JP2003028263A - 有限直線運動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】転動体を保持する保持器の位置ずれを防止で
き、これにより、転動体の摺動を防止して、トルク、摺
動抵抗の増大、及びロック現象の発生を防止できる有限
直線運動装置を提供する。 【解決手段】保持器５７の両側に配置された一対の弾性
部材５８ａ，５８ｂと、弾性部材５８ａ，５８ｂを係止
するためスライド部材５５の両端側に設けられた一対の
第１係止部材５９ａ，５９ｂと、弾性部材５８ａ，５８
ｂを係止するため軸部材５２に第１係止部材５９ａ，５
９ｂの間隔と略同じ間隔で設けられた一対の第２係止部
材６０ａ，６０ｂとを備え、スライド部材５５が軸部材
５２との相対移動ストロークの略中央位置にあるとき、
一対の第１係止部材５９ａ，５９ｂと一対の第２係止部
材６０ａ，６０ｂとが整合配置されると共に、保持器５
７が相対移動ストロークの略中央位置に配置されること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スライド部材と軸
部材とを有する有限直線運動装置に係り、更に詳細に
は、スライド部材が比較的短い距離を繰り返し往復移動
する各種の装置に好適な有限直線運動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】有限直線運動装置には、ボールねじ、有
限タイプのスプライン、ボールブッシュなどがある。こ
のうち、ボールねじには、外周面に螺旋状のボール転送
溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸が挿通する貫通孔
の内周面に螺旋状の負荷転送溝が形成されたナット部材
と、ねじ軸のボール転送溝とナット部材の負荷転送溝と
の間で転動する複数のボールと、これらのボールを保持
する保持器とを備えているタイプのボールねじがある。

【０００３】従来のボール保持器を有するボールねじ
は、ボール保持器の軸方向における位置規正がなされて
いなかったので、作動中にボール保持器が位置ずれを起
こして、ボールが一方に偏って配置され、ボールの摺動
が原因で回転トルクが増大したり、最悪の場合にはロッ
ク現象が発生するという問題があった。

【０００４】このような問題を解決するため、図６
（Ａ）に示すように、ボール保持器１３の両側を圧縮ば
ね１６，１６で付勢することにより、ボール保持器１３
の位置規正をするようにしたボールねじ１が提案されて
いる（ 実開平５−８１０４号公報参照）。

【０００５】このボールねじ１は、図６（Ａ）に示すよ
うに、ねじ軸１１の外周面とナット体１２の内周面間
に、薄肉円筒状のボール保持器１３を備えている。ま
た、ナット体１２の両側には、ボール保持器１３の外周
面より大径の孔１４，１４が設けられている。

【０００６】ボール保持器１３の両端には、その外周面
から直角に突出した抜け止めストッパ１５，１５が設け
られ、この抜け止めストッパ１５，１５が孔１４，１４
内に配置されている。

【０００７】更に、孔１４，１４の内端面１４ａ，１４
ａと、抜け止めストッパ１５，１５との間には、一対の
圧縮ばね１６，１６が介装されている。なお、図６
（Ａ）中の符号１７はボールである。

【０００８】このボールねじ１は、ナット体１２がその
ストロークの中央位置にあるときには、ホール保持器１
３もこのストロークの中央位置に配置される。これによ
り、左右の抜け止めストッパ１５，１５と、孔１４ａ，
１４ａの内端面１４ａ，１４ａとの間隔Ｂ，Ｂが同一と
なる。

【０００９】従って、これらの間隔Ｂ，Ｂ内にある両側
の圧縮ばね１６，１６の長さが同一となるため、これら
の圧縮ばね１６，１６からボール保持器１３に作用する
付勢力が平衡状態となり、ボール保持器１３が位置ずれ
するのを防止できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ボールねじ１は、図６（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、
ナット体１２がそのストロークの中央位置から移動した
ときには、ボール保持器１３の抜け止めストッパ１５，
１５と、孔１４，１４の内端面１４ａ，１４ａとの間隔
Ｂ１，Ｂ２が左右で相違するため、これらの間隔Ｂ１，
Ｂ２内にある圧縮ばね１６，１６からボール保持器１３
に作用する付勢力のバランスが崩れ、ナット体１２の移
動を繰り返している間にボール保持器１３が位置ずれを
起こすおそれがあった。

【００１１】ボール保持器１３が位置ずれを起こすと、
位置ずれしていない場合に比べて片側へのストローク可
能範囲が広くなると共に、反対側のストローク可能範囲
が狭くなるため、ボール保持器１３がストローク可能範
囲の狭くなった側へ移動したときに、その途中でストロ
ーク可能範囲の狭くなった側の圧縮ばね１６が限界まで
圧縮してしまい、ボール保持器１３がそれ以上進めなく
なる。

【００１２】そのため、ボール１７と転送面との接触部
に負荷がかかり、滑り摩擦が発生して摺動抵抗（トル
ク）が増大し、最悪の場合にはロック現象が発生する。

【００１３】このような問題は、ボールねじに限らず、
他の有限直線運動装置、すなわち、有限タイプのスプラ
インやボールブッシュなどにも同様に発生する問題であ
る。

【００１４】本発明の目的は、このような点に鑑みなさ
れたものであり、転動体を保持する保持器の位置ずれを
防止でき、これにより、転動体の摺動を防止して、トル
ク、摺動抵抗の増大、及びロック現象の発生を防止でき
る有限直線運動装置を提供することを技術的課題とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は有限直線運動装
置であり、前述の技術的課題を解決するために以下のよ
うに構成されている。

【００１６】すなわち、本発明は、外周面に転動体転送
面が形成された軸部材と、筒状に形成されて前記軸部材
が挿通する貫通孔の内周面に前記転動体転送面に対応す
る転動体転送面が形成されたスライド部材と、前記両転
動体転送免官で転動する複数の転動体と、前記軸部材と
前記スライド部材との間に介装されると共に、前記転動
体を所定の間隔で整列させる保持器と、を備えた有限直
線運動装置において、前記保持器の両側に配置された一
対の弾性部材と、前記弾性部材を係止するため前記スラ
イド部材の両端側に設けられた一対の第１係止部材と、
前記弾性部材を係止するため前記軸部材に前記第１係止
部材の間隔と略同じ間隔で設けられた一対の第２係止部
材とを備え、前記スライド部材が前記軸部材との相対移
動ストロークの略中央位置にあるとき、前記一対の第１
係止部材と前記一対の第２係止部材とが整合配置される
と共に、前記保持器が前記相対移動ストロークの略中央
位置に配置されることを特徴とする。

【００１７】前記弾性部材は前記保持器の外側に配置で
きる。

【００１８】この発明の有限直線運動装置は、スライド
部材が相対移動ストロークの略中央位置にあるときに
は、保持器の両端と、一対の第１係止部材及び一対の第
２係止部材との間隔が同一になる。従って、この間隔内
にある両側の弾性部材から保持器に作用する付勢力は同
一となる。

【００１９】ここで、軸部材が固定でスライド部材が移
動するとした場合において、スライド部材が相対移動ス
トロークの略中央位置から移動したときには、保持器も
スライド部材と同一方向に移動する。但し、保持器の移
動量はスライド部材の移動量の半分となる。

【００２０】また、この場合には、保持器の両側にある
一対の弾性部材は、両方ともその片端部が必ず保持器の
端面に当接し、他端部がスライド部材の第１係止部材
か、軸部材の第２係止部材のどちらかに当接した状態と
なる。

【００２１】すなわち、弾性部材の一方は、スライド部
材の第１係止部材と保持器の端面との間に挟まれ、他方
は保持器の端面と軸部材の第２係止部材との間に挟まれ
た状態となる。

【００２２】ここで、スライド部材の第１係止部材と保
持器の両方が同一方向に移動し、且つ保持器が第１係止
部材の半分だけ移動する関係から、第１係止部材と保持
器の端面との間隔は、保持器の移動量と同一寸法だけ当
初の間隔より狭くなる。

【００２３】また、軸部材の第２係止部材が停止し、保
持器が移動している関係から、第２係止部材と保持器の
端面との間隔は、当初の間隔から保持器の移動量だけ狭
くなる。

【００２４】すなわち、第１係止部材と保持器の端面と
の間隔は、スライド部材の移動方向及び移動量に拘わら
ず、常にその反対側にある第２係止部材と保持器の端面
との間隔と同一になり、これらの間隔内にある両方の弾
性部材から保持器に作用する付勢力も常に同一の大きさ
となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る有限直線運動
装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明
する。なお、ここでは、本発明をボールねじに適用した
場合について説明する。

【００２６】図１は、本発明に係る有限直線運動装置を
適用したボールねじ５を示す図である。このボールねじ
５は、外周面に転動体転送面であるボール転送溝５１が
形成された軸部材としてのねじ軸５２と、筒状に形成さ
れてねじ軸５２が挿通する貫通孔の内周面にボール転送
溝５１に対応する転動体転送面としての負荷転送溝５４
が形成されたスライド部材としてのナット部材５５と、
ボール転送溝５１及び負荷転送溝５４で転動する複数の
転動体としてのボール５６，５６・・・と、ねじ軸５２
とナット部材５５との間に介装されると共に、ボール５
６，５６・・・を所定の間隔で整列させる保持器５７と
を備えている。

【００２７】また、このボールねじ５は、保持器５７の
両側に配置された一対の弾性部材である圧縮ばね５８
ａ，５８ｂと、これらの圧縮ばね５８ａ，５８ｂを係止
するためナット部材５５の両端側に設けられた一対の第
１係止部材５９ａ，５９ｂと、圧縮ばね５８ａ，５８ｂ
を係止するためねじ軸５２に第１係止部材５９ａ，５９
ｂの間隔と略同じ間隔で設けられた一対の第２係止部材
６０ａ，５０ｂとを備えている。圧縮ばね５８ａ，５８
ｂは、保持器５７の外側に配置されている。

【００２８】次に、上述の各構成要素について説明す
る。ナット部材５５の内周面の両端側には、図２に示す
ように、圧縮ばね５８ａ，５８ｂ（片側のみ図示）の外
径より少し大径のねじ収容孔６１ａ，６１ｂが設けら
れ、ここに圧縮ばね５８ａ，５８ｂが収容されている。

【００２９】また、ナット部材５５の端部に設けられた
第１係止部材５９ａ，５９ｂはリング状であり、その内
径は圧縮ばね５８ａ，５８ｂの中心径と略同一径になっ
ている。

【００３０】ねじ軸５２に固定された一対の第２係止部
材６０ａ，６０ｂもリング状であり、その外径は第１係
止部材５９ａ，５９ｂより少し小さくなっている。この
第２係止部材６０ａ，６０ｂは、上述のように、第１係
止部材５９ａ，５９ｂ同士の間隔と同一の間隔を空けて
固定されている。

【００３１】第１係止部材５９ａ，５９ｂ及び第２係止
部材６０ａ，６０ｂと、圧縮ばね５８ａ，５８ｂとの間
には、リング状のプレート６２ａ，６２ｂが移動自在に
配置されている。このプレート６２ａ，６２ｂは、その
外径が第１係止部材５９ａ，５９ｂの内径より大きく、
内径が第２係止部材６０ａ，６０ｂの外径より大きくな
っている。

【００３２】すなわち、このプレート６２ａ，６２ｂ
は、第１係止部材５９ａ，５９ｂと第２係止部材６０
ａ，６０ｂとを、圧縮ばね５８ａ，５８ｂに確実に係止
させるために設けられている。

【００３３】ボール保持器５７は、その両端に外周面か
ら略直角に突出するリング状の第３係止部材６３ａ，６
３ｂが設けられている。これらの第３係止部材６３ａ，
６３ｂの外径は圧縮ねじ５８ａ，５８ｂに確実に係止さ
せるように、圧縮ねじ５８ａ，５８ｂの外径と略同一
で、ばね収容孔６１ａ，６１ｂの内周面より僅かに小さ
くなっている。

【００３４】このボールねじ５は、図１に示すように、
ねじ軸５２とナット部材５５との相対移動ストロークの
略中央位置にナット部材５５がある場合において、ナッ
ト部材５５の一対の第１係止部材５９ａ，５９ｂと、ね
じ軸５２の一対の第２係止部材６０ａ，６２ｂとが、略
整合配置される。

【００３５】また、このときには、ボール保持器５７が
ナット部材５５の相対移動ストロークの略中央位置、す
なわち、両側の第１係止部材５９ａ，５９ｂ間、及び第
２係止部材６０ａ，６０ｂ間の略中央に配置される。

【００３６】そして、ボール保持器５７の両端面である
両側の第３係止部材６３ａ，６３ｂと、第１係止部材５
９ａ，５９ｂ及び第２係止部材６０ａ，６０ｂとの間隔
Ｌ，Ｌが同一になる。

【００３７】次に、このボールねじ５の作用を説明す
る。なお、ここでは、ねじ軸５２の軸方向への移動を固
定し、ナット部材５５を移動させる場合について説明す
る。

【００３８】いま、図３（Ａ）に示すように、ナット部
材５５が相対移動ストロークの略中央位置にある場合に
は、左右の第１係止部材５９ａ，５９ｂ及び第２係止部
材６０ａ，６０ｂと、ボール保持器５７との間隔Ｌ，Ｌ
は同一である。

【００３９】従って、この間隔Ｌ，Ｌ内にある左右の圧
縮ばね５８ａ，５８ｂの長さが同一になるので、これら
の圧縮ばね５８ａ，５８ｂから保持器５７に作用する付
勢力は、その大きさが同一で向きが反対になる。つま
り、両側の圧縮ばね５８ａ，５８ｂから保持器５７に作
用する付勢力はバランスがとれた状態となる。

【００４０】この状態から、ねじ軸５２が回転すると、
ボール５６，５６・・・が回転し、これに伴ってボール
保持器５７とナット部材５５とが同一方向に移動する。
このときのナット部材５５の移動量は、ボール保持器５
７の移動量の２倍となる。

【００４１】ここで、図３（Ｂ）に示すように、ナット
部材５５が図中の右側に移動した場合と、図３（Ｃ）に
示すように、ナット部材５５が図中の左側に移動した場
合とで、左右の圧縮ばね５８ａ，５８ｂからボール保持
器５７に作用する付勢力がどのように変化するかについ
て説明する。

【００４２】なお、ここでは、ねじ軸５２の軸方向への
移動を固定し、ナット部材５５を軸方向に移動させる場
合について説明するが、ナット部材５５の軸方向への移
動を固定し、ねじ軸５２を軸方向に移動させる場合も同
様である。

【００４３】まず、図３（Ｂ）に示すように、ナット部
材５５が右側に移動した場合には、ナット部材５５の両
側の第１係止部材５９ａ，５９ｂと、ボール保持器５７
の両側の第３係止部材６３ａ，６３ｂとが、右側に移動
する。

【００４４】このとき、左側の圧縮ばね５８ａは、左側
の第１係止部材５９ａと第３係止部材６３ａとの間に挟
まれた状態となる。このときには、第３係止部材６３ａ
の移動量が第１係止部材５９ａの移動量の半分となるか
ら、その差だけ、すなわち、第３係止部材６３ａの移動
量Ｗだけ、第１係止部材５９ａと第３係止部材６３ａと
の間隔Ｌ１が、当初の間隔Ｌより狭くなる。すなわち、
Ｌ１＝Ｌ−Ｗとなる。

【００４５】また、右側の圧縮ばね５８ｂは、その左端
部がボール保持器５７の右側の第３係止部材６３ｂによ
って右側に押圧され、右端部がねじ軸５２に固定されて
いる第２係止部材６０ｂによって支持される。すなわ
ち、右側の圧縮ばね５８ｂは、右側の第３係止部材６３
ａと第２係止部材６０ｂとの間に挟まれた状態となる。

【００４６】ここで、第３係止部材６３ｂと第２係止部
材６０ｂとの間隔Ｌ２は、第３係止部材６３ｂの移動量
Ｗだけ、当初の間隔Ｌより狭くなる。すなわち、Ｌ２＝
Ｌ−Ｗとなる。

【００４７】左側の第３係止部材６３ａの移動量Ｗと、
右側の第３係止部材６３ｂの移動量Ｗとは同一であるか
ら、左側の第１係止部材５８ａと第３係止部材６３ａと
の間隔Ｌ１と、右側の第３係止部材６３ｂと第２係止部
材６０ｂとの間隔Ｌ２とが同一となる（Ｌ１＝Ｌ２）。

【００４８】従って、これらの間隔Ｌ１，Ｌ２内にある
左右の圧縮ばね５８ａ，５８ｂから保持器５７に作用す
る付勢力はバランスがとれた状態になる。これは、ナッ
ト部材５５の移動量に拘わらず同様の現象となる。

【００４９】また、図３（Ｃ）に示すように、ナット部
材５５が左側に移動した場合にも、左側の圧縮ばね５８
ａを挟んでいる左側の第２係止部材６０ａと第３係止部
材６３ａとの間隔Ｌ２と、右側の圧縮ばね５８ｂを挟ん
でいる右側の第１係止部材５９ｂと第３係止部材６３ｂ
との間隔Ｌ１とが同一になり、ボール保持器５７に作用
する左右の圧縮ばね５８ａ，５８ｂの付勢力が同一の大
きさになって、バランスがとれた状態となる。

【００５０】このように、本発明のボールねじ５は、ナ
ット部材５５が移動したときに、その移動量に拘わら
ず、ボール保持器５７の左右にある圧縮ばね５８ａ，５
８ｂから、ボール保持器５７に作用する付勢力が、常に
同一の大きさとなりバランスがとれた状態となるので、
ナット部材５５の移動を繰り返してもボール保持器５７
が位置ずれするのを防止でき、これにより、ボール５６
の摺動による回転トルクの増大や、ロック現象の発生を
防止できる。

【００５１】なお、上述の実施の形態では、本発明をボ
ールねじ５に適用した場合について説明したが、本発明
は、次に説明するように有限タイプのボールブッシュ
や、有限タイプのスプラインなど各種の有限直線運動装
置に適用できる。

【００５２】図４（Ａ）は、本発明を適用した有限タイ
プのボールブッシュ７を示す。このボールブッシュ７
は、軸部材７１と、スライド部材である外筒７２と、ボ
ール保持器７３と、転動体であるボール７４と、弾性部
材である圧縮ばね７５ａ，７５ｂと、一対の第１係止部
材７６ａ，７６ｂと、一対の第２係止部材７７ａ，７７
ｂとを有している。

【００５３】このボールブッシュ７の作用は、上述のボ
ールねじ５とほぼ同様である。すなわち、図４（Ｂ）に
示すように、例えば外筒７２が図中の左側に相対移動し
た場合でも、両側の圧縮ばね７５ａ，７５ｂからボール
保持器７３に作用する付勢力が略同一となり、バランス
がとれた状態となる。外筒７２が図中の右側に移動した
場合も、同様である。

【００５４】図５（Ａ）は、本発明を適用した有限タイ
プのスプライン８を示す。このスプライン８は、軸部材
であるスプライン軸８１と、スライド部材である外筒８
２と、ボール保持器８３と、転動体であるボール８４
と、弾性部材である圧縮ばね８５ａ，８５ｂと、一対の
第１係止部材８６ａ，８６ｂと、一対の第２係止部材８
７ａ，８７ｂを有している。このスプライン８も、上述
のボールねじ５と同様な作用効果を有する。

【００５５】また、上述の実施形態では、転動体として
ボールを用いたが、ローラを用いることができる。更
に、上述の実施形態では、弾性部材として圧縮ばねを用
いたが、剛性ゴムなどを使用することもできる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
軸部材とスライド部材とが相対的に移動したときに、そ
の移動量に拘わらず、保持器の両側にある弾性部材から
保持器に作用する付勢力の大きさが、常に同一となり、
バランスがとれた状態となるので、スライド部材と軸部
材との相対的な移動を繰り返しても保持器が位置ずれす
るのを防止でき、これにより、転動体の摺動によるトル
クの増大や、ロック現象の発生を防止できる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る有限直線運動装置を適用したボー
ルねじを示す断面図である。

【図２】本発明に係るボールねじを示す部分拡大図であ
る。

【図３】本発明に係るボールねじの作用を説明する図で
ある。

【図４】本発明に係る有限直線運動装置を適用したボー
ルブッシュを示す図である。

【図５】本発明に係る有限直線運動装置を適用したスプ
ラインを示す図である。

【図６】従来例に係るボールねじを示す断面図である。

【符号の説明】

５ ボールねじ ７ ボールブッシュ ８ スプライン ５１ ボール転送溝（転動体転送面） ５２ ねじ軸（軸部材） ５４ 負荷転送溝（転動体転送面） ５５ ナット部材（スライド部材） ５６，７３，８３ ボール（転動体） ５７，７４，８４ ボール保持器 ５８ａ，５８ｂ、７５ａ，７５ｂ、８５ａ，８５ｂ 圧
縮ばね（弾性部材） ５９ａ，５９ｂ、７６ａ，７６ｂ、８６ａ，８６ｂ 第
１係止部材 ６０ａ，６０ｂ、７７ａ，７７ｂ、８７ａ，８７ｂ 第
２係止部材 ７１ 軸部材 ７２，８２ 外筒（スライド部材） ８１ スプライン軸（軸部材）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周面に転動体転送面が形成された軸部
   材と、 筒状に形成されて前記軸部材が挿通する貫通孔の内周面
   に前記転動体転送面に対応する転動体転送面が形成され
   たスライド部材と、 前記両転動体転送面間で転動する複数の転動体と、 前記軸部材と前記スライド部材との間に介装されると共
   に、前記転動体を所定の間隔で整列させる保持器と、を
   備えた有限直線運動装置において、 前記保持器の両側に配置された一対の弾性部材と、 前記弾性部材を係止するため前記スライド部材の両端側
   に設けられた一対の第１係止部材と、 前記弾性部材を係止するため前記軸部材に前記第１係止
   部材の間隔と略同じ間隔で設けられた一対の第２係止部
   材とを備え、 前記スライド部材が前記軸部材との相対移動ストローク
   の略中央位置にあるとき、前記一対の第１係止部材と前
   記一対の第２係止部材とが整合配置されると共に、前記
   保持器が前記相対移動ストロークの略中央位置に配置さ
   れることを特徴とする有限直線運動装置。
2. 【請求項２】 前記弾性部材が前記保持器の外側に配置
   されることを特徴とする請求項１に記載の有限直線運動
   装置。