特許ウォッチ

公開番号2024055521
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-18
出願番号2022162533
出願日2022-10-07
発明の名称ボールねじ装置および直動機構
出願人NTN株式会社
代理人個人,個人
主分類F16H 25/22 20060101AFI20240411BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】ボールねじ軸を任意位置に無給電でロックできるボールねじ装置および直動機構を提供する。
【解決手段】ロック機構は、外径側永久磁石と、内径側永久磁石と、外径側永久磁石と内径側永久磁石との間に介在されるコイルとを有する磁気力発生器とを備える。磁気力発生器にて発生する磁気吸引力にて、第1係合部と第2係合部とが相対的に装置軸方向に接近・離間する。接近状態では、第1係合部と第2係合部とが係合してナット部材の回転を規制し、離間状態では、第1係合部と第2係合部の係合が解除されてナット部材の離間状態では前記ナット部材の回転を許容し、接近・離間の切り換え時のみコイルに電流を供給する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
外周面にねじ溝が設けられたボールねじ軸と、ボールねじ軸に挿入され、内周面にねじ溝が設けられたナット部材と、ボールねじ軸のねじ溝とナット部材のねじ溝との間に嵌合される複数のボールと、前記ナット部材の回転を規制する口ック機構を備えたボールねじ装置であって、
前記ロック機構は、少なくとも、外径側永久磁石と、内径側永久磁石と、外径側永久磁石と内径側永久磁石との間に介在されるコイルとを有する磁気力発生器とを備え、前記磁気力発生器にて発生する磁気吸引力にて、前記第１係合部と第２係合部とが相対的に装置軸方向に接近・離間して、接近状態では、前記第１係合部と第２係合部とが係合してナット部材の回転を規制し、離間状態では、前記第１係合部と第２係合部の係合が解除されてナット部材の離間状態では前記ナット部材の回転を許容し、接近・離間の切り換え時のみコイルに電流を供給することを特徴とするボールねじ装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記第２係合部が、前記ナット部材側に固着された磁性材からなる基板に設けられるとともに、前記第１係合部を前記第２係合部から離間する方向に押圧する押圧部材を備え、前記外径側永久磁石と前記内径側永久磁石とを逆方向に着磁して、前記内・外径側永久磁石を流れて前記基板には流れない中巡回磁束を発生させて、前記第１係合部が前記第２係合部に吸着される磁気吸引力を発生させず、かつ、前記外径側永久磁石と前記内径側永久磁石とを同一方向に着磁して、内径側永久磁石および前記基板を流れる大巡回磁束と外径側永久磁石および前記基板を流れる小巡回磁束とを発生させて、前記押圧部材の押圧力に抗して、前記第１係合部を第２係合部に接近させて係合させる磁気吸引力を発生させることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
【請求項３】
前記第２係合部が設けられる磁性材からなる往復動板を装置軸方向に往復動可能として前記ナット部材側に設けるとともに、前記往復動板を前記第１係合部から離間する方向に引っ張る引張り部材を備え、前記外径側永久磁石と前記内径側永久磁石とを逆方向に着磁して、前記内・外径側永久磁石を流れて前記往復動板には流れない中巡回磁束を発生させて、前記第１係合部に前記第２係合部が吸着される磁気吸引力を発生させず、かつ、前記外径側永久磁石と前記内径側永久磁石とを同一方向に着磁して、内径側永久磁石および前記往復動板を流れる大巡回磁束と外径側永久磁石および前記往復動板を流れる小巡回磁束とを発生させて、前記引張り部材の引張り力に抗して、往復動板を第１係合部側に引き寄せて、第１係合部と第２係合部とを係合させる磁気吸引力を発生させることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
【請求項４】
前記第１係合部が設けられる磁性材からなる往復動体を装置軸方向に往復動可能に設けるとともに、前記第２係合部をナット部材側に固定し、前記往復動体を前記第２係合部に接近させる方向に押圧する押圧部材を備え、前記外径側永久磁石と前記内径側永久磁石とを逆方向に着磁して、前記内・外径側永久磁石を流れて前記往復動体には流れない中巡回磁束を発生させて、前記第１係合部を第２係合部から離間させる磁気吸引力を発生させず、前記外径側永久磁石と前記内径側永久磁石とを同一方向に着磁して、内径側永久磁石および前記往復動板を流れる大巡回磁束と外径側永久磁石および前記往復動板を流れる小巡回磁束とを発生させて、前記押圧部材の押圧力に抗して、前記往復動体を前記第１係合部側へ引き寄せて第１係合部と第２係合部を相対的に離間させる磁気吸引力を発生させることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
【請求項５】
前記第１係合部と前記第２係合部とが、凹凸係合又は摩擦材係合にて係合することを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
【請求項６】
前記第１係合部と第２係合部とが相対的に装置軸方向に接近・離間時においては、形成される磁路中の径方向キャップが変化しないことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
【請求項７】
磁気力発生器は、反第１係合部側に設けられる第１ヨークと、第１係合部側に設けられる第２ヨークとを備え、第１ヨークと第２ヨークとで、外径側永久磁石とコイルと内径側永久磁石を挟持し、第１ヨークには外径側永久磁石より外径側に外径側永久磁石を囲むように配設される第３ヨークが連設され、前記第２ヨークよりも反第１ヨーク側に配設される第４ヨークを有し、外径側永久磁石と第３ヨークとの間のギャップをｇ１とし、第１・第２係合部が離間した状態の第１・第２係合部間のギャップをｇ２とし、第３ヨークと第４ヨークとの間のギャップをｇ３としたときに、ｇ１＞ｇ２＞ｇ３とすることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
【請求項８】
内径側永久磁石に低保磁力磁石を用い、外径側永久磁石に高保磁力磁石を用い、内径側永久磁石の着磁状態を変更する励磁コイル電流では、外径側永久磁石の着磁状態は変更されないことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
【請求項９】
第１・第２係合部の接近時と第１・第２係合部の離間時とで、内径側永久磁石の着磁状態を変更する励磁コイル電流の変化速度を調整し、磁気力発生器の磁気吸引力変化速度を変えることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
【請求項１０】
内径側永久磁石の低保磁力磁石に、アルニコル磁石または鉄クロムコバルト磁石を用いることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ装置および直動機構に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ボールねじ装置を構成するボールねじは、伝達効率が高いため、各種直動機構（アクチュエータ）に用いられる。一般に、ボールねじは、ねじ軸、ナット、及びボール等から構成され、ねじ軸とナットのどちらかを回転させると、もう一方が直線運動する機械部品である。このため、直線運動を行う側に対してその位置を保持するため、モータ等の駆動源から常時動力を供給する必要があった。しかしながら、常時動力を供給する場合、エネルギー損失していることになる。そこで、従来には、ボールねじの位置保持機構は種々提案されている（特許文献１～特許文献３）。
【０００３】
ところで、ボールねじは、回転運動を直線運動に変換する正効率、直線運動を回転運動に変換する逆効率いずれもが高いという特徴を持つ。このため、小さなモータでナットを直線運動させることができるという利点がある反面、力の逆入力、すなわちナットに作用する軸力によってねじ軸が回転してしまうという課題がある。ねじ軸を回転させないためには、モータに電流を供給してモータから保持力を発生させる必要がある。
【０００４】
力の逆入力に対して、モータに電流を供給しなくても、ナットが軸方向に移動しないようにするためには、モータの回転運動を減速する減速機構にセルフロック性、すなわち力の逆入力に起因する回転力に対して自己保持性を持たせる必要がある。
【０００５】
特許文献１では、運動変換機構部の駆動を防止するロック機構部を備えた電動アクチュエータが記載されている。この場合、周方向に複数の係合孔が形成されたギヤと、ギヤに対して軸方向に進退して係合孔に対して嵌合するロック部材を有するものである。
【０００６】
特許文献２では、減速機構にセルフロック機能を持たせるものであり、セルフロック機能を持たせるために減速機を高減速比に設定する必要があった。
【０００７】
特許文献３は、ボールねじを用いた転舵装置が記載されている。そして、この転舵装置は電磁ブレーキ装置を備えるものであり、電磁ブレーキ装置は、モータ出力軸に取り付けられたディスクにブレーキシューを押し付けてロックするものである。この場合、ロック時はブレーキシューがコイルばねによってディスクに押し付けられたおり、ソレノイドに通電することでブレーキシューがディスクから引き離されてロックが解除される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１８－１３１８３号公報
特開２０１４－０２５５１５号公報
特開２０１６－９２８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載のものでは、ギヤに形成された係合孔の数は有限であり、任意の位置でロックすることができない。また、減速機歯車の回転を止めてもバックラッシ分はボールねじナットが回転し、ねじ軸が動くことになる。
【００１０】
前記特許文献２に記載されたものでは、セルフロック機能を持たせるために高減速比に設定する必要があるため、高応答性を供給される用途には対応できず、しかも、一般的な減速機に比べて効率も悪いものとなる。また完全に逆入力を遮断できるわけではないため駆動力を断った状態で変動荷重が加わると位置保持ができない。逆入力を低減させるために台形ねじやウォームギヤ等を用いた直動アクチュエータも同様である。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許