JP4341650B2 - 直動案内軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボールの転がりを利用した直動案内軸受装置に関し、特に産業機械等に用いられる低騒音の直動案内軸受装置として好適なものである。

従来のこの種の直動案内軸受装置としては、例えば図８に示すように、軸方向に延設された案内レール１０１と、その上に移動可能に跨架されたスライダ１０２とを備えたものがある。案内レール１０１の両側面には、夫々、軸方向に転動体転動溝１０３が形成され、スライダ１０２のスライダ本体１０２Ａには、その両袖部１０４の内側面に、夫々、転動体転動溝１０３に対向する転動体転動溝（図示せず）が形成されている。

そして、これらの向き合った両転動体転動溝の間には転動体としての多数の鋼球（ボール）Ｋが転動自在に装填され、そのボールＫの転動を介してスライダ１０２が案内レール１０１上を軸方向に沿って移動できるようになっている。この移動につれて、案内レール１０１とスライダ１０２との間に介在するボールＫは転動してスライダ１０２のスライダ本体１０２Ａの端部に移動するが、スライダ１０２を軸方向に継続して移動させていくためには、これらのボールＫを無限に循環させる必要がある。

そこで、スライダ本体１０２Ａの袖部１０４内に更に軸方向に貫通する転動体通路としての直線状の貫通孔（図示せず）を形成すると共に、スライダ本体１０２Ａの前後両端にエンドキャップ１０５を設けて、これに上記両転動体転動溝と転動体通路としての貫通孔とを連通する半円弧状に湾曲した転動体循環路（図示せず）を形成することにより、転動体無限循環軌道を構成している。従って、直動案内のために前記転動体転動溝からなる直線軌道（負荷を受ける）を移動したボールは前記転動体循環路からなる曲線軌道に入り、この曲線軌道から出て別の直線軌道（負荷を受けない）を移動するようになっている。そして、この曲線軌道部分（負荷を受けない）と負荷を受けない方の直線軌道部分とを循環路とも呼んでいる。

このような直動案内軸受装置のうち、作動性の向上を目的としたものとしては、例えば実開昭５９−１０３９２８号公報（以下、従来例１と記す）や、特公昭６３−８３３０号公報（以下、従来例２と記す）に記載されるものがある。このうち、従来例１は、前記循環路の中で曲線軌道の外側ボール接触面を構成するエンドキャップと呼ばれる外側案内部材のうち、ボールが最初に接触する先端部を、負荷を受けて直線軌道を移動するボールに接触する位置に設定して、ボールがそこに当接するときの衝撃力を低減することで作動性を向上させようとするものである。また、前記従来例２は、前記循環路の入口に保持器を備えてボールを掬い上げ、前記直線軌道からボールが循環路，即ち曲線軌道に入るときの衝撃力を低下することで作動性を向上させようとするものである。

以上、これらの従来例は、作動性の向上を図るため、ボールが整然と並ばずに互い違いに並んでいる、所謂千鳥状態になること防ぐこと、或いは円滑なボールの公転を達成するためになされたものであり、低騒音化を狙ったものではない。ところで、本発明においては、前記循環路を有する直動案内軸受装置の騒音の主原因は、当該循環路内でボールが循環路を構成する各種の案内部材に衝突すること、特にボール公転軌道が不安定となる直線軌道から曲線軌道へのボールの入口部又は曲線軌道からのボールの出口部におけるボールの遊び代量に、騒音との相関関係があることに着目したものである。

即ち、騒音の主原因である衝突に関して、騒音を低減するには、衝突力を低減すること、衝突回数を低減することの二つが考えられるが、下記する理由により衝突力を低減することがデメリットもあるため、より容易である衝突回数を低減することによって、本発明は低騒音化と併せて高作動性をも図るものである。ここで、衝突力を大幅に低減するために最も効果があることは衝突するボールの質量を小さくすることであるが、ボール径のサイズダウンは直動案内軸受装置の負荷容量等の低下を、セラミックボールなどの低比重のボールの使用はコストアップを引き起こす等のデメリットがあり、掬い上げ形状の変更だけではボールの持つ衝突エネルギーは何ら変化していないため、低騒音化には大きな効果が望めない。

上記に鑑みて、従来例をみてみると、従来例１及び従来例２は掬い上げ部での衝突力を若干は低減することはできるが、衝突回数を低減することはできず、低騒音化に大きな効果が得られない。例えば図９は、直線軌道内を移動するボールＢを曲線軌道外側案内部材Ａの先端部で掬い上げて曲線軌道，即ち循環路内に導入するようにしたものであり、曲線軌道内側案内部材Ｃのボール接触面をやや曲線軌道内側に、曲線軌道外側案内部材Ａのボール接触面をやや曲線軌道外側に設定することで、ボールＢに遊び代を与えたものであるが、例えば直線軌道から曲線軌道に位相αだけ移動したとき、無負荷状態になっているボールＢの遊び代Ｄαよりも、外側案内部材による拘束がなくなるために、直線軌道から位相βだけ移動した曲線軌道入口近傍での無負荷状態になっているボールＢの遊び代Ｄβの方が遊び代が大きく、当初に設定した設計上のボールの遊び代Ｄα以上の遊び代Ｄβを、ボールの公転軌道上の極大値として持つこととなる。つまり、この曲線軌道入口近傍の極大状態の遊び代Ｄβで遊んだ，即ち本来の位置から大きく外れたボールＢが、続く無負荷状態の小さな遊び代Ｄα、若しくは負荷側の遊び代のない状態に向かって拘束されるときに、当初の設計上の狙いよりも大きく、周囲の案内部材Ａ，Ｃや案内レールに衝突することになり、そのとき騒音が発生することになる。

また、従来例１では、本構成を達成するために直線軌道を構成する案内部材、即ちレールのボール転動溝を極端に浅くする必要があるために負荷容量が低下することや、実際に製作するのが各部品精度及び加工精度より著しく困難であるという問題もある。また、従来例２では、各部材の精度や加工誤差により、当初に狙った掬い上げが達成できず、作動性に悪影響が生じるという問題もある。

本発明は、これらの諸問題に鑑みて開発されたものであり、ボールと案内部材又は案内レールとの衝突回数を低減することにより、容易に騒音を低減することができる直動案内軸受装置を提供することを目的とするものである。

かかる目的を達成するために、本発明の直動案内軸受装置は、案内用のボールが案内部材によって規制された曲線軌道に沿って移動する部分を有し、ボールは、直線軌道から曲線軌道に入り、且つ曲線軌道から直線軌道に出てゆくようになっている直動案内軸受装置において、前記直線軌道が直線軌道内側案内部材と直線軌道外側案内部材とで構成され、前記曲線軌道が曲線軌道外側案内部材と曲線軌道内側案内部材とで構成され、且つ前記直線軌道外側案内部材と前記曲線軌道内側案内部材とは別体に形成されており、前記曲線軌道の中心軸を前記直線軌道の中心軸より内側にずらすことによって、前記直線軌道から前記曲線軌道への乗り移り点から曲線軌道外側案内部材によってボールの掬い上げが開始されるまでの間のボールの遊び代を前記掬い上げが開始された以降の曲線軌道における循環路内の無負荷状態でのボールの遊び代より小さくしたことを特徴とするものである。

なお、遊び代とは、ボールの本来の移動方向に対する直交方向への許容移動量を示す。また、無負荷状態となる循環路内でのボールの遊び代とは、例えば、曲線軌道では、内側案内部材と外側案内部材との両者で、ボールの公転軌道の進行方向に対する直交方向への移動が規制されている部分におけるボールの遊び代を、或いは、戻り通路となる直線軌道部分におけるボールの遊び代を示す。

上記の説明から明らかなように、本発明の直動案内軸受装置によれば、曲線軌道へのボールの入口でのボールの遊び代を、無負荷状態となる循環路内でのボールの遊び代より小さくしたため、曲線軌道の入口でのボールの遊びが小さくなり、ボールがスムーズに安定した軌道をもって循環路内に導かれるため、ボールが周囲の案内部材やレールに衝突する回数が低減し、騒音が低減されると共に高作動性となる。また、曲線軌道のボールの入口の遊び代を小さくするために、新たな部材を必要とせず、また複雑な加工や高精度な加工を必要としないので、コストの増加を抑制し、容易に発明を実施することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面等を参照して説明する。
図１は、本発明の直動案内軸受装置の第１実施形態を示すものである。この図は、レールと呼ばれる直線軌道内側案内部材５と、ベアリングと呼ばれる直線軌道外側案内部材６とで構成されるボール（鋼球）３の直線軌道部分と、エンドキャップと呼ばれる曲線軌道外側案内部材１と、リターンガイドと呼ばれる曲線軌道内側案内部材２とで構成されるボール３の曲線軌道部分との接続部分の説明図であり、直線軌道を移動したボール３は曲線軌道に入り、ここで１８０°方向転換され、当該曲線軌道から出て再び異なる直線軌道を移動するように構成されている。従って、ここでは、この曲線軌道部分が循環路の一部を構成している。なお、本実施形態の前記直線軌道外側案内部材６と曲線軌道内側案内部材２とは別体に形成されている。また、曲線軌道外側案内部材１の直線軌道側端部を先鋭にし、その先端部を、直線軌道内側案内部材５の内側に差し込み、直線軌道を移動するボール３をガイドして曲線軌道内に掬い上げるようになっている。また、曲線軌道外側案内部材１のボール接触面は単純な半円弧である。

この実施形態では、ボール３が前記直線軌道から曲線軌道に乗り移ってから（図１の点δを過ぎてから）、位相γになる間を除いて、従来と同様に曲線軌道内側案内部材２のボール接触面を曲線軌道のやや内側に、曲線軌道外側案内部材１のボール接触面を曲線軌道のやや外側に設定し、ボール本来の移動方向に対して直交方向に従来と同じ遊び代Ｄαを設けている。そして、前述のように、従来は直線軌道から曲線軌道への移行と同時に曲線軌道内側案内部材２のボール接触面を曲線軌道のやや内側に設定していたのに対し、本実施形態では、直線軌道から曲線軌道への乗り移り点δから位相γまでの間，即ち実質的に曲線軌道外側案内部材１によってボール３の掬い上げが開始されるまでの間、曲線軌道内側案内部材２のボール接触面を従来よりもより外側に設定している。これにより、従来では遊び代が極大値（Ｄα以上）となった、この位相βにおける曲線軌道入口のボールの遊び代Ｄβは、無負荷状態となる循環路内でのボール３の遊び代Ｄαより小さくなっている。ここで、曲線軌道出入口とは、曲線軌道内側案内部材２の中心と曲線軌道外側案内部材１のボールの掬い上げが開始される点とを結んだ直線から、直線軌道外側案内部材６の端面と曲線軌道外側案内部材１の接触面までの角度範囲、即ち位相γの角度範囲のうち、特に曲線軌道外側案内部材１によってボール３が掬い上げられる部分を言う。このように曲線軌道出入口でのボール３の遊び代Ｄβを小さくしておくと、この部分での遊び，即ちボール本来の位置からのずれが小さくなり、その前後でボール３が曲線軌道外側案内部材１や同内側案内部材２や直線軌道内側案内部材５に衝突する回数が少なくなり、これにより衝突に伴う騒音を低減できるのである。また、部品点数を増加することもなく、コストの増加を抑制防止しながら、容易に騒音を低減することが可能となる。また、特に、各部の遊び代は、曲線軌道外側案内部材１と曲線軌道内側案内部材２との相対的な位置関係だけで決まるので、以下の第２実施形態のように例えば直線軌道外側案内部材６と曲線軌道外側案内部材１との高精度な位置合わせは必要でなくなり、組立作業の容易化やコスト低廉化を図ることが可能となる。なお、前記曲線軌道内側案内部材２のボール接触面を従来よりも外側に膨らませる形状については、図１の形状に限定されるものではなく、例えば、楕円形状やＲ形状、或いはそれらの複合形状等、要は曲線軌道出入口部におけるボール３の遊び代Ｄβを従来より小さくできるように、曲線軌道内側案内部材２のボール接触面が従来よりも外側に膨らんでいればよい。

以上を別の視点で見たものが図５，図６である。前述した従来例では、直線軌道部の負荷側となるＡ区間においては、図５，図６のように遊び代がなく、前記位相γとなるまでの曲線軌道部のＢ区間においては遊び代が極大となり、位相γ以降のＣ区間においては一定の遊び代Ｄαとなり安定したボールの公転軌道となる。これに対して、本実施形態では、曲線軌道の出入口での遊び代を抑えたため、従来例のように極大値を持つことがなく、遊び代がほぼ一様に変化していくため、低騒音となる。

次に、本発明の直動案内軸受装置の第２実施形態について図２を用いて説明する。
本実施形態では、曲線軌道の中心軸を直線軌道の中心軸より内側にずらしている。これにより、直線軌道から曲線軌道への乗り移り点δから位相γとなるまでの間、ボール中心の任意の位相βにおける曲線軌道出入口でのボールの遊び代Ｄβを、前記位相γ以降の曲線軌道での位相αにおける循環路内の無負荷状態でのボールの遊び代Ｄαより小さくすることができる。そして、このようにすることで、前記第１実施形態と同様に、曲線軌道出入口でのボール３の遊び代Ｄβを従来より小さくすることにより、ボール３が曲線軌道外側案内部材１や同内側案内部材２や直線軌道内側案内部材５に衝突する回数が少なくなり、衝突に伴う騒音を低減できるのである。また、部品点数を増加することもなく、それらの構成部材の加工法もさほど複雑なものでも高精度なものでもないので、コストの増加を抑制防止しながら、容易に騒音を低減することが可能となる。また、本実施形態では、前記第１実施形態よりもボールの掬い上げタング部（前記曲線軌道外側案内部材１の直線軌道側端部）をより一層直線軌道に近い位置となすことができ、第１実施形態よりも早期にボールを循環路内に導くことができ、案内部材、即ちレール５とボール３との衝突を少なくすることができ、第１実施形態よりもより一層低騒音の効果が得られる。

次に、本発明の直動案内軸受装置の第３実施形態について図３を用いて説明する。
この実施形態では、前記直線軌道内側案内部材５と曲線軌道外側案内部材１との間の隙間に、薄板板金、ワイヤ等で構成される中間内側案内部材４を配設し、この中間内側案内部材４でボール３を掬い上げるようにして曲線軌道外側案内部材１に導く。即ち、ボール３は直線軌道内側案内部材５から曲線軌道外側案内部材１に直接乗り移るのではなく、一旦、中間内側案内部材４に掬い上げられてから（位相γの位置）曲線軌道外側案内部材１に乗り移る。従って、この中間内側案内部材４によってボール３の遊びが拘束されるため、前記直線軌道から曲線軌道への乗り移り点δから位相γとなるまでの間の位相βにおける（特にボール３が中間内側案内部材４によって掬い上げられる部分）曲線軌道出入口のボールの遊び代Ｄβを従来より小さくすることができ、位相γ以降の曲線軌道での位相αにおける循環路内の無負荷状態でのボールの遊び代Ｄαより小さくすることができる。そして、このようにすることで、前記第１実施形態と同様に、曲線軌道出入口でのボールの遊び代Ｄβが従来より小さくなり、ボール３が曲線軌道外側案内部材１や同内側案内部材２や直線軌道内側案内部材５に衝突する回数が少なくなり、衝突に伴う騒音を低減できるのである。また、構成部材の加工法もさほど複雑なものでも高精度なものでもないので、コストの増加を抑制防止しながら、容易に騒音を低減することが可能となる。また、特に中間内側案内部材４は、遊び代の調整機能だけでなく、ボールを保持して脱落を防止する機能も有する。

以上の３つの実施形態では、ボールを掬い上げるエンドキャップのタングの形状はタング先端がレールのボール転動溝に入り込む凸型掬い上げ形状となっているが、その掬い上げ形状に限定されるものではなく、例えばレールのボール転動溝を浅溝として図７のようなエンドキャップでボールを掬い上げる凹型掬い上げ形状（所謂舟底掬い上げエンドキャップ）としてもよい。

次に、前記各実施形態において曲線軌道出入口，即ち循環路出入口のボールの遊び代を種々に変更したときの騒音レベルの違いについて説明する。図４は、前記循環路出入口近傍の遊び代（図ではクリアランス量）の最大値（或いは極大値）をボール直径（図では鋼球径）に対する比で表し、それを種々に変更したときの騒音レベルを示したものである。一方、標準品の騒音レベルは約６７ｄＢであることから、循環路出入口近傍の遊び代は、ボール直径に対して約０．５％から約１１％の範囲で騒音低減効果が見られ、特に約１．５％から約１０％の範囲で騒音低減効果が大きい。また、特に遊び代が極端に小さくなると逆に騒音レベルが大きくなっているが、これは所謂玉詰まりを誘発したために作動性が低下したのが原因であり、慣例的に用いられる「循環路内ではある程度の遊びが必要」という評価と一致した結果となる。

本発明の直動案内軸受装置の第１実施形態を示す曲線軌道出入口部分の断面図である。 本発明の直動案内軸受装置の第２実施形態を示す曲線軌道出入口部分の断面図である。 本発明の直動案内軸受装置の第３実施形態を示す曲線軌道出入口部分の断面図である。 曲線軌道出入口部分のボール直径（鋼球径）に対する遊び代の大きさを評価するための騒音レベルの説明図である。 ボール位置とボール直径に対する遊び代の大きさの説明図である。 図５のボール位置とボール直径（鋼球径）に対する遊び代の大きさとの関係を示すグラフである。 本発明の直動案内軸受装置のその他の実施形態を示すエンドキャップの斜視図である。 直動案内軸受装置の全体図である。 従来の直動案内軸受装置の一例を示す曲線軌道出入口部分の断面図である。

符号の説明

１は曲線軌道外側案内部材
２は曲線軌道内側案内部材
３はボール
４は中間内側案内部材
５は直線軌道内側案内部材
６は直線軌道外側案内部材
Ｄαは無負荷状態となる循環路内でのボールの遊び代
Ｄβは曲線軌道出入口でのボールの遊び代

Claims (1)

1. 案内用のボールが案内部材によって規制された曲線軌道に沿って移動する部分を有し、ボールは、直線軌道から曲線軌道に入り、且つ曲線軌道から直線軌道に出てゆくようになっている直動案内軸受装置において、前記直線軌道が直線軌道内側案内部材と直線軌道外側案内部材とで構成され、前記曲線軌道が曲線軌道外側案内部材と曲線軌道内側案内部材とで構成され、且つ前記直線軌道外側案内部材と前記曲線軌道内側案内部材とは別体に形成されており、前記曲線軌道の中心軸を前記直線軌道の中心軸より内側にずらすことによって、前記直線軌道から前記曲線軌道への乗り移り点から曲線軌道外側案内部材によってボールの掬い上げが開始されるまでの間のボールの遊び代を前記掬い上げが開始された以降の曲線軌道における循環路内の無負荷状態でのボールの遊び代より小さくしたことを特徴とする直動案内軸受装置。

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