(57)【要約】【課題】一方向に移動する移動体を支持する用途のフリーボールベアリングとして、球体の回転に対する摩擦抵抗を極力小さくする。【解決手段】フリーボールベアリング５６は、一つの大きな球体５５と、この球体５５を凹球面をなすボール収容部５４ａに収容する球体ホルダ５４と、前記ボール収容部５４ａの凹球面に配置されて前記球体５５を載せる多数の小球８０とを有する。ホルダ本体５４ｂのボール収容部５４ａには、その凹球面の移動体移動方向（図２で矢印Ｘ方向）と直交するＹ方向の中央部領域に、移動体移動方向をなす偶数列のトラック溝を形成している。前記偶数列のトラック溝は浅溝８１ａと深溝８１ｂとの一対を組みとする複数組からなり、かつ、それぞれの組における浅溝８１ａと深溝８１ｂとはその端部の傾斜面である連絡通路８１ｃにおいて通じており、前記小球８０が浅溝８１ａと深溝８１ｂとの間を循環し得るようにされている。【選択図】図１
2018091354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹球面をなすボール収容部を有する球体ホルダの前記凹球面に多数の小球が配置され、前記多数の小球で回転可能に支えられた１ つの大きな球体を有し、前記球体に接触して一方向に移動する移動体を移動可能に支持するフリーボールベアリングであって、
前記ボール収容部の凹球面の移動体移動方向と直交する左右方向の少なくとも中央部領域に、移動体移動方向をなす偶数列のトラック溝が形成され、前記偶数列のトラック溝は浅溝と深溝との一対を組みとする複数組からなり、かつ、それぞれの組における浅溝と深溝とはそれぞれの両端部を繋ぐ連絡通路にて通じており、前記中央部領域における前記小球が浅溝と深溝との間を循環し得るようにされていることを特徴とするフリーボールベアリング。
【請求項２】
前記球体ホルダは、前記ボール収容部を有して前記多数の小球及び１つの球体を収容するホルダ本体と、前記ホルダ本体の上面に取り付けられて前記球体の一部が露出するように球体を押さえる蓋体とからなることを特徴とする請求項１記載のフリーボールベアリング。
【請求項３】
前記ホルダ本体の凹球面の偶数列のトラック溝が移動体移動方向と直交する左右方向の中央部領域のみにあり、その左右方向外側の領域は球体の表面に直接沿う凹球面であることを特徴とする請求項２記載のフリーボールベアリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、球体ホルダのボール収容部の凹球面に配置した多数の小球の上に１ つの大きな球体を載せた構造のフリーボールベアリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来のフリーボールベアリングは、大きな球体を受ける多数の小球が球体ホルダの単なる凹球面にフリーに敷き詰められる態様で配置されて凹球面を覆う構造である（特許文献１、特許文献２）。
このフリーボールベアリングは、多数の小球で支持された一つの大きな球体が任意の方向に回転可能なので、ワークが一方向に移動する場合には一般に用いられておらず、例えば板材等のワークを水平方向の任意の方向に搬送可能な搬送テーブル等に主として用いられている。搬送テーブルの場合、多数のフリーボールベアリングをテーブル上面に分布状に配置する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８４８７１
【特許文献２】特開平０７−１６４０７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この形式のフリーボールベアリングは、荷重を受ける球体を凹球面で直接受ける構造と異なり球体が多数の小球で支持されているので、発生する摩擦抵抗が小さいという特徴があるが、従来のフリーボールベアリングは、上記のように搬送テーブル等に採用されていることもあり、球体を顕著に高速で回転させる用途は一般に想定されていない。また、搬送テーブルの場合は多数のフリーボールベアリングを配置するので、一つのフリーボールベアリングに顕著に大きな荷重がかかることは一般に想定されていない。
【０００５】
しかし、この種のフリーボールベアリングを、球体を顕著に高速で回転させる必要のある用途、あるいは顕著に大きな荷重を負担させる必要のある用途、さらには顕著に高速で回転させかつ顕著に大きな荷重を負担させる必要のある用途に使用すると、摩擦抵抗が大きくなり、移動体を駆動する動力として想定以上の大きな動力を必要とする場合があり、またフリーボールベアリングに焼付けが発生する可能性も生じ得る。
一般に任意の方向に移動する場合に使用されるこの種のフリーボールベアリングを、一方向に移動する移動体を支持する用途に使用する場合、顕著に高速で回転させあるいは顕著に大きな荷重を負担させさらには顕著に高速で回転させかつ顕著に大きな荷重を負担させる必要が生じる可能性がある。
【０００６】
本発明は上記背景のもとになされたもので、一方向に移動する移動体を支持する用途のフリーボールベアリングとして、球体の回転に対する摩擦抵抗が小さく、球体を顕著に高速で回転させあるいは顕著に大きな荷重を負担させさらには顕著に高速で回転させかつ顕著に大きな荷重を負担させる必要のある用途に対応可能なフリーボールベアリングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する請求項１の発明は、凹球面をなすボール収容部を有する球体ホルダの前記凹球面に多数の小球が配置され、前記多数の小球で回転可能に支えられた
１ つの大きな球体を有し、前記球体に接触して一方向に移動する移動体を移動可能に支持するフリーボールベアリングであって、
前記ボール収容部の凹球面の移動体移動方向と直交する左右方向の少なくとも中央部領域に、移動体移動方向をなす偶数列のトラック溝が形成され、前記偶数列のトラック溝は浅溝と深溝との一対を組みとする複数組からなり、かつ、それぞれの組における浅溝と深溝とはそれぞれの両端部を繋ぐ連絡通路にて通じており、前記中央部領域における前記小球が浅溝と深溝との間を循環し得るようにされていることを特徴とする。
なお、本発明において、一方向に移動する移動体とは、重心位置が移動する移動体に限らず、例えば回転軸のように重心位置は移動せずに回転運動をする回転体である場合を含む。この場合の移動体移動方向とは、回転体の外周面の各点の移動方向を指す。
【０００８】
請求項２は、請求項１のフリーボールベアリングにおいて、前記球体ホルダは、前記ボール収容部を有して前記多数の小球及び１つの球体を収容するホルダ本体と、前記ホルダ本体の上面に取り付けられて前記球体の一部が露出するように球体を押さえる蓋体とからなることを特徴とする。
【０００９】
請求項３は、請求項２のフリーボールベアリングにおいて、前記ホルダ本体の凹球面の偶数列のトラック溝が移動体移動方向と直交する左右方向の中央部領域のみにあり、その左右方向外側の領域は球体の表面に直接沿う凹球面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のフリーボールベアリングにおいて、移動体がフリーボールベアリングの球体に載って移動すると、球体は移動体との接触面において移動体の移動方向と同方向に回転する。
この球体に対して、中央部領域にある浅溝と深溝との一対のトラック溝のうち浅溝内にある小球は球体に接触して負荷を受けつつ、球体との接触面において球体の回転方向と反対方向（移動体の移動方向と逆方向）に回転する。一方、深溝内にある小球は球体に接触しないので無負荷状態にある。
トラック溝は移動体移動方向をなしているので、浅溝内の小球は移動体移動方向と逆方向に回転しながら浅溝内を移動体の移動方向と逆方向に移動し、その端部の連絡通路を経て隣の深溝に入る。深溝内に入った小球は深溝内の小球を押し、押された深溝内の小球が深溝内を移動体移動方向（順方向）に移動して反対側の連絡通路を経て浅溝に入る。深溝から浅溝に入った小球は、前記のように球体に接触して負荷を受けつつ、球体との接触面において球体の回転方向と反対方向（移動体の移動方向と逆方向）に回転する。
こうして浅溝と深溝との間を循環する小球が、浅溝内にある時に逆方向（移動体移動方向と逆方向）に回転しながら球体の回転を支持する。
トラック溝の溝方向が移動体移動方向と一致しているので、移動体移動方向に回転する球体を支持する浅溝内の小球は、回転する球体の回転軸と概ね平行な回転軸を持つ態様で回転する（向きは逆だが概ね同じ方向で回転する）。したがって、球体と小球との間に無用なすべりは少なく、球体と小球との間の摩擦抵抗は顕著に小さい。
単なる凹球面に多数の小球を配置した構造では、小球の位置が定まらず不規則であり回転方向も不規則となるから、支持する球体に対する摩擦抵抗も大きなものとなるが、本発明のフリーボールベアリングによれば前記の通り、小球が球体の回転方向（移動体の移動方向）と正しく逆方向に回転（回転する球体の回転軸と概ね平行な回転軸を持つ態様で逆方向に回転）するので、球体と小球との間に発生するすべりは小さく摩擦抵抗は小さい。
【００１１】
従来のフリーボールベアリングのように、球体を回転可能に支持する小球が球体ホルダの凹球面にフリーに敷き詰められている構造では、各小球の凹球面内における位置が一定しない。この構造は、移動体を任意の方向に移動可能に支持する搬送テーブル等の場合には有効であるが、移動体の移動方向が一方向である場合には効率的ではない。
すなわち、球体を支持する各小球の凹球面内における位置が一定でない構造では、移動体の移動方向と同方向に回転する球体の回転に対して、球体の回転方向と正しく逆方向に回転しない小球も当然発生する。そのような小球は球体の回転に対してすべりが発生し摩擦抵抗となる。
このような摩擦抵抗は、球体を顕著に高速で回転させる必要のある用途、あるいは顕著に大きな荷重を負担させる必要のある用途、さらには顕著に高速で回転させかつ顕著に大きな荷重を負担させる必要のある用途に使用すると、摩擦抵抗が大きくなり、移動体を駆動する動力として大きな動力を必要とする場合があり、またフリーボールベアリングに焼付けが発生する可能性も生じ得る。
しかし、本発明のように、凹球面の移動体移動方向と直交する左右方向の少なくとも中央部領域に、移動体移動方向をなす深溝と浅溝との一対を組みとするトラック溝を複数組設けた構造によれば、前記中央部領域の浅溝内の小球は、みだりに位置を移動させることがないから、常に球体の回転方向に正しく追随する逆方向の回転（接触面において逆方向の回転）をし、球体の回転に対して摩擦抵抗となることが極めて少ない。
したがって、球体を顕著に高速で回転させる必要のある用途、あるいは顕著に大きな荷重を負担させる必要のある用途、さらには顕著に高速で回転させかつ顕著に大きな荷重を負担させる必要のある用途に使用する場合でも、移動体を駆動する動力として大きな動力を必要とせず、また、フリーボールベアリングに焼付けが発生する恐れは少ない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例のフリーボールベアリングの断面図である。
【図２】図１のフリーボールベアリングを蓋体及び球体を除いた状態で示した平面図である。
【図３】図２において小球を除いた状態で示した平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図１の要部拡大図である
【図６】図１のフリーボールベアリングを蓋体を除いた状態で示した斜視図である。
【図７】図６において球体を除いた状態で示した斜視図である。
【図８】図７において小球を除いた状態で示した斜視図である
【図９】本発明のフリーボールベアリングの使用態様の一例として、溝付き金属管を製造する溝付き金属管製造装置における溝付け装置を説明するもので、（イ）は溝付け装置１０の側面図、（ロ）は（イ）におけるハウジング１６の蓋体１６ｃを外して示した正面図（右矢視図）、（ハ）は（ロ）のフリーボールベアリング５６のみを示した図である。
【図１０】本発明の他の実施例のフリーボールベアリングの断面図である。
【図１１】本発明のフリーボールベアリングの使用態様の他の例を示すもので、大径の回転軸を支持する軸受けの構成部品として用いた場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のフリーボールベアリングを実施するための形態について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明のフリーボールベアリングは、一方向に移動する移動体を移動可能に支持するもので、図１は一実施例のフリーボールベアリング５６の断面図、図２は図１のフリーボールベアリング５６を蓋体５４ｃ及び球体５５を除いた状態で示した平面図、図３は図２において小球８０を除いた状態で示した平面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図、図５は図１の要部拡大図である。図６は図１のフリーボールベアリング５６を蓋体５４ｃを除いた状態で示した斜視図、図７は図６において球体５５を除いた状態で示した斜視図。図８は図７において小球８０を除いた状態で示した斜視図である。
これらの図に示すように、このフリーボールベアリング５６は、一つの大きな球体５５と、この球体５５を凹球面をなすボール収容部５４ａに収容する球体ホルダ５４と、前記ボール収容部５４ａの凹球面に配置されて前記球体５５を載せる多数の小球８０とを有する。前記球体ホルダ５４は、前記ボール収容部５４ａを有するホルダ本体５４ｂと球体５５を抑える蓋体５４ｃとからなる。
そして、前記ホルダ本体５４ｂのボール収容部５４ａには、その凹球面の移動体移動方向（図２で矢印Ｘ方向）と直交するＹ方向の中央部領域に、移動体移動方向をなす偶数列のトラック溝を形成している。
前記偶数列のトラック溝は浅溝８１ａと深溝８１ｂとの一対を組みとする複数組からなり、かつ、それぞれの組における浅溝８１ａと深溝８１ｂとはその端部の傾斜面である連絡通路８１ｃにおいて通じており、前記小球８０が浅溝８１ａと深溝８１ｂとの間を循環し得るようにされている。浅溝８１ａと深溝８１ｂと連絡通路８１ｃとからなる循環路を８１で示す。
前記浅溝８１ａ及び深溝８１ｂはいずれも、小球８０の形状に合わせた円弧断面の溝であり、浅溝８１ａと深溝８１ｂと境界壁を８２ａで示す。浅溝８１ａと深溝８１ｂとの一対の組み間の境界壁を８２ｂで示す。
【００１５】
この実施例では、移動体移動方向と直交する方向の中央位置を挟む両側にそれぞれ２組のトラック溝を形成しており、凹球面におけるそれ以外の領域は溝のない単なる凹球面の領域８３である。溝のある領域と溝のない領域との境界壁を８２ｃで示す。
前記浅溝８１ａの深さは球体５５に接触する深さであり、浅溝８１ａ内の小球８０は回転する球体５５を支持して負荷を受けつつ回転して移動する。深溝８１ｂの深さは球体５５に接触しない深さであり、球体５５からの負荷を受けない。
直径４０ｍｍの球体５５に対して実施例の小球８０の径は例えば４．０ｍｍである。深溝８１ｂにおける球体５５と小球８０との間の隙間ｈは０．５ｍｍとしている。
【００１６】
上述のフリーボールベアリング５６において、一方向に移動する移動体に対してフリーボールベアリング５６の球体５５は移動体の移動方向と同方向に回転する。
この球体５５に対して、中央部領域にある浅溝８１ａと深溝８１ｂとの一対のトラック溝のうち浅溝８１ａ内にある小球８０は球体５５に接触して負荷を受けつつ、球体５５の回転方向と反対方向（移動体の移動方向と逆方向）に回転する。一方、深溝８１ｂ内にある小球８０は球体５５に接触しないので無負荷状態にある。
トラック溝は移動体移動方向をなしているので、浅溝８１ａ内の小球８０は回転しながら浅溝８１ａ内を移動体の移動方向と逆方向に移動し、その端部の連絡通路８１ｃを経て隣の深溝８１ｂに入る。深溝８１ｂ内に入った小球８０は深溝８１ｂ内の小球８０を押し、押された深溝８１ｂ内の小球８０が深溝８１ｂ内を移動体移動方向（順方向）に移動して反対側の連絡通路８１ｃを経て浅溝８１ａに入る。深溝８１ｂから浅溝８１ａに入った小球８０は、前記のように球体５５に接触して負荷を受けつつ、球体５５の回転方向と反対方向（移動体の移動方向と逆方向）に回転する。
こうして浅溝８１ａと深溝８１ｂとの間を循環する小球８０が、浅溝８１ａ内にある時に逆方向に回転しながら球体５５の回転を支持する。
トラック溝の溝方向が移動体移動方向と一致しているので、移動体移動方向に回転する球体５５を支持する浅溝８１ａ内の小球８０は、回転する球体５５の回転軸と概ね平行な回転軸を持つ態様で回転する（向きは逆だが概ね同じ方向で回転する）。したがって、球体５５と小球８０との間に無用なすべりは少なく、球体５５と小球８０との間の摩擦抵抗は顕著に小さい。（
上述のように球体５５の回転に対する摩擦抵抗を小さくできるので、移動体を駆動するための動力を極力小さくすることが可能である。また、フリーボールベアリングの焼付け発生を極力防止することができる。
したがって、一方向に移動する移動体を支持するためのフリーボールベアリングを、球体５５を著しい高速で回転させる必要のある用途、あるいは極めて大きな荷重を負担させる必要のある用途、あるいは著しい高速で回転させかつ極めて大きな荷重を負担させる必要のある用途に使用する場合に、移動体を駆動する動力を極力小さくするために、あるいはフリーボールベアリングの焼付け防止のために有効であった。
【実施例２】
【００１７】
図９は本発明のフリーボールベアリング５６の一使用例を示すもので、例えば電縫管製造装置におけるサイジングロールスタンドの下流側に設置されて、連続的に送り駆動される角形金属管８”に対してその四面に凹溝を形成する溝付け装置１０に用いた場合を説明する図である。
この溝付け装置１０は、圧下調整機構５７を備えフリーボールベアリング５６をその球体５５を管外面を押す態様で周方向に間隔をあけて設けた４つの管外機構１９と、管内面に沿う断面形状の短尺の棒状をなし、前記管外機構１９に対応する管長手方向位置で、かつ、図示例では管内面に接触する以外の拘束力を受けない態様で管内に配置される中子２０とを、ハウジング１６内に備える。
前記圧下調整機構５７はフリーボールベアリング５６の位置（球体５５の位置）を調整して球体５５の圧下を調整する。この溝付け装置１０において、溝加工される前の金属管８”が図９（イ）で矢印方向に駆動されると、管壁が球体５５と中子２０の溝状凹部２０ａを含む外面との間を通過することで、金属管の４つの面に凹溝が連続的に形成される。この溝付け加工の際に、フリーボールベアリング５６の球体５５は顕著に大きな荷重を受けつつ高速で回転するが、小球８０と球体５５との間の摩擦抵抗が小さく焼付け等の発生はなく、そのような使用環境に耐えることができた。
なお、図１〜図８に記載したフリーボールベアリング５６におけるホルダ本体５４ｂの下面部の形状（蟻溝の部分）は、図９に記載したフリーボールベアリング５６におけるホルダ本体５４ｂの形状と異なっているが、いずれでもよい。
【実施例３】
【００１８】
図１０に本発明の他の実施例のフリーボールベアリング５６’を示す。
このフリーボールベアリング５６’は、ホルダ本体５４の凹球面の偶数列のトラック溝が移動体移動方向と直交する左右方向（Ｙ方向）の中央部領域のみにあり、その左右方向外側の領域５４ｄは球体５５の表面に直接沿う単なる凹球面である。
中央部領域の左右方向外側の領域５４ｄにおいては、小球が存在せずに球体５５が単なる凹球面に直接接触していても、その凹球面に大きな荷重は作用しないので、摩擦抵抗も小さく、あまり問題にせずに済む場合がある。そのような場合には図１０のような構造は、性能を低下させずに製作が容易なフリーボールベアリングが得られた。
【実施例４】
【００１９】
なお、本発明のフリーボールベアリングは、例えば図１１に示したように、大径の回転軸９０の周囲に間隔をおいて複数配されて軸受け９１を構成する一部品としてのフリーボールベアリング５６としても適用することもできる。
すなわち、本発明において一方向に移動する移動体とは、上述の実施例における金属管のように重心位置が移動する移動体に限らず、重心位置は移動せずに回転運動をする回転軸（回転体）である場合を含む。この場合の移動体移動方向とは、回転軸９０の外周面の各点の移動方向を指し、回転軸９０の外周面の各点がフリーボールベアリング５６の球体に対して一方向に移動する。
【符号の説明】
【００２０】
８  溝付き金属管
１０  溝付け装置
１９  管外機構
２０  中子
２０ａ  溝状凹部
５４  球体ホルダ
５４ａ  ボール収容部（凹球面）
５４ｂ  ホルダ本体
５４ｃ  蓋体
５５  球体
５６  フリーボールベアリング
５７  圧下調整機構
８０  小球
８１  循環路（浅溝と深溝と連絡通路）
８１ａ  浅溝
８１ｂ  深溝
８１ｃ  連絡通路
８２ａ  浅溝と深溝と境界壁
８２ｂ  浅溝と深溝との一対の組み間の境界壁
８２ｃ  溝のある領域と溝のない領域との境界壁
８３  溝のない単なる凹球面の領域
９０  回転軸
９１  軸受け
【図１】
2018091354.tif 000003
【図２】
2018091354.tif 000004
【図３】
2018091354.tif 000005
【図４】
2018091354.tif 000006
【図５】
2018091354.tif 000007
【図６】
2018091354.tif 000008
【図７】
2018091354.tif 000009
【図８】
2018091354.tif 000010
【図９】
2018091354.tif 000011
【図１０】
2018091354.tif 000012
【図１１】
2018091354.tif 000013