JPH0656180B2 - ボールケージ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば各種リニアベア
リングの軌道レールとスライダとの間や、旋回ベアリン
グの内輪と外輪との間等に挿入され、一対のベアリング
レースの間に生じる相対的な直線運動や回転運動を支承
するボールケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】リニアベアリングや旋回ベアリング等の
各種ボールベアリングでは、一対のベアリングレースの
間に挟み込まれたボールの転動を利用してこれらベアリ
ングレース相互の直線運動や回転運動を可能としている
が、ボール同士の接触を避けて摩擦抵抗の低減を図
る、ボールを所定の位置に整列させて円滑な運動を得
る、等の目的から、各ボールは金属薄板や合成樹脂から
なるボールリテーナに保持されてベアリングレースの間
に組み込まれるのが一般的である。

【０００３】図18に示すように、ボールリテーナ51には
個々のボール53を収容するポケット52が多数設けられて
おり、各ボール53はこれらポケット52の中で転動するよ
う構成されている。このため前記した2つの目的を達成
することができる。しかし、このボールリテーナ51では
ポケット52に対するボール53の出入りが自由であるた
め、ボールリテーナ51をベアリングレース(図示せず)か
ら分離した際にはボール53が上記ポケット52から転がり
落ちる欠点がある。従って、ボールを収容したボールリ
テーナをベアリングレースに組み付ける作業には熟練を
要し、その自動化は困難である。また、このようなボー
ルリテーナ51をベアリングレースに組み付けるに当たっ
ては、所定のパターンで配列された複数のポケット55に
対してボール53を1つずつ挿入する必要があり、ボール5
3を配列する作業が大変面倒なものとなっている。しか
も、ボールが極端に小さい場合(例えば直径1mm程度)に
は、そのようなボール配列作業の自動化は著しく困難な
ので、これらボールの配列作業は人的労力に頼らざるを
得ないという問題点もあった。

【０００４】一方、上記ボールリテーナと同様にベアリ
ングレースを転走するボールを整列させるものとしてボ
ールケージがある。従来のボールケージは金属薄板をプ
レス加工した保持部材に多数のボールを転動自在に組み
込んだものであり、各ボールが保持部材に形成されたポ
ケットから転がり落ちることがないよう加工が施されて
いる。すなわち、図19に示すように、保持部材54に形成
されたポケット55の周縁にはプレス加工時に予め突片56
が立設されており、ボール53をポケット55に収容した後
に上記突片56をかしめてボール53をポケット55内に封じ
込めている。従って、このボールケージ57はベアリング
レース(図示せず)から完全に分離した際にもボール53が
保持部材54のポケット55に係止されているので、上記リ
テーナ51に比較してベアリングレースへの組み付け作業
を容易に行えるといった利点を有している。

【０００５】しかし、従来のボールケージはボール53を
ポケットへ収容した後に突片56をかしめる加工が必要が
あり、その製作に手間やコストがかかるといった問題点
があった。また、加工誤差等により突片56がボール53を
圧迫することもあり、ボール53の円滑な回転が阻害され
るといった問題点もあった。更に、このボールケージに
あっても、保持部材54に配列された複数のポケット55に
対してボール53を1つずつ挿入しなければならないのは
前記ボールリテーナ51と同様であり、この点においても
従来のボールケージはその製作に手間のかかるものであ
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこれら従来の
ボールリテーナやボールケージの取扱い辛さや加工性の
悪さに鑑みなされたものであり、その目的とするところ
は、極めて容易に製作をすることができると共にその自
動化も可能であり、且つ、ボールが転がり落ちる心配が
なく取扱いが極めて容易なボールケージを提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは上記目的
を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、以下の技術的手段
を案出するに到った。すなわち、本発明は、ベアリング
レースを転走する多数のボールと、これらボールが所定
の配列で転動自在に組み込まれた保持部材とから構成さ
れるボールケージであり、上記保持部材が上記ボールを
金型内に中子として配置した合成樹脂の射出成形によっ
て作られていることを特徴とするものである。

【０００８】先ず、本発明のボールケージの製造手順に
ついて図1を参照しながら簡単に説明する。先ず、図1
(A)に示すように、型開きされた固定型5と可動型6のい
ずれか一方(図中では固定型5)にボール4をセットする。
固定型5及び可動型6の双方には型締め時にボール4を固
定するための座7が設けれており、ボール4はこの座7の
上にセットされる。次に、図1(B)に示すように固定型5
と可動型6とを型締めし、ボール4が中子として固定され
たキャビティ8を形成した後、図1(C)に示すようにこの
キャビティ8へ保持部材となる合成樹脂9を射出する。そ
して、射出した合成樹脂9が金型温度まで冷却された後
に、図1(D)に示すように固定型5と可動型6とを型開き
し、ボール4が保持部材9の所定の位置に組み込まれた本
発明のボールケージ1が取り出される。

【０００９】このような技術的手段によってボールを保
持部材に組み込んだ場合には、保持部材がボールの円滑
な回転を阻害することが懸念される。しかし、本発明に
おいては以下の理由によりボールの円滑な回転が確保さ
れている。一般に、射出成形で作られた合成樹脂の製品
は、金型から取り出された後も僅かではあるが数時間に
亘って収縮が進行している。そして、その収縮は常に肉
厚の中心に向かっている。例えば、成形品が円柱である
ときは円柱の軸芯に向かって収縮が進行するので、数時
間放置した後の円柱の直径は金型から取り出した直後の
直径よりも小さくなる。また、図17のように成形品15が
ドーナッツ状であるときは矢線方向に向かって収縮が進
行するので、数時間放置した後の中心孔16の直径は金型
から取り出した直後の直径よりも大きくなる。本発明は
後者の原理を利用するものであり、成形されたボールケ
ージを金型から取り出して数時間放置しておくと、保持
部材の収縮によってボールと保持部材との間に極僅かな
隙間(以下、この隙間をボールクリアランスと記載する)
が発生する。従って、本発明のボールケージは金型から
取り出した直後はボールと保持部材とが密着しているの
でボールは回転しないが、保持部材が収縮を開始すると
ボールが回転するようになる。尚、金型からボールケー
ジを取り出した後にボールが回転するようになるまでの
時間は、保持部材を成形する樹脂の材質によって異な
る。

【００１０】本発明において保持部材に適している合成
樹脂としては、射出成形後の保持部材の収縮を利用して
ボールを回転自在としているので、収縮率が大きく且つ
柔軟性のある材質であって、収縮を阻害するガラス繊維
等の添加物を含まない材質が好ましい。また、転動する
ボールが接触することから潤滑性及び耐磨耗性に優れ、
面粗度の小さい材質であることが好ましい。本願発明者
らが試作した結果によれば、ナイロン系の合成樹脂が好
ましく、特にナイロン-6が本発明に適している。また、
ナイロン-66やナイロン-46も射出条件等によっては使用
可能である。

【００１１】本発明において保持部材の肉厚はボール直
径の約1/4〜3/4程度であるが、肉厚が薄くなるにつれ保
持部材に包持されているボールの球面は小さくなるの
で、保持部材の成形後に発生するボールクリアランスの
大きさによってはボールが保持部材から脱落することも
ある。従って、保持部材の肉厚はボール直径や使用する
合成樹脂の収縮率に応じて適宜決定される必要がある。

【００１２】また、本発明ではボールと保持部材との間
に生じる隙間は最大でも約0.1mm程度なので、ボールに
油膜が付着しているとボールの円滑な回転が阻害され
る。従って、ボールを射出成形の金型にインサートする
際には、予めこれを洗浄して油膜を取り除いておく必要
がある。

【００１３】ところで、本発明においてはボールクリア
ランスが大きい程にボールが円滑に転動すると言え、そ
のためにはボールクリアランスが大きくなるように保持
部材の形状を意図的に設計するのが望ましい。具体的に
は、保持部材のボール周縁部に厚肉部と薄肉部とを形成
する。この形状によれば、厚肉部は薄肉部より大きく収
縮するのでボールとの隙間すなわちボールクリアランス
が大きくなる一方、薄肉部は厚肉部の収縮に引っ張られ
て伸長するので更に厚肉部のボールクリアランスを大き
くすることができる。このように保持部材のボール周縁
に厚肉部と薄肉部とを形成した場合、ボールは主に厚肉
部によって保持部材に係止されている。厚肉部の方が薄
肉部よりボールの球面を包持している面積が広いからで
ある。従って、厚肉部によってボールを十分に係止する
ことができる場合には、薄肉部は互いに隣接する厚肉部
と厚肉部とを連結する役割だけ果たせば良く、連結強度
の得られる最低の厚さ(例えば、約0.2mm)で差し支えな
い。

【００１４】

【作用】上記技術的手段は次のように作用する。保持部
材はボールを金型内に中子として配置した合成樹脂の射
出成形によって製作されるので、上記保持部材はボール
が所定の配列で組み込まれた状態で成形される。従っ
て、ボールを一つづつ保持部材に挿入する手間がない。
また、合成樹脂が収縮するのに伴い保持部材とこれに組
み込まれたボールとの間には隙間が生じるので、ボール
は保持部材に組み込まれた状態で自在に転動する。更
に、ボールを中子として保持部材が成形されるので、ボ
ールはその球面が保持部材に包持されており、故意に外
力を加えない限りボールが保持部材から抜け落ちること
はない。

【００１５】

【実施例】以下添付図面に基づいて本発明のボールケー
ジを詳細に説明する。図2及び図3は本発明を適用したボ
ールケージ1の第一実施例を示すものであり、また、図7
乃至図10はこの第一実施例に係るボールケージ1を用い
たリニアスライドベアリングを示すものである。先ず上
記リニアスライドベアリングの構成について説明し、そ
の後で本実施例のボールケージ1について説明する。

【００１６】上記リニアスライドベアリングは、案内す
べき可動体(図示せず)をベッドやテーブル等の固定部
(図示せず)に沿って直線往復運動させるものであり、図
8に示す分解斜視図に示されるように、上記固定部に配
設されるチャネル状の軌道レール2(ベアリングレース)
と、上記可動体に配設されて軌道レール2の凹溝内を予
め定められたストロークで往復運動するスライダ3(ベア
リングレース)と、上記軌道レール2とスライダ3との間
に組み込まれたボールケージ1とから構成されている。

【００１７】上記軌道レール2は、図11及び図12に示す
ように、基底部21の両側端から一対の側壁部22が立ち上
がったチャネル状に形成されており、各側壁部22の内面
側には夫々2条のボール転走溝23,23が軸方向に沿って設
けられている。各ボール転走溝23,23,…は基底部21の底
面と45°の角度をなす方向に、且つ、互いに隣接するボ
ール転走溝23と収束する方向に面して形成されている。
また、上記基底部21には、この軌道レール2を固定部へ
取り付けるためのボルトあるいはビスが螺合するねじ孔
24が設けられている。

【００１８】また、上記スライダ3は、図13及び図14に
示すように、可動体が固定される取付部31の両側端から
一対の袖部32が垂下したチャネル状に形成されており、
各袖部32の外面側には上記軌道レール2のボール転走溝2
3,23,…と相対向するように一対の負荷ボール溝33,33が
形成されている。また、上記取付部31には、このスライ
ダ3を可動体へ取り付けるためのボルトあるいはビスが
貫通する取付孔34が設けられている。

【００１９】このように構成される上記軌道レール2と
スライダ3は、図9に示すように、ボールケージ1のボー
ル4を相対向するボール転走溝23と負荷ボール溝33との
間に挟み込むようにして組み合わされ、ボール4の転動
によってスライダ3を軌道レール2内で自在に往復運動さ
せて使用される。この際、ボールケージ1もボール4の転
動に伴って軌道レール2内を移動するので、スライダ3は
上記ボールケージ1が軌道レール2から脱落しない範囲で
有限ストロークの往復運動をすることができる。

【００２０】次に、本実施例のボールケージ1について
説明する。この実施例に係るボールケージ1は、図2及び
図3に示すように、合成樹脂製の保持部材9に多数のボー
ル4が所定の配列で転動自在に組み込まれたものであ
る。上記保持部材は、一対のボール保持部12,12が屈曲
部13を介して基部11の両側に連結されたものであり、各
ボール保持部12には上記軌道レール2の一方の側壁22に
形成された2条のボール転走溝23,23を転走するボール4
が2列で組み込まれている。また、各ボール保持部12に
は2列に配列されたボール4を仕切るように切込部14が形
成されている。

【００２１】この保持部材9はボール4を金型(図示せず)
内に中子として配置した合成樹脂の射出成形によって製
作される。その際の金型内におけるボール4の配列は図2
に示される通りである。射出成形に用いられる合成樹脂
はナイロン-6(ジェイエスアールアライド社製)であり、
射出圧力は80kgf/cm²、充填時間は0.2sec、射出後の金
型保持時間は3.0secである。また、金型の型締力は120k
gf/cm²、金型温度は80〜120°Cである。このようにして
本実施例ではボール4を中子として保持部材9を射出成形
しているので、金型からは上記保持部材9に所定の配列
でボール4が組み込まれたボールケージ1が取り出され
る。その際、ボール4はその球面が保持部材9に包持され
ているので、故意に外力を加えない限り保持部材9から
抜け落ちることはない。

【００２２】金型から取り出した直後のボールケージ1
は、保持部材9とボール4とが密着しているのでボール4
は回転しない。しかし、ナイロン-6は射出成形後も約70
時間に亘って収縮が進行するので、成形後1〜2日すると
保持部材9とボール4との間に隙間が発生してボール4が
自在に転動するようになる。また、本実施例ではボール
4の転動が一層円滑となるように、保持部材9のボール周
縁部に厚肉部と薄肉部とを形成し、保持部材9とボール4
との隙間の発生を促進させている。具体的には図4及び
図5に示すように、薄肉部17より若干厚みのある厚肉部1
8をボール4の両側に設け、互いに隣接するボール4とボ
ール4との間をこの厚肉部18で繋いだ。厚肉部18は薄肉
部17より大きく収縮するので、このような形状に保持部
材9を成形すると、図4及び図6に示すように厚肉部18は
実線矢印の方向へ収縮する一方、薄肉部17は厚肉部18の
収縮に伴い破線矢印の方向へ伸長する。その結果、保持
部材9のボール周縁は図6に示すように楕円形状に変形
し、厚肉部18とボール4との間により大きな隙間を形成
することができる。

【００２３】図9に示されるように、ボールケージ1は軌
道レール2とスライダ3との間に挟み込まれた際に断面略
倒コ字状をしているが、保持部材9は図3に実線で示すよ
うな略平板状に射出成形される。これはボール4を金型
内に中子として配列する際の作業性の向上と金型形状の
単純化を図ったためである。つまり、図3に実線で示す
形状の保持部材9を射出成形するに当たっては、金型内
の水平な面にボール4を配列すれば良いので、その配列
作業を容易に行うことができる。これに対し、図9に示
す形状の保持部材9を射出成形しようとすれば、金型内
の互いに向き合った面に対してボール4を配列しなけれ
ばならないので、その配列作業が困難となる他、配列し
たボール4を金型に吸い付けるための手段が必要となり
金型のコストが嵩む。従って、本実施例では上記保持部
材9を図3に実線で示す略平板状に射出成形し、軌道レー
ル2に組み込む際には屈曲部13を折り曲げて一対のボー
ル保持部12を一点鎖線で示す位置へ起こすようにしてい
る。

【００２４】尚、前記のように本実施例のボールケージ
1は強制的に折り曲げられて軌道レール2とスライダ3と
の間に挿入されるが、折り曲げられたボールケージ1は
軌道レール2の中で拡開しようとするので、このままで
はスライダ3の運動に余分な摺動抵抗が作用してしま
う。このため、本実施例では、軌道レール2とスライダ3
との間にボールケージ1を強制的に挿入したリニアベア
リングをオーブンに入れ、保持部材9を成形した際の金
型温度まで加熱してから空気中で自然冷却するようにし
ている。その結果、保持部材9の屈曲部13は折れ曲がっ
た形状に再成形されるので、ボールケージ1の拡開しよ
うとする力が失われ、スライダ3に作用する摺動抵抗を
大幅に減じることができる。

【００２５】図15及び図16は本発明の第二実施例に係る
ボールケージ41を示すものであり、図7に示すリニアス
ライドベアリングに適用し得るものである。この第二実
施例に係るボールケージ41は保持部材10及びこれに組み
込まれた多数のボール4から構成されており、上記保持
部材10は、第一実施例と同様に一対のボール保持部43,4
3を屈曲部45を介して基部42の両側に連結したものであ
る。また、各ボール保持部43には軌道レール2の一方の
側壁22に形成された2条のボール転走溝23,23を転走する
ボール4が2列で組み込まれている。しかし、基部42とこ
れに隣接するボール保持部43とを連結する屈曲部45が金
属プレートで形成されている点が第一実施例とは異な
る。

【００２６】保持部材10は金型内に所定の配列で上記金
属プレート45及びボール4を固定した合成樹脂の射出成
形によって製作される。成形金型から取り出したボール
ケージ41の形状は図16に実線で示すものであるが、軌道
レール2とスライダ3との間に組み込む際には一点鎖線で
示すように金属プレート45を上方へ折り曲げて使用され
る。

【００２７】以上のようにして作られ且つ使用される各
実施例のボールケージ1(又は41)は、ボール4を中子とし
て保持部材9(又は10)を射出成形する以外には何ら特別
な加工が必要なく、極めて容易にその製造を行うことが
できる。また、合成樹脂の射出成形のみで製造されるの
で、各実施例で示す形状以外にも様々な形状に加工する
ことができ、各種ベアリングに使用されている従来のリ
テーナやボールケージを本発明のボールケージに置き換
えることも可能であり、その利用可能性は大である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のボー
ルケージによれば、保持部材はボールを金型内に中子と
して配置した合成樹脂の射出成形によって製作されるの
で、従来のボールケージのように保持部材にボールを一
つずつ保持部材に挿入する手間がなく、その製造を極め
て容易に行うことができる。また、ボールを中子として
保持部材が成形されることから、故意に外力を加えない
限りボールが保持部材から抜け落ちることはなく、保持
部材を射出成形する以外には何ら特別な加工が必要無い
ので、この点においてもその製造を極めて容易に行うこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のボールケージの製作手順を示す図で
ある。

【図２】 本発明のボールケージの第一実施例を示す平
面図である。

【図３】 本発明のボールケージの第一実施例を示す正
面図である。

【図４】 第一実施例に係るボールケージの要部平面図
である。

【図５】 図4のV-V線断面図である。

【図６】 第一実施例に係るボールケージのボール周辺
拡大図である。

【図７】 第一実施例に係るボールケージを適用し得る
リニアスライドベアリングを示す斜視図である。

【図８】 リニアスライドベアリングの分解斜視図であ
る。

【図９】 リニアスライドベアリングの断面図である。

【図１０】 リニアスライドベアリングの平面図であ
る。

【図１１】 リニアスライドベアリングの軌道レールを
示す正面図である。

【図１２】 リニアスライドベアリングの軌道レールを
示す平面図である。

【図１３】 リニアスライドベアリングのスライダを示
す正面図である。

【図１４】 リニアスライドベアリングのスライダを示
す平面図である。

【図１５】 本発明のボールケージの第二実施例を示す
平面図である。

【図１６】 本発明のボールケージの第二実施例を示す
正面図である。

【図１７】 射出成形による合成樹脂製品の収縮の方向
を示す参考図である。

【図１８】 従来のボールリテーナの要部を示す断面図
である。

【図１９】 従来のボールケージの要部を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

1…ボールケージ、2…軌道レール(ベアリングレース)、
3…スライダ(ベアリングレース)、4…ボール(ボール)、
9…保持部材、12…ボール保持部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベアリングレースを転走する多数のボー
   ルと、これらボールが所定の配列で転動自在に組み込ま
   れた保持部材とから構成されるボールケージであり、上
   記保持部材は上記ボールを金型内に中子として配置した
   合成樹脂の射出成形によって作られていることを特徴と
   するボールケージ。
2. 【請求項２】 上記保持部材のボール周縁には厚肉部と
   薄肉部とが形成されていることを特徴とする請求項1記
   載のボールケージ。