(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024055519
(43)【公開日】2024-04-18
(54)【発明の名称】ボールねじ装置および直動機構
(51)【国際特許分類】
F16H 25/22 20060101AFI20240411BHJP
F16D 55/06 20060101ALI20240411BHJP
F16D 65/18 20060101ALI20240411BHJP
H02K 7/06 20060101ALI20240411BHJP
H02K 7/102 20060101ALI20240411BHJP
F16D 121/22 20120101ALN20240411BHJP
【ＦＩ】
F16H25/22 A
F16D55/06 A
F16D65/18
H02K7/06 A
F16H25/22 J
H02K7/102
F16D121:22
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022162531
(22)【出願日】2022-10-07
(71)【出願人】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107423
【弁理士】
【氏名又は名称】城村 邦彦
(74)【代理人】
【識別番号】100120949
【弁理士】
【氏名又は名称】熊野 剛
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 伸幸
【テーマコード（参考）】
3J058
3J062
5H607
【Ｆターム（参考）】
3J058AA43
3J058AA48
3J058AA58
3J058AA73
3J058AA78
3J058AA79
3J058AA88
3J058BA12
3J058CC07
3J058CC13
3J058CC14
3J058CC72
3J058CC77
3J058FA01
3J058FA31
3J062AB22
3J062AC07
3J062BA31
3J062CD04
3J062CD23
3J062CD79
3J062CG83
5H607BB01
5H607BB26
5H607CC03
5H607DD19
5H607EE52
(57)【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、ナット部材に一体状に固着されるディスク板と、ボールねじ軸の軸心方向の往復動が可能な磁性材からなる規制板と、規制板をディスク板側へ押圧して、規制板に付設された摩擦材をディスク板に押し当ててナット部材の回転を規制する押圧部材と、押圧部材の押圧力に抗して摩擦材のディスク板への押し当てを解除する解除機構とを備える。解除機構は、永久磁石が内蔵された電磁石コアと、電磁石コアに配設される一対のコイルとを有する電磁石を備える。一対のコイルに電流を流すことにより、電磁吸引力を発生させて規制板を電磁石側へ吸引する。一対のコイルに流す電流の方向を変更することにより、永久磁石の起磁力の調整を可能とした。
【選択図】図１
【解決手段】ロック機構は、ナット部材に一体状に固着されるディスク板と、ボールねじ軸の軸心方向の往復動が可能な磁性材からなる規制板と、規制板をディスク板側へ押圧して、規制板に付設された摩擦材をディスク板に押し当ててナット部材の回転を規制する押圧部材と、押圧部材の押圧力に抗して摩擦材のディスク板への押し当てを解除する解除機構とを備える。解除機構は、永久磁石が内蔵された電磁石コアと、電磁石コアに配設される一対のコイルとを有する電磁石を備える。一対のコイルに電流を流すことにより、電磁吸引力を発生させて規制板を電磁石側へ吸引する。一対のコイルに流す電流の方向を変更することにより、永久磁石の起磁力の調整を可能とした。
【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、前記ナット部材に一体状に固着されるディスク板と、ボールねじ軸の軸心方向の往復動が可能な磁性材からなる規制板と、前記規制板を前記ディスク板側へ押圧して、前記規制板に付設された摩擦材をディスク板に押し当てて前記ナット部材の回転を規制する押圧部材と、前記押圧部材の押圧力に抗して前記摩擦材のディスク板への押し当てを解除する解除機構とを備え、
前記解除機構は、永久磁石が内蔵された電磁石コアと、電磁石コアに配設される一対のコイルとを有する電磁石を備え、一対のコイルに電流を流すことにより、電磁吸引力を発生させて前記規制板を電磁石側へ吸引し、かつ、一対のコイルに流す電流の方向を変更することにより、前記永久磁石の起磁力の調整を可能としたことを特徴とするボールねじ装置。
前記ロック機構は、前記ナット部材に一体状に固着されるディスク板と、ボールねじ軸の軸心方向の往復動が可能な磁性材からなる規制板と、前記規制板を前記ディスク板側へ押圧して、前記規制板に付設された摩擦材をディスク板に押し当てて前記ナット部材の回転を規制する押圧部材と、前記押圧部材の押圧力に抗して前記摩擦材のディスク板への押し当てを解除する解除機構とを備え、
前記解除機構は、永久磁石が内蔵された電磁石コアと、電磁石コアに配設される一対のコイルとを有する電磁石を備え、一対のコイルに電流を流すことにより、電磁吸引力を発生させて前記規制板を電磁石側へ吸引し、かつ、一対のコイルに流す電流の方向を変更することにより、前記永久磁石の起磁力の調整を可能としたことを特徴とするボールねじ装置。
【請求項2】
前記解除機構は、大径の第１コイルと、小径の第２コイルと、第１コイルと第２コイルとの間に介装される前記永久磁石とを備え、第１コイルに流す電流の方向と第２コイルに流す電流の方向と同一方向として前記電磁石コア内に磁気ループを生じさせるとともに前記永久磁石に磁束を通過させない同方向励磁モードと、第１コイルに流す電流の方向と第２コイルに流す電流の方向とが逆方向として前記電磁石コア内に前記永久磁石に磁束を通過させる磁気ループを生じさせる逆方向励磁モードとがあ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】
前記摩擦材をディスク板に押し当てて前記ナット部材の回転を規制している状態で、前記第１・第２コイルに同一方向の電流を流す同方向励磁モードとして、前記電磁石と規制板との間に磁気吸引力を作用させて、摩擦材のディスク板への押し当て力の軽減を可能としたことを特徴とする請求項２に記載のボールねじ装置。
【請求項4】
ナット部材の回転を規制するロック状態におけるボールねじ軸に係る軸方向荷重を検出る荷重センサを備えた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】
ナット部材の回転を規制するロック状態の解除時において、前記電磁石の磁気吸引力を増加させて前記摩擦材の押し付け力を弱めるとともに、前記ナット部材の駆動トルクを増加させて、ナット部材の駆動トルクの逆方向の回転を規制する制御を行う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】
前記電磁石と規制板との間の隙間寸法を検出する隙間検出センサを備え、この隙間寸法に応じて電磁石の一対のコイルに流すコイル電流を調整して前記電磁石の磁気吸引力を制御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7】
前記電磁石が規制板を吸着した状態で、一対のコイルに逆方向の電流を流して、前記永久磁石が軸方向に沿って通る磁束にて着磁し、一対のコイルへの電流停止でも、規制板が電磁石に吸着状態を維持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】
一対のコイルに電流を流して、前記永久磁石が軸方向に沿って通る磁束にて着磁している状態で、一対のコイルに逆方向の電流を流すことにより、前記永久磁石の消磁を可能とした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】
前記永久磁石の着磁状態を、磁路中の磁束密度から求め、コイル電流の大きさ、向き、流す時間を調整して所望の着磁状態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10】
永久磁石が軸方向に沿って通る磁束にて着磁している状態での規制板の電磁石への吸着が可能な低保磁力磁石であ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】
前記請求項１～請求項１０に記載のボールねじ装置を用いたことを特徴とする直動機構。
【請求項12】
ボールねじ軸の軸方向の停止目標位置付近において、ナット部材の駆動トルクと、規制板の電磁石への吸着力である制動トルクとの協調制御にて制動力乃至ダンピング力を付与する制御を行うことを特徴とする請求項１１に記載の直動機構。
【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。
【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（直動アクチュエータ）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派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する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ており、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】
【特許文献1】特開２０１８－１３１８３号公報
【特許文献2】特開２０１４－０２５５１５号公報
【特許文献3】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減速機を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。また高減速比にしても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場合がある。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】
特許文献３に記載されたものでは、ロック解除時にはソレノイドに常時通電する必要があり、エネルギーが消費される。ロック解除時に荷重によりボールねじ軸が動かないよう、予め解除前から位置制御を施すことになる。この場合、ソレノイドはＯＮ／ＯＦＦ動作のため、荷重と駆動力が釣り合わない状態でロック解除されると位置制御系にはステップ状の外乱が入力されることになって、ボールねじ軸に振動が生じる。
【0012】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、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ものである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明のボールねじ装置は、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、前記ナット部材に一体状に固着されるディスク板と、ボールねじ軸の軸心方向の往復動が可能な磁性材からなる規制板と、前記規制板を前記ディスク板側へ押圧して、前記規制板に付設された摩擦材をディスク板に押し当てて前記ナット部材の回転を規制する押圧部材と、前記押圧部材の押圧力に抗して前記摩擦材のディスク板への押し当てを解除する解除機構とを備え、前記解除機構は、永久磁石が内蔵された電磁石コアと、電磁石コアに配設される一対のコイルとを有する電磁石を備え、一対のコイルに電流を流すことにより、電磁吸引力を発生させて前記規制を電磁石側け吸引し、かつ、一対のコイルに流す電流の方向を変更することにより、前記永久磁石の起磁力の調整を可能としたものである。
【0014】
本発明のボールねじ装置によれば、ロック機構の押圧部材にて、規制板に付設された摩擦材をディスク板に押し当てることができ、この際、ナット部材に駆動トルクを付与しないようにすれば、規制板の摩擦材がディスク板に押し当てられているので、ディスク板が回転停止状態となり、このディスク板に一体状に固着されているナット部材は回転停止状態となる。この回転停止状態においては、電磁石の一対のコイルに電流を流さない無給電状態である。また、電磁石の一対のコイルに電流を流すことより、電磁吸引力を発生させて前記規制板を電磁石側へ吸引することによって、ディスク板の回転停止状態が解除となって、ナット部材に駆動トルクの付与でもって、ナット部材が回転駆動して、ボールねじ軸の軸心方向の往復動が可能となる。
【0015】
前記解除機構は、大径の第１コイルと、小径の第２コイルと、第１コイルと第２コイルとの間に介装される前記永久磁石とを備え、第１コイルに流す電流の方向と第２コイルに流す電流の方向と同一方向として前記電磁石コア内に磁気ループを生じさせるとともに前記永久磁石に磁束を通過させない同方向励磁モードと、第１コイルに流す電流の方向と第２コイルに流す電流の方向とが逆方向として前記電磁石コア内に前記永久磁石に磁束を通過させる磁気ループを生じさせる逆方向励磁モードとがあるように設定することができる。
【0016】
同方向励磁モードとすることによって、永久磁石に磁束を通過させないが、電磁石コア内に磁気ループを生じ、電磁石側に規制板を吸引する電磁吸引力を発生させることができる。また、この同方向励磁モードでは、永久磁石に磁束を通過させないので、永久磁石は着磁しない。これに対して、逆方向励磁モードとすることによって、永久磁石が着磁することになる。また、永久磁石が着磁した状態で、着磁させた逆方向励磁モードとは相違する電流の流れの逆方向励磁モードとすることによって、永久磁石の着磁を消磁させることができる。
【0017】
このため、前記摩擦材をディスク板に押し当てて前記ナット部材の回転を規制している状態で、前記第１・第２コイルに同一方向の電流を流す同方向励磁モードとして、前記電磁石と規制板との間に磁気吸引力を作用させて、摩擦材のディスク板への押し当て力の軽減を可能とすることができる。
【0018】
ナット部材の回転を規制するロック状態におけるボールねじ軸に係る軸方向荷重を検出る荷重センサを備えたものであってもよい。このように荷重センサを設ければ、ロック時におけるボールねじ軸にかかる荷重がわかる。すなわち、ナット部材の制動トルクがわかる。
【0019】
ナット部材の回転を規制するロック状態の解除時において、前記電磁石の磁気吸引力を増加させて前記摩擦材の押し付け力を弱めるとともに、前記ナット部材の駆動トルクを増加させて、ナット部材の駆動トルクの逆方向の回転を規制する制御を行うのが好ましい。
【0020】
このような制御を行うものでは、ロック状態から滑らかにナット部材の回転駆動状態に移行でき、しかもナット部材は所望の回転方向と逆方向に回転することを防止できる。
【0021】
前記電磁石と規制板との間の隙間寸法を検出する隙間検出センサを備え、この隙間寸法に応じて電磁石の一対のコイルに流すコイル電流を調整して前記電磁石の磁気吸引力を制御するように設定できる。すなわち、電磁石の磁気吸引力は、コイルに印加する電流(コイル電流)及び電磁石と規制板との間の隙間寸法によって変化する。このため、この隙間寸法を隙間検出センサで検出することによって、この隙間寸法に応じてコイル電流を調節することで、磁気吸引力を制御することができる。これにより、ロック解除時の制御を安定して正確に行うことができる。さらには、規制板の電磁石に吸着する(接触する)際にソフトランディング(穏やかに接触)させることができる。
【0022】
前記電磁石が規制板を吸着した状態で、一対のコイルに逆方向の電流を流して、前記永久磁石が軸方向に沿って通る磁束にて着磁し、一対のコイルへの電流停止でも、規制板が電磁石に吸着状態を維持するように設定できる。コイルへの電流停止状態でも、規制板が電磁石に吸着状態が維持されるので、この状態でナット部材に駆動トルクを付与することによって、ナット部材が回転駆動する。
【0023】
一対のコイルに電流を流して、前記永久磁石が軸方向に沿って通る磁束にて着磁している状態で、一対のコイルに逆方向の電流を流すことにより、前記永久磁石の消磁を可能となる。このように永久磁石の消磁を行えば、初期状態に戻すことができる。
【0024】
前記永久磁石の着磁状態を、磁路中の磁束密度から求め、コイル電流の大きさ、向き、流す時間を調整して所望の着磁状態とすることができる。
【0025】
永久磁石が軸方向に沿って通る磁束にて着磁している状態での規制板の電磁石への吸着が可能な低保磁力磁石であり、起磁力が高く、保磁力の比較的小さい磁石、例えば鉄-クロム-コバルト（ＦｅＣｒＣｏ）或いはアルニコ磁石（Ａｌｎｉｃｏ）で構成できる。
【0026】
本発明の直動機構は、前記記載のボールねじ装置を用いたものである。ここで、直動機構は、ボールねじ装置を用いた直動アクチュエータ全般を指す。具体的には、建機/農機用電動パワーシリンダ、ロボット腕脚用直動アクチュエータ、自動車サスペンション用車高調整機構、自動車用各輪独立転舵機構、工作機ワークステージ用直動アクチュエータ、介護機器用直動アクチュエータ等の任意位置での位置保持機能が必要なものである。
【0027】
ボールねじ軸の軸方向の停止目標位置付近において、ナット部材の駆動トルクと、規制板の電磁石への吸着力である制動トルクとの協調制御にて制動力乃至ダンピング力を付与する制御を行うように設定できる。
【0028】
このように、制動力乃至ダンピング力を付与することによって、応答速度向上やオーバーシュート防止を図ることができる。
【発明の効果】
【0029】
本発明では、ボールねじ軸を軸方向の目標位置において無給電でロック状態を保持できるので、位置を保持するために、モータ等の駆動源からロック状態において、動力を供給する必要がなく、エネルギー損失が生じない。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明に係るボールねじ装置の要部断面図である。
【図2】本発明に係るボールねじ装置の動作工程図である。
【図3】本発明に係るボールねじ装置の制御部の簡略ブロック図である。
【図4】制動トルクと駆動トルクとの関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
以下本発明の実施の形態を図１～図４に基づいて説明する。図１は、本発明に係るボールねじ装置を示し、このボールねじ装置は、外周面１に第１ねじ溝(図示省略)が設けられたねじ軸３と、ねじ軸３に挿入され、内周面４に第１ねじ溝に対応する第２ねじ溝(図示省略)が設けられたナット部材６と、第１ねじ溝２と第２ねじ溝５との間である転動路(図示省略)に配置される複数のボール(図示省略)とを備えたものである。この場合、駆動手段を構成する駆動源３６(図３参照)らの駆動トルクにて回転駆動され、かつ、回転方向の変更が可能とされる。このため、ナット部材６が回転駆動されることによって、ねじ軸３はその軸方向に沿って往復動することができる。なお、駆動源３６としては、例えば、ＤＣモータを用いることができる。
【0032】
ところで、ボールねじ装置においては、多数のボールを無限に循環させる機能を必要とする。この機能としては、リターンプレート式、こま式、エンドキャップ式、エンドデフレクタ式、およびリターンチューブ式等があり、本ボールねじ装置では、これらのいずれも採用できる。
【0033】
この場合、このボールねじ装置は、ロック機構Ｍを備える。ここで、ロック機構Ｍは、ナット部材６の回転を停止して、ナット部材６に対するボールねじ軸３の軸方向の往復動を規制するものであり、ロック機構Ｍは、ナット部材６に一体状に固着されるディスク板１０と、ボールねじ軸３の軸心方向の往復動が可能な磁性材からなる規制板１１と、規制板１１をディスク板１０側へ押圧して、規制板１１に付設された摩擦材１２をディスク板１０に押し当ててナット部材６の回転を規制する押圧部材１３と、押圧部材１３の押圧力に抗して摩擦材１２のディスク板１０への押し当てを解除する解除機構Ｋとを備える。
【0034】
ナット部材６は、内周面４に第２ねじ溝が形成された円筒体からなり、一方の端面に、ディスク板１０が固着されている。なお、ディスク板１０には中心孔が設けられ、この中心にボールねじ軸３が挿通されている。
【0035】
規制板１１は、ディスク板１０に相対面するように、反ナット部材側に配置される円盤体からなり、ディスク板１０に対向する端面１１ｂに、平板リング状の摩擦材１２が付設されている。摩擦材１２は、ディスク板１０に直接接触することによって制動力を発生する部品であり、一般には、有機系摩擦材と無機系摩擦材とがあり、いずれを用いてもよい。有機系摩擦材は、繊維基材に各種の添加材料を加え、熱硬化樹脂で結合した複合材であり、スチール繊維を使用したセミメタリック系摩擦材もある。また、無機系摩擦材は、焼結金属や炭素繊維強化材料（ＣＣコンポジット）等で構成される。
【0036】
解除機構Ｋは、ボールねじ装置が収納される固定側の非磁性材のハウジング１５に固定される電磁石１６を備えるものである。電磁石１６は、永久磁石１７が内蔵された電磁石コア１８と、電磁石コア１８に配設される一対のコイル２０Ａ、２０Ｂとを備えたものである。電磁石コア１８は、中心孔１８ａが設けられた円盤形状の磁性材からなり、規制板側の端面１８ｃに開口して、コイル２０、２０が収納される周方向凹溝１９が設けられている。一対のコイル２０、２０は、大径側のリング形状に巻設された第１コイル２０Ａと、小径側のリング形状に巻設された第２コイル２０Ｂとを有し、この第１コイル２０Ａと第２コイル２０Ｂとの間に、リング形状に永久磁石１７が介装(介在)されている。永久磁石１７は低保磁力磁石で構成され、低保磁力磁石は、起磁力が高く、保磁力の比較的小さい磁石、例えば鉄-クロム-コバルト（ＦｅＣｒＣｏ）或いはアルニコ磁石（Ａｌｎｉｃｏ）で構成できる。
【0037】
ところで、ハウジング１５は円筒形状の胴部１５ａを有し、この胴部１５ａの内周面１５ａ１に、電磁石コア１８の外周面１８ｂが固定される。このため、電磁石１６は固定部材となる。規制板１１は、廻止めピン２１や規制板１１をディスク板１０へ押圧する押圧部材１３（例えば、圧縮コイルばねからなる）を介して、ボールねじ軸３の軸方向に往復動可能に、電磁石１６側に付設される。すなわち、電磁石コア１８の規制板１１側の端面１８ｃに、押圧部材１３の反ナット部材側が嵌合する凹所２２、及び廻止めピン２１の反ナット部材側が嵌合する凹所２３が設けられ、これに対向して、規制板１１の電磁石コア側の端面に、廻止めピン２１のナット部材側が嵌合する凹所２４と、廻止めピン２１のナット部材側が嵌合する凹所２５とが設けられている。このため、電磁石コア１８側の凹部２２とこれに対向する規制板１１の凹所２４とに押圧部材１３が嵌合され、電磁石コア１８側の凹部２３とこれに対向する規制板１１の凹部２５とに廻止めピン２１が嵌合される。これによって、電磁石コア１８に対して回ることが規制され、ボールねじ軸３の軸方向に往復することが許容される。
【0038】
ところで、電磁石１６の中心孔１８ａ及び規制板１１の中心孔１１ａにボールねじ軸３が遊嵌状に挿入され、ボールねじ軸３の軸心方向の往復動を規制しない。また、規制板１１の外径及びディスク板１０の外径はほぼ同一寸に設定されるとともに、ハウジング１５は円筒形状の胴部１５ａの内径よりも小さく設定され、ディスク板１０の回転、及び規制板１１の往復動を規制しない。なお、規制板１１の肉厚及びディスク板１０の肉厚はほぼ同一寸に設定され、摩擦材１２は、これらよりも薄く設定されている。また、電磁石１６の電磁石コア１８の肉厚は、規制板１１の肉厚及びディスク板１０の肉厚よりも厚く設定されている。
【0039】
ところで、本ボールねじ装置は、図３に示すように、電磁石１６と規制板１１との間の隙間を検出する隙間検出センサ３０と、ボールねじ軸３に掛かる軸方向荷重を検出する荷重センサ３１と、形成される磁路の磁束密度を測定する磁束密度検出センサ３２とを備える。隙間検出センサ３０は、例えば、渦電流式センサやリラクタンス式センサ等の磁気式変位センサ等で構成できる。荷重センサ（圧力センサ）３１には、半導体ゲージ式、ひずみケージ式、金属薄膜式等のケージ式のもの、さらには、ゲージ式の圧力センサ以外に、静電容量式、光ファイバー式、振動式等の圧力センサがある。なお、荷重センサ３１として、ナット部材支持軸受部分に取り付けられた軸受アキシアル荷重センサによって構成されるのが好ましい。また、このアキシアル荷重センサは固定輪側支持部の歪みを検出するものが好ましい。
【0040】
磁束密度検出センサ３２には、コイルを用いたもの、リードスイッチを用いたもの、ホール素子を用いたもの、磁気抵抗素子を用いたもの等がある。なお、磁気抵抗素子には、半導体磁気抵抗素子、異方性磁気抵抗素子、巨大磁気抵抗素子、及びトンネル磁気抵抗素子がある。このため、検出器（磁束密度検出センサ３２）として、これらのものから種々選択して使用することができる。
【0041】
ところで、各センサ３０，３１，３２は、それぞれのセンサとして機能を発揮でき、しかも、本ボールねじ装置の動作を妨げない位置に設けられる。
【0042】
各センサ３０，３１，３２の信号が、制御器３５に入力されて演算され、駆動源３６およびロック機構Ｍを制御する
【0043】
すなわち、制御器３５からの指令信号が、ナット部材６の回転力（駆動トルク）を付与する駆動源３６に入力されて、ナット部材６が回転駆動する。この際、ナット部材の回転方向、駆動トルク、回転数等が制御される。また、制御器３５からの指令信号が、電流供給源３７に入力され、この電流供給源３７からロック機構Ｍの各コイル２０Ａ、２０Ｂに供給される。この場合、各図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の磁力線が発生するような電流を流すことができる。
【0044】
次に図２を用いて本ボールねじ装置の動作を説明する。まず、図２（ａ）に示す状態(初期状態)は、コイル２０Ａ，２０Ｂには電流を流さない状態とする。また、永久磁石１７は着磁されていない状態とする。この状態では、押圧部材１３の弾性付勢力にて、規制板１１がディスク板１０側へ押圧され、摩擦材１２がディスク板１０を押し付けることになる。この状態では、規制板１１とディスク板１０と一体化して、ナット部材６が回転しないロック状態となっており、ナット部材６には駆動源３６からの駆動トルクが付与されていない状態となっている。
【0045】
この図２（ａ）に示す状態から、図２（ｂ）に示すように、各コイル２０Ａ、２０Ｂに電流を流す。この場合、電磁石コア１８内に磁気ループＡを生じさせるとともに永久磁石１７に磁束を通過させない同方向励磁モードとする。この場合、いずれのコイル２０Ａ、２０Ｂに紙面の裏側から表側への電流を流すものである。これによって、電磁石コア１８内に矢印方向の磁気ループＡが形成され、電磁石１６の磁気吸着力が発生し、規制板１１がディスク板１０から離間することになる。
【0046】
次に、図２（ｃ）に示すように、第１コイル２０Ａに流す電流の方向と第２コイル２０Ｂに流す電流の方向とが逆方向として電磁石コア１８内に永久磁石１７に磁束を通過させる磁気ループＢ１，Ｂ２を生じさせる逆方向励磁モードとする。この場合、第１コイル２０Ａには、紙面の裏側から表側への電流を流すとともに、第２コイル２０Ｂには、第１コイル２０Ａとは逆の紙面の表側から裏側への電流を流す。このため、第１コイル２０Ａと第２コイル２０Ｂとの間の永久磁石１７には、第１・第２コイル２０Ａ、２０Ｂで形成される磁気ループＢ１、Ｂ２の方向が、規制板１１側に向かうことになる。これによって、永久磁石１７は軸方向に着磁される。すなわち、永久磁石１７には、規制板１１を電磁石コア１８に吸引する方向の磁気吸着力が発生し、規制板１１を電磁石１６に吸着することができる。
【0047】
この状態において、図２（ｄ）に示すように、第１コイル２０Ａ及び第２コイル２０Ｂへの電流の供給を停止する。しかしながら、電流の供給が停止されても、永久磁石１７も着磁されたままであるので、規制板１１を電磁石１６に吸着している状態が維持される。この状態では、ナット部材６に、駆動源からの駆動トルクが付与されて、ナット部材６が回転駆動される状態とすることができる。
【0048】
ナット部材６の駆動源３６からの駆動トルクの付与を停止して、再度、ナット部材６の回転停止(ロック)状態とするには、まず図２（e）に示すように、第１コイル２０Ａに流す電流の方向と第２コイル２０Ｂに流す電流の方向とが逆方向として電磁石コア１８内に永久磁石１７に磁束を通過させる磁気ループＢ３，Ｂ４を生じさせる逆方向励磁モードとする。この場合、第１コイル２０Ａには、紙面の表側から裏側への電流を流すとともに、第２コイル２０Ｂには、第１コイル２０Ａとは逆の紙面の裏側から表側への電流を流す。これによって、第１コイル２０Ａと第２コイル２０Ｂとの間の永久磁石１７には、第１・第２コイル２０Ａ、２０Ｂで形成される磁気ループＢ３、Ｂ４の方向が、規制板１１側から反規制板側に向かうことになる。すなわち、永久磁石１７を、図２（ｃ）に示す永久磁石１７を着磁する磁束方向とは、逆方向の軸方向の磁束が通過することにる。このため、永久磁石１７の着磁が打ち消され、永久磁石１７が消磁されることになる。
【0049】
このように、永久磁石１７が消磁された後は、第１コイル２０Ａ、２０Ｂの電流を流して、図２（ｆ）に示すように、電磁石コア１８内に磁気ループＣを生じさせるとともに永久磁石１７に磁束を通過させない同方向励磁モードとする。いずれのコイル２０Ａ、２０Ｂにも紙面の表側から裏側への電流を流すものである。これによって、電磁石コア１８内に矢印方向の磁気ループＣ(図２（ｂ）と反対)が形成され、永久磁石１７は電磁石１６が着磁されない状態となっているが、磁気ループＣによって、規制板１１が電磁石１６が吸着される状態となっている。そして、この状態から、コイル２０Ａ、２０Ｂへの電流供給を弱めて、電磁石１６の磁気吸引力を弱めることによって、押圧部材１３の弾性付勢力が磁気吸引力よりも大きくなれば、この図２（ｆ）に示すように、規制板１１が電磁石１６から離れ、摩擦材１２がディスク板１０を押し付けることになって、ロック状となる。このロック状態ではナット部材６の駆動トルクを付与しない。
【0050】
ところで、図２（ｂ）に示すように、電磁石１６の磁気吸引力により、規制板１１が電磁石１６側に引き寄せられていけば、ナット部材６への制動力が低下する。また、図２（ａ）に示すように、摩擦材１２がディスク板１０を押し付けることになって、ロック状態において、ボールねじ軸３に掛かる軸方向荷重は、荷重センサにて検出することができる。このため、このセンサ出力を基に電磁石１６の磁気吸引力と駆動トルク、ひいてはディスク板制動力とナット部材６の駆動トルクを協調制御することで、ロックモードから駆動モードにスムーズに遷移させることができる。すなわち、電磁石１６の磁気吸引力が徐々に増して規制板１１を電磁石１６側に吸引し、制動力を弱めると同時に駆動源（モータ等）からの駆動トルクを増すことで、ナット部材６は駆動トルクと逆方向に回転させられることが無くなる。
【0051】
電磁石１６の磁気吸引力はコイル電流及び規制板１１の距離（隙間）によって変化するため、隙間検出センサ３０を用いて隙間を検出し、隙間に応じてコイル電流を調整することで磁気吸引力を制御することができる。これにより、ロック解除時の制御が精密に実行でき、また規制板１１が電磁石１６に接触する際にはソフトランディング(穏やかに接触)させることもできる。
【0052】
さらに、図２（ｃ）に示すように、第１コイル２０Ａに流す電流の方向と第２コイル２０Ｂに流す電流の方向とが逆方向として電磁石コア１８内に永久磁石１７に磁束を通過させる磁気ループＢ１，Ｂ２を生じさせる逆方向励磁モードとして、永久磁石１７に着磁する場合、磁束密度検出センサ３２にて、磁路中の磁束密度を測定することによって、この測定した磁束密度に基づいて、コイル電流の大きさ、向き、流す時間を調整することにより、所望の着磁状態になるように調整できる。また、図２（ｅ）に示すように、永久磁石を消磁する際も、磁束密度検出センサ３２にて、磁路中の磁束密度を測定することによって、この測定した磁束密度に基づいて、コイル電流の大きさ、向き、流す時間を調整することにより、所望の状態になるように調整できる。
【0053】
ボールねじ軸３の目標停止位置付近においては、駆動源と協調制御して制動力、ダンピング力を付与できるため応答速度向上、オーバーシュート防止を図ることもできる。
【0054】
ところで、図４はロック解除時の制御の一例を示す。すなわち、図４において、（I）の領域は制動モードであって、ロック機構Ｍによる制動トルクを徐々に下げて、ボールねじ軸３からナット部材６に入力される負荷トルクに近づける。（II）の領域は遷移モードであって、制動トルクを下げると同時に駆動源(モータ)からの駆動トルクを増加させて急激なトルク変動を生じないようにする。（ＩＩＩ）の領域は駆動モードであって、制動トルクは零になり、駆動モードに移行する。すなわち、ロック解除時のロック機構Ｍと駆動源３６の協調制御を行うことができる。この制御には、前記したように、隙間検出センサ３０にて、ディスク板１０と規制板１１との間の隙間を検出して、この隙間に応じてコイル電流を調整することで磁気吸引力を制御でき、これによって、ロック解除時の制御を精密に行うことができ、また、規制板１１が電磁石１６に接触する際にはいわゆるソフトランディングさせることができる。
【0055】
本発明のボールねじ装置によれば、ロック機構Ｍの押圧部材１３にて、規制板１１に付設された摩擦材１２をディスク板１０に押し当てることができ、この際、ナット部材６に駆動トルクを付与しないようにすれば、規制板１１の摩擦材１２がディスク板１０に押し当てられているので、ディスク板１０が回転停止状態となり、このディスク板１０に一体状に固着されているナット部材６は回転停止状態となる。この回転停止状態においては、電磁石１６の一対のコイル２０Ａ、２０Ｂに電流を流さない無給電状態である。また、電磁石１６の一対のコイル２０Ａ、２０Ｂに電流を流すことより、電磁吸引力を発生させて規制板１１を電磁石１６側へ吸引することによって、ディスク板１０の回転停止状態が解除となって、ナット部材６に駆動トルクの付与でもって、ナット部材６が回転駆動して、ボールねじ軸３の軸心方向の往復動が可能となる。
【0056】
このため、本発明では、ボールねじ軸３を軸方向の目標位置において無給電でロック状態を保持できるので、位置を保持するために、モータ等の駆動源３６からロック状態において、動力を供給する必要がなく、エネルギー損失が生じない。
【0057】
解除機構Ｋは、大径の第１コイル２０Ａと、小径の第２コイル２０Ｂと、第１コイル２０Ａと第２コイル２０Ｂとの間に介装される永久磁石１７とを備え、第１コイル２０Ａに流す電流の方向と第２コイル２０Ｂに流す電流の方向と同一方向として電磁石コア１８内に磁気ループを生じさせるとともに永久磁石１８に磁束を通過させない同方向励磁モードと、第１コイル２０Ａに流す電流の方向と第２コイル２０Ｂに流す電流の方向とが逆方向として電磁石コア１８内に永久磁石１７に磁束を通過させる磁気ループを生じさせる逆方向励磁モードとがあるように設定することができる。
【0058】
同方向励磁モードとすることによって、永久磁石１７に磁束を通過させないが、電磁石コア１８内に磁気ループを生じ、電磁石１６側に規制板１１を吸引する電磁吸引力を発生させることができる。また、この同方向励磁モードでは、永久磁石１７に磁束を通過させないので、永久磁石１７は着磁しない。これに対して、逆方向励磁モードとすることによって、永久磁石１７が着磁することになる。また、永久磁石１７が着磁した状態で、着磁させた逆方向励磁モードとは相違する電流の流れの逆方向励磁モードとすることによって、永久磁石１７の着磁を消磁させることができる。
【0059】
このため、摩擦材１２をディスク板１０に押し当ててナット部材６の回転を規制している状態で、第１・第２コイル２０Ａ、２０Ｂに同一方向の電流を流す同方向励磁モードとして、電磁石１６と規制板１１との間に磁気吸引力を作用させて、摩擦材１２のディスク板１０への押し当て力の軽減を可能とすることができる。
【0060】
ナット部材６の回転を規制するロック状態におけるボールねじ軸３に係る軸方向荷重を検出る荷重センサ３１を備えたものであってもよい。このように荷重センサ３１を設ければ、ロック時におけるボールねじ軸３にかかる荷重がわかる。すなわち、ナット部材６の制動トルクがわかる。
【0061】
ナット部材６の回転を規制するロック状態の解除時において、電磁石１６の磁気吸引力を増加させて摩擦材１２の押し付け力を弱めるとともに、ナット部材６の駆動トルクを増加させて、ナット部材６の駆動トルクの逆方向の回転を規制する制御を行うのが好ましい。
【0062】
このような制御を行うものでは、ロック状態から滑らかにナット部材６の回転駆動状態に移行でき、しかもナット部材６は所望の回転方向と逆方向に回転することを防止できる。
【0063】
電磁石１６と規制板１１との間の隙間寸法を検出する隙間検出センサ３０を備え、この隙間寸法に応じて電磁石１６の一対のコイル２０Ａ、２０Ｂに流すコイル電流を調整して電磁石１６の磁気吸引力を制御するように設定できる。すなわち、電磁石１６の磁気吸引力は、コイル２０Ａ、２０Ｂに印加する電流(コイル電流)及び電磁石１６と規制板１１との間の隙間寸法によって変化する。このため、この隙間寸法を隙間検出センサ３０で検出することによって、この隙間寸法に応じてコイル電流を調節することで、磁気吸引力を制御することができる。これにより、ロック解除時の制御を安定して正確に行うことができる。さらには、規制板１１が電磁石１６に吸着する(接触する)際にソフトランディング(穏やかに接触)させることができる。
【0064】
電磁石１６が規制板１１を吸着した状態で、一対のコイル２０Ａ、２０Ｂに逆方向の電流を流して、永久磁石１７が軸方向に沿って通る磁束にて着磁し、一対のコイル２０Ａ、２０Ｂへの電流停止でも、規制板１１が電磁石１６に吸着状態を維持するように設定できる。コイル２０Ａ、２０Ｂへの電流停止状態でも、規制板１１が電磁石１６に吸着状態が維持されるので、この状態でナット部材６に駆動トルクを付与することによって、ナット部材６が回転駆動する。
【0065】
一対のコイル２０Ａ、２０Ｂに電流を流して、永久磁石１７が軸方向に沿って通る磁束にて着磁している状態で、一対のコイル２０Ａ、２０Ｂに逆方向の電流を流すことにより、永久磁石１７の消磁が可能となる。このように永久磁石１７の消磁を行えば、初期状態に戻すことができる。
【0066】
永久磁石１７の着磁状態を、磁路中の磁束密度から求め、コイル電流の大きさ、向き、流す時間を調整して所望の着磁状態とすることができる。
【0067】
永久磁石１７が軸方向に沿って通る磁束にて着磁している状態での規制板の電磁石への吸着が可能な低保磁力磁石であり、低保磁力磁石は、起磁力が高く、保磁力の比較的小さい磁石、例えば鉄-クロム-コバルト（ＦｅＣｒＣｏ）或いはアルニコ磁石（Ａｌｎｉｃｏ）で構成できる。
【0068】
本発明の直動機構は、前記記載のボールねじ装置を用いたものである。ここで、直動機構は、ボールねじ装置を用いた直動アクチュエータ全般を指す。具体的には、建機/農機用電動パワーシリンダ、ロボット腕脚用直動アクチュエータ、自動車サスペンション用車高調整機構、自動車用各輪独立転舵機構、工作機ワークステージ用直動アクチュエータ、介護機器用直動アクチュエータ等の任意位置での位置保持機能が必要なものである。
【0069】
ボールねじ軸３の軸方向の停止目標位置付近において、ナット部材６の駆動トルクと、規制板１１の電磁石への吸着力である制動トルクとの協調制御にて制動力乃至ダンピング力を付与する制御を行うように設定できる。
【0070】
このように、制動力乃至ダンピング力を付与することによって、応答速度向上やオーバーシュート防止を図ることができる。
【0071】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、ボールねじ装置としては、自動車のトランスミッション、電動パーキングブレーキ、車高調整機構、転蛇機構、工作機用直動アクチュエータ、射出成型機等に用いることができる。すなわち、任意位置で保持機能が必要な産業機械や工作機械等に使用することができる。
【0072】
実施形態では、第１コイル２０Ａよりも第２コイル２０Ｂの方が、巻設数が多く設定されているが、同じであっても、第２コイル２０Ｂよりも第１コイル２０Ａの方の巻設数を多く設定してもよい。また、図２（ａ）の初期状態から、各コイル２０Ａ、２０Ｂに電流を流して、同方向励磁モードとする場合、図２（ｂ）では、いずれのコイル２０Ａ、２０Ｂに紙面の裏側から表側への電流を流すものであったが、いずれのコイル２０Ａ、２０Ｂに紙面の表側から裏側への電流を流すようにしてもよい。このように流した場合、各図２（ｃ）（ｅ）（ｆ）において、コイル２０Ａ、２０Ｂには図例と逆方向に流すことになる。
【0073】
押圧部材１３および廻止めピン２１の数は、任意であるが、それぞれ、少なくとも、周方向に沿って１８０°ピッチで、１対ずつ配設する。規制板１１の機能を有効に発揮するためには、それぞれ、周方向に沿って１２０°ピッチで配設され、押圧部材１３と廻止めピン２１とが６０°ピッチで配設するのが好ましい。また、押圧部材１３として、実施形態では、コイルばねを用いたが、コイルばね以外の例えば、樹脂やゴムからなる弾性材で構成してもよい。また、廻止めピン２１は、電磁石１６に対して規制板１１を回転させないものであればよいので、数、断面形状、軸方向長さ、断面積、及び材質等等は任意に設定できる。
【符号の説明】
【0074】
Ｋ 解除機構
Ｍ ロック機構
１ 外周面
２、５ ねじ溝
３ ボールねじ軸
４ 内周面
６ ナット部材
８ ボール
１０ ディスク板
１１ 規制板
１２ 摩擦材
１３ 押圧部材
１６ 電磁石
１７ 永久磁石
１８ 電磁石コア
２０、２０Ａ、２０Ｂ コイル
３０ 隙間検出センサ
３１ 荷重センサ
３２ 磁束密度検出センサ
Ｍ ロック機構
１ 外周面
２、５ ねじ溝
３ ボールねじ軸
４ 内周面
６ ナット部材
８ ボール
１０ ディスク板
１１ 規制板
１２ 摩擦材
１３ 押圧部材
１６ 電磁石
１７ 永久磁石
１８ 電磁石コア
２０、２０Ａ、２０Ｂ コイル
３０ 隙間検出センサ
３１ 荷重センサ
３２ 磁束密度検出センサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】