(57)【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、内周面にスプライン軌道が設けられた円筒部と、円筒部の両側にあって内径および外径がともに円筒部よりも大きい大径部とからなり、大径部の端面がハウジングへの組付け前の状態で軸方向内方に向かって径が小さくなるテーパ状とされており、ハウジングに設けられた対向面間に挟持された際に、大径部の各テーパ状端面がハウジングの各対向面に沿うように弾性変形させられることを特徴とするボールスプライン。
【請求項２】
大径部は、スプライン軌道が設けられている位置においてのみ円筒部外径に対して径方向に突出させ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、スプライン軌道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、内周面にスプライン軌道が設けられた円筒部と、円筒部の両側にあって内径および外径がともに円筒部よりも大きい大径部とからなり、大径部の端面がハウジングへの組付け前の状態で軸方向内方に向かって径が小さくなるテーパ状とされており、ハウジングに設けられた対向面間に挟持された際に、大径部の各テーパ状端面がハウジングの各対向面に沿うように弾性変形させられ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は、外周が軸方向全長にわたって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、ボールスプライン外筒の両端部が大径部とされることで、これを軸方向の両側から挟持した場合に、大径部が弾性変形可能とされているとともに、大径部の端面が軸方向内方に向かって径が小さくなるテーパ状とされていることで、ハウジングに設けられた対向面間に挟持された際に、テーパ面が対向面に沿うことが可能とされている。
【０００７】
ハウジングには、ボールスプライン外筒を挟持する１対の内向きフランジ部（一方は、ハウジングに一体に、他方は、これに対して軸方向移動可能に）が設けられ、この内向きフランジ部の側面が軸方向に直交する平坦面とされ、この平坦面が上記の対向面として使用される。大径部端面のテーパ面が軸方向内方に向かって径が小さくなるように形成されていることから、大径部の弾性変形に際しては、大径部の外径部同士が近づく方向に変形し、これに伴って、円筒部の内径の両端部は、径方向外方に引っ張られて、クラウニングに類似した形状となる。
【０００８】
大径部の外周面は、円筒面とされてももちろんよいが、周方向に所定間隔で設けられているスプライン軌道に対応して、大径部は、スプライン軌道が設けられている位置においてのみ円筒部外径に対して径方向に突出させられていることが好ましい。
【０００９】
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。
【００１０】
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、ねじ軸の回り止めを行い、ボールねじナットで発生するトルクの反力を受けることになる。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、ボールスプライン外筒にはモーメントが負荷される。モーメントを受けた場合には、スプライン軌道の両端部のところで、エッジ応力が発生しやすく、これの防止のためにはクラウニング加工を施すことが好ましいが、この位置にクラウニング加工を施すことは困難である。この発明のボールスプラインによると、上記のように、円筒部の内径の両端部すなわち段差部分がクラウニングに類似した形状とされることで、クラウニング加工を施すことなく、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。
【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。
【発明の効果】
【００１４】
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は、内周面にスプライン軌道が設けられた円筒部と、円筒部の両側にあって内径および外径がともに円筒部よりも大きい大径部とからなり、大径部の端面がハウジングへの組付け前の状態で軸方向内方に向かって径が小さくなるテーパ状とされており、ハウジングに設けられた対向面間に挟持された際に、大径部の各テーパ状端面がハウジングの各対向面に沿うように弾性変形させられるので、スプライン軌道をクラウニング形状にするのと同じ作用を得ることができ、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て、ボールスプラインの寿命が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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、図の上下をいうものとする。
【００１６】
図３は、この発明によるボールスプラインが対象とする１例としてのモータ付きボールねじ装置を示し、図１および図２は、この発明によるボールスプラインの実施形態を示している。
【００１７】
モータ付きボールねじ装置(1)は、図３に示すように、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(14)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(14)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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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(14)の下端部およびスプライン軌道が傷つきやすく、その保護が課題となっている。
【００２３】
図３には、従来のボールスプライン外筒(14)が示されており、その外周面は、全長にわたって同じ径の円筒面とされている。通常、ボールスプライン外筒(14)では、図４に示すように、スプライン軌道(14a)と両端部(14b)との間には、段差(14c)があり、スプライン軌道(14a)と段差(14c)の境界部分のクラウニング加工は、難しく、コストがかかるものとなる。一方、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、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(14)との２点で支持されるが、ボールスプライン外筒(14)においては、白抜き矢印で示すようなモーメントが作用し、スプライン軌道(14a)と段差(14c)の境界部分とボール(15)との間で、最大のラジアル荷重が生じ、この部分をボール(15)が通過するときにエッジ応力が発生し、図にＨで示すような位置に傷が発生しやすい。
【００２４】
そこで、この発明によるボールスプラインにおいては、図１に示すように、ボールスプライン外筒(4)が、円筒部(41)およびその両側の大径部(42)からなり、大径部(42)の端面(42a)がハウジング(6)への組付け前の状態で、図１（ａ）に示すように、軸方向内方に向かって径が小さくなるテーパ状とされており、図１（ｂ）に示すように、ハウジング(6)に設けられた１対の内向きフランジ(43)(44)間に挟持されている。ここで、ハウジング(6)の内向きフランジ(43)(44)の一方(43)は、ハウジング(6)に一体に設けられており、他方(44)は、別部材とされて、所定の締付け力で締め付けられるようになっている。ボールスプライン外筒(4)は、円筒部(41)およびその両側の大径部(42)同士がその外径部において互いに接近する方向に弾性変形した状態で、内向きフランジ(43)(44)間に挟持される。なお、内向きフランジ(43)(44)の他方(44)が所定の締付け力で締め付けられるようにするには、例えば、内向きフランジ相当部材(44)の外周側におねじ部を設けるとともに、ハウジング(6)の内周にめねじ部を設け、内向きフランジ相当部材(44)を所定の締付け力でハウジング(6)に締め付けるようにすればよい。また、内向きフランジ(43)(44)の他方(44)の外周側におねじ部を設ける代わりに、別途のおねじ部材を使用して、これをハウジング(6)の内周に設けられためねじ部にねじ込んでいくことで、内向きフランジ相当部材(44)を所定の締付け力で締め付けるようにしてもよい。
【００２５】
この結果、この発明のボールスプラインによると、スプライン軌道(4a)と両端部(4b)との間に段差(4c)があるということでは、従来のものと同じであるが、そのスプライン軌道(4a)と段差(4c)との境界部分(S)が径方向外方に引っ張られるような弾性変形となり、スプライン軌道(4a)と段差(4c)との境界部分(S)がクラウニング加工に類似の形状となって、境界部分(S)とボール(15)との間に作用する荷重が小さいものとなり、図４にＨで示した位置の傷の発生が防止される。こうして、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。
【００２６】
なお、ボールスプライン外筒(4)の大径部(42)の外周面は、円筒面であってもよいが、好ましくは、図２に示すように、ボールスプライン外筒(4)の内周に設けられた複数対（図示は３対）のスプライン軌道(45)に対応して、スプライン軌道(45)の外周に位置する３つの径方向突出部(46)からなるものとされる。このようにすると、大径部(42)が弾性変形しやすいものとなり、目標とする弾性変形を容易に得ることができる。
【００２７】
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】
【００２８】
【図１】図１は、この発明のボールスプラインの特徴部分を模式的に示す縦断面図であり、（ａ）は、ハウジングに組み付けられる前の状態を示し、（ｂ）は、ハウジングに組み付けられた状態を示している。
【図２】図２は、この発明のボールスプラインの他の実施形態を示す斜視図である。
【図３】図３は、この発明のボールスプラインが使用される１例としてのボールねじ装置を示す縦断面図である。
【図４】図４は、従来のボールスプラインの問題点を模式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
(2)       ねじ軸（軸）
(2b)      スプライン軌道
(4)       ボールスプライン外筒
(6)       ハウジング
(4a)      スプライン軌道
(41)      円筒部
(42)      大径部
(42a)     テーパ状端面
【図１】
0005083054.tif 000002
【図２】
0005083054.tif 000003
【図３】
0005083054.tif 000004
【図４】
0005083054.tif 000005