JP4730209B2 - 直線運動装置 - Google Patents

Description

本発明は、リニアガイド、ボールスプライン、ボールねじ等の直線運動装置に関し、特に、隣り合う転動体間に介装される転動体保持部材を備えることで、高速・高加減速運転を行う環境下における搬送及び精密位置決めに用いることが可能な直線運動装置に関する。

従来、直線運動装置においては、転動体同士の摩擦を防止することにより直線運動装置の作動の円滑化を図るべく、隣合う転動体間に転動体保持部材を介装することが行われている。
そして、かかる転動体保持部材を備えた直線運動装置の発明として、例えば図４及び図５に記載のボールねじ装置４０が知られている（特許文献１参照）。

図４に示すボールねじ装置４０は、外周面に螺旋状のねじ溝４１を有するねじ軸４２と、内周面にねじ溝４１に対向する螺旋状のねじ溝４３を有するナット４４と、ナット４４のねじ溝４３とねじ軸４２のねじ溝４１との間に転動自在に配置された転動体４５と、各転動体４５間に介装されたスペーサ４６（図４において図示せず）とを備えている。また、スペーサ４６は、図５に示すように、両側面に転動体４５を保持する球面状の保持凹面４７が形成された円盤状の基体４８と、円盤状に形成された基体４８の外周面を覆う外周部材４９とを備え、基体４８及び外周部材４９のうち一方又は両方を自己潤滑性材料によって形成して基体４８側と外周部材４９側とで潤滑剤量を選択可能に形成されている。

そして、ボールねじ装置４０によれば、スペーサ４６の基体４８側では転動体４５との摺接および衝突を考慮して潤滑剤量を選択することができると共に、外周部材４９側では両ねじ溝４１，４３により形成される負荷軌道内との摺接および衝突を考慮して潤滑剤量を選択することができるため、スペーサ４６と負荷軌道内又は転動体４５との摩擦を抑えることが可能となるとともに、負荷軌道内での衝突によるスペーサ４６の破損を回避することを可能としている。
特開２００４−１５０５８８号公報

ここで、一般的に、ボールねじ装置４０等の直線運動装置の作動時においては、負荷軌道内に備えられる転動体４５は、図６（ａ）に示すように、同一方向に回転することとなる。そして、ボールねじ装置４０等の直線運動装置が高速・高加減速運転が連続的に行われる環境において用いられる場合、隣合う転動体４５間に備えられるスペーサ４６には、図６（ｂ）に示すように、スペーサ４６の各側面に接触する転動体４５の回転により、スペーサ４６の両側面において逆方向のせん断力が作用することとなる。また、スペーサ４６は、ねじ軸４２及びナット４４の形状精度によっては、スペーサ４６の両側に配置される転動体４５から過大な圧縮加重及び衝撃加重が加わることとなる。

したがって、ボールねじ装置４０においては、スペーサ４６の転動体４５を保持する両保持凹面４７間において同一の素材により形成されているため、高速・高加減速運転が連続的に行われる環境において用いると、スペーサ４６を形成するの樹脂の強度を向上させたとしても、スペーサ４６の両保持凹面４７間に割れが生じることとなり、ボールねじ装置４０の寿命が短くなるという問題がある。
本発明は上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、転動体保持部材の強度を向上することで、高速・高加減速運転が連続的に行われる環境下において用いられた場合においても寿命の向上を図ることが可能な直線運動装置を提供することにある。

本発明のうち請求項１に係る直線運動装置は、外面に転動体転動溝を有する内方部材と、前記内方部材の外側に配置され、内面に前記内方部材の転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有する外方部材と、前記内方部材の転動体転動溝と前記外方部材の転動体転動溝との間に転動自在に配置される複数の転動体と、隣り合う前記転動体間に介装される転動体保持部材とを備えてなる直線運動装置であって、前記転動体保持部材は、１対の保持部と、前記両保持部の間に介在された緩衝部と、を一体に備え、前記各保持部は硬質樹脂により形成され、前記緩衝部は軟質樹脂により形成され、前記緩衝部及び前記保持部は、互いに同一の直径の中実円板状に形成され、前記各保持部では、一方の側面に前記転動体を保持する凹面が形成され、他方の側面の全面が円形の接続面となり、前記各保持部と前記緩衝部とは、該保持部の前記接続面の全面と前記緩衝部の円形の側面の全面とが接着されることによって、一体となっていることを特徴とする。

また、本発明のうち請求項２に係る直線運動装置は、請求項１記載の直線運動装置において、前記硬質樹脂は、ＡＳＴＭ−Ｄ１０４４（ＣＳ−１７）に従うテーバー磨耗試験による磨耗量が２０ｍｇ／１０3回以下の樹脂が用いられ、前記軟質樹脂は、ＡＳＴＭ−Ｄ６３８（２３℃）に従って測定した引張り破断伸びが１００％以上の樹脂が用いられることを特徴とする。
さらに、本発明のうち請求項３に係る直線運動装置は、請求項１又は２記載の直線運動装置において、前記硬質樹脂は、カーボン・ナノ・ファイバーを含有していることを特徴とする。

本願請求項１又は２に係る直線運動装置によれば、緩衝部及び保持部は、互いに同一の直径の中実円板状に形成され、各保持部では、一方の側面に転動体を保持する凹面が形成され、他方の側面の全面が円形の接続面となり、各保持部と緩衝部とは、該保持部の接続面の全面と緩衝部の円形の側面の全面とが接着されることによって、一体となっている構成により、転動体保持部材において、転動体を保持する保持部の磨耗等を防止するとともに、転動体保持部材の両側面に作用するせん断力並びに圧縮加重及び衝撃加重を緩衝部により吸収することで、転動体保持部材の強度を向上することができ、高速・高加減速運転が連続的に行われる環境下における直線運動装置の寿命の向上を図ることが可能となる。

また、本願請求項３に係る直線運動装置によれば、請求項１又は２記載の直線運動装置において、前記硬質樹脂は、カーボン・ナノ・ファイバーを含有している構成により、転動体保持部材において、保持部の耐磨耗性、耐温度性及び機械的性質を向上することができ、高速・高加減速運転が連続的に行われる環境下における直線運動装置の寿命をさらに向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る直線運動装置を図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態に係るボールねじの概略構成図である。図２は負荷軌道に備えられる転動体及びスペーサの詳細図である。図３はスペーサの断面図である。
なお、本発明に係る直線運動装置は、ボールねじ、リニアガイド、ボールスプライン等に構成可能であり、本実施形態においては、本発明に係る直線運動装置をボールねじとして構成した場合を例にして説明する。

ボールねじ（直線運動装置）１は、図１に示すように、直線状に延びるねじ軸（内方部材）２と、ねじ軸２が嵌挿されるナット（外方部材）３と、ねじ軸２とナット３との間に配設される複数の転動体７と、各転動体７間に配設される複数のスペーサ（転動体保持部材）１０とを備えている。
ねじ軸２は、円柱状に形成されており、外周面に螺旋状の転動体転動溝４が形成されている。

ナット３は、円筒状に形成されており、内周面に、ねじ軸２の嵌挿時においてねじ軸２の転動体転動溝４と対向する螺旋状の転動体転動溝５が形成されている。また、ナット３の各端面には、ねじ軸２に付着した切削粉や研削粉等の異物がねじ軸２とナット３との間に入り込むことを防止するシール部材６が設けられている。
各転動体７は、鋼、セラミックス等により形成された球体が用いられている。

各スペーサ１０は、図２及び図３に示すように、転動体７の直径より若干小さい直径の円板状に形成されており、１対の保持部１１と、両保持部１１間に介装される緩衝部１２とを備えている。
各保持部１１は、硬質樹脂により略円盤状に形成され、保持部１１の両側面のうち一方には、転動体７を保持する球面状に形成された凹面１３が、転動体７の曲率半径より若干大きい曲率半径により形成されており、保持部１１の両側面のうち他方には、緩衝部１２との接続面１４が形成されている。ここで、保持部１１を形成する硬質樹脂としては、テーバー磨耗試験（ＡＳＴＭ Ｄ−１０４４，ＣＳ−１７）による磨耗量が２０ｍｇ／１０³回以下の樹脂を用いることが好ましく、例えば、変性ＰＰＥ、ＰＯＭ、ＰＣ、ＰＢＴ、ナイロン等を用いることが好ましい。また、硬質樹脂をベースとして、カーボン・ナノ・ファイバーを添加して含有させることにより、転動体７を保持する保持部１１の耐磨耗性、耐温度性及び機械的性質を向上することができ、高速・高加減速運転が連続的に行われる環境下におけるボールねじ１の寿命をさらに向上させることが可能となる。

緩衝部１２は、軟質樹脂により略円盤状に形成されている。ここで、緩衝部１２を形成する軟質樹脂としては、引張り破断伸び（ＡＳＴＭ Ｄ６３８，２３℃）が１００％以上の樹脂が用いられることが好ましく、例えば、ＰＢＴ、ＰＣ等を用いることが好ましい。
そして、スペーサ１０は、一対の保持部１１と緩衝部１２とを、両保持部１１の接続面１４間に緩衝部１２を介装して一体に接着することにより形成されている。

また、ボールねじ１は、ねじ軸２にナット３を嵌挿した状態で、転動体転動溝４と転動体転動溝５との間に複数の転動体７を転動自在に配設するとともに、隣合う転動体７間に転動体保持部材１０を介装することにより組み立てられる。この場合において、ナット３の外周面には、両転動体転動溝４，５により形成される負荷軌道に連通する循環チューブ１６が設けられており、循環チューブ１６により、両転動体転動溝４，５により形成される負荷軌道内を転動する転動体７を無限循環させることを可能としている。

ここで、ボールねじ１の組立てにおいては、負荷軌道内において隙間を生ずることなく転動体７及びスペーサ１０が配設されることが好ましい。一方、ボールねじ１によれば、スペーサ１０の緩衝部１２が転動体７の軌道長変化を吸収するため、ボールねじ１の組立て時において、各転動体７間に生じる隙間を容易に調整することが可能となる。
次に、ボールねじ１の作用について説明する。

ボールねじ１は、ねじ軸２とナット３とが組み合わされた状態において、ねじ軸２又はナット３の回転運動に伴って、転動体７が転動体転動溝４，５により形成される負荷起動内を転動することにより、ねじ軸２とナット３とが軸方向へ相対的に移動可能となっている。また、この場合において、各転動体７間にスペーサ１０を介装することにより、転動体７同士が接触せず、転動体７間の距離が一定に保たれ、ボールねじ１の作動の円滑化が図られるとともに、ボールねじ１の作動時における転動体７同士の衝突による騒音の発生を防止することが可能となる。

ここで、上述したように、ボールねじ１の作動時においては、両転動体転動溝４，５により形成される負荷軌道内に備えられる転動体７は、図６（ａ）に示すように、同一方向に回転することとなる。
そして、ボールねじ１が高速・高加減速運転が連続的に行われる環境において用いられる場合、隣合う転動体７間に備えられるスペーサ１０には、図６（ｂ）に示すように、スペーサ１０の各凹面１３に接触する転動体７の回転により、スペーサ１０の両保持部１１において逆方向のせん断力が作用するとともに、各保持部１１において転動体７から圧縮加重及び衝撃加重が作用することとなる。

ここで、スペーサ１０においては、転動体７を保持する保持部１１が硬質樹脂により形成されているため、転動体７と保持部１１との接触による保持部１１の磨耗等を防止することが可能となる。
また、スペーサ１０においては、両保持部１１の接続面１４間に介装された緩衝部１２が軟質樹脂により形成されているため、各保持部１１において作用した上記せん断力並びに圧縮加重及び衝撃加重は、緩衝部１２により吸収されることとなり、スペーサ１０に割れが生じることを防止することが可能となる。

このように、ボールねじ１によれば、スペーサ１０の強度を向上することができ、高速・高加減速運転が連続的に行われる環境下におけるボールねじ１の寿命の向上を図ることが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態においては、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、本発明の実施形態においては、本発明に係る直線運動装置をボールねじとして構成しているが、リニアガイド、ボールスプライン、その他の直線運動装置として構成することが可能である。

本発明の実施形態に係るボールねじの概略構成図である。 負荷軌道に備えられる転動体及びスペーサの詳細図である。 スペーサの断面図である。 特許文献１に係るボールねじ装置の構成図である。 特許文献１に係るスペーサの断面図である。 負荷軌道内に備えられる転動体及びスペーサの状態を示す説明図である。

符号の説明

１ ボールねじ
２ ねじ軸
３ ナット
４ 転動体転動溝
５ 転動体転動溝
６ シール部材
７ 転動体
１０ スペーサ
１１ 保持部
１２ 緩衝部
１３ 凹面
１４ 接続面
１６ 循環チューブ
４０ ボールねじ装置
４１ ねじ溝
４２ ねじ軸
４３ ねじ溝
４４ ナット
４５ 転動体
４６ スペーサ
４７ 保持凹面
４８ 基体
４９ 外周部材

Claims (3)

1. 外面に転動体転動溝を有する内方部材と、前記内方部材の外側に配置され、内面に前記内方部材の転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有する外方部材と、前記内方部材の転動体転動溝と前記外方部材の転動体転動溝との間に転動自在に配置される複数の転動体と、隣り合う前記転動体間に介装される転動体保持部材とを備えてなる直線運動装置であって、
   前記転動体保持部材は、１対の保持部と、前記両保持部の間に介在された緩衝部と、を一体に備え、
   前記各保持部は硬質樹脂により形成され、前記緩衝部は軟質樹脂により形成され、
   前記緩衝部及び前記保持部は、互いに同一の直径の中実円板状に形成され、
   前記各保持部では、一方の側面に前記転動体を保持する凹面が形成され、他方の側面の全面が円形の接続面となり、
   前記各保持部と前記緩衝部とは、該保持部の前記接続面の全面と前記緩衝部の円形の側面の全面とが接着されることによって、一体となっていることを特徴とする直線運動装置。
2. 前記硬質樹脂は、ＡＳＴＭ−Ｄ１０４４（ＣＳ−１７）に従うテーバー磨耗試験による磨耗量が２０ｍｇ／１０3回以下の樹脂が用いられ、
   前記軟質樹脂は、ＡＳＴＭ−Ｄ６３８（２３℃）に従って測定した引張り破断伸びが１００％以上の樹脂が用いられることを特徴とする請求項１記載の直線運動装置。
3. 前記硬質樹脂は、カーボン・ナノ・ファイバーを含有していることを特徴とする請求項１又は２記載の直線運動装置。

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