(57)【要約】【課題】転動体の落下を防止しつつコスト安で作業効率が良い組み付けができる運動装置を提供する。【解決手段】ボール転走面１０を備えるスプライン軸１と、複数のボール３を備えてボール３に負荷を与えながらボール転走面１０を転動させ、ボール転走面１０に対して所定距離Ｙをもってスプライン軸１に沿って移動する外筒２とから構成されるボールスプライン装置Ｓであって、スプライン軸１は、少なくとも一端に、所定距離Ｙより大きく、且つ、ボール３の半径より小さい距離Ｍで外筒２に対して離間するボール導入面１０´を有するという構成を採用することによって、組み付け時にボール３が外筒２から半径より突出して外筒２から脱落することを防止することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動体転走面を備える軌道体と、複数の転動体を備えて前記転動体に負荷を与えながら前記転動体転走面を転動させ、前記転動体転走面に対して所定距離をもって前記軌道体に沿って移動する移動体とから構成される運動装置であって、
前記軌道体は、少なくとも一端に、前記所定距離より大きく、且つ、前記転動体の半径より小さい距離で前記移動体に対して離間する導入部を有することを特徴とする運動装置。
【請求項２】
前記転動体は、前記移動体に設けられた無限循環路内に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の運動装置。
【請求項３】
前記導入部は、少なくとも、前記移動の際に前記転動体に負荷を与える負荷領域の長さを有することを特徴とする請求項１または２に記載の運動装置。
【請求項４】
前記導入部は、先端に向かうにつれて漸次、前記移動体に対して離間する傾斜形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の運動装置。
【請求項５】
前記導入部は、前記軌道体の両端に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の運動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールスプライン、ボールねじ、直動案内装置等、ボールやローラ等の転動体を介して軌道体と移動体とが係合する運動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボールやローラ等の転動体を介して軌道体と移動体とが係合する運動装置として、例えば、直動案内装置においては、長手方向に沿ってボール（転動体）の転走面が形成された軌道レール（軌道体）と、無限循環するボール列を具備すると共にボールを介して軌道レールに組み付けられる移動ブロック（移動体）とから構成される。
【０００３】
移動ブロックと軌道レールとは、組み合わせ時において所定の精度を発揮し得るように、移動ブロックと軌道レールとの間隙より径の大きなボールを配置させることとなっており、互いに負荷を与えつつ精度よく相対移動する構成となっているが、移動ブロックを軌道レールに導入させる組み付け時に、転走面とボールとが当接して負荷を受け始めると、未だ転走面と当接していない後続のボールに当該負荷が伝わり、ボールが移動ブロックの無限循環路から脱落してしまうという可能性があった。
【０００４】
上記のような状況になることを防ぐ手段として、特許文献１に記載の仮保持部材を用いる手段が考えられる。当該仮保持部材は、複数の単位ブロックが連結されて全体として軌道レールに模した形状を有しており、軌道レールの端部に組み付けられることによって、軌道レールから移動ブロックを抜き取る又は、軌道レールに移動ブロックを組み付けることが可能な構成となっている。
【特許文献１】特開２００２−１０６５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、軌道レールは、設置される場所や用途により様々な大きさ及び形状を有しており、適宜、当該軌道レールに対応する仮保持部材を製作していたのではコスト高になり、さらに、一度仮保持部材に移動ブロックを組み付けた後に、軌道レールに移動ブロックを導入させるのでは作業効率が悪いという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、転動体の落下を防止しつつコスト安で作業効率が良い組み付けができる運動装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、転動体転走面を備える軌道体と、複数の転動体を備えて上記転動体に負荷を与えながら上記転動体転走面を転動させ、上記転動体転走面に対して所定距離をもって上記軌道体に沿って移動する移動体とから構成される運動装置であって、上記軌道体は、少なくとも一端に、上記所定距離より大きく、且つ、上記転動体の半径より小さい距離で上記移動体に対して離間する導入部を有するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、組み付け時に転動体が移動体から転動体の半径より突出して移動体から脱落してしまうことを防止することができる。
【０００８】
また、本発明では、上記転動体は、上記移動体に設けられた無限循環路内に収容されているという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、組み付け時に転動体が特に脱落しやすい無限循環路を有する移動体からの転動体の脱落を防止することができる。
【０００９】
また、本発明では、上記導入部は、少なくとも、上記移動の際に上記転動体に負荷を与える負荷領域の長さを有するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、転動体がより脱落しやすい負荷領域にある転動体の脱落を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明では、上記導入部は、先端に向かうにつれて漸次、上記移動体に対して離間する傾斜形状を有するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、傾斜形状を利用して転動体の転動を円滑にして容易に軌道体と移動体とを組み付けることができる。
【００１１】
また、本発明では、上記導入部は、上記軌道体の両端に設けられるという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、軌道体の両端のどちらからでも、移動体を組み付けることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、転動体転走面を備える軌道体と、複数の転動体を備えて上記転動体に負荷を与えながら上記転動体転走面を転動させ、上記転動体転走面に対して所定距離をもって上記軌道体に沿って移動する移動体とから構成される運動装置であって、上記軌道体は、少なくとも一端に、上記所定距離より大きく、且つ、上記転動体の半径より小さい距離で上記移動体に対して離間する導入部を有するという構成を採用することによって、組み付け時に転動体が移動体から半径より突出して移動体から脱落してしまうことを防止することができる。
したがって、本発明では、組み付け時の転動体の落下を防止して、且つ、軌道体が移動体を導入させる導入部を有するため、仮保持部材等を用いる必要性がなくなり、コスト安で作業効率が良い組み付けができる運動装置を提供することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、本発明の運動装置をボールスプライン装置に適応した場合の例について説明する。また、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態におけるボールスプライン装置Ｓを示す一部分解斜視図である。
図２は、図１に示すボールスプライン装置Ｓの線視Ａ−Ａ断面図である。
図３は、図２に示す矢印Ｚ方向からボールスプライン装置Ｓが有する外筒２の内面を見た模式図である。
ボールスプライン装置Ｓは、図１に示すように、略円柱状に形成されたスプライン軸（軌道体）１と、略円筒状に形成されると共に多数のボール（転動体）３を介してスプライン軸１に組付けられた外筒（移動体）２とから構成されており、外筒２がスプライン軸１の周囲を軸方向へ自在に往復移動するように構成されている。
【００１５】
スプライン軸１の外周面には、軸方向に沿って４条のボール転走面（転動体転走面）１０が形成されており、ボール３はこれらボール転走面１０を転走しながら外筒２とスプライン軸１との間で荷重を負荷される構成となっている。
各ボール転走面１０は、図２に示すように、長手方向と垂直な断面における形状がボール３の球面の円弧よりも僅かに大きな円弧からなるサーキュラアーク形状に形成されている。これらのボール転走面１０は、互いに隣接するボール転走面１０ａ及びボール転走面１０ｂ、ボール転走面１０ｃ及びボール転走面１０ｄがグループとなって、スプライン軸１の外周面に対称的に形成されている。
また、スプライン軸１の一端には、図１に示すように、外筒２を挿入させる挿入部５０（後述）が設けられている。
【００１６】
一方、外筒２は、金属製の外筒本体４と、この外筒本体４の軸方向の両端にボルトで螺合される一対のエンドプレート５とから構成されており、これら外筒本体４とエンドプレート５は共にスプライン軸１が挿通される貫通孔を有している。
このように外筒本体４とエンドプレート５との組み合わせからなる外筒２は、ボール３が転動する無限循環路３０がスプライン軸１に面した貫通穴の内周面に形成される構成となっている。
【００１７】
無限循環路３０は、図２及び図３に示すように、スプライン軸１のボール転走面１０及びボール転走面１０と対向して外筒本体４の内周面に形成された負荷ボール転走面３１により形成される負荷転走路３１ａと、外筒本体４の内周面に対して負荷転走路３１ａと僅かに間隔をおいて平行に形成された無負荷転走路３２と、これら負荷ボール転走面３１と無負荷転走路３２との間でボール３の転走方向を１８０度転換させると共にこれら溝の間でボール３を往来させる方向転換路３３とを有する構成となっている。
無限循環路３０は、その全域においてスプライン軸１に向けて開放されており、無限循環路３０に配列されたボール３がスプライン軸１に面した状態で無限循環路３０内を循環する構成となっている。
【００１８】
負荷ボール転走面３１は、外筒本体４の長さ方向に直線状に形成されており、スプライン軸１のボール転走面１０と対向し、ボール３が負荷を受けながら転走する負荷転走路（負荷領域）３１ａを形成している（図３参照）。負荷転走路３１ａは、ボール３の直径よりも僅かに小さな径を有する通路として形成される。従って、ボール３は、負荷ボール転走面３１とボール転走面１０との間で負荷を受ける負荷状態で負荷転走路３１ａの内部を転動する構成となっている。
なお、以下の説明で、図３に示す、ボール３が負荷転走路３１ａで負荷を受ける負荷領域の長さ（本実施形態では、外筒本体４の長さと同一の長さ）を負荷領域長さＸとして説明することがある。
【００１９】
無負荷転走路３２は、図２に示すように、負荷ボール転走面３１と平行に、且つ、スプライン軸１と負荷ボール転走面３１との間の距離より、スプライン軸１に対して若干離間するように形成されている。無負荷転走路３２は、ボール３の直径よりも僅かに大きな径を有する通路として形成されており、スプライン軸１の外周面に向けて開放した状態で外筒２の内周面に形成されている。従って、ボール３は、無負荷状態、すなわち自由に回転し得る状態のまま無負荷転走路３２内に収容され、また、無負荷転走路３２がスプライン軸１に向けて開放されていることから、スプライン軸１と接触しながら無負荷転走路３２の内部を転動する構成となっている。
【００２０】
方向転換路３３は、エンドプレート５に設けられており、負荷転走路３１ａと無負荷転走路３２とを連通させる半円環形状を有している。この方向転換路３３は、負荷転走路３１ａとの連通部位においてもっとも浅く（スプライン軸１に対し近接し）、無負荷転走路３２との連通部位においてもっとも深く（スプライン軸１に対し離間して）形成されている。方向転換路３３が徐々に深くなることにより、負荷転走路３１ａを転走してきたボール３が方向転換路３３に進入すると、かかるボール３は荷重から解放され、無負荷状態となって方向転換路３３内を無負荷転走路３２へ向けて進行し、そのままの状態で無負荷転走路３２に進入するようになっている。
【００２１】
上記構成により、無限循環路３０は、図３に示すように、略楕円環形状もしくはサーキット状に形成されることとなる。したがって、負荷転走路３１ａを転動するボール３は、負荷転走路３１ａの一端側から方向転換路３３に導入されて方向転換され、無負荷転走路３２内を転走した後、もう一方の方向転換路３３に導入されて、他端側の負荷転走路３１ａに再び導入されて転動するという無限循環が可能となる。そして、これらボール３が転動することによって、外筒２がスプライン軸１の長さ方向に滑らかに移動可能な構成となっている。
【００２２】
続いて、スプライン軸１の一端に設けられた挿入部５０の構成について、図４を参照して説明する。
図４は、ボール転走面１０ａの長さ方向に沿ったボールスプライン装置Ｓの一部断面図である。
挿入部５０は、図１及び図４に示すように、スプライン軸１と外筒２とを組み付ける際に、外筒２に設けられるボール３の脱落防止のためにスプライン軸１の一端部に設けられるものであり、先端５０ａに向うにつれてスプライン軸１の中心軸に向ってボール転走面１０が漸次深く形成されるボール導入面（導入部）１０´を有する構成となっている。
なお、以下の説明においては、説明の便宜上、ボール転走面１０とボール導入面１０´との関係をボール転走面１０ａとボール導入面１０´ａとの関係の一の説明で行うが、各ボール転走面１０ｂ、ボール転走面１０ｃ及びボール転走面１０ｄにそれぞれに対して、ボール転走面１０´ｂ、ボール転走面１０´ｃ及びボール転走面１０´ｄが設けられる構成となっている。
【００２３】
ボール導入面１０´ａは、図４に示すように、先端５０ａから長さＬの範囲内において、ボール３が負荷転走路３１ａにおいて負荷を受ける際のボール転走面１０ａと外筒２との間の所定距離Ｙから、先端５０ａに至るまで外筒２に対して距離Ｍだけ離間する傾斜形状を有している。
【００２４】
ボール３の外筒２から脱落は、ボール３の保持が弱い負荷領域長さＸの範囲内で外筒２の内面方向にボール３が半径を超えて突出した場合に起こり得ることから、ボール導入面１０´ａが設けられる長さＬは、少なくとも負荷領域長さＸの長さを有するように設定するのが好ましく、本実施形態では、例えば、負荷領域長さＸの略１．５倍の長さで設定される構成となっている。また、外筒２に対して離間する距離Ｍは、ボール３の半径を超える突出を防止するため、ボール３の半径より小さい範囲内で設定するのが好ましく、本実施形態では、所定距離Ｙより大きく、且つ、ボール３の半径より小さい、例えば、ボール３の半径の略０．８倍の長さで、先端５０ａにおいて外筒２に対して離間するように設定される構成となっている。
【００２５】
続いて、スプライン軸１と外筒２との組み付けについて図５を参照して説明する。
図５は、スプライン軸１と外筒２との組み付けを説明する要部拡大図である。
先ず、挿入部５０が設けられた側からスプライン軸１を外筒２に挿入して組み付けを行うと、図５の拡大図に示すように、ボール３は、ボール転走面１０に当接し、ボール転走面１０と負荷ボール転走面３１との間で負荷を受けることとなるため抗力を生じさせて、挿入方向（矢印方向）に位置する未だ負荷を受けていない後続のボール３に対して挿入方向に力を加えることとなる。
【００２６】
力を受けた後続のボール３は、挿入方向に強引に押進され、エンドプレート５に設けられた挿入方向側の方向転換路３３に導入される。方向転換路３３に導入されたボール３は、図３に示すように、無負荷転走路３２及びもう一方の方向転換路３３を介して、再びボール転走面１０と負荷ボール転走面３１との間の負荷領域に到達する。しかし、組み付け時において負荷領域へはボール３の導入が難く、無負荷領域（無負荷転走路３２及び方向転換路３３内）においてボール３の転動が滞り、結果、挿入方向側の方向転換路３３においてボール３が詰まり、ボール３の保持の弱い負荷領域長さＸの範囲（特に挿入方向側の方向転換路３３手前）でボール３が脱落しやすくなる。
しかしながら、スプライン軸１の一端に設けられた挿入部５０は、外筒２に対してボール３の半径より小さい距離Ｍで離間し、且つ、負荷領域長さＸよりも長い長さＬを有するボール導入面１０´を有しているため、外筒２に対するボール３の半径を超えた突出を防止し、負荷領域長さＸの範囲にあるボール転走面１０に到達していない無負荷状態のボール３を保持して外筒２からの脱落を防止することとなる。また、ボール導入面１０´は、傾斜形状を有しているため、ボール３を滑らかにボール転走面１０へ導入させることができ、容易に組み付けを行うことができる。
【００２７】
したがって、上述した本実施形態によれば、ボール転走面１０を備えるスプライン軸１と、複数のボール３を備えてボール３に負荷を与えながらボール転走面１０を転動させ、ボール転走面１０に対して所定距離Ｙをもってスプライン軸１に沿って移動する外筒２とから構成されるボールスプライン装置Ｓであって、スプライン軸１は、少なくとも一端に、所定距離Ｙより大きく、且つ、ボール３の半径より小さい距離Ｍで外筒２に対して離間するボール導入面１０´を有するという構成を採用することによって、組み付け時にボール３が外筒２から半径より突出して外筒２から脱落することを防止することができる。
したがって、本実施形態では、仮保持部材等を用いる必要性がなくなり、組み付け時のボール３の落下を防止して、且つ、コスト安で作業効率が良い組み付けができるボールスプライン装置Ｓを提供することができる効果がある。
【００２８】
また、本実施形態では、ボール３は、外筒２に設けられた無限循環路３０内に収容されているという構成を採用することによって、組み付け時にボール３が特に脱落しやすい無限循環路３０を有する外筒２からのボール３の脱落を防止することができる。
【００２９】
また、本実施形態では、ボール導入面１０´は、少なくとも、上記移動の際にボール３に負荷を与える負荷領域長さＸを有するという構成を採用することによって、ボール３がより脱落しやすい負荷領域にあるボール３を保持することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、ボール導入面１０´は、先端５０ａに向かうにつれて漸次、外筒２に対して離間する傾斜形状を有するという構成を採用することによって、傾斜形状を利用してボール３の転動を円滑にして容易にスプライン軸１と外筒２とを組み付けることができる。
【００３１】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３２】
例えば、本実施形態において、ボール導入面１０´は、傾斜形状を有すると説明した。しかしながら、本発明では、上記構成に限定されるものではなく、例えば、段差形状を有していても良い。
また、ボール導入面１０´は、図６（ａ）に示す別実施形態におけるスプライン軸１の側面図及び図６（ｂ）に示す先端５０ａから視た図に示すように、挿入部５０自体が先端５０ａに向うにつれて漸次縮径する構成により形成されても良い。この場合、スプライン軸１が外筒２に挿入しやすくなり、組み付けの作業効率が向上する効果がある。
【００３３】
また、例えば、本実施形態において、ボール導入面１０´は、スプライン軸１の一端に設けられると説明した。しかしながら、本発明は、ボール導入面１０´がスプライン軸１の両端に設けられる構成であっても良い。このような構成を採用することによって、スプライン軸１の両端のどちらからでも、外筒２を組み付けることができる。
【００３４】
また、本実施形態において、転動体は球状のボールと説明したが、本発明は必ずしもボールである必要は無く、例えば、ローラ等であっても良い。
また、本実施形態では、ボール転走面１０が４条のスプライン軸１を採用したが、条数を限定するものではなく、例えば、６条や８条等の構成のものを採用しても良い。この場合、ボール導入面１０´は、用いる条数に応じて設けるのが好ましい。
【００３５】
また、本実施形態において、運動装置はボールスプライン装置Ｓと説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ボールねじ、直動案内装置等の運動装置であっても適用できる。
この場合、例えば、図７に示すような直動案内装置１００であれば、ボール転走面１１０を有する軌道レール（軌道体）１０１とボール１０３を有する移動ブロック（移動体）１０２とを備えて、移動ブロック１０２が軌道レール１０１に沿って移動可能に設けられており、軌道レール１０１の一端１５０に、図６（ｂ）の一端１５０から直動案内装置１００を視た図に示すような、ボール転走面１１０と移動ブロック１０２との間の所定距離Ｙより大きく、且つ、ボール１０３の半径より小さい距離Ｍで移動ブロック１０２に対して離間するボール導入面１１０´を有するという構成を採用することによって、組み付け時にボール１０３が移動ブロック１０２から脱落することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態におけるボールスプライン装置を示す一部分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるボールスプライン装置の線視Ａ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるボールスプライン装置が有する外筒の内面を図２に示す矢印Ｚ方向から視た図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるボール転走面の長さ方向に沿ったボールスプライン装置の一部断面図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるスプライン軸と外筒との組み付けを説明する要部拡大図である。
【図６】本発明の別実施形態におけるスプライン軸を示す図である。
【図７】本発明の別実施形態における直動案内装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…スプライン軸（軌道体）、２…外筒（移動体）、３…ボール（転動体）、１０…ボール転走面（転動体転走面）、１０´…ボール導入面（導入部）、３１ａ…負荷転走路（負荷領域）、Ｍ…距離、Ｓ…ボールスプライン装置（運動装置）、Ｘ…負荷領域長さ、Ｙ…所定距離
【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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【図７】
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