特開 2024-65857 スプライン付きボールねじ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024065857

(43)【公開日】2024-05-15

(54)【発明の名称】スプライン付きボールねじ

(51)【国際特許分類】

   F16H 25/24 20060101AFI20240508BHJP

   F16H 25/22 20060101ALI20240508BHJP

【ＦＩ】

F16H25/24 A

F16H25/22 C

F16H25/24 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022174926

(22)【出願日】2022-10-31

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 圭一

(72)【発明者】

【氏名】藤田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】水口 淳二

(72)【発明者】

【氏名】高橋 大樹

【テーマコード（参考）】

3J062

【Ｆターム（参考）】

3J062AA38

3J062AB22

3J062AC07

3J062BA12

3J062BA27

3J062BA35

3J062CD04

3J062CD25

3J062CD45

3J062CD54

3J062CD75

(57)【要約】

【課題】軽量化及び低慣性化を促進して、良好な作動性を得ることができ、製造コストも低減することができるスプライン付きボールねじを提供する。
【解決手段】ボールねじ軸と、ボールねじナットと、ボールスプラインナットと、転動路に沿って転動する複数のボールねじ用ボールと、スプライン用転動路、及びスプライン用戻し路に沿って転動する複数のボールスプライン用ボールと、を有するスプライン付きボールねじであって、ボールスプラインナットは、筒状の金属部と、該金属部に内装又は外装される樹脂部と、軸方向端部に取付けられるエンドキャップと、を備え、金属部と樹脂部との組合せにより、スプライン用戻し路の少なくとも一部が形成され、樹脂成形されたエンドキャップは、方向転換路が形成され、エンドキャップと樹脂部とは、一方側に形成された複数の突起部と、他方側に形成された複数の係止部とによって、固定される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周面に螺旋状に形成された内ボールねじ溝及び前記外周面に軸線方向に形成された内ボールスプライン溝を備えたボールねじ軸と、
前記ボールねじ軸の外周面と対向する内周面に、前記内ボールねじ溝に対向する外ボールねじ溝を備えたボールねじナットと、
前記ボールねじ軸の外周面と対向する内周面に、前記内ボールスプライン溝に対向する外ボールスプライン溝及び、貫通孔からなるスプライン用戻し路を備えたボールスプラインナットと、
前記内ボールねじ溝と前記外ボールねじ溝とにより形成される転動路に沿って転動する複数のボールねじ用ボールと、
前記内ボールスプライン溝と前記外ボールスプライン溝とにより形成されるスプライン用転動路、及び前記スプライン用戻し路に沿って転動する複数のボールスプライン用ボールと、を有するスプライン付きボールねじであって、
前記ボールスプラインナットは、筒状の金属部と、該金属部に内装又は外装される樹脂部と、軸方向端部に取付けられるエンドキャップと、を備え、
前記金属部と前記樹脂部との組合せにより、前記スプライン用戻し路の少なくとも一部が形成され、
樹脂成形された前記エンドキャップは、前記スプライン用転動路と前記スプライン用戻し路との間を接続する方向転換路が形成され、
前記エンドキャップと前記樹脂部とは、一方側に形成された複数の突起部と、他方側に形成された複数の係止部とによって固定される
スプライン付きボールねじ。

【請求項2】

前記ボールスプラインナット内の軸方向端部側に、潤滑剤含有部材が収容される収容スペースを設け、
前記収容スペース内に収容された前記潤滑剤含有部材を、前記ボールねじ軸側に押圧する押圧手段を設けた
請求項１に記載のスプライン付きボールねじ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スプライン付きボールねじに関する。

【背景技術】

【0002】

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、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においては、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ボール（以下「ボールねじ用ボール」とも称す）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ボール（以下「ボールスプライン用ボール」とも称す）を配設している。

【0003】

また、スプライン付きボールねじの一タイプとして、軸受一体型スプライン付きボールねじが知られている（例えば、特許文献１参照）。軸受一体型スプライン付きボールねじを、図４を参照して簡単に説明する。軸受一体型スプライン付きボールねじ１０は、ボールねじ軸１と、ボールねじナット２と、ボールスプラインナット３と、玉軸受４、５と、を備える。

【0004】

ボールねじ軸１の外面には、所定のリードを持つ螺旋状の内ボールねじ溝１ａと、軸方向に延びる直線状の内ボールスプライン溝１ｂとが形成されている。

【0005】

ボールねじナット２は、玉軸受４により回転自在に支持されている。玉軸受４の外輪４ａは略円筒状であり、その軸方向の一端部にはフランジ４ｂを有する。外輪４ａの内面には外輪溝４ｃが２列形成されている。一方、玉軸受４の内輪を兼ねるボールねじナット２の外面には、外輪溝４ｃに対向して内輪溝２ａが形成されている。外輪溝４ｃと内輪溝２ａとの間には、玉４ｄが転動自在に配設されている。

【0006】

ボールねじナット２の内周には、内ボールねじ溝１ａに対向して螺旋状に外ボールねじ溝２ｂが形成されており、内ボールねじ溝１ａと外ボールねじ溝２ｂとで、転動路６Ａを形成する。ボールねじナット２の内部には、軸方向に貫通する戻し路６Ｂが形成され、戻し路６Ｂの両端にはエンドキャップ６Ｃ，６Ｄが接続されている。ボールねじナット２とボールねじ軸１とが相対回動すると、転動路６Ａに沿って一端まで転動したボールねじ用ボール３Ａが、エンドキャップ６Ｃ，６Ｄの一方に掬い上げられ、戻し路６Ｂを通過し、エンドキャップ６Ｃ，６Ｄの他方を介して転動路６Ａの他端に戻されるようになっている。

【0007】

ボールスプラインナット３は、玉軸受５により回転自在に支持されている。玉軸受５の外輪５ａは略円筒状であり、その軸方向の一端部には、例えばＺ－θ軸アクチュエータのハウジングに取り付けられるフランジ５ｂを有する。外輪５ａの内面には外輪溝５ｃが２列形成されている。一方、玉軸受５の内輪を兼ねるボールスプラインナット３の外面には、外輪溝５ｃに対向して内輪溝３ａが形成されている。外輪溝５ｃと内輪溝３ａとの間には、玉５ｄが転動自在に配設されている。

【0008】

ボールスプラインナット３の内周には、内ボールスプライン溝１ｂに対向して軸方向に外ボールスプライン溝３ｂが形成されており、内ボールスプライン溝１ｂと、ボールスプラインナット３の外ボールスプライン溝３ｂとで、転動路７Ａを形成する。ボールスプラインナット３の両端部には、エンドキャップ８Ａ，８Ｂが取り付けられる。転動路７Ａの両端は、エンドキャップ８Ａ，８Ｂに形成された方向転換路７Ｃ，７Ｄを介して、ボールスプラインナット３の内部に形成された戻し路７Ｂの両端に接続されている。ボールスプラインナット３とボールねじ軸１とが軸線方向に相対移動すると、転動路７Ａに沿って一端まで転動したボールスプライン用ボール３Ｂが、エンドキャップ８Ａ，８Ｂの一方を介して戻し路７Ｂに進入し、戻し路７Ｂを通過した後、エンドキャップ８Ａ，８Ｂの他方を介して転動路７Ａの他端に戻されるようになっている。
なお、図４では、転動路７Ａ、戻し路７Ｂ、方向転換路７Ｃ，７Ｄは、それぞれの通路内を移動するボールスプライン用ボール３Ｂによって示されている。

【0009】

このようなスプライン付きボールねじ１０によれば、例えば所定位置にあるボールねじナット２がボールねじ軸１に対して相対回転すると、ボールねじ軸１が軸線方向に移動するが、ボールスプラインナット３は、ボールねじ軸１の軸線方向相対移動を許容する。一方、ボールスプラインナット３が回転すると、それに連れてボールねじ軸１が同方向に回転する。このため、スプライン付きボールねじ１０は、スカラー型ロボットのＺ－θ軸アクチュエータとして好適に用いられる。

【0010】

このようなスプライン付きボールねじを有するスカラー型ロボットは、タクトタイム向上のために高速での移動及び回転が求められるため、スプライン付きボールねじ自体の軽量化及び低慣性化が重要な要素となる。

【0011】

さらに、特許文献２には、ナット本体と、ナット本体に取付けられ且つ螺旋状軌道路とリターン路とを連通する方向転換路を備えたエンドキャップと、エンドキャップに配設された含油部材と、エンドキャップの連通孔に配設された油供給部材とを備え、方向転換路を転走するボールに油を供給することにより、メンテナンスフリーを実現したボールねじが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】国際公開第２０１９／１０７１２２号公報

【特許文献2】特開２０１７－１８０６６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

ところで、スプライン付きボールねじの軽量化、低慣性化、コンパクト化を実現するためには、ボールスプラインナット外径の小径化が望まれる。特に、ボールスプラインナットに軸受を一体化させた軸受一体型のスプライン付きボールねじにおいては、高速動作が可能となるように、さらなる軽量化及び低慣性化が望まれている。

【0014】

これに対し、必要な部品を金属で一体成形すれば、ねじ等による締結部分を極力減らして全長を短くできるため、全体の軽量化及び低慣性化を実現できるが、構造上すべての部材を金属で一体成形することは困難であるとともに、結果的に全体の質量が増加するため、高速動作には不向きなものとなる。また、ナット内に潤滑剤供給部材を内装してメンテナンスフリーを実用しようとする場合、収容スペースを設けるために全体が大型化するため、結果的に質量が増加する。

【0015】

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、軽量化及び低慣性化を促進して、良好な作動性を得ることができ、製造コストも低減することが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。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 外周面に螺旋状に形成された内ボールねじ溝及び前記外周面に軸線方向に形成された内ボールスプライン溝を備えたボールねじ軸と、
前記ボールねじ軸の外周面と対向する内周面に、前記内ボールねじ溝に対向する外ボールねじ溝を備えたボールねじナットと、
前記ボールねじ軸の外周面と対向する内周面に、前記内ボールスプライン溝に対向する外ボールスプライン溝及び、貫通孔からなるスプライン用戻し路を備えたボールスプラインナットと、
前記内ボールねじ溝と前記外ボールねじ溝とにより形成される転動路に沿って転動する複数のボールねじ用ボールと、
前記内ボールスプライン溝と前記外ボールスプライン溝とにより形成されるスプライン用転動路、及び前記スプライン用戻し路に沿って転動する複数のボールスプライン用ボールと、を有するスプライン付きボールねじであって、
前記ボールスプラインナットは、筒状の金属部と、該金属部に内装又は外装される樹脂部と、軸方向端部に取付けられるエンドキャップと、を備え、
前記金属部と前記樹脂部との組合せにより、前記スプライン用戻し路の少なくとも一部が形成され、
樹脂成形された前記エンドキャップは、前記スプライン用転動路と前記スプライン用戻し路との間を接続する方向転換路が形成され、
前記エンドキャップと前記樹脂部とは、一方側に形成された複数の突起部と、他方側に形成された複数の係止部とによって、固定される
スプライン付きボールねじ。
（２） 前記ボールスプラインナット内の軸方向端部側に、潤滑剤含有部材が収容される収容スペースを設け、
前記収容スペース内に収容された前記潤滑剤含有部材を、前記ボールねじ軸側に押圧する押圧手段を設けた
（１）に記載のスプライン付きボールねじ。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、軽量化を促進して、良好な作動性を得ることができ、製造コストも低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施形態に係るスプライン付きボールねじのボールスプラインナットの分解斜視図である。

【図2】ボールねじ軸及びボールスプラインナットをボールねじ軸の軸線方向から見た模式的な断面図である。

【図3】エンドキャップの取付状態を示した要部断面図である。

【図4】従来のスプライン付きボールねじの部分破断斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明に係るスプライン付きボールねじの実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態のスプライン付きボールねじ１０は、図４に示す従来のスプライン付きボールねじ１０に対して、ボールスプラインナット３を改良したものである。そのため、スプライン付きボールねじ１０の基本構成は、すでに図４において説明した従来のスプライン付きボールねじ１０と同様であるので、必要に応じて同図を参照しながら、本実施形態のスプライン付きボールねじ１０について説明する。

【0020】

図１は、本実施形態に係るスプライン付きボールねじのボールスプラインナットの分解斜視図であり、図２は、ボールねじ軸及びボールスプラインナットをボールねじ軸の軸線方向から見た模式的な断面図である。

【0021】

図１及び図２に示すように、本実施形態のボールスプラインナット３０は、ボールねじ軸１に外装されるように円筒状に一体成形された金属筒部３１と、該金属筒部３１に外装されるように円筒状に一体成形された樹脂筒部３２と、樹脂製のエンドキャップ３３と、ボールスプラインナット３０内に潤滑剤を供給する潤滑剤供給部材３４と、を有する。

【0022】

金属筒部３１は、軸方向に延設された筒部３１ａと、該筒部３１ａの軸方向の一端側に形成されて外周面に内輪溝３ａが形成されるフランジ部３１ｂと、を有する。金属筒部３１の内周面は、ボールねじ軸１が内装され、金属筒部３１のフランジ部３１ｂは、玉軸受５により回転自在に支持されている。

【0023】

金属筒部３１の内周面には、ボールねじ軸１側の内ボールスプライン溝１ｂに対向する軸方向の外ボールスプライン溝３１ｃが形成されている。金属筒部３１の外ボールスプライン溝３１ｃと、ボールねじ軸１の内ボールスプライン溝１ｂとで、転動路７Ａを形成する。

【0024】

金属筒部３１の筒部３１ａの外周面には、戻し路７Ｂの内周側半部を構成する金属側内戻し溝３１ｄが形成されている。金属筒部３１のフランジ部３１ｂには、図１に示すように、金属側内戻し溝３１ｄの端部から連続して形成される貫通孔である戻し路７Ｂの一部が貫通形成されている。

【0025】

金属筒部３１には、径方向に貫通する金属側固定孔３１ｅが穿設されている。図１に示す例では、２箇所に形成されている。

【0026】

樹脂筒部３２は、軸方向両端側が開放された筒状に成形され、軸方向の一端側が金属筒部３１のフランジ部３１ｂに当接され、軸方向の他端側がエンドキャップ３３によって密閉される。

【0027】

樹脂筒部３２の内周面には、戻し路７Ｂの外周側半部を構成する溝であって、金属側内戻し溝３１ｄと対向する軸方向の樹脂側外戻し溝３２ａが形成されている。

【0028】

樹脂筒部３２のエンドキャップ側の軸方向端部は、金属筒部３１の筒部３１ａの軸方向長さよりも長く形成されている。このため、樹脂筒部３２の内周面のエンドキャップ３３側端部は、エンドキャップ３３を取付固定するための一対の係止部３６，３６と、エンドキャップ３３側のＵ字状の方向転換路７Ｃ，７Ｄが配置される一対の転換路設置部３７，３７と、円弧状に形成された潤滑剤供給部材３４が嵌合収容される一対の収容スペース３８，３８と、を備える。

【0029】

樹脂筒部３２には、径方向に貫通する樹脂側固定孔３２ｂが穿設されている。図１に示す例では、樹脂側固定孔３２ｂは、樹脂筒部３２の外周面を切欠いて形成した平坦部３２ｃ上に形成されている。

【0030】

エンドキャップ３３は、樹脂筒部３２の軸方向端部をカバーするように取付固定される円環板状の樹脂部材であり、軸方向に延設された突起である複数の突起部４１と、方向転換路７Ｃ，７Ｄと、が一体成形されている。図示する例では、突起部４１は一対設けられている。

【0031】

上述の構成によれば、金属筒部３１の外周面に、樹脂筒部３２の内周面が嵌合するようにして外装すると、図２に示されるように、金属筒部３１の金属側内戻し溝３１ｄと、樹脂筒部３２の樹脂側外戻し溝３２ａとで、戻し路７Ｂの一部を形成する。すなわち、図１及び図２に示されるように、ボールスプラインナット３０に形成される戻し路７Ｂは、金属筒部３１の筒部３１ａの外周面と、樹脂筒部３２の内周面との組合せによって形成される部分と、金属筒部３１のフランジ部３１ｂに穿設された部分と、が軸方向に連続して配置されることによって形成されている。

【0032】

また、樹脂側固定孔３２ｂと、金属側固定孔３１ｅとに、固定ピン３５を挿通することにより、金属筒部３１に外装される樹脂筒部３２を、所定位置で位置決めした状態で固定できる。言い換えると、図２に示されるように、金属筒部３１の外周面と、樹脂筒部３２の内周面との組合せで戻し路７Ｂを形成した状態で、金属筒部３１と樹脂筒部３２との間の軸回転方向の相対位置を固定できる。

【0033】

また、円弧状の収容スペース３８は、樹脂筒部３２のエンドキャップ３３側に端部に、係止部３６と、転換路設置部３７，３７とを設けるために成形したスペースの空きスペースを活用して設けられている。このため、一部を樹脂化したボールスプラインナット３０は、ボールスプラインナット３０の全長を延ばすことなく、空きスペースに合わせた円弧状の潤滑剤供給部材３４を収容できる。

【0034】

収容スペース３８に収容された潤滑剤供給部材３４は、図１に示すように、エンドキャップ３３側に設けた押圧手段４２によって、径方向内側であるボールねじ軸１方向に押圧できる。本実施例では、押圧手段４２として、押圧ねじ部が設けられている。該押圧ねじ部４２は、図１に示されるように、押圧用のネジ４２ａを、エンドキャップ３３の縁側と樹脂筒部３２のエンドキャップ３３側の端部に形成されたねじ穴４２ｂ，４２ｃに押込むことにより、樹脂筒部３２の外周面を、収容スペース３８の内側に押込むことができる。すなわち、潤滑剤供給部材３４をボールねじ軸１側に押して、潤滑剤を定期的にボールねじ軸１に供給できる。

【0035】

なお、押圧手段４２は、収容スペース３８内の潤滑剤供給部材３４をボールねじ軸１側に押圧可能な構成であれば良く、押圧ねじ部に代えて、潤滑剤供給部材３４を押圧する板ばね等を設けた構成としても良い。

【0036】

次に、図１～３に基づいて、エンドキャップ３３を樹脂筒部３２に取付固定する、係止部３６と、突起部４１の構成を説明する。図３は、エンドキャップの取付状態を示した要部断面図である。

【0037】

樹脂筒部３２側の係止部３６は、突起部４１を案内する軸方向の筒体３６ａと、筒体３６ａ内において樹脂筒部３２の外周面を貫通する径方向の係止孔３６ｂと、エンドキャップ３３が樹脂筒部３２に取付けられた際に突起部４１が当接する筒側接触部３６ｃと、を有している。

【0038】

エンドキャップ３３側の突起部４１の延設端側は、軸方向端部側に向かうにつれて径方向外側に傾斜する傾斜部４１ａと、筒側接触部３６ｃ側に当接するキャップ側接触部４１ｂと、を有し、突起部４１全体が係止孔３６ｂ側に引っ掛かる爪状に形成されている。また、突起部４１は、基端側の径方向外側に貫通孔４１ｃが穿設されることにより、径方向内側に向けて大きく弾性変形可能に構成されている。

【0039】

上記構成によれば、エンドキャップ３３は、傾斜部４１ａを樹脂筒部３２の端部側に当接させることによって、突起部４１を軸方向内側に弾性変形させながら押込むことができる。エンドキャップ３３が、取付位置まで押し込まれると、突起部４１の弾性変形が開放されて、係止爪状の突起部４１が係止孔３６ｂ側に係止される（図３参照）。

【0040】

このとき、筒側接触部３６ｃは、軸方向に対して直交する方向に形成される一方で、キャップ側接触部４１ｂと、突起部４１の径方向外側のうち軸方向に延設された延設部分４１ｄとの間の角度は、直角よりも若干広い鈍角となるように形成されている（図３参照）。該構成により、複数形成された各突起部４１が、各係止部３６側に均等に接触し易くなる。

【0041】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変更、改良などが可能である。

【0042】

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 外周面に螺旋状に形成された内ボールねじ溝及び前記外周面に軸線方向に形成された内ボールスプライン溝を備えたボールねじ軸と、
前記ボールねじ軸の外周面と対向する内周面に、前記内ボールねじ溝に対向する外ボールねじ溝を備えたボールねじナットと、
前記ボールねじ軸の外周面と対向する内周面に、前記内ボールスプライン溝に対向する外ボールスプライン溝及び、貫通孔からなるスプライン用戻し路を備えたボールスプラインナットと、
前記内ボールねじ溝と前記外ボールねじ溝とにより形成される転動路に沿って転動する複数のボールねじ用ボールと、
前記内ボールスプライン溝と前記外ボールスプライン溝とにより形成されるスプライン用転動路、及び前記スプライン用戻し路に沿って転動する複数のボールスプライン用ボールと、を有するスプライン付きボールねじであって、
前記ボールスプラインナットは、筒状の金属部と、該金属部に内装又は外装される樹脂部と、軸方向端部に取付けられるエンドキャップと、を備え、
前記金属部と前記樹脂部との組合せにより、前記スプライン用戻し路の少なくとも一部が形成され、
樹脂成形された前記エンドキャップは、前記スプライン用転動路と前記スプライン用戻し路との間を接続する方向転換路が形成され、
前記エンドキャップと前記樹脂部とは、一方側に形成された複数の突起部と、他方側に形成された複数の係止部とによって、固定される
スプライン付きボールねじ。
本構成によれば、ボールスプラインナットの大部分を樹脂成形化することができるため、軽量化を促進して、良好な作動性を得ることができ、製造コストも低減できる。

【0043】

（２） 前記ボールスプラインナット内の軸方向端部側に、潤滑剤含有部材が収容される収容スペースを設け、
前記収容スペース内に収容された前記潤滑剤含有部材を、前記ボールねじ軸側に押圧する押圧手段を設けた
（１）に記載のスプライン付きボールねじ。
本構成によれば、ボールスプラインナットの一部を樹脂成形したことにより生じるスペースを活用して、収容スペースを確保できるため、ボールスプラインナットの全長を変えることなく、ボールスプラインナット内に潤滑剤供給部材を収容できる。また、収容スペースに収容された潤滑剤供給部材をボールねじ軸側に押圧することにより、ボールねじ軸に潤滑剤を定期的に供給できるため、メンテナンスフリーも実現できる。

【符号の説明】

【0044】

１ ボールねじ軸
１ａ 内ボールねじ溝
１ｂ 内ボールスプライン溝
２ ボールねじナット
２ｂ 外ボールねじ溝
７Ａ 転動路
３０ ボールスプラインナット
３１ 金属筒部（金属部）
３２ 樹脂筒部（樹脂部）
３３ エンドキャップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】