JP4368070B2 - Rolling element spacer of rolling guide device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線案内装置やボールねじ装置等、ボールの無限循環路を備えた各種転がり案内装置において、その無限循環路内で互いに隣接するボールの間に介装されて、これらボールの摩耗や発熱を低減してその転動を円滑化する転動体スペーサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、無限循環するボール列を介して一対の部材が連続的に相対運動を行う転がり案内装置としては、工作機械や搬送装置等の直線案内部に使用され、ベッド又はサドル等の固定部上でテーブル等の可動体を案内する直線案内装置や、この直線案内装置と共に使用され、モータの回転量に応じた直線運動のストロークを上記可動体に対して与えるボールねじ等が知られている。
【0003】
前者の直線案内装置は、上記固定部上に配設されると共に長手方向に沿ってボールの転走溝が形成された軌道レールと、多数のボールを介して上記軌道レールの転走溝と対向する負荷転走溝を有すると共に、この負荷転走溝を転走するボールの無限循環路が形成された摺動台とからなり、ボールの無限循環に伴い、上記可動体を支持した摺動台が軌道レールに沿って連続的に直線運動するように構成されている。また、これとは逆に、固定した摺動台に対して軌道レールが運動するように構成されている場合もある。
【0004】
一方、後者のボールねじは、螺旋状のボール転走溝が所定のリードで形成されたねじ軸と、多数のボールを介して上記ボール転走溝と対向する負荷転走溝を有すると共に、この負荷転走溝を転走するボールの無限循環路が形成されたナット部材とからなり、これらねじ軸とナット部材との相対的な回転運動に伴ってボールが上記無限循環路内を循環し、ナット部材とねじ軸とが軸方向へ相対的に運動するように構成されている。
【0005】
一方、このような転がり案内装置においては、上記ボール無限循環路内を循環する個々のボールがその前後に位置するボールと相互に接触を生じるため、高速で使用した場合に、例えばボール同士の摩擦によって該ボールが比較的早期に摩耗してしまう他、摩擦熱によってボールや負荷転走溝が焼きつく等の不具合が生じる虞があった。また、運動方向の逆転時、すなわちボールの循環方向の逆転時に無限循環路内におけるボールの配列が乱れ易く、極端な場合には無限循環路内でボールが詰まってしまう所謂ロック現象が発生し、転がり案内装置それ自体が運転不能になる虞もあった。このため、かかる欠点を解消するものとして特開平11−315835号公報には、無限循環路内で互いに隣接するボールの間に転動体スペーサを介装した転がり案内装置が開示されている。
【0006】
同公報に開示される転がり案内装置では、セパレータと呼ばれる合成樹脂製の転動体スペーサが無限循環路内でボールと交互に配列されており、これによってボール同士の接触が防止されるようになっている。かかるセパレータはボール直径よりも小さな外径の円盤状に形成されており、ボールと接する表裏両面にはボール球面の曲率よりも大きい曲率のボール保持座が形成されている。これにより、ボールとセパレータとが無限循環路内に隙間なく交互に配列されると、各ボールは前後に隣接する一対のセパレータによって挟持された状態となり、循環方向の逆転時においても列を乱すことなくセパレータと共に無限循環路内を循環することになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような転動体スペーサは合成樹脂の射出成形等によって製作されるが、その際、かかる合成樹脂材料は、ボールに対する耐摩耗性やボールとの衝突におけるクッション性等の様々な観点から、最適なものを選択することができる。しかし、転動体スペーサはボールと共にナット部材の無限循環路を循環していることから、かかる無限循環路の内壁に対しても摺接していることになる。このため、転動体スペーサを成形する合成樹脂材料を選択するに当たっては、ボールとの関係ばかりでなく、無限循環路との関係をも考慮しなければならず、かかる合成樹脂材料に相反する性質が要求される場合には、いずれか一方を犠牲にしなければならないといった問題点がある。
【0008】
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、異なる樹脂材料を組み合わせて用いることにより、ボールに対する適性、無限循環路に対する適性の双方を高次元で満足させることが可能な転動体スペーサを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、無限循環するボール列を介して一対の部材が相対的な連続運動を行う転がり案内装置に使用され、その無限循環路内で互いに隣接するボールの間に介装されると共に該ボールと共に循環する転動体スペーサであって、上記ボールが摺接する一対のボール保持座を具備した円盤状の内側部材と、この内側部材の外周面を覆う環状の外側部材とから構成され、上記外側部材と内側部材とが曲げ弾性率の異なる樹脂材料から成形されていることを特徴とするものである。
【0010】
このような本発明の転動体スペーサによれば、内側部材についてはボールとの摺接のみを考慮して成形材料を選択することができ、また、外側部材については主に無限循環路との関係を考慮して成形材料を選択することができ、ボールに対する適性、無限循環路に対する適性の双方を満足させることが可能となる。
【0011】
上記内側部材及び外側部材を成形する樹脂材料は自由に選択することができ、例えば、内側部材を成形する樹脂材料の曲げ弾性率が外側部材を成形する樹脂材料のそれより大きくても良いし、逆に、外側部材を成形する樹脂材料の曲げ弾性率が内側部材を成形する樹脂材料のそれより大きくても良い。この転動体スペーサが使用されるボールねじ装置の運転環境、例えば、負荷能力や運転速度、クーラント液の使用環境下か否か等によって、最適なものを選択することができる。
【0012】
このような本発明において使用可能な合成樹脂のうち、曲げ弾性率の小さいものとしては、熱可塑性エラストマーやポリアミド等を挙げることができ、またボールの潤滑という観点からすれば、樹脂中に潤滑剤を練り込んで成形したものや、多孔質樹脂中に潤滑剤を含浸させたもの等を使用するのが好ましい。一方、曲げ弾性率の大きな樹脂としては、繊維強化プラスチックや液晶ポリマー等、耐久性、剛性の高いものが挙げられる。
【0013】
また、外側部材と内側部材とを強固に一体化するという観点からすれば、これら部材として同系列の樹脂材料、例えば、内側部材に熱可塑性エラストマーを使用する場合には、外側部材にも熱可塑性エラストマーを使用するのが好ましい。このように内側部材及び外側部材で同系列の樹脂材料を使用することにより、両者間の接着性が良好なものとなる他、熱膨張率の差異も小さくなり、ボールとの摩擦熱によって転動体スペーサが高温になってしまうような場合であっても、内側部材と外側部材との間に隙間が生じるのを防止することが可能となる。
【0014】
更に、互いに隣接するボールの間から転動体スペーサが脱落するというトラブルを完全に防止するという観点からすれば、上記外側部材にはボール保持座の縁部よりもボール配列方向に突出した環状の脱落防止部を形成するのが好ましい。この脱落防止部はボール保持座に着座したボールとは非接触に保たれ、ボールが該ボール保持座から浮き上がり、転動体スペーサがボールの間から抜け落ちそうになった時だけボールに当たるように構成される。
【0015】
また更に、このようにボール保持座の縁部よりもボール配列方向に突出し、しかもボールの球面と非接触に保たれた脱落防止部を設けることにより、この脱落防止部とボールとの隙間に潤滑剤が入り込み易くなるので、ボールの潤滑状態を良好に維持することが可能となる。従って、本発明の転動体スペーサにおける潤滑剤の保持状態を更に良好なものにするという観点からすれば、ボール保持座とこれを取り巻く脱落防止部との間に環状溝を形成し、この環状溝を潤滑剤溜まりとして利用するのが好ましい。このように構成すれば、ボールと脱落防止部との隙間に流入した潤滑剤が上記環状溝に貯留されるので、ボールの表面には常に潤滑剤を塗布することが可能となる。
【0016】
尚、上記脱落防止部は連続した環状に形成されていても良いが、スリットによって切り離された突起を環状に配することによって脱落防止部としても差し支えない。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の転動体スペーサを詳細に説明する。
図1及び図2は本発明の転動体スペーサをボールと共に無限循環路内に配列したボールねじ装置の例を示すものである。同図において、符号1はねじ軸、符号2はボール、符号3はナット部材であり、かかるナット部材3は多数のボール2を介してねじ軸1に螺合している。
【0018】
上記ねじ軸1の外周面には螺旋状のボール転走溝10が形成される一方、ナット部材3の内周面にはねじ軸1のボール転走溝10に対向する螺旋状の負荷転走溝30が形成されており、これらボール転走溝10と負荷転走溝30とがねじ軸1とナット部材3との間に螺旋状の負荷ボール通路を形成している。すなわち、ねじ軸1とナット部材3とに相対的な回転運動が生じると、ボール2は荷重を負荷しながら上記負荷ボール通路内を螺旋状に転走する。また、ナット部材3には上記負荷ボール通路の両端同士を連通連結して、ボール2の無限循環路を構成するリターンパイプ4が装着されており、負荷ボール通路を転走し終えて荷重から解放されたボール2は、無負荷状態となって上記リターンパイプ4内を転走し、ボール転走溝10を数巻分だけ飛び越えて負荷ボール通路の入口に戻される。従って、ねじ軸1とナット部材3とが相対的な回転運動を行うと、ボール2は負荷ボール通路からリターンパイプ4へ、リターンパイプ4から負荷ボール通路へと転走し、これら負荷ボール通路及びリターンパイプ4から構成される無限循環路の内部を循環することになる。
【0019】
このボールねじ装置では、無限循環路に組み込まれたボール2が相互に接触するのを防止するため、互いに隣接する各ボール2, 2の間には転動体スペーサ5が介装されている。
【0020】
図3乃至図5は本発明を適用した転動体スペーサの形状の一例を示すものである。この転動体スペーサ5は、略円盤状に形成された内側部材5aと、この内側部材5aの外周面を覆う環状の外側部材5bとから構成され、これら内側部材5aと外側部材5bとが分離不能に結合されている。また、上記内側部材5aの表裏両面にはボール2が摺接するボール保持座50が夫々形成されている。ボール2とこの転動体スペーサ5は無限循環路内に交互に配列されており、これによって無限循環路内を転走するボール2同士の接触が防止され、ボール2の円滑な循環、ひいてはねじ軸1に対するナット部材3の回転運動の円滑化が図られる他、ボールねじ装置の稼働中におけるボール同士の衝突音の発生が軽減されるようになっている。
【0021】
上記ボール保持座50はボール2の球面に略近似した凹球面状に形成されており、隣接するボール2がこのボール保持座50に対して殆ど隙間なく接するように構成されている。また、上記外側部材5bにはボール保持座50を囲むようにして環状の脱落防止部52が形成されている。この脱落防止部52の先端はボール2の配列方向(図5における紙面左右方向)に関して上記ボール保持座50の縁部よりも突出している。但し、図6に示すように、ボール2がボール保持座50に着座した状態ではボール2と脱落防止部52の先端との間に隙間が形成されるようになっている。
【0022】
図7は、上記転動体スペーサ5のボール保持座50に対してボール2が着座した状態を示すものである。前述の如く、ボール保持座50はボール2の球面に略近似した凹球面状に形成されているので、この図に示されるように、着座したボール2はボール保持座50と殆ど隙間なく接触している。これにより、ボールねじ装置の無限循環路内に隙間なくボール2及び転動体スペーサ5を配列した場合には、ボール2が転動体スペーサ5のボール保持座50上で不安定に揺れ動くことがなく、かかる無限循環路内でボール2及び転動体スペーサ5を蛇行させることなく循環させることができるものである。
【0023】
また更に、ボール保持座50の周囲に形成された脱落防止部52は該ボール保持座50に着座したボール2と非接触であり、これら脱落防止部とボールとの間には断面略楔状の隙間が形成されていることから、ボール2に付着していたグリース等の潤滑剤はこの隙間に入り込む。このため、互いに摺接するボール2とボール保持座50との間に潤滑剤が巻き込まれ易く、ボール2と転動体スペーサ5との間を確実に潤滑してやることができる他、かかる隙間を通過して外側へ移動するボール2の表面に対しても潤滑剤が付着し易くなり、ボール2とボールねじ装置の転走溝10との間を確実に潤滑してやることが可能となる。
【0024】
図9乃至図11は、本発明を適用した転動体スペーサの形状の他の例を示すものである。
この転動体スペーサ6は図3乃至図5に示したの転動体スペーサ5と略同様の構造を有するものであるが、ボール保持座50に環状の潤滑剤溜まり51が形成されている点、ボール保持座50と脱落防止部52との境界付近に環状溝53が形成されている点、内側部材5aに外側部材5bからの抜け止め防止部54が形成されている点において第1実施例の転動体スペーサ5と異なる。従って、図3乃至図5に示した例と同一の構成については、図9乃至図11中に同一の符号を付し、ここではその詳細な説明を省略する。
【0025】
上記潤滑剤溜まり51及び環状溝53は共にボール2と転動体スペーサ6との間を良好に潤滑し、更にはボール2の球面に対する潤滑剤の付着を良好にする目的で形成されている。特に、図12に示すように、ボール保持座50と脱落防止部52との境界に環状溝53を形成することにより、ボール2に付着していたグリース等の潤滑剤は脱落防止部52とボール2の球面との隙間から環状溝53に入り込み、かかる環状溝53内に溜まることになる。このため、互いに摺接するボール2とボール保持座50との間に潤滑剤が巻き込まれ易く、ボール2と転動体スペーサ6との間を確実に潤滑してやることができる他、かかる環状溝53を通過して外側へ移動するボール2の表面に対しても潤滑剤が付着し易くなり、ボール2とボールねじ装置の転走溝10との間を確実に潤滑してやることが可能となる。
【0026】
また、図10に示すように、内側部材5aの外周面には抜け止め防止部54が突設される一方、外側部材5bには上記抜け止め防止部54に対応した係止孔55が形成されており、内側部材5aの外周面に外側部材5bを嵌合させた際に、上記抜け止め防止部54が係止孔55に入り込み、外側部材5bと内側部材5aとが強固に一体化されるようになっている。内側部材5a及び外側部材5bは別々に形成しておき、後からこれを一体化させても差し支えないが、より簡易に転動体スペーサ6を製造するためには、予め形成しておいた外側部材5bを金型内にインサートした状態で内側部材5aを射出成形するのが良い。
【0027】
◎第1実施例
上記内側部材5a及び外側部材5bは共に合成樹脂から形成されており、その材質は共にポリエステルである。但し、内側部材5aを成形しているポリエステルの曲げ弾性率は0.055GPaであるが、外側部材を形成しているポリエステルの曲げ弾性率は0.157GPaである。また、内側部材5aと外側部材5bとを組み合わせるに当たっては、これらを別々に成形しておき、これを後に接着等によって一体化しても良いが、外側部材5bを先に成形した後、この外側部材5bをインサートした金型内で内側部材5aを射出成形し、これによって両者を一体化させることも可能である。この射出成形においては、外側部材5bに形成しておいた係止孔55をゲートとして溶融樹脂を金型内に射出することができ、そのようにして内側部材の射出成形を行えば、かかる係止孔55内に自ずと抜け止め防止部54が形成される一方、内側部材5aのボール保持座50にゲートの切断マークが残存してしまうのを避けることが可能となる。内側部材5aよりも先に外側部材5bを射出成形するのは、外側部材5bの方が内側部材5aよりも曲げ弾性率が大きく、より硬質な材料だからである。仮に外側部材5bよりも軟質な内側部材5aを先に射出成形した場合には、軟質な内側部材5aが後から成形されたより硬質な外側部材5bに押されて変形してしまう可能性があり、かかるトラブルを避けるために硬質な外側部材を先に射出成形している。
【0028】
また、これ以外の樹脂材料の組み合わせとしては、内側部材を曲げ弾性率0.118GPaのポリエステルで、外側部材を曲げ弾性率0.470GPaのポリエステルで形成することも可能である。
【0029】
この実施例において、ボール保持座50が形成された内側部材5aは 曲げ弾性率の小さな合成樹脂から形成されているので、かかる転動体スペーサ5が互いに隣接するボール2の間においてクッションの役割を果たし、無限循環路内を循環するボール2が転動体スペーサ5と繰り返し衝突することにより発生する該ボール2の疲労や騒音の発生を低減させることができる。更に、ナット部材3の負荷転走溝30あるいはねじ軸1のボール転走溝10の形成誤差に起因して、これらナット部材3とねじ軸1の間で荷重を負荷しながら転走するボール2の間の距離が微小に変化した場合であっても、軟質な合成樹脂から形成された内側部材5aが変形することによってこの距離変化を吸収することができるので、ボール2同士が無限循環路内において無理に押し合うことがなく、かかる無限循環路内でボール2が詰まってしまうトラブルを未然に防止することが可能となる。このことは、かかる転動体スペーサ5を無限循環路内に配列したボールねじ装置の観点からすると、トルク変動が少なく且つ滑らかな動きの達成につながるものである。このような観点からすれば、内側部材に用いられる樹脂材料としては、曲げ弾性率が0.05〜0.2GPa程度のものが好ましいと言える。
【0030】
一方、図8は、無限循環路内における循環中に互いに隣接するボール2の間隔が拡がり、ボール2が転動体スペーサ5のボール保持座50から浮いてしまった状態を示すものである。例えばボールねじ装置の無限循環路に対してボール2と転動体スペーサ5とを隙間なく配列することは困難であり、また、経時的な使用によってボール2及び転動体スペーサ5は摩耗することから、無限循環路内の何処かではこのような状態が発生してしまう。そして、このようにボール2がボール保持座50から浮き上がってしまうと、両側からボール2によって挟み込まれていた転動体スペーサ5は支えを失い、ボール2の間から抜け落ちようとする。しかし、本実施例の転動体スペーサ5では内側部材5aの外周面を曲げ弾性率の大きな外側部材5bが覆っているので、内側部材5aが互いに隣接するボール2の間で弾性変形を生じて、これらボール2の間から抜け落ちようとしても、外側部材5bは変形することなくボール2の球面に引っ掛かり、転動体スペーサ5がボール2の間から抜け落ちるのを防止するように作用する。特に、本実施例の転動体スペーサ5では、上記脱落防止部52が外側部材5bに形成され、かかる脱落防止部52の先端がボール2の配列方向に関してボール保持座50の縁部よりも突出しているので、転動体スペーサ5が互いに隣接するボール2の間から脱落しそうになると、それまではボール2と非接触状態にあった脱落防止部52が効果的にボール2に引っ掛かり、転動体スペーサ5がボール2の間から抜け落ちるのを防止するように作用する。このような観点からすれば、外側部材に用いられる樹脂材料としては、曲げ弾性率が0.15〜2.0GPa程度のものが好ましいと言える。
【0031】
すなわち、この第1実施例の転動体スペーサ5は、経時的な使用によるボールの疲労や騒音の発生の低減化を図りつつ、無限循環路内におけるボールの循環の円滑化を図るものであり、更にはこの転動体スペーサが互いに隣接するボールの間から脱落するトラブルを効果的に防止するといった効果をも発揮するものである。
【0032】
このとき、外側部材の曲げ弾性率は内側部材の曲げ弾性率の約3倍以上、好ましくは4倍以上あると良い。
【0033】
◎第2実施例
この第2実施例においては、前記第1実施例とは逆に、内側部材5aを曲げ弾性率0.157GPaのポリエステルから、外側部材を曲げ弾性率0.055GPaのポリエステルから成形した。内側部材5aと外側部材5bとを組み合わせるに当たっては、第1実施例と同様、これらを接着等によって一体化しても良いが、射出成形によって両者を一体化させることも可能である。但し、この第2実施例では内側部材の曲げ弾性率の方が外側部材のそれよりも大きいので、かかる射出成形の順番は、第1実施例とは逆になる。すなわち、内側部材5aの射出成形を先に行い、この内側部材5aをインサートした金型を用いて外側部材5bの射出成形を行う。第1実施例では外側部材の係止孔55を通して内側部材を射出成形する必要があったが、この第2実施例では内側部材を外側部材よりも先に成形してしまうので、そのような配慮をする必要がなく、第1実施例の転動体スペーサよりも容易に且つ安価に成形することが可能である。
【0034】
この実施例において、上記内側部材5aは曲げ弾性率の大きな合成樹脂、換言すれば硬質な合成樹脂から形成されているので、ボール2が内側部材5aのボール保持座50と繰り返し衝突した後であっても、かかるボール保持座50が変形してしまうようなことはない。つまり、硬質な合成樹脂から形成した内側部材5aは寸法安定性に優れ、経時的な使用によってもボール保持座50とボール2との隙間が増大してしまうことがなく、前後するボール2の間から転動体スペーサ5が抜け落ちてしまうのを防止することが可能となる。また、内側部材5aを硬質な合成樹脂で形成した場合、ボール保持座50の耐摩耗性が向上し、この点においてもボール保持座50とボール2との隙間が時経過に伴って増大してしまうのを防止することができるものである。このような観点からすれば、内側部材に用いられる樹脂材料としては、曲げ弾性率が0.15〜2.0GPa程度のものが好ましいと言える。
【0035】
更に、ボールねじ装置を工作機械に用いた場合には、かかるボールねじ装置がクーラント液を浴びてしまうこともあり、合成樹脂製の転動体スペーサ5がクーラント液によって膨潤してしまうことも予想される。しかし、内側部材5aに比較的硬質な合成樹脂を使用していれば、軟質な合成樹脂を使用している場合と比較して、かかる内側部材5aのクーラント液による膨潤が抑制され、ボールねじ装置の無限循環路内でボール2と転動体スペーサ5とが隙間なく密着してしまうのを防止することができる。これにより、ねじ軸1の回転に必要なトルクが経時的に増大してしまうといったトラブルや、ボール2と転動体スペーサ5とが無限循環路内で詰まってしまうといったトラブルを回避することが可能となる。
【0036】
一方、本実施例では外側部材5bとして曲げ弾性率の小さな合成樹脂、換言すれば軟質な合成樹脂を使用しているので、例えば、転動体スペーサ5がボールねじ装置の無限循環路内を循環している最中に、かかる無限循環路の段差に引っ掛かってしまった場合であっても、外側部材5bが弾性変形することによって容易にこの引っ掛かりを解消することができ、転動体スペーサ5及びボール2の無限循環路内における循環の円滑化を図ることが可能となる。また、外側部材5bの靱性が高くなるので、かかる外側部材5bを薄肉に形成した場合であっても、ボール2や無限循環路の内壁に対する衝突で該外側部材5bが破損してしまうのを防止することも可能となる。このような観点からすれば、外側部材に用いられる樹脂材料としては、曲げ弾性率が0.05〜0.2GPa程度のものが好ましいと言える。
【0037】
すなわち、内側部材5aが外側部材5bよりも曲げ弾性率の大きな樹脂材料から形成されたこの第2実施例の転動体スペーサ5によれば、ボール2と該転動体スペーサ5との隙間が経時的な使用によって拡大するのを防止し、かかる転動体スペーサ5が互いに隣接するボール2の間から脱落するトラブルを効果的に防止することができる他、かかる転動体スペーサ5が無限循環路内の段差に引っ掛かるのを防止して、この無限循環路内におけるボール2の循環の円滑化を図ることができるものである。
【0038】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の転動体スペーサは、ボール保持座を具備した円盤状の内側部材及びこの内側部材の外周面を覆う環状の外側部材とから構成され、これら外側部材と内側部材とが曲げ弾性率の異なる樹脂材料から形成されているので、異なる樹脂材料を組み合わせて内側部材及び外側部材を形成することにより、ボールに対する適性、無限循環路に対する適性の双方を高次元で満足させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の転動体スペーサがボールと共に無限循環路内に配列されたボールねじ装置の一実施例を示す側面断面図である。
【図2】 図1に示したボールねじ装置の正面断面図である。
【図3】 本発明の転動体スペーサの形状の1例を示す斜視図である。
【図4】 図3に示した転動体スペーサを内側部材及び外側部材に分解した様子を示す分解斜視図である。
【図5】 図3に示した転動体スペーサを示す縦断面図である。
【図6】 図3に示した転動体スペーサの脱落防止部とボールとの関係を示す拡大断面図である。
【図7】 図3に示した転動体スペーサのボール保持座にボールが着座した状態を示す断面図である。
【図8】 図3に示した転動体スペーサのボール保持座からボールが浮き上がった状態を示す断面図である。
【図9】 本発明の転動体スペーサの形状の他の例を示す斜視図である。
【図10】 図9に示した転動体スペーサを内側部材及び外側部材に分解した様子を示す分解斜視図である。
【図11】 図9に示した転動体スペーサを示す縦断面図である。
【図12】 図9に示した転動体スペーサの脱落防止部とボールとの関係を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
1…ねじ軸、2…ボール、3…ナット部材、5…転動体スペーサ、5a…内側部材、5b…外側部材、50…ボール保持座、52…脱落防止部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a rolling guide device having an infinite circulation path of balls, such as a linear guide device and a ball screw device, and is interposed between adjacent balls in the infinite circulation path, so that the wear of these balls The present invention relates to a rolling element spacer that reduces heat generation and smoothes its rolling.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a rolling guide device in which a pair of members continuously move relative to each other through an infinitely circulated ball train, it is used in a linear guide portion of a machine tool, a conveying device, etc., on a fixed portion such as a bed or a saddle. A linear guide device that guides a movable body such as a table, and a ball screw that is used together with the linear guide device and gives a stroke of a linear motion according to the rotation amount of a motor to the movable body are known.
[0003]
The former linear guide device is disposed on the fixed portion and has a track rail in which a ball rolling groove is formed along the longitudinal direction, and faces the rolling groove of the track rail through a large number of balls. And a slide that is provided with an infinite circulation path for the ball that rolls in the load rolling groove, and that supports the movable body along with the infinite circulation of the ball. Are configured to continuously linearly move along the track rail. On the contrary, the track rail may be configured to move with respect to the fixed slide.
[0004]
On the other hand, the latter ball screw has a screw shaft in which a spiral ball rolling groove is formed by a predetermined lead, and a load rolling groove facing the ball rolling groove through a number of balls. It consists of a nut member formed with an infinite circulation path of the ball rolling in the load rolling groove, and the ball circulates in the infinite circulation path with the relative rotational movement of the screw shaft and the nut member, The nut member and the screw shaft are configured to move relatively in the axial direction.
[0005]
On the other hand, in such a rolling guide device, since the individual balls circulating in the ball infinite circulation path come into contact with the balls positioned before and after the ball, when the balls are used at high speed, for example, the friction between the balls As a result, the balls wear out relatively early, and there is a risk that problems such as burning of the balls and load rolling grooves due to frictional heat may occur. In addition, when the movement direction is reversed, that is, when the ball circulation direction is reversed, the arrangement of the balls in the infinite circulation path is easily disturbed, and in an extreme case, a so-called lock phenomenon occurs in which the balls are clogged in the infinite circulation path, There is also a risk that the rolling guide device itself may become inoperable. For this reason, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-315835 discloses a rolling guide device in which rolling element spacers are interposed between balls adjacent to each other in an infinite circulation path as a means for eliminating such drawbacks.
[0006]
In the rolling guide device disclosed in the publication, synthetic resin rolling element spacers called separators are arranged alternately with balls in an infinite circulation path, thereby preventing contact between the balls. Yes. Such a separator is formed in a disk shape having an outer diameter smaller than the ball diameter, and ball holding seats having a curvature larger than the curvature of the ball spherical surface are formed on both front and back surfaces in contact with the ball. As a result, when the balls and the separators are alternately arranged in the endless circulation path without any gap, each ball is sandwiched between a pair of front and rear separators, and the row is disturbed even when the circulation direction is reversed. It circulates in the endless circuit with the separator.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, such a rolling element spacer is manufactured by injection molding of a synthetic resin or the like, and at that time, such a synthetic resin material is used from various viewpoints such as wear resistance to the ball and cushioning property in collision with the ball. You can choose the best one. However, since the rolling element spacer circulates in the endless circulation path of the nut member together with the balls, the rolling element spacer is also in sliding contact with the inner wall of the endless circulation path. For this reason, in selecting a synthetic resin material for molding the rolling element spacer, not only the relationship with the ball, but also the relationship with the infinite circuit must be taken into account. If required, there is a problem that either one must be sacrificed.
[0008]
The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to satisfy both the suitability for the ball and the suitability for the infinite circuit at a high level by using different resin materials in combination. Another object is to provide a rolling element spacer that can be used.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention is used in a rolling guide device in which a pair of members performs a relative continuous motion through a ball train that circulates infinitely, and is interposed between adjacent balls in the infinite circulation path. A rolling element spacer that circulates together with the ball, comprising a disk-shaped inner member having a pair of ball holding seats in sliding contact with the ball, and an annular outer member that covers the outer peripheral surface of the inner member, The outer member and the inner member are formed from resin materials having different bending elastic moduli.
[0010]
According to such a rolling element spacer of the present invention, it is possible to select a molding material considering only sliding contact with the ball for the inner member, and mainly the relationship with the infinite circuit for the outer member. The molding material can be selected in consideration of the above, and both the suitability for the ball and the suitability for the infinite circuit can be satisfied.
[0011]
The resin material for molding the inner member and the outer member can be freely selected, for example, the bending elastic modulus of the resin material for molding the inner member may be larger than that of the resin material for molding the outer member, Conversely, the flexural modulus of the resin material forming the outer member may be larger than that of the resin material forming the inner member. The optimum one can be selected depending on the operating environment of the ball screw device in which the rolling element spacer is used, for example, whether it is under load capacity, operating speed, or the environment in which the coolant is used.
[0012]
Among such synthetic resins that can be used in the present invention, those having a low flexural modulus can include thermoplastic elastomers, polyamides, and the like. From the viewpoint of ball lubrication, a lubricant is contained in the resin. It is preferable to use a material obtained by kneading and molding a material in which a porous resin is impregnated with a lubricant. On the other hand, examples of the resin having a large flexural modulus include those having high durability and rigidity such as fiber reinforced plastic and liquid crystal polymer.
[0013]
Further, from the viewpoint of firmly integrating the outer member and the inner member, when the same type of resin material is used as these members, for example, when a thermoplastic elastomer is used for the inner member, the outer member is also thermoplastic. It is preferred to use an elastomer. By using the same series of resin material for the inner member and the outer member in this way, the adhesiveness between the two becomes good and the difference in coefficient of thermal expansion is also reduced. Even when the spacer becomes high temperature, it is possible to prevent a gap from being generated between the inner member and the outer member.
[0014]
Further, from the viewpoint of completely preventing troubles that the rolling element spacers are dropped from between adjacent balls, the outer member has an annular dropout projecting in the ball arrangement direction from the edge of the ball holding seat. It is preferable to form a prevention part. This drop-off prevention part is configured so that it is kept in non-contact with the ball seated on the ball holding seat, and the ball is lifted from the ball holding seat and hits the ball only when the rolling element spacer is about to fall out between the balls. The
[0015]
Furthermore, by providing a drop prevention portion that protrudes in the ball arrangement direction from the edge of the ball holding seat and is kept out of contact with the spherical surface of the ball, the gap between the drop prevention portion and the ball is lubricated. Since the agent can easily enter, the lubrication state of the ball can be maintained satisfactorily. Therefore, from the viewpoint of further improving the holding state of the lubricant in the rolling element spacer of the present invention, an annular groove is formed between the ball holding seat and the drop-off preventing portion surrounding the ball holding seat. Is preferably used as a lubricant reservoir. If comprised in this way, since the lubricant which flowed into the clearance gap between a ball | bowl and a drop-off prevention part is stored in the said annular groove, it will become possible to always apply | coat a lubricant to the surface of a ball | bowl.
[0016]
In addition, although the said fall prevention part may be formed in the continuous annular | circular shape, it does not interfere even if it arrange | positions the processus | protrusion cut | disconnected by the slit annularly.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the rolling element spacer of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 and 2 show an example of a ball screw device in which rolling element spacers of the present invention are arranged together with balls in an infinite circulation path. In the figure,
[0018]
A spiral
[0019]
In this ball screw device, in order to prevent the
[0020]
3 to 5 show an example of the shape of the rolling element spacer to which the present invention is applied. The rolling
[0021]
The
[0022]
FIG. 7 shows a state in which the
[0023]
Further, the drop-
[0024]
9 to 11 show other examples of the shape of the rolling element spacer to which the present invention is applied.
The rolling
[0025]
The
[0026]
Further, as shown in FIG. 10, the retaining
[0027]
First Embodiment Both the
[0028]
As another combination of resin materials, the inner member can be formed of polyester having a flexural modulus of 0.118 GPa and the outer member can be formed of polyester having a flexural modulus of 0.470 GPa.
[0029]
In this embodiment, since the
[0030]
On the other hand, FIG. 8 shows a state in which the distance between
[0031]
That is, the rolling element spacer 5 of the first embodiment is intended to facilitate the circulation of the ball in the infinite circulation path while reducing the generation of the fatigue and noise of the ball due to the use over time. Furthermore, the rolling element spacer can also effectively prevent the trouble that the rolling element spacer falls from between adjacent balls.
[0032]
At this time, the bending elastic modulus of the outer member is about 3 times or more, preferably 4 times or more, that of the inner member.
[0033]
Second Embodiment In the second embodiment, contrary to the first embodiment, the
[0034]
In this embodiment, the
[0035]
Further, when the ball screw device is used for a machine tool, the ball screw device may be exposed to the coolant liquid, and the synthetic resin rolling
[0036]
On the other hand, in this embodiment, a synthetic resin having a low bending elastic modulus, in other words, a soft synthetic resin, is used as the
[0037]
That is, according to the rolling element spacer 5 of the second embodiment in which the
[0038]
【The invention's effect】
As described above, the rolling element spacer of the present invention is composed of a disk-shaped inner member having a ball holding seat and an annular outer member covering the outer peripheral surface of the inner member, and these outer member and inner member. Are formed from resin materials having different bending elastic moduli, and by combining different resin materials to form the inner member and the outer member, both the suitability for the ball and the suitability for the infinite circulation path are satisfied at a high level. It becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing an embodiment of a ball screw device in which rolling element spacers of the present invention are arranged in an endless circulation path together with balls.
FIG. 2 is a front sectional view of the ball screw device shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing an example of the shape of the rolling element spacer of the present invention.
4 is an exploded perspective view showing a state in which the rolling element spacer shown in FIG. 3 is disassembled into an inner member and an outer member. FIG.
5 is a longitudinal sectional view showing the rolling element spacer shown in FIG. 3. FIG.
6 is an enlarged cross-sectional view showing a relationship between a drop prevention portion of the rolling element spacer shown in FIG. 3 and a ball.
7 is a cross-sectional view showing a state in which a ball is seated on a ball holding seat of the rolling element spacer shown in FIG. 3;
8 is a cross-sectional view showing a state where a ball is lifted from a ball holding seat of the rolling element spacer shown in FIG. 3;
FIG. 9 is a perspective view showing another example of the shape of the rolling element spacer of the present invention.
10 is an exploded perspective view showing a state in which the rolling element spacer shown in FIG. 9 is disassembled into an inner member and an outer member. FIG.
11 is a longitudinal sectional view showing the rolling element spacer shown in FIG.
12 is an enlarged cross-sectional view showing the relationship between the falling prevention portion of the rolling element spacer and the ball shown in FIG. 9;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記ボールの球面に略近似した凹球面状に形成され、ボールが隙間なく摺接する一対のボール保持座を具備した円盤状の内側部材と、
上記ボール保持座の外周面を覆う環状に形成され、ボール保持座の縁部よりもボール配列方向に突出すると共に該ボール保持座に着座したボールに対して非接触に保たれた環状の脱落防止部を有する外側部材とから構成され、
上記内側部材は外側部材よりも曲げ弾性率の大きな樹脂材料から成形されることを特徴とする転動体スペーサ。A pair of members is used in a rolling guide device in which a pair of members make a relative continuous movement through an infinitely circulating ball train, and is interposed between adjacent balls in the infinite circulation path and circulates with the balls. A moving body spacer,
A disk-shaped inner member that is formed in a concave spherical shape approximately approximate to the spherical surface of the ball, and that has a pair of ball holding seats with which the ball is in sliding contact with no gap;
Annular fall prevention that is formed in an annular shape covering the outer peripheral surface of the ball holding seat, protrudes in the ball arrangement direction from the edge of the ball holding seat, and is kept in non-contact with the ball seated on the ball holding seat. An outer member having a portion,
The rolling element spacer according to claim 1, wherein the inner member is formed from a resin material having a higher bending elastic modulus than the outer member.
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