JP2005061534A - 直動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑剤の油脂等による膨潤の影響による転動体間ピッチの変動を抑制して作動性、低騒音性および耐久性のより一層の向上を低コストで且つ容易に実現する。
【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、前記セパレータ３０の凹面部３１ａと前記円筒ころ６との接触位置を接触角１９〜３５°の範囲とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば産業機械等に用いられる直動案内軸受装置、ボールねじ装置、ボールスプライン装置、リニアボールブッシュ装置等の直動装置に関する。

従来のこの種の直動装置としては、例えば図５に示すように、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とを備えた直動案内軸受装置が知られている。
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面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面３に対向する転動体転動面５が形成されている。

両転動体転動面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ており、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面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６（ｂ）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。
また、無限循環軌道を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。

このような事情から、図６に示すように、互いに隣り合う円筒ころ６間にセパレータ（間隔体）２０を介装して円筒ころ６同士の直接接触を防止し、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っている。 セパレータ２０は、図７〜図９に示すように、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面部２１ａが形成されている。なお、図５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、両転動体転動面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。
ところで、本出願人等は、転動体の無限循環軌道における転動体の位相変化に伴う経路長変動を間隔体の弾性で吸収すべくハイトレルやペルプレン（東洋紡績（株）製商品名）等のエラストマー材を用いることを先に提案したものの（特許文献１参照）、潤滑剤等の油脂によって間隔体が膨潤し、転動体と間隔体との接触位置によっては、転動体間ピッチが大きく変動して作動性や低騒音性、耐久性に悪影響を及ぼす問題が生じたことから、転動体と間隔体との接触位置を転動体の直径の５０％以下、特に３０〜５０％の位置（接触角に換算すると、接触角が３０°以下、特に１７．５〜３０°の位置）と規定した（特許文献２参照）。
特開２００２−２１８４９号公報 特開２００３−４９８３４号公報

しかしながら、上記特許文献２で規定した転動体と間隔体との接触位置の値では、間隔体の凹面部の曲率ｆ（凹面部の溝半径Ｒ／転動体径Ｄｗ）や間隔体の凹面部の溝底厚さ２δの値によって必ずしも最適な値にはならない場合が生じる。 例えば、間隔体の凹面部の曲率ｆを０．５４、転動体径Ｄｗを８ｍｍ、間隔体の凹面部の溝底厚さ２δを１．２ｍｍ（負荷容量等を満足するのに必要な転動体数を確保できる値）の場合は、転動体と間隔体との接触位置が転動体の直径の５０％（接触角が３０°）を超え、５２％（接触角が３１°）が最適値になる（間隔体の径方向と厚さ方向の膨潤長さの寸法差がゼロ（図１０参照）：径方向の膨潤は転動体間ピッチが小さくなり、厚さ方向の膨潤は転動体間ピッチが長くなる）。
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、潤滑剤の油脂等による膨潤の影響による転動体間ピッチの変動を抑制して作動性、低騒音性および耐久性のより一層の向上を低コストで且つ容易に実現することができる直動装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、転動体転動面を有する案内軸と、該案内軸の前記転動体転動面に対向する転動体転動面を有して、これらの両転動体転動面間に挿入された多数の転動体の転動を介して前記案内軸に案内されて相対的に移動する可動体と、互いに隣り合う各転動体の間に介装されて該転動体に対向する部位に凹面部が形成された間隔体とを備えた直動装置において、
前記間隔体の前記凹面部と前記転動体との接触位置を接触角１９〜３５°の範囲としたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、転動体転動面を有する案内軸と、該案内軸の前記転動体転動面に対向する転動体転動面を有して、これらの両転動体転動面間に挿入された多数の転動体の転動を介して前記案内軸に案内されて相対的に移動する可動体と、互いに隣り合う各転動体の間に介装されて該転動体に対向する部位に凹面部が形成された間隔体とを備えた直動装置において、
前記凹面部の断面がゴシックアーチ形状とされ、且つ前記転動体の直径をＤｗ、前記間隔体と前記転動体との接触角をθ、前記凹面部のゴシックアーチ溝半径をＲ、前記間隔体の前記凹面部の溝底厚さを２δ、前記凹面部の曲率をｆとしたとき、次式（１）〜（３）を満足する前記接触角θとなる前記間隔体を備えたことを特徴とする。
０．５Ｄｗ・ｓｉｎθｔａｎθ＝δ＋Ｒ（ｃｏｓθ₀ −ｃｏｓθ） …（１）
θ₀ ＝ｓｉｎ^-1［｛（２ｆ−１）／（２ｆ）｝ｓｉｎθ］ …（２）
ｆ＝Ｒ／Ｄｗ …（３）

請求項３に係る発明は、転動体転動面を有する案内軸と、該案内軸の前記転動体転動面に対向する転動体転動面を有して、これらの両転動体転動面間に挿入された多数の転動体の転動を介して前記案内軸に案内されて相対的に移動する可動体と、互いに隣り合う各転動体の間に介装されて該転動体に対向する部位に凹面部が形成された間隔体とを備えた直動装置において、
前記凹面部の断面が単一円弧形状とされ、且つ前記転動体の直径をＤｗ、前記間隔体と前記転動体との接触角をθ、前記凹面部の単一円弧溝半径をＲ、前記間隔体の前記凹面部の溝底厚さを２δ、前記凹面部の曲率をｆとしたとき、次式（４）及び（５）を満足する前記接触角θとなる前記間隔体を備えたことを特徴とする。
０．５Ｄｗ・ｓｉｎθｔａｎθ＝δ＋Ｒ（１−ｃｏｓθ） …（４）
ｆ＝Ｒ／Ｄｗ …（５）
請求項４に係る発明は、請求項３において、前記間隔体の前記凹面部と前記転動体との接触位置幅を±１０°以下の範囲としたことを特徴とする。

本発明によれば、潤滑剤の油脂等による間隔体の径方向と厚さ方向（軸方向厚さ）の膨潤長さを考慮し（径方向の膨潤は転動体間ピッチが小さくなり、厚さ方向の膨潤は転動体間ピッチが長くなる）、間隔体の厚さ方向の変化が小さくなるような接触角で間隔体の凹面部と転動体とを接触させて膨潤による間隔体の寸法変化が転動体間ピッチに可能な限り変化を与えないようにし、これにより、潤滑剤の油脂等による膨潤の影響による転動体間ピッチの変動を抑制して作動性、低騒音性および耐久性のより一層の向上を低コストで且つ容易に実現する。

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を説明するための説明図、図２は膨潤によるセパレータの寸法変化が最も小さくなる接触角θと転動体径Ｄｗとの関係をδ毎に示すグラフ図、図３は膨潤によるセパレータの寸法変化が最も小さくなる接触角θとδとの関係を転動体径Ｄｗ毎に示すグラフ図、図４は本発明の他の実施の形態である直動案内軸受装置を説明するための説明図である。なお、各実施の形態共に、既に図５で示した従来の直動案内軸受装置に対して相違する部分についてのみ説明する。

本発明の実施の形態の一例である直動案内軸受装置は、図１に示すように、互いに隣り合う円筒ころ（転動体）６間に介装されるセパレータ本体３１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３１と一体に設けられた腕部（図示せず）とを具備するセパレータ（間隔体）３０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面部３１ａが形成されている。

セパレータ３０の素材は、成形性がよくて強度があり、更に自己弾性を有するものが最適であり、例えばポリアミドやエラストマーなどを例示できる。また、真空中の用途には多少自己弾性は落ちるもののアウトガスの少ないＰＥＥＫなどを用いることができる。
更に、凹面部３１ａの円筒ころ６ろの接触面には円筒ころ６に対する潤滑剤のたまり構造、例えばディンプル形状や油たまり溝を設けてもよい。

ここで、この実施の形態では、前記凹面部３１ａの断面がゴシックアーチ形状とされ、且つ円筒ころ６の直径をＤｗ、セパレータ３０の凹面部３１ａと円筒ころ６との接触角をθ、凹面部３１ａのゴシックアーチ溝半径をＲ、セパレータ本体３１の凹面部３１ａの溝底厚さを２δ、凹面部３１ａの曲率をｆとしたとき、次式（１）〜（３）を満足する接触角θとなるセパレータ３０とされている。
０．５Ｄｗ・ｓｉｎθｔａｎθ＝δ＋Ｒ（ｃｏｓθ₀ −ｃｏｓθ） …（１）
θ₀ ＝ｓｉｎ^-1［｛（２ｆ−１）／（２ｆ）｝ｓｉｎθ］ …（２）
ｆ＝Ｒ／Ｄｗ …（３）

ところで、直動装置の場合、間隔体を各転動体間に介装すると、負荷部の有効転動体数が少なくなり、負荷容量や剛性に影響することは周知の通りである。
負荷容量を例に採ると、転動体がころの場合には転動体数の０．７５乗に比例（転動体がボールの場合には転動体数の２／３乗に比例）し、間隔体を介装しないものに比べて負荷容量や剛性が小さくなることは避けられない。しかし、できる限りこの負荷容量の低下を抑制したく、一般的には負荷容量の低下率を１０％以下に抑えることが必要となる。即ち、転動体の充填率は少なくとも８８％程度は維持することが必要になる。

一般に直動装置の転動体数は特別な場合を除いて負荷部の一列当たり１０〜２０個である。従って、転動体数が１０個と２０個の場合に、転動体充填率を少なくとも８８％維持できる範囲で、どの程度のセパレータの凹面部の溝底厚さ２δ（ｍｍ）をとることが可能かの余裕をみたものを表１に示す。なお、２δ＝［転動体数×（１−転動体充填率）×転動体径Ｄｗ］／（転動体数−１）である。

ここでは、例えば転動体径が２ｍｍのものでは、δの値でみると０．０５５〜０．１６５ｍｍとなる。図２に転動体径Ｄｗを横軸にとり、各δ毎にセパレータの膨潤による寸法変化が最も小さくなる接触角θを上式（１）〜（３）を用いて算出した結果を示す。
図２において、先程の表１で示した負荷容量や剛性面の規制から各転動体径Ｄｗによって設定することが可能なδの値の範囲でみると、接触角θは１９〜３５°の範囲が最適値となる。
また、転動体径Ｄｗは表１で示した８ｍｍを超えて１０ｍｍに設定する場合には、接触角θの上限側は４０°付近まで達する。即ち、上式（１）〜（３）を満足する接触角θを得ることで膨潤によるセパレータ３０の変形を最小に抑制できる最適な接触角θを得ることができる。なお、図３は図２のパラメータを変えたもので同じことを意味している。

このようにこの実施の形態では、セパレータ３０の凹面部３１ａと円筒ころ６とを最適な接触角θで接触させることにより、樹脂製品では避けられない油脂等によるセパレータ３０の膨潤に伴う円筒ころ６間の寸法変化を最小にすることができるので、円筒ころ６及びセパレータ３０の循環に伴う作動性の劣化を抑止することができると共に、低騒音性および耐久性のより一層の向上を低コストで且つ容易に実現することができる。

次に、図４を参照して、本発明の他の実施の形態である直動案内軸受装置を説明する。 この直動案内軸受装置は、図４に示すように、互いに隣り合う円筒ころ（転動体）６間に介装されるセパレータ本体４１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４１と一体に設けられた腕部（図示せず）とを具備するセパレータ（間隔体）４０を備えており、セパレータ本体４１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面部４１ａが形成されている。

ここで、この実施の形態では、前記凹面部４１ａの断面が単一円弧形状とされ、且つ円筒ころ６の直径をＤｗ、セパレータ４０の凹面部４１ａと円筒ころ６との接触角をθ、凹面部４１ａの単一円弧溝半径をＲ、セパレータ本体４１の凹面部４１ａの溝底厚さを２δ、凹面部４１ａの曲率をｆとしたとき、次式（４）及び（５）を満足する接触角θとなるセパレータ４０とされ、且つ前記凹面部４１ａと円筒ころ６との接触位置幅が±１０°以下の範囲とされている。
０．５Ｄｗ・ｓｉｎθｔａｎθ＝δ＋Ｒ（１−ｃｏｓθ） …（４）
ｆ＝Ｒ／Ｄｗ …（５）

凹面部４１ａと円筒ころ６との接触位置幅を±１０°としたのは、本来、樹脂の変形は大きいので前記接触位置幅を大きくとりたいところであるが、凹面部４１ａが単一円弧形状のため前記接触位置幅が大きすぎた場合、円筒ころ６の滑りが大きく摩擦力増につながるので、適当でない。そこで、一般的なところでの値に設定している。その他の構成及び作用効果は上記実施の形態と同様であるので説明を省略する。
なお、本発明は上記各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、上記各実施の形態では、転動体がころの場合を説明したが、転動体がボールであっても上記各式を満足する接触角θを得ることにより同様の作用効果を得ることができる。
また、上記各実施の形態では、直動装置として直動案内軸受装置を例に採ったが、これに限定されず、例えばボールねじ装置、ボールスプライン装置、リニアボールブッシュ装置等の直動装置に本発明を適用してもよい。

本発明の実施の形態の一例である直動案内軸受装置を説明するための説明図である。 膨潤によるセパレータの寸法変化が最も小さくなる接触角θと転動体径Ｄｗとの関係をδ毎に示すグラフ図である。 膨潤によるセパレータの寸法変化が最も小さくなる接触角θとδとの関係を転動体径Ｄｗ毎に示すグラフ図である。 本発明の他の実施の形態である直動案内軸受装置を説明するための説明図である。 直動装置の一例である転動体として円筒ころを用いた直動案内軸受装置を説明するための一部を切り欠いた図である。 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７の上面図である。 図８の側面図である。 接触角θと、セパレータの厚さ方向と径方向の膨潤長さの寸法差との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１ 案内レール（案内軸）
２ スライダ（可動体）
３ 転動体転動面
５ 転動体転動面
６ 円筒ころ（転動体）
３０ セパレータ（間隔体）
３１ａ 凹面部

Claims (4)

1. 転動体転動面を有する案内軸と、該案内軸の前記転動体転動面に対向する転動体転動面を有して、これらの両転動体転動面間に挿入された多数の転動体の転動を介して前記案内軸に案内されて相対的に移動する可動体と、互いに隣り合う各転動体の間に介装されて該転動体に対向する部位に凹面部が形成された間隔体とを備えた直動装置において、
   前記間隔体の前記凹面部と前記転動体との接触位置を接触角１９〜３５°の範囲としたことを特徴とする直動装置。
2. 転動体転動面を有する案内軸と、該案内軸の前記転動体転動面に対向する転動体転動面を有して、これらの両転動体転動面間に挿入された多数の転動体の転動を介して前記案内軸に案内されて相対的に移動する可動体と、互いに隣り合う各転動体の間に介装されて該転動体に対向する部位に凹面部が形成された間隔体とを備えた直動装置において、
   前記凹面部の断面がゴシックアーチ形状とされ、且つ前記転動体の直径をＤｗ、前記間隔体と前記転動体との接触角をθ、前記凹面部のゴシックアーチ溝半径をＲ、前記間隔体の前記凹面部の溝底厚さを２δ、前記凹面部の曲率をｆとしたとき、次式（１）〜（３）を満足する前記接触角θとなる前記間隔体を備えたことを特徴とする直動装置。
   ０．５Ｄｗ・ｓｉｎθｔａｎθ＝δ＋Ｒ（ｃｏｓθ₀ −ｃｏｓθ） …（１）
   θ₀ ＝ｓｉｎ^-1［｛（２ｆ−１）／（２ｆ）｝ｓｉｎθ］ …（２）
   ｆ＝Ｒ／Ｄｗ …（３）
3. 転動体転動面を有する案内軸と、該案内軸の前記転動体転動面に対向する転動体転動面を有して、これらの両転動体転動面間に挿入された多数の転動体の転動を介して前記案内軸に案内されて相対的に移動する可動体と、互いに隣り合う各転動体の間に介装されて該転動体に対向する部位に凹面部が形成された間隔体とを備えた直動装置において、
   前記凹面部の断面が単一円弧形状とされ、且つ前記転動体の直径をＤｗ、前記間隔体と前記転動体との接触角をθ、前記凹面部の単一円弧溝半径をＲ、前記間隔体の前記凹面部の溝底厚さを２δ、前記凹面部の曲率をｆとしたとき、次式（４）及び（５）を満足する前記接触角θとなる前記間隔体を備えたことを特徴とする直動装置。
   ０．５Ｄｗ・ｓｉｎθｔａｎθ＝δ＋Ｒ（１−ｃｏｓθ） …（４）
   ｆ＝Ｒ／Ｄｗ …（５）
4. 前記間隔体の前記凹面部と前記転動体との接触位置幅を±１０°以下の範囲としたことを特徴とする請求項３に記載した直動装置。

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