JP3140597U - 直動軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直動軸受装置をレール体とそれに沿って移動させるベアリングとの接触が線接触で行われるような構成にし、それによりレール体を通常の鉄板を折曲加工して形成し得るようにしたので、製造コストが安くなり、作動音が小さく、耐久性が向上する。
【解決手段】通常の金属板を折り曲げ加工し、レール体底部３Ｂと、途中にＶ字形部を有するレール体左側部３Ｌおよびレール体右側部３Ｒとから成るレール体３を構成する。Ｖ字形部同士の間の空間にベアリング２Ａ等を摺動嵌合する。ベアリングの外輪体の外周面は、前記Ｖ字形部に嵌まり合う形状とし、レール体３とは線接触させる。線接触なので力が分散され、表面に生ずる凸凹変形量は小さい。
【選択図】図１

Description

本考案は、部材を相互に直線的にスライドさせるために使用する直動軸受装置に関するものである。

第１の部材を第２の部材に対して直線的にスライドさせることは、一般産業機械をはじめ種々の機械においてしばしば行われていることであるが、直動軸受装置は、そのスライドを滑らかに行いたいという場合に使用される。なお、スライドの方向はいろいろであり、水平方向の場合もあれば垂直方向の場合もある。

図７は、従来の直動軸受装置の分解図である。図７において、４０は摺動基体、４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄはねじ穴、４０Ｒは循環路、４１は上部平坦部、４２，４３は側壁部、４４，４５は内側下部斜面、４６，４７は内側上部斜面、４８はボール転動体、５２は嵌合凹溝、６０はレール体、６１はレール体上部、６２はレール体中部、６３はレール体下部、６４は上面、６５，６６はボール転走溝、６７，６８は側面、６９，７０はボール転走溝である。
図７の（１）は摺動基体４０を示し、（２）はレール体６０を示している。この例の直動軸受装置は、摺動基体４０とレール体６０とで構成されている。

摺動基体４０は、上部平坦部４１と両側の側壁部４２，４３とで出来ており、全体としては直方体の形をしている。そして、その直方体の断面中央部から下面にかけての部分を断面とする嵌合凹溝５２が、長手方向に設けられている。従って、下面は開放されている。嵌合凹溝５２の内壁は、内側下部斜面４４，４５と内側上部斜面４６，４７を有するものとされ、それら斜面の適宜箇所には、スライドを滑らかにするためのボール転動体が設けられている。

この図においては、図面が煩雑となるのを避けるため、内側下部斜面４４に設けられたボール転動体４８のみを示している。各斜面のボール転動体は、それら各斜面に対応して摺動基体４０内にそれぞれ設けられている循環路４０Ｒを循環するようにされている。上部平坦部４１には、その上に直線的に動かしたい第１の部材あるいはそれを固着するための直動板を取り付けるためのねじ穴４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄが設けられている。
図８は、従来の直動軸受装置の摺動基体４０の断面を示す図であり、内側の各斜面にそれぞれボール転動体４８，４９，５０，５１が設けられている様子を示している。

図７に戻るが、レール体６０は、レール体上部６１，レール体中部６２及びレール体下部６３から出来ており、全体としてはレールの形をしている。
レール体上部６１は、平坦な上面６４の両側に断面を凹状に成形したボール転走溝６５，６６を有し、そこより垂直に下りる側面６７，６８の下方に、やはり断面を凹状に成形したボール転走溝６９，７０を有する形状とされている。ボール転走溝６５，６６は、図８に示したボール転動体５０，５１を転走させるための溝であり、ボール転走溝６９，７０は、ボール転動体４８，４９を転走させるための溝である。

図６は、従来の直動軸受装置を示す図である。符号は図７のものに対応し、７１は直動軸受装置、７２は直動板、７２Ａ〜７２Ｄはねじ挿通孔、７３はねじである。この直動軸受装置７１は、図７において摺動基体４０を、矢印Ｄの如くレール体６０のレール体上部６１に摺動嵌合させることにより、完成される。摺動基体４０には、例えば図示の如く直動板７２がねじ止めされる。その場合、ねじ挿通孔７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄに、それぞれねじ７３が挿通される。
図９は、上記のように摺動嵌合させた時のボール転動体の接触状況を示す図である。符号は図７のものに対応し、４０Ｔ，６９Ｔは接触点である。ボール転動体４８は、ボール転走溝６９の壁面と１つの接触点６９Ｔで接触し、循環路４０Ｒの壁面と１つの接触点４０Ｔで接触している。即ち、荷重は双方とも１点接触で支えられている。

このような直動軸受装置１を実際に使用するに際しては、摺動基体４０に第１の部材を固着し（図６の取付直動板７２に固着したり、あるいは摺動基体４０に直接固着したりし）、レール体６０を第２の部材に固着する。これにより、第２の部材に対し第１の部材を滑らかにスライドさせることができる。なお、部材の固着は、ねじ留め等の適宜手段により行うことが出来る。
実用新案登録第３１２２９７０号公報

前記したような従来の直動軸受装置には、次のような問題点があった。
第１の問題点は、製造コストが高いという点である。
第２の問題点は、作動時に生ずる音が大きいという点である。
まず第１の問題点について説明する。
摺動基体４０の内側に装備されているボール転動体は、レール体６０のボール転走溝の表面とは点接触で接触している。従って、摺動基体４０自体の重量および摺動基体４０に固着されている第１の部材の重量は、レール体６０のボール転走溝の表面に点状に集中してかかることになる。
そのため、摺動基体４０並びにレール体６０の材料としては、表面にそのような荷重がかかっても、出来るだけ凹んだりしないような硬度大の材質のものであることが望ましい。もし硬度が小で大きく凹んだりするような材料であれば、たちまちのうちに滑らかに摺動することが出来なくなってしまうからである。

このような事情により、摺動基体４０並びにレール体６０の材料としては、硬度大の特殊の鋼材（例、ベアリング鋼）を用いることが望ましい。ところがこのような特殊な鋼材は、製造過程において所定の熱処理をしてやる必要があり高価である。また、レール体６０の形に成形する段階において、熱処理の他に研磨工程も必要とするが、研磨工程は一般的に言ってコストの高い工程である。更に、従来例の如く、レール体を１本の棒体で構成すると、重量大となると共に材料費が高くなっていた。
そのため、前記したような直動軸受装置は、製造コストが高いものとなっていた。

次に第２の問題点（作動音が大きい）について説明する。
摺動基体４０とレール体６０との摺動は、前記したように摺動基体４０のボール転動体が、レール体６０のボール転走溝の表面と点接触しながら行われる。点接触しているため、一個のボール転動体が負っている荷重の全てが、点状の小さな面積に集中してかかることになる。そのため、ボール転走溝の表面には、小さな凹状変形箇所が多数生じて来て、結局、表面が凸凹状になってしまう。
また、ボール転動体の循環路４０Ｒが楕円形状の複雑な循環路になっている為、ボール転動体同士が直接ぶつかり合い易く、ぶつかる時に衝撃音が発生したり、ゴロ付き音が発生したりすることになる。
本考案は、以上のような問題点を解決することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本考案の直動軸受装置は、金属板を折り曲げ加工することにより、長方形のレール体底部と、該レール体底部の短手方向両側より同じ垂直方向へ延設され、途中に断面Ｖ字形部分を有し且つ互いに左右対称形状となるようされたレール体左側部およびレール体右側部とが形成されて成るレール体と、外周面の断面形状が前記レール体のＶ字形部分に嵌まり合うＶ字形とされ、内周面に外輪体ボール転走溝が施されたドーナツ型の外輪体と、外周面に内輪体ボール転走溝が施された円柱状の内輪体と、該内輪体と前記外輪体との間に介在せしめられたボール転動体と、前記内輪体に一体に形成された直動板取付基部および直動板取付部とを具えたベアリングとで構成され、該ベアリングの外輪体が前記レール体の断面Ｖ字形部分同士の間の空間に嵌まるよう挿入されて成る構造とすることとした。

前記した直動軸受装置において、内輪体ボール転走溝および外輪体ボール転走溝の断面形状を、ゴシックアーク形状としてもよいし、ベアリングとして、リテーナにより互いに分離配置されたボール転動体を有するタイプのベアリングを用いてもよい。
また、それらの直動軸受装置において、直動板取付部の外表面に、直動板の取付穴壁面への食い込み作用を奏せしめるためのセレーションキーを施してもよい。

本考案では、直動軸受装置を前記したように、レール体とそれに沿って移動させるベアリングとの接触が線接触で行われるような構成にし、それによりレール体を通常の鉄板を折曲加工して形成し得るようにしたので、次のような効果を奏する。

（１）製造コストが安くなる。
レール体の左右の側部に断面Ｖ字形の部分を設けると共に、ベアリング外周面の断面を前記Ｖ字形部分に嵌まり合うＶ字形とし、両者の接触を線接触としたので、点接触の場合に比べて接触部分への荷重が分散される。従って、レール体の材料としては硬度小の安価な通常鉄板を用いることが出来る。その上、本考案の如き構造のレール体は安価な折曲加工で出来るし、研磨工程も不用なので、加工費も従来と比べて格段に安くなる。

（２）作動時に生ずる音が小さい。
レール体とベアリングとの接触が線接触でなされ、点接触に比べて荷重が分散されるので、接触部分に生ずる凸凹は点接触の場合に比べて小となる。そのため、摺動させる際の作動音が小さくなる。
また、内輪体および外輪体のボール転走溝の断面を、それぞれゴシックアーク形状とした場合、ボール転動体は各転走面とは２点づつで接触し、全体としては４点接触ゴシックアーク溝形状を形成することとなる。このようになると、従来の１点接触もの（図９参照）に比べて接触点にかかる荷重は分散されるので、上記と同様の理由により作動音は更に小となる。
更に、ベアリングとして、リテーナによりボール転動体が互いに分離配置されているタイプのベアリングを用いることにすれば、ボール転動体同士がぶつかり合う衝撃音が発生することはなく、作動音はいよいよ小となる。
（３）耐久性が向上する。
レール体とベアリングとの接触が線接触でなされ、接触部分への荷重が分散されることにより、接触面の傷みが少なく、直動軸受装置の耐久性が向上する。また、各ボール転走溝の断面をゴシックアーク形状とし、全体として４点接触ゴシックアーク溝形状とすれば、ボール転動体との接触点の荷重が分散されるので、転走面の傷みが少なく、やはりこれも耐久性の向上に資する。

以下、本考案を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本考案にかかわる直動軸受装置の斜視図である。図１において、１は直動軸受装置、２Ａ，２Ｂ，２Ｃはベアリング、３はレール体、３Ｂはレール体底部、３Ｌはレール体左側部、３Ｒはレール体右側部、４は直動板、１４は直動板取付部である。
本考案の直動軸受装置１は、レール体３とそれに摺動嵌合された複数個のベアリング（図１では２Ａ，２Ｂ，２Ｃの３個のみを示している）とで構成される。ベアリング２Ａ，２Ｂ，２Ｃは上部に直動板取付部１４を具えており、これに直動板４が取付けられる。直動板４に第１の部材（図示せず）を固着し、レール体３を第２の部材（図示せず）に固着しておくと、該第１の部材を第２の部材に対して直線的に滑らかに移動させることが可能となる。

図２は、本考案の直動軸受装置に使用するレール体の断面図である。符号は図１のものに対応し、３Ｎはレール体Ｖ字部内表面、５は取付ボルトである。取付ボルト５は、レール体３を第２の部材に取り付けるためのものである。
レール体３は、平坦な長方形のレール体底部３Ｂと、その短手方向両側よりそれぞれ同じ垂直方向（図では上方）に向かって延設されたレール体左側部３Ｌおよびレール体右側部３Ｒとから成っている。レール体左側部３Ｌおよびレール体右側部３Ｒは、一部に断面Ｖ字形部分（くの字形部分と言ってもよいが）を有するよう左右対称の形状に作られる。レール体Ｖ字部内表面３Ｎは、断面Ｖ字形部分の表面のうち、レール体３の内側方向へ向いている表面を意味している。
このようなレール体３は、金属の板材を折曲加工またはローリング加工することにより作ることが出来るが、折曲加工やローリング加工は容易に出来、加工費は安いので、安価なコストで容易に製造することが出来る。

図４は、本考案の直動軸受装置に使用するベアリングを示す図である。図４において、２はベアリング、６は内輪体、７は内輪体ボール転走溝、８は外輪体、８Ｓは外輪体外周面、９は外輪体ボール転走溝、１０はボール転動体、１１はリテーナ、１２はオイルシール、１３は直動板取付基部、１４は直動板取付部、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは接触点である。
図４（１）はベアリング２を一部断面を用いて示した図であり、（２）はボール転動体１０の周囲を拡大して示した図であり、（３）はベアリングのボール転動体部分を上から見下ろした図（図４（１）のＸ−Ｘ断面を示す図）である。

内輪体６は円柱状をしており、その上に直動板取付基部１３および直動板取付部１４が、この順に内輪体６と一体となるよう形成されている。円柱状の内輪体６の外周面には、内輪体ボール転走溝７が施されている。直動板取付部１４の外周面には、軸方向（図では縦方向）にセレーションキーが施されている。これは図１で示した直動板４を取り付けるためのものである。取付は、セレーションキーが施された直動板取付部１４を、直動板４の取付穴（後に示す図５の４Ｈ参照）に圧入されることにより行われる。セレーションキーが取付穴の壁面に食い込むよう作用するので、容易に外れることはない。このようにして取付けると、ねじ穴を開けてねじで取り付けるのに比べて、コスト安く取り付けることが出来る。
一方、外輪体８はドーナツ状にされており、その内周面には外輪体ボール転走溝９が施されている。また、外輪体外周面８Ｓの断面形状は、図２で示したレール体３のレール体Ｖ字部内表面３Ｎに嵌まり合い、線的に接触するようなＶ字形とされている。

ボール転動体１０は、内輪体ボール転走溝７と外輪体ボール転走溝９との間に介在させられる。
リテーナ１１は、ボール転動体１０を保持すると共に、図４（３）に示す如くボール転動体１０同士がぶつかり合わないよう、互いに分離するためのものである。なお、ここではリテーナ１１がこのような役割を果すようにされたベアリングを示したが、これは作動音を出来るだけ少なくしようとした為である。

オイルシール１２は、ボール転動体１０が転動する隙間に充填された潤滑剤（グリース等）が、外部へ流出するのを阻止するためのものである。
内輪体ボール転走溝７および外輪体ボール転走溝９の表面の断面形状は、図９に示したような１つの円弧の形状にすることも考えられるが、図４（２）に示す内輪体ボール転走溝７および外輪体ボール転走溝９のように、それぞれの溝をいわゆるゴシックアーク（Ｇｏｔｈｉｃ Ａｒｃ）の形状に形成し、全体として４点接触ゴシックアーク溝形状とするのが望ましい。これは、２つの円弧が組み合わされ、全体としては尖った頂点を有する弧となるような形状であり、ゴシック建築等によく見られる形状である。

ゴシックアーク形状にすれば、ボール転動体１０は、内輪体６とは点Ａ，Ｂの２点で接触し、外輪体８とは点Ｃ，Ｄの２点で接触することとなる。そのため、図９で説明したような１点接触のものに比べて荷重が分散され、接触面に生ぜしめられる凸凹が小さなものとなる。また、複数の接触点で支えられることにより、接触がしっかりとした安定的なものとされるので、水平，垂直両方向の荷重を同時に負荷することが出来る。

図５は、本考案の直動軸受装置の断面を示す図であり、符号は図１，図２および図４のものに対応し、４Ｈは取付穴である。直動板４は、それに開けられている取付穴４Ｈに直動板取付部１４を圧入して、ベアリング２に取付けられる。この図は、図２のレール体３に、図４のベアリング２を嵌合させた状態を示している。この嵌合は、レール体３のレール体左側部３Ｌとレール体右側部３ＲとのＶ字形部分同士の間の空間に、外輪体８を嵌め合わすことによって行う。

外輪体外周面８Ｓの断面形状はレール体Ｖ字部内表面３ＮのＶ字形断面に対応させた形状とされているので、嵌合した場合、外輪体８とレール体３とは、外輪体外周面８Ｓとレール体Ｖ字部内表面３Ｎとで線的に接触することになる。線的に接触すると、点的に接触する場合に比し、かかる力が１点に集中されず分散されるので、接触面に生ずる凸凹は小さなものとなる。従って、摺動時の作動音は小となる。また、レール体３や外輪体８の材質として硬度大のものを用いなくともよいので、安価な通常鉄板を用いることが出来、製造コストが安くて済む。
なお図５では、ベアリング２はレール体左側部３Ｌの方に接触するよう（レール体右側部３Ｒには接触しないよう）描いてあるが、これは、ベアリング２がレール体３に沿って摺動する際には、外輪体８がレール体左側部３Ｌまたはレール体右側部３Ｒの何れか一方と接触しつつ回転するからである（両方に接触していたのでは回転出来ない。）。

図３は、本考案の直動軸受装置に使用するベアリングの配置関係を示す図であり、符号は図１のものに対応している。この図は、図１の直動軸受装置１を上から透視するが如く見下ろし、ベアリング２Ａ，２Ｂ，２Ｃのみを実線で描いたものである。ベアリング２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、レール体左側部３Ｌ，レール体右側部３Ｒに交互に接触するよう配置される。即ち、ベアリング２Ａはレール体左側部３Ｌと接触し、ベアリング２Ｂはレール体右側部３Ｒと接触し、ベアリング２Ｃはレール体左側部３Ｌと接触するよう配置される。なお、この場合の「接触」を更に具体的に言えば、外輪体外面８Ｓをレール体Ｖ字部内表面３Ｎに、隙間を空けることなく当接させることである。
このような配置関係は、ベアリング２Ａ，２Ｂ，２Ｃを直動板４に取り付ける際に決定される。なお、図３では直動板４に３個のベアリングを取付けたものを示しているが、ベアリングの個数は３個に限られるわけではなく、更に多く取り付けるようにしてもよいことは勿論である。

直動板４を矢印Ｆの方向へ移動させる場合、各ベアリングは前記したレール体側部と接触を保って、それぞれ矢印Ｇ，Ｈ，Ｋの向きに回転しつつ移動することになる。その場合、前記したようにベアリングが、レール体左側部３Ｌ，レール体右側部３Ｒに交互に接触させられていれば、直動板４の移動方向と直角方向（レール体３の側部方向）にガタつくことなく移動することが出来る。

以上説明した例では、レール体左側部３Ｌ，レール体右側部３ＲのＶ字形部分は外方に向かって凸となるようにされているものを示したが、内方に向かって凸となるようにしてもよい。そのようにした場合、外輪体８の外周面の断面形状も、それに対応したものとすることは言うまでもない。

本考案にかかわる直動軸受装置の斜視図 本考案の直動軸受装置に使用するレール体の断面図 本考案の直動軸受装置に使用するベアリングの配置関係を示す図 本考案の直動軸受装置に使用するベアリングを示す図 本考案の直動軸受装置の断面を示す図 従来の直動軸受装置を示す図 従来の直動軸受装置の分解図 従来の直動軸受装置の摺動基体の断面を示す図 従来の直動軸受装置でのボール転動体の接触状況を示す図

符号の説明

１…直動軸受装置、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…ベアリング、３…レール体、３Ｂ…レール体底部、３Ｌ…レール体左側部、３Ｒ…レール体右側部、３Ｎ…レール体Ｖ字部内表面、４…直動板、５…取付ボルト、６…内輪体、７…内輪体ボール転走溝、７Ｓ…内輪体ボール転走溝表面、８…外輪体、８Ｓ…外輪体外周面、９…外輪体ボール転走溝、９Ｎ…外輪体ボール転走溝表面、１０…ボール転動体、１１…リテーナ、１２…オイルシール、１３…直動板取付基部、１４…直動板取付部、４０…摺動基体、４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ…ねじ穴、４０Ｔ…接触点、４０Ｒ…循環路、４１…上部平坦部、４２，４３…側壁部、４４，４５…内側下部斜面、４６，４７…内側上部斜面、４８，４９，５０，５１…ボール転動体、５２…嵌合凹溝、６０…レール体、６１…レール体上部、６２…レール体中部、６３…レール体下部、６４…上面、６５，６６…ボール転走溝、６７，６８…側面、６９，７０…ボール転走溝、６９Ｔ…接触点、７１…直動軸受装置、７２…直動板、７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄ…ねじ挿通孔、７３…ねじ、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…接触点

Claims (4)

1. 金属板を折り曲げ加工することにより、長方形のレール体底部と、該レール体底部の短手方向両側より同じ垂直方向へ延設され、途中に断面Ｖ字形部分を有し且つ互いに左右対称形状となるようされたレール体左側部およびレール体右側部とが形成されて成るレール体と、
   外周面の断面形状が前記レール体のＶ字形部分に嵌まり合うＶ字形とされ、内周面に外輪体ボール転走溝が施されたドーナツ型の外輪体と、
   外周面に内輪体ボール転走溝が施された円柱状の内輪体と、
   該内輪体と前記外輪体との間に介在せしめられたボール転動体と、
   前記内輪体に一体に形成された直動板取付基部および直動板取付部と
   を具えたベアリングと
   で構成され、
   該ベアリングの外輪体が前記レール体の断面Ｖ字形部分同士の間の空間に嵌まるよう挿入されて成ることを特徴とする直動軸受装置。
   
2. 内輪体ボール転走溝および外輪体ボール転走溝の断面形状を、ゴシックアーク形状としたことを特徴とする請求項１記載の直動軸受装置。
   
3. ベアリングとして、リテーナにより互いに分離配置されたボール転動体を有するタイプのベアリングを用いたことを特徴とする請求項１または２記載の直動軸受装置。
   
4. 直動板取付部の外表面に、直動板の取付穴壁面への食い込み作用を奏せしめるためのセレーションキーを施したことを特徴とする請求項１，２または３記載の直動軸受装置。

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