CN100398852C - 具有偏负载防止机构的直线导向装置 - Google Patents

Abstract

一种直线导向装置。其即使在上述负荷滚动通路内滚动的滚柱作用偏负载时，也能够有效减轻所加偏负载，谋求滑子相对轨道顺畅运动，同时能够尽量防止滚柱损耗。该直线导向装置设置具有滚柱滚动的负荷滚动面的轴承座圈。在滑子上设置在与轨道侧滚动面相对向的位置嵌合上述轴承座圈的收容槽。上述轴承座圈和收容槽垂直于滚柱滚动方向的剖面大体形成半圆形。构成轴承座圈的外周面与收容槽内周面滑动接触并在该收容槽内摇动的结构。在上述收容槽内的轴承座圈的摇动中心位于互相对向的轨道侧滚动面和滑子侧负荷滚动面之间。

Description

具有偏负载防止机构的直线导向装置

技术领域

本发明涉及组装可自由相对往复运动的轨道和滑子的直线导向装置，特别涉及在轨道和滑子之间配置多个滚柱，在这些滚柱施加作用于轨道和滑子之间的负载同时滚动的类型的直线导向装置。

背景技术

专利文献1：特开昭58-128526号公报；

专利文献2：特开昭62-024646号公报。

直到现在，这种直线导向装置具有：设置在机座或支柱等固定部上的轨道；通过滚珠或滚柱这种多个滚动体组装在上述轨道上，能够沿该轨道自由往复运动的滑子。在上述轨道上形成滚动体的滚动面，另外，在滑子上也形成与轨道的滚动面相对的负荷滚动面，通过轨道的滚动面和滑子的滚动面互相对向，形成滚动体的负荷滚动通路。在该负荷滚动通路上，上述滚动体被排成一列，通过这些滚动体在轨道和滑子之间施加负载同时滚动，上述滑子就能够沿着轨道以极小的阻力自由地移动。

上述负荷滚动通路，在轨道和滑子之间不仅存在一条，而是存在多条(两条或四条)负荷滚动通路。从而，在各负荷滚动通路中的滚动体和轨道的滚动面的接触方向及滚动体和滑子的负荷滚动面的接触方向互相不同，上述滑子成为可以承受在垂直于轨道纵向的面内作用的所有方向的负载。例如，在具有四条负荷滚动通路的直线导向装置中，在各负荷滚动通路中的滚动体与负荷滚动面的接触方向，对水平方向分别倾斜45度，能够均等承受在径向、反径向、水平方向的四个方向作用。

如上述，该种直线导向装置是在机座等固定部配设轨道。另外，马上述滑子安装于工作台等可动体上，然而，因轨道相对固定部的安装精度和滑子相对可动体的安装精度，移动于轨道上的滑子会相对该轨道发生倾斜，在负荷滚动通路造成轨道侧滚动面与滑子侧的负荷滚动面不能对正。当滚动体是滚珠时，因为上述滚珠与轨道的滚动面以及滑子的负荷滚动面形成点接触或在极小区域面接触，所以，即使因滑子倾斜造成负荷滚动面相对轨道侧的滚动面稍微位移，滚珠也会在滚动面上位移，能够比较容易吸收轨道和滑子的安装误差。但是，当滚动体是滚柱时，因为该滚柱与轨道的滚动面以及滑子的负荷滚动面形成线接触，所以难以吸收滑子和轨道的安装误差，对各个滚柱容易沿着其转动轴向作用不均匀的负载，即偏负载。当对滚柱作用偏负载时，容易发生破坏负荷滚动通路内的滚柱的整列状态的歪斜偏移，有可能在负荷滚动通路内滚柱之间发生互相咬合锁定等，阻碍滑子相对轨道的平滑移动。另外，由于偏负载，在滚柱上产生偏磨损，与没有偏负载作用时相比，上述滚柱短期内损耗的可能性高。

为此，在使用滚柱作为滚动体的直线导向装置中，对滚柱的转动轴向的两端稍微进行凸面加工处理，轨道和滑子在安装中即使存在微小的安装误差，也能够减轻作用于滚柱的偏负载。但是，凸面加工量的调整困难，费工时，因此，具有增加生产成本的问题。

另一方面，在特开昭58-128526号公报中所述的直线导向装置中，在滑子上安装具有滚柱的负荷滚动面的轴承座圈，构成该轴承座圈按照负载对滚柱的作用方向相对滑子位移的结构。上述轴承座圈形成为圆柱形，以在其轴方向与滚柱的滚动方向一致的状态嵌合于滑子。滚柱在该轴承座圈和轨道之间施加负载同时滚动，然而，通过把上述轴承座圈形成为圆柱形，当时滚柱作用偏负载时，轴承座圈向其周方向稍微位移，能够期待有减轻作用于滚柱的偏负载的效果。

但是，因为轴承座圈的转动中心设置成与滚动于负荷滚动面的滚柱无关系，所以，由于负载相对滑子的作用方向的原因，尽管轨道相对固定部的安装精度或滑子相对可动体的安装精度是非常高精度，也会产生使轴承座圈向其周方向变位的转矩负载，反而会在滚柱上作用偏负载。

另外，在特开昭62-024646号公报所述的直线导向装置中，在嵌合于滑子的圆柱形的轴承座圈形成两条滚柱的负荷滚动面，与特开昭58-128526号公报所述的直线导向装置同样，按照上述轴承座圈对滚柱负载的作用方向，形成相对滑子向周方向稍微转动的结构。但是，由于形成于轴承座圈的两条负荷滚动面互相向着不同方向，因此，成为作用在一个负荷滚动面上的滚柱上的偏负载与作用在另一个负荷滚动面上的滚柱上的偏负载互相不同的状态。因此，即使轴承座圈要按照作用于一个滚柱上的偏负载向周方向位移，然而，由于受到作用于另一个滚柱的偏负载拘束，也不能充分减轻各滚柱作用的偏负载。

发明内容

本发明鉴于这样的问题，目的是提供一种直线导向装置，其即使在对滚动于上述负荷滚动通路内的滚柱作用偏负载时，也能够有效减少所加的偏负载，谋求滑子相对轨道顺畅运动，同时能尽量防止滚柱损耗。

本发明适用于滑子通过多个滚柱组装于轨道上、该滑子沿轨道往复自由运动的直线导向装置。在上述轨道上沿其纵向形成滚柱的滚动面。另外，在上述滑子上形成与轨道侧的滚动面对向的负荷滚动面。滚柱在由该滚动面和负荷滚动面形成的负荷滚动通路内承受负载并滚动。上述负荷滚动面形成于轴承座圈。在滑子上形成嵌合该轴承座圈的收容槽。轴承座圈中的垂直于滚柱的滚动方向的剖面形成为大体半圆形。上述收容槽也形成为与此相同形状。这样，构成轴承座圈在收容槽内摇动，轴承座圈的外周面与收容槽的内周面滑动接触。而且，上述轴承座圈在收容槽内的摇动中心位于互相对向的轨道侧滚动面和滑子侧负荷滚动面之间。

在如此构成的直线导向装置中，作为上述轨道，只要是沿纵向具有多条滚柱滚动面，其条数可以按照上述滑子的承受负载等适当选择，可以是两条也可以是四条。另外，关于上述滚柱滚动面相对轨道的配置，也可以按照给予滑子的承受负载能力适当变更设计。例如，可以只在剖面形成大体矩形的轨道的两侧面形成，也可以在轨道的上面以及两侧面分别形成都无妨。

另外，作为上述滑子，只要是通过滚柱组装于上述轨道上，其形状不妨可以按照使用用途任意变更设计。另外，上述滑子既可以是具有滚柱的无限循环路、使滚柱从负荷滚动通路的一端向另一端循环的型号，也可以是不使滚柱循环、而只在负荷滚通路中往复滚动的型号。

另外，作为上述滚柱，不妨可以按照直线导向装置的用途适当设计变更其宽度和直径。另外，上述滚柱既可以原样装填入负荷滚动通路内，与毗邻的滚柱接触着滚动，也可以排列于滚柱架、与该滚柱架一起装填到负荷滚动路。

附图说明

图1是应用本发明的导向装置的局部剖开的立体图；

图2是图1所示的导向装置的横剖面图；

图3是表示图1所示导向装置中的滚柱无限循环路的结构的纵剖面图；

图4是表示组装在无限循环路内的滚柱架的立体图；

图5是表示轴承座圈的曲率中心位于比负荷滚动面靠滑子侧的实施例的放大剖面图；

图6是表示在图5所示的轴承座圈的结构中，偏负载作用在滚柱上的说明图；

图7是表示轴承座圈的曲率中心位于比滚动面靠轨道侧的实施例的放大剖面图；

图8是表示对应轴承座圈的曲率中心和滚柱重心的距离，滚柱向转动轴方向位移的问题的图；

图9是表示轴承座圈的曲率中心与滚柱的重心一致的实施例的放大剖面图；

图10是表示在图9的结构中，轴承座圈位移时的滚柱动作的实施例；

图11是表示轴承座圈的曲率中心在轨道的滚动面一致的实施例的放大剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明具有本发明的偏负载防止机构的直线导向装置。

图1和图2表示应用本发明的直线导向装置的实施例。该直线导向装置具有：配设于机座、柱排等固定部的轨道10；通过多个滚柱1组装于上述轨道10上，在上述轨道10上自由往复运动的滑子11。

上述轨道10中的垂直于纵向的剖面形成为大体矩形，同时，在其各侧面上沿着纵向形成各两条，合计四条滚柱的滚动面3。形成于轨道10的各侧面的两条滚动面3形成为相对水平分别向上或向下45度，各滚动面的法线相交。另外，在轨道10上沿纵向按规定间隔形成螺栓安装孔15，通过把穿入该螺栓安装孔的螺栓紧固于固定部，能够把轨道牢固固定在固定部。

另一方面，上述滑子11具有通过隔着间隙嵌合上述轨道10的上部的导槽，形成为槽状，由金属制的滑子本体11a和固定于该滑子本体11a的两端的一对端板12构成。滑子本体11a的上面成为台子等可动体的安装面14，该安装面14上加工螺孔13。因而，通过把螺栓紧固于该螺孔13，能够把可动体固定于滑子11上。

在滑子本体11a上，在与轨道10的各滚动面3对向的位置形成收容槽4，在各收容槽4内嵌合棒状的轴承座圈2。在轴承座圈2上形成与轨道10的滚动面3对向的负荷滚动面5。由该滚动面3和负荷滚动面5构成滚柱1的负荷滚动通路21。各滚柱1与轨道10的滚动面3和轴承座圈2的负荷滚动面5接触，承受从可动体作用于滑子11的负载，在上述负荷滚动通路21内滚动。

另外，在上述滑子本体11a中，对应各负荷滚动通路21，形成圆形的滚柱返回孔22，在这些滚柱返回孔22内插入合成树脂制的支架保持部件24，整齐排列以无负荷状态在该滚柱返回孔22内部滚动的滚柱1成一列。

另外，如图3所示，在上述盖体12内，形成连接负荷滚动通路21的一端和滚柱返回孔22的一端的方向转换路27，通过把一对盖体12分别固定于滑子本体11a的端面，形成滚柱1的无限循环路。滚柱1在负荷滚动通路21内承受作用于滑子11的负载并滚动。在该负荷滚动通路21的端部卸载，形成无负载状态进入方向转换路27。而且，以无负荷状态在滚柱返回孔22内滚动，经过逆侧的方向转换路27，向负荷滚动通路21的另一端循环。

形成于轨道10的侧面的两条滚动面3，其各自的法线以90度的角相交，因此，对应于这些滚动面3的方向转换路27在盖体12的内部交叉。即，如图2所示，形成于轨道10的侧面的上下两条滚动面3、3中，在上侧的滚动面3滚动的滚柱1由盖体12的方向转换路27导入下侧的滚柱返回孔22；在下侧的滚动面3滚动的滚柱导入上侧的滚柱返回孔72。这样，如图3所示，互相交叉的一对方向转换路27、27，其一方以大于另一方的圆弧形成，以使在盖体12的内部交叉的方向转换路27互相不干涉；另一方的方向转换路贯通于圆弧的内侧。

另一方面，滚柱1不是原样排列在滑子11的无限循环路，而是以规定间隔在合成树脂制滚柱架30内排成一列，与该滚柱架30一起组装在无限循环路内。如图4所示，该滚柱架30，用连接部32相互连接多个定位块31，形成带状，在各定位块31上形成包容滚柱1的曲面座。即各滚柱1由前后毗邻的一对定位块31保持，可自由转动且呈规定的姿态，以防止在无限循环路内发生歪斜偏移。

该滚柱架30与滚柱1一起在无限循环路内循环，为了防止在循环中滚柱架30扭曲和弯曲，在滚柱1的无限循环路内，遍及其全长设置支架保持部件。即在滚柱返回孔22的内部插入合成树脂制的支架保持部件24。此外，在负荷滚动通路的两侧安装支架保持部件23，还在盖体中嵌合支架保持部件25。在这些支架保持部件上也形成滚柱架30的连接部32进入的导向槽28。在各支架保持部件23、24、25上形成的导向槽28沿着无限循环路连续。因此，滚柱架30被上述导向槽28引导，以一定的轨道在无限循环路内循环。由此，能够谋求在滑子11的内部顺利循环滚柱1。

如图2所示，上述轴承座圈中的与纵向垂直的剖面形成为半圆形，在沿纵向连续的平面部形成上述负荷滚动面5。另外，嵌合该轴承座圈2的滑子本体11a的收容槽4也形成为大体相同的剖面形状，通过轴承座圈2的外周面与收容槽4的内周面滑动接触，因此，该轴承座圈2在收容槽4的内部能够向周方向稍微摇动。

在如上述结构的本实施例的直线导向装置中，通过位于负荷滚动通路21内的滚柱1承受作用于滑子11和轨道10之间的负荷并滚动，能够使安装了可动体的滑子11沿着轨道10在固定部上自由地往复运动。

此时，因轨道10相对固定部的安装精度或者滑子11相对可动体的安装精度，轨道10侧的滚动面3和滑子11侧的负荷滚动面5之间的间隔沿着滚柱1的转动轴方向形成不均匀，在负荷滚动面5滚动的各滚柱1上受偏负载作用，造成负荷滚动通路21内的滚柱1歪斜偏移或滚柱1的偏磨损。但是，在本实施例的直线导向装置中，当滚柱1受偏负载作用时，具有负荷滚动面5的轴承座圈2在滑子本体11a的收容槽4的内部稍微移动，由此，能够减轻作用于滚柱1的偏负载。

另外，在该直线导向装置，形成于轨道10上的滚柱1的滚动面3，分别相对固定部的安装面向上和向下倾斜45度。例如，当对滑子11作用如图2所示的径向负载W时，造成负载对各滚柱1的作用方向与滚动面3的法线方向不一致。因此，当从与轨道10的滚动面3的法线方向不一致的方向对滑子11作用负载时，由轴承座圈2的形状，有时会作用使轴承座圈2在收容槽4内位移的力矩负载。当这种力矩负载发生时，尽管轨道10相对固定部的安装精度或者滑子11相对可动体的安装精度是十分地高精度，但是，轴承座圈2在收容槽4内也形成位移，偏负载也会作用在滚柱上。

例如图5所示，设想轴承座圈2的外周面的曲率中心Q位于比负荷滚动面5靠近滑子本体11a侧的情况。当对轴承座圈2从滑子本体11a向下的作用径向负载W时，该负载W是垂直于轨道10的滚动面3的分力W1与平行于该滚动面的分力W2的合力，假定把轴承座圈2和滚柱1看作一个刚体，于是形成对轴承座圈2作用与上述分力W2反向，在轨道10的滚动面3上阻止滚柱1的反力F。轴承座圈2的外周面的曲率中心Q位于比负荷滚动面5靠近滑子本体11a侧，于是，产生该反力F对轴承座圈2作用的，在图中左转的力矩负载M1，由于该力矩负载M1，造成轴承座圈2在收容槽4内稍微位移。

这样的力矩负载M1作用于轴承座圈2，结果，该轴承座圈2在收容槽4内发生位移，于是，如图6所示，形成对滚柱1作用的负载f在该滚柱1的一端(图6中的左端)比另一端大的偏负载。在该偏负载中，上述力矩负载M1越大，即轴承座圈2的曲率中心Q与负荷滚面5的距离L越大就越显著。

另一方面，如图7所示，当轴承座圈2的外周面的曲率中心Q位于比滚动面3靠轨道10侧时，与图5的情况相反，上述反力F产生作用于轴承座圈2在图中右转的力矩负载M2，由该力矩负载M2造成轴承座圈2在收容槽4内稍微位移。这样的力矩负载M2作用于轴承座圈2，结果，该轴承座圈2在收容槽4内发生位移，于是，仍然造成对滚柱1作用的负载在该滚柱1的一端比另一端大的偏负载。

另外，当轴承座圈2的外周面的曲率中心Q与滚柱1的重心P的距离S大时，在轴承座圈2由上述力矩负载M1或M2在收容槽4内位移时，对滚动于负荷滚动面5的滚柱1作用使其向垂直于滚动方向移动的力。即，当轴承座圈2在收容槽4内部要向外周面的周方向位移时，滚动于负荷滚动面5的滚柱1也以Q点为中心画半径S的圆弧的方式在由1a、1b(如图8所示)所示位置位移。但是，滚柱1在轨道10的滚动面3与轴承座圈2的负荷滚动面5之间承受负载中，因为向转动轴方向移动困难，所以伴随轴承座圈2变位滑子11可能发生变位。即使充分提高轨道10对固定部的安装精度及滑子11对可动体的安装精度，也可能担心发生滑子11相对轨道10位移，破坏可动体的运动精度的问题。

由此，在本实施例的直线导向装置，把轴承座圈2的外周面的曲率中心Q设定在形成于该轴承座圈2的负荷滚动面5和形成于轨道10的滚动面3之间。即，曲率中心Q位于滚柱1滚动的负荷滚动通路21内。

图9表示使轴承座圈2的曲率中心Q与负荷滚动通路21内的滚柱1的重心P一致的例。当如此设定轴承座圈2的曲率中心Q时，要在负荷滚动面5上阻止滚柱1的反力F与轴承座圈2的曲率中心Q的距离等于该滚柱1的半径R，可以减小因反力F发生的力矩负载M1。特别是，如果以如滚针那样直径小的滚柱1作为滚动体使用，就能尽量减小上述力矩负载M1。由此，能尽量防止偏负荷作用在滚柱1上。

另外，当如此使轴承座圈2的曲率中心与滚柱1的重心P，即滚动中的滚柱1的转动中心m与滚柱1的纵向二等分线l的交点一致时，即使轴承座圈2由力矩负载M1在收容槽4内位移，也如图10所示，由于滚柱1仅以自身的重心P为中心发生转动，因而伴随着轴承座圈2的位移，滑子11不会发生位移。从而，可以去除作用于滚柱1的偏负载，即使轴承座圈2在收容槽4内发生位移，也不影响安装于滑子11上的可动体的运动精度。

以下，图11表示使轴承座圈2的曲率中心Q重合在形成于轨道10的滚柱1的滚动面3上的例。当如此设定轴承座圈2的曲率中心Q时，在负荷滚动面5上要阻止滚柱1的反力F，直接作用在轴承座圈2的曲率中心Q，因此不产生要使轴承座圈2在收容槽4内转动的力矩负载。因此，能够大体完全防止偏负载作用在滚柱1上。

另外，因为由上述反力F造成的力矩负载不作用在轴承座圈2上，所以如果轨道10相对固定部的安装精度及滑子11相对可动体的安装精度高，轴承座圈2在收容槽4内就不位移，不发生使滚柱1向其转动轴方向位移的力，因而，既不会损坏滑子11相对轨道10的运动姿态，也不会破坏安装于滑子11的可动体的运动精度。

这样，根据本发明的直线导向装置，通过把轴承座圈2的外周面的曲率中心位于该轴承座圈2的负荷滚动面5和轨道10的滚动面3之间，即使在偏负载作用在负荷滚动通路21内滚动的滚柱1时，也能够有效地减轻该偏负载，谋求滑子11相对轨道10的顺畅运动，与此同时，能够尽量防止损耗滚柱1。

Claims (4)

1.一种直线导向装置，其具有：沿纵向形成滚柱的滚动面的轨道；具有与上述滚动面对向的负荷滚动面的滑子；在由上述轨道侧的滚动面及上述滑子侧的负荷滚动面形成的负荷滚动通路内承受负载同时滚动的多个滚柱，所述滑子在所述轨道上自由往复运动，

其特征在于，上述负荷滚动面形成于轴承座圈，此外，上述滑子具有在与轨道侧的滚动面对向的位置嵌合上述轴承座圈的收容槽，

上述轴承座圈和收容槽的垂直于滚柱滚动方向的剖面形成为大体半圆形，形成轴承座圈的外周面与收容槽的内周面滑动接触并在该收容槽内摇动的结构，

在上述收容槽内的轴承座圈的摇动中心位于互相对向的轨道侧滚动面和滑子侧负荷滚动面之间。

2.如权利要求1所述的直线导向装置，其特征在于，滑子的收容槽内的轴承座圈的摇动中心位于轨道侧滚动面上。

3.如权利要求1所述的直线导向装置，其特征在于，滑子的收容槽内的轴承座圈的摇动中心与滚动在轨道侧的滚动面上的滚柱的重心一致。

4.如权利要求1～3中任一项所述的直线导向装置，其特征在于，在上述轨道的两侧面，沿纵向分别形成两条滚动面，此外，形成于各侧面的两条滚动面的法线相交。

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