スペーサ、スペーサを組み込んだ運動案内装置及びねじ装置
【課題】耐久性や信頼性を向上させることができるスペーサを提供する。
【解決手段】スペーサ１６は、軌道部材１と軌道部材１に沿って移動する移動部材２との間に転がり運動可能に複数の転動体３を介在させた運動案内装置、又はねじ軸３１とナット３２との間に転がり運動可能に複数の転動体３３を介在させたねじ装置に組み込まれ、転動体３，３３同士の接触を防止するように転動体３，３３間に配置される。スペーサ１６は、その周縁部１７が周方向に交互に山部１７ａ及び谷部１７ｂを有する波形状に形成される。スペーサ１６の周縁部１７の山部１７ａが隣り合う一対の転動体の一方３−１に接触し、スペーサ１６の周縁部１７の谷部１７ｂが隣り合う一対の転動体の他方３−２に接触する。
【解決手段】スペーサ１６は、軌道部材１と軌道部材１に沿って移動する移動部材２との間に転がり運動可能に複数の転動体３を介在させた運動案内装置、又はねじ軸３１とナット３２との間に転がり運動可能に複数の転動体３３を介在させたねじ装置に組み込まれ、転動体３，３３同士の接触を防止するように転動体３，３３間に配置される。スペーサ１６は、その周縁部１７が周方向に交互に山部１７ａ及び谷部１７ｂを有する波形状に形成される。スペーサ１６の周縁部１７の山部１７ａが隣り合う一対の転動体の一方３−１に接触し、スペーサ１６の周縁部１７の谷部１７ｂが隣り合う一対の転動体の他方３−２に接触する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーブル等の可動体がベッド等の固定体に対して運動するのを案内する運動案内装置、及びねじ軸を回転させてナットの直線運動を得るねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
運動案内装置は、ベッド等の固定体に取り付けられる軌道部材と、テーブル等の可動体に取り付けられる移動部材と、を備える。移動部材は軌道部材に沿って直線運動又は曲線運動する。軌道部材には、長手方向に伸びる転動体転走部が形成される。軌道部材には、移動部材の転動体転走部に対向する負荷転動体転走部、負荷転動体転走部と平行な無負荷戻し路、負荷転動体転走部の端部と無負荷戻し路の端部とを接続するＵ字状の方向転換路を含む無限循環路が形成される。無限循環路には複数の転動体が配列される。軌道部材に対して移動部材が相対的に移動するとき、複数の転動体が軌道部材の転動体転走部と移動部材の負荷転動体転走部との間を転がり運動する。転動体の転がり運動により最小の摩擦抵抗で移動部材が軌道部材に沿って直線又は曲線運動する。
【０００３】
ねじ装置は、ねじ軸の外周面の螺旋状の転動体転走溝とナットの内周面の負荷転動体転走溝とを対向させ、これらの間に複数の転動体を介在させたものである。ナットに対してねじ軸を相対的に回転させると、ナットがねじ軸の軸線方向に直線運動する。ナットに対してねじ軸を相対的に回転させるとき、複数の転動体はねじ軸の転動体転走溝とナットの負荷転動体転走溝との間を転がり運動する。転動体の転がり運動により最小の摩擦抵抗でねじ軸を回転させることができる。
【０００４】
ところで、上記運動案内装置及び上記ねじ装置において、進行方向の前後の転動体同士が接触していると、転動体が転がり運動するとき、転動体同士の接触部分にすべりが発生し、転動体の早期磨耗を招く。転動体同士の接触を防止するため、転動体間にスペーサが介在される。複数のスペーサは、バンドにて一連に連結されることもあるし（バンドタイプのリテーナ）や、互いに分離されることもある（セパレートタイプのスペーサ）。
【０００５】
特にセパレートタイプのスペーサを無限循環路内に組み込んだ場合、無限循環路内のどこかで円周方向すきま（転動体の進行方向のすきま）が生ずる。円周方向すきまが生ずるのを防止するために、伸縮可能な弾性スペーサをボール間に介在させることが行われている（特許文献１参照）。この弾性スペーサは、スペーサの外形を構成する円筒状の外枠部、外枠部からその中心に向かって舌片状に伸びて転動体に接触して弾性変形可能な複数の爪部を備えている。無限循環路内では、スペーサが弾性力を持ってボール同士を引き離そうとしている。無限循環路内でその力が全体としてバランスするので、円周方向すきまをなくすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２８３８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１に記載の発明にあっては、スペーサの、撓んだ爪部の根元に応力が集中し易く、爪部の根元が疲労するという問題がある。爪部の根元の疲労はスペーサの耐久性を悪くし、ひいてはスペーサの信頼性を低下させる。
【０００８】
そこで本発明は、スペーサの耐久性や信頼性を向上させることができるスペーサ、このスペーサを組み込んだ運動案内装置及びねじ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、軌道部材と軌道部材に沿って移動する移動部材との間に転がり運動可能に複数の転動体を介在させた運動案内装置、又はねじ軸とナットとの間に転がり運動可能に複数の転動体を介在させたねじ装置に組み込まれ、転動体同士の接触を防止するように転動体間に配置されるスペーサであって、前記スペーサは、その周縁部が周方向に交互に山部及び谷部を有する波形状に形成され、前記スペーサの前記周縁部の前記山部が隣り合う一対の転動体の一方に接触し、前記スペーサの前記周縁部の前記谷部が隣り合う一対の転動体の他方に接触するスペーサである。
【００１０】
本発明の他の態様は、転動体転走部を有する軌道部材と、前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部を有する移動部材と、前記軌道部材の前記転動体転走部と前記移動部材の前記負荷転動体転走部との間に転がり運動可能に配列される複数の転動体と、転動体同士の接触を防止するように転動体間に配置される複数のスペーサと、を備える運動案内装置において、前記スペーサは、その周縁部が周方向に交互に山部及び谷部を有するような連続する波形状に形成され、前記スペーサの前記周縁部の前記山部が隣り合う一対の転動体の一方に接触し、前記スペーサの前記周縁部の前記谷部が隣り合う一対の転動体の他方に接触する運動案内装置である。
【００１１】
本発明のさらに他の態様は、螺旋状の転動体転走溝を有するねじ軸と、前記転動体転走溝に対向する負荷転動体転走溝を有するナットと、前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間に転がり運動可能に配列される複数の転動体と、転動体同士の接触を防止するように転動体間に配置される複数のスペーサと、を備えるねじ装置において、前記スペーサは、その周縁部が周方向に交互に山部及び谷部を有するような連続する波形状に形成され、前記スペーサの前記周縁部の前記山部が隣り合う一対の転動体の一方に接触し、前記スペーサの前記周縁部の前記谷部が隣り合う一対の転動体の他方に接触するねじ装置である。
【発明の効果】
【００１２】
スペーサの周縁部の山部及び谷部が弾性変形することによって、スペーサを挟んで隣り合う一対の転動体を引き離そうとする弾性力が発生するので、転動体を均一に整列させることができ、安定した案内を行うことができる。ここで、スペーサの山部及び谷部が弾性変形するとき、スペーサの全体に応力が分布する。局所的な応力の集中が緩和されるので、スペーサの耐久性や信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一の実施形態における運動案内装置（リニアガイド）の斜視図（一部断面を含む）
【図２】上記リニアガイドの、軌道部材の長手方向に直交する断面図
【図３】リニアガイドの、無限循環路の断面図
【図４】ボール間に挟まれたスペーサを示す図（図中（ａ）は平面図を示し、図中（ｂ）は正面図を示し、図中（ｃ）は側面図を示し、図中（ｄ）は背面図を示す）
【図５】スペーサの斜視図
【図６】スペーサの詳細図（図中（ａ）は正面図を示し、図中（ｂ）及び（ｃ）は断面図を示す）
【図７】スペーサの他の例を示す図（図中（ａ）は正面図を示し、図中（ｂ）は側面図を示し、図中（ｃ）は断面図を示す）
【図８】本発明の第二の実施形態のねじ装置の斜視図（一部断面を含む）
【図９】ＦＥＭの解析条件を示す図（図中（ａ）はＦＥＭモデル図を示し、図中（ｂ）は境界条件の与え方を示す）
【図１０】ＦＥＭ解析の結果を示す図（図中（ａ）はスペーサの変形量を示し、図中（ｂ）はスペーサに発生する相当応力を示す）
【図１１】押し込み量と最大相当応力との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１及び図２は、本発明の第一の実施形態における運動案内装置としてのリニアガイドを示す。図１はリニアガイドの斜視図（一部断面図を含む）を示し、図２はリニアガイドの軌道部材の長手方向と直交する断面図を示す。
【００１５】
リニアガイドは、直線的又は曲線的に伸びる軌道部材としての軌道レール１と、この軌道レール１に転動体としての複数のボール３を介して移動自在に設けられた移動部材としての移動ブロック２とを備えている。
【００１６】
この実施形態の軌道レール１は、断面略四角形状で細長く伸びる。軌道レール１には、軌道レール１の下面をベッド等の固定部に取り付けるためのボルト用の通し孔１ｂが上面から下面に貫通して形成される。軌道レール１の左右側面及び上面には、長手方向に沿って伸びる転動体転走部としてのボール転走溝１ａが形成される。この実施形態では、軌道レール１の上面の幅方向の端部には突部１１が形成され、突部１１の上側及び下側に合計四条のボール転走溝１ａが形成される。ボール転走溝１ａの断面形状は単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状又は二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成される。ボール３はボール転走溝１ａに一点又は二点で接触する。
【００１７】
移動ブロック２は、軌道レール１のボール転走溝１ａに対向する負荷転動体転走部としての負荷ボール転走溝２ａを有すると共に、負荷ボール転走溝を含む無限循環路を有する、無限循環路は、負荷ボール転走溝、負荷ボール転走溝と平行に伸びる無負荷戻し路、及び負荷ボール転走溝の端部と無負荷戻し路の端部とに接続される方向転換路を備える。
【００１８】
移動ブロック２は、負荷ボール転走溝が形成される移動ブロック本体４と、移動ブロック本体４の移動方向の両端部に取り付けられる一対の蓋部材としてのエンドプレート５、から構成される。図２に示すように、移動ブロック本体４は、軌道レール１の上面に対向する中央部４ａと、中央部４ａの左右両側から下方に伸び、軌道レール１の左右側面に対向する側壁部４ｂと、を備える。移動ブロック本体４の中央部４ａの下面及び側壁部４ｂの内側面には、軌道レール１のボール転走溝１ａに対向する四条の負荷ボール転走溝２ａが形成される。負荷ボール転走溝２ａの断面形状は単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状又は二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成される。ボール３は負荷ボール転走溝２ａに一点又は二点で接触する。
【００１９】
図１に示すように、移動ブロック２の上面には、移動ブロックをテーブル等の相手部品に取り付けるための取付けねじ２ｂが加工される。移動ブロック２の移動方向の端面には、移動ブロック２内に塵芥等の異物が侵入するのを防止する端面シール６が取り付けられる。移動ブロック２の側壁部４ｂの下面には、下側からの異物の侵入を防ぐ、サイドシール１２が取り付けられる。移動ブロック２の中央部４ａの下面及び側壁部４ｂの下面には、移動ブロック２を軌道レール１から取り外したときにボール３が脱落するのを防止するボール保持プレート１３，１２が取り付けられる。さらに、移動ブロック２には、無限循環路にグリース、潤滑油等の潤滑剤を供給するためのニップル９が取り付けられる。
【００２０】
図２に示すように、軌道レール１のボール転走溝１ａ及び移動ブロック２の負荷ボール転走溝２ａとの間に、軌道レール１の長手方向に伸びる負荷ボール転走路Ｐ１が形成される。移動ブロック２には、無負荷戻し路Ｐ２も形成されていて、この無負荷戻し路Ｐ２は負荷ボール転走路Ｐ１と平行に伸びる。
【００２１】
図３に示すように、移動ブロック本体４には、例えば移動ブロック本体４のインサート成形、又は樹脂成形された部品の組み込み等により、無負荷戻し路構成部７及び内周案内部８が形成される。無負荷戻し路構成部７に、負荷ボール転走溝２ａと平行に伸びる無負荷戻し路Ｐ２が形成される。内周案内部８には方向転換路Ｐ３の内周側が形成される。方向転換路Ｐ３の外周側である外周案内部はエンドプレート５に形成される。エンドプレート５を移動ブロック本体４に取り付けることで、Ｕ字状の方向転換路Ｐ３が形成される。方向転換路Ｐ３は、負荷ボール転走路Ｐ１と無負荷戻し路Ｐ２とを接続する。これら負荷ボール転走路Ｐ１、無負荷戻し路Ｐ２及び方向転換路Ｐ３によってサーキット状の無限循環路が形成される。
【００２２】
サーキット状の無限循環路には、複数のボール３が配列される。複数のボール３は、負荷ボール転走路Ｐ１を荷重を受けながら転がり運動する。負荷ボール転走路Ｐ１の一端まで転がったボール３は、Ｕ字状の方向転換路Ｐ３を経由した後、無負荷戻し路Ｐ２に入る。無負荷戻し路Ｐ２を通過したボールは、反対側の方向転換路Ｐ３を経由した後、再び負荷ボール転走路Ｐ１に入る。
【００２３】
複数のボール３間には、複数のスペーサ１６，２６が挟まれる。スペーサ１６，２６の個数はボール３の個数と等しい。複数のスペーサ１６，２６は、バンドで連結されておらず、互いに分離している。
【００２４】
図４ないし図６は、本発明の第一の実施形態のスペーサ１６を示す。図４は、隣り合う一対のボール３間に挟まれるスペーサ１６を示し、図５は、単独のスペーサ１６の斜視図を示し、図６は、単独のスペーサの正面図及び断面図を示す。図５及び図６に示すように、スペーサ１６は円盤を基礎形状とし、その周縁部１７が交互に山部１７ａ及び谷部１７ｂを有するように波形状に折り曲げられている。この実施形態では、三つの山部１７ａが周方向に均等間隔をあけて（１２０度の間隔をあけて）形成され、三つの谷部１７ｂが周方向に均等間隔をあけて（１２０度の間隔をあけて）形成される。山部１７ａ及び谷部１７ｂの個数は三つ以上あればよく、その個数は限定されない。例えば、周縁部１７をスペーサ１６の本体部１８の周囲を縁取るように形成し、本体部１８よりも厚くして周縁部１７の先端を断面円弧状にすることもできる。これによれば、周縁部１７がボール３に接触する位置が変化しても、周縁部１７とボール３とを点接触させることができる。ただし、周縁部１７の厚みは本体部１８と同じ厚さでもよい。周縁部１７は周方向に連続する波形状に形成されていて、スリット等で分断されていない。スペーサ１６は、樹脂の射出成型により製造される。
【００２５】
周縁部１７の内側には、周縁部１７よりも厚みが薄く、かつ厚みが略一定の本体部１８が形成される。本体部１８は、周縁部１７と同様に、周方向に周縁部と同一の位相の山部１８ａ及び谷部１８ｂが形成されるように波形状に折り曲げられる。本体部１８及び周縁部１７の山部１８ａ，１７ａは、スペーサ１６の外周側に行くにしたがって隣り合う一対のボール３の一方３−１（図４（ｃ）参照）に近づくように湾曲する。本体部１８及び周縁部１７の谷部１８ｂ，１７ｂは、スペーサ１６の外周側に行くにしたがって他方のボール３−２（図４（ｃ）参照）に近づくように湾曲する。本体部１８及び周縁部１７の山部１８ａ，１７ａ及び谷部１８ｂ，１７ｂを含む断面において（図６（ｃ）参照）、本体部１８及び周縁部１７はＳ字状に湾曲する。本体部１８及び周縁部１７の、山部１８ａ，１７ａの稜線１９ａ（図４（ｂ）参照）は、スペーサ１６の中央の貫通孔２１から放射状に伸びる。同様に、谷部１８ｂ，１７ｂの稜線１９ｂは、スペーサ１６の中央の貫通孔２１から放射状に伸びる。
【００２６】
図４（ｂ）に示すように、ボール３及びスペーサ１６の進行方向からみて、スペーサ１６の外形は円形状に形成される。スペーサ１６の外形は、ボール３の直径と同等以下であればよい。すなわち、スペーサ１６がボール３間に挟まれたときに、スペーサ１６が周方向に拡がった状態で、スペーサ１６の外形がボール３の直径よりも小さければよい。本体部１８の中央には、本体部を厚み方向に貫通する貫通孔２１があけられる。貫通孔２１の中心線は、隣り合う一対のボール３−１，３−２（図４（ｃ）参照）の中心を結んだ線上に位置する。貫通孔２１の周囲の、本体部１８の内周側には、平らなリング形状の円環部２２が形成される（図６参照）。円環部２２は、中心に向かって厚さが薄くなるテーパ形状に形成されている。円環部２２は平らには限定されず、ボール３の曲率に沿って湾曲していてもよい。本体部１８は円環部２２の外側において波形状に折り曲げられている。スペーサ１６を貫通孔２１の中心線を含む断面で切断すると、本体部１８は円環部２２から周縁部１７に向かって曲線的に伸びる（図６（ｃ）参照）。
【００２７】
図４（ｃ）に示すように、隣り合う一対のボール３でスペーサ１６を挟んだとき、スペーサ１６の周縁部１７の三つの山部１７ａが一対のボールの一方３−１に接触し、スペーサ１６の周縁部１７の三つの谷部１７ｂが一対のボールの他方３−２に接触する。スペーサ１６の周縁部１７の断面形状は円弧形状に形成されているので、周縁部１７とボール３との接触は、折れ曲がった細長い筒と球との接触になる。スペーサ１６の周縁部１７及びボール３の弾性変形を考慮しないとき、スペーサ１６の周縁部１７とボール３とは点接触する。スペーサ１６の周縁部１７の山部１７ａと一方のボール３−１とは合計三点で点接触する。三つの接触点ＣＰ１（図４（ｂ）参照）は、スペーサ１６及びボール３の進行方向からみて、スペーサ１６の周方向に１２０度の均等間隔をあけて配列される。同様に、スペーサ１６の周縁部１７の谷部１７ｂと他方のボール３−２とは合計三点で点接触し、三つの接触点ＣＰ２（図４（ｄ）参照）は、スペーサ１６及びボール３の進行方向からみて、スペーサ１６の周方向に１２０度の均等間隔をあけて配列される。スペーサ１６及びボール３の進行方向からみて、スペーサ１６の山部１７ａとボール３−１との接触点ＣＰ１、及びスペーサ１６の谷部１７ｂとボール３−２との接触点ＣＰ２は、スペーサ１６の周方向に６０度毎に交互に現れる。スペーサ１６の本体部１８とボール３とは接触することなく、これらの間にはすきまがあく。
【００２８】
一対のボール３でスペーサ１６を挟んだとき、スペーサ１６はその進行方向に僅かに縮んだ状態にある。スペーサ１６が縮んだ状態では、周方向に交互に形成される山部１７ａ及び谷部１７ｂは、平板形状に近付くように弾性変形している。スペーサ１６は樹脂等の弾性体からなるので、撓んだ山部１７ａ及び谷部１７ｂが元の波形状に復元しようとすることによって、スペーサ１６には、隣り合うボール３同士を引き離そうとする弾性力が発生する。これにより、複数のボール３が均一に整列され、安定した案内を行うことができる。このとき、スペーサ１６の内部には応力が発生する。本実施形態によれば、スペーサ１６に発生する応力はその全体に分布する。スペーサ１６の局所的な応力集中が緩和されるので、スペーサ１６の耐久性や信頼性を高めることができる。スペーサ１６に発生する応力は、後述の実施例において解析されている。
【００２９】
上述のように、スペーサ１６は、無限循環路内では、ある弾性力を持ってボール３同士を引き離そうとしている。無限循環路内でスペーサ１６のこの弾性力が全体としてバランスし、ボール３の不整列を生じさせる円周方向すきまが生ずるのを防止している。もちろん、スペーサ１６が膨潤しても山部１７ａ及び谷部１７ｂの弾性変形によってスペーサ１６の膨潤を吸収する。さらに、種々の加工誤差、成形誤差、組み付け誤差、使用条件によるモーメントの作用等による負荷分布の乱れ、等々による各ボール３の位置ずれ等も山部１７ａ及び谷部１７ｂの弾性変形によって吸収される。その結果、常に安定したボール３間の距離が保たれ、運動案内装置としての機能を常に高い水準で安定して発揮できる。
【００３０】
また、スペーサ１６はボール３と非常に少ない面積で接触しているため、安定した低い転がり抵抗が得られ、スペーサ１６の磨耗も非常に少なくなる。仮に予期せぬ力がボール３に作用し、ボール３間が接近するような場合でも、山部１７ａ及び谷部１７ｂの弾性変形がボール３間の接近を吸収し、スペーサ１６の本体部の厚みでボールの力を受けるので、スペーサ１６の破損等の問題を避けることができる。
【００３１】
スペーサ１６の、実際のボール３と接触している部分は、転がり抵抗、磨耗、発熱等々の転がり運動の基礎的な機能面から考えると少ないほどよい。ボール３は三点で支持すれば位置は安定する。よって、山部１７ａ及び谷部１７ｂはそれぞれボールと三点で点接触するのが望ましい。ただし、悪環境条件下で磨耗がより心配される場合には、山部１７ａ及び谷部１７ｂを余分に４，５，６…個としておくのもよい。その場合、最初は三箇所で接触し、磨耗の進行等により残りの山部１７ａ及び谷部１７ｂが働き出すようにし、最終的に全ての山部１７ａ及び谷部１７ｂで支持するようにしてもよい。
【００３２】
スペーサ１６及びボール３の進行方向からみて、スペーサ１６の外形は円形状に形成され、またスペーサ１６は周方向に連続な連続体であるので、スペーサ１６が無限循環路を循環するとき、スペーサ１６が無限循環路の継ぎ目等に引っ掛かることなく、スペーサ１６が円滑に無限循環路を循環する。
【００３３】
スペーサ１６には、スペーサ１６の進行方向に貫通する貫通孔２１があけられる。潤滑剤が貫通孔２１を通ることによって、スペーサ１６の進行方向の両側の潤滑剤の行き来が可能になる。スペーサ１６の周縁部１７及び本体部１８は、周方向に波形状に折り曲げられているので、スペーサ１６とボール３との間には、潤滑剤を保持できるスペースがあく。スペーサ１６の山部１７ａ及び谷部１７ｂとボールとは点接触するので、潤滑剤のかき取りが少なくなる。
【００３４】
図７は、スペーサの他の例を示す。図中（ａ）は正面図を、図中（ｂ）は側面図を、図中（ｃ）は断面図を示す。この例のスペーサ２６も、その周縁部が周方向に交互に山部２７ａ及び谷部２７ｂを有する波形状に形成される。スペーサ２６は、隣接する一対のボール３のうちの一方のボール３−１に接触する三つの山部２７ａを有すると共に、他方のボール３−２に接触する少なくとも三つの谷部２７ｂを有する。スペーサ２６と一方のボール３−１とは合計三つの点ＣＰ１で点接触し、スペーサ２６と他方のボール３−１とも合計三つの点ＣＰ２で点接触する。スペーサ２６の中央には、スペーサ２６及びボール３の進行方向に貫通する貫通孔２９が開けられる。
【００３５】
この例のスペーサ２６は上記実施形態のスペーサ１６と以下の点が相違する。図７（ａ）に示すように、スペーサ２６は円板を波形状に折り曲げた形状をなし、スペーサ２６の正面形状は円形状よりも六角形に近くなる。図７（ｃ）に示すように、スペーサ２６はその全体に亘って厚みが一定に形成される（スペーサ１６のように、周縁部１７が本体部１８よりも厚みが厚く形成されたり、円環部２２が本体部よりも厚みが薄く形成されることはない）。貫通孔２９の中心を含んだ断面において、スペーサ２６はＳ字状に湾曲している（スペーサ１６のように、平らな円環部２２は形成されない）。この例に示すように、スペーサ１６，２６には本発明の要旨を変更しない範囲で各種の変形を施してもよい。
【００３６】
図８は、本発明のスペーサ１６，２６が組み込まれるねじ装置を示す。ねじ装置は、外周面に螺旋状のボール転走溝３１ａが形成されるねじ軸３１と、内周面にボール転走溝３１ａに対向する螺旋状の負荷ボール転走溝３２ａが形成されるナット３２を備える。
【００３７】
ねじ軸３１は、炭素鋼、クロム鋼、又はステンレス鋼などの棒鋼の外周面に、所定のリードを有する螺旋状のボール転走溝３１ａを切削及び研削加工又は転造加工によって形成したものである。ボール転走溝３１ａの条数は一条、二条、三条等様々に設定される。ボール転走溝３１ａの断面は単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状、又は二つの円弧を組み合わせたゴシックアーチ溝形状である。
【００３８】
ナット３２は、炭素鋼、クロム鋼、又はステンレス鋼などの円筒の内周面に、所定のリードを有する螺旋状の負荷ボール転走溝３２ａを切削及び研削加工又は転造加工によって形成したものである。ナット３２は、内周面に負荷ボール転走溝３２ａが加工されるナット本体３５と、ナット本体３５の両端に設けられる蓋部材としての一対のエンドキャップ３８と、から構成される。ナット本体３５の外周の軸線方向の端部には、ナット３２を相手部品に取り付けるためのフランジ３４が形成される。ナット本体３５の負荷ボール転走溝３２ａは、ねじ軸３１のボール転走溝３１ａに対向する。ナット本体３５には、ボール３３を循環させるためにナット本体３５の軸線方向に貫通するボール戻し路３２ｂが開けられる。エンドキャップ３８には、ねじ軸３１のボール転走溝３１ａを転がるボール３３を掬い上げ、ボール戻し路３２ｂに導く方向転換路が開けられる。ねじ軸３１のボール転走溝３１ａと、ナット本体３５の負荷ボール転走溝３２ａとの間の負荷ボール転走路、方向転換路、及びボール戻し路３２ｂから構成される無限循環路には、複数のボール３３が配列・収容される。
【００３９】
ねじ軸３１を回転させると、ボール３３を介してねじ軸３１に嵌まるナット３２が軸線方向に移動する。それと同時に、ボール３３が無限循環路を循環する。負荷ボール転走路を転がるボール３３は、負荷ボール転走路の一端まで転がった後、エンドキャップ３８の方向転換路内に掬い上げられ、ボール戻し路３２ｂを経由した後、反対側のエンドキャップ３８から元の負荷ボール転走路の他端に戻される。
【００４０】
ボール３３間には、ボール３３同士の接触を防止するスペーサ１６，２６が介在される。スペーサ１６，２６には、上記実施形態のスペーサ１６，２６が使用される。
【００４１】
なお、本発明は上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記の実施形態では、移動ブロックが直線的に運動するリニアガイドについて説明したが、本発明は移動ブロックが曲線的に運動する曲線運動案内装置にも適用することもできる。さらに、軌道部材としての軌道軸と、移動部材としての軌道軸を囲む外筒から構成されるボールスプラインにも適用することができる。さらに、本発明は、軌道部材としての外輪と、移動部材としての内輪とから構成される回転ベアリングにも適用することができる。
【００４２】
複数のスペーサはバンドで一連に連結されてもよい。スペーサの周縁部の山部及び谷部とボールとの接触位置は、スペーサの外周近傍に限られることはなく、スペーサの半径の１／２以上の位置で接触してもよい。スペーサの外側に潤滑剤が通過できる空間があれば、スペーサの中央には貫通孔をあけなくてもよい。スペーサの本体部が平板状に形成され、スペーサの周縁部のみが波形状に形成されてもよい。
【実施例１】
【００４３】
本実施形態のスペーサ１６を一対のボール３で挟み、一対のボール３を近づけてスペーサ１６を弾性変形させたとき、スペーサ１６に発生する応力分布をＦＥＭ解析した。
【００４４】
図９に解析条件を示す。図９（ａ）に示すように、一対のボール３で本実施形態のスペーサ１６を挟んだＦＥＭモデルを使用した。図９（ｂ）に示すように、境界条件として、下側のボール３−２のｘｙｚ方向の変位を拘束し、上側のボール３−1のｘｙ方向の変位を拘束した。そして、上側のボール３−１のｚ方向の位置を玉押し込み量δｚだけ変化させた。この境界条件のもと、スペーサ１６に発生する相当応力の分布を解析した。表１にＦＥＭ解析に使用したスペーサ１６及びボール３の材料物性値を示す。
【表１】
【００４５】
図１０（ａ）は、押し込み量を０．０５ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．３０ｍｍと順次変化させたときの、スペーサ１６の各部位の変位量を示す。押し込み量が０．１０ｍｍ、０．２０ｍｍと大きくなるにしたがって、スペーサ１６の各部位の変位量も大きくなった。しかし、スペーサ１６の一部の変位量が局所的に大きくなることはなく、スペーサ１６の山部１７ａ及び谷部１７ｂの全体にわたってほぼ均等に変位量が大きくなった。押し込み量を０．３０ｍｍにしても、この傾向は変わらないが、スペーサ１６の山部１７ａ及び谷部１７ｂの頂点付近での変位量の増大が目立った。
【００４６】
図１０（ｂ）は、押し込み量を０．０５ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．３０ｍｍと順次変化させたときの、スペーサ１６の各部位の相当応力を示す。押し込み量が０．１０ｍｍ、０．２０ｍｍと大きくなるにしたがって、スペーサ１６の各部位の相当応力も大きくなった。しかし、スペーサ１６の一部の相当応力が部分的に大きくなることはなく、スペーサ１６の山部１７ａ及び谷部１７ｂの全体にわたってほぼ均等に相当応力が大きくなった。押し込み量を０．３０ｍｍにしても、この傾向は変わらなかった。スペーサ１６の山部１７ａ及び谷部１７ｂの頂点付近での相当応力が部分的に大きくなることもなかった。相当応力の解析の結果、スペーサ１６の全体に応力が分布し、局所的な応力の集中が緩和されることがわかった。
【００４７】
図１１は、押し込み量とスペーサ１６に発生する最大相当応力との関係を示すグラフである。押し込み量が０．０ｍｍから０．２０ｍｍに大きくなるにしたがって、最大相当応力も０ＭＰａから４００ＭＰａ程度まで除々に大きくなる。押し込み量が０．２０ｍｍを超えると、最大相当応力は大きくなることはなく、４００ＭＰａのまま略一定の値を保った。
【符号の説明】
【００４８】
１…軌道レール（軌道部材），１ａ…ボール転走溝（転動体転走部），２…移動ブロック（移動部材），２ａ…負荷ボール転走溝（負荷転動体転走部），３…ボール（転動体），１６，２６…スペーサ，１７…周縁部，１７ａ，２７ａ…山部，１７ｂ，２７ｂ…谷部，１８…本体部，１８ａ…本体部の山部，１８ｂ…本体部の谷部，２１，２９…貫通孔，３１…ねじ軸，３１ａ…ボール転走溝（転動体転走溝），３２…ナット，３２ａ…負荷ボール転走溝（負荷転動体転走溝），３３…ボール（転動体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーブル等の可動体がベッド等の固定体に対して運動するのを案内する運動案内装置、及びねじ軸を回転させてナットの直線運動を得るねじ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
運動案内装置は、ベッド等の固定体に取り付けられる軌道部材と、テーブル等の可動体に取り付けられる移動部材と、を備える。移動部材は軌道部材に沿って直線運動又は曲線運動する。軌道部材には、長手方向に伸びる転動体転走部が形成される。軌道部材には、移動部材の転動体転走部に対向する負荷転動体転走部、負荷転動体転走部と平行な無負荷戻し路、負荷転動体転走部の端部と無負荷戻し路の端部とを接続するＵ字状の方向転換路を含む無限循環路が形成される。無限循環路には複数の転動体が配列される。軌道部材に対して移動部材が相対的に移動するとき、複数の転動体が軌道部材の転動体転走部と移動部材の負荷転動体転走部との間を転がり運動する。転動体の転がり運動により最小の摩擦抵抗で移動部材が軌道部材に沿って直線又は曲線運動する。
【０００３】
ねじ装置は、ねじ軸の外周面の螺旋状の転動体転走溝とナットの内周面の負荷転動体転走溝とを対向させ、これらの間に複数の転動体を介在させたものである。ナットに対してねじ軸を相対的に回転させると、ナットがねじ軸の軸線方向に直線運動する。ナットに対してねじ軸を相対的に回転させるとき、複数の転動体はねじ軸の転動体転走溝とナットの負荷転動体転走溝との間を転がり運動する。転動体の転がり運動により最小の摩擦抵抗でねじ軸を回転させることができる。
【０００４】
ところで、上記運動案内装置及び上記ねじ装置において、進行方向の前後の転動体同士が接触していると、転動体が転がり運動するとき、転動体同士の接触部分にすべりが発生し、転動体の早期磨耗を招く。転動体同士の接触を防止するため、転動体間にスペーサが介在される。複数のスペーサは、バンドにて一連に連結されることもあるし（バンドタイプのリテーナ）や、互いに分離されることもある（セパレートタイプのスペーサ）。
【０００５】
特にセパレートタイプのスペーサを無限循環路内に組み込んだ場合、無限循環路内のどこかで円周方向すきま（転動体の進行方向のすきま）が生ずる。円周方向すきまが生ずるのを防止するために、伸縮可能な弾性スペーサをボール間に介在させることが行われている（特許文献１参照）。この弾性スペーサは、スペーサの外形を構成する円筒状の外枠部、外枠部からその中心に向かって舌片状に伸びて転動体に接触して弾性変形可能な複数の爪部を備えている。無限循環路内では、スペーサが弾性力を持ってボール同士を引き離そうとしている。無限循環路内でその力が全体としてバランスするので、円周方向すきまをなくすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２８３８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１に記載の発明にあっては、スペーサの、撓んだ爪部の根元に応力が集中し易く、爪部の根元が疲労するという問題がある。爪部の根元の疲労はスペーサの耐久性を悪くし、ひいてはスペーサの信頼性を低下させる。
【０００８】
そこで本発明は、スペーサの耐久性や信頼性を向上させることができるスペーサ、このスペーサを組み込んだ運動案内装置及びねじ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、軌道部材と軌道部材に沿って移動する移動部材との間に転がり運動可能に複数の転動体を介在させた運動案内装置、又はねじ軸とナットとの間に転がり運動可能に複数の転動体を介在させたねじ装置に組み込まれ、転動体同士の接触を防止するように転動体間に配置されるスペーサであって、前記スペーサは、その周縁部が周方向に交互に山部及び谷部を有する波形状に形成され、前記スペーサの前記周縁部の前記山部が隣り合う一対の転動体の一方に接触し、前記スペーサの前記周縁部の前記谷部が隣り合う一対の転動体の他方に接触するスペーサである。
【００１０】
本発明の他の態様は、転動体転走部を有する軌道部材と、前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部を有する移動部材と、前記軌道部材の前記転動体転走部と前記移動部材の前記負荷転動体転走部との間に転がり運動可能に配列される複数の転動体と、転動体同士の接触を防止するように転動体間に配置される複数のスペーサと、を備える運動案内装置において、前記スペーサは、その周縁部が周方向に交互に山部及び谷部を有するような連続する波形状に形成され、前記スペーサの前記周縁部の前記山部が隣り合う一対の転動体の一方に接触し、前記スペーサの前記周縁部の前記谷部が隣り合う一対の転動体の他方に接触する運動案内装置である。
【００１１】
本発明のさらに他の態様は、螺旋状の転動体転走溝を有するねじ軸と、前記転動体転走溝に対向する負荷転動体転走溝を有するナットと、前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間に転がり運動可能に配列される複数の転動体と、転動体同士の接触を防止するように転動体間に配置される複数のスペーサと、を備えるねじ装置において、前記スペーサは、その周縁部が周方向に交互に山部及び谷部を有するような連続する波形状に形成され、前記スペーサの前記周縁部の前記山部が隣り合う一対の転動体の一方に接触し、前記スペーサの前記周縁部の前記谷部が隣り合う一対の転動体の他方に接触するねじ装置である。
【発明の効果】
【００１２】
スペーサの周縁部の山部及び谷部が弾性変形することによって、スペーサを挟んで隣り合う一対の転動体を引き離そうとする弾性力が発生するので、転動体を均一に整列させることができ、安定した案内を行うことができる。ここで、スペーサの山部及び谷部が弾性変形するとき、スペーサの全体に応力が分布する。局所的な応力の集中が緩和されるので、スペーサの耐久性や信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一の実施形態における運動案内装置（リニアガイド）の斜視図（一部断面を含む）
【図２】上記リニアガイドの、軌道部材の長手方向に直交する断面図
【図３】リニアガイドの、無限循環路の断面図
【図４】ボール間に挟まれたスペーサを示す図（図中（ａ）は平面図を示し、図中（ｂ）は正面図を示し、図中（ｃ）は側面図を示し、図中（ｄ）は背面図を示す）
【図５】スペーサの斜視図
【図６】スペーサの詳細図（図中（ａ）は正面図を示し、図中（ｂ）及び（ｃ）は断面図を示す）
【図７】スペーサの他の例を示す図（図中（ａ）は正面図を示し、図中（ｂ）は側面図を示し、図中（ｃ）は断面図を示す）
【図８】本発明の第二の実施形態のねじ装置の斜視図（一部断面を含む）
【図９】ＦＥＭの解析条件を示す図（図中（ａ）はＦＥＭモデル図を示し、図中（ｂ）は境界条件の与え方を示す）
【図１０】ＦＥＭ解析の結果を示す図（図中（ａ）はスペーサの変形量を示し、図中（ｂ）はスペーサに発生する相当応力を示す）
【図１１】押し込み量と最大相当応力との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１及び図２は、本発明の第一の実施形態における運動案内装置としてのリニアガイドを示す。図１はリニアガイドの斜視図（一部断面図を含む）を示し、図２はリニアガイドの軌道部材の長手方向と直交する断面図を示す。
【００１５】
リニアガイドは、直線的又は曲線的に伸びる軌道部材としての軌道レール１と、この軌道レール１に転動体としての複数のボール３を介して移動自在に設けられた移動部材としての移動ブロック２とを備えている。
【００１６】
この実施形態の軌道レール１は、断面略四角形状で細長く伸びる。軌道レール１には、軌道レール１の下面をベッド等の固定部に取り付けるためのボルト用の通し孔１ｂが上面から下面に貫通して形成される。軌道レール１の左右側面及び上面には、長手方向に沿って伸びる転動体転走部としてのボール転走溝１ａが形成される。この実施形態では、軌道レール１の上面の幅方向の端部には突部１１が形成され、突部１１の上側及び下側に合計四条のボール転走溝１ａが形成される。ボール転走溝１ａの断面形状は単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状又は二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成される。ボール３はボール転走溝１ａに一点又は二点で接触する。
【００１７】
移動ブロック２は、軌道レール１のボール転走溝１ａに対向する負荷転動体転走部としての負荷ボール転走溝２ａを有すると共に、負荷ボール転走溝を含む無限循環路を有する、無限循環路は、負荷ボール転走溝、負荷ボール転走溝と平行に伸びる無負荷戻し路、及び負荷ボール転走溝の端部と無負荷戻し路の端部とに接続される方向転換路を備える。
【００１８】
移動ブロック２は、負荷ボール転走溝が形成される移動ブロック本体４と、移動ブロック本体４の移動方向の両端部に取り付けられる一対の蓋部材としてのエンドプレート５、から構成される。図２に示すように、移動ブロック本体４は、軌道レール１の上面に対向する中央部４ａと、中央部４ａの左右両側から下方に伸び、軌道レール１の左右側面に対向する側壁部４ｂと、を備える。移動ブロック本体４の中央部４ａの下面及び側壁部４ｂの内側面には、軌道レール１のボール転走溝１ａに対向する四条の負荷ボール転走溝２ａが形成される。負荷ボール転走溝２ａの断面形状は単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状又は二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成される。ボール３は負荷ボール転走溝２ａに一点又は二点で接触する。
【００１９】
図１に示すように、移動ブロック２の上面には、移動ブロックをテーブル等の相手部品に取り付けるための取付けねじ２ｂが加工される。移動ブロック２の移動方向の端面には、移動ブロック２内に塵芥等の異物が侵入するのを防止する端面シール６が取り付けられる。移動ブロック２の側壁部４ｂの下面には、下側からの異物の侵入を防ぐ、サイドシール１２が取り付けられる。移動ブロック２の中央部４ａの下面及び側壁部４ｂの下面には、移動ブロック２を軌道レール１から取り外したときにボール３が脱落するのを防止するボール保持プレート１３，１２が取り付けられる。さらに、移動ブロック２には、無限循環路にグリース、潤滑油等の潤滑剤を供給するためのニップル９が取り付けられる。
【００２０】
図２に示すように、軌道レール１のボール転走溝１ａ及び移動ブロック２の負荷ボール転走溝２ａとの間に、軌道レール１の長手方向に伸びる負荷ボール転走路Ｐ１が形成される。移動ブロック２には、無負荷戻し路Ｐ２も形成されていて、この無負荷戻し路Ｐ２は負荷ボール転走路Ｐ１と平行に伸びる。
【００２１】
図３に示すように、移動ブロック本体４には、例えば移動ブロック本体４のインサート成形、又は樹脂成形された部品の組み込み等により、無負荷戻し路構成部７及び内周案内部８が形成される。無負荷戻し路構成部７に、負荷ボール転走溝２ａと平行に伸びる無負荷戻し路Ｐ２が形成される。内周案内部８には方向転換路Ｐ３の内周側が形成される。方向転換路Ｐ３の外周側である外周案内部はエンドプレート５に形成される。エンドプレート５を移動ブロック本体４に取り付けることで、Ｕ字状の方向転換路Ｐ３が形成される。方向転換路Ｐ３は、負荷ボール転走路Ｐ１と無負荷戻し路Ｐ２とを接続する。これら負荷ボール転走路Ｐ１、無負荷戻し路Ｐ２及び方向転換路Ｐ３によってサーキット状の無限循環路が形成される。
【００２２】
サーキット状の無限循環路には、複数のボール３が配列される。複数のボール３は、負荷ボール転走路Ｐ１を荷重を受けながら転がり運動する。負荷ボール転走路Ｐ１の一端まで転がったボール３は、Ｕ字状の方向転換路Ｐ３を経由した後、無負荷戻し路Ｐ２に入る。無負荷戻し路Ｐ２を通過したボールは、反対側の方向転換路Ｐ３を経由した後、再び負荷ボール転走路Ｐ１に入る。
【００２３】
複数のボール３間には、複数のスペーサ１６，２６が挟まれる。スペーサ１６，２６の個数はボール３の個数と等しい。複数のスペーサ１６，２６は、バンドで連結されておらず、互いに分離している。
【００２４】
図４ないし図６は、本発明の第一の実施形態のスペーサ１６を示す。図４は、隣り合う一対のボール３間に挟まれるスペーサ１６を示し、図５は、単独のスペーサ１６の斜視図を示し、図６は、単独のスペーサの正面図及び断面図を示す。図５及び図６に示すように、スペーサ１６は円盤を基礎形状とし、その周縁部１７が交互に山部１７ａ及び谷部１７ｂを有するように波形状に折り曲げられている。この実施形態では、三つの山部１７ａが周方向に均等間隔をあけて（１２０度の間隔をあけて）形成され、三つの谷部１７ｂが周方向に均等間隔をあけて（１２０度の間隔をあけて）形成される。山部１７ａ及び谷部１７ｂの個数は三つ以上あればよく、その個数は限定されない。例えば、周縁部１７をスペーサ１６の本体部１８の周囲を縁取るように形成し、本体部１８よりも厚くして周縁部１７の先端を断面円弧状にすることもできる。これによれば、周縁部１７がボール３に接触する位置が変化しても、周縁部１７とボール３とを点接触させることができる。ただし、周縁部１７の厚みは本体部１８と同じ厚さでもよい。周縁部１７は周方向に連続する波形状に形成されていて、スリット等で分断されていない。スペーサ１６は、樹脂の射出成型により製造される。
【００２５】
周縁部１７の内側には、周縁部１７よりも厚みが薄く、かつ厚みが略一定の本体部１８が形成される。本体部１８は、周縁部１７と同様に、周方向に周縁部と同一の位相の山部１８ａ及び谷部１８ｂが形成されるように波形状に折り曲げられる。本体部１８及び周縁部１７の山部１８ａ，１７ａは、スペーサ１６の外周側に行くにしたがって隣り合う一対のボール３の一方３−１（図４（ｃ）参照）に近づくように湾曲する。本体部１８及び周縁部１７の谷部１８ｂ，１７ｂは、スペーサ１６の外周側に行くにしたがって他方のボール３−２（図４（ｃ）参照）に近づくように湾曲する。本体部１８及び周縁部１７の山部１８ａ，１７ａ及び谷部１８ｂ，１７ｂを含む断面において（図６（ｃ）参照）、本体部１８及び周縁部１７はＳ字状に湾曲する。本体部１８及び周縁部１７の、山部１８ａ，１７ａの稜線１９ａ（図４（ｂ）参照）は、スペーサ１６の中央の貫通孔２１から放射状に伸びる。同様に、谷部１８ｂ，１７ｂの稜線１９ｂは、スペーサ１６の中央の貫通孔２１から放射状に伸びる。
【００２６】
図４（ｂ）に示すように、ボール３及びスペーサ１６の進行方向からみて、スペーサ１６の外形は円形状に形成される。スペーサ１６の外形は、ボール３の直径と同等以下であればよい。すなわち、スペーサ１６がボール３間に挟まれたときに、スペーサ１６が周方向に拡がった状態で、スペーサ１６の外形がボール３の直径よりも小さければよい。本体部１８の中央には、本体部を厚み方向に貫通する貫通孔２１があけられる。貫通孔２１の中心線は、隣り合う一対のボール３−１，３−２（図４（ｃ）参照）の中心を結んだ線上に位置する。貫通孔２１の周囲の、本体部１８の内周側には、平らなリング形状の円環部２２が形成される（図６参照）。円環部２２は、中心に向かって厚さが薄くなるテーパ形状に形成されている。円環部２２は平らには限定されず、ボール３の曲率に沿って湾曲していてもよい。本体部１８は円環部２２の外側において波形状に折り曲げられている。スペーサ１６を貫通孔２１の中心線を含む断面で切断すると、本体部１８は円環部２２から周縁部１７に向かって曲線的に伸びる（図６（ｃ）参照）。
【００２７】
図４（ｃ）に示すように、隣り合う一対のボール３でスペーサ１６を挟んだとき、スペーサ１６の周縁部１７の三つの山部１７ａが一対のボールの一方３−１に接触し、スペーサ１６の周縁部１７の三つの谷部１７ｂが一対のボールの他方３−２に接触する。スペーサ１６の周縁部１７の断面形状は円弧形状に形成されているので、周縁部１７とボール３との接触は、折れ曲がった細長い筒と球との接触になる。スペーサ１６の周縁部１７及びボール３の弾性変形を考慮しないとき、スペーサ１６の周縁部１７とボール３とは点接触する。スペーサ１６の周縁部１７の山部１７ａと一方のボール３−１とは合計三点で点接触する。三つの接触点ＣＰ１（図４（ｂ）参照）は、スペーサ１６及びボール３の進行方向からみて、スペーサ１６の周方向に１２０度の均等間隔をあけて配列される。同様に、スペーサ１６の周縁部１７の谷部１７ｂと他方のボール３−２とは合計三点で点接触し、三つの接触点ＣＰ２（図４（ｄ）参照）は、スペーサ１６及びボール３の進行方向からみて、スペーサ１６の周方向に１２０度の均等間隔をあけて配列される。スペーサ１６及びボール３の進行方向からみて、スペーサ１６の山部１７ａとボール３−１との接触点ＣＰ１、及びスペーサ１６の谷部１７ｂとボール３−２との接触点ＣＰ２は、スペーサ１６の周方向に６０度毎に交互に現れる。スペーサ１６の本体部１８とボール３とは接触することなく、これらの間にはすきまがあく。
【００２８】
一対のボール３でスペーサ１６を挟んだとき、スペーサ１６はその進行方向に僅かに縮んだ状態にある。スペーサ１６が縮んだ状態では、周方向に交互に形成される山部１７ａ及び谷部１７ｂは、平板形状に近付くように弾性変形している。スペーサ１６は樹脂等の弾性体からなるので、撓んだ山部１７ａ及び谷部１７ｂが元の波形状に復元しようとすることによって、スペーサ１６には、隣り合うボール３同士を引き離そうとする弾性力が発生する。これにより、複数のボール３が均一に整列され、安定した案内を行うことができる。このとき、スペーサ１６の内部には応力が発生する。本実施形態によれば、スペーサ１６に発生する応力はその全体に分布する。スペーサ１６の局所的な応力集中が緩和されるので、スペーサ１６の耐久性や信頼性を高めることができる。スペーサ１６に発生する応力は、後述の実施例において解析されている。
【００２９】
上述のように、スペーサ１６は、無限循環路内では、ある弾性力を持ってボール３同士を引き離そうとしている。無限循環路内でスペーサ１６のこの弾性力が全体としてバランスし、ボール３の不整列を生じさせる円周方向すきまが生ずるのを防止している。もちろん、スペーサ１６が膨潤しても山部１７ａ及び谷部１７ｂの弾性変形によってスペーサ１６の膨潤を吸収する。さらに、種々の加工誤差、成形誤差、組み付け誤差、使用条件によるモーメントの作用等による負荷分布の乱れ、等々による各ボール３の位置ずれ等も山部１７ａ及び谷部１７ｂの弾性変形によって吸収される。その結果、常に安定したボール３間の距離が保たれ、運動案内装置としての機能を常に高い水準で安定して発揮できる。
【００３０】
また、スペーサ１６はボール３と非常に少ない面積で接触しているため、安定した低い転がり抵抗が得られ、スペーサ１６の磨耗も非常に少なくなる。仮に予期せぬ力がボール３に作用し、ボール３間が接近するような場合でも、山部１７ａ及び谷部１７ｂの弾性変形がボール３間の接近を吸収し、スペーサ１６の本体部の厚みでボールの力を受けるので、スペーサ１６の破損等の問題を避けることができる。
【００３１】
スペーサ１６の、実際のボール３と接触している部分は、転がり抵抗、磨耗、発熱等々の転がり運動の基礎的な機能面から考えると少ないほどよい。ボール３は三点で支持すれば位置は安定する。よって、山部１７ａ及び谷部１７ｂはそれぞれボールと三点で点接触するのが望ましい。ただし、悪環境条件下で磨耗がより心配される場合には、山部１７ａ及び谷部１７ｂを余分に４，５，６…個としておくのもよい。その場合、最初は三箇所で接触し、磨耗の進行等により残りの山部１７ａ及び谷部１７ｂが働き出すようにし、最終的に全ての山部１７ａ及び谷部１７ｂで支持するようにしてもよい。
【００３２】
スペーサ１６及びボール３の進行方向からみて、スペーサ１６の外形は円形状に形成され、またスペーサ１６は周方向に連続な連続体であるので、スペーサ１６が無限循環路を循環するとき、スペーサ１６が無限循環路の継ぎ目等に引っ掛かることなく、スペーサ１６が円滑に無限循環路を循環する。
【００３３】
スペーサ１６には、スペーサ１６の進行方向に貫通する貫通孔２１があけられる。潤滑剤が貫通孔２１を通ることによって、スペーサ１６の進行方向の両側の潤滑剤の行き来が可能になる。スペーサ１６の周縁部１７及び本体部１８は、周方向に波形状に折り曲げられているので、スペーサ１６とボール３との間には、潤滑剤を保持できるスペースがあく。スペーサ１６の山部１７ａ及び谷部１７ｂとボールとは点接触するので、潤滑剤のかき取りが少なくなる。
【００３４】
図７は、スペーサの他の例を示す。図中（ａ）は正面図を、図中（ｂ）は側面図を、図中（ｃ）は断面図を示す。この例のスペーサ２６も、その周縁部が周方向に交互に山部２７ａ及び谷部２７ｂを有する波形状に形成される。スペーサ２６は、隣接する一対のボール３のうちの一方のボール３−１に接触する三つの山部２７ａを有すると共に、他方のボール３−２に接触する少なくとも三つの谷部２７ｂを有する。スペーサ２６と一方のボール３−１とは合計三つの点ＣＰ１で点接触し、スペーサ２６と他方のボール３−１とも合計三つの点ＣＰ２で点接触する。スペーサ２６の中央には、スペーサ２６及びボール３の進行方向に貫通する貫通孔２９が開けられる。
【００３５】
この例のスペーサ２６は上記実施形態のスペーサ１６と以下の点が相違する。図７（ａ）に示すように、スペーサ２６は円板を波形状に折り曲げた形状をなし、スペーサ２６の正面形状は円形状よりも六角形に近くなる。図７（ｃ）に示すように、スペーサ２６はその全体に亘って厚みが一定に形成される（スペーサ１６のように、周縁部１７が本体部１８よりも厚みが厚く形成されたり、円環部２２が本体部よりも厚みが薄く形成されることはない）。貫通孔２９の中心を含んだ断面において、スペーサ２６はＳ字状に湾曲している（スペーサ１６のように、平らな円環部２２は形成されない）。この例に示すように、スペーサ１６，２６には本発明の要旨を変更しない範囲で各種の変形を施してもよい。
【００３６】
図８は、本発明のスペーサ１６，２６が組み込まれるねじ装置を示す。ねじ装置は、外周面に螺旋状のボール転走溝３１ａが形成されるねじ軸３１と、内周面にボール転走溝３１ａに対向する螺旋状の負荷ボール転走溝３２ａが形成されるナット３２を備える。
【００３７】
ねじ軸３１は、炭素鋼、クロム鋼、又はステンレス鋼などの棒鋼の外周面に、所定のリードを有する螺旋状のボール転走溝３１ａを切削及び研削加工又は転造加工によって形成したものである。ボール転走溝３１ａの条数は一条、二条、三条等様々に設定される。ボール転走溝３１ａの断面は単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状、又は二つの円弧を組み合わせたゴシックアーチ溝形状である。
【００３８】
ナット３２は、炭素鋼、クロム鋼、又はステンレス鋼などの円筒の内周面に、所定のリードを有する螺旋状の負荷ボール転走溝３２ａを切削及び研削加工又は転造加工によって形成したものである。ナット３２は、内周面に負荷ボール転走溝３２ａが加工されるナット本体３５と、ナット本体３５の両端に設けられる蓋部材としての一対のエンドキャップ３８と、から構成される。ナット本体３５の外周の軸線方向の端部には、ナット３２を相手部品に取り付けるためのフランジ３４が形成される。ナット本体３５の負荷ボール転走溝３２ａは、ねじ軸３１のボール転走溝３１ａに対向する。ナット本体３５には、ボール３３を循環させるためにナット本体３５の軸線方向に貫通するボール戻し路３２ｂが開けられる。エンドキャップ３８には、ねじ軸３１のボール転走溝３１ａを転がるボール３３を掬い上げ、ボール戻し路３２ｂに導く方向転換路が開けられる。ねじ軸３１のボール転走溝３１ａと、ナット本体３５の負荷ボール転走溝３２ａとの間の負荷ボール転走路、方向転換路、及びボール戻し路３２ｂから構成される無限循環路には、複数のボール３３が配列・収容される。
【００３９】
ねじ軸３１を回転させると、ボール３３を介してねじ軸３１に嵌まるナット３２が軸線方向に移動する。それと同時に、ボール３３が無限循環路を循環する。負荷ボール転走路を転がるボール３３は、負荷ボール転走路の一端まで転がった後、エンドキャップ３８の方向転換路内に掬い上げられ、ボール戻し路３２ｂを経由した後、反対側のエンドキャップ３８から元の負荷ボール転走路の他端に戻される。
【００４０】
ボール３３間には、ボール３３同士の接触を防止するスペーサ１６，２６が介在される。スペーサ１６，２６には、上記実施形態のスペーサ１６，２６が使用される。
【００４１】
なお、本発明は上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記の実施形態では、移動ブロックが直線的に運動するリニアガイドについて説明したが、本発明は移動ブロックが曲線的に運動する曲線運動案内装置にも適用することもできる。さらに、軌道部材としての軌道軸と、移動部材としての軌道軸を囲む外筒から構成されるボールスプラインにも適用することができる。さらに、本発明は、軌道部材としての外輪と、移動部材としての内輪とから構成される回転ベアリングにも適用することができる。
【００４２】
複数のスペーサはバンドで一連に連結されてもよい。スペーサの周縁部の山部及び谷部とボールとの接触位置は、スペーサの外周近傍に限られることはなく、スペーサの半径の１／２以上の位置で接触してもよい。スペーサの外側に潤滑剤が通過できる空間があれば、スペーサの中央には貫通孔をあけなくてもよい。スペーサの本体部が平板状に形成され、スペーサの周縁部のみが波形状に形成されてもよい。
【実施例１】
【００４３】
本実施形態のスペーサ１６を一対のボール３で挟み、一対のボール３を近づけてスペーサ１６を弾性変形させたとき、スペーサ１６に発生する応力分布をＦＥＭ解析した。
【００４４】
図９に解析条件を示す。図９（ａ）に示すように、一対のボール３で本実施形態のスペーサ１６を挟んだＦＥＭモデルを使用した。図９（ｂ）に示すように、境界条件として、下側のボール３−２のｘｙｚ方向の変位を拘束し、上側のボール３−1のｘｙ方向の変位を拘束した。そして、上側のボール３−１のｚ方向の位置を玉押し込み量δｚだけ変化させた。この境界条件のもと、スペーサ１６に発生する相当応力の分布を解析した。表１にＦＥＭ解析に使用したスペーサ１６及びボール３の材料物性値を示す。
【表１】
【００４５】
図１０（ａ）は、押し込み量を０．０５ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．３０ｍｍと順次変化させたときの、スペーサ１６の各部位の変位量を示す。押し込み量が０．１０ｍｍ、０．２０ｍｍと大きくなるにしたがって、スペーサ１６の各部位の変位量も大きくなった。しかし、スペーサ１６の一部の変位量が局所的に大きくなることはなく、スペーサ１６の山部１７ａ及び谷部１７ｂの全体にわたってほぼ均等に変位量が大きくなった。押し込み量を０．３０ｍｍにしても、この傾向は変わらないが、スペーサ１６の山部１７ａ及び谷部１７ｂの頂点付近での変位量の増大が目立った。
【００４６】
図１０（ｂ）は、押し込み量を０．０５ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．３０ｍｍと順次変化させたときの、スペーサ１６の各部位の相当応力を示す。押し込み量が０．１０ｍｍ、０．２０ｍｍと大きくなるにしたがって、スペーサ１６の各部位の相当応力も大きくなった。しかし、スペーサ１６の一部の相当応力が部分的に大きくなることはなく、スペーサ１６の山部１７ａ及び谷部１７ｂの全体にわたってほぼ均等に相当応力が大きくなった。押し込み量を０．３０ｍｍにしても、この傾向は変わらなかった。スペーサ１６の山部１７ａ及び谷部１７ｂの頂点付近での相当応力が部分的に大きくなることもなかった。相当応力の解析の結果、スペーサ１６の全体に応力が分布し、局所的な応力の集中が緩和されることがわかった。
【００４７】
図１１は、押し込み量とスペーサ１６に発生する最大相当応力との関係を示すグラフである。押し込み量が０．０ｍｍから０．２０ｍｍに大きくなるにしたがって、最大相当応力も０ＭＰａから４００ＭＰａ程度まで除々に大きくなる。押し込み量が０．２０ｍｍを超えると、最大相当応力は大きくなることはなく、４００ＭＰａのまま略一定の値を保った。
【符号の説明】
【００４８】
１…軌道レール（軌道部材），１ａ…ボール転走溝（転動体転走部），２…移動ブロック（移動部材），２ａ…負荷ボール転走溝（負荷転動体転走部），３…ボール（転動体），１６，２６…スペーサ，１７…周縁部，１７ａ，２７ａ…山部，１７ｂ，２７ｂ…谷部，１８…本体部，１８ａ…本体部の山部，１８ｂ…本体部の谷部，２１，２９…貫通孔，３１…ねじ軸，３１ａ…ボール転走溝（転動体転走溝），３２…ナット，３２ａ…負荷ボール転走溝（負荷転動体転走溝），３３…ボール（転動体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道部材と軌道部材に沿って移動する移動部材との間に転がり運動可能に複数の転動体を介在させた運動案内装置、又はねじ軸とナットとの間に転がり運動可能に複数の転動体を介在させたねじ装置に組み込まれ、転動体同士の接触を防止するように転動体間に配置されるスペーサであって、
前記スペーサは、その周縁部が周方向に交互に山部及び谷部を有する波形状に形成され、前記スペーサの前記周縁部の前記山部が隣り合う一対の転動体の一方に接触し、前記スペーサの前記周縁部の前記谷部が隣り合う一対の転動体の他方に接触するスペーサ。
【請求項２】
前記スペーサの前記山部が複数設けられると共に、各山部が前記一方の転動体に点接触し、
前記スペーサの前記谷部が複数設けられると共に、各谷部が前記他方の転動体に点接触することを特徴とする請求項１に記載のスペーサ。
【請求項３】
前記スペーサの前記山部は、前記転動体及び前記スペーサの移動方向から見て、周方向に均等間隔を開けて三つ以上設けられ、
前記スペーサの前記谷部は、前記転動体及び前記スペーサの移動方向から見て、周方向に均等間隔を開けて三つ以上設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のスペーサ。
【請求項４】
転動体転走部を有する軌道部材と、前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部を有する移動部材と、前記軌道部材の前記転動体転走部と前記移動部材の前記負荷転動体転走部との間に転がり運動可能に配列される複数の転動体と、転動体同士の接触を防止するように転動体間に配置される複数のスペーサと、を備える運動案内装置において、
前記スペーサは、その周縁部が周方向に交互に山部及び谷部を有するような連続する波形状に形成され、
前記スペーサの前記周縁部の前記山部が隣り合う一対の転動体の一方に接触し、前記スペーサの前記周縁部の前記谷部が隣り合う一対の転動体の他方に接触する運動案内装置。
【請求項５】
螺旋状の転動体転走溝を有するねじ軸と、前記転動体転走溝に対向する負荷転動体転走溝を有するナットと、前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間に転がり運動可能に配列される複数の転動体と、転動体同士の接触を防止するように転動体間に配置される複数のスペーサと、を備えるねじ装置において、
前記スペーサは、その周縁部が周方向に交互に山部及び谷部を有するような連続する波形状に形成され、
前記スペーサの前記周縁部の前記山部が隣り合う一対の転動体の一方に接触し、前記スペーサの前記周縁部の前記谷部が隣り合う一対の転動体の他方に接触するねじ装置。
【請求項１】
軌道部材と軌道部材に沿って移動する移動部材との間に転がり運動可能に複数の転動体を介在させた運動案内装置、又はねじ軸とナットとの間に転がり運動可能に複数の転動体を介在させたねじ装置に組み込まれ、転動体同士の接触を防止するように転動体間に配置されるスペーサであって、
前記スペーサは、その周縁部が周方向に交互に山部及び谷部を有する波形状に形成され、前記スペーサの前記周縁部の前記山部が隣り合う一対の転動体の一方に接触し、前記スペーサの前記周縁部の前記谷部が隣り合う一対の転動体の他方に接触するスペーサ。
【請求項２】
前記スペーサの前記山部が複数設けられると共に、各山部が前記一方の転動体に点接触し、
前記スペーサの前記谷部が複数設けられると共に、各谷部が前記他方の転動体に点接触することを特徴とする請求項１に記載のスペーサ。
【請求項３】
前記スペーサの前記山部は、前記転動体及び前記スペーサの移動方向から見て、周方向に均等間隔を開けて三つ以上設けられ、
前記スペーサの前記谷部は、前記転動体及び前記スペーサの移動方向から見て、周方向に均等間隔を開けて三つ以上設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のスペーサ。
【請求項４】
転動体転走部を有する軌道部材と、前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部を有する移動部材と、前記軌道部材の前記転動体転走部と前記移動部材の前記負荷転動体転走部との間に転がり運動可能に配列される複数の転動体と、転動体同士の接触を防止するように転動体間に配置される複数のスペーサと、を備える運動案内装置において、
前記スペーサは、その周縁部が周方向に交互に山部及び谷部を有するような連続する波形状に形成され、
前記スペーサの前記周縁部の前記山部が隣り合う一対の転動体の一方に接触し、前記スペーサの前記周縁部の前記谷部が隣り合う一対の転動体の他方に接触する運動案内装置。
【請求項５】
螺旋状の転動体転走溝を有するねじ軸と、前記転動体転走溝に対向する負荷転動体転走溝を有するナットと、前記ねじ軸の前記転動体転走溝と前記ナットの前記負荷転動体転走溝との間に転がり運動可能に配列される複数の転動体と、転動体同士の接触を防止するように転動体間に配置される複数のスペーサと、を備えるねじ装置において、
前記スペーサは、その周縁部が周方向に交互に山部及び谷部を有するような連続する波形状に形成され、
前記スペーサの前記周縁部の前記山部が隣り合う一対の転動体の一方に接触し、前記スペーサの前記周縁部の前記谷部が隣り合う一対の転動体の他方に接触するねじ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−７７８７３（Ｐ２０１２−７７８７３Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２５１２５（Ｐ２０１０−２２５１２５）
【出願日】平成２２年１０月４日（２０１０．１０．４）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月４日（２０１０．１０．４）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
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