(57)【要約】【課題】 モーメントを受けた場合のエッジ応力が防止されることで、寿命を向上させたボールスプラインを提供する。【解決手段】  ボールスプライン外筒4は、樽型に形成されて、ハウジング6内周に形成された円筒面16内に、外周面22が円筒面、内周面21が樽型とされた筒状弾性支持体13を介して嵌め入れられている。ボールスプライン外筒4の外周面15およびハウジング6の内周面16に、それぞれキー溝17,18が設けられるとともに、弾性支持体13の外周面および内周面に、これらのキー溝17,18に嵌め合わされる内方突出部23および外方突出部24が設けられている。【選択図】    図３
2010112513.tif 000002
【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、
ボールスプライン外筒は、樽型に形成されて、ハウジング内周に形成された円筒面内に、外周面が円筒面、内周面が樽型とされた筒状弾性支持体を介して嵌め入れられていることを特徴とするボールスプライン。
【請求項２】
ボールスプライン外筒の外周面およびハウジングの内周面に、それぞれキー溝が設けられるとともに、弾性支持体の外周面および内周面に、これらのキー溝に嵌め合わされる内方突出部および外方突出部が設けられていることを特徴とする請求項１のボールスプライン。
【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、モーメント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。
【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】
【０００３】
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、ねじ軸の端部に横力（軸方向に直交する方向の力）が作用することがあり、この場合には、モーメントによるエッジ応力の発生によって、ボールスプライン外筒の端部、軌道部などが傷つく可能性があり、その保護が課題となっている。
【０００４】
この発明の目的は、モーメントを受けた場合のエッジ応力が防止されることで、寿命を向上させ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】
【０００５】
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、ボールスプライン外筒は、樽型に形成されて、ハウジング内周に形成された円筒面内に、外周面が円筒面、内周面が樽型とされた筒状弾性支持体を介して嵌め入れられていることを特徴とするものである。
【０００６】
ボールスプライン外筒では、両端部に戻し通路が形成されることから、スプライン軌道は、この両端部を除く部分に設けられる。従来、ボールスプライン外筒の外周面は、全体が同じ径の円筒面とされていたが、この発明によるボールスプラインでは、両端部の外径が中央部の外径よりも小さい樽型とされる。
【０００７】
樽型の外周面および内周面は、例えば、球面の両側部分を互いに平行な面によって切り落とした形状とすることで得ることができるが、球面に限られるものではなく、横断面が円形であってその径が軸方向中央部において最大で軸方向外側に行くに連れて連続的に減少していくものであればよい。また、樽型の外周面および内周面は、通常、その上下（または前後）を逆にしても同じ性能となるように軸方向の中央を通る面に対して対称に形成されるが、必ずしも対称である必要はなく、最大径の位置を基準にして、軸方向一方側が他方側よりも長くされてもよい。
【０００８】
ボールスプライン外筒は、通常状態（過大な横力が作用しない場合）には、ハウジングに対して回転しないように支持される。これには、例えば、弾性支持体とボールスプライン外筒との間の摩擦力および弾性支持体とハウジングとの間の摩擦力を利用してもよく、また、従来と同様に、金属製のキーを使用して、弾性支持体を径方向に貫通するキーの一側がボールスプライン外筒に、他側がハウジングに嵌め入れられるようにしてもよく、その他、適宜な方法によることができる。
【０００９】
この発明のボールスプラインによると、ボールスプライン外筒が樽型とされていることで、ボールスプライン外筒の外周側での荷重負荷位置が、従来のものに比べて、中央に近くなっており、モーメントを受けた場合のエッジ応力が防止され、ボールスプラインの寿命が向上する。また、ボールスプライン外筒が樽型とされて、弾性支持体を介してハウジングに支持されていることから、ボールスプライン外筒に作用する横力が小さい場合、ボールスプライン外筒は、軸と同心の状態を維持して、軸の回転を防止して軸の直線移動を案内する。そして、ボールスプライン外筒に大きな横力が作用した場合、ボールスプライン外筒は、弾性支持体を弾性変形させることで、軸方向に対して自由に傾くことができる。これにより、ハウジングから作用する荷重が緩和され、スプライン軌道の圧痕が防止される。また、過大なモーメントの発生も防止されるので、スプライン軌道の端部における剥離等の損傷も防止され、ボールスプラインの寿命がより一層向上する。
【００１０】
ボールスプライン外筒をハウジングに対して回転しないように支持する構成として、好ましくは、ボールスプライン外筒の外周面およびハウジングの内周面に、それぞれキー溝が設けられるとともに、弾性支持体の外周面および内周面に、これらのキー溝に嵌め合わされる内方突出部および外方突出部が設けられているものとされる。このようにすると、衝撃荷重入力時には、キー部分が弾性変形し、これによって、ボールスプライン外筒に発生する回転トルクが吸収され、ダンパ効果を得ることができる。
【００１１】
弾性支持体は、ゴム製、合成樹脂製などとされて、中央において２つに分割できる構造とされ、樽型のボールスプライン外筒に両端側からそれぞれ嵌め合わされて中央部分で突き合わされる。弾性支持体とボールスプラインとは、予め一体品としておいて、ハウジングに挿入される。ハウジングには、一体品の一端面を受け止めるフランジ部が形成され、一体品の他端面は、止め輪等によって軸方向に動かないように固定される。
【００１２】
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。
【００１３】
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。そして、横力が作用してねじ軸が撓んだ場合には、ねじ軸は、ボールスプラインとボールねじとの２点で支持され、ボールスプラインにはラジアル荷重が負荷される。このとき、従来のものでは、ボールスプライン外筒の外周側と内周側とで、荷重負荷位置にオフセットが生じ、大きいモーメントが発生することで、スプライン軌道の端部における剥離が生じやすい。また、従来のボールスプラインで使用されているキーは、金属製（実質的に剛体）であり、ボールスプライン外筒のハウジングに対する回転可能量は、ほぼ０であるため、従来のボールスプラインでは、ねじ軸に過大トルクが作用すると、ボール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。
【００１４】
これに対し、この発明のボールスプラインによると、樽型とされたボールスプライン外筒の外周側と内周側とでの荷重負荷位置のオフセットが小さくなり、モーメントが発生しにくくなる。また、回り止め部（キー溝と弾性支持体の突出部との嵌合）は、弾性変形可能であるので、ボールスプライン外筒のハウジングに対する回転可能量が大きくなり、この結果、過大トルクが発生した場合には、ボールスプライン外筒がハウジングに対して回転方向に所定量移動することで、この過大トルクを吸収することができる。こうして、この発明のボールスプラインによると、スプライン軌道の端部における剥離およびスプライン軌道の圧痕に対して有利なものとなり、ボールスプラインの寿命が大幅に向上する。
【００１５】
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。
【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、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。
【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】
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】
【００１９】
この発明のボールスプラインによると、ボールスプライン外筒が樽型に形成されて、弾性支持体を介してハウジングに嵌め入れられているので、ボールスプライン外筒の外周側での荷重負荷位置が中央に近くなって、モーメントを受けた場合のエッジ応力が防止され、スプライン軌道の端部における剥離等の損傷が防止される。また、ボールスプライン外筒に大きな横力が作用した場合、ボールスプライン外筒は、弾性支持体を弾性変形させることで、軸方向に対して自由に傾くことができ、これにより、ハウジングから作用する荷重が緩和され、スプライン軌道の圧痕が防止される。この結果、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および図３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。
【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】
ねじ軸(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、ねじ軸(2)を直線移動させる形態で使用される。
【００２５】
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。
【００２６】
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もので、樽型とされており、弾性支持体(13)に保持された状態でハウジング(6)に支持されている。ボールスプライン外筒(4)および弾性支持体(13)の組立品は、その下端面がハウジング(6)内周に設けられたフランジ部(6a)で支持され、上方への移動が止め輪(14)によって規制されている。
【００２７】
図２および図３に拡大して示すように、ボールスプライン外筒(4)は、外周面(15)の形状が樽型とされており、これに対応して、弾性支持体(13)の内周面(21)の形状が樽型とされている。ハウジング(6)の内周面(16)は、円筒面であり、これに対応して、弾性支持体(13)の外周面(22)は、円筒面とされている。
【００２８】
弾性支持体(13)は、中央において分離される２つ割りとされており、上半部弾性支持体(13a)および下半部弾性支持体(13b)によって形成されている。
【００２９】
ボールスプライン外筒(4)の外周面(15)の周方向所定箇所にキー溝(17)が形成されており、ハウジング(6)の内周面(16)の周方向所定箇所にもキー溝(18)が形成されている。これらのキー溝(17)(18)に対応するように、弾性支持体(13)の内周面(21)の周方向所定箇所には、ボールスプライン外筒(4)のキー溝(17)に嵌め合わされている内方突出部(23)が、また、弾性支持体(13)の外周面(22)の周方向所定箇所には、ハウジング(6)のキー溝(18)に嵌め合わされている外方突出部(24)がそれぞれ形成されている。
【００３０】
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。
【００３１】
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、タイヤから上下方向（ねじ軸(2)の軸方向）の力だけでなく、前後左右方向の力（横力）を受けることになり、この場合に、ボールスプライン外筒(4)の下端部およびスプライン軌道(4a)が傷つきやすく、その保護が課題となっている。
【００３２】
ねじ軸(2)の下端部に横力が作用すると、これがモーメントとしてねじ軸(2)に負荷される。この負荷は、大きくはボールねじナット(3)とボールスプライン外筒(4)との２点で支持され、ボールねじナット(3)の軸方向に直交する方向の一側とボールスプライン外筒(4)の軸方向に直交する方向の他側とで荷重負荷を受けることになる。従来のボールスプラインでは、ボールスプライン外筒の下端部において大きなモーメントが発生しやすく、このモーメントを受けることで、スプライン軌道の下端部（軸方向端部）をボールが通過するときにエッジ応力が発生し、端部の剥離、ボールの傷などが発生する可能性がある。
【００３３】
これに対し、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)が樽型とされて、弾性支持体(13)を介してハウジング(6)に支持されているので、ボールスプライン外筒(4)の外周面がハウジング(6)から受ける荷重負荷位置は、従来のものに比べて上方にあり、これにより、ボールスプライン外筒(4)の内周面がスプライン軌道(4a)に配されたボールを介して受ける荷重負荷位置との間のオフセットがほぼ０となって、大きいモーメントが発生しないものとなっている。したがって、この発明のボールスプラインによると、モーメントを受けた場合のエッジ応力に伴う損傷が防止され、このスプラインを使用したモータ付きボールねじ装置(1)の寿命を向上させることができる。
【００３４】
電磁緩衝器では、さらにまた、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)(4a)に負荷されることがあり、その保護が課題となっている。
【００３５】
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に負荷される荷重が増加するのに対し、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)の回転を規制する回り止め部は、弾性支持体(13)の突出部(23)(24)とキー溝(17)(18)との嵌合によるもので、弾性変形可能なものとなっている。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て、ねじ軸(2)が捩れた場合、金属製キーを使用していると、捩れ剛性が高いので、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、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、ボールスプライン外筒(4)が弾性支持体(13)を変形させることでねじ軸(2)と一体で変形し、これにより、スプライン軌道(2b)(4a)に圧痕が生じることが防止される。
【００３６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【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、この発明のボールスプラインの特徴部分であるボールスプライン外筒および弾性支持体を示す分解斜視図である。
【図３】図３は、図１の要部の拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
(2)       ねじ軸（軸）
(2b)      スプライン軌道
(4)       ボールスプライン外筒
(4a)      スプライン軌道
(6)       ハウジング
(13)      弾性支持体
(15)      樽型外周面
(16)      円筒内周面
(17)      キー溝
(18)      キー溝
(21)      樽型内周面
(22)      円筒外周面
(23)      内方突出部
(24)      外方突出部
【図１】
2010112513.tif 000003
【図２】
2010112513.tif 000004
【図３】
2010112513.tif 000005