JPH0112969B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軸に沿つて回転を伴なうかまたは伴な
わずに無制限に線形変位させるための精密ガイド
素子に係わる。

軸周りを軸方向及び回転方向に変位自在な各種
の球接触式ガイド素子が既に公知である。

(1) 軸コロの外周に設けた針状コロを球の循環と
組合わせる２重コロ原理。この構成は故障し易
く、精度に欠ける。

(2) 軸と外筒との間で運動自在なケージ内に球を
配置するいわゆる自在ケージ原理。この構成で
は大きい線形変位が不可能である。

(3) 回転自在なケージに形成した循環回路の直線
部分に於いて球が外筒の作用セクターと交互に
接触する交互接触原理。本発明の素子はこの構
成に属し、しかもこの原理を著しく改良したも
のである。

無制限に線形変位でき且つ回転可能な公知の交
互接触式ガイド素子は精度の高い案内を可能にす
るが、負荷容量が不充分であり、球回路の数が余
りに多いため製造コストが比較的高いのが主な欠
点である。この欠点はコロの原理自体と直接関係
がある。即ち、公知の原理では球循環回路直線部
分の相互の、且つ作用セクター及び解放セクター
との角度関係が、第１の解決ではセクター数とは
異なる数の回路を設けることにより、第２の解決
ではケージ内に不規則に配置された回路の折衷角
度により回転を可能にする幾何法則に対応する。
この２つの解決には共通の欠点がある。即ち、球
回路が交互に作用セクターへ進入する際にこの回
路の２本の直線状に並ぶ球が一時的に役立たなく
なり、支点として作用する互いに最も近い直線部
分の球が大きい中心角λを挾み、従つて素子の負
荷容量が著しく低下する結果となる。この欠点は
重大である。なぜならこの低い負荷容量は瞬間的
なものに過ぎないため、素子の激しい振動を誘発
し、直線状に並ぶ球と外筒との当接位置の角度関
係がバランスを失うため素子の半径方向位置が振
動し且つ変動するからである。他方、折衷角度を
利用する解決にも同様な欠点があり、その上、内
部スペースが失われ、従つて素子の小型化が不可
能であると云う不便さを伴なう。

本発明の目的は上記欠点を克服して公知の装置
に替わり得るような軸方向に制限されず且つ交互
接触方式で回転可能な案内素子を提案することに
ある。即ち、 −すぐれた負荷容量、 −概ね対称的な作用応力、 −小型化、 −高い案内精度、及び −妥当な製造コスト を達成することにある。

外筒と、この外筒により軸方向に位置ぎめされ
る回転自在な内側管状ケージとから成り、前記ケ
ージがその外壁を破つて長手方向に延び、端部に
於いて彎曲部分により互いに連結された２本の球
循環閉回路を含み、前記外筒がその内壁に球を軸
と確実に接触させる作用セクター及びこれらの球
が交互に復帰循環できるようにする解放セクター
を具備し、作用セクターの角度値が同一球回路の
２本の直線部分によつて限定される中心角よりも
小さく、解放セクターの角度値が同一回路の２本
の直線部分によつて限定される中心角よりも大き
くなるように設定された本発明の案内素子は球収
納ケージに１対ずつ配列された少くとも合計６本
の球循環閉回路を設け、これらの閉回路対を規則
的な角度間隔で配分し、回路対の数Ｐが外筒の内
壁に同じく規則的に配分された作用セクターまた
は解放セクターの数Ｈの1/2であり、同一回路の
２本の直線部分によつて限定される中心角αがほ
ぼ360゜／4Pであり、１つの回路対を構成する別々の 回路の互いに隣り合う２本の直線部分によつて限
定される中心角βが各作用セクターによつて限定
される中心角γの値よりも小さいか等しいことを
特徴とする。

本発明の素子は入れ替わりに際して角度λを著
しく小さくすることのできるよう新規の幾何関係
で配置されたセクター及び回路を内蔵する。回路
が公知素子と同数なら、本発明の素子は得られる
利得が素子に公知素子の約２倍に相等する負荷容
量を与えるような角度λを取り、しかも負荷応力
のレベルに於いて常時対称的に平衡状態を維持
し、従つて同心的な案内位置を保つ。

これを逆に表現すると、負荷容量が全く同じな
ら本発明の素子は公知素子よりも球循環回路が２
乃至３本少くてすみ、従つて球のコスト及びケー
ジの摩耗の点で経済性が高められる。この場合、
球回路数が少くてすむから球をはるかに大きく形
成することができ、球循環回路数が少くてすむか
ら負荷容量が高められ、同時に球収納ケージの総
量及び剛度も高められるから前記ケージを例えば
黒鉛を混入したポリアミドのような自己潤滑性の
成形プラスチツク材で製造することができ、その
結果、円滑で騒音を伴なわない機能が得られ、ケ
ージのコストを機械仕上げの金属ケージよりも約
80％軽減することができる。

添付の図面は本発明の軸方向及び回転方向ガイ
ド素子の種々の実施例を示すと共に、比較例とし
て公知素子の実施例をも示す。

添付図面に図示する軸方向に制限されず軸周り
を回転自在なガイド素子は外筒１と、内側管状ケ
ージ４と、ケージ４に形成した循環閉回路３内に
配置された球２と、軸７及び外筒１間に球２を確
実に接触させるため前記外筒１の内面に形成した
作用セクター５と、球２が交互に回路３へ復帰で
きるようにするため同じく外筒１の内面に形成し
たやや深い解放セクター６とから成る。回路３は
ケージの外壁を破つて延びる２本の長手方向直線
部分８によつて形成される。この２本の直線部分
は互いに平行であり、球２が通過できるように外
筒中に形成した円形出入口１０と対向する彎曲部
９を介して両端に於いて連結されている。前記出
入口１０はこの位置で軸から半径方向に遠ざかる
球２が規則的に上昇及び下降できるように好まし
くは円錐台形を呈し、回路３の中心部１４を保持
するためのケージ部分１２の存在を可能にする。
前記部分１２は回路３の少くとも一端に存在しな
ければならない。

回転自在な球収納ケージ４は外筒端の環溝１６
内に配置された摩擦軸受１５により長手方向に外
筒１に対して制止される。別の解決として、図示
しないが玉軸受によつてケージ４を保持すること
もできる。半径方向には、ケージ４はその内径１
７によつて軸７の周りに位置ぎめされ、前記ケー
ジ内径１７は軸７よりもやや大きい。２本の直線
部分８に位置する球が軸７と外筒１との間で互い
に接触できないようにするため、作用セクター５
によつて限定される中心角γ（特に第４，６及び
６図を参照）を回路３の２本の直線によつて限定
される中心角αよりもやや小さく、解放セクター
６によつて限定される中心角δを回路の角度αよ
りも大きく設定する。

本発明のガイド素子は外筒１の内壁に形成され
た作用セクター５及び解放セクター６によつて限
定される一連の中心角に対する球２循環閉回路３
の長手方向直線部分８の特殊な極位置に関する内
部の幾何的構成に於いて新規である。本発明の素
子は１対ずつ配置された複数対の閉回路３を形成
された球収納ケージ４を具備し、これらの回路対
１３はケージの周囲に等角度間隔に且つ規則的に
配分され、これらの回路対１３の数Ｐは外筒内壁
にこれも規則的に配分された作用セクター５また
は解放セクター６の数Ｈの1/2に等しく、同一回
路の２本の直線部分８によつて限定される中心角
αは概ね360゜／2H＝360゜／4Pに相等し、１つの回路対
１ ３のそれぞれ別々の回路３の互いに隣り合う２本
の直線部分８によつて限定される中心角βは前記
中心角αより小さく、外筒１の作用セクター５に
よつて限定される中心角γと等しいかまたはこれ
よりも小さい。

従つてβγ＜α＜δと表現することができ
る。好ましくは作用セクターによつて限定される
角度γを360゜／4P−εとなるように設定する。但し εは360゜／4P（Ｈ＋１）ε360゜／（Ｈ＋１）²で
表わされる 遊び角であり、同一回路対に於ける隣り合う２本
の直線部分を距てる中心角βの値は360゜／4P−2εに 相当する値である。作用セクター及び解放セクタ
ーの角度位置は規則的であるから、γ＋δ＝2α
である。

球回路対３が規則的な角度間隔で配置され、作
用セクター５及び解放セクター６も規則的に配置
されていることと上記角度値とにかんがみ、相互
の位置関係はどの極位置360゜／Ｐでも同じであり、 この特性により本発明の素子は機能の面でも負荷
の面でも対称性を呈することになる。また、本発
明の素子ではλ＝2α＋2β＋2ε＝4α＝360゜／Ｐによ
つ て中心角λが限定される。球回路数に応じて公知
の交互接触式ガイド素子と比較すると、球回路が
６本の構成なら、公知素子（第３図）ではλ＝
360゜／23≒156゜であるのに対し、本発明の素子（第 ４図）ではλ＝360゜／３＝120゜であり、36゜の利得と なる。球回路が８本の構成では公知素子（第５
図）ではλ＝360゜／3.1≒116゜であるのに対し、本発 明の素子（第６図）ではλ＝360゜／４＝90゜であり、 26゜の利得となる。球回路が10本の構成では公知
素子（第７図）ではλ＝360゜／3.91≒92゜であるのに
対 し、本発明の素子（第８図）ではλ＝360゜／５＝72゜ であり、20゜の利得となる。

逆に言えば角度λ値がほぼ同じ場合、循環回路
数利得レベルの点で本発明は極めて有利である。

当業者なら直ちに気付くであろうが、球回路を
８本配列した本発明素子の実施例は回路が10本の
公知素子の角度λよりもやや大きい角度λを有
し、少くとも２本の球回路を具備するとして本発
明の素子は公知素子よりもはるかにすぐれた負荷
容量を呈し、しかも角度β値を角度γ値に近く取
ればもつと大きい球を採用して素子の負荷容量を
さらに増大させることができる。

以上に述べた素子は公知の交互接触素子と同様
に作用し、回路中の球循環が線形変位に寄与し、
外筒の作用セクター上で球回路の直線部分が交替
することで回転が得られることも公知の素子と同
じである。従つて本発明の本質は非咬合角とも呼
称される中心角λ値を小さくすることにあり、こ
の角度は素子の負荷容量と密接に関係があり、絶
対的に負荷容量を限定する。従つて、本発明では
軸の寸法が６mm乃至50mm程度なら充分な負荷容量
を具え、妥当なコストの軸方向に移動自在な且つ
回転自在なガイド素子を製造できる。回転数は６
乃至10mmの素子なら６本、12乃至25mmの素子なら
８本、これよりも大きい素子なら10本配列する。
寸法に関係なく６本の回路を具備する経済的な素
子を提供することも可能であり、この場合、線形
のガイド素子なら例えば直径12mmの軸に対するガ
イド素子に於いて軸径／球径比が1/5となるよう
に同一直径の球を採用すればよい。

本発明素子のケージ４を長手方向に保持する摩
擦軸受の１実施例として概ね多角形のバネ鋼ワイ
ヤー１８を採用する。

第２実施例では摩擦制止片を円形の半変形性プ
ラスチツク片１９で形成し、これを外筒端に形成
した溝１６へ弾性を利用して嵌入する。第３実施
例ではケージ４と円形プラスチツク片１９との間
に金属デイスク２０を介在させてこれをケージと
摩擦当接させる。変形例として加硫または接合と
組合わせた、または組合わせない手段２１を介し
て金属デイスク２０を円形片１９に固定する。さ
らに別の例として円形片１９がシール・ジヨイン
ト特性を与える可撓突縁２２を含み、このような
突縁のない制止片１９と交換することも可能であ
る。

本発明素子の組立は球の一部を外筒の出口から
自重でケージ内へ“流し込み”、次いで回路の最
後の２個の球を装填できるプラスチツク栓で閉鎖
することで容易に行われる。別の例として各回路
の直線部分に対応するケージ部分を湾曲させるこ
とにより最後の２個の球を装填し、この通路の幅
は球の直径よりもはるかに小さくし、ケージの舌
状部分を湾曲させながら球を導入するが、この解
決はケージがプラスチツク材で形成されている場
合に特に有利である。

本発明の１実施例では、外筒１が解放セクター
６の好ましくは端部に位置する（第１２図）球径
よりも狭い長手方向スリツト２４を具備する。こ
のスリツトは例えば可調支持部材への素子のはま
りの調整を可能にする。

別の実施例として本発明の素子は外筒の外側に
素子を固定したり、ある程度のシール効果を伴な
つて素子を位置決めするための圧縮可能なまたは
弾性的な材料から成る部分を含み、好ましくは、
このような部分を外筒１の外側に形成した円形溝
２６に配置されたエラストマーまたはナイロンの
単数または複数の円形リング２５として実施す
る。このリングは溝との組合わせで素子を軸方向
に固定する機能をも持つ。

変形例として外筒が短かい中央部分に亘つて嵌
合用外径を有し、その解決によつて素子は自動整
合性を与えられるようにすることができる。

さらに、外筒が支柱状を呈し、その外側に少く
とも１つの当接面の固定手段を具備するようにし
ても良い。外筒及び球の硬度は約62RCである。
外筒の幾何学精度は重要であるが、これは作用セ
クターを研磨することで容易に得られる。前記セ
クターは外筒を焼入れする前に内面プロフイルを
研削することにより形成するのが好ましく、作用
セクター及び解放セクターを区切る側面が素子の
中心にむかつて半径方向に広がり、これらの側面
によつて限定される中心角γ及びδが仕上げ工程
に於いても変化しないようにする。中心角α及び
βも重要であり、球はその直径の約1/30に相当す
る遊びを伴なつてケージの回路内に位置ぎめされ
る。解放セクターの深さは球径の1/50乃至1/10で
ある。

好ましくは球回路の直線部分をケージの軸線ま
たは母線に対して傾斜させることにより、線形動
作時に各球が固有の接触軌道を有し、作用セクタ
ーと球回路直線部分とが角度ωを形成するように
構成すると、回転運動で利用する場にはセクター
への球の進入が別々に行われるからはるかに円滑
な機能が得られる。この場合相対傾斜ω（第１５
図）に基因する角度損失によつて限定される中心
角を計算に導入する必要があり、はεより小
さく、βはこの場合γよりもやや小さいかまたは
等しければよい（第１５，１６及び１７図）。

回路を傾斜させたこの構成の１実施例として作
用セクター５を同じ螺旋方向に傾斜させ（第１８
図）、この場合、傾斜は先に述べた場合よりもは
るかに大きく、20゜程度に達することもあり得る。
この解決はセクターを傾斜させない場合（第１５
図）よりも非咬合角λ′を小さくすることができ、
非咬合角λの影響を軽減できるから、本発明素子
の負荷容量がさらに高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の素子を一部断面で示す側面図
であり、第２図は３つの球回路対１３を有する第
１図の素子の半径方向断面図であり、第３図及び
第４図は６本の球回路を有する実施態様に於ける
非咬合角λ値を比較するため公知素子及び本発明
の素子をそれぞれ示す半径方向断面図であり、第
５図及び第６図は８本の球回路を有する実施態様
に於けるキンク角λ値を比較するため公知素子及
び本発明の素子をそれぞれ示す半径方向断面図で
あり、第７図及び第８図は10本の球回路を有する
実施態様に於ける非咬合角λ値を比較するため公
知素子及び本発明の素子をそれぞれ示す半径方向
断面図であり、第９図は半変形性のプラスチツク
材から成る摩擦制止片を端部に設け、前記軸受の
１つが軸受及びシール・ジヨイントを兼ねるよう
にした本発明の素子を一部断面で示す側面図であ
り、第１０図はケージと半変形性プラスチツク円
形片との間に金属デイスクを介在させた制止片を
有する本発明の素子を示す断面図であり、第１１
図は可撓材から成る円形片がシール突片を含む第
１０図構成の改良構成を示す断面図であり、第１
２図は解放セクター端に長手方向スリツト２４を
形成した本発明の素子の外筒を示す正面図であ
り、第１３図は溝２６に嵌入した複数の変形性材
料から成る円形リング２５を具備する本発明の素
子を一部断面で示す側面図であり、第１４図はバ
ネ鋼ワイヤーによつて形成された端部軸受１８を
具備する本発明の素子を示す正面図であり、第１
５図、第１６図及び第１７図は最大中心角βが
360゜／4P−1ε、回路直線部分と作用セクターとの相 対傾斜角が、非咬合角がλ′となるように構成し
た本発明素子の実施例に於ける球の具体的な接触
角度位置を示す説明図であり、第１８図はセクタ
ー及び回路直線部分を素子軸線に対して傾斜させ
た本発明素子の実施例に於ける非咬合角λ′により
非咬合角λに対して得られる利得を示す説明図で
ある。 １……外筒、２……球、３……循環閉回路、４
……ケージ、５……作用セクター、６……解放セ
クター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 拘束されない軸線方向の移動及び又は回転運
   動をするための軸部材７上に接触する玉軸受を有
   するガイド装置は外筒１を具備し、該外筒１はそ
   の内部に軸受ボール２の循環閉鎖回路３を有して
   前記軸部材７上に回転自在に設けられた内部環状
   ケージ４がその軸線方向に整合して配置され、前
   記閉鎖回路３は前記ケージ４の壁体内においてそ
   の長手方向に直線状に延びる２個の直線状案内路
   部分８並びにこれら案内路部分の両端部分間を湾
   曲した案内路部分９により相互に接続して形成さ
   れ、前記外筒１の円形状穴内周面には前記軸受ボ
   ールと軸部材７外表面間の接触作用を確保するた
   めの突出した作用区域５と前記ボールの再循環運
   動を許容するための凹んだボール解放区域６とが
   交互に配置形成され、前記突出した各ボール作用
   区域５の含む中心角γは前記の各閉鎖回路３にお
   ける２個の直線状案内路部分８が挾む中心角αよ
   り小さく形成されると共に前記の凹んだボール解
   放区域６の含む中心角δは各ボール循環閉路回路
   ３の２個の直線状案内路部分８が挾む中心角αよ
   り大きく形成されているものにおいて、前記ガイ
   ド装置は前記環状ケージ４内に６個又は８個又は
   10個の軸受ボール循環閉鎖回路３が設けられ、か
   つ該閉鎖回路の数と同一個数の凹んだ解放作用区
   域６が前記外筒１の穴内周面に沿つて均一間隔に
   分布して形成され、前記の各閉鎖回路３は２個宛
   が一対偶１３をなして組合わされその数対偶が前
   記環ケージ４の周囲に配列され、その場合前記一
   対偶１３をなす２個の閉鎖回路３相互間において
   隣接する直線状案内路部分８間に含まれる中心角
   βは異なる閉鎖回路対偶に相当する２個の閉鎖回
   路３間の隣接し合う直線状案内路部分間に含む中
   心角よりも小さく形成されると共に更に該中心角
   βは前記外筒１の内周面上の突出した各作用区域
   ５の含む中心角γに等しいか又はその中心角γよ
   り小なるように設けられていることを特徴とする
   ガイド装置。 ２ 前記突出した作用区域５の含む中心角γは
   360／4P−εに等しく、ただしＰは軸受ボール閉鎖回 路３の対偶数を表わし、εは360゜／4P（Ｈ＋１）ε
   360゜／（Ｈ＋１）²の式により定義される遊び角であり
   、 Ｈは突出した作用区域５の数と凹んだ解放区域６
   の数との合計として表示されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のガイド装置。 ３ 前記一対偶をなす２個の閉鎖回路３の隣接す
   る２個の直線状案内路部分８間に含まれる中心角
   βは （360゜／4P−2ε）β（360゜／4P−ε） により限定された値として形成され、ただしＰは
   閉鎖回路３の対偶数を表わし、εは遊び角として
   表示されることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載のガイド装置。 ４ 前記軸受ボール閉鎖回路３の対偶数Ｐは前記
   軸部材７の直径が12mm以下のときは３対偶であ
   り、12mm〜25mmの範囲のときは４対偶であり、25
   mm以上のときは５対偶が設けられることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のガイド装置。 ５ 前記軸受ボール閉鎖回路の対偶数Ｐが３対偶
   設けられかつ軸受ボールと軸部材７との直径比が
   １／５〜1/7の範囲にある特許請求の範囲第１項記載
   のガイド装置。 ６ 前記環状ケージ４は多角形状のばね鋼線材で
   形成された摩擦制止片１８により外筒１に対して
   その軸方向に制止位置決めされることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のガイド装置。 ７ 前記環状ケージ４は外筒１の両端部に形成さ
   れた環状溝内に設けた半変形性プラスチツク材の
   カラー１９により外筒１に対してその軸線方向に
   位置決めされることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のガイド装置。 ８ 前記環状ケージ４と、円形状保持カラー１９
   を形成する半変形性プラスチツク材との間に金属
   リング２０が挾入されることを特徴とする特許請
   求の範囲第７項記載のガイド装置。 ９ 前記金属リング２０は前記円形状保持カラー
   １９に固定手段２１により固定化されることを特
   徴とする特許請求の範囲第８項記載のガイド装
   置。 １０ 前記半変形プラスチツク材から成る円形状
   保持カラー１９には前記軸部材７の外周表面に接
   触して密封性封止部として機能する可撓性の唇部
   ２２が形成されることを特徴とする特許請求の範
   囲第７項又は第８項又は第９項記載のガイド装
   置。 １１ 前記外筒１にはその円形穴内面に形成した
   凹んだ解放区域６に当る外筒壁体を貫通しかつ軸
   受ボール直径より小なる幅寸法の長手方向スロツ
   ト２４が設けられ、該スロツト２４の穿設位置は
   該解放区域６に隣接する突出した作用区域５の端
   縁に接して前記解放区域部分に形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガイ
   ド装置。