(57)【要約】【課題】 過大トルクを受けた場合でも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】  スプライン外筒4の内周に、互いに逆方向の接触角を有する２列のスプライン軌道2bが周方向に所定間隔で３対形成されている。スプライン外筒4には、接触角によって規定される範囲よりも広い範囲にわたる肉抜き部14が形成されている。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプライン軌道が設けられた軸と、ボールを介して軸に嵌め合わされたボールスプライン外筒とを備えているボールスプラインにおいて、
軸の外周およびスプライン外筒の内周に、互いに逆方向の接触角を有する２列のスプライン軌道が周方向に所定間隔でそれぞれ複数対形成されており、接触角によって規定される範囲よりも広い範囲にわたる肉抜き部がスプライン外筒に形成さ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、上下にのびるねじ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６４９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、ねじ軸が高速移動、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スプライン軌道に圧痕が生じることがある。
【０００５】
この発明の目的は、過大トルクを受けた場合でも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】
【０００６】
この発明によるボールスプラインは、スプライン軌道が設けられた軸と、ボールを介して軸に嵌め合わされたボールスプライン外筒とを備えているボールスプラインにおいて、軸の外周およびスプライン外筒の内周に、互いに逆方向の接触角を有する２列のスプライン軌道が周方向に所定間隔でそれぞれ複数対形成されており、接触角によって規定される範囲よりも広い範囲にわたる肉抜き部がスプライン外筒に形成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
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。軸の外周には、例えば、基準円筒面から突出するように形成された複数（例えば３つ）のボール受け部が設けられ、このボール受け部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軌道が形成される。これに対応して、スプライン外筒の内周には、ボール受け部の時計方向側のスプライン軌道に時計方向側から対向するスプライン軌道と、ボール受け部の反時計方向側のスプライン軌道に反時計方向側から対向するスプライン軌道とがそれぞれ形成される。これにより、時計方向側のスプライン軌道同士によって第１の接触角が、反時計方向側のスプライン軌道同士によって第２の接触角がそれぞれ形成される。ボールは、軸に形成されたスプライン軌道と外筒に形成されたスプライン軌道との間を転動して循環する。ボールの中心とボールがスプライン軌道に接触する点とを結ぶ接触角は、時計方向の回転を受けるスプライン軌道と反時計方向の回転を受けるスプライン軌道とで逆方向となり、主として、これらの互いに逆方向の１対の接触角によって規定される範囲で、外部から作用するトルクが受けられる。スプライン外筒の肉抜き部は、互いに逆方向の１対の接触角によって規定される範囲を含むように、外周面に凹部が設けられる（肉抜きが行われる）ことで形成され、これにより、外部からトルクが作用した場合に、スプライン外筒が弾性変形しやすいものとなる。
【０００８】
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スプライン軌道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、スプライン軌道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外筒とからなるものとされる。
【０００９】
このようなボールスプライン付きボールねじでは、ボールスプラインは、ボールスプライン外筒がキーなどの回り止め部によってハウジングに対して回り止めされ、ねじ軸の回転を防止して、ボールねじナットで発生するトルクの反力を受ける。従来のボールスプライン付きボールねじでは、ねじ軸に過大トルクが作用すると、スプライン外筒に規制された状態でねじ軸が捩られることで、スプライン軌道に圧痕が生じやすいものとなっていた。この発明のボールスプラインによると、肉抜き部が形成されていることで、スプライン外筒の剛性が低下し、軸が捩られた際に、これに伴ってスプライン外筒が弾性変形しやすいものとなっている。したがって、衝撃荷重負荷時には、スプライン外筒が弾性変形し、スプライン軌道の面圧が緩和され、これにより、衝撃荷重によるスプライン軌道の圧痕が防止される。
【００１０】
トルクを受ける領域は、逆方向の接触角によって規定される範囲であるので、この範囲よりも広い範囲にわたって肉抜き部を形成することにより、大きな衝撃荷重に対応可能となる。
【００１１】
ねじ軸、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。
【００１２】
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、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、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。
【００１３】
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。
【００１４】
ねじ軸は、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、ねじ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ねじ軸に設けることで形成することができ、また、ストッパは、ねじ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】
【００１５】
この発明のボールスプラインによると、接触角によって規定される範囲よりも広い範囲にわたる肉抜き部がスプライン外筒に形成されているので、過大トルクを受けて、軸が捩られた際、これに伴ってスプライン外筒が弾性変形し、スプライン軌道の面圧が緩和される。これにより、衝撃荷重による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向上する。しかも、肉抜き部による軽量化の効果も得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、この発明によるボールスプラインが使用されたボールねじ装置を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１のII-II線に沿う横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。また、時計方向および反時計方向は、図１の上から見た図２についていうものとする。
【００１８】
図１および図２は、この発明によるボールスプラインを使用したモータ付きボールねじ装置を示している。
【００１９】
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スプライン軌道(2b)(2c)が設けられた上下にのびる鋼製ねじ軸(2)と、ねじ軸(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、ねじ軸(2)の下端部側においてスプライン軌道(2b)(2c)にボール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。
【００２０】
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。
【００２１】
ねじ軸(2)と中空軸(5)とは、同心状に配置されており、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、ねじ軸(2)を直線移動させる形態で使用される。
【００２２】
中空軸(5)は、ねじ軸(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。
【００２３】
ボールスプライン外筒(4)は、ねじ軸(2)の回転を防止してその上下移動を案内するために、回り止め部（例えばキー）(13)によってハウジング(6)に対して回り止めされる。
【００２４】
ボールスプライン外筒(4)には、剛性を低下させるための複数（３つ）の肉抜き部(14)が周方向に等間隔で設けられている。
【００２５】
図２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つのボール受け部(15)が周方向に等間隔で設けられており、このボール受け部(15)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軌道(2b)(2c)が形成されている。これに対応して、スプライン外筒(4)の内周には、ボール受け部(15)の時計方向側のスプライン軌道(2b)に時計方向側から対向するスプライン軌道(4a)と、ボール受け部(15)の反時計方向側のスプライン軌道(2c)に反時計方向側から対向するスプライン軌道(4b)とがそれぞれ形成されている。
【００２６】
こうして、ねじ軸(2)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スプライン軌道(2b)(4a)と、ねじ軸(2)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スプライン軌道(2c)(4b)とが対とされて、これが３対設けられている。時計方向側のスプライン軌道(2b)(4a)同士によって第１の接触角(C1)が、反時計方向側のスプライン軌道(2c)(4b)同士によって第２の接触角(C2)がそれぞれ形成されている。ボール(16)は、ねじ軸(2)に形成されたスプライン軌道(2b)(2c)とスプライン外筒(4)に形成されたスプライン軌道(4a)(4b)との間（主通路）を軸方向に転動し、保持器（図示略）に形成された戻し通路によって循環させられる。
【００２７】
接触角(C1)(C2)は、ボール(16)の中心とボール(16)がスプライン軌道(2b)(4a)(2c)(4b)に接触する点とを結ぶもので、時計方向の回転を受けるスプライン軌道(2b)(4a)の第１の接触角(C1)と、反時計方向の回転を受けるスプライン軌道と(2c)(4b)の第２の接触角(C2)とで逆方向となり、主として、これらの互いに逆方向の１対の接触角(C1)(C2)によって規定される範囲において、外部から作用するトルクが受けられる。
【００２８】
スプライン外筒(4)の各肉抜き部(14)は、互いに逆方向の１対の接触角(C1)(C2)によって規定される範囲を含むように、外周面に凹部が設けられる（肉抜きが行われる）ことで形成されており、これにより、外部からトルクが作用した場合に、スプライン外筒(4)が弾性変形しやすいものとなっている。
【００２９】
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ねじ軸(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。
【００３０】
このような電磁緩衝器は、突起乗り越し等のオーバストローク時には、ねじ軸(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スプライン軌道(2b)(2c)(4a)(4b)などに負荷されることがあり、その保護が課題となっている。
【００３１】
そこで、この発明によるボールスプラインでは、ボールスプライン外筒(4)に着目し、従来のボールスプライン外筒は捩り剛性が高く、ねじ軸(2)の捩れに対して自身が捩れないことで、ねじ軸(2)の捩れの増加に伴ってボール(16)に負荷される荷重が増加するのに対し、肉抜き部(14)がスプライン外筒(4)に設けられることで、スプライン外筒(4)が弾性変形しやすいものとされている。
【００３２】
したがって、従来のボールスプラインに過大トルクが作用した場合には、ねじ軸(2)が捩れて、スプライン軌道(2b)(2c)(4a)(4b)が変形し、この際、肉抜き部(14)無しのスプライン外筒は、捩れ剛性が高く実質的に変形しないので、ねじ軸(2)の捩れ量に相当する力がそのままボール(16)に作用し、スプライン軌道に圧痕が生じる可能性が高くなるのに対し、この発明によるボールスプラインでは、上記のように、肉抜き部(14)が設けられているので、ねじ軸(2)に捩れを起こさせる力が作用した際、ねじ軸(2)の捩れに対応して、スプライン外筒(4)が弾性変形し、これにより、スプライン軌道(2b)(2c)(4a)(4b)に圧痕が生じることが防止される。
【００３３】
なお、上記のボールスプライン付きボールねじ(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)を介してねじ軸(2)の軸方向推力に変換し、推力の軸方向反力を軸受(7)で支持してねじ軸(2)を直線運動させ、ねじ軸(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。
【符号の説明】
【００３４】
(2)       ねじ軸（軸）
(2b)(2c)  スプライン軌道
(4)       ボールスプライン外筒
(4a)(4b)  スプライン軌道
(14)      肉抜き部
(16)      ボール
【図１】
2010164061.tif 000003
【図２】
2010164061.tif 000004