JPH0988953A - リニアボールブッシュ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボール２の脱落防止のための加締作業を不要
にする。 【解決手段】 保持筒３の保持穴３ａの中心Ｏ３は保持
器１のポケット１ａの中心Ｏ１から軸方向に距離Ｓだけ
ずれ、その周縁一部がポケット１ａの一部を外径側から
覆っている。そのため、ポケット１ａに収容されたボー
ル２の外径側への移動は、保持穴３ａのポケット１ａを
覆う周縁一部によって規制される。また、保持器１の両
端部外径には突部１ｂが一体に設けれ、それぞれが保持
筒３の端部に軸方向に係合して、保持器１と保持筒３と
の位置ずれを防止している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に軸方向運動す
る機械要素を支持するために使用されるリニアボールブ
ッシュに関する。

【０００２】

【従来の技術】リニアボールブッシュはボールを使用し
ているため、滑りブッシュ等に比べ、有限ストロークの
繰り返し摺動および回転運動に対する摩擦トルクが非常
に小さくなるという利点がある。

【０００３】図４に示すように、リニアボールブッシュ
は、円筒状の保持器１１に適宜間隔で形成した多数のポ
ケット１１ａにボール１２を転動自在に収容したもので
あるが、一般に、内径を軸（又は円筒内輪）、外径をハ
ウジング（又は円筒外輪）に装着するため、ボール１２
が保持器１１のポケット１１ａから脱落しないよう組み
付けておく必要がある。そのため、ポケット１１ａの形
状を、その内径側がボール１２の直径よりも小さく、外
径側がボール１２の直径よりも大きな２段形状とし、各
ポケット１１ａにそれぞれ外径側からボール１２を収容
した後、ポケット１１ａの外径側周縁を適宜箇所１１ｂ
において加締めている。そして、このような加締作業を
行なう際の作業性を考慮して、一般に、鉄系材料よりも
加工性に優れ、加締加工が容易な銅合金を保持器材質と
して用いている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、リニアボー
ルブッシュには多数のボール１２が収容されるため、上
記のような加締作業には多くの工数が必要であり、その
ため、コスト高を招いていた。

【０００５】また、保持器１１の材質、肉厚、形状等に
応じて加締条件を変更することが必要であり、加締条件
の管理が大変であった。特に、加締量を管理するのが難
しく、加締量が過小の場合にはボール１２の脱落が予想
され、加締量が過大の場合には保持器１１が加締により
変形したり、加締部分１１ｂによってボール１２の自由
な転動が妨げられたりする心配があるため、加締部分１
１ｂを後加工しなければならない場合があった。

【０００６】さらに、例えば、真空中での使用を目的と
して、保持器の材質を銅合金からステンレス鋼等に変更
するような場合には、加締条件のみならず、周辺の加締
治具の変更まで余儀なくされることがあった。また、真
空中で使用する場合には、グリース等の流体潤滑剤を用
いることができないため、潤滑性の確保が問題となる。

【０００７】本発明は、上記のようなリニアボールブッ
シュにおける加締作業を不要とすることにより、工程管
理上、品質管理上の簡素化を図り、これにより、リニア
ボールブッシュのコスト低減に寄与すると共に、真空中
などの流体潤滑剤を用いることのできない特殊環境下で
の使用に好適なリニアボールブッシュを提供することを
その目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、自己潤滑性を有する樹脂からなり、多数
のポケットを有する円筒状の保持器と、保持器の各ポケ
ットに転動自在に収容されたボールと、保持器の外径に
嵌合され、各ポケットに対応した保持穴を有し、かつ、
保持穴の周縁がポケットの一部を外径側から覆う金属製
の保持筒とを備えたリニアボールブッシュであって、保
持器の両端部外径に、それぞれ、保持筒の端部と係合す
る突部を設けた構成を提供する。

【０００９】上記構成により、保持器のポケットに収容
されたボールの外径側への移動が、保持器の外径に嵌合
された保持筒の保持穴の周縁部によって規制されるの
で、従来のようなボール脱落防止のための加締作業を不
要にすることができる。また、保持器が自己潤滑性を有
する樹脂で形成されていることにより、ボールとの接触
部における摩擦力が低減され、また、ボールの表面に保
持器からの潤滑成分による転着被膜が形成されるので、
良好な潤滑状態が長期にわたって維持される。

【００１０】上記のような保持器を形成する樹脂として
は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦ
Ｅ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル
ビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエ
チレン−ヘキサプロロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、
テトラフロオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦ
Ｅ）、ポリクロロトリフロロエチレン樹脂（ＰＣＴＦ
Ｅ）、ポリビニルフルオライド樹脂（ＰＶＦ）等のフッ
素系樹脂、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯ
Ｍ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテ
ルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（Ｐ
ＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレ
ンサルファイド（ＰＰＳ）、熱可塑性ポリイミド等の熱
可塑性樹脂の他、コプナ樹脂、フェノール樹脂、全芳香
族ポリイミド（ＰＩ）等の熱硬化性樹脂等を用いること
ができる。ただ、無潤滑（流体潤滑剤を使用しない）
環境下での最適運転を確保するため、良好な自己潤滑性
を有すること、耐久性確保の観点から機械的特性、摩
耗特性、熱的特性に優れていること、製作コスト低減
の観点から安価でかつ易成形性に優れた材料であること
が望ましいことを考慮すると、これら樹脂の中でも、コ
プナ樹脂が特に好ましいと考えられる。 ここで、「コ
プナ樹脂」は、ナフタレン、アントラセン、フェナント
レン、ピレン、コールタールピッチ等の多環芳香族炭化
水素を酸触媒によりパラキシリレングリコールで架橋し
た熱硬化性樹脂である。その反応は、脱水を伴う親電子
置換反応で進行し、縮合多環芳香族核がペンジル型結合
で多数連結された構造となり、縮合多環多核芳香族樹
脂”Condensed Polynuclear Aromatic Resin”と命名さ
れている。略称として、下線部を集めて「ＣＯＰＮＡ樹
脂」と呼ばれている。

【００１１】コプナ樹脂は、耐熱性、摺動特性、機械特
性、耐薬品性にすぐれ、かつ、易成形加工性、コストパ
ーフォーマンスを兼ね備えている。コプナ樹脂は、現
在、住金化工（株）より、「ＳＫレジン」の商標名で上
市されている。

【００１２】耐熱性の点に関しては、耐熱性に優れたフ
ェノール樹脂やポリイミド樹脂が３００°Ｃ乃至３５０
°Ｃで重量減少が始まるのに対し、コプナ樹脂（ＳＫレ
ジン）は４００°Ｃを超えて初めて重量減少が始まり、
極めて優れた耐熱分解性を示す。

【００１３】摺動特性に関しては、充填材無添加のもの
の限界ＰＶ値が２０００ｋｇｆ／ｃｍ²・ｃｍ／ｓであ
り、ＰＴＦＥ又は黒鉛添加の複合材では２８００〜４４
００ｋｇｆ／ｃｍ²・ｃｍ／ｓである。さらに、熱処理
品の限界ＰＶ値が６２５０ｋｇｆ／ｃｍ²・ｃｍ／ｓに
達することが確認されており、摺動特性に優れたポリイ
ミド複合材の４５００〜５５００と同程度の優れた摺動
特性を示す。

【００１４】比摩耗量に関しては、黒鉛添加品で０．０
２ｍｍ³／ｋｇｆ・ｋｍ程度であり、耐摩耗性において
極めて優れた材料である。

【００１５】易成形性に関しては、１００°Ｃ程度で十
分な流動性を示すため、トランスファー成形はもちろん
射出成形、積層成形も適用可能であり、フェノール樹脂
とほぼ同条件で成形でき、量産への対応も可能である。

【００１６】上記に例示した樹脂の他、上記樹脂と同程
度かあるいはさらに優れた物性（摺動特性、機械的特性
等）を有する樹脂を採用することもできる。また、これ
ら樹脂は、単独で用いる他、２種類以上を混合して用い
ても良い。さらに、本発明の効果を妨げない範囲で、各
種充填材を配合しても良い。充填材としては、ガラス繊
維、炭素繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウムウィス
カ、ウォラストナイト、ホウ酸アルミニウムウィスカ、
硫酸カルシウムウィスカ等の補強材や、二硫化モリブデ
ン、グラファイト、カーボン、炭酸カルシウム、タル
ク、マイカ、カオリン、酸化鉄、ガラスビーズ、リン酸
化合物などの無機粉末、ポリイミド樹脂、芳香族ポリエ
ステル樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリフェニレン
サルファイド樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂粉末、シ
リコーンオイル、フッ素オイル、ワックス、ステアリン
酸化合物などの内部滑材など種々の充填材を例示するこ
とができる。

【００１７】上述のように、本発明は、保持器の外径に
嵌合した保持筒の保持穴の周縁部でボールの脱落を防止
する構成を有するため、保持器と保持筒との間に相対的
な位置関係のずれが生じると、ボールがポケットから脱
落し易くなったり、あるいは、保持穴の周縁部がボール
と干渉してしまうことが予想される。特に、保持器は樹
脂製、保持筒は金属製であり、両者の線膨張係数の違い
から、周囲温度の変化によって嵌合部分の締代が大きく
変化するような場合、両者の位置ずれが生じ易い。そこ
で、本発明では、保持器の両端部外径に突部を設け、そ
れぞれを保持筒の端部に係合させることにより、保持器
と保持筒との位置ずれを防止することとした。このよう
な突部は、保持器のオリジナルな形状（成形品としての
形状）としても良いが、保持器素材の熱処理に伴う熱変
形を利用して形成することができる。この場合の熱処理
は、保持器の外径に保持筒を嵌合し、ボールを保持器の
ポケットに収容し、保持筒の保持穴の周縁でポケットの
一部を外径側から覆った状態、すなわち、組立完了品に
対して行なう。例えば、保持筒の軸方向寸法を保持器の
軸方向寸法よりも所定寸法だけ短くしておき、組立後の
状態において、保持器の両端部に保持筒に嵌合されない
領域を設ける。この組立品を加熱処理すると、保持器と
保持筒はそれぞれ熱膨張するが、線膨張係数は樹脂製の
保持器よりも金属製の保持筒の方が小さいため、保持器
の保持筒に嵌合された領域は保持筒によって熱膨張が規
制され、保持器の保持筒に嵌合されていない両端部側領
域は保持筒によって規制されずに熱膨張する。そのた
め、保持器の熱膨張が規制された領域には成形時の残留
応力が緩和されずに残存し、熱膨張が規制されなかった
両端部側領域は残留応力が充分に緩和される。このよう
な残留応力の差異が生じるため、常温まで冷却して収縮
させた時、保持器の両端部側領域は残留応力が緩和され
た分、完全には収縮せず、元の寸法に対して変形（ヒス
テリシス）が残り、突部形状になる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。図１に示すリニアボールブッシュは、多数のポ
ケット１ａが適宜間隔で形成された円筒状の保持器１
と、保持器１のポケット１ａに転動自在に収容されたボ
ール２と、保持器１の外径に嵌合された保持筒３とで構
成される。保持器１は自己潤滑性を有する樹脂例えばコ
プナ樹脂で形成され、保持筒３は金属材で形成されてい
る。真空中で使用する場合は、ボール２はマルテンサイ
ト系ステンレス鋼、保持筒３は高力黄銅で形成すると良
い。あるいは、ボール２はセラミック、保持筒３はマル
テンサイト系ステンレス鋼で形成しても良い。さらに、
ボール２の表面に固体潤滑被膜（結晶性のＰＴＦＥ等か
らなる被膜など）を形成した構成を併用しても良い。

【００１９】図１ｂに拡大して示すように、保持器１の
ポケット１ａは、内径側の径Ｄ１がボール２の直径Ｄ０
よりも小径で、外径側の径Ｄ２がボール２の直径Ｄ０よ
りも大径の２段形状であるが、図４に示すものと異な
り、加締めはなされていない。そのため、保持筒３を嵌
合していない状態では、ボール２はポケット１ａによっ
て内径側への移動のみが規制され、外径側への移動は規
制されない。

【００２０】保持筒３は、保持器１のポケット１ａに対
応した多数の保持穴３ａを有する。この実施例では、保
持穴３ａはポケット１ａと同径であるが、図１ｃに示す
ように、その中心Ｏ３がポケット１ａの中心Ｏ１から軸
方向に距離Ｓだけずれ、その周縁一部がポケット１ａの
一部を外径側から覆っている。そのため、ポケット１ａ
に収容されたボール２の外径側への移動は、保持穴３ａ
のポケット１ａを覆う周縁一部によって規制される。し
たがって、ボール２は、ポケット１ａの内径側と保持穴
３ａの周縁一部とによって内・外径側への移動を規制さ
れ、これにより、保持器１からの脱落が防止される。

【００２１】以上のように、この実施例のリニアボール
ブッシュは、保持器１のポケット１ａと保持器１の外径
に嵌合した保持筒３の保持穴３ａとの軸方向のずれによ
ってボール２を保持するので、保持器１と保持筒３との
位置関係が図１に示す状態からさらにずれると、ボール
２がポケット１ａから脱落し易くなったり、あるいは、
保持穴３ａの周縁部がボール２と干渉してしまうことが
予想される。そこで、保持器１の両端部外径に突部１ｂ
（それぞれ軸方向寸法Ｓ）を一体に設け、図２に拡大し
て示すように、それぞれを保持筒３の端部に軸方向に係
合させることにより、両者の位置ずれ特に軸方向の位置
ずれを防止している。このような突部１ｂは、両端部側
領域の全周にわたって設けても良いし、円周方向に部分
的に設けても良い。また、保持器１と保持筒３との円周
方向の位置ずれが懸念される場合は、図３に示すよう
に、突部１ｂを円周方向に部分的なものとすると共に、
保持筒３の端部に爪部３ｂ設け、両者を円周方向にも係
合させる構成にすると良い。

【００２２】上記のような突部１ｂは、保持器１のオリ
ジナルな形状（成形品としての形状）としても良いが、
熱処理による変形を利用して形成することができる。

【００２３】このリニアボールブッシュは、例えば、以
下に示す工程を経て製作される。 （１）まず、保持器１となる円筒素材（保持器素材：樹
脂製）の外径に、保持器素材よりも軸方向寸法が２Ｓだ
け短い所定肉厚の円筒素材（保持筒素材：金属製）を圧
入する。リニアボールブッシュの大きさによっては、保
持筒３をかなり薄肉に仕上げる必要があるが、このよう
場合には、厚肉の保持筒素材を保持器素材の外径に嵌合
した状態で切削加工を行なうことにより、加工時の変
形、保持器１への圧入時の変形等を回避することができ
る。また、薄肉円筒加工用の特別な治具等を準備する必
要がなく、しかも加工も容易である。 （２）つぎに、保持器１のポケット１ａと保持筒３の保
持穴３ａとを同時に穴加工する。したがって、ポケット
１ａと保持穴３ａとは同径であり、この時点では、両者
の中心Ｏ１、Ｏ３は一致している。このように、ポケッ
ト１ａと保持穴３ａとを一体で穴加工することにより、
工程を簡略化できるばかりでなく、保持筒３が薄肉の場
合、穴加工時の変形を回避することができ、また、穴加
工の精度を確保することができる。尚、図１ｂに示すよ
うな、２段形状のポケット１ａはドリル等の加工工具の
先端位置決めにより、一発で加工が可能である。 （３）そして、ボール２を保持穴３ａを介して外径側か
らポケット１ａに収容した後、保持筒３を保持器１に対
して所定量Ｓだけ軸方向に相対移動させる。この時の相
対移動量Ｓによって、保持穴３ａの中心Ｏ３とポケット
１ａの中心Ｏ１とのずれ量Ｓが決まる。ずれ量Ｓは保持
筒３の材質、肉厚、必要保持力等に応じて任意に設定す
れば良い。このようにして、保持筒３を保持器１に対し
て所定量Ｓだけ軸方向に相対移動させると、保持穴３ａ
の周縁一部がポケット１ａの一部を外径側から覆い、ボ
ール２の脱落を防止すると共に、保持器１の両端部に保
持筒３に嵌合されない領域（それぞれ軸方向寸法Ｓ）が
できる。 （４）さらに、上記のような組立品を恒温槽に入れ、所
定温度で所定時間（例えば２００°Ｃで８時間）加熱し
た後、室温まで冷却する。そうすると、上述したよう
に、保持器１の保持筒３に嵌合されない両端部側領域
（軸方向寸法Ｓ）は熱膨張によって残留応力が緩和され
た分、完全には収縮せず、元の寸法に対して変形（ヒス
テリシス）が残り、突部１ｂができる。

【００２４】尚、保持筒３の肉厚が、保持穴３ａの穴加
工、保持器１への圧入時の変形を生じない程度に確保で
きる場合には、保持筒３と保持器１とをそれぞれ個別に
仕上げ、保持筒３を保持器１の外径に嵌合した後、ポケ
ット１ａ、保持穴３ａの穴加工を行なう、あるいは、保
持筒３を保持器１の外径に嵌合する前に、ポケット１
ａ、保持穴３ａの穴加工を個別に行なうようにしても良
い。保持器１が自己潤滑性を有する樹脂で形成されてい
るため、圧入時の摩擦力が軽減され、圧入作業を容易に
行なうことができる。尚、後者の場合、保持穴３ａの中
心Ｏ３とポケット１ａの中心Ｏ１とに所定量のずれが生
じるように、圧入作業を行なうと良い。

【００２５】また、突部１ｂを、保持器１のオリジナル
な形状（成形品としての形状）とする場合は、保持器１
の弾性を利用して、保持筒３を図１に示す状態に嵌合す
ると良い。

【００２６】さらに、保持穴３ａの中心Ｏ３とポケット
１ａの中心Ｏ１とのずれは軸方向のみならず、円周方
向、あるいは、軸方向および円周方向の両方向としても
良い。この場合、保持器１と保持筒３とを図３に示す態
様で係合させ、軸方向および円周方向の位置ずれを防止
すると良い。

【００２７】この実施例のリニアボールブッシュは、真
空中等の特殊環境下での使用のみならず、一般環境下に
おいてグリース等の流体潤滑剤を併用して使用すること
もでき、その場合、従来構成に比べ、潤滑性、耐久性は
格段に高くなる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のリニアボ
ールブッシュは、保持器の外径に嵌合した保持筒の保持
穴の周縁部によってボールを保持するので、従来のよう
なボール脱落防止のための加締作業は不要である。その
ため、従来に比べ、多数のボールの保持作業を一度に行
ない得る点で大幅な工数削減が可能となり、工程管理上
有利であるばかりでなく、保持器の加締による変形、加
締部分の加締量過大による相手部材との干渉を生じさせ
る心配もなく、さらに加締部の後加工の必要もないの
で、品質管理上も有利である。

【００２９】また、保持器を自己潤滑性を有する材料で
形成したので、ボールとの接触部における摩擦力が低減
されると同時に、ボールの表面に保持器からの潤滑成分
による転着被膜が形成されるので、良好な潤滑状態が長
期にわたって維持される。そのため、真空中などの特殊
環境下、あるいは、一般環境下における耐久性が格段に
向上する。

【００３０】さらに、保持器の両端部外径に保持筒の端
部と係合する突部を有するので、組立後において、保持
器と保持筒との間に相対的な位置関係のずれが生じにく
く、安定したボールの保持機能を有する。このような保
持器の突部は、熱処理に伴う熱変形を利用して形成する
ことにより、製造金型の簡略化、圧入作業の容易化、係
合力の安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わるリニアボールブッシュ
の断面図（図ａ）、図ａにおけるｂ部の拡大図（図
ｂ）、図ｂにおけるｃ方向矢視図（図ｃ）である。

【図２】図１におけるリニアボールブッシュの端部周辺
を示す拡大断面図（図ａ）、図ａにおけるｂ方向矢視図
（図ｂ）である。

【図３】本発明の他の実施例に係わるリニアボールブッ
シュの端部周辺を示す拡大断面図（図ａ）、図ａにおけ
るｂ方向矢視図（図ｂ）である。

【図４】従来のリニアボールブッシュの側面図（図
ａ）、図ａにおけるｂ−ｂ断面図（図ｂ）である。

【符号の説明】

１ 保持器 １ａ ポケット １ｂ 突部 ２ ボール ３ 保持筒 ３ａ 保持穴

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自己潤滑性を有する樹脂からなり、多数
   のポケットを有する円筒状の保持器と、前記保持器の各
   ポケットに転動自在に収容されたボールと、前記保持器
   の外径に嵌合され、前記各ポケットに対応した保持穴を
   有し、かつ、前記保持穴の周縁が前記ポケットの一部を
   外径側から覆う金属製の保持筒とを備えたリニアボール
   ブッシュであって、 前記保持器の両端部外径に、それぞれ、前記保持筒の端
   部と係合する突部を有することを特徴とするリニアボー
   ルブッシュ。
2. 【請求項２】 前記突部は、加熱処理に伴う保持器素材
   の熱変形により形成されたものであることを特徴とする
   請求項１のリニアボールブッシュ。