JP3980694B2

JP3980694B2 - ボールチェイン及びこれを用いた直線案内装置

Info

Publication number: JP3980694B2
Application number: JP00676097A
Authority: JP
Inventors: 武樹白井; 茂海老名; 光明本間; 智純村田
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2017-01-17
Also published as: JPH10205533A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数のボールが一列に配列されると共に転動可能に保持され、例えば無限摺動用の直線案内装置のボール無限軌道に組み込まれて使用されるボールチェインに係り、特に、ゴシックアーチ状のボール転走溝を有する直線案内装置に最適なボールチェイインに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、テーブル等の可動体をベッド等の固定部に沿って案内する直線案内装置しては、ボール転走溝を有する軌道レールと、上記ボール転走溝と対向する負荷転走溝を有すると共に上記負荷転走溝の一端から他端へとボールを循環させる無負荷転走路を有し、上記軌道レールに沿って移動するスライダと、これらスライダと軌道レールとの間で荷重を負荷しながら転走すると共に、上記スライダの負荷転走溝及び無負荷転走路より構成される無限軌道を循環する多数のボールとから構成されるものが知られている。
【０００３】
このように構成された従来の直線案内装置では、スライダの無限軌道がボールで満たされていることから、該スライダが軌道レールに沿って移動すると、互いに隣接するボールが相互に衝突あるいは擦れ合いながら上記無限軌道内を循環することとなり、ボールが早期に磨耗して装置寿命が短命化するといった問題点があった。
【０００４】
そこで、このような問題点を解決するものとして、多数のボールを整列保持したボールチェインを上記無限軌道に組み込んだ直線案内装置が提案されている（特開平５−５２２１７号公報）。図１０及び図１１に示すように、かかるボールチェイン１００は互いに隣接する各ボール１０１の間に間座１０２を介装すると共に、各間座１０２を帯状の連結部１０３で繋いでボール１０１を数珠状に連結したものであり、上記ボール１０１を金型内に中子として配置した可撓性樹脂の射出成形によって製作されている。
【０００５】
このように構成された従来のボールチェイン１００は、図１２に示す如くスライダ１０４の無限軌道１０５に組み込まれて該無限軌道内を循環するのであるが、この際、互いに隣接するボール１０１の間には間座１０２が介装されていることから、ボール同志の相互摩擦や衝突が防止され、ボール１０１の磨耗を可及的に防止することができた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる従来のボールチェイン１００では一つの間座１０２がその両側に位置する二つのボール１０１，１０１を支えていることから、該ボールチェイン１００の湾曲や捩じれ等によってボール１０１に対する間座１０２の当接角度が変わると、ボール１０１が間座１０２の間から抜け落ちてしまうといった問題があった。
【０００７】
このため、従来のボールチェインはボールの相互接触を防止するリテーナとしての機能は十分に果たすものの、ボールの脱落を防止する所謂ボール保持器としての機能は十分ではなく、かかるボールチェインを組み込んだ従来の直線案内装置においては、スライダを軌道レールから取り外した際のボール脱落事故を完全に防止すべく、図１３に示す如くスライダ１０４の負荷転走溝１０６の両側にボール保持器１０７を設けていた。
【０００８】
ところが、軌道レール１０８のボール転走溝１０９及びスライダ１０４の負荷転走溝１０６が単一のボール転走面からなる所謂サーキュラーアーク状に形成されている場合には、これら転走溝１０６，１０９の深さがボール１０１の半径に対して比較的小さいことから、前述の図１３の如くスライダ１０４の負荷転走溝１０６の両側にボール保持器１０７を形成することが可能であるが、これらボール転走溝１０９及び負荷転走溝１０６が所謂ゴシックアーチ状、すなわち一対のボール転走面が交わった形状に形成されている場合には、図１４に示すように、これら転走溝１０６，１０９の深さがボール１０１の半径に近いことから、負荷転走溝１０６の両側にボール保持器１０７を設けることは殆ど不可能である。
【０００９】
従って、ゴシックアーチ状のボール転走溝を有する直線案内装置にボールチェインを組み込むに当たっては、該ボールチェインのボール保持機能を十分に確保する必要があり、かかる機能が弱い従来のボールチェインをそのまま組み込むことには問題があった。
【００１０】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするとろは、湾曲や捩じれ等が与えられた場合であってもボールを確実に保持することが可能であり、ゴシックアーチ状のボール転走溝を有する直線案内装置に最適なボールチェインを提供すると共に、該ボールチェインを用いた直線案内装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のボールチェインは、多数のボールを一列に配列すると共に、これらボールを転動可能に保持したものであって、各ボールを一対の球面座で挟持すると共にこれら球面座を鍔部で相互に連結してボール保持単位を構成すると共に、複数のボール保持単位を可撓性の連結部で数珠状に連結してなることを特徴とするものである。
【００１２】
このような技術的手段によれば、各ボールは鍔部で連結された一対の球面座によって挟持され、ボール一個毎にボール保持単位を構成しており、これらボール保持単位を可撓性の連結部によって数珠状に連結することによりボールチェインが構成されているので、該ボールチェインが湾曲あるいは捩じれ等を生じたとしても、ボールに対する球面座の当接角度が変化することはなく、各ボール保持単位毎にボールを確実に保持することができる。
【００１３】
ここで、本発明のボールチェインはボールを金型内に中子としてインサートした合成樹脂の射出成形によって製作することができるが、このボールチェインを円弧状に湾曲させた際のその最小半径を小さくするという観点からすれば、上記連結部はより柔軟であることが好ましく、その断面積は小さい方が良い。
【００１４】
但し、ボールチェインの使用時においては該連結部に対して曲げ伸ばしの動作が繰り返されれることから、破断を生じることがないよう十分な強度を与えることが必要であり、該連結部をワイヤ等によって補強するようにしても良い。
【００１５】
一方、このようなボールチェインが用いられる本発明の直線案内装置は、一対のボール転走面が交わったゴシックアーチ状のボール転走溝を有する軌道レールと、上記ボール転走溝と対向するやはりゴシックアーチ状の負荷転走溝を有すると共に上記負荷転走溝の一端から他端へとボールを循環させる無負荷転走路を有し、上記軌道レールに沿って移動するスライダと、これらスライダと軌道レールとの間で荷重を負荷しながら転走すると共に、上記スライダの負荷転走溝及び無負荷転走路より構成される無限軌道を循環する多数のボールとから構成され、前述した本発明のボールチェインをその鍔部が内周側あるいは外周側に位置するように上記スライダの無限軌道に組み込むと共に、ゴシックアーチ状に形成された軌道レールのボール転走溝及びスライダの負荷転走溝の最深部には、上記ボールチェインの鍔部が収容され且つ案内される逃げ溝が形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
このような技術的手段によれば、上記スライダの無限軌道には本発明のボールチェインが組み込まれ、しかも該ボールチェインはその鍔部を無限軌道の内周側あるいは外周側に位置させて該無限軌道内を循環するので、スライダの負荷転走溝上に位置するボールはゴシックアーチ状の負荷転走溝と鍔部とによって三方から挟まれたような状態となり、例え軌道レールからスライダを抜いたとしても、ボールがボールチェインの一対の球面座の間から抜け落ちることはない。
【００１７】
また、このようにしてボールチェインがスライダの無限軌道を循環すると、該ボールチェインの鍔部がゴシックアーチ状に形成された軌道レールのボール転走溝あるいはスライダの負荷転走溝の中央に接触してしまう懸念があるが、本発明の直線案内装置ではこれらボール転走溝及び負荷転走溝の最深部に逃げ溝を形成し、かかる逃げ溝にボールチェインの鍔部を収容するように構成しているので、ボールの脱落を防止しつつ、無限軌道内で円滑にボールチェインを循環させることができるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明のボールチェイン及びこれを用いた直線案内装置を詳細に説明する。
図１及び図２は本発明のボールチェインを組み込んだ直線案内装置の実施例を示すものである。
同図において、符号１は工作機械のベッド等の固定部に対して配設される軌道レール、符号２はテーブル等の可動体を上記軌道レール１に沿って案内するスライダ、符号３はこれら軌道レール１とスライダ２との間で荷重を負荷しながら転動すると共に上記スライダ２内で無限循環するボールである。
【００１９】
先ず、上記軌道レール１は断面略矩形状に形成されており、その両側面には上記ボール３の転走するボール転走溝１１が長手方向（図２の紙面垂直方向）に沿って計２条形成されている。この軌道レール１にはその長手方向に適宜間隔をおいてボルト取付孔１２が形成されており、軌道レール１はこのボルト取付孔１２に挿入される図示外の固定ボルトによって固定部に固定される。
【００２０】
また、上記スライダ２は、テーブル等の可動体の取付面４１及び当該可動体の固定ボルトが螺合するタップ孔４２を有する移動ブロック４と、この移動ブロック４の前後両端面に対して固定される一対の蓋体５，５とから構成されており、かかる蓋体５を移動ブロック４に固定することで当該スライダ内にボール３の無限軌道が具備されるようになっている。
【００２１】
上記移動ブロック４は取付面４１が形成された水平部４ａ及びこの水平部４ａから垂れ下がる一対のスカート部４ｂ，４ｂを備えて断面略サドル状に形成されており、各スカート部４ｂの内面側には軌道レール１のボール転走溝１１に対向する負荷転走溝４３が形成されている。また、各スカート部４ｂには各負荷転走溝４３に対応したボール戻し孔４４が形成されており、上記負荷転走溝４３を転走し終えて荷重から解放されたボール３が負荷転走溝４３上における転走方向とは逆方向に転走するようになっている。
【００２２】
この移動ブロック４は合成樹脂の射出成形を利用して製作されている。すなわち、上記移動ブロック４は機械加工によって形成された金属製のブロック本体４０に対して合成樹脂を射出成形で肉付けして形成されており、前述した可動体取付面４１やボール３の負荷転走面４３等、機械的強度が要求される部位は当該ブロック本体４０に形成される一方、ボール戻し孔４４等の機械的強度が重要とされない部位は合成樹脂で形成され、可能な限り移動ブロック４の軽量化が図られている。
【００２３】
図３は上記スライダ２に具備されたボール３の無限軌道を示す断面図であり、この無限軌道は図４に示す如く上記蓋体５を移動ブロック４の端面に固定することによって完成する。すなわち、蓋体５を移動ブロック４に固定すると、蓋体５側のＵ形溝５１内に移動ブロック４側のボール案内部４６が嵌合してＵ字状の方向転換路５４が完成し、この方向転換路５４によって移動ブロック４の負荷転走面４３と上記ボール戻し孔４４とが連結される。
【００２４】
これにより、軌道レール１のボール転走溝１１と移動ブロック４の負荷転走溝４３との間で荷重を負荷していたボール３は、スライダ２の移動に伴って上記負荷転走溝４３を転走し終えると上記荷重から開放されて一方の蓋体５の方向転換路５４に入り込み、そのままの無負荷状態で負荷転走溝４３における転走方向とは逆方向へ向かって移動ブロック４のボール戻し孔４４を転走する。また、ボール戻し孔４４を転走し終えたボール３は他方の蓋体５の方向転換路５４を介して再度軌道レール１と移動ブロック４との間に入り込み、荷重を負荷しながら上記負荷転走溝４３を転走する。
【００２５】
一方、上記ボール３はボールチェイン６に一列に保持された状態でスライダ２の無限軌道に組み込まれており、ボール３の転動に伴って該ボールチェイン６が無限軌道内を循環するようになっている。図５に示すように、このボールチェイン６はボール３を各一個ずつ保持した複数のボール保持単位６１を可撓性の連結部６２で数珠状に連結して形成されており、各ボール保持単位６１はボール３を左右から挟み込む一対の球面座６３，６３とこれら球面座６３を相互に連結する鍔部６４とから構成されている。
【００２６】
上記連結部６２は一列に配列されたボール保持単位６１の一側端のみを相互に連結しており、図３に示す如くこの連結部６２を屈曲させると、互いに隣接するボール保持単位６１の間のスリット状空間が拡開し、上記鍔部６４を内周側あるいは外周側に位置させた状態でボールチェイン６それ自体を環状に湾曲させることができるようになっている。
【００２７】
また、このボールチェイン６は金型内にボール３を中子としてインサートした合成樹脂の射出成形で形成されており、かかる射出成形によって連結部６２、球面座６３及び鍔部６４が一体に成形され、ボール３が球面座６３によって包持されるようになっている。
【００２８】
図６は、上記無限軌道内におけるボール３の転走状態を示す拡大断面図である。
上記スライダ２の負荷転走溝４３及び軌道レール１のボール転走溝１１は二つのボール転走面１０，１０が交わったゴシックアーチ状に形成されており、各ボール３はこれら負荷転走溝４３及びボール転走溝１１と夫々二点て接触している。また、ゴシックアーチ状に形成されたボール転走溝１１及び負荷転走溝４３の最深部、すなわち二つのボール転走面１０，１０が交わる位置には各々逃げ溝３１，３１が形成され、ボール３がこれら転走溝４３，１１を転走している際に上記ボールチェイン６の鍔部６４が該逃げ溝３１に収容されるようになっている。
【００２９】
また、スライダ２のボール戻し孔４４にはその長手方向に沿って案内溝３２，３２が形成されており、無負荷状態にあるボールチェイン６の鍔部６４が該案内溝３２によって案内され、ボール戻し孔４４の内部におけるボールチェイン６の蛇行が防止されるようになっている。
【００３０】
そして、以上のように構成された本実施例の直線案内装置によれば、スライダ２が軌道レール１上を移動するとボール３がスライダ２の負荷転走溝４３及び軌道レール１のボール転走溝１１の上を転走し、ボールチェイン６がスライダ２に形成された無限軌道の内部を循環する。このとき、ボールチェイン６を構成する各ボール保持単位６１では、該ボールチェイン６の屈曲あるいは伸展の状態に係わらず、常に一対の球面座６３，６３がボール３を確実に挟持しているので、ボール３がボールチェイン６から脱落するのを可及的に防止することが可能となる。
【００３１】
また、無限軌道内のボールチェイン６はその鍔部６４を外周側あるいは内周側に位置させなから循環しているので、例えばスライダ２を軌道レール１から引き抜いたとしても（図６において軌道レール１を消した状態）、ボール３はスライダ２の負荷転走溝４３とボールチェイン６の鍔部６４によって三方から挟持された状態となり、ボール３がスライダ２の無限軌道から脱落するのを確実に防止することができるものである。
【００３２】
図７は本発明のボールチェインの第２実施例を示すものである。
このボールチェイン７は図５に示す第１実施例のボールチェイン６と略同様の構成を有するものであるが、一対の球面座６３を連結する鍔部６４がボール３の周囲を４分割するように配されている点においてのみ相違するものである。従って、この第２実施例のボールチェイン７ではボール３がボール保持単位６１の内部に完全に拘束されており、ボール３が該ボールチェイン７から脱落するのを完全に防止することができる。
【００３３】
図８は本発明のボールチェインの第３実施例を示すものである。
第１実施例のボールチェイン６では各ボール保持単位６１を結合する連結部６２も樹脂で成形されていることから、ボールチェイン６が無限軌道内を循環してその屈曲及び伸展が繰り返されると、連結部６２からボールチェイン６が分断される懸念がある。
【００３４】
このため、本実施例のボールチェイン８では各ボール保持単位６１を貫通するワイヤ８０を設け、該ワイヤ８０で連結部６２を構成するようにした。かかるボールチェイン８の製作方法は第１実施例のボールチェイン６と略同じであるが、一本のワイヤ８０をボール３と共に金型内にインサートし、合成樹脂の射出成形によって各ボール保持単位６１を等間隔でワイヤ８０に肉付けするようにした。
【００３５】
そして、このようにワイヤ８０で連結部６２を補強した本実施例のボールチェイン８によれば、繰り返しの屈曲及び伸展によっても連結部６２が破断することがなく、使用途中におけるボールチェイン８の分断といったトラブルを避けることが可能となる。
【００３６】
図９は本発明のボールチェインの第４実施例を示すものである。
この実施例のボールチェイン９では各ボール保持単位６１を結合する連結部６２を球面座６３の中心に形成し、互いに隣接する一対のボール保持単位６１が該連結部６２を中心としていずれの方向へも屈曲できるように構成した。従って、前述までのボールチェインと異なり、このボールチェイン９には特定の屈曲方向がなく、スライダ２の無限軌道内における屈曲方向に特別な配慮を払うことなく該無限軌道に組み込むことができるものである。
【００３７】
尚、前述した直線案内装置では軌道レールの左右両側面に対応して夫々１条ずつ計２条のボール無限軌道をスライダに具備させたが、本発明の直線案内装置はこれに限らず、軌道レール１の左右両側面に対応して夫々２条ずつ計４条のボール無限軌道をスライダ２に具備させても良い。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のボールチェインによれば、一対の球面座によってボールを挟持したボール保持単位を形成すると共に、該ボール保持単位を複数連結してボールチェインを構成しているので、かかるボールチェインの使用中においてこれに湾曲あるいは捩じれ等が与えられた場合であっても、ボールが球面座の間から脱落することがなく、該ボールチェインに対してボールを確実に保持することが可能となる。
【００３９】
また、かかるボールチェインを用いた本発明の直線案内装置によれば、スライダの負荷転走溝上に位置するボールはゴシックアーチ状の該負荷転走溝とボールチェインの鍔部とによって三方から挟まれたような状態となるので、軌道レールからスライダを抜いた際にボールがボールチェインから脱落するのを完全に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボールチェインを用いた直線案内装置の第１実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の直線案内装置の第１実施例を示す正面図及び断面図である。
【図３】第１実施例に係るスライダに具備されたボールの無限軌道を示す断面図である。
【図４】ボールの無限軌道を構成する移動ブロックと蓋体との分解図である。
【図５】本発明のボールチェインの第１実施例を示す平面図及び正面図である。
【図６】直線案内装置の第１実施例に係るボールの無限軌道の断面を示す拡大図である。
【図７】本発明のボールチェインの第２実施例を示す平面図である。
【図８】本発明のボールチェインの第３実施例を示す平面図である。
【図９】本発明のボールチェインの第４実施例を示す平面図である。
【図１０】従来のボールチェインを示す平面図である。
【図１１】従来のボールチェインを示す正面図である。
【図１２】従来のボールチェインを直線案内装置のスライダに組み込んだ状態を示す断面図である。
【図１３】スライダの負荷転走溝及び軌道レールのボール転走溝がサーキュラアーク状に形成されている場合のボールの転走状態を示す断面図である。
【図１４】スライダの負荷転走溝及び軌道レールのボール転走溝がゴシックアーチ状に形成されている場合のボールの転走状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…軌道レール、２…スライダ、３…ボール、６…ボールチェイン、１１…ボール転走溝、３１…逃げ溝、４３…負荷転走溝、６１…ボール保持単位、６２…連結部、６３…球面座、６４…鍔部

Claims

多数のボールを一列に配列すると共に、これらボールを転動可能に保持し、無限摺動用直線案内装置のボール無限軌道に組み込まれて使用されるボールチェインであって、
各ボールを一対の球面座で挟持すると共にこれら球面座を鍔部で相互に連結してボール保持単位を構成すると共に、複数のボール保持単位を可撓性の連結部で数珠状に連結してなり、
上記連結部は一列に配列されたボール保持単位の一側端のみを相互に連結していることを特徴とするボールチェイン。