JP6207645B2 - クランプ機能付き転動体スプライン - Google Patents

Description

本発明は、スプライン軸の軸方向へのスプラインナットの移動を規制すると共に当該規制の解除を任意に行うことが可能なクランプ機能付き転動体スプラインに関する。

従来、この種のクランプ機能付き転動体スプラインとしては、特許文献１に開示されたものが知られている。この転動体スプラインは、軸方向に伸びる複数の転走面が外周面に形成されたスプラインシャフトと、このスプラインシャフトに案内されて直線移動が可能な移動体とから構成されており、更に、前記移動体はスプラインナット及びクランパナットから構成されている。

前記スプラインナットは公知の転動体スプラインのナット部材であり、前記スプラインシャフトの転走面を転走する多数の案内転動体を有すると共に、これら案内転動体が循環する無限循環路を備え、前記スプラインナットは前記スプラインシャフトに沿って自在に移動可能である。

一方、前記クランパナットは、内周面にテーパ部を有するクランパ本体と、このクランパ本体と前記スプラインシャフトとの間で軸方向へ移動自在に配置された保持器と、この保持器に配列された複数の特殊形状の係止転動体と、前記係止転動体を前記クランパ本体のテーパ部と前記スプラインシャフトの外周面との間に噛み込む方向へ前記保持器を付勢するスプリングと、を有している。

前記クランパナットを構成する前記保持器の軸方向の一端には円板状の連結プレートが接着固定されており、この連結プレートを前記スプラインナットに設けられた円板状の固定用フランジ部にボルトで固定することで、前記スプラインナットと前記クランパナットが一体に結合されている。

このような従来のクランプ機能付き転動体スプラインでは、前記クランパ本体の外筒に対して何ら外力を加えていない状態では、前記スプリングの付勢力によって前記係止転動体が前記スプラインシャフトと前記クランパ本体のテーパ部との間に噛み込まれ、前記スプラインシャフトに対する前記移動体の軸方向及び回転方向の運動が規制される。一方、前記スプリングの付勢力に抗して前記クランパ本体を軸方向へ押圧すると、前記クランパ本体のテーパ部と前記スプラインシャフトとの間における前記係止転動体の噛み込み状態が解除され、前記スプラインナットと結合された前記クランパナットを前記スプラインシャフトに沿って移動させることが可能となる。

実用新案登録第３１８６７５９号

しかし、特許文献１に開示された従来のクランプ機能付き転動体スプラインは、公知のスプラインナットに対してクランパナットを外付けしたものに過ぎず、前記スプラインナットや前記クランパナットを小型に製作しても、前記スプラインシャフトに沿って運動する前記移動体が大型化してしまう懸念があった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、スプラインナットとクランパナットを強固に一体化しつつも、スプラインシャフトに沿って運動する移動体の小型化を図ることが可能なクランプ機能付き転動体スプラインを提供することにある。

すなわち、本発明のクランプ機能付き転動体スプラインは、複数の案内転動体と、
外周面の周方向に複数の案内領域と係止領域が交互に設けられると共に当該案内領域には軸方向に沿って前記案内転動体の転走溝が形成された軸部材と、
前記軸部材が挿入される貫通孔を有し、前記転走溝との間で前記案内転動体が荷重を負荷しながら転走する複数の負荷転走溝を有すると共に前記案内転動体の無限循環路を有するスプラインナットと、
前記軸部材の係止領域に接触すると共に当該軸部材の軸方向へ転走可能に配置された複数の係止転動体と、
前記軸部材が挿入される貫通孔を有すると共に前記係止転動体の収容孔を有する保持器と、
前記軸部材及び前記保持器が挿入される貫通孔を有すると共に当該貫通孔の内周面に前記軸部材の外周面との間で前記係止転動体を挟み込むテーパ部を有し、当該保持器に対して軸方向へ移動可能に組み付けられる、クランパ本体と、

前記保持器と前記クランパ本体との間に介装されて、前記係止転動体を前記クランパ本体のテーパ部と前記軸部材との間に噛み込む方向へ前記クランパ本体を付勢する付勢手段と、を備えている。そして、前記スプラインナットは前記軸部材の係止領域と重ならない位置に前記案内転動体の無限循環路を有する一方、前記保持器は前記軸部材の係止領域に重なると共に前記クランパ本体の軸方向一端から突出する延長固定部を有し、前記延長固定部は前記スプラインナットと前記軸部材との間に挿入されて当該スプラインナットに固定されている。

このような本発明によれば、前記保持器の延長固定部が前記軸部材の係止領域と重なる位置で前記クランパ本体から突出する一方、前記スプラインナットは前記軸部材の係止領域と重ならない位置に案内転動体の無限循環路を有しているので、前記保持器の延長固定部をスプラインナットと軸部材の間に挿入して当該スプラインナットに固定することができ、クランパナット及びスプラインナットの小径化を図りつつ、両者を強固に結合して一体化することが可能となる。また、前記延長固定部をスプラインナットと軸部材との間に挿入しても、当該延長固定部が案内転動体の無限循環路と干渉することはなく、クランパナットとスプラインナットをコンパクトに一体化することが可能となる。

本発明のクランプ機能付き転動体スプラインの実施形態の一例を示す断面図である。 実施形態に係る軸部材を示す断面図である。 実施形態に係るスプラインナットと軸部材の組み合わせを示す斜視図（一部切欠き）である。 図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図１のＶ−Ｖ線断面図である。 実施形態に係る保持器を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明のクランプ機能付き転動体スプラインを詳細に説明する。

図１は本発明を適用したクランプ機能付き転動体スプライン（以下、「転動体スプライン」という）の実施形態の一例を示すものである。この転動体スプライン１は、軸部材２と、前記軸部材２に案内されて当該軸部材２の軸方向（図中の矢線Ｘ方向）へ直線移動が可能な移動体３とから構成されている。また、前記移動体３は、スプラインナット４及びクランパナット５から構成され、これらスプラインナット４とクランパナット５とが後述する構造で結合されている。

図２は前記軸部材２を軸方向と垂直な面で切断した断面図である。この軸部材２は軸方向に長尺な略円柱状に形成されており、周囲には当該軸部材２の軸方向に延びる複数の案内領域２Ａ及び複数の係止領域２Ｂが周方向に沿って交互に設けられている。前記案内領域２Ａは前記スプラインナット４に具備された案内転動体が転走する領域であり、各案内領域２Ａには前記案内転動体の転走溝２０が当該軸部材２の軸方向に沿って設けられている。また、前記係止領域２Ｂは前記クランパナット４に具備された係止転動体が接する領域である。

この実施形態の軸部材２においては、前記係止領域２Ｂは軸中心を挟んで一対形成されており、これら一対の係止領域２Ｂに挟まれて前記案内領域２Ａが一対存在している。各案内領域２Ａの中央には当該軸部材２の軸方向に延びる突条２１が存在しており、前記転走溝２０は各突条２１を挟むようにして一対ずつ設けられている。各転走溝２０は当該軸部材２の半径方向に対して傾斜して設けられており、各案内領域２Ａに存在する一対の転走溝２０は前記突条２１を挟んで対称に位置している。尚、前記軸部材２に対する前記案内領域２Ａの配置や前記転走溝２０の条数は図示したものに限定されず、適宜設計変更することが可能である。

図３は前記クランパナット５を分離した前記スプラインナット４を示す斜視図、図４は前記スプラインナット４の軸方向に直交する断面を示すものである。前記スプラインナット４は前記軸部材２が挿入される貫通孔を有し、当該軸部材２の周囲を軸方向に沿って自在に運動することが可能である。このスプラインナット４の内部には前記軸部材２の転走溝２０を転走する案内転動体２２の無限循環路４５が設けられている。前記軸部材２には４条の転走溝２０が設けられていることから、このスプラインナット４には４系統の無限循環路４５が具備されている。尚、本実施形態においては前記案内転動体としてボールを用いているが、各種形状のローラを用いるように設計変更してもよい。

前記スプラインナット４は、略円筒状に形成されたスプライン本体４０と、このスプライン本体４０の軸方向の両端面に固定される一対のエンドプレート４１とから構成されている。図４に示すように、前記スプライン本体４０の内周面には前記軸部材２の転走溝２０に対向する負荷転走溝４２が形成されており、これら転走溝２０と負荷転走溝４２とが対向することにより前記案内転動体２２の負荷通路が形成されている。前記案内転動体２２は各負荷通路において前記軸部材２と前記スプライン本体４０との間で荷重を負荷しながら転走する。また、前記スプライン本体４０には各負荷転走溝４２と平行に転動体戻し通路４３が軸方向へ貫通形成されており、前記案内転動体２２は前記転動体戻し通路４３の内部を無負荷状態で且つ前記負荷通路における転走方向とは逆方向へ転走する。尚、前記スプライン本体４０の形状は図示した円筒状に限定されず、例えば矩形状のものであっても差し支えない。

前記エンドプレート４１には前記負荷通路と前記転動体戻し通路４３とを接続する略Ｕ字状の方向転換路４４が各負荷通路に対応して形成されている。従って、前記スプライン本体４０の軸方向の両端面に一対のエンドプレート４１を固定すると、前記負荷通路の両端が前記転動体戻し通路４３の両端と前記方向転換路４４によって連結され、４系統の前記案内転動体２２の無限循環路４５が完成する。前記案内転動体２２が無限循環路４５内を循環することにより、前記スプラインナット４は荷重を負荷しながら前記軸部材２に沿って自在に運動することが可能である。

図４に示すように、各無限循環路４５を構成する転動体戻し通路４３及び方向転換路４４は前記軸部材２の係止領域２Ｂ（図２参照）と重ならない位置に存在している。より具体的には、前記軸部材２の各案内領域２Ａに含まれる２条の転走溝２０に対応した２系統の無限循環路４５は、当該２条の転走溝２０の中心を通る仮想平面Ｐ（図２中の一点鎖線）を想定した場合に、当該仮想平面Ｐと同一面上、又は当該仮想平面Ｐを挟んで前記軸部材２の中心と反対側に位置している。すなわち、前記軸部材２は軸中心を挟んで一対の案内領域２Ａを有することから、各案内領域２Ａに対して前記仮想平面Ｐを想定した場合、これら一対の仮想平面Ｐに挟まれた領域には前記案内転動体の無限循環路４５は存在していない。

一方、図１に示すように、前記クランパナット５は、前記軸部材２が挿入される貫通孔を有して略円筒状に形成されたクランパ本体５０と、このクランパ本体５０と前記軸部材２との間に配置された複数の係止転動体５１と、前記クランパ本体５０と前記軸部材２との隙間に配置されると共に前記係止転動体５１を所定の姿勢で保持する保持器５２と、前記保持器５２を軸方向へ押圧する付勢手段としてのコイルスプリング５３とを備えている。

前記クランパ本体５０は前記軸部材２が挿入される貫通孔を有して略円筒状に形成されている。このクランパ本体５０の内周面には、軸部材２との間で前記係止転動体５１を挟み込むテーパ部５４が設けられている。前記テーパ部５４においては前記クランパ本体５０の内周面は傾斜面となっており、前記クランパ本体５０と前記軸部材２との隙間が軸方向の一方向（図１では紙面右方向）へ向けて徐々に狭くなり、これらクランパ本体５０と軸部材２との間に楔状空間が形成されている。

図５は前記クランパナット５の軸方向に直交する断面を示すものである。前記係止転動体５１は前記軸部材２の係止領域２Ｂと前記クランパ本体５０のテーパ部５４との間、すなわち前記楔状空間に配置されている。図示した実施形態においては、各係止領域２Ｂに対して２個の係止転動体５１が配置され、前記クランパナット５には４個の係止転動体５１が配置されている。各係止転動体５１は樽型に形成されたローラの中央に円弧状の凹溝を形成した瓢箪形の特殊形状をなしており、中央の凹溝は前記軸部材２の係止領域２Ｂに接する一方、当該凹溝で区分された両端部の外周面は前記クランパ本体５０のテーパ部５４に接する。すなわち、前記係止転動体５１は前記軸部材２及び前記クランパ本体５０の双方に対して面接触していることになる。尚、前記係止転動体５１の形状は図示したものに限定されない。

一方、前記保持器５２は略円筒状に形成されて、前記クランパ本体５０の貫通孔に組み付けられている。この保持器５２は前記軸部材２の係止領域２Ｂに対応して前記係止転動体５１が配置される収容孔５５を有しており、前記収容孔５５に配置された係止転動体５１は前記軸部材２の係止領域２Ｂと前記クランパ本体５０のテーパ部５４の双方に接している。

また、図１に示すように、前記保持器５２と前記クランパ本体５０との間には、当該クランパ本体５０に対して前記保持器５２の周方向への回転を規制する回り止め部材５６が配置されている。この回り止め部材５６はボールであり、保持器５２の外周面に設けられた凹所５７（図６参照）に配置されて、その一部が当該保持器５２の外周面から突出している。前記クランパ本体５０の内周面には軸方向に沿って案内溝５８が形成されており、前記保持器５２から突出した回り止め部材５６は前記案内溝５８に遊嵌している。これにより、前記保持器５２は前記クランパ本体５０の軸方向へは移動自在で、且つ、当該クランパ本体５０の周方向へ回転不能である。尚、図１において符号５９は前記クランパ本体５０の内周面に装着されたストップリングであり、前記回り止め部材５６を係止して、前記コイルスプリング５３に押圧された前記保持器５２が前記クランパ本体５０の貫通孔から飛び出すのを防止している。

図５に示すように、この実施形態において前記回り止め部材５６は前記保持器５２の周方向の三か所に設けられている。但し、前記クランパ本体５０に対する保持器５２の回転を防止できるのであれば、当該回り止め部材５６の個数は適宜設計変更して差し支えない。また、前記回り止め部材５６はボールに限られるものではなく、保持器５２の外周面に対して突部を直接形成してもよい。

前記コイルスプリング５３は前記軸部材２の周囲を囲むようにして前記クランパ本体５０と当該軸部材２との間に配置されている。前記クランパ本体５０の内周面にはバネ受けリング６０が装着されており、前記コイルスプリング５３はこのバネ受けリング６０と前記保持器５２の軸方向の端面との間に圧縮された状態で配置されている。従って、コイルスプリング５３はクランパ本体５０に対して保持器５２を軸方向へ相対的に押圧しており、その押圧方向は前記係止転動体５１が前記楔状空間に食い込む方向である。すなわち、前記コイルスプリング５３が前記保持器５２に対して前記クランパ本体を軸方向へ押圧することにより、当該保持器５２の収容孔５５に配置された前記係止転動体５１は前記軸部材２の係止領域２Ｂと前記クランパ本体５０のテーパ部５４に常時圧接する。

図６は前記保持器５２を軸方向と直交する方向から観察した図である。

前記保持器５２は前記スプライン本体４０に固定される複数の延長固定部６１を有している。前記延長固定部６１は前記コイルスプリング５３による押圧方向へ向けて当該保持器５２の軸方向の一端に突出形成されており、前記保持器５２を前記クランパ本体５０に装着した状態では、当該延長固定部６１が前記クランパ本体５０の軸方向端部から突出している。この延長固定部６１は、前記保持器５２の周方向に関しては、前記軸部材２の係止領域２Ｂと重なる位置に設けられている。この実施形態では前記係止領域２Ｂは前記軸部材２の外周面の二か所に設けられているので、前記延長固定部６１は当該軸部材２を挟んで一対が設けられている。尚、図６において、符号６２は前記コイルスプリング５３が嵌合する係止溝である。

図４に示すように、前記保持器５２の延長固定部６１は前記軸部材２の係止領域２Ｂに重なった位置で当該軸部材２と前記スプラインナット４との隙間に挿入され、固定ねじ６３によって前記スプライン本体４０に固定されている。これにより、前記スプラインナット４と前記クランパナット５が結合され、前記軸部材２に沿って運動する前記移動体３が完成する。

以上のように構成された本実施形態の転動体スプライン１では、前記クランパ本体５０に対して何ら軸方向への外力を加えていない状態では、前記コイルスプリング５３の付勢力によって前記係止転動体５１が前記クランパ本体５０と前記軸部材２との間の楔状空間に押し込まれ、当該係止転動体５１は前記クランパ本体５０のテーパ部５４と前記軸部材２の係止領域２Ｂの双方に圧接している。このため、前記移動体３と前記軸部材２を相対移動させる際に、一方向への移動に対しては、前記係止転動体５１が楔状空間に食い込むことになるので、両者の相対移動は規制される。また、他方向への移動に対しては、前記係止転動体５１が楔状空間から抜け出すことになるので、前記移動体３と前記軸部材２の相対移動が許容される。

一方、前記コイルスプリング５３の付勢力に抗して前記クランパ本体５０を前記保持器５２に対して移動させると、前記係止転動体５１が楔状空間から抜け出し、当該係止転動体５１と前記クランパ本体５０のテーパ部５４及び前記軸部材２の係止領域２Ｂの圧接状態は解除されるので、前記移動体３と前記軸部材２の相対移動の規制は解除され、当該移動体３を前記軸部材２に沿っていずれの軸方向へも自由に移動させることが可能となる。

すなわち、前記スプラインナット４の軸方向の一端に前記クランパナット５を連結したことにより、前記軸部材２に沿った一方向への運動は規制、他方向への運動は許容する転動体スプライン１を得ることができる。

そして、前述したように、前記スプラインナット４に具備された案内転動体２２の無限循環路４５は前記軸部材２の係止領域２Ｂと重ならない位置に設けられており、また、前記保持器５２の延長固定部６１は前記軸部材２の係止領域２Ｂと重なった位置に存在しているので、当該延長固定部６１を前記スプラインナット４と前記軸部材２との隙間に軸方向から挿入しても、前記スプラインナット４の内部において、当該延長固定部６１は前記案内転動体２２の無限循環路４５と干渉することがない。

このため、前記延長固定部６１を前記スプラインナット４の内部に深く差し込んで、当該延長固定部６１を前記スプライン本体４０と締結することができ、両者を強固に結合して一体化することが可能となる。また、スプラインナット４及びクランパナット５の半径方向に固定用のフランジ部を突出させる必要がないので、これら両者の小径化を図ることができる。更に、前記延長固定部６１をスプラインナット４と軸部材２との間に挿入しても、当該延長固定部６１が案内転動体２２の無限循環路４５と干渉することはないので、クランパナット５とスプラインナット４をコンパクトに一体化し、全長を短くした小型の移動体を構成することが可能となる。

尚、図を示して説明した実施形態では、前記スプラインナット４の軸方向の片側にのみ前記クランパナット５を連結したが、互いに向かい合う一対のクランパナット５を前記スプラインナット４の両端に固定してもよい。このように構成すれば、前記軸部材２に沿ったいずれの方向への前記スプラインナット４の移動についても、当該スプラインナット４の移動を任意に規制し、当該規制を解除することが可能となる。

１…クランプ機能付き転動体スプライン、２…軸部材、２Ａ…案内領域、２Ｂ…係止領域、３…移動体、４…スプラインナット、５…クランパナット、４０…スプライン本体、５０…クランパ本体、５１…係止転動体、５２…保持器、５３…コイルスプリング（付勢手段）、

Claims (3)

1. 複数の案内転動体と、
   外周面の周方向に複数の案内領域と係止領域が交互に設けられると共に当該案内領域には軸方向に沿って前記案内転動体の転走溝が形成された軸部材と、
   前記軸部材が挿入される貫通孔を有し、前記転走溝との間で前記案内転動体が荷重を負荷しながら転走する複数の負荷転走溝を有すると共に前記案内転動体の無限循環路を有するスプラインナットと、
   前記軸部材の係止領域に接触すると共に当該軸部材の軸方向へ転走可能に配置された複数の係止転動体と、
   前記軸部材が挿入される貫通孔を有すると共に前記係止転動体の収容孔を有する保持器と、
   前記軸部材及び前記保持器が挿入される貫通孔を有すると共に当該貫通孔の内周面に前記軸部材の外周面との間で前記係止転動体を挟み込むテーパ部を有し、当該保持器に対して軸方向へ移動可能に組み付けられるクランパ本体と、
   前記保持器と前記クランパ本体との間に介装されて、前記係止転動体を前記クランパ本体のテーパ部と前記軸部材との間に噛み込む方向へ前記クランパ本体を付勢する付勢手段と、を備え、
   前記スプラインナットは前記軸部材の係止領域と重ならない位置に前記案内転動体の無限循環路を有する一方、
   前記保持器は前記軸部材の係止領域に重なると共に前記クランパ本体の軸方向一端から突出する延長固定部を有し、
   前記延長固定部は前記スプラインナットと前記軸部材との間に挿入されて当該スプラインナットに固定されていることを特徴とするクランプ機能付き転動体スプライン。
2. 前記軸部材の外周面には、軸中心を挟んで前記係止領域が一対設けられると共に、これら一対の係止領域に挟まれて前記案内領域が一対設けられていることを特徴とする請求項１記載のクランプ機能付き転動体スプライン。
3. 各案内領域には前記転走溝が２条形成され、各案内領域の2条の転走溝に対応する２系統の前記案内転動体の無限循環路は、当該２条の転走溝を含む仮想平面上又は前記軸部材の中心に対して当該仮想平面よりも外側に位置していることを特徴とする請求項２記載のクランプ機能付き転動体スプライン。

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