JPWO2005073574A1 - Cage fixed type linear guide device - Google Patents

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Abstract

長手方向に沿ったボール転走面を有する案内シャフトと、この案内シャフトと隙間を介して対向すると共に、前記ボール転走面と対向する負荷転走面を有するスライド部材と、案内シャフトのボール転走面とスライド部材の負荷転走面との間を荷重を負荷しながら転走する多数のボールと、前記案内シャフトとスライド部材との隙間に位置すると共に、個々のボールを回転自在に収容するボール収容孔が貫通するようにして複数形成され、前記スライド部材に固定されて該スライド部材と共に前記案内シャフトの軸方向へ移動するケージとから構成される直線案内装置であり、直線案内のストロークに制限がなく、可動体を案内シャフトに沿って連続的に案内することができる。A guide shaft having a ball rolling surface along the longitudinal direction, a slide member having a load rolling surface facing the ball guiding surface with a gap and facing the ball rolling surface, and a ball rolling of the guide shaft. A large number of balls rolling while applying a load between the running surface and the load rolling surface of the slide member, and the balls are located in the gaps between the guide shaft and the slide member, and each ball is rotatably accommodated. A linear guide device including a plurality of ball accommodating holes formed so as to penetrate therethrough, and a cage fixed to the slide member and moving in the axial direction of the guide shaft together with the slide member. There is no limitation and the movable body can be continuously guided along the guide shaft.

Description

本発明は、各種産業機器において可動体の直線移動を支承するための案内装置に係り、特に、軽荷重の可動体を案内する用途に最適であり、可動体に固定されるスライド部材が案内シャフトに沿って無限に移動可能な直線案内装置に関する。  The present invention relates to a guide device for supporting linear movement of a movable body in various industrial equipment, and is particularly suitable for use in guiding a lightly loaded movable body, and a slide member fixed to the movable body is a guide shaft. The present invention relates to a linear guide device that can be moved infinitely along.

従来、各種産業機械においてテーブル等の可動体の直線移動を支承する直線案内装置のうち、軽荷重用途向けの装置としては、ボールケージを用いた有限ストロークタイプのものが知られている。この有限ストロークタイプの直線案内装置は、両端支持梁としてベース部に固定される案内シャフトと、中空円筒状に形成されて前記案内シャフトの周囲に遊嵌するナット部材と、これら案内シャフトの外周面とナット部材の内周面との間で荷重を負荷しながら転走する複数のボールと、前記ナット部材と同様に中空円筒状に形成されると共に前記案内シャフトとナット部材との隙間に設けられるボールケージとから構成されている。
前記ボールケージには個々のボールを回転自在に保持するための収容孔が所定の配列で複数設けられており、各収容孔は該ボールケージの内周面と外周面との間を貫通している。これにより、各収容孔に保持されたボールがナット部材の内周面及び案内シャフトの外周面に対して接触し得るようになっている。各収容孔の案内シャフト側の開口はボールの直径よりも小さくなっており、案内シャフトをボールケージから引き抜いても、ボールがボールケージの収容孔から抜け落ちることがないようになっている。
前記ボールケージの軸方向長さはナット部材の軸方向長さよりも短く形成されており、案内シャフトに対してナット部材を移動させると、ボールの転走に伴ってボールケージがナット部材と案内シャフトの隙間を軸方向へ移動するように構成されている。また、ナット部材の中空部の両端開口にはストッパ部材が夫々設けられており、ボールの転走と共に移動したボールケージがナット部材から離脱するのを防止している。通常、ボールが案内シャフトの外周面及びナット部材の内周面を完全に転がっている状態では、案内シャフトに対するナット部材のストロークは案内シャフトに対するボールの転走距離の２倍である。従って、このようなボールケージを用いた直線案内装置では、ナット部材の中空部内におけるボールケージのストロークの２倍の距離が案内シャフトに対するナット部材のストローク距離ということになり、ボールケージがストッパ部材に突き当たると、案内シャフトに対するナット部材のストロークが制限されることになる。
一方、案内シャフトに対するナット部材のストローク量に制限がない無制限ストロークタイプの直線案内装置としては、ボールブッシュがある。このボールブッシュは円柱状に形成された案内シャフトと、多数のボールを介して前記案内シャフトに組み付けられると共に、前記ボールの無限循環路を備えたナット部材とから構成されており、ボールの無限循環に伴って前記ナット部材が案内シャフトの周囲をその長手方向に沿って自在に移動し得るように構成されている。前記無限循環路は荷重の負荷領域と無負荷領域とから構成されており、ボールは負荷領域においてナット部材と案内シャフトとの間に作用する荷重を負荷した後、無負荷領域において荷重から解放され、かかる無負荷領域を転走した後に再度負荷領域へ戻ってくるようになっている。これにより、ナット部材は案内シャフトに沿って無制限に移動することが可能となっている。
しかし、このような従来の直線案内装置のうち、ボールを無限循環させるタイプはボールの無限循環路を形成しなければならないことから、構造が複雑とならざるを得ず、構成部品点数が多い他、組立そのものも手間がかかり、生産コストが嵩むといった問題点がある。従って、軽荷重用途で、しかも案内シャフトに対するナット部材の移動精度がさほど重要視されないような用途に対しては、最適な選択と言うことができない。
これに対し、ボールケージを用いた有限ストロークタイプの直線案内装置は、無限ストロークタイプの直線案内装置と比較して安価であり、軽荷重用途で、しかも案内シャフトに対するナット部材の移動精度がさほど重要視されないような用途に対しては最適である。
しかし、有限ストロークタイプの直線案内装置に固有の問題点として、ボールケージの位置ずれがある。すなわち、案内シャフトに対するナット部材のストロークは有限であり、理論上、ナット部材は案内シャフト上の特定の２点間のみを往復運動することが可能である。しかし、ストロークの終端でボールケージがストッパ部材に突き当たることによって、ボールケージが案内シャフトに対して徐々に位置ずれを生じ、案内シャフト上におけるナット部材のストローク範囲が移動していってしまうのである。このため、本来のナット部材のストローク範囲の途中において該ナット部材が案内シャフトに対して移動不能に陥るといった問題点があった。
また、ボールケージを用いた直線案内装置では、ナット部材の中空部内におけるボールケージのストローク距離に応じ、案内シャフトに対するナット部材のストローク量が決定されてしまうので、必要とするナット部材のストローク距離に応じてナット部材の軸方向長さやボールケージの軸方向長さを決定する必要があり、多種のストローク量に対応しようとすると、いきおいサイズの異なる種々のナット部材及びボールケージを製作しなければならず、生産コストが嵩むといった問題点もあった。
一方、実開平６−３５６４４号公報には、軌道レールとスライダとの間に摺動部材を介在させた直線案内装置が開示されている。この直線案内装置は、固定部上に敷設されると共に長手方向に沿って断面略半円状の摺動溝が形成された軌道レールと、サドル状に形成されて前記軌道レールに跨がると共に軌道レールの摺動溝に摺接する略円柱状の摺動部材を備えたスライダとから構成されている。この直線案内装置では、前記摺動部材が軌道レールの摺動溝に対して摺接することにより、前記スライダが軌道レールの長手方向に沿って自在に直線往復運動し得るようになっており、ボールの如き転動体を使用せずに可動体の直線案内を支承することから、構造的には極めて簡易であり、生産コストも安価であるといった利点がある。
しかし、円柱状の摺動部材が常に軌道レールの摺動溝に対して滑り接触していることから、ボールの転がり接触によって可動体の直線案内を実現する場合と比較して、かかる可動体の移動に対して作用する抵抗は大きく、軌道レールと摺動部材との間の潤滑が必須である。また、摺動部材の摺接によって軌道レールの摺動溝が摩耗し易く、軌道レールの早期交換が必要になるといった問題点があった。2. Description of the Related Art Conventionally, as a linear guide device for supporting linear movement of a movable body such as a table in various industrial machines, a finite stroke type device using a ball cage is known as a device for light load applications. This finite stroke type linear guide device includes a guide shaft fixed to the base portion as support beams at both ends, a nut member formed in a hollow cylindrical shape and loosely fitted around the guide shaft, and outer peripheral surfaces of these guide shafts. And a plurality of balls that roll while applying a load between the inner peripheral surface of the nut member and a hollow cylindrical shape similar to the nut member, and are provided in the gap between the guide shaft and the nut member. It consists of a ball cage.
The ball cage is provided with a plurality of accommodation holes for rotatably holding the individual balls in a predetermined arrangement, and each accommodation hole penetrates between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the ball cage. There is. As a result, the balls held in the respective accommodation holes can come into contact with the inner peripheral surface of the nut member and the outer peripheral surface of the guide shaft. The opening of each accommodation hole on the guide shaft side is smaller than the diameter of the ball, so that the ball does not fall out of the accommodation hole of the ball cage even if the guide shaft is pulled out from the ball cage.
The axial length of the ball cage is formed to be shorter than the axial length of the nut member, and when the nut member is moved with respect to the guide shaft, the ball cage moves with the nut member and the guide shaft as the ball rolls. Is configured to move in the axial direction. In addition, stopper members are provided at both end openings of the hollow portion of the nut member, respectively, to prevent the ball cage that has moved along with the rolling of the balls from coming off the nut member. Normally, when the ball completely rolls on the outer peripheral surface of the guide shaft and the inner peripheral surface of the nut member, the stroke of the nut member with respect to the guide shaft is twice the rolling distance of the ball with respect to the guide shaft. Therefore, in such a linear guide device using a ball cage, the stroke distance of the nut member with respect to the guide shaft is twice the stroke of the ball cage in the hollow portion of the nut member, and the ball cage serves as a stopper member. If it strikes, the stroke of the nut member relative to the guide shaft will be limited.
On the other hand, there is a ball bush as an unlimited stroke type linear guide device in which the stroke amount of the nut member with respect to the guide shaft is not limited. This ball bush is composed of a guide shaft formed in a cylindrical shape and a nut member that is assembled to the guide shaft through a large number of balls and has an endless circulation path for the balls. Accordingly, the nut member is configured to be freely movable around the guide shaft along the longitudinal direction thereof. The infinite circulation path is composed of a load area and a no-load area, and the ball is loaded with a load acting between the nut member and the guide shaft in the load area and then released from the load in the no-load area. After rolling in such a no-load area, it returns to the load area again. This allows the nut member to move along the guide shaft indefinitely.
However, among such conventional linear guide devices, the type in which the ball circulates infinitely has to form an infinite circulation path for the ball, so that the structure is inevitably complicated and the number of constituent parts is large. However, the assembly itself is troublesome and the production cost is high. Therefore, it cannot be said that it is an optimum choice for light load applications and for applications in which the accuracy of movement of the nut member with respect to the guide shaft is not so important.
On the other hand, a finite stroke type linear guide device using a ball cage is less expensive than an infinite stroke type linear guide device, is used for light loads, and the accuracy of movement of the nut member with respect to the guide shaft is very important. Optimal for applications that are not seen.
However, as a problem peculiar to the finite stroke type linear guide device, there is displacement of the ball cage. That is, the stroke of the nut member with respect to the guide shaft is finite, and theoretically, the nut member can reciprocate only between two specific points on the guide shaft. However, when the ball cage hits the stopper member at the end of the stroke, the ball cage is gradually displaced with respect to the guide shaft, and the stroke range of the nut member on the guide shaft moves. Therefore, there is a problem that the nut member becomes immovable with respect to the guide shaft in the middle of the original stroke range of the nut member.
Further, in the linear guide device using the ball cage, the stroke amount of the nut member with respect to the guide shaft is determined according to the stroke distance of the ball cage in the hollow portion of the nut member. It is necessary to determine the axial length of the nut member and the axial length of the ball cage in accordance with the above, and in order to cope with various strokes, various nut members and ball cages with different sizes must be manufactured. There was also a problem that the production cost increased.
On the other hand, Japanese Utility Model Laid-Open No. 6-35644 discloses a linear guide device in which a sliding member is interposed between a track rail and a slider. This linear guide device is laid on a fixed portion and has a track rail formed with a sliding groove having a substantially semicircular cross section along the longitudinal direction, and a saddle-shaped guide rail that straddles the track rail. The slider is provided with a substantially cylindrical sliding member that is in sliding contact with the sliding groove of the track rail. In this linear guide device, the sliding member is in sliding contact with the sliding groove of the track rail so that the slider can freely reciprocate linearly along the longitudinal direction of the track rail. Since the linear guide of the movable body is supported without using such a rolling body, there is an advantage that the structure is extremely simple and the production cost is low.
However, since the cylindrical sliding member is always in sliding contact with the sliding groove of the track rail, compared with the case where the linear contact of the movable body is realized by rolling contact of the ball, The resistance acting on the movement is large, and the lubrication between the track rail and the sliding member is essential. Further, there is a problem that the sliding groove of the track rail is easily worn due to the sliding contact of the sliding member, and the track rail needs to be replaced early.

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、直線案内のストロークに制限がなく、可動体を案内シャフトに沿って連続的に案内することが可能であると共に、構造が簡易であって且つ安価に生産することが可能な直線案内装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、従来の滑り軸受に比べて可動体の移動に対して作用する抵抗が小さく、しかも案内シャフトの摩耗を抑えて該案内シャフトの寿命の延命化を図ることが可能な直線案内装置を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明の直線案内装置は、長手方向に沿ったボール転走面を有する案内シャフトと、この案内シャフトと隙間を介して対向すると共に、前記ボール転走面と対向する負荷転走面を有するスライド部材と、案内シャフトのボール転走面とスライド部材の負荷転走面との間で荷重を負荷しながら転走する多数のボールと、前記案内シャフトとスライド部材との隙間に位置すると共に、個々のボールを自転自在に収容するボール収容孔が貫通するようにして複数形成され、前記スライド部材に固定されて該スライド部材と伴に前記案内シャフトの軸方向へ移動するケージとから構成されている。
このような技術的手段において、前記案内シャフトとしては、両端支持梁として固定される略円柱状のシャフトの他、固定部上に固定ボルト等を用いて敷設される軌道レールも含まれる。また、案内シャフトの長手方向に沿って形成されるボール転走面としては、かかる案内シャフトの外周面をそのままボール転走面として利用しても良いし、ボール球面よりも僅かに大きな曲率で断面円弧状に形成されたボール転走溝を案内シャフトの表面に設けるようにしても良い。
一方、前記スライド部材としては、略円柱状に形成された案内シャフトの周囲に遊嵌する断面略円筒状のナット部材として形成しても良いし、前記軌道レールに跨がるサドル状のスライダとして形成しても良い。また、前記負荷転走面については、例えば、前記ナット部材の内周面をそのまま負荷転走面として利用しても良いし、ボール球面よりも僅かに大きな曲率で断面円弧状に形成された負荷転走溝をナット部材の内周面に対して設けるようにしても良い。
また、前記ケージとしては、案内シャフトとスライド部材との隙間に位置し、個々のボールに対応して複数のボール収容孔を備えると共に、各ボール収容孔の内部にボールを回転自在に収容するものであれば、その形状はスライド部材及び案内シャフトの形状に応じて適宜変更可能である。もっとも、このケージはスライド部材に固定することが必要とされるので、かかる固定を容易に行うといった観点からすれば、ケージの軸方向の一端にフランジ部を突設し、このフランジ部をスライド部材の軸方向端面に固定するのが好ましい。
本発明においては、前記ケージをスライド部材に固定することから、かかるケージのボール収容孔に収容されたボールは案内シャフトのボール転走面に対しては転がりながら接触しても、スライド部材の負荷転走面に対しては常に滑りながら接触することになる。ボールが全く転動せず、案内シャフトのボール転走面に対しても常に滑りながら接触することも想定されるが、その場合は、ボールが転動している場合よりも、スライド部材に移動に対して大きな抵抗が作用することになる。従って、確実にボールを転動させるといった観点からすれば、少なくともボールは案内シャフトのボール転走面に対して転がり接触するのが好ましく、そのためには、前記スライド部材の負荷転走面の表面を案内シャフトのボール転走面よりも低摩擦係数の材質で形成することが考えられる。
このような本発明によれば、ボールを配列したケージがスライド部材に固定されていることから、かかるスライド部材を案内シャフトに沿って移動させると、ケージはスライド部材に対して相対的に移動することなく、スライド部材と共に案内シャフトに沿って移動し、スライド部材は何らストロークを制限されることなく案内シャフトに沿って移動することが可能である。このとき、各ボールは案内シャフトのボール転走面上を転がっており、また、スライド部材の負荷転走面に対してはボール球面の極めて限られた領域で滑り接触していることから、完全な滑り接触構造を採用している従来の直線案内装置と比較してスライド部材に移動に対して作用する抵抗は小さく、その分だけスライド部材を案内シャフトに沿って円滑に移動させることが可能である。
また、スライド部材はボールの無限循環路を具備することなく、案内シャフトに沿って無制限に移動することが可能なので、無限循環路を備えた従来の無限ストロークタイプの直線案内装置と比較して、その構造は極めて簡便で、組立も容易であり、安価に生産することが可能である。
更に、ボールはケージのボール収容孔に一つずつ独立した状態で収容されていることから、ボール同士の接触によって該ボールの転動が妨げられることもなく、この点においてもスライド部材を案内シャフトに沿って円滑に移動させることが可能である。
また更に、軌道レールとスライド部材との間にパッド状の摺動部材を介在させている従来の直線案内装置では、かかる摺動部材と軌道レール、あるいは摺動部材とスライド部材との隙間量の調整が困難であるが、本発明ではケージのボール収容孔に収容するボールの直径を変更するのみで、案内シャフトとスライド部材との隙間量の調整を容易に行うことが可能である。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to limit the stroke of linear guide to continuously guide a movable body along a guide shaft. Another object of the present invention is to provide a linear guide device which has a simple structure and can be manufactured at low cost.
Another object of the present invention is to reduce the resistance acting on the movement of the movable body as compared with the conventional slide bearing, and to suppress the wear of the guide shaft to extend the life of the guide shaft. It is to provide a possible linear guide device.
In order to achieve the above-mentioned object, the linear guide device of the present invention is provided with a guide shaft having a ball rolling surface along the longitudinal direction, which is opposed to the guide shaft through a gap and is also opposed to the ball rolling surface. A slide member having a load rolling surface, a number of balls rolling while applying a load between the ball rolling surface of the guide shaft and the load rolling surface of the slide member, the guide shaft and the slide member. A plurality of ball accommodating holes are formed so as to rotatably accommodate the individual balls, and are fixed to the slide member and move in the axial direction of the guide shaft together with the slide member. It consists of a cage and a cage.
In such technical means, the guide shaft includes a substantially columnar shaft fixed as the support beams at both ends, and a track rail laid on the fixed portion using a fixing bolt or the like. As the ball rolling surface formed along the longitudinal direction of the guide shaft, the outer peripheral surface of the guide shaft may be used as it is as a ball rolling surface, or the cross section having a curvature slightly larger than the spherical surface of the ball. A ball rolling groove formed in an arc shape may be provided on the surface of the guide shaft.
On the other hand, the slide member may be formed as a nut member having a substantially cylindrical cross section that is loosely fitted around a guide shaft formed in a substantially cylindrical shape, or as a saddle-shaped slider that straddles the track rail. You may form. Regarding the load rolling surface, for example, the inner peripheral surface of the nut member may be used as it is as a load rolling surface, or a load formed in an arcuate cross section with a curvature slightly larger than the spherical surface of the ball. You may make it provide a rolling groove with respect to the inner peripheral surface of a nut member.
The cage is located in the gap between the guide shaft and the slide member, has a plurality of ball accommodating holes corresponding to the individual balls, and accommodates the balls rotatably in the respective ball accommodating holes. If so, the shape can be appropriately changed according to the shapes of the slide member and the guide shaft. However, since this cage needs to be fixed to the slide member, from the viewpoint of facilitating such fixing, a flange portion is projectingly provided at one end in the axial direction of the cage, and the flange portion is provided. Preferably, it is fixed to the axial end face of the.
In the present invention, since the cage is fixed to the slide member, even if the ball accommodated in the ball accommodating hole of the cage makes rolling contact with the ball rolling surface of the guide shaft, the load of the slide member is not applied. The rolling surface is always in sliding contact. It is assumed that the ball does not roll at all and always comes into contact with the ball rolling surface of the guide shaft while sliding, but in that case, the ball moves to the slide member more than when it is rolling. A large resistance will act on. Therefore, from the viewpoint of reliably rolling the ball, at least the ball preferably makes rolling contact with the ball rolling surface of the guide shaft, and for that purpose, the surface of the load rolling surface of the slide member is It can be considered that the guide shaft is made of a material having a coefficient of friction lower than that of the ball rolling surface.
According to the present invention, since the cage in which the balls are arranged is fixed to the slide member, when the slide member is moved along the guide shaft, the cage moves relative to the slide member. Without moving, the slide member can move along the guide shaft, and the slide member can move along the guide shaft without any limitation of stroke. At this time, since each ball rolls on the ball rolling surface of the guide shaft and makes sliding contact with the load rolling surface of the slide member in an extremely limited area of the ball spherical surface, The resistance acting on the slide member against movement is smaller than that of a conventional linear guide device that adopts a smooth sliding contact structure, and the slide member can be smoothly moved along the guide shaft accordingly. is there.
Further, since the slide member does not have an infinite circulation path of balls and can move infinitely along the guide shaft, as compared with the conventional infinite stroke type linear guide device having an infinite circulation path, Its structure is extremely simple, easy to assemble, and inexpensive to manufacture.
Further, since the balls are individually accommodated in the ball accommodating holes of the cage, the rolling of the balls is not hindered by the contact between the balls. It is possible to move smoothly along.
Furthermore, in a conventional linear guide device in which a pad-shaped sliding member is interposed between the track rail and the slide member, the gap amount between the sliding member and the track rail or between the sliding member and the slide member is reduced. Although it is difficult to adjust, in the present invention, it is possible to easily adjust the gap amount between the guide shaft and the slide member only by changing the diameter of the ball accommodated in the ball accommodating hole of the cage.

図１は本発明をボールスプラインに適用した実施例を示す斜視図である。
図２は実施例に係るボールスプラインの正面断面図である。
図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
図４は実施例に係るケージを示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment in which the present invention is applied to a ball spline.
FIG. 2 is a front sectional view of the ball spline according to the embodiment.
FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing a cage according to the embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１…ボールスプライン、３…ボール、１０…スプライン軸、１１ボール転走溝、２０…スプラインナット、２１…負荷転走溝、４０…ケージ、４５…ボール収容孔  DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Ball spline, 3... Ball, 10... Spline shaft, 11 ball rolling groove, 20... Spline nut, 21... Load rolling groove, 40... Cage, 45... Ball accommodating hole

以下に、添付図面を参照しながら本発明のケージ固定型直線案内装置を詳細に説明する。
図１乃至図３は本発明をボールスプラインに適用した例を示すものである。このボールスプライン１は、長手方向に沿って２条のボール転走溝１１，１１が形成されたスプライン軸１０と、このスプライン軸１０が遊嵌する中空孔を有して略円筒形状に形成されたスプラインナット２０と、前記スプライン軸１０とスプラインナット２０との間で荷重を負荷しながら転動する多数のボール３と、前記スプライン軸１０とスプラインナット２０との隙間に介在して前記複数のボール３を整列させるケージ４０とから構成されており、前記スプラインナット２０がケージ４０と共にスプライン軸１０の周囲を自在に直線往復運動するようになっている。すなわち、前記スプライン軸１０が本発明の案内シャフトに、前記スプラインナット２０が本発明のスライド部材に相当する。
前記スプライン軸１０は断面略円形状に形成されており、前記２条のボール転走溝１１，１１は外周面上の相反する位置に夫々形成されている。各ボール転走溝はボール３の球面よりも僅かに大きな曲率で断面円弧状に形成されており、ボール３はこのボール転走溝１１内を転動する。尚、各ボール転走溝はその断面が一つのボール転走面から形成されたサーキュラアーク状のものであっても良いし、二つのボール転走面が交わったゴシックアーチ状のものであっても良い。
一方、スプラインナット２０に形成された中空孔２１は前記スプライン軸１０の断面形状と略合致しており、スプライン軸１０は僅かな隙間を残して前記中空孔２１に挿通されている。スプラインナット２０の内周面にはスプライン軸１０のボール転走溝１１，１１と対向する負荷転走溝２１，２１が形成されており、前記ボール３はこれらボール転走溝１１，１１と負荷転走溝２１，２１との間に配列され、スプライン軸１０とスプラインナット２０との間で荷重を負荷しながら転動するように構成されている。
図４は前記ケージ４０を示す斜視図である。このケージ４０は中空部４１を有する略円筒状の胴部４４を有し、かかる胴部４４の外周面は前記スプラインナット２０の内周面に嵌合する一方、中空部４１には僅かな隙間を介して前記スプライン軸１０が挿通されるようになっている。また、前記胴部４４の軸方向の一端には円盤状のフランジ部４２が突設されており、かかるフランジ部４２は固定ねじ４３によって前記スプラインナット２０の軸方向の端面に固定されるようになっている（図１参照）。このケージは例えば耐熱性、機械的強度、自己潤滑性に優れた所謂エンジニアリングプラスチックから形成されており、射出成形等のモールド成形の手法によって製作されている。尚、スプラインナット２０をテーブルなどの可動体に対して直接固定することが可能であれば、前記ケージ４０はフランジ部４２を具備する必要はなく、ケージ４０をスプラインナット２０の中空孔の内部に完全に収容するようにしても良い。
このケージ４０の円筒状胴部４４はボール３の直径よりも薄く形成されると共に、その軸方向長さはスフプラインナット２０の軸方向長さと略同じであり、かかる胴部４４には前記スプラインナット２０の負荷転走溝２１と対向する位置に複数のボール収容孔４５が設けられている。これらのボール収容孔４５は軸方向に沿って所定の間隔で配列されており、本実施例では２条の負荷転走溝２１に対応して２列設けられている。各ボール収容孔４５はケージ４０の胴部４４の外周面と内周面とを貫通するようにして設けられると共に、その内径はボール３の直径よりも僅かに大きく形成されており、各ボール収容孔４５にはボール３が一つずつ収容されている。これにより、ケージ４０の各ボール収容孔４５に収容されたボール３は、前記スプライン軸１０のボール転走溝１１とスプラインナット２０の負荷転走溝２１の双方に同時に接触すると共に、ボール収容孔４５内で自在に回転し得るようになっている。
また、各ボール収容孔４５はスプライン軸１０に面した開口の直径がボール３の直径よりも僅かに小さく形成されており、このケージ４０をスプラインナット２０に固定した状態でスプライン軸１０を中空部４１から引き抜いても、各ボール３がボール収容孔４５から脱落しないようになっている。
そして、以上のように構成された本実施例のボールスプライン１では、前記スプライン軸１０を図示外の固定部に対して両端支持梁として固定する一方、前記スプラインナット２０に対してテーブル等の可動体（図示せず）を固定することで、固定部に対する可動体の直線往復運動をこのボールスプライン１で支承することが可能となる。あるいは、スプラインナット２０を固定部に対して固定する一方、スプライン軸１０をテーブル等の可動体に固定するようにしても良い。
このとき、可動体に固定されたスプラインナット２０がスプライン軸１０の周囲を該スプライン軸１０の軸方向に対して移動すると、スプラインナット２０に固定されたケージ４０も該スプラインナット２０と共に同じ量だけスプライン軸１０に対して移動することになる。これにより、ケージ４０のボール収容孔４５に収容されたボール３はスプラインナット２０に対しては移動せず、スプライン軸１０に対してのみ移動することになる。
その結果、ボール３とスプラインナット２０の負荷転走溝２１との間に作用する摩擦力Ｆｎ、ボール３とスプライン軸１０のボール転走溝１１との間に作用する摩擦力Ｆｓのバランスに応じ、各ボール３がボール収容孔４５内でスプライン軸１０に連れ回って転動し、あるいは転動することなく停止状態を維持することになる。以下、３つのケースを分けて説明する。
先ず、第１のケースは、Ｆｓ＞Ｆｎの場合である。この場合、ボール３とスプラインナット２０との間に作用する摩擦力Ｆｎよりもボール３とスプライン軸１０との間に作用する摩擦力Ｆｓの方が大きいので、スプラインナット２０がスプライン軸１０に沿って移動すると、ボール３はスプライン軸１０に連れ回されてボール収容孔４５内で転動することになる。このとき、ボール３はスプラインナット２０の負荷転走溝に対しては滑りを生じている。このケースでは、ボール３はスプライン軸１０のボール転走溝１１に対しては完全に転がり接触をしているので、スプラインナット２０の移動に対して専ら作用する抵抗はボール３とスプラインナット２０の負荷転走溝２１との摺接によるものである。しかし、ボール３は球面の頂点が負荷転走溝２１に対して摺接しているのみなので、スプラインナット２０とスプライン軸１０の間に作用する荷重が軽いものである場合は、大した抵抗は作用せず、スプラインナット２０をスプライン軸１０に対して円滑に移動させることが可能である。また、ボール３はスプライン軸１０のボール転走溝１１に対しては転がりながら接触しているので、使用時間が経時的に累積しても、スプライン軸１０のボール転走溝１１が極端に摩耗することがなく、かかるスプライン軸１０の寿命が早期に尽きることはない。
次に第２のケースは、Ｆｓ＜Ｆｎの場合である。この場合、ボール３とスプライン軸１０との間に作用する摩擦力Ｆｓよりもボール３とスプラインナット２０との間に作用する摩擦力Ｆｎの方が大きいので、スプラインナット２０がスプライン軸１０に沿って移動し、ボール３がスプライン軸１０のボール転走溝１１上を転動しようとしても、スプラインナット２０がボール３の転動に対してブレーキをかけ、ボール３はボール収容孔４５内で転動することなく、スプライン軸１０のボール転走溝１１上を滑ることになる。このとき、ボール３はスプラインナット２０の負荷転走溝２１に対しては静止状態にあり、ボール３は負荷転走溝２１に対して滑ることさえない。この場合も、ボール３は球面の頂点がボール転走溝１１に対して摺接しているのみなので、スプラインナット２０とスプライン軸１１の間に作用する荷重が軽いものである場合は、大した抵抗は作用せず、スプラインナット２０をスプライン軸１０に対して円滑に移動させることが可能である。但し、ボール３はスプライン軸１０のボール転走溝１１に対して摺接しているので、使用時間が経時的に累積するにつれ、スプライン軸１０の摩耗は第１のケースよりも早く進行することになる。
最後に、第３のケースは、Ｆｓ≒Ｆｎの場合である。この場合、ボール３の動きは第１のケース及び第２のケースが混在したものとなり、スプラインナット２０がスプライン軸１０に沿って運動した場合、各ボール３はケージ４０のボール収容孔４５内で転動又は静止のいずれかの状態となり、あるいは転動と静止を不規則に繰り返すことになる。また、ケージ４０に配列された総てのボール３が同じ動きをするとは限らず、スプラインナット２０に対する荷重の作用状態により、各ボール３毎に異なった動きをするものと考えられる。しかし、ボール３が転動しても、あるいは転動することなく静止していても、第１のケース及び第２のケースで説明したのと同様の理由により、スプラインナット２０とスプライン軸１１の間に作用する荷重が軽いものである場合は、大した抵抗は作用せず、スプラインナット２０をスプライン軸１０に対して円滑に移動させることが可能である。
ボール３の静止又は転動の状態を積極的に制御するという観点からすれば、スプラインナット２０の負荷転走溝２１又はスプライン軸１０のボール転走溝１１のいずれか一方の表面を、他方よりも低摩擦係数の材質で形成すれば良い。具体的には、炭素等の材料でボール転走溝１１又は負荷転走溝２１の表面をコーティングする所謂ＤＬＣ処理が考えられる。これにより、前記第１のケース又は第２のケースのいずれかの状態を積極的に作り出すことができる。もっとも、スプライン軸１０が長尺な場合に、ボール転走溝１１の全長を低摩擦係数の材料でコーティングすると、生産コストが嵩むことから、スプラインナット２０の負荷転走溝２１の表面を低摩擦係数の材料で形成するのが好ましい。これにより、スプラインナット２０を移動させた際、ボール３はスプライン軸１０のボール転走溝１１内を転動することになり（第１のケース）、スプライン軸１１の摩耗も抑えることが可能となる。
また、スプラインナット２０の負荷転走溝２１の摩擦係数をスプライン軸１０のボール転走溝１１のそれに対して異ならせる他の方法としては、これら負荷転走溝の断面曲率とボール転走溝の断面曲率とを異ならせる方法が考えられる。
そして、この本実施例のボールスプライン１では、前述した３つのケースのいずれの場合であっても、従来の滑り軸受、すなわち摺接面積が大きい摺動部材を固定部材と可動部材との間に介在させるタイプの軸受に比べ、スプラインナット２０の移動に対して作用する抵抗を小さくすることができ、その分だけスプラインナット２０をスプライン軸１０に沿って円滑に往復運動させることができるものである。
また、ボール３はケージ４０のボール収容孔４５に一つずつ独立した状態で収容されていることから、仮に一つのボール３が静止しているからといって、他のボール３が静止しているボール３の影響を受けることなく転動することが可能であり、この点においてもスプラインナット２０をスプライン軸１０に沿って円滑に移動させることが可能となっている。
何よりもこのボールスプライン１では、ボール３がスプラインナット２０又はスプライン軸１０のいずれかに対して滑り接触を生じていることから、簡易な構造でスプラインナット２０をスプライン軸１０の軸方向へストロークに制限を設けることなく移動させることができ、無限ストロークタイプの直線案内装置を安価に構成することができるのも魅力である。
尚、図１〜図４に示した例では本発明をボールスプラインに適用したが、適用対象はこれに限られず、例えば、固定部上に敷設される軌道レールとこれに沿って運動するサドル状のスライド部材とから構成されるリニアガイド装置や、ボールブッシュ等、ボールの無限循環路を具備している無限ストロークタイプの直線案内装置の殆どのものに対して適用することが可能である。Hereinafter, the cage fixed type linear guide device of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 to 3 show an example in which the present invention is applied to a ball spline. The ball spline 1 is formed in a substantially cylindrical shape having a spline shaft 10 in which two ball rolling grooves 11, 11 are formed along the longitudinal direction and a hollow hole into which the spline shaft 10 is loosely fitted. The spline nut 20, a number of balls 3 that roll while loading a load between the spline shaft 10 and the spline nut 20, and the plurality of balls 3 that are interposed in the gap between the spline shaft 10 and the spline nut 20. A cage 40 for aligning the balls 3 is arranged so that the spline nut 20 can freely reciprocate linearly around the spline shaft 10 together with the cage 40. That is, the spline shaft 10 corresponds to the guide shaft of the present invention, and the spline nut 20 corresponds to the slide member of the present invention.
The spline shaft 10 is formed in a substantially circular cross section, and the two ball rolling grooves 11, 11 are formed at opposite positions on the outer peripheral surface. Each ball rolling groove is formed in an arcuate cross section with a curvature slightly larger than the spherical surface of the ball 3, and the ball 3 rolls in the ball rolling groove 11. Each ball rolling groove may have a circular arc shape whose cross section is formed from one ball rolling surface, or a Gothic arch shape in which two ball rolling surfaces intersect. Is also good.
On the other hand, the hollow hole 21 formed in the spline nut 20 substantially matches the cross-sectional shape of the spline shaft 10, and the spline shaft 10 is inserted into the hollow hole 21 with a slight gap left. The inner peripheral surface of the spline nut 20 is formed with load rolling grooves 21 and 21 facing the ball rolling grooves 11 and 11 of the spline shaft 10, and the ball 3 is loaded with these ball rolling grooves 11 and 11. It is arranged between the rolling grooves 21, 21 and is configured to roll while applying a load between the spline shaft 10 and the spline nut 20.
FIG. 4 is a perspective view showing the cage 40. The cage 40 has a substantially cylindrical body portion 44 having a hollow portion 41. The outer peripheral surface of the body portion 44 is fitted to the inner peripheral surface of the spline nut 20, while the hollow portion 41 has a slight gap. The spline shaft 10 is inserted through the. Further, a disk-shaped flange portion 42 is projectingly provided at one end in the axial direction of the body portion 44, and the flange portion 42 is fixed to the axial end surface of the spline nut 20 by a fixing screw 43. (See Figure 1). This cage is made of so-called engineering plastic excellent in heat resistance, mechanical strength, and self-lubricating property, for example, and is manufactured by a molding method such as injection molding. If the spline nut 20 can be directly fixed to a movable body such as a table, the cage 40 does not need to have the flange portion 42, and the cage 40 can be installed inside the hollow hole of the spline nut 20. It may be housed completely.
The cylindrical body 44 of the cage 40 is formed thinner than the diameter of the ball 3, and its axial length is substantially the same as the axial length of the spline nut 20. A plurality of ball accommodating holes 45 are provided in the nut 20 at positions facing the load rolling groove 21. These ball accommodating holes 45 are arranged at a predetermined interval along the axial direction, and in this embodiment, two rows are provided corresponding to the two load rolling grooves 21. Each ball accommodating hole 45 is provided so as to penetrate the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the body portion 44 of the cage 40, and the inner diameter thereof is formed to be slightly larger than the diameter of the ball 3. The balls 45 are accommodated in the holes 45 one by one. As a result, the balls 3 accommodated in the respective ball accommodating holes 45 of the cage 40 simultaneously contact both the ball rolling groove 11 of the spline shaft 10 and the load rolling groove 21 of the spline nut 20, and the ball accommodating hole is formed. It can rotate freely within 45.
Further, each ball accommodating hole 45 is formed such that the diameter of the opening facing the spline shaft 10 is slightly smaller than the diameter of the ball 3, and the spline shaft 10 is hollow when the cage 40 is fixed to the spline nut 20. Even if the balls 3 are pulled out from the balls 41, the balls 3 do not drop out from the ball accommodating holes 45.
In the ball spline 1 of the present embodiment configured as described above, the spline shaft 10 is fixed as a support beam at both ends to a fixed portion (not shown), while the spline nut 20 is movable such as a table. By fixing the body (not shown), it becomes possible to support the linear reciprocating motion of the movable body with respect to the fixed portion by the ball spline 1. Alternatively, the spline nut 20 may be fixed to the fixed portion while the spline shaft 10 may be fixed to a movable body such as a table.
At this time, when the spline nut 20 fixed to the movable body moves around the spline shaft 10 with respect to the axial direction of the spline shaft 10, the cage 40 fixed to the spline nut 20 is also moved by the same amount as the spline nut 20. It will move with respect to the spline shaft 10. As a result, the ball 3 accommodated in the ball accommodating hole 45 of the cage 40 does not move with respect to the spline nut 20, but moves only with respect to the spline shaft 10.
As a result, depending on the balance between the frictional force Fn acting between the ball 3 and the loaded rolling groove 21 of the spline nut 20, and the frictional force Fs acting between the ball 3 and the ball rolling groove 11 of the spline shaft 10. The balls 3 roll along with the spline shaft 10 in the ball accommodating holes 45, or they maintain a stopped state without rolling. Hereinafter, the three cases will be described separately.
First, the first case is the case of Fs>Fn. In this case, since the frictional force Fs acting between the ball 3 and the spline shaft 10 is larger than the frictional force Fn acting between the ball 3 and the spline nut 20, the spline nut 20 moves along the spline shaft 10. When the ball 3 is moved, the ball 3 is rotated by the spline shaft 10 and rolls in the ball accommodation hole 45. At this time, the ball 3 slips with respect to the load rolling groove of the spline nut 20. In this case, since the ball 3 is in complete rolling contact with the ball rolling groove 11 of the spline shaft 10, the resistance acting exclusively on the movement of the spline nut 20 is that of the ball 3 and the spline nut 20. This is due to the sliding contact with the load rolling groove 21. However, since the apex of the spherical surface of the ball 3 is only in sliding contact with the load rolling groove 21, when the load acting between the spline nut 20 and the spline shaft 10 is light, a great resistance is exerted. Without doing so, the spline nut 20 can be moved smoothly with respect to the spline shaft 10. Further, since the ball 3 is in contact with the ball rolling groove 11 of the spline shaft 10 while rolling, the ball rolling groove 11 of the spline shaft 10 is extremely worn even if the usage time is accumulated over time. Therefore, the life of the spline shaft 10 does not end early.
Next, the second case is when Fs<Fn. In this case, since the frictional force Fn acting between the ball 3 and the spline nut 20 is larger than the frictional force Fs acting between the ball 3 and the spline shaft 10, the spline nut 20 moves along the spline shaft 10. Even if the ball 3 tries to roll on the ball rolling groove 11 of the spline shaft 10, the spline nut 20 brakes the rolling of the ball 3, and the ball 3 rolls in the ball accommodating hole 45. It slides on the ball rolling groove 11 of the spline shaft 10 without moving. At this time, the ball 3 is stationary with respect to the loaded rolling groove 21 of the spline nut 20, and the ball 3 does not even slide on the loaded rolling groove 21. Also in this case, since the apex of the spherical surface of the ball 3 is only in sliding contact with the ball rolling groove 11, when the load acting between the spline nut 20 and the spline shaft 11 is light, a great resistance is exerted. Does not work, and the spline nut 20 can be moved smoothly with respect to the spline shaft 10. However, since the ball 3 is in sliding contact with the ball rolling groove 11 of the spline shaft 10, the wear of the spline shaft 10 progresses faster than in the first case as the use time accumulates. Become.
Finally, the third case is when Fs≈Fn. In this case, the movement of the balls 3 is a mixture of the first case and the second case, and when the spline nut 20 moves along the spline shaft 10, each ball 3 moves in the ball receiving hole 45 of the cage 40. It will either be rolling or stationary, or it will roll and stand irregularly. Further, it is considered that not all the balls 3 arranged in the cage 40 move in the same way, but each ball 3 moves differently depending on the acting state of the load on the spline nut 20. However, even if the ball 3 rolls or stands still without rolling, the spline nut 20 and the spline shaft 11 can be operated for the same reason as described in the first case and the second case. If the load acting between the spline nuts is light, a large amount of resistance does not act, and the spline nut 20 can be moved smoothly with respect to the spline shaft 10.
From the viewpoint of positively controlling the stationary or rolling state of the ball 3, the surface of either one of the load rolling groove 21 of the spline nut 20 or the ball rolling groove 11 of the spline shaft 10 is more than that of the other. May be formed of a material having a low friction coefficient. Specifically, so-called DLC treatment in which the surface of the ball rolling groove 11 or the load rolling groove 21 is coated with a material such as carbon can be considered. As a result, the state of either the first case or the second case can be positively created. However, when the spline shaft 10 is long, coating the entire length of the ball rolling groove 11 with a material having a low friction coefficient increases the production cost. Therefore, the surface of the load rolling groove 21 of the spline nut 20 has low friction. It is preferably formed of a material having a modulus. As a result, when the spline nut 20 is moved, the balls 3 roll in the ball rolling groove 11 of the spline shaft 10 (first case), and the wear of the spline shaft 11 can be suppressed. Become.
As another method of making the friction coefficient of the loaded rolling groove 21 of the spline nut 20 different from that of the ball rolling groove 11 of the spline shaft 10, the sectional curvature of these loaded rolling grooves and the ball rolling groove A method of making the sectional curvature different can be considered.
In the ball spline 1 of this embodiment, the conventional sliding bearing, that is, the sliding member having a large sliding contact area is provided between the fixed member and the movable member in any of the three cases described above. The resistance acting on the movement of the spline nut 20 can be made smaller than that of the intervening type bearing, and the spline nut 20 can be smoothly reciprocated along the spline shaft 10 by that amount. ..
Further, since the balls 3 are housed in the ball housing holes 45 of the cage 40 one by one independently, even if one ball 3 is stationary, the other balls 3 are stationary. It is possible to roll without being affected by the existing balls 3, and in this respect also, the spline nut 20 can be smoothly moved along the spline shaft 10.
Above all, in this ball spline 1, since the balls 3 make sliding contact with either the spline nut 20 or the spline shaft 10, the spline nut 20 can be stroked in the axial direction of the spline shaft 10 with a simple structure. It is also attractive that it can be moved without limitation and an infinite stroke type linear guide device can be constructed at low cost.
In addition, although the present invention is applied to the ball spline in the example shown in FIGS. 1 to 4, the application target is not limited to this. For example, a track rail laid on a fixed portion and a saddle shape that moves along the rail. The present invention can be applied to most linear guide devices of the infinite stroke type having an infinite circulation path for balls, such as a linear guide device composed of the above slide member and a ball bush.

Claims (4)

長手方向に沿ったボール転走面を有する案内シャフトと、この案内シャフトと隙間を介して対向すると共に、前記ボール転走面と対向する負荷転走面を有するスライド部材と、案内シャフトのボール転走面とスライド部材の負荷転走面との間を荷重を負荷しながら転走する多数のボールと、前記案内シャフトとスライド部材との隙間に位置すると共に、個々のボールを回転自在に収容するボール収容孔が貫通するようにして複数形成され、前記スライド部材に固定されて該スライド部材と伴に前記案内シャフトの軸方向へ移動するケージとから構成されることを特徴とするケージ固定型直線案内装置。A guide shaft having a ball rolling surface along the longitudinal direction, a slide member having a load rolling surface facing the ball guiding surface with a gap and facing the ball rolling surface, and a ball rolling of the guide shaft. A large number of balls rolling while applying a load between the running surface and the load rolling surface of the slide member, and the balls are located in the gaps between the guide shaft and the slide member, and each ball is rotatably accommodated. A cage-fixed straight line formed by a plurality of ball-receiving holes penetrating through the cage and being fixed to the slide member and moving along with the slide member in the axial direction of the guide shaft. Guidance device. 前記スライド部材は、案内シャフトが隙間を介して遊嵌する中空孔を備えると共に該中空孔の内周面に前記負荷転走溝が形成された略円筒状のナット部材であり、また、
前記ケージは案内シャフトが挿嵌される中空孔を有して略円筒状に形成されると共に、その軸方向の一端には、前記ナット部材の軸方向端面に固定されるフランジ部が突設されていることを特徴とする請求項１記載のケージ固定型直線案内装置。The slide member is a substantially cylindrical nut member having a hollow hole in which a guide shaft is loosely fitted through a gap, and the load rolling groove is formed on an inner peripheral surface of the hollow hole.
The cage is formed into a substantially cylindrical shape having a hollow hole into which a guide shaft is inserted, and a flange portion fixed to the axial end surface of the nut member is provided at one end in the axial direction so as to project. The cage fixed type linear guide device according to claim 1, wherein the linear guide device is fixed. 前記ボール転走面は案内シャフトの軸方向に沿って形成されると共に、断面がボール球面よりも大きな曲率で曲面状に形成されたボール転走溝であることを特徴とする請求項１記載のケージ固定型直線案内装置。The ball rolling surface is formed along the axial direction of the guide shaft, and is a ball rolling groove whose cross section is formed into a curved surface with a curvature larger than that of the ball spherical surface. Fixed cage linear guide system. 前記スライド部材の負荷転走面の表面は、前記案内シャフトのボール転走面よりも低摩擦係数の材質で形成されていることを特徴とする請求項１記載のケージ固定型直線案内装置。2. The cage fixed type linear guide device according to claim 1, wherein the load rolling surface of the slide member is formed of a material having a lower friction coefficient than the ball rolling surface of the guide shaft.
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