JP2012087904A - ボール連結ベルト及びこれを用いた運動案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
移動ブロックの無限循環路に対してボールと共に組み込んだ場合であっても、幅方向の一端が移動ブロックや軌道レールと干渉することのないボール連結ベルトを提供すると共に、そのようなボール連結ベルトを使用することで、十分な許容荷重を得ることが可能な運動案内装置を提供する。
【解決手段】
多数のボールが一列に配列されると共に、運動案内装置に具備されたボールの無限循環路に当該ボールと一緒に組み込まれ、これらボールと共に無限循環路内を循環するボール連結ベルトであって、互いに隣接するボールの間に配置されるスペーサ部と、ボール列の両側でこれらスペーサ部を一列に連結する一対の結合ベルト部とを備え、各結合ベルト部は互いに異なる平面内に位置して前記スペーサ部と結合されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、運動案内装置に備えられたボールの無限循環路において、多数のボールを等間隔で整列させ循環させるためのボール連結ベルト及びこれを無限循環路に組み込んだ運動案内装置に関する。

この種の運動案内装置としては特許文献１に開示されるものが知られている。この運動案内装置は、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、前記転走溝を転動する多数のボールを介して前記軌道レールに組み付けられると共にこれらボールの無限循環路を有する移動ブロックとから構成されており、ボールが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動すると共に前記無限循環路内を循環することにより、移動ブロックと軌道レールとが相対的に往復運動を行うことが可能となっている。また、前記無限循環路は、ボールが前記軌道レールと移動ブロックとの間で荷重を負荷しながら転走する負荷ボール通路と、この負荷ボール通路と平行に設けられたボール戻し通路と、前記負荷ボール通路とボール戻し通路とを接続する一対の方向転換路とから構成されている。

無限循環路内におけるボールの整列状態を良好なものにすると共に互いに隣接するボール同士の接触を防止し、前記軌道レールに対する移動ブロックの運動を円滑なものとすべく、無限循環路内のボールはセパレータ用連結体に配列された状態で当該無限循環路に組み込まれている。このセパレータ用連結体は、互いに隣接するボールの間に配置されるセパレータと、ボール列の両側でこれらセパレータを一列に連結する一対の帯状連結体とを備え、前記セパレータと連結体が合成樹脂の射出成形等の手法によって一体化されている。

直線状に延ばした前記セパレータ用連結体を長手方向から観察した場合、前記セパレータを繋ぐ一対の連結体はボールの中心を含む平面内に位置している。このため、前記セパレータ用連結体は前記平面の法線方向には湾曲させやすいが、それ以外の方向へは湾曲させ難いものとなっており、かかるセパレータ用連結体を移動ブロックの無限循環路に組み込んだ場合、前記方向転換路の湾曲方向に応じてセパレータ用連結体の姿勢は拘束されることになる。

特開２００２−１３０２７２

ところで、ボールは前記負荷ボール通路内において前記軌道レールのボール転走溝及びこれに対向する移動ブロックの負荷転走溝の双方に接触し、これらボール転走溝と負荷転走溝との間で荷重を負荷しながら転走する。ボールとこれら軌道レール及び移動ブロックの接触点を結んだ線分の方向、すなわち接触線方向は、運動案内装置に主として負荷させたい荷重方向に応じて自由に設計することが可能である。例えば、所謂４方向等荷重型の運動案内装置では、接触線方向が軌道レールの底面に対して４５度の角度で傾斜するように、４条の転走溝を軌道レールに対して配置している。

無限循環路内においてボールを円滑に循環させるといった観点からすれば、前記ボールは回転軸方向を変化させることなく無限循環路内を循環するのが好ましく、前記ボール戻し通路は前記負荷ボール通路に対して前記接触線方向に存在しているのが好ましい。しかし、移動ブロックの小型化を図る上で、前記負荷ボール通路に対するボール戻し通路の存在位置がやむを得ず接触線方向と異なってしまう場合も多々ある。すなわち、負荷ボール通路とボール戻し通路とを繋ぐ方向転換路におけるボールの循環方向が負荷ボール通路におけるボールの接触線方向に対して傾斜してしまうのである。

このような場合に、ボールが前述のセパレータ用連結体と共に移動ブロックの無限循環路に組み込まれていると、方向転換路におけるボールの循環方向が負荷ボール通路におけるボールの接触線方向と合致していないことから、負荷ボール通路におけるボール連結ベルトの幅方向の一端が移動ブロックや軌道レールと干渉する可能性があり、移動ブロックの負荷転走溝又は軌道レールのボール転走溝の溝幅を狭くせざるを得ない。そして、このように負荷転走溝又はボール転走溝の溝幅が制限されると、転動体が負荷可能な荷重も小さく設定せざるを得ず、運動案内装置の許容荷重が小さくなってしまうといった課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、移動ブロックの無限循環路に対してボールと共に組み込んだ場合であっても、幅方向の一端が移動ブロックや軌道レールと干渉することのないボール連結ベルトを提供すると共に、そのようなボール連結ベルトを使用することで、十分な許容荷重を得ることが可能な運動案内装置を提供することにある。

すなわち、本発明のボール連結ベルトは、多数のボールが一列に配列されると共に、運動案内装置に具備されたボールの無限循環路に当該ボールと一緒に組み込まれ、これらボールと共に無限循環路内を循環するボール連結ベルトであって、互いに隣接するボールの間に配置される複数のスペーサ部と、ボール列の両側でこれらスペーサ部を一列に連結する一対の結合ベルト部とを備え、各結合ベルト部は互いに異なる平面内に位置して前記スペーサ部と結合されているものである。

また、本発明の運動案内装置は、長手方向に沿ってボール転走溝を有する軌道レールと、多数のボールを介して前記軌道レールに組み付けられると共に当該ボールの無限循環路を有し、当該軌道レールに沿って往復移動自在な移動ブロックとを備え、前記無限循環路は、ボールが前記軌道レールと移動ブロックとの間で荷重を負荷しながら転走する負荷ボール通路、この負荷ボール通路と平行に設けられたボール戻し通路及び前記負荷ボール通路とボール戻し通路とを接続する一対の方向転換路を備え、前記負荷ボール通路とボール戻し通路とを結ぶ方向が、前記負荷ボール通路におけるボールと軌道レール又は移動ブロックの接触方向と異なり、前記多数のボールは請求項１記載のボール連結ベルトに配列された状態で前記無限循環路内に組み込まれていることを特徴とするものである。

このような本発明によれば、方向転換路におけるボールの循環方向が負荷ボール通路におけるボールの接触線方向に対して傾斜している場合であっても、かかる無限循環路に組み込んだボール連結ベルトの結合ベルト部が前記移動ブロック又は軌道レールと干渉することがなく、かかるボール連結ベルトを組み込んだ運動案内装置では十分な許容荷重を得ることが可能となる。

本発明を適用した運動案内装置の実施形態の一例を示す分解斜視図である。 図１に示す運動案内装置の正面断面図である。 実施形態の運動案内装置の無限循環路に組み込まれるボール連結ベルトを示す側面図である。 図３に示すボール連結ベルトの平面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 ブロック本体のスカート部に形成されたボールの無限循環路の詳細を示す拡大図である。 無限循環路を構成する負荷ボール通路におけるボールの接触状態を示す拡大図である。

以下、添付図面に沿って本発明のボール連結ベルト及びこれを用いた運動案内装置を詳細に説明する。

図１は本発明のボール連結ベルトをボールの無限循環路に組み込んだ運動案内装置の実施形態の一例を示す斜視図である。この運動案内装置は、直線状に延びる軌道レール１と、転動体としての多数のボールを介して前記軌道レール１に組付けられた移動ブロック２とから構成されており、固定部に前記軌道レール１を敷設し、前記移動ブロック２に対して各種の搬送対象物を搭載することで、かかる搬送対象物を軌道レール１に沿って往復移動自在に案内することができるようになっている。

前記軌道レール１は略断面四角形状の長尺体に形成されている。この軌道レール１には長手方向に所定の間隔をおいて上面から底面に貫通するボルト取付け孔１２が複数形成されており、これらボルト取付け孔１２に挿入した固定ボルトを用いて、軌道レール１をベッド、コラム等の固定部に対して強固に固定することができるようになっている。前記軌道レール１の左右両側面には長手方向に沿って突部１０がそれぞれ設けられている。各突部１０の上下方向にはボールの転走溝１１が１条ずつ設けられ、軌道レール全体としては４条の転走溝１１が設けられている。

一方、前記移動ブロック２は、大きく分けて、ブロック本体３と、このブロック本体３の移動方向の両端に装着される一対のエンドプレート４とから構成されている。また、前記エンドプレート４は、エンドプレート本体４０と、これに固定されるシール保持プレート４１とから構成されている。前記シール保持プレート４１にはシール部材４２が装着されており、かかるシール部材４２がエンドプレート４と軌道レール１との隙間を密封し、軌道レール１に付着した塵芥などが移動ブロック２の内部に侵入するのを防止している。尚、図１は、一方のエンドプレート４を前記ブロック本体３から取り外し、更に当該エンドプレート４をエンドプレート本体４０とシール保持プレート４１とに分解した状態を示している。

図２は、前記ブロック本体３を前記軌道レール１の長手方向と垂直な面で切断した断面図であり、かかるブロック本体３がボール５を介して前記軌道レール１に対して組み付けられた状態を示している。前記ブロック本体３は、軌道レール１の上面に対向する水平部３ａと、軌道レール１の両側面に対向する一対のスカート部３ｂを有して略チャネル状に形成されており、一対のスカート部３ｂの間に前記軌道レール１の上半分が収容されている。図１に示されるように、前記エンドプレート４はこのブロック本体３の端部に装着されることから、かかるブロック本体３と略同一の形状に形成されている。また、前記ブロック本体３の水平部３ａには搬送対象物をボルトで固定するためのタップ穴２０が設けられている。

図２に示されるように、前記軌道レール１に面したスカート部３ｂの内側には当該軌道レール１の転走溝１１に対向するボール５の負荷転走溝３０が設けられており、ボール５が軌道レール１と移動ブロック２との間で荷重を受けながら転走する負荷ボール通路３１が形成されるようになっている。前記負荷転走溝３０は各スカート部３ｂの内側面に２条ずつ設けられ、前記ブロック本体３には４条の負荷ボール通路が設けられている。また、各スカート部３ｂには各負荷ボール通路３１に対応して当該負荷ボール通路３１と略平行にボール戻し通路３２が設けられており、ボール５は荷重から開放された状態でこのボール戻し通路３２内を転走する。

更に、前記ブロック本体３の両端に固定される一対のエンドプレート４には、前記負荷ボール通路３１とボール戻し通路３２とを連結する方向転換路が設けられており、ボール５を負荷ボール通路３１とボール戻し通路３２との間で往来させることが可能となっている。図１に示すように、前記ブロック本体３の端面には前記エンドプレート４と組み合わさって前記方向転換路内におけるボールを案内する内周案内部３６が設けられている。前記内周案内部３６はブロック本体３の端面から半円形状に突出しており、各負荷ボール通路３１とこれに対応するボール戻し通路３２との間に設けられている。また、各内周案内部３６の外周面にはボール５が転走する軌道溝３７が形成されており、この軌道溝３７の一端は前記負荷転走溝３０に、他端は前記ボール戻し通路３２に連続している。前記エンドプレート４をブロック本体３に装着すると、前記負荷ボール通路３１とボール戻し通路３２の端部同士がエンドプレート４の方向転換路によって連結され、移動ブロック２にボール５の無限循環路が具備される。尚、図２中において、符号３４は軌道レール１の側面とブロック本体３のスカート部３ｂとの間を密封するサイドシール部材、符号３５は軌道レール１の上面とブロック本体３の水平部３ａとの間を密封するインナーシール部材である。

前記ボール５は可撓性を有するボール連結ベルト６に配列された状態で移動ブロック２の無限循環路に組み込まれている。図３、図４及び図５はボール５及びボール連結ベルト６を示すものである。前記ボール連結ベルト６は、各ボール５間に配置される円板状スペーサ部６０と、これらスペーサ部６０を一列に連結する一対の結合ベルト部６１とから構成され、合成樹脂の射出成形によって製作されている。各スペーサ部６０のボール５との接触面には当該ボール５の球面に近似した曲率の球面座６２が設けられており、一対のスペーサ部６０の間にボール５を配置することにより、これらスペーサ部６０の球面座６２がボール５を抱え込んでいる。これにより、ボール５を回転可能な状態でボール連結ベルト６に対して等間隔で一列に保持することが可能となっている。従って、移動ブロック２が軌道レール１に沿って運動すると、ボール５が転動しながら無限循環路内を循環し、これに伴って前記ボール連結ベルト６も無限循環路内を循環することになる。

尚、この例ではボール連結ベルト６を前記移動ブロックから分離した状態であっても当該ボール連結ベルトがボール５を回転自在に保持し得るように、前記スペーサ部６０に対してボール５の球面に近似した曲率の球面座６２が設けられているが、かかる球面座６２を設けずに、前記スペーサ部６０を単なる平板として形成しても差し支えない。その場合、ボール連結ベルト６はボール５を保持する機能を発揮せず、単に無限循環路内でボール５を等間隔に整列させる機能のみを発揮する。

一方、前記一対の結合ベルト部６１は一列に整列したボール５の両側で前記スペーサ部６０を相互に連結し、かかるスペーサ部６０を一列に結合している。図４及び図５に示すように、各結合ベルト部６１は例えば平帯状に形成され、互いに隣接するスペーサ部６０の間ではボール５との干渉を回避する円弧状の切欠部６３が設けられている。各結合ベルト部６１は互いに平行に設けられているが、互いに異なる平面内に位置して前記スペーサ部６０と結合されている。すなわち、一方の結合ベルト部６１が設けられた平面ｎ１は他方の結合ベルト部６１が設けられた平面ｎ２に対して、距離ｄでオフセットされている。また、ボール連結ベルト６に配列されたボール５の中心Ｏは前記平面ｎ１とｎ２の中間に位置しており、各結合ベルト部６１がボール５の中心に対して等距離だけオフセットされていることになる。

尚、図３、図４及び図５に示したボール連結ベルト６では一対の結合ベルト部６１がボール５の中心に対して等距離だけオフセットされているが、必ずしも等距離でオフセットさせる必要はない。また、ボール５の中心に対して各結合ベルト部６１をオフセットさせる距離も任意に設定することが可能であり、例えば平帯状の結合ベルト部６１を円盤状のスペーサ部６０の接平面として形成してもよい。

図６は、前記ブロック本体３のスカート部３ｂの拡大図であり、ブロック本体３がボール５を介して軌道レール１に組み付けられた状態を示している。この実施形態の運動案内装置において、ボール５と軌道レール１の転走溝１１及び移動ブロック２の負荷転走溝３０の接触点を結んだ接触線ｍは、軌道レール１の底面と平行な方向（図６の紙面左右方向）に対して４５°の角度で傾斜している。すなわち、この運動案内装置では軌道レール１の４条の転走溝に関し、前記接触線ｍが総て軌道レール１の底面に対して４５°の角度で傾斜しており、図２の紙面上下方向及び紙面左右方向の４方向から移動ブロック２に作用する荷重を等しく負荷することができるように構成されている。

しかし、軌道レール１の底面から移動ブロック２の上面までの高さを低く抑えるため、ボール戻し通路３２は負荷ボール通路１に対して前記接触線の方向には存在せず、前記接触線ｍに対して角度αで交わった仮想直線ｐの方向に存在している。すなわち、この仮想直線ｐは前記無限循環路におけるボールの循環方向を示しており、移動ブロック２の無限循環路にボール５と一緒に組み込まれたボール連結ベルトは、前記接触線ｍに沿ってではなく、前記仮想直線ｐに沿って移動ブロック２の内部を循環する。このとき、前記ボール連結ベルト６においてスペーサ部６０を一列に連結している平帯状の結合ベルト部６１は、その法線方向には湾曲させやすいが、それ以外の方向へは湾曲させ難いことから、図７の拡大図に示すように、かかる結合ベルト部６１そのものは循環方向を示す仮想直線ｐに対して垂直な姿勢に保持されることになる。

図５を用いて説明したように、本発明のボール連結ベルト６においては、スペーサ部６０に対する一対の結合ベルト部６１の接続位置が互いに変位しており、一方の結合ベルト部６１を含む平面ｎ１は他方の結合ベルト部６１を含む平面ｎ２に対して距離ｄでオフセットされている。このため、図７に示すように、ボール５を挟んで対向する軌道レール１のボール転走溝１１と移動ブロック２の負荷転走溝３０を同一の溝幅ｗで形成しても、ボール連結ベルト６の結合ベルト部６１が移動ブロック２の負荷転走溝３０や軌道レール１のボール転走溝１１と干渉することがない。この図７に示す例では、ボール５の中心に対して角度９０°の溝幅で負荷転走溝３０及びボール転走溝１１を形成することが可能である。

これに対して従来のボール連結ベルトでは一対の結合ベルト部が互いに同一平面内に位置しているので、ボールの循環方向を示す仮想直線ｐと前記接触線ｍとが合致していない移動ブロックに対してボール連結ベルトを組み込むと、一方の結合ベルト部が移動ブロック２の負荷転走溝３０又は軌道レール１のボール転走溝１１と干渉し易い。すなわち、ボール連結ベルトの円滑な循環を確保するためには、前記負荷転走溝３０又はボール転走溝１１の溝幅を制限することが必要となり、このことは移動ブロック２の許容荷重の低下を招いてしまう。

しかし、本発明のボール連結ベルト６を組み込んだ運動案内装置では、図７に示したように、ボール連結ベルト６の結合ベルト部６１が移動ブロック２の負荷転走溝３０や軌道レール１の転走溝１１と干渉するのを積極的に防止することができるので、互いに対向する移動ブロック２の負荷転走溝３０と軌道レールのボール転走溝を同一の溝幅ｗで設けることが可能となる。その結果、移動ブロック２に対して十分な許容荷重を与えることが可能となる。

また、図５に示した本発明のボール連結ベルト６では、一方の結合ベルト部６１を含む平面ｎ１が他方の結合ベルト部６１を含む平面ｎ２に対して距離ｄでオフセットされてはいるが、これら結合ベルト部６１は互いに平行に設けられているので、かかるボール連結ベルト６の方向転換路内での円滑な湾曲が阻害されることない。すなわち、このボール連結ベルト６を移動ブロック２の無限循環路に組み込むと、図６に示すように、各結合ベルト部６１は仮想平面ｐと略垂直な姿勢に保持され、一方の結合ベルト部６１では負荷ボール通路３１とボール戻し通路３２との間隔がＲ１となり、他方の結合ベルト部６１では負荷ボール通路３１とボール戻し通路３２との間隔がＲ２となり、換言すれば方向転換路内における各結合ベルト部６１の旋回半径が互いに異なったものとなっている。このようなボール連結ベルト６の構造により、ボール５の接触線ｍの方向と無限循環路を含む仮想平面ｐとが合致しない場合であっても、かかるボール連結ベルトを無限循環路内で円滑に循環させることが可能である。

尚、以上説明してきた実施形態では軌道レール１が直線状に形成された運動案内装置を説明したが、かかる軌道レールが一定曲率の円弧状に形成された運動案内装置であっても本発明を適用可能である。

また、前述した実施形態では、軌道レールを固定ボルトによって他の機械装置に敷設するタイプの運動案内装置を説明したが、かかる軌道レールはその両端あるいは一端を他の機械装置に対して固定支持するタイプの運動案内装置、例えばボールスプライン装置であっても差し支えない。その場合、前記軌道レールはスプライン軸に、移動ブロックはスプラインナットにそれぞれ置き換えて理解することが可能である。

更に、前述した実施形態における移動ブロックの形状及び転動体の転走溝の条数は一例であって、公知の運動案内装置を参考にして自由に移動ブロックの形状及び転走溝の条数を選択することが可能である。

１…軌道レール、２…移動ブロック、４…エンドプレート、５…ボール、６…ボール連結ベルト、１１…転走溝、３０…負荷転走溝、３１…負荷ボール通路、３２…ボール戻し通路、６０…スペーサ部、６１…結合ベルト部

Claims (5)

1. 多数のボールが一列に配列されると共に、運動案内装置に具備されたボールの無限循環路に当該ボールと一緒に組み込まれ、これらボールと共に無限循環路内を循環するボール連結ベルトであって、
   互いに隣接するボールの間に配置されるスペーサ部と、ボール列の両側でこれらスペーサ部を一列に連結する一対の結合ベルト部とを備え、
   各結合ベルト部は互いに異なる平面内に位置して前記スペーサ部と結合されていることを特徴とするボール連結ベルト。
2. 各結合ベルト部はボール中心に対して互いに離れる方向に変位した位置で前記スペーサ部と結合されていることを特徴とする請求項１記載のボール連結ベルト。
3. 長手方向に沿ってボール転走溝を有する軌道レールと、多数のボールを介して前記軌道レールに組み付けられると共に当該ボールの無限循環路を有し、当該軌道レールに沿って往復移動自在な移動ブロックとを備え、
   前記無限循環路は、ボールが前記軌道レールと移動ブロックとの間で荷重を負荷しながら転走する負荷ボール通路、この負荷ボール通路と平行に設けられたボール戻し通路及び前記負荷ボール通路とボール戻し通路とを接続する一対の方向転換路を備え、
   前記負荷ボール通路とボール戻し通路とを結ぶ方向が、前記負荷ボール通路におけるボールと軌道レール又は移動ブロックの接触方向と異なり、
   前記多数のボールは請求項１記載のボール連結ベルトに配列された状態で前記無限循環路内に組み込まれていることを特徴とする運動案内装置。
4. 前記負荷ボール通路は軌道レールのボール転走溝及びこれと対向する移動ブロックの負荷転走溝から構成されており、これら軌道レールのボール転走溝と移動ブロックの負荷転走溝は同一の溝幅を有していることを特徴とする請求項３記載の運動案内装置。
5. 前記方向転換路内における前記ボール連結ベルトには、一対の結合ベルト部に対して互いに異なる旋回半径が与えられていることを特徴とする請求項３又は４記載の運動案内装置。
   

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