JP2013145033A - 直動軸受および直動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】挿入される軸体のサイズ（直径）に対する外筒のサイズ（外径）の比が小さくなるように構成されていながらも、直動軸受としての使用に問題が発生しない直動軸受を提供すること。
【解決手段】外筒１１、外筒の内側に嵌め合わされている筒状球体保持器１２、及び筒状球体保持器に保持された複数個の球体１３を含み、ただし、筒状球体保持器は、その内周側に軸方向に沿って形成されたスリット１４を介して二以上の球体を部分的に突出させた状態にて収容している軸方向に伸びたループ状の複数条の球体循環溝１５を備えている、直径が３〜９ｍｍの軸体２１の直動のための直動軸受であり、上記の軸体の直径ｄ₀、球体の直径ｄ₁、外筒の外径ｄ₂、そして外筒の厚みｔが下記の関係にあることを特徴とする直動軸受。
（１）１．４＜ｄ₂／ｄ₀＜１．８
（２）０．１＜ｄ₁／ｄ₀＜０．２
（３）０．１＜ｔ／ｄ₀＜０．２
【選択図】図１

Description

本発明は、上下方向の直動を行なう軸体の支持に特に有利に用いることのできる直動軸受および直動装置に関する。

従来より、各種機械装置において直動駆動される軸体を支持するために、直動軸受（リニア軸受）が一般的に使用されている。

直動軸受は通常、外筒、外筒の内側に嵌め合わされている筒状の球体保持器（球状ベアリング保持器）、及び筒状球体保持器に保持された複数個の球体から構成される。直動する軸体は、この筒状球体保持器の内側に挿入され、筒状球体保持器の内側に部分的に突き出た複数の回転する球体により支持され、円滑な摺動が可能となる。

直動軸受は、挿入される軸体の配置に応じて、垂直方向に配置された軸体を長さ方向（縦方向）に直動するために用いることもあるし、水平方向に配置された軸体を長さ方向（横方向）に直動するために用いることもある。

直動軸受のなかでも、筒状球体保持器に球体循環溝を形成し、複数個の球体の無限循環を可能にした球体無限循環型の直動軸受は、軸体の移動距離に制限がないところから、広範囲の用途に利用されている。

上記の球体無限循環型の直動軸受は、例えば、特許文献１に開示されているように、一般に、外筒、外筒の内側に嵌め合わされている筒状球体保持器、及び筒状球体保持器に保持された複数個の球体を含む構成を持ち、筒状球体保持器は、その内周側に軸方向に沿って形成されたスリットを介して二以上の球体を部分的に突出させた状態にて収容している軸方向に伸びたループ状の複数条の球体循環溝を備えている。

球体無限循環型の直動軸受は、前述のように、広範囲の用途に利用されているが、近年、その直動軸受の外筒の直径を小さくすることが求められている。すなわち、例えば、特許文献２に記載されている電子部品などの微小部品の配置ユニットなどの装置は、トレイに並べられた微小部品を直動軸受に挿入された軸体にて一時的に保持し、次いで所望の位置に配置するようにされている。このような目的の電子部品の配置ユニットは電子部品の実装装置に組み込んで使用され、上記実装装置の構成に応じた多種類のものが知られている。このような配置ユニットについても、近年の電子部品の小型化に併せて、そのサイズをより小さくすることが求められており、また軽量化も求められている。しかしながら、目的の用途を考慮すると、軸体の直径を変更することは困難であるため、上記のサイズの減少と軽量化は、従来用いている軸体がそのまま利用できることが条件となる。

上記の要求を考慮すると、微小部品の配置ユニットのサイズの減少と軽量化のための手段として考えられるのは、直動軸受の外筒のサイズを小さくすることであるが、挿入される軸体の直径を変えることができないため、必然的に外筒の肉厚を薄くする必要がある。しかしながら、外筒の肉厚を薄くすると、直動軸受の機械的強度が低下して、軸体を支持するために必要とされる十分な機械的強度が得られないとの問題が発生する。また、直動軸受のサイズの減少と軽量化のための手段としては、外筒と軸体の間に介在して軸体の円滑な摺動のために回転可能な状態で設けられる球体のサイズを小さくすることも考えられる。しかし、球体のサイズを小さくする場合も、直動軸受の機械的強度（耐荷重性）が低下して、軸体を支持に必要とされる十分な機械的強度が得られないとの問題が発生する。このような機械的強度の低下は、本来、充分な肉厚の外筒を用いることの出来ない直径が３〜９ｍｍの細い軸体を用いる直動軸受の場合に特に顕著になる。

特開２００５−８３５６５号公報 特開２０１１−２２８５９２号公報

本発明は、従来より用いられている球体無限循環型の直動軸受と同種の直動軸受であって、挿入される軸体のサイズ（直径）に対する外筒のサイズ（外径）の比が小さくなるように構成されていながらも、直動軸受としての使用に問題が発生しない直動軸受と直動装置を提供することを目的とする。

本発明者は、上記の課題を解決するために、球体無限循環型の直動軸受の構成と使用方法を研究した。その結果、直動軸受の外筒の厚みを、軸体の直径に対する比として一定の範囲にあるように小さくし、かつ筒状球体保持器に収容保持される球体のサイズ（直径）を、同じく、軸体の直径に対する比として一定の範囲にあるように小さくして、これを、軸体の上下方向（縦方向）の直動が要求される直動軸受として用いた場合には、軸体に対して、その直径方向に大きな負荷がかかることがないため、実用上において問題が発生しないことを見いだし、本発明に到達した。

従って、本発明の直動軸受は特に、軸体の上下方向（縦方向）の直動が要求される直動軸受として用いた場合において高い実用性を示すが、直動軸受の軸体の直径方向（幅方向）にかかる負荷が大きくない場合には、軸体の水平方向（横方向）の直動のための直動軸受として利用することも可能である。

本発明は、外筒、外筒の内側に嵌め合わされている筒状球体保持器、及び筒状球体保持器に保持された複数個の球体を含み、ただし、筒状球体保持器は、その内周側に軸方向に沿って形成されたスリットを介して二以上の球体を部分的に突出させた状態にて収容している軸方向に伸びたループ状の複数条の球体循環溝を備えている、直径が３〜９ｍｍの軸体の直動のための直動軸受であって、軸体の直径ｄ₀、球体の直径ｄ₁、外筒の外径ｄ₂、そして外筒の厚みｔが下記の式（１）〜式（３）の関係を満足することを特徴とする直動軸受にある。
（１）１．４＜ｄ₂／ｄ₀＜１．８
（２）０．１＜ｄ₁／ｄ₀＜０．２
（３）０．１＜ｔ／ｄ₀＜０．２

本発明の直動軸受の好ましい態様は、次の通りである。
（I）軸体の上下方向の直動に用いる。
（II）直径が３〜５ｍｍの軸体の直動のために用いる。

本発明はまた、外筒、外筒の内側に嵌め合わされている筒状球体保持器、及び筒状球体保持器に保持された複数個の球体を含み、ただし、筒状球体保持器は、その内周側に軸方向に沿って形成されたスリットを介して二以上の球体を部分的に突出させた状態にて収容している軸方向に伸びたループ状の複数条の球体循環溝を備えている直動軸受、そして直動軸受に挿入されている直径が３〜９ｍｍの軸体を含む、軸体が垂直方向に配置されている直動装置であって、軸体の直径ｄ₀、球体の直径ｄ₁、外筒の外径ｄ₂、そして外筒の厚みｔが下記の式（１）〜式（３）の関係を満足することを特徴とする直動装置にもある。
（１）１．４＜ｄ₂／ｄ₀＜１．８
（２）０．１＜ｄ₁／ｄ₀＜０．２
（３）０．１＜ｔ／ｄ₀＜０．２

本明細書において、上記の「軸体の直径」とは、直動軸受が軸体を収容している場合には、この軸体の直径を意味する。また、直動軸受が軸体を収容していないが、収容する軸体の直径が予め定められている場合には、前記の予め定められている軸体の直径を意味する。そして、前記の両者の場合の何れにも当てはまらない場合には、下記の式（４）から計算により求めた軸体の直径ｄ₀を意味する。
（４）ｄ₀＝ｄ₂−２×（ｄ₁＋ｔ）

また、本明細書において、上記の「外筒の外径」とは、外筒の外径が外筒の周方向に変動している場合には、外筒の中心と、筒状球体保持器の球体循環溝に収容されスリットに到達した球体の中心とを通る直線上における外筒の直径を意味する。また、「外筒の厚み」とは、外筒の厚みが外筒の周方向に変動している場合には、外筒の中心と、筒状球体保持器の球体循環溝に収容されスリットに到達した球体の中心とを通る直線上における外筒の厚みを意味する。

本発明の直動軸受及び直動装置は、直動軸受に挿入される軸体のサイズ（直径）に対する外筒のサイズ（外径）の比が小さくなるように構成されているため、小型化と軽量化が実現する。そして、直動軸受の軸体の直径方向（幅方向）にかかる力（負荷）が大きくない場合、例えば、垂直方向に配置された軸体の直動に用いる場合、あるいは水平方向に配置された軸体の直動に用い、かつ軸体の直径方向にかかる負荷が大きくない場合には、直動軸受としての使用に実用上の問題が発生することはない。

本発明の直動軸受を含む直動装置の構成例を示す断面図である。但し、球体１３は断面として記入していない。また、上端に記入した球体１３よりも更に上側にある球体、および下端に記入した球体１３よりも更に下側にある球体は図示していない。 図１に記入した切断線II−II線に沿って切断した直動装置２０の断面図でる。但し、各球体１３は断面として記入していない。

本発明の直動軸受を備える直動装置の代表的な実施態様を、添付の図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の直動軸受を含む直動装置の構成例を示す断面図である。そして図２は、図１に記入した切断線II−II線に沿って切断した直動装置２０の断面図でる。但し、各々の図において球体１３は断面として記入していない。また、図１において、上端に記入した球体１３よりも更に上側にある球体、および下端に記入した球体１３よりも更に下側にある球体は図示していない。

図１及び図２に示す直動軸受１０は、外筒１１、外筒１１の内側に嵌め合わされている筒状球体保持器１２、及び筒状球体保持器１２に保持された複数個の球体１３を備えている。

筒状球体保持器１２は、複数条（合計で４条）の球体循環溝１５を備えている。球体循環溝１５は、それぞれ軸方向（筒状球体保持器の長さ方向）に伸びたループ状の形状にある。

球体循環溝１５は、筒状球体保持器１２の外周面に形成されていて、直線溝１５ａ、１５ｂ、そして連結溝１５ｃ、１５ｄから構成されている。連結溝１５ｃは、直線溝１５ａ、１５ｂを、図１にて上側の端部にて互いに連結している。直線溝１５ｄは、直線溝１５ａ、１５ｂを、図１にて下側の端部にて互いに連結している。直線溝１５ａの底部には、後述のスリット１４が備えられている。

筒状球体保持器１２の内周側には、軸方向に沿ってスリット１４が形成されている。それぞれの球体循環溝１５は、上記のスリット１４を介して、二以上の球体（例えば、図１に示した各々の球体循環溝１５のスリット１４から突出する９個の球体）１３を、筒状球体保持器１２の内周側に突出させた状態にて収容している。

筒状球体保持器１２が外筒１１から飛び出ないよう、筒状球体保持器１２の軸方向の両外側には止め輪（スナップリング）１６、１６が配置されている。各々の止め輪１６の外周側の部分は、外筒１１の内周面に形成された環状溝に嵌め合わされている。

直動軸受１０は、直径が４ｍｍの軸体２１の直動（特に好ましくは上下方向の直動）のために用いられる。この直動軸受１０と、直動軸受１０に挿入され、垂直方向に配置されている軸体２１とにより、本発明の直動装置２０が構成される。

直動軸受１０の外筒１１の外径は６．５ｍｍに、外筒１１の厚みは０．５５ｍｍに、そして球体１３の直径は０．７ｍｍに、それぞれ設定されている。

すなわち、直動軸受１０においては、軸体の直径に対する直動軸受の外筒の直径（外径）の比（ｄ₂／ｄ₀）が１．６２５に、軸体の直径に対する球体の直径の比（ｄ₁／ｄ₀）が０．１７５に、そして軸体の直径に対する外筒の厚みの比（ｔ／ｄ₀）が０．１３８に、それぞれ設定されている。

このように、直動軸受１０（あるいは直動装置２０）は、軸体の直径ｄ₀、球体の直径ｄ₁、外筒の外径ｄ₂、そして外筒の厚みｔが、下記の式（１）〜式（３）関係を満足することに特徴がある。
（１）１．４＜ｄ₂／ｄ₀＜１．８
（２）０．１＜ｄ₁／ｄ₀＜０．２
（３）０．１＜ｔ／ｄ₀＜０．２

前記のように、直動軸受１０では、そのサイズの減少と軽量化を目的として、軸体２１の直径ｄ₀に対する外筒１１の外径ｄ₂の比（ｄ₂／ｄ₀）を一定の範囲（上記式（１）の関係を満足する範囲）にあるように小さな値（１．６２５）に設定している。すなわち、直動軸受１０に挿入される直径が４ｍｍの軸体２１に対して、外径が６．５ｍｍである極めて小さなサイズの外筒を用いている。

直動軸受１０では、更に外筒１１の厚みｔを、軸体２１の直径ｄ₀に対する比（ｔ／ｄ₀）として一定の範囲（上記式（３）の関係を満足する範囲）にあるように小さくし、かつ筒状球体保持器１２に収容保持される球体１３の直径ｄ₁を、同じく、軸体の直径ｄ₀に対する比（ｄ₁／ｄ₀）として一定の範囲（上記式（２）の関係を満足する範囲）にあるように小さくしている。

このように、直動軸受１０は、そのサイズの減少と軽量化のため、外筒１１の厚み及び球体１３の直径の双方を、それぞれが軸体の直径に対する比として一定の範囲にあるように小さくすることにより、軸体２１の直径方向にかかる負荷が大きくない場合、特に軸体が垂直方向に配置している場合に、実用上の問題を発生することのない構成とされている。

仮に、直動軸受の外筒の厚みを軸体の直径に対して小さくするのみであっても、直動軸受のある程度のサイズの減少と軽量化とは可能である。但し、十分なサイズの減少と軽量化とを実現するため、外筒の厚みを軸体の直径に対して次第に小さくしていくと、直動軸受の機械的強度が低下して、軸体を支持するために必要とされる十分な機械的強度が得られないとの問題が発生する。また、外筒が製造あるいはその後の取り扱いにおいて変形あるいは破損し易くなるとの問題も発生する。

また仮に、直動軸受の球体の直径を軸体の直径に対して小さくするのみであっても、直動軸受のある程度のサイズの減少と軽量化とは可能である。但し、十分なサイズの減少と軽量化とを実現するため、球体の直径を軸体の直径に対して次第に小さくしていくと、直動軸受の機械的強度、詳細には、直動軸受の軸体の直径方向の耐荷重性が低下するとの問題が発生する。

これらの課題を解決するため、前記のように本願発明者が球体無限循環型の直動軸受の構成と使用方法を研究した。その結果、直動軸受のサイズの減少と軽量化のため、外筒の厚み及び球体の直径の何れか一方のみでなく、これらの双方をそれぞれが軸体の直径に対する比として一定の範囲にあるように小さくして、これを、軸体の上下方向（縦方向）の直動が要求される直動軸受として用いた場合には、軸体に対して、その直径方向に大きな負荷がかかることがないため、実用上において問題が発生しない（前記のような機械的強度の低下が問題とならない）ことを見いだした。

すなわち、前記のように直動軸受を軸体の上下方向（縦方向）の直動が要求される直動軸受として用いる場合には、軸体に対して、その直径方向に大きな負荷がかかることがない。このため、直動軸受の機械的強度（耐荷重性）に問題を生じない範囲において、球体の直径を軸体の直径に対する比として小さくすることができる。

従って、直動軸受のサイズの減少と軽量化のため、外筒の直径を軸体の直径に対する比として小さくする際に、球体の直径を軸体の直径に対する比として小さくしない場合と比較して、外筒の厚みを大きくすることができる。このため、実用上において十分な外筒の機械的強度を得ることが可能になる。

このように、本発明の直動軸受は、外筒の厚み及び球体の直径との双方を、直動軸受の使用方法を考慮に入れてバランス良く小さくする（それぞれが軸体の直径に対す比として所定範囲にあるように小さくする）ことにより、顕著なサイズの減少と軽量化とが可能な構成とされている。

以下では、本願発明の直動軸受と直動装置の構成と好ましい実施態様について詳細に説明する。

前記のように、本発明の直動軸受は、外筒、外筒の内側に嵌め合わされている筒状球体保持器、及び筒状球体保持器に保持された複数個の球体を含み、ただし、筒状球体保持器は、その内周側に軸方向に沿って形成されたスリットを介して二以上の球体を部分的に突出させた状態にて収容している軸方向に伸びたループ状の複数条の球体循環溝を備えている、直径が３〜９ｍｍの軸体の直動のための直動軸受であって、軸体の直径ｄ₀、球体の直径ｄ₁、外筒の外径ｄ₂、そして外筒の厚みｔが下記の式（１）〜式（３）の関係を満足することに特徴がある。
（１）１．４＜ｄ₂／ｄ₀＜１．８
（２）０．１＜ｄ₁／ｄ₀＜０．２
（３）０．１＜ｔ／ｄ₀＜０．２

本発明の直動軸受は、本来、充分な肉厚の外筒を用いることの出来ない直径が３〜９ｍｍ（特に３〜５ｍｍ）の細い軸体を用いる直動軸受のサイズの減少と軽量化に有用である。

直動軸受の更なるサイズの減少と軽量化とのため、軸体の直径ｄ₀、球体の直径ｄ₁、外筒の外径ｄ₂、そして外筒の厚み（肉厚）ｔが、更に下記の式（５）〜式（７）の関係を満足することが好ましい。
（５）１．４＜ｄ₂／ｄ₀＜１．７２
（６）０．１＜ｄ₁／ｄ₀＜０．１８
（７）０．１＜ｔ／ｄ₀＜０．１８

前記のように、前記の図１及び図２に示す直動軸受１０は、軸体の直径に対する直動軸受の外筒の外径の比（ｄ₂／ｄ₀）は１．６２５に、軸体の直径に対する球体の直径の比（ｄ₁／ｄ₀）は０．１７５に、そして軸体の直径に対する外筒の厚みの比（ｔ／ｄ₀）は０．１３８に、それぞれ設定されていて、従って上記の（５）〜式（７）の関係を満足するように構成されている。

直動軸受１０は、直径が４ｍｍの細い軸体を直動（特に好ましくは上下方向の直動）するために用いるものであり、前記のように、外径が６．５ｍｍという極めて小さなサイズの外筒１１を用いて、顕著なサイズの減少と軽量化とを実現している。具体的には、軸体２１の外周面と外筒１１の外周面との間の厚みが１．２５ｍｍの円筒状の領域の内部において、直径が０．７ｍｍの球体の循環移動を実現している。

外筒の材料は、通常、鋼（例、ステンレススチール）に代表される金属材料から形成される。

外筒の長さは、直動軸受の軸方向のサイズを小さくするため、通常、軸体の直径の１〜５倍（好ましくは１〜４倍）の範囲内の長さに設定される。

筒状球体保持器は、例えば、金属材料や樹脂材料から形成される。樹脂材料の例としては、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアミド樹脂、およびポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂が挙げられる。

筒状球体保持器の外周面には、複数条の球体循環溝が備えられている。球体循環溝の数は、３〜５条の範囲にあることが好ましい。

前記のように、本発明の直動軸受では、球体の直径を軸体の直径に対する比として小さくするため、これに従って球体を収容保持する球体保持器の厚みも小さくなる。このため、筒状球体保持器に多数の球体循環溝が形成されていると、筒状球体保持器の機械的強度が小さくなり、筒状球体保持器が製造あるいはその後の取り扱いにおいて変形あるいは破損し易くなる。従って、このように充分な肉厚の筒状球体保持器を用いることの出来ない直径が３〜９ｍｍ（特に３〜５ｍｍ）の細い軸体の直動に用いる本願発明の直動軸受においては、上記のように筒状球体保持器が備える球体循環溝の数を３〜５条の範囲に設定することが特に好ましい。

また、上記筒状保持器が備えるスリットから突出する球体の数は、直動軸受が十分な耐荷重性を発揮するように、２〜１５個の範囲にあることが好ましく、３〜１２個の範囲にあることが更に好ましく、３〜１０個の範囲にあることが特に好ましい。

球体は、通常、鋼（例、ステンレススチール）に代表される金属材料から形成される。止め輪１６は、例えば、金属材料や樹脂材料から形成される。

本発明の直動軸受に挿入する軸体としては、例えば、鋼に代表される金属材料製の軸体を用いることができる。

軸体としては、軸方向に延びる複数本の直線溝（直動軸受の球体に係合する溝）を周面に備える軸体、あるいは前記の直線溝を有していない、従って断面が円形の軸体を用いることができる。直線溝を備える軸体を用いると、直動軸受の球体が軸体の直線溝に係合するように、球体を筒状球体保持器の内周側に大きく突出させることが必要である。その一方で、断面が円形の軸体を用いると、上記のような直線溝を備える軸体を用いる場合と比較して、筒状球体保持器の厚みを軸体の直径に対する比として大きくし易い。このため、筒状球体保持器の十分な機械的強度を得やすい。従って、本発明の直動軸受は、断面が円形の軸体の直動に用いることが特に好ましい。

軸体としては、中空の軸体を用いることもできる。中空の軸体を挿入した本発明の直動軸受、すなわち本発明の直動装置は、電子部品などの微小部品の配置ユニットに特に好ましく用いることができる。

中空の軸体の下端に微小部品の吸着ノズルを取り付け、上端の開口部を減圧装置に接続し、そして軸体の内部を減圧装置によって減圧することにより、前記吸着ノズルに微小部品を吸着することが可能になる。

１０ 直動軸受
１１ 外筒
１２ 筒状球体保持器
１３ 球体
１４ スリット
１５ 球体循環溝
１６ 止め輪
２０ 直動装置
２１ 軸体
ｄ₀ 軸体の直径
ｄ₁ 球体の直径
ｄ₂ 外筒の外径
ｔ 外筒の厚み

Claims (4)

1. 外筒、外筒の内側に嵌め合わされている筒状球体保持器、及び該筒状球体保持器に保持された複数個の球体を含み、ただし、該筒状球体保持器は、その内周側に軸方向に沿って形成されたスリットを介して二以上の球体を部分的に突出させた状態にて収容している軸方向に伸びたループ状の複数条の球体循環溝を備えている、直径が３〜９ｍｍの軸体の直動のための直動軸受であって、軸体の直径ｄ₀、球体の直径ｄ₁、外筒の外径ｄ₂、そして外筒の厚みｔが下記の関係：
   （１）１．４＜ｄ₂／ｄ₀＜１．８
   （２）０．１＜ｄ₁／ｄ₀＜０．２
   （３）０．１＜ｔ／ｄ₀＜０．２
   にあることを特徴とする直動軸受。
2. 軸体の上下方向の直動に用いる請求項１に記載の直動軸受。
3. 直径が３〜５ｍｍの軸体の直動のための請求項１に記載の直動軸受。
4. 外筒、外筒の内側に嵌め合わされている筒状球体保持器、及び該筒状球体保持器に保持された複数個の球体を含み、ただし、該筒状球体保持器は、その内周側に軸方向に沿って形成されたスリットを介して二以上の球体を部分的に突出させた状態にて収容している軸方向に伸びたループ状の複数条の球体循環溝を備えている直動軸受、そして該直動軸受に挿入されている直径が３〜９ｍｍの軸体を含む、軸体が垂直方向に配置されている直動装置であって、軸体の直径ｄ₀、球体の直径ｄ₁、外筒の外径ｄ₂、そして外筒の厚みｔが下記の関係：
   （１）１．４＜ｄ₂／ｄ₀＜１．８
   （２）０．１＜ｄ₁／ｄ₀＜０．２
   （３）０．１＜ｔ／ｄ₀＜０．２
   にあることを特徴とする直動装置。

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