JP5127675B2 - ボールねじ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、自動車用アクチュエータに用いられる軸循環タイプのボールねじに関し、詳しくは、ナットとねじ軸間のシール構造に関するものである。

従来の軸循環タイプのボールねじとしては、例えば、Ｖベルト式無段変速機（ＣＶＴ）のアクチュエータに使用されるものが知られている（特許文献１参照）。
すなわち、プーリのＶ溝を構成する可動フランジに対し、ボールねじのナットが回転自在、且つ軸方向に一体に移動可能に連結され、ナットの内側に同心に配置された中空のねじ軸が回転軸に対して回転自在にかつ軸方向に固定されている。回転軸はプーリの固定側フランジに固定され、ねじ軸内周が回転軸に、軸受を介して相対回転自在に支持されている。

ナットが回転し、軸方向及び回転方向に不動に支持されているねじ軸に対して、ナットが軸方向に移動する。このナットの軸方向移動によって軸受を介して、プーリの第２フランジ部が軸方向に移動し、第１、第２フランジ間の軸方向離隔距離が変化してベルトの巻き掛け径が変化するようになっていた。
ナットとねじ軸間のシールは、隙間軸ねじ軸の固定側端からナットの外周部を覆うように設けられたアウター部材と、ナットとねじ軸間のボールを収容する内部空間をシールするべくナットとアウター部材の間に設けられたオイルシールと、内部空間を前記アウター部材の外部に連通する連通路と、を備えた構成となっていた。
特開２００７−７１２５５号公報

しかしながら、ボールねじをカバーするアウター部材の形状が大きく複雑であること、オイルシールの接触抵抗により、ボールねじが高効率であることに起因するスムースで応答性の高いＶベルト駆動がある程度損なわれる等の問題がある。
特に、乾式ベルト駆動の場合は、ボールねじから飛散した油分がプーリとベルト接触部に付着すると、摩擦力の低下を招く可能性があり問題となる。

本発明は、こうした従来の問題に鑑みてなされたもので、ナットとねじ軸間のボール循環部への異物進入防止とスムースな作動を両立させ得るベルト駆動の無段変速機に用いられる軸循環タイプのボールねじを提供することを目的とする。

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、内周に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、このナットに内挿され、外周に前記ねじ溝のリード角と同一のリード角からなる複数のねじ溝が形成されたねじ軸と、前記両ねじ溝間に転動自在に収容された多数のボールとを備え、前記ねじ軸の軸方向で隣り合うねじ溝の間に存在するランド部に、当該複数のねじ溝を個別に閉ループとする複数のボール循環溝が設けられたベルト駆動の無段変速機に用いられる軸循環タイプのボールねじにおいて、前記ナットのねじ軸の出没する側の開口部と反対側の開口部に一段拡径された大径部が形成され、この大径部に軸受が組み付けられると共に、前記ねじ軸が中空構造で、反ナット側開口部に一段拡径された大径部が形成され、この大径部の内周に軸受が組み付けられて当該ねじ軸が回転自在に、かつ軸方向移動自在に組み付けられ、前記ナットの開口部内周とねじ軸外周の間の隙間をシールするシール部材を備え、該シール部材は、金属板のプレス成形品で、前記ナットに固定されるナット固定部と、ナット固定部から径方向内方に延びる円板状のシール板部と、を有し、該シール板部の内径側端部はねじ軸外周に微小隙間を介して対向していることを特徴とする。
このようにすれば、非接触のシール部材によって、ボールねじ内部への異物侵入を防ぐことが可能である。ねじ軸は、全長にわたってねじ溝が設けられておらず、ナットの内部に限定されるので、ねじ軸の外周は円筒面であり、ねじ軸とナットが相対的に回転及び軸方向に相対移動しても、この外周面に対して、シール板部の内径端が常に微小隙間を維持し、良好なシール性が維持される。
また、シール部材を非接触シールとしているので、摩擦トルクがなく、スムースな駆動が可能となる。したがって、たとえば、ＣＶＴ無段変速機の応答性が向上し、駆動モータへの負荷を低減することができる。

請求項２に記載のように、ナット固定部を圧入固定とすれば、固定作業が容易である。
請求項３に記載のように、ナット固定部にスリットを設けることによって、寸法管理が容易となり、また、装着性が向上する。

また、他の発明は、請求項４に記載のように、内周に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、このナットに内挿され外周に前記ねじ溝のリード角と同一のリード角からなる複数のねじ溝が形成されたねじ軸と、前記両ねじ溝間に転動自在に収容された多数のボールとを備え、前記ねじ軸の軸方向で隣り合うねじ溝の間に存在するランド部に、当該複数のねじ溝を個別に閉ループとする複数のボール循環溝が設けられた軸循環タイプのボールねじにおいて、前記ナットの開口部内周とねじ軸外周の間の隙間をシールするシール部材を備え、該シール部材は、ねじ軸に固定されるねじ軸固定部と、該ねじ軸固定部から軸方向ナット側に延びてナットの開口部を超えてナットの外周を覆う円筒状のシール筒部とを備え、該シール筒部の内周はナット外周に微小隙間を介して対向していることを特徴とする。
このようにすれば、ねじ軸とナットが相対的に回転及び軸方向に相対移動しても、シール筒部が、ナット外周面に対して常に微小隙間を維持し、良好なシール性を維持することができる。特に、シール筒部が、ナット外周を所定長さだけオーバーラップした状態で覆っているので、異物進入経路が複雑且つ長くなり、異物進入防止効果が増大する。
また、シール部材を非接触シールとしているので、摩擦トルクがなく、スムースな駆動が可能となる。

請求項５に記載のように、シール部材の軸方向長さがボールねじスロトーク以上となっていれば、必ず、ねじ軸のストロークがどの位置でも、確実にシールすることができる。
請求項６に記載のように、ねじ軸固定部を圧入固定とすれば、固定作業が容易である。
請求項７に記載のように、ねじ軸固定部にスリットを設けることによって、寸法管理が容易となり、また、装着性が向上する。

請求項８に記載のように、ねじ軸固定部はシール筒部の一端から径方向外方に張り出すフランジ部を備えている構成とすれば、取付部の剛性が大きくなり、シール部材の安定固定を図ることができる。

本発明に係るボールねじは、ナットのねじ軸の出没する側の開口部と反対側の開口部に一段拡径された大径部が形成され、この大径部に軸受が組み付けられると共に、ねじ軸が中空構造で、反ナット側開口部に一段拡径された大径部が形成され、この大径部の内周に軸受が組み付けられて当該ねじ軸が回転自在に、かつ軸方向移動自在に組み付けられ、ナットの開口部内周とねじ軸外周の間の隙間をシールするシール部材を備え、該シール部材は、金属板のプレス成形品で、前記ナットに固定されるナット固定部と、ナット固定部から径方向内方に延びる円板状のシール板部と、を有し、該シール板部の内径側端部はねじ軸外周に微小隙間を介して対向しているので、ねじ軸とナットが相対的に回転及び軸方向に相対移動しても、この外周面に対して、シール板部の内径端が常に微小隙間を維持し、良好がシール性が維持される。
また、シール部材を非接触シールとしているので、摩擦トルクがなく、スムースな駆動が可能となる。したがって、たとえば、ＣＶＴ無段変速機に適用した場合には応答性が向上し、駆動モータへの負荷を低減することができる。
また、他の発明は、ナットの開口部内周とねじ軸外周の間の隙間をシールするシール部材を備え、該シール部材は、金属板のプレス成形品で、ねじ軸に固定されるねじ軸固定部と、該ねじ軸固定部から軸方向ナット側に延びてナットの開口部を超えてナットの外周を覆う円筒状のシール筒部とを備え、該シール筒部の内周はナット外周に微小隙間を介して対向する構成となっているので、ねじ軸とナットが相対的に回転及び軸方向に相対移動しても、シール筒部が、ナット外周面に対して常に微小隙間を維持し、良好なシール性を維持することができる。
また、シール部材を非接触シールとしているので、摩擦トルクがなく、スムースな駆動が可能となる。したがって、たとえば、ＣＶＴ無段変速機に適用した場合には応答性が向上し、駆動モータへの負荷を低減することができる。

本発明は、内周に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、このナットに内挿され、外周に前記ねじ溝のリード角と同一のリード角からなる複数のねじ溝が形成されたねじ軸と、前記両ねじ溝間に転動自在に収容された多数のボールとを備え、ねじ軸の軸方向で隣り合うねじ溝の間に存在するランド部に、当該複数のねじ溝を個別に閉ループとする複数のボール循環溝が設けられたベルト駆動の無段変速機に用いられる軸循環タイプのボールねじにおいて、前記ナットのねじ軸の出没する側の開口部と反対側の開口部に一段拡径された大径部が形成され、この大径部に軸受が組み付けられると共に、前記ねじ軸が中空構造で、反ナット側開口部に一段拡径された大径部が形成され、この大径部の内周に軸受が組み付けられて当該ねじ軸が回転自在に、かつ軸方向移動自在に組み付けられ、前記ナットの開口部内周とねじ軸外周の間の隙間をシールするシール部材を備え、該シール部材は、金属板のプレス成形品で、前記ナットに固定されるナット固定部と、ナット固定部から径方向内方に延びる円板状のシール板部と、を有し、該シール板部の内径側端部はねじ軸外周に微小隙間を介して対向していることを特徴とする。
また、他の形態のシール部材は、金属板のプレス成形品で、ねじ軸に固定されるねじ軸固定部と、ねじ軸固定部から軸方向ナット側に延びてナットの開口部を超えてナットの外周を覆う円筒状のシール筒部とを備え、該シール筒部の内周はナット外周に微小隙間を介して対向していることを特徴とする。

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は、本発明の実施例１に係るボールねじを示す概略縦断面図、図２は、シール部材近傍の部分拡大断面図、図３（ａ）の鋼板シールの正面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は右側面図である。

ボールねじ１０は、内周面に、両端部間で連続した所定のリード角を有する一条のねじ溝１１ａが形成されたナット１１と、このナット１１に内挿されて外周に前記ねじ溝１１ａのリード角と同一のリード角からなる複数のねじ溝１３ａ、１３ｂが形成されたねじ軸１３と、両ねじ溝１１ａ、１３ａ、１３ｂ間に転動自在に収容された多数のボール１２とを備えた構造となっている。

ねじ軸１３の軸方向で隣り合うねじ溝１３ａ、１３ｂの間に存在するランド部１４には、複数のねじ溝１３ａ、１３ｂを個別に閉ループとする複数のボール循環溝１５、１６が設けられ、このボール循環溝１５、１６が、前記ねじ溝１３ａ、１３ｂの下流のボールを内径側へ沈み込ませると共にナット１１のランド部を乗り越えさせて上流側へ戻す複数のボール循環列２１、２２を構成する。
また、ねじ溝１３ａ、１３ｂは、断面がボール１２の半径よりも僅かに大きい曲率半径からなる２つの円弧を組み合わせた、所謂ゴシックアーク形状に形成されていてもよいし、ボール１２の半径よりも僅かに大きい曲率半径からなり、ボール１２とアンギュラコンタクトするサーキュラアーク形状であっても良い。

この実施例では、各ボール循環列２１、２２のボール循環溝１５、１６の円周方向の位相が、１８０°反対方向に位置しており、ボール循環列２１、２２間のピッチは、半周分が１ピッチ離間しており、残りの半周分が２ピッチ分離間している。

さらに、このボールねじは、特に図示しないが、各列のボール１２を周方向等配に保持する保持器リングを備えている。保持器リングは、ねじ軸１３に対して軸方向にほぼ不動に位置決めされた状態で、かつ相対回転可能な状態で取り付けられる。

このボールねじは、ねじ軸１３とナット１１の相対回転によって、ねじ軸１３の一端が、ナット１１の一方の開口部から、所定ストロークだけ出没する構成となっている。
ナット１１のねじ軸１３の出没する側の開口部と反対側の開口部は一段拡径された大径部１８となっており、この大径部１８内周に軸受４０が組み付けられている。

また、ねじ軸１３は中空構造で、ねじ軸１３の反ナット側開口部も一段拡径された大径部１９となっており、この大径部１９内周に軸受５０が組み付けられている。また、このねじ軸１３の大径部１９の開口端部にはフランジ１９ａが張り出している。軸受４０、５０は、図示例では転がり玉軸受であるが、ローラを用いたものでよく、その種類は問わない。

このボールねじ１０は、ベルト駆動の無段変速機（ＣＶＴ）におけるベルトのプーリ幅調整機構に用いられる。たとえば、ねじ軸１３が、軸受５０を介して不図示の固定側プーリを回転駆動する回転軸に相対回転自在に組みつけられ、ナット１１が可動プーリ側に連結される。そして、ナット１１とねじ軸１３を相対回転させることにより、ナット１１をねじ軸１３に対して軸方向に相対移動させ、ナット１１に連結される可動フランジを移動させ、プーリの巻き掛け径を変化させる。もっとも、アクチュエータの構造が限定されるものではなく種々の構成を適用可能である。

本発明では、ナット１１のねじ軸１３が出没する側の開口部内周とねじ軸１３外周の間の隙間をシールするシール部材としての鋼板シール２０を備えている。
鋼板シール２０は、図２及び図３に示すように、薄肉鋼板のプレス成形品で、ナット１１の開口端部外周に圧入されるナット固定部２１と、ナット固定部２１から径方向内方に延びる円板状のシール板部２２と、を有し、シール板部２２の内径側端部はねじ軸１３外周に微小隙間ｇを介して対向している。シール板部２２は平ワッシャ形状で、ナット１１の端面に当接している。ナット固定部２１はナットの開口端部に圧入固定されるが、少なくとも１箇所にスリットもしくは割れを設けることにより、寸法管理を容易とすることができる。
この鋼板シール２０によって、ボールねじ１０の内部に封入されたグリースｇの外部への漏洩と、外部から雨水やダスト等の異物が内部に侵入するのを防止している。

実施例１においては、ねじ軸とナットが相対的に回転及び軸方向に相対移動しても、この外周面に対して常に微小な隙間が維持される。また、シール部材を容易にプレス成形が可能な鋼板シール２０としたので、安価にボールねじ内部への異物侵入を防ぐことが可能である。また、非接触シールとなっているので、摩擦トルクがなく、無段変速機（ＣＶＴ）に使用した場合には、スムースなＶプーリの駆動が可能となり、無段変速機の応答性が向上し、駆動モータへの負荷を低減することができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。
以下の説明では、実施例１と異なる点についてのみ説明し、同一の構成部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図４は、本発明の実施例２に係るボールねじを示す概略縦断面図、図５は、鋼板シール近傍の部分拡大断面図、図６は、図４のねじ軸がナット内に没入した状態の縦断面図、図７（ａ）の鋼板シールの正面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は右側面図である。

この実施例２は、シール部材としての鋼板シールの構成のみが実施例１と相違する。
以下、鋼板シールについてのみ説明する。
鋼板シール３０は、主として図５及び図７に示すように、その片端にねじ軸１３に固定されるねじ軸固定部３１と、ねじ軸固定部３１から軸方向ナット１１側に延びてナット１１の開口部を超えてナット１１の外周を覆う円筒状のシール筒部３２とを備え、シール筒部３２の内周はナット１１外周に微小隙間ｇを介して対向している。

この実施例では、軸受５０が装着される大径部１９の外周段部端面１９１の中途部に取付段部１９２を設け、この取付段部１９２に鋼板シール３０のねじ軸固定部３１を圧入固定している。この鋼板シール３０の片側端のねじ軸固定部３１には、径方向外向きに突出するフランジ部３３が設けられ、このフランジ部３３が外周段部端面１９１に当接させることにより、鋼板シール３０の安定固定を図ることができる。このねじ軸固定部３１にも、少なくとも一箇所スリットもしくは割れを設けた圧入固定とすることにより、寸法管理を容易とすることができる。

図４は、ねじ軸１３がナット１１の開口部から軸方向に最も突出した状態で、ねじ軸１３外周のナット１１の開口端側に位置するボール循環列２１が、ナットの開口端付近まで達し、ねじ軸１３の突出量が最大に近い。

図６は、ねじ軸１３とナット１１が相対回転して、ねじ軸１３がナット１１の開口部から軸方向に最も深く没入した状態で、ねじ軸１３の軸端がナット１１の軸受４０近傍まで達し、ねじ軸１３の突出量は最小である。
鋼板シールのシール筒部３２の長さは、ねじ軸１３の突出量が最大状態で（図４の状態）、シール筒部３２の先端部が所定長さ分だけナット外周に被さる程度の長さに設定されている。すなわち、シール筒部３２の長さＬ１が、ボールねじのストローク量Ｌ０よりも長い。また、この実施例では、ナットの反ねじ軸側の端部に大径部１８があるので、ねじ軸１３の突出量が最小のときにシール筒部３２の先端が大径部１３と干渉しない程度の長さに設定される。

この実施例２においては、実施例１に比べて、ナット１１の外周を所定長さだけオーバーラップした状態で覆っているので、異物進入経路が複雑且つ長くなり、実施例１に比べて異物進入防止効果が増大する。

なお、上記実施例では、ねじ軸１３が中空構造の場合について説明したが、中空構造に限定されるものではなく、中実のねじ軸でもよい。
また、上記実施例のボールねじは、ねじ軸とナットの相対回転によって、ねじ軸の一端が、ナットの一方の開口部からのみ、所定ストロークだけ出没する構成となっている場合について説明したが、ねじ軸がナットを貫通しているような場合についても適用可能であり、その場合にはナットの軸方向両側の開口部についてシール部材を装着すればよい。

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。

本発明に係るボールねじは、自動車のＶベルト式無段変速機のプーリ幅調整機構等に適用できる。

本発明の実施例１に係るボールねじをねじ軸のボール循環列部分を見せた状態の縦断面図。 図１の鋼板シールの部分拡大断面図。 図１の鋼板シール全体を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は右側面図。 本発明の実施例２に係るボールねじのねじ軸のボール循環列部分を見せた状態で示す縦断面図。 図４の鋼板シールの部分拡大断面図。 図４のボールねじのねじ軸がナット内に没入した状態をねじ軸のボール循環列部分を見せた状態の縦断面図。 図４の鋼板シール全体を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は平面図。

符号の説明

１０・・・・・・・・・・ボールねじ
１１・・・・・・・・・・ナット
１１ａ・・・・・・・・・ねじ溝
１２・・・・・・・・・・ボール
１３・・・・・・・・・・ねじ軸
１３ａ、１３ｂ・・・・・ねじ溝
１４・・・・・・・・・・ランド部
１５、１６・・・・・・・ボール循環溝
１８・・・・・・・・・・大径部（ナット）
１９・・・・・・・・・・大径部（ねじ軸）
２０・・・・・・・・・・鋼板シール（シール部材）
２１・・・・・・・・・・ナット固定部
２２・・・・・・・・・・シール板
３０・・・・・・・・・・鋼板シール
３１・・・・・・・・・・ねじ軸固定部
３２・・・・・・・・・・シール筒部

Claims (8)

1. 内周に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、このナットに内挿され、外周に前記ねじ溝のリード角と同一のリード角からなる複数のねじ溝が形成されたねじ軸と、前記両ねじ溝間に転動自在に収容された多数のボールとを備え、前記ねじ軸の軸方向で隣り合うねじ溝の間に存在するランド部に、当該複数のねじ溝を個別に閉ループとする複数のボール循環溝が設けられたベルト駆動の無段変速機に用いられる軸循環タイプのボールねじにおいて、
   前記ナットのねじ軸の出没する側の開口部と反対側の開口部に一段拡径された大径部が形成され、この大径部に軸受が組み付けられると共に、
   前記ねじ軸が中空構造で、反ナット側開口部に一段拡径された大径部が形成され、この大径部の内周に軸受が組み付けられて当該ねじ軸が回転自在に、かつ軸方向移動自在に組み付けられ、
   前記ナットの開口部内周とねじ軸外周の間の隙間をシールするシール部材を備え、該シール部材は、金属板のプレス成形品で、前記ナットに固定されるナット固定部と、ナット固定部から径方向内方に延びる円板状のシール板部と、を有し、該シール板部の内径側端部はねじ軸外周に微小隙間を介して対向していることを特徴とするボールねじ。
2. ナット固定部は圧入固定である請求項１に記載のボールねじ。
3. ナット固定部には、スリットが設けられている請求項２に記載のボールねじ。
4. 内周に螺旋状のねじ溝が形成された円筒状のナットと、このナットに内挿され外周に前記ねじ溝のリード角と同一のリード角からなる複数のねじ溝が形成されたねじ軸と、前記両ねじ溝間に転動自在に収容された多数のボールとを備え、前記ねじ軸の軸方向で隣り合うねじ溝の間に存在するランド部に、当該複数のねじ溝を個別に閉ループとする複数のボール循環溝が設けられたベルト駆動の無段変速機に用いられる軸循環タイプのボールねじにおいて、
   前記ナットのねじ軸の出没する側の開口部と反対側の開口部に一段拡径された大径部が形成され、この大径部に軸受が組み付けられると共に、
   前記ねじ軸が中空構造で、反ナット側開口部に一段拡径された大径部が形成され、この大径部の内周に軸受が組み付けられて当該ねじ軸が回転自在に、かつ軸方向移動自在に組み付けられ、
   前記ナットの開口部内周とねじ軸外周の間の隙間をシールするシール部材を備え、該シール部材は、金属板のプレス成形品で、ねじ軸に固定されるねじ軸固定部と、該ねじ軸固定部から軸方向ナット側に延びてナットの開口部を超えてナットの外周を覆う円筒状のシール筒部とを備え、該シール筒部の内周はナット外周に微小隙間を介して対向していることを特徴とするボールねじ。
5. シール部材の軸方向長さがボールねじスロトーク以上となっている請求項４に記載のボールねじ。
6. ねじ軸固定部は圧入固定である請求項４又は５に記載のボールねじ。
7. ねじ軸固定部にはスリットが設けられている請求項６に記載のボールねじ。
8. ねじ軸固定部はシール筒部の一端から径方向外向きに張り出すフランジ部を備えていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれかの項に記載のボールねじ。
   

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