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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Linearführungsvorrichtung, die geeigneterweise
für Maschinengeräte verwendet
wird, die eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit oder Messgenauigkeit
erfordern, wie beispielsweise Formenbearbeitungsmaschinen oder Halbleiterfertigungsvorrichtungen.
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Stand der Technik
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Eine
Linearführungsvorrichtung
zum Führen eines
Körpers,
der linear geführt
werden soll, wobei im Innern Wälzelemente
wie beispielsweise Kugeln kontinuierlich umlaufen, ist eines von
wichtigen Maschinenelementen, die eine wesentliche Wirkung auf die
Bewegungsgenauigkeit von Halbleiterfertigungsvorrichtungen, Feinstbearbeitungsmaschinen
und Feinstmessinstrumenten geben. Dann hängt die Bewegungsgenauigkeit
solcher Geräte
von der Linearität
einer Führungsschiene
oder einer daran montierten Basisfläche sowie von periodischen
feinen Schwingungen, die beim kontinuierlichen Umlauf von Wälzelementen
in der Linearführungsvorrichtung
erzeugt werden (nachfolgend als Wälzelementkanalschwingungen
bezeichnet), ab.
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Die
Wälzelementkanalschwingungen
werden beim Lösen
einer Belastung auf Wälzelemente, die
zwischen einer Wälzelementlaufnut
einer Führungsschiene
und einer belasteten Wälzelementlaufnut
eines Schlittens unter der Belastung durch eine Vorspannung oder
eine externe Last rollen, wenn sie zu einem Wälzelementumlaufkanal einer
Endkappe als einem Nichtbelastungsbereich herauskommen, und auch
beim Belasten einer Last auf Wälzelemente,
wenn sie von dem Nichtbelastungsbereich in den Belastungsbereich
eintreten, erzeugt.
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Zum
Unterdrücken
solcher Wälzelementkanalschwingungen
wurde eine Linearführungsvorrichtung
vorgeschlagen, bei welcher ein Schlittenhauptkörper als eine ungeteilte, einstückige, integrale
Konstruktion ausgebildet ist und die Gesamtlänge der belasteten Wälzelementlaufnut
das 20- bis 50-fache des Durchmessers des Wälzelements beträgt (siehe zum
Beispiel Patentdokument 1).
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Patentdokument
1: ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung
Nr. 2000-46052 . Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen
Linearführungsvorrichtung
beträgt,
da die Gesamtlänge
der belasteten Wälzelementlaufnut
des Schlittenhauptkörpers das
20- bis 50-fache des Durchmessers des Wälzelements beträgt, unter
der Annahme eines Durchmessers des Wälzelements von 4,762 mm, die
Gesamtlänge
der belasteten Wälzelementlaufnut
des Schlittenhauptkörpers
95,24 mm im Fall einer 20-fachen
Länge und
238,1 mm im Fall einer 50-fachen Länge. Deshalb deckt der Auswahlbereich
für die
Gesamtlänge
der belasteten Wälzelementlaufnut,
der zur Unterdrückung
der Wälzelementkanalschwingungen
effektiv ist, etwa 143 mm (239,1 bis 95,24 mm) ab, und eine Auswahl
der geeigneten Länge
der belasteten Wälzelementlaufnut
zum stabilen Unterdrücken
der Wälzelementkanalschwingungen
ist schwierig und uneffizient.
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Das
heißt,
die Länge
der belasteten Wälzelementlaufnut,
die übermäßig länger als
erforderlich ist, erhöht
die Größe der gesamten
Vorrichtung, während
eine Einstellung der Länge
der belasteten Wälzelementlaufnut
auf die Untergrenze (95,24 mm) in Abhängigkeit von dem Fall manchmal
zum stabilen Unterdrücken
der Wälzelementkanalschwingungen unzureichend
ist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde zum Überwinden
eines solchen Nachteils erzielt und sie soll eine Linearführungsvorrichtung
mit einer geeigneten Länge
einer belasteten Wälzelementlaufnut
vorsehen, die Wälzelementkanalschwingungen
stabil unterdrücken
kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Zum
Lösen der
obigen Aufgabe hat die Erfindung gemäß Anspruch 1 ein Merkmal in
einer Linearführungsvorrichtung
mit einer axial verlaufenden Führungsschiene
mit Wälzelementlaufnuten
auf beiden Seiten, einem die Führungsschiene über brückenden
und einen Schlittenhauptkörper
mit belasteten Wälzelementlaufnuten
gegenüber
den Wälzelementlaufnuten
der Führungsschiene
und mit in der axialen Richtung durchdringenden Wälzelementkanälen aufweisenden
Schlitten, und an beiden Enden des Schlittenhauptkörpers befestigten
und Wälzelementumlaufkanäle zum Verbinden
sowohl der Wälzelementlaufnuten
als auch der Wälzelementkanäle aufweisenden
Endkappen, und mehreren Wälzelementen,
die so angeordnet sind, dass sie rollend durch sowohl die Wälzelementlaufnuten,
die Wälzelementumlaufkanäle und die
Wälzelementekanäle umlaufen
können,
dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der belasteten Wälzelementlaufnut
des Schlittenhauptkörpers
auf das 23- bis
32-fache des Durchmessers des Wälzelements
definiert ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine teils aufgeschnittene Perspektivansicht zum Erläutern einer
Linearführungsvorrichtung
als ein Beispiel eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine Querschnittsansicht für
einen Hauptteil von 1.
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3 ist
ein Diagramm einer Beziehung zwischen der Anzahl effektiver Wälzelemente
und der Verschiebungskomponente von Wälzelementkanalschwingungen
in einem Fall eines Kugeldurchmessers von 4,762 mm für jede Vorspannung.
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4 ist
ein Diagramm einer Beziehung zwischen der Anzahl effektiver Wälzelemente
und der Verschiebungskomponente von Wälzelementkanalschwingungen
in einem Fall eines Kugeldurchmessers von 5,556 mm für jede Vorspannung.
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Bester Ausführungsmodus der Erfindung
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Ein
Beispiel eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
wird nun unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist
eine teils aufgeschnittene Perspektivansicht zum Erläutern einer
Linearführungsvorrichtung
als ein Beispiel eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden
Erfindung, 2 ist eine Querschnittsansicht
für einen Hauptteil
von 1, 3 ist ein Diagramm einer Beziehung
zwischen der Anzahl effektiver Wälzelemente
und der Verschiebungskomponente von Wälzelementkanalschwingungen
in einem Fall eines Kugeldurchmessers von 4,762 mm für jede Vorspannung,
und 4 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen der
Anzahl effektiver Wälzelemente
und der Verschiebungskomponente von Wälzelementkanalschwingungen
in einem Fall eines Kugeldurchmessers von 5,556 mm für jede Vorspannung.
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Die
Linearführungsvorrichtung
als ein Beispiel des bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung
weist, wie in 1 und 2 dargestellt,
eine axial verlaufende Führungsschiene 1 und einen
Schlitten 2, der die Führungsschiene 1 in
der Axialrichtung relativ bewegbar überbrückt, auf.
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Wälzelementlaufnuten 3,
die jeweils in der axialen Richtung verlaufen, sind an beiden Seitenflächen der
Führungsschiene 1 ausgebildet,
und belastete Wälzelementlaufnuten 31 jeweils
gegenüber
den Wälzelementlaufnuten 3 sind
an den Innenseitenflächen
beider Muffen 4 davon in dem Schlittenhauptkörper 2A des
Schlittens 2 ausgebildet, und in der axialen Richtung durchdringende
Wälzkanäle 8 sind in
den Muffen 4 ausgebildet.
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Ferner
sind Endkappen 5 jeweils mit einem Wälzelementumlaufkanal 6,
der in einer Halbkreisform zum Verbinden sowohl der Wälzelementlaufnuten 3, 31 als
auch des Wälzelementkanals 8 gekrümmt ist,
am vorderen und am hinteren Ende des Schlittenhauptkörpers 2A mittels
Schrauben 12 befestigt. Die Wälzelementlaufnuten 3, 31,
die Wälzelementumlaufkanäle 6 und
die Wälzelementkanäle 8 bilden
zusammen kontinuierliche Wälzelementumlaufwege.
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Dann
sind mehrere Kugeln B als Wälzelemente
in den kontinuierlichen Wälzelementumlaufwegen
platziert, und der Schlitten kann sich entlang der Axialrichtung
auf der Führungsschiene 1 durch das
Rollen der Kugeln B relativ bewegen. In den Zeichnungen ist die
Bezugsziffer 10 ein Gewindeloch zum Festschrauben der Endkappe 5 an
der Stirnseite des Schlittenhauptkörpers 2A, 11 ist
eine Seitendichtung, und 13 ist ein an der Seitenfläche, der
Stirnfläche,
usw. der Endkappe angeordneter Ölzufuhrnippel.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
hat der Schlittenhauptkörper 2A eine
ungeteilte, einstückige Konstruktion,
und die Anzahl der effektiven Wälzelemente,
welche ein Wert ist, den man durch Teilen der Länge der belasteten Wälzelementlaufnut 31 durch den
Durchmesser der Kugel B erhält
(Länge
der belasteten Wälzelementlaufnut/Durchmesser
des Wälzelements
= Anzahl effektiver Wälzelemente)
ist von 23 bis 32 definiert. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die belastete Wälzelementlaufnut 31 mit
einer Feinstschlifffertigung versehen, um die Rauheit der Nutenfläche auf
0,2 μm Ra
oder weniger zu machen, und während
die Kugel B gemäß JIS Klasse
G3 verwendet wird, ist diese nicht immer darauf beschränkt, sondern
eine gewöhnliche
Stahlkugel kann ebenfalls für
die Kugel B verwendet werden.
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3 zeigt
eine Beziehung zwischen dem Maß der
Verschiebungskomponente (μm)
der Wälzelementkanalschwingungen
und der Anzahl effektiver Wälzelemente
in einem Fall des Kugeldurchmessers von 4,762 mm, aufgetragen für jede Vorspannung, die
angenommen wird, eine deutliche Wirkung auf die Wälzelementkanalschwingung
zu haben.
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Man
kann aus
3 erkennen, dass die Wälzelementkanalschwingungen
etwa ab der Anzahl effektiver Wälzelemente
von 20 für
jede Vorspannung abgenommen haben, wie in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2000-40652 gezeigt, aber man kann in Abhängigkeit
von der Vorspannung eine Streuung beobachten, und die Abnahme des
Maßes
der Verschiebungskomponente der Wälzelementkanalschwingungen
ist bei der Anzahl effektiver Wälzelemente
von 23 gemäßigt, was als
ein stabiler Bereich zum Unterdrücken
der Wälzelementkanalschwingungen
gefunden wird. Ferner geht die Verschiebungskomponente aufgrund
der Vergrößerung der
Anzahl von Kugeln nach Überschreiten
der Anzahl effektiver Wälzelemente
von
32, was ein kleiner Zahlenwert ist, in einen mäßigen Gradienten über.
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Wie
oben beschrieben, kann bestätigt
werden, dass die Wirkung des Unterdrückens der Wälzelementkanalschwingungen
durch Definieren der Gesamtlänge
der belasteten Wälzelementlaufnut 31 auf
das 23- bis 32-fache des Kugeldurchmessers erreicht werden kann.
Wie in 4 dargestellt, wird in einem Fall, wenn der Kugeldurchmesser
5,556 mm beträgt,
die Abnahme des Maßes
der Verschiebungskomponente der Wälzelementkanalschwingungen
ebenfalls an der Anzahl effektiver Wälzelemente von 23 gemäßigt, obwohl
es unterschiedlich von dem Maß der
Vorspannung abhängt,
was einen stabilen Bereich zum Unterdrücken der Wälzelementkanalschwingungen
zeigt.
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Demgemäß ist es
in Anbetracht der Beziehung zwischen den Wälzelementkanalschwingungen und
der Anzahl effektiver Wälzelemente
in Abhängigkeit
vom Unterschied des Durchmessers von in der Linearführungsvorrichtung
verwendeter Kugeln, da ein Bereich mit einer stabilen Wirkung zum
Unterdrücken
der Wälzelementkanalschwingungen
zwischen 23 bis 32 für
die Anzahl effektiver Wälzelemente
vorhanden ist, möglich,
eine Linearführungsvorrichtung vorzusehen,
die die Wälzelementkanalschwingungen
durch Definieren der Gesamtlänge
der belasteten Wälzelementlaufnut
auf das 23- bis 32-fache des Durchmessers der Kugel unterdrücken kann.
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Wie
oben beschrieben, kann in diesem Ausführungsbeispiel, da eine geeignete
Länge der
belasteten Wälzelementlaufnut 31 (Schlittenhauptkörper 2A),
die die Wälzelementkanalschwingungen
stabil unterdrücken
kann, ausgewählt
werden kann, eine effiziente Vorrichtungskonstruktion ausgeführt werden
und die Länge
des Schlittens 2, der für
die stabile Unterdrückung
der Wälzelementkanalschwingungen effektiv
ist, kann standardisiert werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt, sondern
kann in einem den Schutzumfang der Erfindung nicht verlassenden
Bereich in geeigneter Weise modifiziert werden.
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Zum
Beispiel ist, während
in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
die Kugel als ein Beispiel des Wälzelements
gezeigt ist, dies nicht einschränkend,
sondern die vorliegende Erfindung ist natürlich auch auf eine Linearführungsvorrichtung anwendbar,
die ein Wälzelement,
wie beispielsweise eine zylindrische Walze, eine Kegelwalze oder
eine Kugelwalze verwendet.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie
aus den obigen Erläuterungen
offensichtlich, kann gemäß der vorliegenden
Erfindung, da eine geeignete Länge
der belasteten Wälzelementlaufnut
(Schlittenhauptkörper),
die die Wälzelementkanalschwingungen
stabil unterdrücken
kann, ausgewählt
werden kann, eine effiziente Vorrichtungskonstruktion gemacht werden
und die Länge
des Schlittens, die für
die stabile Unterdrückung
der Wälzelementkanalschwingungen
effektiv ist, kann standardisiert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
Linearführungsvorrichtung
mit einer geeigneten Länge
einer belasteten Wälzelementlaufnut,
die Wälzelementkanalschwingungen
stabil unterdrücken
kann, ist vorgesehen. In einer Linearführungsvorrichtung mit einer
axial verlaufenden Führungsschiene
(1) mit Wälzelementlaufnuten
(3) auf beiden Seiten, einem die Führungsschiene (1) überbrückenden
und einen Schlittenhauptkörper
(2A) mit belasteten Wälzelementelaufnuten
(31) gegenüber den
Wälzelementlaufnuten
(3) und mit in der axialen Richtung durchdringenden Wälzelementkanälen (8) aufweisenden
Schlitten (2), und an beiden Enden des Schlittenhauptkörpers (2A)
befestigten und jeweils einen Wälzelementumlaufkanal
(6) zum Verbinden sowohl der Wälzelementlaufnuten (3, 31)
als auch der Wälzelementkanäle (8)
aufweisenden Endkappen (5), und mehreren Wälzelementen
(B), die so angeordnet sind, dass sie rollend durch sowohl die Wälzelementlaufnuten
(3, 31), die Wälzelementumlaufkanäle (6)
und die Wälzelementkanäle (8)
umlaufen können,
ist die Länge
der belasteten Wälzelementlaufnut
(31) des Schlittenhauptkörpers (2A) als das 23-
bis 32-fache des
Durchmessers des Wälzelements
(B) definiert.
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- 1
- Führungsschiene
- 2
- Schlitten
- 2A
- Sclittenhauptkörper
- 3
- Wälzelementlaufnut
- 5
- Endkappe
- 6
- Wälzelementumlaufkanal
- 8
- Wälzelementkanal
- 31
- belastete
Wälzelementlaufnut
- B
- Kugel
(Wälzelement)