JP2020143743A

JP2020143743A - ボールスプライン

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Publication number: JP2020143743A
Application number: JP2019041175A
Authority: JP
Inventors: 容平雨宮; yohei Amemiya
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2020-09-10
Anticipated expiration: 2039-03-07
Also published as: TW202040022A; JP7319023B2; WO2020179265A1

Abstract

【課題】無負荷通路内におけるボール詰まり現象の発生を抑えて、前記循環溝内におけるボールの円滑な循環を確保することができ、もってスプライン軸に対するスプラインナットの円滑な運動を達成することが可能なボールスプラインを提供する。【解決手段】スプラインナットは、ナット本体と、前記ナット本体に装着される共にボールの無限循環路となる複数の循環溝が外周面に設けられた保持器と、を備えている。前記循環溝は、前記ボールが荷重を負荷しながら転動する負荷通路と、前記負荷通路と保持壁を隔てて平行に設けられた戻し通路と、これら負荷通路と戻し通路の両端を接続する一対の方向転換路とを備え、前記負荷通路の底部には当該負荷通路を転動するボールが前記スプライン軸の転走溝に接触する負荷開口部が設けられる一方、前記戻し通路の底部には前記保持壁の弾性変形を可能とするスリット状開口が設けられている。【選択図】図５

Description

本発明は、各種搬送装置や産業用ロボット等の直線案内部あるいはトルク伝達部に利用されるボールスプラインに関する。

この種のボールスプラインとしては、特許文献１に開示されるものが知られている。この文献に開示されるボールスプラインは、長手方向に沿ってボールの転走溝が形成されたスプライン軸と、前記転走溝を転動する多数のボールと、前記スプライン軸が挿通する貫通穴を有すると共に前記ボールを介して前記スプライン軸に組付けられたスプラインナットと、から構成されている。

また、前記スプラインナットは、前記スプライン軸の転走溝と対向する負荷転走溝が前記貫通穴の内周面に設けられたスプラインナットと、前記スプラインナットの貫通穴の内周面に嵌合して前記ボールの無限循環路を形成する略円筒状の保持器と、を備えている。前記保持器は前記スプライン軸と前記スプラインナットの隙間に存在しており、前記スプラインナットの内周面に面した当該保持器の外周面には、前記ボールの無限循環路となる循環溝が設けられている。この循環溝は、前記ボールが前記スプライン軸と前記スプラインナットとの間で荷重を負荷しながら転動する負荷通路と、この負荷通路と平行に設けられてボールが無負荷状態で転動する戻し通路と、これら負荷通路と戻し通路の端部同士を連結する一対のＵ字状方向転換路とから構成されている。前記負荷通路においては循環溝の底部にボール直径よりも狭い幅の開口が設けられており、ボールは当該開口を通して前記スプライン軸の転走溝に接触する。また、前記戻し通路及び前記方向転換路はボールが荷重から解放された状態で転走する無負荷通路として構成されており、これら通路の幅はボールの直径よりも大きく形成されている。

このため、スプライン軸に沿ってスプラインナットが移動すると、前記負荷通路内のボールは当該負荷通路内を自転しながら移動するが、かかるボールは負荷通路から方向転換路に排出されると、自ら自転して移動することはなく、負荷通路から続けて排出される後続のボールに押されながらリタヘーン通路及び戻し通路の内部を進行することになる。すなわち、前記戻し通路とその両端に位置する一対の方向転換路から構成される無負荷通路内において、ボールは循環方向に沿って隙間なく配列された状態にある。

実用新案登録第３１０８７２３号

前記負荷通路から前記無負荷通路へのボールの排出と、前記無負荷通路から前記負荷通路へのボールの進入は完全には同期していないので、無負荷通路内におけるボール列の長さは微小変化を周期的に繰り返している。このため、ボール列の長さの変化に呼応して、前記無負荷通路内に配列されたボールは前後に隣接するボールと強く擦れあうことになり、当該通路内でボール詰まり現象が発生し、ボールの円滑な循環が阻害される懸念があった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、無負荷通路内におけるボール詰まり現象の発生を抑えて、前記循環溝内におけるボールの円滑な循環を確保することができ、もってスプライン軸に対するスプラインナットの円滑な運動を達成することが可能なボールスプラインを提供することにある。

すなわち、本発明は、ボールの転走溝が長手方向に沿って複数形成されたスプライン軸と、多数のボールを介して前記スプライン軸に組付けられて、当該スプライン軸に沿って移動自在なスプラインナットと、を備えたボールスプラインである。前記スプラインナットは、前記スプライン軸が挿通する貫通穴を有すると共に、当該貫通穴の内周面には前記スプライン軸の各転走溝に対向する複数の負荷転走溝が形成されたナット本体と、前記ナット本体の貫通穴の内周面に装着される共に前記ボールの無限循環路となる複数の循環溝が外周面に設けられた保持器と、を備えている。そして、前記循環溝は、前記ボールが荷重を負荷しながら転動する負荷通路と、前記負荷通路と保持壁を隔てて平行に設けられた戻し通路と、これら負荷通路と戻し通路の両端を接続する一対の方向転換路とを備え、前記負荷通路の底部には当該負荷通路を転動するボールが前記スプライン軸の転走溝に接触する負荷開口部が設けられる一方、前記戻し通路の底部には前記保持壁の弾性変形を可能とするスリット状開口が設けられている。

本発明にボールスプラインによれば、保持器の循環溝を構成する戻し通路の底部にスリット状開口を形成したことにより、当該戻し通路と負荷通路とを隔てる保持壁が外力に対して弾性変形し易いので、前記循環溝内におけるボール詰まり現象の発生を抑えて、ボールの円滑な循環を確保することができ、スプライン軸に対するスプラインナットの円滑な運動を達成することが可能となる。

本発明が適用されるボールスプラインの実施形態の一例を示す斜視図である。図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。実施形態に係るボールスプラインの保持器を示す斜視図である。実施形態に係るボールスプラインの保持器を示す側面図である。図４のＶ−Ｖ線断面図である。実施形態に係るボールスプラインのスプラインナットの分解斜視図である。保持器の他の例を示すスプラインナットの分解斜視図である。

図１は本発明を適用可能なボールスプラインの実施形態の一例を示す斜視図である。このボールスプラインは、外周面の長手方向に沿ってボールの転走溝１０が複数形成されたスプライン軸１と、前記スプライン軸が挿通する貫通穴２０を有すると共に多数のボールを介して当該スプライン軸１に組み付けられたスプラインナット２と、を備えている。前記スプラインナット２は前記ボールが配列された無限循環路を内蔵しており、前記ボールが前記無限循環路内を循環しながら前記スプライン軸１の転走溝１０を転動することで、前記スプラインナット２が当該スプライン軸１の長手方向に沿って自在に移動することが可能となっている。また、前記ボールが前記転走溝の上をスプイラン軸１の長手方向にのみ転動することから、前記ボールスプラインは前記スプライン軸１の周方向に作用するトルクを当該スプライン軸１と前記スプラインナット２の間で伝達することが可能である。

図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。このボールスプラインでは、前記転走溝１０が前記スプライン軸１の外周面に対して6条形成されている。これら転走溝１０は２条を１組とし、３組の転走溝１０が前記スプライン軸１の中心に対して１２０度の角度で均等に配置されている。尚、前記転走溝１０の条数はこれに限られるものではなく、前記スプラインナット２に必要とされる荷重負荷能力に応じて適宜設計変更することが可能である。

また、前記スプラインナット２は、前記スプライン軸１の転走溝１０に対向する負荷転走溝２１が内周面に形成された略円筒状のナット本体２Ａと、前記ナット本体２Ａの内周面に装着されて前記ボールの無限循環路を構築するボール保持器３と、前記ボール保持器３に配列された多数のボール４と、を備えている。

前記ナット本体２Ａの内周面は負荷部２２と無負荷部２３が周方向に沿って交互に形成されている。前記負荷部２２には前記負荷転走溝２１が２条ずつ形成されており、前記ボール４は当該負荷転走溝２１と前記スプライン軸１の転走溝１０との間で荷重を負荷しながら転動する。このため、前記負荷部２２と前記スプライン軸１の外周面との距離はボール４の直径よりも僅かに狭く設定されている。また、前記無負荷部２３には前記ボール４が無負荷状態で転動する戻し通路が２条ずつ設けられている。このため、前記無負荷部２３と前記スプライン軸１の外周面との距離はボール４の直径よりも大きく設定されている。

また、前記ナット本体２Ａには潤滑剤の供給穴２４が複数設けられている。これら供給穴２４は前記ナット本体２Ａを半径方向へ貫通して前記無負荷部２３に開口しており、前記戻し通路を転動するボール４に対して潤滑剤を供給することが可能となっている。

次に、前記保持器について説明する。図３は前記保持器３を示す斜視図、図４は前記保持器を示す側面図、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図である。前記保持器３は前記スプライン軸１が貫通する貫通穴３０を有して略円筒状に形成されており、その外周面にはボール４の無限循環路となる循環溝３１が形成されている。この実施形態のボールスプラインでは前記保持器３に対して6回路の循環溝３１が設けられており、各循環溝３１が前記スプライン軸１の転走溝１０の夫々に対応している。尚、図３においては前記循環溝３１の把握を容易なものとするため、一つの循環溝３１にのみボール４を配列した様子を描いている。

各循環溝３１は、ボール４が前記スプライン軸１と前記ナット本体２Ａとの間で荷重を負荷しながら転動する負荷通路３１ａと、前記負荷通路３１ａと平行に設けられた戻し通路３１ｂと、これら負荷通路３１ａと戻し通路３１ｂの両端を接続する一対の方向転換路３１ｃとから構成されている。前記保持器３に対する6回路の循環溝３１の配置は、前記負荷通路３１ａ同士、前記戻し通路３１ｂ同士が隣接するようになされている。そして、互いに隣接する２条の負荷通路３１ａが前記ナット本体２Ａの負荷部２２に対応し、互いに隣接する２条の戻し通路３１ｂが前記ナット本体２Ａの無負荷部２３に対応している。

図４に示すように、前記循環溝３１の負荷通路３１ａの底部には負荷開口部３２が設けられており、当該負荷通路３１ａを転動するボール４は前記負荷開口部３２を通して前記スプライン軸１の転走溝１０に接触する。これにより、前記負荷通路を転動するボールは前記ナット本体２Ａと前記スプライン軸との間で荷重を負荷することが可能となる。また、前記負荷開口部３２の開口幅は前記ボール４の直径よりも小さく設定されており、前記スプラインナット２から前記スプライン軸１を抜き取ったとしても、ボール４が前記循環溝３１に保持されるようになっている。

前記負荷通路３１ａと前記戻し通路３１ｂは保持壁３３によって隔てられており、前記循環溝３１に配列されたボール４は前記保持壁３３の周囲を循環している。また、図４及び図５に示されるように、互いに隣接する一対の戻し通路３１ｂの間には隣り合う一対の循環溝３１を隔てる区画壁３４が設けられている。

また、各戻し通路３１ｂの底部には、前記戻し通路３１ｂ内におけるボール４の転動を円滑化するためのスリット状開口３５が形成されている。このスリット状開口３５の開口幅は前記負荷開口部３２の開口幅よりも小さく設定されており、前記戻し通路３１ｂ内のボール４は前記スプライン軸１に接触することなく当該戻し通路３１ｂ内を転動する。図５に示されるように、前記戻し通路３１ｂは前記保持壁３３を挟んで前記負荷通路３１ａに隣接する一方、前記区隔壁３４を挟んで他の戻し通路３１ｂに隣接しており、前記負荷通路３１ａの底部には前記負荷開口部３２が形成され、前記戻し通路３１ｂの底部にはスリット状開口３５が形成されている。このため、前記保持壁３３及び前記区隔壁３４は外力に対して弾性変形を生じ易く、前記ボール４が配列されている状態では、当該保持器３の半径方向へ変形を生じ易くなっている。

図６は前記スプラインナット２の組み立てを示す分解斜視図である。同図に示されるように、前記保持器３は、保持器本体３Ａと、前記保持器本体３Ａの長手方向の両端に装着される一対のリング状サブキャップ３Ｂとから構成されている。前記サブキャップ３Ｂは前記保持器本体３Ａの長手方向端部の外周面に対して被さるようにして嵌合する。前記サブキヤップ３Ｂには前記保持器本体３Ａの循環溝３１に対応した略Ｕ字状の案内溝３６が形成されており、当該サブキャップ３Ｂを前記保持器本体３Ａに嵌合させると、かかる案内溝３６の内周壁が前記方向転換路３１ｃの外周側の案内壁となる。これにより、前記方向転換路３１ｃの全域においてその深さがボール４の直径よりも僅かに深く設定され、当該方向転換路３１ｃ内におけるボール４の整列状態を安定させ、無限循環路におけるボール４の循環を良好なものにすることが可能となっている。

図６に示されるように、前記ナット本体２Ａの内周面には前記負荷転走溝２１が形成された負荷部２２が突出しているので、前記保持器本体３Ａの両端に前記サブキャップ３Ｂを装着したままの状態では前記保持器３を前記ナット本体２Ａに組付けることはできない。このため、前記スプラインナット２の組み立てにあたっては、まず、前記保持器本体３Ａが前記ナット本体２Ａの内部に挿入される。この際、前記ナット本体２Ａの周方向に対する前記保持器本体３Ａの位置決めは前記負荷部２２によって行われる。

この後、前記ナット本体２Ａの両端の貫通穴のそれぞれから前記サブキャップ３Ｂが挿入され、当該サブキャップ３Ｂが前記保持器本体３Ａの両端部に嵌合する。これによって前記ナット本体２Ａの長手方向に対する保持器３の位置決めが完了する。最後に、シールリング５とＣ形止め輪６をナット本体２Ａの貫通穴の口元に装着し、前記スプラインナット２の組み立てが完了する。

前記スプラインナット２が前記スプライン軸１に沿って移動する際、前記負荷通路３１ａ内のボール４は前記スプライン軸１の転走溝１０と前記ナット本体２Ａの負荷転走溝２１に接触しており、当該負荷通路３ａ内を自転しながら移動する。しかし、かかるボール４は負荷通路３ａを抜けて方向転換路３ｃに進入して、当該方向転換路３ｃで無負荷状態になると、自ら自転して移動することはなく、前記負荷通路３ａから続けて排出される後続のボール４に押されながら方向転換路３ｃ及び戻し通路３ｂの内部を進行する。すなわち、ボール４は後続のボールに押され、隙間なく配列された状態で前記方向転換路３ｃ、前記戻し通路３ｂ及びその先の方向転換路３ｃを進行する。

その一方、前記負荷通路３ａから前記方向転換路３ｃへのボール４の排出と、前記方向転換路３ｃから前記負荷通路３ａへのボール４の進入は完全には同期しておらず、前記一対の方向転換路３ｃ及び前記戻し通路３ｂに配列されたボール列の長さは前記負荷通路３ａに対するボール４の出入りに応じて周期的に変化する。このため、前記保持器３の循環溝３１に対してボール４を隙間なく配列している場合、前記戻し通路３ｂ内に前後して配列されたボール４は周期的に強く擦れあって当該戻し通路３ｂ内で千鳥状に配列を乱す懸念がある。

本実施形態のボールスプラインでは、前記保持器３に設けられた特定の戻し通路３１ｂに着目した場合、当該戻し通路３１ｂの底部にスリット状開口３５が形成されていることから、前述したように、当該戻し通路３１ｂの両側に位置する前記保持壁３３及び前記区隔壁３４は外力に対して弾性変形し易いといった特徴がある。このため、前記戻し通路３１ｂ内でボール４が千鳥状に配列を乱した場合であっても、前記保持壁３３及び区隔壁３４がボール４に押圧されて前記保持器３の半径方向へ変形し、ボール４とボール４の間に作用する摩擦力の高まりを抑えることが可能である。

すなわち、本実施形態のボールスプラインでは、ボール４が前記保持器３の循環溝３１内で周期的に強く擦れあっても、当該循環溝３１の内部におけるボール詰まりの発生を防止することができ、無限循環路内におけるボール４の循環を円滑化し、ひいては前記スプライン軸１に対する前記スプラインナット２の運動の円滑化を達成することが可能となる。

また、本実施形態のボールスプラインでは、前記保持器３が前記保持器本体３Ａと前記一対のサブキャップ３Ｂに分割されており、当該サブキャップ３Ｂが前記ナット本体２Ａと保持器本体３Ａの隙間を埋めて前記方向転換路３１ｃの外周側の案内壁を形成することから、当該方向転換路３１ｃにおけるボール４の整列状態が良好なものとなり、この点においても無限循環路内におけるボール４の循環を円滑化が図られている。特に、スプライン軸１を鉛直方向に沿って配設した場合に、前記方向転換路３１ｃ内におけるボール詰まりが解消され、その効果が顕著である。

尚、本発明のボールスプラインにおける前記保持器３の実施形態は図１乃至図６に示した例に限定されるものではなく、例えば図７に示すように、前記サブキャップ３Ｂを複数のリターンピース３Ｃに分割したものであっても良い。前記リターンピース３Ｃは前記ナット本体２Ａの両端の開口部から当該ナット本体２Ａと前記保持器本体３Ａの隙間に挿入されるものであり、各リターンピース３Ｃには保持器本体３Ａに設けられた前記方向転換路３１ｃの外周側の案内壁の一部が形成されている。保持器本体３Ａに組付けられた前記リターンピース３Ｃは前記ナット本体２Ａの負荷部２２の長手方向の両端に位置し、当該保持器本体３Ａと前記ナット本体２Ａの内周面との隙間を埋めて、前記方向転換路３１ｃにおけるボール４の軌道を整え、前記サブキャップ３Ｂと同様に無限循環路内におけるボール４の転動の円滑化を達成するものである。

１…スプライン軸、２…スプラインナット、２Ａ…ナット本体、３…保持器、３Ａ…保持器本体、３Ｂ…サブキャップ、４…ボール、３１…循環溝、３１ａ…負荷通路、３１ｂ…戻し通路、３１ｃ…方向転換路、３２…負荷開口部、３３…保持壁、３４…区画壁、３５…スリット状開口

Claims

ボールの転走溝が長手方向に沿って複数形成されたスプライン軸と、
多数のボールを介して前記スプライン軸に組付けられて、当該スプライン軸に沿って移動自在なスプラインナットと、を備え、
前記スプラインナットは、
前記スプライン軸が挿通する貫通穴を有すると共に、当該貫通穴の内周面には前記スプライン軸の各転走溝に対向する複数の負荷転走溝が形成されたナット本体と、
前記ナット本体の貫通穴の内周面に装着される共に前記ボールの無限循環路となる複数の循環溝が外周面に設けられた保持器と、を備え、
前記循環溝は、前記ボールが荷重を負荷しながら転動する負荷通路と、前記負荷通路と保持壁を隔てて平行に設けられた戻し通路と、これら負荷通路と戻し通路の両端を接続する一対の方向転換路とを備え、
前記負荷通路の底部には当該負荷通路を転動するボールが前記スプライン軸の転走溝に接触する負荷開口部が設けられる一方、前記戻し通路の底部には前記保持壁の弾性変形を可能とするスリット状開口が設けられていることを特徴とするボールスプライン。
前記保持器に対する複数の循環溝の配置は、互いに隣接する前記循環溝の前記負荷通路同士、前記戻し通路同士が隣接するようになされ、互いに隣接する一対の戻し通路の間に設けられた区画壁の両側に前記スリット状開口が位置していることを特徴とする請求項１記載のボールスプライン。
前記保持器は、前記循環溝が形成された保持器本体と、前記保持器本体の長手方向の両端に装着されて前記ナット本体と前記保持器本体の隙間を埋める一対のサブキャップとを備え、
前記サブキヤップには前記方向転換路の外周側の案内壁となる案内溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載のボールスプライン。