(57)【要約】【課題】逆入力が作用してもボールの転動を阻止し、ねじ軸またはナットを任意の位置で安定的に保持でき、信頼性を向上させた位置保持機構付きボールねじを提供する。【解決手段】ナット３が転がり軸受２０を介してハウジング１９に装着され、回転可能に、かつ軸方向移動不可に配設されると共に、位置保持機構５が、ナット３の外周面に沿って円弧状に形成された凹所１４に装着され、ハウジング１９に接触する押圧部材１０と、この両端に結合されて凹所１４の中央位置に支持する弾性部材１１および突出部材１２で構成されると共に、突出部材１２が凹所１４からナット３のねじ溝３ａに開口する挿入孔１３に対して径方向外方に付勢された状態で進退自在に嵌挿される棒状の係止部１６を一体に備え、係止部１６が先端に向って漸次小径となる尖塔状に形成され、押圧部材１０が突出部材１２の上面に係脱可能に配設されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、
対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された多数のボールと、
これらボールを無限循環させるための循環部材と、
前記ナットに装着され、前記ボールの転動を阻止して前記ねじ軸またはナットの位置を保持する位置保持機構と、を備えた位置保持機構付きボールねじにおいて、
前記位置保持機構が、前記ナットの胴部の内外の周面に貫通して穿設され、前記ナットのねじ溝の溝底に開口する挿入孔に進退自在に嵌挿される棒状の係止部を一体に備え、径方向に付勢された突出部材で構成されると共に、前記係止部が先端に向って漸次小径となる尖塔状に形成されていることを特徴とする位置保持機構付きボールねじ。
【請求項２】
前記ナットのねじ溝が断面ゴシックアーク形状に形成されると共に、前記挿入孔が前記係止部の形状に対応してテーパ状に形成され、当該係止部の先端が凸球面に形成されている請求項１に記載の位置保持機構付きボールねじ。
【請求項３】
前記ナットが転がり軸受を介して静止系となるハウジングに装着され、このハウジングに対して回転可能に、かつ軸方向移動不可に配設されると共に、前記位置保持機構が、前記ナットの外周面に沿って円弧状に形成された凹所に装着され、前記ハウジングに接触する押圧部材と、この押圧部材の両端に結合されて前記凹所の中央位置に支持する弾性部材および前記突出部材で構成され、この突出部材が径方向外方に付勢されると共に、前記押圧部材が前記突出部材の上面に係脱可能に配設されている請求項１に記載の位置保持機構付きボールねじ。
【請求項４】
前記押圧部材が断面矩形状に形成され、前記凹所の両端部に嵌着される一対の支持部に前記弾性部材を介して結合されると共に、前記突出部材の上面が前記凹所に対応する円弧状に形成され、押圧部材の外周面と内周面が、それぞれ前記ハウジングの内周面と前記凹所に対応する円弧状に形成されている請求項３に記載の位置保持機構付きボールねじ。
【請求項５】
前記突出部材が、前記係止部と、この係止部より大径に形成された頭部を一体に備えた断面Ｔ字状に形成されると共に、前記頭部と前記挿入孔に形成された段差部との間に付勢部材が介装されている請求項１に記載の位置保持機構付きボールねじ。
【請求項６】
前記位置保持機構が、環状の励磁コイルと、この励磁コイル内に嵌挿された磁性材料からなる前記突出部材と、この突出部材を径方向に付勢する弾性部材と、を備え、前記励磁コイルに印加電圧を付与することにより、前記弾性部材に抗して前記突出部材に直線的な運動を与えるプランジャ型のリニア電磁ソレノイドで構成されている請求項１に記載の位置保持機構付きボールねじ。
【請求項７】
前記突出部材が、前記励磁コイル内に嵌挿された可動鉄心部と、前記弾性部材の座面となるフランジ部およびこのフランジ部から軸心方向に延びる前記係止部で構成されている請求項６に記載の位置保持機構付きボールねじ。
【請求項８】
前記位置保持機構が、圧電素子と、この圧電素子に係合する磁性材料からなる前記突出部材と、この突出部材を径方向に付勢する弾性部材と、を備え、前記圧電素子に印加電圧を付与することにより、前記弾性部材に抗して前記突出部材に直線的な運動を与えるプランジャ型のリニア電磁ソレノイドで構成されている請求項１に記載の位置保持機構付きボールねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の可変動弁装置等に使用されるボールねじに関し、特に、ねじ軸に反力が作用してもボールの転動を阻止してナットの回転を防止し、ねじ軸またはナットの位置を保持できる位置保持機構付きボールねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の動弁装置として、該機関の吸排気バルブのリフト量や作用角等、その動弁特性を変化させることのできる可変動弁装置が知られている。こうした可変動弁装置は、例えばカムシャフトが軸方向に変化するとバルブを開閉駆動するカムのプロフィールが変化する三次元カムを用いることにより実現され、カムシャフトと共に回転するカムの回転運動を、揺動カムを介して吸排気バルブに伝達すると共に、それらカムおよび吸排気バルブと揺動カムとの相互の作動態様をコントロールシャフトの軸方向の変位によって変更する可変動弁装置が知られている。
【０００３】
前記動弁特性を変化させるためのシャフトの軸方向への変位機構として、電動モータを用いた電動アクチュエータによるものが提案されている。この電動アクチュエータは、該電動アクチュエータへの給電態様を通じてカムシャフトやコントロールシャフトの軸方向の位置を制御できるため、制御性や応答性に優れている。しかし、吸排気バルブの動弁特性を所望に維持すべく同シャフトの軸方向における位置を保持するためには、電動アクチュエータに対する持続的な通電が必要となり、大きな電力消費が余儀なくされる。
【０００４】
こうした問題を解決したものとして、図８に示すような内燃機関の可変動弁装置が知られている。この可変動弁装置において、三次元カム５０を有するカムシャフト５１は、その回転により内燃機関の燃焼室に連通するポートを開閉するバルブ５２の往復動を駆動する。電動アクチュエータ５３は、軸方向に変位する出力軸５４を有し、軸受５５を介して連結されたカムシャフト５１をその軸方向に変位させてバルブ５２の動弁特性を可変とする。また、電動アクチュエータ５３は、フレーム５６内に装着された励磁コイル５７と、その内周側に回転自在に支持された回転子５８を有している。この回転子５８は、励磁コイル５７への通電に応じて回動し、ボールねじ５９におけるねじ軸６１を軸方向に変位させると共に、ボールねじ５９のボール６３の移動を選択的に拘束する拘束機構６０を備えている。
【０００５】
この拘束機構６０は、図９に拡大して示すように、ボールねじ５９に設けられ、ねじ軸６１およびこのねじ軸６１に螺合されるナット６２の間のボール６３の移動を阻止するストッパ６４と、このストッパ６４の突出動作に対応して動作するストッパ掛止部６５とを有している。ナット６２の内周面には、ねじ軸６１に形成された螺旋状のねじ溝６１ａと共にボール６３の転動路を構成するねじ溝６２ａが形成され、転動路を周回経路とする駒部材６６が装着されている。これにより、ボール６３は、ねじ軸６１の外周に沿って終端のないねじ溝６１ａおよび駒部材６６に留まってナット６２から脱落することなく移動可能になると共に、ナット６２の回転に伴いねじ軸６１が軸方向に移動する。
【０００６】
ストッパ６４は、電磁石６７、弾性部材６８、および突出部材６９で構成され、この突出部材６９がナット６２のねじ溝６２ａに対応する部分に設けられた孔７０に挿入されている。そして、この突出部材６９によるボール６３の移動の阻止動作を切り替えるために、弾性部材６８がこの突出部材６９をねじ軸６１側に常時付勢する一方、電磁石６７はそのコイルの励磁電流に応じて突出部材６９を吸引してこれをねじ溝６１ａから引き抜く。すなわち、電磁石６７に通電がなされると、突出部材６９が電磁石６７に吸引されて引き上げられ、ねじ軸６１上のボール６３がねじ溝６１ａに沿って転動できるようになる。このため、励磁コイル５７の励磁状態に対応して回転子５８が回転可能となり、ねじ軸６１の軸方向の変位が許容される。また、電磁石６７への通電が遮断されると、突出部材６９がねじ溝６１ａに突出してボール６３の転動を阻止する。このため、回転子５８が拘束されて回転不可になり、ねじ軸６１の軸方向の位置が保持される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
然しながら、この従来の拘束機構６０において、突出部材６９がタイミング良くねじ溝６１ａ上のボール６３、６３間に突出できれば良いが、ボール６３上に突出した場合にはその位置保持動作がフェールしてしまう恐れがあり、信頼性の面で課題がある。また、ナット６２のねじ溝６２ａ上に孔７０を開口する必要があるため、この孔７０を乗り越えてボール６３が転動するとなると、ボール６３の挙動が安定せず騒音や振動を発生させると言った問題がある。さらに、孔７０を乗り越えてボール６３が転動することにより、孔７０のエッジ部に過大な応力が発生し、ボールねじ５９の短寿命を招来する恐れがある。
【０００８】
前述した課題を解決したものとして、図１０に示す位置保持機構付きボールねじ７１が知られている。この位置保持機構付きボールねじ７１は、外周に螺旋状のねじ溝７２ａが形成されたねじ軸７２と、このねじ軸７２に外嵌され、内周に前記ねじ溝７２ａに対応する螺旋状のねじ溝７３ａが形成されたナット７３と、これら両ねじ溝７２ａ、７３ａの間に収容された多数のボール７４、およびナット７３に装着された位置保持機構７５とを備えている。
【０００９】
円筒状のナット７３の胴部には、内外の周面に貫通してねじ溝７３ａの一部を切欠く楕円状の駒窓７６が穿設され、この駒窓７６に楕円状の駒部材７７が嵌合されている。駒部材７７の内方には、ねじ溝７３ａの隣合う１周分同士を連結し、Ｓ字状に湾曲した連結溝７８が形成され、この連結溝７８とねじ溝７３ａの略１周の部分とでボール７４の転動路を構成している。
【００１０】
位置保持機構７５は、励磁コイル７９、コイルスプリング等からなる弾性部材８０、および突出部材８１で構成され、ナット７３の一端面から軸方向に沿って穿設された装着孔８２に埋設されている。突出部材８１は磁性材料からなり、環状の励磁コイル７９内に嵌挿された可動鉄心部８１ａと、弾性部材８０の座面となるフランジ部８１ｂ、およびこのフランジ部８１ｂから軸方向に延びる開閉ピン８１ｃとで構成され、全体として棒状に形成されている。この位置保持機構７５は、励磁コイル７９に電圧を印加することにより、その磁気力によって突出部材８１に直線的な運動を与える、所謂プランジャ型のリニア電磁ソレノイドを構成している。８３は装着孔８２を密閉する板状のカバーで、固定ねじ８４を介してナット７３の端面に締結されている。
【００１１】
位置保持機構７５は駒部材７７に対応した位置に装着されている。駒部材７７の連結溝７８の一部には開口部７８ａが形成され、開閉ピン８０ｃがこの開口部７８ａに出没自在に挿入されている。また、開閉ピン８１ｃの先端が連結溝７８の形状に沿った円弧面または傾斜面に形成され、最も突出した状態で連結溝７８の一部をなしている。すなわち、この開閉ピン８１ｃの軸方向の移動により、連結溝７８の開口部７８ａが閉塞状態となり、連続したＳ字状の連結溝７８を構成する。
【００１２】
弾性部材８０は装着孔８２の底面８２ａとフランジ部８１ｂとの間に張架された状態で取り付けられ、励磁コイル７９に電圧が印加されていない時、すなわち、自然状態では、突出部材８１の開閉ピン８１ｃは弾性部材８０の付勢力によって最大に突出（図中右側）し、駒部材７７における連結溝７８の開口部７８ａを閉塞している。この状態では、駒部材７７の連結溝７８内をボール７４がスムーズに転動でき、ねじ軸７２が位置保持機構７５に拘束されることなく自由に軸方向に変位することができる。
【００１３】
一方、変位信号を受けて励磁コイル７９に印加電圧が付与されると、吸引力が可動鉄心部８１ａに作用し、弾性部材８０の付勢力に対抗して突出部材８１が引き抜かれる。すなわち、開閉ピン８１ｃが図中左側に移動して連結溝７８の開口部７８ａが開き、連結溝７８が一部開口状態となる。この状態では、連結溝７８の開口部７８ａ内にボール７４の一部が侵入し、ボール７４の中心が連結溝７８に沿った所定の転動軌道からずれて、所謂千鳥状態になって転動が阻止される。したがって、その結果、ねじ軸７２が位置保持機構７５に拘束され軸方向に変位することができず、ナット７３の回転が防止されてその位置が保持される。
【００１４】
また、励磁コイル７９への通電が遮断されると、可動鉄心部８１ａに作用していた吸引力が解かれ、弾性部材８０の付勢力によって突出部材８１が駒部材７７側に突出し、連結溝７８の開口部７８ａを閉塞して連結溝７８内を再びボール７４がスムーズに転動することができる。
【００１５】
前述した拘束機構のように、ナットのねじ溝内に突出部材を突出させてボールの転動を阻止するのではなく、駒部材７７の連結溝７８の一部に開口部７８ａが形成され、この開口部７８ａに突出部材８１を構成する開閉ピン８１ｃを出没させることによりボール７４の転動を制御し、ねじ軸７２の軸方向の位置を選択的に保持するようにしたので、突出部材８１の突出タイミングに拘わらずボール７４の転動を阻止することができる。また、ナット７３のねじ溝７３ａ上に孔等を開口する必要がないため、何らボール７４の挙動に影響を及ぼさず、騒音や振動の発生を防止してボールねじにおける所望の寿命を確保することができる（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００４−１９６３１号公報
【特許文献２】特開２００６−９０４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
然しながら、この従来の位置保持機構付きボールねじ７１においても、開閉ピン８１ｃをボール７４間に突出するタイミングがずれる恐れがあると共に、ボール７４上に突出した場合にはその位置保持動作がフェールしてしまうという課題があり、安定性と信頼性の面で改善の余地があった。
【００１８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、逆入力が作用してもボールの転動を阻止し、ねじ軸またはナットを任意の位置で安定的に保持でき、信頼性を向上させた位置保持機構付きボールねじを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
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、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された多数のボールと、これらボールを無限循環させるための循環部材と、前記ナットに装着され、前記ボールの転動を阻止して前記ねじ軸またはナットの位置を保持する位置保持機構と、を備えた位置保持機構付きボールねじにおいて、前記位置保持機構が、前記ナットの胴部の内外の周面に貫通して穿設され、前記ナットのねじ溝の溝底に開口する挿入孔に進退自在に嵌挿される棒状の係止部を一体に備え、径方向に付勢された突出部材で構成されると共に、前記係止部が先端に向って漸次小径となる尖塔状に形成されている。
【００２０】
このように、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された多数のボールと、これらボールを無限循環させるための循環部材と、ナットに装着され、ボールの転動を阻止してねじ軸またはナットの位置を保持する位置保持機構と、を備えた位置保持機構付きボールねじにおいて、位置保持機構が、ナットの胴部の内外の周面に貫通して穿設され、ナットのねじ溝の溝底に開口する挿入孔に進退自在に嵌挿される棒状の係止部を一体に備え、径方向に付勢された突出部材で構成されると共に、係止部が先端に向って漸次小径となる尖塔状に形成されているので、逆入力が作用してもボールの転動を阻止し、任意の位置で安定的に保持できると共に、係止部がボール間に突出し易くなり、その位置保持動作がフェールしてしまうのを防止でき、信頼性を向上させた位置保持機構付きボールねじを提供することができる。
【００２１】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記ナットのねじ溝が断面ゴシックアーク形状に形成されると共に、前記挿入孔が前記係止部の形状に対応してテーパ状に形成され、当該係止部の先端が凸球面に形成されていれば、係止部がボールに当接した時、その衝撃を緩和して摩耗や衝突傷の発生を防止することができると共に、挿入孔をボールが転動するナットのねじ溝に悪影響を及ぼさない溝底部分に最小限に形成することができ、音振の問題や短寿命を防止することができる。
【００２２】
また、請求項３に記載の発明のように、前記ナットが転がり軸受を介して静止系となるハウジングに装着され、このハウジングに対して回転可能に、かつ軸方向移動不可に配設されると共に、前記位置保持機構が、前記ナットの外周面に沿って円弧状に形成された凹所に装着され、前記ハウジングに接触する押圧部材と、この押圧部材の両端に結合されて前記凹所の中央位置に支持する弾性部材および前記突出部材で構成され、この突出部材が径方向外方に付勢されると共に、前記押圧部材が前記突出部材の上面に係脱可能に配設されていれば、ナットの回転により静止系のハウジングとの相対回転で、押圧部材がナットの回転方向と逆方向に移動して突出部材の拘束が解放された状態では、突出部材は径方向外方に突出し、ボールがナットのねじ溝上を自由に転動できると共に、ねじ軸に反力が作用してナットが停止すると、押圧部材が突出部材上に移動し、この押圧部材によって突出部材が押し下げられ、突出部材の係止部がナットのねじ溝内に突出してボールの循環を阻害し、ボールを任意の位置で位置保持することができる。したがって、ねじ軸に反力が作用してもボールの転動を阻止してナットの回転を防止し、ねじ軸の軸方向への変位を任意の位置で安定的に保持できる。
【００２３】
好ましくは、請求項４に記載の発明のように、前記押圧部材が断面矩形状に形成され、前記凹所の両端部に嵌着される一対の支持部に前記弾性部材を介して結合されると共に、前記突出部材の上面が前記凹所に対応する円弧状に形成され、押圧部材の外周面と内周面が、それぞれ前記ハウジングの内周面と前記凹所に対応する円弧状に形成されていれば、作動中に押圧部材がハウジングと凹所に密着し、押圧部材がスムーズに凹所の外周面を移動することができ、突出部材に係脱することができる。
【００２４】
また、請求項５に記載の発明のように、前記突出部材が、前記係止部と、この係止部より大径に形成された頭部を一体に備えた断面Ｔ字状に形成されると共に、前記頭部と前記挿入孔に形成された段差部との間に付勢部材が介装されていれば、この付勢部材によって突出部材を常に径方向外方に付勢することができる。
【００２５】
また、請求項６に記載の発明のように、前記位置保持機構が、環状の励磁コイルと、この励磁コイル内に嵌挿された磁性材料からなる前記突出部材と、この突出部材を径方向に付勢する弾性部材と、を備え、前記励磁コイルに印加電圧を付与することにより、前記弾性部材に抗して前記突出部材に直線的な運動を与えるプランジャ型のリニア電磁ソレノイドで構成されていれば、突出部材の係止部がボール間に介在してボールの転動が阻止され、ねじ軸が位置保持機構によって拘束されて回転することができず、ナットの軸方向の位置を選択的に保持することができる。
【００２６】
また、請求項７に記載の発明のように、前記突出部材が、前記励磁コイル内に嵌挿された可動鉄心部と、前記弾性部材の座面となるフランジ部およびこのフランジ部から軸心方向に延びる前記係止部で構成されていても良い。
【００２７】
また、請求項８に記載の発明のように、前記位置保持機構が、圧電素子と、この圧電素子に係合する磁性材料からなる前記突出部材と、この突出部材を径方向に付勢する弾性部材と、を備え、前記圧電素子に印加電圧を付与することにより、前記弾性部材に抗して前記突出部材に直線的な運動を与えるプランジャ型のリニア電磁ソレノイドで構成されていても良い。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る位置保持機構付きボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された多数のボールと、これらボールを無限循環させるための循環部材と、前記ナットに装着され、前記ボールの転動を阻止して前記ねじ軸またはナットの位置を保持する位置保持機構と、を備えた位置保持機構付きボールねじにおいて、前記位置保持機構が、前記ナットの胴部の内外の周面に貫通して穿設され、前記ナットのねじ溝の溝底に開口する挿入孔に進退自在に嵌挿される棒状の係止部を一体に備え、径方向に付勢された突出部材で構成されると共に、前記係止部が先端に向って漸次小径となる尖塔状に形成されているので、逆入力が作用してもボールの転動を阻止し、任意の位置で安定的に保持できると共に、係止部がボール間に突出し易くなり、その位置保持動作がフェールしてしまうのを防止でき、信頼性を向上させた位置保持機構付きボールねじを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）は、本発明に係る位置保持機構付きボールねじの第１の実施形態を示す平面図、（ｂ）は、同上縦断面図である。
【図２】図１の位置保持機構付きボールねじの使用状態を示す説明図である。
【図３】図１（ａ）のＩＩＩ部を示す拡大図である。
【図４】図１（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面図で、（ａ）は、ナット回転時の状態を示し、（ｂ）は、ナット停止時の状態を示す。
【図５】図４の位置保持機構の押圧部材に生じる力関係を示す説明図である。
【図６】本発明に係る位置保持機構付きボールねじの第２の実施形態を示す横断面図である。
【図７】図６の要部拡大図である。
【図８】従来の内燃機関の可変動弁装置を示す部分断面図である。
【図９】図８の可変動弁装置に設けられる拘束機構を示す要部断面図である。
【図１０】（ａ）は、従来の位置保持機構付きボールねじを示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された多数のボールと、これらボールを無限循環させるための循環部材と、前記ナットに装着され、前記ボールの転動を阻止して前記ナットの位置を保持する位置保持機構と、を備えた位置保持機構付きボールねじにおいて、前記ナットが転がり軸受を介して静止系となるハウジングに装着され、このハウジングに対して回転可能に、かつ軸方向移動不可に配設されると共に、前記位置保持機構が、前記ナットの外周面に沿って円弧状に形成された凹所に装着され、前記ハウジングに接触する押圧部材と、この押圧部材の両端に結合されて前記凹所の中央位置に支持する弾性部材および突出部材で構成され、この突出部材が前記凹所から前記ナットの内周面に貫通して穿設され、前記ナットのねじ溝の溝底に開口する挿入孔に棒状の係止部を一体に備え、この係止部が前記挿入孔に対して径方向外方に付勢された状態で進退自在に嵌挿されると共に、前記押圧部材が前記突出部材の上面に係脱可能に配設され、前記係止部が先端に向って漸次小径となる尖塔状に形成されている。
【実施例１】
【００３１】
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（ａ）は、本発明に係る位置保持機構付きボールねじの第１の実施形態を示す平面図、（ｂ）は、同上縦断面図、図２は、図１の位置保持機構付きボールねじの使用状態を示す説明図、図３は、図１（ａ）のＩＩＩ部を示す拡大図、図４は、図１（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面図で、（ａ）は、ナット回転時の状態を示し、（ｂ）は、ナット停止時の状態を示す、図５は、図４の位置保持機構の押圧部材に生じる力関係を示す説明図である。
【００３２】
図１に示す位置保持機構付きボールねじ１は、外周に螺旋状のねじ溝２ａが形成されたねじ軸２と、このねじ軸２に外嵌され、内周に前記ねじ溝２ａに対応する螺旋状のねじ溝３ａが形成されたナット３と、これら両ねじ溝２ａ、３ａの間に収容された多数のボール４、およびナット３に装着された位置保持機構５とを備えている。
【００３３】
各ねじ溝２ａ、３ａ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４との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できると共に、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動を抑制することができるゴシックアーク形状に形成されている。さらに、後述するナット３のねじ溝３ａに開口する挿入孔１３がボール４の転動に悪影響を及ぼさない音振や短寿命を防止することができる。
【００３４】
円筒状のナット３の胴部には、内外の周面に貫通してねじ溝３ａの一部を切欠く円形の駒窓６が穿設され、この駒窓６に断面が円形の駒部材７が嵌合されている。駒部材７の内方には、ねじ溝３ａの隣合う１周分同士を連結し、Ｓ字状に湾曲した連結溝７ａが形成され、この連結溝７ａとねじ溝３ａの略１周の部分とでボール４の転動路を構成している。そして、転動路内の内外のねじ溝２ａ、３ａ間に介在された多数のボール４がねじ溝２ａ、３ａに沿って転動し、駒部材７の連結溝７ａに案内されてねじ軸２のねじ山を乗り越えて隣接するねじ溝２ａに戻り、再びねじ溝２ａ、３ａに沿って転動する。また、連結溝７ａの深さは、ボール４が連結溝７ａ内でねじ軸２におけるねじ溝２ａのねじ山を越えることができる深さとされている。なお、ここでは、駒窓６および駒部材７が断面円形に形成されたものを例示したが、円形に限らず、例えば、小判形形状であっても良い。
【００３５】
駒部材７の両側には断面が略円形の丸棒状に形成されたアーム（図示せず）が突設され、ナット３のねじ溝３ａに僅かな径方向すきまを介して係合されている。このアームによって、駒部材７がナット３に対して軸方向に位置決めされると共に、駒部材７が駒窓６から径方向外方に抜け出すのを防止している。
【００３６】
駒部材７は金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形される焼結合金からなる。この射出成形に際しては、まず、金属粉と、プラスチックおよびワックスからなるバインダとを混練機で混練し、その混練物をペレット状に造粒する。造粒したペレットは、射出成形機のホッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で押し込む、所謂ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）により成形されている。こうしたＭＩＭによって成形される焼結合金であれば、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。
【００３７】
前記金属粉として、後に浸炭焼入が可能な材質、例えば、Ｃ（炭素）が０．１３ｗｔ％、Ｎｉ（ニッケル）が０．２１ｗｔ％、Ｃｒ（クロム）が１．１ｗｔ％、Ｃｕ（銅）が０．０４ｗｔ％、Ｍｎ（マンガン）が０．７６ｗｔ％、Ｍｏ（モリブデン）が０．１９ｗｔ％、Ｓｉ（シリコン）が０．２０ｗｔ％、残りがＦｅ（鉄）等からなるＳＣＭ４１５を例示することができる。駒部材７は、浸炭焼入れおよび焼戻し温度を調整して行われる。また、駒部材７の材料としてこれ以外にも、Ｎｉが３．０〜１０．０ｗｔ％含有し、加工性、耐食性に優れた材料（日本粉末冶金工業規格のＦＥＮ８）、あるいは、Ｃが０．０７ｗｔ％、Ｃｒが１７ｗｔ％、Ｎｉが４ｗｔ％、Ｃｕが４ｗｔ％、残りがＦｅ等からなる析出硬化系ステンレスＳＵＳ６３０であっても良い。このＳＵＳ６３０は、固溶化熱処理で２０〜３３ＨＲＣの範囲に表面硬さを適切に上げることができ、強靭性と高硬度を確保することができる。
【００３８】
駒部材７をＳＣＭ４１５等の浸炭材で形成する場合は、駒部材７は、浸炭焼入れおよび焼戻し温度調整によるか、もしくは浸炭焼入れによって表面硬さが３０〜４０ＨＲＣの範囲になるように硬化処理されると共に、高周波テンパー装置を用いて、加締部８、すなわち、外径側の外周部が焼戻しされ、硬さが１５〜３０ＨＲＣの範囲になるように設定されている。これにより、加締部８となる外周部の靭性が高くなると共に、駒部材７をナット３に加締固定する際に割れ等が発生するのを防止することができる。
【００３９】
ボール４の組み込みは、ナット３の駒窓６に駒部材７をナット３の内径側から装着した後、ねじ軸２の軸端からナット３を当てがい、ボール４を両ねじ溝２ａ、３ａ間に順次挿入しながらナット３を回転させ、ナット３をねじ軸２の軸方向に移動させることによって行う。これ以外にも、ナット３の駒窓６に駒部材７を装着した後、図示しない仮軸を用いてボール４を同様に挿入するようにしても良い。
【００４０】
駒部材７は、アームをナット３のねじ溝３ａに係合させた状態で駒窓６に嵌挿されるが、ナット３の駒窓６の外径側の開口部には、この駒窓６よりも大径の係合部９が形成されている。そして、駒部材７の外径側の外周部の複数箇所（ここでは、４箇所）を一部潰して係合部９に密着する状態まで塑性変形させて形成した加締部８によって駒部材７がナット３に固定される。
【００４１】
なお、ここでは、ボール４を無限循環させるための循環部材として駒部材７を例示したが、これ以外にも、図示はしないが、例えば、ナットに軸方向に貫通して延びる循環孔が形成され、この循環孔に開口する解放溝（循環溝）を有するエンドキャップでも良い。
【００４２】
ここで、本発明に係る位置保持機構付きボールねじ１は、ナット３の円滑な回転を支承するために、図２に示すように、ナット３の外周に深溝玉軸受からなる転がり軸受２０が嵌合され、ナット３が、ハウジング１９に対して回転可能に、かつ軸方向移動不可に配設されると共に、図示しない電動モータの回転を減速機構を介してナット３に回転運動が伝達されている。
【００４３】
位置保持機構５は、図３に示すように、ナット３の外周面に沿って円弧状に形成された凹所１４に装着され、押圧部材１０と、この押圧部材１０に結合された弾性部材１１、および突出部材１２とで構成されている。この突出部材１２は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ナット３の胴部の内外の周面に貫通して穿設され、ねじ溝３ａの溝底に開口する挿入孔１３に進退自在に嵌挿されている。弾性部材１１は合成ゴム等から帯状に形成されている。
【００４４】
押圧部材１０は断面が略矩形状に形成され、凹所１４内に収容されている。そして、この凹所１４の両端部に嵌着される一対の支持部１５、１５に弾性部材１１を介して結合され、押圧部材１０はこの弾性部材１１によって凹所１４の中央位置に支持されている。押圧部材１０の外周面１０ａと内周面１０ｂは、それぞれハウジング１９の内周面と凹所１４の外周面に対応する円弧状に形成され、内径側に面取り部１０ｃが形成されている。
【００４５】
突出部材１２は断面が略Ｔ字状に形成され、棒状の係止部１６と、この係止部１６より大径に形成された頭部１７を一体に備えている。頭部１７は、押圧部材１０の内周面に対応して円弧状に形成され、作動中に押圧部材１０の内周面に密着する。一方、係止部１６は、先端に向って漸次小径となる尖塔状に形成され、その先端部１６ａがボール４の外周面に対応した凸球面に形成されている。
【００４６】
これにより、係止部１６がボール４間に突出し易くなり、その位置保持動作がフェールしてしまうのを防止でき、信頼性を向上させると共に、ボール４に当接した時、その衝撃を緩和することができると共に、摩耗や衝突傷の発生を防止することができる。さらに、係止部１６の先端を細くすることにより、この係止部材１６の形状に対応してテーパ状に形成された挿入孔１３をボール４が転動するナット３のねじ溝３ａに悪影響を及ぼさない溝底部分に最小限に形成することができ、音振の問題や短寿命を防止することができる。
【００４７】
また、挿入孔１３は円弧状の凹所１４の周方向の中央部に形成され、その形状は係止部１６の形状に対応してテーパ状に形成されている。そして、この挿入孔１３と係止部１６との間に形成される環状空間、具体的には、突出部材１２の頭部１７と挿入孔１３の段差部１３ａとの間に合成ゴム等から円筒状に形成された付勢部材１８が介装されている。この付勢部材１８は突出部材１２を常に径方向外方に付勢している。なお、付勢部材１８はコイルスプリングのようなばね鋼で形成されていても良い。
【００４８】
次に、図４（ａ）および（ｂ）を用いて本発明に係る位置保持機構付きボールねじ１の動作について説明する。（ａ）は、ナット３が回転している状態を示し、（ｂ）は、ナット３が停止している状態を示している。
【００４９】
（ａ）において、ナット３が通常に回転している時には、両方向から弾性部材１１によって支持されていた押圧部材１０が、ハウジング１９等の静止系との摩擦力により、ナット３の回転方向（ここでは、矢印にて示すように反時計方向）と逆方向（図中、右側）に移動する。この場合、一方（図中、左側）の弾性部材１１が伸張し、他方（図中、右側）の弾性部材１１が圧縮された状態で押圧部材１０が支持部１５に衝合して停止する。この状態では、押圧部材１０が突出部材１２の上面から離間しているため、突出部材１２は付勢部材１８によって凹所１４内に突出している。すなわち、突出部材１２の係止部１６は、ナット３のねじ溝３ａから突出せず、ボール４の循環の妨げとならずにボール４はねじ溝３ａ上を自由に転動することができる。
【００５０】
（ｂ）に示すように、ナット３の回転が停止した時、例えば、ナット３への入力が遮断された時やナット３の回転方向が変更されて逆回転される瞬間には、弾性部材１１の弾性力により、ハウジング１９に接触している押圧部材１０が凹所１４に沿って移動し、突出部材１２の頭部１７に当接して頭部１７を押し下げながら中立の位置、すなわち、一対の弾性部材１１、１１の弾性力が均衡する突出部材１２の位置に停止して支持される。この状態では、押圧部材１０が突出部材１２の上面に位置するため、突出部材１２は付勢部材１８の弾性力に対抗して押し下げられる。つまり、突出部材１２の係止部１６は、ナット３のねじ溝３ａから突出し、ボール４の循環を妨げて、ボール４の位置保持を行う。
【００５１】
前述した押圧部材１０にかかる力は、図５に示すように、ハウジング１９と押圧部材１０の間に発生する摩擦力Ｐ１と、押圧部材１０とナット３の間に発生する摩擦力Ｐ２と、弾性部材１１の弾性力Ｐ３と、ナット３が停止しようとする時にかかる押圧部材１０の慣性力Ｐ４が総合されたものになる。これら押圧部材１０にかかる力Ｐ１〜Ｐ４の釣合いによって、ナット３の停止時には押圧部材１０が突出部材１２の上面に移動し、ナット３の回転時には押圧部材１０が突出部材１２の上面から移動して離間することができる。
【００５２】
本実施形態では、ナット３の回転により静止系となるハウジング１９との相対回転で、押圧部材１０がナット３の回転方向と逆方向に移動して突出部材１２の拘束が解放された状態では、突出部材１２は付勢部材１８によって径方向外方に突出し、ボール４がねじ溝３ａ内を自由に転動できると共に、ねじ軸２に反力が作用してナット３が停止すると、押圧部材１０が突出部材１２上に移動し、この押圧部材１０によって突出部材１２が押し下げられ、係止部１６がねじ溝３ａ内に突出してボール４の循環を阻害し、ボール４を任意の位置で位置保持することができる。したがって、ねじ軸２に反力が作用してもボール４の転動を阻止してナット３の回転を防止し、ねじ軸２の軸方向への変位を任意の位置で安定的に保持でき、信頼性を向上させた位置保持機構付きボールねじ１を提供することができる。
【実施例２】
【００５３】
図６は、本発明に係る位置保持機構付きボールねじの第２の実施形態を示す横断面図である。なお、この実施形態は前述した実施形態と、基本的には位置保持機構の構成と突出部材の駆動源が異なるだけで、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その詳細な説明を省略する。
【００５４】
図６に示す位置保持機構付きボールね２１は、前述したナット回転タイプではなく、ねじ軸２２が回転し、ナット２１が静止している用途に適用される。この位置保持機構付きボールねじ２１は、外周に螺旋状のねじ溝２ａが形成されたねじ軸２２と、このねじ軸２２に外嵌され、内周にねじ軸２２のねじ溝２ａに対応する螺旋状のねじ溝３ａが形成されたナット２３と、これら両ねじ溝２ａ、３ａの間に収容された多数のボール４、およびナット２３に装着された位置保持機構２５とを備えている。
【００５５】
位置保持機構２５は、励磁コイル２６、コイルスプリング等からなる弾性部材２７、および突出部材２８で構成され、静止側部材となるナット２３の外周面から径方向に貫通して形成された装着孔２９に埋設されている。突出部材２８は磁性材料からなり、環状の励磁コイル２６内に嵌挿された可動鉄心部２８ａと、弾性部材２７の座面となるフランジ部２８ｂ、およびこのフランジ部２８ｂから軸心方向に延びる係止部２８ｃとで構成され、全体として棒状に形成されている。この位置保持機構２５は、励磁コイル２６に電圧を印加することにより、その磁気力によって突出部材２８に直線的な運動を与える、所謂プランジャ型のリニア電磁ソレノイドを構成している。
【００５６】
弾性部材２７は装着孔２９の段差部（底面）２９ａとフランジ部２８ｂとの間に張架された状態で取り付けられ、励磁コイル２６に電圧が印加されていない時、すなわち、自然状態では、突出部材２８の係止部２８ｃは弾性部材２７の付勢力によって最大に突出（図中上方）し、ナット２３のねじ溝３ａには突出していない。この状態では、ナット２３のねじ溝３ａとねじ軸２２のねじ溝２ａとで構成される転動路内をボール４がスムーズに転動でき、ねじ軸２２が位置保持機構２５に拘束されることなく自由に回転することができる。
【００５７】
一方、変位信号を受けて励磁コイル２６に印加電圧が付与されると、吸引力が可動鉄心部２８ａに作用し、弾性部材２７の付勢力に対抗して突出部材２８が押し出される。すなわち、図７に拡大して示すように、係止部２８ｃが図中下方に移動してナット２３のねじ溝３ａから突出する。この状態では、係止部２８ｃがボール４、４間に介在してボール４の転動が阻止される。その結果、ねじ軸２２が位置保持機構２５によって拘束されて回転することができず、ナット２３の軸方向の位置を選択的に保持することができる。
【００５８】
なお、ここでは、位置保持機構２５として励磁コイル２６に印加電圧を付与し、その吸引力によって弾性部２７の付勢力に抗して突出部材２８を引き込む作動をなす構成を例示したが、これに限らず、前述した構成とは逆に、図示はしないが弾性部材を圧縮した状態で取り付け、励磁コイルに通電することにより弾性部材の付勢力に抗して突出部材をナットのねじ溝側に突出させるようにしても良い。
【００５９】
また、図示はしないが、位置保持機構が、突出部材と、この突出部材の一端に係合された圧電素子と、皿ばね等からなる弾性部材とで構成されていても良い。この場合、圧電素子に電圧を印加することにより、その伸張力によって突出部材に直線的な運動を与えることができる。
【００６０】
本実施形態においても前述した実施形態と同様、突出部材２８の係止部２８ｃは、先端に向って漸次小径となる尖塔状に形成され、その先端部３０が凸球面に形成されている。これにより、係止部２８ｃがボール４間に突出し易くなり、その位置保持動作がフェールしてしまうのを防止でき、信頼性を向上させると共に、ボール４に当接した時、その衝撃を緩和することができると共に、摩耗や衝突傷の発生を防止することができる。
【００６１】
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】
【００６２】
本発明に係る位置保持機構付きボールねじは、内燃機関の可変動弁装置等の電動アクチュエータに使用され、ねじ軸に負荷される反力に対し、ねじ軸の軸方向の変位を制御する位置保持機構を備えたボールねじに適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１、２１  位置保持機構付きボールねじ
２、２２  ねじ軸
２ａ、３ａ  ねじ溝
３、２３  ナット
４  ボール
５、２５  位置保持機構
６  駒窓
７  駒部材
７ａ  連結溝
８  加締部
９  係合部
１０  押圧部材
１０ａ  押圧部材の外周面
１０ｂ  押圧部材の内周面
１０ｃ  押圧部材の面取り部
１１、２７  弾性部材
１２、２８  突出部材
１３  挿入孔
１３ａ、２９ａ  段差部
１４  凹所
１５  支持部
１６、２８ｃ  突出部材の係止部
１６ａ、３０  係止部の先端部
１７  突出部材の頭部
１８  付勢部材
１９  ハウジング
２０  転がり軸受
２６  励磁コイル
２８ａ  可動鉄心部
２８ｂ  フランジ部
２９  装着孔
５０  三次元カム
５１  カムシャフト
５２  バルブ
５３  電動アクチュエータ
５４  出力軸
５５  軸受
５６  フレーム
５７  励磁コイル
５８  回転子
５９  ボールねじ
６０  拘束機構
６１、７２  ねじ軸
６１ａ、６２ａ、７２ａ、７３ａ  ねじ溝
６２、７３  ナット
６３、７４  ボール
６４  ストッパ
６５  ストッパ掛止部
６６、７７  駒部材
６７  電磁石
６８  弾性部材
６９  突出部材
７０  孔
７１  位置保持機構付きボールねじ
７５  位置保持機構
７６  駒窓
７８  連結溝
７８ａ  連結溝の開口部
７９  励磁コイル
８０  弾性部材
８１  突出部材
８１ａ  可動鉄心部
８１ｂ  フランジ部
８１ｃ  開閉ピン
８２  装着孔
８２ａ  装着孔の底面
８３  カバー
８４  固定ねじ
Ｐ１  ハウジングと押圧部材の間に発生する摩擦力
Ｐ２  押圧部材とナットの間に発生する摩擦力
Ｐ３  弾性部材の弾性力
Ｐ４  押圧部材の慣性力
【図１】
2017032109.tif 000003
【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】
2017032109.tif 000009
【図８】
2017032109.tif 000010
【図９】
2017032109.tif 000011
【図１０】
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