JP2009299784A - ボールスプライン - Google Patents

Abstract

【課題】 横力を受け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スプラインを提供する。
【解決手段】 ボールスプライン外筒4にキー溝24が形成されてキー23を介してハウジングに取り付けられる。キー溝24は、ボールスプライン外筒4のスプライン軌道4a,4bに対応する位置に設けられている。キー23およびキー溝24を有する回り止め部13は、横力Ａによる荷重負荷方向（矢印Ｂが示す位置）に位相合わせされている。
【選択図】 図３

Description

この発明は、ボールスプラインに関し、特に、横力を受けやすい条件下で使用されるボールスプラインに関する。

ボールスプラインはボールねじと組み合わされて、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を緩衝器に適用することが開示されている。

このようなボールスプライン付きボールねじでは、ボールスプラインは、ボールスプライン外筒がキーなどの回り止め部によってハウジングに対して回り止めされ、ねじ軸の回転を防止して、ボールねじナットで発生するトルクの反力を受ける。
特開２００５−２６４９９２号公報

ボールスプライン外筒には、軸から作用するトルクを負荷するスプライン軌道と、ボールを循環させるための戻し通路とが形成されており、戻し通路の軌道位置は、スプライン軌道の軌道位置よりも外径側に位置させられている。そのため、ボールスプライン外筒の戻し通路の肉厚は、スプライン軌道の肉厚に比べて薄くなっている。

一方、緩衝器で使用されるボールスプラインでは、タイヤに作用する横力（軸方向に直交する方向の力）をボールスプラインで支持する必要があり、横力が大きい場合には、スプライン軌道に圧痕が生じる可能性がある。

この発明の目的は、横力を受け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スプラインを提供することにある。

この発明によるボールスプラインは、スプライン軌道が設けられた軸と、ボールを介して軸に嵌め合わされてその軸方向直線運動を案内するボールスプライン外筒とを備えており、軸と直交する方向の横力が軸に作用するボールスプラインにおいて、ボールスプライン外筒に、軸から作用するトルクを負荷するスプライン軌道と、スプライン軌道の軌道位置よりも外径側にあってボールを循環させる戻し通路とが形成されるとともに、ボールスプライン外筒が回り止め部によってハウジングに対して回り止めされており、回り止め部設置位置は、ボールスプライン外筒のスプライン軌道に対応する位置でかつ横力による荷重負荷方向に位相合わせされていることを特徴とするものである。

回り止め部は、例えば、ボールスプライン外筒およびハウジングに形成されたキー溝と、両キー溝に嵌め合わされたキーからなるものとされ、ボールスプライン外筒にキー溝が形成されてキーを介してハウジングに取り付けられており、キー溝は、ボールスプライン外筒のスプライン軌道に対応する位置に設けられており、横力による荷重負荷方向がキー溝位置に位相合わせされていることがある。

ボールスプライン外筒には、軸に形成されたスプライン軌道に対向させられることで主通路を形成し、主通路に配されたボールを介して軸から作用するトルクを負荷するスプライン軌道と、ボールを循環させるための戻し通路とが形成されており、戻し通路の軌道位置は、スプライン軌道の軌道位置よりも外径側に位置させられる。そのため、ボールスプライン外筒の戻し通路の肉厚は、スプライン軌道の肉厚に比べて薄くなっている。そこで、肉厚が相対的に厚いボールスプライン外筒のスプライン軌道に対応する位置にキー溝（回り止め部）が形成される。そして、横力に伴うトルクの負担を軽くするために、キー溝位置（回り止め部設置位置）が横力による荷重負荷方向に位相合わせされる。これにより、ボールスプライン外筒の強度の確保と容易な取付けとを両立させることができる。

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。軸の外周には、例えば、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。

ボールスプラインは、好ましくは、ボールねじと組み合わされて、ボールねじ軌道および軸方向にのびる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回転自在のボールねじナットと、スプライン軌道にボールを介して嵌め合わされてねじ軸の軸方向直線運動を案内するボールスプライン外筒とからなるものとされる。

ねじ軸、ボールねじナットおよびボールスプライン外筒は、例えば、Ｓ４５Ｃ，Ｓ５５Ｃなどの炭素鋼製あるいはＳＡＥ４１５０鋼製とされ、また、ボールは、例えば、軸受鋼（ＳＵＪ２）製とされる。

この発明によるボールスプラインは、ボールねじと組み合わされて、アクチュエータ（モータによって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、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。

アクチュエータや緩衝器で使用される場合には、例えば、ボールスプライン付きボールねじと、ボールねじナットに一体化された中空軸と、軸受を介して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。

ねじ軸は、往復直線移動し、通常、その所定量以上の移動を防止するためのストッパが設けられる。ストッパは、例えば、ねじ軸が所定量以上移動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形成することができ、また、ストッパは、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。

この発明のボールスプラインによると、肉厚が相対的に厚いボールスプライン外筒のスプライン軌道に対応する位置に回り止め部が形成されるとともに、回り止め部設置位置が横力による荷重負荷方向に位相合わせされるので、ボールスプライン外筒の強度の確保と容易な取付けとを両立させることができる。

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。

図１は、この発明によるボールスプラインが適用される１例としてのボールスプライン付きボールねじ装置を示している。

ボールスプライン付きボールねじ装置(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)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)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。

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。

ねじ軸(2)と中空軸(5)とは、同心状に配置されており、ボールスプライン付きボールねじ装置(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。

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。

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(13)によってハウジング(6)に対して回り止めされる。

図２に示すように、ボールスプライン外筒(4)は、略円筒状の金属製外筒本体(17)と、外筒本体(17)の内周に固定された略円筒状の保持器(18)とを備えている。ボールスプライン外筒(4)は、ねじ軸(2)の外周に径方向に若干の隙間を空けて嵌められている。

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。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するスプライン軌道(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。

外筒本体(17)のスプライン軌道(4a)(4b)に対応する保持器(18)の部分に、両スプライン軌道(2b)(2c)(4a)(4b)との間を転動するボール(16)を案内するスリット(19)が形成されている。スリット(19)を介して対向する両スプライン軌道(2b)(2c)(4a)(4b)の間の空間が、ボール(16)が転動する主通路(20)となっている。

保持器(18)には、外筒本体(17)との間に、主通路(10)の左右両端部と連通する戻し通路(21)が形成されている。各戻し通路(21)は、対となっている主通路(20)を周方向の両側から挟むように設けられている。保持器(18)に形成されている戻し通路(21)は、径方向外方に開口しており、外筒本体(17)の大径内周面によってこの開口が塞がれている。

戻し通路(21)は、スプライン軌道(4a)(4b)よりも外径側にあり、このため、外筒本体(17)は、スプライン軌道(4a)(4b)が設けられている部分の肉厚が戻し通路(21)が設けられている部分の肉厚よりも厚くなっている。

ボール(16)は、主通路(20)および戻し通路(21)内に配設され、主通路(20)を転動するボール(16)がねじ軸(2)とボールスプライン外筒(4)の相対直線運動を案内するようになっている。主通路(20)および戻し通路(21)により、ボール循環路が構成されている。

回り止め部(13)は、ハウジング(6)に形成されたキー溝(22)と、ボールスプライン外筒(4)に形成されたキー溝(24)と、両キー溝(22)(24)に嵌め合わされたキー(23)からなるものとされている
このボールスプライン付きボールねじ装置(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。

このような電磁緩衝器で使用されるボールスプライン付きボールねじ装置(1)では、タイヤに作用する横力をボールスプラインで支持する必要があり、ボールスプライン外筒(4)に大きな力が作用することから、ボールスプライン外筒(4)の強度確保が重要となっている。

そこで、この発明によるボールスプラインでは、図２に示すように、ボールスプライン外筒(4)に設けられているキー溝(24)は、肉厚が相対的に厚いスプライン軌道(4a)(4b)の径方向外側部分に設けられており、これにより、ボールスプライン外筒(4)の強度が確保されている。そして、ボールスプライン付きボールねじ装置(1)をハウジング(6)に取り付けるに際しては、ハウジング(6)に作用する横力の負荷位置が考慮される。すなわち、図３において、ねじ軸(2)に作用する横力が図の矢印Ａで示す向き（Ｘ方向）で最大となる場合、回り止め部(13)（キー(23)の位置）は、このねじ軸(2)に作用する横力を受ける位置（矢印Ａに平行な矢印Ｂが示す位置）に設定される。これにより、横力による荷重負荷方向は、スプライン軌道(4a)(4b)に相当する位置に位相合わせされ、スプライン軌道(4a)(4b)にモーメントが作用しにくくなる分、ボールスプラインに作用する接触面圧が小さいものとなる。したがって、この発明のボールスプラインによると、ボールスプライン外筒(4)の強度の確保と容易な取付けとを両立させることができる。

なお、上記のボールスプライン付きボールねじ装置(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１は、この発明のボールスプラインが使用されたボールスプライン付きボールねじ装置を示す縦断面図である。 図２は、この発明によるボールスプラインの横断面図である。 図３は、この発明によるボールスプラインの取付け時の位相合わせを示す図であり、（ａ）は、ボールスプライン付きボールねじ装置の側面図（ボールスプライン付きボールねじ装置を径方向から見た図）、（ｂ）は、ボールスプラインの横断面図である。

符号の説明

(2) ねじ軸（軸）
(2b)(2c) スプライン軌道
(4) ボールスプライン外筒
(4a)(4b) スプライン軌道
(13) 回り止め部
(16) ボール
(22) キー溝
(23) キー
(24) キー溝

Claims (2)

1. スプライン軌道が設けられた軸と、ボールを介して軸に嵌め合わされてその軸方向直線運動を案内するボールスプライン外筒とを備えており、軸と直交する方向の横力が軸に作用するボールスプラインにおいて、
   ボールスプライン外筒に、軸から作用するトルクを負荷するスプライン軌道と、スプライン軌道の軌道位置よりも外径側にあってボールを循環させる戻し通路とが形成されるとともに、ボールスプライン外筒が回り止め部によってハウジングに対して回り止めされており、回り止め部設置位置は、ボールスプライン外筒のスプライン軌道に対応する位置でかつ横力による荷重負荷方向に位相合わせされていることを特徴とするボールスプライン。
2. 回り止め部は、ボールスプライン外筒およびハウジングに形成されたキー溝と、両キー溝に嵌め合わされたキーからなるものとされていることを特徴とする請求項１のボールスプライン。

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