JP2011169363A - ボールスプライン - Google Patents

Abstract

【課題】 保持器を一体品とした場合のボールの組込みを容易にしたボールスプラインを提供する。
【解決手段】 外筒本体17に、保持器18の各戻し通路21に通じるボール挿入口23が設けられている。ボール挿入口23に、めねじ部23aが設けられており、ボール挿入口23は、このめねじ部23aにねじ合わされている六角孔付き止めねじ24によって塞がれている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ボールスプラインに関し、特に、過大トルク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。

ボールスプラインとして、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は、外筒本体および外筒本体に嵌め入れられた保持器からなるものが知られており、保持器としては、保持器本体および保持器蓋からなる分割品とされているものと、一体品とされているものとが使用されている。

一体品の保持器を使用する場合には、ボールスプライン外筒の組立て時におけるボールの組込みが課題であり、特許文献１には、この組立て時に使用される装置および部品が開示されている。

特開平４−２８３０３２号公報

保持器本体および保持器蓋からなる分割品とされている保持器を使用するボールスプラインでは、過大トルクを受けやすい条件下で使用された場合、保持器本体と保持器蓋との突き合わせ部に存在する微小な隙間が変形することなどによって、ボールスプラインの摺動抵抗が大きくなるなどの循環不良を起こし、スプラインのストロークの妨げとなることがある。このような問題を解消するには、一体品の保持器とすることが好ましいが、特許文献１に示されている装置を使用してのボールの組込みには、空気吹出口を設けたボール供給パイプやボールの戻りを阻止する押し板などを備えた装置の費用が高く付き、組込みに手間がかかるという問題がある。

この発明の目的は、保持器を一体品とした場合のボールの組込みを容易に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、複数の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は、軸の各スプライン軌道に対応して主通路を形成する複数のスプライン軌道を有する外筒本体と、外筒本体の内周に嵌め入れられて各主通路に連通する複数の戻し通路を外筒本体との間に形成する保持器とを有しているボールスプラインにおいて、保持器が一体品とされて、外筒本体に、各戻し通路に通じるボール挿入口が設けられており、ボール挿入口は、着脱可能な閉鎖部材によって塞がれていることを特徴とするものである。

保持器が一体品とされることで、分割品における突き合わせ部の隙間によるボール循環の阻害という問題が解消し、スプラインのストロークが円滑になる。保持器は、例えば合成樹脂製とされるが、これに限定されるものではない。

保持器を一体品とした場合、保持器に全てのボールを組み込んで外筒本体に挿入することができなくなり、ボールの組込みのための装置のコストが高く付くとともに、手間がかかるというデメリットが生じるが、このデメリットは、外筒本体に設けられかつ戻し通路に通じるボール挿入口により解消される。すなわち、外筒本体、保持器およびボールを組み立てるに際しては、保持器を外筒本体に挿入した後、ボール挿入口から必要な数のボールを順次挿入すればよく、簡単な装置でこの組立てを行うことができる。

ボールが組み込まれた後、ボール挿入口は、着脱可能な閉鎖部材によって塞がれる。ボール挿入口は、潤滑剤供給口として使用することができ、これにより、従来、困難であった潤滑剤の供給を容易に行うことができる。

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および反時計方向側に、それぞれスプライン軌道が形成される。これに対応して、外筒本体の内周には、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。

戻し通路は、主通路に平行な無負荷軌道部および主通路と無負荷軌道部とを連通する連結部からなり、主通路および戻し通路によってボール循環路が形成される。主通路を転動するボールが軸とボールスプライン外筒の相対直線運動を案内し、主通路を転動したボールは、その一端側から戻し通路に入り、戻し通路を転動して他端側から再び主通路に戻るという循環を行う。

３対のスプライン軌道が設けられている場合、計６つの戻し通路があるので、ボール挿入口は、各戻し通路にそれぞれ設けられ、計６つ設けられる。

ボール挿入口に、めねじ部が設けられており、閉鎖部材は、このめねじ部にねじ合わされる六角孔付き止めねじとされていることが好ましい。このようにすると、閉鎖部材がボールスプライン外筒から脱落することが防止され、また、閉鎖部材である六角孔付き止めねじを外すことで、潤滑剤の補給を容易に行うことができる。

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。

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。

ねじ軸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、保持器が一体品とされているので、分割品における突き合わせ部の隙間に起因するボールの引っ掛かりをなくすことができ、スプラインのストロークが円滑になる。そして、一体品としたときのデメリットであるボール組込みの困難さは、外筒本体に、各戻し通路に通じるボール挿入口が設けられており、ボール挿入口は、着脱可能な閉鎖部材によって塞がれていることによって解消される。

図１は、この発明によるボールスプラインを使用した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斜視図である。

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、図の上下をいうものとする。

図１から図３までは、この発明によるボールスプラインを使用したボールねじ装置を示している。

図１に示すように、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)(2c)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)(2c)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。

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。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。

ボールスプライン外筒(4)は、図２および図３に示すように、略円筒状の金属製外筒本体(17)と、外筒本体(17)の内周に配置された略円筒状の保持器(18)とを備えている。保持器(18)は、一体品とされており、外筒本体(17)内に嵌め入れられて止め輪(22)によって、その軸方向の相対移動が防止されている。

ねじ軸(2)のスプライン軌道(2b)(2c)に対応して、外筒本体(17)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)を案内するポケット(19)が形成されている。ポケット(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(20)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、主通路(20)よりも径方向外方寄りにあって、径方向外方に開口している。

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。

戻し通路(21)の径方向外向きの開口は、従来のものでは、その全長にわたって外筒本体(17)の大径内周面によって塞がれているが、この発明によるボールスプラインでは、図２および図３に示すように、戻し通路(21)の径方向外向きの開口を塞いでいる外筒本体(17)には、その軸方向ほぼ中央部において戻し通路(21)の開口に連通するボール挿入口(23)が設けられている。ボール挿入口(23)には、めねじ部(23a)が設けられており、ボール挿入口(23)は、このめねじ部(23a)にねじ合わされた閉鎖部材としての六角孔付き止めねじ(24)によって塞がれている。めねじ部(23a)は、六角孔付き止めねじ(24)がボール(16)に干渉する手前まで形成されており、六角孔付き止めねじ(24)を適正なトルクで締め付けた状態で、ボール(16)は、六角孔付き止めねじ(24)に規制されながら、戻し通路(21)を抵抗無く転動することができる。

３対のスプライン軌道(2b)(2c)(4a)(4b)には、計６つの戻し通路(21)があり、ボール挿入口(23)は、各戻し通路(21)にそれぞれ設けられており、計６つ設けられている。

保持器(18)が一体品とされていることにより、分割品の課題である突き合わせ部の隙間に起因する循環不良（ボールの引っ掛かりなど）をなくすことができ、これを使用したボールねじ装置(1)によると、スプラインのストロークが円滑になり、摺動音低減、引っ掛かり感の低減、損失低減などの効果を得ることができる。

保持器(18)を一体品とした場合、保持器(18)に全てのボール(16)を組み込んで外筒本体(17)に挿入することができなくなり、ボール(16)の組込みのための装置のコストが高く付くとともに、手間がかかるというデメリットが生じるが、このデメリットは、外筒本体(17)に設けられかつ戻し通路(21)に通じるボール挿入口(23)により解消される。すなわち、外筒本体(17)、保持器(18)およびボール(16)を組み立てるに際しては、保持器(18)を外筒本体(17)に挿入した後、ボール挿入口(23)から必要な数のボール(16)を順次挿入すればよく、簡単な装置でこの組立てを行うことができる。なお、ボール(16)の組込みに際しては、所要数のボール(16)を組み込んだ保持器(18)を外筒本体(17)に挿入した後に、残りのボール(16)だけをボール挿入口(23)から挿入するようにしてもよい。

簡単な装置で組立てを行う一方法として、外筒本体(17)に対し保持器(18)の一方の端部を出した状態として、保持器(18)端部から挿入可能なボール(16)だけ（全数の９割程度のボール）をまず挿入し、入り切らない２〜３球程度は、保持器(18)のポケット(19)の径方向内方より合成樹脂製保持器(18)の弾性変形を利用して挿入することが可能であるが、この方法では、ポケット(19)が損傷する可能性があり、ボール(16)循環中に、ボール(16)が保持器(18)のポケット(19)より径方向内方に脱落して、スムーズに移動することが阻害される原因になり得る。外筒本体(17)に設けられたボール挿入口(23)からのボール(16)の挿入は、保持器(18)のポケット(19)の径方向外方からの挿入になり、ポケット(19)の径方向内方の開口が強制的に変形させられることはなく、ボール(16)の保持器(18)からの脱落という問題が生じることがない。

ボール(16)が組み込まれた後、ボール挿入口(23)は、六角孔付き止めねじ（着脱可能な閉鎖部材）(24)によって塞がれる。ボール挿入口(23)が設けられている位置（戻し通路(21)の軸方向ほぼ中央部に対応する位置）は、潤滑剤を供給するのに好適な位置となっており、ボール挿入口(23)を潤滑剤供給口として使用することにより、従来、困難であった潤滑剤の供給を容易に行うことができる。

なお、ボール挿入口(23)が設けられている位置は、戻し通路(21)の軸方向ほぼ中央部に対応する位置に限定されるものではなく、戻し通路(21)の端部に対応する位置であっても、端部と中央部との間に対応する位置であってもよい。

上記のボールねじ装置(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。このボールねじ装置(1)は、電動アクチュエータとして使用することもでき、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。

(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
(16) ボール
(17) 外筒本体
(18) 保持器
(20) 主通路
(21) 戻し通路
(23) ボール挿入口
(23a) めねじ部
(24) 六角孔付き止めねじ（閉鎖部材）

Claims (2)

1. 複数の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は、軸の各スプライン軌道に対応して主通路を形成する複数のスプライン軌道を有する外筒本体と、外筒本体の内周に嵌め入れられて各主通路に連通する複数の戻し通路を外筒本体との間に形成する保持器とを有しているボールスプラインにおいて、
   保持器が一体品とされて、外筒本体に、各戻し通路に通じるボール挿入口が設けられており、ボール挿入口は、着脱可能な閉鎖部材によって塞がれていることを特徴とするボールスプライン。
2. ボール挿入口に、めねじ部が設けられており、閉鎖部材は、このめねじ部にねじ合わされる六角孔付き止めねじ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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