JPH02113152A - ボールスプラインとボールねじの複合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、回転運動と直線運動を必要とする、例えば、
産業用ロボットに用いるのに好適な、ボールスプライン
とボールねじの複合構造に関するものである。

従来技術及びその課題 従来、この種装置の一例として、特開昭６０−９３４２
号公報に記載のものがあるが、この装置のねじ軸は直線
運動するだけで回転運動ができないため、利用１ｉ囲が
限定されるとともに、ボールねじとボールスプラインは
軸方向に一直線に設けられるので、ストロークに比して
全長が長くなる＋１ｔｌ　Ｊがある。

そこで、このような問題点に対処するものとして、特開
昭６２−１６５０５７号公報に記載のものがあるが、こ
の装置は、ねじ軸にねじ溝とスプライン溝を形成すると
いう特殊な加工を施さなければならない問題点と、ねじ
軸の支持が中央部のみであるので、ねじ軸の、特に先端
荷重に対する変形が大きくなる問題点とを有している。

課題を解決するための手段 本発明は、回転自在に支持された中空のスプライン軸に
ボールを介して外筒が係合してなるボールスプラインと
、前記スプライン軸に移動自在に挿入されたねじ軸を回
転自在に支持されたボールナツトに螺合させてなるボー
ルねじとを有し、前記スプライン軸の長手方向に形成さ
れたスリットを貫通する連結部材により前記外筒と前記
ねじ軸とを結合したボールスプラインとボールねじの複
合構造により、前記課題を解決したものである。

作　　　　　　用 ねじ軸は、連結部材によりボールスプラインの外筒に結
合されているので、スプライン軸とは一体的に回転する
。

スプライン輪番回転止めした状態で、ボールナツトを回
転させると、ねじ軸はスプライン軸により回転止めされ
るため、ポールナツトの回転運動がねじ軸の直線運動に
変換され、ねじ軸は回転しないでスプライン軸内を出没
（直線運動）する。

ポールナツトを回転止めした状態でスプライン軸を回転
させると、ねじ軸はスプライン軸によりポールナツトに
対して回転させられ、ポールナツトに対して出没する。

すなわち、ねじ軸はスプライン軸と一体に回転しながら
スプライン軸内を出没する。

スプライン軸とポールナツトの両方を同一方向に同朋回
転させると、ねじ軸、スプライン軸、ポールナツトは３
者一体に回転するので、ねじ軸は回転だけして出没しな
い。

実　　　施　　　例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

本発明のボールスプラインとボールねじの複合構造１０
は、ボールスプライン作動機構１２と、ボールねし作動
機構１３を結合させて構成されている。

まず、ボールスプライン作動機構１２は、後述するボー
ルスプライン２５を作動させるためのもので、機構全体
がフレーム２０の片側にボルト２１で固定されたカップ
状の支持枠２２に支持されている。

スプライン軸２３は中空であり、貢通孔２３ａにねじ軸
１１が挿入され、外周２３ｂにはねじ軸１１の左端（第
１図の左側）を支持する外筒２４が回転規制されて直線
移動するように嵌合している。

このスプライン軸２３と外筒２４で所謂ボールスプライ
ン２５を構成している。このスプラインの嵌合状態は第
３図に示すようになっており、スプライン軸２３の外周
２３ｂの長手方向に突出形成された３本の突条２３ｃ、
２３ｃ、２３ｃと。

外筒２４内の長手方向に形成した負荷ボール溝２４ａ、
２４ａとによって、複数の負荷ボール２６゜２６が夫々
の突条２３ｃを両側から挾むように配置されている。外
筒２４はボール２６を介在してスプライン軸２３上を円
滑に直線移動する。その際、ボール２６はスプライン軸
２３と外筒２４との間に介在しているリテーナ２７の外
周８９２７　ａと、外筒２４内周の無負荷ボール溝２４
ｂとで形成されている戻り孔２８に移動し、無限循環す
るようになっている。なお、このボールスプラインは一
例を示したもので、この外にも各種のものがあり、いず
れも使用可能である。

スプライン軸２３（第１図）は、支持枠２２に設けられ
た一対のボールベアリング３０．３０に密Ｆ１１１合し
ている鰐付きの筒体３１に一体化されて回転自在に支持
されている。筒体３１の右端部にはナツト３２の締め付
けと、キー３３とキー溝３１ａによりプーリ３４が具え
られている。ナツト３２の締め付は力は一対のベアリン
グ３０，３０にスラスト方向の予圧を与え、ベアリング
３０゜３０内の部品用後間の隙間を解消している。

プーリ３４にはサーボモータ３５の回転を伝達するタイ
ミングベルト３６ががけである。

スプライン軸２３の中間部の長手方向には、ねし軸１１
の出没移動量に相当する長さを有するスリット４０が３
本、１２０度間隔に形成されている（第１図には１本し
か表われていない、）。

スプライン軸２３の左端には舌片４１が設けられている
６舌片４１はセンサ４２に対向しスプライン軸２３の回
転始点位置を定める。このセンサ４２は、スプライン軸
２３に平行なセンサ支持杆４３の左端に具えられている
。センサ支持杆４３は支持枠２２に具えられている。

ボールねじ作動機構１３は、後述するボールねじ５２を
作動させるためのものである。

ねじ軸１１は中空状になっており、外周に形成したねじ
溝１１ａに複数のボール（図面では１ａだけ図示）５０
を介在してボールナツト５１に螺合している。このねじ
軸１１とポールナツト５１で所謂ボールねじ５２を構成
している。ねじ軸１１の貫通孔１１ｂはねじ軸１１の右
端に設けたアクチュエータＡ用のリード線（図示省略）
を案内している。

ポールナツト５１は、一対のボールベアリング５３．５
３の内輪に密着嵌合するように、ナツト５４を締め付け
て取付けられる。

ボールベアリング５３．５３は、ボルト５５によってフ
レーム２０に取り付けたカップ状のボールナツト支持枠
５６に密着収納され、この支持枠５６にキャップ５７を
取り付けるボルト５８の締め付けによりスラスト方向の
予圧が加えられる。

従って、ポールナツト５１は固定のフレーム２０に対し
左右方向の移動が規制されて回転自在に支持される。

ポールナツト支持枠５６の左側にはプーリ６０がボルト
６１により取り付けられている。

プーリ６０にはサーボモータ６２の回転を伝達するタイ
ミングベルト６３がかけである。さらにプーリ６０には
舌片６４が設けられている。この舌片６４は支持体２２
に具えたフォトセンサ６５とでポールナツト５１の回転
始点位置を定める。

タイミングベルト６３と、前述のタイミングベルト３６
は減速比が同一になってお番ハボールナット５１と、ス
プライン軸２３は同期回転できるようになっている。

ねじ軸１１の左端には３つの連結部材６６ａ。

６６ｂ、６６ｃが１２０度間隔で放射状に取付られてい
る。連結部材８６ａ、６６ｂ、６６ｃの外端は前記スプ
ライン軸２３の３つのスリット４０を夫々貫通して外筒
２４に取り付けられている。

この連結部材６６ａ、６６ｂ、６６ｃと外筒２４により
、ねじ軸１１はスプライン軸２３と一体に回転する。

なお、各連結部材６６ａ、６６ｂ、６６ｃには（第２図
）、取付部８０ａ、８０ｂ、８０ｃが外筒２４の同一平
面に取り付けられるように、ねじ軸１１に取り付ける孔
８１ａ、８１ｂ、８１ｃを形成したリング状部８２ａ、
８２ｂ、８２ｃが各部片毎に高さを異にして形成されて
いる。

ねじ軸１１の移動始点位置はセンサ支持杆４３に具えら
れた始点センサ６７によって定められる。

また、ねじ軸１１が所定の移動範囲以上に移動したとき
はオーバーランセンサ６８，６９によって検知される。

次に動作を説明すると、一方のサーボモータ３５を通電
して停止させ、スプライン軸２３を回転止めし他方のサ
ーボモータ６２を回転させると、ベルト６３とプーリ６
０を介してポールナツト５１が回転する。ねじ軸１１は
、スプライン軸２３によって回転止めされているので、
ポールナツト５１の回転運動がボール５０とねじ溝１１
ａとの係合により直線運動に変換され、ねじ軸１１はス
プライン軸２３内を（回転せず）出没（ｍ１図中矢矢印
の方向の直線運動）する。

ねじ軸１１の出没にともなって、外筒２４は前述のボー
ル２６に案内されてスプライン軸２３上を、連結部材６
６はスリット４０内を、夫々ねじ軸１１と一体に移動す
る。

従って、ねじ軸１１はポールナツト５１と外筒２４の２
点で支持されて出没する。しかも、一方の支持点である
外筒２４はねじ軸１１と一体に移動するので、ねじ軸１
１の略々全長を出没移動量にすることができる。

次に、サーボモータ６２を通電して停止させポールナツ
ト５１を回転止めし、サーボモータ３５のみを回転させ
ると、ベルト３６とプーリ３４を介してスプライン軸２
３が回転する（第１図中、矢印Ｃ方向）、ねじ軸１１は
、連結部材６６ａ。

６６ｂ、６６ｃと外筒２４とを介してスプライン軸２３
と一体に回ａ（第１図中矢印Ｃの方向）する、従って、
回転停止しているポールナツト５１によって、ねじ軸１
１は出没動作をすることになる。すなわち、ねじ軸１１
は回転しながら、スプライン軸２３内を出没する。

さらに、２台のサーボモータ３５．６２を同時に回転さ
せると、ねじ軸１１、スプライン軸２３゜ボールナツト
５１の３者が同時に回転するが、この場合、前述のよう
に、各モータの回転数及び減速比は同じになっているの
で、ポールナツト５１とねじ軸１１との間に相対的回転
が生じないから、ねじ軸１１は回転のみし、スプライン
軸２３から出没することはない。

ねじ軸１１の回転角、出没量は、各センサ４２゜６５．
６７．６８．６９の検知により自動的に制御される。

なお、以上の実施例の２つのプーリ３４，６０は互いに
向いあうように配置されているが、何れか一方を支持枠
２２，５６の外側に、あるいは。

両方を外側に配置してもよい。

発　　明　　の　　効　　果 以上のように、本発明は、ねじ軸を中空のスプライン軸
に挿入し、ねじ軸は固定の支持点とねじ軸と一体に移動
する支持点との２点で支持される構造であるので、ねじ
軸の、特に先端荷重に対する変形が小さくなる。

しかも、ねじ軸にはねじ溝のみを形成すればよく、スプ
ライン溝は別の円筒面に設けられるから、ストロークに
対して全長が短くできるとともに、構造が簡単であり、
製造も容易になる。

なお、ボールスプラインとボールねじに予圧を与えるこ
とによって、剛性の高い、高精度の装置を実現できるこ
とはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例で、第１図は軸方同所面図、１２
図は連Ｍ部材の斜視図、第３図は第１図中の３−３矢視
拡大断面図である。 １１・・・ねじ軸 ２３・・・スプライン軸 ２４・・・外筒 ２５・・・ボールスプライン ４０・・・スリット ５１・・・ポールナツト ５２・・ボールねじ ６６　ａ　、　６６　ｂ　、　６６　ｃ一連結部材第２
図 ８０ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転自在に支持された中空のスプライン軸にボールを介
   して外筒が係合してなるボールスプラインと、 前記スプライン軸に移動自在に挿入されたねじ軸を回転
   自在に支持されたボールナットに螺合させてなるボール
   ねじとを有し、 前記スプライン軸の長手方向に形成されたスリットを貫
   通する連結部材により前記外筒と前記ねじ軸とを結合し
   たことを特徴とする、 ボールスプラインとボールねじの複合構造。