(57)【要約】【課題】  温度変化に基づく装置の寸法変化によっても、ねじ軸や軸受に異常な負荷が加わることなく、高い精度で制御できるボールねじ装置を提供する。【解決手段】  ねじ軸１１はハウジング２０に保持されたボールベアリング２１、２２により回転自在に支承される。ボールベアリング２１の外輪はハウジング２０の段部２０ａに嵌合し、外輪端部は押え板２３で押えられ、ボールベアリング２１はハウジング２０に対して軸方向が固定され、ねじ軸１１も軸方向が固定される。ボールベアリング２２の外輪はハウジング２０に形成された保持孔２０ｂに嵌合し、軸方向には固定されておらず移動自在である。温度変化によりねじ軸とハウジングとの間に熱膨張係数の差に基づく寸法変化が生じても、その寸法変化はボールベアリング２２の軸方向移動により吸収され、ねじ軸を円滑に支承することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸と、該ねじ軸に螺合するナットと、前記ねじ軸とナットとの間に形成されたボール循環路を循環移動する複数個のボールとから構成されるボールねじ装置において、
前記ねじ軸は、その一方の端部のみがねじ軸の軸方向位置が規制されて支承されていること
を特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
ねじ軸と、該ねじ軸に螺合するナットと、前記ねじ軸とナットとの間に形成されたボール循環路を循環移動する複数個のボールとから構成されるボールねじ装置において、
前記ねじ軸は、一方の端部がねじ軸の軸方向位置を規制する第１の軸受で支承され、他方の端部がねじ軸の軸方向位置を規制しない第２の軸受で支承されていること
を特徴とするボールねじ装置。
【請求項３】
ねじ軸と、該ねじ軸に螺合するナットと、前記ねじ軸とナットとの間に形成されたボール循環路を循環移動する複数個のボールとから構成されるボールねじ装置において、
前記ねじ軸は、一方の端部がねじ軸の軸方向位置を規制するハウジングに装着された第１の軸受で支承され、他方の端部はねじ軸の軸方向位置が規制されることなくハウジングに直接支承されていること
を特徴とするボールねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボールねじ装置に関するもので、一般産業用機械に使用できるほか、車両用の内燃機関や変速装置に使用することができるボールねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじ装置による被駆動体の駆動方式には、ねじ軸を回転し、ねじ軸に螺合するナットをねじ軸方向に移動させて被駆動体を駆動する駆動方式が広く利用されており、例えば車両用の変速装置のシフトレバー（被駆動体）を操作するシフトレバー操作機構などに利用されている（特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、上記したボールねじ装置により被駆動体を駆動する駆動装置の構成の一例を説明する図で、図３の（ａ）はその正面図、図３の（ｂ）は図３の（ａ）のＡ−Ａ線に添った断面図である。
【０００４】
図３の（ａ）（ｂ）において、ボールねじ装置１０１のねじ軸１０３は、ハウジング１２０に保持されたボールベアリング１２１及び１２２により回転自在に支承され、ねじ軸１０３の一端は減速歯車装置１０６を介してモータ１０５に接続されている。モータ１０５の回転によりねじ軸１０３が回転すると、ねじ軸１０３に螺合しているナット１０４が軸方向に移動する。
【０００５】
ボールベアリング１２１及び１２２の外輪は、ハウジング１２０に形成された段部に嵌合しており、ねじ軸１０３は軸方向には固定保持され、回転方向には回転自在に支承されている。なお、ボールねじ装置１０１自体は従来のボールねじ装置と変らない。
【０００６】
ナット１０４は、螺合するねじ軸１０３の左右に、それぞれ外側縁にガイド１０４ｃ、１０４ｄを備えた溝（すり割）１０４ａ及び１０４ｂが形成され、溝１０４ａには後述する揺動アーム１１０の略円板状の先端部１１０ａがガイド１０４ｃに添って緩みなく嵌合し、溝１０４ｂには後述する揺動アーム１１１の略円板状の先端部１１１ａがガイド１０４ｄに添って緩みなく嵌合している。
【０００７】
揺動アーム１１０及び１１１は、一方の端部が上記したようにナット１０４の溝１０４ａ、１０４ｂに嵌合する略円板状の先端部１１０ａ、１１１ａに形成され、他方の端部１１０ｅ、１１１ｅは被駆動軸１３０に固定結合されている。なお、揺動アーム１１０及び１１１が揺動しても、被駆動軸１３０の軸心は移動せず、その位置で回動するように構成されている。
【０００８】
以上説明した駆動機構の動作を説明する。揺動アーム１１０とナット１０４の溝１０４ａの関係と、揺動アーム１１１とナット１０４の溝１０４ｂの関係は同じであるから、以下の説明では、揺動アーム１１０とナット１０４の溝１０４ａの関係についてのみ説明する。
【０００９】
図３の（ａ）に示す状態から、ねじ軸１０３の回転によりナット１０４が右側に移動すると、揺動アーム１１０の先端部１１０ａは溝１０４ａの内部で傾斜するが、揺動アーム１１０の他方の端部１１０ｅは軸心の移動しない被駆動軸１３０に固定されているので、揺動アーム１１０の先端部１１０ａは溝１０４ａの内部で傾斜しながら上方向に移動する。この場合、揺動アーム１１０の先端部１１０ａが溝１０４ａの内部で上方向に移動することが好ましくない場合は、揺動アーム１１０を軸方向に伸縮可能な２つの部材で構成するとよい。
【００１０】
この構成により、揺動アーム１１０が傾斜することにより被駆動軸１３０は回動し、所望の動作、例えばシフトレバーの傾動操作を行うことができる。
【特許文献１】特開２００４−５２８３７号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記したように、ボールねじ装置では、ねじ軸（或いはナット）の回転を直線運動に変換し、被駆動部材を所定方向に移動させる構成として使用される。この場合、ねじ軸の両端部は、軸受を介してハウジングに支承されるが、ねじ軸の支承手段としては可能な限り、軸方向遊びを小さくすることが、装置全体の精度向上のために要求されるから、設計者はねじ軸を支承する軸受の幅方向長さ（軸方向長さ）を含めたねじ軸の軸方向長さと、ねじ軸を支承する２個の軸受外輪を受けるハウジングの軸方向肩寸法との差をできるだけ小さく押さえた設計をする。
【００１２】
一方、車両用の変速装置などでは、軽量化の面からアルミニウム製のハウジングが使用されることが多いが、車両用の変速装置は、−４０℃〜１３０℃程度の温度範囲で使用されるのが普通であるから、ねじ軸の支承手段としてはねじ軸とハウジングの温度変化による膨張収縮を考慮しなければならない。
【００１３】
即ち、ねじ軸は、必要とされる機械的強度を維持するために鋼材で構成されるが、その線膨脹係数は１２×１０-6である。一方、ハウジングを構成するアルミニウムの線膨脹係数は２３．８×１０-6である。
【００１４】
仮にねじ軸の軸長を２００ｍｍとし、低温度から高温度まで１００℃の温度差が生じたときは、ねじ軸とハウジングの長さの差は０．４０ｍｍにもなる。これを、軸方向寸法の初期余裕寸法代（隙間）として設計することは、車両用の変速装置の制御の上で不感帯が大きくなるなどの不都合が生じることがある。
【００１５】
また、軸方向寸法の初期余裕寸法代（隙間）を僅かに小さく設定し、低温度状態において軸方向に圧縮力が作用するように設計することも許容される場合があるが、この場合はねじ軸の回転トルクが増加し、モータへの負担が大きくなり消費電力を増加させるという不都合が生じる。さらに、電動変速装置では、モータ故障などが発生した時など非常時には、手動操作が必要となるため、上記したねじ軸の回転トルクの増加は避けることが求められる。
【００１６】
この発明は、上記した不都合を解決し、鋼材で構成されたねじ軸の線膨脹係数とハウジングを構成するアルミニウムの線膨脹係数の差を考慮する必要がなく、精度の高い制御を行うことができ、製造コストを低減することができるボールねじ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、ねじ軸と、該ねじ軸に螺合するナットと、前記ねじ軸とナットとの間に形成されたボール循環路を循環移動する複数個のボールとから構成されるボールねじ装置において、前記ねじ軸は、その一方の端部のみがねじ軸の軸方向位置が規制されて支承されていることを特徴とするボールねじ装置である。
【００１８】
請求項２の発明は、ねじ軸と、該ねじ軸に螺合するナットと、前記ねじ軸とナットとの間に形成されたボール循環路を循環移動する複数個のボールとから構成されるボールねじ装置において、前記ねじ軸は、一方の端部がねじ軸の軸方向位置を規制する第１の軸受で支承され、他方の端部がねじ軸の軸方向位置を規制しない第２の軸受で支承されていることを特徴とするボールねじ装置である。
【００１９】
請求項３の発明は、ねじ軸と、該ねじ軸に螺合するナットと、前記ねじ軸とナットとの間に形成されたボール循環路を循環移動する複数個のボールとから構成されるボールねじ装置において、前記ねじ軸は、一方の端部がねじ軸の軸方向位置を規制するハウジングに装着された第１の軸受で支承され、他方の端部はねじ軸の軸方向位置が規制されることなくハウジングに直接支承されていることを特徴とするボールねじ装置である。
【発明の効果】
【００２０】
この発明に係るボールねじ装置は、ねじ軸は、その一方の端部のみがねじ軸の軸方向位置が規制されて支承されるように構成されるものであるから、装置の環境に温度変化が生じて、ねじ軸とハウジングとの間に熱膨張係数の差に基づく寸法変化が生じても、ねじ軸の軸方向位置が規制された支承部以外の部分で吸収される。
【００２１】
即ち、熱膨張係数の差に基づく寸法変化は、軸方向位置が規制されていない軸受が軸方向に移動して吸収、或いはねじ軸の軸方向位置が規制されていない支承部分でねじ軸が軸方向に移動して吸収される。
【００２２】
この構成により、温度変化に基づいてボールねじ装置に寸法変化が生じても、ねじ軸や軸受に異常な負荷が加わることがなく、ねじ軸を円滑に支承することができるから、ボールねじ装置を高い精度で制御できるほか、部品点数を削減して製造コストを低減したボールねじ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明の第１の実施の形態のボールねじ装置１０の構成を説明する図で、先に図３を参照して説明した従来のボールねじ装置の軸受部分を改良したものである。
【００２４】
図１において、ボールねじ装置１０のねじ軸１１は、ハウジング２０に保持されたボールベアリング２１及び２２により回転自在に支持され、ねじ軸１１の一端は減速歯車装置１６を介してモータ１５に接続されている。モータ１５の回転によりねじ軸１１が回転すると、ねじ軸１１に螺合しているナット１２が軸方向に移動する。なお、ボールねじ装置１０自体は従来のボールねじ装置と変らない。
【００２５】
ナット１２は、螺合するねじ軸１１の左右に、それぞれ外側縁にガイド１２ｃ、１２ｄを備えた溝（すり割）１２ａ及び１２ｂが形成され、溝１２ａには後述する揺動アーム１７の略円板状の先端部１７ａがガイド１２ｃに添って緩みなく嵌合し、溝１２ｂには後述する揺動アーム１８の略円板状の先端部１８ａがガイド１２ｄに添って緩みなく嵌合している。
【００２６】
揺動アーム１７及び１８は、一方の端部が上記したようにナット１２の溝１２ａ、１２ｂに嵌合する略円板状の先端部１７ａ、１８ａに形成され、他方の端部１７ｅ、１８ｅは被駆動軸１９に固定結合されている。なお、揺動アーム１７及び１８が揺動しても、被駆動軸１９の軸心は移動せず、その位置で回動するように構成されている。
【００２７】
以上説明した駆動機構の動作を説明する。揺動アーム１７とナット１２の溝１２ａの関係と、揺動アーム１８とナット１２の溝１２ｂの関係は同じであるから、以下の説明では、揺動アーム１７とナット１２の溝１２ａの関係についてのみ説明する。
【００２８】
図１に示す状態から、ねじ軸１１の回転によりナット１２が右側に移動すると、揺動アーム１７の先端部１７ａは溝１２ａの内部で傾斜するが、揺動アーム１７の他方の端部１７ｅは軸心の移動しない被駆動軸１９に固定されているので、揺動アーム１７の先端部１７ａは溝１２ａの内部で傾斜しながら上方向に移動する。この場合、揺動アーム１７の先端部１７ａが溝１２ａの内部で上方向に移動することが好ましくない場合は、揺動アーム１７を軸方向に伸縮可能な２つの部材で構成するとよい。
【００２９】
この構成により、揺動アーム１７が傾斜することにより被駆動軸１９は回動し、所望の動作、例えば、先に図３を参照して説明した従来例のシフトレバーの傾動操作を行うことができる。
【００３０】
次に、ねじ軸１１を支承する軸受について説明する。ねじ軸１１は、ハウジング２０に保持された第１の軸受であるボールベアリング２１、及び第２の軸受であるボールベアリング２２により回転自在に支承されている。
【００３１】
ねじ軸１１の一方の端部１１Ａを支承するボールベアリング２１の外輪は、ハウジング２０に形成された段部２０ａに嵌合しており、図１で外輪の奥側（左側）の端部はハウジング２０の段部２０ａの端面に当接し、外輪の外側（右側）の端部は、ハウジング２０にボルト２４で固定された押え板２３で押えられており、ボールベアリング２１はハウジング２０に対して軸方向に固定される。これにより、ねじ軸１１も、ハウジング２０に対して軸方向に固定される。
【００３２】
ねじ軸１１の他方の端部１１Ｂを支承するボールベアリング２２の外輪はハウジング２０に形成された保持孔２０ｂに嵌合し、軸方向には固定されておらず移動自在である。
【００３３】
第１の実施の形態のねじ軸を支承する軸受は上記の構成であって、ねじ軸は、第１の軸受であるボールベアリングにより軸方向には固定されて回転自在に支承されるので、装置の環境に温度変化が生じて、ねじ軸とハウジングとの間に熱膨張係数の差に基づく寸法変化が生じても、その寸法変化は、第２の軸受であるボールベアリング２２の軸方向移動により吸収され、ねじ軸や軸受に異常な負荷が加わることなく、ねじ軸を円滑に支承することができる。
【００３４】
図２は、この発明の第２の実施の形態のボールねじ装置の構成を説明する図で、先に図３を参照して説明した従来のボールねじ装置の軸受部分を改良したものである。
【００３５】
第１の実施の形態との相違点は、第１の実施の形態の第２の軸受であるボールベアリング２２を省略し、ねじ軸１１の一方の端部を直接ハウジングの設けた孔で支承させた点にある。第１の実施の形態のものと同一部材には同一符号を付して詳細な説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００３６】
図２において、ボールねじ装置３０のねじ軸１１は、その一方の端部１１Ａがハウジング２０に保持された第１の軸受であるボールベアリング２１により回転自在に支承されており、ボールベアリング２１の外輪は、ハウジング２０に形成された段部２０ａに嵌合しており、図１で外輪の奥側（左側）の端部１１Ｂはハウジング２０の段部２０ａの端面に当接し、外輪の外側（右側）の端部は、ハウジング２０にボルト２４で固定された押え板２３で押えられており、ボールベアリング２１はハウジング２０に対して軸方向に固定される。ねじ軸１１の他方の端部１１Ｂはハウジング２０に形成された保持孔２０ｂに嵌合し、軸方向には固定されていない。
【００３７】
第２の実施の形態のねじ軸を支承する軸受は上記の構成であって、ねじ軸は、第１の軸受であるボールベアリングにより軸方向には固定されて回転自在に支承されるので、装置の環境に温度変化が生じて、ねじ軸とハウジングとの間に熱膨張係数の差に基づく寸法変化が生じても、その寸法変化は、ハウジング２０に形成された保持孔の中でねじ軸１１の端部１１Ｂが軸方向に移動することにより吸収され、ねじ軸や軸受に異常な負荷が加わることなく、ねじ軸を円滑に支承することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
ねじ軸と、該ねじ軸に螺合するナットと、前記ねじ軸とナットとの間に形成されたボール循環路を循環移動する複数個のボールとから構成されるボールねじ装置であって、ねじ軸は、その一方の端部のみがねじ軸の軸方向位置が規制されて支承され、温度変化に基づく装置の寸法変化によってもねじ軸や軸受に異常な負荷が加わることなくねじ軸を円滑に支承することができ、高い精度で制御できるボールねじ装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の第１の実施の形態のボールねじ装置の構成を説明する図。
【図２】この発明の第２の実施の形態のボールねじ装置の構成を説明する図。
【図３】ボールねじ装置で被駆動体を駆動する駆動装置の従来例の一例を説明する図。
【符号の説明】
【００４０】
１０  第１の実施の形態のボールねじ装置
３０  第２の実施の形態のボールねじ装置
１１  ねじ軸
１１Ａ  ねじ軸の一方の端部
１１Ｂ  ねじ軸の他方の端部
１２  ナット
１２ａ、１２ｂ  溝（すり割）
１２ｃ、１２ｄ  ガイド
１５  モータ
１６  減速歯車装置
１７、１８  揺動アーム
１８ａ  略円板状の先端部
１９  被駆動軸
２０  ハウジング
２０ａ  段部
２０ｂ  保持孔
２１、２２  ボールベアリング
２４  ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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