JPH0473450A - ボールねじユニット及びこれを利用した伸縮装置 - 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、例えば、工業用ロボットにあけるアーム等に
利用されるボールねじユニット及びこれを利用した伸縮
装置に関する。

［従来の技術］ モーター等の動力によって重畳配置された複数のスライ
ダを相対的に移動させ、これらスライダによって構成さ
れた可動体の長さを適宜調整する伸縮装置は、機械装置
のスライドカバーや各種構造物の扉、工業用ロボットの
アーム等に使用されている。

従来、この様な伸縮装置において、モータの回転運動を
直線運動に変換して上記スライダを相互にスライドさせ
る機構としては、例えば、モータ等に接続されたピニオ
ンによってスライダに固定されたラックを直線駆動する
方式や、ワイヤーの巻取によってスライダに固定された
滑車を引張る方式等が一般的である。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、工業用ロボットにおける伸縮装置の使用態様
としては、例えば第８図に示すようなものがある。具体
的には、被加工物ａに対して所定の加工を行なうツール
部すをロボット本体ｅに支持する伸縮アームＣとして用
いられており、ツール部すを待機ポジション（第８図内
実線）と加工ポジション（第８図内実線）との間で往復
運動させて、生産ラインｄ上を一定の間隔で連続的に送
られてくる被加工物ａに対してツール部すを繰返しアプ
ローチさせる手段として使用されている。

この様に伸縮アームとして利用される伸縮装置にあって
は、その性能として以下の点が要求される。

先ず、第一は、高精度な伸縮運動の達成である。

上述したように伸縮装置は待機ポジションにあるツール
部を正確な加工ポジションに送り込む役割を担っている
ので、伸縮量に誤差がある場合には繰り返し運動によっ
て当該誤差が累積し、ツール部を正確な加工ポジション
に送り込むことかできないからである。

又、第二は、伸縮運動の高速化である。工業用ロボット
においては、ツール部を待機ポジションから加工ポジシ
ョンに送り込む速度、加工ポジションから待機ポジショ
ンに退ける速度が生産ラインの速度、すなわち生産効率
と密接に結びついているからである。

更に、第三は、構造のコンパクト化及び軽量化である。

近年の工業用ロボットには益々その運動の複合化、多機
能化が要求され、ロボット本体あるいはツール部の周辺
には種々の機器を搭載する必要が生じている。それ故、
軽量コンパクトなロボットを設計するにあたっては、伸
縮装置もコンパクト化、軽量化が要求されるものである
。

しかし、上述した従来の伸縮装置にあっては、伸縮運動
の停止あるいは反転時に各スライダに移動誤差が発生し
易いので、繰返し運動における伸縮運動の精度が悪く、
且つ、高速適度時にガタつきが発生し易いといった問題
点を有している。

又、実際の製作ではその構造が複雑となり、従来の伸縮
装置では、ロボットアームの軽量化、コンパクト化の要
求に充分に応えられないといった問題点も生じている。

本発明はこの様な問題点に鑑みなされたものでおり、そ
の目的とするところは、高精度、高速、且つ、軽量コン
パクトな伸縮装置の設計を可能とするボールねじユニッ
トを提供することにおる。

又、本発明の他の目的は、上記ボールねじユニットを利
用した高精度、高速、且つ、軽量コンパクトな伸縮装置
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明のボールねじユニッ
トは、互いに逆ねじの関係にある第一の螺旋状ボール転
走溝及び第二の螺旋状ボール転走溝が形成されると共に
、上記第一の螺旋状ボール転走溝と交差するよう軸方向
に沿って直線状ボール転走溝が形成されたねじ軸と、固
定部に回転可能に支持されると共に上記直線状ボール転
走溝と相俟ってボールを挟み込み、上記ねじ軸にトルク
を伝達するスプラインナツトと、上記固定部に係止され
ると共に上記第一の螺旋状ボール転走溝と相俟ってボー
ルを挟み込み、上記ねじ軸の回動に伴ないこれを軸方向
に推進する第一のボールねじナツトと、上記第二の螺旋
状ボール転走溝と相俟ってボールを挟み込み、上記ねじ
軸の回動に伴ない移動する第二のボールねじナツトとか
らなることを特徴とするものである。

又、本発明の伸縮装置は、互いに逆ねじの関係にある第
一の螺旋状ボール転走溝及び第二の螺旋状ボール転走溝
が形成されると共に、上記第一の螺旋状ボール転走溝と
交差するよう軸方向に沿って直線状ボール転走溝が形成
されたねじ軸と、固定部に回転可能に支持されると共に
上記直線状ボール転走溝と相俟ってボールを挟み込み、
上記ねじ軸にトルクを伝達するスプラインナツトと、上
記固定部に係止されると共に上記第一の螺旋状ボール転
走溝と相俟ってボールを挟み込み、上記ねじ軸の回動に
伴ないこれを軸方向に推進する第一のボールねじナツト
と、上記第二の螺旋状ボール転走溝と相俟ってボールを
挟み込み、上記ねじ軸の回動に伴ない移動する第二のボ
ールねじナツトと、相互にスライドする複数のスライダ
から伸縮自在に形成され、両端部のスライダが夫々上記
固定部と第二のボールねじナツトとに連結された可動体
とから構成されることを特徴とするものである。

この様な技術的手段において、上記ボールねじユニット
は以下のような動作をする。すなわち、モータ等の原動
機によって上記スプラインナツトにトルクを伝達してね
じ軸を回転させると、固定部に係止された第一のボール
ねじナツトによりねじ軸が軸方向にストロークする一方
、第二のボールねじナツトはねじ軸のストローク方向と
同一方向にねじ軸外周面を移動するのである。

このとき、ねじ軸の第一の螺旋状ボール転走溝と第二の
螺旋状ボール転走溝とは、必ずしも同一のリードで形成
される必要は無く、又、これら螺旋状ボール転走溝の形
成領域の長さも夫々適宜設計変更して差し支えない。但
し、固定部に対する第二のボールねじナツトのストロー
ク量を最大にするという観点からすれば、第一のボール
ねじナツトが第一螺旋状ボール転走溝の形成領域を移動
するのに要する時間と、第二のボールねじナツトが第二
の螺旋状ボール転走溝の形成領域を移動するのに要する
時間とが等しくなるよう、各転走溝のリード及び形成領
域の長さを決定することが必要である。

又、上記直線状ボール転走溝としては、スプラインナツ
トからねじ軸に伝達されるトルクの大きさ等によってそ
の条数を適宜設計変更して差し支えない。

更に、上記伸縮装置おける可動体としては、第二のボー
ルねじナツトの移動に伴なって自在に伸縮し、且つ、第
二のボールねじナツトがねじ軸と共に回転するのを防止
できるもであれば、スライダの数や形状等を適宜設計変
更して差し支えない。

例えば、スライダの形状を筒状にしてねじ覆うように可
動体を配置すれば伸縮機能を持つロボットアームとする
ことができるほか、スライダ形状を板状とすれば各種構
造物の自動開閉扉とすることができる。

［作　用］ 上記技術的手段は次のように作用する。

本発明のボールねじユニットによれば、固定部に対して
ねじ軸がストロークする一方、第二のボールねじナツト
がねじ軸に対してストロークするので、コンパクトな構
成で第二のボールねじナツトの固定部に対する移動量を
大きく設定できるほかその移動が高速化する。

更に、本発明のボールねじユニットを利用した伸縮装置
によれば、軽」且つコンパクトな構造で、ロングストロ
ークの高速伸縮運動を可動体に与えることができる外、
ボールを用いた転がり軸受によって伸縮運動を得るので
、ボールに予圧を付与することでスライダの移動誤差や
ガタつきを可及的に小さくすることが可能となる。

［実施例］ 以下、添付図面に基づいて本発明のボールねじユニット
及びこれを利用した伸縮装置を詳細に説明する。

第１図は本発明のボールねじユニットの第一実施例を示
すものであり、複数条のボール転走溝が形成されたねじ
軸１と、固定部８に回転可能に支持されて上記ねじ軸１
にトルクを伝達するスプラインナツト２と、固定部８に
配設されて上記ねじ軸１を軸方向にストロークさせる第
一のボールねじナツト３と、ねじ軸１の回動に伴なって
軸方向にストロークする第二のボールねじナツト４とか
ら構成されている。

上記ねじ軸１には、互いに逆ねじの関係にある第一の螺
旋状ボール転走溝１１と第二の螺旋状ボール転走溝１２
とが同一のリードで形成されており、前者には上記第一
のボールねじナツト３が螺合する一方、後者には上記第
二のボールねじナツト４が螺合してる。又、ねじ軸１の
一部には、上記スプラインナツト２を案内するための直
線状ボール転走溝１３が第一の螺旋状ボール転走溝１１
と交差するように３条形成されている。

上記スプラインナツト２は、第２図及び第３図に示すよ
うに、上記直線状ボール転走溝１３と相俟ってボール２
１を挟み込む負荷ボール溝２２を有すると共に、この負
荷ボール溝２２と対をなす無負荷ボール溝２３及びこれ
ら各溝の両端を連通ずる円周方向の案内溝が形成された
ナツト本体２４と、このナツト本体２４内に嵌挿され、
上記負荷ボール溝２２を転走する負荷ボール２１ａを保
持整列させる長孔２５を有すると共に、上記無負荷ボー
ル溝２３及び案内溝と相俟って無負荷ボール２１ｂの循
環路を形成する樹脂製ボール保持器２６とから構成され
ている。

又、上記ナツト本体２４の外周面にはボール２７を介し
てアンギュラコンタクトベアリングの外輪２８が設けら
れてあり、外輪２８に対して上記ナツト本体２４が自在
に回転可能となっている。

従って、上記外輪２８に形成されたフランジ部２９をボ
ルト結合等の手段で固定部８に固定することで、ナツト
本体２４を貫通するねじ軸１に回転運動、往復運動ある
いはこれらの複合運動を自在に与えることが可能となっ
ている。

一方、上記第一のボールねじナツト３は、第４図及び第
５図に示すように、第一の螺旋状ボール転走溝１１と相
俟ってボール３１を挟み込む螺旋状負荷ボール溝３２を
内周面に有すると共に、無負荷ボールの転走孔３３が穿
設され、外周面には固定用の７ランジ部３４が形成され
たナツト本体３５と、このナツト本体３５の軸方向両端
面に固定され、螺旋条負荷ボール溝３２と上記転走孔３
３とを連通ずるエンドキャップ３６とから構成されてい
る。

尚、上記第二のボールねじナツト４も、第一のボールね
じナツト３と同様なナツト本体旧とエンドギャップ４２
とから構成されているが、ナツト本体４１の内周面に形
成された螺旋状負荷ボール転走溝４３は第一のボールね
じナツト３と逆ねじに形成され、ねじ軸１の第二の螺旋
状ボール転走溝１２と相俟ってボール４４を挟み込むよ
うになっている以上のように構成された本実施例のボー
ルねじユニットの基本的な使用態様は第１図に一点鎖線
で示す通りである。すなわち、スプラインナツト２に組
付けられた外輪２８及び第一のボールねじナツト３を固
定部８に固定する一方、往復運動させる移動体５に第二
のボールねじナツト４を固定し、スプラインナツト２の
ナツト本体２４に取付けたプーリー６を介してモータ等
（図示せず）の回転運動をナツト本体２４に伝達するの
である。

これによれば、スプラインナツト２によりモータの回転
運動がねじ軸１に伝達されると、ねじ軸１には第一のボ
ールねじナツト３による軸方向の直線運動が与えられる
一方、第二のボールねじナツト４にはねじ軸１に沿った
直線運動か発生する。

第６図及び第７図は、上記ボールねじユニットを用いて
構成した伸縮装置の第一実施例を表すものであり、夫々
、短縮時、伸長時の状態を示している。

固定部Ｂには、径の異なる３本の円筒状スライダ７１，
７２．７３を軸方向へ相互にスライド可能に、且つ、円
周方向へは回転不能に連結した可動体７がねじ軸１を覆
うように固定されており、最少径のスライダ７３（以下
、出力スライダ）の一端には上記第二のボールねじナツ
ト４が固定されている。

各スライダ７１．７２．７３は間隔をおいて配設された
一対の滑り軸受７４によって連結されており、伸長時あ
るいは短縮時において可動体７に撓みや歪みが発生する
のを防止している。

又、スプラインナツト２に設【プられたプーリー６には
、タイミングベルト８を介してステッピングモータＨが
接続されている。

そして、以上のような構成においては、ステラピンモー
タＨに駆動パルスを与えてねじ軸１を所定角度回転させ
ることにより、第二のボールねじナツト４に固定された
出力スライダ７３が第−及び第二の螺旋状ボール転走溝
１１，１２のリードに応じてストロークし、可動体７を
任意の長さに自在に伸縮させることができるのである。

このとき、本実施例の伸縮装置にあっては、上述したボ
ールねじユニットの精度をそのまま出力スライダ７３の
移動精度として利用でき、繰返し伸縮運動における出力
スライダ７３の移動精度、すなわち可動体７の伸縮精度
の高精度化を期待することができる。

又、ねじ軸１のストローク速度と第二のボールねじナツ
ト４のストローク速度の和が出力スライダ７３の移動速
度となるので、モータＨの低速回転で可動体７に高速の
伸縮運動が発生する利点も有している。

更に、本発明のボールねじユニットを覆うように伸縮自
在な可動体７を配設するのみの簡易な構造で高精度の伸
縮運動を得られ、装置の軽量化及びコンパクト化を容易
に行ない得るものである。

尚、本実施例では、伸縮装置との関連において本発明の
ボールねじユニットを説明したが、ボールねじユニット
の使用はこれに限定されるものではなく、コンパクトな
装置構成で高速、且つ、高精度の往復運動が要求される
機器の送り装置として利用することも可能である。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明のボールねじユニット
によれば、コンパクトな装置構成で第二のボールねじナ
ツトの固定部に対する移動量及び移動速度を大きく設定
することが可能であり、軽量、コンパクト、且つ、高速
の伸縮装置を容易に設計することが可能となる。

更に、本発明のボールねじユニットを利用した伸縮装置
によれば、装置の軽量化、コンパクト化、伸縮運動の高
速化を達成できる外、ボールに予圧を付与することによ
ってスライダを精度良く、ガタつきなく移動させること
ができ、繰返し精度の高い伸縮運動を得ることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のボールねじユニットの第一実施例を示
す正面断面図、第２図及び第３図は第一実施例に係るス
プラインナツトを示す正面及び側面断面図、第４図及び
第５図は第一実施例に係る第一のボールねじナツトを示
す正面及び側面断面図、第６図は本発明の伸縮装置の短
縮時の状態を示す概略図、第７図は本発明の伸縮装置の
伸長時の状態を示す概略図、第８図は伸縮装置を利用し
た工業用ロボットの一例を示す概略図である。 ［符号説明］ １：ねじ軸　　　　　２ニスプラインナツト３：第一の
ボールねじナツト ４：第二のボールねじナツト ７：可動体 １１：第一の螺旋状ボール転走溝 １２：第二の螺旋状ボール転走溝 １３：直線状ボール転走溝 ７１．７２，７３ニスライダ Ｂ二固定部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに逆ねじの関係にある第一の螺旋状ボール転
   走溝及び第二の螺旋状ボール転走溝が形成されると共に
   、上記第一の螺旋状ボール転走溝と交差するよう軸方向
   にそって直線状ボール転走溝が形成されたねじ軸と、固
   定部に回転可能に支持されると共に上記直線状ボール転
   走溝と相俟ってボールを挟み込み、上記ねじ軸にトルク
   を伝達するスプラインナットと、上記固定部に係止され
   ると共に上記第一の螺旋状ボール転走溝と相俟つてボー
   ルを挟み込み、上記ねじ軸の回動に伴ないこれを軸方向
   に推進する第一のボールねじナットと、上記第二の螺旋
   状ボール転走溝と相俟ってボールを挟み込み、上記ねじ
   軸の回動に伴ない移動する第二のボールねじナットとか
   らなることを特徴とするボールねじユニット。
2. （２）互いに逆ねじの関係にある第一の螺旋状ボール転
   走溝及び第二の螺旋状ボール転走溝が形成されると共に
   、上記第一の螺旋状ボール転走溝と交差するよう軸方向
   に沿って直線状ボール転走溝が形成されたねじ軸と、固
   定部に回転可能に支持されると共に上記直線状ボール転
   走溝と相俟つてボールを挟み込み、上記ねじ軸にトルク
   を伝達するスプラインナットと、上記固定部に係止され
   ると共に上記第一の螺旋状ボール転走溝と相俟ってボー
   ルを挟み込み、上記ねじ軸の回動に伴ないこれを軸方向
   に推進する第一のボールねじナットと、上記第二の螺旋
   状ボール転走溝と相俟ってボールを挟み込み、上記ねじ
   軸の回動に伴ない移動する第二のボールねじナットと、
   相互にスライドする複数のスライダから伸縮自在に形成
   され、両端部のスライダが夫々上記固定部と第二のボー
   ルねじナットとに連結された可動体とから構成されるこ
   とを特徴とする伸縮装置。