JP6341419B2

JP6341419B2 - ボールねじ装置

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Publication number: JP6341419B2
Application number: JP2014158166A
Authority: JP
Inventors: 田代　明義; 明義田代
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2018-06-13
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: US20160033018A1; JP2016035289A; US9863514B2; CN105317954B; CN105317954A; DE102015112396A1

Description

本発明はボールねじ装置に関する。

ねじ軸の外周の雄ねじ溝とボールナットの内周の雌ねじ溝との間にボール列を介在させるボールねじ装置において、ボール列端のボールと、ボールナットに設けられたポケット状の凹部との間に、コイルスプリングを介在させることが提案されている（例えば特許文献１を参照）。
この種のボール非循環タイプのボールねじ装置では、低い軸力が負荷される状態でねじ軸が回転駆動されるときには、コイルスプリングは収縮しないので、ボール列のボールとボールナットとは相対移動しない。したがって、ボール列のボールとねじ軸との間に滑りを生じながら、ボールねじがストロークする。

一方、高い軸力が負荷される状態でねじ軸が回転駆動されるときには、コイルスプリングが収縮し、ボールが、ボールナットおよびねじ軸の双方に対して転動しつつ、ボールねじがストロークする。これにより高効率のねじ伝動が達成される。

米国特許出願公開第２０１２／００１８２６２Ａ１号明細書

コイルスプリングは、ねじ軸とナットとの間の軌道路に収容されているため、ねじ軸の回転駆動時に、コイルスプリングの形状が歪み易い。
特に、ストッパである凹部に対して直接係合しているコイルスプリングの端部は、凹部に対して片当たり等を起こして、位置保持が不安定となり易い。このため、コイルスプリングの端部が、ねじ軸側へ移動して、ねじ軸と干渉するおそれがある。

そこで、本願発明者は、コイルスプリングの端部の姿勢を安定させるように、コイルスプリングの端部を、ストッパボールを介して、凹部で受けることを案出する。
しかしながら、動力伝達時において、リード角の方向に傾斜している、ねじ軸の雄ねじ溝と、ボールナットの凹部の内面との間に、ストッパボールが、楔状に嵌まり込み、動力伝達が阻害されるおそれがある。

本発明の目的は、ストッパボールがねじ軸とボールナットとの間に楔状に嵌まり込むことを抑制することができるボールねじ装置を提供することである。

請求項１の発明は、内周（３０ｂ）と、前記内周に形成された雌ねじ溝（３３）と、前記内周に形成され前記雌ねじ溝の接線方向（Ｔ）に延びるように窪むストッパとしての凹部（６０）と、を含むボールナット（３０）と、外周（２８ａ）と、前記外周に形成された雄ねじ溝（３４）と、を含み、前記ボールナットに挿通されたねじ軸（２８）と、前記雌ねじ溝および前記雄ねじ溝間に形成される軌道路（Ｋ）に収容された複数の主ボール（２９）を含むボール列（Ｌ）と、前記ボール列の端部（Ｌａ）の主ボール（２９ａ）に係合する第１端部（５１１）と、第２端部（５１２）と、を含み、前記軌道路に収容されたコイルスプリング（５１）と、前記ボールナットの前記凹部に保持され、前記コイルスプリングの前記第２端部に係合するストッパボール（８１）と、を備え、前記凹部は、前記ストッパボールを介して前記コイルスプリングの前記第２端部を受ける座面としての第１面（６１）と、前記第１面とは交差し、ボールナット軸方向（Ｘ）への前記ストッパボールの移動を規制する第２面（６２）と、を含み、前記第２面は、前記雌ねじ溝のリード角（β）の方向（Ｑ）に延びるように前記ボールナットの軸直角面（Ｐ１）に対して前記リード角に相当する角度（β１）だけ傾斜しているボールねじ装置（２２；２２Ａ）を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２のように、前記第１面は、前記ボールナットの軸平行面（Ｐ２）に対して前記リード角に相当する角度（β２）だけ傾斜していてもよい。

請求項１の発明によれば、凹部において、ボールナット軸方向へのストッパボールの移動を規制する第２面が、リード角の方向に向いているので、ストッパボールが、第２面とねじ軸の雄ねじ溝とが互いに平行になる。したがって、ストッパボールが、第２面と雄ねじ溝との間に、楔状に嵌まり込むことを抑制することができる。
請求項２の発明によれば、ストッパボールを受ける座面としての第１面が、リード角の方向と直交することになるので、動力伝達時に、ストッパボールが、第１面とねじ軸の雄ねじ溝との間に、楔状に嵌まり込むことを抑制することができる。

本発明の第１実施形態のボールねじ装置が適用されたブレーキ装置の概略断面図であり、非制動時を示している。図１の一部を拡大したブレーキ装置の要部の拡大断面図である。図３（ａ）は、ボールねじ装置の断面図である。図３（ａ）においては、ねじ軸の図示が省略されている。図３（ｂ）は、図３（ａ）のIIIB−IIIB線に沿って切断された断面図である。図３（ｂ）においては、ねじ軸の断面が図示されている。図３（ａ）の一部を拡大した拡大断面図である。ボールねじ装置の要部の断面図である。第１コイルスプリングの第２端部と対応するストッパボールとの関係を示す概略図である。第２コイルスプリングの第２端部と対応するストッパボールとの関係を示す概略図である。図８（ａ）は第１実施形態のストッパボール周辺の構造の模式図である。図８（ｂ）は、第１面を軸平行面とし、第２面を軸直角面とした比較形態において、ストッパボール周辺の構造の模式図である。本発明の第２実施形態のボールねじ装置の断面図であり、ねじ軸の図示を省略してある。

以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態のボールねじ装置２２が適用されたブレーキ装置１の非制動状態の概略断面図である。ブレーキ装置１は、自動車等の車輪と一体回転するディスク２に摩擦による制動力を付与する装置である。

ブレーキ装置１は、例えばナックル（図示しない）等に移動可能に支持されたフローティングタイプのキャリパ３と、ディスク２を挟んで配置され、キャリパ３によって互いに接近、離間可能に支持された第１バックアッププレート４および第２バックアッププレート５と、第１バックアッププレート４および第２バックアッププレート５にそれぞれ固定され、ディスク２の対応する側面をそれぞれ押圧可能な第１パッド６および第２パッド７とを備えている。

キャリパ３は、互いに固定された第１ボディ８および第２ボディ９と、第２ボディ９に固定されたカバー１０とを備えている。第１ボディ８は、第２ボディ９の一端が固定された本体部１１と、本体部１１と直交状に連結された腕部１２とを備えている。第２バックアッププレート５は、腕部１２に固定されている。
第２ボディ９は、第１ボディ８の本体部１１に固定されたシリンダ１３（ブレーキシリンダに相当）と、シリンダ１３から延設された延設板１４とを備える。

シリンダ１３は、アキシャル方向に対向する第１端部１５１および第２端部１５２を有し、第１端部１５１が開放された筒状部１５と、筒状部１５の第２端部１５２に連結された端面板１６とを含む。シリンダ１３には、アキシャル方向ＳＴに移動可能なピストン１７（ブレーキピストンに相当）が収容されている。
ピストン１７の一端１７１は、シリンダ１３の一端（筒状部１５の第１端部１５１に相当）の開放部を通してディスク２側へ突出し、第１バックアッププレート４に固定されている。

ピストン１７の外周１７ａとシリンダ１３の内周（筒状部１５の内周１５ｂに相当）との両者の間には、両者間を封止する封止部材１８が介在している。封止部材１８は、シリンダ１３の内周（筒状部１５の内周１５ｂ）に設けられた収容溝に収容されたＯリングであってもよい。
ピストン１７の外周１７ａとシリンダ１３の内周（筒状部１５の内周１５ｂ）との両者は、両者に設けられたキー溝に跨がって配置されるキー１９を介して連結されている。キー１９を用いたキー結合を介して、ピストン１７のアキシャル方向ＳＴの移動が案内されるとともに、シリンダ１３に対するピストン１７の回転が規制されている。

図示しない油圧経路から、シリンダ１３内に、ピストン１７をディスク２側へ付勢する油圧が供給されてもよい。その場合、シリンダ１３とピストン１７とで油圧アクチュエータが構成される。
キャリパ３は、両パッド６，７をディスク２に押圧して制動力を発生させる機能を果たす。キャリパ３は、電動モータ２０と、電動モータ２０の回転を減速する減速装置２１と、電動モータ２０から減速装置２１を介して伝達される回転運動をピストン１７をアキシャル方向ＳＴの直線運動に変換するボールねじ装置２２とを備えている。

電度モータ２０は、第２ボディ９の延設板１４に固定されたモータハウジング２３と、出力軸２４とを備える。
減速装置２１は、電動モータ２０の出力軸２４の一端に一体回転可能に取り付けられた駆動ギヤ２５と、駆動ギヤ２５に噛み合うアイドルギヤ２６と、アイドルギヤ２６に噛み合う被動ギヤ２７とを備えている。アイドルギヤ２６は、第２ボディ９に回転可能に軸支されている。カバー１０は、減速装置２１を覆うようにして、第２ボディ９に固定されている。

ボールねじ装置２２は、入力部材としてのねじ軸２８と、ねじ軸２８に複数の主ボール２９を介して螺合した回転可能な出力部材としてのボールナット３０を備えている。ねじ軸２８は、ボールナット３０に挿通されている。ねじ軸２８は、第２ボディ９によって、軸方向移動不能に且つ回転可能に支持されている。ボールナット３０は、第２ボディ９によって、軸方向移動可能に且つ回転不能に支持されている。

具体的には、ねじ軸２８は、シリンダ１３の端面板１６に設けられた支持孔３１の内周に保持された転がり軸受３２によって、回転可能に且つ軸方向（アキシャル方向ＳＴ）に移動不能に支持されている。ねじ軸２８の一端２８１には、被動ギヤ２７が、一体回転可能に連結されている。
図２は、図１の一部を拡大した断面図である。図２に示すように、ボールナット３０は、外周３０ａと、雌ねじ溝３３が形成された内周３０ｂとを備える。ねじ軸２８は、雄ねじ溝３４が形成された外周２８ａを備える。雌ねじ溝３３および雄ねじ溝３４の間に列をなす主ボール２９が介在している。

ボールナット３０の外周３０ａは、ピストン１７の内周１７ｂの回転規制部３５と係合する回転規制部３６と、ピストン１７の内周１７ｂの円筒面部３７と嵌合した円筒面部３８とを備える。両回転規制部３５，３６どうしの係合により、ピストン１７とボールナット３０との相対回転が規制されている。
ボールナット３０は、ボールナット軸方向Ｘに関して、ディスク２側の第１端部３０１と、第１端部３０１とは反対側の第２端部３０２とを備える。

ボールナット３０の第１端部３０１が、ピストン１７の内周１７ｂの位置決め段部３９に当接している。また、ピストン１７の内周１７ｂに設けられた環状溝に嵌合した止め輪４０が、ボールナット３０の第２端部３０２の端面に係合している。これにより、ピストン１７とボールナット３０とが、アキシャル方向ＳＴ（ボールナット軸方向Ｘ）に一体移動可能に連結されている。

電動モータ２０の出力軸２４の回転が、減速装置２１を介して伝達されて、ねじ軸２８が回転すると、ボールナット３０が、ボールナット軸方向Ｘ（アキシャル方向ＳＴ）に移動する。このとき、キー１９による案内によって、ピストン１７が、ボールナット３０とともにアキシャル方向ＳＴに一体に移動する。
図３（ａ）は、ボールナット３０の拡大断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）IIIB−IIIB線に沿って切断された概略断面図である。図４は図３（ａ）の一部を拡大した拡大断面図である。

図３（ａ）に示すように、ボールナット３０の雌ねじ溝３３内に保持された複数の主ボール２９は、雌ねじ溝３３および雄ねじ溝３４間に形成される軌道路Ｋに沿って並ぶボール列Ｌを構成している。ボール列Ｌは、第１端部Ｌａと第２端部Ｌｂとを備える。
ボールねじ装置２２は、軌道路Ｋにおいてボール列Ｌの両側に配置された第１コイルスプリング５１および第２コイルスプリング５２を備える。

第１コイルスプリング５１は、ボール列Ｌの第１端部Ｌａの主ボール２９ａに係合する第１端部５１１と、第２端部５１２とを備える。第２コイルスプリング５２は、ボール列Ｌの第2 端部Ｌｂの主ボール２９ｂに係合する第１端部５２１と、第２端部５２２とを備える。
図３（ｂ）に示すように、ボールナット３０の内周３０ｂには、雌ねじ溝３３の接線方向Ｔに延びるように窪む第１ストッパとしての凹部６０が形成されている。図３（ａ）に示すように、凹部６０は、ボールナット３０の第２端部３０２の端面に開放されている。凹部６０は、例えば、ボールナット軸方向Ｘからの鍛造加工により形成されている。
ボールねじ装置２２は、凹部６０に保持されたストッパボール８１を備えている。第１コイルスプリング５１の第２端部５１２は、ストッパボール８１を介して凹部６０によって受けられている。

図３（ａ）および図５に示すように、ボールねじ装置２２は、軌道路Ｋ内に突出する第２ストッパとしての凸部７０を備える。図５に示すように、凸部７０は、ボールナット３０を貫通するストッパピン７００の一部であって、雌ねじ溝３３内に突出する部分により構成されている。
図６に示すように、ストッパボール８１の直径Ｄ１は、第１コイスプリング５１の第２端部５１２としての座巻き部の内径Ｅ１よりも大きくされている（Ｄ１＞Ｅ１）。ストッパボール８１は、第１コイルスプリング５１の第２端部５１２（座巻部）の内径をガイドする内径ガイドとして機能する。ストッパボール８１の直径Ｄ１は、主ボール２９の直径ｄ（図４参照）よりも大きくされている（Ｄ１＞ｄ）。

図３（ａ）に示すように、ストッパボール８２の直径Ｄ２は、主ボール２９の直径ｄと同じであってもよいし（Ｄ２＝ｄ）、主ボール２９の直径ｄよりも小さくされていてもよい（Ｄ２＜ｄ）。
図７に示すように、ストッパボール８２の直径Ｄ２は、第２コイスプリング５２の第２端部５２２としての座巻き部の内径Ｅ２よりも大きくされている（Ｄ２＞Ｅ２）。ストッパボール８２は、第２コイルスプリング５２の第２端部５２２（座巻部）の内径をガイドする内径ガイドとして機能する。

図３（ａ）および図４を参照して、ボールナット３０の凹部６０（第１ストッパ）は、ストッパボール８１を介して第１コイルスプリング５１の第２端部５１２を受ける座面としての第１面６１と、ストッパボール８１のボールナット軸方向Ｘ（アキシャル方向ＳＴ）への移動を規制する第２面６２とを含む。また、図３（ｂ）に示すように、凹部６０は、第１面６１および第２面６２とは交差する第３面６３を含む。

図４に示すように、第２面６２は、雌ねじ溝３３のリード角βの方向Ｑ（以後では、リード角方向Ｑとも言う）に延びるように、ボールナット３０の軸直角面Ｐ１に対してリード角βに相当する角度β１だけ傾斜している。
第１面６１と第２面６２とは交差している。具体的には、第１面６１と第２面６２とは直交している。すなわち、第１面６１は、ボールナット３０の軸平行面Ｐ２に対してリード角βに相当する角度β２だけ傾斜している。

低い軸力が負荷される状態でねじ軸２８が回転駆動されるときには、コイルスプリング５１，５２は収縮しないので、ボール列Ｌの主ボール２９とボールナット３０とは相対移動しない。したがって、ボール列Ｌの主ボール２９とボールナット３０の雌ねじ溝３３との間に滑りを生じながら、ボールナット３０がストロークする。
一方、高い軸力が負荷される状態でねじ軸２８が回転駆動されるときには、コイルスプリング５１，５２が収縮し、ボール列Ｌの主ボール２９が、ボールナット３０およびねじ軸２８の双方に対して転動しつつ、ボールナット３０がストロークする。これにより高効率のねじ伝動が達成される。

本実施形態によれば、図８（ａ）に示すように、凹部６０において、ボールナット軸方向Ｘへのストッパボール８１の移動を規制する第２面６２が、リード角方向Ｑに延びるように、軸直角面Ｐ１に対してリード角βに相当する角度β１だけ傾斜している。したがって、第２面６２と、ねじ軸２８の雄ねじ溝３４の一方の稜線３４ａとは、互いに平行になる。したがって、動力伝達時に、ストッパボール８１が、ねじ軸２８（の雄ねじ溝３４）とボールナット３０（の凹部６０の第２面６２）との間に、楔状に嵌まり込むことを抑制することができる。

また、凹部６０において、ストッパボール８１を受ける座面としての第１面６１が、軸平行面Ｐ２に対してリード角βに相当する角度β２だけ傾斜している。したがって、第１面６１と、ねじ軸の雄ねじ溝３４の一方の稜線３４ａとのなす角度θは、直角になる（θ＝９０°）。したがって、動力伝達時に、ストッパボール８１が、ねじ軸２８（雄ねじ溝３４）とボールナット３０（の凹部６０の第１面６１）との間に、楔状に嵌まり込むことを抑制することができる。

これに対して、仮に、図８（ｂ）の比較形態に示すように、凹部６０Ｘにおいて、第１面６１Ｘが軸直角面Ｐ１に沿い、第２面６２Ｘが軸平行面Ｐ２に沿っている場合には、下記の不具合の発生が予想される。
すなわち、図８（ｂ）の比較形態では、第２面６２Ｘと雄ねじ溝３４の一方の稜線３４ａとのなす角度θＹが、鋭角（θＹ＜９０°）となるため、動力伝達時に、ストッパボール８１が、雄ねじ溝３４と第２面６２Ｘとの間に、楔状に嵌まり込むおそれがある。また、第１面６１Ｘと雄ねじ溝３４の一方の稜線３４ａとのなす角度θＸが、鋭角となる（θＸ＜９０°）となるため、動力伝達時に、ストッパボール８１が、雄ねじ溝３４と第１面６１Ｘとの間に、楔状に嵌まり込むおそれがある。
（第２実施形態）
図９は第２実施形態のボールねじ装置２２Ａの断面図である。図９において、ねじ軸の図示が省略されている。図９の第２実施形態のボールねじ装置２２Ａが、図３（ａ）の第１実施形態のボールねじ装置２２と異なるのは、ストッパボール８２が廃止され、第２コイルスプリング５２の第２端部５２２が、ストッパピン７０によって直接受けられている点である。

図９の第２実施形態の構成要素において、図３（ａ）の第１実施形態の構成要素と同じ構成要素には、第１実施形態の構成要素の参照符号と同じ参照符号を付してある。第２実施形態においても、第１実施形態と同じ効果を奏することができる。
本発明は各前記実施形態に限定されるものではなく、図示していないが、ストッパボール８２を介して第２コイルスプリング５２の第２端部５２２を受ける第２ストッパとして、凸部７０に代えて、第１ストッパとしての凹部６０と同じ構成を用いてもよい。

また、図示していないが、図９の第２実施形態の変更形態として、第２コイルスプリング５２を廃止し、ボール列Ｌの第２端部Ｌｂの主ボール２９ｂを凸部７０によって直接受ける例が考えられる。
また、ボール列Ｌの中間部の１または複数箇所に、第３コイルスプリング（図示せず）を介在させてもよい。その他、本発明は特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…ブレーキ装置、２…ディスク、３…キャリパ、４…第１バックアッププレート、５…第２バックアッププレート、６…第１パッド、７…第２パッド、８…第１ボディ、９…第２ボディ、１３…シリンダ、１７…ピストン、２０…電動モータ、２１…減速装置、２２；２２Ａ…ボールねじ装置、２８…ねじ軸、２８ａ…外周、３０…ボールナット、３０ａ…外周、３０ｂ…内周、３０１…第１端部、３０２…第２端部、３３…雌ねじ溝、３４…雄ねじ溝、３５，３６…回転規制部、３７，３８…円筒面部、３９…位置決め段部、４０…止め輪、２９，２９ａ，２９ｂ…主ボール、５１…第１コイルスプリング、５１１…第１端部、５１２…第２端部、５２…第２コイルスプリング、５２１…第１端部、５２２…第２端部、６０…凹部（第１ストッパ）、６１…第１面、６２…第２面、６３…第３面、７０…凸部（第２ストッパ）、７００…ストッパピン、８１…ストッパボール、８２…ストッパボール、β…リード角、β１，β２…リード角に相当する角度、Ｋ…軌道路、Ｌ…ボール列、Ｌａ…第１端部、Ｌｂ…第2 端部、Ｐ１…軸直角面、Ｐ２…軸平行面、Ｑ…リード角の方向（リード角方向）、Ｔ…接線方向、Ｘ…ボールナット軸方向

Claims

内周と、前記内周に形成された雌ねじ溝と、前記内周に形成され前記雌ねじ溝の接線方向に延びるように窪むストッパとしての凹部と、を含むボールナットと、
外周と、前記外周に形成された雄ねじ溝と、を含み、前記ボールナットに挿通されたねじ軸と、
前記雌ねじ溝および前記雄ねじ溝間に形成される軌道路に収容された複数の主ボールを含むボール列と、
前記ボール列の端部の主ボールに係合する第１端部と、第２端部と、を含み、前記軌道路に収容されたコイルスプリングと、
前記ボールナットの前記凹部に保持され、前記コイルスプリングの前記第２端部に係合するストッパボールと、を備え、
前記凹部は、前記ストッパボールを介して前記コイルスプリングの前記第２端部を受ける座面としての第１面と、前記第１面とは交差し、ボールナット軸方向への前記ストッパボールの移動を規制する第２面と、を含み、
前記第２面は、前記雌ねじ溝のリード角の方向に延びるように前記ボールナットの軸直角面に対して前記リード角に相当する角度だけ傾斜しているボールねじ装置。
請求項１において、前記第１面は、前記ボールナットの軸平行面に対して前記リード角に相当する角度だけ傾斜しているボールねじ装置。