WO2010001936A1 - ボールスプライン - Google Patents

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WO2010001936A1
WO2010001936A1 PCT/JP2009/062057 JP2009062057W WO2010001936A1 WO 2010001936 A1 WO2010001936 A1 WO 2010001936A1 JP 2009062057 W JP2009062057 W JP 2009062057W WO 2010001936 A1 WO2010001936 A1 WO 2010001936A1
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ball
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main passage
nut
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桂 小八木
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株式会社ジェイテクト
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00—Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/04—Ball or roller bearings
    • F16C29/06—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load
    • F16C29/068—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
    • F16C29/0692—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
    • 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

Definitions

  • This invention relates to a ball spline.
  • a spline shaft in which a plurality of linear spline grooves extending in the axial direction are formed on the outer peripheral surface, a spline nut in which a ball circulation path corresponding to the spline groove of the spline shaft is formed through the spline shaft,
  • the spline nut includes a plurality of balls arranged in a ball circulation path of the spline nut, and the spline nut includes a nut body having a spline groove that forms a main passage corresponding to the spline groove of the spline shaft; What consists of a holder
  • the return passage is composed of a no-load track portion parallel to the main passage and a connecting portion that communicates the main passage with the no-load track portion. Provided on the outer diameter side.
  • the object of the present invention is to make the load ball P.I. C. D. And P. of circulating ball. C. D. It is an object of the present invention to provide a ball spline that can reduce the difference from the above.
  • the ball spline according to the present invention includes a spline shaft in which a plurality of linear spline grooves extending in the axial direction are formed on the outer peripheral surface, and a spline in which a ball circulation path corresponding to the spline grooves of the spline shaft is formed through the spline shaft.
  • the spline nut includes a nut body having a spline groove that forms a main passage corresponding to the spline groove of the spline shaft; And a cage that is fitted to the inner periphery and forms a no-load track portion parallel to the main passage and a return passage formed between the main passage and the no-load track portion.
  • the spline shaft has a spline groove formed on the circumferential surface with no protrusion.
  • the connecting part of the in-nut retainer includes a ball receiving portion that receives a ball turning from the no-load track portion side, and a ball after turning that receives the ball heading toward the main passage after turning and connecting to the ball receiving portion during turning. And the outer diameter of the ball receiving portion during turning is larger than the outer diameter of the ball receiving portion after turning.
  • a ball circulation path is formed by the main passage, the no-load raceway parallel to the main passage, and the connecting portion that connects the main passage and the no-load raceway, and the ball rolling on the main passage is relative to the spline shaft and the spline nut.
  • the ball that has guided the linear motion and rolled in the main passage enters the connecting portion from one end side thereof, circulates in a reverse direction on the unloaded track portion and returns to the main passage from the other end side.
  • the no-load track is formed parallel to the main passage and on the outer diameter side of the main passage.
  • the spline groove of the nut body is formed in a protruding portion that protrudes inward with respect to the surface corresponding to the unloaded track portion. Therefore, the connecting portion is U-turned in the axial direction from the end of the no-load track portion toward the end of the main passage and has a smaller diameter.
  • a spline shaft in which spline grooves are formed on a circumferential surface having no protrusions means that the spline shafts are not different diameter spline shafts having protrusions (large diameter portions) and spline grooves formed on both sides in the circumferential direction. It can be obtained by cutting a round bar having a circular cross section to form a spline groove.
  • the spline grooves those that receive clockwise rotation and those that receive counterclockwise rotation are paired, and a plurality of pairs (for example, three pairs) are provided.
  • a spline groove facing the clockwise spline groove from the clockwise direction there are a spline groove facing the counterclockwise spline groove from the counterclockwise side.
  • the ball that has circulated to the end of the no-load track part turns in the connecting part and proceeds to the main passage, and the connecting part receives the ball that is turning from the no-load track part.
  • a post-turning ball receiving portion that receives the ball heading to the main passage after turning and connecting to the ball receiving portion during turning.
  • the force received by the ball that is turning in the connecting portion is not in the main passage direction but in the main passage direction, so the turning ball rides on the connecting portion of the cage, and smooth turning ability is hindered. There is a possibility that. If the spline shaft is formed with a spline groove on a circumferential surface having no protrusions, the possibility of riding is high.
  • the outer diameter of the ball receiving portion during turning is the same as the outer diameter of the ball receiving portion after turning, and the outer peripheral surface from the connecting portion to the main passage is smooth.
  • the outer diameter of the ball receiving portion during turning is larger than the outer diameter of the ball receiving portion after turning.
  • the turning ball receives a force in a direction inclined with respect to the main passage direction, and the ball after turning receives only a force in the main passage direction. Accordingly, the ball receiving portion during turning is the place where the ball is most likely to be picked up, and the outer diameter of the ball receiving portion during turning is increased so that when the ball is turned through the return path, the ball is connected to the connecting portion. The ball is prevented from falling over and the ball circulation is improved.
  • the inner diameter of the portion corresponding to the ball receiving portion during turning of the cage is made larger than the conventional one so as to correspond to the cage, but other portions need not be changed.
  • P. of circulating ball. C. D. When the difference is reduced, the deterioration of the circulation of the ball, which becomes a problem, is countered, and the diameter of the ball spline can be suppressed.
  • the ball spline is combined with a ball screw, a screw shaft provided with a ball screw raceway and a spline groove extending in the axial direction, and a rotatable ball screw nut screwed to the ball screw raceway of the screw shaft via a ball.
  • the ball spline nut may be fitted to the spline groove via a ball to guide the linear movement of the screw shaft in the axial direction.
  • the screw shaft and ball spline nut are made of carbon steel such as S45C and S55C or SAE4150 steel, and the ball is made of bearing steel (SUJ2), for example.
  • the outer diameter of the ball receiving portion during turning that receives the ball turning from the no-load track portion side is larger than the outer diameter of the ball receiving portion after turning that receives the ball toward the main passage after turning. Is made larger, the fall of the circulating ball when turning is prevented by devising the cage shape. As a result, the load ball P.I. C. D. And P. of circulating ball. C. D. When the difference is reduced, the deterioration of the circulation of the ball, which becomes a problem, is countered, and the diameter of the ball spline can be suppressed.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a ball spline according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a ball spline according to the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a ball spline retainer according to the present invention.
  • the ball spline has a steel spline shaft (1), a spline nut (2) and a number of balls (3) extending in the left-right direction.
  • the spline shaft (1) is a solid shaft with a circular cross section, and a plurality of linear spline grooves (4) extending in the axial direction (left-right direction) are formed on the outer peripheral surface of the spline shaft (1). That is, the spline shaft (1) is not different in diameter, and is obtained by cutting the circumferential surface of a round bar having a circular cross section and no protruding portion to form the spline groove (4).
  • the spline nut (2) includes a substantially cylindrical metal nut body (5) and a substantially cylindrical cage (6) fixed to the inner periphery of the nut body (5).
  • the spline nut (2) is fitted to the outer periphery of the spline shaft (1) with a slight gap in the radial direction.
  • a plurality of linear spline grooves (7) corresponding to the spline grooves (4) of the spline shaft (1) are formed on the inner peripheral surface of the nut body (5).
  • the retainer (6) is formed with a return passage (11) communicating with the left and right ends of the main passage (10) between the nut body (5).
  • Each return passage (11) is provided so as to sandwich the paired main passage (10) from both sides in the circumferential direction.
  • the return passage (11) formed in the cage (6) is opened radially outward, and the nut body (5) is provided with a large-diameter inner peripheral surface (8) that closes the opening. ing.
  • the ball (3) is disposed in the main passage (10) and the return passage (11), and the ball (3) rolling on the main passage (10) is disposed between the spline shaft (1) and the spline nut (2). Guides linear motion.
  • the main passage (10) and the return passage (11) constitute a ball circulation path.
  • the cage (6) has a structure for forming a return passage (11) that is parallel to the main passage (10) and is positioned closer to the outer diameter side than the main passage (10).
  • a load track portion (21) and a connecting portion (22) that connects each end portion of the unloaded track portion (21) and each end portion of the main passage (10) are provided.
  • the main passage side portion (23) of the connecting portion (22) includes a turning ball receiving portion (23a) for receiving the ball (3) turning from the no-load track portion (21) side, and a turning ball receiving portion. And a post-turning ball receiving portion (23c) for receiving the ball (3) heading to the main passage (10) after turning in series with (23a).
  • a step portion (23b) is provided between the ball receiving portion during turning (23a) and the ball receiving portion after turning (23c), and the outer diameter of the ball receiving portion during turning (23a) It is made larger than the outer diameter of a receiving part (23c).
  • the inner peripheral surface (8a) of the nut body (5) corresponding to the ball receiving portion (23a) during rotation of the cage (6) has a larger step (8b) than the conventional one, and the shaft is larger than this. It is connected to the inner part in the direction.
  • the ball (3) rolling on the main passage (10) moves from one end of the main passage (10) to the return passage (11). It is introduced, moves in the return passage (11) to the other end of the main passage (10), and is introduced into the other end of the main passage (10).
  • the ball (3) receives a force in a direction inclined with respect to the main passage direction as indicated by an arrow in FIG. 3, and receives the turning ball (3). If the height of the ball receiving portion (23a) is low during turning, the ball (3) may ride on or drop out of the ball (3), and the ball (3) may not circulate smoothly.
  • the outer diameter of the ball receiving portion (23a) during turning is made large, so that the ball (3) is guided to the ball receiving portion (23a) during turning and reliably returns to the return path. It is possible to move from (11) to the main passage (10).
  • C. D. Deterioration of circulation is prevented without increasing (the diameter of the no-load track portion (11)).
  • the ball spline having the spline shaft (1) in which only the spline groove (4) is formed has been described.
  • the ball spline according to the present invention forms a single thread groove on the spline shaft.
  • it can be used with a ball screw provided with a screw nut and a screw ball.

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Abstract

　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。 　スプラインナット2の保持器6の連結部22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23cとを有している。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。

Description

ボールスプライン
　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。
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。
　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。

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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