(57)【要約】【課題】 横力およびモーメントによってボールスプライン軌道よりも相対的に悪影響を受けやすいボールねじ軌道を保護することができるボールねじ装置を提供する。【解決手段】  ボールスプライン外筒4外周面とハウジング6内周面との間隙Ｇ２は、ボールねじナット3外周面と中空軸5内周面との間隙Ｇ１よりも小さく（Ｇ２＜Ｇ１）なされている。さらに、ボールスプライン外筒4、ねじ軸2およびボールによって形成されているボールスプライン内部の回転隙間は、略ゼロとされている。【選択図】    図１
2010230144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールねじ軌道および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ボールねじナットと、ねじ軸のスプライン軌道にボールを介して嵌め合わされたボールスプライン外筒とを備えており、ボールねじナットが中空軸内周に一体回転可能に支持され、ボールスプライン外筒がハウジング内周に相対回転不可能に支持されているボールねじ装置において、
ボールスプライン外筒外周面とハウジング内周面との間隔は、ボールねじナット外周面と中空軸内周面との間隔よりも小さくなされており、ボールスプライン外筒、ねじ軸およびボールによって形成されているボールスプライン内部の回転隙間は、略ゼロとされていることを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
ボールスプライン外筒のスプライン軌道に、クラウニングが施されていることを特徴とする請求項１のボールねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボールねじ装置に関し、特に、ボールスプラインが付加されたボールねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじ装置として、ボールねじ軌道および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ボールねじナットと、ねじ軸のスプライン軌道にボールを介して嵌め合わされたボールスプライン外筒とを備えているものが知られており、例えば、ボールねじナットが中空軸内周に一体回転可能に支持され、ボールスプライン外筒がハウジング内周に相対回転不可能に支持された形態とされて、電磁サスペンションなどで使用されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４３４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電磁緩衝器で使用されるボールねじ装置では、タイヤに作用する横力（軸方向に直交する方向の力）およびモーメントをボールねじとボールスプラインの両方で支持している。ここで、ボールねじ軌道に大きなモーメントが負荷されると、ボールねじの運動性能、効率、摩耗、寿命とに大きな影響を及ぼすことになる。スプライン軌道については、大きなモーメントが負荷されると、圧痕が生じる可能性があるものの、ボールねじ軌道に比べると、モーメントによる悪影響は小さいものとなっている。
【０００５】
この発明の目的は、横力およびモーメントによってボールスプライン軌道よりも相対的に悪影響を受けやすいボールねじ軌道を保護することができるボールねじ装置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ねじ装置は、ボールねじ軌道および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ボールねじナットと、ねじ軸のスプライン軌道にボールを介して嵌め合わされたボールスプライン外筒とを備えており、ボールねじナットが中空軸内周に一体回転可能に支持され、ボールスプライン外筒がハウジング内周に相対回転不可能に支持されているボールねじ装置において、ボールスプライン外筒外周面とハウジング内周面との間隔は、ボールねじナット外周面と中空軸内周面との間隔よりも小さくなされており、ボールスプライン外筒、ねじ軸およびボールによって形成されているボールスプライン内部の回転隙間は、略ゼロとされていることを特徴とするものである。
【０００７】
ボールねじ装置は、ねじ軸が直線移動、ボールねじナットが回転する形態で使用される。通常、ボールねじナットおよびボールスプライン外筒は、いずれもキーを介して中空軸またはハウジングに支持され、ボールスプライン外筒外周面とハウジング内周面との間およびボールねじナット外周面と中空軸内周面との間には、わずかな間隙が形成される。従来、この間隙については、両者同じとされていたが、この発明によるボールねじ装置では、ボールスプライン外筒外周面とハウジング内周面との間隙（間隔）は、ボールねじナット外周面と中空軸内周面との間隙（間隔）よりも小さくなされる。この結果、ねじ軸に横力が作用した場合、そのほとんどをボールスプライン（ボールスプライン外筒、ねじ軸およびボール）で受けることになり、ボールねじ軌道の負担が小さいものとなる。
【０００８】
ボールスプライン外筒外周面とハウジング内周面との間隙は、ちょうど０でもよく、また、負すき間として、ボールスプラインをハウジング内周面に圧入するようにしてもよい。そして、ボールスプライン外筒外周面とハウジング内周面との間隙は、ボールねじナット外周面と中空軸内周面との間隙よりも小さいという条件を維持した上で、ボールねじナット外周面と中空軸内周面との間隙は、ちょうど０でもよく、また、負すき間として、ボールねじナットを中空軸内周面に圧入するようにしてもよい。圧入する場合には、回り止めのためのキーを不要とすることができる。
【０００９】
また、ねじ軸に横力が作用した場合、そのほとんどをボールスプラインで受けて、ボールねじ軌道の負担を小さいものとするために、ボールスプライン内部の回転隙間は、従来のものよりも小さくなされて、略ゼロ（例えば、＋０．００１〜−０．００２ｍｍ）とされる。
【００１０】
また、ボールスプラインに作用するモーメントが大きくなることから、ボールスプライン外筒のスプライン軌道に、面圧を緩和するためのクラウニングが施されていることが好ましい。
【００１１】
クラウニングは、スプライン軌道の両端部が曲面またはテーパ面とされて、中央部分の内周面を基準にして両端の径が大きくなるように施される。クラウニング量（クラウニング領域の軸方向長さおよび径方向の凹み量）は、軸方向の中央面に対して対称でもよく、異なっていてもよい。
【００１２】
この発明によるボールねじ装置は、アクチュエータ（モータによって中空軸および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、中空軸および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】
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。
【００１４】
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。ボールねじナットは、軸受鋼（ＳＵＪ２）製としてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
この発明のボールねじ装置によると、ボールスプライン外筒外周面とハウジング内周面との間隔は、ボールねじナット外周面と中空軸内周面との間隔よりも小さくなされており、ボールスプライン外筒、ねじ軸およびボールによって形成されているボールスプライン内部の回転隙間は、略ゼロとされているので、ねじ軸に横力が作用した場合、そのほとんどをボールスプラインで受けることになり、ボールねじ軌道の負担が小さいものとなり、横力およびモーメントによってボールスプライン軌道よりも相対的に悪影響を受けやすいボールねじ軌道を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、この発明によるボールねじ装置の第１実施形態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ねじ装置の第１実施形態のボールスプライン部分の横断面図である。
【図３】図３は、この発明によるボールねじ装置の第２実施形態を示す縦断面図である。
【図４】図４は、この発明によるボールねじ装置の第２実施形態のボールスプライン部分の縦断面図である。
【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。
【００１８】
図１および図２は、この発明によるボールねじ装置の第１実施形態を示している。
【００１９】
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)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)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、キー（回り止め部）(13)によってハウジング(6)に対して回り止めされる。
【００２４】
図２に示すように、ボールスプライン外筒(4)は、略円筒状の金属製外筒本体(17)と、外筒本体(17)の内周に固定された略円筒状の保持器(18)とを備えている。ボールスプライン外筒(4)は、ねじ軸(2)の外周に径方向に若干の隙間を空けて嵌められている。
【００２５】
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、ボールスプライン外筒(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。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。
【００２６】
外筒本体(17)のスプライン軌道(4a)(4b)に対応する保持器(18)の部分に、両スプライン軌道(2b)(2c)(4a)(4b)との間を転動するボール(16)を案内するスリット(19)が形成されている。スリット(19)を介して対向する両スプライン軌道(2b)(2c)(4a)(4b)の間の空間が、ボール(16)が転動する主通路(20)となっている。
【００２７】
保持器(18)には、外筒本体(17)との間に、主通路(10)の左右両端部と連通する戻し通路(21)が形成されている。各戻し通路(21)は、対となっている主通路(20)を周方向の両側から挟むように設けられている。保持器(18)に形成されている戻し通路(21)は、径方向外方に開口しており、外筒本体(17)の大径内周面によってこの開口が塞がれている。
【００２８】
戻し通路(21)は、スプライン軌道(4a)(4b)よりも外径側にあり、このため、外筒本体(17)は、スプライン軌道(4a)(4b)が設けられている部分の肉厚が戻し通路(21)が設けられている部分の肉厚よりも厚くなっている。
【００２９】
ボール(16)は、主通路(20)および戻し通路(21)内に配設され、主通路(20)を転動するボール(16)がねじ軸(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ようになっている。主通路(20)および戻し通路(21)により、ボール循環路が構成されている。
【００３０】
図１において、ボールねじナット(3)外周面と中空軸(5)内周面との間には、間隙Ｇ１が形成されており、ボールスプライン外筒(4)外周面とハウジング(6)内周面との間には、間隙Ｇ２が形成されている。これらの間隙Ｇ１およびＧ２は、実際にはいずれもほぼゼロであるが、図１ではこれらを誇張して示している。そして、ボールスプライン外筒(4)外周面とハウジング(6)内周面との間隙Ｇ２は、ボールねじナット(3)外周面と中空軸(5)内周面との間隙Ｇ１よりも小さく（Ｇ２＜Ｇ１）なされている。
【００３１】
このボールねじ装置(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。
【００３２】
このような電磁緩衝器で使用されるボールねじ装置(1)では、タイヤに作用する横力およびモーメントをボールスプライン（ボールスプライン外筒(4)、ねじ軸(2)およびボール(16)）とボールねじ（ボールねじナット(3)、ねじ軸(2)およびボール）とで支持する必要があり、横力およびモーメントに対する品質確保が重要となっている。
【００３３】
この発明によるボールねじ装置(1)では、上記のように、ボールスプライン外筒(4)外周面とハウジング(6)内周面との間隙Ｇ２がボールねじナット(3)外周面と中空軸(5)内周面との間隙Ｇ１よりも小（Ｇ２＜Ｇ１）とされており、さらに、ボールスプライン外筒(4)、ねじ軸(2)およびボール(16)によって形成されているボールスプライン内部の回転隙間が略ゼロ（具体的には、＋０．００１〜−０．００２ｍｍ）とされている。
【００３４】
この結果、ねじ軸(2)の下端部に横力が作用した際、その多くがボールスプラインで受けられて、ボールねじの負担が小さいものとなり、これにより、ボールねじ軌道(2a)の品質低下が防止される。
【００３５】
図１において、ボールスプライン外筒(4)外周面とハウジング(6)内周面との間隙Ｇ２は、ちょうど０でもよく、また、負すき間とすることもできる。ボールねじナット(3)外周面と中空軸(5)内周面との間隙Ｇ１は、Ｇ２の大きさに応じて、Ｇ２＜Ｇ１を維持するように適宜変更される。
【００３６】
図３は、この発明によるボールねじ装置の第２実施形態を示している。以下の説明において、第１実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
図３において、ボールねじナット(3)外周面と中空軸(5)内周面との間には、間隙Ｇ１が形成されている。この間隙Ｇ１は、実際にはほぼゼロであるが、図３ではこれを誇張して示している。これに対し、ボールスプライン外筒(4)外周面とハウジング(6)内周面との間隙は、負すき間Ｇ３とされており、これにより、ボールねじナット(3)外周面と中空軸(5)内周面との間隙Ｇ１よりも小さく（Ｇ３＜Ｇ１）なされている。
【００３８】
ボールスプライン外筒(4)は、ハウジング(6)に圧入されており、この圧入によって、ボールスプライン外筒(4)は、回転不可能かつ軸方向移動不可能にハウジング(6)に支持されている。したがって、第１実施形態で必要であったキー(13)が不要とされている。
【００３９】
第１および第２実施形態いずれの場合でも、ボールスプラインに作用する横力およびモーメントは、従来のものに比べて大きくなる。したがって、ボールスプライン外筒(4)（外筒本体(17)）のスプライン軌道(4a)に、図４に示すようなクラウニングが施されることが好ましい。図４において、クラウニングは、スプライン軌道(4a)の両端部(C)が曲面となるように付与されており、これにより、中央部分の内周面を基準にして両端の径が大きく（ねじ軸(2)から離れるように）なされている。この結果、スプライン軌道(4a)の両端部の面圧が緩和され、ボールスプライン側では、ボールスプライン軌道(4a)の全長にわたってほぼ均一に力を受けることができ、ボールスプラインの負担が軽減されて、ボールスプライン軌道(4a)の圧痕防止に有利なものとなっている。
【００４０】
なお、上記のボールねじ装置(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】
【００４１】
(1)       ボールねじ装置
(2)       ねじ軸
(2a)      ボールねじ軌道
(2b)(2c)  スプライン軌道
(3)       ボールねじナット
(4)       ボールスプライン外筒
(4a)(4b)  スプライン軌道
(5)       中空軸
(6)       ハウジング
(16)      ボール
【図１】
2010230144.tif 000003
【図２】
2010230144.tif 000004
【図３】
2010230144.tif 000005
【図４】
2010230144.tif 000006