DE2729354A1

DE2729354A1 - Kugellaufbahn

Info

Publication number: DE2729354A1
Application number: DE19772729354
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tsuda
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1976-06-29
Filing date: 1977-06-29
Publication date: 1978-01-05
Also published as: JPS531751A; DE2729354C2

Description

Titel: "Kugellaufbahn" Beschreibung Kugellaufbahn Die Erfindung betrifft eine Kugellaufbahn, die als Führungsvorrichtung beim Verschieben an Präzisionsmaschinen, wie Präzisionsmeßinstrumenten, Mikroskopen, elektrophotographischen Vorrichtungen usw. verwendbar ist.
Eine bisher vorgeschlagene Kugellaufbahn dieser Art weist ein erstes festes Fuhrnngsglied bzw. eine Führungsschiene und ein zweites diesem gegenüberliegendes FUhrungsglied bzw. eine Führungsschiene auf, die in Längsrichtung verschiebbar ist. Diese Führungsechienen sind an ihren einander gegenüberliegenden Flächen mit einem Kanal oder einer Rinne versehen, in der mindestens zwei Kugeln drehbar angeordnet sind, die zui Führen bei der Verschiebung der zweiten Führungsschiene dienen. Die Rinne hat einen im wesentlichen V- oder U-förmigen Querschnitt.
Bei einen Präzisionsießgerät, Mikroskop und dgl. weist eine Kugellaufbahn zum Führen eines beweglichen Elements, z.B.
eines in 1 und Y-Richtung beweglichen Tisches als Brennpunktbezugselement zwei einander gegenüberliegende Führunge glieder auf, die Jeweils aus einen Kohlenstoff-Werkzeugstahl oder Werkzeug-Sonderstahl hergestellt und zu einer gegebenen gehärtet Gestalt bearbeitet und dann abgeschreckt wurden und eine Kugelabwälzfläche haben, die einer Glättbehandlung unterworfen wurde. Das erfordert außerordentlich hohe Material- und Arbeitskosten für eine solche herkömmliche Kugellaufbahn.
Bei einer Vorrichtung zum Führen des Wagens einer Kopiervorlage in einer elektrophotographischen Vorrichtung muß außerdem der Wagen über eine große Entfernung geführt werden. Folglich ist das Führungselement der Kugellaufbahn aus einem kaltgezogenen, harten, rostfreien Stahl hergestellt.
Ein solcher Werkstoff ist aber teuer und schwer zu schneiden.
Folglich ist es schwer darin ein Gewindeloch zum Eingriff für eine Schraube herzustellen, mit der das Führungselement am Gehäuse der elektrophotographischen Vorrichtung oder am Wagen für die Kopiervorlage befestigt wird, oder ein Gewindeloch auszubilden, mit dem ein Anschlag in Eingriff tritt, der verhindert, daß die Kugel aus der Rinne herausfällt.
Das erfordert natürlich hohe irbeitskosten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kugellaufbahn zu schaffen, die billiger herzustellen ist und deren bewegliches Führungselement verhältnismäßig leicht ist und über eine große Entfernung wirksam geführt werden kann.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird eine Kugellaufbahn geschaffen, die eine erste feste Fuhrtingssohiene, eine längs der ersten festen Führungsechiene verschiebbare zweite Führungssohiene, einander gegenüberliegende, sich in Richtung der Verschiebung erstreckende Rinnen in den beiden fOhrungsschienen und mindestens zwei Kugeln aufweist, die zwischen den einander gegenüberliegenden Rinnen drehbar angeordnet sind und das Verschieben der zweiten Fuhungeschiene führen. Eine solche Kugellaufbahn weist zwei Nuten auf, die in mindestens einer der FUhrungsschienen ausgebildet sind und sich parallel zur Rinne in deren Nähe erstrecken. Jede Nut hat dabei eine zur Rinne weisende Öffnung. In die Nut ist ein Draht mit einem Durchmesser eingesetzt, der größer ist als die Weite der Öffnung.
Die Drähte stehen an zwei Punkten mit der Kugel in Berührung.
Eine erfindungsgemäß hergestellte Kugellaufbshn hat den Vorteil, daß der Draht an einer gegebenen Stelle in der Nut gehalten werden kann, ohne daß er aus der Nut heraus in die Rinne der Führungsschiene fällt. Außerdem berührt die Kugel nur die Drähte, so daß die Verschiebung einer der Führungsschienen gegenüber der anderen Führungsschiene unabhängig von der zurückzulegenden Entfernung wirksam geführt werden kann. Da die Kugel keine direkte Berührung mit der Führungsschiene hat, braucht diese keiner Abschreckung unterworfen zu werden0 Infolgedessen kann die Führnngssohiene aus einem billigen Werkstoff hergestellt sein, der in weniger aufwendiger Weise gut bearbeitbar ist.
In einer Vorrichtung zum Führen des Wagens der Kopiervorlage an einer elektrophotographischen Vorrichtung wird eine dieser Führungsschienen gegenüber der anderen über ein großes Stück hinweg verschoben. Die Führungsechiene ist aus einem Werkstoff hergestellt, der sich von dem des Drahtes unterscheidet0 Folglich ergibt sich ein anderer Koeffizient linearer Expansion für die Führungsschiene als für den Draht.
Es ist also unmöglich, die Längenänderung der FUhrungsschiene gegenüber dem Draht außerachtzulassen. Für diesen Fall wird vorzugsweise nur ein Ende des in die Nut eingesetzten Drahtes an der entsprechenden Führungsechiene befestigt, so daß der Draht seine Länge ändern kann. Darüber hinaue ist vorzugsweise die Innenweite der Nut etwas größer gewählt als der Durchmesser des Drahtes.
Wenn ein Draht gewählt wird, dessen Gesamtlänge nicht sehr groß ist, so können auch beide Drahtenden mittels Schrauben an der Führungeschiene festgelegt sein. In dieses Fall wird die Kugel vorzugsweise vom Kopf der Schraube am Herausfallen aus der Rinne gehindert.
Die mit den Nuten und der Rinne versehene yUhrungsschiene kann aus einem Metall hergestellt und kaltgezcgen sein, so daß sich ein integraler Körper ergibt, was die Herstellungeschritte vereinfacht, Als Metall eignet sich Aluminium, weil es gezogen und geechnitten werden kann und Korrosionsschutzeigenschaftenund dgl. hat. Andererseits kann aber auch Messing oder Normalstahl im Gegensatz zu den Sonderstählen beim Stand der Technik verwendet werden, sofern die obenerwähnten Eigenschaften dadurch nicht verschlechtert werden.
Bei Rost verhindernden Eigenschaften der FUhrungsschiene kann der in die Nut der Führungsschiene eingesetste Draht aus rostfreiem Hartstahl bestehen. Andererseits kann der Draht auch aus einem Werkzeugstahl von geringer Härte hergestellt sein.
Wenn Puhrungsechiene und Draht einer Ziehbehandlung unterworfen werden, kann die Gesamtlänge der Ftlhrnngsschiene und des Drahtes im Schnitt immer konstant erzeugt werden.
Folglich hat die Kugellaufbahn, die sich durch das Zusammensetzen der FUhrungsschiene und des Drahtes ergibt, eine hohe Präzision, Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen bevorzugter Ausftihrungsbeispiele näher erläutert. Be zeigt Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer FUhrungeschiene einer bekannten Kugellaufbahn; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Führungsschiene einer Kugellaufbahn gemäß der Erfindung; Fige 3 eine Stirnansicht eines Ausführungsbeispiels einer Kugellaufbahn gemäß der Erfindung, in der die in Fig.2 gezeigte Führungsschiene verwendet ist; Figo 4 eine Stirnansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Kugellaufbahn gemäß der Erfindung; Fig. 5 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Führungsanordnung mit der in Fig. 3 gezeigten Kugellaufbahn gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Führungsschiene, die an ihrer einer anderen Führungsschiene gegenüberliegenden Fläche mit einer Rinne versehen ist, die sich in Längsrichtung erstreckt und im wesentlichen einen V-förmigen Querschnitt hat.
Fig. 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Kugellaufbahn gemäß der Erfindung. Eine Führungsschiene 1 ist aus kaltgezogenem Werkstoff wie Aluminium und dgl. hergestellt und auf gegebene Länge geschnitten. Die Führnngsschiene 1 kann gegebenenfalls auch aus Messing oder Normalstahl hergestellt sein. An ihrer einen Seitenfläche hat die Führungsschiene 1 eine Rinne la, die im Querschnitt im wesentlichen V oder U-förmig ist. Außerdem hat die Führungsschiene 1 in einer ihrer Seitenflächen zwei Nuten 1b, 1b, die sich in der Nähe der Rinne la und parallel zu dieser erstrecken. Jede dieser Nuten 1b hat einen kreisförmigen Querschnitt und eine Öffnung, die zur Rinne la gerichtet ist.
In jede der Nuten 7b ist ein Draht 2 aus Hartstahl eingesetzt, dessen Durchmesser r etwas kleiner ist als der Innendurchmesser R der Nut 1b und dessen Länge im wesentlichen der Länge der Führungsschiene 1 entspricht. Die Öffnung der Nut lt hat eine Weite w die kleiner ist als der Durchmesser r des Drahtes 2 aus Hartstahl, so daß dieser nicht aus der Nut ib in die Rinne 1a herausfallen kann.
Ein Ende des Drahtes 2 aus Hartstahl ist an der entsprechenden Führungsschiene 1 durch den Kopf einer Schraube 3 befestigt, die in ein Gewindeloch hinten an der FUhrungsschiene 1 eingeschraubt ist. Die Führungsschiene 1 selbst ist an einer Präzisionseinrichtung, zBe am Gehäuse einer elektrophotographischen Vorrichtung oder an einem beweglichen Teil derselben, wie dem Wagen einer Kopiervorlage mittels einer in ein Gewindeloch 4 eingeschraubten Schraube gehalten.
Eine Fuhrungsschiene 1 gemäß der obigen Konstruktion ist bei der Erfindung einer anderen ähnlichen Führungsschiene 1 gegenüber angeordnet, und zwischen diesen beiden FUhrungsschienen 1, 1 ist eine Kugel 5 drehbar angeordnet, wie Fig.3 zeigt. Die Kugel 5 hat punktförmige Berührung mit vier Drähten 2 aus Hartstahl in den Rinnen la, Es ist nicht erwünscht, daß die Kugel 5 mit dem tiefsten Boden der V- oder U-förmigen Rinne la in Berührung gelangt, wenn sie die Drähte 2 aus Hartstahl gegen den Boden ihrer Nut lb drückt. Zu diesem Zweck ist die V- oder U-förmige Rinne 1a an ihrer tiefsten Stelle mit einem Raum zur Druckentlastung und zur Reibungsminderung versehen. Dieser Raum kann entweder beim Herstellen der Führungsschiene 1 oder durch mechanische Bearbeitung geschaffen sein.
Die Drähte 2 aus Hartstahl sind konzentrisch um die Mitte der Kugel 5 und in gleichen Abständen von 900 voneinander angeordnet.
Um zu verhindern, daß die Kugel 5 in der Rinne la in axialer Richtung bewegt wird und aus ihr herausfällt, kann die axiale Bewegung der Kugel 5 durch einen plattenförmigen Käfig eingeschränkt sein, der in gleichmäßigen Abständen voneinander Vertiefungen oder Öffnungen zum Halten der Kugel 5 hat. Oder die Kugel kann vom Kopf der Schraube 3 gehalten sein, mit der der Draht 2 aus Hartstahl an der Führungsschiene 1 befestigt ist.
Eine erfindungsgemäß konstruierte Kugellaufbahn bewirkt, daß die Kugel 5 nur mit den Drähten 2 aus Hartstahl Berührung hat und in axialer Richtung der Rinne la gedreht wird. Die übrige Führungswirkung ist die gleiche wie bei bekannten Kugellaufbahnen.
Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Kugellaufbahn gemäß der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Nut ib einen viereckigen Querschnitt mit eingeschriebenem Kreis, dessen Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser der Drähte 2 aus Hartstahlo Mit einer Kugellaufbahn gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die gleiche Fähigkeit und die gleiche Präzision erreicht wie bei dem in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Führungsanordnung, in der eine Kugellaufbahn gemäß der Erfindung verwendet ist, wie sie in Fige 2 und 3 gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel bewirkt die Führungsanordnung, daß der Wagen 7 einer Kopiervorlage eine geradlinige Bewegung in Richtung senkrecht zu Fig. 5 gegenüber einem Gehäuse 6 einer elektrophotographischen Vorrichtung ausführt. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein plattenförmiger Käfig 8 vorgesehen, der in gleichmäßigen Abständen voneinander Vertiefungen oder Öffnungen zum Umgeben der Kugeln 5 hat, um zu verhindern, daß die Kugeln aus ihren gegebenen Lagen verschoben werden.
Wie Fig. 5 ferner zeigt, sind bei der Kugellaufbahn gesäß der Erfindung normalerweise vier Drähte 2 aus Hartstahl verwendet, was den bedeutenden Vorteil hat, daß die Kugel 5 keine direkte Berührung mit der Führungßschiene 1 hat, eo daß diese aus Aluminium und dgl. hergestellt sein kanne Die Kugellaufbahn läßt sich auf einfache Weise und doch exakt herstellen.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel dient die Kugellaufbahn gemäß der Erfindung zum Führen einer der Führungsschienen in einer geraden Bahn. Jedoch kann die Kugellaufbahn gemäß der Erfindung auch zum Führen einer der Führungsechienen längs einer gekrümmten Bahn verwendet werden.

Claims

A n s p r ü c h e 1. Kugellaufbahn mit einer ersten festen Führungsschiene, einer längs der ersten verschiebbaren zweiten Führungsschiene, einander gegenüberliegenden, sich in Richtung der Verschiebung der zweiten Führungsschiene erstreckenden Rinnen in den beiden Pührungsschienen und einer Vielzahl von Kugeln, die zwischen den einander gegenüberliegenden Rinnen drehbar angeordnet sind und die Verschiebung der zweiten Fuhrungsschiene führen, dadurch g e k e IIn z e i c h n e t , daß in mindestens einer der Fuhrungsschienen (1) zwei Nuten (1b) vorgesehen sind, die sich in der Nähe der Rinne (1a) und parallel zu derselben erstrecken, daß jede Nut eine zu der Rinne weisende Öffnung hat, und daß ein Draht (2), dessen Durchmesser größer ist als die Weite der Öffnung, in jede Nut eingesetzt ist, und daß die Drähte an zwei Punkten mit der Kugel (5) in Berührung stehend 2. Kugellaufbahn nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t 2 daß ein Ende des Drahtes (2) an der entsprechenden Pührungsschiene (1) befestigt ist.

3. Kugellaufbahn nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Ende des Drahtes an der entsprechenden Fuhrungsschiene mittels des Kopfes einer Schraube (3) befestigt ist, die in ein Gewindeloch hinten an der Fuhrungsschiene (1) eingeschraubt ist, 4. Kugellaufbahn nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Nut (ib) einen kreisförmigen Querschnitt und einen Innendurchmesser hat, der etwas größer ist als der Durchmesser des Drahtes (2) (Fig. 2, 3).

So Kugellaufbahn nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Nut einen viereckigen Querschnitt mit einem eingeschriebenen Kreis hat, dessen Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser des Drahtes (2) (Fig. 4).

6. Kugellaufbahn nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Drähte konzentrisch um die Mitte der Kugel angeordnet und voneinander den gleichen Abstand von 90°haben.

7. Kugellaufbahn nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Führungsschiene aus kaltgezogenem Werkstoff aus der aus Aluminium, Messing und Normalstahl bestehenden Gruppe von Werkstoffen hergestellt ist.

8. Kugellaufbahn nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Draht aus einem kaltgezogenen Werkstoff hergestellt ist, der aus der aus Hartstahl, hartem rostfreiem Stahl und Werkzeugstahl von hoher Härte bestehenden Gruppe ausgewählt ist0 9. Kugellaufbahn nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die axiale Bewegung der Kugel von einem plattenförmigen Käfig (8) eingeschränkt ist, der in gleichmäßigen Abständen voneinander Öffnungen zum Umgreifen der Kugel hat.

100 Kugellaufbahn nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t 9 daß die axiale Bewegung der Kugel vom Kopf einer Schraube (3) zum Befestigen des Drahtes an der Führungsschiene (1) eingeschränkt ist0