JP2009299823A - Ball spline - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ボールスプラインに関し、特に、モーメント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。 The present invention relates to a ball spline, and more particularly to a ball spline used under a condition that is susceptible to a moment.
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。
ボールスプライン付きボールねじを使用するアクチュエータや緩衝器では、ねじ軸が高速移動、ボールねじナットが高速回転している状態から、ストッパによって急停止させられる構成とされているものがあり、この場合、ボールねじに過大な衝撃荷重が入り、過大トルクが発生して、そのトルクによってスプライン軌道に圧痕が生じることがある。 Some actuators and shock absorbers using ball screws with ball splines are configured to be stopped suddenly by a stopper from the state where the screw shaft moves at high speed and the ball screw nut rotates at high speed. An excessive impact load is applied to the ball screw, and an excessive torque is generated, which may cause indentation on the spline track.
この発明の目的は、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。 An object of the present invention is to provide a ball spline that prevents indentation from occurring on the spline track.
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たボールスプライン外筒とを備えており、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るボールスプラインにおいて、回り止め部は、弾性体とされていることを特徴とするものである。 A ball spline according to the present invention includes a shaft provided with a spline track and a ball spline outer cylinder fitted to the shaft via a ball, and the ball spline outer cylinder is prevented from rotating with respect to the housing by a rotation preventing portion. In the above-described ball spline, the anti-rotation portion is an elastic body.
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鋼製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。 The ball spline is preferably combined with a ball screw, a screw shaft provided with a ball screw raceway and an axially extending spline raceway, and a rotatable steel screwed to the ball screw raceway of the screw shaft via a ball. The ball screw nut is made up of a ball screw nut and a ball spline outer cylinder that is fitted to the spline track via a ball and guides the axial linear motion of the screw shaft.
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。従来のボールスプラインで使用されているキーは、金属製（実質的に剛体）であり、ボールスプライン外筒のハウジングに対する回転可能量は、ほぼ０（μｍオーダー）とされている。これに対し、この発明のボールスプラインで使用されている回り止め部（例えばキー）は、弾性体製とされ、ボールスプライン外筒のハウジングに対する回転可能量は、ｍｍオーダー（０．１ｍｍ以上）とされる。この結果、過大トルクが発生した場合には、ボールスプライン外筒がハウジングに対して回転方向に所定量移動することで、この過大トルクを吸収することができる。こうして、この発明のボールスプラインによると、圧痕が防止され、ボールスプラインの寿命が向上する。 In such a ball screw with a ball spline, the ball spline has a ball spline outer cylinder that is prevented from rotating with respect to the housing by a key or other non-rotating portion to prevent rotation of the screw shaft, and torque generated by the ball screw nut. Receive the reaction force. The key used in the conventional ball spline is made of metal (substantially rigid body), and the rotatable amount of the ball spline outer cylinder with respect to the housing is approximately 0 (μm order). On the other hand, the detent (for example, key) used in the ball spline of the present invention is made of an elastic body, and the rotatable amount of the ball spline outer cylinder relative to the housing is on the order of mm (0.1 mm or more). Is done. As a result, when excessive torque is generated, the excessive torque can be absorbed by moving the ball spline outer cylinder by a predetermined amount in the rotational direction with respect to the housing. Thus, according to the ball spline of the present invention, indentation is prevented and the life of the ball spline is improved.
回り止め部のねじれ−トルク特性は、ねじれが０のときにトルクが存在しており、ねじれの増加とともに、トルクが増大するようになされていることが好ましい。すなわち、中立状態においてトルクが負荷された場合に、ボールスプライン外筒とハウジングとの間にすぐにねじれが発生するのではなく、トルクが所定値を超えたときにねじれが発生するという特性を弾性体が有していることが好ましい。 The torsion-torque characteristics of the non-rotating portion are preferably such that torque is present when the torsion is 0, and the torque increases as the torsion increases. In other words, when torque is applied in the neutral state, a twist is not generated immediately between the ball spline outer cylinder and the housing, but a twist is generated when the torque exceeds a predetermined value. It is preferable that the body has.
回り止め部は、与圧が与えられた弾性体がボールスプライン外筒のキー溝およびハウジングのキー溝に嵌め入れられることで形成されていることが好ましい。このようにすると、そのねじれ−トルク特性において、入力トルクが与圧に相当するトルクを超えないうちは、ボールスプライン外筒がハウジングに対して回転方向に移動することが防止され、入力トルクが所定値（与圧トルク）を超えると、キーに付与されていた弾性力（与圧）だけでは、回り止めしきれなくなって、キーが弾性変形し、これに伴って発生するトルクにより、過大トルクが吸収される。この場合のねじれによって吸収されるエネルギは、大きいものであり、したがって、与圧トルクを制御に必要なトルクとするとともに、キーの弾性変形可能量をボールスプラインの定格トルクよりも大きく設定することにより、ボールスプライン外筒の本来の機能である回り止め機能を全く低下させることなく、想定される衝撃エネルギ（過大トルク）を吸収することができる。 The anti-rotation portion is preferably formed by fitting an elastic body to which a pressure is applied into the key groove of the ball spline outer cylinder and the key groove of the housing. In this way, in the torsional-torque characteristics, the ball spline outer cylinder is prevented from moving in the rotational direction with respect to the housing so long as the input torque does not exceed the torque corresponding to the applied pressure, and the input torque is predetermined. If the value (pressurized torque) is exceeded, the elastic force (pressurized pressure) applied to the key alone will not be able to stop the rotation, and the key will be elastically deformed. Absorbed. The energy absorbed by the torsion in this case is large, and therefore, the pressurizing torque is set to a torque necessary for control, and the elastic deformation amount of the key is set larger than the rated torque of the ball spline. The impact energy (excessive torque) that can be assumed can be absorbed without deteriorating the anti-rotation function that is the original function of the ball spline outer cylinder.
弾性体は、例えば、ゴム製とすればよく、また、合成樹脂製としてもよい。弾性体は、また、金属製などのばね（板ばね、皿ばねなど）としてもよい。ばねを使用する場合、これを自然長から圧縮した状態でキー溝に嵌め入れることで、与圧が与えられた弾性体（ばね）を得ることができる。 The elastic body may be made of rubber, for example, or may be made of synthetic resin. The elastic body may be a metal spring or the like (a leaf spring, a disc spring, or the like). When a spring is used, an elastic body (spring) to which a pressure is applied can be obtained by fitting the spring into a key groove in a state compressed from a natural length.
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。 The screw shaft, the ball screw nut, and the ball spline outer cylinder are made of carbon steel such as S45C and S55C or SAE4150 steel, and the ball is made of bearing steel (SUJ2), for example.
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。 The ball spline according to the present invention may be used in combination with a ball screw as an actuator (a configuration in which a ball screw nut is rotated by a motor, whereby the screw shaft moves linearly), and a shock absorber (screw shaft). Is moved linearly by an external force, whereby the ball screw nut is rotated and the electromagnetic force generated by the motor is used as a damping force.
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。 When used in an actuator or shock absorber, for example, a ball screw with a ball spline, a hollow shaft integrated with a ball screw nut, a hollow shaft rotatably supported via a bearing and a ball spline outer cylinder And a motor composed of a motor rotor fixed to the hollow shaft and a motor stator fixed to the inner diameter of the housing.
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。 The screw shaft reciprocates linearly and is usually provided with a stopper for preventing movement beyond a predetermined amount. The stopper can be formed, for example, by providing the screw shaft with a flange portion that contacts the housing when the screw shaft moves by a predetermined amount or more, and the stopper is formed on a member that moves linearly integrally with the screw shaft. Alternatively, it may be provided on a member that does not move linearly (a housing or a hollow shaft).
この発明のボールスプラインによると、回り止め部が弾性体であるので、過大トルクが発生した場合には、ボールスプライン外筒がハウジングに対して回転方向に所定量移動することができ、これにより、過大トルクを吸収することができる。したがって、ボールスプラインの圧痕が防止されて、寿命が向上する。 According to the ball spline of the present invention, since the rotation preventing portion is an elastic body, when an excessive torque is generated, the ball spline outer cylinder can move a predetermined amount in the rotation direction with respect to the housing. Excess torque can be absorbed. Therefore, the indentation of the ball spline is prevented and the life is improved.
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、図の上下をいうものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, “upper and lower” means the upper and lower sides of the figure.
図１は、この発明によるボールスプラインを使用したモータ付きボールねじ装置を示している。 FIG. 1 shows a ball screw device with a motor using a ball spline according to the present invention.
モータ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。 The motorized ball screw device (1) consists of a ball screw raceway (2a) and a vertically extending steel screw shaft (2) provided with a spline raceway (2b), and a ball screw of the screw shaft (2). A rotatable steel ball screw nut (3) screwed to the raceway (2a) via a ball, and a screw shaft fitted onto the spline raceway (2b) via the ball on the lower end side of the screw shaft (2). The ball spline outer cylinder (4) that guides the vertical movement (axial direction) of (2), the hollow shaft (5) that is integrated with the ball screw nut (3), and the bearing (7) Through which the hollow shaft (5) is rotatably supported and the ball spline outer cylinder (4) is supported, a cylindrical motor rotor (9) fixed to the hollow shaft (5), and the housing (6 And a motor (8) comprising a cylindrical motor stator (10) fixed to the inner diameter.
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。 The motor (8) is a permanent magnet type three-phase synchronous motor, the motor rotor (9) is a permanent magnet, and a U-phase, V-phase and W-phase three-phase coil (10a) is provided on the motor stator (10). ) Is wound.
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。 The screw shaft (2) and the hollow shaft (5) are arranged concentrically, and the ball screw device (1) rotates the ball screw nut (3), the hollow shaft (5), and the motor rotor (9). Thus, the screw shaft (2) is used in the form of linear movement.
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。 The hollow shaft (5) has a small-diameter portion (11) for guiding the screw shaft (2), and a large diameter whose inner peripheral surface is fixed to the outer peripheral surface of the ball screw nut (3) and that holds the bearing (7) on the outer peripheral surface. It consists of a diameter part (12).
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（例えばキー）によってハウジング(6)に対して回り止めされる。 The ball spline outer cylinder (4) is prevented from rotating with respect to the housing (6) by a detent (for example, a key) in order to prevent the screw shaft (2) from rotating and guide its vertical movement.
このモータ付きボールねじ装置は、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。 This ball screw device with a motor is suitable for use as, for example, an electromagnetic shock absorber of an automobile. In the electromagnetic shock absorber, the screw shaft (2) linearly moves in the axial direction due to the external force transmitted from the tire, and the ball screw nut (3) and the hollow shaft (5) rotate accordingly. 8), the electromagnetic force generated by the motor (8) is used as the damping force.
このような電磁緩衝器は、突起乗り越し等のオーバストローク時には、ねじ軸(2)と一体で上下移動するバンプストッパがハウジング(8)等に衝突することにより、高速回転していたモータ(5)が急停止し、モータ(5)の慣性トルクにより過大トルクがボールスプラインのスプライン軌道(2b)などに負荷されることがあり、その保護が課題となっている。 Such an electromagnetic shock absorber has a motor (5) that has been rotating at a high speed due to a bump stopper that moves up and down integrally with the screw shaft (2) colliding with the housing (8), etc. May stop suddenly and an excessive torque may be applied to the spline raceway (2b) of the ball spline due to the inertia torque of the motor (5), and its protection is an issue.
ボールスプラインに作用する衝撃トルクＴｍａｘに関しては、直線移動部分の質量をｍ、直線移動速度をＶ、ねじれ剛性をｋ、ねじれをｘとして、簡易式Ｅ＝１／２ｍＶ２＝１／２ｋｘ２＝１／２Ｔｍａｘ２／ｋの関係を使用して、Ｔｍａｘ＝（ｍｋ）１／２・Ｖが成り立つ。したがって、衝撃トルクを低減するには、剛性ｋを下げればよいことが分かる。ただし、剛性ｋを小さくすると、エネルギを吸収するのに変位が大きくなり、サイズを大きくする必要が生じ、回転部が大きくなることで、慣性モーメントが大きくなるという問題があり、また、機能面でも応答性が悪くなり、制御しにくくなる。 Regarding the impact torque Tmax acting on the ball spline, the simplified equation E = 1/2 mV 2 = 1/2 kx 2 = 1, where m is the mass of the linear moving portion, V is the linear moving speed, k is the torsional rigidity, and x is the torsion. Using the relationship / 2Tmax 2 / k, Tmax = (mk) 1/2 · V holds. Therefore, it can be seen that the rigidity k may be lowered to reduce the impact torque. However, if the stiffness k is reduced, the displacement increases to absorb energy, and the size needs to be increased, and there is a problem that the moment of inertia is increased due to the increased rotating part. Responsiveness becomes poor and difficult to control.
そこで、この発明によるボールスプラインでは、従来のボールスプラインの回り止め部が金属製とされていたのに対し、図１に示す第１実施形態において、キー(13)は、ゴム製（弾性体製）とされて、ハウジング(6)のキー溝(6a)およびボールスプライン外筒(4)のキー溝(4a)内に嵌め入れられている。これにより、ボールスプラインのねじれ−トルク特性は、図３（ａ）に示すように、ねじれとともに徐々にトルクが増加するものとされ、過大トルクが発生した場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転方向に所定量移動することで、過大トルクを吸収することができる。 Thus, in the ball spline according to the present invention, the rotation preventing portion of the conventional ball spline is made of metal, whereas in the first embodiment shown in FIG. 1, the key (13) is made of rubber (made of elastic material). And is fitted in the key groove (6a) of the housing (6) and the key groove (4a) of the ball spline outer cylinder (4). As a result, the torsion-torque characteristic of the ball spline is such that, as shown in FIG. 3 (a), the torque gradually increases with torsion, and when an excessive torque is generated, the ball spline outer cylinder (4) Moves a predetermined amount in the rotational direction with respect to the housing (6), so that excessive torque can be absorbed.
弾性体は、ゴムに限られるものではなく、合成樹脂としてもよく、また、金属製などのばね（板ばね、皿ばねなど）としてもよい。 The elastic body is not limited to rubber, and may be a synthetic resin, or may be a metal spring (plate spring, disc spring, etc.).
図２にばねを使用した場合の１実施形態を示す。図２において、ばね（ばね製のキー）(14)は、図２（ａ）に示した中立状態において、同図に二点鎖線で示されているフリー状態（自然長）から実線で示されている圧縮状態とされてキー溝(4a)(6a)に組み込まれており、この結果、所定の大きさの初期弾性力を有している。したがって、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクがこの初期弾性力によって得られるトルク（与圧トルク）を超えない場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転することはなく、回り止め機能が維持される。そして、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクが与圧トルクを超えると、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、時計方向および反時計方向のいずれのトルクに対しても、ばね(14)の弾性力に抗してボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転する。 FIG. 2 shows an embodiment in which a spring is used. In FIG. 2, the spring (spring key) (14) is shown as a solid line in the neutral state shown in FIG. 2 (a) from the free state (natural length) shown by the two-dot chain line in FIG. Thus, the compressed state is incorporated into the key grooves (4a) and (6a), and as a result, it has an initial elastic force of a predetermined size. Therefore, if the torque to rotate the ball spline outer cylinder (4) relative to the housing (6) does not exceed the torque (pressurized torque) obtained by this initial elastic force, the ball spline outer cylinder (4 ) Does not rotate with respect to the housing (6), and the detent function is maintained. When the torque to rotate the ball spline outer cylinder (4) with respect to the housing (6) exceeds the pressurizing torque, as shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c), the clockwise direction and The ball spline outer cylinder (4) rotates relative to the housing (6) against the elastic force of the spring (14) for any counterclockwise torque.
図２に示したボールスプラインのねじれ−トルク特性を図３（ｂ）に示している。すなわち、この実施形態のボールスプラインは、ねじれ０の初期状態で、トルクが存在しており、ねじれとともに徐々にトルクが増加するものとされ、過大トルクが発生した場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転方向（時計方向または反時計方向）に所定量移動することで、過大トルクを吸収することができる。図３（ａ）に示すねじれ−トルク特性によると、ねじれ０でトルク０に設定されており、この場合、小さいトルクであっても、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転方向に移動できるので、ボールスプライン外筒(4)の本来の機能である回り止め機能が低下し、応答性が低下して制御しにくくなる。これに対し、図３（ｂ）に示すねじれ−トルク特性によると、入力トルクは、通常状態では、ばね製のキー(14)に付与された弾性力（与圧）によって得られるトルク（与圧トルク）を超えないので、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転方向に移動することが防止され、入力トルクが所定値（与圧トルク）を超えると、キー(14)に付与されていた弾性力（与圧）だけでは、回り止めしきれなくなって、キー(14)が弾性変形し、これに伴って発生するトルクにより、過大トルクが吸収される。ねじれによって吸収されるエネルギは、ねじれ０でトルク０の図３（ａ）のものに比べて大幅に大きくすることができ、したがって、与圧トルクを制御に必要なトルクとするとともに、キー(14)の弾性変形可能量をボールスプラインの定格トルクよりも大きく設定することにより、ボールスプライン外筒(4)の本来の機能である回り止め機能を全く低下させることなく、想定される衝撃エネルギ（過大トルク）を吸収することができる。 The torsional-torque characteristics of the ball spline shown in FIG. 2 are shown in FIG. That is, in the ball spline of this embodiment, torque exists in an initial state of zero torsion, and the torque gradually increases with torsion. When excessive torque is generated, the ball spline outer cylinder ( 4) moves a predetermined amount in the rotational direction (clockwise or counterclockwise) with respect to the housing (6), so that excessive torque can be absorbed. According to the torsion-torque characteristics shown in FIG. 3A, the torsion is 0 and the torque is set to 0. In this case, the ball spline outer cylinder (4) moves relative to the housing (6) even with a small torque. Since it can move in the rotation direction, the anti-rotation function, which is the original function of the ball spline outer cylinder (4), is lowered, and the responsiveness is lowered to make it difficult to control. On the other hand, according to the torsional-torque characteristics shown in FIG. 3B, the input torque is a torque (pressure) obtained by the elastic force (pressure) applied to the spring key (14) in the normal state. Torque), the ball spline outer cylinder (4) is prevented from moving in the rotational direction with respect to the housing (6). When the input torque exceeds the specified value (pressurized torque), the key (14) Only the elastic force (pressurization) applied to the shaft cannot fully stop the rotation, the key (14) is elastically deformed, and the excessive torque is absorbed by the torque generated accordingly. The energy absorbed by the torsion can be significantly larger than that of FIG. 3A with zero torsion and zero torque, so that the pressurizing torque becomes the torque required for control and the key (14 ) Is set to be larger than the rated torque of the ball spline, so that the anti-rotation function, which is the original function of the ball spline outer cylinder (4), is not degraded at all, and the expected impact energy (excessive Torque) can be absorbed.
図４および図５に、ばね製のキー(14)の他の実施形態を示す。 4 and 5 show another embodiment of the spring key (14).
図４に示す横断面図において、キー(14)は、板ばね製とされるとともに、これが２つ（第１のキー(14A)および第２のキー(14B)）使用されている。第１の板ばね製キー(14A)は、ハウジング(6)の第１のキー溝(6a)内に嵌め込まれているハウジング内部分(14a)と、これに連なってボールスプライン外筒(4)の第１のキー溝(4a)内開口側に嵌め込まれている開口側部分(14b)と、これに連なってボールスプライン外筒(4)の第１のキー溝(4a)内底面側に嵌め込まれている底面側部分(14c)とからなる。開口側部分(14b)は、第１のキー溝(4a)の周方向時計側の面で規制されているのに対し、底面側部分(14c)は、開口側部分(14b)に対して屈曲させられて、第１のキー溝(4a)の周方向反時計側の面で規制されている。また、フリー状態においては、第１のキー(14A)の周方向寸法は、第１のキー溝(4a)の周方向寸法よりも大きく、図に二点鎖線で示す大きさとされている。これにより、第１のキー(14A)は、第１のキー溝(4a)(6a)内に収まった状態で、矢印で示す周方向時計方向に与圧されている。第２の板ばね製キー(14B)は、第１の板ばね製キー(14A)と同じ形状とされており、ハウジング(6)の第２のキー溝(6b)内に嵌め込まれているハウジング内部分(14a)と、これに連なってボールスプライン外筒(4)の第２のキー溝(4b)内開口側に嵌め込まれている開口側部分(14b)と、これに連なってボールスプライン外筒(4)の第２のキー溝(4b)内底面側に嵌め込まれている底面側部分(14c)とからなる。ここで、第１の板ばね製キー(14B)とは逆に、開口側部分(14b)は、第２のキー溝(4b)の周方向反時計側の面で規制されており、底面側部分(14c)は、開口側部分(14b)に対して屈曲させられて、第２のキー溝(4b)の周方向時計側の面で規制されている。フリー状態においては、第２のキー(14B)の周方向寸法は、第２のキー溝(4b)の周方向寸法よりも大きく、図に二点鎖線で示す大きさとされている。これにより、第２のキー(14B)は、第２のキー溝(4b)(6b)内に収まった状態で、矢印で示す周方向反時計方向に与圧されている。 In the cross-sectional view shown in FIG. 4, the key (14) is made of a leaf spring, and two of them (first key (14A) and second key (14B)) are used. The first leaf spring key (14A) includes a housing inner portion (14a) fitted in the first key groove (6a) of the housing (6), and a ball spline outer cylinder (4) connected thereto. Of the first key groove (4a) of the ball spline outer cylinder (4) and the opening side portion (14b) of the ball spline outer cylinder (4). And a bottom side portion (14c). The opening side portion (14b) is restricted by the circumferentially clockwise surface of the first keyway (4a), whereas the bottom side portion (14c) is bent with respect to the opening side portion (14b). Therefore, the first keyway (4a) is restricted by the circumferential counterclockwise surface. In the free state, the circumferential dimension of the first key (14A) is larger than the circumferential dimension of the first key groove (4a), and is the size indicated by the two-dot chain line in the figure. As a result, the first key (14A) is pressurized in the clockwise direction indicated by the arrow in a state where the first key (14A) is in the first key groove (4a) (6a). The second leaf spring key (14B) has the same shape as the first leaf spring key (14A), and is fitted in the second key groove (6b) of the housing (6). An inner part (14a), an opening side part (14b) fitted in the inner opening side of the second key groove (4b) of the ball spline outer cylinder (4), and the ball spline outside. It consists of the bottom face side part (14c) inserted in the bottom face side in the 2nd keyway (4b) of a pipe | tube (4). Here, contrary to the first leaf spring key (14B), the opening side portion (14b) is restricted by the circumferentially counterclockwise surface of the second key groove (4b), and the bottom side The portion (14c) is bent with respect to the opening-side portion (14b) and is restricted by the circumferentially clockwise surface of the second keyway (4b). In the free state, the circumferential dimension of the second key (14B) is larger than the circumferential dimension of the second key groove (4b), and is the size indicated by the two-dot chain line in the figure. As a result, the second key (14B) is pressurized in the counterclockwise direction indicated by an arrow while being accommodated in the second key groove (4b) (6b).
この実施形態では、図４に示す中立状態において、各キー(14A)(14B)は、所定の大きさの初期弾性力を有しており、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクがこの初期弾性力によって得られるトルク（与圧トルク）を超えない場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転することはなく、回り止め機能が維持される。そして、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクが与圧トルクを超えると、時計方向および反時計方向のいずれのトルクに対しても、各キー(14A)(14B)の弾性力に抗してボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転し、ボールスプライン外筒(4)の本来の機能である回り止め機能を全く低下させることなく、想定される衝撃エネルギ（過大トルク）を吸収することができる。 In this embodiment, in the neutral state shown in FIG. 4, each key (14A) (14B) has an initial elastic force of a predetermined magnitude, and the ball spline outer cylinder (4 ) Does not exceed the torque (pressurizing torque) obtained by this initial elastic force, the ball spline outer cylinder (4) does not rotate relative to the housing (6). Non-rotating function is maintained. When the torque to rotate the ball spline outer cylinder (4) with respect to the housing (6) exceeds the pressurizing torque, each key (14A ) The ball spline outer cylinder (4) rotates with respect to the housing (6) against the elastic force of (14B) and completely reduces the anti-rotation function that is the original function of the ball spline outer cylinder (4). In addition, the assumed impact energy (excessive torque) can be absorbed.
図５は、板ばねの数を１つとする実施形態を示しており、同図に示す斜視図において、板ばね製のキー(14)は、湾曲部(14d)およびその両端に設けられた直線部(14e)(14f)からなり、径方向から見て略Ω状に形成されている。したがって、湾曲部(14d)の中央部分と直線部(14e)(14f)との距離（キー(14)の周方向長さ）の増減に伴ってその弾性力が変化するようになっている。キー(14)は、ハウジング(6)のキー溝(6a)およびボールスプライン外筒(4)のキー溝(4a)の両方にまたがって挿入されて、湾曲部(14d)の中央部分が各キー溝(4a)(6a)の周方向一方の面（例えば、反時計方向側の面）で規制され、直線部(14e)(14f)が各キー溝(4a)(6a)の周方向他方の面（例えば、時計方向側の面）で規制されている。フリー状態におけるキー(14)の周方向長さは、各キー溝(4a)(6a)の周方向長さよりも大きいものとされている。これにより、キー(14)は、キー溝(4a)(6a)内に収まった状態で、周方向に与圧されている。 FIG. 5 shows an embodiment in which the number of leaf springs is one. In the perspective view shown in FIG. 5, the key (14) made of leaf springs is a curved portion (14d) and straight lines provided at both ends thereof. It consists of portions (14e) and (14f), and is formed in a substantially Ω shape when viewed from the radial direction. Accordingly, the elastic force is changed as the distance (the circumferential length of the key (14)) between the central portion of the curved portion (14d) and the straight portions (14e) (14f) increases or decreases. The key (14) is inserted across both the keyway (6a) of the housing (6) and the keyway (4a) of the ball spline outer cylinder (4), and the central part of the curved part (14d) The groove (4a) (6a) is restricted by one circumferential surface (for example, a counterclockwise surface), and the straight portions (14e) (14f) are connected to the other circumferential direction of each key groove (4a) (6a). It is regulated by a surface (for example, a clockwise surface). The circumferential length of the key (14) in the free state is greater than the circumferential length of each keyway (4a) (6a). Thereby, the key (14) is pressurized in the circumferential direction while being accommodated in the key grooves (4a) and (6a).
この実施形態においても、キー(14)は、図５に示す中立状態において、所定の大きさの初期弾性力を有しており、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクがこの初期弾性力によって得られるトルク（与圧トルク）を超えない場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転することはなく、回り止め機能が維持される。そして、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクが与圧トルクを超えると、時計方向および反時計方向のいずれのトルクに対しても、キー(14)の弾性力に抗してボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転し、ボールスプライン外筒(4)の本来の機能である回り止め機能を全く低下させることなく、想定される衝撃エネルギ（過大トルク）を吸収することができる。 Also in this embodiment, the key (14) has an initial elastic force of a predetermined magnitude in the neutral state shown in FIG. 5, and rotates the ball spline outer cylinder (4) with respect to the housing (6). If the torque to be applied does not exceed the torque obtained by this initial elastic force (pressurizing torque), the ball spline outer cylinder (4) will not rotate with respect to the housing (6), and the anti-rotation function Is maintained. When the torque to rotate the ball spline outer cylinder (4) with respect to the housing (6) exceeds the applied torque, the key (14) is applied to both clockwise and counterclockwise torque. It is assumed that the ball spline outer cylinder (4) rotates against the housing (6) against the elastic force of the ball and does not deteriorate the anti-rotation function that is the original function of the ball spline outer cylinder (4). The impact energy (excessive torque) can be absorbed.
回り止め部の構成は、図２、図４および図５に示した例に限定されるものではなく、図３（ｂ）のねじれ−トルク特性を満たすものであれば、ばねの形式を種々変更しても、同様の効果を得ることができる。 The structure of the non-rotating portion is not limited to the examples shown in FIGS. 2, 4, and 5, and various types of springs can be used as long as they satisfy the torsional-torque characteristics shown in FIG. However, the same effect can be obtained.
なお、上記のボールスプライン付きボールねじ(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。 Although the above ball screw with ball spline (1) has been described for an electromagnetic shock absorber, the present invention is not limited to this and can also be used as an electric actuator. In this case, the rotational driving force of the motor (8) is converted to the axial thrust of the screw shaft (2) via the ball screw nut (3), and the axial reaction force of the thrust is supported by the bearing (7) and screwed. The shaft (2) is moved linearly, the axial load acting on the screw shaft (2) is applied by the ball screw nut (3), and the torque is supported by the ball spline outer cylinder (4). .
(2) ねじ軸
(2b) スプライン軌道
(4) ボールスプライン外筒
(4a)(4b) キー溝
(6) ハウジング
(6a)(6b) キー溝
(13) 弾性体製キー
(14)(14A)(14B) キー（板ばね製キー）
(2) Screw shaft
(2b) Spline track
(4) Ball spline outer cylinder
(4a) (4b) Keyway
(6) Housing
(6a) (6b) Keyway
(13) Elastic key
(14) (14A) (14B) Key (leaf spring key)
Claims (3)
回り止め部は、弾性体とされていることを特徴とするボールスプライン。 In a ball spline that includes a shaft provided with a spline track and a ball spline outer cylinder fitted to the shaft via a ball, and the ball spline outer cylinder is prevented from rotating with respect to the housing by a rotation preventing portion.
A ball spline characterized in that the anti-rotation portion is an elastic body.
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