JP5176724B2 - ボールスプライン - Google Patents

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    • F16C29/0695—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load with the bearing body fully encircling the guide rail or track the bearing body encircles a guide rail or track of non-circular cross-section, e.g. with grooves or protrusions, i.e. the linear bearing is suited to transmit torque with balls

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Description

この発明は、ボールスプラインに関する。
ボールスプラインとして、軸方向にのびる複数の直線状スプラインみぞが外周面に形成されたスプライン軸と、スプライン軸が通されてスプライン軸のスプラインみぞに対応するボール循環路が形成されたスプラインナットと、スプラインナットのボール循環路に配設された複数のボールとを備えており、スプラインナットは、スプライン軸のスプラインみぞに対応して主通路を形成するスプラインみぞを有するナット本体と、ナット本体の内周に固定されてナット本体との間に戻し通路を形成する保持器とからなるものが知られている（特許文献１参照）。
このようなボールスプラインでは、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るものとされ、無負荷軌道部は、主通路よりも外径側に設けられる。
特開平６−３００１０６号公報
この種のボールスプラインでは、全体の径を抑えるために、負荷ボールのＰ．Ｃ．Ｄ．（主通路の径）と循環ボールのＰ．Ｃ．Ｄ．（無負荷軌道部の径）との差を小さくすることが望まれている。そのため、スプライン軸の外周にスプラインみぞを形成するに際し、対となるスプラインみぞで挟まれた部分の外径を大きくし（すなわち、スプライン軸を異径にし）、これにより、負荷ボールのＰ．Ｃ．Ｄ．を大きくすることが考えられている。
しかしながら、このような異径の軸を得るには、対となるスプラインみぞで挟まれた部分以外が小径となるように、機械加工で削る必要があり、取り代が大となるために長時間の加工が必要となり、加工コストが増加するという問題がある。
この発明の目的は、軸を異径とすることなく、負荷ボールのＰ．Ｃ．Ｄ．と循環ボールのＰ．Ｃ．Ｄ．との差を小さく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、軸方向にのびる複数の直線状スプラインみぞが外周面に形成されたスプライン軸と、スプライン軸が通されてスプライン軸のスプラインみぞに対応するボール循環路が形成されたスプラインナットと、スプラインナットのボール循環路に配設された複数のボールとを備え、スプラインナットは、スプライン軸のスプラインみぞに対応して主通路を形成するスプラインみぞを有するナット本体と、ナット本体の内周に嵌め入れられており、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る戻し通路をナット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、スプライン軸は、突出部がない円周面にスプラインみぞが形成されたものであり、スプラインナットの保持器の連結部は、無負荷軌道部側から旋回してくるボールを受ける旋回中ボール受け部と、旋回中ボール受け部に連なり旋回してから主通路に向かうボールを受ける旋回後ボール受け部とを有しており、旋回中ボール受け部の外径が旋回後ボール受け部の外径よりも大きくなされていることを特徴とするものである。
主通路、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によって、ボール循環路が形成され、主通路を転動するボールがスプライン軸とスプラインナットの相対直線運動を案内し、主通路を転動したボールは、その一端側から連結部に入り、無負荷軌道部を逆方向に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。
無負荷軌道部は、主通路に平行でかつ主通路よりも外径側に形成される。ナット本体のスプラインみぞは、無負荷軌道部に対応する面に対して内方に突出した突出部に形成される。したがって、連結部は、無負荷軌道部の端から主通路の端に向かって、軸方向にＵターンしかつ径が小さくなるものとされる。
突出部がない円周面にスプラインみぞが形成されたスプライン軸とは、突出部（大径部）が設けられてその周方向両側にスプラインみぞが形成された異径のスプライン軸ではないという意味であり、断面円形の丸棒を切削してスプラインみぞを形成することで得ることができる。スプラインみぞは、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。これに対応して、スプラインナットの内周には、時計方向側のスプラインみぞに時計方向側から対向するスプラインみぞと、反時計方向側のスプラインみぞに反時計方向側から対向するスプラインみぞとがそれぞれ形成される。
無負荷軌道部の端部まで循環してきたボールは、連結部内を旋回して主通路へと進むことになり、連結部には、無負荷軌道部から旋回してくるボールを受ける旋回中ボール受け部と、旋回中ボール受け部に連なり旋回してから主通路に向かうボールを受ける旋回後ボール受け部とが存在している。連結部内を旋回中のボールが受ける力は、主通路方向ではなく、主通路方向に対して傾斜しているため、旋回中のボールが保持器の連結部に乗り上げて、スムーズな旋回性が阻害される可能性がある。スプライン軸を突出部がない円周面にスプラインみぞが形成されたものとすると、乗り上げの可能性が高いものとなる。
そこで、従来の保持器では、旋回中ボール受け部の外径と旋回後ボール受け部の外径とが同じとされて、連結部から主通路にかけての外周面がスムーズなものとされていたのに対し、この発明によるボールスプラインの保持器では、旋回中ボール受け部の外径が旋回後ボール受け部の外径よりも大きくなされている。旋回中のボールは、主通路方向に対して傾斜した方向の力を受けており、旋回後のボールは、主通路方向の力だけを受ける。したがって、旋回中ボール受け部がボールの乗り上げが最も起こりやすい箇所になっており、この旋回中ボール受け部の外径が大きくなされることで、戻し通路を通って旋回する際、ボールが連結部を乗り越えて脱落することが防止され、ボールの循環性が良好なものとなる。
ナット本体は、保持器に対応するように、保持器の旋回中ボール受け部に対応する部分の内径が従来より大きくされるが、これ以外の部分を変更する必要はない。こうして、保持器側の工夫によって、負荷ボールのＰ．Ｃ．Ｄ．と循環ボールのＰ．Ｃ．Ｄ．との差を小さくした場合に問題となるボールの循環性悪化が対策され、ボールスプラインの径を抑えることができる。
ボールスプラインは、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みぞ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、スプラインみぞ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ナットとからなるものとされることがある。
ねじ軸およびボールスプラインナットは、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。
この発明のボールスプラインによると、無負荷軌道部側から旋回してくるボールを受ける旋回中ボール受け部の外径が旋回してから主通路に向かうボールを受ける旋回後ボール受け部の外径よりも大きくなされていることで、保持器形状の工夫によって、循環ボールが旋回する時の脱落が防止される。これにより、負荷ボールのＰ．Ｃ．Ｄ．と循環ボールのＰ．Ｃ．Ｄ．との差を小さくした場合に問題となるボールの循環性悪化が対策され、ボールスプラインの径を抑えることができる。
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。
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示している。
ボールスプラインは、左右方向にのびる鋼製スプライン軸(1)、スプラインナット(2)および多数のボール(3)を備えている。
スプライン軸(1)は横断面円形の中実軸であり、スプライン軸(1)の外周面に、軸方向（左右方向）にのびる複数の直線状スプラインみぞ(4)が形成されている。すなわち、スプライン軸(1)は異径ではなく、断面円形で突出部がない丸棒の円周面を切削してスプラインみぞ(4)を形成することで得られたものとされている。
スプラインナット(2)は、略円筒状の金属製ナット本体(5)と、ナット本体(5)の内周に固定された略円筒状の保持器(6)とを備えている。スプラインナット(2)は、スプライン軸(1)の外周に径方向に若干の隙間を空けて嵌められている。
ナット本体(5)の内周面に、スプライン軸(1)のスプラインみぞ(4)に対応する複数の直線状スプラインみぞ(7)が形成されている。
ナット本体(5)のスプラインみぞ(7)に対応する保持器(6)の部分に、両スプラインみぞ(4)(7)との間を転動するボール(3)を案内する凸部(9)が形成されている。凸部(9)を介して対向する両スプラインみぞ(4)(7)との間の空間が、ボール(3)が転動する主通路(10)となっている。主通路(10)は、時計方向回転トルクを受けるものと反時計方向回転トルクを受けるものとが対とされて、３対設けられている。
保持器(6)には、ナット本体(5)との間に、主通路(10)の左右両端部と連通する戻し通路(11)が形成されている。各戻し通路(11)は、対となっている主通路(10)を周方向の両側から挟むように設けられている。保持器(6)に形成されている戻し通路(11)は、径方向外方に開口しており、ナット本体(5)には、この開口を塞ぐ大径内周面(8)が設けられている。
ボール(3)は、主通路(10)および戻し通路(11)内に配設され、主通路(10)を転動するボール(3)がスプライン軸(1)とスプラインナット(2)の相対直線運動を案内するようになっている。主通路(10)および戻し通路(11)により、ボール循環路が構成されている。
保持器(6)には、図３に示すように、戻し通路(11)を形成するための構成として、主通路(10)と平行で主通路(10)よりも外径側に位置する無負荷軌道部(21)と、無負荷軌道部(21)の各端部と主通路(10)の各端部とをつなぐ連結部(22)とが設けられている。
連結部(22)の主通路側の部分(23)は、無負荷軌道部(21)側から旋回してくるボール(3)を受ける旋回中ボール受け部(23a)と、旋回中ボール受け部(23a)に連なり旋回してから主通路(10)に向かうボール(3)を受ける旋回後ボール受け部(23c)とを有している。
旋回中ボール受け部(23a)と旋回後ボール受け部(23c)との間には、段差部(23b)が設けられており、旋回中ボール受け部(23a)の外径は、旋回後ボール受け部(23c)の外径よりも大きくなされている。そして、保持器(6)の旋回中ボール受け部(23a)に対応するナット本体(5)の内周面(8a)は、従来のものに比べて、大きい段差(8b)でこれよりも軸方向内側の部分と連なっている。
スプライン軸(1)とスプラインナット(2)との相対移動時には、主通路(10)を転動していたボール(3)は、主通路(10)の一端部から、戻し通路(11)に導入されて戻し通路(11)内を主通路(10)の他端部側に移動し、主通路(10)の他端部に導入される。連結部(22)を旋回する際、ボール(3)は、図３に矢印で示すように、主通路方向に対して傾斜した方向の力を受けており、旋回中のボール(3)を受ける旋回中ボール受け部(23a)の高さが低いと、ボール(3)がこれに乗り上げたりこれを乗り越えて脱落したりすることで、ボール(3)が円滑に循環しない可能性がある。
この発明のボールスプラインによると、旋回中ボール受け部(23a)の外径が大きくなされていることで、ボール(3)は、旋回中ボール受け部(23a)に案内されて、確実に戻し通路(11)から主通路(10)に移動することができ、循環ボールのＰ．Ｃ．Ｄ．（無負荷軌道部(11)の径）を大きくすることなく、循環性の悪化が防止される。
なお、上記の実施形態では、スプラインみぞ(4)のみが形成されたスプライン軸(1)を備えたボールスプラインについて説明したが、この発明のボールスプラインは、スプライン軸に１条のねじみぞを形成してねじ用ナットおよびねじ用ボールを備えたボールねじと共に使用することができる。
図１は、この発明によるボールスプライン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保持器を示す斜視図である。
符号の説明
(1) スプライン軸
(2) スプラインナット
(3) ボール
(4) スプラインみぞ
(5) ナット本体
(6) 保持器
(7) スプラインみぞ
(10) 主通路
(11) 戻し通路
(21) 無負荷軌道部
(22) 連結部
(23a) 旋回中ボール受け部
(23c) 旋回後ボール受け部

Claims (1)

  1. 軸方向にのびる複数の直線状スプラインみぞが外周面に形成されたスプライン軸と、スプライン軸が通されてスプライン軸のスプラインみぞに対応するボール循環路が形成されたスプラインナットと、スプラインナットのボール循環路に配設された複数のボールとを備え、スプラインナットは、スプライン軸のスプラインみぞに対応して主通路を形成するスプラインみぞを有するナット本体と、ナット本体の内周に嵌め入れられており、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る戻し通路をナット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、
    スプライン軸は、突出部がない円周面にスプラインみぞが形成されたものであり、スプラインナットの保持器の連結部は、無負荷軌道部側から旋回してくるボールを受ける旋回中ボール受け部と、旋回中ボール受け部に連なり旋回してから主通路に向かうボールを受ける旋回後ボール受け部とを有しており、旋回中ボール受け部の外径が旋回後ボール受け部の外径よりも大きくなされていることを特徴とするボールスプライン。
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