JP2005207451A

JP2005207451A - 直動装置

Info

Publication number: JP2005207451A
Application number: JP2004012156A
Authority: JP
Inventors: Eiji Hayashi; 栄治林; Kazuo Miyaguchi; 和男宮口
Original assignee: NSK Ltd; NSK Precision Co Ltd
Current assignee: NSK Ltd; NSK Precision Co Ltd
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】負荷能力及び負荷容量を向上させ、寿命の長い直動装置の提供を図ることにある。
【解決手段】ボール溝１１ａ，１２ａ（４１ａ，４２ａ）内に複数個のボール２が転動案内可能に組み込まれているボールねじなどの軸案内形式、又はリニアガイドなどのレール案内形式の直動装置であって、前記ボール溝の溝形状を、ダブルゴシックアーク溝とし、該アーク溝が８点接触であり、二つの接触角をもつため、外部荷重の方向に近い方向の接触角で荷重を受けることができ、ボールが持つ負荷能力をより引き出せるので、負荷能力が向上する。また、荷重を受ける点が増えることでボールとボール溝の間の応力を減少し、ボールの負担を減らして負荷容量の向上を図る。
【選択図】図３

Description

本発明は、各種工作機械、産業機械、半導体／液晶関連製造装置、産業用ロボット、医療機器などに使用されるボールねじ・リニアガイドなどの直動装置の溝形状の改良に関する。

各種工作機械や産業用機械としてのロボット等にあっては、回転運動の直進運動への変換やワークテーブル等の直進移動を円滑に行わせるために、ボールねじやリニアガイド等の直動装置が用いられている。
例えば、ボールねじにあっては、ねじ軸の外周面とナットの内周面に、互いに対応する螺旋状のボール溝を形成し、双方のボール溝により形成される螺旋状の空間内に複数個の転動体（ボール）が転動自在に組み込まれている。また、リニアガイドにあっては、レール外面とベアリング内面に、互いに対向する断面形状が略半円状のボール溝を形成し、双方のボール溝により形成される空間内に複数個の転動体（ボール）が転動自在に組み込まれている。

図５に示すように、従来のボールねじ、リニアガイド等の直動装置においてボール３００が転動する溝１００，２００の断面形状は、接触角４５度の４点接触（接触点をＰ１０〜Ｐ１３で示す。）であるゴシックアーク溝が採用され、このようなゴシックアーク溝の採用により、横方向および縦方向（ボールねじの場合のラジアル荷重、アキシャル荷重）の両方を受けていた（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２０００−３９０５２号公報（段落番号０００３，図３，図６）

しかし、このようなゴシックアーク溝形状の場合、実際の使用上で多い荷重パターンと思われる単純な横方向あるいは縦方向の荷重に対しては、一つのボールが受ける荷重（接触方向の荷重）は、一つのボールが受け持つ荷重（接触方向荷重の横方向あるいは縦方向成分に相当）の√２倍になってしまい、ボールへの負担が大きくなっていた。すなわちボールが本来持つ負荷能力を無駄にしていたといえる。
また、横方向荷重（ボールねじの場合のアキシャル荷重）が掛かった場合、一つのボール溝とボールの接触点のうち外部荷重を受けるのは１点のみである。このためボールに生じる圧力が大きくなり、ボールに負担を与えていたといえる。

本発明は従来技術の有する課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、負荷能力及び負荷容量を向上させ、寿命の長い直動装置の提供を図ることにある。

上記課題を解決するために本発明がなした技術的手段は、ボール溝内に複数個のボールが転動案内可能に組み込まれている軸案内形式又はレール案内形式の直動装置であって、前記ボール溝の溝形状を、８点の接触点をもつダブルゴシックアーク形状としたことである。

また、前記第１の発明の対象となる直動装置は、ボールねじ軸外周に設けられたボール溝と、ナット内周に設けられたボール溝の間に複数個のボールが組み込まれて構成され、回転運動を直線運動に変換するボールねじである。

また、前記第１の発明の対象となる他の直動装置としては、レール外周に設けられたボール溝と、ベアリング内周に設けられたボール溝の間に複数個のボールが組み込まれて構成され、前記レール上をベアリングが直線運動するリニアガイドである。

ダブルゴシックアーク溝は８点接触であり、二つの接触角（例えば１５度と４５度、３０度と６０度など）をもつため、外部荷重の方向に近い方向の接触角で荷重を受けることができ、ボールが持つ負荷能力をより引き出せるので、負荷能力が向上する。
また、荷重を受ける点が増えることでボールとボール溝の間の応力を減少し、ボールの負担を減らして負荷容量の向上が望める。
さらに、ゴシックアーク溝の各円弧のつなぎ目には、ねじ研削逃げである凹溝が形成され、その研削逃げの凹溝にグリース等の潤滑材が溜まる。このためボールが負荷を受けて荷重方向に移動すると、そのつなぎ目にある凹溝に溜まっていた潤滑剤がボールに供給されることになり、ボールとボール溝の間の潤滑状態を良好に保つことが出来る。

本発明は、各種直動装置におけるボール溝形状を８点接触のダブルゴシックアーク形状としたため、負荷能力及び負荷容量の向上が図れ、長寿命な直動装置が提供可能である。

本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。本発明の直動装置は、例えばボールねじやリニアガイドが対象とされ、以下、ボールねじに本発明を適用した例を実施例１、リニアガイドに本発明を適用した例を実施例２として説明する。なお、以下に説明する実施形態は本発明の一実施形態にすぎず、本発明は何等これに限定解釈されるものではなく、本発明の範囲内で適宜設計変更可能である。

図１は本発明の実施例１で、本実施例1は、ボールねじに本発明を適用した実施の一例を示す。
ボールねじ１は、図１に示すように、ねじ軸１１の外周面と、ナット１２の内周面に、互いに対応する螺旋状のボール溝１１ａ，１２ａを形成し、双方のボール溝１１ａ，１２ａにより形成される螺旋状の循環空間１３内に、複数個の転動体（ボール）２が転動自在に組み込まれ、ねじ軸１１又はナット１２のいずれか一方の回転力をボール２を介して他方に伝達し、これを軸方向に駆動するものである。
なお、本実施形態では、デフレクタ式（こま式）のボールねじの一実施例を図示するが、こま部分などは省略している。
本発明は、ねじ軸１１のボール溝１１ａと、ナット１２のボール溝１２ａをダブルゴシックアーク形状とした点に特徴的な構成を有しているものであり、その他の構成部分にあっては特に説明は省略する。

ダブルゴシックアーク形状のボール溝１１ａは、図２に示すように、横断面形状がボールの半径より大きな曲率半径Ｒ１，Ｒ２を持つ円弧を四つ組み合わせた溝形状で、相対向するねじ軸１１のボール溝１１ａとナット１２のボール溝１２ａで、図３に示すように夫々４点ずつ計８点の接触点Ｐ１〜Ｐ８を持ってボール２が転がり接触する。ここで、Ｒ１とＲ２の大きさは等しく、その大きさをボール２の直径の大きさで割った値（いわゆる溝Ｒ比）は従来のものの場合と同様、０．５１〜０．６の範囲内の適宜の値を選択している。
図２は、１５度と４５度の二つの接触角とした本発明の実施の一例を示し、図中Ａはオフセット量を示す。
また、図中、３はねじ研削逃げである凹溝を示し、その研削逃げの凹溝３は、グリース等の潤滑剤が溜まる潤滑剤貯留部として機能する。
なお、接触角は特に限定されるものではなく、例えば３０度と６０度の二つの接触角など任意に設計変更可能であり、片側のボール溝で４点の接触点を持ち、双方のボール溝で計８点の接触点を持つダブルゴシックアーク形状であれば本発明の範囲内で設計変更可能である。
また、曲率半径Ｒ１とＲ２とを等しく設定したが、互いに異なるように設定してもよい。また、溝Ｒ比の値も上記に限定されず、例えば０．６より大きな値に設定してもよい。

また、本実施例では、上述の通り、デフレクタ式（こま式）のボールねじ１の一実施形態を用いて説明するが、本発明の対象となるボールねじは、これに限定されるものではなく、例えばリターンチューブ方式やエンドキャップ方式などの各種ボールねじを対象とすることができる。

図４は本発明の実施例２で、本実施例２は、リニアガイドに本発明を適用した実施の一例を示し、図４はリニアガイドのレールの長手方向、すなわち、ベアリングのスライド方向に直交する断面の要部を示す。
リニアガイド４は、レール４１外周(両側面)にそれぞれ２列設けられたボール溝４１ａ(図４では片側の２列のみを示す。)と、断面略コ字状のベアリング（スライダともいう。）４２内周(両そで部内側)にそれぞれ２列、前記ボール溝４１aと対向するように設けられたボール溝４２ａの間に複数個のボール２が組み込まれて構成され、前記レール４１上をベアリング４２が直線運動するもので、夫々のボール溝４１ａ，４２ａをダブルゴシックアーク形状としている点に特徴があるものであり、その他の構成については簡略化して示してある。例えば本実施例は、ボール２が無限循環するタイプであるが、図４ではボール戻り通路等の図示を省略している。
ダブルゴシックアーク形状にあっては、前述した実施例１の説明及び図２，３を援用し、ここでの説明は省略する。
なお、図示したリニアガイド４は本発明の一実施形態にすぎず、レール形状、ベアリング形状など特に限定されず、また無限直線運動するタイプに限らず、有限直線運動するタイプにも本発明を適用することも可能である。

また、特に図示しないが、前述の実施例１と実施例２において、ボール２相互間に周知の保持ピースを介装することも本発明の範囲内で可能である。
さらに、保持ピースにおけるボールと接触する面を、ボール溝と同様にダブルゴシックアーク形状からなるボール保持面（凹面）とすることも本発明の範囲内で可能であり、適宜設計変更可能である。

本発明を適用した直動装置の一実施例であるボールねじを一部省略して示す概略断面図。ボール溝の横断面形状を示す概略断面図。ボール溝の横断面形状を示す概略断面図。本発明を適用した直動装置の一実施例であるリニアガイドを一部省略して示す概略断面図。従来のゴシックアーク溝を採用した直動装置の概略断面図。

符号の説明

１：ボールねじ（直動装置）
１１：ねじ軸
１１ａ：ボール溝
１２：ナット
１２ａ：ボール溝
２：転動体（ボール）
４：リニアガイド（直動装置）
４１：レール
４１ａ：ボール溝
４２：ベアリング（スライダ）
４２ａ：ボール溝

Claims

ボール溝内に複数個のボールが転動案内可能に組み込まれている軸案内形式又はレール案内形式の直動装置であって、
前記ボール溝の溝形状を、８点の接触点をもつダブルゴシックアーク形状としたことを特徴とする直動装置。
ボールねじ軸外周に設けられたボール溝と、ナット内周に設けられたボール溝の間に複数個のボールが組み込まれて構成され、回転運動を直線運動に変換するボールねじであることを特徴とする請求項１に記載の直動装置。
レール外周に設けられたボール溝と、ベアリング内周に設けられたボール溝の間に複数個のボールが組み込まれて構成され、前記レール上をベアリングが直線運動するリニアガイドであることを特徴とする請求項１に記載の直動装置。