(57)【要約】【課題】 ねじ軸自体が直線移動を停止する機能を有していることで、安全性がより向上したボールねじ装置を提供する。【解決手段】  ねじ軸2に、ボールスプライン外筒4に対して相対回転可能であり極限位置到達時にボールスプライン外筒4に入り込む小径部14が設けられている。ねじ軸2のスプライン軌道2b,2cの小径部につながる部分に、ねじ軸2が逆方向移動時にボールをスプライン軌道2b,2cに戻りやすくするための面取り21が施されている。【選択図】    図１
2009299859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールねじ軌道およびスプライン軌道が設けられたねじ軸と、ねじ軸のボールねじ軌道にボールを介してねじ合わされたボールねじナットと、ねじ軸のスプライン軌道にボールを介して嵌め合わされたボールスプライン外筒とを備えており、ねじ軸が回転せずに軸方向に直線移動する形態で使用されるボールねじ装置において、
ねじ軸に、ボールスプライン外筒に対して相対回転可能であり極限位置到達時にボールスプライン外筒に入り込む小径部が設けられており、小径部につながるスプライン軌道端部に、ねじ軸が逆方向移動時にボールをスプライン軌道に戻りやすくするための面取りが施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し、特に、ねじ軸が回転せずに軸方向に直線移動する形態で使用されるボールねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ねじ軸およびこれにボールを介してねじ合わされたボールねじナットを備えているボールねじ装置は、電動アクチュエータ用や緩衝器用としてよく使用されており、例えば、特許文献１には、ボールねじナットにモータを接続することで、ボールねじナットが回転して、上下にのびるねじ軸が軸方向に直線移動する形態とされたボールねじ装置を緩衝器に適用することが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２６４９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ボールねじ装置を使用するアクチュエータや緩衝器では、ねじ軸が高速移動、ボールねじナットが高速回転している状態から、ストッパによって急停止させられる構成とされているものがあり、この場合、ボールねじに過大な衝撃荷重が入り、過大トルクが発生して、そのトルクによってスプライン軌道に圧痕が生じることがある。
【０００４】
この発明の目的は、衝撃荷重が発生した場合でもスプライン軌道に圧痕が生じることを防止したボールねじ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明によるボールねじ装置は、ボールねじ軌道およびスプライン軌道が設けられたねじ軸と、ねじ軸のボールねじ軌道にボールを介してねじ合わされたボールねじナットと、ねじ軸のスプライン軌道にボールを介して嵌め合わされたボールスプライン外筒とを備えており、ねじ軸が回転せずに軸方向に直線移動する形態で使用されるボールねじ装置において、ねじ軸に、ボールスプライン外筒に対して相対回転可能であり極限位置到達時にボールスプライン外筒に入り込む小径部が設けられており、小径部につながるスプライン軌道端部に、ねじ軸が逆方向移動時にボールをスプライン軌道に戻りやすくするための面取りが施されていることを特徴とするものである。
【０００６】
ねじ軸の小径部は、例えば、ねじ軸の端部に、スプライン軌道が無くかつ外径がスプライン軌道の底径と同じ径を有する円柱状部分を形成することで得ることができる。ねじ軸の小径部以外の部分は、ねじ軸とボールスプライン外筒との間に介在するボールによって、ボールスプライン外筒に対して相対直線移動可能でかつ相対回転不可能とされ、ねじ軸の小径部は、その径が小さいために、小径部とボールスプライン外筒との間に介在するボールがフリー状態となり、ボールスプライン外筒に対して相対直線移動だけでなく相対回転も可能となる。小径部がボールスプライン外筒内に入り込むのは、ストッパによってねじ軸の直線移動が急停止させられることで衝撃荷重が発生した時（通常使用範囲にあったねじ軸が極限位置に到達した時）とされ、これ以外の時は、ねじ軸の小径部以外の部分がボールスプライン外筒内にあり、これにより、通常のねじ軸の直線移動が確保され、また、衝撃荷重発生時には、ねじ軸が自由に回転することで、ナットの回転による慣性力がスプライン軌道にかからないため、衝撃荷重の影響が緩和される。
【０００７】
小径部がボールスプライン外筒内に入り込むことによって、衝撃荷重の影響が緩和された後、通常の使用状態に復帰させるためには、ねじ軸の小径部以外の部分がボールスプライン外筒内に再び入ることが必要となり、これを容易とするために、ねじ軸のスプライン軌道のうちの小径部につながっている部分（スプライン軌道端部）に、ねじ軸が逆方向移動時にボールをスプライン軌道に戻りやすくするための面取りが施される。
【０００８】
スプライン軌道は、時計方向の回転を受けるものと反時計方向の回転を受けるものとが対とされて、これが複数対（例えば３対）設けられる。ねじ軸の外周には、基準円筒面から突出するように形成された複数（例えば３つ）のボール受け部が設けられ、このボール受け部の時計方向側肩部および反時計方向側肩部に、それぞれスプライン軌道が形成される。これに対応して、ボールスプライン外筒の内周には、ボール受け部の時計方向側のスプライン軌道に時計方向側から対向するスプライン軌道と、ボール受け部の反時計方向側のスプライン軌道に反時計方向側から対向するスプライン軌道とがそれぞれ形成される。ボールは、ねじ軸に形成されたスプライン軌道と外筒に形成されたスプライン軌道との間を転動して循環する。
【０００９】
面取りは、具体的には、スプライン軌道に沿って形成される第１面取部と、スプライン軌道端部の開口に形成される第２面取部とからなるものとされ、第１面取部は、スプライン軌道の肩部が小径部に向かって徐々に深くかつ広く削られるように（小径部から離れるに連れて面取り量が小さくなってスプライン軌道の肩部に滑らかに接続されるように）形成され、第２面取部は、スプライン軌道端部の開口が小径部に近づくに連れて周方向に徐々に広がるように形成される。
【００１０】
ボールねじ装置は、具体的には、例えば、ボールねじ軌道溝およびスプライン溝が設けられたねじ軸と、ねじ軸のボールねじ軌道溝にボールを介してねじ合わされた回転自在のボールねじナットと、ボールねじナットに一体化された中空軸と、ねじ軸のスプライン溝に嵌め合わされてねじ軸の直線移動を案内するボールスプライン外筒と、中空軸を回転可能に支持するとともにボールスプライン外筒を支持するハウジングと、中空軸に固定されたモータロータおよびハウジング内径に固定されたモータステータからなるモータとを備えているものとされる。
【００１１】
ねじ軸の通常使用範囲の極限位置を規定するストッパは、例えば、ねじ軸が極限位置に到達した際にハウジングに当接するフランジ部をねじ軸に設けることでも形成することができ、また、ねじ軸と一体に直線移動する部材に形成してもよく、直線移動しない方の部材（ハウジングや中空軸）に設けることもできる。
【００１２】
この発明によるボールねじ装置は、アクチュエータ（モータによって中空軸およびボールねじナットが回転させられ、これにより、ねじ軸が直線移動する形態）として使用されることがあり、緩衝器（ねじ軸が外部からの力によって直線移動させられ、これにより、中空軸およびボールねじナットが回転し、モータが発生する電磁力が減衰力となる形態）として使用されることがある。
【発明の効果】
【００１３】
この発明のボールねじ装置によると、衝撃荷重によって、ねじ軸が極限位置に到達した時には、小径部がボールスプライン外筒内に入り込み、これにより、ねじ軸が自由に回転する。したがって、衝撃荷重時に、ナットの回転による慣性力がスプライン軌道にかからないようになり、衝撃荷重が発生した場合でもスプライン軌道に圧痕が生じることが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。以下の説明において、上下は、図１の上下をいうものとする。また、時計方向および反時計方向は、図１の上から見た図３についていうものとする。
【００１５】
図１から図５までは、この発明によるボールねじ装置の１実施形態を示している。
【００１６】
ボールねじ装置(1)は、ボールねじ軌道(2a)および上下方向にのびるスプライン軌道(2b)(2c)が設けられた上下にのびる鋼製ねじ軸(2)と、ねじ軸(2)のボールねじ軌道(2a)にボールを介してねじ合わされた回転自在の鋼製ボールねじナット(3)と、ねじ軸(2)の下端部側においてスプライン軌道(2b)(2c)にボールを介して嵌め合わされてねじ軸(2)の上下方向（軸方向）直線運動を案内するボールスプライン外筒(4)と、ボールねじナット(3)に一体化されて上方にのびる中空軸(5)と、軸受(7)を介して中空軸(5)を回転可能に支持するとともにボールスプライン外筒(4)を支持するハウジング(6)と、中空軸(5)に固定された円筒状のモータロータ(9)およびハウジング(6)内径に固定された円筒状のモータステータ(10)からなるモータ(8)とを備えている。
【００１７】
モータ(8)は、永久磁石型三相同期モータとされており、モータロータ(9)が永久磁石とされて、モータステータ(10)にＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相のコイル(10a)が巻かれている。
【００１８】
ねじ軸(2)と中空軸(5)とは、同心状に配置されており、ボールねじ装置(1)は、ボールねじナット(3)、中空軸(5)およびモータロータ(9)を回転させて、ねじ軸(2)を直線移動させる形態で使用される。
【００１９】
中空軸(5)は、ねじ軸(2)を案内する小径部(11)と、内周面がボールねじナット(3)の外周面に固定されかつ外周面に軸受(7)を保持する大径部(12)とからなる。
【００２０】
ボールスプライン外筒(4)は、ねじ軸(2)の回転を防止してその上下移動を案内するために、回り止め部（例えばキー）(13)によってハウジング(6)に対して回り止めされる。
【００２１】
図２に拡大して示すように、ねじ軸(2)の端部には、スプライン軌道(2b)(2c)が無くかつ外径がスプライン軌道(2b)(2c)の底径と同じ径を有する円柱状小径部(14)が設けられている。また、ねじ軸(2)のスプライン軌道(2b)(2c)の小径部(14)につながる部分（スプライン軌道(2b)(2c)下端部）には、面取り部(21)が設けられている。
【００２２】
図３に示すように、ねじ軸(2)の外周には、基準円筒面から突出するように形成された３つのボール受け部(15)が周方向に等間隔で設けられており、このボール受け部(15)の時計方向側肩部および反時計方向側肩部に、それぞれスプライン軌道(2b)(2c)が形成されている。これに対応して、ボールスプライン外筒(4)の内周には、ボール受け部(15)の時計方向側のスプライン軌道(2b)に時計方向側から対向するスプライン軌道(4a)と、ボール受け部(15)の反時計方向側のスプライン軌道(2c)に反時計方向側から対向するスプライン軌道(4b)とがそれぞれ形成されている。
【００２３】
こうして、ねじ軸(2)が時計方向に回転しようとしたときにそのトルクを負荷スプライン軌道(2b)(4a)と、ねじ軸(2)が反時計方向に回転しようとしたときにそのトルクを負荷するスプライン軌道(2c)(4b)とが対とされて、これが３対設けられている。時計方向側のスプライン軌道(2b)(4a)同士によって第１の接触角が、反時計方向側のスプライン軌道(2c)(4b)同士によって第２の接触角がそれぞれ形成されている。ボール(16)は、ねじ軸(2)に形成されたスプライン軌道(2b)(2c)とボールスプライン外筒(4)に形成されたスプライン軌道(4a)(4b)との間（主通路）を軸方向に転動し、保持器（図示略）に形成された戻し通路によって循環させられる。
【００２４】
このボールねじ装置(1)は、例えば、自動車の電磁緩衝器用として使用するのに適している。電磁緩衝器は、タイヤから伝わる外力によってねじ軸(2)が軸方向に直線移動し、これに伴って、ボールねじナット(3)および中空軸(5)が回転し、この回転運動をモータ(8)に取り込んで、モータ(8)で発生する電磁力を減衰力として利用するようになっている。
【００２５】
このような電磁緩衝器は、突起乗り越し等のオーバストローク時には、ねじ軸(2)と一体で上下移動するバンプストッパがハウジング(6)等に衝突することにより、高速回転していたモータ(8)が急停止し、モータ(8)の慣性トルクにより過大トルクがボールスプラインのスプライン軌道(2b)(2c)(4a)(4b)などに負荷されることがあり、その保護が課題となっている。
【００２６】
そこで、この発明によるボールねじ装置(1)では、ストッパによってねじ軸(2)の直線移動が急停止させられることで衝撃荷重が発生する場合、すなわち、通常使用範囲にあったねじ軸(2)が極限位置に到達した時に、ボールスプライン外筒(4)に入り込む部分が小径部(14)とされている。
【００２７】
図３は、小径部(14)がボールスプライン外筒(4)内に入り込んだ状態を示しており、これから分かるように、小径部(14)は、その径がスプライン軌道(2b)(2c)の底径と同じとされていることで、ボールスプライン外筒(4)に対して相対回転可能となっている。したがって、衝撃荷重時に、ボールねじナット(3)の回転による慣性力がスプライン軌道(2b)(2c)(4a)(4b)にかからないものとなり、衝撃荷重が発生した場合でもスプライン軌道(2b)(2c)(4a)(4b)に圧痕が生じることが防止される。
【００２８】
小径部(14)がボールスプライン外筒(4)内に入り込むことによって、衝撃荷重の影響が緩和された後、通常の使用状態に復帰させるためには、ねじ軸(2)の小径部(14)以外の部分がボールスプライン外筒(4)内に再び入ることが必要となる。面取り部(21)は、この復帰を容易とするためのものであり、スプライン軌道(2b)(2c)に沿って形成される第１面取部(21a)と、スプライン軌道(2b)(2c)端部の開口に形成される第２面取部(21b)とからなる。
【００２９】
第１面取部(21a)は、図２にＡで示す小径部(14)から離れた部分において、図５（ａ）に示すように、ボール受け部(15)の肩部(15a)(15b)が小さく面取りされ、図２にＢで示す小径部(14)に近づいた部分において、図５（ｂ）に示すように、ボール受け部(15)の肩部(15a)(15b)が大きく面取りされることにより、ボール受け部(15)の肩部(15a)(15b)が小径部(14)に向かって徐々に深くかつ広く削られるように（小径部(14)から離れるに連れて面取り量が小さくなってスプライン軌道(2b)(2c)のボール受け部(15)に滑らかに接続されるように）形成されている。
【００３０】
第２面取部(21b)は、図２にＣで示す小径部(14)から離れた部分において、図５（ｃ）に示すように、スプライン軌道(2b)(2c)のボール受け部(15)とは反対側の肩部(2d)(2e)が小さく面取りされ、図２にＤで示す小径部(14)に近づいた部分において、図５（ｄ）に示すように、スプライン軌道(2b)(2c)のボール受け部(15)とは反対側の肩部(2d)(2e)が大きく面取りされることにより、スプライン軌道(2b)(2c)端部の開口が小径部(14)に近づくに連れて周方向に徐々に広がるように形成されている。なお、図２にＤで示す小径部(14)に近づいた部分（スプライン軌道(2b)(2c)端部）では、図５（ｄ）に示すように、ボール受け部(15)の肩部(15a)(15b)の面取り量が相対的に小さいものとされている。
【００３１】
上記の面取り部(21)によると、ねじ軸(2)が極限位置に到達した後に、再び、図１に示す状態に復帰する際、ボール(16)は、図４に矢印で示すように、第２面取部(21b)に案内されて、スプライン軌道(2b)(2c)端部に入り、その後、第１面取部(21a)に案内されて、スプライン軌道(2b)(2c)を軸方向に移動し、スプライン軌道(2b)(2c)に戻りやすいものとなっている。
【００３２】
こうして、この発明のボールねじ装置(1)によると、衝撃荷重発生時には、まず、その緩和が図られ、その後は、特別な措置を施さなくても、通常状態に復帰する。
【００３３】
なお、上記のボールねじ装置(1)は、電磁緩衝器用として説明したが、これに限られるものではなく、電動アクチュエータとして使用することもできる。この場合、モータ(8)の回転駆動力をボールねじナット(3)を介してねじ軸(2)の軸方向推力に変換し、推力の軸方向反力を軸受(7)で支持してねじ軸(2)を直線運動させ、ねじ軸(2)に作用する軸方向荷重をボールねじナット(3)で負荷するとともに、トルクをボールスプライン外筒(4)で支持した形態での使用となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、この発明のボールねじ装置の１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１の要部拡大図である。
【図３】図３は、この発明のボールねじ装置において、ねじ軸が極限位置に到達した時の状態を示す横断面図である。
【図４】図４は、面取り部の拡大斜視図である。
【図５】図５は、面取り部の断面図であり、（ａ）〜（ｄ）は図２のＡ〜Ｄにそれぞれ対応している。
【符号の説明】
【００３５】
(1)       ボールねじ装置
(2)       ねじ軸
(2a)      ボールねじ軌道溝
(2b)(2c)  スプライン溝
(3)       ボールねじナット
(4)       ボールスプライン外筒
(14)      小径部
(21)      面取り部
【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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