(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内方部材と、
外方部材と、
前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設される複数の転動体と、
を備えることにより、前記内方部材に対する前記外方部材の相対的な回転運動もしくは直線運動を可能とした転動装置であって、
前記複数の転動体は、複数の条列からなるとともに、同方向の荷重を負荷する一組の条列を構成するように配列されており、
前記一組の条列を構成する複数の条列のそれぞれが異なる２種以上のバネ定数を持つように構成されていることを特徴とする転動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の転動装置において、
前記一組の条列を構成する複数の条列のそれぞれに配設される転動体の寸法が、２種以上となるように構成されていることを特徴とする転動装置。
【請求項３】
請求項１に記載の転動装置において、
前記一組の条列を構成する複数の条列のそれぞれに配設される転動体の前記内方部材及び前記外方部材に対する接触角が、２種以上となるように構成されていることを特徴とする転動装置。
【請求項４】
請求項１に記載の転動装置において、
前記内方部材及び前記外方部材は、前記複数の転動体と接触する箇所に断面略半円弧形状からなる転動体転走溝を備えており、
前記一組の条列を構成する複数の条列のそれぞれに配設される転動体に対応する前記転動体転走溝の曲率が、２種以上となるように構成されていることを特徴とする転動装置。
【請求項５】
請求項１に記載の転動装置において、
前記一組の条列を構成する複数の条列のそれぞれに配設される転動体の材質が、２種以上となるように構成されていることを特徴とする転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受やリニアガイド、ボールねじ装置、ボールスプライン装置等の転動装置に係り、特に、振動特性の改善を図った転動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ボール又はローラ等の転動体が内方部材と外方部材との間に複数配設され、これら複数の転動体が、内方部材と外方部材との間に形成された負荷部分と、外方部材に形成された無負荷部分とを無限に循環することによって、内方部材に対する外方部材の相対的な回転運動もしくは直線運動を可能とした転動装置が知られている。
【０００３】
この種の転動装置にあっては、設置環境下で発生する振動波の周波数と、転動装置自身が持っている固有振動数が一致してしまうと、共振状態となってビビリ等の不具合が発生してしまうという問題が存在していた。この不具合に対する従来の対策としては、予圧を調整して転動装置自身の固有振動数を変更したり、転動装置の設置数を増やして共振状態を解消したりする対策が採られていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の振動対策は、発生する振動の影響を小さくすることを目的としたものであり、根本的な対策とは言い難いものであった。そもそも転動装置における振動問題は、根本的な対策が非常に困難であると言われており、上述した対策の他には、最適クラウニング形状をコンピュータシミュレーションによって導き、その設計値を適用してキャリッジを製作し、振動の影響を小さくするといった設計面からの対策などしかできないのが現状であり、かかる設計面からの方策についても振動問題を根本的に解決するものではなかった。
【０００５】
本発明は、上述した課題の存在に鑑みて成されたものであって、その目的は、従来から非常に困難であると言われてきた転動装置の振動問題を解決する手段を提供することによって、振動特性を改善した新たな転動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る転動装置は、内方部材と、外方部材と、前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備えることにより、前記内方部材に対する前記外方部材の相対的な回転運動もしくは直線運動を可能とした転動装置であって、前記複数の転動体は、複数の条列からなるとともに、同方向の荷重を負荷する一組の条列を構成するように配列されており、前記一組の条列を構成する複数の条列のそれぞれが異なる２種以上のバネ定数を持つように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る転動装置において、前記一組の条列を構成する複数の条列のそれぞれに配設される転動体の寸法が、２種以上となるように構成されていることができる。
【０００８】
本発明に係る転動装置において、前記一組の条列を構成する複数の条列のそれぞれに配設される転動体の前記内方部材及び前記外方部材に対する接触角が、２種以上となるように構成されていることができる。
【０００９】
本発明に係る転動装置において、前記内方部材及び前記外方部材は、前記複数の転動体と接触する箇所に断面略半円弧形状からなる転動体転走溝を備えており、前記一組の条列を構成する複数の条列のそれぞれに配設される転動体に対応する前記転動体転走溝の曲率が、２種以上となるように構成されていることができる。
また、本発明に係る転動装置において、前記一組の条列を構成する複数の条列のそれぞれに配設される転動体の材質が、２種以上となるように構成されていることができる。
【００１２】
なお上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、転動装置が異なる２種以上のバネ定数を持つように、すなわち、転動装置において複数の転動体が循環することにより発生する振動が異なる２種以上の振動周期を持つように構成されるので、２種以上の振動波の合成によってうなりのごとき現象が発生する。かかる現象によって、その合成波の周期は２種以上の振動周期の最小公倍数となって飛躍的に大きくなるので、その結果、転動装置の振動特性の改善が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者は、転動装置の振動特性を改善する方策を見出すべく鋭意努力した結果、以下の創案を成すに至った。
【００１５】
すなわち、本実施形態に係る転動装置は、その基本構成として、内方部材と、外方部材と、内方部材と外方部材との間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備えることにより、内方部材に対する外方部材の相対的な回転運動もしくは直線運動を可能としたものである。そして、本実施形態に係る転動装置は、異なる２種以上のバネ定数を持つように構成されるものである。この構成を具体的に説明すると、本実施形態に係る転動装置は、複数の転動体が循環することにより発生する振動が、異なる２種以上の振動周期を持つように構成されているのである。
【００１６】
かかる特徴を備えることによって、本実施形態に係る転動装置は、内方部材に対する外方部材の相対的な回転運動もしくは直線運動が実施されると、内方部材と外方部材との間に配設される複数の転動体が循環する際に、異なる２種以上の振動周期を持つ振動波が発生するのである。これら２種以上の振動周期を持つ振動波は、合成されることによってうなりのごとき現象が発生するが、その合成波の周期は２種以上の振動周期の最小公倍数となって飛躍的に大きくなるので、その結果、転動装置の振動特性が飛躍的に改善するのである。
【００１７】
そこで、上述した有意な効果を発揮することのできる本実施形態に係る転動装置の具体的な実施例について、図面を用いて説明する。なお、以下の各実施例は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、各実施例の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
［異なる転動体径の組み合わせ］
図１は、第１の実施例に係る転動装置（リニアガイド）の構成を示す縦断面概略図である。図１から明らかな通り、第１の実施例に係る転動装置は、リニアガイド１０として構成される装置であり、内方部材である軌道レール１１と、外方部材である移動ブロック１２と、軌道レール１１と移動ブロック１２との間に転動自在に配設される複数の転動体であるボール１５とを備えることにより、軌道レール１１に対する移動ブロック１２の相対的な直線運動を可能としたものである。
【００１９】
このリニアガイド１０には、複数のボール１５が８条の条列を構成するように配設されており、軌道レール１１の上面に対して４条の条列が配置されるとともに、軌道レール１１の両側面に対してそれぞれ２条づつの条列が配置される構成が採用されている。また、８条の条列に配設される複数のボール１５は、図１で示されるように縦断面で見たときに、アンギュラコンタクトとなるように構成されており（図１中のボール１５上の細線が、ボール１５のコンタクト方向を示している。以下、同じ。）、リニアガイド１０としての好適な機能を発揮できるようになっている。
【００２０】
さらに、第１の実施例に係るリニアガイド１０は、８条の条列に配設されるボール１５の寸法（径）が、条列のそれぞれで異り、リニアガイド１０全体で２種の径を有するボール１５が存在するように構成されていることを特徴としている。この構成をより具体的に説明すると、第１の実施例に係るリニアガイド１０にあっては、図１で示されるように縦断面で見たときに、隣り合う条列のそれぞれでボール径が異なるようにボール１５が配置されているのである。
【００２１】
かかる構成によって、リニアガイド１０は異なる２種以上のバネ定数を持つように構成されるのであり、軌道レール１１に対する移動ブロック１２の相対的な直線運動が実施されると、軌道レール１１と移動ブロック１２との間に配設される複数のボール１５が循環する際に、異なる２種以上の振動周期を持つ振動波が発生することとなる。
【００２２】
ボール１５の循環によって発生する振動数は、ボール径をＤaとし、移動ブロック１２の送り速度をｖとすると、ｆ＝ｖ／（２Ｄa）で表される。そして、第１の実施例に係るリニアガイド１０では、設置されるボール径が２種存在しているので、発生する振動波は２種類となる。さらに、これら２種の振動周期を持つ振動波は、合成されることによって各々の振動エネルギが減少し、２種の振動波の差分がうなり成分として現れ、またさらに、その合成波の周期は２種以上の振動周期の最小公倍数となって飛躍的に大きくなるので、その結果、リニアガイド１０の振動特性が飛躍的に改善することになるのである。
【００２３】
なお、図１で示した第１の実施例に係るリニアガイド１０の形状は、あくまで１つの実施形態を例示するものであり、例えば図２Ａ乃至図２Ｃに示すように、種々の変形を行うことが可能である。具体的には、ボール１５の配置や接触角の方向は任意に設定することが可能であり、リニアガイド１０としての負荷能力的に４方向等価型、ラジアル方向強化型、逆ラジアル方向強化型、水平方向強化型、回転方向強化型等として設計変更を行うことが可能である。また、転動体については、リニアガイド１０が異なる２種以上のバネ定数を持つように構成されるものであればどのようなものでも良く、ボール１５以外に取り得る形態の例として、ローラやコロ等を採用することもできる。
【００２４】
［異なる接触角の組み合わせ］
上述した第１の実施例に係るリニアガイド１０においては、リニアガイド１０を異なる２種以上のバネ定数を持つように構成するために、８条の条列に配設されるボール１５の寸法（径）が２種存在するように構成されている場合を例示して説明した。
【００２５】
次に説明する第２の実施例に係るリニアガイド２０の場合は、図３に示すように、転動体の内方部材及び外方部材に対する接触角が、２種以上とされている場合を例示するものである。なお、図３は、第２の実施例に係るリニアガイド２０の構成を示す縦断面概略図である。
【００２６】
図３において示す第２の実施例に係るリニアガイド２０においても、複数のボール２５は８条の条列を構成するように配設されており、軌道レール２１の上面に対して４条の条列が配置されるとともに、軌道レール２１の両側面に対してそれぞれ２条づつの条列が配置される構成が採用されている。そして、第２の実施例に係るリニアガイド２０の特徴的な点は、８条の条列に配設されるボール２５の軌道レール２１及び移動ブロック２２に対する接触角が、２種存在するように構成されているところである。第２の実施例に係るリニアガイド２０では、図３で示されるように、ボール２５のコンタクト方向が２種類存在しているので、リニアガイド２０は異なる２種類のバネ定数を持つように構成されるのである。
【００２７】
したがって、第２の実施例に係るリニアガイド２０では、軌道レール２１に対する移動ブロック２２の相対的な直線運動が実施されると、軌道レール２１と移動ブロック２２との間に配設される複数のボール２５が循環する際に、異なる２種類の振動周期を持つ振動波が発生することとなる。その結果、２種類の振動波はうなりのごとき波形を有する合成波となり、かかる合成波の周期は２種類の振動周期の最小公倍数となって飛躍的に大きくなるので、リニアガイド２０の振動特性が飛躍的に改善することになるのである。
【００２８】
［転動体転走溝における異なる曲率の組み合わせ］
本発明の転動装置の特徴である「異なる２種以上のバネ定数を持つ」という構成は、上述した「異なる転動体寸法の組み合わせ」や「異なる接触角の組み合わせ」だけではなく、図４に示すように異なる曲率を持った転動体転走溝を組み合わせることによっても可能である。ここで、図４は、第３の実施例に係るリニアガイド３０の構成を示す縦断面概略図である。
【００２９】
図４において示す第３の実施例に係るリニアガイド３０においても、複数のボール３５は８条の条列を構成するように配設されており、軌道レール３１の上面に対して４条の条列が配置されるとともに、軌道レール３１の両側面に対してそれぞれ２条づつの条列が配置される構成が採用されている。
【００３０】
そして、第３の実施例に係るリニアガイド３０の特徴的な点は、軌道レール３１及び移動ブロック３２が、複数のボール３５と接触する箇所に断面略半円弧形状からなる転動体転走溝３４を備えているのであるが、この転動体転走溝３４の曲率が、２種類存在するように構成されているところにある。すなわち、第３の実施例に係るリニアガイド３０では、図４中の符号αが付された要部拡大図で示されるように、ボール３５と接触する転動体転走溝３４の曲率が、小さいもの（符号３４ａ）と大きいもの（符号３４ｂ）の２種類存在しているので、リニアガイド３０は異なる２種類のバネ定数を持つことになるのである。
【００３１】
したがって、第３の実施例に係るリニアガイド３０では、軌道レール３１に対する移動ブロック３２の相対的な直線運動が実施されると、軌道レール３１と移動ブロック３２との間に配設される複数のボール３５が循環する際に、異なる２種類の振動周期を持つ振動波が発生することとなる。その結果、２種類の振動波はうなりのごとき波形を有する合成波となり、かかる合成波の周期は２種以上の振動周期の最小公倍数となって飛躍的に大きくなるので、リニアガイド３０の振動特性が飛躍的に改善することになるのである。
【００３２】
［異なる材質の組み合わせ］
なお、本発明の転動装置の特徴である「異なる２種以上のバネ定数を持つ」という構成を実現するための手段としては、上述したものの他に、転動体の材質が２種以上となるように構成することによっても実現することが可能である。材質の選択方法としては、例えばヤング率を選定基準とし、硬さの異なる材質を選択することが可能である。異なる材質の転動体を組み合わせて転動装置を構成することによって、上述した原理による振動特性の飛躍的に改善した転動装置を提供することが可能となる。
【００３３】
以上、本発明の好適な実施形態及び実施例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態あるいは実施例に記載の範囲には限定されない。上記実施形態及び実施例には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
【００３４】
例えば、上述した第１乃至第３の実施例に係る転動装置は、リニアガイド１０，２０，３０として構成される場合を例示して説明した。しかしながら、本発明に係る転動装置が取り得る形態は、内方部材が軌道レール１１，２１，３１として構成され、外方部材が移動ブロック１２，２２，３２として構成されるリニアガイド１０，２０，３０のみに限定されるものではない。本発明に係る転動装置は、例えば図５に示すように、内方部材がねじ軸４１として構成され、外方部材が図示しないナット部材として構成され、これらねじ軸４１とナット部材（不図示）との間に転動自在に複数のボール４５が配設されることにより、ねじ軸４１に対するナット部材（不図示）の相対的な回転運動を可能としたボールねじ装置として構成されることも可能である。図５において示すように、内方部材であるねじ軸４１の表面に２系列からなるねじ溝４１ａ，４１ｂを形成し、それぞれのねじ溝４１ａ，４１ｂに対してボール径の異なるボール４５を配設することによっても、異なる２種以上のバネ定数を持つ転動装置を得ることができる。
【００３５】
さらに、本発明に係る転動装置の特徴である「異なる２種以上のバネ定数を持つ」という構成は、上述した実施例を単独で適用するだけではなく、それぞれを任意に組み合わせた構成としても実現することが可能である。
【００３６】
またさらに、上述した各実施例に係る転動装置は、８条の条列が配設されたものを例示して説明したが、条数や条列の配置位置、あるいは内方部材及び外方部材の構成等については、任意に設計変更を加えることが可能である。
【００３７】
そして、本発明に係る転動装置は、上述したリニアガイド１０，２０，３０やボールねじ装置だけではなく、例えば、工作機械などに用いられる転がり軸受全般や真空中で使用される無潤滑軸受、直動案内装置、ボールスプライン装置、ボールブッシュ等のような、あらゆる転動・摺動動作を伴う装置に適用することが可能である。
【００３８】
その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１の実施例に係る転動装置（リニアガイド）の構成を示す縦断面概略図である。
【図２Ａ】図１で示した第１の実施例に係るリニアガイドの変形例を示す縦断面概略図である。
【図２Ｂ】図１で示した第１の実施例に係るリニアガイドの変形例を示す縦断面概略図である。
【図２Ｃ】図１で示した第１の実施例に係るリニアガイドの変形例を示す縦断面概略図である。
【図３】第２の実施例に係るリニアガイドの構成を示す縦断面概略図である。
【図４】第３の実施例に係るリニアガイドの構成を示す縦断面概略図である。
【図５】本発明に係る転動装置をボールねじ装置として構成した場合の要部を示す部分縦断面概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０，２０，３０  リニアガイド、１１，２１，３１  軌道レール、１２，２２，３２  移動ブロック、１５，２５，３５  ボール、３４，３４ａ，３４ｂ  転動体転走溝、４１  ねじ軸、４１ａ，４１ｂ  ねじ溝、４５  ボール。
【図１】
0005123598.tif 000002
【図２Ａ】
0005123598.tif 000003
【図２Ｂ】
0005123598.tif 000004
【図２Ｃ】
0005123598.tif 000005
【図３】
0005123598.tif 000006
【図４】
0005123598.tif 000007
【図５】
0005123598.tif 000008