JP2008175324A - ボール連結体 - Google Patents

Abstract

【課題】無限循環路の曲線部におけるボールの旋回半径を小さく設定することが可能であり、それによってボールの無限循環路を小型化し、ひいてはボールの無限循環路を備えた直線案内装置やボールねじ装置の小型化に寄与することが可能なボール連結体を提供する。
【解決手段】多数のボールを転動自在に一列に保持し、負荷通路及び無負荷通路からなるボールの無限循環路に組み込まれて使用されるボール連結体１１であって、一列のボール１を挟んでその両側に配置された一対のベルト部１２と、各ベルト部１２と一体的に成形されると共にボール球面を包持する球面座１５を有する多数のボール保持部材１３と、前記一対のベルト部１２を相互に連結し、ボール１を挟んで相対向するボール保持部材１３の間隔を一定に維持する架橋部１４と、から構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、多数のボールを一列に配列すると共にこれらボールを相互に連結してなり、直線案内装置やボールねじ装置等に具備されたボールの無限循環路内に組み込まれて使用されるボール連結体に係り、特に、無限循環路における曲線部の曲率が小さい場合であっても、ボールを確実に保持した状態で循環することが可能なボール連結体に関する。

従来、テーブル等の可動体をベッド等の固定部に沿って案内する直線案内装置としては、ボール転走溝を有する軌道レールと、前記ボール転走溝と対向して負荷通路を構成する負荷転走溝を有すると共に前記負荷通路の一端から他端へとボールを循環させる無負荷通路を有し、前記軌道レールに沿って移動する移動ブロックと、これら移動ブロックと軌道レールとの間で荷重を負荷しながら転走すると共に、前記移動ブロックの負荷通路及び無負荷通路より構成される無限循環路を循環する多数のボールとから構成されるものが知られている。

このように構成された従来の直線案内装置では、移動ブロックの無限循環路がボールで満たされていることから、該移動ブロックが軌道レールに沿って移動すると、互いに隣接するボールが相互に衝突あるいは擦れ合いながら前記無限循環路内を循環することとなり、ボールが早期に摩耗して装置寿命が短命化するといった問題点があった。

そこで、このような問題点を解決するものとして、多数のボールを整列保持したボール連結体を前記無限循環路に組み込んだ直線案内装置が提案されている（特開平５−５２２１７号公報）。図８及び図９に示すように、かかるボール連結体１００は互いに隣接する各ボール１０１の間にスペーサ１０２を介装すると共に、各スペーサ１０２をボールの配列方向に沿った一対のベルト部材１０３で繋いでボール１０１を数珠状に連結したものであり、前記ボール１０１を金型内に中子として配置した可撓性樹脂の射出成形によって製作されている。また、各スペーサ１０２はボール１０１の球面を包持する凹状の球面座を備えており、ボールの前後に位置するスペーサによって該ボールが回転自在に保持されるようになっている。

このように構成された従来のボール連結体１００は、図１０に示す如く移動ブロック１０４の無限循環路１０５に組み込まれ、軌道レール１０６に対する移動ブロック１０４の移動に伴ってボール１０１と共に前記無限循環路１０５内を循環する。前記ボール連結体１００は可撓性樹脂から成形されており、ある程度の自由度をもって自在に屈曲し得ることから、無限循環路１０５内を移動する際には、かかる無限循環路１０５の直線部及び曲線部に追従して自在に変形することが可能である。そして、互いに隣接するボール１０１の間にはスペーサ１０２が介装されていることから、ボール１０１同志の相互摩擦や衝突が防止され、ボール１０１の摩耗を可及的に防止することが可能であった。
特開平５−５２２１７号公報

かかる従来のボール連結体１００では互いに隣接するボールの間にスペーサが配置されており、各スペーサを前記ベルト部材が相互に連結している。前記ベルト部材はスペーサと一体的に成形されており、しかもスペーサは厚みを有していることから、ベルト部材はスペーサとの結合部位では屈曲し難く、各スペーサを繋いでいる中間部位において屈曲し易いといった特性を有していた。

このことから、無限循環路の曲線部においてボール連結体を湾曲させると、前記ベルト部材は均一に湾曲するのではなく、ボールの中心と重なった部位を頂点とし、多角形の如く数段階に折れ曲がるように湾曲していた。そして、ベルト部材がこのように段階的に折れ曲がるようにして湾曲すると、スペーサは無限循環路の曲線部における本来のボール軌跡よりも内側に位置してしまい、しかも無限循環路の曲線部の外側では互いに隣接するスペーサの間隔が大きく開いてしまうので、かかる曲線部においてはボールがスペーサの間から抜け出してしまう懸念があった。

ボール直径に対してスペーサのサイズを大きく設定する方が該スペーサによるボールの包持が確実となり、無限循環路の曲線部においてもボールをボール連結体に確実に保持することが可能となる。しかし、ボール直径に対してスペーサのサイズがあまりに大きくなると、無限循環路の曲線部において該無限循環路の内壁とスペーサとが干渉してしまうため、スペーサのサイズには自ずと制限が生じてしまう。

すなわち、従来のボール連結体では互いに隣接するボールの間にスペーサを設け、かかるスペーサでボールを回転自在に保持していることから、無限循環路の曲線部を設計するに当たり、その曲線部におけるボールの旋回半径の最小値にはボール連結体のスペーサに起因した制限が生じてしまい、ボールの無限循環路をコンパクトに構成する上で障害となっていた。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、無限循環路の曲線部におけるボールの旋回半径を小さく設定することが可能であり、それによってボールの無限循環路を小型化し、ひいてはボールの無限循環路を備えた直線案内装置やボールねじ装置の小型化に寄与することが可能なボール連結体を提供することにある。

すなわち本発明は、多数のボールを転動自在に一列に保持し、負荷通路及び無負荷通路からなるボールの無限循環路に組み込まれて使用されるボール連結体であって、一列のボールを挟んでその両側に配置された一対のベルト部と、各ベルト部と一体的に成形されると共にボール球面を包持する球面座を有する多数のボール保持部材と、前記一対のベルト部を相互に連結し、ボールを挟んで相対向するボール保持部材の間隔を一定に維持する架橋部と、から構成されている。

このように構成された本発明のボール連結体によれば、ボールを包持する球面座を備えたボール保持部材は互いに隣接するボールの間には存在せず、各ベルト部材と一体的に設けられてボール連結体の幅方向の両側に位置している。すなわち、各ベルト部材に設けられた個々のボール保持部材はボールを挟んで反対側に位置する他のボール保持部材と相対向し、それによってボールを一対のボール保持部材で挟み込むようにして保持している。従って、このように構成されたボール連結体をボールの無限循環路に組込み、かかる無限循環路の曲線部においてボール連結体が湾曲したとしても、ボール保持部材とボールとの位置関係は無限循環路の直線部と曲線部とで何ら変わりかなく、ボールを常に安定して保持することが可能となる。

また、無限循環路内におけるボール保持部材の位置は常にボールを基準として決定されるので、ボール保持部材はその直径がボール直径よりも小径であれば、無限循環路の内壁と干渉することはなく、無限循環路の曲線部におけるボールの旋回半径を小さく設定することが可能となる。これにより、ボールの無限循環路をコンパクトに構成することができ、かかる無限循環路を備えた直線案内装置やボールねじ装置の小型化を図ることが可能となる。

更に、前記ボール保持部材は各ボールの転動方向に存在せず、転動方向に対してボールの両側に位置しているので、ボールとボール保持部材との間の摩擦を低減することができ、ボールを従来よりも一層軽く転動させることが可能となる。

ここで、ボールを挟んで対向する一対のボール保持部材の間隔が拡がってしまうと、ボールがボール保持部材の間から抜け落ちてしまうことになる。前記架橋部はボールを挟んで配置された一対のベルト部材を相互に連結し、互いに対向する一対のボール保持部材の間隔を一定に維持する機能を発揮する。従って、かかる機能が担保される限りにおいては、前記架橋部は各ボール毎に設ける必要はなく、例えば複数のボールに対して一箇所の割合で架橋部を設けても差し支えない。

また、直線案内装置やボールねじ装置におけるボールの無限循環路は、ボールが荷重を負荷しながら転走する負荷通路及び負荷状態から解放されたボールが転走する無負荷通路から構成されており、このような無限循環路にボール連結体を組み込んで使用する場合、かかるボール連結体は循環しながら局所的に押し縮められ、あるいは引き延ばされた状態となる。従って、局所的に押し縮められた際に互いに隣接するボール同士が干渉し、あるいはボールと他の部材とが干渉するのを防止するといった観点からすれば、互いに隣接するボールとボールは非接触とし、これらボール間には空間を設けておくのが好ましい。このようにすれば、ボール連結体が無限循環路内で局所的に押し縮められた場合であっても、ボールの回転に対して大きな抵抗が作用するのを防止することが可能となる。また、ボール間に設けられた空間が潤滑剤の保持空間としても作用するので、ボールの潤滑を一層効果的に行うことが可能となる。

更に、前記架橋部はボールとボールとの間に位置して一対のベルト部材を相互に連結することになるが、ボールはこの架橋部に対しても非接触であることが好ましい。

以下、添付図面を用いて本発明のボール連結体を詳細に説明する。

図１は本発明のボール連結体を使用した直線案内装置の一例を示す断面図である。この直線案内装置は、長手方向に沿ってボール１の転走面が形成された軌道レール２と、テーブル等の可動体に固定されると共に多数のボール１を介して前記軌道レール２に組付けられた移動ブロック３と、前記多数のボール１を帯状に連鎖させると共に前記移動ブロック３に具備された無限循環路内を循環するボール連結体１０とから構成されている。

先ず、前記軌道レール２は図１の紙面と垂直な方向へ直線状に延びており、その長さは該直線案内装置の用途に応じて任意に設定される。軌道レール２の長手方向と垂直な断面は略矩形状に形成されている。また、この軌道レール２には長手方向に沿って前記ボール１の転走面２０が形成されており、前記ボール１が移動ブロック３に作用する荷重を負荷しながらこれら転走面２０を転走する。図１に示した直線案内装置では、前記転走面２０が軌道レール２の上角部を挟むようにして２条ずつ、計４条形成されているが、これら転走面２０の条数及び配置は直線案内装置の用途及び負荷荷重の大きさに応じて適宜設計変更することができる。また、軌道レール２にはその長手方向に適宜間隔をおいてボルト取付け孔２１が形成されており、軌道レール２はこのボルト取付け孔２１に挿入される固定ボルトによって各種機械装置に固定される。

一方、前記移動ブロック３は断面略サドル条に形成され、前記軌道レール２に対してこれに跨がるようにして組付けられている。この移動ブロック３の上面はテーブル等の可動体の取付け面３０となっており、かかる可動体を固定ボルトにより結合するためのタップ孔３１が形成されている。また、軌道レール２と面した内側面には該軌道レール２の転走面２０と対向してボール１の負荷通路を構成する負荷転走面３２が形成されており、前記ボール１はこの負荷通路に存在し、移動ブロック３の負荷転走面３２と軌道レール２の転走面２０との間で荷重を負荷しながら転走する。

各負荷転走面３２の両側にはボール保持部３４が当該負荷転走面３２に覆いかぶさるように形成されており、移動ブロック３を軌道レール２から取り外した際に、負荷転走面３２上に位置するボール１が移動ブロック３から転がり落ちるのを防止している。

更に、前記移動ブロック３には各負荷通路に対応して無負荷通路が形成されており、これら負荷通路と無負荷通路とからボールの無限循環路が形成されている。すなわち、ボール１は荷重を負荷しながら前記負荷通路内を転走した後、荷重から解放された状態で無負荷通路内を転走し、再び負荷通路に戻されるようになっている。これにより、移動ブロック３が軌道レール２に沿って制限なく移動することが可能となっている。前記無負荷通路は、負荷通路（負荷転走面３２）と平行に形成されたボール戻し孔３３と、負荷通路の端部とボール戻し孔３３の端部とを連通連結する一対の方向転換路とから構成されている。

図２は前記移動ブロック３を示す分解斜視図である。この移動ブロック３は、前記負荷転走面３２及びボール戻し孔３３が形成されたブロック本体４と、このブロック本体４の前後両端面に固定される一対のエンドキャップ５とから構成されている。尚、図１は一方のエンドキャップ５を省略して描いてある。各エンドキャップ５は合成樹脂製であり、ブロック本体４と当接する内側面にはボール１の無限循環路の一部を構成する方向転換路５０が形成されている。この方向転換路５０はボール１の進行方向を１８０°変更させるように略Ｕ字状に形成されており、前記エンドキャップ５をブロック本体４に固定することで、ブロック本体４の負荷転走面３２を転走し終えたボール１を前記ボール戻し孔３３へ導き、あるいはボール戻し孔３３から転がりでたボール１を負荷転走面３２へ導くことができるようになっている。

更に、前記ブロック本体４の前後両端面には半円状のボール案内部３５が突設されており、エンドキャップ５の方向転換路５０と相俟ってブロック本体４のボール戻し孔３３に出入りするボール１を案内するようになっている。

上記ブロック本体４は金属製のブロックコアに対して合成樹脂を射出成形で肉付けして形成されており、前述した可動体の取付け面３０やボール１の負荷転走面３２等、機械的強度が要求される部位は当該ブロックコアに形成されている。一方、ボール戻し孔３３、ボール保持部３４及びボール案内部３５等の機械的強度が重要とされない部位は合成樹脂で形成され、可能な限りブロック本体４の軽量化が図られている。

図３、図４及び図５は前記移動ブロック３に具備されたボール１の無限循環路に組み込まれるボール連結体１０を示すものである。このボール連結体１０は、合成樹脂から成形されて可撓性を備えた連結体ベルト１１と、この連結体ベルト１１に一列に配列された多数のボール１とから構成されており、各ボール１は連結体ベルト１１によって回転自在に保持されている。すなわち、外力を及ぼさない限り、各ボール１は連結体ベルト１１から抜け落ちることはなく、連結体ベルト１１に配列された多数のボール１をグループとして取り扱うことが可能となっている。

前記連結体ベルト１１は、一列に配列されたボールを挟んでその両側に配置された一対のベルト部１２と、各ボール１に対応して前記ベルト部１２に設けられた多数のボール保持部材１３と、ボール１を挟んで配置された一対のベルト部１２を相互に連結する多数の架橋部１４とから構成されている。これらベルト部１２、ボール保持部材１３及び架橋部１４は合成樹脂によって一体的に成形されている。各ボール保持部材１３は前記ボール１の球面の一部を包持する球面座１５を具備すると共に、一方のベルト部１２に設けられたボール保持部材１３はボール１を挟んで他方のベルト部１２に設けられたボール保持部材１３と相対向しており、互いに対向する球面座１５でボール１を挟み込むことにより、かかるボール１が連結体ベルト１１によって回転自在に保持されるようになっている。

ボール１は隣接するボール１と接触することのないよう、間隔をおいて連結体ベルト１１に配置されており、前記架橋部１４は互いに隣接するボール１とボール１との間に位置している。また、ボール１と架橋部１４との間にも隙間が形成され、各ボール１と架橋部１４は非接触に保たれている。すなわち、互いに隣接するボール１とボール１との間は架橋部１４の太さ以上の距離に保たれ、ボール間の距離変動を吸収する緩衝空間１６が形成されている。

このように構成されたボール連結体１０は前記移動ブロック３におけるボール１の無限循環路に組み込んで使用される。移動ブロック３が軌道レール２に沿って運動すると、ボール連結体１０に配列されたボール１が軌道レール２の転走面２０と移動ブロック３の負荷転走面３２との間で荷重を負荷しながら転走し、これらボール１の転走に伴ってボール連結体１０の全体が移動ブロック３の無限循環路内を循環する。

移動ブロック３の無限循環路にボール連結体１０を組み込むに当たり、かかるボール連結体１０は端部同士を結合して無限循環路の内部で無端状に形成しても差し支えないし、端部同士を結合することなく、端部の間に任意の隙間を形成した状態で無限循環路内を循環させるようにしても良い。もっとも、かかる無限循環路は前述の如く負荷通路と無負荷通路から構成され、ボール連結体１０は負荷通路と無負荷通路とを往来するに当たり、循環方向に沿って圧縮力又は引っ張り力を受けるので、前記連結体ベルト１１が意図せずに破断してしまうといったトラブルを避けるためには、ボール連結体１０の端部同士は無限循環路内で結合せず、これら端部の間に任意量の隙間を形成するのが好ましい。

また、無限循環路内をボール連結体１０が循環している最中は前述の如くボール連結体１０には圧縮力又は引っ張り力が作用し、連結体ベルト１１に対して均等にボール１を配列したとしても、合成樹脂製の連結体ベルト１１の伸縮により、互いに隣接するボール１同士の間隔が変動してしまう。このため、ボール１とボール１との間に前記緩衝空間１６を形成しておけば、ボール１同士の間隔が圧縮力又は引っ張り力の影響によって僅かに変動しても、これらボール１同士が互いに緩衝し合うことはなく、常にボール１の回転を円滑に行うことが可能となる。また、ボール連結体１０を無限循環路に組み込む以前の状態では、前記架橋部１４とボール１との間にも空間が形成され、両者は非接触に維持されているので、ボール１同士の間隔が圧縮力又は引っ張り力の影響によって僅かに変動しても、ボール１が架橋部１４に対して強く押し付けられるのを回避することができ、この点においても無限循環路内におけるボール１の転走を円滑に行えるようになっている。

図６は、移動ブロック３に具備された方向転換路５０の内部におけるボール連結体１０の湾曲の様子を描いたものである。一方、図７は、図８及び図９に示した従来のボール連結体１００の方向転換路５０の内部における湾曲の様子を描いたものである。

図７に示す従来のボール連結体１００ではボール１０１とボール１０１との間にスペーサ１０２が配置されており、ボール１０１は循環方向の前後に位置する一対のスペーサ１０２によって球面を包持されていた。また、スペーサ１０２同士を結合しているベルト部材１０３は該スペーサ１０２と一体成形されていることから、かかるベルト部材１０３はスペーサ１０２と結合されている部位では硬く、スペーサ１０２とスペーサ１０２との間、すなわちボール１０１の球面と重なった部位では柔らかかった。このため、この従来のボール連結体１００を方向転換路内で湾曲させると、かかるボール連結体１００は一様な曲率で湾曲するのではなく、スペーサ１０２の間で段階的に屈曲し、多角形に類似した形状を描いてしまう。この際、ボール１０１の前後に位置する一対のスペーサ１０２に注目すると、これらスペーサ１０２は角度θで拡開することになり、この角度が大きくなると、ボール１０１が湾曲したボール連結体１００の外側へ脱落してしまう。

また、従来のボール連結体１００を方向転換路５０内で湾曲させた場合、スペーサ１０２は方向転換路５０内でボール１０１が辿る円弧状の軌跡よりも内側に位置することになるので、スペーサ１０２は方向転換路５０の内周壁、すなわち前記ボール案内部３５と干渉し易くなってしまう。

このようなことから、従来のボール連結体１００では方向転換路５０の曲率を大きく設定することができず、平行に設けられた負荷転走面３２とボール戻し孔３３との間隔を大きく設定せざるを得なかった。

これに対し、図３乃至図５に示す本発明のボール連結体１０を方向転換路５０の内部で湾曲させた場合、図６に示すように、ボール１は循環方向に対して左右両側に位置する一対のボール保持部材１３によって包持されており、これらボール保持部材１３は方向転換路５０内におけるボール１の軌跡と略合致した軌跡を描いて該方向転換路５０内を進行していくことになる。このため、ボール連結体１０を大きく湾曲させたとしても、ボール保持部材１３によるボール１の保持状態が変化することはなく、常に安定した状態でボール１を連結体ベルト１１に保持することが可能となっている。

また、このように本発明のボール連結体１０では、ボール保持部材１３がボール１と略合致した軌跡を描きながら方向転換路５０内を進行し、しかもボール１とボール１との間にはスペーサが存在しないので、ボール連結体１０を大きく湾曲させた場合であっても、連結体ベルト１１の一部が方向転換路５０の内周壁、すなわち前記ボール案内部３５と干渉することはない。

従って、本発明のボール連結体１０を使用すれば、ボール１の無限循環路内で該ボール連結体１０を大きく湾曲させることが可能となり、例えば説明してきた直線案内装置においては、移動ブロック３の負荷転走面３２とボール戻し孔３３の間隔を狭めることが可能となり、移動ブロック３の小型化を図ることができるものである。

尚、ここまでの説明では、直線案内装置におけるボール１の無限循環路に本発明のボール連結体１０を組み込んだ例を説明してきたが、これ以外にも例えばボールスプラインやボールねじ装置におけるボールの無限循環路に本発明のボール連結体を組み込むことも可能である。その場合にも、無限循環路内でボール連結体１０を大きく湾曲させることが可能となることから、スプラインナットやスクリューナットの小型化を図ることが可能になると考えられる。

本発明のボール連結体を使用した直線案内装置の一例を示す断面図である。 図１に示した直線案内装置の移動ブロックの分解斜視図である。 本発明を適用したボール連結体の一例を示す正面図である。 図３に示したボール連結体の平面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 直線案内装置の方向転換路内における本発明のボール連結体の湾曲状態を示す断面図である。 直線案内装置の方向転換路内における従来のボール連結体の湾曲状態を示す断面図である。 従来のボール連結体を示す平面図である。 図８に示したボール連結体の側面図である。 図に示した従来のボール連結体を直線案内装置のボール無限循環路に組み込んだ状態を示す断面図である。

符号の説明

１…ボール、２…軌道レール、３…移動ブロック、１０…ボール連結体、１１…連結体ベルト、１２…ベルト部、１３…ボール保持部材、１４…架橋部

Claims (3)

1. 多数のボールを転動自在に一列に保持し、負荷通路及び無負荷通路からなるボールの無限循環路に組み込まれて使用されるボール連結体であって、
   一列のボールを挟んでその両側に配置された一対のベルト部と、各ベルト部と一体的に成形されると共にボール球面を包持する球面座を有する多数のボール保持部材と、前記一対のベルト部を相互に連結し、ボールを挟んで相対向するボール保持部材の間隔を一定に維持する架橋部と、から構成されることを特徴とするボール連結体。
2. 互いに隣接するボールとボールは非接触であり、これらボール間には空間が設けられていることを特徴とする請求項１記載のボール連結体。
3. 前記架橋部は互いに隣接するボールとボールとの間に位置し、ボールの球面と架橋部は非接触であることを特徴とする請求項２記載のボール連結体。

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