JP2012002309A - ボールスプライン付きボールねじ - Google Patents

Abstract

【課題】 ねじ軸のスプライン軌道近傍の肉が盛り上がった場合でも、スプライン用ボールの転動に影響が出ないようにしたボールスプライン付きボールねじを提供する。
【解決手段】 ねじ軸1における時計方向の回転を受けるスプライン軌道7aの時計方向側の面およびねじ軸1における反時計方向の回転を受けるスプライン軌道7bの反時計方向側の面に、それぞれ軌道底22の径よりも小径にされた逃がし溝20が形成されている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ボールスプライン付きボールねじに関する。

ボールスプライン付きボールねじとして、ボールねじ軌道および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ボールねじナットと、ねじ軸のスプライン軌道にボールを介して嵌め合わされたボールスプライン外筒とを備え、ねじ軸のスプライン軌道は、ねじ軸の時計方向の回転を受けるものおよびねじ軸の反時計方向の回転を受けるものとが対になるように設けられているものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００９−１０３２２８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、ボールスプライン付きボールねじに衝撃荷重が入り、これによって発生したトルクによって、ボールねじのボールが肩乗り上げすることでねじ軸のスプライン軌道の近傍の肉（ボールねじ軌道の肩部）が盛り上がる現象がある。特許文献１のものでは、肩乗り上げするおそれがないようにして、ボールねじの寿命の低下が防止されているが、衝撃荷重が過大な場合には、盛り上がりが起こる可能性があり、この場合には、盛り上がりによって、スプライン用ボールが引っ掛かったり、スプライン用ボールの転動で盛り上がり部が剥がれて、剥離の起点になる可能性がある。

この発明の目的は、ねじ軸のスプライン軌道近傍の肉が盛り上がった場合でも、スプライン用ボールの転動に影響が出ないようにしたボールスプライン付きボールねじ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付きボールねじは、ボールねじ軌道および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ボールねじナットと、ねじ軸のスプライン軌道にボールを介して嵌め合わされたボールスプライン外筒とを備え、ねじ軸のスプライン軌道は、ねじ軸の時計方向の回転を受けるものおよびねじ軸の反時計方向の回転を受けるものとが対になるように設けられているボールスプライン付きボールねじにおいて、ねじ軸における時計方向の回転を受けるスプライン軌道の時計方向側の面およびねじ軸における反時計方向の回転を受けるスプライン軌道の反時計方向側の面に、それぞれ軌道底の径よりも小径にされた逃がし溝が形成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は、略円筒状の外筒本体および外筒本体の内周に固定された略円筒状の保持器からなるものとされ、外筒本体の内周には、ねじ軸のスプライン軌道に対向するように、時計方向の回転を受けるためのスプライン軌道と反時計方向の回転を受けるためのスプライン軌道とが設けられ、保持器には、スプライン用ボールを保持するポケット部が設けられる。

ボールスプライン付きボールねじのねじ軸のスプライン軌道近傍部は、スプライン軌道に大きなトルクが作用した場合に、ねじ軌道の肩部が変形して盛り上がりが生じやすい箇所となっている。従来のボールスプライン付きボールねじでは、盛り上がりが生じた場合、スプライン軌道に沿うスプライン用ボールの移動が阻害されることになる。

これに対し、この発明によるボールスプライン付きボールねじでは、ねじ軸における時計方向の回転を受けるスプライン軌道の時計方向側の面およびねじ軸における反時計方向の回転を受けるスプライン軌道の反時計方向側の面に、それぞれスプライン軌道の底面（軌道底）の径よりも小径にされた逃がし溝が形成され、これにより、盛り上がりが生じた場合であっても、盛り上がりが逃がし溝の深さ以下であれば、スプライン軌道に沿って移動するスプライン用ボールが盛り上がりに当たることはなく、ねじ軸とボールスプライン外筒との相対直線移動が阻害されることはない。

ねじ軸は、例えば、ねじ軌道が形成される基準となる円筒面を有しているものとされ、この基準円筒面に、スプライン軌道が形成される。保持器は、例えば、ねじ軸の外径にほぼ等しい内径の円筒状内周面を有しているものとされ、この場合、逃がし溝は、保持器のポケットの内径に対向するねじ軸の外周面に、保持器の内周面（内周面があると仮定した場合の仮想の内周面）との間に所要の大きさの間隙が存在するように形成される。

好ましくは、保持器のポケットに、ねじ軸の基準円筒面よりも径方向内方に位置する補強部が形成される。この場合、逃がし溝は、補強部を収容するためにねじ軸の外周面に設けられた凹部の底面すなわち軌道底を基準にしてこれより深い溝とされ、逃がし溝の底面と保持器の内周面（内周面があると仮定した場合の仮想の内周面）との間に所要の大きさの間隙が存在するように形成される。このようすると、補強部により、ポケットの径方向内方側開口における剛性が上がり、スプライン用ボールがボールねじ軌道に落ち込むことが防止されることで、スプライン軌道に沿うスプライン用ボールの移動が阻害される可能性がさらに低減する。

逃がし溝の深さは、特に限定されないが、逃がし溝の底面とスプライン軌道の底面との間隙が例えばスプライン用ボール径の２〜１２％とすることで、通常生じる盛り上がりによる問題を解消することができる。

逃がし溝は、グリース溜まりとしての機能も有しており、これによる潤滑性向上によっても、ねじ軸とボールスプライン外筒との相対直線移動がスムーズなものとなる。

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。ボールねじ軌道は、例えば、１条または２条のみぞとされ、ボールねじナットは、例えば、エンドキャップ式のものとされる。

この発明によるボールスプライン付きボールねじは、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。

この発明のボールスプライン付きボールねじによると、ねじ軸における時計方向の回転を受けるスプライン軌道の時計方向側の面およびねじ軸における反時計方向の回転を受けるスプライン軌道の反時計方向側の面に、それぞれ軌道底の径よりも小径にされた逃がし溝が形成されているので、ねじ軸のスプライン軌道近傍の肉が盛り上がった場合でも、スプライン軌道に沿って移動するスプライン用ボールに盛り上がりが当たることはなく、ねじ軸とボールスプライン外筒との相対直線移動が阻害されることはない。

図１は、この発明によるボールスプライン付きボールねじを示す縦断面図である。 図２は、図１のII-II線の拡大断面図である。 図３は、図２の要部を示す拡大横断面図である。

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。

ボールスプライン付きボールねじは、左右方向にのびる鋼製ねじ軸(1)、ボールねじナット(2)、ボールスプライン外筒(3)、多数のねじ用ボール(4)および多数のスプライン用ボール(5)を備えている。

ねじ軸(1)は横断面円形の中実軸であり、ねじ軸(1)の外周面に、ボールねじ軌道(6)と、軸方向（左右方向）にのびる複数の直線状スプライン軌道(7)とが形成されている。

ボールねじナット(2)は、円筒状の金属製ナット本体(8)と、ナット本体(8)の軸方向両端面に取り付けられた１対の環状の合成樹脂製エンドキャップ(9)とを備えている。エンドキャップ(9)は、互いに同一形状の短円筒状の環体よりなり、ナット本体(8)の軸方向両端面に図示しないボルトなどの連結具を用いて固定されている。ボールねじナット(2)は、ねじ軸(1)の外周に径方向に若干の隙間をあけてはめられている。

ナット本体(8)の内周面に、ボールねじ軌道(6)に対応するボールねじ軌道(10)が形成されている。ナット本体(8)のボールねじ軌道(10)とこれに対向するねじ軸(1)のボールねじ軌道(6)との対向空間が、ねじ用ボール(4)が転動する主通路(11)となっている。ナット本体(8)の周壁に、戻し通路(12)が形成されている。戻し通路(12)は、ナット本体(8)を軸方向全長にわたって貫通する断面円形の貫通穴よりなる。
各エンドキャップ(9)のナット本体(8)側の端面に、主通路(11)と戻し通路(12)を連通させるみぞ状の方向転換路(13)が形成されている。

ねじ用ボール(4)は、主通路(11)、戻し通路(12)および方向転換路(13)内に配設され、主通路(11)を転動するねじ用ボール(4)がねじ軸(1)とボールねじナット(2)の相対回転を案内するようになっている。主通路(11)、戻し通路(12)および方向転換路(13)により、ねじ用ボール循環路が構成されている。

ボールスプライン外筒(3)は、略円筒状の金属製外筒本体(14)と、外筒本体(14)の内周に固定された略円筒状の保持器(15)とを備えている。ボールスプライン外筒(3)は、ねじ軸(1)の外周に径方向に若干の隙間をあけてはめられている。

外筒本体(14)の内周面に、ねじ軸(1)のスプライン軌道(7)に対応する複数の直線状スプライン軌道(16)が形成されている。

外筒本体(14)のスプライン軌道(16)に対応する保持器(15)の部分に、両スプライン軌道(7)(16)間を転動するスプライン用ボール(5)を保持するポケット(17)が形成されている。ポケット(17)を介して対向する両スプライン軌道(7)(16)間の空間が、スプライン用ボール(5)が転動する主通路(18)となっている。保持器(15)には、外筒本体(14)との間に、主通路(18)の左右両端部と連通する戻し通路(19)が形成されている。

保持器(15)のポケット(17)は、その径方向外方側の開口が径方向内方側の開口よりも大きいテーパ状とされており、その径方向中間部分がスプライン用ボール(5)の径と等しくされていることで、スプライン用ボール(5)が主通路(18)を転動可能な位置に保持され、それ以上の径方向内方への移動が防止されている。

スプライン用ボール(5)は、主通路(18)および戻し通路(19)内に配設され、主通路(18)を転動するスプライン用ボール(5)がねじ軸(1)とボールスプライン外筒(3)の相対直線運動を案内するようになっている。主通路(18)および戻し通路(19)により、スプライン用ボール循環路が構成されている。

上記の状態で、ボールねじナット(2)を回転させることにより、ねじ軸(1)がボールスプライン外筒(3)を案内にして、回転はせずに、軸方向に直線移動する。このとき、ボールねじナット(2)の部分では、主通路(11)を転動していたねじ用ボール(4)が、一方のエンドキャップ(9)の方向転換路(13)で方向転換されてナット本体(8)の戻し通路(12)に導入され、戻し通路(12)内を他方のエンドキャップ(9)側に移動し、戻し通路(12)を移動してきたねじ用ボール(4)が、他方のエンドキャップ(9)の方向転換路(13)で方向転換されて、主通路(11)に導入される。これにより、ねじ用ボール(4)は、ねじ用ボール循環路を循環させられる。ボールスプライン外筒(3)の部分では、主通路(18)を転動していたスプライン用ボール(5)が、主通路(18)の一端部から戻し通路(19)に導入されて、戻し通路(19)内を主通路(18)の他端部側に移動し、主通路(18)の他端部に導入される。これにより、スプライン用ボール(5)が、スプライン用ボール循環路を循環させられる。

ねじ軸(1)のスプライン軌道(7)および外筒本体(14)のスプライン軌道(16)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３対設けられている。すなわち、図２に示すように、ねじ軸(1)のスプライン軌道(7)は、ねじ軸(1)の時計方向の回転を受ける肩部を有するスプライン軌道(7a)と、ねじ軸(1)の反時計方向の回転を受ける肩部を有するスプライン軌道(7b)とからなり、外筒本体(14)のスプライン軌道(16)は、ねじ軸(1)の時計方向の回転を受けるスプライン軌道(7a)に所定の接触角で対向してスプライン用ボール(5)を介してねじ軸(1)の時計方向の回転を受ける肩部を有するスプライン軌道(16a)と、ねじ軸(1)の反時計方向の回転を受けるスプライン軌道(7b)に所定の接触角で対向してスプライン用ボール(5)を介してねじ軸(1)の反時計方向の回転を受ける肩部を有するスプライン軌道(16b)とからなる。

ねじ軸(1)におけるねじ軸(1)の時計方向の回転を受けるスプライン軌道(7a)の時計方向側の面およびねじ軸(1)の反時計方向の回転を受けるスプライン軌道(7b)の反時計方向側の面には、それぞれスプライン軌道(7a)(7b)の底面（軌道底）(22)の径よりも小径にされた逃がし溝(20)が形成されている。

保持器(15)のポケット(17)には、ねじ軸(1)の円筒面よりも径方向内方に位置する補強部(21)が形成されている。補強部(21)の内径は、ねじ軸(1)の外径よりも小さくなされており、ねじ軸(1)の外周面には、保持器(15)のポケット(17)の補強部(21)を収容するための凹部が必要となる。ここで、この凹部の底面は、図３に二点鎖線で示すように、保持器(15)のポケット(17)の補強部(21)の内周面に沿うものとすればよいが、この発明によるボールスプライン付きボールねじの逃がし溝(20)は、二点鎖線で示す凹部の底面すなわち軌道底(22)よりも深いものとされている。

これにより、図３において、ねじ軸(1)におけるねじ軸(1)の時計方向の回転を受けるスプライン軌道(7a)の時計方向側の面については、保持器(15)のポケット(17)の内径に対向するねじ軸(1)の外周面（＝逃がし溝(20)の底面）と保持器(15)の内周面（内周面があると仮定した場合の仮想の内周面であり、図示の例では、補強部(21)の内周面を延長した面）との間に、所要の大きさの間隙(G1)が形成されている。この間隙(G1)は、両スプライン軌道(7a)(7b)の間におけるねじ軸(1)の外周面と保持器(15)の内周面との間隙(G2)がすきまばめ程度とされているのに対し、これよりも大きいものとされている。逃がし溝(20)の底面とスプライン軌道(7a)(7b)の底面（軌道底）(22)との間隙は、例えば、スプライン用ボール(5)の径の２％以上とされており、これにより、盛り上がりが生じた場合であっても、この盛り上がりが二点鎖線で示すスプライン軌道(7a)(7b)の底面(22)を超えることがないので、スプライン軌道(7a)(7b)内にあるスプライン用ボール(5)に当たることはなく、ねじ軸(1)とボールスプライン外筒(3)との相対直線移動が阻害されることはない。

上記のボールスプライン付きボールねじは、ボールスプライン外筒(3)を軸方向の一定位置に回転も移動もしないように固定し、ボールねじナット(2)を軸方向の一定位置において回転はするが移動はしないように支持した状態で使用される。ここで、スプライン用ボール(5)とねじ用ボール(4)とは同じ大きさとされているが、ねじ軸(1)の回転を防止するボールスプラインにおけるスプライン用ボール(5)が転動する主通路(18)は、ねじ用ボール(4)が転動する主通路(11)に比べると、スプライン用ボール(5)と主通路(18)との隙間が小さいものとされており、したがって、ねじ軸(1)においては、スプライン軌道(7)に比べてボールねじ軌道(6)の方が深く形成されている。このため、ボールねじ軌道(6)とスプライン軌道(7)との交差部では、スプライン軌道(7)に沿って移動中のスプライン用ボール(5)がボールねじ軌道(6)に落ち込む可能性がある。

このスプライン用ボール(5)のボールねじ軌道(6)への落ち込みは、ボールスプライン外筒(3)の保持器(15)によって防止されるが、スプライン用ボール(5)に径方向内向きの大きな力が作用した場合に、スプライン用ボール(5)が径方向内方へ移動して、ボールねじ軌道(6)に落ち込む可能性がある。保持器(15)のポケット(17)に設けられている補強部(21)は、ポケット(17)の開口部を補強するものであり、これにより、スプライン用ボール(5)が径方向内方へ移動しにくいものとなり、スプライン軌道(7)に沿うスプライン用ボール(5)の移動が阻害される可能性がさらに低減している。

また、上記逃がし溝(20)によって形成された間隙(G1)は、グリース溜まりとなり、ここにグリースを封入しておくことで、潤滑性が向上し、これによっても、ねじ軸(1)とボールスプライン外筒(3)との相対直線移動がスムーズなものとなる。

(1) ねじ軸
(2) ボールねじナット
(3) ボールスプライン外筒
(4) ねじ用ボール
(5) スプライン用ボール
(6) ボールねじ軌道
(7) スプライン軌道
(7a) 時計方向の回転を受けるスプライン軌道
(7b) 反時計方向の回転を受けるスプライン軌道
(10) ボールねじ軌道
(14) 外筒本体
(15) 保持器
(16) スプライン軌道
(16a) 時計方向の回転を受けるスプライン軌道
(16b) 反時計方向の回転を受けるスプライン軌道
(20) 逃がし溝
(22) スプライン軌道の底面（軌道底）

Claims (1)

1. ボールねじ軌道および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ボールねじナットと、ねじ軸のスプライン軌道にボールを介して嵌め合わされたボールスプライン外筒とを備え、ねじ軸のスプライン軌道は、ねじ軸の時計方向の回転を受けるものおよびねじ軸の反時計方向の回転を受けるものとが対になるように設けられているボールスプライン付きボールねじにおいて、
   ねじ軸における時計方向の回転を受けるスプライン軌道の時計方向側の面およびねじ軸における反時計方向の回転を受けるスプライン軌道の反時計方向側の面に、それぞれ軌道底の径よりも小径にされた逃がし溝が形成されていることを特徴とするボールスプライン付きボールねじ。

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