WO2005108807A1 - 転がり機械要素 - Google Patents

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ball
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rolling
guide
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Inventor
Shigeo Shimizu
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Thk Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to rolling machine elements such as a ball guide, a roller guide, a ball spline, and a ball bush, and particularly relates to a guide block (in the case of a ball guide, a roller guide, etc.) and an outer cylinder (ball spline, a ball bush, etc.).
  • a guide block in the case of a ball guide, a roller guide, etc.
  • an outer cylinder ball spline, a ball bush, etc.
  • an elliptical-based crowning is formed at the end of the raceway surface, so that a large amount of load acts on the rolling elements even at a portion close to the crowning end, so that the load capacity, rigidity and precision are dramatically improved. Increased rolling to ⁇ mechanical elements.
  • a ball guide 1 is configured such that a guide block 2 is movable on a rail 3 in a direction of an arrow A or an arrow B.
  • Many balls 4 as an example of a moving object are circulating and rolling in an aligned state, and balls 4 located within the range of the raceway surface length It contact the raceway surface 3a of the rail 3 and the raceway surface 2a of the guide block 2. By doing so, the external load acting on the guide block 2 is supported.
  • roller guides, ball splines, ball bushes, and the like have a configuration in which rolling elements do not circulate, such as ball slides and cross roller guides, such as ball slides and cross roller guides. .
  • the crowning 2b of the conventional crowning has a crowning length (a length from the starting point o of the crowning to the edge a of the crowning) Xr, a clearance e of the crowning e, and the orbit at the crowning starting point o. It was based on an arc 5 of radius R that touched the surface 2a. Note that the radius R is represented by Expression 1, and the arc 5 is represented by Expression 2.
  • Non-Patent Document 1 Shigeo Shimizu: Study on Load Distribution, Accuracy and Rigidity of Linear Motion Ball Guide System, Journal of Precision Engineering, 58, 11 (1992)
  • Non-Patent Document 2 Shigeo Shimizu: Dynamic Load Rating of Linear Bearings, Japanese Society of Tribology, 44, 11 (1999)
  • Non-Patent Document 3 Shigeo Shimizu: Dynamic load capacity of linear motion rolling guide element, Kosaido Printing (1999) 2 Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in order to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a first member having a raceway surface formed thereon, and the first member comprising a rolling element. And a second member mounted via the first member and configured to be able to guide the first member in a predetermined direction.
  • a rolling machine element configured to be movable in the guiding direction
  • an oval-based crowning is formed at the end of the raceway surface of the first member, which is a point at which the rolling element enters and exits, so that the crowning is within the range of the crowning.
  • the purpose is to improve the load capacity, rigidity and accuracy of rolling machine elements by improving the load factor of the rolling elements located.
  • Another object is to form a crowning based on an ellipse having a short axis of a predetermined crowning relief amount at an end of the raceway surface of the first member, which is a point of entry and exit of the rolling element, in the above configuration.
  • the goal is to make it possible for rolling elements to smoothly enter and exit the raceway load zone while maintaining a high rolling factor load factor.
  • Still another object is that, in the above-described configuration, an ellipse having a short axis of a predetermined crowning relief amount as a base at an end of the raceway surface of the first member, and a plurality of points on the ellipse as vertices.
  • the present invention has a structure in which a first member having a raceway surface is formed, the first member is mounted via a rolling element, and the first member can be guided in a predetermined direction.
  • the rolling element is configured such that the rolling element moves in and out of the raceway surface in an aligned state so that the first member can move in the guiding direction of the second member.
  • an elliptical-based clutch is formed at an end of the raceway surface of the first member, which is a point of entry and exit of the rolling element.
  • the present invention (claim 2) is configured such that a first member having a raceway surface formed thereon, the first member is mounted via a rolling element, and the first member can be guided in a predetermined direction.
  • a rolling member wherein the rolling element moves in and out of the raceway surface in an aligned state, whereby the first member is configured to be movable in the guide direction of the second member.
  • An elliptical-based crowning whose short axis is a predetermined crowning relief amount is formed at an end of the raceway surface of the first member, which is a point of entry and exit of the rolling element.
  • the present invention (Claim 3) is configured such that a first member having a raceway surface is formed, the first member is mounted via a rolling element, and the first member can be guided in a predetermined direction.
  • a rolling member wherein the rolling element moves in and out of the raceway surface in an aligned state so that the first member is movable in the guide direction of the second member.
  • a polygonal crowning based on an ellipse whose minor axis is a predetermined crowning relief amount and having a plurality of points on the ellipse as vertices is provided. It is characterized by being formed.
  • the present invention is configured such that the first member having the raceway surface formed as described above, and the first member is mounted via a rolling element so that the first member can be guided in a predetermined direction.
  • the rolling element is configured to be able to move in the guide direction of the second member by the rolling element moving in and out of alignment with the raceway surface.
  • An elliptical-based crowning is formed at the end of the raceway surface of the first member, which is the entrance and exit point, so that the load factor of the rolling elements located within the crowning can be improved, so that the rolling machine element This has the effect of increasing the load capacity, rigidity and accuracy of the device.
  • the crowning based on the elliptical shape having the shortage of the predetermined crowning relief amount is formed at the end of the raceway surface of the first member, which is the entry / exit point of the rolling element.
  • the end of the raceway surface of the first member may have a polygonal shape based on an ellipse having a predetermined crowning relief amount as a short axis and having a plurality of points on the ellipse as vertices. Since the crowning is formed, the processing of the crowning can be facilitated, and the effect of reducing the manufacturing cost of the rolling machine element with improved load capacity, rigidity and accuracy can be obtained.
  • a rolling element S 10 includes a guide block 11 which is an example of a first member having a raceway surface 14 formed thereon, and a guide block 11 which is an example of a rolling element.
  • the guide block 11 is configured such that it can move in the guide direction of the rail 12 by moving in and out in an aligned state, for example, a ball guide, and the end of the raceway surface 14 of the guide block 11 where the ball 13 enters and exits.
  • a crowning 14a is formed based on an elliptical shape 15 having a minor axis of a predetermined crowning relief amount e.
  • the crowning escape width Xr is a force that can be arbitrarily determined.
  • the track is taken up to the center of the raceway surface 14, almost the entire range of the raceway surface length It is crowded. The rigidity and life are reduced, but the guide accuracy is significantly improved and the frictional resistance is considered to be significantly reduced.
  • FIG. 1 An arc 16 with a radius R connecting to the crowning end a is shown.Comparing the crowning 14a and the arc 16 based on the ellipse 15, the positions of the crowning start point o and the crowning end a are common.
  • the crawling 14a has a larger bulge in the direction of the y-axis origin, and this bulge improves the load factor of the ball 13.
  • the rolling element S 20 includes a guide block 21 as an example of a first member having a raceway surface 24 formed thereon, and a guide block 21.
  • a block 21 is attached via a ball 13 as an example of a rolling element, and includes a rail 22 as an example of a second member configured to be able to guide the guide block 21 in a predetermined direction.
  • the guide block 21 is configured such that it can move in the guide direction of the rail 22 by moving in and out of the raceway surface 24 of the guide 21 in an aligned state, for example, a ball guide.
  • the ellipse 15 on which the Klaujung 24 is based is the same as in the first embodiment of the present invention, and the vertices are not limited to the four points a, b, c, and o. You may.
  • the rolling machine element 20 is, for example, a ball guide, as shown in FIG. 4, end plates 25 are attached to both ends of the guide block 11, and the balls 13 pass through the end plate 25. Thus, the ball 13 circulates and rolls in the guide block 11.
  • the present invention is configured as described above, and its operation will be described below.
  • the operation of the guide block 21 in the rolling machine element 20 according to the second embodiment of the present invention will be described.
  • a ball 13 is interposed between the guide block 21 and the rail 22. Therefore, the guide block 21 can be freely moved with respect to the fixed rail 22 in the guide direction of the rail 22, that is, in the arrow C or arrow D direction. At this time, the ball 13 circulates in the guide block 21 in the direction of arrow G or arrow H.
  • the ball load becomes exactly 0 at the end of the crown due to the radial load F lowering the guide block 11 by the clearance e of the claw jung, and the gap between the raceway surface 24 and the rail 22 at the end of the craw jung becomes equal to the ball diameter. Because.
  • Table 1 shows a calculation example in the case of crown crown, arc parabolic crowning, and elliptical crowning in the ball guide.
  • the first column in Table 1 is a ratio of the distance in the X-axis direction from the crowning start point ⁇ to the major axis (crowning width) Xr of the ellipse 15 in FIG. 1, and is a dimensionless quantity.
  • the second and third columns show the case of arc crowning and parabolic crowning according to the prior art, and the fourth and fifth columns show the case of elliptical crowning according to the present invention.
  • the second and fourth columns show the distance ⁇ ⁇ in the y-axis direction from the crowning starting point o, and the third and fifth columns show the ball load factor (1_ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ e). Since the arc and parabolic crowns are quadratic, the distance ⁇ matches within the range of significant figures and the load factor also matches, so they are described in the same column.
  • the load factor is the ratio of the ball load when the ball is located in the crown jung section to the ball load when the ball is located on the orbital surface that is not the crown jung section. In a, since the ball load is 0, the load factor is also 0.
  • (1) shows the case of arc crowning
  • (2) shows the case of elliptical crowning. Yes.
  • the lower diagram with the distance on the vertical axis shows the crowning shape as it is. It can be seen that the elliptical crowning has a bulge below the circular arc crowning by the hatched area.
  • the abscissa indicates the conformity coefficient f
  • the ordinate indicates the basic dynamic load rating C
  • ⁇ e deformation amount when ball load Qc is applied
  • raceway surface length It 72 mm
  • ball diameter Dw 6.35 mm
  • number of balls it 2 system IJ
  • contact angle 45 °.
  • a contact angle of 45 ° means that the ball and the raceway are in contact with each other at an angle of 45 ° with respect to the direction of the radial load.
  • Table 2 shows a calculation example of the crowning when the rolling machine element 10 is a roller guide.
  • (1) shows the case of an arc crowning
  • (2) shows the case of an elliptical crowning.
  • the lower diagram with the distance ⁇ ⁇ on the vertical axis shows the shape of Klaujung as it is. It can be seen that the elliptical crowning has a bulge below the circular arc Klaujung by the hatched area.
  • the horizontal axis represents the roller effective length coefficient fL
  • the vertical axis represents the basic dynamic load rating C
  • the ball load Qc when a radial load of 1/2 of the basic dynamic load rating C is applied.
  • Ball diameter Dw / crowning escape amount is shown.
  • the forces described as the rolling machine elements 10 and 20 as ball guides are not limited thereto.
  • rolling force S rolling machine elements such as roller guides, ball splines, and ball bushes may be used. You may.
  • the guide direction by the rail or the shaft is not limited to the linear direction, and the rail may be curved like an R guide.
  • the rolling element is not limited to a ball, and may be any type such as a cylindrical roller, a needle roller, a spherical roller, or a conical roller.
  • the rolling elements are not limited to those that circulate in the guide block or the outer cylinder, but may be rotatably mounted on a rail-to-retainer or the like, such as a cross roller guide or a ball slide. .
  • the crowning relief e is determined by the elastic deformation of the rolling elements in the contact angle direction. Just do it.
  • FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view showing a shape and an equation of an elliptical crowning in a rolling machine element according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 to FIG. 4 relate to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a partial longitudinal sectional view showing, in an enlarged manner, a crowning portion in a rolling element S.
  • FIG. 4 is a partial longitudinal sectional view showing a state in which a ball moves on a rail while circulating and rolling in a guide block subjected to a radial load.
  • FIG. 5 is a diagram showing calculation results of a crowning shape and a load factor in a ball guide.
  • FIG. 3 is a graph showing the amount, ball deformation, maximum Hertzian stress, and the ratio between the ball diameter and the escape amount of Crowjung, respectively.
  • FIG. 7 is a diagram showing calculation results of a crowning shape and a load factor in a roller guide.
  • Garden 8 is a diagram showing the coefficient of conformity, the basic dynamic load rating, the ball load, the amount of crowning relief, the amount of ball deformation, the maximum Hertzian stress, and the ratio between the ball diameter and the amount of crown jungle relief in the roller guide.
  • FIG. 9 to FIG. 12 relate to a conventional example, and FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a ball guide.
  • FIG. 10 is an enlarged partial longitudinal sectional view showing the shape and equation of arc crowning.
  • FIG. 11 is a longitudinal cross-sectional view of a crowning formed by linearly chamfering a crowning starting point and a crowning end on a circular arc basis.
  • Garden 12 is a longitudinal sectional view of a crown formed by connecting a plurality of arc-shaped points in order from the crowning start point to the end of the crown based on the arc and forming a polygonal shape.

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Abstract

　ガイドブロック（ボールガイド、ローラガイド等の場合）や外筒（ボールスプライン、ボールブッシュ等の場合）の軌道面端部に楕円形を基礎としたクラウニングを形成することで、該クラウニング端に近い部分でも転動体に多くの負荷が作用するようにして、負荷能力、剛性及び精度を飛躍的に高める。 　軌道面１４が形成された第１部材１１と、該第１部材が転動体１３を介して取り付けられ該第１部材１１を所定の方向に案内可能に構成された第２部材１２とを備え、転動体１３が軌道面１４に整列状態で出入りすることで、第１部材１１が第２部材１２の案内方向に移動可能に構成され、転動体１３の出入り点となる第１部材１１の軌道面１４の端部に楕円形１５を基礎としたクラウニング１４ａを形成した構成を特徴とする。

Description

明 細 書
転がり機械要素
技術分野
[0001] 本発明は、ボールガイド、ローラガイド、ボールスプライン及びボールブッシュ等の 転がり機械要素に係り、特にガイドブロック（ボールガイド、ローラガイド等の場合)や 外筒（ボールスプライン、ボールブッシュ等の場合）の軌道面端部に楕円形を基礎と したクラウユングを形成することで、該クラウユング端に近い部分でも転動体に多くの 負荷が作用するようにして、負荷能力、剛性及び精度を飛躍的に高めた転力 ^機械 要素に関する。
背景技術
[0002] 図 9に示すように、ボールガイド 1は、ガイドブロック 2がレール 3上を矢印 A又は矢 印 B方向に移動可能に構成されたものであって、ガイドブロック 2内においては、転動 体の一例たる多数の玉 4が整列状態で循環転動しており、軌道面長さ Itの範囲内に 位置する玉 4がレール 3の軌道面 3a及びガイドブロック 2の軌道面 2aに接触すること で、ガイドブロック 2に作用する外部荷重を支えるようになつている。
[0003] ローラガイド、ボールスプライン及びボールブッシュ等も同様に転動体が循環転動 する構成になっている力 ボールスライドやクロスローラガイド等のように、転動体が循 環しない構成のものもある。
[0004] いずれにしても、これらの転力 ^機械要素において、軌道面両端部にどのようにクラ ゥニングを付与するかは、走行精度や寿命等、あらゆる性能を決めてしまうくらい重 要な要因である (非特許文献 1)。
[0005] し力、し従来のクラウユング 2bは、図 10に示すように、クラウユング長さ（クラウユング 始点 oからクラウユング端 aまでの長さ） Xr、クラウユング逃げ量 eとなり、クラウニン グ始点 oにおいて軌道面 2aと接するような半径 Rの円弧 5を基礎としたものであった。 なお、この半径 Rは数式 1で表され、円弧 5は数式 2で表されるものである。
[0006] [数 1]
Figure imgf000004_0001
[数 2]
Figure imgf000004_0002
[0007] 円弧 5を忠実に形成することは製造コストの上昇につながるため、実際には、図 11 に示すように、円弧 5を基礎としながら、クラウニング始点 oとクラウユング端 2cのクラウ ユング逃げ量; だけ逃げた点 aとを結ぶ直線状に面取りする力 \又は図 12に示す ように、クラウニング始点 oから円弧 5上の点 d、点 点 bそして点 aを夫々頂点とする 多角形形状に形成していた。
[0008] ところ力 円弧クラウユングの場合には、図 10に示すように、クラウニング始点 oから の距離 Xに対するクラウユング逃げ量 l xが、距離 Xが短いうちから大きくなつてしまう ため、平坦な軌道面 2aに位置する玉 4が受ける荷重に対するクラウユング長さ Xrの 範囲内に位置する玉 4の負荷の割合 (負荷率）が低くなつてしまっていた。
[0009] これは即ち軌道面長さ It内に位置している玉 4を十分に生力 きれていないことを 意味するものであり、負荷容量、剛性及び精度を高めるにはクラウニングの形状を円 弧形状とは別の形状を基礎とするものに改める必要があった。
[0010] 非特許文献 1 :清水茂夫:直動ボールガイドシステムの負荷分布と精度 ·剛性に関す る研究、精密工学会誌、 58、 11 (1992)
非特許文献 2：清水茂夫：直動ベアリングの動定格荷重につレ、て、 日本トライボロジー 学会、 44、 11 (1999)
非特許文献 3 :清水茂夫:直動転がり案内要素の動負荷容量、廣済堂印刷（1999) 2 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0011] 本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的 とするところは、軌道面が形成された第 1部材と、該第 1部材が転動体を介して取り付 けられ該第 1部材を所定の方向に案内可能に構成された第 2部材とを備え、転動体 が軌道面に整列状態で出入りすることで、第 1部材が第 2部材の案内方向に移動可 能に構成された転がり機械要素において、転動体の出入り点となる第 1部材の軌道 面の端部に楕円形を基礎としたクラウニングを形成することによって、クラウエングの 範囲内に位置する転動体の負荷率を向上させて転がり機械要素の負荷容量、剛性 及び精度を高めることである。
[0012] また他の目的は、上記構成において、転動体の出入り点となる第 1部材の軌道面の 端部に、所定のクラウニング逃げ量を短軸とする楕円形を基礎としたクラウニングを形 成することによって、規格や仕様等によって定められた最大ラジアル荷重が作用した ときにクラウニング端に位置する転動体に作用する転動体荷重がちょうど 0となるよう にすることであり、またこれによつて転動体の負荷率を高く維持しつつ、軌道面負荷 圏への転動体の滑らかな進入と送出を可能にすることである。
[0013] 更に他の目的は、上記構成において、第 1部材の軌道面の端部に、所定のクラウ ニング逃げ量を短軸とする楕円を基礎とし、該楕円上の複数点を頂点とする多角形 形状のクラウニングを形成することによって、クラウニングの加工を容易にし、負荷容 量、剛性及び精度を高めた転力 Sり機械要素の製造コストを低減させることである。 課題を解決するための手段
[0014] 要するに本発明（請求項 1)は、軌道面が形成された第 1部材と、該第 1部材が転動 体を介して取り付けられ該第 1部材を所定の方向に案内可能に構成された第 2部材 とを備え、前記転動体が前記軌道面に整列状態で出入りすることで、前記第 1部材 が前記第 2部材の案内方向に移動可能に構成された転力 Sり機械要素において、前 記転動体の出入り点となる前記第 1部材の軌道面の端部に楕円形を基礎としたクラ ゥユングが形成されたことを特徴とするものである。 [0015] また本発明（請求項 2)は、軌道面が形成された第 1部材と、該第 1部材が転動体を 介して取り付けられ該第 1部材を所定の方向に案内可能に構成された第 2部材とを 備え、前記転動体が前記軌道面に整列状態で出入りすることで、前記第 1部材が前 記第 2部材の案内方向に移動可能に構成された転がり機械要素において、前記転 動体の出入り点となる前記第 1部材の軌道面の端部に、所定のクラウニング逃げ量を 短軸とする楕円形を基礎としたクラウユングが形成されたことを特徴とするものである
[0016] また本発明（請求項 3)は、軌道面が形成された第 1部材と、該第 1部材が転動体を 介して取り付けられ該第 1部材を所定の方向に案内可能に構成された第 2部材とを 備え、前記転動体が前記軌道面に整列状態で出入りすることで、前記第 1部材が前 記第 2部材の案内方向に移動可能に構成された転がり機械要素において、前記転 動体の出入り点となる前記第 1部材の軌道面の端部に、所定のクラウニング逃げ量を 短軸とする楕円を基礎とし該楕円上の複数点を頂点とする多角形形状のクラウニン グが形成されたことを特徴とするものである。
発明の効果
[0017] 本発明は、上記のように軌道面が形成された第 1部材と、該第 1部材が転動体を介 して取り付けられ該第 1部材を所定の方向に案内可能に構成された第 2部材とを備 え、転動体が軌道面に整列状態で出入りすることで、第 1部材が第 2部材の案内方 向に移動可能に構成された転力 ^機械要素において、転動体の出入り点となる第 1 部材の軌道面の端部に楕円形を基礎としたクラウユングを形成したので、クラウニン グの範囲内に位置する転動体の負荷率を向上させることができるため、転がり機械 要素の負荷容量、剛性及び精度を高めることができる効果がある。
[0018] また上記構成において、転動体の出入り点となる第 1部材の軌道面の端部に、所 定のクラウユング逃げ量を短軸とする楕円形を基礎としたクラウユングを形成したので
、規格や仕様等によって定められた最大ラジアル荷重が作用したときにクラウニング 端に位置する転動体に作用する転動体荷重がちょうど 0となるようにすることができ、 またこの結果転動体の負荷率を高く維持しつつ、軌道面負荷圏への転動体の滑らか な進入と送出を可能にし得る効果がある。 [0019] 更には、上記構成において、第 1部材の軌道面の端部に、所定のクラウニング逃げ 量を短軸とする楕円を基礎とし、該楕円上の複数点を頂点とする多角形形状のクラウ ニングを形成したので、クラウニングの加工を容易にし得、負荷容量、剛性及び精度 を高めた転がり機械要素の製造コストを低減させることができる効果が得られる。 発明の実施の形態
[0020] 以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。本発明の第 1実施例に係る 転力 Sり機械要素 10は、図 1において、軌道面 14が形成された第 1部材の一例たるガ イドブロック 11と、該ガイドブロック 11が転動体の一例たる玉 13を介して取り付けられ 、該ガイドブロック 11を所定の方向に案内可能に構成された第 2部材の一例たるレ ール 12とを備え、該玉 13がガイドブロック 11の軌道面 14に整列状態で出入りするこ とで、ガイドブロック 1 1がレール 12の案内方向に移動可能に構成された、例えばボ 一ルガイドであり、玉 13の出入り点となるガイドブロック 11の軌道面 14の端部に、所 定のクラウニング逃げ量え eを短軸とする楕円形 15を基礎としたクラウニング 14aが 形成されている。
[0021] クラウニング始点 oを原点とし、軌道面 14方向を X軸、ガイドブロック 11の高さ方向を y軸とすると、長軸（クラウニング逃げ幅) Xr、短軸（クラウニング逃げ量） eより、楕 円形 15の方程式は、数式 3で表される。
[0022] [数 3]
Figure imgf000007_0001
[0023] クラウニング逃げ幅 Xrの長さは任意に定めることができる力 軌道面 14の中央付 近まで取ると、軌道面長さ Itのほぼ全範囲がクラウユングされた、レ、わゆるフルクラウ ニング状態となり、剛性と寿命は低下するが、案内精度は格段に向上し、摩擦抵抗 は格段に少なくなると考えられる。
[0024] 従来の円弧クラウユングと比較するために、図 1において、クラウユング開始点 oとク ラウニング端 aとを結ぶ半径 Rの円弧 16を示しているが、楕円形 15を基礎としたクラウ ニング 14aと円弧 16を比較してみると、クラウニング始点 oとクラウニング端 aの位置は 共通している力 クラウユング 14aの方が y軸原点方向への盛上がりが大きぐこの盛 上がりが玉 13の負荷率を向上させるようになつている。
[0025] 次に本発明の第 2実施例に係る転力 Sり機械要素 20は、図 2から図 4において、軌道 面 24が形成された第 1部材の一例たるガイドブロック 21と、該ガイドブロック 21が転 動体の一例たる玉 13を介して取り付けられ、該ガイドブロック 21を所定の方向に案 内可能に構成された第 2部材の一例たるレール 22とを備え、該玉 13がガイドブロック 21の軌道面 24に整列状態で出入りすることで、ガイドブロック 21がレール 22の案内 方向に移動可能に構成された、例えばボールガイドであり、玉 13の出入り点となるガ イドブロック 21の軌道面 24の端部に、所定のクラウユング逃げ量 eを短軸とする楕 円 15を基礎とし、該楕円 15上の複数点 a, b, c， oを頂点とする多角形形状のクラウ ニング 24aが形成されてレ、る。
[0026] クラウユング 24の基礎となる楕円 15については、本発明の第 1実施例と同様であり 、また頂点は点 a, b, c, oの 4箇所に限られず、これより多くても少なくてもよい。
[0027] 転がり機械要素 20は、例えばボールガイドであるため、図 4に示すように、ガイドブ ロック 11の両端にエンドプレート 25が取り付けられており、該エンドプレート 25内を玉 13が通過することにより、該玉 13がガイドブロック 11内を循環転動するようになって いる。
[0028] 本発明は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。本発明 の第 2実施例に係る転がり機械要素 20におけるガイドブロック 21の作用について説 明すると、図 4に示すように、ガイドブロック 21とレール 22との間には、玉 13が介在し ているので、固定されたレール 22に対してガイドブロック 21を、レール 22の案内方向 、即ち矢印 C又は矢印 D方向に自由に移動させることができる。このとき玉 13はガイド ブロック 21内を矢印 G又は矢印 H方向に循環転動する。
[0029] ガイドブロック 21に基本動定格荷重の 1/2のラジアル荷重 Fが作用している場合 には、クラウユング 24a以外の軌道面 24では、該軌道面 24、玉 13及びレール 22の 間に、クラウユング逃げ量 eと同じ量の変形が生じている。 [0030] この玉 13が矢印 H方向に進んでクラウニング 24aの範囲に入ると、クラウユング端 に近づくに従って玉荷重が減少して行き、クラウユング端に到達したときに玉荷重が ちょうど 0となって、矢印 H方向に進んで行く。クラウユング端で玉荷重がちょうど 0に なるのは、ラジアル荷重 Fによってガイドブロック 11がクラウユング逃げ量 eだけ下 降し、クラウユング端における軌道面 24とレール 22との間の隙間が玉径と等しくなる からである。
[0031] 逆に玉 13が矢印 G方向に進んで来るときには、玉 13がクラウユング端に達したとき には玉荷重は 0であるが、進んで行くに従って玉荷重が増加して行き、クラウユング 始点で玉荷重が最大となり、そのまま軌道面 24を転動して行く。このときの軌道面 24 、玉 13及びレール 22の間の変形量は、クラウユング逃げ量; l eと同じ量である。
[0032] 国際標準化機構 (ISO)で規定された寿命計算式は、同じく ISOで合意された式か ら求められる基本動定格荷重の 1Z2以下のラジアル荷重下で適用される。
[0033] 従って該基本動定格荷重の 1/2のラジアル荷重下での玉変形量に相当するクラ ゥニング逃げ量え eを与えておけば、該ラジアル荷重が作用しているときでも、クラウ ニング 24aを含めた軌道面 24全体が玉 13と接するので、十分な負荷容量を得ること ができ、またクラウニング端における軌道面 24とレール 22との間の隙間が玉径と等し くなるので、軌道面 24への玉 13の出入りが円滑になる。
[0034] ここでボールガイドにおけるクラウニンダカ 円弧クラウニング、放物線クラウニング 及び楕円クラウユングの場合の計算例を表 1に示す。計算条件としては、玉径 Dw = 6. 35mm,クラウニング逃げ量 =0. 023228mm,適合係数 f (=軌道面半径 R /玉径 Dw ) =0. 52、円弧クラウニングにおける円の半径 R= 867. 983mmとし、 基本動定格荷重 Cの 1Z2のラジアル荷重 Fが作用するものとした。
[0035] [表 1]
Figure imgf000010_0001
[0036] 表 1における第 1列は、図 1において、クラウニング始点 οから X軸方向の距離と、楕 円形 15の長軸（クラウニング幅 ) Xrの比であり、無次元量である。第 2列と第 3列は、 従来例に係る円弧クラウニング及び放物線クラウニングの場合を示し、第 4列と第 5列 は、本発明に係る楕円クラウユングの場合を示している。第 2列と第 4列は、クラウニン グ始点 oから y軸方向の距離 λ χを示し、第 3列と第 5列は、玉の負荷率（1_ λ χ Ζ λ e を示してレ、る。なお、円弧クラウユングと放物線クラウユングは 2次式のため、距 離 λ χは有効数字の範囲で合致し、負荷率も一致するため同じ欄に記載している。
[0037] 負荷率は、玉がクラウユング部に位置するときの玉荷重と、クラウユング部でない軌 道面に位置するときの玉荷重との比であり、クラウニング始点 οでは 1となり、クラウ二 ング端 aでは玉荷重が 0となるため、負荷率も 0となる。
[0038] 表 1より、楕円クラウニングの場合の負荷率は、クラウニング幅 x/Xr = 0. 5で 80.
6%であり、円弧クラウニング及び放物線クラウニングの 65%と比べても、負荷率が高 レ、ことがわかる。このことを線図で示すと、図 5に示すようになる。
[0039] (1)は、円弧クラウユングの場合を示しており、（2)が楕円クラウニングの場合を示して いる。縦軸に距離 を示した下側の線図は、クラウニングの形状をそのまま示した ものである。楕円クラウエングの方力 ハッチング面積の分だけ、円弧クラウエングより も下方に盛り上がつていることがわかる。
[0040] また縦軸に負荷率を示した上側の線図を見ると、ハッチング面積の分だけ、円弧ク ラウユングの場合よりも負荷率が上昇していることがわかる。
[0041] 図 6においては、横軸に適合係数 fを取り、縦軸に基本動定格荷重 C、該基本動定 格荷重 Cの 1Z2のラジアル荷重が作用したときの玉荷重 Qc、クラウユング逃げ量 λ e、玉荷重 Qcが作用したときの変形量 δ
、最大へルツ応力 σ max及び玉径 Dw Zクラウユング逃げ量 λ eについて夫々示し ている。計算条件は、軌道面長さ It = 72mm、玉径 Dw = 6. 35mm,玉列数 it = 2 歹 IJ、そして接触角ひ = 45° である。接触角ひ = 45° ということは、玉と軌道面がラジ アル荷重の作用方向に対して 45° 傾いて接触していることを意味している。
[0042] 図 6の最も下側の線図より、適合係数 f = 0. 51乃至 0. 55に対して、玉径 Dwとクラ ゥニング逃げ量え eとの比は、 270乃至 290になること力 Sわ力る。
[0043] 次に転がり機械要素 10がローラガイドである場合における、クラウエングの計算例 を表 2に示す。計算条件としては、ころ径 Dw = 6. 35mm,ころ長さ Lw = 6. 35mm 、クラウユング逃げ量え e = 0. 016829mm,ころ有効長さ係数 fL (=ころ有効長さ Lwe/ころ長さ Lw ) = 0· 7、円弧クラウエングにおける円の半径 R= 1 198. 015mm とし、基本動定格荷重 Cの 1/2のラジアル荷重 Fが作用するものとした。
[0044] [表 2]
円弧 1放物線クラウニング 楕円クラウニング x IXr
λχ mm λχ mm
0.000 0.000 1.000 0.000 1.000
0.100 0.168 0.989 0.084 0.994
0.200 0.673 0.956 0.340 0.978
0.300 1.515 0.901 0.775 0.949
0.400 2.693 0.824 1.405 0.908
0.500 4.207 0.726 2.255 0.852
0.600 6.058 0.609 3.366 0.780
0.700 8.246 0.473 4.811 0.688
0.800 10.771 0.321 6.732 0.567
0.850 12.159 0.241 7.964 0.491
0.900 13.631 0.158 9.493 0.397
0.950 15.188 0.075 11.574 0.274
0.975 15.998 0.035 13.090 0.188
0.990 16.494 0.013 14.455 0.113
1.000 16.829 0.000 16.829 0.000
[0045] 表 2の各列が意味するところは、表 1と同様である。表 2より、楕円クラウニングの場 合の負荷率は、クラウユング幅 x/Xr = 0. 5で 85. 2%であり、円弧クラウユング及 び放物線クラウユングの 72. 6%と比べても、やはり負荷率が高くなることがわかる。こ のことを線図で示すと、図 7に示すようになる。
[0046] 図 5と同様に、（1)は、円弧クラウユングの場合を示しており、（2)が楕円クラウユング の場合を示している。縦軸に距離 λ χを示した下側の線図は、クラウユングの形状を そのまま示したものである。楕円クラウエングの方力 ハッチング面積の分だけ、円弧 クラウユングよりも下方に盛り上がつていることがわかる。
[0047] また縦軸に負荷率を示した上側の線図を見ると、ハッチング面積の分だけ、円弧ク ラウニングの場合よりも負荷率が上昇していることがわかる。
[0048] 図 8においては、横軸にころ有効長さ係数 fLを取り、縦軸に基本動定格荷重 C、該 基本動定格荷重 Cの 1/2のラジアル荷重が作用したときの玉荷重 Qc、クラウニング 逃げ量 λ e、玉荷重 Qcが作用したときの変形量 δ 、最大へルツ応力 σ max及び
Qc
玉径 Dw /クラウニング逃げ量 について夫々示している。計算条件は、軌道面 長さ It = 72mm、ころ径 Dw = 6. 35mm,玉列数 it = 2歹 lj、そして接触角 α =45° である。
[0049] 図 6の最も下側の線図より、ころ有効長さ係数 fL = 0. 6乃至 0. 9に対して、玉径 D wとクラウユング逃げ量; l eとの比は、 330乃至 460になること力わ力、る。
[0050] なお、上記実施例においては、転がり機械要素 10， 20をボールガイドとして説明し た力 これに限るものではなぐ例えばローラガイド、ボールスプライン、ボールブッシ ュ等の転力 Sり機械要素であってもよい。レールや軸による案内方向は直線方向に限 られず、 Rガイドのように、レールが湾曲していてもよい。
[0051] 転動体は玉に限られず、円筒ころ、針状ころ、球面ころ又は円錐ころ等、どのような ものであってもよレ、。また転動体は、ガイドブロックや外筒内を循環転動するものに限 られず、クロスローラガイドやボールスライドのように、レールゃリテーナ等に回動自在 に取り付けられたものであってもよい。
[0052] 転動体が一定の接触角を持ってガイドブロック及びレールと接触するように構成さ れている場合には、クラウニング逃げ量え eは該接触角方向の転動体の弾性変形量 で定めればよい。
図面の簡単な説明
[0053] [図 1]本発明の第 1実施例に係る転がり機械要素において、楕円クラウニングの形状 及び方程式を示す部分縦断面図である。
[図 2]図 2から図 4は、本発明の第 2実施例に係り、図 2は転力 Sり機械要素において、 クラウニング部分を拡大して示す部分縦断面図である。
[図 3]転力 ^機械要素において、ガイドブロックの軌道面両端のクラウユング、玉及び レールを示すと共に、ガイドブロックにラジアル荷重が作用して玉が変形し該ガイドブ ロックが下降した状態を強調して示す側面図である。
[図 4]ラジアル荷重を受けたガイドブロック内を玉が循環転動しながらレール上を移動 する状態を示す部分縦断面図である。
[図 5]ボールガイドにおける、クラウニング形状及び負荷率の計算結果を示す線図で ある。
[図 6]ボールガイドにおける、適合係数と基本動定格荷重、玉荷重、クラウユング逃げ 量、玉変形量、最大へルツ応力、玉径とクラウユング逃げ量との比を夫々示す線図で ある。
園 7]ローラガイドにおける、クラウユング形状及び負荷率の計算結果を示す線図で ある。
園 8]ローラガイドにおける、適合係数と基本動定格荷重、玉荷重、クラウニング逃げ 量、玉変形量、最大へルツ応力、玉径とクラウユング逃げ量との比を夫々示す線図で ある。
[図 9]図 9から図 12は、従来例に係り、図 9はボールガイドの縦断面図である。
園 10]円弧クラウニングの形状及び方程式を拡大して示す部分縦断面図である。
[図 11]円弧を基礎として、クラウニング始点とクラウユング端とを直線状に面取りして 形成したクラウユングの縦断面図である。
園 12]円弧を基礎として、クラウニング始点からクラウユング端までを円弧状の複数点 を順に結び、多角形形状に形成したクラウユングの縦断面図である。
符号の説明
10 転がり機械要素
11 第 1部材の一例たるガイドブロック
12 第 2部材の一例たるレール
13 転動体の一例たる玉
14 軌道面
14a クラウユング
15 楕円
20 転がり機械要素
21 第 1部材の一例たるガイドブロック
22 第 2部材の一例たるレール
24 軌道面
24a クラウユング

Claims

請求の範囲
[1] 軌道面が形成された第 1部材と、該第 1部材が転動体を介して取り付けられ該第 1部 材を所定の方向に案内可能に構成された第 2部材とを備え、前記転動体が前記軌 道面に整列状態で出入りすることで、前記第 1部材が前記第 2部材の案内方向に移 動可能に構成された転がり機械要素において、前記転動体の出入り点となる前記第 1部材の軌道面の端部に楕円形を基礎としたクラウニングが形成されたことを特徴と する転がり機械要素。
[2] 軌道面が形成された第 1部材と、該第 1部材が転動体を介して取り付けられ該第 1部 材を所定の方向に案内可能に構成された第 2部材とを備え、前記転動体が前記軌 道面に整列状態で出入りすることで、前記第 1部材が前記第 2部材の案内方向に移 動可能に構成された転がり機械要素において、前記転動体の出入り点となる前記第
1部材の軌道面の端部に、所定のクラウニング逃げ量を短軸とする楕円形を基礎とし たクラウユングが形成されたことを特徴とする転がり機械要素。
[3] 軌道面が形成された第 1部材と、該第 1部材が転動体を介して取り付けられ該第 1部 材を所定の方向に案内可能に構成された第 2部材とを備え、前記転動体が前記軌 道面に整列状態で出入りすることで、前記第 1部材が前記第 2部材の案内方向に移 動可能に構成された転がり機械要素において、前記転動体の出入り点となる前記第 1部材の軌道面の端部に、所定のクラウニング逃げ量を短軸とする楕円を基礎とし該 楕円上の複数点を頂点とする多角形形状のクラウニングが形成されたことを特徴とす る転がり機械要素。
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