JP2013029165A - 直動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミクロスリップ現象をより確実に防止して転動体保持器を常に適正位置に保持できる極めて実用性に秀れた直動装置の提供。
【解決手段】
軸１に対して直動体２が直動するように設けられ、この軸１と直動体２との間には負荷路３が設けられ、この負荷路３には複数の転動体４が配設され、この転動体４が負荷路３を転動移動するように構成された直動装置であって、負荷路３に、転動体４を保持する転動体保持器６を配設し、この転動体保持器６には、負荷路３に設けられた受け凹部10若しくは受け凸部と凹凸係合する凸部５ａ若しくは凹部を形成した係合体５を転動可能な状態で設け、この係合体５は負荷路３に該負荷路３と凹凸係合状態で配設し、また、受け凹部10若しくは受け凸部は、軸１及び直動体２の軸方向に千鳥状に配列するように設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、直動装置に関するものである。

従来から、軸に対して直動体が直動するように設けられ、この軸と直動体との間に負荷路が設けられ、この負荷路に複数の転動体が転動体保持器に保持された状態で配設され、この転動体が負荷路を転動移動するように構成された直動装置においては、直動体の往復直動に伴って軸及び直動体と転動体保持器との相対位置が徐々にズレてしまう現象、所謂ミクロスリップ現象が生じることが知られている。

ところで、近年、例えば特許文献１に開示されるように、転動体保持器に保持される転動体に、負荷路に設けられた凹部若しくは凸部と凹凸係合する凸部若しくは凹部を形成し、これらを凹凸係合させることで、当該転動体及びこれを保持する転動体保持器を強制的に位置決めしてミクロスリップ現象を防止する技術が実用化されている。

特許第４２５２８８７号公報

本発明は、上述のような現状に鑑み、上記特許文献１に開示される技術を更に改良・発展させたものであり、ミクロスリップ現象をより確実に防止して転動体保持器を常に適正位置に保持できる極めて実用性に秀れた直動装置を提供するものである。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

軸１に対して直動体２が直動するように設けられ、この軸１と前記直動体２との間には負荷路３が設けられ、この負荷路３には複数の転動体４が配設され、この転動体４が前記負荷路３を転動移動するように構成された直動装置であって、前記負荷路３には、前記転動体４を保持する転動体保持器６が配設され、この転動体保持器６には、前記負荷路３に設けられた受け凹部10若しくは受け凸部と凹凸係合する凸部５ａ若しくは凹部を形成した係合体５が転動可能な状態で設けられ、この係合体５は前記負荷路３に該負荷路３と凹凸係合状態で配設され、また、前記受け凹部10若しくは前記受け凸部は、前記軸１及び前記直動体２の軸方向に千鳥状に配列するように設けられていることを特徴とする直動装置に係るものである。

また、請求項１記載の直動装置において、前記負荷路３は、前記軸１に設けられ前記転動体４が負荷を受ける転送面11・12と、前記直動体２に設けられ前記転動体４が負荷を受ける転送面11・12とで構成されていることを特徴とする直動装置に係るものである。

また、請求項２記載の直動装置において、前記受け凹部10若しくは受け凸部は、前記転送面11・12にして該転送面11・12の軸方向と直交する方向において重ならないように設けられていることを特徴とする直動装置に係るものである。

また、請求項２，３いずれか１項に記載の直動装置において、前記受け凹部10若しくは前記受け凸部は、前記転送面11・12の幅方向中央部寄り位置に設けられていることを特徴とする直動装置に係るものである。

また、請求項２〜４いずれか１項に記載の直動装置において、前記軸１には、前記転送面11・12を有する断面視略横Ｖ字状の第一負荷溝１ａが設けられ、前記直動体２には、前記転送面11・12を有する断面視略横Ｖ字状の第二負荷溝２ａが設けられ、前記受け凹部10若しくは前記受け凸部は、対向する前記軸１及び前記直動体２の転送面11・12に設けられていることを特徴とする直動装置に係るものである。

また、請求項１〜５いずれか１項に記載の直動装置において、前記係合体５は前記転動体４と相似形状に設定されていることを特徴とする直動装置に係るものである。

また、請求項１〜６いずれか１項に記載の直動装置において、前記転動体４として円柱体が採用され、この円柱体は隣接する円柱体と異なる向きで配設され、また、前記凸部５ａ若しくは前記凹部は、この円柱体と相似形状の前記係合体５の胴部５ｂに設けられていることを特徴とする直動装置に係るものである。

また、請求項１〜７いずれか１項に記載の直動装置において、前記係合体５は前記転動体保持器６の軸方向略中央位置に設けられ、前記受け凹部10若しくは前記受け凸部は、前記係合体５が移動する範囲に設けられていることを特徴とする直動装置に係るものである。

また、請求項１〜８いずれか１項に記載の直動装置において、前記受け凹部10若しくは前記受け凸部は、２列設けられていることを特徴とする直動装置に係るものである。

また、請求項１〜９いずれか１項に記載の直動装置において、前記受け凹部10若しくは前記受け凸部は、半球状の凹部若しくは半球状の凸部であることを特徴とする直動装置に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、ミクロスリップ現象をより確実に防止して転動体保持器を常に適正位置に保持できる極めて実用性に秀れた直動装置となる。

本実施例の一部を切り欠いた概略説明斜視図である。 本実施例の要部の概略説明分解斜視図である。 本実施例の要部の拡大概略説明図である。 本実施例の要部の概略説明断面図である。 実験結果を示すグラフである。 実験結果を示す写真である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

転動体保持器６に設けられる係合体５が、軸１及び直動体２と凹凸係合するから、この係合体５を保持する転動体保持器６が強制的に位置決めされ、よって、転動体保持器６と軸１及び直動体２との相対位置が徐々にズレる所謂ミクロスリップ現象が生じない。

特に、受け凹部10若しくは受け凸部を千鳥状となるように設けることで、単に直線状に１列だけ設ける場合に比し、可及的に受け凹部10若しくは受け凸部（及びこれらと係合する凸部５ａ若しくは凹部）を強度を保持しつつ限られた面積の転送面に可及的に密に設けることができ、それだけ係合体５と軸１及び直動体２との噛み合い率が向上し、係合体５及びこれを保持する転動体保持器６をより確実に適正位置に保持できることになる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、軸１（ベース）に対して直動体２（テーブル）が直動するように設けられ、この軸１と前記直動体２との間には負荷路３が設けられ、この負荷路３には複数の転動体４が配設され、この転動体４が前記負荷路３を転動移動するように構成された直動装置であって、前記負荷路３には、前記転動体４を保持する転動体保持器６が配設され、この転動体保持器６には、前記負荷路３に設けられた受け凹部10若しくは受け凸部と凹凸係合する凸部５ａ若しくは凹部を形成した係合体５が転動可能な状態で設けられ、この係合体５は前記負荷路３に該負荷路３と凹凸係合状態で配設され、また、前記受け凹部10若しくは前記受け凸部は、前記軸１及び前記直動体２の軸方向に沿って千鳥状に配列するように複数列設けられているものである。

各部を具体的に説明する。

図１に図示したように、軸１は、基体９の上部に設けられ、この軸１には、基部２ｂの左右に袖部２ｃ・２ｄを有する断面視略逆凹形状の直動体２が被嵌されている。

軸１の側部には第一負荷溝１ａが形成された角棒状の金属製の第一負荷部構成材７が、直動体２の左右の袖部２ｃ・２ｄ内面には、前記第一負荷溝１ａと対向する第二負荷溝２ａが形成された角棒状の金属製の第二負荷部構成材８が夫々、その軸方向を揃えて設けられている。

第一負荷溝１ａ及び第二負荷溝２ａは夫々断面視略横Ｖ字状に設定され、この対向する第一負荷溝１ａ及び第二負荷溝２ａにより、負荷路３は断面視略菱形形状に設定されている。また、この第一負荷溝１ａ及び第二負荷溝２ａの対向面が転動体４から負荷を受ける転送面11・12に設定されている。

尚、本実施例は、前記第一負荷部構成材７及び前記第二負荷部構成材８に第一負荷溝１ａ及び第二負荷溝２ａを形成した構成であるが、軸１及び直動体２に直接形成する構成としても良い。

この負荷路３には、図２に図示したように、転動体４としての多数の金属製の円柱体が配設され、これらの円柱体は、隣接する円柱体が夫々９０度異なる向きで配設されている（所謂クロスローラ機構）。また、この円柱体はその周面が第一負荷溝１ａと第二負荷溝２ａの一の対向転送面11・12と当接し、その端面が第一負荷溝１ａと第二負荷溝２ａの他の対向転送面11・12と当接するように構成されている。

また、転動体保持器６には転動体４及び係合体５を保持する保持穴６ａ，６ｂが形成され、その中央位置が前記転動体４と相似形状で該転動体４より胴部５ｂが径小の係合体５を保持する保持穴６ｂに設定され、その余は転動体４を保持する保持穴６ａに設定されている。従って、この係合体５は、転動体４と並設状態に設けられる。

また、図３、４に図示したように、係合体５の胴部５ｂ（周面）には後述する受け凹部10と凹凸係合する凸部５ａ（突起）が形成されている。この凸部５ａは、係合体５の胴部５ｂに、受け凹部10と同配列となるように形成された孔に鋼球を一部（半分程度）が突出するように設けることで形成されている。従って、この凸部５ａは半球状となる。

尚、係合体５と凸部５ａとを金属や樹脂により一体成形により形成しても良く、この場合には、よりコスト安に製作できることになる。

また、係合体５の周面は、第一負荷溝１ａと第二負荷溝２ａとで形成される対向転送面11と当接するように構成され、係合体５の端面は、係合体５の周面とは当接しない第一負荷溝１ａと第二負荷溝２ａとで形成される他の対向転送面12と当接するように構成されている。

また、係合体５は、転動体４より径小であるから、係合体５の周面は、周面側の第一負荷溝１ａと第二負荷溝２ａの対向転送面11にして第一負荷溝１ａか第二負荷溝２ａのいずれか一方の転送面とだけ当接し（他方の転送面とは僅かに離れ）、負荷を可及的に受けない。よって、この係合体５に作用する負荷は転動体４に作用する負荷より小さくなり、それだけ直動性を阻害しない。

尚、係合体５に作用する負荷を全く無くす構成にした場合には、軸１若しくは直動体２との凹凸係合関係がルーズとなってしまうため、凹凸係合関係がルーズにならない範囲で負荷が小さくなるように設定すると良い。

負荷路３の対向転送面11（第一負荷溝１ａの下側の転送面及び第二負荷溝２ａの上側の転送面）には、係合体５に設けた凸部５ａと合致係合する受け凹部10としての半球状の孔が形成されている。この受け凹部10（孔）は、前記係合体５に設けた凸部５ａ（突起）と同配列にして、この係合体５が移動する範囲に設けられている。

また、受け凹部10のＲ形状は凸部５ａのＲに対してやや大きめに設定されている。尚、この受け凹部10と凸部５ａとは、直動体を直動させる際（係合体５が転動する際）に、いずれかの凸部５ａが必ずいずれかの受け凹部10に嵌入した状態となるように配置されている。

従って、仮に、係合体５によりガイドされる転動体保持器６にミクロスリップが生じても、この転動体保持器６をガイドする係合体５を元の適正な位置に戻そうとするセンタリング機能が常に発揮されることになる。尚、このセンタリング機能は、前記突起のＲ形状が球状であることから全方向に対して機能する。

具体的には、受け凹部10は、軸１及び直動体２（転送面）の軸方向と水平方向に直交する方向（幅方向）において互いに重ならないように（一部でも重ならないように）、軸１及び直動体２の軸方向に沿って千鳥状に配列せしめられている。

本実施例においては、係合体５の周面にその周方向同一高さ位置に環状に所定間隔（等間隔）をおいて並設した５つずつの凸部５ａを２列、千鳥状となるようにずらして並設した構成としている。そして、負荷路３には、上記係合体５と対応する間隔で転送面軸方向に一直線状に並設された受け凹部10を凸部５ａと同様に２列、千鳥状となるようにずらして並設した構成としている。この受け凹部10の各列の並設数は直動ストロークに応じて適宜設定する。尚、凸部５ａの各列の並設数は転送面の幅及び長さにもよるが５〜８つの範囲で適宜設定できる。また、凸部５ａ及び受け凹部10を３列以上設ける構成としても良い。

また、受け凹部10は、負荷路３にして軸１及び直動体２の軸方向と水平方向に直交する方向の中央部寄り位置（転送面の幅方向中央寄り位置）に設けると良い。この点から、受け凹部10は、２列設けるのが好ましい（例えば、転送面の幅方向中央に位置する中心線Ｌに沿ってこの中心線Ｌの左右に設けると良い）。

また、受け凹部10の径は転送面の強度との関係を考慮しつつ可及的に大きく設定するのが好ましい。

以上のように凸部５ａ及び受け凹部10を千鳥状に配列することで、これらを一列しか配列しない場合に比し、強度を保持しつつ限られた面積の転送面に可及的に密に受け凹部10（及び凸部５ａ）を設けることが可能となり、それだけ係合体５と軸１及び直動体２との噛み合い率が向上し、円柱状の係合体５のスキュー（倒れ）をより確実に防止でき、係合体５及びこれを保持する転動体保持器６をより確実に適正位置に保持できることになる。

即ち、本実施例によれば、転送面の限られたスペースにできるだけ多くの凹凸係合部を配置して、スムーズな直動を達成しつつ強い拘束力を発揮させることが可能となる。

尚、本実施例は、係合体５を一つにした構成であるが、複数配設する構成としても良い。この場合、受け凹部10は、夫々の係合体５が移動する範囲に形成する。また、この受け凹部10は負荷路３の転送面の所定範囲でなく、転送面の全長にわたって設けても良い。

また、本実施例においては、転動体４として円柱体を採用し、係合体５としてこの円柱体と相似形状で該係合体５より径小なものを採用しているが、他の構成、例えば転動体４としてボールを採用し、係合体５としてこのボールと相似形状で該ボールより径小のものを採用しても良い。また、転動体４と相似形状でなく、転動体４より負荷を受けない形状であれば異なる形状（例えば、転動体４は円柱状、係合体５はボール状など）としても良い。

また、本実施例においては、係合体５に凸部５ａを、負荷路３に受け凹部10を設け、これらを凹凸係合させるように構成しているが、勿論係合体５に凹部を設け、負荷路３に受け凸部を設ける構成としても同様である。

本実施例は上述のように構成したから、転動体保持器６に設けられる係合体５が、軸１若しくは直動体２と凹凸係合することで、この係合体５を保持する転動体保持器６が強制的に位置決めされ、よって、転動体保持器６と軸１及び直動体２との相対位置が徐々にズレる所謂ミクロスリップ現象が生じない。

即ち、本実施例によれば、強度を保持しつつ限られた面積の転送面に可及的に密に受け凹部10（及び凸部５ａ）を設けることが可能となり、それだけ係合体５と軸１及び直動体２との噛み合い率が向上し、円柱状の係合体５のスキューをより確実に防止でき、係合体５及びこれを保持する転動体保持器６をより確実に適正位置に保持できることになる。

また、係合体５は、転動体４より径小であるから、係合体５の周面は、周面側の第一負荷溝１ａと第二負荷溝２ａの対向転送面にして第一負荷溝１ａか第二負荷溝２ａのいずれか一方の転送面とだけ当接し、転動体４よりも負荷を可及的に受けない構成となり、係合体５に過度な負荷が作用する場合に比し、スムーズな直動が達成される。

また、係合体５は、転動体保持器６に結合される構成ではなく、転動体４と同様に転動体保持器６に保持される構成であるため、極めて簡易な構造となり、例えば軸を介して転動体保持器に取り付ける必要がないなど、それだけ作業工程及び部品点数を少なくでき、製作が容易で故障が起きにくいものとなる。

従って、本実施例は、ミクロスリップ現象をより確実に防止して転動体保持器を常に適正位置に保持できる構成を簡易に実現可能な極めて実用性に秀れたものとなる。

本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。

係合体に５つの上記凸部（突起）を一列配置し、負荷路にこれに対応する受け凹部（孔）を一列配置した従来例と、上記の通り係合体に凸部を５つずつ２列千鳥状に配置し、負荷路にこれに対応する受け凹部を２列千鳥状に配置した実施例とで、夫々動摩擦力測定及び負荷耐久試験を行いその結果を比較した。尚、受け凹部及び凸部の配列以外は同条件である。

動摩擦力は、試料を超音波清浄後、白灯油で洗浄し、メカニックオイルを塗布した状態で水平に設置し、試料の直動体（テーブル）一端面を一定速度（２．５ｍｍ／ｓｅｃ）で押し、この際の動摩擦力をデジタルフォースゲージを用いて測定した。測定距離は９０ｍｍとした。その結果を図５に示す。

図５から、従来例に比し実施例は推奨予圧（一般に使用時に設定される予圧）及び推奨予圧の５倍予圧の双方で、動摩擦力及びその変動幅が小さくなることが確認できた（変動幅が小さいほど、スムーズで安定した直線運動が得られる。）。

また、負荷耐久試験は、試料にグリースを適量塗布した状態で水平に設置し、一定ラジアル荷重を与えて所定の距離を走行させることで行った。所定の距離走行後の結果を図６に示す。

従来例では噛み合い率が低いために、高予圧を付与した場合や高負荷が作用した場合などでは、凹部の縁部に係合体との干渉による損傷が生じていたのに対し（図６（ａ）参照）、実施例では係合体との干渉による損傷が生ぜず（図６（ｂ）参照）、よって、転送面に損傷の発生がなく、それだけ信頼性が高いものとなることが確認できた。

以上から、受け凹部を千鳥状となるように複数列設けることで、１列だけ設けた場合に比し、可及的に受け凹部及びこれらと係合する凸部５ａを密に設けることができ、それだけ係合体と軸及び直動体との噛み合い率が向上し、係合体及びこれを保持する転動体保持器をより確実に適正位置に保持できることが確認できた。

１ 軸
１ａ 第一負荷溝
２ 直動体
２ａ 第二負荷溝
３ 負荷路
４ 転動体
５ 係合体
５ａ 凸部
６ 転動体保持器
10 受け凹部
11・12 転送面

Claims (10)

1. 軸に対して直動体が直動するように設けられ、この軸と前記直動体との間には負荷路が設けられ、この負荷路には複数の転動体が配設され、この転動体が前記負荷路を転動移動するように構成された直動装置であって、前記負荷路には、前記転動体を保持する転動体保持器が配設され、この転動体保持器には、前記負荷路に設けられた受け凹部若しくは受け凸部と凹凸係合する凸部若しくは凹部を形成した係合体が転動可能な状態で設けられ、この係合体は前記負荷路に該負荷路と凹凸係合状態で配設され、また、前記受け凹部若しくは前記受け凸部は、前記軸及び前記直動体の軸方向に千鳥状に配列するように設けられていることを特徴とする直動装置。
2. 請求項１記載の直動装置において、前記負荷路は、前記軸に設けられ前記転動体が負荷を受ける転送面と、前記直動体に設けられ前記転動体が負荷を受ける転送面とで構成されていることを特徴とする直動装置。
3. 請求項２記載の直動装置において、前記受け凹部若しくは受け凸部は、前記転送面にして該転送面の軸方向と直交する方向において重ならないように設けられていることを特徴とする直動装置。
4. 請求項２，３いずれか１項に記載の直動装置において、前記受け凹部若しくは前記受け凸部は、前記転送面の幅方向中央部寄り位置に設けられていることを特徴とする直動装置。
5. 請求項２〜４いずれか１項に記載の直動装置において、前記軸には、前記転送面を有する断面視略横Ｖ字状の第一負荷溝が設けられ、前記直動体には、前記転送面を有する断面視略横Ｖ字状の第二負荷溝が設けられ、前記受け凹部若しくは前記受け凸部は、対向する前記軸及び前記直動体の転送面に設けられていることを特徴とする直動装置。
6. 請求項１〜５いずれか１項に記載の直動装置において、前記係合体は前記転動体と相似形状に設定されていることを特徴とする直動装置。
7. 請求項１〜６いずれか１項に記載の直動装置において、前記転動体として円柱体が採用され、この円柱体は隣接する円柱体と異なる向きで配設され、また、前記凸部若しくは前記凹部は、この円柱体と相似形状の前記係合体の胴部に設けられていることを特徴とする直動装置。
8. 請求項１〜７いずれか１項に記載の直動装置において、前記係合体は前記転動体保持器の軸方向略中央位置に設けられ、前記受け凹部若しくは前記受け凸部は、前記係合体が移動する範囲に設けられていることを特徴とする直動装置。
9. 請求項１〜８いずれか１項に記載の直動装置において、前記受け凹部若しくは前記受け凸部は、２列設けられていることを特徴とする直動装置。
10. 請求項１〜９いずれか１項に記載の直動装置において、前記受け凹部若しくは前記受け凸部は、半球状の凹部若しくは半球状の凸部であることを特徴とする直動装置。