(57)【要約】【課題】  ＣＶＴ用ボールねじアクチュエータにおいて、こまを用いることなく、ボールの循環動作を円滑にする。【解決手段】ボールねじ10のねじ軸12またはナット18の軸方向移動によりプーリ幅を変化させるようにしたＣＶＴ用ボールねじアクチュエータにおいて、ボール22の循環部(16)の入り口と出口に永久磁石(24)を配置した。【選択図】  図１
2005344786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールねじのねじ軸またはナットの軸方向移動によりプーリ幅を変化させるようにしたＣＶＴ用ボールねじアクチュエータにおいて、
前記ボールねじが、外周面にねじ溝を形成したねじ軸と、内周面にねじ溝を形成したナットと、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝との間に介在する複数のボールとを有し、
前記ねじ軸のねじ溝が、約１ターン分のボール転動溝と、前記ボール転動溝の始点と終点とを連結する循環部とからなる閉ループを構成し、
前記循環部が、ボール転動溝から漸次深くなる入り口部分と、ボールがナットの内径をくぐりぬけることのできる深さの部分と、ボール転動溝に向かって漸次浅くなる出口部分とからなり、
前記循環部の入り口部分と出口部分に、ボールを溝底に引き寄せるためのガイド手段を設けたことを特徴とするＣＶＴ用ボールねじアクチュエータ。
【請求項２】
前記ガイド手段が、連続した前後のボールによって作用する、ボールを溝底から離れる方向へ押す力よりも大きい力でボールを引き寄せることを特徴とする請求項１のＣＶＴ用ボールねじアクチュエータ。
【請求項３】
前記ガイド手段を、ナットまたはねじ軸に埋設した永久磁石によって構成したことを特徴とする請求項１または２のＣＶＴ用ボールねじアクチュエータ。
【請求項４】
前記ガイド手段を、ナットまたはねじ軸の循環部を部分的に着磁することによって構成したことを特徴とする請求項１または２のＣＶＴ用ボールねじアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車や各種産業機械等に使用される無段変速機（ＣＶＴ）におけるプーリ幅調節装置に関し、より詳しくは、ＣＶＴ用のボールねじアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００３−１４８５７３号公報には、ナットにこまを設けたボールねじアクチュエータによってＶプーリの幅を制御するようにした構造の無段変速機用プーリ幅調節装置が記載されている。
【０００３】
ボールねじにおけるボールの循環方法には、ナットの外部にリターンチューブを設ける方法と、同じくナットのねじ溝の一部にこまと呼ばれる循環部品を設ける方法がある。前者は複数のねじ溝を越えて戻すときに、後者は一列分を戻すときに使われる。
【０００４】
長いねじ軸上をナットが移動する場合には、循環部の配置はナット側に限られるが、たとえば金属ベルト式のトラクションドライブ装置のプーリ幅調整に用いられるボールねじはストロークが小さく、ナット、ねじ軸いずれの位置に循環部を設けても機能する。
【特許文献１】特開２００３−０９７６６３号公報（段落番号００２７、図１、図３）
【特許文献２】特開２００３−１４８５７３号公報（段落番号００２２、図１）
【特許文献３】特開２００３−１６６６１６号公報（段落番号００３６〜００３９、図５、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開２００３−１４８５７３号公報に記載されたボールねじアクチュエータの場合、その組み立てを考えると、ねじ軸とナット間にボールを入れた後、こまをナットの外径側から挿入してナットに接着する、という工程が必要である。この工程以外にも、複雑な形状のこまが必要になること、ナットにこまを入れるための窓抜きが必要であることなどコストアップ要因が多い。また、ねじ溝とこまに設けた循環のための溝とは２物体であるがゆえに段差がつきやすく、ボールのスムーズな流れを阻害することもある。
【０００６】
これに対し、ねじ軸に循環溝を切る方式も提案されている（たとえば特開２００３−９７６６３号公報、同２００３−１６６６１６号公報参照）。ねじ軸のねじ溝（ボール転動溝）と循環部を１本のエンドミルで加工すれば、こま式のような段差の発生が避けられる。
【０００７】
しかしながら、いずれの対策方法も、ねじ軸に設けた循環部にボールを積極的に沈み込ませることはできなく、詰まりを引き起こす可能性が依然として残っている。
【０００８】
この発明の主要な目的は、ＣＶＴ用ボールねじアクチュエータにおいて、こまを用いることなく、ボールの循環動作を円滑にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、ボールねじのねじ軸またはナットの軸方向移動によりプーリ幅を変化させるようにしたＣＶＴ用ボールねじアクチュエータにおいて、
前記ボールねじ１０が、外周面にねじ溝（１４）を形成したねじ軸１２と、内周面にねじ溝（２０）を形成したナット１８と、ねじ軸１２のねじ溝（１４）とナット１８のねじ溝（２０）との間に介在する複数のボール２２とを有し、
前記ねじ軸１２のねじ溝が、約１ターン分のボール転動溝１４と、前記ボール転動溝１４の始点と終点とを連結する循環部１６とからなる閉ループを構成し、
前記循環部１６が、ボール転動溝１４から漸次深くなる入り口部分と、ボール２２がナットの内径をくぐりぬけることのできる深さの部分と、ボール転動溝１４に向かって漸次浅くなる出口部分とからなり、
前記循環部１６の入り口部分と出口部分に、ボール２２を溝底に引き寄せるためのガイド手段（２４）を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１のＣＶＴ用ボールねじアクチュエータにおいて、前記ガイド手段（２４）が、連続した前後のボール２２によって作用する、ボール２２を溝底から離れる方向へ押す力Ｆよりも大きい力でボール２２を引き寄せることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２のＣＶＴ用ボールねじアクチュエータにおいて、前記ガイド手段を、ねじ軸１２に埋設した永久磁石２４によって構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１または２のＣＶＴ用ボールねじアクチュエータにおいて、前記ガイド手段（２４）を、ねじ軸１２の循環部１６を部分的に着磁することによって構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、ボール転動溝１４と循環部１６とが連続して段差がないためスムーズなボールの循環動作が得られる。また、こまが廃止できるためナットの薄肉化、軽量化が図れ、コストも低減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１に、ベルト式無段変速機（ＣＶＴ）におけるプーリ幅調節装置の縦断面が示してある。このプーリ幅調節装置は、固定プーリディスク３２と可動プーリディスク３４とで構成されたプーリ３０を備え、このプーリ３０に無端ベルト３６が巻き掛けてある。なお、ベルト式に限らず、本出人が先に特願２００３−３７２７３５、同２００３−４１０７１５、同２００４−０４１６７３、同２００４−１１０２８２で開示したいわゆる心なしリングタイプのＣＶＴにも適用可能である。
【００１６】
プーリ３０は回転軸３８を有し、この回転軸３８は両端部にて変速機ケース４０に軸受４２，４４を介して回転自在に支持されている。固定プーリディスク３２は回転軸３８に一体的に設けてある。一方、可動プーリディスク３４は回転軸３８に軸方向移動自在に嵌合させてある。可動プーリディスク３４は回転軸３８に対して回転不能で、ここでは、キー５０により回り止めをした例が図示してある。すなわち、回転軸３８にキー５０を取り付け、可動プーリディスク３４の貫通孔４６にキー溝４８を形成し、キー溝４８にキー５０をスライド自在に嵌合させてある。可動プーリディスク３４と回転軸３８の軸方向相対移動可能で相対回転不能な関係を創出する機構としては、ここに例示したキーとキー溝に代えてスライドスプラインその他の周知の機構を採用してもよい。
【００１７】
可動プーリディスク３４と変速機ケース４０との間に、可動プーリディスク３４を軸方向に移動させるアクチュエータとしてボールねじ１０が設けてある。このボールねじ１０は、図２に示すように、ねじ軸１２とナット１８と複数の転動体としてのボール２２とで構成される。ねじ軸１２は中空で、回転軸３８の外周に同心的に配置され、一端部にて軸受４２の外周に組み合わされ、この軸受４２と共に変速機ケース４０に嵌合させてある。ナット１８はねじ軸１２の外周に同心的に配置してある。ねじ軸１２の外周面には螺旋状のボール転動溝１４が形成してある。ナット１８の内周面には螺旋状のボール転動溝２０が形成してある。これらのボール転動溝１４，２０間に複数のボール２２が転動自在に介在させてある。そして、ナット１８の回転に応じてボール２２がボール転動溝１４，２０に沿って転動するとともにナット１８がねじ軸１２の軸方向に移動する。
【００１８】
ナット１８のボール転動溝２０は複数ピッチ分の螺旋長さに形成してある。これに対し、ねじ軸１２のボール転動溝１４は約１ピッチ分  、つまり約１ターン分の螺旋長さに形成してある。そして、図３に示すように、ねじ軸１２の外周面の一部に、ねじ軸１２のボール転動溝１４に沿って転動するボール２２をボール転動溝１４の一方の端部（回転方向によって始点または終点）から他方の端部（同じく終点または始点）に戻して無限循環させるための循環部１６が形成してある。このボールねじ１０については図３〜図５を参照して後にさらに詳しく述べる。
【００１９】
ナット１８は軸方向の途中に段部６０を有し、この段部６０を境として内周が小径部６６の区間と大径部６８の区間とに分かれている。そして、小径部６６の内周面にボール転動溝２０が形成してある。ナット１８は、小径部６６がボール２２を介してねじ軸１２と螺合し、大径部６８が軸受７０および軸受ホルダ７２を介して可動プーリディスク３４と連結されている。軸受７０は内輪が可動プーリディスク３４の背面側の中央部に形成したボス部３５と嵌合している。
【００２０】
軸受ホルダ７２は概ね筒状で、軸受７０の外輪とナット１８の大径部６８との間に介在する。軸受ホルダ７２の外周面には直径方向で向かい合った位置に一対の突部７４が形成してある。これらの突部７４をナット１８に形成した凹部７６に嵌合させることにより、ナット１８に対する軸受ホルダ７２の回り止めがなされ、ナット１８と軸受ホルダ７２とが一体的に回転するようになっている。ナット１８と軸受ホルダ７２は、軸受７０を介して可動プーリディスク３４に対して回転自在で、かつ、可動プーリディスク３４と一体的に軸方向移動可能である。
【００２１】
ナット１８の中間部の外周部には平歯車状の駆動ギヤ８４が一体的に設けてある。この駆動ギヤ８４によりモータ等の外部駆動源（図示省略）の動力がナット１８に伝達され、ナット１８を正逆方向に回転駆動する。軸受ホルダ７２の内周にはその内側に突出する環状の鍔７８が一体に形成してある。鍔７８の一方側の側面が軸受７０の外輪の端面に接触し、鍔７８の他方側の側面の一部にねじ軸１２の内側に向かって延びるストッパ突起８０が一体に形成してある。ねじ軸１２の一端側の端面の一部には、ストッパ突起８０に対応するストッパピン８２が挿入してある。ナット１８が回転しながら固定プーリディスク３２から離間する方向に一定距離移動すると、ストッパ突起８０がストッパピン８２に当接してそれ以上の移動が規制され、ボールねじ１０の過剰な締め込みを防止する。
【００２２】
図１は、固定プーリディスク３２と可動プーリディスク３４との間隔幅つまりプーリ幅が最も拡がってストッパ突起８０がストッパピン８２に当接した状態を示している。この状態から、ナット１８が順方向に回転すると、それに伴ってナット１８のボール転動溝２０とねじ軸１２のボール転動溝１４との間のボール２２を介してナット１８が固定プーリディスク３２に接近する方向に移動する。その結果、ナット１８に押されてナット１８と一体的に可動プーリディスク３４が回転軸３８の軸方向に移動し、固定プーリディスク３２と可動プーリディスク３４との間のプーリ幅が狭まる。また、ナット１８が逆方向に回転すると、ナット１８のボール転動溝２０とねじ軸１２のボール転動溝１４との間のボール２２を介してナット１８が固定プーリディスク３２から離間する方向に移動する。このナット１８の移動に伴って無端ベルト３６による押圧力で可動プーリディスク３４がナット１８と共に回転軸３８の軸方向に移動し、固定プーリディスク３２と可動プーリディスク３４との間のプーリ幅が拡がる。このようにしてプーリ幅が変化することにより、無端ベルト３６がプーリ３０の内径側と外径側との間で変位し、これにより、無端ベルト３０により伝達される駆動側の回転軸と従動側の回転軸との回転速度の変速比が無段階に調節される。
【００２３】
図２はねじ軸循環型すなわちねじ軸側にボールの循環部を設けたボールねじ１０を示す。このボールねじ１０はねじ軸１２とナット１８とボール２２とで構成される。ねじ軸１２は外周にボール転動溝１４を有し、ナット１６は内周にボール転動溝２０を有し、両ボール転動溝１４，２０に沿ってボール２２が循環走行するようになっている。ボールねじ１０は、ねじ軸１２とナット１８との間で、直線運動を回転運動に、あるいは逆に回転運動を直線運動に、変換する機構として利用される。
【００２４】
図３（Ａ）に示すように、ここでは、ねじ軸１２にねじ溝１ターン分のボール転動溝１４を設けた場合が例示してある。ねじ軸１２の溝加工をボールエンドミルで行い、同じエンドミルにて滑らかに方向と深さを変えながら、ボール転動溝１４を渡る循環部１６を加工する。循環部１６は、ボール２２がナット１８の内径をくぐりぬけるだけの深さに加工されている。このとき、深くなった循環部１６の入り口で積極的にボール２２を循環部１６の溝底に沿わせることが、滑らかな循環のために必要な作用である。この役割を永久磁石２４に担わせる。永久磁石２４は、図３（Ｂ）に示すように、循環部１６の入り口で溝が深くなり始めるところに埋め込んである。なお、図３（Ｂ）に一対の永久磁石２４を示してあり、いずれか一方を入り口と呼ぶと他方は出口と呼ぶべきであるが、回転方向を逆にすると入り口と出口も逆になる。したがって、ここでは「入り口」についてのみ述べることとする。
【００２５】
ここで、永久磁石２４の作用を詳細に説明する。図４（Ａ）〜（Ｄ）はねじ軸１２の循環部１６に沿った断面をモデル的に表している。図５（Ａ）〜（Ｄ）は、対比のため、循環部に磁気的なガイドがない場合のボールの挙動を模式的に示したものである。まず、図５に従って、永久磁石２４がない場合、つまり、ボールを溝底へ引き寄せる手段がない場合のボールの動きに注目する。循環部１６に入ったボールが前後のボールより力を受けた場合、図５（Ａ）に示すように、凸部と凹部共に曲率を持つ部分でボールには外に押し出す力、つまり、溝底から離れる方向に押す力が働く。よって、図５（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、符号aで示したボールは循環部１６を通り抜ける前にナット１８のボール転動溝２０に押し付けられ、ロックしてしまう。
【００２６】
これに対して、図２に示すように循環部１６の溝が深くなり始めるところに永久磁石２４が埋め込まれている場合には、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ボールａが前後のボールから受ける力Ｆよりも永久磁石２４がボールａを溝底に引き込む力が勝る。言い換えれば、循環部１６でボールを溝底から離れる方向へ押す力に勝る磁力の永久磁石を使用する。したがって、ボールａは溝底に沿って移動し、ロックすることなく循環部１６を通過することができる。このように、ボールは永久磁石２４を通過する間は循環部１６の溝底から離れることがなく、この間にボールは凸部を通過し、その後永久磁石２４からの吸引力がなくなる位置に至ると、もはやボールを溝底から離れる方向に押す力は発生しない。
【００２７】
図３では、永久磁石２４を循環部１６の入り口と出口に各１個埋め込んだ場合を例示してあるが、循環部１６に複数すなわち、循環部１６の入り口と出口に加えてその間にも配置してもよい。また、永久磁石２４を埋設する代わりに、ねじ軸１２の材質に永久磁石材を用いて循環部１６に局部的に着磁を行っても効果は同じである。永久磁石となる材質の例としては、ボールねじや軸受に一般的に使われる高炭素鋼や軸受鋼が挙げられる。
【００２８】
図６に示すように、永久磁石２４の上面が循環部１６の溝底より沈んでいる場合には、前後のボールから作用する力も溝底を向き、永久磁石２４による吸引力も加わり、安定度が増す。
【００２９】
ボール転動溝が１列では負荷容量が不足する場合には、複数のボール転動溝（循環部１６を含む）を設けることになる。このときの循環部１６の周方向位置は、従来のこま式と同様にバランスを考慮して設計される。たとえば、２列溝の場合は１８０度、３列溝の場合は１２０度間隔に配置するのが望ましい。
【００３０】
なお、本発明のボールねじ装置は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施の形態を示すＣＶＴ用ボールねじアクチュエータの縦断面図である。
【図２】図１におけるボールねじ部分の縦断面図である。
【図３】Ａは図１のIII矢視図に相当するねじ軸の平面図、Ｂは図３（Ａ）のねじ軸のボール転動溝および循環部に沿った断面図である。
【図４】ボールねじの循環部の入り口におけるボールの挙動を示す模式的断面図である。
【図５】Ａはボールに作用する力のベクトル図、Ｂ〜Ｄは循環部に磁気ガイドがない場合のボールの挙動を示す模式的断面図である。
【図６】ねじ溝の別の実施の形態を示す図３（Ｂ）と類似の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ボールねじ
１２  ねじ軸
１４  ボール転動溝
１６  循環部
１８  ナット
２０  ボール転動溝
２２  ボール
２４  永久磁石（ガイド手段）
３０  プーリ
３２  固定プーリディスク
３４  可動プーリディスク
３６  無端ベルト
３８  回転軸
４０  変速機ケース
８４  駆動ギヤ
【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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