(57)【要約】【課題】  外力により受ける曲げ力を吸収でき、摺動抵抗の低減や耐摩耗性の向上が可能で、製造が容易な電動アクチュエータ用ボールねじを提供する。【解決手段】  この電動アクチュエータ用ボースねじは、ナット３を回転させ、ねじ軸３をスライドさせる形態で使用されるボールねじ２である。そのボールねじ２は、表面が焼入されボールねじ使用機器に摺接させる環状部品１８を、ねじ軸３の外周に圧入状態に取付けたものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナットを回転させ、ねじ軸をスライドさせる形態で使用される電動アクチュエータ用ボールねじにおいて、表面が焼入されボールねじ使用機器に摺接させる環状部品を、前記ねじ軸の外周に圧入状態に取付けたことを特徴とする電動アクチュエータ用ボールねじ。
【請求項２】
請求項１において、前記環状部品を、軸方向に並べて複数設けた電動アクチュエータ用ボールねじ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記環状部品が、内輪付きのニードル軸受における内輪と同一規格のものである電動アクチュエータ用ボールねじ。
【請求項４】
請求項３において、前記ねじ軸がねじ溝を転造加工したものであり、前記ねじ軸の前記環状部品が圧入される軸部の外径を、前記転造加工の前のねじ軸素材の外径とした電動アクチュエータ用ボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車の電動式ディスクブレーキ等に用いられ、ねじ軸に摺動面を必要とする電動アクチュエータ用ボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車に使用されてきた油圧式アクチュエータに代えて、電動モータでその機能を代替する電動アクチュエータの開発が多く行われている。その電動アクチュエータとしては、モータの回転運動を高速，高効率に直線運動に変換する駆動部品としてボールねじが多く使用されている。
このようなボールねじを用いた電動アクチュエータの一例として、図６に示すように、モータでボールねじ３０のねじ軸３１を回転させ、ナット３２と一体に進退する出力軸３４に設けられた連結ピン３５を介して、アーム３６等を作動させるようにしたものが提案されている（例えば特許文献１）。アーム３６は、トランスミッションや電動式ディスクブレーキに動作を伝動する。
【０００３】
このような構造の電動アクチュエータでは、外力によってボールねじ３０の部分に作用する曲げ方向の力でナット３２とねじ軸３１との間に僅かな相対変位が生じる。この相対変位に起因してボールねじ３０におけるボール３３の負荷バランスが崩れることから、ボールねじ３０に摩耗や破損が生じ、耐久性を損ねると言われる。そこで、この課題を解消する対策として、特許文献１に開示の電動アクチュエータでは、ねじ軸３１とナット３２との間に弾性係数の小さいブッシュ３７を設けて曲げ力を吸収し、ボールねじ３０の信頼性および耐久性を向上させるようにしている。すなわち、前記ブッシュ３７は、外力による曲げ方向の荷重を、ボールねじ３０が直接受けないようにする手段として用いられている。
【特許文献１】特開２００３−１９４１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記構成の電動アクチュエータにおけるボールねじ３０では、ねじ軸３１とナット３２との間にブッシュ３７を設けているため、ブッシュ３７が曲げ方向荷重によってねじ軸３１のねじ溝３１ａに押し付けられながらスライドする。この場合、ブッシュ３７は、曲げ荷重により傾こうとするナット３２の力を受けて、ねじ軸３１の外周に押圧されながら接している。このため、図６の一部Ａを拡大して示す図７のように、ブッシュ３７がねじ山部３１ｂの凹凸を摺動するときに、ブッシュ３７の内径面にねじ軸３１のエッジによるかじりが発生する。特に、ブッシュ３７がねじ軸３１の範囲を越えて摺動するときに上記かじりが発生する。その結果、ブッシュ３７側の摩耗が進行してナット３２が傾き易くなり、ブッシュ３７による曲げ力の吸収効果が低下する。
【０００５】
また、上記構成の電動アクチュエータでは、図８のように、ボールねじ３０のナット３２に連結されたリンク部（外力Ｆr1を受ける力点）３８と、ブッシュ３７の設けられたボールねじ３０の部分（外力Ｆr1の支点）３９との距離Ｌ１が短いため、外力Ｆr1によりボールねじ３０が受ける曲げ荷重の影響は少なくて済む。しかし、周辺構造との干渉を避ける必要がある等の制約で、図９のように、リンク部（外力Ｆr2を受ける力点）３８を、ブッシュ３７の設けられたボールねじ３０の部分（外力Ｆr2の支点）３９から離した場合（距離Ｌ２）、外力が入力される位置と外力の支点とが大きく離れる。このため、ボールねじ３０が受ける曲げ荷重の影響が大きくなってしまう。
【０００６】
すなわち、図８の場合と、図９の場合の支点３９で受ける曲げ荷重には、
Ｆr1・Ｌ１＜Ｆr2・Ｌ２
の大小関係がある。
このことから、図９のように、リンク部３８とボールねじ３０の部分３９とが離れる構造の場合には、ブッシュ３７をリンク部３８の位置まで延長して、連結部品である出力軸３４をブッシュ３７で支える構造とすることが望ましい。
【０００７】
そこで、上記構成のボールねじ３０の改良品として、本発明者等は、ナットを回転部材とし、ねじ軸を連結部品の設けられたスライド部材とすると共に、ねじ軸をブッシュで受ける構造とし、かつねじ軸として研削よりも量産性に優れた転造によりねじ溝を加工したものを用いたボールねじを試作した。また、この試作品では、摺動抵抗の低減や耐摩耗性の向上を図るために、ねじ軸の摺動面を、焼入れにより表面硬度を高めたものとした。
【０００８】
しかし、この試作品の構造のものでは、次に挙げる問題が生じる。
・ねじ軸を高周波焼入する場合の焼入範囲が広くなり、熱処理時間が長くなる。
・ねじ軸における摺動面部分とねじ部との間で同軸精度が出ない。すなわち、上記構造の摺動面では、雄側および雌側ともに径・面粗さを管理し、摺動部の隙間を適正にすることで滑らかなスライドが可能となり、隙間の不適切による異常摩耗や騒音の発生を防止できる。そこで、この課題を達成するためには、上記試作品の場合にも、ねじ軸を熱処理した後に、研削等による仕上げ工程が必要になる。しかし、ねじ軸におけるねじ溝の転造加工が、素材丸棒を２対のロールダイスによって挟み込んで塑性変形させる加工方法であるのに対して、ねじ軸素材の両端に設けたセンタ孔を用いて研削を行う摺動面の仕上げ加工は、軸端のセンタ孔と素材外径とに関連が無い。このことから、特に素材丸棒がセンタレスで製作されたものである場合、外径を基準に転造されたねじ部に対して、センタ孔を用いて研削加工した摺動面の外径は、芯ずれが発生する。
【０００９】
この発明の目的は、外力により受ける曲げ力を吸収でき、摺動抵抗の低減，耐摩耗性の向上が可能で、製造が容易な電動アクチュエータ用ボールねじを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の電動アクチュエータ用ボールねじは、ナットを回転させ、ねじ軸をスライドさせる形態で使用される電動アクチュエータ用ボールねじにおいて、表面が焼入されボールねじ使用機器に摺接させる環状部品を、前記ねじ軸の外周に圧入状態に取付けたことを特徴とする。
この構成によると、ねじ軸の先端側に外力を受けたときに、ねじ軸のねじ部に曲げ力が作用するが、ねじ軸の外周にはボールねじ使用機器に摺接させる環状部品が取付けられているので、ねじ軸のねじ部に加わる曲げ荷重を吸収することができる。また、環状部品は焼入れにより表面硬度を高めたものとし、この環状部品をねじ軸の外周に圧入状態に取付けているので、例えば、ねじ軸が転造によるもので、転造前のねじ軸素材がセンタレスで製作された場合でも、センタ孔を後加工して摺動面の研削仕上げを行う必要がない。このため製造が容易となるばかりか、ねじ軸における摺動面（この発明では環状部品の外周面）とねじ溝との同軸度精度を向上させることができ、摺動抵抗の低減や耐摩耗性の向上が可能となる。また、ねじ軸の熱処理においては、摺動面の焼入れによる表面硬化を、別部品である環状部品で済ませておくことができるので、高周波焼入れによる移動焼入れ時間を短縮でき、この点でも製造が容易となる。
【００１１】
この発明において、前記環状部品を、軸方向に並べて複数設けても良い。ねじ軸の軸方向摺動範囲が広い場合には、ねじ軸の摺動面を１つの環状部品で構成しようとすると環状部品が長くなるので、ねじ軸への環状部品の圧入作業が容易でないが、この場合に環状部品を複数個に分割して圧入することで、その作業を容易に行うことができる。
【００１２】
この発明において、前記環状部品が、内輪付きのニードル軸受における内輪と同一規格のものであっても良い。この構成によると、規格品であるニードル軸受の内輪を環状部品として用いることができるので、環状部品として特別に製品を製作する必要がなく、環状部品を安価に調達できる。
【００１３】
前記環状部品が、内輪付きのニードル軸受における内輪と同一規格のものである場合において、前記ねじ軸がねじ溝を転造加工したものであって、ねじ軸の前記環状部品が圧入される軸部の外径を、前記転造加工の前のねじ軸素材の外径としたものであっても良い。  このようなねじ軸素材の外径に寸法設定した場合、別途に研削加工等を行って径を合わせることなく、標準品のニードル軸受の内輪を前記環状部品として使用でき、低コスト化が図れる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の電動アクチュエータ用ボールねじは、ナットを回転させ、ねじ軸をスライドさせる形態で使用される電動アクチュエータ用ボールねじにおいて、表面が焼入されボールねじ使用機器に摺接させる環状部品を、前記ねじ軸の外周に圧入状態に取付けたため、外力により受ける曲げ力を吸収でき、摺動抵抗の低減や耐摩耗性の向上が可能で、製造も容易という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１は、この実施形態にかかるボールねじを用いた電動アクチュエータの断面図を示す。この電動アクチュエータは、駆動源であるモータ１と、モータ１の回転をスライド動作に変換するボールねじ２とを備え、ボールねじ２はハウジング８内に設置されている。ハウジング８は、断面概形がハット状の後部材９と、断面概形がＬ字状の中間部材１０と、円筒状の前部材１１とでなり、これらの部材をこの順序で連結して全体が略円筒状に組み立てられる。ハウジング８の後部材９と中間部材１０は、それらの一端のフランジ部９ａ，１０ａを互いに対向させて連結され、両フランジ部９ａ，１０ａの対向部内側に、ハウジング円筒空間部８ａから外径側に張り出すギヤ部空間８ｂが形成される。前記モータ１は、その出力軸１ａがハウジング８の軸方向と平行となるようにハウジング８の後部外周に設置され、モータ出力軸１ａが後部材９のフランジ部９ａを貫通して前記ギヤ部空間８ｂ内に突入させてある。
【００１６】
ボールねじ２は、図２に示すように、ねじ軸３と、ナット４と、これらねじ軸３およびナット４のねじ溝６，７の間に介在させたボール５と、ねじ溝６，７間のボール５を拾い上げてねじ溝６，７間に戻す循環路（図示せず）とを備える。前記循環路は、ねじ溝６，７間で形成される螺旋状のボール転走路を、その両端を連結して周回経路とするものであり、ナット４に設けられた駒やリターンチューブ等の循環用部材（図示せず）により構成される。ねじ軸３は、ハウジング８内にこれと同心状に配置される。ナット４は、ハウジング８の内周に軸受１２，１３を介して回転自在に設けられる。
【００１７】
ナット４の外周には、これと同心とされ前記ハウジング８のギヤ部空間８ｂ内に配置されるギヤ１５が一体に形成され、このギヤ１５がモータ出力軸１ａに設けられたギヤ１４に噛み合わされている。これら両ギヤ１４，１５は、モータ１の回転をナット４に伝達する回転伝達系を構成する。
【００１８】
ハウジング前部材１１の内周にはブッシュ１６が圧入嵌合して固定されている。このブッシュ１６の後端には外径側に張り出すフランジ部１６ａが形成され、このフランジ部１６ａがハウジング中間部材１０の前端とこれに対向するハウジング前部材１１の後端とで挟み付けられている。また、ブッシュ１６の前端は、ハウジング前部材１１の前端に形成された内向きのフランジ部１１ａで受け止められ、これによりブッシュ１６は軸方向に位置決めされている。
【００１９】
ボールねじ２のねじ軸３は、その後半部がねじ溝６（図２）の形成されたねじ部３ａとされ、前半部の先端はハウジング８から前方に突出させてあり、突出する先端部に連結ピン（図示せず）の嵌合する連結孔１７が形成されている。また、ねじ軸３の前半部外周の前記ブッシュ１６の設置範囲に対応する部分には、ブッシュ１６に摺接させる環状部品１８が圧入状態に取付けられている。
【００２０】
ねじ軸３は、そのねじ部３ａのねじ溝６（図２）を転造により加工したものである。すなわち、ねじ軸３のねじ溝６は、転造前のねじ軸素材の外径を基準にして、ロールダイスにより塑性加工される。また、図３に示すように、転造前のねじ軸素材における前記環状部品１８の取付部の呼び外径ｄ１は、環状部品１８の圧入が可能な寸法に形成される。さらに、環状部品１８の取付部から先端側の部分は前記外径ｄ１よりも若干小さい外径ｄ２に形成され、これにより環状部品１８の圧入を円滑に行えるようにされている。環状部品１８のねじ軸３への圧入は、転造により前記ねじ溝６を加工したねじ軸３に対して、熱処理、曲り矯正、ねじ部３ａのスケール落としを実施した後で行う。環状部品１８は、予め焼入れによって表面硬度を高めたものとされるが、ここでは専用の部品を用いず、内輪付きのニードル軸受における内輪と同一規格のもの、すなわちニードル軸受の内輪として製作された製品が、環状部品１８として転用される。このため、ねじ軸素材における環状部品１８の取付部の呼び外径ｄ１は、ここではニードル軸受の内輪内径が適用可能な整数値とされている。
【００２１】
この構成の電動アクチュエータは、ねじ軸３の先端の連結孔１７に嵌合される連結ピンやアーム（いずれも図示せず）を介して、例えば自動車のトランスミッションや電動式ディスクブレーキに連結され、モータ１の回転がボールねじ２を介してスライド動作に変換されてトランスミッションや電動ディスクブレーキに伝達される。すなわち、モータ１の回転出力がギヤ１４，１５を介してナット４に伝達され、ナット４の回転がボール５を介してねじ軸３のスライド動作に変換され、そのスライド動作が前記連結ピンやアームを介してトランスミッションや電動ディスクブレーキに伝達される。
【００２２】
この電動アクチュエータにおいて、ねじ軸３の先端側に外力を受けると、ボールねじ２におけるねじ軸３の後半部のねじ部３ａに曲げ力が作用するが、ねじ軸３の前半部は環状部品１８を介してハウジング８の内周のブッシュ１６に摺動自在に支持されているので、ねじ軸３のねじ部３ａに加わる曲げ荷重を吸収することができる。
【００２３】
この電動アクチュエータにおけるボールねじ２は、ボールねじ使用機器である電動アクチュエータのブッシュ１６に摺接させる環状部品１８を、焼入れにより表面硬度を高めたものとし、この環状部品１８をねじ軸３の外周に圧入状態に取付けているので、次の利点が得られる。すなわち、ねじ軸３が転造によるもので、転造前のねじ軸素材がセンタレスで製作された場合でも、センタ孔を後加工して前記ブッシュ１６に対する摺動面の研削仕上げを行う必要がなく、製造が容易となる。また、ねじ軸３における摺動面、つまりこの実施形態では環状部品１８の外周面と、ねじ溝６との同軸度精度を向上させることができて、摺動抵抗の低減や耐摩耗性の向上が可能となる。さらに、ねじ軸３の熱処理においては、摺動面の焼入れによる表面硬化を、別部品である環状部品１８で済ませておくことができるので、高周波焼入れによる移動焼入れ時間を短縮でき、この点でも製造が容易となる。
【００２４】
さらに、この実施形態のボールねじ２では、ねじ軸３における環状部品１８の取付部の外径ｄ１を、内輪付きニードル軸受における内輪の内径と同一規格の整数値としているので、環状部品１８として、ニードル軸受の内輪を転用でき、環状部品１８を安価に調達できる。
【００２５】
図４は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の電動アクチュエータは、図１に示した第１の実施形態において、ねじ軸３の外周に圧入状態に取付ける環状部品１８を、軸方向に並べて複数個（ここでは２個）設けたものである。その他の構成は図１に示す第１の実施形態の場合と同じである。
【００２６】
ブッシュ１６に対するねじ軸３の軸方向摺動範囲が広い場合には、ねじ軸３の摺動面を１つの環状部品１８で構成しようとすると環状部品１８が長くなるので、ねじ軸３への環状部品１８の圧入作業が容易でないが、この場合に上記したように環状部品１８を複数個に分割して圧入することにより、その作業を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかるボールねじを用いた電動アクチュエータの断面図である。
【図２】同電動アクチュエータにおけるボールねじの部分断面図である。
【図３】同ボールねじにおけるねじ軸の部分破断正面図である。
【図４】この発明の他の実施形態にかかるボールねじを用いた電動アクチュエータの断面図である。
【図５】同電動アクチェータにおけるねじ軸の部分破断正面図である。
【図６】従来例のボールねじを用いた電動アクチュエータの部分断面図である。
【図７】図６におけるＡ部の拡大断面図である。
【図８】従来例におけるボールねじへの曲げ力作用の説明図である。
【図９】従来例におけるボールねじへの曲げ力作用の他の説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
２…ボールねじ
３…ねじ軸
４…ナット
１６…ブッシュ
１８…環状部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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