(57)【要約】【課題】 過大トルクが負荷された場合においてもボールスプライン軌道に圧痕が生じることを防止したボールスプラインを提供する。【解決手段】  軸2およびボールスプライン外筒4の各ボールスプライン軌道2b,21がボール20と４点接触するように形成されている。軸2の各ボールスプライン軌道2bに、Ｖ字ばね22がボール20を挟持可能なように配されている。隣り合うボールスプライン軌道2b間に、インボリュートスプライン23が設けられている。【選択図】    図３
2010038309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のボールスプライン軌道が設けられた軸と、軸の各ボールスプライン軌道にそれぞれ対向するボールスプライン軌道が設けられたボールスプライン外筒と、軸とボールスプライン外筒との間に配設されたボールとを備えているボールスプラインにおいて、
軸およびボールスプライン外筒の各ボールスプライン軌道がボールと４点接触するように形成されるとともに、軸の各ボールスプライン軌道に、Ｖ字ばねがボールを挟持可能なように配されており、隣り合うボールスプライン軌道間に、インボリュートスプラインが設けられていることを特徴とするボールスプライン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボールスプラインに関し、特に、過大トルクを受けやすい条件下で使用されるボールスプラインに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールスプラインはボールねじと組み合わされて、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おり、例えば、特許文献１には、ボールねじナットにモータを接続することで、ボールねじナットが回転して、上下にのびる軸が軸方向に直線移動する形態とされたボールねじを緩衝器に適用することが開示されている。
【０００３】
従来のボールスプラインの一例を図４に示す。
【０００４】
図４において、ボールスプライン(40)は、軸(41)、ボールスプライン外筒(42)およびボール(43)を備えている。
【０００５】
軸(41)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つのボール受け部(44)が周方向に等間隔で設けられており、このボール受け部(44)の時計方向側肩部および反時計方向側肩部に、それぞれボールスプライン軌道(45)(46)が形成されている。これに対応して、ボールスプライン外筒(42)の内周には、ボール受け部(44)の時計方向側のボールスプライン軌道(45)に時計方向側から対向するボールスプライン軌道(47)と、ボール受け部(44)の反時計方向側のボールスプライン軌道(46)に反時計方向側から対向するボールスプライン軌道(48)とがそれぞれ形成されている。これにより、軸(41)が時計方向に回転しようとしたときにそのトルクを負荷するボールスプライン軌道(45)(47)と、軸(41)が反時計方向に回転しようとしたときにそのトルクを負荷するボールスプライン軌道(46)(48)とが対とされて、これが３対（ボール受け部(44)の数だけ）設けられている。
【０００６】
そして、両ボールスプライン軌道(45)(46)(47)(48)の間の空間が主通路(49)となっており、ボールスプライン外筒(42)には、主通路(49)の左右両端部と連通する戻し通路(50)が形成されている。各戻し通路(50)は、対となっている主通路(49)を周方向の両側から挟むように設けられている。
【０００７】
ボール(43)は、主通路(49)および戻し通路(50)内に配設され、主通路(49)を転動するボール(43)が軸(41)とボールスプライン外筒(42)の相対直線運動を案内する。
【特許文献１】特開２００５−２６４９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、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、ボールねじに過大な衝撃荷重が入り、過大トルクが発生して、そのトルクによってボールスプライン軌道に圧痕が生じることがある。
【０００９】
この発明の目的は、過大トルクが負荷された場合においてもボールスプライン軌道に圧痕が生じることを防止したボールスプラインを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によるボールスプラインは、複数のボールスプライン軌道が設けられた軸と、軸の各ボールスプライン軌道にそれぞれ対向するボールスプライン軌道が設けられたボールスプライン外筒と、軸とボールスプライン外筒との間に配設されたボールとを備えているボールスプラインにおいて、軸およびボールスプライン外筒の各ボールスプライン軌道がボールと４点接触するように形成されるとともに、軸の各ボールスプライン軌道に、Ｖ字ばねがボールを挟持可能なように配されており、隣り合うボールスプライン軌道間に、インボリュートスプラインが設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
４点接触は、ボールスプライン外筒のボールスプライン軌道をゴシックアーチ状の断面形状とするとともに、軸のボールスプライン軌道に配されたＶ字ばねがボールと２点で接触することで得ることができる。通常、ボールスプライン軌道は、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。４点接触とすることで、対とする必要がなくなり、ボールスプライン軌道の数を減らすことができる。この減らした部分にインボリュートスプラインの歯が形成される。
【００１２】
ボールは、軸のボールスプライン軌道に直接受けられるのではなく、Ｖ字ばねを介して受けられる。Ｖ字ばねは、その１対の脚部でボールを両側から挟持し、脚部に垂直な方向の力をボールに作用する。軸の各ボールスプライン軌道にＶ字ばねが配されていることで、各ボールスプライン軌道は、確実に、時計方向の回転および反時計方向の回転の両方を受けることができる。
【００１３】
インボリュートスプラインには若干のバックラッシュがある（必要に応じて、バックラッシュの大きさを通常使用される大きさよりも大きくしてもよい）ので、通常使用時は、主として、ボールと４点接触する各ボールスプライン軌道によって軸の直線移動を案内（トルクを負荷）する。過大トルク発生時には、Ｖ字ばねが弾性変形して、インボリュートスプラインのバックラッシュがなくなり、インボリュートスプラインによってもトルクを負荷することができ、これにより、ボールスプライン軌道の負担が小さくなり、ボールスプライン軌道に圧痕が生じることが防止される。
【００１４】
ボールスプラインは、好ましくは、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ボールスプライン軌道が設けられた軸と、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、ボールスプライン軌道にボールを介して嵌め合わされて軸の軸方向直線運動を案内するボールスプライン外筒とからなるものとされる。
【００１５】
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。
【００１６】
この発明によるボールスプラインは、ボールねじと組み合わされて、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、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（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。
【００１７】
アクチュエータや緩衝器で使用される場合には、例えば、ボールスプライン付きボールねじと、ボールねじ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ボール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。
【００１８】
軸は、往復直線移動し、通常、その所定量以上の移動を防止するためのストッパが設けられる。ストッパは、例えば、軸が所定量以上移動した際にハウジングに当接するフランジ部を軸に設けることで形成することができ、また、ストッパは、軸と一体に直線移動する部材に形成してもよく、直線移動しない方の部材（ハウジングや中空軸）に設けることもできる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明のボールスプラインによると、軸およびボールスプライン外筒の各ボールスプライン軌道がボールと４点接触するように形成されるとともに、軸の各ボールスプライン軌道に、Ｖ字ばねがボールを挟持可能なように配されているので、負荷トルクが小さい通常使用時には、ボールスプライン軌道によって軸の直線運動を案内することができ、ボールスプラインの優位性（高効率、回転方向隙間小）を生かすことができる。そして、隣り合うボールスプライン軌道間にインボリュートスプラインが設けられているので、過大トルクが負荷された場合には、インボリュートスプラインでもトルクを受けることができ、ボールスプライン軌道の圧痕が防止され、ボールスプラインの寿命が大幅に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。以下の説明において、上下は、図１の上下をいうものとする。
【００２１】
図１は、この発明によるボールスプラインが適用される１例としてのモータ付きボールねじ装置を示している。
【００２２】
モータ付きボールねじ装置(1)は、ボールねじ軌道(2a)および上下方向にのびるボールスプライン軌道(2b)が設けられた上下にのびる鋼製軸(2)と、軸(2)のボールねじ軌道(2a)にボールを介してねじ合わされた回転自在の鋼製ボールねじナット(3)と、軸(2)の下端部側においてボールスプライン軌道(2b)にボールを介して嵌め合わされて軸(2)の上下方向（軸方向）直線運動を案内するボールスプライン外筒(4)と、ボールねじナット(3)に一体化されて上方にのびる中空軸(5)と、軸受(7)を介して中空軸(5)を回転可能に支持するとともにボールスプライン外筒(4)を支持するハウジング(6)と、中空軸(5)に固定された円筒状のモータロータ(9)およびハウジング(6)内径に固定された円筒状のモータステータ(10)からなるモータ(8)とを備えている。
【００２３】
モータ(8)は、永久磁石型三相同期モータとされており、モータロータ(9)が永久磁石とされて、モータステータ(10)にＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相のコイル(10a)が巻かれている。
【００２４】
軸(2)と中空軸(5)とは、同心状に配置されており、モータ付きボールねじ装置(1)は、ボールねじナット(3)、中空軸(5)およびモータロータ(9)を回転させて、軸(2)を直線移動させる形態で使用される。
【００２５】
中空軸(5)は、軸(2)を案内する小径部(11)と、内周面がボールねじナット(3)の外周面に固定されかつ外周面に軸受(7)を保持する大径部(12)とからなる。
【００２６】
このモータ付きボールねじ装置(1)は、例えば、自動車の電磁緩衝器用として使用するのに適している。電磁緩衝器は、タイヤから伝わる外力によって軸(2)が軸方向に直線移動し、これに伴って、ボールねじナット(3)および中空軸(5)が回転し、この回転運動をモータ(8)に取り込んで、モータ(8)で発生する電磁力を減衰力として利用するようになっている。
【００２７】
このような電磁緩衝器で使用されるモータ付きボールねじ装置(1)では、突起乗り越し等のオーバストローク時には、軸(2)と一体で上下移動するバンプストッパがハウジング(6)等に衝突することにより、高速回転していたモータ(8)が急停止し、モータ(8)の慣性トルクにより過大トルクがボールスプラインのボールスプライン軌道(2b)(21)に負荷されることがあり、その保護が課題となっている。
【００２８】
そこで、この発明によるボールスプラインでは、過大トルク時の負荷を受けるインボリュートスプライン(23)が付加された構成とされている。
【００２９】
図２および図３に示すように、ボールスプラインは、断面台形状とされた複数のボールスプライン軌道(2b)が設けられた軸(2)と、軸(2)の各ボールスプライン軌道(2b)にそれぞれ対向するボールスプライン軌道(21)が設けられたボールスプライン外筒(4)と、軸(2)とボールスプライン外筒(4)との間に配設されたボール(20)と、軸(2)の各ボールスプライン軌道(2b)にボール(20)を挟持可能なように配されたＶ字ばね(22)と、軸(2)外周に形成されたインボリュート形状の歯(24)とボールスプライン外筒(4)内周に形成されたインボリュート形状の歯(25)とからなるインボリュートスプライン(23)とを備えている。
【００３０】
ボールスプライン外筒(4)のボールスプライン軌道(21)は、ゴシックアーチ状の断面形状とされており、軸(2)のボールスプライン軌道(2b)に配されたＶ字ばね(22)がボール(20)とが２点で接触することにより、軸(2)およびボールスプライン外筒(4)の各ボールスプライン軌道(2b)(21)は、ボール(20)と４点接触するように形成されている。
【００３１】
Ｖ字ばね(22)は、図３に拡大して示すように、円弧部(22c)によって結合された１対の脚部(22a)(22b)からなり、脚部(22a)(22b)先端部が外側に折り曲げられた形状とされている。ボール(20)を両脚部(22a)(22b)間に保持したＶ字ばね(22)がボールスプライン軌道(2b)に嵌め入れられることで、Ｖ字ばね(22)は、その１対の脚部(22a)(22b)でボール(20)を両側から挟持し、脚部(22a)(22b)に垂直な方向の力をボール(20)に作用する。これにより、ボール(20)は、Ｖ字ばね(22)を介して軸(2)のボールスプライン軌道(2b)に支持され、Ｖ字ばね(22)の時計方向側の脚部(22a)とボール(20)を介して対向するボールスプライン外筒(4)のボールスプライン軌道(21)の反時計方向側の面(21b)とによって、軸(2)に作用する反時計方向のトルクが受けられ、Ｖ字ばね(22)の反時計方向側の脚部(22b)とボール(20)を介して対向するボールスプライン外筒(4)のボールスプライン軌道(21)の時計方向側の面(21a)とによって、軸(2)に作用する時計方向のトルクが受けられる。この際、Ｖ字ばね(22)の付勢力によって、各ボールスプライン軌道(2b)(21)は、確実に、時計方向の回転および反時計方向の回転の両方を受けることができる。
【００３２】
こうして、１つのスプライン軌道(2b)(21)の組で時計方向および反時計方向のトルクを両方とも受けることができることから、スプライン軌道(2b)(21)を図４に示したような対とすることが不要となり、スプライン軌道(2b)(21)の数は、図４の３対（６つ）から３つに減らされている。
【００３３】
軸(2)外周のインボリュート形状の歯(24)およびボールスプライン外筒(4)内周のインボリュート形状の歯(25)は、ボールスプライン軌道(2b)(21)の数を減らしたことで生じた部分に設けられている。インボリュートスプライン(23)の噛み合いには、所要の大きさのバックラッシュが設けられている。
【００３４】
ボールスプライン外筒(4)には、１つのスプライン軌道(2b)(21)の組によって形成された主通路(26)の左右両端部と半円状連通路（図示略）を介して連通する戻し通路(27)が形成されている。ボール(20)は、主通路(26)および戻し通路(27)内に配設され、主通路(26)を転動するボール(20)が軸(2)とボールスプライン外筒(4)の相対直線運動を案内する。
【００３５】
このボールスプラインによると、インボリュートスプライン(23)にバックラッシュがあることから、通常時（トルクが規定範囲内にあるとき）には、上述のように、ボールスプライン本来のボール(20)を介してのトルク支持となり、その優位性（高効率、回転方向隙間小）が生かされる。
【００３６】
そして、軸(2)に相対的に反時計方向の大きなトルクが負荷された場合、通常時にこの方向のトルクを負荷しているＶ字ばね(22)の時計方向側の脚部(22a)とボールスプライン外筒(4)のボールスプライン軌道(21)の反時計方向側の面(21b)とがボール(20)を介してこの負荷を受けるとともに、Ｖ字ばね(22)がこの負荷によって弾性変形することで、インボリュートスプライン(23)の歯(24)(25)同士の噛み合いによってもこの負荷が受けられる。同様に、軸(2)に相対的に時計方向の大きなトルクが負荷された場合、通常時にこの方向のトルクを負荷しているＶ字ばね(22)の反時計方向側の脚部(22b)とボールスプライン外筒(4)のボールスプライン軌道(21)の時計方向側の面(21a)とがボール(20)を介してこの負荷を受けるとともに、Ｖ字ばね(22)がこの負荷によって弾性変形することで、インボリュートスプライン(23)の歯(24)(25)同士の噛み合いによってもこの負荷が受けられる。
【００３７】
こうして、過大トルクが負荷された場合には、ボールスプライン軌道(2b)(21)とインボリュートスプライン(23)とでこれを受けることができ、ボールスプライン軌道(2b)(21)に圧痕が生じることが防止される。
【００３８】
なお、上記のモータ付きボールねじ装置(1)は、電磁緩衝器用として説明したが、これに限られるものではなく、電動アクチュエータとして使用することもできる。この場合、モータ(8)の回転駆動力をボールねじナット(3)を介して軸(2)の軸方向推力に変換し、推力の軸方向反力を軸受(7)で支持して軸(2)を直線運動させ、軸(2)に作用する軸方向荷重をボールねじナット(3)で負荷するとともに、トルクをボールスプライン外筒(4)で支持した形態での使用となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、この発明のボールスプラインが使用されたボールスプライン付きボールねじ装置を示す縦断面図である。
【図２】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】図３は、この発明によるボールスプラインの要部を示す拡大横断面図である。
【図４】図４は、従来のボールスプラインの横断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
(2)       軸
(2b)      ボールスプライン軌道
(4)       ボールスプライン外筒
(20)      ボール
(21)      ボールスプライン軌道
(22)      Ｖ字ばね
(23)      インボリュートスプライン
【図１】
2010038309.tif 000003
【図２】
2010038309.tif 000004
【図３】
2010038309.tif 000005
【図４】
2010038309.tif 000006