(57)【要約】【課題】外部軸力が作用する場合においてもその装置の小型化を図ることができるボールねじ装置を提供する。【解決手段】外周面に螺旋状の軸転動溝を形成したねじ軸と、内周面に軸転動溝に対向するナット転動溝を形成したナットと、軸転動溝とナット転動溝との間を転動するボールとを有し、ねじ軸とナットとをボールを介して螺合させたボールねじ装置において、軸転動溝とナット転動溝との間に形成される転動空間の一部を、ボールの球径より狭くして狭窄部を形成し、この狭窄部によりねじ軸とナットの相対位置を保持する。【選択図】        図１
2005291301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状の軸転動溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸転動溝に対向するナット転動溝を形成したナットと、前記軸転動溝とナット転動溝との間を転動するボールとを有し、前記ねじ軸と前記ナットとをボールを介して螺合させたボールねじ装置において、
前記軸転動溝とナット転動溝との間に形成される転動空間の一部を、前記ボールの球径より狭くした狭窄部を形成し、該狭窄部により前記ねじ軸とナットの相対位置を保持することを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記狭窄部を、前記軸転動溝のリードの一部を、前記ナット転動溝のリードより短くして形成したことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記狭窄部を、前記軸転動溝の軸谷径の一部を、他の部分の軸谷径より大きくして形成したことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３において、
前記狭窄部を、前記軸転動溝の巻始め部および巻終り部の少なくとも一方の近傍に形成したことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３または請求項４において、
前記狭窄部で発生する保持トルクを、前記ナットまたはねじ軸に作用する外部軸力により発生する前記ねじ軸とナットとを相対回転させる逆回転トルク以上としたことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４または請求項６に記載のボールねじ装置を電動モータと連結したことをことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項７】
請求項１から請求項３または請求項４に記載のボールねじ装置を電動モータと連結し、前記狭窄部で発生する保持トルクが、前記ナットまたはねじ軸に作用する外部軸力により発生する前記ねじ軸とナットとを相対回転させる逆回転トルクより小さい場合に、前記電動モータにより不足した保持トルクを補うことを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のパーキングブレーキや内燃機関の可変動弁機構等に用いられる位置保持機能を有するアクチュエータに用いるボールねじ装置およびそれを用いたアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のボールねじ装置を有するアクチュエータを用いたブレーキ装置のパーキングブレーキは、ボールねじ装置のナットを超音波モータやＤＣモータにより回転させ、ねじ軸を軸方向に移動させてインナパッドをディスクロータに押圧して制動力を発生させ、車両の停止状態においてその状態を維持してパーキングブレーキとして機能させている。
この場合に、強制移動手段に設けたフランジ部をストッパに係合させて、インナパッドからの反力によってねじ軸が回転して軸方向に移動するのを防止している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平８−２８４９８１号公報（第５−６頁、第１図、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来の技術においては、インナパッドからの反力、つまりねじ軸に外部から作用する軸方向の力（外部軸力という。）によりねじ軸が回転して移動するのを防止するためにフランジ部やストッパを設けているため、ブレーキ装置が大型化するという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、外部軸力が作用する場合においてもその装置の小型化を図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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するために、外周面に螺旋状の軸転動溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸転動溝に対向するナット転動溝を形成したナットと、前記軸転動溝とナット転動溝との間を転動するボールとを有し、前記ねじ軸と前記ナットとをボールを介して螺合させたボールねじ装置において、前記軸転動溝とナット転動溝との間に形成される転動空間の一部を、前記ボールの球径より狭くして狭窄部を形成し、該狭窄部により前記ねじ軸とナットの相対位置を保持することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
これにより、本発明は、他の部品を用いずに狭窄部により機械的な位置保持機能を発揮させることができ、外部軸力が作用する場合においてもその装置の小型化を図ることができるボールねじ装置とすることができる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】
【０００６】
以下に、図面を参照して本発明によるボールねじ装置の実施例について説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は実施例１のボールねじ装置を示す断面図である。
１はボールねじ装置であり、例えばこま式のボール循環機構を備えたボールねじ装置である。
２はボールねじ装置１のねじ軸であり、合金鋼や炭素鋼等の鋼材で製作され、その外周面には略半円弧形状の軸転動溝３が螺旋状に形成されている。
【０００８】
本実施例の軸転動溝３のリードは、ねじ軸２の軸方向の中央部が図１に示すリードＡで形成され、その両端部の軸転動溝３の巻始め部３ａおよび巻終り部３ｂ近傍では、中央部のリードＡより短くなるように形成され、リードＡ＞リードＢ＞リードＣのように順に短くなっている。
４はボールねじ装置１のナットであり、合金鋼や炭素鋼等の鋼材で製作され、内周面には軸転動溝３と対向する略半円弧形状のナット転動溝５が軸転動溝３の中央部のリードＡと同じリードＡで形成されている。
【０００９】
６はボールであり、合金鋼等の鋼材またはセラミック材等で製作された球体であって、軸転動溝３およびナット転動溝５の間に配置される。
上記のねじ軸２の軸転動溝３とこれに対向するナット４のナット転動溝５に形成されるボール６が転動する転動空間は、ねじ軸２の中央部において軸転動溝３のリードＡとナット転動溝５のリードＡとが同一であるのでボール６が円滑に転動する転動空間となる。
【００１０】
また、軸転動溝３の巻始め部３ａおよび巻終り部３ｂにおいては、軸転動溝３のリードＢ、Ｃがナット転動溝５のリードＡより短くなっているので転動空間が軸方向に徐々に狭くなり、転動空間がボール６の直径より狭くなる部位（狭窄部７という。）が形成されている。
また、上記のねじ軸２の軸転動溝３とこれに対向するナット４のナット転動溝５および図示しないこま式のボール循環機構により循環転動路が形成され、この循環転動路に複数のボール６と所定の量の潤滑剤、例えばグリースが封入される。
【００１１】
これにより、軸転動溝３とナット転動溝５とがボール６を介して螺合し、ナット４を回転させることによってボール６が循環転動路を転動しながら循環してねじ軸２を軸方向に移動させる。
上述した構成の作用について説明する。
図１は、本実施例のボールねじ装置１のナット４を回転させ、ねじ軸２が矢印Ｐ方向の外部軸力を受けながら矢印Ｐとは反対方向に移動している状態を示している。
【００１２】
ナット４の回転によりねじ軸２が矢印Ｐ方向の外部軸力に抗して矢印Ｐとは反対方向に移動する時、ねじ軸２の中央部において軸転動溝３とナット転動溝５との間を転動するボール６は、外部軸力により軸転動溝３の巻始め部３ａ側の壁面とこれに対向するナット転動溝５の壁面の間に挟持され、ナット４の回転に伴ってねじ軸２は外部軸力に抗して矢印Ｐとは反対方向に移動する。
【００１３】
ねじ軸２が移動して軸転動溝３の巻終り部３ｂの近傍に達すると、軸転動溝３のリードがリードＡ、リードＢ、リードＣの順に短くなって転動空間が徐々に狭くなっているので、ボール６を挟持する押圧力が幾何学的に増大してボール６と軸転動溝３およびナット転動溝５の間の摩擦力が徐々に増大し、図２に示すようにボールねじ効率が低下する。
そして、狭くなった転動空間を転動したボール６が狭窄部７に達すると、ボール６は軸転動溝３の巻終り部３ｂ側の壁面とこれに対向するナット転動溝５の壁面の間に挟持され、摩擦力が更に増大してボールねじ効率が更に低下する。
【００１４】
この状態でナット４の回転が停止すると、狭窄部７の転動空間がボール６の球径より狭くなっているので、軸転動溝３の巻終り部３ｂに位置するボール６と中央部のリードＡの領域の最も巻終り部３ｂ側の軸転動溝３に位置するボール６とが、これらの間のねじ軸２やナット４の弾性変形により突っ張り、互いに逆向きの力（予圧という。）が生じてその機械的な位置保持機能によりねじ軸２とナット４の相対位置を保持する。
【００１５】
すなわち、ねじ軸２に作用する外部軸力によりボール６を介して螺旋状のナット転動溝５が押され、その反力が軸転動溝３に作用してその周方向成分によりねじ軸２とナット４を相対回転させる逆回転トルクが生じる。この逆回転トルクに抗して予圧による軸転動溝３の摩擦力の周方向成分により生ずる保持トルクが働き、ねじ軸２の回転を防止してねじ軸２とナット４の相対位置を保持する。
【００１６】
ナット４の回転によりねじ軸２が矢印Ｐ方向の外部軸力と同一方向に移動するときも同様に軸転動溝３の巻始め部３ａにおいて予圧が生じてその機械的な位置保持機能によりねじ軸２とナット４の相対位置を保持する。
なお、ボールねじ効率は、例えばナット４の軸方向の移動を固定してナット４を回転させた場合に、ナット４を回転させるために加えたトルクとその時にねじ軸２に発生する軸方向の力との変換比率である。
【００１７】
このように本実施例では、ねじ軸２の軸転動溝３のリードの一部をナット転動溝５のリードＡより短くすることにより狭窄部７を形成するようにしたことによって、ねじ軸２の外周面の加工により狭窄部７を成形することができ、狭窄部７を容易に形成することができる。
また、軸転動溝３のリードを徐々に短くして狭窄部７を形成するようにしたことによって、ボール６にかかる負荷を分散させることができ、ボール６や軸転動溝３、ナット転動溝５の損傷を防止することができる。
【００１８】
なお、上記のねじ軸２の軸転動溝３においては、その巻始め部３ａと巻終り部３ｂの両方に狭窄部７を設けるとして説明したが、位置保持機能が必要な部位が１箇所であればその側のみに設ければよい。
また、多数の箇所で位置保持機能を必要とするときは、ねじ軸２の中央部にも１または複数の狭窄部７を設けるようにすればよい、これによりねじ軸２の移動距離を複数に区切って位置保持機能を発揮させることができる。このようなボールねじ装置１は、ステップ的に移動距離を制御する装置に用いれば有効である。
【００１９】
この場合に、狭窄部７はボール６、ねじ軸２およびナット４の弾性変形により狭窄部７をボール６が通過できる程度の狭さに狭窄部７を形成するようにする。
以上説明したように、本実施例では、ねじ軸の軸転動溝とこれに対向するナットのナット転動溝との間に形成される転動空間の一部に狭窄部を形成したことによって、他の部品を用いずに狭窄部により機械的な位置保持機能を発揮させることができ、外部軸力が作用する場合においてもその装置の小型化を図ることができるボールねじ装置とすることができる。
【００２０】
また、狭窄部を軸転動溝の巻始め部および巻終り部の少なくとも一方の近傍に形成するようにしたことによって、ねじ軸の中央部等のその他の部位のボールねじ効率を低下させることなく位置保持機能を発揮させることができる。
【実施例２】
【００２１】
図３は実施例２のボールねじ装置を示す断面図、図４は図３のＤ部拡大図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例のねじ軸２の軸転動溝３の軸谷径Ｄａは、図４に示すように軸転動溝３の巻終り部３ｂの近傍で中央部の軸谷径Ｄａ＝φＦより大きくなるように形成され、φＦ＞φＧ＞φＨのように順に大きくなっている。
【００２２】
また、本実施例のナット４のナット転動溝５のナット谷径Ｄｂは、ナット転動溝５が軸転動溝３の軸谷径Ｄａ＝φＦであるねじ軸２の中央部の軸転動溝３と対向したときにボール６の転動が円滑となるように形成され、全てのナット転動溝５においてナット谷径Ｄｂが同一となるように形成されている。
上記のねじ軸２の軸転動溝３とこれに対向するナット４のナット転動溝５に形成される転動空間は、ねじ軸２の中央部においてボール６が円滑に転動する転動空間となる。
【００２３】
また、軸転動溝３の巻終り部３ｂにおいては、軸転動溝３の軸谷径Ｄａがねじ軸２の中央部の軸谷径Ｄａ＝φＦよりφＧ、φＨの順に大きくなっているので転動空間が半径方向に徐々に狭くなり、転動空間がボール６の直径より狭くなる狭窄部７が形成されている。
上記の構成の作用について説明する。
図３は、本実施例のボールねじ装置１のナット４を回転させ、ねじ軸２が矢印Ｐ方向の外部軸力を受けながら矢印Ｐとは反対方向に移動している状態を示している。
【００２４】
ナット４の回転によりねじ軸２が矢印Ｐ方向の外部軸力に抗して矢印Ｐとは反対方向に移動する時、ねじ軸２の中央部において実施例１と同様にボール６は軸転動溝３の壁面とこれに対向するナット転動溝５の壁面の間に挟持されて外部軸力に抗して矢印Ｐとは反対方向に移動する。
ねじ軸２が移動して軸転動溝３の巻終り部３ｂの近傍に達すると、軸転動溝３の軸谷径ＤａがφＦ、φＧ、φＨの順に大きくなって転動空間が徐々に狭くなっているので、ナット谷径Ｄｂと軸谷径Ｄａに挟まれたボール６への押圧力が幾何学的に増大してボール６と軸転動溝３およびナット転動溝５の間の摩擦力が徐々に増大し、図２の右側に示すようにボールねじ効率が低下する。
【００２５】
そして、狭くなった転動空間を転動したボール６が狭窄部７に達すると、狭窄部７のナット谷径Ｄｂと軸谷径Ｄａに挟まれたボール６への押圧力の増大によりその摩擦力が更に増大してボールねじ効率が更に低下する。
この状態でナット４の回転が停止すると、狭窄部７の転動空間がボール６の球径より狭くなっているので、軸転動溝３の巻終り部３ｂに位置するボール６や軸転動溝３およびナット転動溝５の弾性変形によりボール６が押圧され、その摩擦力による機械的な位置保持機能によりねじ軸２とナット４の相対位置を保持する。
【００２６】
すなわち、実施例１と同様にして逆回転トルクに抗して軸転動溝３の摩擦力の周方向成分により生ずる保持トルクが働き、ねじ軸２の回転を防止してねじ軸２とナット４の相対位置を保持する。
このように本実施例では、ねじ軸２の軸転動溝３の軸谷径Ｄａの一部を他の部位の軸谷径Ｄａより大きくすることにより狭窄部７を形成するようにしたことによって、ねじ軸２の外周面の加工により狭窄部７を成形することができ、狭窄部７を容易に形成することができる。
【００２７】
また、軸転動溝３の軸谷径Ｄａを徐々に大きくして狭窄部７を形成するようにしたことによって、ボール６にかかる負荷を分散させることができ、ボール６や軸転動溝３、ナット転動溝５の損傷を防止することができる。
なお、上記のねじ軸２の軸転動溝３においては、その巻終り部３ｂに狭窄部７を設けるとして説明したが、巻始め部３ａに位置保持機能が必要な場合には、上記と同様に巻始め部３ａに狭窄部７を形成し、巻終り部３ｂと同様にその機械的な位置保持機能によりねじ軸２とナット４の相対位置を保持することができる。この場合に狭窄部７を両側に設けるようにしてもよく、どちらか一方のみとしてもよい。
【００２８】
また、多数の箇所で位置保持機能を必要とするときは、ねじ軸２の中央部にも１または複数の狭窄部７を設けるようにすればよい、これによりねじ軸２の移動距離を複数に区切って位置保持機能を発揮させることができる。このようなボールねじ装置１は、ステップ的に移動距離を制御する装置に用いれば有効である。
この場合に、狭窄部７はボール６、ねじ軸２およびナット４の弾性変形により狭窄部７をボール６が通過できる程度の狭さに狭窄部７を形成するようにする。
【００２９】
以上説明したように、本実施例においても上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
上記各実施例のボールねじ装置１を超音波モータやＤＣモータ、ステッピングモータ等の電動モータに連結してアクチュエータとして用いる場合は、電動モータをねじ軸またはナットと連結して回転させ、ナットまたはねじ軸を軸方向に移動させる。
【００３０】
この場合に、本発明の各実施例に示したボールねじ装置は、狭窄部を所定の部位に形成するようにすれば、その部位で他の部品を用いずに位置保持機能を発揮させることができるので、各種の装置の小型化を図ることができる。
例えば、特許文献１のパーキングブレーキに適用してそのねじ軸の巻終り部に狭窄部を形成すればその位置保持機能によりインナパッドからの反力によってねじ軸が回転して軸方向に移動するのを防止することができ、ストッパ等を設ける必要がなくなり、ブレーキ装置の小型化を図ることができる。
【００３１】
また、可変動弁機構（例えば、特開２００２−１６１７６４号公報）に適用してステップ的にその位置保持機能を発揮させれば、電動モータに電力を供給してカム軸の位置を保持する必要がなくなり、電力の損失を低減することができる。
この場合に、外部軸力により発生するねじ軸とナットとを相対回転させる逆回転トルクが、本発明のボールねじ装置による位置保持機能の保持トルクより大きい場合は、その不足した保持トルクを電動モータで補うようにすればよい。この場合においてもカム軸等の位置の保持を電動モータのみで行う場合に較べてそれに要する電力を軽減することができる。
【００３２】
なお、上記各実施例においては、狭窄部をねじ軸の軸転動溝により形成するとして説明したが、ナットのナット転動溝のリードやナット谷径Ｄｂを上記と同様に形成して狭窄部を形成するようにしても同様の効果を得ることができる。
また、ボールねじ装置のナットを回転させてねじ軸を軸方向に移動させるとして説明したが、ねじ軸を回転させてナットを移動させる形式のボールねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。
【００３３】
更に、こま式のボール循環機構のボールねじ装置を例に説明したが本発明を適用するボールねじ装置はこれに限らず、チューブ式やエンドキャップ式等のボール循環機構を有するボールねじ装置に適用しても上記と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１のボールねじ装置を示す断面図
【図２】実施例１のボールねじ効率とねじ軸のストロークの関係を示す説明図
【図３】実施例２のボールねじ装置を示す断面図
【図４】図３のＥ部拡大図
【符号の説明】
【００３５】
１  ボールねじ装置
２  ねじ軸
３  軸転動溝
３ａ  巻始め部
３ｂ  巻終り部
４  ナット
５  ナット転動溝
６  ボール
７  狭窄部
【図１】
2005291301.tif 000003
【図２】
2005291301.tif 000004
【図３】
2005291301.tif 000005
【図４】
2005291301.tif 000006