JP2004232666A

JP2004232666A - Ball screw with spline

Info

Publication number: JP2004232666A
Application number: JP2003019082A
Authority: JP
Inventors: Satoru Arai; 覚新井; Tsutomu Okubo; 努大久保
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2004-08-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ball screw fitted with a spline capable of enhancing the reliability by suppressing a change in operating torque or rigidity originating from elimination of the preload given to the rolling elements. <P>SOLUTION: The ball screw fitted with spline is structured so that the condition y<SB>BS</SB>≠(D<SB>BS</SB>+x<SB>BS</SB>)×N (N is integer) or y<SB>SP</SB>≠(D<SB>SP</SB>+x<SB>SP</SB>)×N (N is integer) is met, where D<SB>BS</SB>is the diameter of the ball screw rolling elements 20 and 22, D<SB>SP</SB>is the diameter of the ball spline rolling elements 30, y<SB>BS</SB>is the distances in the circumferential direction between adjoining intersecting parts of the ball screw grooves 14 and 15 in the ball screw shaft 11 and the ball spline grooves 16, y<SB>SP</SB>is the distances in the axial direction between adjoining intersecting parts of the ball screw grooves 14 and 15 and the ball spline grooves 16, x<SB>BS</SB>is the gap between the ball screw rolling elements 20 and those 22, and x<SB>SP</SB>is the gap between the ball spline rolling elements 30. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばスカラー型ロボットのＺ−θ軸アクチュエータ等に用いられるスプライン付きボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スカラー型ロボットのＺ−θ軸アクチュエータを構成する主要構成部品として、たとえば、下記の特許文献１〜３に開示されているようなスプライン付きボールねじが知られている。この種のボールねじは、ボールねじ軸の外周面に形成されたボールねじ溝とボールねじナットの内周面に形成されたボールねじ溝との間に多数の球状転動体（以下「ボールねじ転動体」と称す）を配設するとともに、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ボールスプラインナットの内周面に形成されたボールスプライン溝との間に多数の球状転動体（以下「ボールスプライン転動体」と称す）を配設して構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６２−１６５０５７号公報
【特許文献２】
特開平４−２２４３５１号公報
【特許文献３】
特開平４−３４７５５６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなスプライン付きボールねじは、ボールねじナット及びボールスプラインナットを軸方向に移動不能とした状態でボールスプラインナットを回転させると、ボールねじ転動体及びボールスプライン転動体がボールねじ溝及びボールスプライン溝に沿って転動し、これに伴いボールねじ軸が周方向に回転しながら軸方向に直線運動する。しかし、ボールねじ軸の外周面に形成されたボールねじ溝とボールスプライン溝との交差部分で転動体に付与された予圧が抜けてしまい、このような予圧抜けが複数のボールねじ溝とボールスプライン溝との交差部分で同時に起こることにより、作動トルクや剛性が下がる可能性があった。
そこで本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、転動体の予圧抜けに起因する作動トルクや剛性の変動を抑制して信頼性の向上を図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。
【０００５】
【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、本発明は、外周面に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外周面と対向する内周面にボールねじ溝を有するボールねじナットと、前記ボールねじ軸及び前記ボールねじナットの両ボールねじ溝間に配設された多数のボールねじ転動体と、前記ボールねじ軸の外周面と対向する内周面に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、前記ボールねじ軸及び前記ボールスプラインナットの両ボールスプライン溝間に配設された多数のボールスプライン転動体とを備えてなるスプライン付きボールねじにおいて、前記ボールねじ転動体の直径をＤ_ＢＳ、前記ボールスプライン転動体の直径をＤ_ＳＰ、前記ボールねじ軸のボールねじ溝とボールスプライン溝との隣り合う交差部間の円周方向の距離をｙ_ＢＳ、前記ボールねじ軸のボールねじ溝とボールスプライン溝との隣り合う交差部間の軸方向の距離をｙ_ＳＰ、前記ボールねじ転動体間の隙間をｘ_ＢＳ、前記ボールスプライン転動体間の隙間をｘ_ＳＰとしたとき、ｙ_ＢＳ≠（Ｄ_ＢＳ＋ｘ_ＢＳ）×Ｎ（Ｎ；整数）もしくはｙ_ＳＰ≠（Ｄ_ＳＰ＋ｘ_ＳＰ）×Ｎ（Ｎ；整数）のいずれかが成立することを特徴とする。
【０００６】
このような構成であると、ボールねじ軸に対してボールねじナットやボールスプラインナットを相対運動させた場合の各転動体の負荷変化が軽減されるため、スプライン付きボールねじの作動トルクや剛性の安定化を図ることができる。
この場合、請求項２記載の発明のように、前記ボールねじ転動体の全ての個数で負荷を受ける転動体の個数を除した値が±０．１の範囲内で変化するように前記ボールねじ転動体の転動体間ピッチを設定することが望ましい。また、請求項３記載の発明のように、前記ボールスプライン転動体の全ての個数で負荷を受ける転動体の個数を除した値が±０．１の範囲内で変化するように前記ボールスプライン転動体の転動体間ピッチを設定することが望ましい。
【０００７】
さらに、請求項４記載の発明のように、前記ボールねじ転動体の全ての個数で負荷を受ける転動体の個数を除した値が０．８以下にならないように前記ボールねじ転動体の転動体間ピッチを設定することが望ましい。また、請求項５記載の発明のように、前記ボールスプライン転動体の全ての個数で負荷を受ける転動体の個数を除した値が０．８以下にならないように前記ボールスプライン転動体の転動体間ピッチを設定することが望ましい。
【０００８】
【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及び図２は本発明の一実施形態を示しており、図１は本発明の一実施形態に係るスプライン付きボールねじ１０の軸方向に沿う断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う矢視断面図である。図１に示すように、スプライン付きボールねじ１０はボールねじ軸１１、ボールねじナット１２およびボールスプラインナット１３を備えており、ボールねじ軸１１の外周面には、ボールねじ溝１４，１５が同一のリードで形成されていると共にボールスプライン溝１６，１７，１８（ボールスプライン溝１７，１８は図２参照）がボールねじ軸１１の軸方向に沿って形成されている。
【０００９】
ボールねじ溝１４はボールねじナット１２の内周面に形成されたボールねじ溝１９と対向しており、これらのボールねじ溝１４，１９間には多数のボールねじ転動体２０が配設されている。一方、ボールねじ溝１５はボールねじナット１２の内周面に形成されたボールねじ溝２１と対向しており、これらのボールねじ溝１５，２１間には多数のボールねじ転動体２２が配設されている。
【００１０】
ボールねじ転動体２０は、ボールねじ軸１１またはボールねじナット１２の一方が回転するとボールねじ溝１４，１９間を転動した後、ボールねじナット１２の一端に配置されたエンドキャップ２３内の転動体案内路２３ａに入り、この転動体案内路２３ａで転動方向をボールねじ軸１１の周方向から軸方向に変更されるようになっている。そして、転動体案内路２３ａを転動したボールねじ転動体２０は、ボールねじナット１２に貫設された転動体循環孔２４を転動した後、ボールねじナット１２の他端に配置されたエンドキャップ２５内の転動体案内路（図示せず）を経て元の位置に戻されるようになっている。
【００１１】
一方、ボールねじ転動体２２は、ボールねじ軸１１またはボールねじナット１２の一方が回転するとボールねじ溝１５，２１間を転動した後、エンドキャップ２５内の転動体案内路２５ａに入り、この転動体案内路２５ａで転動方向をボールねじ軸１１の周方向から軸方向に変更されるようになっている。そして、転動体案内路２５ａを転動したボールねじ転動体２２は、ボールねじナット１２に貫設された転動体循環孔２６を転動した後、エンドキャップ２３内の転動体案内路（図示せず）を経て元の位置に戻されるようになっている。
【００１２】
ボールスプライン溝１６，１７，１８はボールスプラインナット１３の内周面に形成されたボールスプライン溝２７，２８，２９（図２参照）と各々対向しており、これらのボールスプライン溝間には多数のボールスプライン転動体３０がそれぞれ配設されている。
ボールスプライン転動体３０は、ボールねじ軸１１またはボールスプラインナット１３の一方が軸方向に直線運動するとボールスプライン溝１６，２７間、１７，２８間及び１８，２９間をそれぞれ転動した後、ボールスプラインナット１３の一端に配置されたエンドキャップ３１内の転動体案内路３１ａ，３１ｂ，３１ｃ（３１ｂ，３１ｃは図示せず）にそれぞれ入り、これらの転動体案内路３１ａ〜３１ｃで転動方向を転換されるようになっている。そして、転動体案内路３１ａ〜３１ｃを転動したボールスプライン転動体３０は、ボールスプラインナット１３に貫設された転動体循環孔３２，３３，３４（転動体循環孔３３，３４は図２参照）を転動した後、ボールスプラインナット１３の他端に配置されたエンドキャップ３５の転動体案内路（図示せず）を経て元の位置に戻されるようになっている。
【００１３】
このような構成において、ボールねじ転動体２０，２２及びボールスプライン転動体３０の直径をＤｗ、ボールねじ転動体２０，２２及びボールスプライン転動体３０の移動量をｔ、ボールねじ転動体２０，２２の位置を表わすステップ関数をｆ_ＢＳ（ｘ−ｔ）、ボールねじ転動体２０，２２の予圧抜け位置を表わすステップ関数をｇ_ＢＳ（ｘ）、ボールスプライン転動体３０の位置を表わすステップ関数をｆ_ＳＰ（ｘ−ｔ）、ボールスプライン転動体３０の予圧抜け位置を表わすステップ関数をｇ_ＳＰ（ｘ）とすると、ボールねじの設計パラメータは、
【００１４】
【数１】

【００１５】
で表わされる負荷玉数比ｈ_ＢＳ（ｔ）がｔ／Ｄｗに対して±０．１、好ましくは±０．０５の範囲内で変化する値に設定されている。また、ボールスプラインの設計パラメータは、
【００１６】
【数２】

【００１７】
で表わされる負荷玉数比ｈ_ＳＰ（ｔ）がｔ／Ｄｗに対して±０．１、好ましくは±０．０５の範囲内で変化する値に設定されている。なお、評価ピッチａ，ｂとは、１つの転動体が一定距離公転する時に、その間の転動体の位置と切れる溝の位置とで負荷転動体数を求めたものである。
上記の式（１）及び（２）は図５に示すボールねじ側非負荷範囲とスプライン側非負荷範囲との関係を示したものであり、その関係もそれぞれの溝形状により変化する。上記の式（１）及び（２）では、転動体径の変化や溝形状の変化を形状補正値ｃを用いて示している。なお、図５において、Ｌ_ＢＳはボールねじ溝１４に対するボールねじ転動体２０の接触点軌跡の一部、Ｌ_ＳＰはボールスプライン溝１６に対するボールスプライン転動体３０の接触点軌跡の一部をそれぞれ示している。
【００１８】
このように構成されるスプライン付きボールねじの作用について、図３及び図４を参照して説明する。
図３は日本精工（株）製スプライン付きボールねじ（型番：ＢＳ１６１０（３等配）、転動体径：３．１７５ｍｍ、転動体ピッチ円径（ＢＣＤ）：１６．５ｍｍ、リード：１０ｍｍ、軸径：１６ｍｍ）を使用してボールねじ転動体の負荷玉数比ｈ_ＢＳ（ｔ）とｔ／Ｄｗ（ボールねじ転動体の移動量と直径との比）との関係を解析した結果を示す図であり、図中（ａ）はボールねじ溝の転動体ピッチ円径がｄｍ＝１６．７５ｍｍの場合、（ｂ）はｄｍ＝１６．９０ｍｍの場合、（ｃ）はｄｍ＝１７．１５ｍｍの場合をそれぞれ示している。
【００１９】
図３の解析結果からわかるように、ボールねじ転動体の転動体ピッチ円径がｄｍ＝１６．７５ｍｍの場合にはｔ／Ｄｗに対する負荷玉数比ｈ_ＢＳ（ｔ）の変動幅が±０．２程度となるのに対し、ｄｍ＝１６．９０ｍｍの場合にはｔ／Ｄｗに対する負荷玉数比ｈ_ＢＳ（ｔ）の変動幅が±０．１程度となり、ｄｍ＝１７．１５ｍｍの場合にはｔ／Ｄｗに対する負荷玉数比ｈ_ＢＳ（ｔ）の変動幅が±０．０５程度となる。従って、ｔ／Ｄｗに対する負荷玉数比ｈ_ＢＳ（ｔ）の変動幅を±０．１の範囲内に抑えるためには、ボールねじ転動体の転動体ピッチ円径を１６．９０ｍｍ以上にすればよいことがわかる。
【００２０】
図４は日本精工（株）製スプライン付きボールねじ（型番：ＢＳ４５＊＊、転動体径：３．９６８ｍｍ、転動体ピッチ円径（ＢＣＤ）：４１ｍｍ、軸径：４５ｍｍ）を使用してボールスプライン転動体の負荷玉数比ｈ_ＳＰ（ｔ）とｔ／Ｄｗ（ボールスプライン転動体の移動量と直径との比）との関係を解析した結果を示す図であり、図中（ａ）はボールスプライン溝のリードがｌ＝１０ｍｍの場合、（ｂ）はｌ＝２０ｍｍの場合、（ｃ）はｌ＝４０ｍｍの場合をそれぞれ示している。
【００２１】
図４の解析結果からわかるように、ボールスプライン溝のリードがｌ＝１０ｍｍの場合にはｔ／Ｄｗに対する負荷玉数比ｈ_ＳＰ（ｔ）の変動幅が±０．２となるのに対し、ｌ＝２０ｍｍの場合にはｔ／Ｄｗに対する負荷玉数比_ＳＰ（ｔ）の変動幅が±０．１程度となり、ｌ＝４０ｍｍの場合にはｔ／Ｄｗに対する負荷玉数比_ＳＰ（ｔ）の変動幅が±０．１程度となる。従って、ｔ／Ｄｗに対する負荷玉数比ｈ_ＳＰ（ｔ）の変動幅を±０．１の範囲内に抑えるためには、ボールスプライン溝のリードをｌ＝２０ｍｍ以上にすればよいことがわかる。
【００２２】
以上のことから、ｔ／Ｄｗに対する負荷玉数比ｈ_ＢＳ（ｔ）の変動幅が±０．１の範囲内に変化するようにボールねじ転動体の転動体ピッチ円径やボールスプライン溝のリード等の各設計パラメータを選定することにより、負荷玉数比ｈ_ＢＳ（ｔ）、ｈ_ＳＰ（ｔ）の変動が小さく抑えられるので、負荷玉数比ｈ_ＢＳ（ｔ）、ｈ_ＳＰ（ｔ）の変動が小さく抑えられ、ボールねじ軸１１に対してボールねじナット１２やボールスプラインナット１３を相対運動させた場合の各転動体の負荷変化が軽減されるので、スプライン付きボールねじ１０の作動トルクや剛性の安定化を図ることができる
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。たとえば、上述した実施形態ではボールねじ軸１１の外周面に形成されるボールスプライン溝の溝数を３としたが、ボールスプライン溝の溝数は１または２あるいは４以上であってもよい。また、上述した実施形態ではボールねじ転動体およびボールスプライン転動体として球状のものを使用したが、例えばローラ状のものを使用してもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１乃至３の発明に係るスプライン付きボールねじによれば、転動体の予圧抜けに起因する作動トルクや剛性の変化を抑制して信頼性の向上を図ることができる。
請求項４及び５の発明に係るスプライン付きボールねじによれば、転動体の予圧抜けに起因する作動トルクや剛性の変化をより効果的に抑制して信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るスプライン付きボールねじの軸方向断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う矢視断面図である。
【図３】ボールねじ転動体の移動量と直径との比に対するボールねじ転動体の負荷玉数比を解析した結果を示す図である。
【図４】ボールスプライン転動体の移動量と直径との比に対するボールスプライン転動体の負荷玉数比を解析した結果を示す図である。
【図５】スプライン付きボールねじのボールねじ側非負荷範囲とスプライン側非負荷範囲を示す図である。
【符号の説明】
１０スプライン付きボールねじ
１１ボールねじ軸
１２ボールねじナット
１３ボールスプラインナット
１４，１５，１９，２１ボールねじ溝
１６〜１７，２７〜２９ボールスプライン溝
２０，２２ボールねじ転動体
３０ボールスプライン転動体
２３，２５，３１，３５エンドキャップ
２４，２６，３２転動体循環孔[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a ball screw with a spline used for, for example, a Z-θ axis actuator of a scalar robot.
[0002]
[Prior art]
As main components constituting a Z-θ-axis actuator of a scalar robot, for example, ball screws with splines as disclosed in the following Patent Documents 1 to 3 are known. This type of ball screw has a number of spherical rolling elements (hereinafter referred to as "ball screw rolling") between a ball screw groove formed on an outer peripheral surface of a ball screw shaft and a ball screw groove formed on an inner peripheral surface of a ball screw nut. Moving body) and a large number of spherical rolling elements (hereinafter referred to as "ball rolling elements") between a ball spline groove formed on the outer peripheral surface of the ball screw shaft and a ball spline groove formed on the inner peripheral surface of the ball spline nut. (Referred to as "ball spline rolling element").
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-62-165057 [Patent Document 2]
JP-A-4-224351 [Patent Document 3]
JP-A-4-347556
[Problems to be solved by the invention]
In such a ball screw with splines, when the ball screw nut and the ball spline nut are rotated in a state in which the ball screw nut and the ball spline nut cannot be moved in the axial direction, the ball screw rolling element and the ball spline rolling element cause the ball screw groove and the ball spline to rotate. Rolling along the groove causes the ball screw shaft to move linearly in the axial direction while rotating in the circumferential direction. However, the preload applied to the rolling element is released at the intersection of the ball screw groove and the ball spline groove formed on the outer peripheral surface of the ball screw shaft. Simultaneously occurring at the intersection with the groove, there is a possibility that the operating torque and rigidity may decrease.
Therefore, the present invention has been made in view of such a problem, and a splined ball capable of suppressing fluctuations in operating torque and rigidity due to loss of preload of a rolling element and improving reliability. It is intended to provide screws.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a ball screw shaft having a ball screw groove and a ball spline groove on an outer peripheral surface, and a ball screw groove on an inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the ball screw shaft. A ball screw nut, a number of ball screw rolling elements disposed between the ball screw shaft and the ball screw grooves of the ball screw nut, and a ball spline groove on an inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the ball screw shaft; A ball spline nut having a ball spline nut having a plurality of ball spline rolling elements disposed between the ball screw shaft and the ball spline grooves of the ball spline nut. The diameter is D _BS , the diameter of the ball spline rolling element is D _SP , and the ball screw groove and the ball spline groove of the ball screw shaft are The distance in the circumferential direction between adjacent intersections of the ball screw shaft is y _BS , the distance in the axial direction between the adjacent intersections of the ball screw groove and the ball spline groove of the ball screw shaft is y _SP , the distance between the ball screw rolling elements. when the gaps _{x BS,} the gap between the ball spline rolling elements and _{_{_{x SP, y BS ≠ (D}}} BS + x BS) × N (N; integer) or _{_{_{y SP ≠ (D SP + x}}} SP) × N ( N; an integer).
[0006]
With such a configuration, the load change of each rolling element when the ball screw nut or the ball spline nut is moved relative to the ball screw shaft is reduced, so that the operating torque and rigidity of the splined ball screw are reduced. Stabilization can be achieved.
In this case, as in the invention according to claim 2, the ball screw is formed such that a value obtained by dividing the number of rolling elements receiving a load by all the numbers of the ball screw rolling elements changes within a range of ± 0.1. It is desirable to set the pitch between the rolling elements of the rolling elements. In addition, as in the invention according to claim 3, the ball spline rolling element is so arranged that the value obtained by dividing the number of rolling elements receiving a load by all the number of the ball spline rolling elements changes within a range of ± 0.1. It is desirable to set the pitch between the rolling elements of the moving body.
[0007]
Further, as in the invention according to claim 4, the rolling element of the ball screw rolling element is controlled so that the value obtained by dividing the number of the rolling elements subjected to the load by the total number of the ball screw rolling elements does not become 0.8 or less. It is desirable to set the interval pitch. According to the fifth aspect of the present invention, the rolling elements of the ball spline rolling elements are controlled so that the value obtained by dividing the number of rolling elements subjected to load by all the number of the ball spline rolling elements does not become 0.8 or less. It is desirable to set the interval pitch.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show one embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view of a splined ball screw 10 according to one embodiment of the present invention along the axial direction, and FIG. 2 is II-II of FIG. It is arrow sectional drawing along a line. As shown in FIG. 1, a ball screw 10 with a spline includes a ball screw shaft 11, a ball screw nut 12 and a ball spline nut 13, and

ball screw grooves

14 and 15 are formed on the outer peripheral surface of the ball screw shaft 11. And

ball spline grooves

16, 17, 18 (see FIG. 2 for the ball spline grooves 17, 18) are formed along the axial direction of the ball screw shaft 11.
[0009]
The ball screw groove 14 faces a ball screw groove 19 formed on the inner peripheral surface of the ball screw nut 12, and a number of ball screw rolling elements 20 are disposed between the

ball screw grooves

14, 19. I have. On the other hand, the ball screw groove 15 faces a ball screw groove 21 formed on the inner peripheral surface of the ball screw nut 12, and a number of ball screw rolling elements 22 are arranged between the

ball screw grooves

15, 21. Have been.
[0010]
The ball screw rolling element 20 rolls between the

ball screw grooves

14 and 19 when one of the ball screw shaft 11 and the ball screw nut 12 rotates, and then rolls in the end cap 23 disposed at one end of the ball screw nut 12. After entering the moving body guide path 23a, the rolling direction is changed from the circumferential direction of the ball screw shaft 11 to the axial direction in the rolling body guide path 23a. Then, the ball screw rolling element 20 that has rolled on the rolling element guide path 23a rolls through a rolling element circulation hole 24 penetrating through the ball screw nut 12, and then is disposed at the other end of the ball screw nut 12. The cap 25 is returned to the original position via a rolling element guide path (not shown).
[0011]
On the other hand, the ball screw rolling element 22 rolls between the

ball screw grooves

15 and 21 when one of the ball screw shaft 11 and the ball screw nut 12 rotates, and then enters the rolling element guide path 25a in the end cap 25, and In the rolling element guide path 25a, the rolling direction is changed from the circumferential direction of the ball screw shaft 11 to the axial direction. Then, the ball screw rolling element 22 that has rolled on the rolling element guide path 25a rolls through the rolling element circulation hole 26 provided through the ball screw nut 12, and then the rolling element guide path (shown in FIG. Zu) to return to the original position.
[0012]
The ball spline grooves 16, 17, and 18 face

ball spline grooves

27, 28, and 29 (see FIG. 2) formed on the inner peripheral surface of the ball spline nut 13. Ball spline rolling elements 30 are provided.
When one of the ball screw shaft 11 and the ball spline nut 13 linearly moves in the axial direction, the ball spline rolling element 30 rolls between the

ball spline grooves

16, 27, 17, 28, and 18, 29, and then moves the ball. The rolling element guide paths 31a, 31b, 31c (31b, 31c are not shown) in the end cap 31 disposed at one end of the spline nut 13 enter the rolling element guide paths 31a, 31c, respectively. It is being converted. The ball spline rolling element 30 that has rolled on the rolling element guide paths 31a to 31c is provided with rolling element circulation holes 32, 33, and 34 provided in the ball spline nut 13 (see FIG. 2 for the rolling element circulation holes 33 and 34). ), The end cap 35 disposed at the other end of the ball spline nut 13 is returned to an original position via a rolling element guide path (not shown).
[0013]
In such a configuration, the diameter of the ball

screw rolling elements

20, 22 and the ball spline rolling element 30 is Dw, the movement amount of the ball

screw rolling elements

20, 22 and the ball spline rolling element 30 is t, and the ball

screw rolling elements

20, 22 are arranged. the step function representing the position _f BS (x-t), the ball screw a step function representing the preload loss position of the rolling

elements

20,22 _g BS (x), a step function representing the position of the ball spline rolling elements 30 f _{Assuming that SP} (x−t) and a step function representing the preload release position of the ball spline rolling element 30 are g _SP (x), the design parameters of the ball screw are:
[0014]
(Equation 1)

[0015]
In load ball ratio _h BS (t) ± against the t / Dw 0.1 represented, preferably is set to a value which varies within a range of ± 0.05. The design parameters of the ball spline are
[0016]
(Equation 2)

[0017]
In load ball ratio _h SP (t) ± against the t / Dw 0.1 represented, preferably is set to a value which varies within a range of ± 0.05. The evaluation pitches a and b are obtained by calculating the number of load rolling elements based on the position of the rolling element and the position of the cut groove when one rolling element revolves at a certain distance.
Equations (1) and (2) above show the relationship between the ball screw side non-load range and the spline side non-load range shown in FIG. 5, and the relationship also changes depending on the respective groove shapes. In the above equations (1) and (2), the change in the rolling element diameter and the change in the groove shape are indicated using the shape correction value c. Incidentally, in FIG. 5, L _BS is part of the contact point path of the ball screw rolling element 20 to the ball screw groove 14, L _SP represents a part of the contact point path of the ball spline rolling element 30 relative to the ball spline groove 16, respectively ing.
[0018]
The operation of the ball screw with a spline configured as described above will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 shows a ball screw with a spline manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd. (model number: BS1610 (3 equally distributed), rolling element diameter: 3.175 mm, rolling element pitch circle diameter (BCD): 16.5 mm, lead: 10 mm, shaft diameter FIG. 12 is a diagram showing a result of analyzing the relationship between the load ball number ratio h _BS (t) of the ball screw rolling element and t / Dw (the ratio of the movement amount and the diameter of the ball screw rolling element) using the ball screw rolling element. In the drawing, (a) shows the case where the rolling element pitch circle diameter of the ball screw groove is dm = 16.75 mm, (b) shows the case where dm = 16.90 mm, and (c) shows the case where dm = 17.15 mm. Each is shown.
[0019]
As can be seen from the analysis results of FIG. 3, when the rolling element pitch circle diameter of the ball screw rolling element is dm = 16.75 mm, the fluctuation range of the load ball number ratio h _BS (t) to t / Dw is ± 0. On the other hand, when dm is 16.90 mm, the fluctuation range of the load ball number ratio h _BS (t) to t / Dw is about ± 0.1, and when dm is 17.15 mm. The fluctuation range of the load ball number ratio h _BS (t) with respect to t / Dw is about ± 0.05. Therefore, in order to keep the fluctuation range of the load ball number ratio h _BS (t) with respect to t / Dw within a range of ± 0.1, the rolling element pitch circle diameter of the ball screw rolling element is set to 16.90 mm or more. It turns out to be good.
[0020]
FIG. 4 shows a ball spline using a ball screw with a spline (model number: BS45 **, rolling element diameter: 3.968 mm, rolling element pitch circle diameter (BCD): 41 mm, shaft diameter: 45 mm) manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd. It is a figure which shows the analysis result of the relationship between the load ball number ratio _hSP (t) of a rolling element, and t / Dw (ratio of the movement amount of a ball spline rolling element and diameter), and (a) in a figure shows a ball. (B) shows the case where l = 20 mm, and (c) shows the case where l = 40 mm.
[0021]
As can be seen from the analysis results of FIG. 4, when the lead of the ball spline groove is l = 10 mm, the variation width of the load ball number ratio h _SP (t) to t / Dw is ± 0.2, in the case of l = 20 mm variation range in the load ball ratio _SP (t) becomes about ± 0.1 for t / Dw, l = load ball speed ratio t / Dw in the case of 40 mm _SP of (t) The fluctuation width is about ± 0.1. Therefore, it can be seen that the lead of the ball spline groove should be l = 20 mm or more in order to suppress the fluctuation width of the load ball number ratio h _SP (t) to t / Dw within the range of ± 0.1.
[0022]
From the above, the pitch diameter of the rolling element pitch of the ball screw rolling element and the lead of the ball spline groove are set so that the fluctuation range of the load ball number ratio h _BS (t) with respect to t / Dw changes within a range of ± 0.1. by selecting the design parameters equal, the load ball ratio _h BS _(t), the variation of _h SP (t) is suppressed, the load balls ratio _{_{h BS (t), h SP}} (t) Fluctuation is suppressed to a small degree, and the load change of each rolling element when the ball screw nut 12 and the ball spline nut 13 are relatively moved with respect to the ball screw shaft 11 is reduced. The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described embodiment, the number of the ball spline grooves formed on the outer peripheral surface of the ball screw shaft 11 is three, but the number of the ball spline grooves may be one, two, or four or more. In the above-described embodiment, the ball screw rolling element and the ball spline rolling element are spherical, but, for example, roller-shaped rolling elements may be used.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the ball screw with splines according to the first to third aspects of the present invention, it is possible to suppress the change in the operating torque and the rigidity due to the loss of the preload of the rolling element, and to improve the reliability. .
According to the ball screw with a spline according to the fourth and fifth aspects of the present invention, it is possible to more effectively suppress a change in operating torque and rigidity caused by a loss of preload of the rolling element, thereby improving reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an axial cross-sectional view of a ball screw with a spline according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a result of analyzing a ratio of a load ball number of a ball screw rolling element to a ratio of a movement amount and a diameter of the ball screw rolling element.
FIG. 4 is a diagram showing a result of analyzing a ratio of the number of balls to be loaded on a ball spline rolling element to a ratio between a moving amount and a diameter of the ball spline rolling element.
FIG. 5 is a diagram showing a non-load range on a ball screw side and a non-load range on a spline side of a ball screw with a spline.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 Ball screw with spline 11 Ball screw shaft 12 Ball screw nut 13

Ball spline nut

14, 15, 19, 21 Ball screw groove 16-17, 27-29

Ball spline groove

20, 22 Ball screw rolling element 30 Ball

spline rolling element

23 , 25,31,35 End caps 24,26,32 Rolling body circulation holes

Claims

外周面に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外周面と対向する内周面にボールねじ溝を有するボールねじナットと、前記ボールねじ軸及び前記ボールねじナットの両ボールねじ溝間に配設された多数のボールねじ転動体と、前記ボールねじ軸の外周面と対向する内周面に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、前記ボールねじ軸及び前記ボールスプラインナットの両ボールスプライン溝間に配設された多数のボールスプライン転動体とを備えてなるスプライン付きボールねじにおいて、
前記ボールねじ転動体の直径をＤ_ＢＳ、前記ボールスプライン転動体の直径をＤ_ＳＰ、前記ボールねじ軸のボールねじ溝とボールスプライン溝との隣り合う交差部間の円周方向の距離をｙ_ＢＳ、前記ボールねじ軸のボールねじ溝とボールスプライン溝との隣り合う交差部間の軸方向の距離をｙ_ＳＰ、前記ボールねじ転動体間の隙間をｘ_ＢＳ、前記ボールスプライン転動体間の隙間をｘ_ＳＰとしたとき、ｙ_ＢＳ≠（Ｄ_ＢＳ＋ｘ_ＢＳ）×Ｎ（Ｎ；整数）もしくはｙ_ＳＰ≠（Ｄ_ＳＰ＋ｘ_ＳＰ）×Ｎ（Ｎ；整数）のいずれかが成立することを特徴とするスプライン付きボールねじ。A ball screw shaft having a ball screw groove and a ball spline groove on an outer peripheral surface, a ball screw nut having a ball screw groove on an inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the ball screw shaft, the ball screw shaft and the ball screw A number of ball screw rolling elements disposed between the two ball screw grooves of the nut, a ball spline nut having a ball spline groove on an inner peripheral surface facing an outer peripheral surface of the ball screw shaft, the ball screw shaft and the ball screw shaft; In a ball screw with a spline comprising a number of ball spline rolling elements disposed between both ball spline grooves of a ball spline nut,
The diameter of the ball screw rolling element is D _BS , the diameter of the ball spline rolling element is D _SP , and the circumferential distance between adjacent intersections of the ball screw groove and the ball spline groove of the ball screw shaft is y _BS. The axial distance between adjacent intersections of the ball screw groove and the ball spline groove of the ball screw shaft is y _SP , the gap between the ball screw rolling elements is x _BS , and the gap between the ball spline rolling elements is when the _{_{_{x SP, y BS ≠ (D}}} BS + x BS) × N wherein the one of; (integer N) is established (N integer) or _{_{_{y SP ≠ (D SP + x}}} SP) × N Ball screw with spline.

前記ボールねじ転動体の全ての個数で負荷を受ける転動体の個数を除した値が±０．１の範囲内で変化するように前記ボールねじ転動体の転動体間ピッチを設定した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。The pitch between the rolling elements of the ball screw rolling element is set such that a value obtained by dividing the number of rolling elements receiving a load by all the number of the ball screw rolling elements changes within a range of ± 0.1. The ball screw with a spline according to claim 1.

前記ボールスプライン転動体の全ての個数で負荷を受ける転動体の個数を除した値が±０．１の範囲内で変化するように前記ボールスプライン転動体の転動体間ピッチを設定したことを特徴とする請求項１または２記載のスプライン付きボールねじ。The pitch between the rolling elements of the ball spline rolling elements is set such that a value obtained by dividing the number of rolling elements receiving a load by all the number of the ball spline rolling elements changes within a range of ± 0.1. The ball screw with a spline according to claim 1 or 2, wherein

前記ボールねじ転動体の全ての個数で負荷を受ける転動体の個数を除した値が０．８以下にならないように前記ボールねじ転動体の転動体間ピッチを設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスプライン付きボールねじ。The inter-rolling element pitch of the ball screw rolling elements is set so that a value obtained by dividing the number of rolling elements receiving a load by all the number of the ball screw rolling elements does not become 0.8 or less. 4. The ball screw with a spline according to any one of 1 to 3.

前記ボールスプライン転動体の全ての個数で負荷を受ける転動体の個数を除した値が０．８以下にならないように前記ボールスプライン転動体の転動体間ピッチを設定したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスプライン付きボールねじ。The pitch between the rolling elements of the ball spline rolling elements is set so that a value obtained by dividing the number of rolling elements receiving a load by all the numbers of the ball spline rolling elements does not become 0.8 or less. The ball screw with a spline according to any one of 1 to 4.