WO2010074155A1

WO2010074155A1 - 転動体リテーナ及びこれを用いた無限循環式直線運動装置

Info

Publication number: WO2010074155A1
Application number: PCT/JP2009/071457
Authority: WO
Inventors: 白井　武樹; 飯田　勝也; 堀江　拓也
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JPWO2010074155A1; TW201030251A

Abstract

　連結部の外表面に作用する曲げ応力を可及的に小さくして、耐久性の高い転動体リテーナ及びこれを用いた無限循環式直線運動装置を提供する。　所定間隔で配列される複数のボール２を一連に保持するもので、各ボール２をボール配列方向に沿って前後から挟むように保持するボール保持部１０と、ボール保持部１０からボール配列方向に対して直交する方向に突出するウィング部２２と、ウィング部２２間を連結する可撓性の連結部２３と、を備え、連結部２３の変形によって、ボール保持部１０によってボール保持した状態でボール２の配列方向を曲げることが可能となっている転動体リテーナにおいて、ウィング部２２のボール配列方向の幅Ａ１を、ボール保持部１０のボール配列方向の幅Ａ０以下としたことを特徴とする。

Description

転動体リテーナ及びこれを用いた無限循環式直線運動装置

　本発明は、たとえば直動案内装置やボールスプライン、ボールねじ等の各種転がり案内装置に用いられる転動体リテーナ及びこれを用いた無限循環式直線運動装置に関する。

　従来のこの種の転動体リテーナとして、本出願人は既に特許文献１に記載のような転動体リテーナを提案している。
　すなわち、所定間隔で配列される複数の転動体を一連に保持するもので、各転動体を転動体の配列方向に沿って前後から挟むように保持する転動体保持部と、転動体保持部を連結する連結部とを有し、連結部に線状部材が一体的に埋設されている。
　このように線状部材を埋設することによって、引っ張り強度が高まり、耐久性向上を図ることができている。

再公表ＷＯ２００３／８０３０６８号公報

　本発明は、上記したような転動体リテーナのさらなる改良を図るべくなされたもので、その目的とするところは、連結部の外表面に作用する曲げ応力を可及的に小さくして、耐久性をより一層向上させ得る転動体リテーナ及び無限循環式直線運動装置を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明は、所定間隔で配列される複数の転動体を一連に保持するもので、転動体を転動体の配列方向に沿って前後から挟むように保持する転動体保持部と、該転動体保持部から転動体配列方向に対して直交する方向に突出するウィング部と、該ウィング部間を連結する可撓性の連結部と、を備え、該連結部の変形によって、転動体保持部によって保持した状態で転動体の配列方向を曲げることが可能となっている転動体リテーナにおいて、前記ウィング部の転動体配列方向の幅を、転動体保持部の転動体配列方向の幅以下としたことを特徴とする。
　連結部の転動体配列方向に対して直交する方向の厚みは、ウィング部の転動体配列方向と直交方向の厚みよりも小さくすることが好適である。
　連結部の断面形状は円形状であることが好ましい。円形状は、真円だけでなく、楕円形状なども含まれる。また、連結部は樹脂材で延伸材であることが好ましく、さらに、連結部は、転動体保持部及びウィング部と一体的に成形されていることが好適である。
　本発明は、転動体保持部が転動体一つ置きに配置されているだけでなく、転動体保持部が転動体二つ置きに配置され、転動体保持部によって転動体を二つずつ前後から挟むような構成となっていてもよい。
　また、本発明の無限循環式直線運動装置は、転動体循環路に上記転動体リテーナが組み込まれている。

　本発明によれば、ウィング部間に可撓性の連結部を設けることにより、方向転換時に曲げ変形しやすくし、さらに、ウィング部の転動体配列方向の幅を転動体保持部の幅以下とすることで、露出する連結部が長く撓みやすくなり、連結部に作用する曲げ応力を可及的に小さくすることができ、耐疲労強度を高めることができる。

図１は、本発明の実施例１に係る転動体リテーナを示すもので、（Ａ）はボールを外した状態の部分斜視図、同図（Ｂ）はボールを組み付けた状態の部分斜視図、同図（Ｃ）は一部破断要部平面図、同図（Ｄ）は一部破断要部正面図、（Ｅ）は左側面図、（Ｆ）はボール保持部とウィング部の関係を示す模式図である。図２（Ａ）は、図１の転動体リテーナが組み込まれる直線運動案内装置の一例を示す一部を破断して示す部分斜視図、（Ｂ）はボール循環路の拡大斜視図、（Ｃ）は方向転換路の部分断面図、（Ｄ）は方向転換する際の転動体リテーナの部分斜視図である。図３は、本発明の実施例２に係る転動体リテーナを示すもので、（Ａ）はローラを外した状態の部分斜視図、（Ｂ）はローラを組み付けた状態の部分斜視図、（Ｃ）は一部破断要部拡大平面図、（Ｄ）は一部破断拡大正面図、（Ｅ）は左側面図、（Ｆ）はボール保持部とウィング部の関係を示す模式図である。図４は、本発明の実施例１の転動体リテーナの変形例を示すもので、（Ａ）は一部破断要部平面図、（Ｂ）は一部破断要部正面図、同図（Ｃ）は方向転換する際の部分断面図である。

　以下にこの発明を実施するための最良の形態を、図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
　実施例１　
　図１は、本発明の実施例１に係る転動体リテーナを示している。
　この転動体リテーナ１は、ボール２を保持するボールリテーナである。すなわち、所定間隔で配列される複数のボール２を一連に保持するもので、各ボール２をボールの配列方向に沿って前後から挟むように保持するボール保持部１０と、ボール保持部１０からボール配列方向に対して直交する方向に突出するウィング部２２と、ウィング部２２間を連結する可撓性の連結部２３と、を備え、連結部２３の変形によって、ボール保持部１０によって保持した状態でボール２の配列方向を曲げることが可能となっている。

　ボール２は、各ボール保持部１０に挟まれた状態で、各ボール２の回転軸が互いに平行となるように回転自在に保持される。
　ここで、以下の説明では、図１に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交座標を想定し、ボールの配列方向をＸ軸方向、ボール２の回転軸方向をＹ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸と直交する方向をＺ軸方向として説明する。
　ボール保持部１０は、ボール一つ置きに配置され、ボール２を一つずつ前後から挟む構成となっている。ボール保持部１０の構造は、ボール径より小径の扁平な円筒状部材で、その両端面にボール２を摺動自在に保持するための保持凹部１０ａが設けられている。この保持凹部１０ａはボール２の球冠部が入り込む球面形状に成形されている。もっとも、ボール保持部１０の形状としては、円筒形状に限定されるものではない。

　ウィング部２２のＸ軸方向（ボール配列方向）の幅は、図示例ではボール保持部１０のＸ軸方向の幅と同一幅に設定されているが、図１（Ｆ）に模式的に示すように、ウィング部２２のＸ軸方向の幅Ａ１がボール保持部１０のＸ軸方向の幅Ａ０以下に設定することが好適である。
　また、ウィング部２２は薄板形状で、図１（Ｆ）に示すように、Ｚ軸方向（ボール配列方向及びボールの回転軸方向と直交する方向）の厚みＢ１は、ボール保持部１０のＺ軸方向の厚みＢ０よりも小さい。また、連結部２３のＺ軸方向の厚みｔは、ウィング部２２のＺ軸方向の厚みＢ１よりも小さくなっている。
　また、このウィング部２２の、Ｚ軸方向の位置は、ボール中心に対し所定量偏移しており、偏移した方が方向転換時の内周側となる。

　連結部２３は、樹脂材で延伸材である線状部材３０によって構成され、ボール保持部１０及びウィング部２２と一体的に成形されている。線状部材３０は、ボール２の配列方向Ｘに沿って転動体リテーナ１の全長にわたって延びている。この線状部材３０の途中の部分が、各ウィング部２２を貫通する状態で一体的に固定され、ウィング部２２間に部分的に露出した部分が連結部２３として構成される。
　線状部材３０の断面形状は円形状であることが好適である。断面形状としては、真円、楕円に限らず、円形に近い形状についても含むものとする。

　上記線状部材３０は、ボール保持部１０及びウィング部２２と共にインサート成形によって一体的に成形される。
　ボール保持部１０及びウィング部２２については、射出成形可能な樹脂材、たとえば、ポリエステル系、ナイロン系、ポリオレフィン系、アクリル系、フッ素樹脂系などの各種樹脂材を用いることができる。特に、含油樹脂によって構成すれば、無給油タイプの直線運動案内装置が実現できる。

　一方、線状部材３０は樹脂糸であり、延伸して分子鎖を配向させている。延伸することで、各分子間の密度が高くなり、引っ張り強度が高くなる。繊維の構造、紡糸構造については特に限定されない。
　線状部材３０の材料は特に限定されないが、クーラント等の使用環境の液剤に対して膨潤しない材料、たとえば炭素繊維やフッ素樹脂繊維等が好適である。このようにすれば、転動体リテーナの膨潤による伸び代を考慮する必要がなく、循環路に装着する場合に、転動体リテーナの両端の隙間を可及的に小さくでき、その分、装着できるボール数を増やすことができる。また、炭素繊維等の耐熱性の材料を選択してもよく、高温化での環境でも使用可能となる。
　線状部材３０と、ボール保持部１０及びウィング部２２を、別体構成とすることで、樹脂材の選択範囲が広がり、耐久性のある膨潤しないリテーナを実現できる。

　もっとも、線状部材３０を、ボール保持部１０及びウィング部２２と同一樹脂によって構成してもよい。同一樹脂とすれば、線状部材３０とウィング部２２間の接着性がよく、強固に固定することができる。
　また、線状部材３０としては、樹脂糸のほかに、ガラス繊維や金属製のワイヤー等を用いることもできる。また、図示例では、線状部材３０を、ボール列の両側に１本ずつ配置したが、複数本配置してもよい。また、線状部材３０は糸状の形態に限定されるものではなく、ベルト状の形態も含まれる。
　なお、上記実施例では、線状部材３０とウィング部２２を固定しているが、固定される必要はなく、線状部材３０とウィング部２２の接触部が相対移動可能となっていてもよい。

　図２（Ａ）は、図１の転動体リテーナが組み込まれる無限循環式直線運動装置としての直線運動案内装置の一例を示す一部破断部分斜視図、（Ｂ）はボール循環路の拡大斜視図、（Ｃ）は方向転換路の部分断面図、（Ｄ）は方向転換する際の転動体リテーナの部分斜視図である。
　この直線運動案内装置５０は、軌道レール５１と、軌道レール５１に多数のボール２を介して摺動自在に組みつけられる移動ブロック５２とから構成される。ボール２は転動体リテーナ１に保持され、移動ブロック５２に形成された転動体循環路であるボール循環路５３に組み込まれるものである。

　ボール循環路５３は、直線的に延びる負荷ボール通路５４と、この負荷ボール通路５４と平行に延びる無負荷ボール通路５５と、負荷ボール通路５４と無負荷ボール通路５５の両端を連結する方向転換路５６とを有する構成となっている。
　移動ブロック５２が一方に移動すると、負荷ボール通路５４において移動ブロック５２の移動方向にボール２が転動しながら移動し、無負荷ボール通路５５から方向転換路５６を通じてボール２が負荷ボール通路５４に移動する。同時に、反対側の方向転換路５６を通じて無負荷ボール通路５５に押し出され、転動体リテーナ１のボール保持部１０によって一定間隔に保持されながらボール循環路５３を循環移動する。

　ボール２が方向転換路５６を通過する度に、ウィング部２２間の連結部２３が繰り返しベンディングを受けることになる。本実施例では、ウィング部２２のＸ軸方向の幅がボール保持部１０と同一幅となっているので、ウィング部２２間に露出する連結部２３が長く撓みやすい。したがって、連結部２３に作用する曲げ応力はを可及的に小さくなり、疲労強度は高まり、耐久性が向上する。
　このウィング部２２のＸ軸方向の幅が、図１（Ｆ）に示したように、ボール保持部１０のＸ軸方向の幅より小さいほど、連結部２３が長くなり、方向転換路５６での曲げ応力が小さくなる。
　この点を詳細に説明すると、連結部２３に作用する曲げ応力は、方向転換路５６の曲率半径が小さいほど、かつ連結部２３の厚みｔが大きいほど大きくなる。逆に、方向転換路５６の曲率半径が大きくゆるやかであるほど、かつ連結部２３の厚みｔが小さいほど小さくなる。そこで、方向転換路５６を大きくすることが考えられるが、装置が大型化してしまうので、方向転換路５６の大きさは制約される。
　方向転換路５６の曲率半径を一定とすると、ウィング部２２が長く、連結部２３があまり露出しない転動体リテーナを使用すると、連結部２３が短くなるために、方向転換路５６を通過する際の連結部２３の曲率が大きくなり、曲げ応力増大につながる。
　そこで、本発明では、ウィング部２２をボール保持部１０より小さくして連結部２３を可及的に長くしたもので、方向転換路５６に差し掛かった際の連結部２３の曲率が可及的に小さくなり、結果として曲げ応力が小さくなる。
　連結部２３の曲率半径を想定すると、連結部２３が短いと、その曲率半径が方向転換路２３の曲率半径よりも小さくなってしまう。本発明のように、ウィング部２２をボール保持部１０程度まで小さくすれば、湾曲した連結部２３の曲率半径が方向転換路５６の曲率半径に近い大きさまでゆるやかにすることができる。

　また、連結部２３のＺ軸方向の厚みｔも、ウィング部２２のＺ軸方向の厚みよりも小さいので、曲げ剛性自体が小さく、より一層、曲げ応力を小さくすることができる。さらに、連結部２３の断面形状は円形状なので、方向転換時にウィング部２２の傾き等によって連結部２３の曲がり方向がばらついても、曲げ応力は均等である。とくに、連結部２３を構成する線状部材３０自体は細い繊維を紡糸した糸の場合には、曲げ応力は各繊維に分散されるので、ごく小さい。
　この実施例では、連結部２３の長さを、ボール２とボール保持部１０の保持凹部１０ａとの間に微小な隙間ができる程度に、直線路におけるボール保持部１０のウィング部２２間の直線距離に合わせているが、場合によっては、連結部２３の長さを直線路におけるボール保持部１０のウィング部２２間の直線距離よりも長くして、方向転換路におけるたるみをより大きくしてもよい。

　図４は、上記実施例１の変形例を示している。
　この変形例は、ボール保持部１０をボール二つ置きに配置し、ボール保持部１０によってボール２を二つずつ前後から挟むような構成としたものである。
　このようにボール２を二つずつ挟むような構成としても、直線上にある場合には、図４（Ｂ）に示すように、隣り合うボール保持部１０間の間隔Ｗ１が、接触状態の２つのボールの間隔Ｗ２よりも小さいので、ボール２は脱落しない。このボール２が３つの場合にはボールが脱落してしまうので、二つ置きまでが好ましい。

　ボール２を二つずつ保持することにより、図４（Ｃ）に示すように、ボール保持部２０間の連結部２３の長さが長くなり、その分だけ方向転換路５６における連結部２３のたるみが大きくなるので、曲げ応力をより小さくすることがすることができる。
　ボール循環路５３に組み付けた場合、ボール２によってボール保持部１０の位置が決まり、全周的に案内されるので、ボール保持部１０や線状部材３０が、負荷ボール通路５４、無負荷ボール通路５５及び方向転換路５６の通路壁に接触せずに移動する。
　なお、場合によっては、一つの転動体リテーナにおいて、ボール保持部１０を、ボール二つ置きの配置した部分と、ボール一つ置きに配置した部分が混在するような構成となっていてもよい。

　実施例２　
　次に、本発明の実施例２について説明する。
　図３は、本発明の実施例２に係る転動体リテーナを示している。
　この転動体リテーナ１００は、ローラ１０２を保持するローラリテーナのタイプである。
　すなわち、所定間隔で配列される複数のローラ１０２を一連に保持するもので、各ローラ１０２をローラの配列方向に沿って前後から挟むように保持するローラ保持部１１０と、ローラ保持部１１０からローラ配列方向に対して直交する方向に突出するウィング部１２２と、ウィング部１２２間を連結する可撓性の連結部１２３と、を備え、連結部１２３の変形によって、ローラ保持部１１０によって保持した状態でボール２の配列方向を曲げることが可能となっている。

　ローラ１０２は、ローラ保持部１１０に挟まれた状態で、ローラ１０２の回転軸が互いに平行となるように回転自在に保持される。この実施例２についても、図３に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交座標を想定し、ローラ１０２の配列方向をＸ軸方向、ローラ１０２の回転軸方向をＹ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸と直交する方向をＺ軸方向とする。

　ローラ保持部１１０は、ローラ径より小さい直方体形状のブロック体で、その配列方向前後両面にローラ１０２を摺動自在に保持するための保持凹部１１０ａが設けられている。この保持凹部１１０ａはローラ１０２の円弧部が入り込む円弧面形状に成形されている。もっとも、ローラ保持部１１０の形状としては、直方体形状に限定されるものではない。

　ウィング部１２２のＸ軸方向（ローラ配列方向）の幅は、図示例ではボール保持部１０のＸ軸方向の幅と同一幅に設定されているが、図３（Ｆ）に模式的に示すように、ウィング部１２２のＸ軸方向の幅Ａ１′はボール保持部１０のＸ軸方向の幅Ａ０′以下に設定されることが好適である。
　一方、ウィング部１２２は薄板形状で、図１（Ｆ）に示すように、Ｚ軸方向（ローラ配列方向及びローラの回転軸方向と直交する方向）の厚みＢ１′は、ローラ保持部１１０のＺ軸方向の厚みＢ０′よりも小さい。また、連結部１２３のＺ軸方向の厚みは、ウィング部１２２のＺ軸方向の厚みよりも小さくなっている。
　また、この実施例２では、ウィング部１２２のＺ軸方向の位置は、ローラ１０２の中心とほぼ一致している。もちろん、実施例１と同様にずらしてもよい。

　連結部１２３は、樹脂材で延伸材である線状部材１３０によって構成され、ローラ保持部１１０及びウィング部１２２と一体的に成形されている。線状部材１３０は、ローラ１０２の配列方向Ｘに沿って転動体リテーナ１０１の全長にわたって延びている。この線状部材１３０の途中の部分が、各ウィング部１２２を貫通する状態で一体的に固定され、ウィング部１２２間に部分的に露出した部分が連結部１２３として構成される。

　上記ローラ保持部１１０及びウィング部１２２が射出成形によって成型され、線状部材１３０が、ローラ保持部１１０及びウィング部１２２と共にインサート成形によって一体的に成形される。
　このローラ保持部１１０及びウィング部１２２と、線状部材１３０の材料については、実施例１と同様である。

　また、直線運動案内装置のローラ循環路の構成についても、図２に示したボール循環路の場合と同一であり、転動体リテーナは繰り返しベンディングを受けるものの、連結部１２３において大きく撓み、ウィング部１２２は変形しない。

　特に、ローラ１０２の場合には、ローラ１０２は、移動方向前後に位置するローラ保持部１１０によってローラ１０２の回転軸間が平行に保持されるので、スキューの発生が防止される。
　この実施例２の転動体リテーナについても、図４に示した実施例１の変形と同様に、　ローラ保持部２１０がローラ二つ置きに配置され、ローラ保持部２１０によってローラ１０２を二つずつ前後から挟むような構成とすることができる。
　また、上記各実施例に記載されている構成部品の材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

１　転動体リテーナ（ボール用）
２　ボール（転動体）
１０，１１０　ボール保持部
１１　線状部材
２２，１２２　ウィング部
２３，１２３  連結部
３０，１３０　線状部材
５３  ボール循環路
５６　方向転換路
１０１　転動体リテーナ（ローラ用）
１０２  ローラ（転動体）
Ａ０、Ａ０′　ボール、ローラ保持部のＸ軸方向の幅
Ａ１、Ａ１′　ウィング部のＸ軸方向の幅
Ｂ０、Ｂ０′　ボール、ローラ保持部のＺ軸方向の厚み
Ｂ１、Ｂ１′　ウィング部のＺ軸方向の厚み

Claims

　所定間隔で配列される複数の転動体を一連に保持するもので、前記転動体を転動体の配列方向に沿って前後から挟むように保持する転動体保持部と、該転動体保持部から転動体配列方向に対して直交する方向に突出するウィング部と、該ウィング部間を連結する可撓性の連結部と、を備え、該連結部の変形によって、転動体保持部によって保持した状態で転動体の配列方向を曲げることが可能となっている転動体リテーナにおいて、
　前記ウィング部の転動体配列方向の幅を、転動体保持部の転動体配列方向の幅以下としたことを特徴とする転動体リテーナ。
　連結部の転動体配列方向に対して直交する方向の厚みは、ウィング部の転動体配列方向と直交方向の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の転動体リテーナ。
　連結部の断面形状は円形状である請求項１又は２に記載の転動体リテーナ。
　連結部は、樹脂材で延伸材である請求項１乃至３のいずれかの項に記載の転動体リテーナ。
　連結部は、転動体保持部及びウィング部と一体的に成形されている請求項１乃至４のいずれかの項に記載の転動体リテーナ。
　転動体保持部が、転動体一つ置きに配置されている請求項１乃至５のいずれかの項に記載の転動体リテーナ。
　転動体保持部が、転動体二つ置きに配置されている請求項１乃至５のいずれかの項に記載の転動体リテーナ。
　転動体循環路に請求項１乃至７のいずれかの項に記載の転動体リテーナが組み込まれた無限循環式直線運動装置。