JP3488025B2 - ボールチェーン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多数のボールが一
列に配列されると共に転動可能に保持され、例えば無限
摺動用の直線案内装置やボールねじ装置のボール無限軌
道に組み込まれて使用されるボールチェーンに係り、特
に、該ボールチェーンを自在に屈曲させあるいは捩じっ
て使用することが可能なボールチェーンに関する。

【０００２】

【従来の技術】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しては、ボール転
走溝を有する軌道レールと、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上記負荷転走溝の一端から
他端へとボールを循環させる無負荷転走路を有し、上記
軌道レールに沿って移動するスライダと、これらスライ
ダ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、上記スライダの負荷転走溝及び無負荷転走路より
構成される無限軌道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。

【０００３】このように構成された従来の直線案内装置
では、スライダの無限軌道がボールで満たされているこ
とから、該スライダ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
がら上記無限軌道内を循環することとなり、ボールが早
期に磨耗して装置寿命が短命化するといった問題点があ
った。

【０００４】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チェーンを
上記無限軌道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、かかるボールチェーン１００は互いに隣接す
る各ボール１０１の間に間座１０２を介装すると共に、
各間座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、上記ボール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。

【０００５】このように構成された従来のボールチェー
ン１００は、図１０に示す如くスライダ１０４の無限軌
道１０５に組み込まれて該無限軌道内を循環するのであ
るが、この際、互いに隣接するボール１０１の間には間
座１０２が介装されていることから、ボール同志の相互
摩擦や衝突が防止され、ボール１０１の磨耗を可及的に
防止することができた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる従来の
ボールチェーン１００では各間座１０２を連結するベル
ト部材１０３の側縁が直線的に形成されていることか
ら、該ベルト部材１０３の面と交差する方向（図９の矢
線Ａ方向）へはボールチェーン１００を屈曲させ易いも
のの、該ベルト部材１０３の面と平行な方向（図８の矢
線Ｂ方向）へは屈曲させ難いといった問題点があり、ボ
ール無限軌道の設計によっては上記ボールチェーン１０
０を組み込むことが困難であった。

【０００７】すなわち、図１１に示すように、軌道レー
ル１０６のボール転走溝１０７とスライダ１０８の負荷
転走溝１０９の間に挟まれたボールチェーン１００はそ
の姿勢を拘束されていることから、上記ボール転走溝１
０７と負荷転走溝１０９とが対向する面内（図１１中の
一点鎖線で示す平面内）にボール無限軌道１０５が存在
する場合はボールチェーン１００を無理なく屈曲させる
ことが可能であるが、かかる面内から大きく傾いた面内
（例えば二点鎖線で示す平面内）にボール無限軌道１０
５が存在する場合には、上記ベルト部材１０３がボール
チェーン１００の自由な屈曲を阻害することとなり、無
限軌道内におけるボールチェーン１００の円滑な循環が
妨げられてしまう。

【０００８】一方、モータの回転運動を直線運動に変換
する目的で使用され、前述の直線案内装置と併用されて
工作機械等の直線案内部を構成するボールねじ装置にお
いては、ねじ軸とナット部材とがボールを介して螺合し
ており、該ナット部材にもやはりボールの無限軌道が具
備されている。従って、ナット部材の内部において循環
するボールの磨耗を防止するという観点からすれば、こ
のボールねじ装置においてもその無限軌道にボールチェ
ーンを組み込むのが好ましいと言えるが、既に説明した
ように従来のボールチェーンは特定の方向にのみ屈曲し
易い構造を有しているため、ボールねじ装置のボール無
限軌道にこれを組み込むことは困難であった。

【０００９】すなわち、ボールねじ装置のボール無限軌
道にボールチェーンを組み込むに当たっては、該ボール
チェーンをねじ軸に対して螺旋状に巻き回す必要があ
り、ボールチェーンを平面的ではなく立体的に循環させ
る必要があることから、屈曲方向の自由度が小さい従来
のボールチェーンでは無限軌道内におけるボールチェー
ンの円滑な循環を期待することはできなかった。また、
ボールねじ装置にボールチェーンを組み込むと、該ボー
ルチェーンは若干の捩じれを伴った状態で無限軌道内を
循環しなければならないが、屈曲性の自由度が低い従来
のボールチェーンを無理に捩じって使用すると、ボール
チェーンそれ自体からボールが脱落する懸念があった。

【００１０】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、その目的とするとろは、いずれの方向へも
柔軟に屈曲させることが可能であり、屈曲や捩じれ等が
与えられた場合であってもボールを確実に保持した状態
でボール無限軌道の内部を循環することが可能なボール
チェーンを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明のボー
ルチェーンは、所定の間隔をおいて一列に配列された多
数のボールと、これらボールを回転自在に保持すると共
に互いに隣接するボールを相互に繋いだ連結体ベルトと
から構成されるボールチェーンであって、上記連結体ベ
ルトは該ボールの球面に沿って、しかも該ボールの配列
方向に沿って帯状に形成された４本のベルト部材を有す
る一方、該ベルト部材は互いに隣接するボールの間にお
いて他のベルト部材と相互に連結され、かかる連結位置
において上記連結体ベルトはボールの外径よりも括れた
形状に形成されていることを特徴とするものである。

【００１２】このような技術的手段によれば、上記連結
体ベルトはボールの球面に沿って且つボールの配列方向
に沿って帯状に形成された４本のベルト部材を有し、こ
れらベルト部材は互いに隣接するボールの間において他
のベルト部材と相互に連結されていることから、個々の
ボールは上記ベルト部材によって四方より包持された状
態となり、たとえ該ボールチェーンに大きな屈曲や捩じ
れが与えられた場合であっても、連結体ベルトからボー
ルが抜け落ちることがない。従って、直線案内装置のス
ライダを軌道レールから抜き取った場合、あるいはボー
ルねじ装置のナット部材をねじ軸から抜き取った場合で
あっても、ボール保持器を使用することなく、これらス
ライダ又はナット部材のボール無限軌道からボールが転
がり落ちるのを未然に防止することができるものであ
る。

【００１３】また、上記連結体ベルトは４本のベルト部
材が相互に結合した位置、すなわち互いに隣接するボー
ルの間において該ボールの外径よりも括れた形状に形成
されていることから、このボールチェーンは当該位置に
おいて何れの方向へも柔軟に屈曲し易い他、該ボールチ
ェーンに作用する捩じれを吸収し易い構造となってい
る。従って、ボール列に対するベルト部材の形成位置と
は無関係に、該ボールチェーンを自由な方向に屈曲させ
て又は捩じって使用することができ、かかる状態下にお
いても該ボールチェーンは無限軌道を円滑に循環するこ
とができるものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
のボールチェーンを詳細に説明する。図１は本発明のボ
ールチェーン１の実施例を示すものである。このボール
チェーン１は合成樹脂製の連結体ベルト２に所定間隔で
複数のボール３を一列に配列したものであり、該ボール
３は上記連結体ベルト２に保持された状態で自在に回転
可能となっている。

【００１５】上記連結体ベルト２はボール３の球面に沿
って、しかも該ボール３の配列方向に沿って帯状に形成
された４本のベルト部材５を有し、かかるベルト部材４
は互いに隣接するボール３，３の間において他のベルト
部材５と相互に連結されている。また、互いに隣接する
ボール３の間には円盤状の連結部４が形成されており、
各ベルト部材５はこの連結部４を介して他のベルト部材
５と相互に連結される一方、この連結部４は互いに隣接
するボール３の接触を防止する間座としての役割も果た
している。

【００１６】図２に示すように、上記ベルト部材５はボ
ール３の球面を４等分するようにボール列の上下左右に
配されており、ボール３がこれに隣接する一対の連結部
４のの間のから抜けでることがないよう、４方向からボ
ール３の動きを拘束している。また、かかるベルト部材
５はボール３の球面に沿って形成されており、ボールチ
ェーン１を全体的に観察した場合に、上記連結体ベルト
２は連結部４の形成位置において最も括れた形状をなし
ている。

【００１７】このボールチェーン１は上記ボール３を中
子として金型内に配列した合成樹脂の射出成形により成
形され、成形完了後に上記連結体ベルト２をボール３と
共に金型から離型して製造される。また、単に連結体ベ
ルト２を射出成形したのみでは該ベルト２の連結部４及
びベルト部材５がボール３と密着してしまい、該連結体
ベルト２に対してボール３が自在に回転しないことか
ら、この実施例では成形完了後のボールチェーン１を鉱
油系潤滑油に浸漬し、経時的な連結体ベルト２の膨潤を
待ってボール３と連結部４又はベルト部材５との間に隙
間を形成し、該ボール３の自由な回転を可能としてい
る。

【００１８】そして、以上のように構成された本実施例
のボールチェーン１によれば、上記連結体ベルト２は互
いに隣接するボール３とボール３との間、すなわち連結
部４の形成位置において最も括れた形状をなしているの
で、かかる位置においては該ボールチェーン１を何れの
方向へも自由に屈曲させることが可能であり、例えば図
２に示すように、上記ベルト部材５の存在する矢線ａ方
向のみならず、互いに隣接するベルト部材５，５の間で
ある矢線ｂ方向へも自由に屈曲させることが可能であ
る。

【００１９】一方、このボールチェーン１は前述の如く
各連結部４の形成位置において括れていることから、該
ボールチェーン１に対して図２中の矢線ｃ方向の捩じれ
を与えても、上記連結体ベルト２はこれに追従して無理
なく変形することができる。また、このような捩じれに
追従して連結体ベルト２が変形しても、ボール３は４枚
の帯状ベルト部材５によって４方向からその動きを拘束
されているので、ボール３が連結体ベルト２から抜け落
ちる懸念はない。

【００２０】図３はこのボールチェーンを組み込んだ直
線案内装置の一例を示すものである。同図において、符
号１０は工作機械のベッド等の固定部に対して配設され
る軌道レール、符号２０は上記ボールチェーン１が組み
込まれるボール無限軌道を備えると共にテーブル等の可
動体を上記軌道レール１０に沿って案内するスライダ、
符号３はこれら軌道レール１０とスライダ２０との間で
荷重を負荷しながら転動すると共に上記スライダ２０内
で無限循環するボールである。

【００２１】先ず、上記軌道レール１０は断面略矩形状
に形成されており、その両側面にはゴシックアーチ状の
ボール転走溝１１が長手方向（図２の紙面垂直方向）に
沿って計２条形成されている。この軌道レール１にはそ
の長手方向に適宜間隔をおいてボルト取付孔１２が形成
されており、軌道レール１０はこのボルト取付孔１２に
挿入される図示外の固定ボルトによって固定部に固定さ
れる。

【００２２】また、上記スライダ２０は可動体の取付面
２１が形成された水平部２０ａ及びこの水平部２０ａか
ら垂れ下がる一対のスカート部２０ｂ，２０ｂを備えて
断面略サドル状に形成されており、各スカート部２０ｂ
の内面側には軌道レール１０のボール転走溝１１に対向
するゴシックアーチ状の負荷転走溝２３が形成されてい
る。また、各スカート部２０ｂには各負荷転走溝２３に
対応したボール戻し孔２４が形成されており、上記負荷
転走溝２３を転走し終えて荷重から解放されたボール３
が負荷転走溝２３上における転走方向とは逆方向に転走
するようになっている。

【００２３】このスライダ２０は合成樹脂の射出成形を
利用して製作されている。すなわち、上記スライダ２０
は機械加工によって形成された金属製のブロック本体２
５に対して樹脂部２２を射出成形で肉付けして形成され
ており、前述した可動体取付面２１やボール３の負荷転
走面２３等、機械的強度が要求される部位は当該ブロッ
ク本体２５に形成される一方、ボール戻し孔２４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、
可能な限りスライダ２０の軽量化が図られている。

【００２４】図４は上記ボールチェーン１が組み込まれ
たスライダ２０のボール無限軌道を示す断面図であり、
この無限軌道は合成樹脂製の蓋体３０をスライダ２０の
前後両端面に固定することによって完成する。すなわ
ち、蓋体３０をスライタ２０に固定すると、蓋体３０側
のＵ形溝３１内にスライダ２０側のボール案内部２６が
嵌合してＵ字状の方向転換路３２が完成し、この方向転
換路３２によってスライダ２０の負荷転走面２３と上記
ボール戻し孔２４とが連結される。

【００２５】図５は、上記無限軌道におけるボールの転
走状態を示す拡大図である。ゴシックアーチ状に形成さ
れたボール転走溝１１及び負荷転走溝２３の最深部には
各々逃げ溝２７，２７が形成され、ボール３がこれら転
走溝２３，１１を転走している際に上記ボールチェーン
１のベルト部材５が該逃げ溝２７に収容されるようにな
っている。一方、スライダ２０のボール戻し孔２４には
その長手方向に沿って４条の案内溝２８が形成されてお
り、無負荷状態にあるボールチェーン１のベルト部材５
が該案内溝２８によって案内され、ボール戻し孔２４の
内部におけるボールチェーン１の蛇行が防止されるよう
になっている。

【００２６】そして、以上のように構成された本実施例
の直線案内装置によれば、スライダ２０が軌道レール１
０上を移動するとボール３がスライダ２０の負荷転走溝
２３及び軌道レール１０のボール転走溝１１の上を転走
し、ボールチェーン１がスライダ２０に形成された無限
軌道の内部を循環する。

【００２７】このとき、本実施例の直線案内装置では、
図５に示すように、スライダ２０における負荷転走溝２
３の形成位置よりもボール戻し孔２４の形成位置が若干
高くなっており、前述の無限軌道内において前述した本
実施例のボールチェーン１を循環させようとすると、該
ボールチェーン１は無限軌道内においてベルト部材５の
形成位置とは無関係の方向へ屈曲することとなる。

【００２８】この際、本実施例のボールチェーン１は前
述したように何れの方向へも柔軟に屈曲し易い構造を採
用していることから、負荷転走溝２３とボール戻し孔２
４とが図５に示す位置関係を有する場合であっても、こ
れを無理なく屈曲させることができ、無限軌道内におけ
るを循環の円滑化を図ることができるものである。

【００２９】次に、図６は本実施例のボールチェーンを
組み込んだボールねじ装置の一例を示すものである。同
図において、符号５０は所定のリードで螺旋状のボール
転走溝５１が形成されたねじ軸、符号６０はボールチェ
ーン１が組み込まれる無限軌道を備えると共にボール３
を介して上記ねじ軸５０に螺合したナット部材である。

【００３０】ここで、上記ナット部材６０は、該ナット
部材６０を固定するためのフランジ部６１が突設された
鋼製のナット本体６２と、このナット本体６２の前後両
端面に固定される合成樹脂製の一対の蓋体６３，６３と
から構成されている。

【００３１】上記ナット本体６２には、その内径に上記
ねじ軸５０のボール転走溝５１と相対向する螺旋状の負
荷転走溝６４が形成される一方、該ねじ軸５０と平行な
ボール戻し孔６５が穿設されている。また、図７に示す
ように、上記蓋体６３にはナット本体６２の負荷転走溝
６４を転走し終えたボール３を上記ボール戻し孔６５に
導く方向転換路６６が形成されており、該蓋体６３をナ
ット本体６２に固定することでボール３の無限軌道が完
成するようになっている。

【００３２】また、上記ねじ軸５０のボール転走溝５１
及びナット本体６２の負荷転走溝６４はゴシックアーチ
状に形成され、前述の直線案内装置と同様、各溝の最深
部にはボールチェーン１のベルト部材５を収容するため
の逃げ溝が形成されている。

【００３３】更に、上記蓋体６３の方向転換路６６及び
ナット本体６２のボール戻し孔６５には、やはり前述の
直線案内装置と同様、ボールチェーン１のベルト部材５
を案内する４条の案内溝が長手方向に沿って形成されて
おり、上記ねじ軸５０の外周を巻き回されたボールチェ
ーン１は所定の姿勢で蓋体６３の方向転換路６６に収容
されるようになっている。

【００３４】そして、以上のように構成された本実施例
のボールねじ装置によれば、ねじ軸とナット部材が相対
的に回転すると、ボールチェーン１に組み込まれたボー
ル３がナット部材６０の負荷転走溝６４及びねじ軸５０
のボール転走溝５１の上を転走し、ボールチェーン１が
ナット部材６０に形成された無限軌道の内部を循環す
る。

【００３５】このとき、本実施例のボールねじ装置で
は、ボールチェーン１がねじ軸５０の外周に対して螺旋
状に巻き回されていることから、該ボールチェーン１は
捩じれた状態で上記無限軌道を循環している。特にねじ
軸５０の外周から蓋体６３の方向転換路６６にボールチ
ェーン１が進入する際には、図７に示すように、ボール
チェーンを強制的に約９０°捩じって方向転換路に進入
させる必要があり、無限軌道内におけるボールチェーン
の屈伸運動又は捩じれ運動は前述の直線案内装置におけ
る循環よりも激しくならざるを得ない。

【００３６】しかし、本実施例のボールチェーン１は前
述したように何れの方向へも柔軟に屈曲し易く且つ捩じ
れ易い構造を採用していることから、ナット部材の無限
軌道を無理なく循環することができ、かかる無限軌道内
におけるボールチェーンの循環の円滑化を図ることがで
きるものである。

【００３７】また、ボールチェーンに対して屈曲や捩じ
れが頻繁に作用しても、本実施例のボールチェーンでは
連結体ベルトにボールが完全に包持されていることか
ら、ボールが該ボールチェーンから抜け落ちることはな
く、上記無限軌道からボールが脱落するといった事故を
未然に防止す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、本発明のボー
ルチェーンはその連結体ベルトが互いに隣接するボール
の間において括れた形状をなしており、何れの方向へも
柔軟に屈曲し易い他、該ボールチェーンに作用する捩じ
れを吸収し易い構造となっているので、これを直線案内
装置やボールねじ装置等のボール無限軌道内に組み込ん
だ際に、自由に屈曲させて又は捩じって使用することが
可能であり、そのような使用状態においても該ボールチ
ェーンを無限軌道内で円滑に循環させることが可能であ
る。

【００３９】また、本発明のボールチェーンはこれに組
み込まれたボールが連結体ベルトによって完全に包持さ
れた状態にあり、かかるボールチェーンに大きな屈曲や
捩じれが与えられた場合であってもボールが該連結体ベ
ルトから抜け落ちることはないので、このボールチェー
ンを直線案内装置やボールねじ装置等のボール無限軌道
内に組み込むことにより、ボール保持器を用いることな
く、該無限軌道からのボールの脱落を防止することも可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のボールチェーンの実施例を示す正面
図である。

【図２】 図１に示されるボールチェーンのＩＩーＩＩ
線断面図である。

【図３】 本発明のボールチェーンが組み込まれる直線
案内装置の一例を示す断面図である。

【図４】 図３に示す直線案内装置のボール無限軌道を
示す断面図である。

【図５】 図４に示すボール無限軌道内におけるボール
の転走状態を示す断面図である。

【図６】 本発明のボールチェーンが組み込まれるボー
ルねじ装置の一例を示す断面図である。

【図７】 図６に示されるボールねじ装置のＣ部拡大図
である。

【図８】 従来のボールチェーンを示す平面図である。

【図９】 従来のボールチェーンを示す側面図である。

【図１０】 従来のボールチェーンを直線案内装置の無
限軌道に組み込んだ状態を示す断面図である。

【図１１】 従来のボールチェーンの無限軌道内におけ
る循環の問題点を説明する概略図である。

【符号の説明】

１…ボールチェーン、２…連結体ベルト、３…ボール、
４…連結部、５…ベルト部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16C 29/06 F16C 31/06 F16H 25/22

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の間隔をおいて一列に配列された多
   数のボールと、これらボールを回転自在に保持すると共
   に互いに隣接するボールを相互に繋いだ連結体ベルトと
   から構成されるボールチェーンであって、上記連結体ベルトは、上記ボールの球面に沿って、しか
   も該ボールの配列方向に沿って帯状に形成された４本の
   ベルト部材と、互いに隣接するボールの間に配置されて
   これらボールが接すると共に４本のベルト部材を相互に
   連結して束ねる連結部とを備え、 上記連結体ベルトは上記連結部において ボールの外径よ
   りも括れた形状に形成されていることを特徴とするボー
   ルチェーン。
2. 【請求項２】 上記連結体ベルトは各ボールの球面を４
   等分するように上記ベルト部材を配していることを特徴
   とする請求項１記載のボールチェーン。