JP2010112514A - ボールスプライン - Google Patents

Abstract

【課題】 モーメントを受けた場合でもスプライン軌道の圧痕や剥離の発生を防止することができる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の外周面とハウジング6の内周面との間に、隙間が形成されており、ボールスプライン外筒4は、その外周面の両端部近くにそれぞれ配置された弾性体リング24を介してハウジング6内周に支持されている。
【選択図】 図１

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。

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。
特開２００５−２６４９９２号公報

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、ねじ軸の端部にラジアル力（軸方向に直交する方向の力）が作用することがあり、この場合には、モーメントが発生して、ボールスプライン軌道の圧痕やボールスプライン軌道の端部における剥離が生じる可能性があり、その保護が課題となっている。

この発明の目的は、モーメントを受けた場合でもスプライン軌道の圧痕や剥離の発生を防止することができる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たボールスプライン外筒と、ボールスプライン外筒を支持するハウジングとを備えているボールスプラインにおいて、ボールスプライン外筒の外周面とハウジングの内周面との間に、隙間が形成されており、ボールスプライン外筒は、その外周面の両端部近くにそれぞれ配置された弾性体リングを介してハウジング内周に支持されていることを特徴とするものである。

ボールスプライン外筒の外周面とハウジングの内周面との間の隙間により、軸が傾いた場合、これに追随して、ボールスプライン外筒が傾くためのスペースがが形成される。弾性体リングは、軸が傾いていない場合には、その弾性力によってボールスプライン外筒を適切に支持し、軸が傾いた場合には、弾性変形し、ボールスプライン外筒が傾くことを許容することで、ラジアル力の負荷に伴うモーメントを吸収する。

弾性体リングは、例えば合成樹脂製とされ、例えば２つ割り（それぞれの形状が半円形またはＣ形）とされる。弾性体の材質は、合成樹脂に限られるものではない。また、弾性体リングは、３つ以上に分割されていてもよく、１つの部品だけで構成されていてもよい。後者の場合の弾性体リングの形状は、完全な円形リングであってもよく、Ｃ状のリングであってもよい。いずれにしろ、弾性体リング自身が有する弾性力によってボールスプライン外筒に保持されることが好ましい。

弾性体リングは、組付け性の点から、合成樹脂製でかつ複数の円弧状要素（より好ましくは、２つの半円形要素）からなり、ボールスプライン外筒の両端部近くの外周面にそれぞれ形成された環状溝に、弾性体リング自身が有する弾性力によって保持されることが好ましい。

また、ハウジング内周に、ボールスプライン外筒の環状溝に対応する環状溝が形成されており、弾性体リングがボールスプライン外筒の環状溝およびハウジングの環状溝にまたがって挿入されることにより、ボールスプライン外筒とハウジングとの軸方向相対移動が抑制されているようにしてもよい。

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。

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。そして、ラジアル力が作用してねじ軸が撓んだ場合には、ねじ軸は、ボールスプラインとボールねじとの２点で支持され、ボールスプラインにはラジアル力が負荷される。このとき、ボールスプライン外筒の外周側と内周側とで、荷重負荷位置にオフセットが生じ、大きいモーメントが発生することで、スプライン軌道に圧痕や剥離が生じる可能性がある。

この発明のボールスプラインによると、モーメントが発生した場合には、弾性体リングが弾性変形して、ボールスプライン外筒がハウジングに対して傾くことで、このモーメントを吸収することができる。したがって、スプライン軌道の端部における剥離およびスプライン軌道の圧痕に対して有利なものとなり、ボールスプラインの寿命が大幅に向上する。

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、ボールスプライン外筒の外周面とハウジングの内周面との間に隙間が形成されており、ボールスプライン外筒は、その外周面の両端部近くにそれぞれ配置された弾性体リングを介してハウジング内周に支持されているので、モーメントが発生した場合には、弾性体リングが弾性変形して、ボールスプライン外筒がハウジングに対して傾くことで、ハウジングから作用する荷重が緩和され、スプライン軌道の圧痕や剥離が防止される。この結果、ボールスプラインの寿命が大幅に向上する。

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例としてのモータ付きボールねじ装置を示している。

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。

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、モータ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（例えばキー）(13)によってハウジング(6)に対して回り止めされる。

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。

外筒本体(17)は、中央の大径部(21)と、大径部(21)の上下両側に連なり外径が大径部(21)よりも小さくなされた上下の小径部(22)とからなる。大径部(21)と各小径部(22)との境界部分の外周には、環状溝(23)が設けられている。各環状溝(23)には、弾性体リング(24)がそれぞれ嵌められている。外筒本体(17)の大径部(21)とハウジング(6)との間には、径方向に若干の隙間が設けられており、外筒本体(17)は、各弾性体リング(24)が環状溝(23)底面とハウジング(6)内周面との間に挟持されることで、各弾性体リング(24)を介してハウジング(6)に支持されている。

保持器(18)は、略円筒状の樹脂製保持器本体(25)と、保持器本体(25)に上方から被せられた樹脂製保持器蓋(26)とからなり、１対の止め輪(27)によって、外筒本体(17)に保持されている。

図１および図２において、ボールスプライン外筒(4)は、外筒本体(17)がハウジング(6)に支持されていることで、ハウジング(6)に対して回り止めされており、ボールスプライン外筒(4)によってねじ軸(2)の直線移動が案内される。ねじ軸(2)にラジアル力が作用すると、そのモーメントによって、スプライン軌道(2b)に大きな力がかかり、圧痕や剥離が生じる可能性があるが、上記のように、外筒本体(17)が弾性体リング(24)を介してハウジング(6)に支持されているので、ラジアル力に応じて、ボールスプライン外筒(4)が傾くことになり、モーメントが吸収される。

なお、弾性体リング(24)は、２つの半円形要素に分割されて、径方向外方から挟むようにして外筒本体(17)に取り付けられている。

図３は、ボールスプラインの第２実施形態を示している。以下の説明において、図２に示した第１実施形態と同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。

図３において、ハウジング(6)の内周には、外筒本体(17)の環状溝(23)に径方向外方から対向するように、環状溝(28)が形成されており、外筒本体(17)の上下の環状溝(23)およびハウジング(6)の上下の環状溝(28)にまたがるように、上下の弾性体リング(29)が嵌め入れられている。

この実施形態のものでは、第１実施形態のものと同様に、外筒本体(17)が弾性体リング(29)を介してハウジング(6)に支持されているので、ねじ軸(2)にラジアル力が作用すると、ラジアル力に応じて、ボールスプライン外筒(4)が傾くことになり、モーメントが吸収される。しかも、弾性体リング(29)が両環状溝(23)(28)にまたがるように嵌め入れられているので、ボールスプライン外筒(4)とハウジング(6)との軸方向相対移動が抑制されている。

このモータ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モータ付きボールねじ装置(1)では、タイヤから上下方向（ねじ軸(2)の軸方向）の力だけでなく、前後左右方向の力（ラジアル力）を受けることになり、この場合に、スプライン軌道が傷つきやすく、その保護が課題となっているが、上記構成のものとすることで、モーメントが発生した場合には、弾性体リング(24)(29)が弾性変形して、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して傾いて、ハウジング(6)から作用する荷重が緩和され、スプライン軌道の圧痕や剥離が防止される。

なお、上記のモータ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、要部の拡大縦断面図である。 図３は、第２実施形態の要部の拡大縦断面図である。

符号の説明

(2) ねじ軸（軸）
(2b) スプライン軌道
(4) ボールスプライン外筒
(6) ハウジング
(23) 環状溝
(24) 弾性体リング
(28) 環状溝
(29) 弾性体リング

Claims (3)

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たボールスプライン外筒と、ボールスプライン外筒を支持するハウジングとを備えているボールスプラインにおいて、
   ボールスプライン外筒の外周面とハウジングの内周面との間に、隙間が形成されており、ボールスプライン外筒は、その外周面の両端部近くにそれぞれ配置された弾性体リングを介してハウジング内周に支持されていることを特徴とするボールスプライン。
2. 弾性体リングは、合成樹脂製でかつ複数の円弧状要素からなり、ボールスプライン外筒の両端部近くの外周にそれぞれ形成された環状溝に、弾性体リング自身が有する弾性力によって保持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。
3. ハウジング内周に、ボールスプライン外筒の環状溝に対応する環状溝が形成されており、弾性体リングがボールスプライン外筒の環状溝およびハウジングの環状溝にまたがって挿入されることにより、ボールスプライン外筒とハウジングとの軸方向相対移動が抑制されていることを特徴とする請求項２のボールスプライン。

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