵌合された伝達部材からなり、凹係合部７４が中軸６１の外周に形成された凹穴からなる。
【００１６】
凸係合部７３と凹係合部７４とは、回転方向および半径方向に常時係合し、互いに軸方向に対向するように設けられており、両係合部７３、７４間には、ポケット７１ａの軸方向ポケット隙間ａよりも大きい軸方向隙間ｂが設けられている。
【００１７】
ここで、図１２（ａ）の状態から、（ｂ）に示すように、電動モータ５４が正逆いずれか一方に回転し、ナット６７が中間ギヤ６５を介して伝達された回転動力を従動ギヤ６９で受け、ねじ軸６６が図中矢印にて示すように軸方向右側に移動した場合、ねじ軸６６と一体に保持器７１も軸方向右側に移動する。
【００１８】
そして、保持器７１がｂの距離を移動した時、既に軸方向ポケット隙間ａの距離を移動しており、その一体移動方向の後側のボール７０ａを押して楔空間との係合を解除している。さらに、保持器７１が同方向に移動すると、凸係合部７３と凹係合部７４とが軸方向に係合しているため、中軸６１に軸方向推進力が伝達され、中軸６１と可動シーブ５３とが軸受６０を介した連結により、軸方向右側に一体移動させられる（図１１参照）。
【００１９】
ここで、保持器７１と中軸６１とが一体移動している間、一体移動方向の後側のボール７０ａが楔空間に係合しようとしても保持器７１が先に当たってそれを許さず、中軸６１と可動シーブ５３の一体移動が連続する。したがって、一体移動方向の後側のボール７０ａと楔空間とが繰り返し係合・係合解除することはなく、ねじ軸６６への振動入力が防止される。
【００２０】
一方、可動シーブ５３が回転し、電動モータ５４が停止している状態で、中軸６１自体は回転しておらず、複列のボール７０ａ、７０ｂが楔空間に係合しているため、可動シーブ５３および中軸６１が軸方向に一体移動しようとしても、中軸６１が軸方向に関して瞬時にロックされる。すなわち、可動シーブ５３および中軸６１が軸方向に動くことはない。したがって、電動モータ５４に保持トルクを発生させてナット６７の回転を防止する必要がなく、電動モータ５４の小型化、低消費電力化が可能となる（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００７−２６３２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
こうした従来の無段変速機用アクチュエータでは、可動シーブ５３に作用するスラスト荷重によって簡単にナット６７が回転しないよう、電動モータ５４が停止時に可動シーブ５３を位置保持するために複雑なブレーキング機構が必要となるだけでなく、このような中軸６１や保持器７１等からなるブレーキング機構を配置するためのスペースや組み付け作業が必要となる。
【００２３】
本発明は、こうした従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡素で省スペース、省エネルギー化を図ると共に、ブレーキング機能を有するボールねじを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とを備えたボールねじにおいて、前記ナットに、軸方向自由で、かつ回転方向と半径方向に僅かな隙間を介してブレーキングナットが連結され、このブレーキングナットが、逆作動時において、当該ブレーキングナットのねじ溝と前記ねじ軸のねじ溝間をロックするロック機構を有している。
【００２５】
このように、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、外周にナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とを備えたボールねじにおいて、ナットに、軸方向自由で、かつ回転方向と半径方向に僅かな隙間を介してブレーキングナットが連結され、このブレーキングナットが、逆作動時において、当該ブレーキングナットのねじ溝とねじ軸のねじ溝間をロックするロック機構を有しているので、ねじ軸に軸力が加わらない限りは悪影響を及ぼすような摩擦を起こさずブレーキングナットは容易に回転することができると共に、ねじ軸に軸力が加わった場合、ブレーキングナット側に摩擦が発生し、回転抵抗が非常に大きくなる。その結果、特定の大きさまでねじ軸に加わった軸力はブレーキングナットの回転に変換されず、位置は保持されたままとなり、軸力に対しブレーキング機能を発揮することができる。したがって、ボールねじ単体にブレーキング機能が付加されているため、従来のように、ブレーキングのための余計な装置を必要とせず、構造が簡素化できて省スペース化を図ることができる。ここで、電動モータにより、ボールねじを構成するナットを回転駆動し、このナットの回転駆動によってねじ軸に結合された駆動軸を軸方向に変位させる動きを正作動と規定すると共に、駆動軸に作用するスラスト荷重（軸力）によってナットが回転する動きを逆作動と規定する。
【００２６】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記ナットとブレーキングナットのうちどちらか一方のナットに連結板が固定され、この連結板が他方のナットの回転方向に僅かな隙間を介して連結されていれば、例えば、ナットの回転を効率良く軸力に変換されると共に、軸力はブレーキングナットの回転に変換されず、軸力に対しブレーキング機能を発揮することができる。
【００２７】
また、請求項３に記載の発明のように、前記ナットとブレーキングナットの回転方向の僅かな隙間をδｒ、前記ブレーキングナットの軸方向隙間をδａ、前記ナットのボール中心径をＤとした時、前記ナットとブレーキングナットが、δｒ＝δａ／Ｌ×Ｄπからなる僅かな隙間δｒを介して連結されていれば、回転方向の切り替え時のバックラッシを小さくすることができると共に、充分にブレーキング機能を発揮することができる。
【００２８】
また、請求項４に記載の発明のように、前記ブレーキングナットが、内周に前記ねじ軸のねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、これら両ねじ溝間に多数のボールが収容され、前記ブレーキングナットとボールとの隙間が、前記ナットとボールとの隙間よりも大きく設定されると共に、前記ブレーキングナットのねじ溝に、当該ブレーキングナットの外周面に貫通するピン孔が穿設され、これらのピン孔にピンが圧入されてその先端部が前記ねじ軸のねじ溝内に膨出されていれば、ボールは周方向の移動が規制され、ねじ溝上を循環するのを阻止されて、効果的にブレーキング機能を発揮することができる。
【００２９】
また、請求項５に記載の発明のように、前記ブレーキングナットが円筒状に形成され、この内周面から外周面に貫通するピン孔が穿設され、これらのピン孔にピンが圧入されると共に、これらのピンの先端部が凸球面に形成され、前記ねじ軸のねじ溝に膨出されていれば、ねじ軸に軸力が加わらない限りは摩擦を起こさず、ブレーキングナットは容易に回転することができると共に、ねじ軸に軸力が加わった場合、滑りねじのようにブレーキングナットとねじ軸間に摩擦が発生し、回転抵抗が非常に大きくなって、ブレーキング機能を発揮することができる。
【００３０】
また、請求項６に記載の発明のように、前記ブレーキングナットが円筒状に形成され、内周に前記ねじ軸のねじ溝に対応する螺旋状の凸条が形成されると共に、この凸条の先端部が前記ねじ溝に係合されていれば、ねじ軸に軸力が加わった場合、滑りねじのようにブレーキングナットとねじ軸間に摩擦が発生し、回転抵抗が非常に大きくなって、ブレーキング機能を発揮することができる。
【００３１】
また、請求項７に記載の発明のように、前記ねじ軸のねじ溝間のランド面に螺旋溝が形成されると共に、前記ブレーキングナットが円筒状に形成され、内周に前記ねじ軸の螺旋溝に係合する螺旋溝が形成されていれば、ブレーキングナットとねじ軸が螺旋溝同士によってロックする機構で構成され、ねじ軸に軸力が加わらない限りは摩擦を起こさず、ブレーキングナットは容易に回転することができると共に、ねじ軸に軸力が加わった場合、ブレーキングナットとねじ軸間に摩擦が発生し、回転抵抗が非常に大きくなる。その結果、ねじ軸に加わった軸力はブレーキングナットの回転に変換されず、位置は保持されたままとなり、軸力に対しブレーキング機能を発揮することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係るボールねじは、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とを備えたボールねじにおいて、前記ナットに、軸方向自由で、かつ回転方向と半径方向に僅かな隙間を介してブレーキングナットが連結され、このブレーキングナットが、逆作動時において、当該ブレーキングナットのねじ溝と前記ねじ軸のねじ溝間をロックするロック機構を有しているので、ねじ軸に軸力が加わらない限りは悪影響を及ぼすような摩擦を起こさずブレーキングナットは容易に回転することができると共に、ねじ軸に軸力が加わった場合、ブレーキングナット側に摩擦が発生し、回転抵抗が非常に大きくなる。その結果、特定の大きさまでねじ軸に加わった軸力はブレーキングナットの回転に変換されず、位置は保持されたままとなり、軸力に対しブレーキング機能を発揮することができる。したがって、ボールねじ単体にブレーキング機能が付加されているため、従来のように、ブレーキングのための余計な装置を必要とせず、構造が簡素化できて省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るボールねじを備えた無段変速機の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のアクチュエータ部を示す縦断面図である。
【図３】図２のボールねじを示す縦断面図である。
【図４】（ａ）は、図３の左側面図、（ｂ）は、図３のＩＶ−ＩＶ線で切断した横断面図、（ｃ）は、図３の右側面図である。
【図５】図３のボールねじを示す一部を断面した斜視図である。
【図６】図５の変形例を示す一部を断面した斜視図である。
【図７】図５の他の変形例を示す一部を断面した斜視図である。
【図８】本発明に係るボールねじを備えた無段変速機の第２の実施形態を示す縦断面図である。
【図９】図８のアクチュエータ部を示す縦断面図である。
【図１０】図９のボールねじを示す一部を断面した斜視図である。
【図１１】従来のボールねじを備えた無段変速機用アクチュエータを示す縦断面図である。
【図１２】（ａ）は、図１１の電動モータと可動シーブとが停止している状態を示す作用図、（ｂ）は、（ａ）の状態から図中矢印の方向に保持器が移動した時の状態を示す作用図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とを備えたボールねじにおいて、前記ナットに、軸方向自由で、かつ回転方向と半径方向に僅かな隙間を介してブレーキングナットが連結板によって連結され、前記ブレーキングナットが、内周に前記ねじ軸のねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、これら両ねじ溝間に多数のボールが収容され、前記ブレーキングナットとボールとの隙間が、前記ナットとボールとの隙間よりも大きく設定されると共に、前記ブレーキングナットのねじ溝に、当該ブレーキングナットの外周面に貫通するピン孔が穿設され、これらのピン孔にピンが圧入されてその先端部が前記ねじ軸のねじ溝内に膨出されている。
【実施例１】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るボールねじを備えた自動車の無段変速機の第１の実施形態を示す縦断面図、図２は、図１のアクチュエータ部を示す縦断面図、図３は、図２のボールねじを示す縦断面図、図４（ａ）は、図３の左側面図、（ｂ）は、図３のＩＶ−ＩＶ線で切断した横断面図、（ｃ）は、図３の右側面図、図５は、図３のボールねじを示す一部を断面した斜視図、図６は、図５の変形例を示す一部を断面した斜視図、図７は、図５の他の変形例を示す一部を断面した斜視図である。
【００３６】
図１に示す自動車の無段変速機１は、ハウジング２と、このハウジング２に取り付けられた電動モータ３と、この電動モータ３のモータ軸３ａに取付けられた入力歯車４に噛合する出力歯車５からなる減速機構６と、この減速機構６を介して電動モータ３の回転運動を駆動軸７の軸方向の直線運動に変換するボールねじ８と、このボールねじ８を備えたアクチュエータ本体９とを備えている。
【００３７】
ハウジング２は、Ａ６０６１やＡＤＣ１２等のアルミ合金からダイキャストによって形成され、高温に加熱して固溶体を形成させる溶体化処理、それを水中で急速冷却する焼き入れ処理、続いて室温に保持あるいは低温（１００〜２００℃）に加熱して析出させる時効硬化処理（焼きもどし処理）で構成される熱処理によって、析出相に大きな格子ひずみを生じさせ硬化させる方法、所謂析出硬化処理が施されている。これにより、量産性が良くなり、低コスト化を図ることができる共に、強度を高めてアルミ使用量を削減し、軽量化を達成することができる。
【００３８】
電動モータ３のモータ軸３ａは、その端部に平歯車からなる入力歯車４が圧入により相対回転不能に取り付けられると共に、入力歯車４に噛合する出力歯車５は、後述するボールねじ８を構成するナット２０に固定されている。
【００３９】
無段変速機１は、伝達ベルト１０が巻き付けられる主動側Ｖ溝プーリを固定シーブ１１と対で構成される可動シーブ１２と、この可動シーブ１２を深溝玉軸受からなる転がり軸受１５によって回転自在に支持するスライディングロッド１４とを備えている。このスライディングロッド１４は、固定シーブ１１と同軸上に配置され、ハウジング２に対してボールスプライン１６によって軸方向に摺動自在に嵌合されている。
【００４０】
固定シーブ１１は軸方向に拘束され、軸部１１ａに対して深溝玉軸受からなる転がり軸受１３によって回転自在に支持されている。この軸部１１ａには、エンジン（図示せず）の回転数に応じて回転される入力軸（図示せず）から回転トルクが伝達される。
【００４１】
駆動軸７は、後述するボールねじ８を構成するねじ軸１８と一体に構成され、このねじ軸１８の一端部（図中左端部）は、スライディングロッド１４に連結ピン１７を介して一体に結合され、ねじ軸１８が回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。
【００４２】
ボールねじ８は、図２に拡大して示すように、ねじ軸１８と、このねじ軸１８にボール１９を介して外挿されたナット２０とブレーキングナット２１を備えている。ねじ軸１８は、外周に螺旋状のねじ溝１８ａが形成され、軸方向移動自在に、かつ回転不可に支承されている。一方、ナット２０とブレーキングナット２１は、ねじ軸１８に外挿されると共に、内周にねじ軸１８のねじ溝１８ａに対応する螺旋状のねじ溝２０ａ、２１ａが形成され、これらねじ溝２０ａ、２１ａ、１８ａとの間に多数のボール１９が転動自在に収容されている。そして、ナット２０とブレーキングナット２１は、ハウジング（図示せず）に対して、深溝玉軸受からなる支持軸受２２、２３を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。２４は、ナット２０のねじ溝２０ａを連結して循環部材を構成する駒部材で、この駒部材２４によって多数のボール１９が無限循環することができる。
【００４３】
各ねじ溝１８ａ、２０ａ、２１ａの断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここではボール１９との接触角が大きくとれ、アキシアル隙間が小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動の発生を抑制することができる。
【００４４】
ナット２０およびブレーキングナット２１はＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。これにより、熱処理後のスケール除去のためのバフ加工等を省略することができ、低コスト化を図ることができる。一方、ねじ軸１８はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、高周波焼入れ、あるいは浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。
【００４５】
ナット２０の外周面２０ｂに、肩部２０ｃを介して小径部２０ｄが形成されている。この小径部２０ｄに減速機構６を構成する出力歯車５が肩部２０ｃに当接するまで嵌合固定されると共に、この出力歯車５の側面に当接するように支持軸受２２が所定のシメシロを介して圧入されている。一方、ブレーキングナット２１の外周面２１ｂには支持軸受２３が所定のシメシロを介して圧入されている。これにより、駆動軸７からスラスト荷重が負荷されても支持軸受２２と出力歯車５の軸方向の位置ズレを防止することができる。また、２つの支持軸受２２、２３は、両端部にシールド板２２ａ、２３ａが装着された密封型の深溝玉軸受で構成され、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、外部から摩耗粉等が軸受内部に侵入するのを防止している。
【００４６】
ここで、ブレーキングナット２１とボール１９との隙間が、ナット２０とボール１９との隙間よりも大きく設定されている。本実施形態では、ボール１９のサイズが同じで、ブレーキングナット２１のねじ溝２１ａの寸法（曲率半径）をナット２０のねじ溝２０ａの寸法（曲率半径）よりも大きく設定されている。なお、両者のねじ溝２０ａ、２１ａの寸法を同一にして、ボール１９のサイズを変更しても良い。前者の場合は、同じサイズのボール１９を使用することにより、誤組等の不具合を防止でき、組立作業性を向上させることができる。また、後者の場合は、ボール１９のサイズを適宜調整することで、容易に隙間を減らし、組み上げる際のガタの発生をなくすことができる特徴を持っている。
【００４７】
また、ブレーキングナット２１のねじ溝２１ａのうち、端面側のねじ溝２１ａ、２１ａから外周面２１ｂに貫通するピン孔２５、２５が穿設され、これらのピン孔２５、２５にピン２６、２６が圧入されている。そして、ピン２６の先端部をねじ軸１８のねじ溝１８ａ内に膨出させている。これにより、ボール１９は周方向の移動が規制され、ボール１９がねじ溝２１ａ上を循環するのを阻止し、ねじ軸１８の回転によってボール１９がねじ溝２１ａ上を滑る。また、本実施形態のように、端面側のねじ溝２１ａ、２１ａにピン孔２５を穿設し、ピン２６を圧入することにより、ボール１９を周方向に隙間なく詰め込むことができ、ボール１９の周方向ガタをなくすることができる。
【００４８】
本実施形態では、ナット２０とブレーキングナット２１は連結板２７によって連結されている。具体的には、図３および図４に示すように、ブレーキングナット２１の外周面２１ｂに一対の平坦面２８、２８が対向して形成されると共に、ナット２０の外周面２０ｂに軸方向に延びる一対の凹溝２９、２９が対向して形成されている。そして、一対の連結板２７がブレーキングナット２１の平坦面２８、２８とナット２０の凹溝２９、２９間にそれぞれ跨架され、固定ボルト３０によってブレーキングナット２１側に固定されている。
【００４９】
ここで、連結板２７はナット２０の回転方向（周方向）に「僅かな隙間」を介して連結され、軸方向および径方向には連結されていない。具体的には、ナット２０の凹溝２９は連結板２７の幅寸法より僅かに２Ｅだけ幅広に形成されると共に、ナット２０の外周面２０ｂと連結板２７とは軸方向および径方向共に自由度を持って係合されている。すなわち、ブレーキングナット２１とナット２０とは軸方向間隔Ａを持って配置されると共に、連結板２７とナット２０の肩部２０ｃと所定の軸方向隙間Ｂ、外周面２０ｂと所定の径方向隙間Ｃを介して係合されている。
【００５０】
ナット２０とブレーキングナット２１を互いに軸方向自由に連結するため、両者の間に僅かな軸方向隙間Ａを設けているが、ボールねじ８を一層コンパクトにするため、ナット２０とブレーキングナット２１との軸方向間隔Ａは、組立の際にボールねじ８のリード長Ｌの半分の間隔まで詰めることができる。なお、必ずしも、両者の間に僅かな軸方向隙間Ａを設ける必要はなく、例えば、合成ゴム等の弾性部材を介装しても良い。これは回転方向の隙間についても同様である。
【００５１】
また、ここでいう、連結板２７とナット２０の回転方向の僅かな隙間が小さいほど、回転方向の切り替え時のバックラッシを小さくすることができるが、逆に、特定の範囲だけ回転方向の隙間がないと、充分にブレーキング機能を発揮することができない。両者の条件を満たす「僅かな隙間」は次式によって求めることができる。ここで、望ましい連結板２７とナット２０の回転方向の僅かな隙間をδｒ、ブレーキングナット２１の軸方向隙間をδａ、ナット２０のボール中心径をＤとした時、δｒ＝δａ／Ｌ×Ｄπで表わされる。
【００５２】
このように、ボールねじ８において、図５に示すように、通常のナット２０とは別にナット２０のねじ溝２０ａとねじ軸１８のねじ溝１８ａ間をロックするロック機構（ピン２６とねじ溝１８ａの係合構造）を有するブレーキングナット２１を配置し、このブレーキングナット２１とボール１９との隙間をナット２０とボール１９との隙間よりも大きく設定すると共に、ブレーキングナット２１側のボール１９は循環しないようにピン２６で規制されているので、ねじ軸１８に軸力が加わらない限りは悪影響を及ぼすような摩擦を起こさず、また、ボール１９との隙間が大きいため容易に回転することができる。しかし、ねじ軸１８に軸力が加わった場合、ブレーキングナット２１側のボール１９は循環しないため、所謂滑りねじのように摩擦が発生し、回転抵抗が非常に大きくなる。その結果、特定の大きさまでねじ軸１８に加わった軸力はブレーキングナット２１の回転に変換されず、位置は保持されたままとなり、軸力に対しブレーキング機能を発揮することができる。
【００５３】
これにより、電動モータ３にトルクを加えなくともボールねじ８のねじ軸１８（駆動軸７）の位置を保持することができるので、使用する電動モータ３の消費電力を減らし、省エネルギー化が図れると共に、電源失陥時、電動モータ３が破損時でも装置の状態を維持することができる。また、ボールねじ８単体にブレーキング機能を付加したため、従来のように、ブレーキングのための余計な装置を必要とせず、構造が簡素化できて省スペース化を図ることができる。
【００５４】
こうしたブレーキングナット２１を通常のナット２０に組み合わせた場合、具体的には、前述したように、ブレーキングナット２１に連結板２７を固定し、この連結板２７とナット２０とを回転方向と半径方向に僅かな隙間を介して、かつ軸方向に自由度を持って連結することにより、通常のナット２０に回転トルクが加わった際、ナット２０とねじ軸１８との間に生ずる負荷はこの通常のナット２０に全て加わるが、ブレーキングナット２１側には負荷は加わらない。
【００５５】
一方、通常のナット２０とブレーキングナット２１は回転方向に連結されているため、ナット２０の回転と共に、ブレーキングナット２１も回転する。この場合、ブレーキングナット２１には僅かな摩擦が生じるだけで、殆ど通常のボールねじと同等のトルク−軸力変換効率で駆動することができる。
【００５６】
逆に、回転トルクがない状況で軸力が加わると、ナット２０はまず負荷を逃がす方向に僅かに逆回転するが、ブレーキングナット２１は回転しない。これはナット２０とブレーキングナット２１を連結板２７によって連結し、この連結板２７とナット２０間に回転方向の隙間を設けているためである。このように、充分に回転したナット２０は負荷から逃れ、結果、軸力の負荷は取り残されたブレーキングナット２１に移る。この場合、前述したように、軸力を受けたブレーキングナット２１はブレーキング機能を発揮するため、軸力を回転に変化することはない。なお、ブレーキング機能を発揮した後も、ナット２０側に特定の大きさ以上の回転トルクを加えればそれを解除することができる。したがって、この種の作用は、摩擦力を徐々に取り除くといった連続的な過程であるため、突如ブレーキングが外れるというようなことはない。
【００５７】
なお、ここでは、ブレーキングナット２１に連結板２７を固定し、この連結板２７によってナット２０とブレーキングナット２１を連結した実施形態を例示したが、必ずしも連結板２７を使用する必要はなく、ナット２０とブレーキングナット２１を僅かな回転方向の隙間を介して連結すれば良く、例えば、ブレーキングナットに軸方向に延びる突起を設けても良いし、ピン等で連結するようにしても良い。また、例示した連結板２７は、必ずしもブレーキングナット２１側に固定する必要はなく、ナット２０に固定して、前述したような連結方法を採っても良い。
【００５８】
次に、図１を用いて、本発明に係るボールねじ８を自動車の無段変速機の制御機構に適用した場合について説明する。
無段変速機１のトルクを伝達する伝達ベルト１０は、固定シーブ１１と可動シーブ１２によって挟持されている。この伝達ベルト１０は固定シーブ１１と可動シーブ１２との間で摩擦による力の伝達を行うため、常にテンションが付与されている。固定シーブ１１と可動シーブ１２の伝達ベルト１０が摺接する側の面には所定の傾斜が形成されているため、伝達ベルト１０に付与されたテンションによって固定シーブ１１と可動シーブ１２の間には常に離反させようとする力が生じている。この力はスライディングロッド１４を介してボールねじ８のねじ軸１８に伝達される。
【００５９】
制御機構では、ねじ軸１８にこうした負荷を受けながらも可動シーブ１２の位置を適宜制御しなければならない。この制御は電動モータ３から加えられたトルクをボールねじ８のナット２０を介してねじ軸１８の軸力に変換されることでなされる。この軸力により、スライディングロッド１４から受ける負荷を超えてボールねじ８のねじ軸１８を駆動させることで、可動シーブ１２の位置を移動させることができる。
【００６０】
然しながら、電動モータ３のトルクを一旦解除してしまうと、トルクを解除した後にはねじ軸１８が再び後退（図中右側）しようとする。これは、前述したように、固定シーブ１１と可動シーブ１２間に両者を離反させようとする力が常に働き続けるからに他ならない。こうしたねじ軸１８の後退を阻止するため、ブレーキングナット２１が負荷を受け、ボールねじ８単体でブレーキング機能を発揮することで可能となる。したがって、トルクを維持するために電動モータ３を駆動し続ける必要がなく、電動モータ３の過熱による破損防止やシステムの省電力化を図ることができる。
【００６１】
また、ブレーキングが効いた後でも、電動モータ３のトルクをさらに上げれば、ボールねじ８のねじ軸１８を前進（図中左側）させることができる。この時、ブレーキングは速やかにスムーズに解除される。一方、ねじ軸１８を後退させたい場合は、電動モータ３を逆回転させるだけで良い。この時、ブレーキングナット２１はブレーキング機能を発揮しているが、スライディングロッド１４からの負荷も手伝って、容易に駆動させることができる。したがって、突如ブレーキングが解除され、衝撃や振動等が発生すると言った不具合はない。
【００６２】
図６は、前述した実施形態（図５）の変形例である。このボールねじ３１は、前述したボールねじ８と基本的にはブレーキングナット側の構成が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６３】
ボールねじ３１は、ねじ軸１８と、このねじ軸１８にボール１９を介して外挿されたナット２０とブレーキングナット３２を備えている。ねじ軸１８は、外周に螺旋状のねじ溝１８ａが形成され、軸方向移動自在に、かつ回転不可に支承されている。一方、ナット２０とブレーキングナット３２は、ねじ軸１８に外挿されると共に、ナット２０の内周には、ねじ軸１８のねじ溝１８ａに対応する螺旋状のねじ溝２０ａが形成され、これらねじ溝２０ａ、１８ａとの間に多数のボール１９が転動自在に収容されている。ナット２０とブレーキングナット３２は、ハウジング（図示せず）に対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。
【００６４】
ブレーキングナット３２は円筒状に形成され、ＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。
【００６５】
ここで、ブレーキングナット３２の内周面３２ａから外周面２１ｂに貫通するピン孔２５、２５が穿設され、これらのピン孔２５、２５にピン３３、３３が圧入されている。このピン３３の先端部３３ａは凸球面に形成され、ねじ軸１８のねじ溝１８ａに膨出させている。そして、前述した実施形態と同様、ブレーキングナット３２とねじ軸１８のねじ溝１８ａとの隙間が、ナット２０とボール１９との隙間よりも大きく設定されている。本実施形態では、ピン３３の先端部３３ａの曲率半径をボール１９の半径よりも小さく設定されている。これにより、ねじ軸１８に軸力が加わらない限りは摩擦を起こさず、ブレーキングナット３２は容易に回転することができると共に、ねじ軸１８に軸力が加わった場合、滑りねじのようにブレーキングナット３２とねじ軸１８間に摩擦が発生し、回転抵抗が非常に大きくなる。つまり、ナット２０のねじ溝２０ａとねじ軸１８のねじ溝１８ａ間をロックするロック機構（ピン３３とねじ溝１８ａの係合構造）を有する。その結果、前述した実施形態と同様、ねじ軸１８に加わった軸力はブレーキングナット３２の回転に変換されず、位置は保持されたままとなり、軸力に対しブレーキング機能を発揮することができる。
【００６６】
図７は、前述した実施形態（図５）の他の変形例である。このボールねじ３４は、前述したボールねじ８と基本的にはブレーキングナット側の構成が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６７】
ボールねじ３４は、ねじ軸１８と、このねじ軸１８にボール１９を介して外挿されたナット２０とブレーキングナット３５を備えている。ナット２０とブレーキングナット３５は、ねじ軸１８に外挿されると共に、ナット２０の内周には、ねじ軸１８のねじ溝１８ａに対応する螺旋状のねじ溝２０ａが形成され、これらねじ溝２０ａ、１８ａとの間に多数のボール１９が転動自在に収容されている。ナット２０とブレーキングナット３５は、ハウジング（図示せず）に対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。
【００６８】
ブレーキングナット３５はＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。このブレーキングナット３５は円筒状に形成され、内周にねじ軸１８のねじ溝１８ａに対応する螺旋状の凸条３６が形成されている。また、凸条３６の先端部３６ａはねじ溝１８ａの形状に対応する所定のゴシックアーク形状に形成され、ねじ溝１８ａに係合させている。
【００６９】
そして、前述した実施形態と同様、ブレーキングナット３５とねじ軸１８のねじ溝１８ａとの隙間が、ナット２０とボール１９との隙間よりも大きく設定されている。本実施形態では、凸条３６の先端部３６ａの曲率半径をボール１９の半径よりも小さく設定されている。これにより、ねじ軸１８に軸力が加わらない限りは摩擦を起こさず、ブレーキングナット３５は容易に回転することができると共に、ねじ軸１８に軸力が加わった場合、ブレーキングナット３５とねじ軸１８間に摩擦が発生し、回転抵抗が非常に大きくなる。その結果、前述した実施形態と同様、ねじ軸１８に加わった軸力はブレーキングナット３５の回転に変換されず、位置は保持されたままとなり、軸力に対しブレーキング機能を発揮することができる。
【実施例２】
【００７０】
図８は、本発明に係るボールねじを備えた自動車の無段変速機の第２の実施形態を示す縦断面図、図９は、図８のアクチュエータ部を示す縦断面図、図１０は、図９のボールねじを示す一部を断面した斜視図である。なお、前述した実施形態と同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７１】
図８に示す自動車の無段変速機は、ハウジング２と、このハウジング２に取り付けられた電動モータ３と、この電動モータ３のモータ軸３ａに取付けられた入力歯車４に噛合する出力歯車５からなる減速機構６と、この減速機構６を介して電動モータ３の回転運動を駆動軸３７の軸方向の直線運動に変換するボールねじ３８と、このボールねじ３８を備えたアクチュエータ本体３９とを備えている。
【００７２】
電動モータ３のモータ軸３ａは、その端部に平歯車からなる入力歯車４が圧入により相対回転不能に取り付けられると共に、入力歯車４に噛合する出力歯車５は、後述するボールねじ３８を構成するナット２０に固定されている。
【００７３】
駆動軸３７は、後述するボールねじ３８を構成するねじ軸４０と一体に構成され、このねじ軸４０の一端部（図中左端部）は、無段変速機を構成するスライディングロッド１４に連結ピン１７を介して一体に結合され、ねじ軸４０が回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。
【００７４】
ボールねじ３８は、図９に拡大して示すように、ねじ軸４０と、このねじ軸４０にボール１９を介して外挿されたナット２０とブレーキングナット４１を備えている。ねじ軸４０は、外周に螺旋状のねじ溝１８ａが形成され、軸方向移動自在に、かつ回転不可に支承されている。一方、ナット２０とブレーキングナット４１は、ねじ軸４０に外挿されると共に、ナット２０の内周には、ねじ軸４０のねじ溝１８ａに対応する螺旋状のねじ溝２０ａが形成され、これらねじ溝２０ａ、１８ａとの間に多数のボール１９が転動自在に収容されている。そして、ナット２０とブレーキングナット４１は、ハウジング（図示せず）に対して、支持軸受２２、２３を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。
【００７５】
ここで、ねじ軸４０はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、ねじ軸４０の外周面、すなわち、ねじ溝１８ａ、１８ａ間のランド面に螺旋溝４２が形成されている。そして、高周波焼入れ、あるいは浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。
【００７６】
ブレーキングナット４１はＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。このブレーキングナット４１は円筒状に形成され、内周にねじ軸４０の螺旋溝４２に係合する螺旋溝４３が形成されている。
【００７７】
そして、前述した実施形態と同様、ブレーキングナット４１とねじ軸４０との隙間が、ナット２０とボール１９との隙間よりも大きく設定されている。本実施形態では、図１０に示すように、ブレーキングナット４１とねじ軸４０が螺旋溝４２、４３同士の滑りねじで構成されているので、ねじ軸４０に軸力が加わらない限りは摩擦を起こさず、ブレーキングナット４１は容易に回転することができると共に、ねじ軸４０に軸力が加わった場合、ブレーキングナット４１とねじ軸４０間に摩擦が発生し、回転抵抗が非常に大きくなる。その結果、前述した実施形態と同様、ねじ軸４０に加わった軸力はブレーキングナット４１の回転に変換されず、位置は保持されたままとなり、軸力に対しブレーキング機能を発揮することができる。
【００７８】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明に係る電動リニアアクチュエータは、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用され、電動モータからの回転入力を、ボールねじ機構を介して駆動軸の直線運動に変換するボールねじ機構を備えた電動リニアアクチュエータに適用できる。
【符号の説明】
【００８０】
１  無段変速機
２  ハウジング
３  電動モータ
３ａ  モータ軸
４  入力歯車
５  出力歯車
６  減速機構
７、３７  駆動軸
８、３１、３４、３８  ボールねじ
９、３９  アクチュエータ本体
１０  伝達ベルト
１１  固定シーブ
１１ａ  軸部
１２  可動シーブ
１３、１５  転がり軸受
１４  スライディングロッド
１６  ボールスプライン
１７  連結ピン
１８、４０  ねじ軸
１８ａ、２０ａ、２１ａ  ねじ溝
１９  ボール
２０  ナット
２０ｂ  ナットの外周面
２０ｃ  肩部
２０ｄ  小径部
２１、３２、３５、４１  ブレーキングナット
２１ｂ  ブレーキングナットの外周面
２２、２３  支持軸受
２２ａ、２３ａ  シールド板
２４  駒部材
２５  ピン孔
２６、３３  ピン
２７  連結板
２８  平坦面
２９  凹溝
３０  固定ボルト
３２ａ  ブレーキングナットの内周面
３３ａ  ピンの先端部
３６  凸条
３６ａ  凸条の先端部
４２、４３  螺旋溝
５１  伝達ベルト
５２  固定シーブ
５２ａ  軸部
５３  可動シーブ
５４  電動モータ
５４ａ  モータ軸
５５  ハウジング
５５ａ  円筒内周面
５６  ボールねじ
５７、５８、６０、６３、６４  軸受
５９  ボールスプライン
６１  中軸
６１ａ、６１ｂ  係合面
６２  駆動ギヤ
６５  中間ギヤ
６６  ねじ軸
６６ａ、６７ａ  ねじ溝
６７  ナット
６８、７０ａ、７０ｂ  ボール
６９  従動ギヤ
７１  保持器
７１ａ  ポケット
７２  弾性部材
７３  凸係合部
７４  凹係合部
Ａ  ブレーキングナットとナットの軸方向間隔
ａ  保持器のポケット隙間
Ｂ  連結板とナットの凹溝の軸方向隙間
ｂ  凸係合部と凹係合部の軸方向隙間
Ｃ  連結板とナットの外周面の径方向隙間
Ｄ  ナットのボール中心径
Ｅ  ナットの凹溝と連結板の隙間
Ｌ  ボールねじのリード長
δａ  ブレーキングナットの軸方向隙間
δｒ  連結板とナットの回転方向の僅かな隙間
【図１】
2014020405.tif 000003
【図２】
2014020405.tif 000004
【図３】
2014020405.tif 000005
【図４】
2014020405.tif 000006
【図５】
2014020405.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2014020405.tif 000013
【図１２】
2014020405.tif 000014