ボールスプライン
【課題】 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】 ボールスプライン外筒4のハウジング6に対する回り止めは、板ばね製のキー14がボールスプライン外筒4のキー溝4aおよびハウジング6のキー溝14aに嵌め入れられることで形成されている。板ばね製のキー14は与圧されており、これにより、回り止め部のねじれ−トルク特性は、ねじれが０のときにトルクが存在し、ねじれの増加とともに、トルクが増大するようになされている。
【解決手段】 ボールスプライン外筒4のハウジング6に対する回り止めは、板ばね製のキー14がボールスプライン外筒4のキー溝4aおよびハウジング6のキー溝14aに嵌め入れられることで形成されている。板ばね製のキー14は与圧されており、これにより、回り止め部のねじれ−トルク特性は、ねじれが０のときにトルクが存在し、ねじれの増加とともに、トルクが増大するようになされている。
【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、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、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おり、ボールスプライン外筒が回り止め部によってハウジングに対して回り止めされるボールスプラインにおいて、回り止め部は、弾性体とさ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鋼製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。
【０００７】
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（μｍオーダー）とされている。これに対し、この発明のボールスプラインで使用されている回り止め部（例えばキー）は、弾性体製とされ、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、ｍｍオーダー（０．１ｍｍ以上）とされる。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、圧痕が防止され、ボールスプラインの寿命が向上する。
【０００８】
回り止め部のねじれ−トルク特性は、ねじれが０のときにトルクが存在しており、ねじれの増加とともに、トルクが増大するようになされていることが好ましい。すなわち、中立状態においてトルクが負荷された場合に、ボールスプライン外筒とハウジングとの間にすぐにねじれが発生するのではなく、トルクが所定値を超えたときにねじれが発生するという特性を弾性体が有していることが好ましい。
【０００９】
回り止め部は、与圧が与えられた弾性体がボールスプライン外筒のキー溝およびハウジングのキー溝に嵌め入れられることで形成されていることが好ましい。このようにすると、そのねじれ−トルク特性において、入力トルクが与圧に相当するトルクを超えないうちは、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移動することが防止され、入力トルクが所定値（与圧トルク）を超えると、キーに付与されていた弾性力（与圧）だけでは、回り止めしきれなくなって、キーが弾性変形し、これに伴って発生するトルクにより、過大トルクが吸収される。この場合のねじれによって吸収されるエネルギは、大きいものであり、したがって、与圧トルクを制御に必要なトルクとするとともに、キーの弾性変形可能量をボールスプラインの定格トルクよりも大きく設定することにより、ボールスプライン外筒の本来の機能である回り止め機能を全く低下させることなく、想定される衝撃エネルギ（過大トルク）を吸収することができる。
【００１０】
弾性体は、例えば、ゴム製とすればよく、また、合成樹脂製としてもよい。弾性体は、また、金属製などのばね（板ばね、皿ばねなど）としてもよい。ばねを使用する場合、これを自然長から圧縮した状態でキー溝に嵌め入れることで、与圧が与えられた弾性体（ばね）を得ることができる。
【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、回り止め部が弾性体であるので、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ができ、これにより、過大トルクを吸収することができる。したがって、ボールスプラインの圧痕が防止されて、寿命が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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）によってハウジング(6)に対して回り止めされる。
【００２３】
このモータ付きボールねじ装置は、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。
【００２４】
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(8)等に衝突することにより、高速回転していたモータ(5)が急停止し、モータ(5)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)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。
【００２５】
ボールスプラインに作用する衝撃トルクＴｍａｘに関しては、直線移動部分の質量をｍ、直線移動速度をＶ、ねじれ剛性をｋ、ねじれをｘとして、簡易式Ｅ＝１／２ｍＶ２＝１／２ｋｘ２＝１／２Ｔｍａｘ２／ｋの関係を使用して、Ｔｍａｘ＝（ｍｋ）１／２・Ｖが成り立つ。したがって、衝撃トルクを低減するには、剛性ｋを下げればよいことが分かる。ただし、剛性ｋを小さくすると、エネルギを吸収するのに変位が大きくなり、サイズを大きくする必要が生じ、回転部が大きくなることで、慣性モーメントが大きくなるという問題があり、また、機能面でも応答性が悪くなり、制御しにくくなる。
【００２６】
そこで、この発明によるボールスプラインでは、従来のボールスプラインの回り止め部が金属製とされていたのに対し、図１に示す第１実施形態において、キー(13)は、ゴム製（弾性体製）とされて、ハウジング(6)のキー溝(6a)およびボールスプライン外筒(4)のキー溝(4a)内に嵌め入れられている。これにより、ボールスプラインのねじれ−トルク特性は、図３（ａ）に示すように、ねじれとともに徐々にトルクが増加するものとされ、過大トルクが発生した場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転方向に所定量移動することで、過大トルクを吸収することができる。
【００２７】
弾性体は、ゴムに限られるものではなく、合成樹脂としてもよく、また、金属製などのばね（板ばね、皿ばねなど）としてもよい。
【００２８】
図２にばねを使用した場合の１実施形態を示す。図２において、ばね（ばね製のキー）(14)は、図２（ａ）に示した中立状態において、同図に二点鎖線で示されているフリー状態（自然長）から実線で示されている圧縮状態とされてキー溝(4a)(6a)に組み込まれており、この結果、所定の大きさの初期弾性力を有している。したがって、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクがこの初期弾性力によって得られるトルク（与圧トルク）を超えない場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転することはなく、回り止め機能が維持される。そして、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクが与圧トルクを超えると、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、時計方向および反時計方向のいずれのトルクに対しても、ばね(14)の弾性力に抗してボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転する。
【００２９】
図２に示したボールスプラインのねじれ−トルク特性を図３（ｂ）に示している。すなわち、この実施形態のボールスプラインは、ねじれ０の初期状態で、トルクが存在しており、ねじれとともに徐々にトルクが増加するものとされ、過大トルクが発生した場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転方向（時計方向または反時計方向）に所定量移動することで、過大トルクを吸収することができる。図３（ａ）に示すねじれ−トルク特性によると、ねじれ０でトルク０に設定されており、この場合、小さいトルクであっても、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転方向に移動できるので、ボールスプライン外筒(4)の本来の機能である回り止め機能が低下し、応答性が低下して制御しにくくなる。これに対し、図３（ｂ）に示すねじれ−トルク特性によると、入力トルクは、通常状態では、ばね製のキー(14)に付与された弾性力（与圧）によって得られるトルク（与圧トルク）を超えないので、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転方向に移動することが防止され、入力トルクが所定値（与圧トルク）を超えると、キー(14)に付与されていた弾性力（与圧）だけでは、回り止めしきれなくなって、キー(14)が弾性変形し、これに伴って発生するトルクにより、過大トルクが吸収される。ねじれによって吸収されるエネルギは、ねじれ０でトルク０の図３（ａ）のものに比べて大幅に大きくすることができ、したがって、与圧トルクを制御に必要なトルクとするとともに、キー(14)の弾性変形可能量をボールスプラインの定格トルクよりも大きく設定することにより、ボールスプライン外筒(4)の本来の機能である回り止め機能を全く低下させることなく、想定される衝撃エネルギ（過大トルク）を吸収することができる。
【００３０】
図４および図５に、ばね製のキー(14)の他の実施形態を示す。
【００３１】
図４に示す横断面図において、キー(14)は、板ばね製とされるとともに、これが２つ（第１のキー(14A)および第２のキー(14B)）使用されている。第１の板ばね製キー(14A)は、ハウジング(6)の第１のキー溝(6a)内に嵌め込まれているハウジング内部分(14a)と、これに連なってボールスプライン外筒(4)の第１のキー溝(4a)内開口側に嵌め込まれている開口側部分(14b)と、これに連なってボールスプライン外筒(4)の第１のキー溝(4a)内底面側に嵌め込まれている底面側部分(14c)とからなる。開口側部分(14b)は、第１のキー溝(4a)の周方向時計側の面で規制されているのに対し、底面側部分(14c)は、開口側部分(14b)に対して屈曲させられて、第１のキー溝(4a)の周方向反時計側の面で規制されている。また、フリー状態においては、第１のキー(14A)の周方向寸法は、第１のキー溝(4a)の周方向寸法よりも大きく、図に二点鎖線で示す大きさとされている。これにより、第１のキー(14A)は、第１のキー溝(4a)(6a)内に収まった状態で、矢印で示す周方向時計方向に与圧されている。第２の板ばね製キー(14B)は、第１の板ばね製キー(14A)と同じ形状とされており、ハウジング(6)の第２のキー溝(6b)内に嵌め込まれているハウジング内部分(14a)と、これに連なってボールスプライン外筒(4)の第２のキー溝(4b)内開口側に嵌め込まれている開口側部分(14b)と、これに連なってボールスプライン外筒(4)の第２のキー溝(4b)内底面側に嵌め込まれている底面側部分(14c)とからなる。ここで、第１の板ばね製キー(14B)とは逆に、開口側部分(14b)は、第２のキー溝(4b)の周方向反時計側の面で規制されており、底面側部分(14c)は、開口側部分(14b)に対して屈曲させられて、第２のキー溝(4b)の周方向時計側の面で規制されている。フリー状態においては、第２のキー(14B)の周方向寸法は、第２のキー溝(4b)の周方向寸法よりも大きく、図に二点鎖線で示す大きさとされている。これにより、第２のキー(14B)は、第２のキー溝(4b)(6b)内に収まった状態で、矢印で示す周方向反時計方向に与圧されている。
【００３２】
この実施形態では、図４に示す中立状態において、各キー(14A)(14B)は、所定の大きさの初期弾性力を有しており、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクがこの初期弾性力によって得られるトルク（与圧トルク）を超えない場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転することはなく、回り止め機能が維持される。そして、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクが与圧トルクを超えると、時計方向および反時計方向のいずれのトルクに対しても、各キー(14A)(14B)の弾性力に抗してボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転し、ボールスプライン外筒(4)の本来の機能である回り止め機能を全く低下させることなく、想定される衝撃エネルギ（過大トルク）を吸収することができる。
【００３３】
図５は、板ばねの数を１つとする実施形態を示しており、同図に示す斜視図において、板ばね製のキー(14)は、湾曲部(14d)およびその両端に設けられた直線部(14e)(14f)からなり、径方向から見て略Ω状に形成されている。したがって、湾曲部(14d)の中央部分と直線部(14e)(14f)との距離（キー(14)の周方向長さ）の増減に伴ってその弾性力が変化するようになっている。キー(14)は、ハウジング(6)のキー溝(6a)およびボールスプライン外筒(4)のキー溝(4a)の両方にまたがって挿入されて、湾曲部(14d)の中央部分が各キー溝(4a)(6a)の周方向一方の面（例えば、反時計方向側の面）で規制され、直線部(14e)(14f)が各キー溝(4a)(6a)の周方向他方の面（例えば、時計方向側の面）で規制されている。フリー状態におけるキー(14)の周方向長さは、各キー溝(4a)(6a)の周方向長さよりも大きいものとされている。これにより、キー(14)は、キー溝(4a)(6a)内に収まった状態で、周方向に与圧されている。
【００３４】
この実施形態においても、キー(14)は、図５に示す中立状態において、所定の大きさの初期弾性力を有しており、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクがこの初期弾性力によって得られるトルク（与圧トルク）を超えない場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転することはなく、回り止め機能が維持される。そして、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクが与圧トルクを超えると、時計方向および反時計方向のいずれのトルクに対しても、キー(14)の弾性力に抗してボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転し、ボールスプライン外筒(4)の本来の機能である回り止め機能を全く低下させることなく、想定される衝撃エネルギ（過大トルク）を吸収することができる。
【００３５】
回り止め部の構成は、図２、図４および図５に示した例に限定されるものではなく、図３（ｂ）のねじれ−トルク特性を満たすものであれば、ばねの形式を種々変更しても、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、この発明による第１実施形態の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、この発明のボールスプラインの第２実施形態を示す横断面図である。
【図３】図３は、この発明のボールスプラインのねじれ−トルク特性を示すグラフである。
【図４】図４は、この発明のボールスプラインの第３実施形態を示す横断面図である。
【図５】図５は、この発明のボールスプラインの第４実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
(2) ねじ軸
(2b) スプライン軌道
(4) ボールスプライン外筒
(4a)(4b) キー溝
(6) ハウジング
(6a)(6b) キー溝
(13) 弾性体製キー
(14)(14A)(14B) キー（板ばね製キー）
【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、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、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おり、ボールスプライン外筒が回り止め部によってハウジングに対して回り止めされるボールスプラインにおいて、回り止め部は、弾性体とさ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鋼製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。
【０００７】
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（μｍオーダー）とされている。これに対し、この発明のボールスプラインで使用されている回り止め部（例えばキー）は、弾性体製とされ、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、ｍｍオーダー（０．１ｍｍ以上）とされる。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、圧痕が防止され、ボールスプラインの寿命が向上する。
【０００８】
回り止め部のねじれ−トルク特性は、ねじれが０のときにトルクが存在しており、ねじれの増加とともに、トルクが増大するようになされていることが好ましい。すなわち、中立状態においてトルクが負荷された場合に、ボールスプライン外筒とハウジングとの間にすぐにねじれが発生するのではなく、トルクが所定値を超えたときにねじれが発生するという特性を弾性体が有していることが好ましい。
【０００９】
回り止め部は、与圧が与えられた弾性体がボールスプライン外筒のキー溝およびハウジングのキー溝に嵌め入れられることで形成されていることが好ましい。このようにすると、そのねじれ−トルク特性において、入力トルクが与圧に相当するトルクを超えないうちは、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移動することが防止され、入力トルクが所定値（与圧トルク）を超えると、キーに付与されていた弾性力（与圧）だけでは、回り止めしきれなくなって、キーが弾性変形し、これに伴って発生するトルクにより、過大トルクが吸収される。この場合のねじれによって吸収されるエネルギは、大きいものであり、したがって、与圧トルクを制御に必要なトルクとするとともに、キーの弾性変形可能量をボールスプラインの定格トルクよりも大きく設定することにより、ボールスプライン外筒の本来の機能である回り止め機能を全く低下させることなく、想定される衝撃エネルギ（過大トルク）を吸収することができる。
【００１０】
弾性体は、例えば、ゴム製とすればよく、また、合成樹脂製としてもよい。弾性体は、また、金属製などのばね（板ばね、皿ばねなど）としてもよい。ばねを使用する場合、これを自然長から圧縮した状態でキー溝に嵌め入れることで、与圧が与えられた弾性体（ばね）を得ることができる。
【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、回り止め部が弾性体であるので、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ができ、これにより、過大トルクを吸収することができる。したがって、ボールスプラインの圧痕が防止されて、寿命が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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）によってハウジング(6)に対して回り止めされる。
【００２３】
このモータ付きボールねじ装置は、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。
【００２４】
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(8)等に衝突することにより、高速回転していたモータ(5)が急停止し、モータ(5)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)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。
【００２５】
ボールスプラインに作用する衝撃トルクＴｍａｘに関しては、直線移動部分の質量をｍ、直線移動速度をＶ、ねじれ剛性をｋ、ねじれをｘとして、簡易式Ｅ＝１／２ｍＶ２＝１／２ｋｘ２＝１／２Ｔｍａｘ２／ｋの関係を使用して、Ｔｍａｘ＝（ｍｋ）１／２・Ｖが成り立つ。したがって、衝撃トルクを低減するには、剛性ｋを下げればよいことが分かる。ただし、剛性ｋを小さくすると、エネルギを吸収するのに変位が大きくなり、サイズを大きくする必要が生じ、回転部が大きくなることで、慣性モーメントが大きくなるという問題があり、また、機能面でも応答性が悪くなり、制御しにくくなる。
【００２６】
そこで、この発明によるボールスプラインでは、従来のボールスプラインの回り止め部が金属製とされていたのに対し、図１に示す第１実施形態において、キー(13)は、ゴム製（弾性体製）とされて、ハウジング(6)のキー溝(6a)およびボールスプライン外筒(4)のキー溝(4a)内に嵌め入れられている。これにより、ボールスプラインのねじれ−トルク特性は、図３（ａ）に示すように、ねじれとともに徐々にトルクが増加するものとされ、過大トルクが発生した場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転方向に所定量移動することで、過大トルクを吸収することができる。
【００２７】
弾性体は、ゴムに限られるものではなく、合成樹脂としてもよく、また、金属製などのばね（板ばね、皿ばねなど）としてもよい。
【００２８】
図２にばねを使用した場合の１実施形態を示す。図２において、ばね（ばね製のキー）(14)は、図２（ａ）に示した中立状態において、同図に二点鎖線で示されているフリー状態（自然長）から実線で示されている圧縮状態とされてキー溝(4a)(6a)に組み込まれており、この結果、所定の大きさの初期弾性力を有している。したがって、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクがこの初期弾性力によって得られるトルク（与圧トルク）を超えない場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転することはなく、回り止め機能が維持される。そして、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクが与圧トルクを超えると、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、時計方向および反時計方向のいずれのトルクに対しても、ばね(14)の弾性力に抗してボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転する。
【００２９】
図２に示したボールスプラインのねじれ−トルク特性を図３（ｂ）に示している。すなわち、この実施形態のボールスプラインは、ねじれ０の初期状態で、トルクが存在しており、ねじれとともに徐々にトルクが増加するものとされ、過大トルクが発生した場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転方向（時計方向または反時計方向）に所定量移動することで、過大トルクを吸収することができる。図３（ａ）に示すねじれ−トルク特性によると、ねじれ０でトルク０に設定されており、この場合、小さいトルクであっても、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転方向に移動できるので、ボールスプライン外筒(4)の本来の機能である回り止め機能が低下し、応答性が低下して制御しにくくなる。これに対し、図３（ｂ）に示すねじれ−トルク特性によると、入力トルクは、通常状態では、ばね製のキー(14)に付与された弾性力（与圧）によって得られるトルク（与圧トルク）を超えないので、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転方向に移動することが防止され、入力トルクが所定値（与圧トルク）を超えると、キー(14)に付与されていた弾性力（与圧）だけでは、回り止めしきれなくなって、キー(14)が弾性変形し、これに伴って発生するトルクにより、過大トルクが吸収される。ねじれによって吸収されるエネルギは、ねじれ０でトルク０の図３（ａ）のものに比べて大幅に大きくすることができ、したがって、与圧トルクを制御に必要なトルクとするとともに、キー(14)の弾性変形可能量をボールスプラインの定格トルクよりも大きく設定することにより、ボールスプライン外筒(4)の本来の機能である回り止め機能を全く低下させることなく、想定される衝撃エネルギ（過大トルク）を吸収することができる。
【００３０】
図４および図５に、ばね製のキー(14)の他の実施形態を示す。
【００３１】
図４に示す横断面図において、キー(14)は、板ばね製とされるとともに、これが２つ（第１のキー(14A)および第２のキー(14B)）使用されている。第１の板ばね製キー(14A)は、ハウジング(6)の第１のキー溝(6a)内に嵌め込まれているハウジング内部分(14a)と、これに連なってボールスプライン外筒(4)の第１のキー溝(4a)内開口側に嵌め込まれている開口側部分(14b)と、これに連なってボールスプライン外筒(4)の第１のキー溝(4a)内底面側に嵌め込まれている底面側部分(14c)とからなる。開口側部分(14b)は、第１のキー溝(4a)の周方向時計側の面で規制されているのに対し、底面側部分(14c)は、開口側部分(14b)に対して屈曲させられて、第１のキー溝(4a)の周方向反時計側の面で規制されている。また、フリー状態においては、第１のキー(14A)の周方向寸法は、第１のキー溝(4a)の周方向寸法よりも大きく、図に二点鎖線で示す大きさとされている。これにより、第１のキー(14A)は、第１のキー溝(4a)(6a)内に収まった状態で、矢印で示す周方向時計方向に与圧されている。第２の板ばね製キー(14B)は、第１の板ばね製キー(14A)と同じ形状とされており、ハウジング(6)の第２のキー溝(6b)内に嵌め込まれているハウジング内部分(14a)と、これに連なってボールスプライン外筒(4)の第２のキー溝(4b)内開口側に嵌め込まれている開口側部分(14b)と、これに連なってボールスプライン外筒(4)の第２のキー溝(4b)内底面側に嵌め込まれている底面側部分(14c)とからなる。ここで、第１の板ばね製キー(14B)とは逆に、開口側部分(14b)は、第２のキー溝(4b)の周方向反時計側の面で規制されており、底面側部分(14c)は、開口側部分(14b)に対して屈曲させられて、第２のキー溝(4b)の周方向時計側の面で規制されている。フリー状態においては、第２のキー(14B)の周方向寸法は、第２のキー溝(4b)の周方向寸法よりも大きく、図に二点鎖線で示す大きさとされている。これにより、第２のキー(14B)は、第２のキー溝(4b)(6b)内に収まった状態で、矢印で示す周方向反時計方向に与圧されている。
【００３２】
この実施形態では、図４に示す中立状態において、各キー(14A)(14B)は、所定の大きさの初期弾性力を有しており、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクがこの初期弾性力によって得られるトルク（与圧トルク）を超えない場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転することはなく、回り止め機能が維持される。そして、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクが与圧トルクを超えると、時計方向および反時計方向のいずれのトルクに対しても、各キー(14A)(14B)の弾性力に抗してボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転し、ボールスプライン外筒(4)の本来の機能である回り止め機能を全く低下させることなく、想定される衝撃エネルギ（過大トルク）を吸収することができる。
【００３３】
図５は、板ばねの数を１つとする実施形態を示しており、同図に示す斜視図において、板ばね製のキー(14)は、湾曲部(14d)およびその両端に設けられた直線部(14e)(14f)からなり、径方向から見て略Ω状に形成されている。したがって、湾曲部(14d)の中央部分と直線部(14e)(14f)との距離（キー(14)の周方向長さ）の増減に伴ってその弾性力が変化するようになっている。キー(14)は、ハウジング(6)のキー溝(6a)およびボールスプライン外筒(4)のキー溝(4a)の両方にまたがって挿入されて、湾曲部(14d)の中央部分が各キー溝(4a)(6a)の周方向一方の面（例えば、反時計方向側の面）で規制され、直線部(14e)(14f)が各キー溝(4a)(6a)の周方向他方の面（例えば、時計方向側の面）で規制されている。フリー状態におけるキー(14)の周方向長さは、各キー溝(4a)(6a)の周方向長さよりも大きいものとされている。これにより、キー(14)は、キー溝(4a)(6a)内に収まった状態で、周方向に与圧されている。
【００３４】
この実施形態においても、キー(14)は、図５に示す中立状態において、所定の大きさの初期弾性力を有しており、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクがこの初期弾性力によって得られるトルク（与圧トルク）を超えない場合には、ボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転することはなく、回り止め機能が維持される。そして、ハウジング(6)に対してボールスプライン外筒(4)を回転させようとするトルクが与圧トルクを超えると、時計方向および反時計方向のいずれのトルクに対しても、キー(14)の弾性力に抗してボールスプライン外筒(4)がハウジング(6)に対して回転し、ボールスプライン外筒(4)の本来の機能である回り止め機能を全く低下させることなく、想定される衝撃エネルギ（過大トルク）を吸収することができる。
【００３５】
回り止め部の構成は、図２、図４および図５に示した例に限定されるものではなく、図３（ｂ）のねじれ−トルク特性を満たすものであれば、ばねの形式を種々変更しても、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、この発明による第１実施形態の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、この発明のボールスプラインの第２実施形態を示す横断面図である。
【図３】図３は、この発明のボールスプラインのねじれ−トルク特性を示すグラフである。
【図４】図４は、この発明のボールスプラインの第３実施形態を示す横断面図である。
【図５】図５は、この発明のボールスプラインの第４実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
(2) ねじ軸
(2b) スプライン軌道
(4) ボールスプライン外筒
(4a)(4b) キー溝
(6) ハウジング
(6a)(6b) キー溝
(13) 弾性体製キー
(14)(14A)(14B) キー（板ばね製キー）
【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おり、ボールスプライン外筒が回り止め部によってハウジングに対して回り止めされるボールスプラインにおいて、
回り止め部は、弾性体とされていることを特徴とするボールスプライン。
【請求項２】
回り止め部のねじれ−トルク特性は、ねじれが０のときにトルクが存在しており、ねじれの増加とともに、トルクが増大するようになさ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。
【請求項３】
回り止め部は、与圧が与えられた弾性体がボールスプライン外筒のキー溝およびハウジングのキー溝に嵌め入れられることで形成されていることを特徴とする請求項２のボールスプライン。
【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おり、ボールスプライン外筒が回り止め部によってハウジングに対して回り止めされるボールスプラインにおいて、
回り止め部は、弾性体とされていることを特徴とするボールスプライン。
【請求項２】
回り止め部のねじれ−トルク特性は、ねじれが０のときにトルクが存在しており、ねじれの増加とともに、トルクが増大するようになさ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。
【請求項３】
回り止め部は、与圧が与えられた弾性体がボールスプライン外筒のキー溝およびハウジングのキー溝に嵌め入れられることで形成されていることを特徴とする請求項２のボールスプライン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２９９８２３（Ｐ２００９−２９９８２３Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５６３９０（Ｐ２００８−１５６３９０）
【出願日】平成２０年６月１６日（２００８．６．１６）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１６日（２００８．６．１６）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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