(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面にボール転動溝を有する一方の部材と、前記ボール転動溝に対向するボール転動溝を内面に有する他方の部材と、前記両ボール転動溝間に介挿されるとともに前記他方の部材に設けたボール循環機構により循環可能とされた複数個のボールと、隣合う該ボール同士の間に配設されるとともにその軸方向両端面に前記ボールの球面の一部を摺動可能に嵌め入れる凹面が形成されたスペーサとを具えた転がり直動装置において、
前記スペーサの凹面の同一円周上に凸部が等配形成されており、該凸部と前記ボールの球面を点接触させたことを特徴とする、
転がり直動装置。
【請求項２】
前記スペーサの軸方向外周面が凹状に形成されている、請求項１の転がり直動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじ、リニアガイドウェイ、ボールスプライン等の転がり直動装置（以下、「直動装置」という。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外面にボール転動溝を有する一方の部材と、前記ボール転動溝に対向するボール転動溝を内面に有する他方の部材と、前記両ボール転動溝間に介挿されると共に前記他方の部材に設けたボール循環機構により循環可能とされた複数個のボールとを具えた直動装置が、様々な分野で使用されている。
なお、一方の部材、他方の部材、並びに、ボール循環機構とは、
（１）ボールねじの場合、それぞれ、ねじ軸、ボールナット、並びに、リターンチューブ、こま、エンドキャップ又はガイドプレートに相当し、
（２）いわゆる、エンドキャップ方式リニアガイドウェイの場合、それぞれ、案内レール、キャリッジ、並びに、エンドキャップのボール方向転換溝及びキャリッジ本体肉厚内のボール戻り通路に相当する。
【０００３】
このような直動装置では、荷重を支承するボールが密に並んで負荷領域内、すなわち、両ボール転動溝間を転動しながら移動する。
しかし、ボール転動溝の有効径の不均一等に起因すると考えられているが、従来の直動装置では、負荷領域内を通過するボール同士が互いに押し合い、ボール同士の間に圧縮力が作用する部分が生じやすかった。
そして、この様な圧縮力がボールに作用すると、その部分でボールの転動を互いに阻止する方向にすべり接触するから、ボールの転動を妨げる大きな抵抗が生じて動摩擦トルクが大きく変動した。さらに、ボールの詰まり現象が発生することもあった。
なお、直動装置を使用する場合、動摩擦トルクの変動は物体の送り速度ムラを生じたり位置決め精度に影響するため、動摩擦トルクの変動を問題にする事例が増加している。
【０００４】
そこで、本出願人は、軸方向両端面にボールの球面に倣った凹面が形成されたスペーサを、直動装置のすべての隣合うボール同士の間に配設することを提案した（特願平１０−３２１４１１号、特願平１１−１０８０６６号及び特願平１１−１４９４３０号参照。）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、提案した直動装置にも下記の課題があった。
（１）荷重を支承する負荷領域内のボールの球面は、常にスペーサの一方の凹面に面接触した状態で転動しながら移動する。このため、ボール転動溝の有効径の不均一等に起因してボールの球面とスペーサの凹面との間に圧縮力が作用する部分が生じると、ボールの転動を妨げる抵抗が発生して動摩擦トルクが変動することがあった。
（２）直動装置がボールねじの場合、両ボール転動溝は螺旋状に大きく捩れている。このため、スペーサの凹面をボールの球面に倣うように形成していても、スペーサの凹面がボールの球面から一部外れてふらつき、ボールとスペーサがスムーズに循環しないことがあった。また、ふらついたスペーサが、前方のボールと後方から移動して来るボールに挟まれて圧壊することもあった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外面にボール転動溝を有する一方の部材と、前記ボール転動溝に対向するボール転動溝を内面に有する他方の部材と、前記両ボール転動溝間に介挿されるとともに前記他方の部材に設けたボール循環機構により循環可能とされた複数個のボールと、隣合う該ボール同士の間に配設されるとともにその軸方向両端面に前記ボールの球面の一部を摺動可能に嵌め入れる凹面が形成されたスペーサとを具えた転がり直動装置において、前記スペーサの凹面の同一円周上に凸部が等配形成されており、該凸部と前記ボールの球面を点接触させた装置によって上記の課題を解決した。
【０００８】
さらに、スペーサの軸方向外周面が凹状に形成されていることが好ましい。
【０００９】
本発明によれば、荷重を支承する負荷領域内のボールの球面が、常にスペーサの一方の凹面に位置が安定して嵌め入れられ、点接触した状態で転動しながら移動する。従って、
（１）ボール転動溝の有効径の不均一等に起因してボールの球面とスペーサの凹面との間に圧縮力が作用する部分が生じたとしても、その部分の面積は微小であるからボールの転動を妨げる抵抗も極めて小さく、動摩擦トルクの変動が殆どない直動装置を得ることができる。
（２）両ボール転動溝が大きく捩れていても、スペーサの凹面がボールの球面から外れてふらつくことがない。その結果、ボールとスペーサのスムーズな循環を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
なお、本発明の直動装置について、後述するボールとスペーサ以外の構成は従来のものと同様であるので、その全体構成の図示及び説明は省略する。
図１は、本発明の直動装置において、両ボール転動溝間及びボール循環機構からなるボール無限循環路内に介挿された状態のボール１０とスペーサ２０を示している。
本出願人が先に提案したものと同様に、すべての隣合うボール１０，１０同士の間に、金属又はプラスチック等からなる円柱状（又は円盤状）のスペーサ２０が配設されている。
【００１１】
スペーサ２０の軸方向両端面には、ボール１０の球面の一部を摺動可能に嵌め入れる凹面２２，２２が形成されている。また、スペーサ２０の直径Ｓは、ボール１０によるスペーサ２０の保持安定性等の観点及びボール１０とスペーサ２０とがスムーズに循環する観点から、ボール１０の直径Ｄの６０％〜８０％に設定されている。さらに、スペーサ２０の軸方向長さＬは、できるだけ多くのボール１０を介挿して高負荷容量を確保する観点及びボール１０とスペーサ２０とがスムーズに循環する観点から、隣合うボール１０，１０の頂点同士の間隔Ｔが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍになるように設定されている。なお、符号２８は、スペーサ２０の軸方向外周面を示す。
【００１２】
図２及び図３に示すように、凸部３０が、凹面２２の同一円周上の３箇所に等配形成されている。なお、図２の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、凹面２２が球状及び円錐状のものを示す。
この凸部３０とボール１０の球面が、ボール１０及びスペーサ２０の軸線３４に対して所定の角度θ（３０°前後が好ましい。）で点接触するようになっている。なお、符号Ｏは、軸線３４上のボール１０の中心点を示す。
また、上記の実施の形態は、凸部３０を凹面２２に射出成形等の手段を用いて一体成形したものを例示したが、図４に示すように、凸部３０を別体として凹面２２に嵌設してもよい。この場合、凸部３０を異材質にできる利点がある。
なお、凸部３０を凹面２２に３等配形成したものを例示したが、この実施の形態に限定されないことは言うまでもない。
【００１４】
上記第１実施形態では、スペーサ２０の軸方向外周面２８が直線状のものを例示したが、図７に示すように、外周面２８を凹状にすることもできる。ボールねじのように、両ボール転動溝が大きく捩れている場合、外周面２８を凹状にすることによって、外周面２８と両ボール転動溝との干渉をより防ぐことができる。また、この実施の形態は、ボールねじのリターンチューブのように、ボール循環機構が大きく屈曲している場合にも有効である。
【００１５】
なお、スペーサをプラスチックで形成する場合、ジュラコン（ポリプラスチック(株)登録商標）等のプラスチックが好適であるが、自己潤滑性材料として知られる焼結含油合金又はテフロン（デュポン(株)登録商標）等を使用してもよい。また、スペーサを、潤滑剤含有プラスチック（例えば、特公昭４７−３４５５号公報参照。）、又は潤滑剤を含浸させることができる多孔質プラスチック（例えば、特開昭６１−２８３６３４号公報参照。）から形成することもできる。
【００１６】
ところで、超精密旋盤等に使用されるボールねじは、発熱抑制の観点から、ねじ軸を中空にして、この中空部に潤滑油等を流して冷却している。しかし、このような冷却機構であると、かなりのコスト上昇が避けられない。
本発明で使用するボールの材質をセラミックス（具体的には窒化ケイ素）にして、上記のような材質のスペーサと組合わせて使用すると、発熱の程度を、従来より、ほぼ半減させることができた。従って、ボールねじを含む上記のような装置全体の製造コストをかなり低減することができることになる。
また、セラッミックス製ボールとプラスチック製スペーサの組合わせは、ボールの表面に損傷を発生させたり、ボールを破砕させたりすることがないという特徴もあるようである。
【００１７】
本発明によれば、荷重を支承する負荷領域内、すなわち、両ボール転動溝間のボールの球面が、常にスペーサの一方の凹面に位置が安定して嵌め入れられ、点接触した状態で転動しながら移動する。従って、
（１）ボール転動溝の有効径の不均一等に起因してボールの球面とスペーサの凹面との間に圧縮力が作用する部分が生じたとしても、その部分の面積は微小であるからボールの転動を妨げる抵抗も極めて小さく、動摩擦トルクの変動が殆ど皆無の直動装置を得ることができる。
（２）両ボール転動溝が大きく捩れていても、スペーサの凹面がボールの球面から外れてふらつくことがない。その結果、ボールとスペーサのスムーズな循環を得ることができる。という効果を奏する。
【００１８】
さらに、スペーサの軸方向外周面を凹状に形成することによって、軸方向外周面と両ボール転動溝との干渉をより防ぐことができる。なお、この実施の形態は、ボールねじのリターンチューブのように、ボール循環機構が大きく屈曲している場合にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態の直動装置において、ボール無限循環路内に介挿された状態のボールとスペーサを示す概略図。
【図２】  図１のスペーサの縦断面図（但し、図３の２−２線矢視断面図）。なお、同図の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、凹面が球状及び円錐状のものを示す。
【図３】  図２の左側面図（但し、右側面図でもある。）。
【図４】  図１のスペーサの変形態様を示す部分縦断面図。
【図５】  スペーサの軸方向外周面の変形態様を示す部分縦断面図。
【符号の説明】
１０          ボール
２０          スペーサ
２２          凹面
２８          スペーサの軸方向外周面
３０          凸部
【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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