JP5644407B2 - 直動装置のボール掬い上げ構造 - Google Patents

Description

本発明は、リニアガイドや一軸アクチュエータのように可動体と案内レールの案内溝との間にボールを介装した直動装置に関し、特に可動体側でボールを循環する場合に案内レールからボールを掬い上げるボール掬い上げ構造に関するものである。

リニアガイドや一軸アクチュエータのような直動装置では、可動体の移動を滑らかなものとするために案内レールを設け、この案内レールの案内溝と可動体との間にボール（転動体）を介装し、可動体が案内レールに沿って移動するとボールが案内溝内で転動するように構成している。ボールは案内レールの案内溝に沿って転動するので、可動体側でボールを循環しなければならない。そのため、可動体にはボールの循環路が形成されている。

案内レールの案内溝で転動しているボールを可動体の循環路に送給するためには、可動体側で案内溝内のボールを掬い上げる必要がある。例えば、リニアガイドでは、可動体の移動方向両端部にエンドキャップと呼ばれる取付部材を取付けるので、この取付部材にボール掬い上げ構造を形成する。ボール掬い上げ構造のボール掬い上げ部、特にその端部は、作動性・騒音の観点からボールを収納する内周面と案内溝内のボールと段差がないことが望ましいが、そのようにするとボール掬い上げ端部の内周面と外周面との厚さが薄くなって強度が低下するというトレードオフの関係にある。

そこで、下記特許文献１では、案内溝のボールが接触しない底部に、更に掘り下げた溝を形成し、この溝内にボール掬い上げ構造のボール掬い上げ部が侵入するように延長し、当該ボール掬い上げ部を厚くして強度を向上すると共に、案内溝内のボールとの段差を小さくしている。

特開２００１−２１４９３２号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載される直動装置のボール掬い上げ構造では、案内溝の底部に更に掘り下げた溝が必要であり、案内溝の底部に更に掘り下げた溝がない場合や、当該溝を形成できない場合には適用することができない。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、案内溝の底部に掘り下げた溝がなくてもボール掬い上げ部の強度を向上することができると共に、案内溝内のボールとの段差を小さくすることが可能な直動装置のボール掬い上げ構造を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の直動装置のボール掬い上げ構造は、可動体と案内レールの案内溝との間にボールを介装し且つ案内レールに沿って可動体が移動するとボールが案内溝に沿って転動し且つ可動体側でボールを循環する直動装置にあって、前記可動体に取付ける取付部材に形成され且つ前記案内レールの案内溝からボールを掬い上げる直動装置のボール掬い上げ構造において、前記ボールを掬い上げて収納し且つ当該ボールの外径に対応する第１の所定半径の円弧断面を有する内周面と、前記内周面の径方向外側に形成され且つ当該内周面の第１の所定半径より小さな第２の所定半径の円弧断面を有し且つ少なくとも前記第１の所定半径の中心よりも内周面の深さ方向外側に前記第２の所定半径の中心がずらして設定された外周面とを備えたことを特徴とするものである。

また、前記第２の所定半径の中心を、外周面の該当する円弧断面から遠ざかるように、前記内周面の深さ方向と交差する径方向にずらして設定したことを特徴とするものである。

而して、本発明の直動装置のボール掬い上げ構造によれば、ボールの外径に対応する第１の所定半径の円弧断面を有する内周面に対し、当該内周面の径方向外側に形成される外周面は、第１の所定半径より小さな第２の所定半径の円弧断面を有し且つ少なくとも第１の所定半径の中心よりも内周面の深さ方向外側に第２の所定半径の中心がずれているため、外周面を内周面の深さ方向外側に膨出させることができ、この膨出部をゴシックアーク形状の案内溝の底部に接近させることでボール掬い上げ端部の厚さを厚くすることができ、これによりボール掬い上げ端部の強度を向上させることができると共に、案内溝内のボールと内周面との段差を小さく維持することができる。

また、外周面の第２の所定半径の中心を、該当する円弧断面から遠ざかるように、内周面の深さ方向と交差する径方向にもずらして設定することで、内周面の深さ方向外側に膨出している外周面の膨出部を先細りにすることが可能となり、これによりゴシックアーク形状の案内溝の底部との干渉を回避することができる。

本発明の直動装置のボール掬い上げ構造の第１実施形態を示すリニアガイドの全体斜視図である。 図１のリニアガイドのエンドキャップの詳細図である。 図１のリニアガイドのボール掬い上げ部の説明図である。 図１のリニアガイドの案内溝の詳細図である。 本発明の直動装置のボール掬い上げ構造の第２実施形態を示す一軸アクチュエータの説明図である。

次に、本発明の直動装置のボール掬い上げ構造の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のボール掬い上げ構造が用いられたリニアガイドの全体構成を示す斜視図である。このリニアガイドは、断面が略方形で長手の案内レール１と、この案内レール１の長手方向に移動可能に跨設された横断面略コ字状の可動体２とを備えて構成される。前記案内レール１は、長手方向と直交する両側面の図示高さ方向中央部に断面略三角形の二つの曲面からなる案内溝３ａが長手方向に沿って形成されていると共に、図示高さ方向上端部には単一の曲面からなる案内溝３ｂが長手方向に沿って形成されている。また、この案内レール１には、その上面１ｆに開口する取付け穴１２が長手方向に沿って複数形成されている。各取付け穴１２は、案内レール１の上面１ｆに開口する座ぐり部と、その座ぐり部と同軸に形成されて案内レール１の下面まで貫通する貫通穴とからなり、この取付け穴１２に座付きボルトを挿通し、取付対象物にボルトを螺合し締付けて案内レール１を取付対象物に固定する。各案内溝３ａ、３ｂの具体的な構成は後段に詳述する。

前述したように、案内レール１の両側面には長手方向に沿った案内溝３ａ、３ｂが形成されており、可動体２の内側側面には、この案内レール１の案内溝３ａ、３ｂの夫々に対向する可動体側案内溝５ａ、５ｂが形成されており、案内レール１側の案内溝３ａ、３ｂの夫々と可動体側案内溝５ａ、５ｂの夫々との間に、複数の転動体であるボール４が転動自在に介装されている。また、夫々の可動体側案内溝５ａ、５ｂの図示高さ位置における可動体２の内部には、ボール４を循環するため循環路８が穿設されている。この循環路８と各可動体側案内溝５ａ、５ｂとの間でボール４を案内するために、可動体２の移動方向両端部には、内部にボール４の通路が形成されたエンドキャップ７が夫々取付けられている。なお、図中の符号６は、ボール４を保持するための保持器であり、前記案内レール１の案内溝３ａの底部には、保持器６との干渉を回避するための保持器収納溝３１が一段深く形成されている。また、図中の符号９は、エンドキャップ７に取付けられたサイドシール保持器である。

図２には、エンドキャップ７の内部に形成されたボール４の通路の詳細を示す。図中の符号１０は、前記保持器６の端部を収納する溝状或いは孔状の保持器収納部である。エンドキャップ７は、単に可動体側案内溝５ａ、５ｂからボール４がこぼれないように閉塞するだけでなく、可動体側案内溝５ａ、５ｂ内のボール４を循環路８に送給する、又は循環路８内のボール４を可動体側案内溝５ａ、５ｂに送給する役割を担う。そのため、可動体２内のボール４の通路は、循環路８と可動体側案内溝５ａ、５ｂとを連結する湾曲部１１を備えると共に、この湾曲部１１の案内レール１側端部には、特に案内レール１の案内溝３ａ、３ｂ内からボール４を掬い上げるボール掬い上げ部１３が形成されている。

前記湾曲部１１の内周面１４は、ボール４の外径に対応した均一の所定半径（第１の所定半径）Ｒ１の円弧断面（円孔）に形成されている。この第１の所定半径Ｒ１は、ボール４の外径より僅かに大きい半径であり、ボール４ががたつくことなく湾曲部１１内をスムースに転動するように設定されている。湾曲部１１の内周面１４はボール掬い上げ部１３まで連続している。

一方、湾曲部１１の内周面１４の径方向外側に形成されるボール掬い上げ部１３の外周面１５は、案内レール１の案内溝３ａ、３ｂ内に収納され、特に案内溝３ａ、３ｂの底部に接近する。本実施形態では、ボール掬い上げ部１３の外周面１５は、図２ａの図示左方に連続しているが、重要なのはボール掬い上げ部１３の特に端部の強度と、内周面１４と案内溝３ａ、３ｂ内のボール４との段差をなくすことであり、段差は内周面１４の位置で決定されるので、内周面１４と外周面１５との厚さを増して強度を向上することが要点となる。

本実施形態では、この内周面１４と外周面１５との厚さを増すため、外周面１５を形成する円弧断面の半径（第２の所定半径）Ｒ２を、前記内周面１４の円弧断面を形成する第１の所定半径Ｒ１より小さな値とし、且つ少なくとも第２の所定半径Ｒ２の中心を第１の所定半径の中心よりも内周面１４の深さ方向外側（図示下方）にずらした。これにより、外周面１５を内周面１４の深さ方向外側に膨出させることができ、ボール掬い上げ部１３の厚さを厚くすることができ、ボール掬い上げ部１３の強度を向上させることが可能となる。また、本実施形態では、例えば図２ｂの図示左側の外周面１５の円弧断面を形成する第２の所定半径Ｒ２の中心を、内周面１４の円弧断面を形成する第１の所定半径Ｒ１の中心よりも、該当する円弧断面から遠ざかるように、当該内周面１４の深さ方向と交差する径方向外側、本実施形態の場合、図示右方にずらす（図ではオフセット）ことにより、ボール掬い上げ部１３の外周面１５の膨出部を先細りにすることができる。これにより、ボール掬い上げ部１３の強度を確保しながら、後述するゴシックアーク形状の案内溝３ａ、３ｂの底部との干渉を回避することが可能となる。

図３には、案内レール１の案内溝３ａとエンドキャップ７のボール掬い上げ部１３との位置関係を示す。図中の二点鎖線は、従来のボール掬い上げ部１３の外周面であり、内周面１４と同心の円弧断面である。内周面１４と同心の円弧断面からなる外周面では、内周面１４を案内レール１の案内溝３ａに近づければ近づけるほど、ボール掬い上げ部１３の厚さが薄くなることになり、強度が低下する。これに対し、本実施形態では、外周面１５の円弧断面の第２の所定半径Ｒ２を、内周面１４の円弧断面の第１の所定半径Ｒ１より小さな値とし、且つ第２の所定半径Ｒ２の中心を第１の所定半径の中心よりも内周面１４の深さ方向外側（図示左方）にずらしたため、外周面１５が内周面１４の深さ方向外側に膨出し、ボール掬い上げ部１３の厚さが増し、強度が向上する。

前記特許文献１に記載される直動装置のボール掬い上げ構造は、ボール掬い上げ部の外周面（外側面）を保持器収納溝３１の内部に入り込ませることでボール掬い上げ部の厚さを増し、強度を向上しようとするものである。しかしながら、ボール掬い上げ部を保持器収納溝３１の内部に入り込ませるには、エンドキャップの位置決め精度や寸法誤差などに厳しい管理が必要である。また、異物の侵入し易い環境下では、保持器収納溝３１は異物の侵入経路となるため、保持器収納溝３１そのものを設けることができず、ボール掬い上げ部を入り込ませることはできない。また、後述する第２実施形態の一軸アクチュエータなどでは案内溝に保持器収納溝を設けていない。

図４には、案内レール１に形成されている案内溝３ａの詳細を示す。実際の案内溝３ａは、ボール４の外周に線接触するものではなく、例えば図の上下の二点で点接触するように形成されている。例えば図１のリニアガイドの場合、ボール４は案内溝３ａの上下二点で規制されればがたつきもなく、転がり抵抗が小さく且つ接触圧力が高いことから滑らかに転動する。このような案内溝３ａは、二以上の半径の円弧断面を組合せたもので、一般にゴシックアーク形状と呼ばれる。ゴシックアーク形状の案内溝３ａの場合、案内溝３ａの底部とボール４との間に隙間が生じる。本実施形態は、前述したボール掬い上げ部１３の外周面１５を案内溝３ａの底部に接近させ、当該外周面１４の膨出部をゴシックアーク形状の案内溝３ａの底部の隙間に入り込ませるようにすることで、この隙間を有効活用してボール掬い上げ部１３の厚さを増し、強度を向上させようとするものである。

このような構成であれば、案内溝３ａの底部の保持器収納溝３１は必須要件とならないし、ボール掬い上げ部１３の内周面１４と案内溝３ａ内のボール４との段差をなくすことも可能となる。また、前述したように、ボール掬い上げ部１３の外周面１５の円弧断面を形成する第２の所定半径Ｒ２の中心を、内周面１４の円弧断面を形成する第１の所定半径Ｒ１の中心よりも、当該内周面１４の深さ方向と交差する径方向外側にずらすことにより、ボール掬い上げ部１３の外周面１５の膨出部を先細りにすることができ、これにより、ボール掬い上げ部１３の強度を確保しながら、ゴシックアーク形状の案内溝３ａ、３ｂの底部との干渉を回避することが可能となる。

図５は、本発明の直動装置のボール掬い上げ構造の第２実施形態を示す一軸アクチュエータの説明図であり、図５ａは全体斜視図、図５ｂはボール掬い上げ部の詳細図である。
図中の符号１６はボールネジである。このボールネジ１６は、ボールネジ１６の軸方向に長手な直方形状の収納体１７内に収納され、軸受１８によって収納体１７に対して回転自在に支持されている。収納体１７は、図の上面、即ち長手方向側面の一面が開放されている、所謂有底の筐体である。ボールネジ１６にはボールナット１９が螺合され、このボールナット１９の上面、即ち収納体１７の開放面側に可動体２が取付けられている。ボールネジ１６の図示奥方端部は収納体１７の外部まで突出され、その突出側にはモータ収納部２０が設けられている。このモータ収納部２０内に図示しないモータを収納し、モータの回転軸をボールネジ１６の突出端部に接続してモータを回転させれば、ボールネジ１６の回転に伴ってボールナット１９及び可動体２がボールネジ１６の軸方向に直動する。

筐体１７の長手方向と交差する方向の両側面は案内レール１を構成し、この案内レール１の筐体内側面の図示高さ方向中央部には、案内レール１の長手方向に沿って案内溝３ａが形成され、この案内溝３ａに対向する可動体２の位置に可動体側案内溝５ａが形成され、案内溝３ａと可動体側案内溝５ａとの間にボール４が介装されている。可動体２の移動方向両端部には、前記第１実施形態のリニアガイドと同様に、エンドキャップ７やサイドシール保持器９が取付けられ、エンドキャップ７内には、前記第１実施形態のリニアガイドと同様に、循環路と可動体側案内溝５ａとを接続する湾曲部などが形成されている。

なお、本実施形態の一軸アクチュエータでは、ボール４を保持する保持器は必要ない。前記第１実施形態のリニアガイドでは、例えば案内レールの端部で案内溝が開放しており、そこに可動体が位置したとき、開放された案内溝からボールがこぼれてしまうために保持器が必要となる場合がある。これに対し、本実施形態のような一軸アクチュエータでは、案内レール１の端部でも案内溝３ａが筐体１７によって閉塞されているため、案内溝３ａからボール４がこぼれることはなく、従って保持器は必要なく、案内溝３ａの底部に保持器収納溝を形成する必要もない。

図５ｂには、前記エンドキャップ７に形成されているボール掬い上げ部１３の詳細を示す。このボール掬い上げ部１３は、前記第１実施形態のものと同様であり、内周面１４と外周面１５との厚さを増すため、外周面１５を形成する円弧断面の第２の所定半径Ｒ２を、内周面１４の円弧断面を形成する第１の所定半径Ｒ１より小さな値とし、且つ少なくとも第２の所定半径Ｒ２の中心を第１の所定半径の中心よりも内周面１４の深さ方向外側（図示下方）にずらした。これにより、外周面１５を内周面１４の深さ方向外側に膨出させることができ、ボール掬い上げ部１３の厚さを厚くすることができ、ボール掬い上げ部１３の強度を向上させることが可能となる。また、例えば図５ｂの図示左側の外周面１５の円弧断面を形成する第２の所定半径Ｒ２の中心を、内周面１４の円弧断面を形成する第１の所定半径Ｒ１の中心よりも、該当する円弧断面から遠ざかるように、当該内周面１４の深さ方向と交差する径方向外側、本実施形態の場合、図示右方にずらす（図ではオフセット）ことにより、ボール掬い上げ部１３の外周面１５の膨出部を先細りにすることができ、ボール掬い上げ部１３の強度を確保しながら、ゴシックアーク形状の案内溝３ａの底部との干渉を回避することが可能となる。

なお、前記実施形態で説明した本発明の直動装置のボール掬い上げ構造では、ボールの通路の内周面を形成する円弧断面の第１の所定半径や、外周面を形成する円弧断面の第２の所定半径は、ボール掬い上げ部において前述した構成要件を満足すればよいのであって、それ以外の部位では必須ではない。
また、本発明の直動装置のボール掬い上げ構造は、前記実施形態に限定されるものではなく、案内レールの案内溝と可動体との間にボールを介装し、可動体の移動に伴ってボールが案内溝に沿って転動し、ボールを可動体側で循環する種々の形態の直動装置に適用可能なものである。

１は案内レール、２は可動体、３ａ、３ｂは案内溝、４はボール、５は可動体側案内溝、６は保持器、７はエンドキャップ、８は循環路、９はサイドシール保持器、１０は保持器収納部、１１は湾曲部、１２は取付け穴、１３はボール掬い上げ部、１４は内周面、１５は外周面、１６はボールネジ、１７は筐体、１８は軸受、１９はボールナット、２０はモータ収納部、３１は保持器収納溝

Claims (1)

1. 可動体と案内レールの案内溝との間にボールを介装し且つ案内レールに沿って可動体が移動するとボールが案内溝に沿って転動し且つ可動体側でボールを循環する直動装置にあって、前記可動体に取付ける取付部材に形成され且つ前記案内レールの案内溝からボールを掬い上げる直動装置のボール掬い上げ構造において、前記ボールを掬い上げて収納し且つ当該ボールの外径に対応する第１の所定半径の円弧断面を有する内周面と、前記内周面の径方向外側に形成され且つ当該内周面の第１の所定半径より小さな第２の所定半径の円弧断面を有し且つ少なくとも前記第１の所定半径の中心よりも内周面の深さ方向外側に前記第２の所定半径の中心がずらして設定された外周面とを備え、前記第２の所定半径の中心を、外周面の該当する円弧断面から遠ざかるように、前記内周面の深さ方向と交差する径方向にずらして設定したことを特徴とする直動装置のボール掬い上げ構造。

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