(57)【要約】【課題】  外周面にボール転走面を有する案内軸と、ボールを介してこの案内軸に係合すると共に該ボール転走面に沿って上記案内軸の周囲を直線状あるいは螺旋状に運動するナットとから構成される軸案内装置において、ボールの転走によって生じた案内軸の振動を積極的に減衰させ、もってナットの運動時における騒音の発生を可及的に防止することが可能な軸案内装置を提供する。【解決手段】  上記案内軸１を、外周面にボール転走面１１を有すると共に中空円筒状に形成された軸本体６と、粘弾性を示す材料から形成されると共に上記軸本体６の内周面に密着する制振材７と、この制振材７の内周面に密着する抑え部材８とから構成した。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に転動体転走面を有する案内軸と、転動体を介してこの案内軸に係合すると共に該転動体転走面に沿って上記案内軸の周囲を直線状あるいは螺旋状に運動する外筒とから構成される直線案内装置において、上記案内軸は、外周面に上記転動体転走面を有すると共に中空円筒状に形成された軸本体と、弾性を有する材料から形成されると共に上記軸本体の内周面に密着する制振材と、この制振材の内周面に密着する抑え部材とから構成され、
上記抑え部材の肉厚は上記案内軸の半径方向に関して上記制振材の肉厚よりも厚いことを特徴とする直線案内装置。
【請求項２】
上記抑え部材は中実状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の直線案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ、ボールスプライン、ボールブッシュ等、ボール又はローラ等の転動体を介して案内軸と外筒とが係合した直線案内装置に係り、詳細には、該装置の使用時に生じる騒音や振動等の低減化を目的とした上記案内軸の構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、従来のボールスプラインとしては、軸方向に沿ってボール転走面が形成されたスプライン軸と、無限循環するボールを介して該スプライン軸に係合するスプラインナットとから構成され、上記スプラインナットがスプライン軸の周囲を軸方向に沿って自在に運動すると共に、スプライン軸とスプラインナットとの間でトルク伝達を可能としたものが知られている。
【０００３】
また、従来のボールねじとしては、所定のピッチで螺旋状のボール転走面が形成されたねじ軸と、無限循環するボールを介してこのねじ軸に螺合するスクリューナットとから構成され、上記ねじ軸の回転に応じて上記スクリューナットがその軸方向へ運動するものが知られている。
【０００４】
ところで、このようにボール転走面が形成された案内軸の周囲をナットが運動する直線案内装置では、案内軸とナットとの相対的な移動に伴って上記ボールが無限循環し、該ボールが次々に案内軸と離接することから、上記ナットが高速で運動すると、案内軸に対してボールが勢い良く衝突する結果を招き、かかる衝突によって案内軸が加振されて耳障りな発振音を生じるという問題点があった。
【０００５】
従来、このような問題点に鑑みた直線案内装置としては、上記案内軸に中空部を形成すると共に、かかる中空部内に吸音材としての発泡体を充填し、かかる中空部内を伝播する発振音を上記発泡体で吸収させるようにしたものが知られている（実開平２−５９３１８号）。
【０００６】
また、他の従来技術としては、やはり上記案内軸に中空部を形成すると共に、かかる中空部内に僅かな隙間を残して中軸を挿入し、特定の固有振動数で振動する案内軸の内周面に対してそれとは異なる固有振動数の中軸を接触させることにより、該案内軸の振動を打ち消すようにしたものが知られている（特開平６−１１００９号公報）。
【特許文献１】実開平２−５９３１８号
【特許文献２】特開平６−１１００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前者（実開平２−５９３１８号）の案内軸では、かかる案内軸の振動によって発生した音を発泡体によって吸収し、該発振音が中空部内から外部へ伝播するのを極力抑えることは可能であるが、案内軸の振動そのものの積極的に減衰させることはできなかった。何故ならば、この案内軸ではその中空部内に発泡体が隙間なく充填されていることから、剛体である案内軸が振動しても発泡体それ自身は何ら変形することがなく、ボールの衝突によって案内軸に与えられた振動エネルギのうち、発泡体によって消費される振動エネルギは殆ど皆無だからである。このため、かかる案内軸では振動そのものを早期に減衰させることができず、ボール循環に伴う騒音の発生を根本から改善することはできなかった。
【０００８】
この点に関し、後者（特開平６−１１００９号）の案内軸では、相互に固有振動数の異なる案内軸と中軸とを接触させて該案内軸の振動を相殺していることから、かかる振動を積極的に減衰させ、騒音の発生そのものをある程度まで抑えることが可能であった。
【０００９】
しかし、案内軸と中軸とが物理的に接触しなくては該案内軸の振動を打ち消すことができず、しかも案内軸と中軸との間には隙間が形成されていることから、上記案内軸の振動の振幅が上記隙間の大きさを越えるまでは何ら振動の減衰効果を期待することができなかった。このため、ボールの衝突による案内軸の加振が弱いとき、例えばナットが案内軸に沿って低速で運動しているようなときには、騒音の発生を積極的に防止することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、ボール又はローラ等の転動体の転走によって生じた案内軸の振動を積極的に減衰させ、もってナットの運動時における騒音の発生を可及的に防止することが可能な直線案内装置を提供することにある。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の直線案内装置は、外周面に転動体転走面を有する案内軸と、転動体を介してこの案内軸に係合すると共に該転動体転走面に沿って上記案内軸の周囲を直線状あるいは螺旋状に運動する外筒とから構成され、更に上記案内軸が、外周面に上記転動体転走面を有すると共に中空円筒状に形成された軸本体と、弾性を有する材料から形成されると共に上記軸本体の内周面に密着する制振材と、この制振材の内周面に密着する抑え部材とから構成されることを特徴とするものである。
【００１２】
このような技術的手段によれば、上記案内軸の外殻を構成する軸本体の内周面には制振材が密着していることから、外筒の運動に伴って転動体が案内軸に衝突し、該案内軸の外殻を構成する軸本体が加振されると、その振動はかかる制振材に伝播する。しかし、制振材の内周面には抑え部材が密着しているので、軸本体が振動しても上記制振材は自由に振動することができず、弾性を有する材料から形成されている制振材は自らが径方向へ微小な変形を繰り返すことによって軸本体の振動エネルギを吸収し、これを熱エネルギに変換する。
【００１３】
従って、本発明では軸本体と抑え部材との間に挟まれた制振材が変形することによって、案内軸に与えられた振動エネルギが消費され、その結果として案内軸に生じた振動を速やかに減衰させることができ、騒音の発生を可及的に防止することができるものである。
【００１４】
ここで、上記制振材としては弾性を示す材料から形成されていることが必要であり、例えば高分子物質等がこれに該当する。また、液状の材料を軸本体の内周面で硬化させて上記制振材とする場合には、硬化後における硬度が低い程、軸本体から伝播する振動エネルギを効率よく吸収することができる。
【００１５】
一方、上記抑え部材としては、軸本体に対して上記制振材を拘束するものであれば良く、例えば中空状に形成されていても、中実状に形成されていても差し支えない。また、上記軸本体に生じる振動を素早く減衰させるためには、上記制振材が軸本体と抑え部材とによって確実に拘束されていることが必要であり、かかる観点からすれば、上記抑え部材は軸本体の内部に圧入されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明してきたように、本発明の直線案内装置によれば、粘弾性を示す制振材を軸本体と抑え部材との間に挟み込むことによって案内軸を構成し、ボールの転走等によって案内軸に与えられた振動エネルギを該制振材で吸収且つ消費させているので、上記案内軸に生じた振動を速やかに減衰させることが可能となり、これによって騒音の発生を可及的に防止することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面に基づいて本発明の直線案内装置を詳細に説明する。
【００１８】
図１及び図２はボールスブラインに本発明を適用した実施例を示すものである。このボールスプラインは、長手方向に沿って複数のボール転走面１１が形成されたスプライン軸１と、多数のボール３を介して上記スプライン軸１に嵌合したスプラインナット２とから構成されており、上記ボール３の転走に伴って該スプラインナット２がスプライン軸１の周囲をその軸方向に自在に運動するようになっている。
【００１９】
先ず、上記スプライン軸１は中空円筒状に形成されると共に、その周面の三箇所には軸方向に延びる突条１２が形成されており、各突条１２の両側面にはこれを挟むようにして一対のボール転走面１１，１１が形成されている。
【００２０】
一方、上記スプラインナット２の内周面には上記スプライン軸１の突条１２に対向する三箇所に負荷ボール案内溝２１が形成され、各負荷ボール案内溝２１の両側面には上記スプライン軸１のボール転走面１１に対向するボール転走面２２が形成されている。これにより、スプラインナット２をスプライン軸１に嵌合させると、上記ボール３はスプライン軸１側のボール転走面１１とスプラインナット２側のボール転走面２２との間に挟み込まれ、この状態で荷重を負荷しながらこれらボール転走面１１，２２の間を転動する。
【００２１】
また、互いに隣接する負荷ボール案内溝２１の間には該負荷ボール案内溝２１よりも大きな断面を有する無負荷ボール案内溝２３が形成されており、上記ボール転走面２２を転走し終えたボール３は荷重から解放された状態で該無負荷ボール案内溝２３の内部を転動する。
【００２２】
更に、上記スプラインナット２の内周面にはボール保持器４が嵌合しており、かかるボール保持器４の外周面には上記負荷ボール案内溝２１と無負荷ボール案内溝２３との間でボール３を循環させる無限軌道溝が形成されている。この無限軌道溝は、上記負荷ボール案内溝２１に対応してボール３を案内する負荷ボール通路２４と、上記無負荷ボール案内溝２３に対応してボール３を案内する無負荷ボール通路２５と、これら負荷ボール通路２４と無負荷ボール通路２５との間でボール３をＵターンさせる方向転換路２６とから構成されており、上記負荷ボール通路２４にはボール３の直径よりも僅かに小さい開口幅の貫通孔が形成されている。また、このように構成されたボール保持器４はスプラインナット２の両端に嵌合する止め輪５，５によって、該スプラインナット２の内径に固定されている。
【００２３】
そして、このように構成された本実施例のボールスプラインでは、上記スプラインナット２のボール転走面２２とスプライン軸１のボール転走面１１との間にボール３が挟み込まれていることから、上記スプラインナット２は該ボール３の転動によってスプライン軸１上を極めて軽い抵抗で軸方向へ移動する一方、スプライン軸１の突条１２の側面にボール転走面１１が形成されていることから、スプライン軸１に対するスプラインナット２の回転運動が阻止され、スプラインナット２とスプライン軸１との間でのトルク伝達が可能となっている。
【００２４】
このようにしてスプラインナット２がスプライン軸１に沿って運動すると、かかるスプラインナット２内ではボール３が無負荷ボール案内溝２３から負荷ボール案内溝２１へと循環し、次々とスプライン軸１のボール転走面１１に接触することから、上記スプライン軸１はボール３によって加振されて発振音を生じる。
【００２５】
このため、本実施例ではかかる振動を早期に減衰させて上記発振音を可及的に防止すべく、上記スプライン軸１の構造を従来にない特殊な構造としている。具体的には、図３に示すように、上記ボール転走面１１を有すると共に中空円筒状に形成された軸本体６と、粘弾性を有する材料から形成されると共に上記軸本体６の内周面を覆う制振材７と、この制振材７を上記軸本体６との間に挟み込む中空円筒状の抑え部材８とからスプライン軸を構成し、ボール３の衝突によって該スプライン軸１に与えられた振動エネルギを上記制振材７で吸収するようにした。
【００２６】
このような構造を有する本実施例のスプライン軸１が実際に振動の早期減衰に関して有効なものか否かを確認するため、本願発明者は種々の制振材を用いてかかるスプライン軸１を試作し、これらスプライン軸１を加振した場合の発振音の周波数及びその減衰性について実験を行った。
【００２７】
この実験において、上記軸本体６としては外径５０ｍｍ，内径３６ｍｍ，長さ２５０ｍｍのスチール製中空軸を用いる一方、上記抑え部材８としては外径３３ｍｍ、内径２３ｍｍ、長さ２５０ｍｍのやはりスチール製中空軸を用いた。また、制振材７としては、シリコーン（比重１．０４、硬化後の硬度Ｈｓ＝２３）、ウレタンシーラント（比重１．２５、硬化後の硬度Ｈｓ＝１９）、アクリル樹脂系液状ガスケット（粘度１５００ｃｐ、比重１．２８）、合成ゴム系ボンド、ビニールテープを使用した。これら制振材７を軸本体６と抑え部材８との間に挟み込むに当たっては、先ず軸本体６に抑え部材８を挿入した後、これらの間の厚さ１．５ｍｍの隙間に制振材７を注入するようにした。但し、ビニールテープについては、抑え部材８の外周面全体に予めビニールテープをスパイラル状に巻き付けておき、これを軸本体６の内径に圧入するようにした。
【００２８】
実験は前述の試作スプライン軸をスポンジの上に置くと共に、軸中央をハンマーで加振し、このときの発振音を高速フーリエ変換して該発振音の周波数及びその減衰性を確認した。また、比較のため、上記軸本体６と同寸法の中空円筒状のスプライン軸、従来の中実状のスプライン軸の二種類についても同様の実験を行った。以下の表１に発振音周波数及び減衰比を、図４乃至図６に発振音の時系列波形を示す。
【００２９】
【表１】
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これら実験結果から明らかなように、本実施例のスプライン軸１はいずれの制振材７を用いた場合であっても、従来の中実状あるいは中空状のスプライン軸よりも振動に対する減衰性が著しく向上し、外部から加振された際の発振音の発生を可及的に防止することができた。
【００３０】
尚、上記実施例ではボールスプラインについて本発明を適用した例を説明したが、ボールねじにおけるねじ軸、ボールブッシュにおける円筒状の案内軸についても同様に本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明が適用されたボールスプラインの実施例を示す斜視図である。
【図２】実施例に係るボールスプラインを示す断面図である。
【図３】実施例に係るボールスプラインのスプライン軸を示す断面図である。
【図４】制振材としてシリコーン、アクリル樹脂系ガスケット、ビニールテープを用いたスプライン軸の試作品を加振した場合の発振音の時系列波形を示すグラフである。
【図５】制振材としてウレタンシーラント、合成ゴム系ボンドを用いたスプライン軸の試作品を加振した場合の発振音の時系列波形を示すグラフである。
【図６】比較例としての中空軸及び中実軸を加振した場合の発振音の時系列波形を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１…スプライン軸（案内軸）、２…スプラインナット（ナット）、６…軸本体、７…制振材、８…抑え部材、１１…ボール転走面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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