WO2007026702A1 - 運動案内装置、およびこれに用いられる転動体 - Google Patents

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Yasuhiro Michiyama
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Thk Co., Ltd.
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    • F16C2202/06—Strength or rigidity

Definitions

  • Motion guide device and rolling element used therefor are Motion guide device and rolling element used therefor
  • the present invention relates to a motion guide device including a plurality of rolling elements made of a superelastic material, and a rolling element used therefor.
  • Patent Document 1 in order to realize a bearing that is non-magnetic and can be used in a corrosion-resistant environment, a vacuum environment, and a high-temperature environment, the inner ring and the outer ring constituting the bearing are made of a titanium alloy. This technology is disclosed. According to Patent Document 1 below, conventional titanium alloys have problems in terms of seizure, hardness, and wear resistance, so that they could not be used for rolling devices such as bearings.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11 153140
  • Patent Document 2 Japanese Translation of Special Publication 2002-8623
  • the present invention has been made in view of the existence of the above-described problems.
  • the conventional operation is achieved by adopting a superelastic material particularly for the rolling elements. It is an object of the present invention to provide a motion guide device that exhibits new functions and effects that cannot be realized with a motion guide device, and to expand the application range of the motion guide device.
  • the present invention provides a special member such as a non-magnetic and anticorrosive environment, a vacuum environment, and a high temperature environment by devising components other than the rolling elements made of a superelastic material.
  • a special member such as a non-magnetic and anticorrosive environment, a vacuum environment, and a high temperature environment
  • components other than the rolling elements made of a superelastic material it can be suitably installed, it is possible to adopt a shallow material with a hardened layer that has been difficult to use for conventional motion guide devices, and rough machining accuracy.
  • a manufacturing cost can be reduced by realizing a motion guide device having a product accuracy equal to or higher than that of a conventional product, a completely new motion guide device capable of exhibiting various effects can be obtained.
  • the purpose is to provide.
  • the motion guide device includes a track member and a moving member installed on the track member via a plurality of rolling elements, so that the moving member is in the axial direction of the track member or It is a motion guide device installed in a circumferential direction so as to be freely reciprocating or rotationally movable, wherein the plurality of rolling elements are made of a superelastic material.
  • the superelastic material is at least one of a superelastic titanium alloy, a Ni—Ti alloy, a shape memory alloy, and a metallic glass. It is.
  • the track member and the moving member This means that at least the rolling element rolling groove that receives the load of the plurality of rolling element forces is made of a nonmagnetic material.
  • the constituent members other than the plurality of rolling elements may be made of a non-magnetic material.
  • the non-magnetic material may be a ceramic material.
  • At least the track member and the moving member are configured by at least one of a non-ferrous metal material, a non-heat-treated iron steel material, stainless steel, and a polymer material. It can be said that
  • the track member is configured as a track rail in which a linear rolling element rolling groove is formed
  • the moving member is a rolling element rolling groove of the track rail.
  • the moving block can be configured as a linear guide that reciprocates relative to the track rail.
  • the track member is configured as a screw shaft in which a spiral rolling member rolling groove is formed on an outer peripheral surface, and the moving member is formed on the inner peripheral surface.
  • the nut member is moved along with the relative rotational movement of the screw shaft with respect to the nut member. It can be configured as a rolling element screw device that reciprocates relative to the screw shaft.
  • the track member is configured as a spline shaft in which a rolling element rolling groove extending in an axial direction is formed, and the moving member is the rolling element rolling groove.
  • the outer cylinder is configured as a spline device that can reciprocate relatively with respect to the axial direction of the spline shaft. It can be.
  • the track member or the moving member is configured as an inner ring having an inner track groove on an outer peripheral surface
  • the moving member or the moving member may be configured as a rotating bearing device in which the inner ring or the outer ring relatively rotates in the circumferential direction by being configured as an outer ring having an outer track groove on an inner peripheral surface. I'll do it.
  • a plurality of rolling elements according to the present invention are interposed between the track member and the moving member of the motion guide device, so that the moving member is reciprocated relative to the track member in the axial direction or the circumferential direction.
  • a rolling element for a motion guide device that realizes motion or rotational motion, and is formed of a superelastic material made of at least one of superelastic titanium alloy, Ni-T engagement gold, shape memory alloy, and metallic glass. It is characterized by.
  • the rolling elements constituting the motion guide device are made of a superelastic material made of at least one of a superelastic titanium alloy, a Ni-Ti alloy, a shape memory alloy, and a metallic glass. It is possible to realize a completely new motion guide device that can perform powerful functions that could not be realized in the past.
  • the rolling elements constituting the motion guide device are made of a superelastic material, and other members such as the track member and the moving member are made of a nonmagnetic material such as ceramics, thereby making it non-magnetic.
  • other members such as the track member and the moving member are made of a nonmagnetic material such as ceramics, thereby making it non-magnetic.
  • the rolling element by forming the rolling element from a superelastic material, the raceway member that receives the rolling load from the rolling element, the moving member, and the shallow member of the hardened layer (for example, aluminum alloy, magnesium alloy, copper Non-ferrous metal materials such as alloys, steel materials not subjected to heat treatment, stainless steel, polymer materials, etc.). Since such a material can be used as a constituent material of a motion guide device, it is possible to provide a motion guide device applicable to various applications.
  • a superelastic material for example, aluminum alloy, magnesium alloy, copper Non-ferrous metal materials such as alloys, steel materials not subjected to heat treatment, stainless steel, polymer materials, etc.
  • the rolling elements are made of a superelastic material, other components such as the race member and the moving member can be processed with rough processing accuracy. Reduction can be achieved.
  • FIG. 1A is an external perspective view illustrating one embodiment of the linear guide device according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view for explaining an infinite circuit provided in the linear guide device shown in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a case where the motion guide device according to the second embodiment is configured as a ball screw device.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a case where the motion guide device according to the third embodiment is configured as a spline device.
  • FIG. 4A is a partially longitudinal perspective view illustrating an embodiment in which the motion guide device according to the fourth embodiment is configured as a rotary bearing device.
  • FIG. 4B is a view showing a longitudinal section of the rotary bearing device shown in FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining various application examples of the present invention, and is an external perspective view showing a motion guide device of a type in which a linear motion guide and a ball screw are combined to form an integrated structure. It is sectional drawing.
  • FIG. 1A is an external perspective view illustrating one embodiment of the linear guide device according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view for explaining an infinite circuit provided in the linear guide device shown in FIG. 1A.
  • the linear guide device 40 as the motion guide device according to the first embodiment includes a track rail 41 as a track member, and And a moving block 43 as a moving member slidably mounted on the track rail 41 via balls 42... Installed as a number of rolling elements.
  • the track rail 41 is a long member whose cross section perpendicular to the longitudinal direction is formed in a substantially rectangular shape, and on its surface (upper surface and both side surfaces), a rolling element rolling groove 41a serving as a track when the ball rolls. ... is formed over the entire length of the track rail 41.
  • the track rail 41 may be formed so as to extend linearly or may be formed so as to extend in a curved line.
  • the number of rolling element rolling grooves 41a ... illustrated in Fig. 1A and Fig. 1B is four in total, two on each of the left and right, but the number of the strips is arbitrary depending on the application of the linear guide device 40, etc. Can be changed.
  • the moving block 43 is provided with a load rolling element rolling groove 43a '"at a position corresponding to each of the rolling element rolling grooves 41a .... la '"and the loaded rolling element rolling groove 43a ... of the moving block 43 form a loaded rolling path 52 ... and a plurality of balls 42 ... are sandwiched between them. Furthermore, the moving block 43 includes four unloaded rolling paths 53 extending in parallel with the rolling element rolling grooves 41 a, each unloaded rolling path 53, and each loaded rolling path 52. There is a direction change path 55 ... A combination of one loaded rolling path 52 and unloaded rolling path 53 and a pair of direction changing paths 55 connecting them constitutes one infinite circuit (see Fig. 1B).
  • a plurality of balls 42 are installed in an infinite circulation path composed of a load rolling path 52, a no-load rolling path 53, and a pair of directional switching paths 55, 55 so as to allow infinite circulation.
  • the moving block 43 can reciprocate relative to the track rail 41.
  • a plurality of rolling elements balls 42 are made of a superelastic material.
  • this superelastic material it is possible to employ at least one of a superelastic titanium alloy, Ni-T engagement gold, shape memory alloy, and metallic glass.
  • Ni—Ti alloy in this specification includes Ni—Ti alloy, Ni—Ti Cu alloy, Ni—Ti—Fe alloy, Ni—Ti—Cr alloy and the like.
  • the rail rail 41 and the moving block 43 which are counterpart members of the ball 42, can be made of a nonmagnetic material such as ceramics.
  • a nonmagnetic material such as ceramics.
  • the ceramic material has a high Young's modulus, the portion where the maximum shear stress is generated is located at a position where the surface force of the material is shallow, and there is a problem that peeling is likely to occur.
  • Non-magnetic materials such as ceramics can be used for the track rail 41 and the moving block 43 to be different.
  • the linear guide device 40 according to the first embodiment, a material having high hardness and low toughness, such as ceramics, which has been difficult to use in the past, is used as a counterpart material of the rolling element. Therefore, it is possible to realize a completely new linear guide device 40 that has non-magnetic properties and satisfies the conventional product performance.
  • ceramic materials by applying ceramic materials to the motion guide device, it is possible to achieve not only non-magnetic iron but also high corrosion resistance and light weight, and it is possible to expand the application range of the motion guide device. .
  • All of 43 may be made of a non-magnetic material, or rolling element rolling groove (rolling element) that receives a load from at least a plurality of balls 42 of the track rail 41 and the moving block 43. Only the vicinity of the rolling groove 41a ... and the loaded rolling element rolling groove 43a ”) may be made of a non-magnetic material. In addition, a plurality of balls formed by only the track rail 41 and the moving block 43 42 ... It is also possible to realize a linear guide device 40 in which other constituent members are made of a non-magnetic material, and for these configurations, an optimal configuration may be selected as appropriate according to the use environment.
  • the rolling rolling force * The material of the motion guide device that receives a sliding load needs to withstand rolling fatigue, so it has been necessary to increase the hardness of the rolling surface. Therefore, use of materials that cannot increase the hardness to the deep inside (for example, non-ferrous metal materials such as aluminum alloys, magnesium alloys, copper alloys, non-heat treated steel materials, stainless steels, polymer materials, etc.) However, there was a difficult aspect because of insufficient fatigue strength.
  • the track rail 41 and the moving block 43 which are mating members of the ball 42, are made of non-ferrous metal material, non-heat-treated steel material, It can be made of a material with a shallow hardened layer such as stainless steel or polymer material. Furthermore, this indicates that even a material that is not easily worn by only a shallow material of the hardened layer can be used for a motion guide device by only a shallow surface treatment.
  • a material with a shallow hardened layer which has been difficult to use in the past, for the motion guide device, so it is possible to provide a motion guide device that can be applied to various applications. .
  • rubber metal registered trademark developed by Central Research Laboratory of Toyota as the superelastic titanium alloy contained in the superelastic material described above.
  • This rubber metal registered trademark is a titanium alloy that has an unprecedented new characteristic that elastic deformation with a low Young's modulus is 2.5% and a huge elastic deformation ability, and after cold working Since the hardness when age-hardened is 400 HV, it is suitable as a rolling element that performs rolling / sliding movements against materials such as non-magnetic materials and hard V ⁇ materials with a hardened layer. Can be used.
  • the motion guide device according to the second embodiment can be configured as, for example, a ball screw device 56 as shown in FIG.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a case where the motion guide device according to the second embodiment is configured as a ball screw device.
  • the ball screw device 56 is a device provided with a screw shaft 57 as a raceway member and a nut member 59 as a moving member attached to the screw shaft 57 via a plurality of balls 58 so as to be relatively rotatable. .
  • the screw shaft 57 is a member in which a spiral rolling element rolling groove 57a is formed on the outer peripheral surface, while the nut member 59 is a spiral shape corresponding to the rolling element rolling groove 57a on the inner peripheral surface. This is a member in which a load rolling groove is formed. As the screw shaft 57 rotates relative to the nut member 59, the nut member 59 can reciprocate relative to the screw shaft 57.
  • the ball 58 constituting the ball screw device 56 with a superelastic material made of at least one of a superelastic titanium alloy, a Ni-Ti alloy, a shape memory alloy, and a metallic glass, Then, it is possible to realize a new ball screw device 56 that can exhibit powerful functions that cannot be realized.
  • the ball 58 constituting the ball screw device 56 is made of a superelastic material, and the screw shaft 57 and the nut member 59 are made of a nonmagnetic material such as ceramics, thereby making it nonmagnetic and highly corrosion resistant. It is possible to provide a ball screw device 56 that realizes a light weight and light weight.
  • the screw shaft 57 and the nut member 59 that are subjected to a rolling load from the ball 58 are made of a material having a shallow hardened layer (for example, an aluminum alloy, Non-ferrous metal materials such as magnesium alloys and copper alloys, steel materials not subjected to heat treatment, stainless steel, polymer materials, etc.)
  • a strong material can be used as a constituent material of the ball screw device 56, it is possible to provide the ball screw device 56 applicable to various applications.
  • the ball 58 is made of a superelastic material
  • the screw shaft 57 and the nut member 59 can be processed with rough cache accuracy. Cost reduction can be achieved. It is particularly preferable to use rubber metal (registered trademark) as the superelastic material used in such a case.
  • the motion guide device can be configured as a spline device 60 as shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a case where the motion guide device according to the third embodiment is configured as a spline device.
  • the spline device 60 includes a spline shaft 61 as a raceway member, and a large number of rolling elements on the spline shaft 61. And a cylindrical outer cylinder 63 as a moving member attached movably through balls 62. On the surface of the spline shaft 61, there is formed a rolling element rolling groove 6 la '"which becomes a track of the ball 62 and extends in the axial direction of the spline shaft 21.
  • the outer cylinder 63 attached to the spline shaft 61 Is formed with a loaded rolling element rolling groove corresponding to the rolling element rolling groove 61a, which has a plurality of protrusions extending in the direction in which the rolling element rolling groove 61a extends.
  • a load rolling path is formed between the loaded rolling element rolling groove formed on the outer cylinder 63 and the rolling element rolling groove 61a formed on the spline shaft 61.
  • a no-load return passage is formed in which the ball 62, which has been released from the load force, moves.
  • the cage 63 incorporates a cage 64 that holds and holds a plurality of balls 62 in a circuit shape.
  • a plurality of balls 62 ⁇ are loaded rolling elements of the outer cylinder 63.
  • Rolling grooves and spline shafts 61 The outer cylinder 63 is reciprocated relative to the spline shaft 61 by being installed so as to be able to roll between the rolling element rolling groove 61a and infinitely circulating through the no-load return passage. It becomes possible!
  • the ball 62 constituting the spline device 60 is replaced with a superelastic titanium alloy, Ni—Ti alloy, shape memory alloy, metal gas alloy. It can be made of a superelastic material that has at least one lath force. Further, by adopting the same configuration as that of the linear guide device 40 and the ball screw device 56 described above for the materials constituting the other members, the same as the case of the linear guide device 40 and the ball screw device 56 described above. Thus, it is possible to realize a completely new spline device 60 capable of exhibiting the effects of the above.
  • FIG. 4A is a partially longitudinal perspective view illustrating an example of a case where the motion guide device according to the fourth embodiment is configured as a rotary bearing device.
  • FIG. 4B is a view showing a longitudinal section of the rotary bearing device shown in FIG. 4A.
  • the motion guide device according to the fourth embodiment configured as the rotary bearing device 70 has an inner raceway groove 72 having a V-shaped cross section on the outer peripheral surface ( An inner ring 71 (as a member or moving member), an outer raceway groove 74 having a V-shaped cross section on the inner peripheral surface, an outer ring 73 (as a moving member or a raceway member), an inner raceway groove 72 and an outer raceway groove 74 And a plurality of rollers 77 as rolling elements that are cross-arranged between the raceways 75 having a substantially rectangular cross section formed by the inner ring 71 and the outer ring 73 in the circumferential direction. It performs a typical rotational movement.
  • the roller 77 constituting the rotary bearing device 70 is made of superelastic titanium alloy, Ni—Ti alloy, shape memory alloy, and metallic glass. It can be composed of at least one superelastic material.
  • the present invention is applied to a motion guide device 90 of a type in which a linear motion guide and a ball screw are combined to form an integral structure, that is, a plurality of balls 95 can be composed of a superelastic material having at least one of superelastic titanium alloy, Ni—Ti alloy, shape memory alloy, and metallic glass.
  • a plurality of balls 95 can be composed of a superelastic material having at least one of superelastic titanium alloy, Ni—Ti alloy, shape memory alloy, and metallic glass.
  • the screw shaft 91 and the moving block 93 are connected to the force installed through the plurality of balls 95... Without using the plurality of balls 95.
  • the shaft 91 and the moving block 93 can be configured as a slide screw.

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Abstract

　リニアガイド装置４０を構成するボール４２を超弾性材料によって構成し、軌道レール４１や移動ブロック４３をセラミックスなどの非磁性材料によって構成することによって、非磁性化、高耐食化、軽量化を実現したリニアガイド装置４０を提供することが可能となる。また、ボール４２を超弾性材料によって構成することによって、ボール４２から転動・摺動負荷を受ける軌道レール４１や移動ブロック４３を硬化層の浅い材料によって構成することが可能となる。さらに、ボール４２を超弾性材料によって構成することによって、軌道レール４１や移動ブロック４３の加工をラフな加工精度で行うことができるようになるので、リニアガイド装置４０の製造コスト削減を図ることが可能となる。これらの作用効果を有するリニアガイド装置４０の実現によって、運動案内装置の適用範囲の拡大が図られる。

Description

運動案内装置、およびこれに用いられる転動体
技術分野
[0001] 本発明は、超弾性材料から成る複数の転動体を備える運動案内装置、およびこれ に用いられる転動体に関するものである。
背景技術
[0002] 従来から、リニアガイドや直線案内装置、ボールスプライン装置、ボールねじ装置、 回転ベアリング装置などのような運動案内装置においては、力かる装置を構成する 部材が繰り返し転動 *摺動動作を伴うことから、その構成部材には、一般的に、高炭 素クロム軸受鋼ゃ熱処理を施した肌焼鋼のような硬度の高い金属材料が採用されて いる。
[0003] 一方、近年の運動案内装置の適用範囲拡大の要請から、様々な条件下で用いるこ とができる運動案内装置の実用化が望まれている。例えば、下記特許文献 1には、非 磁性であり、且つ、耐食環境、真空環境、高温環境下で用いることのできる軸受を実 現するために、軸受を構成する内輪および外輪をチタン合金で構成した技術が開示 されている。下記特許文献 1によれば、従来のチタン合金は、焼き付きや硬度、耐摩 耗性の面で問題があつたので、軸受などの転動装置に用いることは不可能であった 力 置換型固溶元素である Crと侵入型固溶元素である 0、 N、 Cの添加量を最適化 することにより、従来チタン合金では得られな力つた著しく硬化した α 'マルテンサイト 組織を有するチタン合金を得ることができ、さら〖こ、この α，マルテンサイトの量比を制 御することによって、水中等の特殊環境下で長寿命な特殊環境用軸受を提供するこ とができるとされている。
[0004] また、上述した技術をさらに改良するために、チタン合金の硬度アップを図る観点 から、種々の発明が創案されている (例えば、下記特許文献 2参照)。
[0005] 特許文献 1 :特開平 11 153140号公報
特許文献 2 :特表 2002— 8623号公報
発明の開示 発明が解決しょうとする課題
[0006] し力しながら、チタン合金の高硬度化を図る技術には限界があり、リニアガイドや直 線案内装置、ボールスプライン装置、ボールねじ装置、回転ベアリング装置などのよ うな運動案内装置にあっては、チタン合金を採用したものは未だ量産化されるには至 つておらず、商業ベースで実用化するまでには至っていない。また、上記特許文献 1 , 2が開示する軸受などの転動装置においても、現実の適用は、特殊な環境下や一 定の条件を満足する環境下でのみ用いられる場合に限られており、その実用化は限 られた範囲にとどまつている。
[0007] 本発明は、上述した課題の存在に鑑みて成されたものであって、運動案内装置の 構成部材のうち、特に転動体に対して超弾性材料を採用することによって、従来の運 動案内装置では実現できな力つた新たな作用効果を奏する運動案内装置を提供し 、運動案内装置の適用範囲の拡大を図ることを目的とする。
[0008] さらに、本発明は、超弾性材料から成る転動体以外の構成部材を工夫することによ つて、例えば非磁性であり、且つ、耐食環境、真空環境、高温環境下といった特殊環 境下であっても好適に設置することができたり、従来運動案内装置に対して用いるこ とが困難であった硬化層の浅い材料を採用することが可能となったり、ラフな加工精 度であっても従来と同等以上の製品精度を有する運動案内装置を実現することによ つて製造コストを抑制することができたりするといつた、種々の効果を発揮することが 可能な全く新しい運動案内装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明に係る運動案内装置は、軌道部材と、前記軌道部材に複数の転動体を介し て設置される移動部材と、を有することにより、前記移動部材が前記軌道部材の軸線 方向又は周方向に往復運動自在又は回転運動自在に設置される運動案内装置で あって、前記複数の転動体が超弾性材料によって構成されて 、ることを特徴とする。
[0010] 本発明に係る運動案内装置にぉ ヽて、前記超弾性材料は、超弾性チタン合金、 Ni —Ti系合金、形状記憶合金、金属ガラスの少なくとも 1つであることとすることが好適 である。
[0011] また、本発明に係る運動案内装置において、前記軌道部材および前記移動部材 は、少なくとも前記複数の転動体力 負荷を受ける転動体転走溝の近傍が非磁性材 料によって構成されて 、ることとすることができる。
[0012] また、本発明に係る運動案内装置は、前記複数の転動体以外の構成部材が非磁 性材料によって構成されていることとすることができる。
[0013] 本発明に係る運動案内装置にぉ ヽて、前記非磁性材料は、セラミックス材料である こととすることができる。
[0014] また、本発明に係る運動案内装置においては、少なくとも前記軌道部材および前 記移動部材が、非鉄金属材料、非熱処理鉄鋼材料、ステンレス鋼、高分子材料の少 なくとも 1つによって構成されて ヽることとすることができる。
[0015] 本発明に係る運動案内装置において、前記軌道部材は、直線状の転動体転走溝 が形成される軌道レールとして構成され、前記移動部材は、前記軌道レールの転動 体転走溝に対応する負荷転走溝と、前記転動体転走溝と前記負荷転走溝とによつ て形成される負荷転走路に接続して前記転動体を循環させる無負荷転走路とを有 する移動ブロックとして構成されることにより、前記移動ブロックが前記軌道レールに 対して相対的に往復運動するリニアガイドとして構成されることとすることができる。
[0016] また、本発明に係る運動案内装置において、前記軌道部材は、外周面に螺旋状の 転動体転走溝が形成されるねじ軸として構成され、前記移動部材は、内周面に前記 転動体転走溝に対応する螺旋状の負荷転走溝が形成されるナット部材として構成さ れることにより、前記ねじ軸の前記ナット部材に対する相対的な回転運動に伴って、 前記ナット部材が前記ねじ軸に対して相対的に往復運動する転動体ねじ装置として 構成されることとすることができる。
[0017] さらに、本発明に係る運動案内装置において、前記軌道部材は、軸線方向に延び る転動体転走溝が形成されるスプライン軸として構成され、前記移動部材は、前記転 動体転走溝に対応する負荷転走溝が形成される円筒状の外筒として構成されること により、前記外筒が前記スプライン軸の軸線方向に対して相対的に往復運動自在な スプライン装置として構成されることとすることができる。
[0018] またさらに、本発明に係る運動案内装置において、前記軌道部材又は前記移動部 材は、外周面に内側軌道溝を有する内輪として構成され、前記移動部材又は前記 軌道部材は、内周面に外側軌道溝を有する外輪として構成されることにより、前記内 輪又は前記外輪が周方向に相対的に回転運動を行う回転ベアリング装置として構成 されることとすることがでさる。
[0019] 本発明に係る転動体は、運動案内装置の軌道部材と移動部材との間に複数介装 されることによって、前記移動部材の前記軌道部材に対する軸線方向又は周方向の 相対的な往復運動又は回転運動を実現する運動案内装置用の転動体であって、超 弾性チタン合金、 Ni— T係合金、形状記憶合金、金属ガラスの少なくとも 1つから成 る超弾性材料によって形成されることを特徴とする。
[0020] なお上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなぐこれ らの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
発明の効果
[0021] 本発明によれば、運動案内装置を構成する転動体を超弾性チタン合金、 Ni-Ti 系合金、形状記憶合金、金属ガラスの少なくとも 1つから成る超弾性材料によって構 成したので、従来では実現できな力つた機能を発揮することができる全く新たな運動 案内装置を実現することが可能である。
[0022] 具体的には、運動案内装置を構成する転動体を超弾性材料によって構成し、軌道 部材ゃ移動部材などのその他の部材をセラミックスなどの非磁性材料によって構成 することによって、非磁性化、高耐食化、軽量化を実現した運動案内装置を提供する ことが可能となる。
[0023] また、転動体を超弾性材料によって構成することによって、転動体から転動 '摺動 負荷を受ける軌道部材ゃ移動部材を硬化層の浅 ヽ材料 (例えば、アルミニウム合金 、マグネシウム合金、銅合金などを代表とする非鉄金属材料、熱処理を施していない 鉄鋼材料、ステンレス鋼、高分子材料など）によって構成することが可能となる。かか る材料が運動案内装置の構成材料として利用可能となることによって、多様な用途に 適用可能な運動案内装置を提供することが可能となる。
[0024] さらに、転動体を超弾性材料によって構成することによって、軌道部材ゃ移動部材 などその他の構成部材の加工をラフな加工精度で行うことができるようになるので、 運動案内装置の製造コスト削減を図ることが可能となる。 図面の簡単な説明
[0025] [図 1A]図 1Aは、第 1の実施形態に係るリニアガイド装置の一形態を例示する外観斜 視図である。
[図 1B]図 1Bは、図 1 Aで示したリニアガイド装置が備える無限循環路を説明するため の断面図である。
[図 2]図 2は、第 2の実施形態に係る運動案内装置をボールねじ装置として構成した 場合を例示する図である。
[図 3]図 3は、第 3の実施形態に係る運動案内装置をスプライン装置として構成した場 合を例示する図である。
[図 4A]図 4Aは、第 4の実施形態に係る運動案内装置を回転ベアリング装置として構 成した場合の一形態を例示する部分縦断斜視図である。
[図 4B]図 4Bは、図 4Aに示す回転ベアリング装置の縦断面を示す図である。
[図 5]図 5は、本発明の多様な適用事例を説明するための図であり、リニアモーション ガイドとボールねじが組み合わされて一体構造となっている形式の運動案内装置を 示す外観斜視部分断面図である。
符号の説明
[0026] 40 リニアガイド装置、 41 軌道レール、 41a 転動体転走溝、 42 ボール、 43 移 動ブロック、 43a 負荷転動体転走溝、 52 負荷転走路、 53 無負荷転走路、 55 方向転換路、 56 ボールねじ装置、 57 ねじ軸、 57a 転動体転走溝、 58 ボール、 59 ナット部材、 60 スプライン装置、 61 スプライン軸、 61a 転動体転走溝、 62 ボール、 63 外筒、 64 保持器、 70 回転ベアリング装置、 71 内輪、 72 内側軌 道溝、 73 外輪、 74 外側軌道溝、 75 軌道路、 77 ローラ、 90 運動案内装置、 9 1 ねじ軸、 93 移動ブロック、 95 ボール。
発明を実施するための最良の形態
[0027] 以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する 。なお、以下の各実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなぐまた、 各実施形態の中で説明されて!、る特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必 須であるとは限らない。 [0028] [第 1の実施形態]
第 1の実施形態では、図 1Aおよび図 1Bに示すようなリニアガイド装置として運動案 内装置が構成される場合を例示して説明する。ここで、図 1Aは、第 1の実施形態に 係るリニアガイド装置の一形態を例示する外観斜視図である。また、図 1Bは、図 1A で示したリニアガイド装置が備える無限循環路を説明するための断面図である。
[0029] まず、図 1Aおよび図 1Bに例示するリニアガイド装置 40の構成について説明すると 、第 1の実施形態に係る運動案内装置としてのリニアガイド装置 40は、軌道部材とし ての軌道レール 41と、軌道レール 41に多数の転動体として設置されるボール 42· ·· を介してスライド可能に取り付けられた移動部材としての移動ブロック 43とを備えてい る。軌道レール 41はその長手方向と直交する断面が概略矩形状に形成された長尺 の部材であり、その表面（上面および両側面）にはボールが転がる際の軌道になる転 動体転走溝 41a…が軌道レール 41の全長に渡って形成されている。
[0030] ここで軌道レール 41は、直線的に伸びるように形成されることもあるし、曲線的に伸 びるように形成されることもある。また、図 1Aおよび図 1Bにおいて例示する転動体転 走溝 41a…の本数は左右で 2条ずつ合計 4条設けられているが、その条数はリニア ガイド装置 40の用途等に応じて任意に変更することができる。
[0031] 一方、移動ブロック 43には、転動体転走溝 41a…とそれぞれ対応する位置に負荷 転動体転走溝 43a' "が設けられて ヽる。軌道レール 41の転動体転走溝 4 la' "と移 動ブロック 43の負荷転動体転走溝 43a…とによって負荷転走路 52…が形成され、複 数のボール 42· ··が挟まれている。さらに、移動ブロック 43には、各転動体転走溝 41 a…と平行に伸びる 4条の無負荷転走路 53…と、各無負荷転走路 53· ··と各負荷転 走路 52· ··とを結ぶ方向転換路 55…が設けられて 、る。 1つの負荷転走路 52および 無負荷転走路 53と、それらを結ぶ一対の方向転換路 55との組み合わせによって、 1 つの無限循環路が構成される（図 1B参照)。
[0032] そして、複数のボール 42· ··が、負荷転走路 52と無負荷転走路 53と一対の方向転 換路 55, 55とから構成される無限循環路に無限循環可能に設置されることにより、 移動ブロック 43が軌道レール 41に対して相対的に往復運動可能となっている。
[0033] 以上のような構成を備える第 1の実施形態に係るリニアガイド装置 40の特徴的な点 として、複数の転動体であるボール 42· ··が、超弾性材料によって構成されていること が挙げられる。この超弾性材料には、超弾性チタン合金、 Ni— T係合金、形状記憶 合金、金属ガラスの少なくとも 1つを採用することが可能である。カゝかる超弾性材料を 採用することによって、従来では実現できな力つた機能を発揮することができる新た な運動案内装置を実現することができる。なお、本明細書における「Ni— Ti系合金」 には、 Ni— Ti合金のほ力 Ni— Ti Cu合金、 Ni— Ti— Fe合金、 Ni— Ti— Cr合金 などが含まれるものとする。
[0034] (超弾性材料と非磁性材料との組み合わせ）
まず、ボール 42を超弾性材料とすることによって、ボール 42の相手部材である軌 道レール 41および移動ブロック 43をセラミックスなどの非磁性材料によって構成する ことが可能となる。すなわち、従来用いられていた鋼製の転動体を高硬度で靭性の 少な ヽセラミックス上で転走させると、セラミックス側に形成される転走溝に亀裂ゃ疵 が発生し、割; «壊が起こる危険性があった。また、セラミックス材料は、ヤング率が 高いために最大剪断応力が発生する部分が材料表面力 浅い位置となり、剥離が 発生しやすいという不具合を有していた。しかしながら、第 1の実施形態に係る超弾 性材料力も成るボール 42を用いることによって転走時の衝撃を抑えることができ、不 具合の発生を抑制することができるので、ボール 42から負荷を受けることになる軌道 レール 41および移動ブロック 43に対してセラミックスなどの非磁性材料を用いること が可能となる。
[0035] このように、第 1の実施形態に係るリニアガイド装置 40によれば、従来は用いること が困難であったセラミックスなどの高硬度で靭性の少な 、材料を、転動体の相手材 料とすることができるので、非磁性と 、う特性を有しつつ従来の製品性能を満足する 全く新しいリニアガイド装置 40を実現することが可能となる。また、運動案内装置に対 するセラミックス材料の適用によって、非磁性ィ匕のみならず、高耐食化、軽量化を図 ることが可能となり、運動案内装置の適用範囲を拡大することが可能となる。
[0036] なお、非磁性材料を適用する範囲については、軌道レール 41および移動ブロック
43の全てを非磁性材料によって構成しても良いし、軌道レール 41および移動ブロッ ク 43のうちの少なくとも複数のボール 42· ··から負荷を受ける転動体転走溝 (転動体 転走溝 41a…および負荷転動体転走溝 43a" ·)の近傍のみを非磁性材料によって 構成しても良い。また、軌道レール 41および移動ブロック 43だけでなぐ複数のボー ル 42· ··以外の構成部材を非磁性材料によって構成したリニアガイド装置 40を実現 することもできる。これらの構成については、使用環境などに応じて適宜最適な構成 を選択すれば良い。
[0037] (超弾性材料と硬化層の浅!ヽ材料との組み合わせ）
通常、転動体力 転動 *摺動負荷を受ける運動案内装置の構成材料は、転がり疲 労に耐える必要があるために転走面の硬度をアップさせる必要があった。そのため、 内部深くにまで硬度をアップできない材料 (例えば、アルミニウム合金、マグネシウム 合金、銅合金などを代表とする非鉄金属材料、熱処理を施していない鉄鋼材料、ス テンレス鋼、高分子材料など)の利用は、疲労強度不足を理由に困難な面があった。
[0038] そこで、上述した超弾性材料力 成るボール 42をリニアガイド装置 40に採用するこ とによって、ボール 42の相手部材である軌道レール 41および移動ブロック 43を非鉄 金属材料、非熱処理鉄鋼材料、ステンレス鋼、高分子材料などといった硬化層の浅 い材料によって構成することが可能となる。さらにこのことは、硬化層の浅い材料だけ でなぐ摩耗に弱い材料であっても浅い表面処理だけで運動案内装置に用いること ができることを示している。力かる構成の採用によって、従来利用困難であった硬化 層の浅い材料を運動案内装置に用いることが可能となるので、多様な用途に適用可 能な運動案内装置を提供することが可能となる。
[0039] さらに、上述した超弾性材料に含まれる超弾性チタン合金には、株式会社豊田中 央研究所が開発したゴムメタル (登録商標）を採用することが特に好適である。このゴ ムメタル (登録商標）は、ヤング率が低ぐ弾性変形が 2. 5%と巨大弾性変形能を有 するという従来にはない全く新しい特性を有するチタン合金であり、また、冷間加工 後に時効硬化させた場合の硬さが 400HVを示すため、非磁性材料や硬化層の浅 Vヽ材料などのような柔らカ^、材料を相手に転動 ·摺動動作を行う転動体として、好適 に用いることができる。
[0040] また、ゴムメタル (登録商標）をボール 42として使用した場合には、このゴムメタル（ 登録商標)が巨大弾性変形能を有することから転動体加工精度が直接製品精度に 影響しないので、ラフな加工精度で運動案内装置を製作することができるという効果 も発揮することができる。つまり、ゴムメタル (登録商標）をボール 42に採用することに よって、ラフな加工精度であっても従来と同等以上の製品精度を発揮することが可能 となり、運動案内装置の製造コスト削減を図ることが可能となる。
[0041] [第 2の実施形態]
第 2の実施形態に係る運動案内装置は、例えば、図 2において示されるようなボー ルねじ装置 56として構成することが可能である。図 2は、第 2の実施形態に係る運動 案内装置をボールねじ装置として構成した場合を例示する図である。かかるボール ねじ装置 56は、軌道部材としてのねじ軸 57と、このねじ軸 57に複数のボール 58を 介して相対回転可能に取り付けられる移動部材としてのナット部材 59と、を備えた装 置である。
[0042] ねじ軸 57は、外周面に螺旋状の転動体転走溝 57aが形成される部材であり、一方 、ナット部材 59は、内周面に転動体転走溝 57aに対応する螺旋状の負荷転走溝が 形成される部材である。そして、ねじ軸 57のナット部材 59に対する相対的な回転運 動に伴って、ナット部材 59がねじ軸 57に対して相対的に往復運動可能となっている
[0043] そして、ボールねじ装置 56を構成するボール 58を超弾性チタン合金、 Ni— Ti系合 金、形状記憶合金、金属ガラスの少なくとも 1つから成る超弾性材料によって構成す ることによって、従来では実現できな力つた機能を発揮することができる新たなボール ねじ装置 56を実現することができる。
[0044] すなわち、ボールねじ装置 56を構成するボール 58を超弾性材料によって構成し、 ねじ軸 57やナット部材 59をセラミックスなどの非磁性材料によって構成することによ つて、非磁性化、高耐食化、軽量ィ匕を実現したボールねじ装置 56を提供することが 可能となる。
[0045] また、ボール 58を超弾性材料によって構成することによって、ボール 58から転動' 摺動負荷を受けるねじ軸 57やナット部材 59を硬化層の浅い材料 (例えば、アルミ- ゥム合金、マグネシウム合金、銅合金などを代表とする非鉄金属材料、熱処理を施し ていない鉄鋼材料、ステンレス鋼、高分子材料など）によって構成することが可能とな る。力かる材料がボールねじ装置 56の構成材料として利用可能となることによって、 多様な用途に適用可能なボールねじ装置 56を提供することが可能となる。
[0046] さらに、ボール 58を超弾性材料によって構成することによって、ねじ軸 57やナット 部材 59の加工をラフなカ卩ェ精度で行うことができるようになるので、ボールねじ装置 5 6の製造コスト削減を図ることが可能となる。なお、このような場合に用いられる超弾性 材料としては、ゴムメタル (登録商標）を採用することが特に好適である。
[0047] [第 3の実施形態]
また、第 3の実施形態に係る運動案内装置としては、例えば、図 3において示される ようなスプライン装置 60として運動案内装置を構成することが可能である。図 3は、第 3の実施形態に係る運動案内装置をスプライン装置として構成した場合を例示する 図である。
[0048] ここで、図 3に示されるスプライン装置 60の構成を簡単に説明すると、スプライン装 置 60は、軌道部材としてのスプライン軸 61と、そのスプライン軸 61に多数の転動体と してのボール 62…を介して移動自在に取り付けられた移動部材としての円筒状の外 筒 63とを有している。スプライン軸 61の表面には、ボール 62の軌道となり、スプライ ン軸 21の軸線方向に延びる転動体転走溝 6 la' "が形成されて 、る。スプライン軸 6 1に取り付けられる外筒 63には、転動体転走溝 61aに対応する負荷転動体転走溝が 形成される。これらの負荷転動体転走溝には、転動体転走溝 61a…が伸びる方向に 伸びる複数条の突起が形成されている。外筒 63に形成した負荷転動体転走溝とス プライン軸 61に形成した転動体転走溝 61aとの間で負荷転走路が形成される。負荷 転走路の隣には、荷重力も解放されたボール 62…が移動する無負荷戻し通路が形 成されている。外筒 63には、複数のボール 62…をサーキット状に整列'保持する保 持器 64が組み込まれている。そして、複数のボール 62· · ·が、外筒 63の負荷転動体 転走溝とスプライン軸 61の転動体転走溝 61aとの間に転動自在に設置され、無負荷 戻し通路を通って無限循環するように設置されることによって、外筒 63がスプライン 軸 61に対して相対的に往復運動可能となって!/、る。
[0049] そして、図 3において示すスプライン装置 60の場合においても、スプライン装置 60 を構成するボール 62を超弾性チタン合金、 Ni— Ti系合金、形状記憶合金、金属ガ ラスの少なくとも 1つ力も成る超弾性材料によって構成することができる。そして、その 他の部材を構成する材料に上述したリニアガイド装置 40やボールねじ装置 56の場 合と同様の構成を採ることによって、上述したリニアガイド装置 40やボールねじ装置 5 6の場合と同様の作用効果を発揮することが可能な全く新たなスプライン装置 60を実 現することができる。
[0050] [第 4の実施形態]
さらに、第 4の実施形態に係る運動案内装置は、例えば、図 4Aおよび図 4Bにおい て示されるような回転ベアリング装置 70として構成することが可能である。ここで、図 4 Aは、第 4の実施形態に係る運動案内装置を回転ベアリング装置として構成した場合 の一形態を例示する部分縦断斜視図である。また、図 4Bは、図 4Aに示す回転ベア リング装置の縦断面を示す図である。
[0051] 図 4Aおよび図 4Bに示すように、回転ベアリング装置 70として構成される第 4の実 施形態に係る運動案内装置は、外周面に断面 V字形状の内側軌道溝 72を有する（ 軌道部材又は移動部材としての）内輪 71と、内周面に断面 V字形状の外側軌道溝 7 4を有する (移動部材又は軌道部材としての)外輪 73と、内側軌道溝 72と外側軌道 溝 74とによって形成される断面略矩形状の軌道路 75の間に転動可能にクロス配列 される複数の転動体としてのローラ 77…と、を有することにより、内輪 71および外輪 7 3が周方向に相対的な回転運動を行うものである。
[0052] そして、図 4Aおよび図 4Bにおいて示す回転ベアリング装置 70の場合においても、 回転ベアリング装置 70を構成するローラ 77を超弾性チタン合金、 Ni— Ti系合金、形 状記憶合金、金属ガラスの少なくとも 1つカゝら成る超弾性材料によって構成することが できる。そして、その他の部材を構成する材料を上述したリニアガイド装置 40やボー ルねじ装置 56の場合と同様のものとすることによって、上述したリニアガイド装置 40 やボールねじ装置 56の場合と同様の作用効果を発揮することが可能な全く新たな回 転ベアリング装置 70を実現することができる。
[0053] 以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上 記各実施形態に記載の範囲には限定されない。上記各実施形態には、多様な変更 又は改良をカ卩えることが可能である。 [0054] 例えば、図 5において示されるような、リニアモーションガイドとボールねじが組み合 わされて一体構造となっている形式の運動案内装置 90について本発明を適用する こと、すなわち、複数のボール 95を超弾性チタン合金、 Ni— Ti系合金、形状記憶合 金、金属ガラスの少なくとも 1つ力 成る超弾性材料によって構成することが可能であ る。なお、図 5において示す運動案内装置 90の場合、ねじ軸 91と移動ブロック 93と は、複数のボール 95· ··を介して設置されている力 複数のボール 95· ··を介さずにね じ軸 91と移動ブロック 93とが滑りねじとして構成されるようにすることも可能である。
[0055] その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、 特許請求の範囲の記載から明らかである。

Claims

請求の範囲
[1] 軌道部材と、
前記軌道部材に複数の転動体を介して設置される移動部材と、
を有することにより、前記移動部材が前記軌道部材の軸線方向又は周方向に往復 運動自在又は回転運動自在に設置される運動案内装置であって、
前記複数の転動体が超弾性材料によって構成されていることを特徴とする運動案 内装置。
[2] 請求項 1に記載の運動案内装置において、
前記超弾性材料は、超弾性チタン合金、 Ni— T係合金、形状記憶合金、金属ガラ スの少なくとも 1つであることを特徴とする運動案内装置。
[3] 請求項 1又は 2に記載の運動案内装置において、
前記軌道部材および前記移動部材は、少なくとも前記複数の転動体から負荷を受 ける転動体転走溝の近傍が非磁性材料によって構成されていることを特徴とする運 動案内装置。
[4] 請求項 1又は 2に記載の運動案内装置において、
前記複数の転動体以外の構成部材が非磁性材料によって構成されていることを特 徴とする運動案内装置。
[5] 請求項 3又は 4に記載の運動案内装置において、
前記非磁性材料は、セラミックス材料であることを特徴とする運動案内装置。
[6] 請求項 1又は 2に記載の運動案内装置において、
少なくとも前記軌道部材および前記移動部材が、非鉄金属材料、非熱処理鉄鋼材 料、ステンレス鋼、高分子材料の少なくとも 1つによって構成されていることを特徴と する運動案内装置。
[7] 請求項 1又は 2に記載の運動案内装置において、
前記軌道部材は、直線状の転動体転走溝が形成される軌道レールとして構成され 前記移動部材は、前記軌道レールの転動体転走溝に対応する負荷転走溝と、前 記転動体転走溝と前記負荷転走溝とによって形成される負荷転走路に接続して前 記転動体を循環させる無負荷転走路とを有する移動ブロックとして構成されることに より、前記移動ブロックが前記軌道レールに対して相対的に往復運動するリニアガイ ドとして構成されることを特徴とする運動案内装置。
[8] 請求項 1又は 2に記載の運動案内装置において、
前記軌道部材は、外周面に螺旋状の転動体転走溝が形成されるねじ軸として構成 され、
前記移動部材は、内周面に前記転動体転走溝に対応する螺旋状の負荷転走溝が 形成されるナット部材として構成されることにより、前記ねじ軸の前記ナット部材に対 する相対的な回転運動に伴って、前記ナット部材が前記ねじ軸に対して相対的に往 復運動する転動体ねじ装置として構成されることを特徴とする運動案内装置。
[9] 請求項 1又は 2に記載の運動案内装置において、
前記軌道部材は、軸線方向に延びる転動体転走溝が形成されるスプライン軸とし て構成され、
前記移動部材は、前記転動体転走溝に対応する負荷転走溝が形成される円筒状 の外筒として構成されることにより、前記外筒が前記スプライン軸の軸線方向に対し て相対的に往復運動自在なスプライン装置として構成されることを特徴とする運動案 内装置。
[10] 請求項 1又は 2に記載の運動案内装置において、
前記軌道部材又は前記移動部材は、外周面に内側軌道溝を有する内輪として構 成され、
前記移動部材又は前記軌道部材は、内周面に外側軌道溝を有する外輪として構 成されることにより、前記内輪又は前記外輪が周方向に相対的に回転運動を行う回 転ベアリング装置として構成されることを特徴とする運動案内装置。
[11] 運動案内装置の軌道部材と移動部材との間に複数介装されることによって、前記 移動部材の前記軌道部材に対する軸線方向又は周方向の相対的な往復運動又は 回転運動を実現する転動体であって、
超弾性チタン合金、 Ni— Ti系合金、形状記憶合金、金属ガラスの少なくとも 1つか ら成る超弾性材料によって形成されることを特徴とする運動案内装置用の転動体。
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