CN108779797B - 滚动导向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的滚动导向装置在保持带(30)与滚动体(3)一起在无限循环道(6)内循环时，能够减少作用于该保持带(30)的拉伸力，并且防止保持带(30)的偏磨损，在无限循环道(6)形成有引导保持带(30)在该无限循环道内移动的导槽(5)，并且，将在上述无限循环道(6)内彼此相对的上述保持带(30)的两端部之间的最大间隙设为tmax，将负载通道(60)内的上述保持带(30)与返回通道(61)内的保持带(30)之间的间隔设为2c，将方向转换道(62)的上述导槽(5)的外周面的圆弧顶点为止的深度设为A，将上述方向转换道(62)的上述导槽(5)的内周面的圆弧顶点为止的深度设为B，并且将上述保持带(30)的厚度设为d，成为a＝(A‑d/2)、b＝(B+d/2)，相对于如下所示的δ，满足tmax＜δ
Figure DDA0001796152530000011

Description

滚动导向装置
技术领域
本发明涉及沿着轨道导轨自由引导机床的工作台或各种输送装置的平台的滚动导向装置。
背景技术
这种滚动导向装置已知有专利文献1所公开的装置。该滚动导向装置具备：敷设在床体(bed)等固定部上的轨道导轨；以及能够沿着该轨道导轨自由移动并能够固定作为导向对象的平台等活动体的移动块。上述移动块通过如滚珠或滚子等多个滚动体组装在上述轨道导轨上，在上述轨道导轨上沿着长度方向形成有滚动体的滚行面。在上述移动块设有与上述轨道导轨的滚行面相对的滚动体的滚行面，并设有使上述滚动体从该滚行面的一端循环到另一端的无限循环道，通过上述滚动体在该无限循环道内循环，从而上述移动块能够沿着上述轨道导轨自由进行运动。
并且，在上述无限循环道内与上述滚动体一起组装有用于将该滚动体的间隔保持为固定的保持带。上述保持带是由具有挠性的合成树脂等材料所成形，将收容滚动体的口袋以固定间隔排列在该保持带上。另外，将保持带的全长设定为比无限循环道的路径长度短，在保持带组装在无限循环道中时，保持带的两端部在该无限循环道内隔着间隔彼此相对。滚动体一边在该保持带的口袋内旋转一边在上述轨道导轨的滚行面和上述移动块的滚行面上滚行，伴随滚珠在无限循环道内循环，该保持带也在上述无限循环道内循环。
上述移动块所具有的滚动体的无限循环道包括负载通道、与该负载通道平行设置的返回通道、以及将上述负载通道与返回通道的端部彼此连接并形成圆弧状的一对方向转换道。上述负载通道是上述轨道导轨的滚行面与上述移动块的滚行面相对的区域，上述滚动体在轨道导轨与移动块之间一边承受载荷一边在该负载通道中滚行。另一方面，上述返回通道和上述一对方向转换道是用于使上述滚动体从上述负载通道的末端返回起始端的无负载通道，上述滚动体在该通道中未承受任何载荷。
因此，在上述轨道导轨与上述移动块之间产生相对运动时，上述负载通道内的滚动体被强制地滚动而在该通道内行进，但是上述返回通道和上述一对方向转换道内的滚动体本身不会滚动，并且被负载通道内的滚动体通过上述保持带拉伸或推压，从而在该返回通道和一对方向转换道中行进。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特许第3243415号公报
发明内容
[发明要解决的课题]
如上所述那样，上述保持带组装在上述无限循环道内以使得两端部彼此相对，所以起因于如上所述的无限循环道内的滚动体的运动，在上述保持带的端部出入上述负载通道时沿着循环方向产生的拉伸力反复作用于上述保持带。有可能随之发生该保持带的一部分与设置在方向转换道的带导槽强有力地摩擦且促进偏磨损这一情况，这尤其是在相对于上述轨道导轨快速移动上述移动块时的问题。
[用于解决课题的方案]
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种滚动导向装置，该滚动导向装置在保持带与滚动体一起在无限循环道内循环时，能够减少作用于该保持带的拉伸力，并且防止保持带的偏磨损。
即，本发明的滚动导向装置具备轨道导轨、在上述轨道导轨上滚行的大量滚动体、具有上述滚动体的无限循环道并沿着上述轨道导轨自由运动的移动块、以及形成有以规定间隔收容上述滚动体的口袋并组装在上述无限循环道中与上述滚动体一起在该无限循环道内移动的挠性的保持带，上述无限循环道包括：使上述滚动体在上述轨道导轨与上述移动块之间一边承受载荷一边滚动的负载通道；与上述负载通道平行设置的返回通道；以及连接上述负载通道与返回通道的一对方向转换道。
在上述无限循环道形成有引导上述保持带在该无限循环道内移动的导槽，并且，将在上述无限循环道内彼此相对的上述保持带的两端部之间的最大间隙设为tmax，将上述负载通道内的上述保持带与上述返回通道内的保持带之间的间隔设为2c，将上述方向转换道的上述导槽的外周面的圆弧顶点为止的深度设为A，将上述方向转换道的上述导槽的内周面的圆弧顶点为止的深度设为B，并且将上述保持带的厚度设为d，成为a＝(A-d/2)、b＝(B+d/2)，相对于如下所示的δ，满足tmax＜δ：
Figure BDA0001796152510000031
(发明效果)
根据本发明，当在上述无限循环道内彼此相对的上述保持带的两端部之间的最大间隙t比上述算式所规定的量δ小时，即使起因于滚动体在负载通道内滚动而拉伸无负载通道内的保持带，也会在该保持带与方向转换道内的导槽强有力地摩擦之前，该保持带的行进方向的前端会与后端接触将其推压，因此能够减少伴随着该保持带的循环而作用于该保持带的拉伸力，并且防止该保持带的偏磨损。
附图说明
图1是表示适用本发明的滚动导向装置的实施方式的一例的立体图。
图2是表示可以利用于图1所示的滚动导向装置中的保持带的一例的侧视图。
图3是图2所示的保持带的俯视图。
图4是表示图1所示的滚动导向装置的移动块所具有的无限循环道的剖视图。
图5是图4的V-V线剖视图。
图6是表示保持带的结合带部与方向转换道的导槽的外周面接触的状态的示意图。
图7是表示保持带的结合带部与方向转换道的导槽的内周面接触的状态的示意图。
具体实施方式
以下使用附图详细说明本发明的滚动导向装置。
图1是表示可以适用本发明的滚动导向装置的一例的立体图。该滚动导向装置具备呈直线形延伸的轨道导轨1、以及通过作为滚动体的大量滚珠3组装在上述轨道导轨1上的移动块2，并且通过在固定部上敷设上述轨道导轨1且相对于上述移动块2搭载各种活动体，从而能够沿着轨道导轨1引导该活动体自由往复移动。
上述轨道导轨1形成为剖面大致呈四角形的长形体。在该轨道导轨1中沿长度方向隔着规定间隔形成有多个从顶面贯穿至底面的螺栓安装孔12，能够将轨道导轨1用插入到这些螺栓安装孔12中的固定螺栓牢固地固定在床体、立柱等的固定部上。在上述轨道导轨1的左右两侧面沿着长度方向分别设有突部，并在这些突部的上下分别设有一条滚珠的滚行面11，轨道导轨整体共设有四条滚行面11。另外，设置在上述轨道导轨1上的滚行面11的条数并不限于此。
另一方面，上述移动块2大体上具备：金属制的块主体21；以及安装在该块主体21的移动方向的两端处的一对合成树脂制的端板22。该移动块2与上述轨道导轨的各滚行面11相对应地具备多条滚珠3的无限循环道，该无限循环道是在上述移动块2的两端固定上述一对端板来完成。在各无限循环道中组装有挠性的保持带30，在该保持带30上大量滚珠3呈一列排列。因此，当上述移动块2沿着上述轨道导轨1的长度方向移动，使上述滚珠3在上述轨道导轨1的滚行面上滚动时，上述保持带30与滚珠3一起在上述无限循环道循环。
另外，在上述移动块上固定有封闭该移动块与轨道导轨之间的间隙的各种密封构件4、4a、4b，防止附着在轨道导轨1上的尘埃等侵入上述无限循环道的内部。另外，在图1中切除了上述移动块2整体的1/4后示出，以掌握上述无限循环道内的滚珠3和保持带30的存在。
图2和图3表示排列有上述滚珠3的上述保持带30的一部分，并且包括该保持带30的长度方向的端部。上述保持带30具备以固定间隔排列成一列的多个间隔部31、以及连接这些间隔部31的一对结合带部32，这些间隔部31与结合带部32是通过对合成树脂进行注塑成形而制成。上述保持带30如上所述，具有挠性，并且在与滚珠3一起在上述无限循环道内循环时会反复进行伸展和弯曲。此时发挥挠性的主要是上述结合带部32，该结合带部32与上述间隔部31相比能够更自由地弯曲。
在各间隔部31设有与上述滚珠3的球面近似的曲率的凹面座33，彼此邻接的间隔部之间形成收容上述滚珠的口袋34。另外，位于上述保持带30的端部处的末端间隔部31a仅在其与上述滚珠3相对的面上设置有上述凹面座33，末端面33a形成为平面。
设置在上述保持带30且收容滚珠3的口袋34的直径设定为稍微大于滚珠3的直径，从而实现减少在该收容口袋内作用于滚珠自转的阻力。但是彼此邻接的间隔部31之间的距离设定为小于滚珠3的直径，使收容在上述口袋34中的滚珠3不会从位于两侧的间隔部31之间脱落。
另外，使用图2与图3说明的实施方式虽使用滚珠作为本发明的滚动体，但是该滚动体也可以是滚子。此时，形成于上述间隔部31的凹面座33是与滚子的外周面近似的曲率的凹面座。另外，形成于上述间隔部31的凹面座33并非必要，从避免滚动体彼此直接接触的观点来看，该间隔部31也可以是单纯的平板状的构件。
图4是表示无限循环道6的剖视图。上述无限循环道6具有负载通道60、返回通道61和一对方向转换道62。在构成上述移动块2的块主体21中形成有与上述轨道导轨1的滚行面11相对的滚行面23，滚珠3在轨道导轨1的滚行面11与块主体21的滚行面23之间一边承受载荷一边滚动。上述无限循环道6中的滚珠3如上所述那样地一边承受载荷一边滚动的通道部分是上述负载通道60。另外，在上述块主体21中形成有与上述负载通道60平行的上述返回通道61。该返回通道61一般是贯穿上述块主体21设置，其内径设定为稍微大于滚珠3的直径。另一方面，上述一对方向转换道62是形成为大致U字型的曲线道，并且位于上述负载通道60长度方向的两侧，连接该负载通道60的端部与上述返回通道61的端部。各方向转换道62设置在上述端板22中，将一对端板22固定在上述块主体21两端的规定的位置，由此使上述方向转换道62连接上述负载通道60与上述返回通道61，完成上述滚珠3能够循环的无限循环道6。
在上述无限循环道6中组装有将滚珠3收容于上述口袋34中的上述保持带30。上述保持带30的两端部在该无限循环道6的内部彼此相对，在两端部之间有目的地设置有圆周方向间隙t。另外，图4虽未表示，但是在上述无限循环道6设有收容上述保持带30的结合带部32的一对导槽，上述保持带30在将上述结合带部32插入上述导槽中的状态下在无限循环道6内移动。这些导槽是沿着上述无限循环道6的圆周方向设置，并分别形成在上述负载通道60、上述返回通道61以及上述方向转换道62。由此防止上述保持带30在无限循环道6内扭曲或蛇行，能够使得该保持带30配合上述移动块2相对于上述轨道导轨1的运动而顺畅地循环。
图5是表示上述无限循环道6的导槽5的概略的图，并且是以与上述负载通道60和上述返回通道61的长度方向垂直的面切断上述负载通道60和上述返回通道61的剖面的例子。如图5所示，在上述负载通道60和上述返回通道61的双方均设有收容上述保持带30的结合带部32的导槽5。上述导槽5的宽度x设定为大于上述结合带部32的厚度y，在该导槽5与结合带部32之间存在有间隙。在图5虽未表示，但在上述方向转换道62中，在上述导槽52与结合带部32之间也存在有间隙。
因此，上述结合带部32在上述导槽5内仅可位移上述间隙量。上述负载通道和返回通道虽形成为直线形，但由于上述方向转换道形成为曲线形，因此起因于上述间隙的存在而使得方向转换道62内的结合带部32的轨道变化时，会增加或减少上述无限循环道6内部的上述保持带30的圆周方向间隙t。具体而言，在处于上述结合带部32与方向转换道62的导槽5的外周面接触的状态时，上述保持带30的圆周方向间隙t成为最大，在处于上述结合带部32与方向转换道62的导槽5的内周面接触的状态时，上述保持带30的圆周方向间隙t成为最小。
图6和图7是表示上述方向转换道62内的上述导槽5与上述保持带30的结合带部32之间的关系的示意图，图6表示上述结合带部32与方向转换道62的导槽5的外周面接触的状态，图7表示上述结合带部32与方向转换道62的导槽5的内周面接触的状态。此外，为了便于说明，在图6和图7中，为容易理解上述导槽5内的上述结合带部32的状态，相对于上述结合带部32的厚度夸大描述该导槽5的宽度。
根据图4得知，当上述保持带30与滚珠3一起在无限循环道6内循环时，上述保持带30的两端部以彼此相对的状态在该无限循环道6的内部移动。由于上述无限循环道6内的上述保持带30的推进力起因于滚珠3在上述负载通道60中的滚行，因此当上述保持带30的两端部如图4所示那样存在于上述无限循环道6中的负载通道60时，存在于上述方向转换道62和上述返回通道61中的保持带30从前方被存在于该负载通道60中的保持带30的循环方向的前端部所拉伸，并且同样地从后方被存在于负载通道60中的保持带30的循环方向的后端部所推压。
在图4所示的状态之前并且上述保持带30的循环方向的前端部即将进入上述无限循环道6的负载通道60之前的状态下，存在于上述方向转换道62和上述返回通道61中的保持带30并未被存在于该负载通道60中的保持带30的循环方向的前端部所拉伸，而是仅通过存在于该负载通道60中的保持带30的循环方向的后端部产生的推压力在上述无限循环道6内移动。因此，在该状态下，当着眼于上述方向转换道62内的上述保持带30的行为时，如图6所示，上述保持带30的结合带部32在导槽5内最外侧的轨道上移动，并滑接于该导槽5的外周面5a。
另一方面，在图4所示的状态之后并且上述保持带30的循环方向的后端部刚脱离上述无限循环道6的负载通道60后的状态下，存在于上述方向转换道62和上述返回通道61中的保持带30并未被存在于该负载通道60中的保持带30的循环方向的后端部所推压，而是仅通过存在于该负载通道60中的保持带30的循环方向的前端部产生的拉伸力在上述无限循环道6内移动。因此，在该状态下，当着眼于上述方向转换道62内的上述保持带30的行为时，如图7所示，上述保持带30的结合带部32在导槽5内最内侧的轨道上移动，并滑接于该导槽5的内周面5b。
本申请的发明者们在将上述轨道导轨1上到达一定行走距离以上的上述移动块2进行分解，并确认上述保持带30的结合带部32的磨损状态时，在该结合带部32的内侧，即在与上述方向转换道62内的导槽5的内周面5b接触的一侧确认到偏磨损。由此可见，在对上述保持带30的结合带部32与方向转换道62内的导槽5的外周面5a摩擦的状态(图6的状态)以及与内周面5b摩擦的状态(图7的状态)进行比较时，在后者的状态下，即上述保持带30仅通过拉伸力在上述无限循环道6内移动的状态下，上述结合带部32与导槽5更强有力地摩擦。
为了抑制上述结合带部32产生偏磨损，本申请的发明者们着眼于上述无限循环道6内部的上述保持带30的圆周方向间隙t。如上所述，圆周方向间隙t在上述结合带部32与导槽5的外周面5a接触时成为最大tmax，在与内周面5b接触时成为最小tmin。因此，在上述结合带部32与方向转换道62内的导槽5的内周面5b即将接触之前，只要上述保持带30的圆周方向间隙t消失，循环方向上的上述保持带30的最前端就会与最后端接触将其推压，从而能够缓解上述结合带部32与导槽5的内周面5b之间的滑接。
在上述保持带30的前端进入无限循环道6的负载通道60时，该保持带30从后端被推压，由此在无限循环道6内行进，上述一对方向转换道62双方中的导槽5与结合带部32之间的关系是如图6所示的状态，即导槽5的外周面5a与结合带部32滑接的状态。之后，上述保持带30的前端和后端在上述负载通道60内行进，在该后端脱离上述负载通道60后，对于上述保持带30仅有拉伸力作用，方向转换道62中的导槽5与结合带部32之间的关系是从图6所示的状态变为图7所示的状态。但是，不是在一对方向转换道62的双方中一次同时从图6的状态变为图7的状态，而是仅在一个方向转换道中转移至图7的状态，接着在另一个方向转换道中转移至图7的状态。
因此，只要在一个方向转换道62中从上述保持带30的结合带部32与导槽5的外周面5a接触的状态(图6)转移至与内周面5b接触的状态(图7)为止的期间，曾是tmax的无限循环道6内的保持带30的圆周方向间隙消失，循环方向上的上述保持带30的最前端就会与最后端接触将其推压，从而缓解上述结合带部32与导槽5的内周面5b之间的滑接。即，只要方向转换道62的导槽5内的上述结合带部32的长度的变化比无限循环道6内的保持带30的圆周方向间隙的最大值tmax还大，在该结合带部32与导槽5的内周面5a摩擦之前，上述保持带30的最前端就会推压最后端。
假设在上述方向转换道62的导槽5中上述保持带30的结合带部32采用椭圆轨道。在将上述负载通道60内的结合带部32与上述返回通道61内的结合带部32之间的间隔设为2c时，关于上述结合带部32的椭圆轨道可以认为：如图6所示，在上述结合带部32与导槽5的外周面5a接触时为短轴a、长轴c的椭圆；如图7所示，在上述结合带部32与导槽5的内周面5b接触时为短轴b、长轴c的椭圆。
在此，当将方向转换道62的上述导槽5的外周面5a的圆弧顶点为止的深度设为A，将上述方向转换道62的上述导槽5的内周面5b的圆弧顶点为止的深度设为B，并且将上述保持带的厚度设为d时，在上述结合带部32与导槽5的外周面5a接触时的椭圆轨道的短轴a能够以a＝(A-d/2)表示，在上述结合带部32与导槽5的内周面5b接触时的短轴b能够以b＝(B+d/2)表示。
上述圆周方向间隙t因上述结合带部32在上述导槽5内从外周面5a移动到内周面5b而减少的减少量δ可以认为是这些椭圆的周长之差，并以下式表示。该式的第1项表示在上述结合带部32与导槽5的外周面5a接触时的椭圆轨道的半周长，第2项表示在上述结合带部32与导槽5的内周面5b接触时的椭圆轨道的半周长。
Figure BDA0001796152510000091
因此，在对无限循环道6内的保持带30的圆周方向间隙的最大值tmax与上述δ进行比较时，只要结果如下：
tmax＜δ
则在上述结合带部32与导槽5的内周面5a摩擦之前，上述保持带30的最前端会推压最后端，上述保持带不仅伴随着来自前端部的拉伸力也伴随着来自后端部的推压力在上述无限循环道内移动。由此，能够缓解上述结合带部32与导槽5的内周面5b之间的滑接，并且防止该保持带30产生偏磨损。
如上述式所示，表示椭圆的周长的函数一般是椭圆积分，不能以初等函数表示。因此，尝试使用近似算式表示椭圆的周长之差，即上述圆周方向间隙t因上述结合带部32在上述导槽5内从外周面5a移动到内周面5b而减少的减少量δ。
该近似算式采用关孝和的近似算式。在将椭圆的长轴设为m，并将短轴设为n时，在关孝和的近似算式中椭圆的周长L能够表示如下。
因此，上述圆周方向间隙t因上述结合带部32在上述导槽5内从外周面5a移动到内周面5b而减少的减少量δ能够以下述近似算式表示。
Figure BDA0001796152510000102
如以上说明，根据本发明，对无限循环道6内的上述保持带30的圆周方向间隙的最大值tmax基于圆周方向间隙与上述结合带部32的在方向转换道62的导槽5内的行为之间的关系进行限制，由此在该结合带部32与上述方向转换道62的内周面5b强有力地摩擦之前，无限循环道6内的保持带30的圆周方向间隙t会消失，使得该保持带30的前端推压后端。因此，上述保持带30的上述结合带部32不会与导槽5的内周面5b强有力地摩擦，能够防止该保持带30产生偏磨损，尤其在相对于上述轨道导轨1反复快速移动内置有上述保持带30的移动块2时，有助于确保上述保持带的耐久性。
此外，本发明不仅可以适用于以滚珠为滚动体的滚动导向装置，也可以适用于以滚子为滚动体的滚动导向装置。另外，使用图1具体表示的滚动导向装置也仅为其中一例，可以适用本发明的滚动导向装置的形状并不限于此。

Claims (1)

1.一种滚动导向装置，其具备：
轨道导轨(1)；
大量滚动体(3)，其在所述轨道导轨上滚行；
移动块(2)，其具有所述滚动体的无限循环道(6)，并沿着所述轨道导轨自由运动；以及
挠性的保持带(30)，在该保持带形成有以规定间隔收容所述滚动体(3)的口袋(34)，并且该保持带组装在所述无限循环道(6)中与所述滚动体(3)一起在该无限循环道内移动，
所述无限循环道(6)包括：使所述滚动体(3)在所述轨道导轨(1)与所述移动块(2)之间一边承受载荷一边滚动的负载通道(60)；与所述负载通道平行设置的返回通道(61)；以及连接所述负载通道(60)与返回通道(61)并形成圆弧状的一对方向转换道(62)，
在所述无限循环道(6)形成有引导所述保持带(30)在该无限循环道内移动的导槽(5)，
其特征在于，
将在所述无限循环道内彼此相对的所述保持带(30)的两端部之间的最大间隙设为tmax，
将所述负载通道(60)内的所述保持带(30)与所述返回通道(61)内的所述保持带(30)之间的间隔设为2c，
将所述方向转换道(62)的所述导槽(5)的外周面的圆弧顶点为止的深度设为A，
将所述方向转换道(62)的所述导槽(5)的内周面的圆弧顶点为止的深度设为B，并且
将所述保持带(30)的厚度设为d，成为a＝(A-d/2)、b＝(B+d/2)，
相对于如下所示的δ，满足tmax＜δ：
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