JP2003269566A - スプライン付きボールねじ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボール同士の衝突に起因する騒音等の発生を
防止することのできるスプライン付きボールねじを提供
する。 【解決手段】 ボールねじ軸１２とボールねじナット１
４の両ボールねじ溝１２ａ，１４ａ間およびボールねじ
軸１２とボールスプラインナット１８の両ボールスプラ
イン溝２２，２０間に配設された各ボール１６，２４間
にスペーサを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボールねじ軸の外
周面上にボールねじ溝とボールスプライン溝を有するス
プライン付きボールねじに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のスプライン付きボールね
じは、特開昭６２−１６５０５７号公報、特開平４−２
２４３５１号公報、特開平４−３４７５５６号公報など
に開示されているように、ボールねじ軸と、このボール
ねじ軸の外周面に形成されたボールねじ溝と対向するボ
ールねじ溝を内周面に有するボールねじナットと、ボー
ルねじ軸の外周面に形成されたボールスプライン溝と対
向するボールスプライン溝を内周面に有するボールスプ
ラインナットとを備えており、ボールねじ軸とボールね
じナットの両ボールねじ溝間およびボールねじ軸とボー
ルスプラインナットの両ボールスプライン溝間には、炭
素鋼等からなる多数のボールが一列に配設されている。

【０００３】このようなスプライン付きボールねじは、
例えばボールねじナットが回転するとボールねじ軸が軸
方向に移動し、またボールスプラインナットが回転する
とボールねじ軸が回転するため、例えばスカラー型ロボ
ットのＺ−θ軸アクチュエータとして好適に用いること
ができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たスプライン付きボールねじでは、ボールねじ軸のボー
ルねじ溝とボールスプライン溝が交叉しており（約９０
°−リード角）、この部分ではボールねじ溝およびボー
ルスプライン溝の両方が欠落しているため、ボールねじ
溝とボールスプライン溝との交叉部分でボールの予圧抜
けが発生する。このような現象が発生すると、隣り合う
ボール同士が衝突することになり、ボール同士の衝突に
よって騒音や作動不良等が発生するという問題があっ
た。

【０００５】そこで本発明は、このような問題点に鑑み
てなされたもので、ボール同士の衝突に起因する騒音や
作動不良等の発生を防止することのできるスプライン付
きボールねじを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、ボールねじ溝とボールスプラ
イン溝とを有するボールねじ軸と、このボールねじ軸の
前記ボールねじ溝と対向するボールねじ溝を有するボー
ルねじナットと、このボールねじナットと前記ボールね
じ軸の両ボールねじ溝間に配設された多数のボールと、
前記ボールねじ軸の前記ボールスプライン溝と対向する
ボールスプライン溝を有するボールスプラインナット
と、このボールスプラインナットと前記ボールねじ軸の
両ボールスプライン溝間に配設された多数のボールとを
備えたスプライン付きボールねじにおいて、前記各ボー
ル間にスペーサを設けことを特徴とする。

【０００７】このような構成であると、ボール間に発生
する衝突エネルギがスペーサによって吸収されるので、
ボール同士の衝突に起因する騒音や作動不良等の発生を
防止することができる。また、ボール同士の競り合いに
よるをボールの摩耗を防止できると共に不連続部へのボ
ールの衝突を回避できる。請求項２の発明は、請求項１
記載のスプライン付きボールねじにおいて、前記ボール
ねじナットが円筒状に形成されたボールねじナット本体
と、このボールねじナット本体の両端面に取り付けられ
たエンドキャップとから構成され、前記ボールねじナッ
ト本体が前記ボールねじナットと前記ボールねじ軸の両
ボールねじ溝間を転動したボールを初期位置に戻すため
のボール循環路を有し、前記エンドキャップが前記両ボ
ールねじ溝間に形成された螺旋状のボール転動路と前記
ボール循環路とを連絡する連絡通路を有し、前記ボール
ねじナットが前記ボールを前記ボールねじ溝から前記ボ
ール循環路または前記ボール循環路からボールねじ溝に
案内するリターンガイド溝を前記ボールねじナット本体
の両端面に有することを特徴とする。

【０００８】このような構成であると、ボール転動路ま
たはボール循環路を転動したボールが方向転換するとき
にスペーサがボールねじナット本体の端面に引っ掛かる
ことが抑制されるため、スプライン付きボールねじの作
動性を高めることができ、スペーサの損傷を防止するこ
とができる。請求項３の発明は、請求項１記載のスプラ
イン付きボールねじにおいて、前記ボールスプラインナ
ットが円筒状に形成されたボールスプラインナット本体
と、このボールスプラインナット本体の両端面に取り付
けられたエンドキャップとから構成され、前記ボールス
プラインナット本体が前記ボールスプラインナットと前
記ボールねじ軸の両ボールスプライン溝間を転動したボ
ールを初期位置に戻すためのボール循環路を有し、前記
エンドキャップが前記両ボールスプライン溝間に形成さ
れたボール転動路と前記ボール循環路とを連絡する連絡
通路を有し、前記ボールスプラインナットが前記ボール
を前記ボールスプライン溝から前記ボール循環路または
前記ボール循環路から前記ボールスプライン溝に案内す
るリターンガイド溝を前記ボールスプラインナットの両
端面に有することを特徴とする。

【０００９】このような構成であると、ボール転動路ま
たはボール循環路を転動したボールが方向転換するとき
にスペーサがボールスプラインナット本体の端面に引っ
掛かることが抑制されるため、スプライン付きボールね
じの作動性を高めることができ、スペーサの損傷を防止
することができる

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１乃至図１２に、本発明の第１
の実施形態を示す。図１において、本発明の第１の実施
形態に係るスプライン付きボールねじ１０は、ボールね
じ軸１２と、このボールねじ軸１２の外周面に形成され
たボールねじ溝１２ａと対向するボールねじ溝１４ａを
内周面に有するボールねじナット１４とを備えており、
ボールねじ軸１２とボールねじナット１４の両ボールね
じ溝１２ａ，１４ａ間には多数のボール１６が配設され
ている。

【００１１】また、スプライン付きボールねじ１０は円
筒状のボールスプラインナット１８を備えており、この
ボールスプラインナット１８の内周面には１本又は複数
本（例えば３本）のボールスプライン溝２０がボールス
プラインナット１８の軸方向に沿って形成されている。
これらのボールスプライン溝２０はボールねじ軸１２の
外周面に形成されたボールスプライン溝２２とそれぞれ
対向しており、両ボールスプライン溝２０，２２間には
多数のボール２４が配設されている。

【００１２】上記ボールねじナット１４は、円筒状に形
成されたボールねじナット本体１４１と、このボールね
じナット本体１４１の両端面に取り付けられたエンドキ
ャップ１４２，１４３とからなり、ボールねじナット本
体１４１には、ボールねじ溝１２ａ，１４ａ間を転動し
たボール１６を初期位置に戻すためのボール循環路２６
（図５参照）が形成されている。エンドキャップ１４
２，１４３はボールねじ溝１２ａ，１４ａ間に形成され
た螺旋状のボール転動路と上記ボール循環路２６とを連
絡する連絡通路２８（図７及び図８参照）をそれぞれ有
しており、ボールねじ溝１２ａ，１４ａ間のボール転動
路を転動したボール１６は例えばエンドキャップ１４２
の連絡通路２８を通ってボールねじナット本体１４１の
ボール循環路２６に導入され、またボールねじナット本
体１４１のボール循環路２６内を転動したボール１６は
例えばエンドキャップ１４３の連絡通路２８を通ってボ
ールねじ溝１２ａ，１４ａ間のボール転動路に導入され
るようになっている。

【００１３】上記ボールスプラインナット１８は、円筒
状に形成されたボールスプラインナット本体１８１と、
このボールスプラインナット本体１８１の両端面に取り
付けられたエンドキャップ１８２，１８３とからなり、
ボールスプラインナット本体１８１には、上記ボールス
プライン溝２０，２２間を転動したボール２４を初期位
置に戻すための１本又は複数（例えば３つ）のボール循
環路３０がボールスプラインナット本体１８１の軸方向
に沿って形成されている。

【００１４】エンドキャップ１８２，１８３はボールス
プライン溝２０，２２間に形成されたボール転動路と上
記ボール循環路３０とを連絡する連絡通路３２をそれぞ
れ有しており、ボールスプライン溝２０，２２間のボー
ル転動路を転動したボール２４は例えばエンドキャップ
１８２の連絡通路３２を通ってボールスプラインナット
本体１８１のボール循環路３０に導入され、またボール
スプラインナット本体１８１のボール循環路３０内を転
動したボール２４は例えばエンドキャップ１８３の連絡
通路３２を通ってボールスプライン溝２０，２２間のボ
ール転動路に導入されるようになっている。

【００１５】ボール１６，２４は例えば鉄鋼材料から形
成されており、各ボール間には、図２乃至図４に示すよ
うに、樹脂等の緩衝材からなる円盤状のスペーサ３４が
設けられている。これらのスペーサ３４はその両端に凹
状球面部３６（図４参照）を有しており、ボール１６，
２４の半径をｒとすると、凹状球面部３６の曲率半径Ｒ
はＲ≧ｒとなっている。また、スペーサ３４は、ボール
ねじ溝１２ａとボールスプライン溝２２とが交叉する交
叉部間の距離をＬ、ボール１６，３４の直径を２ｒとす
ると、次式（１）で示す条件を満たす厚さｔで円盤状に
形成されている。このような構成であると、ボールねじ
溝とボールスプライン溝との交叉部でボールの周期的な
予圧抜け現象が複数の箇所で同時に起きることが回避さ
れるので、周期的なトルク変動や作動不良の発生を防止
することができる。

【００１６】Ｌ≠（２ｒ＋ｔ）×Ｎ （１） 但し、Ｎ：整数 ボール循環路２６はボールねじナット本体１４１の両端
面に開口しており、ボールねじナット本体１４１の両端
面には、図５に示すように、ボール１６をボールねじ溝
１４ａからボール循環路２６またはボール循環路２６か
らボールねじ溝１４ａに案内するリターンガイド溝３８
が凹設されている。

【００１７】エンドキャップ１４２，１４３は、図６に
示すように、円環状に形成されたエンドキャップ本体４
０と、このエンドキャップ本体４０の内部に上記連絡通
路２８を形成する複数の連絡通路形成部材４２とから構
成されている。また、エンドキャップ１４２，１４３は
ボールねじナット本体１４１のボール循環路２６に嵌め
込まれる円筒状のインロー部４４（図７及び図８参照）
と、ボールねじ溝１２ａ，１４ａ間を転動したボール１
６を掬い上げるタング部４６とを有しており、インロー
部４４は半円筒状のエンドキャップ側インロー部４４ａ
とリターンガイド側インロー部４４ｂとから構成されて
いる。

【００１８】ボール循環路３０はボールスプラインナッ
ト本体１８１の両端面に開口しており、ボールスプライ
ンナット本体１８１の両端面には、図９に示すように、
ボール２４をボールスプライン溝２０からボール循環路
３０またはボール循環路３０からボールスプライン溝２
０に案内するリターンガイド溝４８が凹設されている。
エンドキャップ１８２，１８３は、図１０に示すよう
に、円環状に形成されたエンドキャップ本体５０と、こ
のエンドキャップ本体５０の内部に上記連絡通路３２を
形成する複数の連絡通路形成部材５２とから構成されて
いる。また、エンドキャップ１８２，１８３はボールス
プラインナット本体１８１のボール循環路３０に嵌め込
まれる円筒状のインロー部５４（図１１及び図１２参
照）と、ボールねじ溝２０，２２間を転動したボール２
４を掬い上げるタング部５６とを有しており、インロー
部５４は半円筒状のエンドキャップ側インロー部５４ａ
とリターンガイド側インロー部５４ｂとから構成されて
いる。

【００１９】このような構成において、例えば両ナット
位置固定、回転自由の場合、モータの回転トルクにより
ボールねじナット１４が回転するとボールねじ軸１２が
軸方向に移動し、これに伴いボール１６がボールねじ溝
１２ａ，１４ａ間を転動すると共にボール２４がボール
スプライン溝２０，２２間を転動する。また、例えばモ
ータの回転トルクによりボールスプラインナット１８が
回転するとボールねじ軸１２が軸方向に移動しながら回
転し、これに伴いボール１６がボールねじ溝１２ａ，１
４ａ間を転動すると共にボール２４がボールスプライン
溝２０，２２間を転動する。このとき、ボールねじ軸１
２のボールねじ溝１２ａとボールスプライン溝２２との
交叉部でボール１６，２４に予圧抜けが生じるとボール
同士が衝突して騒音等が発生するが、上述した本発明の
第１の実施形態では、ボール間に発生する衝突エネルギ
が各ボール１６，２４間に設けられたスペーサ３４によ
って吸収されるため、ボール同士の衝突に起因する騒音
等の発生を防止することができる。また、ボール同士の
競り合いによる摩擦が防止されるとともに、ボールを整
列させることができるので、前記交叉部の溝不連続部へ
のボールの衝突を緩和して、各部の損傷を大幅に削減
し、静音化を図ることができる。

【００２０】また、上述した実施形態ではスペーサ３４
が式（１）の条件を満たす厚さで円盤状に形成されてい
るため、ボールねじ軸１２のボールねじ溝１２ａとボー
ルスプライン溝２２との交叉部で起るボールの周期的な
予圧抜けが同時に複数箇所で起る現象が回避され、周期
的なトルク変動や作動不良の発生を防止することができ
る。また、上述した実施形態ではボール１６をボールね
じ溝１４ａからボール循環路２６またはボール循環路２
６からボールねじ溝１４ａに案内するリターンガイド溝
３８をボールねじナット本体１４１の両端面に凹設した
ことにより、ボールねじ溝１２ａ，１４ａ間もしくはボ
ール循環路２６を転動したボール１６が方向転換すると
きにスペーサ３４がボールねじナット本体１４１の端面
に引っ掛かることが抑制されるため、スプライン付きボ
ールねじの作動性を高めることができ、スペーサの損傷
を防止することができる。

【００２１】さらに、上述した実施形態ではボール２４
をボールスプライン溝２０からボール循環路３０または
ボール循環路３０からボールスプライン溝２０に案内す
るリターンガイド溝４８をボールスプラインナット本体
１８１の両端面に凹設したことにより、ボールスプライ
ン溝２０，２２間もしくはボール循環路３０を転動した
ボール２４が方向転換するときにスペーサ３４がボール
スプラインナット本体１８１の端面に引っ掛かることが
抑制されるため、スプライン付きボールねじの作動性を
高めることができ、スペーサの損傷を防止することがで
きる。

【００２２】なお、上述した第１の実施形態ではボール
循環路２６（３０）に嵌めこまれるインロー部４４（５
４）をエンドキャップ本体４０（５０）と複数の連絡通
路形成部材４２（５２）とから形成したが、図１３及び
図１４に示す第２の実施形態のように、インロー部４４
（５４）をエンドキャップ本体４０（５０）と環状部材
５８（６０）とから形成してもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
係るスプライン付きボールねじによれば、ボール間に発
生する衝突エネルギが各ボール間に設けられたスペーサ
によって吸収されるため、ボール同士の衝突に起因する
騒音等の発生を防止することができる。また、ボール同
士の競り合いによるをボールの摩耗を防止できると共に
不連続部へのボールの衝突を回避できる。

【００２４】請求項２及び３の発明に係るスプライン付
きボールねじによれば、ボール同士の衝突に起因する騒
音等の発生を防止できると共に、スペーサの引っ掛かり
を抑制できるため、スプライン付きボールねじの作動性
を高めることができ、スペーサの損傷を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るスプライン付き
ボールねじの軸方向に沿う断面図である。

【図２】図１に示すスプライン付きボールねじの要部を
示す斜視図である。

【図３】図１に示すスプライン付きボールねじの要部を
示す斜視図である。

【図４】図２及び図３に示すスペーサの断面図である。

【図５】図１に示すボールねじナット本体の一部を示す
斜視図である。

【図６】図１に示すボールねじナット用エンドキャップ
の正面図である。

【図７】図６に示すボールねじナット用エンドキャップ
の一部を示す斜視図である。

【図８】図６に示すボールねじナット用エンドキャップ
の一部を示す斜視図である。

【図９】図１に示すボールスプラインナット本体の一部
を示す斜視図である。

【図１０】図１に示すボールスプラインナット用エンド
キャップの正面図である。

【図１１】図１０に示すボールスプラインナット用エン
ドキャップの一部を示す斜視図である。

【図１２】図１０に示すボールスプラインナット用エン
ドキャップの一部を示す斜視図である。

【図１３】本発明の第２の実施形態に係るスプライン付
きボールねじのボールねじナット用エンドキャップの正
面図である。

【図１４】本発明の第２の実施形態に係るスプライン付
きボールねじのボールスプラインナット用エンドキャッ
プの正面図である。

【符号の説明】

１０ スプライン付きボールねじ １２ ボールねじ軸 １２ａ ボールねじ溝 １４ ボールねじナット １４ａ ボールねじ溝 １４１ ボールねじナット本体 １４２，１４３ エンドキャップ １６，２４ ボール １８ ボールスプラインナット １８１ ボールスプラインナット本体 １８２，１８３ エンドキャップ ２０，２２ ボールスプライン溝 ２６，３０ ボール循環路 ２８，３２ 連絡通路 ３４ スペーサ ３６ 凹状球面部 ３８，４８ リターンガイド ４０，５０ エンドキャップ本体 ４２，５２ 連絡通路形成部材 ４４，５４ インロー部 ４６，５６ タング部 ５８，６０ 環状部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボールねじ溝とボールスプライン溝とを
   有するボールねじ軸と、このボールねじ軸の前記ボール
   ねじ溝と対向するボールねじ溝を有するボールねじナッ
   トと、このボールねじナットと前記ボールねじ軸の両ボ
   ールねじ溝間に配設された多数のボールと、前記ボール
   ねじ軸の前記ボールスプライン溝と対向するボールスプ
   ライン溝を有するボールスプラインナットと、このボー
   ルスプラインナットと前記ボールねじ軸の両ボールスプ
   ライン溝間に配設された多数のボールとを備えたスプラ
   イン付きボールねじにおいて、 前記各ボール間にスペーサを設けたことを特徴とするス
   プライン付きボールねじ。
2. 【請求項２】 前記ボールねじナットは、円筒状に形成
   されたボールねじナット本体と、このボールねじナット
   本体の両端面に取り付けられたエンドキャップとから構
   成され、前記ボールねじナット本体は、前記ボールねじ
   ナットと前記ボールねじ軸の両ボールねじ溝間を転動し
   たボールを初期位置に戻すためのボール循環路を有し、
   前記エンドキャップは、前記両ボールねじ溝間に形成さ
   れた螺旋状のボール転動路と前記ボール循環路とを連絡
   する連絡通路を有し、前記ボールねじナットは、前記ボ
   ールを前記ボールねじ溝から前記ボール循環路または前
   記ボール循環路から前記ボールねじ溝に案内するリター
   ンガイド溝を前記ボールねじナット本体の両端面に有す
   ることを特徴とする請求項１記載のスプライン付きボー
   ルねじ。
3. 【請求項３】 前記ボールスプラインナットは、円筒状
   に形成されたボールスプラインナット本体と、このボー
   ルスプラインナット本体の両端面に取り付けられたエン
   ドキャップとから構成され、前記ボールスプラインナッ
   ト本体は、前記ボールスプラインナットと前記ボールね
   じ軸の両ボールスプライン溝間を転動したボールを初期
   位置に戻すためのボール循環路を有し、前記エンドキャ
   ップは、前記両ボールスプライン溝間に形成されたボー
   ル転動路と前記ボール循環路とを連絡する連絡通路を有
   し、前記ボールスプラインナットは、前記ボールを前記
   ボールスプライン溝から前記ボール循環路または前記ボ
   ール循環路から前記ボールスプライン溝に案内するリタ
   ーンガイド溝を前記ボールスプラインナット本体の両端
   面に有することを特徴とする請求項１記載のスプライン
   付きボールねじ。