JPH0684777B2 - 往復運動案内装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、たとえば工業用ロボットのアーム等に用いら
れるもので、軸方向の運動を案内する往複運動案内装置
に関する。

（従来の技術） 従来の往復運動案内装置としては、たとえば第８図に示
すようなエアシリンダ100が周知である。しかしエアシ
リンダ100の場合にはピストン101がシリンダ102内で回
転するために、ロッド103先端に物を載置して移送させ
ようとすると、ロッド103が回転して移送することがで
きない。このような回転を防止して安定した往復運動を
案内する装置として、従来第９図に示すボールねじ110
を用いたものが知られている。すなわち１本の軸体111
をボールねじ溝112を設けたねじ領域と、スプライン溝1
13を設けたスプライン領域とに区分し、ねじ領域に嵌合
するボールナット114を駆動手段（図示せず）によって
回転させてスプライン溝113に沿って直線的にテーブル
を案内するものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら斯かる従来例の場合には、軸体111はスプ
ライン溝113によってその回転が阻止されるものの、ス
プライン溝113を設けたスプライン領域とボールねじ溝1
12を設けたねじ領域を軸体111の別の場所に設けている
ので、軸体111自体の長さが長くなってしまい、勢い装
置構成が大型化してしまう。また軸体111の軸方向の移
動距離は、スプライン溝113の長さに依存するために、
軸体111の長さに対する軸体111の軸方向の移動可能距離
（以下有効距離という）が小さい。したがって軸体111
の移動距離を長くしようとすると、軸体111を長くせざ
るを得なかった。さらに軸体111が長くなると、ねじり
剛性も小さくなって強度上問題があり、さらに装置をコ
ンパクトにまとめられないという問題もあった。また、
従来から軸の同一領域にボールスプライン溝とボールね
じ溝を形成したものも知られているが、ボールスプライ
ン用外筒と軸体間に介在されるボールスプライン用のボ
ールが、スプライン溝とボールねじ溝との交差部におい
てボールねじ溝側に逃げてボールスプライン溝の正規の
軌道からずれるために、スプライン溝を転動するボール
がボールねじ溝との交差部でボールねじ溝と干渉してス
ムーズに転動移行しない。また、このようにボールねじ
溝と干渉するために、交差部の摩耗を招来するという問
題があった。

本発明は上記した従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的とするところは、スプライン溝
とねじ溝とを同一領域に重ねて形成した軸体を用いるこ
とにより、軸体が回転することなく安定した往復運動の
案内ができ、しかも有効距離の大きい往複運動案内装置
を提供することにある。また、特にボールスプライン溝
を転動するボールが、ボールスプライン溝とボールねじ
溝との交差部において、ボールねじ溝と干渉するのを防
止し、ボールのスムーズな転動移行を保障すると共に、
ボールねじ溝とボールスプライン溝との交差部の摩耗を
防止することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明にあっては外周面に
螺旋状のボールねじ溝を設けると共に、該ボールねじ溝
形成領域にボールねじ溝を横切って軸方向に延びるボー
ルスプライン溝を設けた軸に、多数のボールを介してボ
ールねじ用ナットとボールスプライン用外筒とを嵌合
し、前記ボールスプライン用外筒内周に設けたボール転
走溝と前記ボールスプライン溝との間に円周方向の位相
差を設けることにより、ボールの接触角をラジアル方向
に対して所定角度傾け、該ボールねじ用ナットは回動自
在にボールスプライン用外筒は回転方向には固定状態で
支持部材に支持すると共に、ボールねじ用ナットを回転
駆動せしめる駆動手段を備え、前記軸とボールスプライ
ン用外筒との間にボールを保持するボール保持器を設
け、該ボール保持器には軸方向に延びるスリットが形成
されており、該スリットの両側面によってボールをボー
ルスプライン溝に沿って案内して成ることを特徴として
いる。

（作 用） 而してボールねじ用ナットを駆動させることにより軸は
ボールスプライン溝に案内されて往複運動する。スプラ
イン溝と嵌合する外筒は回転方向には固定状態となって
いるので軸は回転しない。そして、ボールスプライン溝
とボール転走溝間の円周方向の位相を異ならせることに
よりボールの接触角をラジアル方向に対して傾けている
ので、ラジアル方向のみでなく、回転方向のがたつきを
防止することができる。

さらに、ボールスプライン用外筒と軸の間に保持器を介
在させ、この保持器に形成されたスリット両側面によっ
てボールをボールスプライン溝に沿って案内しているの
で、ボールねじ溝とボールスプライン溝との交差部にお
いてボールがボールねじ溝側へ逃げるのが規制される。

（実施例） 以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明する。本発
明に係る往複運動案内装置を示す第１図乃至第５図にお
いて、１は運動案内ユナットを示しており、支持部材と
してのハウジング200,201に支持されている。この運動
案内ユニット１は、第３図に取出して示すように概略外
周面にボールねじ用のボールねじ溝２と、ボールスプラ
イン用のボールスプライン溝３を設けた軸４と、この軸
４に多数のボール5,…を介して嵌合されるボールねじ用
ナット６とボールスプライン用外筒７とから構成されて
いる。

軸４の外周面に設けられるボールねじ溝２は所定ピッチ
でもって軸４の全長にわたって螺旋状に刻設されてい
る。一方、ボールスプライン溝３は、上記軸４のねじ溝
形成領域、すなわち本実施例にあっては軸４の全長にわ
たってボールねじ溝２を横切るように直線状に刻設され
ている。このボールスプライン溝３は軸４の円周方向に
複数条（本実施例では４条）等配されている。また本実
施例ではボールスプライン溝３の深さは、ボールねじ溝
２よりも若干浅く形成してある。

一方ボールねじ用ナット６は円筒形状で、概略内周面に
上記ボールねじ溝２と同一ピッチでもってボール転走溝
８が刻設されたナット本体61とこのナット本体61の両端
に取付けられる側蓋62,62とから構成されている。ナッ
ト本体61にはナット６と軸４の間に介在されるボール５
を循環させるためのボール逃げ穴9,9が２箇所に設けら
れていて、側蓋62には軸４のボールねじ溝２とナット４
のボール転走溝８間に介在するボール５をボール逃げ穴
９に逃がすための方向転換溝10が設けられている。而し
て上記ボールねじ溝２、ボール転走溝８、ボール方向転
換溝10およびボール逃げ穴9,9によってボール循環路を
構成して、ボールを整列循環させている。

一方、ボールスプライン用外筒７は、円筒状で、その内
周面に上記軸４の外周面に刻設したボールスプライン溝
３に対応してボール転走溝11が刻設されていて、この外
筒７のボール転走溝11と軸４のボールスプライン溝３間
に多数のボール５が介装されている。また外筒７内周に
は、上記ボール５を案内保持する保持器12が介装されて
いる。さらに外筒７外周面にはキー溝40aが刻設されて
いる。第７図に示すように、ボールスプライン用外筒７
のボール転走溝11とボールスプライン溝３の間に円周方
向に位相差が設けられており、負荷ボール５はラジアル
方向に対して所定の角度αをもって二点接触している。
このように位相差を設けることで、負荷ボール５に円周
方向成分のプリロードを付与することができ、大トルク
の伝達を行なうことができるとともに、アンギュララッ
シュを解消できる。この結果、位置決め精度および作動
応答性向上を図ることができ、さらに、作動時の騒音を
低減できると共に耐久性をも向上させることができる。
この接触角αはたとえば45度に設定され、各列の負荷ボ
ール５の接触角の方向はたとえば第６図に示すような構
成とされる。

この保持器12は薄肉円筒形状で、負荷ボール案内用のス
リット13が各ボール転走溝11,…の位置に対応して形成
されており、その外周面にはボールを循環させるための
ボール逃げ溝14が形成されている。一方スリット13の両
端部には、スリット13に沿って案内されてきた負荷ボー
ル５を保持器12外周側のボール逃げ溝14に逃がすための
ボール方向転換溝15が設けられている。このボール方向
転換溝15はＵ字状でスリット13の両端縁にテーパ状のす
くい面15aが形成されていて、このすくい面15aによって
スリット13に案内されてきたボール５を円滑に方向転換
させるようになっている。

一方ハウジング200には軸４挿通用の孔21が設けられて
いて、孔21内周に上記運動案内ユニット１のボールねじ
用ナット６、ベアリング22,23を介して回動自在に組付
けられている。

このベアリング22,23は正面組合せタイプのアンギュラ
コンタクト玉軸受から構成している。ナット本体61の外
周両端部には、上記ベアリング22,23の内輪が嵌合する
段部61a,61aが形成されていて、一方ベアリング22,23の
外輪はハウジング200の孔21内周面に嵌合している。一
方ハウジング200の孔21内周には上記ナット６と外筒７
を支持する奥端側のベアリング22の位置決めを図る段部
30が設けられていて、ベアリング22を段部30に突き当て
てナット６の位置決めを図っている。

また孔21の一方の開口端部内周には取付用ナット31が螺
着されている。取付用ナット31は内周面が軸４外周面と
微小間隙を介して対向配置されていて、ハウジング200
の孔21内への塵埃等の侵入を防止している。さらに取付
用ナット31の外径側端部には、ボールねじ用ナット６に
嵌合される孔21開口端側に配置されるベアリング23の外
輪に当接する環状の凸部31aが突設されていて、それぞ
れの取付用ナット31をハウジング200の孔21内に締付け
ていくことにより、ベアリング23を介してボールねじ用
ナット６を段部30に近付けるように孔21の奥側に押し込
むようになっている。

また孔21の他方の開口部からはボールねじ用ナット６の
一端が露出しており、この露出したボールねじ用ナット
６の側蓋62にギヤ28が固着され、モータＭに取付けられ
る駆動ギヤ29と噛合してボールねじ用ナット６が回転駆
動されるようになっている。

一方、ボールスプライン用外筒７が支持されるハウジン
グ201にも軸４挿通用の孔211が設けられていて、孔211
内に外筒７が嵌合されてキー40によって回り止めが図ら
れている。ハウジング201の孔211内周には、孔211に嵌
合される外筒７の一端が当接する段部212が形成されて
いる。また孔211の他方側の開口部内周には、抜止用止
め輪213が嵌着されていて、上記段部212と止め輪213と
によって外筒７の軸方向の位置決めがなされている。

上記構成の往複運動案内装置にあっては、モータＭを回
転駆動するとギヤ28,29を介してボールねじ用ナット６
が回転しボールねじ溝２を介してモータＭの回転運動が
軸４の往複運動に変換される。ボールスプライン溝３に
嵌合するボールスプライン用外筒７はキー止めされて回
転方向には固定状態となっているので、軸４は回転する
ことなくボールスプライン溝３に案内されて往復動す
る。。ボールスプライン用外筒７と軸４間に介在される
ボール５は保持器12によって案内保持される。このよう
に軸４の回転は外筒７によって阻止されるので、軸４先
端に物を載せて移送する場合に安定して移送できると共
に、偏荷重でも負荷できる。

上記ボール５は負荷部においては外筒７と軸４の間で挟
持されているので、ボール５は軸４の回転方向および軸
方向には自由である。ここでボールねじ溝２とボールス
プライン溝３との交差部において、ボール５は外筒７と
軸４の間で挟まれた状態から解放されるが、軸４のの回
転方向には保持器12によって回転方向に案内され、その
結果ボールスプライン溝３の転走面をボール５は転走す
る。すなわち、スリット13の両側面によってボール５が
ボールスプライン溝３に沿って案内保持され、ボールね
じ溝２とボールスプライン溝３との交差部においてボー
ル５がボールねじ溝２側へ逃げるのが規制される。

上記ボールスプライン溝３は軸４の全長にわたって形成
されているので、軸４の略全長を軸方向の案内として使
用することができ、軸４の案内ストロークを大きくとる
ことができる。したがって同一のストロークを確保する
とすれば、従来品に比べて軸４の全長を大幅に短くで
き、ねじり剛性、強度は大きくなり、軸４をそのままロ
ボットのアームとして用いることができる。

（発明の効果） 本発明は、以上の構成および作用から成るもので、軸は
回転することなくボールスプライン溝に案内されて軽快
に往複運動を行なう。したがって軸をそのままロボット
のアームとして用いて先端に物を載せた場合でも安定し
て物の移送を行なうことができる。また１本の軸の同一
箇所にボールねじ溝およびボールスプライン溝を設けた
ので、軸の長さを長くすることなく有効距離すなわち案
内ストロークを確保することができ、装置構成をコンパ
クトにすることが可能になる。さらに軸の長さを短くで
きるのでねじり剛性、強度等を大きくすることができ負
荷能力を大きくすることができる等の種々の効果が得ら
れる。とくに、ボールスプライン溝とボール転走溝間の
円周方向の位相を異ならせることによりボールの接触角
をラジアル方向に対して傾けているので、コンパクトな
ひとつのボールスプライン用外筒の構成でもって、ラジ
アル方向のみでなく、回転方向のがたつきを防止するこ
とができる。

さらに、ボールスプライン用外筒と軸の間に保持器を介
在させ、この保持器に形成されたスリット両側面によっ
てボールをボールスプライン溝に沿って案内しているの
で、ボールねじ溝とボールスプライン溝との交差部にお
いてボールがボールねじ溝側へ逃げるのを規制すること
ができ、スプライン用のボールがスムーズに転動移行し
て、スムーズな直線運動を保障することができる。ま
た、交差部における摩耗について防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る往復運動案内装置の要
部縦断正面図、第２図は第１図の装置を模式的に示した
概略構成図、第３図は第１図の装置に用いた案内ユニッ
トの要部縦断正面図、第４図は第１図の装置のボールス
プライン用外筒の縦断正面図、第５図は第１図の外筒の
保持器の正面図、第６図は第５図の保持器の断面図、第
７図は第５図の保持器に案内保持されるボールの部分拡
大図、第８図は従来のエアシリンダの概略構成を示す断
面図、第９図は従来のボールねじを用いた運動案内装置
の概略構成を示す正面図である。 符号の説明 １……運動案内ユニット ２……ボールねじ溝 ３……ボールスプライン溝 ４……軸、５……ボール ６……ボールねじ用ナット ７……ボールスプライン用外筒 200,201……ハウジング（支持部材） 21,211……孔 22,23……ベアリング 28,29……ギヤ Ｍ……モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周面に螺旋状のボールねじ溝を設けると
   共に、該ボールねじ溝形成領域にボールねじ溝を横切っ
   て軸方向に延びるボールスプライン溝を設けた軸に、多
   数のボールを介してボールねじ用ナットとボールスプラ
   イン用外筒とを嵌合し、前記ボールスプライン用外筒内
   周に設けたボール転走溝と前記ボールスプライン溝との
   間に位相差を設けることにより、ボールの接触角をラジ
   アル方向に対して所定角度傾け、ボールねじ用ナットは
   回動自在にボールスプライン用外筒は回転方向には固定
   状態で支持部材に支持すると共に、ボールねじ用ナット
   を回転駆動せしめる駆動手段を備えて成り、 前記ボールスプライン用外筒と軸との間に、ボールを保
   持するボール保持器を設け、該ボール保持器に軸方向に
   延びるスリットを形成し、該スリットの両側面によって
   ボールをボールスプライン溝に沿って案内することを特
   徴とする往復運動案内装置。