JP2004293783A - 直動案内軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セパレータの腕部が案内溝に干渉することなく、直線運動領域及び方向転換路領域共に最適な案内溝の溝幅を設定することができるようにして良好な作動性を確保する。
【解決手段】互いに隣り合う円筒ころ６間にセパレータ３０が介装された直動案内軸受装置であって、セパレータ３０の腕部３２を円筒ころ６の循環方向に沿って案内する案内溝３４，３５の溝幅Ｗ１，Ｗ２を腕部３２の幅Ｗより広くすると共に、方向転換路領域での案内溝３５の溝幅Ｗ２を直線運動領域での案内溝３４の溝幅Ｗ１よりも広くし、且つ腕部３２の円筒ころ６の循環方向を向く両端部にＲ面取り部３３を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば産業機械分野等に用いられる直動案内軸受装置に関する。

従来のこの種の直動案内軸受装置としては、例えば図１５に示すものが知られている。
この直動案内軸受装置は、軸方向に延びる案内レール１と、該案内レール１上に軸方向に相対移動可能に跨架されたスライダ２とを備えている。
案内レール１の幅方向の両側面にはそれぞれ軸方向に延びる転動体転動溝３が片側二条列ずつ、合計４条列形成されており、スライダ２のスライダ本体２Ａには、その両袖部４の内側面にそれぞれ転動体転動溝３に対向する転動体転動溝５が形成されている。

両転動体転動溝３，５の間には転動体としての多数の円筒ころ６が転動自在に装填され、これらの円筒ころ６の転動を介してスライダ２が案内レール１上を軸方向に沿って相対移動できるようになっている。
この移動につれて、案内レール１とスライダ２との間に介在する円筒ころ６は転動してスライダ２の軸方向の端部に移動するが、スライダ２を軸方向に継続移動させていくためには、これらの円筒ころ６を無限に循環させる必要がある。

このため、スライダ本体２Ａの袖部４内に更に軸方向に貫通する孔７を形成して該孔７に内部が円筒ころ６の通路（転動体通路）８ａとされた循環チューブ８を嵌め込むと共に、スライダ本体２Ａの軸方向の両端にそれぞれ転動体循環部品としての一対のエンドキャップ９をねじ等を介して固定し、このエンドキャップ９に上記両転動体転動溝３，５間と上記転動体通路８ａとを連通する半円弧状に湾曲した方向転換路１０（図１参照）を形成することにより、円筒ころ６の無限循環軌道を形成している。

ところで、無限循環する多数の円筒ころ６はころ軸を中心に同一方向に回転するため、互いに隣り合う円筒ころ６同士が接触した場合、その接触部分のころ速度の向きは互いに逆方向になり、それにより発生する力は円筒ころ６の円滑な転動を妨げることになる。
また、転動体に円筒ころ６を使用することで、ボールを使用する場合に比べて剛性及び負荷能力が高くなる反面、走行中の円筒ころ６の軸振れ、いわゆるスキューが発生して作動性を悪化させる要因になる。
このような事情から、従来においては、互いに隣り合う円筒ころ６間にセパレータ２０を介装することで、円筒ころ同士の直接接触を防止すると共に、前記スキューを抑制し、これにより、スライダ２の走行を滑らかにすると共に、走行中の騒音低減を図るようにしている。

セパレータ２０は、互いに隣り合う円筒ころ６間に介装されるセパレータ本体２１と、該円筒ころ６の軸方向の両端面を挟むように配置されて前記セパレータ本体２１と一体に設けられた腕部２２とを備えており、セパレータ本体２１の円筒ころ６の外周面に対向する部分には該円筒ころ６の外周形状に応じた凹曲面が形成されている。なお、図１５において符号２３は案内レール１の外側面とスライダ２の内側面との間に配置されたセパレータ案内部材である。
そして、両転動体転動溝３，５間、方向転換路１０及び転動体通路８ａを円筒ころ６が循環する際には、セパレータ２０の腕部２２は、前記セパレータ案内部材２３、前記転動体通路８ａ及び前記方向転換路１０にそれぞれ設けられた案内溝２４によって円筒ころ６の循環方向に沿って案内されるようになっている。

上記従来の直動案内軸受装置においては、案内溝２４の溝幅は、円筒ころ６が直線運動する領域及び方向転換路１０の領域共に同一幅とされているため、直線運動領域で理想的な案内溝２４の溝幅を設定すると、方向転換路領域でセパレータ２０の腕部２２と案内溝２４とが干渉することになる。
従って、従来においては、方向転換路領域で腕部２２が干渉しない案内溝２４の溝幅を設定してこれを直線運動領域及び方向転換路領域の案内溝の溝幅としている。
しかし、これでは、直線運動領域での案内溝２４の溝幅が理想状態と比較して広くなりすぎ、直線運動領域でセパレータ２０の腕部２２と案内溝とのすき間寸法が過度に大きくなる。

この場合、無限循環軌道でセパレータ２０と円筒ころ６は後ろの円筒ころ６に押されて動くため、直線運動領域でセパレータ２０の腕部２２と案内溝とのすき間寸法が大きすぎると、セパレータ２０に千鳥運動が生じて互いに隣り合う円筒ころ６のころ芯間寸法の変化が大きくなり、作動性に悪影響を及ぼす場合がある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、セパレータの腕部が案内溝に干渉することなく、直線運動領域及び方向転換路領域共に最適な案内溝の溝幅を設定することができるようにして良好な作動性を確保することができる直動案内軸受装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、両側部に軸方向に延びる転動体転動溝を有して軸方向に延長された案内レールと、該案内レールの前記転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有し、これらの両転動体転動溝間に挿入された転動体としての多数の円筒ころの転動を介して軸方向に沿って相対移動可能に前記案内レールに跨架されたスライダと、互いに隣り合う前記円筒ころ間に介装されたセパレータ本体及び該円筒ころの軸方向の少なくとも一方の端面に面するように配置されて前記セパレータ本体と一体に設けられた腕部を有するセパレータとを備え、
該スライダは、軸方向に貫通する転動体通路を有するスライダ本体と、前記両転動体転動溝間と前記転動体通路とを連通する湾曲状の方向転換路を有して前記スライダ本体の軸方向の両端面に固定された一対のエンドキャップとを具備し、更に、前記両転動体転動溝間、前記方向転換路及び前記転動体通路を前記円筒ころが循環する際に前記セパレータの前記腕部を前記円筒ころの循環方向に沿って案内する案内溝が設けられた直動案内軸受装置であって、
前記案内溝の溝幅を前記腕部の幅より広くすると共に、前記方向転換路の領域での前記案内溝の溝幅を前記円筒ころが直線運動する領域での該案内溝の溝幅よりも広くしたことを特微とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記腕部の前記円筒ころの循環方向を向く両端部に面取りを施したことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項２において、前記腕部の面取りがＲ面取りであることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記直線運動領域と前記方向転換路領域との接続位置で該方向転換路領域の前記案内溝の内側内壁面の形状が変化し始めることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記直線運動領域と前記方向転換路領域との接続位置より該直線運動領域に入った位置で前記案内溝の溝幅が広くなることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項において、前記腕部が前記円筒ころの循環方向に沿って帯状をなしていることを特徴とする。
請求項７に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項において、前記腕部と前記円筒ころの軸方向の端面とが連結可能であることを特徴とする。

請求項１〜４の発明によれば、セパレータの腕部が案内溝に干渉することなく、直線運動領域での案内溝の溝幅及び方向転換路領域での案内溝の溝幅を最適な値に設定して、直線運動領域及び方向転換路領域共に、セパレータの腕部と案内溝とのすき間寸法を最適な寸法とすることができる。
この結果、無限循環軌道でセパレータと円筒ころが後ろの円筒ころに押されて動く際に、セパレータに千鳥運動が生じるのが抑制されて互いに隣り合う円筒ころのころ芯間寸法の変化が小さくなり、良好な作動性を確保することができるという効果が得られる。

請求項５の発明では、請求項１〜４の発明に加えて、直線運動領域と方向転換路領域との接続位置より該直線運動領域に入った位置で案内溝の溝幅が広くなるようにしているので、直線運動領域から方向転換路領域への案内溝の軌道を滑らかな円弧軌道にすることができ、作動性の更なる向上を図ることができるという効果が得られる。
請求項６又は７の発明では、請求項１〜５のいずれか一項の発明に加えて、セパレータが後ろの円筒ころに押されなくても、セパレータを引っ張って動かすことができるので、セパレータの千鳥運動の抑制効果が向上するという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例である直動案内軸受装置のころ軌道でのセパレータの運動軌跡を説明するための説明図、図２は互いに隣り合う円筒ころ間にセパレータを介装した状態を示す図、図３はセパレータを円筒ころの循環方向から見た図、図４は図３の上面図、図５は図４の側面図、図６は直線運動領域及び方向転換路領域での案内溝の溝幅の変化を示すグラフ図、図７及び図８はセパレータの変形例を説明するための説明図、図９及び図１０は腕部端部のＲ形状の変形例を説明するための説明図、図１１は腕部端部のＲ面取り形状について、単一円弧形状とゴシックアーチ形状との比較を説明するための説明図、図１２及び図１３は腕部端部の変形例を説明するための説明図、図１４は腕部端部のＲ面取り形状を単一円弧形状とした場合の方向転換路領域における該Ｒ面取り部と案内溝との干渉範囲を示すグラフ図である。なお、この実施の形態では、既に図１５で説明した従来の直動案内軸受装置との相違点についてのみ説明し、図１５と重複する部材等については符号を流用する。

まず、図２〜図５を参照して、セパレータ３０を説明すると、このセパレータ３０は、互いに隣り合う円筒ころ６間に介装されたセパレータ本体３１と、円筒ころ６の軸方向の両端面を挟むように配置されてセパレータ本体３１と一体に連結された腕部３２とを備えており、セパレータ本体３１の円筒ころ６の外周面に対向する部分には該円筒ころ６の外周形状に応じた凹曲面部３１ａが形成されている。

また、前記腕部３２の円筒ころ６の循環方向を向く両端部には、循環中の摩擦やエンドキャップ９とスライダ本体２Ａとの接続部間の段差への引っ掛かりを抑制するため、例えば単一円弧状のＲ面取り３３が施されている。更に、セパレータ本体３１の凹曲面部３１ａ先端にも、同様の理由でＲ面取り３４が施されている（図５参照）。なお、セパレータ３０の素材としては、セパレータ本体３１と腕部３２との連結部があることから、強度上、及び潤滑剤や防錆剤の膨潤抑制を目的にＰＡ６６等のエンジニアリングプラスチックやエラストマー等が好ましい。また、樹脂部材同士のすべり性能を向上する目的から固体油脂を含有するプラスチック素材を用いてもよい。

そして、両転動体転動溝３，５間、方向転換路１０及び転動体通路８ａを円筒ころ６が循環する際には、セパレータ３０の腕部３２は、前記セパレータ案内部材２３及び前記転動体通路８ａにそれぞれ設けられた案内溝３４、並びに前記方向転換路１０に設けられた案内溝３５によって円筒ころ６の循環方向に沿って案内されるようになっている（図１参照）。
ここで、この実施の形態では、図１を参照して、前記案内溝３４，３５の溝幅（寸法）Ｗ１，Ｗ２をセパレータ３０の腕部３２の幅（寸法）Ｗより広くすると共に、方向転換路領域での案内溝３５の溝幅Ｗ２を直線運動領域での案内溝３４の溝幅Ｗ１よりも広くしている。広くする際も、徐々に溝幅Ｗ１から溝幅Ｗ２へと幅が変化することが好ましい。

以下、詳述する。
図１は、円筒ころ６の軌道でのセパレータ３０の腕部３２の運動軌跡を示したものであり、図中、円筒ころ６の符号に付記された−１、−２、−３は円筒ころ６の運動を表し、Ａは前、Ｂは後を表す。即ち、円筒ころ６−１Ａ（前）と円筒ころ６−１Ｂ（後）との組合せ、円筒ころ６−２Ａ（前）と円筒ころ６−２Ｂ（後）との組合せ、円筒ころ６−３Ａ（前）と円筒ころ６−３Ｂ（後）との組合せであり、前後の円筒ころ６間にセパレータ３０が介装されている。

そして、セパレータ３０の腕部３２が直線運動領域の案内溝３４から方向転換路領域の案内溝３５に移動する際、運動方向の前側（Ａで示す）の円筒ころ６の中心が方向転換路領域と直線運動領域との接続位置での断面ｇ上を通過すると、腕部３２が傾き始める。
即ち、方向転換路領域の案内溝３５は、断面ｇと直線運動領域での案内溝３４の外側の直線状内壁面に沿う線との交点Ｐを開始点とし、方向転換路１０の曲率中心Ｏを中心として描かれた円弧をＲ０とした場合に、運動方向の前側（Ａで示す）の円筒ころ６の中心が断面ｇ上を通過すると、セパレータ３０の腕部３２が円弧Ｒ０から徐々に内側に入り込んで、前後の円筒ころ６の中心が共に方向転換路領域内に入って以降、一定の形状、ここでは図中Ｒ′（案内溝３５の外側内壁形状）の円弧になるまで変化していくように形成されている。

従って、案内溝３４，３５の形状が変化し始める位置は外側内壁面においては直線運動領域のＬの位置となり、また、内側内壁面については直線運動領域の断面ｂの位置より変化し始め、方向転換路領域内に入って以降、図中Ｒｉ（案内溝３５の内側内壁形状）の一定の円弧形状になるまで変化していく。

図６に、図１のａ〜ｑの各断面における案内溝３４，３５の必要溝幅について、直動案内軸受装置の一般的な諸元を用いて計算した結果を示す。
図６から、直線運動領域で断面ｂ位置までの案内溝３４の溝幅は、セパレータ３０の腕部３２の幅との間に僅かにクリアランスを設けた値となる。また、方向転換路領域の断面ｎ位置以降の案内溝３５の溝幅は方向転換路１０の曲率半径で決まる幾何学的形状分上述した直線運動領域での断面ｂ位置までの案内溝３４の溝幅より広くなる。

直線運動領域の断面ｂ位置と方向転換路領域の断面ｎ位置との間の案内溝３４，３５の溝幅は、運動方向の前側の円筒ころ６の中心が断面ｇ上を通過するとセパレータ３０の腕部３２が円弧Ｒ０から徐々に内側によってくるものの、後ろ側の円筒ころ６の中心は断面ｇ位置までは直線運動であることから、腕部３２と案内溝３４，３５との干渉を避けるため、断面ｂ位置以前や断面ｎ位置以降の溝幅よりも広くなっている。なお、前記交点Ｐを開始点とした円弧形状Ｒ０で方向転換路領域の案内溝３５の溝幅は多少大きくなるものの一定値として設定することで製作する上で精度だしが容易になる。

このように、この実施の形態では、セパレータ３０の腕部３２を循環方向に沿って案内する案内溝３４，３５の溝幅（寸法）Ｗ１，Ｗ２を前記腕部３２の幅（寸法）Ｗより広くすると共に、方向転換路領域での案内溝３５の溝幅Ｗ２を直線運動領域での案内溝３４の溝幅Ｗ１よりも広くしているので、腕部３２が案内溝３４，３５に干渉することなく、直線運動領域での案内溝２４の溝幅及び方向転換路領域での案内溝３５の溝幅を理想的な値に設定して、直線運動領域及び方向転換路領域共に、セパレータ３０の腕部３２と案内溝３４，３５とのすき間寸法を最適な寸法とすることができる。

この結果、無限循環軌道でセパレータ３０と円筒ころ６が後ろの円筒ころ６に押されて動く際に、セパレータ３０に千鳥運動が生じるのが抑制されて互いに隣り合う円筒ころ６のころ芯間寸法の変化が小さくなり、良好な作動性を確保することができる。
また、直線運動領域と方向転換路領域との接続位置より該直線運動領域に入った位置で案内溝３４の溝幅が広くなるようにしているので、直線運動領域から方向転換路領域への案内溝の軌道を滑らかな円弧軌道にすることができ、作動性の更なる向上を図ることができる。

なお、本発明の直動案内軸受装置は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態では、円筒ころ６をセパレータ３０の腕部３２で拘束するタイプのものを例に採ったが、これに代えて、例えば図７に示すように、円筒ころ６の循環方向に沿って帯状をなす腕部４２や、或いは図８に示すように、円筒ころ６の軸方向の端面に連結可能な凸部５２ａを有する腕部５２を採用してもよい。

このような腕部４２，５２を採用すると、セパレータが後ろの円筒ころ６に押されなくても、セパレータを引っ張って動かすことができるので、セパレータの千鳥運動の抑制効果が更に向上する。
なお、腕部４２，５２を採用した場合には、円筒ころ６のころ位相の変化に伴う軌道長変化をこの腕部４２，５２で吸収する必要があるため、素材としてはエラストマー等が好ましい。

また、上記実施の形態では、セパレータ３０の腕部３２の両端部のＲ面取り部３３を、循環中の摩擦やエンドキャップ９とスライダ本体２Ａとの接続部間の段差への引っ掛かりを抑制することを目的に、腕部３２の直線部と接線でつながる単一円弧形状とした場合を例に採ったが、これに限定されず、例えば図９に示すように、円弧と直線を組み合わせたＲ面取り部４３や、図１０に示すように、腕部３２の直線部と接線でつながらないゴシックアーチ形状のＲ面取り部５３を採用してもよい。

また、上記実施の形態ではセパレータ３０の腕部３２の両端部の面取り部をＲ面取りとした例を例示したが、図１２及び図１３に示すように、腕部３２の両端部の面取り部を直線状の面取り部６３としてもよい。
なお、方向転換路領域の案内溝３５のように曲率を持つ部分では、理想状態を考えてスキマゼロの状態となるように腕部３２の直線部を案内溝３５の壁面に沿うようにした場合（案内溝３５の溝幅を腕部３２と最低限干渉しない幅寸法とした場合：図１１参照）、図１１の０点部分で案内溝３５の溝幅寸法と腕部３２の幅寸法が逆転し、作動性に悪影響を与えることが予想される。

図１４は、図１１のＲ面取り部３３の０点からの円周方向の長さ位置をｘ、Ｒ面取り部３３の単一円弧の直径方向（腕部３３の幅方向）の位置をｙとし、ｘ＝０ｍｍ、ｙ＝０．９ｍｍを図１１の０点とした場合に、方向転換路領域におけるＲ面取り部３３と案内溝３５の外側内壁面との干渉範囲を示したものである。図１４から、実際に方向転換路領域の案内溝３５の外側内壁面形状が腕部３２端部のＲ面取り部３３の形状より小さくなっているのが判る。
従って、このような干渉をなくすためには、前述したゴシックアーチ形状のＲ面取り部５３とするのが好ましい。

本発明の実施の形態の一例である直動案内軸受装置のころ軌道でのセパレータの運動軌跡を説明するための説明図である。 互いに隣り合う円筒ころ間にセパレータを介装した状態を示す図で、（ａ）は直線運動領域、（ｂ）は方向転換路領域である。 セパレータを円筒ころの循環方向から見た図である。 図３の上面図である。 図４の側面図である。 直線運動領域及び方向転換路領域での案内溝の溝幅の変化を示すグラフ図である。 セパレータの変形例を説明するための説明図で、（ａ）は直線運動領域、（ｂ）は方向転換路領域である。 セパレータの変形例を説明するための説明図で、（ａ）は円筒ころの外周面側から見た図、（ｂ）は円筒ころの軸方向から見た図である。 腕部端部のＲ形状の変形例を説明するための説明図である。 腕部端部のＲ形状の変形例を説明するための説明図である。 腕部端部のＲ面取り形状について、単一円弧形状とゴシックアーチ形状との比較を説明するための説明図である。 腕部の端部に形成された直線面取り部の一例を示す図である。 腕部の端部に形成された直線面取り部の他の例を示す図である。 腕部端部のＲ面取り形状を単一円弧形状とした場合の方向転換路領域における該Ｒ面取り部と案内溝との干渉範囲を示すグラフ図である。 従来の直動案内軸受装置の一例を説明するための一部を切り欠いた図である。

符号の説明

１ 案内レール
２ スライダ
２Ａ スライダ本体
３ 転動体転動溝（案内レール側）
５ 転動体転動溝（スライダ側）
６ 円筒ころ
８ａ 転動体通路
９ エンドキャップ
１０ 方向転換路
３０ セパレータ
３１ セパレータ本体
３２ 腕部
３３ Ｒ面取り部
３４ 案内溝（直線運動領域）
３５ 案内溝（方向転換路領域）

Claims (7)

1. 両側部に軸方向に延びる転動体転動溝を有して軸方向に延長された案内レールと、該案内レールの前記転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有し、これらの両転動体転動溝間に挿入された転動体としての多数の円筒ころの転動を介して軸方向に沿って相対移動可能に前記案内レールに跨架されたスライダと、互いに隣り合う前記円筒ころ間に介装されたセパレータ本体及び該円筒ころの軸方向の少なくとも一方の端面に面するように配置されて前記セパレータ本体と一体に設けられた腕部を有するセパレータとを備え、
   該スライダは、軸方向に貫通する転動体通路を有するスライダ本体と、前記両転動体転動溝間と前記転動体通路とを連通する湾曲状の方向転換路を有して前記スライダ本体の軸方向の両端面に固定された一対のエンドキャップとを具備し、更に、前記両転動体転動溝間、前記方向転換路及び前記転動体通路を前記円筒ころが循環する際に前記セパレータの前記腕部を前記円筒ころの循環方向に沿って案内する案内溝が設けられた直動案内軸受装置であって、
   前記案内溝の溝幅を前記腕部の幅より広くすると共に、前記方向転換路の領域での前記案内溝の溝幅を前記円筒ころが直線運動する領域での該案内溝の溝幅よりも広くしたことを特徴とする直動案内軸受装置。
2. 前記腕部の前記円筒ころの循環方向を向く両端部に面取りを施したことを特徴とする請求項１記載の直動案内軸受装置。
3. 前記腕部の面取りはＲ面取りであることを特徴とする請求項２記載の直動案内軸受装置。
4. 前記直線運動領域と前記方向転換路領域との接続位置で該方向転換路領域の前記案内溝の内側内壁面の形状が変化し始めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の直動案内軸受装置。
5. 前記直線運動領域と前記方向転換路領域との接続位置より該直線運動領域に入った位置で前記案内溝の溝幅が広くなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の直動案内軸受装置。
6. 前記腕部が前記円筒ころの循環方向に沿って帯状をなしていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の直動案内軸受装置。
7. 前記腕部と前記円筒ころの軸方向の端面とが連結可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の直動案内軸受装置。

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