JP5487924B2

JP5487924B2 - コロスプラインおよびコロスプライン付きボールねじ

Info

Publication number: JP5487924B2
Application number: JP2009280062A
Authority: JP
Inventors: 肇渡邉
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-12-10
Also published as: JP2011122643A

Description

この発明は、コロスプラインおよびコロスプライン付きボールねじに関する。

ボールねじとして、ねじみぞおよびスプラインみぞが互いに交差するように外周面に形成されたねじ軸と、ねじ軸が通されてねじ軸のねじみぞに対応するねじ用ボール循環路が形成されたねじ用ナットと、ねじ用ナットのねじ用ボール循環路に配設された複数のねじ用ボールと、ねじ軸が通されてねじ軸のスプラインみぞに対応するスプライン用ボール循環路が形成されたスプライン外筒と、スプライン外筒のスプライン用ボール循環路に配設された複数のスプライン用ボールとを備えているもの（ボールスプライン付きボールねじ）が知られており（特許文献１参照）、このようなボールねじは、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いる。

特開平６−３００１０６号公報

上記特許文献１に示されているボールねじでは、スプラインみぞとねじみぞとが交差している部分がねじ軸に存在し、スプラインみぞに比べてねじみぞの方が深く形成されていることから、スプラインみぞに沿って移動中のスプライン用ボールが交差部においてねじみぞに落ち込む可能性がある。そのため、ボールスプライン部分では、保持器によってスプライン用ボールを保持して径方向内方への移動を防止するようにしているが、スプライン用ボールがねじみぞに落ち込むと、スプライン用ボールがスプラインみぞに沿って移動を続けることができなくなり、ボールスプライン機能が停止してしまうことから、スプライン用ボールがねじみぞに落ち込む可能性の解消が望まれている。

落ち込みを確実に防止するには、スプライン用ボールの径を大きくすればよいが、ボールねじ装置全体の外径を変更せずに、スプライン用ボールの径を大きくすることには限界があり、また、スプライン用ボールの径が大きくなると、接触角が小さくなって、トルク容量が確保しにくくなるという問題が生じる。

そこで、ボールをコロに変更してコロスプラインとすることで、落ち込みを防止することが考えられるが、コロスプラインでは、コロを循環させることが困難であり、また、循環させない場合には、コロの移動量（スプライン外筒の長さ）が大きくなってしまうことから、軸の直線移動を案内することができる実用的なコロスプラインは実現されていない。

この発明の目的は、コロの移動量を少なくすることで、循環機構を不要としたコロスプラインおよびこのようなコロスプラインを備えたコロスプライン付きボールねじを提供することにある。

この発明によるコロスプラインは、軸の直線移動を案内するコロスプラインであって、軸に設けられた複数のスプラインみぞと、軸のスプラインみぞに対応するスプラインみぞが設けられたスプライン外筒と、両スプラインみぞ間に配設された複数のコロとを備えており、各コロは、大径部およびその両側に一体に設けられた小径部からなり、小径部がスプライン外筒内周に、大径部が軸外周に案内されて、軸の軸方向に転動することを特徴とするものである。

軸の外周には、軸の時計方向の回転を受けるためのスプラインみぞと軸の反時計方向の回転を受けるためのスプラインみぞとが複数対形成され、スプライン外筒の内周には、これらの各スプラインみぞに対応するように、各コロの大径部を収容して時計方向の回転を受けるためのスプラインみぞと、各コロの大径部を収容して反時計方向の回転を受けるためのスプラインみぞとが形成される。

コロの軸方向は、軸の軸方向に対して直交する方向に向けられ、コロは、軸の直線移動に伴って軸の軸方向に転動する。そして、スプライン外筒に対して軸が回転しようとした場合、コロは、軸のスプラインみぞとスプライン外筒のスプラインみぞとの間に噛み込まれ、これにより両者の相対回転が防止される。

コロの転動は、軸を内輪に、スプライン外筒を外輪にしての転動となり、この際、軸の外周面に案内されるのは大径部とされ、スプライン外筒に案内されるのは、小径部とされる。こうして、小径部がスプライン外筒に、大径部が軸に案内される形態で、コロが転動することで、軸の移動量に対するコロの移動量は、コロが段付きでないものに比べると、大径部の径と小径部の径との比だけ、少なくて済む。したがって、ボールスプラインでは必要とされているボール循環路に相当するコロ循環路をスプライン外筒に設けることが不要となる。

なお、ボールに代えてコロを使用する場合、コロの倒れという問題が生じる可能性があるが、コロが大径部および小径部からなる段付きとされているので、スプライン外筒のスプラインみぞに各コロの大径部を収容することができ、スプラインみぞの幅がコロ径に対して小さい場合であっても、コロが倒れるというような不安定な状態が生じない。

また、各スプラインみぞにおいてトルクを受ける部分は、ボールの場合のように曲面（球面の一部）ではなく、平面（大径部の側面）となるので、線接触となるとともに、コロの径を大きくしても、接触角が小さくなることはなく、トルク容量を大きくすることができる。

従来のボールスプラインをこのコロスプラインに置き換える場合、小径部の径をボールの径と同じにして、大径部の径を例えば３倍程度にすることが可能であり、これにより、スプライン外筒の長さを抑えての容量増大が容易に達成される。

複数のコロは、それぞれが転動可能なように保持器に保持されることが好ましい。また、スプライン外筒の両端部には、複数のコロの逆方向への移動（戻り）を容易とするための圧縮コイルばねが配置されているようにしてもよい。

上記のコロスプラインは、例えば、ボールスプライン付きボールねじのボールスプラインに代えて使用するのに適している。

この発明によるコロスプライン付きボールねじは、ねじみぞを有し直線移動する形態で使用されるねじ軸と、ねじ軸が通されてねじ軸のねじみぞに対応するねじ用ボール循環路が形成されたねじ用ナットと、ねじ用ナットのねじ用ボール循環路に配設された複数のねじ用ボールとを備えたボールねじにおいて、ねじ軸の直線移動を案内するコロスプラインをさらに備えており、コロスプラインは、ねじみぞに交差するようにねじ軸に形成された軸方向にのびる複数の直線状スプラインみぞと、ねじ軸のスプラインみぞに対応するスプラインみぞが設けられたスプライン外筒と、両スプラインみぞ間に配設された複数のコロとを備えており、各コロは、大径部およびその両側に一体に設けられた小径部からなり、コロの大径部は、ねじ用ボールの径よりも大きくなされており、各コロは、小径部がスプライン外筒内周に、大径部がねじ軸外周に案内されて、ねじ軸の軸方向に転動することを特徴とするものである。

従来のボールスプライン付きボールねじにおけるボールスプラインでは、ねじみぞがスプラインみぞよりも深く形成されているため、これらの交差部においては、径方向内向きの力によって、スプライン用ボールがねじみぞに落ち込む可能性があり、スプライン用ボールがねじみぞに落ち込むと、スプライン用ボールのスプラインみぞに沿う移動が止まり、ボールスプライン機能が停止するという問題が生じる。

この発明によるコロスプライン付きボールねじでは、スプライン用ボールをコロに代えることで、コロの径（大径部の外径）がねじ用ボールの径と同じであっても、ねじみぞに落ち込みにくいものとなっている。コロの径は、ボールねじのボールの径よりも大きいことが好ましく、これにより、スプライン用転動体（ボールではなくコロ）がねじみぞに落ち込む可能性が確実に解消される。

コロスプライン付きボールねじにおけるねじみぞの数は、１条でもよく、２条でもよく、それより多くてもよい。

ねじ軸、ねじ用ナットおよびスプライン外筒本体は、例えば、Ｓ４５Ｃ，Ｓ５５Ｃなどの炭素鋼製あるいはＳＡＥ４１５０鋼製とされ、また、コロおよびねじ用ボールは、例えば、軸受鋼（ＳＵＪ２）製とされる。

この発明によるコロスプライン付きボールねじは、アクチュエータ（モータによってねじ用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、ねじ用ナットが回転し、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、コロスプライン付きボールねじと、ねじ用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。

この発明のコロスプラインによれば、段付きとされたコロの小径部がスプライン外筒内周に、大径部が軸外周に案内されるので、コロの移動量を少なくすることができ、コロの循環機構を不要とすることができる。

また、この発明のコロスプライン付きボールねじによれば、ボールスプラインに代えて上記のコロスプラインを有していることで、スプライン部分の循環機構をなくすことができるとともに、ねじみぞとスプラインみぞとの交差部において、コロに径方向内向きの大きな力が作用した場合であっても、コロは、ねじみぞに落ち込むことなく、交差部を越えてスプラインみぞに沿って移動を続けることができ、スプライン機能が停止することが確実に防止される。

図１は、この発明の１実施形態を示すコロスプライン付きボールねじの主要部の縦断面図である。図２は、コロスプライン部分の拡大縦断面図である。図３は、コロスプライン部分の拡大横断面図である。図４は、コロ（段付きコロ）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。

図１から図４までは、この発明によるコロスプラインおよびコロスプライン付きボールねじを示している。

図１に示すように、コロスプライン付きボールねじ(1)は、ねじみぞ(2a)および上下方向にのびるスプラインみぞ(2b)(2c)が設けられた上下にのびる鋼製ねじ軸（軸）(2)と、ねじ軸(2)のねじみぞ(2a)にボール（図示略）を介してねじ合わされた回転自在の鋼製ねじ用ナット(3)と、ねじ軸(2)の下端側においてスプラインみぞ(2b)(2c)にコロ(12)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スプライン外筒(5)と、ねじ用ナット(3)に一体化されて上方にのびる中空軸(6)と、軸受(8)を介して中空軸(6)を回転可能に支持するとともにスプライン外筒(5)を支持するハウジング(7)とを備えている。

このコロスプライン付きボールねじ(1)は、ねじ用ナット(3)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もので、この直線移動を案内する機構がコロスプライン(4)とされており、ねじ軸(2)とスプライン外筒(5)との間に配設されたコロ(12)がねじ軸(2)とスプライン外筒(5)の相対直線運動を案内している。

コロスプライン(4)で使用されているコロ(12)は、図４に拡大して示すように、段付き状に形成されており、大径部(21)およびその両側に一体に設けられた小径部(22)からなる。

ねじ軸(2)は、横断面円形の中実軸であり、ねじみぞ(2a)およびスプラインみぞ(2b)(2c)は、その外周面に互いに交差するように設けられている。

ねじ用ナット(3)は、公知のもので、詳細説明は省略するが、エンドキャップ式のものとされて、ボールを循環させるようになっている。

スプライン外筒(5)は、回り止め部（例えばキー）(11)によってハウジング(7)に対して回り止めされる。

図２および図３に示すように、コロスプライン(4)は、ねじ軸(2)に設けられた直線状のスプラインみぞ(2b)(2c)と、ねじ軸(2)のスプラインみぞ(2b)(2c)に対応する直線状のスプラインみぞ(5a)(5b)が設けられたスプライン外筒(5)と、ねじ軸(2)のスプラインみぞ(2b)(2c)とスプライン外筒(5)のスプラインみぞ(5a)(5b)との間に配設された複数のコロ(12)とを備えている。

図３に示すように、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つのコロ受け部(23)が周方向に等間隔で設けられており、このコロ受け部(23)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みぞ(2b)(2c)が形成されている。これに対応して、スプライン外筒(5)の内周には、各コロ(12)の大径部(21)（スプライン外筒(5)内において径方向外側に位置する大径部(21)の部分）を収容してコロ受け部(23)の時計方向側のスプラインみぞ(2b)に時計方向側から対向するスプラインみぞ(5a)と、各コロ(12)の大径部(21)を収容してコロ受け部(23)の反時計方向側のスプラインみぞ(2c)に反時計方向側から対向するスプラインみぞ(5b)とがそれぞれ形成されている。各コロ(12)の軸心は、径方向に対して直角ではなく、径方向に対して３０°傾くように配置されている。ねじ軸(2)が時計方向に回転しようとしたときには、一方のスプラインみぞ(2b)(5a)の対によってそのトルクを負荷し、ねじ軸(2)が反時計方向に回転しようとしたときには、他方のスプラインみぞ(2c)(5b)の対によってそのトルクを負荷することができ、これによって、ねじ軸(2)とスプライン外筒(5)の相対直線運動が案内される。

図２に示すように、スプライン外筒(5)のスプラインみぞ(5a)(5b)の両端部は、閉鎖されており、コロ(12)は、循環する形態ではなく、上下に往復移動する形態で使用されている。

複数のコロ(12)は、それぞれが転動可能なように保持器(13)に保持されており、一体となって上下方向に移動する。スプライン外筒(5)の両端部には、複数のコロ(12)の逆方向への移動（戻り）を容易とするための上下の圧縮コイルばね(14)(15)が配置されている。

コロ(12)の大径部(21)の径は、ねじ用ボールの径（ねじ軸(2)のねじみぞ(2a)の直径）よりも大きくなされている。

各コロ(12)は、その小径部(22)が外輪としてのスプライン外筒(5)の内周に案内されており、その大径部(21)が内輪としてのねじ軸(2)の外周に案内されている。この結果、ねじ軸(2)の移動量に対するコロ(12)の移動量は、コロ(12)が段付きでないものに比べると、大径部(21)の径と小径部(22)の径との比だけ、少なくて済む。このため、コロ(12)を循環させずに往復移動させる形態であっても、スプライン外筒(5)の軸方向長さを抑えることができる。

上記コロスプライン付きボールねじ(1)は、スプライン外筒(5)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、ねじ用ナット(3)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。そして、ねじ用ナット(3)を回転させることにより、ねじ軸(2)がスプライン外筒(5)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、ねじ用ナット(3)が配されているボールねじの部分では、ねじ軸(2)の上下移動に伴って、ねじ用ボールがねじ用ボール循環路を循環させられ、これに対して、スプライン外筒(5)が配されているコロスプラインの部分では、ねじ軸(2)の上下移動に伴って、コロ(12)が往復上下移動する。

ねじ軸(2)においては、スプラインみぞ(2b)(2c)に比べてねじみぞ(2a)の方が深く形成されている。このため、従来のボールスプライン付きのボールねじでは、おねじみぞ(2a)とスプラインみぞ(2b)(2c)との交差部(C)では、移動中のボールがおねじみぞ(2a)に落ち込む可能性があった。これに対し、このコロスプライン付きボールねじ(1)では、ボールスプラインに代えてコロスプライン(4)とされていることで、ねじみぞ(2a)とスプラインみぞ(2b)(2c)との交差部(C)において、コロ(12)に径方向内向きの大きな力が作用した場合であっても、コロ(12)は、ねじみぞ(2a)に落ち込むことなく、交差部(C)を越えてスプラインみぞ(2b)(2c)に沿って移動を続けることができ、スプライン機能が停止することが確実に防止される。

(1) コロスプライン付きボールねじ
(2) ねじ軸（軸）
(2a) おねじみぞ（ねじみぞ）
(2b)(2c) スプラインみぞ
(3) ねじ用ナット
(4) コロスプライン
(5) スプライン外筒
(5a)(5b) スプラインみぞ
(12) コロ
(21) 大径部
(22) 小径部

Claims

軸の直線移動を案内するコロスプラインであって、軸に設けられた複数のスプラインみぞと、軸のスプラインみぞに対応するスプラインみぞが設けられたスプライン外筒と、両スプラインみぞ間に配設された複数のコロとを備えており、各コロは、大径部およびその両側に一体に設けられた小径部からなり、小径部がスプライン外筒内周に、大径部が軸外周に案内されて、軸の軸方向に転動することを特徴とするコロスプライン。
ねじみぞを有し直線移動する形態で使用されるねじ軸と、ねじ軸が通されてねじ軸のねじみぞに対応するねじ用ボール循環路が形成されたねじ用ナットと、ねじ用ナットのねじ用ボール循環路に配設された複数のねじ用ボールとを備えたボールねじにおいて、
ねじ軸の直線移動を案内するコロスプラインをさらに備えており、コロスプラインは、ねじみぞに交差するようにねじ軸に形成された軸方向にのびる複数の直線状スプラインみぞと、ねじ軸のスプラインみぞに対応するスプラインみぞが設けられたスプライン外筒と、両スプラインみぞ間に配設された複数のコロとを備えており、各コロは、大径部およびその両側に一体に設けられた小径部からなり、コロの大径部は、ねじ用ボールの径よりも大きくなされており、各コロは、小径部がスプライン外筒内周に、大径部がねじ軸外周に案内されて、ねじ軸の軸方向に転動することを特徴とするコロスプライン付きボールねじ。