(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
案内用のボールが案内部材によって規制された曲線軌道に沿って移動する部分を有し、隣合うボールの中心点同士を結ぶ直線と略円柱状又は略円筒状のセパレータの軸線とが平行又は一致するようにして、隣合うボール同士の間にセパレータを介装し、少なくともセパレータの軸線方向両端の凹面部が、夫々、隣合うボールの球面に接触するようにした直動案内軸受装置において、前記曲線軌道に沿ってボールが移動しているときに、前記セパレータの軸線を、当該セパレータを挟んで隣合うボールの中心点同士を結ぶ直線に一致させ、且つ前記曲線軌道に沿ってボールが移動しているときに、何れかのボールを挟んで隣合うセパレータの軸線方向両端の凹面部上の、当該ボールの球面に接触している前記曲線軌道の最も外側となる点同士を直線で結び、この直線が当該隣合うセパレータ同士に挟まれたボールの中心点を通るときの、前記最も外側となる点から前記隣合うボールの中心点同士を結ぶ直線までの距離を半径とするセパレータの外径寸法を当該セパレータの外径寸法の最小とし、当該セパレータの外周が前記案内部材に接触するときのセパレータの外径寸法を当該セパレータの外径寸法の最大とすると共に、前記案内部材は外側案内部材と内側案内部材により構成され、当該内側案内部材は全体として蒲鉾状の形状であって当該蒲鉾状の頭頂部を半径Ｒ1 の曲面で形成し、前記頭頂部の曲面の両側に連続して半径Ｒ1 より大きな半径Ｒ2 の主要ボール接触面を形成し、更に当該両主要ボール接触面に連続し且つボールの直線軌道部と接続する部分を前記半径Ｒ2 より小さな半径Ｒ3 の曲面によって形成したことを特徴とする直動案内軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールの転がりを利用した直動案内軸受装置に関し、特にボールの間にセパレータを介装する直動案内軸受装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の直動案内軸受装置としては、例えば図６に示すように、軸方向に延設された案内レール１０１と、その上に移動可能に跨架されたスライダ１０２とを備えたものがある。案内レール１０１の両側面には、夫々、軸方向に転動体転動溝１０３が形成され、スライダ１０２のスライダ本体１０２Ａには、その両袖部１０４の内側面に、夫々、転動体転動溝１０３に対向する転動体転動溝（図示せず）が形成されている。
【０００３】
そして、これらの向き合った両転動体転動溝の間には転動体としての多数の鋼球（ボール）Ｋが転動自在に装填され、そのボールＫの転動を介してスライダ１０２が案内レール１０１上を軸方向に沿って移動できるようになっている。この移動につれて、案内レール１０１とスライダ１０２との間に介在するボールＫは転動してスライダ１０２のスライダ本体１０２Ａの端部に移動するが、スライダ１０２を軸方向継続して移動させていくためには、これらのボールＫを無限に循環させる必要がある。
【０００４】
そこで、スライダ本体１０２Ａの袖部１０４内に更に軸方向に貫通する転動体通路としての直線状の貫通孔（図示せず）を形成すると共に、スライダ本体１０２Ａの前後両端にエンドキャップ１０５を設けて、これに上記両転動体転動溝と転動体通路としての貫通孔とを連通する半円弧状に湾曲した転動体循環路（図示せず）を形成することにより、転動体無限循環軌道を構成している。
【０００５】
また、転動体無限循環軌道の互いに隣合うボールＫ間には、図７に示すように、当該ボールＫに対向する両側面に夫々凹部Ｗを有するセパレータＴが、当該凹部ＷにボールＫを接触させた状態で介装されている。このセパレータＴは、外周部Ｑが球面で且つボールＫに接触する両端部に球面状の凹部Ｗが形成されている。このセパレータＴでは、ボールＫに接触する凹部Ｗの曲率半径がボールＫの半径より大きい。また、セパレータＴとボールＫとの接触状態を規定することにより、両者の間に働く力の釣り合いがとれるように工夫している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記図６に示す直動案内軸受装置では、ボールＫが接触するセパレータＴの凹部Ｗの曲率半径が当該ボールＫの半径より大きいために、図７に示すような曲線軌道では、ボールＫは、当該凹部Ｗのうち、曲線軌道の内側で接触し、セパレータＴを曲線軌道の内側に押している。このため、セパレータＴは、曲線軌道の内側軌道面を構成する案内部材Ｊに、その外周部Ｑが押し付けられている。そのため、セパレータＴと案内部材Ｊとの間で滑り摩擦が発生し、作動性悪化・騒音の発生や、セパレータＴの耐久性の面で問題がある。
【０００７】
本発明は、これらの諸問題に鑑みて開発されたものであり、ボール位置を正確に規制しながら、セパレータを曲線軌道の案内部材に接触させることなく、作動性、騒音特性及び耐久性に優れた直動案内軸受装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明のうち請求項１に係る直動案内軸受装置は、案内用のボールが案内部材によって規制された曲線軌道に沿って移動する部分を有し、隣合うボールの中心点同士を結ぶ直線と略円柱状又は略円筒状のセパレータの軸線とが平行又は一致するようにして、隣合うボール同士の間にセパレータを介装し、少なくともセパレータの軸線方向両端の凹面部が、夫々、隣合うボールの球面に接触するようにした直動案内軸受装置において、前記曲線軌道に沿ってボールが移動しているときに、前記セパレータの軸線を、当該セパレータを挟んで隣合うボールの中心点同士を結ぶ直線に一致させ、且つ前記曲線軌道に沿ってボールが移動しているときに、何れかのボールを挟んで隣合うセパレータの軸線方向両端の凹面部上の、当該ボールの球面に接触している前記曲線軌道の最も外側となる点同士を直線で結び、この直線が、当該隣合うセパレータ同士に挟まれたボールの中心点を通るときの、前記最も外側となる点から前記隣合うボールの中心点同士を結ぶ直線までの距離を半径とするセパレータの外径寸法を当該セパレータの外形寸法の最小とし、当該セパレータの外周が前記案内部材に接触するときのセパレータの外径寸法を当該セパレータの外径寸法の最大としたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のうち請求項２に係る直動案内軸受装置は、案内用のボールが案内部材によって規制された曲線軌道に沿って移動する部分を有し、隣合うボールの中心点同士を結ぶ直線と略円柱状又は略円筒状のセパレータの軸線とが平行又は一致するようにして、隣合うボール同士の間にセパレータを介装し、少なくともセパレータの軸線方向両端の凹面部が、夫々、隣合うボールの球面に接触するようにした直動案内軸受装置において、前記セパレータの外径寸法を、ボールの直径の０．６〜０．８倍としたことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面等を参照して説明する。
図１は、本発明の直動案内軸受装置の第１実施形態を示すものである。この図は、エンドキャップと呼ばれる外側案内部材１と、リターンガイドと呼ばれる内側案内部材２とで構成されるボール３の曲線軌道部分の説明図であり、直線軌道を移動したボール３は、ここで１８０°方向転換され、再び異なる直線軌道を移動するように構成されている。このうち、曲線軌道を構成する内側案内部材２のボール接触面は、外側案内部材１のボール接触面と同心な、単純な半円弧になっている。
【００１１】
この実施形態では、円柱状のセパレータ４の軸線Ｌが隣合うボール３の中心点Ｏを結ぶ直線に一致するようにして、当該セパレータ４を各ボール３の間に介装している。セパレータ４の軸線方向両端の凹面部は、ボール３の球面の曲率半径と同等の曲率半径の球面凹部になっているが、セパレータ４の凹面形状は、少なくともその凹面部の外周部近傍がボール３の球面に接触するようになっていればよい。このセパレータ４本体の形状は、必ずしも円柱状に限定されるものではなく、中空の円筒状であってもよく、また球面状であってもよい。必要なのは、後述するように、できるだけセパレータ４がボール３を保持しやすいこと及び保持代が大きくできることであり、以上の観点からみて、セパレータ４の形状は、外周面が球状であるよりも円柱状の方が有利であり、また両端凹面部のより外周部で凹面とボール３とが接触するような形状となる方が有利である。
【００１２】
そして本実施形態では、前記セパレータ４の外周部の外径を以下のように規定する。即ち、本実施形態では、セパレータ４の軸線方向両端部に形成される球面凹部の曲率半径を、例えばボール３の球面の曲率半径と同等とし、且つセパレータ４の軸線Ｌが隣合うボール３の中心点Ｏを結ぶ直線に一致するようにしてある。これは、ボール３とセパレータ４との相対的な位置関係が変わらないようにして、セパレータ４若しくはボール３が移動するのを抑制防止しているためである。この要求を異なる側面から捉えると、前記曲線軌道に沿ってボール３が移動しているときに、何れかのボール３を挟んで隣合うセパレータ４の軸線方向両端の球面凹部外周部が当該ボール３の球面に接触している曲線軌道の最も外側の点Ａを直線Ｓで結び、この直線Ｓが、当該隣合うセパレータ４同士に挟まれたボール３の中心点を通るときの点Ａから隣合うボール３の中心点同士を結ぶ直線までの距離を半径とするセパレータ４の外形寸法を最小外径寸法ＤMIN とすると、実際のセパレータ４の外形寸法は当該最小外形寸法ＤMIN より大きな外形寸法である必要がある。つまり、ボール３を無負荷で循環させる本曲線軌道部では、円滑なボールの循環のためと、許容寸法精度といった面からボールに対して、或るクリアランスを設けることが一般的であり、前記外側案内部材１のボール接触面は図１に破線で示すように、理想とする曲線軌道より外側になる場合がある。そのようなときに、前記最小外径寸法ＤMIN よりセパレータ４の外形寸法が小さいと、ボール３が破線で示すように外側案内部材１のボール接触面に接触すると、曲線軌道部でセパレータ４でボール３を保持することができなくなり、セパレータ４から外れて両者の位置関係が変化すると共に、ボール３とセパレータ４，外側案内部材１，内側案内部材２との夫々の接触状態が変化し、ノイズや作動性、耐久性の低下をもたらす。そこで、本実施形態では、セパレータ４の外形寸法を、前述のように定義した最小外形寸法ＤMIN より大きな値とする。
【００１３】
一方、セパレータ４の許容最大外形寸法ＤMAX は、案内部材、特に内側案内部材２との干渉によって規制される。即ち、本実施形態では、セパレータ４の軸線Ｌが隣合うボール３の中心点Ｏを結ぶ直線に一致するようにしてあるため、セパレータ４の外形寸法を大きくすると、その外周部は内側案内部材２に接近することになり、大きくし過ぎると両者が干渉する。セパレータ４が内側案内部材２に接触すると、前記と同様、ノイズや作動性、耐久性の低下原因となる。従って、セパレータ４の外形寸法の最大許容値は、案内部材と接触する値である。但し、セパレータ４の外形寸法を大きくすることはボール３の球面に接触する面を大きくしたり、ボール３を保持する保持代を大きくしたりすることであり、ボール３の安定保持能力は高まることから、外径形状は極力大きい方が有利となる。そこで、これを逆に捉えて、例えば内側案内部材２のボール接触面の曲率半径を大きくとることにより、セパレータ４の外形寸法を上記にて定めた値よりも大きくしても、当該セパレータ４の外周部は当該内側案内部材２に接触することがなくなる。
【００１４】
次に、前述のようにセパレータ４の外径寸法を可及的に大きく設定した第２実施形態について、図２、図３を用いて説明する。
前述のようにしてセパレータ４の外径寸法を大きくしていったとき、本実施形態ではセパレータ４の軸線Ｌが隣合うボール３の中心点Ｏを結ぶ直線に一致するようにしてあるため、図３に示すように、循環Ｒ部の出入口部において、セパレータ外周が内側案内部材２に干渉するまで当該セパレータ４の外径を大きくとれる。このように、内側案内部材２の形状を単純な半円形状から、図２に示すような形状とすることにより、前記第１実施形態よりもセパレータ４の外径を大きくとることが可能となる。これ以外にも、循環Ｒそのものをより大きくとるといった手法があるが、これには直動案内軸受装置自体が横幅方向に大きくなってしまうというデメリットも存在する。
【００１５】
ここで、内側案内部材２のボール接触面の形状の一例を設定する。即ち、前述のようにセパレータ４の外形寸法を設定したときに内側案内部材２がセパレータ４の外周部に接触しないボール接触面の形状を図示する上下半分ずつ半径Ｒ2 で規定し、これに続くボール３の直線軌道部と比較的小さな半径Ｒ3 で接続し、前記半径Ｒ2 で形成される主要ボール接触面同士は比較的小さな半径Ｒ1 で滑らかに接続する。これにより、内側案内部材２のボール接触面は、図３に破線で示す図１のものより、曲線軌道内側に移動され、前記許容最大外径寸法のセパレータ４の外周部は内側案内部材２に接触しない。その際、ボール３は、外側案内部材１のボール接触面及びセパレータ４の球面凹部によって規制され、安定して保持される。また、内側案内部材２のボール接触面の形状は、例えば直線や楕円の組合せによって設定することも可能である。
【００１６】
次に、前記第１実施形態や第２実施形態で示すセパレータの実質的な外形寸法が、例えばボールの外径に対してどのような範囲にあるか説明する。ここでセパレータの外形寸法による作動性の評価として、セパレータの外形寸法を、ボール直径の０．５５倍、０．６５倍、０．７５倍、０．８５倍にしたときの摩擦力を図４ｂ〜ｅに示す。また、セパレータのないときの摩擦力を図４ａに示す。これらの図に示す摩擦力変動のうち、図４ｂに示すように、先鋭的な変動をヒゲと呼び、各セパレータの外形寸法での最大ヒゲ成分の大きさを比較して図５に示した。セパレータがないときの最大ヒゲ成分の大きさが０．５ｋｇｆ程度であることから、セパレータを使用するときの条件をこれ以下としたとき、セパレータの外形寸法はボールの直径の０．６〜０．８倍程度とするのが好ましいことが分かった。
【００１７】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明の直動案内軸受装置によれば、曲線軌道に沿ってボールが移動しているときに、セパレータの軸線を、当該セパレータを挟んで隣合うボールの中心点同士を結ぶ直線に一致させ、且つ曲線軌道に沿ってボールが移動しているときに、何れかのボールを挟んで隣合うセパレータの軸線方向両端の凹面部上の、当該ボールの球面に接触している曲線軌道上において、最も外側となる点同士を直線で結び、この直線が、当該隣合うセパレータ同士に挟まれたボールの中心点を通るときの、最も外側となる点から隣合うボールの中心点同士を結ぶ直線までの距離を半径とするセパレータの外径寸法を当該セパレータの外形寸法の最小とすることにより、前記曲線軌道を移動するボールの位置を正確に規制することができ、合わせてセパレータの外周が曲線軌道を構成する案内部材に接触するときのセパレータの外径寸法を当該セパレータの外径寸法の最大とすることにより、セパレータが案内部材に接触しない範囲まで、その外径寸法を大きくしてボールの保持機能を高め、作動性向上及び低騒音化、耐久性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の直動案内軸受装置の第１実施形態を示す曲線軌道部分の断面図である。
【図２】本発明の直動案内軸受装置の第２実施形態を構成する内側案内部材の説明図である。
【図３】図２の内側案内部材を用いて構成された曲線軌道部分の断面図である。
【図４】セパレータの作動性をボール直径に対する外形寸法毎に評価するための摩擦力変動の説明図である。
【図５】ボール直径に対するセパレータの外形寸法の評価説明図である。
【図６】従来の直動案内軸受装置の一例を示す外観図である。
【図７】図６の直動案内軸受装置内の曲線軌道部分の断面図である。
【符号の説明】
１は外側案内部材
２は内側案内部材
３はボール
４はセパレータ
Ｏは（ボールの）中心点
Ｌは（セパレータの）軸線
Ａは（曲線軌道の最も外側の）点
Ｓは直線
【図１】
0004042257.tif 000002
【図２】
0004042257.tif 000003
【図３】
0004042257.tif 000004
【図４】
0004042257.tif 000005
【図５】
0004042257.tif 000006
【図６】
0004042257.tif 000007
【図７】
0004042257.tif 000008