JP5130841B2 - Linear motion device - Google Patents

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Description

本発明は、産業機械等の機械装置の送り機構等に用いられるボールねじ装置やリニアガイド装置等の直動装置に関し、特に摩擦抵抗を低減した直動装置に関する。   The present invention relates to a linear motion device such as a ball screw device or a linear guide device used for a feed mechanism of a mechanical device such as an industrial machine, and more particularly to a linear motion device with reduced frictional resistance.

従来の直動装置としてのリニアガイド装置は、外形面にゴシックアーク形状で形成されたレール軌道溝を有するレールと、内形面にレール軌道溝に対向するゴシックアーク形状で形成されたスライダ軌道溝を有するスライダと、レール軌道溝とスライダ軌道溝とで形成される負荷路を転動する複数のボールとを備え、このボールとレール軌道溝およびスライダ軌道溝とを４点接触させ、従来はそれぞれ４５度に設定されていた接触角を、レール軌道溝およびスライダ軌道溝のいずれか一方を４５度未満に設定すると共に、他方を４５度より大きく設定してボールの脱落を防止すると共にレールの幅方向および高さ方向の剛性の均一化を図っている（例えば、特許文献１参照。）。   A linear guide device as a conventional linear motion device has a rail having a rail raceway groove formed in a gothic arc shape on an outer surface and a slider raceway groove formed in a gothic arc shape facing the rail raceway groove on an inner shape surface. And a plurality of balls that roll on a load path formed by the rail raceway groove and the slider raceway groove. The ball, the rail raceway groove, and the slider raceway groove are brought into contact with each other at four points. The contact angle set to 45 degrees is set so that one of the rail track groove and the slider track groove is less than 45 degrees, and the other is set larger than 45 degrees to prevent the balls from falling and the width of the rail. The rigidity in the direction and the height direction is made uniform (for example, refer to Patent Document 1).

一方、機械装置の送り機構に用いられるボールねじ装置やリニアガイド装置等の直動装置の摩擦抵抗を低減させる場合には、カムフォロアを用いたものや、図９に示す２つの平面を組合せたＶ字溝１００にボール１０１を４点で接触させるもの、図１０に示す矩形断面の溝の角部に設けられた円柱状の線状部材１０２にボール１０１を４点で接触させるもの等が一般的に用いられている。
特開２００４−５２７９２号公報（第２頁段落０００３、第４頁段落００１１−第６頁段落００２５、第２図、第４図） On the other hand, when reducing the frictional resistance of a linear motion device such as a ball screw device or a linear guide device used in a feed mechanism of a mechanical device, a cam follower or a combination of two planes shown in FIG. Generally, the ball 101 is brought into contact with the character groove 100 at four points, the ball 101 is brought into contact with the cylindrical linear member 102 provided at the corner of the rectangular groove shown in FIG. It is used for.
JP 2004-52792 A (2nd page paragraph 0003, 4th page paragraph 0011-6th page paragraph 0025, FIGS. 2 and 4)

しかしながら、上述した一般的な摩擦抵抗を低減させる技術においては、カムフォロア等の回転軸受を利用した直動装置の場合は、装置自体が大型化するという問題がある。
また、Ｖ字溝や線状部材を用いたものは、摩擦抵抗を低減させることはできるものの、接触楕円が極端に小さくなり、剛性が不足するという問題がある。
この剛性を高めるために、ボールの半径より大きい半径を有する円弧をＶ字状に配置したゴシックアーク形状を柱状ガイド体の軌道溝であるレール軌道溝やベアリングブロックの軌道溝であるスライダ軌道溝に用いることが行われている。 However, in the general technique for reducing the frictional resistance described above, there is a problem that the linear motion device using a rotary bearing such as a cam follower is large in size.
Moreover, although the thing using a V-shaped groove | channel or a linear member can reduce frictional resistance, there exists a problem that a contact ellipse becomes extremely small and rigidity is insufficient.
In order to increase the rigidity, a Gothic arc shape in which arcs having a radius larger than the radius of the ball are arranged in a V shape is formed on the rail raceway groove which is the raceway groove of the columnar guide body and the slider raceway groove which is the raceway groove of the bearing block. It is being used.

ゴシックアーク形状の軌道溝を用いた従来の特許文献１の技術においては、レール軌道溝およびスライダ軌道溝のいずれか一方の接触角（ボールの自転軸に直交する方向からの角度をいう。）を４５度未満に設定すると共に、他方の接触角を４５度より大きく設定しているため、接触角の相違に起因して、ボールとレール軌道溝およびスライダ軌道溝との接触点における自転軸からの半径が異なり、両方の接触点で差動滑り（ボールと軌道溝との接触部における自転による周方向速度と、ボール自体の移動速度（公転速度を含む。）との差に基づく滑りをいう。）が生じ、差動滑りによる動摩擦力が増加して摩擦抵抗が増大するという問題がある。   In the conventional technique of Patent Document 1 using a gothic arc-shaped raceway groove, the contact angle of one of the rail raceway groove and the slider raceway groove (referred to as an angle from the direction perpendicular to the ball's rotation axis). Since the other contact angle is set to be greater than 45 degrees while being set to be less than 45 degrees, due to the difference in contact angle, the contact point between the ball, the rail track groove, and the slider track groove from the rotation axis. The slip is based on the difference between the difference in radius and differential slip at both contact points (the circumferential speed due to rotation at the contact portion between the ball and the raceway groove and the movement speed of the ball itself (including revolution speed)). ) Occurs, and the dynamic frictional force due to differential slip increases and the frictional resistance increases.

このことは、ねじ軸とナットとをボールを介して螺合させ、ねじ軸を回転させてナットを直線的に移動させる直動装置としてのボールねじ装置における摩擦抵抗の場合も同様である。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、直動装置における摩擦抵抗を低減する手段を提供することを目的とする。 The same applies to the case of friction resistance in a ball screw device as a linear motion device in which a screw shaft and a nut are screwed together via a ball and the screw shaft is rotated to linearly move the nut.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide means for reducing frictional resistance in a linear motion device.

本発明は、上記課題を解決するために、外形面に軌道溝を形成した柱状ガイド体と、内形面に前記柱状ガイド体の軌道溝に対向する軌道溝を形成したベアリングブロックと、前記柱状ガイド体の軌道溝と前記ベアリングブロックの軌道溝とで形成される負荷路と、該負荷路を転動する複数のボールとを備えた直動装置において、
前記ボールと、前記柱状ガイド体の軌道溝および前記ベアリングブロックの軌道溝とを接触角を０度として２点接触させると共に、前記各軌道溝の溝半径をＲとし、前記ボールの直径をＤａとしたときに、曲率比Ｒ／Ｄａを０．７超、０．９以下としたことを特徴とする。 The present invention, in order to solve the above problems, a columnar guide body forming the trajectories Michimizo the outer surface, and a bearing block forming the trajectories Michimizo the you face the raceway groove of the columnar guide body to inner contour surface In a linear motion device comprising a load path formed by the raceway groove of the columnar guide body and the raceway groove of the bearing block, and a plurality of balls rolling on the load path,
The ball, the raceway groove of the columnar guide body and the raceway groove of the bearing block are brought into contact at two points with a contact angle of 0 degree, the radius of each raceway groove is R, and the diameter of the ball is Da. The curvature ratio R / Da is more than 0.7 and 0.9 or less .

これにより、本発明は、ボールの自転軸Ｃｊと直交する方向の接触円半径差ΔＷを小さくすることができ、差動滑りを抑制して直動装置の摩擦抵抗を低減することができるという効果が得られる。   Accordingly, the present invention can reduce the contact circle radius difference ΔW in the direction orthogonal to the ball's rotation axis Cj, and can suppress the differential slip and reduce the frictional resistance of the linear motion device. Is obtained.

以下に、図面を参照して本発明による直動装置の実施例について説明する。   Embodiments of a linear motion device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は実施例１のリニアガイド装置を示す斜視図、図２は実施例１の負荷路を示す説明図である。
図１において、１は直動装置としてのリニアガイド装置である。
２は直動装置の柱状ガイド体としてのレールであり、合金鋼等の鋼材で製作された長尺の柱状部材であって、そのレール２の上面（レール上面２ａという。）には機械装置の基台等にレール２を設置するための段付ボルト孔であるレール取付孔３が所定のピッチで複数設けられている。 FIG. 1 is a perspective view illustrating a linear guide device according to a first embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a load path according to the first embodiment.
In FIG. 1, 1 is a linear guide device as a linear motion device.
Reference numeral 2 denotes a rail as a columnar guide body of the linear motion device, which is a long columnar member made of a steel material such as alloy steel, and the upper surface of the rail 2 (referred to as the rail upper surface 2a) is a machine device. A plurality of rail mounting holes 3 which are stepped bolt holes for installing the rail 2 on a base or the like are provided at a predetermined pitch.

４は柱状ガイド体の軌道溝としてのレール軌道溝であり、レール２の外形面としての両方のレール側面の長手方向に沿って形成されたゴシックアーク形状の溝である。
５は直動装置のベアリングブロックとしてのスライダであり、合金鋼等の鋼材で製作された略コの字状の断面形状を有する鞍状部材であって、そのスライダ上面５ａには取付ねじ穴６が設けられており、この取付ねじ穴６を用いて機械装置の移動台等がボルト等により締結される。 Reference numeral 4 denotes a rail track groove as a track groove of the columnar guide body, which is a gothic arc-shaped groove formed along the longitudinal direction of both rail side surfaces as the outer surface of the rail 2.
Reference numeral 5 denotes a slider as a bearing block of a linear motion device, which is a bowl-shaped member having a substantially U-shaped cross-sectional shape made of a steel material such as alloy steel. A mounting screw hole 6 is formed on the slider upper surface 5a. The moving table of the mechanical device is fastened with a bolt or the like using the mounting screw hole 6.

スライダ５の両方の袖壁５ｂには、その内側である内形面にレール軌道溝４に対向するゴシックアーク形状の溝であるベアリングブロックの軌道溝としてのスライダ軌道溝７が設けられ、その厚肉部にはスライダ５の移動方向（スライダ移動方向という。）にスライダ５を貫通する直動装置の転動体としてのボール８の直径より大きい貫通孔である戻り路９がそれぞれのスライダ軌道溝７に対応して設けられている。   Both sleeve walls 5b of the slider 5 are provided with a slider raceway groove 7 as a raceway groove of a bearing block which is a gothic arc-shaped groove facing the rail raceway groove 4 on the inner shape surface inside thereof. In the flesh portion, there are return paths 9 which are through holes larger than the diameter of the balls 8 as rolling elements of the linear motion device that penetrates the slider 5 in the moving direction of the slider 5 (referred to as slider moving direction). It is provided corresponding to.

上記のスライダ軌道溝７とこれに対向するレール軌道溝４とで図２に示すリニアガイド装置１の負荷路１０が形成され、負荷路１０を転動する複数のボール８がレール２とスライダ５を嵌合させる。
本実施例のボール８は合金鋼等の鋼材で製作された球体であり、負荷路１０を形成するレール軌道溝４とスライダ軌道溝７とのゴシックアーク形状に内接する内接円の直径より僅かに大きい外径を有するオーバーサイズボールであって、それぞれのゴシックアーク形状に２点、合計４点で接触し、レール軌道溝４とスライダ軌道溝７との間に予圧を付与する機能を有している。 The load path 10 of the linear guide device 1 shown in FIG. 2 is formed by the slider track groove 7 and the rail track groove 4 opposed thereto, and a plurality of balls 8 rolling on the load path 10 are formed by the rail 2 and the slider 5. Mate.
The ball 8 of this embodiment is a sphere made of a steel material such as alloy steel, and is slightly smaller than the diameter of the inscribed circle inscribed in the Gothic arc shape of the rail raceway groove 4 and the slider raceway groove 7 forming the load path 10. Are oversized balls having a large outer diameter, contacting each gothic arc shape at two points, a total of four points, and having a function of applying a preload between the rail raceway groove 4 and the slider raceway groove 7. ing.

１２はエンドキャップであり、金属材料や樹脂材料等で製作され、スライダ５のスライダ移動方向の前後端に配置される。
１３はエンドキャップ１２に設けられた方向転換路であり、負荷路１０と戻り路９とをそれぞれ接続するための円形断面形状を有する湾曲した通路であって、ボール８を案内してその循環方向を転向させる機能を有している。 Reference numeral 12 denotes an end cap, which is made of a metal material, a resin material, or the like, and is disposed at the front and rear ends of the slider 5 in the slider moving direction.
Reference numeral 13 denotes a direction change path provided in the end cap 12, which is a curved path having a circular cross-sectional shape for connecting the load path 10 and the return path 9, respectively, and guides the ball 8 in its circulation direction. Has the function of turning.

１４はサイドシールであり、合金鋼等の板材で製作された芯金とこの芯金のレール２側に設けられた天然ゴムや合成ゴム等の弾性材料で製作されたシール体１５とにより構成されてエンドキャップ１２の外側の端面に配置され、ボルト等によりエンドキャップ１２と共にスライダ５に取付けられており、シール体１５の先端のリップ部がレール２の外周面に摺接して接触式シールとして機能する。   Reference numeral 14 denotes a side seal, which is composed of a core bar made of a plate material such as alloy steel and a seal body 15 made of an elastic material such as natural rubber or synthetic rubber provided on the rail 2 side of the core bar. Are arranged on the outer end surface of the end cap 12 and are attached to the slider 5 together with the end cap 12 by bolts or the like, and the lip portion at the tip of the seal body 15 is in sliding contact with the outer peripheral surface of the rail 2 to function as a contact-type seal. To do.

１６はグリースニップルであり、エンドキャップ１２のスライダ５側の端面に形成された図示しない潤滑剤供給溝に接続し、方向転換路１３に潤滑剤としてのグリースを補充するときに用いられる。
上記の負荷路１０の両端部は、エンドキャップ１２の方向転換路１３とスライダ５の戻り路９とで形成される連通路によりそれぞれ連通されてリニアガイド装置１の循環路が形成され、この循環路には複数のボール８と所定の量の潤滑剤、例えばグリースが封入され、レール軌道溝４とスライダ軌道溝７とがオーバーサイズボールであるボール８を介して４点接触の状態で嵌合し、スライダ５の移動に伴ってボール８が循環路を循環し、負荷路１０を転動するボール８がスライダ５に加えられた荷重を往復動自在に支持し、スライダ５がレール２の長手方向に沿った直線往復移動可能に支持され、リニアガイド装置１が直動装置として機能する。 A grease nipple 16 is connected to a lubricant supply groove (not shown) formed on the end face of the end cap 12 on the slider 5 side, and is used when replenishing the direction change path 13 with grease as a lubricant.
Both ends of the load path 10 are connected to each other by a communication path formed by the direction changing path 13 of the end cap 12 and the return path 9 of the slider 5 to form a circulation path of the linear guide device 1. A plurality of balls 8 and a predetermined amount of lubricant, such as grease, are enclosed in the road, and the rail track groove 4 and the slider track groove 7 are fitted in a four-point contact state via the oversized ball 8. As the slider 5 moves, the ball 8 circulates in the circulation path, the ball 8 rolling on the load path 10 supports the load applied to the slider 5 so as to be able to reciprocate, and the slider 5 extends in the longitudinal direction of the rail 2. The linear guide device 1 functions as a linear motion device.

上記の構成の作用について説明する。
本実施例の負荷路１０は、図２に示すようにゴシックアーク形状のレール軌道溝４とゴシックアーク形状のスライダ軌道溝７との間に、オーバーサイズボールであるボール８が、各ゴシックアーク形状を構成する溝半径Ｒの各円弧にそれぞれ４５度未満（図示の例では１５度）の接触角αで４点接触の状態で配置され、それぞれの接触部には接触楕円が形成される。 The operation of the above configuration will be described.
As shown in FIG. 2, the load path 10 of the present embodiment has a ball 8, which is an oversized ball, between a gothic arc-shaped rail track groove 4 and a gothic arc-shaped slider track groove 7. Are arranged in a four-point contact state with a contact angle α of less than 45 degrees (15 degrees in the illustrated example), and a contact ellipse is formed at each contact portion.

この場合のボール８の直径Ｄａに対する溝半径Ｒの曲率比Ｒ／Ｄａは、０．５４に設定されている。
このように、接触角αを４５度未満に設定すれば、図３に示す同じ曲率比Ｒ／Ｄａの接触角α＝４５度の場合に比べて、レール軌道溝４およびスライダ軌道溝７とボール８との接触部における、ボール８の自転軸Ｃｊと直交する方向のボール８の内側接触円（図２に示す中心側の破線）の半径と外側接触円の半径との差（接触円半径差ΔＷという。）が小さくなり、差動滑りの範囲が減少して動摩擦力が減少する。 In this case, the curvature ratio R / Da of the groove radius R to the diameter Da of the ball 8 is set to 0.54.
Thus, when the contact angle α is set to less than 45 degrees, the rail track groove 4 and the slider track groove 7 and the ball are compared with the case of the contact angle α = 45 degrees with the same curvature ratio R / Da shown in FIG. The difference between the radius of the inner contact circle of the ball 8 (broken line on the center side shown in FIG. 2) and the radius of the outer contact circle in the direction orthogonal to the rotation axis Cj of the ball 8 at the contact portion with the ball 8 (contact circle radius difference) ΔW) is reduced, the range of differential slip is reduced, and the dynamic friction force is reduced.

すなわち、レール軌道溝４およびスライダ軌道溝７とボール８とのそれぞれの接触角αが同一の場合は、その接触点Ｐにおける周方向速度Ｖは、ボール８の自転軸Ｃｊ周りの角速度をωとすると、それぞれ
Ｖ＝ω（Ｄａ・ｃｏｓα）／２ ・・・・・・・・・・・・（１）
となり、ボール８自体の移動速度と同等になるので、差動滑りは原則的に「０」、つまり差動滑りがない状態になる。 That is, when the contact angles α of the rail raceway groove 4 and slider raceway groove 7 and the ball 8 are the same, the circumferential velocity V at the contact point P is the angular velocity around the rotation axis Cj of the ball 8 as ω. Then, V = ω (Da · cos α) / 2 (1)
Thus, since the speed is equal to the moving speed of the ball 8 itself, the differential slip is basically “0”, that is, there is no differential slip.

リニアガイド装置１等の直動装置は、通常予圧が付与され、荷重を支持しながら移動するので、ボール８のレール軌道溝４およびスライダ軌道溝７との接触点Ｐを中心にその近傍で弾性変形が生じ、ボール８のレール軌道溝４およびスライダ軌道溝７との接触部が増加して接触楕円を形成し、これに伴って接触円半径差ΔＷが生ずる。
このとき、接触楕円内の各部位における自転軸Ｃｊからの半径と接触点Ｐにおける半径との差は、図２に破線で示す接触楕円の両側の縁に向かってが徐々に拡大し、ボール８自体の移動速度および自転の角速度ωは変化しないので、この半径差に基づく差動滑りが生じる。 The linear motion device such as the linear guide device 1 is normally applied with a preload and moves while supporting the load. Therefore, the linear motion device 1 is elastic in the vicinity of the contact point P of the ball 8 with the rail track groove 4 and the slider track groove 7. Deformation occurs, and the contact portion of the ball 8 with the rail raceway groove 4 and the slider raceway groove 7 increases to form a contact ellipse, with which a contact circle radius difference ΔW occurs.
At this time, the difference between the radius from the rotation axis Cj and the radius at the contact point P in each part in the contact ellipse gradually increases toward the edges on both sides of the contact ellipse indicated by broken lines in FIG. Since the moving speed of itself and the angular speed ω of rotation do not change, a differential slip based on this radius difference occurs.

このため、接触円半径差ΔＷが小さくなると、差動滑りによる動摩擦力が低減して摩擦抵抗が減少すると共に、差動滑りに伴う発熱を低減することができる。
図４は、接触角αを変化させた場合の動摩擦力の変化を示すグラフである。
図４において、横軸は接触角αを示し、縦軸は接触角α＝４５度のときの動摩擦力を１００％とした動摩擦比を示す。なお図４は曲率比Ｒ／Ｄａ＝０．５４の場合を示したものである。 For this reason, when the contact circle radius difference ΔW is reduced, the dynamic friction force due to the differential slip is reduced, the frictional resistance is reduced, and the heat generated by the differential slip can be reduced.
FIG. 4 is a graph showing changes in dynamic friction force when the contact angle α is changed.
In FIG. 4, the horizontal axis represents the contact angle α, and the vertical axis represents the dynamic friction ratio with the dynamic friction force at the contact angle α = 45 degrees as 100%. FIG. 4 shows the case where the curvature ratio R / Da = 0.54.

図４に示すように、接触角αを４５度未満にすれば、４５度以上の場合に比べて上記の理由により動摩擦力が低下することが判る。
このように、動摩擦力を低減するためには接触円半径差ΔＷを小さくすることが重要であり、接触円半径差ΔＷを小さくする他の方法として曲率比Ｒ／Ｄａを大きく設定する方法がある。 As shown in FIG. 4, it can be seen that if the contact angle α is less than 45 degrees, the dynamic friction force is reduced for the above reason as compared to the case of 45 degrees or more.
Thus, in order to reduce the dynamic frictional force, it is important to reduce the contact circle radius difference ΔW, and there is a method for setting the curvature ratio R / Da to be large as another method for reducing the contact circle radius difference ΔW. .

つまり、ボール８の直径に対する溝半径Ｒを大きくして、接触楕円自体を小さくする方法である。
図５は、曲率比Ｒ／Ｄａを変化させた場合の動摩擦力の変化を示すグラフである。
図５において、横軸は曲率比Ｒ／Ｄａを示し、縦軸は曲率比Ｒ／Ｄａ＝０．５４のときの動摩擦力を１００％とした動摩擦比を示す。なお図５は接触角α＝４５度の場合を示したものである。 That is, it is a method of increasing the groove radius R with respect to the diameter of the ball 8 and reducing the contact ellipse itself.
FIG. 5 is a graph showing changes in dynamic friction force when the curvature ratio R / Da is changed.
In FIG. 5, the horizontal axis represents the curvature ratio R / Da, and the vertical axis represents the dynamic friction ratio with the dynamic friction force at the curvature ratio R / Da = 0.54 being 100%. FIG. 5 shows a case where the contact angle α = 45 degrees.

図５に示すように、曲率比Ｒ／Ｄａを０．６以上にすれば、曲率比Ｒ／Ｄａ＝０．５４の場合に比べて５０％以上動摩擦力が低下することが判る。
この場合に、曲率比Ｒ／Ｄａは０．９以下に設定することが望ましい。曲率比Ｒ／Ｄａがこれより大きくなると接触楕円が小さくなりすぎ、剛性が低下しすぎるからである。
本実施例のように、接触角αを４５度未満として接触円半径差ΔＷを小さくすれば、ボール８の自転軸Ｃｊの方向から負荷される荷重に対する剛性は弱くなるが、その摩擦抵抗を減少させることができる。 As shown in FIG. 5, it can be seen that if the curvature ratio R / Da is 0.6 or more, the dynamic friction force is reduced by 50% or more compared to the curvature ratio R / Da = 0.54.
In this case, the curvature ratio R / Da is desirably set to 0.9 or less. This is because if the curvature ratio R / Da is larger than this, the contact ellipse becomes too small and the rigidity is too low.
As in this embodiment, if the contact angle α is less than 45 degrees and the contact circle radius difference ΔW is reduced, the rigidity against the load applied from the direction of the rotation axis Cj of the ball 8 is reduced, but the frictional resistance is reduced. Can be made.

また、曲率比Ｒ／Ｄａを０．６以上として接触楕円を小さくすれば、負荷される荷重に対する剛性は弱くなるが、接触円半径差ΔＷを小さくすることができ、摩擦抵抗を大幅に減少させることができる。
これらのことは、比較的軽荷重で、低摩擦抵抗が要求される用途に用いられるリニアガイド装置１の場合に特に有効である。 If the contact ellipse is made smaller by setting the curvature ratio R / Da to 0.6 or more, the rigidity against the applied load becomes weak, but the contact circle radius difference ΔW can be reduced, and the frictional resistance is greatly reduced. be able to.
These are particularly effective in the case of the linear guide device 1 used for an application requiring a relatively light load and low frictional resistance.

以上説明したように、本実施例では、ボールとレール軌道溝およびスライダ軌道溝との接触角αを、それぞれ４５度未満としたことによって、接触円半径差ΔＷを小さくすることができ、差動滑りを抑制してリニアガイド装置の摩擦抵抗を低減することができる。
また、曲率比Ｒ／Ｄａを０．６以上としたことによって、接触楕円自体を小さくして接触円半径差ΔＷを小さくすることができ、差動滑りを抑制してリニアガイド装置の摩擦抵抗を大幅に低減することができる。 As described above, in this embodiment, the contact circle radius difference ΔW can be reduced by setting the contact angle α between the ball, the rail track groove, and the slider track groove to less than 45 degrees. Slip can be suppressed and the frictional resistance of the linear guide device can be reduced.
In addition, by setting the curvature ratio R / Da to be 0.6 or more, the contact ellipse itself can be reduced to reduce the contact circle radius difference ΔW, and the frictional resistance of the linear guide device can be reduced by suppressing the differential slip. It can be greatly reduced.

なお、本実施例においては、スライダとレールとをオーバーサイズボールにより４点接触で嵌合させるリニアガイド装置を例に説明したが、スライダとレールとを通常のボールにより２点接触で嵌合させる形式のリニアガイド装置の場合も同様である。
図６は２点接触の場合の負荷路を示す説明図である。
図６（ａ）は曲率比Ｒ／Ｄａ＝０．５４の場合、図６（ｂ）は曲率比Ｒ／Ｄａ＝０．７の場合を示す。 In this embodiment, the linear guide device that fits the slider and the rail by four-point contact with an oversized ball has been described as an example, but the slider and rail are fitted by two-point contact with a normal ball. The same applies to the type of linear guide device.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a load path in the case of two-point contact.
6A shows the case where the curvature ratio R / Da = 0.54, and FIG. 6B shows the case where the curvature ratio R / Da = 0.0.7.

２点接触の場合は、ボール８と、レール軌道溝４およびスライダ軌道溝７とのそれぞれの接触点Ｐを結んだ線の、ボール８の中心を通る直交方向が自動的に自転軸Ｃｊとなるので、本実施例の定義による接触角αは存在しない（強いていえば、接触角α＝０度）。
この場合には、曲率比Ｒ／Ｄａを上記と同様に０．６以上にすることによって、接触楕円自体を小さくして接触円半径差ΔＷを小さくすることができ、差動滑りを抑制してリニアガイド装置の摩擦抵抗を大幅に低減することができる。 In the case of two-point contact, the orthogonal direction passing through the center of the ball 8 of the line connecting the contact point P between the ball 8 and each of the rail track groove 4 and the slider track groove 7 automatically becomes the rotation axis Cj. Therefore, there is no contact angle α according to the definition of the present embodiment (in other words, the contact angle α = 0 degree).
In this case, by setting the curvature ratio R / Da to 0.6 or more in the same manner as described above, the contact ellipse itself can be reduced to reduce the contact circle radius difference ΔW, and the differential slip can be suppressed. The frictional resistance of the linear guide device can be greatly reduced.

図７は実施例１のボールねじ装置を示す断面図、図８は実施例２の負荷路を示す説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図７において、２１は直動装置としてのボールねじ装置である。
２２は直動装置の柱状ガイド体としてのボール軸であり、合金鋼等の鋼材で製作された柱状部材であって、その外形面としての外周面にはゴシックアーク形状の柱状ガイド体の軌道溝としての軸軌道溝２３が所定のリードで螺旋状に形成されている。 FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the ball screw device according to the first embodiment, and FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a load path according to the second embodiment.
In addition, the same part as the said Example 1 attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits the description.
In FIG. 7, 21 is a ball screw device as a linear motion device.
Reference numeral 22 denotes a ball shaft as a columnar guide body of a linear motion device, which is a columnar member made of a steel material such as alloy steel, and an outer peripheral surface thereof has a raceway groove of a gothic arc-shaped columnar guide body. The shaft raceway groove 23 is formed in a spiral shape with a predetermined lead.

２５は直動装置のベアリングブロックとしてのボールナットであり、合金鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、その内形面としての内周面には軸軌道溝２３と対向するゴシックアーク形状のベアリングブロックの軌道溝としてのナット軌道溝２６が軸軌道溝２３と同じリードで形成されている。
２７はフランジ部であり、ボールナット２５の外周部に設けられ、フランジ部２７に設けられた図示しないボルト穴により機械装置の移動体にボルト等で固定される。 Reference numeral 25 denotes a ball nut as a bearing block of the linear motion device, which is a cylindrical member made of a steel material such as an alloy steel. The inner peripheral surface of the ball nut faces the shaft raceway groove 23 on the inner peripheral surface. A nut raceway groove 26 as a raceway groove of the arc-shaped bearing block is formed by the same lead as the shaft raceway groove 23.
Reference numeral 27 denotes a flange portion which is provided on the outer peripheral portion of the ball nut 25 and is fixed to the moving body of the machine device with a bolt or the like through a bolt hole (not shown) provided in the flange portion 27.

上記のナット軌道溝２６とこれに対向する軸軌道溝２３とで図８に示すボールねじ装置２１の負荷路２８が形成され、負荷路２８を転動するボール８がボール軸２２とボールナット２５を螺合させる。
本実施例のボール８は、実施例１と同様のオーバーサイズボールであり、負荷路２８を形成する軸軌道溝２３とナット軌道溝２６とのそれぞれのゴシックアーク形状に４点で接触し、軸軌道溝２３とナット軌道溝２６との間に予圧を付与する機能を有している。 A load path 28 of the ball screw device 21 shown in FIG. 8 is formed by the nut raceway groove 26 and the shaft raceway groove 23 opposed to the nut raceway groove 26, and the ball 8 rolling on the load path 28 is moved to the ball shaft 22 and the ball nut 25. Screw together.
The ball 8 of the present embodiment is an oversized ball similar to that of the first embodiment, and is in contact with the gothic arc shapes of the shaft raceway groove 23 and the nut raceway groove 26 forming the load path 28 at four points. It has a function of applying a preload between the raceway groove 23 and the nut raceway groove 26.

上記の負荷路２８の両端部は、図示しないリターンチューブ等の連通路により連通されてボールねじ装置２１の循環路が形成され、この循環路には、複数のボール８と所定の量の潤滑剤が封入され、軸軌道溝２３とナット軌道溝２６とがオーバーサイズボールであるボール８を介して４点接触の状態で螺合し、ボール軸２２の回転に伴なってボール８が循環路を循環し、負荷路２８を転動するボール８がボールナット２５に加えられた荷重を往復動自在に支持してボールナット２５がボール軸２２の長手方向に沿った直線往復移動可能に支持される。これによりボール軸２２の回転運動がボールナット２５の直線運動に変換され、ボールねじ装置２１が直動装置として機能する。   Both ends of the load path 28 are communicated by a communication path such as a return tube (not shown) to form a circulation path for the ball screw device 21. The circulation path includes a plurality of balls 8 and a predetermined amount of lubricant. The shaft raceway groove 23 and the nut raceway groove 26 are screwed together in a four-point contact state via the ball 8 which is an oversized ball, and the ball 8 moves through the circulation path as the ball shaft 22 rotates. The ball 8 that circulates and rolls on the load path 28 supports the load applied to the ball nut 25 so as to reciprocate, and the ball nut 25 is supported so as to be linearly reciprocable along the longitudinal direction of the ball shaft 22. . Thereby, the rotational motion of the ball shaft 22 is converted into the linear motion of the ball nut 25, and the ball screw device 21 functions as a linear motion device.

上記の構成の作用について説明する。
本実施例の負荷路２８は、図８に示すようにゴシックアーク形状の軸軌道溝２３とゴシックアーク形状のナット軌道溝２６との間に、オーバーサイズボールであるボール８が、各ゴシックアーク形状を構成する溝半径Ｒの各円弧にそれぞれ４５度未満（図示の例では１５度）の接触角αで４点接触の状態で配置される。 The operation of the above configuration will be described.
As shown in FIG. 8, the load path 28 of the present embodiment includes an oversized ball 8 between each gothic arc-shaped shaft raceway groove 23 and a gothic arc-shaped nut raceway groove 26. Are arranged in a four-point contact state with a contact angle α of less than 45 degrees (15 degrees in the illustrated example).

この場合のボール８の直径Ｄａに対する溝半径Ｒの曲率比Ｒ／Ｄａは、０．５４に設定されている。またボール８の自転軸Ｃｊは、ボール軸２２の軸芯と平行な方向になる。
本実施例の接触角αを変化させた場合の接触円半径差ΔＷによる作用、および曲率比Ｒ／Ｄａを変化させた場合の接触楕円による作用は、上記実施例１と同様であるのでその説明を省略する。 In this case, the curvature ratio R / Da of the groove radius R to the diameter Da of the ball 8 is set to 0.54. The rotation axis Cj of the ball 8 is in a direction parallel to the axis of the ball shaft 22.
Since the action by the contact circle radius difference ΔW when the contact angle α is changed and the action by the contact ellipse when the curvature ratio R / Da is changed are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be given. Is omitted.

本実施例のボールねじ装置２１の場合においても、接触角αを４５度未満として接触円半径差ΔＷを小さくすれば、ボール８の自転軸Ｃｊの方向から負荷される荷重に対する剛性は弱くなるが、その摩擦抵抗を減少させることができる。
また、曲率比Ｒ／Ｄａを０．６以上として接触楕円を小さくすれば、負荷される荷重に対する剛性は弱くなるが、接触円半径差ΔＷを小さくすることができ、摩擦抵抗を大幅に減少させることができる。 Also in the case of the ball screw device 21 of this embodiment, if the contact angle α is less than 45 degrees and the contact circle radius difference ΔW is reduced, the rigidity against the load applied from the direction of the rotation axis Cj of the ball 8 is weakened. , Its frictional resistance can be reduced.
If the contact ellipse is made smaller by setting the curvature ratio R / Da to 0.6 or more, the rigidity against the applied load becomes weak, but the contact circle radius difference ΔW can be reduced, and the frictional resistance is greatly reduced. be able to.

これらのことは、比較的軽荷重で、低摩擦抵抗が要求される用途に用いられるボールねじ装置２１の場合に特に有効である。
以上説明したように、本実施例では、直動装置としてのボールねじ装置においても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施例においては、ボールナットとボール軸とをオーバーサイズボールにより４点接触で螺合させるボールねじ装置を例に説明したが、ボールナットとボール軸とを通常のボールにより２点接触で螺合させる形式のボールねじ装置の場合も同様である。この場合においても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。 These are particularly effective in the case of the ball screw device 21 used for an application requiring a relatively light load and low frictional resistance.
As described above, in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained even in the ball screw device as the linear motion device.
In the present embodiment, the ball screw device in which the ball nut and the ball shaft are screwed together by the four-point contact with the oversized ball has been described as an example, but the ball nut and the ball shaft are brought into two-point contact with the normal ball. The same applies to a ball screw device of the type that is screwed together. Even in this case, the same effect as the first embodiment can be obtained.

また、本実施例においては、ボールねじ装置のボール軸を回転させてボールナットを軸方向に移動させる場合を例に説明したが、ボールナットを回転させてボール軸を軸方向に移動させる形式のボールねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。
更に、本実施例においては、リターンチューブを連通路としてボールを循環させるチューブ式の循環方式を用いたボールねじ装置を例に説明したが、連通路をこま式やエンドキャップ式、デフレクタ式等とした循環方式のボールねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。 In this embodiment, the case where the ball nut of the ball screw device is rotated to move the ball nut in the axial direction has been described as an example. However, the ball nut is rotated to move the ball shaft in the axial direction. Even if the present invention is applied to a ball screw device, the same effect can be obtained.
Furthermore, in this embodiment, the ball screw device using a tube-type circulation system that circulates the ball using the return tube as the communication path has been described as an example, but the communication path may be a top type, an end cap type, a deflector type, or the like. Even if the present invention is applied to the circulating ball screw device, the same effect can be obtained.

実施例１のリニアガイド装置を示す斜視図The perspective view which shows the linear guide apparatus of Example 1. FIG. 実施例１の負荷路を示す説明図Explanatory drawing which shows the load path of Example 1. 接触角α＝４５度の場合の負荷路を示す説明図Explanatory drawing which shows the load path in case of contact angle (alpha) = 45 degree | times. 実施例１の負荷路における接触角αを変化させた場合の動摩擦力の変化を示すグラフThe graph which shows the change of the dynamic friction force at the time of changing the contact angle (alpha) in the load path of Example 1. FIG. 実施例１の負荷路における曲率比Ｒ／Ｄａを変化させた場合の動摩擦力の変化を示すグラフThe graph which shows the change of the dynamic friction force at the time of changing curvature ratio R / Da in the load path of Example 1. FIG. 実施例１の２点接触の場合の負荷路を示す説明図Explanatory drawing which shows the load path in the case of the two-point contact of Example 1. 実施例２のボールねじ装置を示す断面図Sectional drawing which shows the ball screw apparatus of Example 2. 実施例２の負荷路を示す説明図Explanatory drawing which shows the load path of Example 2. Ｖ字溝を用いた直動装置の負荷路を示す説明図Explanatory drawing which shows the load path of the linear motion apparatus using a V-shaped groove 線状部材を用いた直動装置の負荷路を示す説明図Explanatory drawing which shows the load path of the linear motion apparatus using a linear member

符号の説明Explanation of symbols

１ リニアガイド装置
２ レール
２ａ レール上面
３ レール取付孔
４ レール軌道溝
５ スライダ
５ａ スライダ上面
５ｂ 袖壁
６ 取付ねじ穴
７ スライダ軌道溝
８、１０１ ボール
９ 戻り路
１０、２８ 負荷路
１２ エンドキャップ
１３ 方向転換路
１４ サイドシール
１５ シール体
１６ グリースニップル
２１ ボールねじ装置
２２ ボール軸
２３ 軸軌道溝
２５ ボールナット
２６ ナット軌道溝
２７ フランジ部
１００ Ｖ字溝
１０２ 線状部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Linear guide apparatus 2 Rail 2a Rail upper surface 3 Rail mounting hole 4 Rail track groove 5 Slider 5a Slider upper surface 5b Sleeve wall 6 Mounting screw hole 7 Slider track groove 8, 101 Ball 9 Return path 10, 28 Load path 12 End cap 13 Direction Conversion path 14 Side seal 15 Seal body 16 Grease nipple 21 Ball screw device 22 Ball shaft 23 Shaft raceway groove 25 Ball nut 26 Nut raceway groove 27 Flange portion 100 V-shaped groove 102 Linear member

Claims (1)

外形面に軌道溝を形成した柱状ガイド体と、内形面に前記柱状ガイド体の軌道溝に対向する軌道溝を形成したベアリングブロックと、前記柱状ガイド体の軌道溝と前記ベアリングブロックの軌道溝とで形成される負荷路と、該負荷路を転動する複数のボールとを備えた直動装置において、
前記ボールと、前記柱状ガイド体の軌道溝および前記ベアリングブロックの軌道溝とを接触角を０度として２点接触させると共に、前記各軌道溝の溝半径をＲとし、前記ボールの直径をＤａとしたときに、曲率比Ｒ／Ｄａを０．７超、０．９以下としたことを特徴とする直動装置。 A columnar guide body having a raceway groove formed on the outer surface, a bearing block having a raceway groove opposed to the track groove of the columnar guide body on the inner surface, a raceway groove of the columnar guide body, and a raceway groove of the bearing block And a linear motion device comprising a plurality of balls that roll on the load path,
The ball, the raceway groove of the columnar guide body and the raceway groove of the bearing block are brought into contact at two points with a contact angle of 0 degree, the radius of each raceway groove is R, and the diameter of the ball is Da. A linear motion device characterized by having a curvature ratio R / Da of more than 0.7 and 0.9 or less.
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