JP2013122296A - ボール保持部材、ボール連結体及びこれらを用いたリニアガイド又はボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
セパレータの膨張によるボールの回転運動の抑制を防ぎ、その結果移動部材に形成された無限循環路内におけるボールの円滑な循環を図り、もって軌道部材に沿った移動部材の移動を円滑にすることが可能なセパレータ及びこのセパレータを用いた転がり案内装置を提供する。
【解決手段】
互いに隣接するボール間に配置されると共に転がり案内装置の負荷通路と無負荷通路を有する無限循環路内にボールと共に組み込まれるボール保持部材であって、前記ボール保持部材は、一方のボールに摺接する凹球面を有する円板状の第一保持部と、前記凹球面の背面側に形成された第一保持部の端面に設けられ、他方のボールと摺接する円環状の第二保持部と、を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ボールの無限循環路内で該ボールを回転自在に保持するボール保持部材、ボール連結体及びこれらを用いたリニアガイド又はボールねじ装置に関する。

前記ボール保持部材を用いた転がり案内装置の一つとしては例えば特許文献１に開示されるリニアガイドが知られている。このリニアガイドは、長手方向に沿ってボールの転走面が形成された軌道部材と、前記転走面上を転走する多数のボールを介して前記軌道部材に組み付けられると共にこれらボールの無限循環路を有する移動部材と、この移動部材の無限循環路内をボールと共に循環する複数のセパレータであるボール保持部材とから構成されており、ボールが前記無限循環路内を循環することにより、移動部材と軌道部材とが相対的に往復運動を行なうことが可能となっている。

前記移動部材に形成された無限循環路は、ボールが軌道部材と移動部材との間で荷重を受けながら転走する負荷通路と、この負荷通路と平行に設けられたボール戻し通路と、前記負荷通路とボール戻し通路とを接続する一対の方向転換路とから構成されている。更に、前記ボール保持部材は互いに隣接する一対のボール間に配置され、各ボール保持部材にはボールの外周面に摺接する球面座が形成されている。このように各ボール保持部材は前記ボールに接触していることから、このボール保持部材の接触によるボールの摩耗を防ぐため、各ボール保持部材は金属材料等の硬質材料に比べて軟質なポリエステルエラストマー等の可撓性合成樹脂材料から成形されることが通常である。

特開2000-213538号公報

このような特許文献１記載のリニアガイドでは、前記無限循環路におけるボールの循環を円滑化させるため、かかる無限循環路に対して連続して潤滑剤が供給されるようになっている。すなわち、前記無限循環路内のボール及びボール保持部材には当該無限循環路内に供給された潤滑剤が供給されるようになっている。上述したように、各ボール保持部材は可撓性合成樹脂材料から成形されているため、リニアガイドの連続的な使用により無限循環路内に潤滑剤が供給され続けると、各ボール保持部材はこの潤滑剤を吸収し、膨張する。

このように各ボール保持部材が潤滑剤を吸収して膨張すると、当該ボール保持部材と交互に配置されたボールがボール保持部材により押圧されることになる。その結果、各ボールの回転運動が抑制されて前記無限循環路内でのボールの循環が悪化し、ひいては軌道部材に沿った移動部材の円滑な移動が阻害されてしまう恐れがある。

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、ボール保持部材の膨張によるボールの回転運動の抑制を防ぎ、移動部材に形成された無限循環路内におけるボールの循環の円滑化を図り、もって軌道部材に沿った移動部材の移動を円滑化することが可能なボール保持部材を提供することにある。

このような目的を達成する本発明のボール保持部材は、互いに隣接するボール間に配置されると共に転がり案内装置の負荷通路と無負荷通路を有する無限循環路内にボールと共に組み込まれるものであり、一方のボールに摺接する凹球面を有する円板状の第一保持部と、前記凹球面の背面側に形成された第一保持部の端面に設けられ、他方のボールと摺接する円環状の第二保持部と、を備える。

このように構成された本発明のボール保持部材によれば、当該ボール保持部材が潤滑剤を吸収して膨張しても、ボール保持部材を構成する第二保持部がボールの球面に摺接して半径方向に拡開して、ボールに作用する押圧力が低減されるので、転がり案内装置の運動を円滑化することが可能となる。

本発明のボール保持部材が適用可能な転がり案内装置の一つであるリニアガイドの一例を示す斜視図である。 図１に係るリニアガイドが備える無限循環路を示す概要図である。 本発明を適用したボール保持部材を示す斜視図である。 前記無限循環路を含む平面で切断した図３に示すボール保持部材の断面図である。 図３に示すボール保持部材の変形例を示す斜視図である。 本発明を適用したボール保持部材を備えたボール連結ベルトの一部を示す斜視図である。 図６記載のボール連結ベルトが組み込まれた状態の無限循環路を示す概要図である。 本発明のボール保持部材が適用可能な転がり案内装置の一つであるボールねじ装置の一例を示す斜視図である。

以下、添付図面を用いて本発明を適用したボール保持部材、ボール連結体及びこれらを用いたリニアガイド又はボールねじ装置の実施形態を詳細に説明する。

図１は本発明を採用したボール保持部材が適用可能な転がり案内装置の一つであるリニアガイドの一実施形態を示す斜視図である。このリニアガイドは、直線状に形成された軌道部材としての軌道レール１と、複数のボール３を介して軌道レール１にチャネル状に組み付けられると共に内部にボール３の無限循環路を備えた移動部材として移動ブロック２とから構成されており、前記ボール３が移動ブロック２の無限循環路内を循環することで該移動ブロック２が軌道レール１上を長手方向に往復運動するようになっている。

前記軌道レール１は断面略矩形状に形成される。また、軌道レール１の上面から下面に貫通されたボルト取付孔１２が長手方向に沿って所定の間隔に形成されている。このボルト取付孔１２に固定ボルトを締結することで軌道レール１をベッド、コラム等の固定部に対して固定することができるようになっている。更に、この軌道レール１の左右側面には前記ボール３が転走する二条のボール転走面１１が長手方向に沿ってそれぞれ形成されており、当該軌道レール１には合計四条のボール転走面１１が形成されている。尚、本実施形態に係る軌道レール１では四条のボール転走面１１が形成されているが、これらボール転走面１１の条数及び配置はリニアガイドの用途及び負荷荷重の大きさに応じて適宜設定変更することができる。

前記移動ブロック２は、テーブル等の可動体が固定される取付面４１を有するブロック本体４と、このブロック本体４の往復移動方向の両端に装着される一対の蓋体としてのエンドプレート５と、から構成されている。かかるエンドプレート５にはシール部材が装着されており、該シール部材がエンドプレート５と軌道レール１との隙間を密封し、軌道レール１に付着した塵芥などが移動ブロック２の内部に侵入するのを防止している。

図２は、前記リニアガイドが備えるボール３の無限循環路を示す概要図である。前記移動ブロック２を構成するブロック本体４には、前記軌道レール１に形成されたボール転走面１１に対向する位置に前記ブロック本体４の運動方向に沿って負荷ボール転走面４２が形成されている。そして、この負荷ボール転走面４２は前記軌道レール１のボール転走面１１と対向することによって前記ボール３が荷重を負荷しながら転走する負荷ボール通路４３が形成されるようになっている。また、前記ブロック本体４には、前記負荷ボール通路４３と平行してボール戻し通路４４がブロック本体４の長手方向に貫通して形成されている。このボール戻し通路４４の直径はボール３の直径よりも僅かに大きく設定されており、前記ボール３は荷重から解放された無負荷状態でこのボール戻し通路４４内を転走するようになっている。

一方、前記ブロック本体４の運動方向の前後両端には前記一対のエンドプレート５が固定されるようになっている。各エンドプレート５には、前記ブロック本体４に形成されたボール戻し通路４４と前記軌道レール１とブロック本体４との間に形成された負荷ボール通路４３とを接続する方向転換路５１が形成されている。ボール３はこの方向転換路５１内を荷重から解放された状態で転動するようになっている。つまり、本実施形態に係るリニアガイドでは、前記ボール戻し通路４４と方向転換路５１とが本発明にいうボールの無負荷通路に相当するものである。

そして、本実施形態に係るリニアガイドでは、上記一対のエンドプレート５が前記ブロック本体４の運動方向の前後両端に装着されることにより、該ブロック本体４に形成された負荷ボール通路４３とボールの無負荷通路である前記ボール戻し通路４４及び前記方向転換路５１とが連結され、前記移動ブロック２にボール３の無限循環路が形成されるようになる。

この移動ブロック２に形成された無限循環路内において、前記負荷ボール通路４３内で荷重を負荷しながら転走してきたボール３は、一方のエンドプレート５の方向転換路５１、ボール戻し通路４４、他方のエンドプレート５の方向転換路５１を転走する。このような無限循環路内でのボール３の循環を円滑なものとするため、本実施形態に係るリニアガイドでは、前記無限循環路内に例えばグリース等の潤滑剤が供給されるようになっている。

また、上記無限循環路を備えた本実施形態のリニアガイドでは、前記移動ブロック２の無限循環路に組み込まれたボール３同士が相互に接触するのを防止するため、図１及び図２に示すように、互いに隣接する各ボール３の間にボール保持部材としてのスペーサ６が設けられている。図３及び図４は各スペーサ６を示すものであり、図３は斜視図、図４は断面図である。各スペーサ６は例えばポリエステルエラストマー等の可撓性合成樹脂材料からなり、互いに隣接する一対のボール３のうち一方のボール３に摺接して円板状に形成された第一保持部６１と、他方のボール３に摺接すると共に円筒状に形成された第二保持部６２と、から構成されている。

前記第一保持部６１の正面側には前記ボール３の球面に摺接する凹球面６３が前記ボール３の球面と略同一の曲率から形成されており、ボール３はこの凹球面６３に対して殆ど隙間なく接するように構成されている。その一方で、該スペーサ６の凹球面６３が形成された端面の背面側端面は例えば平坦面として形成されている。

前記第二保持部６２は第一保持部６１と一体に成形されており、当該第一保持部６１の背面側端面に形成されている前記平坦面から前記凹球面６３と反対方向に円環状に立設されている。この第二保持部６２の前記ボール３と当接する先端面には例えば該ボール３の球面に摺接する摺接曲面６４が形成されており、当該摺接曲面６４は前記ボール３の球面と略同一曲率に形成されている。また、前記第二保持部６２は略円環状に形成されていることから、前記ボール３と第二保持部６２の摺接曲面６４とが当接すると、当該ボール３と第二保持部６２の内周部との間に隙間６５が形成されるようになっている。この隙間６５は前記無限循環路内に供給された潤滑剤が貯留される潤滑剤の貯留空間を形成するようになっている。

このように構成されたスペーサ６が前記ボール３と共に移動ブロック２に形成された無限循環路内に組み込まれた状態では、一対のスペーサ６間に配置されたボール３に対して、一方のスペーサ６に係る第一保持部６１の凹球面６３、及び他方のスペーサ６に係る第二保持部６２の摺接曲面６４が夫々摺接し、各ボール３はこれら凹球面６３と摺接曲面６４との間で回転自在に保持されている。このスペーサ６の構成により前記無限循環路内においてボール３が整列され、更にボール３同士の接触が防止されるようになっている。また、前記第二保持部６２の構成によりボール３と第二保持部６２との間に潤滑剤が溜まり易く、各ボール３を確実に潤滑させることができる。

一方、本発明を適用したスペーサ６及びこのスペーサ６を備えたリニアガイドに潤滑剤が供給され続けると、各スペーサ６は可撓性合成樹脂材料から成形されていることから、この供給された潤滑剤を吸収し、膨張することになる。

潤滑剤の供給により各スペーサ６が膨張すると、一対のスペーサ６間に配置されたボール３は当該ボール３の転走方向両側から押圧されることになる。しかし、前記スペーサ６の第二保持部６２がボールの半径方向に拡開することで該スペーサ６は、ボール３の転走方向に対する移動が許容され、各ボール３に作用する押圧力が低減される。

また、上述したようにスペーサ６の第二保持部６２が半径方向に拡開し続けると、当該スペーサ６を介して隣接するボール３同士はボール３の転走方向に互いに接近し続け、一方のボール３は第一保持部６１の凹球面６３に摺接し、他方のボール３は当該第一保持部６１の平坦面に当接することになる。すなわち、前記第一保持部６１の構成によりこれらボール３同士が接触しないようになっている。

このように構成された本発明を適用したスペーサ６及びこのスペーサ６を備えたリニアガイドによれば、前記無限循環路内にボール３とスペーサ６とが隙間なく交互に配列された状態で各スペーサ６が膨張し、ボール３を押圧したとしても、各ボール３の回転運動が抑制されることがなく、各ボール３は円滑に回転することができる。このため、前記無限循環路内におけるボール３の循環が円滑に行われ、ひいては前記軌道レール１の長手方向に沿った移動ブロック２の移動を円滑化させることが可能となる。

また、本発明を適用したスペーサ６及びこのスペーサ６を備えたリニアガイドでは、前記第二保持部６２のボールに当接する先端面に摺接曲面６４が構成されており、この摺接曲面６４の曲率はボール３の球面のそれと略同一に設定されている。このような構成によれば、スペーサ６が膨張してボール３を押圧する際に、前記摺接曲面６４がボール３の球面に対して殆んど隙間なく摺接でき、その分前記第二保持部６２を的確に半径方向に拡開させることができ、もってボール３に作用する押圧力をより低減させることが可能となる。

尚、本実施形態に係るスペーサ６では、前記第二保持部６２が周方向に連続する円筒状に形成されているが、当該第二保持部６２の構成はこの構成に限らず、例えば図５に示すように前記第二保持部６２の周方向に等間隔で、且つ、前記摺接曲面６４に向けて開放された複数のスリット６６を形成しても差し支えない。このような構成によれば、スペーサ６が膨張し、当該スペーサ６がボール３を押圧する際、上記実施形態に係るスペーサ６に比べてより確実に第二保持部６２が半径方向に拡開され、ボール３に作用する押圧力を低減させることが可能となる。

図６及び図７は本発明を適用した前記スペーサ６を備えるボール連結体を示すものであり、図６はかかるボール連結体の一部を示す斜視図、図７は前記無限循環路内に組み込まれた状態のボール連結体を示す概要図である。このボール連結体としてのボール連結ベルト７は同一方向に配置された複数のスペーサ６を一対のベルト部７１で結合したものであり、これら一対のベルト部７１は各スペーサ６の両側面に設けられている。各ベルト部７１は前記スペーサ６と同様に可撓性合成樹脂材料からなり、無限循環路におけるボール３の転走方向に沿って延びる平板状に成形されている。また、各ベルト部７１は、前記スペーサ６と連結される突出部７１ａ、及び当該スペーサ６によって保持されたボール３の球面を覆う湾曲部７１ｂを有している。かかる突出部７１ａは前記スペーサ６を構成する第一保持部６１の外側面に連結される一方、前記スペーサ６の第二保持部６２との間に隙間を形成するように構成されている。

このようにして前記無限循環路内に組み込まれたボール連結ベルト７は、ボール３と共に無限循環路内を循環するようになっている。かかる場合、前記移動ブロック２の無限循環路を構成する前記負荷ボール通路４３、ボール戻し通路４４及び方向転換路５１にはボール連結ベルト７のベルト部７１が嵌合する案内溝（図示外）が設けられ、当該ボール連結ベルト７はこの案内溝によって無限循環路内を蛇行することなく案内されるようになっている。

以上のように構成されたボール連結ベルト７の構成によれば、前記無限循環路内に潤滑剤が供給され、各スペーサ６が膨張して各ボール３を押圧したとしても、各スペーサ６の第二保持部６２がボールの半径方向に拡開することでボール３の転走方向に対する移動が許容され、各ボール３に作用する押圧力が低減される。その結果各ボール３の回転運動が抑制されることがなく、各ボール３は円滑に回転することができる。このため、前記無限循環路内におけるボール３の循環が円滑に行われ、ひいては前記軌道レール１の長手方向に沿った移動ブロック２の移動を円滑化させることが可能となる。また、前記ベルト部７１を構成する突出部７１ａと前記スペーサ６の第二保持部６２との間には隙間が形成されているため、スペーサ６が膨張してボール３を押圧する際、第二保持部６２が半径方向に拡開しやすく、その分ボール３に作用するスペーサ６の押圧力を確実に低減させることができる。

尚、本実施形態に係るボール連結ベルト７では全てのスペーサ６が同一方向に配置されているが、かかるボール連結ベルト７において、前記ベルト部７１によって連結されたスペーサ６の配置方向を同一方向にしなくとも差し支えない。例えば、前記ベルト部７１の全周中心に配列されたボール３を中心として、当該ボール３の転走方向両側に設けられた各スペーサ６の配置方向が逆向きとなるようにしても差し支えない。

図８は本発明に係るスペーサ６が適用可能な転がり案内装置の一つであるボールねじ装置を示す斜視図である。このボールねじ装置は、外周面に螺旋状のボール転走溝１１１が形成された軌道部材としてのねじ軸１０１と、多数のボール１０３を介してこのねじ軸１０１に螺合する移動部材としてのナット部材１０２と、このナット部材１０２に装着されてボール１０３の無限循環路を形成するリターンパイプ１０４と、から構成されている。尚、図８では、前記ナット部材１０２の内部構造を理解し易くするため、当該ナット部材１０２の一部を切欠いて描いている。

前記ナット部材１０２は、前記ねじ軸１０１が貫通する貫通孔を有して円筒状に形成されており、かかる貫通孔の内周面には前記ねじ軸１０１のボール転走溝１１１に対向する負荷ボール転走溝１２１が形成されている。前記ボール１０３は、ねじ軸１０１のボール転走溝１１１とナット部材１０２の負荷ボール転走溝１２１からなる負荷ボール通路内を荷重を負荷しながら転走するようになっている。

また、前記リターンパイプ１０４は、前記ナット部材１０２に形成された負荷ボール転走溝１２１の数巻分を跨ぐようにして、このナット部材１０２に固定されている。このリターンパイプ１０４は円筒状に形成されており、その内径はボール１０３の直径よりも僅かに大きく設定されている。すなわち、前記ボール１０３は荷重から解放された状態でこのリターンパイプ１０４内を転走するようになっており、このリターンパイプ１０４はボール１０３の無負荷通路を構成している。そして、前記ナット部材１０２の負荷ボール通路の一端まで転走してきたボール１０３は前記リターンパイプ１０４内の無負荷通路に進入し、当該無負荷通路を循環した後、負荷ボール通路の他端に送り出されるようになっている。すなわち、前記リターンパイプ１０４をナット部材１０２に固定することにより、前記負荷ボール通路とリターンパイプ１０４の無負荷通路とが連結されてボール１０３の無限循環路が完成するようになっている。

前記ナット部材１０２の負荷ボール通路とリターンパイプ１０４の無負荷通路からなるボール１０３の無限循環路内には、かかるボール１０３と共に前記スペーサ６が組み込まれている。このスペーサ６は隣接するボール１０３の間に配置されており、ボール１０３と共に前記無限循環路内を循環するようになっている。

このように構成されたボールねじ装置によれば、図１で示した第一実施形態と同様の作用効果を発揮する。すなわち、ボールねじ装置の無限循環路内に潤滑剤が供給され、これにより無限循環路内に組み込まれた各スペーサ６が膨張したとしても、かかる無限循環路内でのボール１０３の回転が抑制されることがなく、それ故に無限循環路内におけるボール１０３の循環が円滑化され、ひいては前記ねじ軸１０１とナット部材１０２の相対的な運動を円滑化させることが可能となる。

尚、上述したボールねじ装置では、無負荷通路を構成するものとして円筒状に形成されたリターンパイプ１０４の例を説明したが、ボールを循環させる部材としてはこのリターンパイプ１０４に限らず、例えば負荷ボール転走溝１２１の一巻分を跨ぐようにしてナット部材１０２に固定される所謂デフレクタ等も用いることが可能である。

３…ボール、６…スペーサ（ボール保持部材）、４３…負荷通路、４４，５１…無負荷通路、６１…第一保持部、６２…第二保持部、６３…凹球面

Claims (6)

1. 互いに隣接するボール間に配置されると共に転がり案内装置の負荷通路と無負荷通路を有する無限循環路内にボールと共に組み込まれるボール保持部材であって、
   一方のボールに摺接する凹球面を有する円板状の第一保持部と、前記凹球面の背面側に形成された第一保持部の端面に設けられ、他方のボールと摺接する円環状の第二保持部と、を備えたことを特徴とするボール保持部材。
2. 前記第二保持部には周方向にスリットが形成され、各スリットが前記ボールに向けて開放されていることを特徴とする請求項１記載のボール保持部材。
3. 複数のボールを回転自在に一列に保持すると共に、転がり案内装置の負荷通路と無負荷通路を有する無限循環路内にボールと共に組み込まれるボール連結体であって、
   一列のボールを挟むように配置された一対のベルト部と、各ベルト部と一体に成形される請求項１又は請求項２記載のボール保持部材と、を有することを特徴とするボール連結体。
4. 各ベルト部は、前記ボール保持部材を構成する第一保持部と連結される一方、前記第二保持部との間には隙間が形成されていることを特徴とする請求項３記載のボール連結体。
5. 長手方向に沿って延びるボール転走面が形成された軌道部材と、この軌道部材に形成されたボール転走面に対向してボールの負荷通路を形成する負荷ボール転走面と前記ボールを循環させるための無負荷通路を有する移動部材と、前記負荷通路、無負荷通路から構成される無限循環路に配列される複数のボールと、を備えたリニアガイドであって、
   前記無限循環路内には、前記ボールと共に循環する請求項１又は請求項２記載のボール保持部材あるいは請求項３又は請求項４記載のボール連結体が組み込まれていることを特徴とするリニアガイド。
6. 外周面に螺旋状のボール転走溝が形成されたねじ軸と、前記ボール転走溝と対向してボールの負荷通路を構成する螺旋状の負荷ボール転走溝と前記負荷通路内を転走するボールを当該負荷通路の一端から他端に戻す無負荷通路を有するナット部材と、前記負荷通路と無負荷通路からなる無限循環路内に配列された複数のボールと、を備えたボールねじ装置であって、
   前記無限循環路内には、前記ボールと共に循環する請求項１又は請求項２記載のボール保持部材あるいは請求項３又は請求項４記載のボール連結体が組み込まれていることを特徴とするボールねじ装置。

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