(57)【要約】【課題】 過大トルクが負荷された場合において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】  軸2の各スプライン軌道2bは、肩に近い側の曲率半径Ｒ１が軌道底に近い側の曲率半径Ｒ２よりも大きい形状とされている。【選択図】    図３
2009299742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスプライン軌道が設けられた軸と、軸の各スプライン軌道にそれぞれ対向する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、
軸の各スプライン軌道は、肩に近い側の曲率半径Ｒ１が軌道底に近い側の曲率半径Ｒ２よりも大きい形状と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。
【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。
【０００４】
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】
【０００５】
この発明によるボールスプラインは、複数のスプライン軌道が設けられた軸と、軸の各スプライン軌道にそれぞれ対向する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、軸の各スプライン軌道は、肩に近い側の曲率半径Ｒ１が軌道底に近い側の曲率半径Ｒ２よりも大きい形状とされていることを特徴とするものである。
【０００６】
肩に近い側の曲率半径Ｒ１は、ボール径の５４〜６５％とされ、軌道底に近い側の曲率半径Ｒ２は、ボール径の５１〜５５％とされる。
【０００７】
ボールスプラインに過大トルクが負荷された場合、接触角が大きくなって、ボールが肩に近い側の軌道面と接触し、この際に、肩乗り上げの可能性がある。従来のものでは、軸の各スプライン軌道は、曲率半径が単一曲率とされており、その曲率半径については、寿命を確保する点から、ボール径の５３％程度とされており、肩乗り上げについては考慮されていなかった。
【０００８】
これに対し、この発明によるボールスプラインでは、軸のスプライン軌道に過大トルク負荷時にのみ接触する肩に近い側と通常の使用領域である軌道底に近い側とがあることに着目し、肩に近い側の曲率半径Ｒ１と軌道底に近い側の曲率半径Ｒ２とが異なる大きさ（Ｒ１＞Ｒ２）とされている。
【０００９】
過大トルクが負荷された場合、接触角が大きくなって、ボールは肩に近い側の軌道面で接触する。肩乗り上げに対しては、接触楕円を小さくすることが有効であり、この軌道面の曲率半径を大きくすることで、接触楕円は小さいものとなり、肩乗り上げの可能性が減少する。
【００１０】
接触楕円小は、摩耗の点で不利となるが、通常の負荷に対しては、従来と同様、ボールは軌道底に近い側の軌道面で接触し、この軌道面の曲率半径は肩に近い側の軌道面に比べて小さくなっていることから、接触楕円大＝接触面圧小であり、従来と同等の寿命が確保される。
【００１１】
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、ボール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。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。
【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】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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】
【００１７】
この発明のボールスプラインによると、軸の各スプライン軌道は、肩に近い側の曲率半径Ｒ１が軌道底に近い側の曲率半径Ｒ２よりも大きい形状とされているので、過大トルクが負荷された場合には、接触角が大きくなって、ボールが肩に近い側の軌道面で接触し、この軌道面は曲率半径が大きいことから、接触楕円は小さいものとなり、肩乗り上げの可能性が減少する。この結果、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【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】
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。
【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、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)に負荷されることがあり、肩乗り上げ等圧痕の原因となることから、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、ねじ軸(2)の各スプライン軌道(2b)(2c)は、その断面形状が２段の曲率とされている。
【００３２】
すなわち、ねじ軸(2)に形成されたスプライン軌道(2b)（(2c)も同じ）は、図３に拡大して示すように、肩に近い側の曲率半径Ｒ１が軌道底に近い側の曲率半径Ｒ２よりも大きい形状とされている。
【００３３】
従来のねじ軸に形成されていたスプライン軌道は、図４に示すように、単一の曲率半径Ｒ２とされている。
【００３４】
軸(2)のスプライン軌道(2b)(2c)には、過大トルク負荷時にのみ接触する肩に近い側と通常の使用領域である軌道底に近い側とがあるが、従来のものでは、単一の曲率半径とされていたのに対し、図３に示すものでは、軌道底に近い側の曲率半径Ｒ２を従来と同じにし、肩に近い側の曲率半径Ｒ１がＲ２よりも大きくされている。
【００３５】
したがって、この発明のボールスプラインによると、通常のトルク負荷時には、従来と同様の性能を有しているとともに、過大トルクが負荷された場合、接触角が大きくなって、ボール(16)が肩に近い側の軌道面で接触し、この軌道面の曲率半径Ｒ１が大きくなされていることで、接触楕円が小さいものとなり、肩乗り上げの可能性が減少する。
【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図３に対応する図である。
【符号の説明】
【００３８】
(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
(16)      ボール
【図１】
2009299742.tif 000003
【図２】
2009299742.tif 000004
【図３】
2009299742.tif 000005
【図４】
2009299742.tif 000006