JP2011085247A

JP2011085247A - 運動案内装置

Info

Publication number: JP2011085247A
Application number: JP2009240699A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Iida; 勝也飯田; Hironori Shoji; 裕紀庄司; Takashi Matsumoto; 隆松本
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2011-04-28
Also published as: WO2011048892A1; TW201135091A

Abstract

【課題】
ボールの円滑な循環を確保しつつも、ターンプレートの寸法精度を緩和してその製作を容易なものにすることが可能であると共に、組み立ても容易な運動案内装置を提供する
【解決手段】
転動体を介して軌道軸に組つけられる移動部材は、前記軌道軸の各転走面と対向して前記負荷通路を構成する複数の負荷転走面を有すると共に各負荷転走面に対応した前記戻し通路を有する移動部材本体と、この移動部材本体の移動方向の両端面に固定されると共に前記方向転換路が設けられた一対の蓋部材とを備え、前記蓋部材は、前記移動部材本体に固定されると共に前記方向転換路の外周側案内面が設けられた蓋部材本体と、前記蓋部材本体と前記移動部材本体との間に挟み込まれ、前記蓋部材本体の外周側案内面と対向して前記方向転換路を構成する内周側案内面を有する複数のターンプレートとを備えている。
【選択図】図７

Description

本発明は、例えば直線案内装置や送りねじ装置、ボールスプライン装置等、ボール又はローラ等の転動体を介して軌道軸と移動部材とが相対的に移動自在に係合した運動案内装置に関する。

この種の運動案内装置としては、多数のボールを介してスプライン軸とナット部材とが相対的に直線運動自在に組み合わされ、産業用ロボットにおけるトルク伝達部等に使用されるボールスプライン装置や、工作機械や搬送装置等の直線案内機構に使用され、ベッド又はサドル等の固定部上でテーブル等の可動体を案内する直線案内装置等が知られている。

前記ボールスプライン装置としては、実開平２−１０９０１２号公報に開示されるものが知られている。これら文献に記載されたボールスプライン装置は、長手方向に沿って複数条のボールの転走面が形成されたスプライン軸と、多数のボールを介して前記スプライン軸に組つけられたナット部材とから構成されている。また、前記ナット部材は、前記スプライン軸の転走面と対向してボールの負荷通路を形成する負荷転走面を有すると共に、前記ボールが転走する戻し通路を備えたナット本体と、前記負荷通路と戻し通路とを連通連結させてボールの無限循環路を完成させる方向転換路を有すると共に、前記ナット本体の両側面に固定される一対の蓋部材とから構成されており、ボールの無限循環に伴って前記ナット部材がスプライン軸の周囲をその長手方向に沿って自在に移動し得るように構成されている。

また、前記蓋部材は、前記方向転換路の外周側案内面が形成された蓋部材本体と、この蓋部材本体と前記ナット本体との間に装着されると共に前記方向転換路の内周側案内面が形成されたターンプレートとから構成されており、これら蓋部材本体とターンプレートとを組み合わせることによって方向転換路を具備した前記蓋部材が完成するようになっている。

実開平２−１０９０１２号公報

ボールスプライン装置では前記スプライン軸の軸径に応じ、ボールの転走面が前記スプライン軸に対して２条、４条、６条等の如く複数条形成されており、これに対応して前記ナット部材もボールの無限循環路を複数回路備えている。このため、前記ナット部材の一部をなす蓋部材は複数の方向転換路を具備したものとなり、かかる蓋部材を構成する蓋部材本体及びターンプレートもこれに対応したものとなる。

また、前記ターンプレートには方向転換路の内周側案内面が配置されることから、方向転換路に出入りするボールは、ターンプレートを貫通して前記ナット本体と蓋部材本体との間を往来しており、ターンプレートにはナット本体の負荷通路及び戻し通路と重なるボールの貫通孔を形成する必要が生じる。

従って、前記ナット本体に具備された複数の無限循環路に対して単一のターンプレートを配置した場合には、前記貫通孔をターンプレートに対して無限循環路の回路数分だけ設ける必要が生じ、ボールがターンプレートに引っかかることなく円滑に方向転換路に出入りするためには、かかるターンプレートに形成される複数の貫通孔の相互の位置精度を高める必要があり、当該ターンプレートの製作に手間がかかるといった課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ボールの円滑な循環を確保しつつも、ターンプレートの寸法精度を緩和してその製作を容易なものにすることが可能であると共に、組み立ても容易な運動案内装置を提供することにある。

前記目的を達成する本発明の運動案内装置は、転動体の転走面が長手方向に沿って複数形成された軌道軸と、この軌道軸に対して前記転動体を介して組つけられると共に、前記転動体の負荷通路、戻し通路及び方向転換路から構成される当該転動体の無限循環路を有し、前記軌道軸の長手方向に沿って移動自在な移動部材とを備えている。また、前記移動部材は、前記軌道軸の各転走面と対向して前記負荷通路を構成する複数の負荷転走面を有すると共に各負荷転走面に対応した前記戻し通路を有する移動部材本体と、この移動部材本体の移動方向の両端面に固定されると共に前記方向転換路が設けられた一対の蓋部材とを備えている。そして、前記蓋部材は、前記移動部材本体に固定されると共に前記方向転換路の外周側案内面が設けられた蓋部材本体と、前記蓋部材本体と前記移動部材本体との間に挟み込まれ、前記蓋部材本体の外周側案内面と対向して前記方向転換路を構成する内周側案内面を有する複数のターンプレートとを備えている。

このような本発明の運動案内装置によれば、移動部材本体に装着されて移動部材の一部を構成する蓋部材が、蓋部材本体と複数のターンプレートとを備えているので、各ターンプレートに対しては移動部材本体の負荷通路及び戻し通路に対応する貫通孔の形成個数が減少し、その分だけターンプレートの寸法精度を緩和してその製作を容易なものにすることが可能となる。また、ターンプレートの寸法精度が緩和されることから、ターンプレートの蓋部材本体及び移動部材本体に対する組み付けが容易なものとなり、その分だけ移動部材の組み立てを容易なものにすることも可能となる。

本発明を適用したボールスプライン装置の一例を示す側面図である。図１に示したボールスプライン装置の一部切欠き斜視図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図１に示したボールスプライン装置のナット本体を示す斜視図である。図１に示したボールスプライン装置の蓋部材本体を示す斜視図である。図１に示したボールスプライン装置のターンプレートを示す斜視図である。図１に示したボールスプライン装置の蓋部材を示す斜視図である。蓋部材本体の転換溝とターンプレートの案内部を分離した状態を示す断面図である。蓋部材本体の転換溝とターンプレートの案内部とを嵌合させて完成した方向転換路を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の運動案内装置を詳細に説明する。尚、本発明は添付図面に示す実施形態に限定されるものではない。

図１及び図２は運動案内装置の一種であるボールスプライン装置に本発明を適用した実施形態の一例を示すものであり、図１は側面図、図２は一部を切り欠いて示した斜視図である。このボールスプライン装置は、断面略円柱状に形成されたスプライン軸１と、略円筒状に形成されると共に転動体としての多数のボール３を介して前記スプライン軸１に組付けられたナット部材２とから構成されており、前記ナット部材２がスプライン軸１の周囲を軸方向へ自在に往復運動するように構成されている。前記スプライン軸１は本発明の軌道軸に、前記ナット部材２は本発明の移動部材に相当する。

また、前記ナット部材２は、金属製のナット本体４と、このナット本体４の軸方向の両端に固定ボルト５０を用いて固定される一対の蓋部材５とから構成されている。前記ナット本体４は本発明の移動部材本体に相当する。尚、図２ではナット部材内部構造を示すため、ナット本体４から一方の蓋部材５を除去した状態を示している。

前記スプライン軸１の外周面には前記ボール３の転走面１０が軸方向に沿って４条形成されており、ボール３はこれら転走面１０を転走しながらナット部材２とスプライン軸１との間で荷重を負荷する。各転走面１０の長手方向と垂直な断面における形状はサーキュラアーク状、すなわちボール球面の曲率半径よりも僅かに大きな曲率半径の単一円弧からなる形状に形成されている。これらの転走面１０は、ナット部材２がスプライン軸１の周囲を矢線Ａ方向に回転する場合に荷重を負荷する転走面１０ａと、矢線Ｂ方向に回転する場合に荷重を負荷する転走面１０ｂとから構成されており、互いに隣接する転走面１０ａと転走面１０ｂがグループとなって、スプライン軸１の外周面に複数のグループが等間隔に形成されている。これにより、ナット部材２とスプライン軸１との間で回転トルクの伝達が可能となっている。図１及び図２に示したボールスプライン装置では２グループ４条の転走面１０がスプライン軸１の外周面に形成されているが、３グループ６条または４グループ８条の転走面を形成することもできる。

このようにナット本体４と一対の蓋部材５との組み合わせからなるナット部材２はボール３の無限循環路を有しており、かかる無限循環路はスプライン軸１の各転走面１０に対応して設けられている。各無限循環路は、ボール３が前記スプライン軸１とナット本体４との間で荷重を負荷しながら転走する負荷通路と、この負荷通路に対応して前記ナット本体に設けられた戻し通路と、前記負荷通路と戻し通路との間でボール３の転走方向を１８０度転換させると共にこれら通路の間でボール３を往来させる方向転換路とから構成されている。前記方向転換路は前記蓋部材５に形成されている。

図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、前記ナット本体４に対する負荷通路３０及び戻し通路３１の配置を示している。略円筒状に形成されたナット本体４の内周面にはスプライン軸１の転走面１０に対向する位置にボール直径よりも僅かに大きな内径を有する負荷通路溝４０が形成されており、この負荷通路溝４０の最深部にはスプライン軸１の転走面１０と対面して負荷転走面４１が形成されている。ボール３は負荷通路溝４０の内部においてスプライン軸１の転走面１０とナット本体４の負荷転走面４１に接触し、スプライン軸１とナット本体４との間で荷重を負荷している。すなわち、スプライン軸１の転走面１０とナット本体４の負荷転走面４１とが互いに対向することによって前記負荷通路３０が構成されている。前記負荷転走面４１はその長手方向に垂直な断面がスプライン軸１の転走面１０と同様にサーキュラアーク状に形成されている。

各負荷通路３０においてボール３とスプライン軸１の各転走面１０またはナット部材２の各負荷転走面３１が接触する方向は、スプライン軸１の周方向に関し、隣接する負荷通路と９０度ずつ異なっている。これにより、ナット部材２はスプライン軸１の軸方向以外に作用するあらゆる荷重を負荷しながら当該スプライン軸１に沿って往復動することが可能となっている。また、前記負荷通路溝４０のスプライン軸１に向けた開口部はボールの直径よりも僅かに小さな開口幅に形成されており、ナット部材２からスプライン軸１を抜き取った場合であっても、ボール３が負荷通路溝から抜け落ちることがないように構成されている。

一方、前記戻し通路及び方向転換路はその内径がボールの直径よりも僅かに大きな円形断面の通路となっており、ボール３はこれら戻し通路３１及び方向転換路３２の内部を無負荷状態で転走する。すなわち、前記負荷通路３０において荷重を負荷していたボール３は、前記方向転換路３２の入口に到達すると荷重から開放されて無負荷状態となり、一方の蓋部材５に設けられた方向転換路３２の内部を転走した後に、ナット本体４の戻し通路３１へと進入する。また、前記戻し通路３１へ進入したボール３は無負荷状態のまま当該戻し通路３１を転走した後、他方の蓋部材５に設けられた方向転換路３２に進入し、かかる方向転換路３２を無負荷状態で転走した後に、前記負荷通路３０に戻される。前記ナット部材２はこのようなボール３の無限循環を伴いながら、前記スプライン軸１に沿って運動する。

図４は前記ナット本体４を示す斜視図である。このナット本体４は前記スプライン軸１が挿通される貫通孔４２を有して略円筒状に形成されており、その内周面には４条の前記負荷通路溝４０が軸方向に沿って形成されている。この負荷通路溝４０は、前述の通り、前記スプライン軸１に面した開口部の幅がボール３の直径よりも狭く、且つ、内部はボール３の直径よりも僅かに大きな内径で形成されているので、前記ナット本体４に対してワイヤカット放電加工を用いて形成されている。また、前記ナット本体には各負荷通路溝のそれぞれに対応して４カ所に前記戻し通路３１が形成されている。これら戻し通路３１はナット本体４を貫通する孔として形成されている。尚、図４中において符号４３は前記蓋部材を貫通する固定ボルト５０が螺合するタップ穴である。

一方、前記ナット本体４に装着される各蓋部材５は蓋部材本体６と一対のターンプレート７とから構成されている。図５は前記蓋部材本体を前記ナット本体との当接面側から観察した斜視図、図６は前記ターンプレートを前記蓋部材本体との当接面側から観察した斜視図、図７は前記蓋部材本体６に対して一対のターンプレート７を組み付けた状態を示す斜視図である。

前記蓋部材本体６は、前記ナット本体４と同様に、前記スプライン軸１が挿通される貫通孔を有して略円筒状に形成されており、その内周面には前記スプライン軸１の転走面１０に対応した４カ所の部位にシール突部６０が形成されている。これらシール突部６０はスプライン軸１の転走面１０に遊嵌し、蓋部材本体６とスプライン軸１の隙間を当該スプライン軸１の周方向に沿って一定に保つと共に、方向転換路３２の負荷通路３０側の入口を前記ターンプレート７と協働して形成する。

また、図５において斜線で示された領域は蓋部材本体６と前記ナット本体４との当接面６２であり、前記貫通孔を挟んで一対の当接面６２が存在している。そして、これら当接面６２に隣接して前記ターンプレート７の嵌合領域６３が設けられている。この嵌合領域６３と前記当接面６２との境界には前記ターンプレート７の厚さに対応した段部が設けられており、前記蓋部材本体６をナット本体４に装着すると、図１に示されるように、これら蓋部材本体６とナット本体４との間にターンプレート７が挟み込まれるようになっている。

かかる蓋部材本体６は固定ボルト５０を用いてナット本体に固定され、当該蓋部材本体には固定ボルト５０の挿通される一対の貫通孔６１が設けられている。これら貫通孔は前記当接面６２に開口しており、前記嵌合領域には設けられていない。すなわち、固定ボルト５０は前記ターンプレート７を貫通することなく、蓋部材本体６のみを貫通しており、前記ターンプレート７に対して固定ボルト５０の締結力が局所的に作用し難い構造となっている。

また、この蓋部材本体６には前記方向転換路３２の一部をなす転換溝６４が四カ所に形成されている。これら転換溝６４は前記当接面６２と嵌合領域６３の境界部に設けられており、かかる転換溝６４の内部には前記方向転換路３２の外周側案内面６５が形成されている。この外周側案内面６５はボール３の転走方向に垂直な断面形状が半円状に形成されており、ボール３の転走方向の一端は前記ナット本体４の負荷通路溝４０に連結される一方、他端は前記ナット本体４の戻し通路３１に連結される。更に、この転換溝６４にはターンプレート７に設けられた案内部７１が嵌合する。

前記ターンプレート７は、前記蓋部材本体６の嵌合領域に嵌まり込むプレート部７０と、このプレート部７０から略半円状に突出して前記蓋部材本体６の転換溝６４に嵌合する案内部７１とから構成されている。この実施の形態では、前記プレート部７０の両端に一対の案内部７１が形成され、一つのターンプレート７が二つの転換溝６４に対応している。すなわち、前記蓋部材本体６には四つの転換溝６４が設けられているので、一つの蓋部材本体６に対して二つのターンプレート７が装着されることになる。

また、略半円状に突出した前記案内部７１の外周面にはその周方向に沿って前記方向転換路３２の内周側案内面７２が形成されている。この内周側案内面７２はボール３の転走方向に垂直な断面形状が半円状に形成されており、ボール３の転走方向の一端は前記ナット本体４の負荷通路溝４０に連結される一方、他端は前記ナット本体４の戻し通路３１に連結される。このため、前記プレート部７０には前記負荷通路３０の導入口７３が負荷通路溝４０と略同一の断面形状で形成され、この導入口７３が前記内周側案内面７２と連続している。

更に、前記プレート部７０のナット本体４との接触面、すなわち前記案内部７１の形成面と反対側の面には、一対の位置決めスタッド７４が設けられている。これら位置決めスタッド７４は前記ナット本体４の軸方向端面に開設された基準穴４４に嵌合し、前記ターンプレート７をナット本体４に対して位置決めしている。すなわち、位置決めスタッド７４をナット本体４の基準穴４４に嵌合させると、ターンプレート７の案内部７１がナット本体４の負荷通路溝４０と戻し通路３１との間で位置決めされ、かかる案内部７１に形成された内周側案内面７２が負荷通路溝４０及び戻し通路３１の双方と連結されるようになっている。

前記ターンプレート７のプレート部７０を前記蓋部材本体６の嵌合領域６３に適合させると、図８に示すように、ターンプレート７の案内部７１が蓋部材本体６の転換溝６４に嵌合する。前記転換溝６４の内部には前記方向転換路３２の外周側案内面６５が、ターンプレート７の案内部７１には前記方向転換路３２の内周側案内面７２が形成されていることから、かかる転換溝に案内部を嵌合させると、図９に示すように、ボール３の直径よりも僅かに大きな内径を有する方向転換路３２が完成する。

そして、前記蓋部材本体６とターンプレート７とが嵌合した一対の蓋部材５を前記ナット本体４の両端に固定ボルト５０を用いて固定すると、当該蓋部材５に形成された方向転換路３２がナット本体４に形成された負荷通路溝４０と戻し通路３１とを連結し、ボール３の無限循環路が完成する。

尚、図７中における符号５１は、ナット部材２を機械装置等に設けられた取付け孔に圧入する際に使用される治具挿入口であり、かかる治具挿入口５１に挿入した治具でナット本体４を直接押圧することにより、蓋部材の変形を回避しながらナット部材を前記取付け孔に圧入することが可能となっている。

以上のように構成されたボールスプライン装置では、前記ナット部材２に対してボール３の無限循環路が４回路設けられ、各蓋部材５には４つの方向転換路３２が設けられているが、各蓋部材５は２枚のターンプレート７を含んでおり、各ターンプレート７には２つの方向転換路３２に対応した案内部７１及び導入口７３が設けられている。前記無限循環路内をボールが円滑に転走するためには、これら案内部及び導入口はナット本体の負荷通路３０及び戻し通路３１と正確に対応しなくてはならず、ターンプレートの寸法精度は厳しく管理される必要がある。しかし、この実施形態で示したボールスプライン装置では、前記蓋部材に２枚のターンプレートを含ませたことから、１枚のターンプレートに４つの方向転換路３２に対応した案内部７１及び導入口７３を設ける場合と比較し、ターンプレート７の寸法精度を緩和することが可能となり、各ターンプレート７の製作を容易なものにすることが可能となっている。

また、同一の蓋部材本体６に組み合わされる２枚のターンプレート７は、かかる蓋部材本体６における嵌合領域６３が互いに分離されており、各ターンプレート７を蓋部材本体６に対して個別に位置決めすることが可能なので、かかる蓋部材本体６に対するターンプレート７の組み付けも容易なものとなり、その分だけボールスプライン装置のナット部材２を容易に組み立てることが可能となる。

更に、蓋部材５をナット本体４に締結する固定ボルト５０は、前記蓋部材本体６を貫通してはいるが、前記ターンプレート７は貫通しておらず、かかるターンプレート７はナット本体４と蓋部材本体６との間に挟み込まれた状態で当該ナット本体４に対して固定されている。すなわち、蓋部材５をナット本体４に固定するために前記固定ボルト５０を強固に締結したとしても、かかる固定ボルト５０はターンプレート７を貫通しておらず、固定ボルト５０の締結力がターンプレート７に対して局所的に及ぶことはない。このため、蓋部材本体６をナット本体４に対して強固に固定したとしても、ターンプレート７が変形することなく、かかるターンプレート７に設けられた案内部７１及び導入口７３をナット本体４の負荷通路溝４０及び戻し通路３１に対して正確に対応させることが可能となる。

また更に、前記固定ボルト５０はターンプレート７を貫通しておらず、ターンプレート７は前記位置決めスタッド７４をナット本体４の基準穴４４に対して、案内部７１を蓋部材本体６の転換溝６４に対して嵌合させた状態で、ナット本体４と蓋部材本体６との間に挟み込まれている。このため、ターンプレート７の前記位置決めスタッド７４とナット本体４の基準穴４４との嵌合状態に僅かに隙間を与えると共に、ターンプレート７の案内部７１と蓋部材本体６の転換溝６４との嵌合状態にも僅かに隙間を与えると、ナット本体４と蓋部材本体６との間でターンプレート７が前記隙間分だけ固定位置を自由に変化させることが可能となる。従って、仮にターンプレート７の寸法精度に誤差が含まれるとしても、方向転換路３２に出入りするボール３がターンプレート７と接触すると、ターンプレート７が蓋部材本体６の嵌合領域６３内でボール３の循環を阻害しない最適位置に移動することになる。すなわち、このようなターンプレート７の固定構造によれば、ターンプレート７の寸法精度に対する許容範囲を拡大したとしても、ボール３の円滑な循環を確保することが可能となり、その分だけ容易に且つ安価にボールスプライン装置を製造することが可能となる。

また、同一の蓋部材本体６に組み合わされる２枚のターンプレート７は、互いに同一の形状を有しているので、これを安価に製造することができるといった利点もある。

尚、以上説明してきた実施形態では、本発明をボールスプライン装置に適用した例を説明したが、例えば、軌道レールに沿ってスライダが運動する直線案内装置、ねじ軸の周囲にナット部材が螺合した送りねじ装置、丸軸の周囲をナット部材が往復運動するボールブッシュ装置などにも本発明を適用することが可能である。

また、以上説明してきた実施形態では本発明の転動体としてボールを用いた例を説明したが、かかる転動体はローラであっても差し支えない。

１…スプライン軸（軌道軸）、２…ナット部材（移動部材）、３…ボール（転動体）、４…ナット本体（移動部材本体）、５…蓋部材、６…蓋部材本体、７…ターンプレート、３０…負荷通路、３１…戻し通路、３２…方向転換路、６５…外周側案内面、７２…内周側案内面

Claims

転動体の転走面が長手方向に沿って複数形成された軌道軸と、この軌道軸に対して前記転動体を介して組つけられると共に、前記転動体の負荷通路、戻し通路及び方向転換路から構成される当該転動体の無限循環路を有し、前記軌道軸の長手方向に沿って移動自在な移動部材とを備え、
前記移動部材は、前記軌道軸の各転走面と対向して前記負荷通路を構成する複数の負荷転走面を有すると共に各負荷転走面に対応した前記戻し通路を有する移動部材本体と、この移動部材本体の移動方向の両端面に固定されると共に前記方向転換路が設けられた一対の蓋部材と、を備え、
前記蓋部材は、前記移動部材本体に固定されると共に前記方向転換路の外周側案内面が設けられた蓋部材本体と、前記蓋部材本体と前記移動部材本体との間に挟み込まれ、前記蓋部材本体の外周側案内面と対向して前記方向転換路を構成する内周側案内面を有する複数のターンプレートと、を備えていることを特徴とする運動案内装置。
前記蓋部材本体は固定ボルトによって前記移動部材本体に締結され、前記固定ボルトは前記ターンプレートを貫通することなく蓋部材本体のみを貫通していることを特徴とする請求項１記載の運動案内装置。
複数のターンプレートは互いに同一形状であることを特徴とする請求項２記載の運動案内装置。
各ターンプレートは、前記移動部材本体と蓋部材本体との間に挟み込まれる板状保持部と、この板状保持部から半円状に突設されて前記蓋部材本体に嵌合すると共に外周面に前記方向転換路の内周側案内面が設けられた案内部とから構成され、かかる案内部は前記板状保持部の一面側に設けられる一方、前記板状保持部材の他面側には前記移動部材本体に嵌合する位置決めスタッドが設けられていることを特徴とする請求項３記載の運動案内装置。