JPH0684776B2 - 複合運動案内ユニットおよびこれを用いた複合運動案内装置 - Google Patents

複合運動案内ユニットおよびこれを用いた複合運動案内装置

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JPH0684776B2
JPH0684776B2 JP62061083A JP6108387A JPH0684776B2 JP H0684776 B2 JPH0684776 B2 JP H0684776B2 JP 62061083 A JP62061083 A JP 62061083A JP 6108387 A JP6108387 A JP 6108387A JP H0684776 B2 JPH0684776 B2 JP H0684776B2
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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、軸方向の運動および回転方向の運動を案内
する複合運動案内ユニットおよびこれを用いた複合運動
案内装置に関する。
（従来の技術） 従来、運動案内機構としては、ボールねじやボールスプ
ラインが知られている。すなわちボールねじは、外周面
に螺旋状のボールねじ溝を設けたねじ軸に、多数のボー
ルを介してナットを嵌合し、ナットとねじ軸間の摩擦を
小さくしてスムースな運動の伝達を図るものである。一
方ボールスプラインは、外周面に軸方向に直線状のボー
ルスプライン溝を設けたスプライン軸に、多数のボール
を介して外筒を嵌合したもので、トルクを伝達しつつス
ムースに直線運動を案内するものである。
（発明が解決しようとする問題点） しかし斯かる従来技術の場合には、ボールねじは回転運
動と直線運動との運動変換機構としての機能しかなく、
一方ボールスプラインはトルクを伝達しつつスムースな
直線運動を案内する機能しかないので、両機能を必要と
する装置にあっては両方が必要となる。そのために部品
点数が増大すると共に装置構成も複雑となってしまう。
一方、１つの軸体にボールスプライン溝とボール溝を備
えた運動案内機構が知られている。しかしこの場合に
は、軸体のそれぞれ別の部分にボールスプライン溝とボ
ールねじ溝を設けたもので、軸体の長さが長くなり勢い
装置構成も大型化するという問題がある。また軸体の長
さが長くなるために、ねじり剛性も弱くなり強度上問題
があり、更にコンパクトにまとめられない。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、ボールねじ
とボールスプラインの両機能を合せ持つと共に、かつ小
型化を図り得る複合運動案内ユニットおよびこれを用い
た複合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、本第１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て成り、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して成ることを特徴としている。
一方、本第２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、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し、該ボー
ルねじ用ナットおよびボールスプライン用外筒とを支持
部材により回動自在に支持すると共に、ボールねじ用ナ
ットおよびボールスプライン用外筒とをそれぞれ回転駆
動せしめる第1,第２駆動手段を備えて成ることを特徴と
している。
（作用） 而して、第１発明にあっては、外筒と軸を使用すればボ
ールスプラインとして機能し、ナットと軸を使用すれば
ボールねじとして機能する。また外筒とナットの両方を
組合わせて用いれば回転、直線運動等複合した運動を行
なう。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。
また、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。
一方、第２発明は、ボールねじ用ナットを駆動させるこ
とにより軸は往復運動する。一方、ボールスプライン用
外筒を駆動させれば軸は回転運動を行なう。したがって
第1,第２駆動手段を同時に作動させれば、軸は回転しつ
つ往復する複合運動を行なう。また第1,第２駆動手段に
よるナットおよび筒の回動量を適宜調整することによ
り、軸の往復運動の送りスピードを変化させることがで
きる。
（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。本第
１発明に係る複合運動案内ユニットを示す第１乃至第５
図において、１は複合運動案内ユニット全体を示してい
る。この複合運動案内ユニット１は、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
４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。
またナット本体61の外周中央にはウォームホィールを構
成するフランジ63が突設されており、フランジ外周面に
ウォームが噛合する歯63aが形成されている。
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。一方外筒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。負荷ボール５は、第４図および第５図に示すよう
にラジアル方向に対して所定の角度（α）をもって２点
接触しており、その接触角は約45度に設定されているの
で、大トルクの伝達を行なうことができる。また、ボー
ル５にプリロードを付与してアンギュララッシュを解消
でき、位置決め精度および作動応答性が向上する。さら
に、作動時の騒音が低減されると共に耐久性をも向上さ
せることができる。
この保持器12は薄肉円筒形状で、負荷ボール案用のスリ
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外周面のボール逃げ溝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。
一方外筒７の外周面中央には、上記ボールねじ用ナット
６と同様に半径方向外方に張り出すフランジ71が突設さ
れており、このフランジ71の外周面にウォームが噛合す
る歯71aが形成されている。
上記構成の複合運動案内ユニットにあっては、ボールね
じ用ナット６と軸４とによって回転運動と直線運動の運
動の変換がなされる。一方、ボールスプライン用外筒７
と軸４とによって直線運動が案内される。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。
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。
第６図には本第２発明に係る複合運動案内装置の一実施
例が示されている。すなわち、１は上記した第１発明の
複合運動案内ユニットであり、このユニット１が支持部
材としてのハウジング20に支持されている。ハウジング
20には軸４挿通用の孔21が設けられていて、孔21内周に
上記複合運動案内ユニット１のボールねじ用ナット６お
よびボールスプライン用外筒７が共にベアリング22…25
を介して回動自在に組付けられている。上記ボールねじ
用ナット６とボールスプライン用外筒７は軸方向になる
べく近付けて配置して小型化を図っている。一方ハウジ
ング20の孔21内周には、上記ナット６および外筒７の外
周に突設したフランジ63,71を逃がすための環状の凹所2
6,27が形成されている。また、この凹所26,27の上部に
は各ナット６および外筒７のフランジ61,71に形成した
歯63a,71aに噛合するウォームギヤ28,29が収容されてい
る。ウォームギヤ28,29は軸４に対して直交する方向に
配設されていて、各ウォームギヤ28,29にはそれぞれ軸2
8a,29aを介してモータ（図示せず）に連結されている。
而して、モータと上記ウォームギヤ28,29によって駆動
手段を構成している。
ボールねじ用ナット６は、ナット本体61外周の軸方向両
端部に配置される１対のベアリング22,23によってハウ
ジング20に支持されている。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
してある。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20の孔21
内周面に嵌合している。また、ボールスプライン用外筒
７も、ボールねじ用ナット６と同様に正面組合せタイプ
のアンギュラコンタクト玉軸受よりなる１対のベアリン
グ24,25によってハウジング20に支持されていて、その
外周にはベアリング24,25が嵌合する段部71b,71bが形成
されている。一方ハウジング20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23,24の位
置決めを図る段凸部30が突設されていて、各ベアリング
23,24を段凸部30の軸方向両端縁に突き当ててナット６
と外筒７の間隔を一定に保って干渉を避けている。
また孔21の開口端部内周には取付用ナット31,31が螺着
されている。取付用ナット31,31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20
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31,31の外径側端部にはボールねじ用ナット６
およびボールスプライン用外筒７に嵌合される孔21開口
端側に配置されるベアリング22,25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31,31をハウジング20の孔21内に締付けていくことに
より、ベアリング22,25を介してボールねじ用ナット６
およびボールスプライン用外筒７を軸方向に近付けるよ
うに孔21の奥側に押し込むようになっている。
上記構成の複合運動案内装置にあっては、ボールねじ用
ナット６駆動用ウォームギヤ28およびボールスプライン
用外筒７駆動用ウォームギヤ29を単独あるいは組合せて
作動させることにより、軸４を回転、あるいは往復、さ
らに回転と往復の複合運動を行なわせることができる。
第１〜第３表には、ボールねじ用ナット６とボールスプ
ライン用外筒７と駆動方向および速度を各種組合せた場
合の軸４の運動状態を示している。
ここでボールねじ溝２のねじ切り方向と、ナット６の回
転方向との関係は、軸４を回転させない状態でナット６
を時計方向に回転すると軸４は上昇し、反時計方向に回
すと軸４は下降するように作動するものとする。したが
ってナット６を固定した状態でボールスプライン用の外
筒７を時計回りさせると軸４は時計回りしてナット６に
対して相対的に反時計方向に回転することにになるの
で、軸４は下降し、外筒７を反時計方向に回転させると
上昇するように作動する。
第１表には外筒７を時計回り方向に回転させた場合に
は、ボールねじ用ナット６を時計回りおよび反時計回り
方向に回転させ、それぞれ回転速度を種々変化させた場
合の軸４の運動状態を示している。
すなわちナット６を外筒７と同じ時計方向に回転させる
場合には、外筒７の方をナット６より早く回転させる
と、軸４は時計回りしながら下降する。ナット６を外筒
７と同じ速度で回転させると軸４は回転するだけで上下
しない。ナット６を外筒７より早く回転させると時計回
りしながら上昇する。
一方、ナット６を外筒７と逆に反時計回りに回転させる
場合には、ナット６を外筒７より遅く回転させても早く
回転させても軸４は早いスピードで時計回りしながら下
降する。
さらに、ナット６を停止させた場合は軸４は時計回りし
ながら下降する。
第２表には、外筒７を反時計回りに回転させ、ボールね
じ用のナット６を時計回りおよび反時計回り方向に回転
させ、それぞれ回転速度を種々変化させている。この場
合には、ナット６を時計回り方向に回転させる場合には
速度の差に拘わらず軸４は反時計回りしながら早いスピ
ードで上昇する。一方ナット６を外筒７と同じ反時計方
向に回転させた場合には、速度差に応じて上・下動ある
いは停止状態となる。
第３表には外筒７を停止させた状態で、ナット６を時計
回り、反時計回り方向に回転させた場合を示しており、
この場合には通常のボールねじと同様に上昇、あるいは
下降する。
尚、微動送り、早送りさせることも可能である。
（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、本第
１発明によれば、１本の軸でもってボールスプラインと
ボールねじの両機能を合せ持つので、従来のようにボー
ルスプラインとボールねじの両方が必要な装置において
部品点数を削減することができると共に装置構成の単純
化を図ることができる。また１本の軸の同一箇所にボー
ルねじ用およびボールスプライン用ボール転走溝を設け
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。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も防止することができ
る。
また、本第２発明によれば、軸に嵌合するボールスプラ
イン用外筒およびボールねじ用ナットを回転駆動する駆
動手段を単独であるいは組合せて作動させれば、軸を回
転あるいは往復運動、さらに回転と往復の複合運動等、
種々の運動をさせることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本第１発明の一実施例に係る複合運動案内ユニ
ットの要部縦断正面図、第２図は第１図のボールスプラ
イン用外筒の縦断正面図、第３図は第２図の外筒の保持
器の正面図、第４図は第３図の保持器の断面図、第５図
は第３図の保持器に案内保持されるボールの部分拡大
図、第６図は本第２発明の複合運動案内装置の一実施例
を示す縦断正面図である。 符号の説明 １……複合運動案内ユニット 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 20……ハウジング（支持部材） 21……孔 22〜25……ベアリング 28,29……ウォームギヤ（駆動手段）

Claims (2)

    【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単一のボール
    スプライン用外筒とを嵌合し、前記単一のボールスプラ
    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、 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
    とする複合運動案内ユニット。
  2. 【請求項２】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単一のボール
    スプライン用外筒とを嵌合し、前記単一のボールスプラ
    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、 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し、 前記ボールねじ用ナットおよびボールスプライン外筒と
    を支持部材により回動自在に支持すると共に、ボールね
    じ用ナットおよびボールスプライン用外筒とをそれぞれ
    回転駆動せしめる第1,第２駆動手段を備えて成ることを
    特徴とする複合運動案内装置。
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