JP2001107958A - 案内装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】軽荷重時には少ない抵抗で移動ブロックが案内
レールを移動させることができ、負荷される荷重の軽重
に対応して適切な移動抵抗を与えることができる案内装
置を提供すること。 【解決手段】軌道レール２０には転動体転走面４１，４
２が形成された転走面形成部４０を備える。移動ブロッ
ク５０は軌道レール２０を跨ぐように配置され、軌道レ
ール２０の両転動体転走面４１，４２上を転走する多数
の転動体からなる転動体列８１，８２が移動ブロック５
０内を循環するように設けられている。各転動体列８
１，８２は、球形のボール８３と、上記ボールの半径よ
り大きな曲率半径軸方向の断面に描いて先端にむけ先細
りとして形成されると共に最大径が上記ボールの直径よ
りやや小さく形成したたる形ローラ８４を連結体ベルト
８５で連結して構成すると共に、負荷通路５５，５６を
形成する転動体転走面４１，４２、６６，６７の断面形
状を上記たる形ローラ８４の曲率半径と略同一の曲率半
径を備えるものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械に組み込
まれる案内装置に係り、特に軌道レールと、この軌道レ
ールを移動する移動ブロックとからなり前記移動ブロッ
クにこの移動ブロック内を循環する転動体列を備えた案
内装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来このような案内装置として、移動ブ
ロックが軌道レールに沿って移動する際に移動ブロック
内で循環する転動体例えばボールの転動抵抗の低減に関
し、特に高速移動時の抵抗を低減する方向で開発が進め
られてきた。

【０００３】そして、このような案内装置を工作機械例
えばマシニングセンタの工具テーブルの案内装置として
使用する場合には、移動ブロックに取り付けた工具テー
ブルの切削工具を交換したり、ワークの切削位置を変更
するため移動ブロックを移動させるときには、移動ブロ
ックが軌道レールに対して少ない抵抗で移動できること
が求められる。

【０００４】しかし、切削工具でワークを切削している
ときには、軌道レールに沿って所定の移動速度で制御さ
れて移動する工作テーブルの移動抵抗は所定の値になっ
ている方が、工作テーブルの振動防止を行いやすいこと
となる。

【０００５】切削工具である、回転刃物により、金属ワ
ークを切削する際に発生する断続的な切削抵抗による振
動を移動ブロックの減衰特性で吸収できるからである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようにボールを使
用した案内装置にあっては、 工作テーブルの送り機構（例えばボールねじ送り機
構）の摩擦抵抗を増加させる。 工作テーブルに機械的なブレーキを取り付け、軌道
レールとの間の抵抗を増加させる。 ボール転走溝の断面半径をボールの半径と略一致さ
せ、荷重増加時にボール転走面とボールとの差動滑りに
よる軸方向摩擦抵抗を増加させる（例えば特開平７−３
５１３６号公報参照）。 等の手段が提案されている。

【０００７】しかしながら、上述したの手段では、移
動ブロックに取り付けられた工作テーブルの切削工具を
交換したり、その切削位置を変えるときには移動ブロッ
クが軌道レールに対して少ない抵抗で移動させることが
できない。

【０００８】また、上述したの手段では、案内装置に
新たな機構としてブレーキを設けなければならない他、
ブレーキ取り付けのためのスペースが必要となり、コス
トが嵩む。

【０００９】そして、上述したの手段では、ボールに
よって荷重を担っているため、負荷荷重を大きくするた
めには、ボール数を増やす必要がある。

【００１０】このようにボールの数を増やすと、１つ１
つのボールへの負荷荷重が減少するため、ボール軌道レ
ールに対する差動滑りが増加しにくいため、負荷増加時
における摩擦抵抗の増加量が少ない。

【００１１】そこで、本発明は、他に装置を付加するこ
となく、軽荷重時には少ない抵抗で移動ブロックが案内
レールを移動することができ、また、移動ブロックを大
きくせず大きい荷重を担うことができると共に、負荷さ
れる荷重の軽重に対して適切な移動抵抗を与えることが
できる案内装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明では以下の構成を備えるものとしている。

【００１３】請求項１に記載の発明は、軌道レールと、
この軌道レールを跨ぐように配置され、軌道レールに沿
って移動する移動ブロックとからなり、軌道レールは、
転動体転走面を備え、移動ブロックは、上記軌道レール
の転動体転走面に対向する位置に転動体転走体を備えて
負荷通路を形成するともに、上記負荷通路内を循環する
多数の転動体からなる転動体列が配置されてなり、上記
各転動体列は、球形のボールと、上記ボールの半径より
大きな曲率半径軸方向の断面に描いて先端に向け先細り
として形成されると共に、最大径が上記ボールの直径よ
りやや小さく形成した、たる形ローラとを混在させると
共に、上記負荷通路を形成する各転動体転走面の断面形
状を上記たる形ローラの上記曲率半径と略同一の曲率半
径とした案内装置である。

【００１４】請求項２に記載の発明は、請求項１の転動
体列のボールと、たる形ローラとが交互に配置される案
内装置である。

【００１５】請求項３に記載の発明、請求項１又は請求
項２の転動体列を構成する各ボール及び各たる形ローラ
とは連結体ベルトに転動自在に連結されている案内装置
である。

【００１６】〔作用〕本発明にかかる案内装置によれ
ば、移動ブロックに付加する荷重が少ないとき、即ち、
案内装置を工作機械、例えばマシニングセンタに使用す
る場合には、移動ブロックに取り付けられた工具テーブ
ルの切削工具を交換したり、その切削位置を変えるとき
には移動ブロックが軌道レールに対して少ない抵抗で移
動することができる。

【００１７】即ち、請求項１乃至請求項３に記載の案内
装置への荷重が少ない場合には、負荷通路を形成する２
つの転動体転走路には転動体列のうちボールだけが微小
な面積で接触するが、たる形ローラは転動体レールに接
触しない。このため、移動ブロックはボールの点接触に
よる回転のみを解して軌道レールに沿って移動するた
め、移動ブロックは軌道レールに沿って軽快に案内され
る（図９参照）。

【００１８】一方、移動ブロックに大きい荷重が付加さ
れたとき、転動体列のボールは荷重を受け弾性的に変形
する。すると、ボールの転走面への接触面積が増加して
回転抵抗が増加する他、たる形ローラは、転走面にその
母線に沿って接触し、付加される荷重に従って、その接
触が面積が増加して、荷重の増加に従って、移動ブロッ
クの軌道レールに沿う移動抵抗が増加することとなる
（図９参照）。

【００１９】この場合、転動体列におけるボールとたる
形ローラのそれぞれの配置数及び配置パターンは請求項
２の転動体のように、ボールとたる形ローラとを交互に
配置することができる他、荷重の増加に対する移動抵抗
の増加傾向を変更するため、適宜変更することができ
る。

【００２０】また、請求項３に記載の発明によれば、転
動体列は、連結体ベルトに回動自在に保持されているた
め、各転動体が接触することなく、騒音の発生や、磨耗
が防止される。更に、たる形ローラに方向転換路を含む
全ての循環路で傾き（スキュー）が発生することなく、
転動体列を円滑に循環する（図１１参照）。

【００２１】ここで、従来、転動体列として、ボールと
円筒ころとを使用した案内装置が提案されている（特開
昭６１−１８００１６号参照）。しかし、この従来の発
明は、本願発明とは、以下の点で異なるものである。

【００２２】即ち、従来の案内装置は、本願発明とは別
の目的、即ち、剛性が高くかつ始動抵抗が少ない転動装
置を得るためになされたものである。

【００２３】また、この案内装置にあっては、荷重の増
加により、ボールだけの接触からボールと円筒ころ両方
の接触に移行するときは、円筒ころの転走面への接触が
急激に発生するため、移動抵抗の増加が急峻なものとな
り（図１０参照）、精密移動が必要とされる工作機械へ
の使用はできない。

【００２４】さらに、この従来の案内装置にあっては、
転動体列として円筒ころを使用し、且つ各転動体の衝突
防止手段及びスキュー発生防止のための手段（例えば連
結体ベルト）を採用していないため、各転動体の接触、
円筒体ころのスキューの発生により、断続的な移動抵抗
の変動が発生し（図１２参照）、例えば放電加工装置の
ように振動を防止しなければならない装置には使用する
ことができないものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態ににか
かる案内装置の構成を詳細に説明する。

【００２６】〔第１の実施の形態の構成〕図１乃至図８
は本発明に係る案内装置１０の第１の実施の形態を示す
ものである。本発明による案内装置１０は、水平方向に
沿って配置された軌道レール２０と、この軌道レール２
０を跨いで軌道レール２０に沿って移動できる移動ブロ
ック５０とからなる。そして、移動ブロック５０には、
転動体列８０（８１，８２）が配置されている。

【００２７】（転動体列）本例の転動体列８０は、図６
に示すように、移動ブロック５０内を循環するように設
けられる。

【００２８】本例では、転動体列８１，８２は、球形の
ボール８３とたる形ローラ８４が交互に配置され、合成
樹脂製の連結体ベルト８５で連結されたものである。

【００２９】ここで、ボール８３は半径Ｒ１（図４
（１）参照）の球形であり、たる形ローラ８４は、上記
ボールの半径Ｒ１より大きな曲率半径軸方向Ｒ２（図４
（１）参照）の両端にむけ先細りとして形成されると共
に最大径（Ｒ３（図４（３）参照）が上記ボールの直径
Ｒ１よりやや小さくされた軸方向断面形状の回転体であ
る。

【００３０】また、図４に示すように連結体ベルト８５
は、ボール８３を移動方向に直行する直径方向から保持
するボール保持部８６、たる形ローラ８４の回転軸の両
端で保持するたる形ローラ保持部８７及びこれら両保持
部８６,８７を結合する連結部８８とからなる。

【００３１】（軌道レール）この例に係る案内装置１０
の軌道レール２０はその軸が直線状になるように配置さ
れるものである。

【００３２】軌道レール２０は、図１乃至図３に示すよ
うに、たとえば工作機械の取り付けベース９０に固定さ
れる基体部３０と、基体部３０の上部に形成された転走
面形成部４０とを備えて、例えばステンレス鋼で両者が
一体に形成されている。

【００３３】基体部３０は、取り付けベース９０に取り
付けられる底面３１を幅広とする略辺台形状に形成され
ており、その底面３１を取り付けベース９０に固定する
ためのボルト穴３２が所定間隔を隔てて穿設されてお
り、ボルト（図示していない）で取り付けベース９０に
固定されている。

【００３４】そして、転走面形成部４０は、この基体部
３０の上側両隅部から斜め上方に向け形成されている。
そしてこの転走面形成部４０の上面には上側転動体転走
面４１が、また転走面形成部４０の下側には下側転動体
転走面４２が形成されている。これらの各転動体転走面
４１，４２の断面形状は、上記たる形ローラ８４の回転
軸に沿う断面形状を成す曲率半径Ｒ２（図４（１）参
照）と略同一の曲率半径Ｒ４とされている。

【００３５】（移動ブロック）移動ブロックは、この軌
道レール２０を跨ぐように配置され、軌道レール２０の
上側転動体転走面４１を転動するように設けられた上側
転動体列８１と、下側転動体転走面４２を転動するよう
に設けられた下側転動体列８２とが配置される。

【００３６】移動ブロック５０は、図２及び図３に示す
ように、その中央部をなすブロック本体６０と、このブ
ロック本体６０の両端部に取り付けられるエンドプレー
ト７０とからなる。

【００３７】ブロック本体６０は図１及び図４に示すよ
うに中央部６１とこの中央部６１の両端から垂下される
脚部６２とから構成される左右対称の略コ字状の部材か
らなる。

【００３８】そして、ブロック本体６０は、例えばステ
ンレス鋼製の中央部６１にに一体的にインサート形成さ
れ、左右各２個所に対称に形成された合成樹脂部材６
４，６５を備える。

【００３９】また、ブロック本体６０には、上記軌道レ
ール２０の転動体転走路４１，４２との間で転動体列８
１，８２が荷重を受けて転走される上部及び下部の凹面
の転動体転走面６６，６７が形成されている。この転動
体転走面６６，６７の断面形状は上記転動体転走面４
１，４２と同様に、上記たる形ローラ８４の回転軸に沿
う断面形状を成す曲率半径Ｒ２（図４（１）参照）と略
同一の曲率半径Ｒ４とされている。

【００４０】これらの構成により、軌道レール２０の転
動体転走面４１，４２とブロック本体６０に形成された
転動体転走面６６，６７との間に転動体列８１，８２に
負荷がかかる上下の負荷通路５５，５６が形成される。

【００４１】そして、このブロック本体６０は、上記各
転動体転走面６６，６７が、案内装置１０の組み立て
時、あるいは荷重が少ない場合には、負荷通路５５，５
６において、各転動体列８１，８２のうちボール８３だ
けが軌道レール２０に設けられた転動体転走面４１，４
２とブロック本体に設けられた転動体転走面６６，６７
との間に挟まれ、各転走面４１，４２，６６，６７に微
小な面積で接触して上記転走面形成部４０を挟み込むよ
うに形成されている。このとき各転動体列８１，８２の
たる形ローラ８４の半径Ｒ３はボール８３の半径Ｒ１よ
り小さいため、負荷通路５５，５６では荷重を受けな
い。

【００４２】そして、移動ブロック５０に大きい荷重が
付加されたとき、その方向（上下、左右、回転）に応じ
て所定の転動体列のボールが荷重を受け弾性的に変して
ボールの転動体転走面への接触面積が増加して回転抵抗
が増加する他、たる形ローラが、所定の転動体転走面に
その母線に沿って接触し、付加される荷重に従って、そ
の接触面積が増加してするものとして形成されている。

【００４３】上記合成樹脂部材６４，６５は例えば可撓
性のある合成樹脂部材を金型にインサート成形すること
により形成される。

【００４４】この例で第１の樹脂部材６４は、本体の脚
部６２の下部に左右２個所に配置され、下側負荷通路５
６を転動する転動体列８１が導通される貫通穴６８が転
動体に負荷がかからない無負荷通路５８として形成され
ているとともに、下側転動体列８２が上記下側軌道レー
ル２０に対して位置を保持するものとして形成される。

【００４５】また、第２の樹脂部材６５は、ブロック本
体６０の２個所に貫通形成された穴部６３内に形成さ
れ、上側負荷通路５５を転動する転動体列８１が導通さ
れ貫通穴６９が無負荷通路５７として形成されている。

【００４６】そして、ブロック本体の両端部に取り付け
られるエンドプレート７０は図６及び図７に示すよう
に、それぞれの転動体列８１，８２の方向転換路７３，
７４が形成されている。

【００４７】このような構成により、移動ブロック５０
を軌道レール２０を跨ぐように配置したとき、軌道レー
ル２０の上側及び下側の転動体転走面４１，４２と、上
記移動ブロック５０の両転動体転走面６６，６７との間
の負荷通路５５，５６、移動ブロック５０中に形成され
た無負荷通路５７，５８、及び上記エンドプレート７０
の方向転換路７３，７４で上述した転動体列８０が配置
されて循環する転動体循環路が形成される。

【００４８】〔第１の実施の形態の作用〕案内装置１０
を工作機械マシニングセンタに使用する場合には、移動
ブロック５０のボルト穴５１にボルトで取り付けられた
工作テーブル（図示していない）の切削工具を交換した
り、その切削位置を変えるときには移動ブロック５０が
軌道レール２０に対して少ない抵抗で移動することがで
きる。

【００４９】このように荷重が少ない場合には、移動ブ
ロック５０に設けられた上側転動体列８１と下側転動体
列８２とはそのボール４３のみ負荷通路５５，５６の各
転動体転走面に微小な面積で接触するが、たる形ローラ
は転動体転走面には接触しないため、移動ブロックはボ
ールの点接触による回転のみで軌道レールに沿って移動
する。このため、移動ブロック５０は軌道レール２０に
沿って軽快に案内され、各転動体列８１，８２は軌道レ
ール２０の転走面形成部４０を上下から挟んでそれぞれ
移動ブロック５０内を循環して移動ブロック５０は軌道
レール２０に沿って軽快に案内される。

【００５０】一方、移動ブロック５０に大きい荷重が付
加されたとき、その荷重の負荷方向（上下、左右、回
転）に応じて所定の転動体列のボールが荷重を受け弾性
的に変形してボールの転動体転走面への接触面積が増加
して回転抵抗が増加する。また、ボールの変形に伴っ
て、たる形ローラは、所定の転動体転走面にその母線に
沿って接触する。そして、このたる形ローラは付加され
る荷重に従って、その接触面積が増加してするものとな
り荷重が増加すればするほど、移動ブロックの軌道レー
ルに沿う移動抵抗が増加することとなる。

【００５１】そして、荷重が軽減されたときには、各転
動体は上述した変形から弾性的に復元して、移動ブロッ
ク５０からの負荷荷重が増加するにつれてそれらの形状
を復元して、移動ブロック５０の軌道レール２０に沿う
移動抵抗が荷重が付加されない状態にもどり、移動ブロ
ック５０は軌道レール２０に沿って軽快に案内される。

【００５２】〔他の実施の形態〕図８は本発明に係る案
内装置の他の転動体列１８０を示すものである。

【００５３】この例に係る転動体列１８０は、上記例と
同一のボール１６３と、上記例と略同一の形状を備え軸
方向両端部に孔部１６５を形成した、たる形ローラを連
結体ベルト１８５で連結している。なお、ボールの半径
Ｒ１、たる形ローラ１６４の寸法Ｒ２，Ｒ３の関係は上
述した例の転動体列と同様である。

【００５４】また、図８に示すように連結体ベルト１８
５は、ボール１８３を移動方向に直行する直径方向から
保持するボール保持部１８６、たる形ローラ１８４の孔
部１６５に挿入される軸部１９１を備え、たる形ローラ
１８４を両端で保持するたる形ローラ保持部１８７及び
これら両保持部１８５，１８６を結合する連結部１８８
を備える。また、本例にかかる連結体ベルト１８５は、
連結部１８８のボール及びたる形ローラ１６４との接触
部に前後方向の保持板部１９０を設けて、ボール１８３
の保持を確実にすると共に、たる形ローラ１８４のスキ
ュー発生を確実に防止している。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる案
内装置によれば、移動ブロックに付加する荷重が少ない
とき、即ち、案内装置を工作機械、例えばマシニングセ
ンタに使用する場合には、移動ブロックに取り付けられ
た工具テーブルの切削工具を交換したり、その切削位置
を変えるときには移動ブロックが軌道レールに対して少
ない抵抗で移動することができる。

【００５６】即ち、請求項１乃至請求項３に記載の案内
装置は、荷重が少ない場合には、移動ブロックに設けら
れた上側転動体列と下側転動体列のうちボールだけが負
荷通路において転動体転走面に微小な面積で接触する
が、たる形ローラは転動体転走面に接触しないため、移
動ブロックはボールの点接触による回転のみで軌道レー
ルに沿って移動するため、移動ブロックは軌道レールに
沿って軽快に案内される。

【００５７】一方、移動ブロックに大きい荷重が付加さ
れたとき、転動体列のボールは荷重を受け弾性的に変形
するので、ボールの転動体転走面への接触面積が増加し
て回転抵抗が増加する他、たる形ローラは、転動体転走
面にその母線に沿って接触し、付加される荷重に従っ
て、その接触が面積が増加して、荷重の増加に従って、
移動ブロックの軌道レールに沿う移動抵抗が増加するこ
ととなる。

【００５８】従って、本発明によれば、移動ブロックに
付加される荷重が増加するにつれて、移動ブロックの軌
道レールに対する移動抵抗が増加することにより、移動
ブロックへの軽荷重時には少ない抵抗で移動ブロックを
案内レールを移動させることができ、また、移動ブロッ
クが大きな荷重を担うことができると共に、負荷される
荷重の軽重に対して適切な移動抵抗を与えることがで
き、切削工具である、回転刃物等によって金属ワーク等
を切削する際に発生する断続的な切削抵抗による振動を
移動ブロックの移動抵抗で吸収して減衰させることがで
きるものとなる。

【００５９】この場合、転動体列におけるボールとたる
形ローラのそれぞれの配置数及び配置パターンは請求項
２の転動体のように、ボールとたる形ローラとを交互に
配置することができる他、荷重の増加に対する移動抵抗
の増加傾向を変更するため、適宜変更することができる
様々な用途に使用することができる。

【００６０】また、請求項３に記載の発明によれば、転
動体列は、連結体ベルトに回動自在に保持されているた
め、各転動体が接触することなく、騒音の発生や、磨耗
が防止される。更に、たる形ローラに方向転換路を含む
全ての循環路で傾き（スキュー）が発生することなく、
転動体列を円滑に循環させることができ、精密な工作機
械に使用することが好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる案内装置の実施の形態を示す断
面図である。

【図２】図１に示した案内装置を示す斜視図である。

【図３】図１に示した案内装置を示す正面図である。

【図４】図１に示した案内装置の転動体列を示す図であ
り、（１）は平面図、（２）は側面図、（３）は正面
図、（４）は（１）中のＡ−Ａ線に相当する断面図、
（５）は（１）中のＢ−Ｂ線に相当する断面図、（６）
は（１）中のＣ−Ｃ線に相当する断面図である。

【図５】図１に示した案内装置のエンドプレートを取り
付けない状態の移動ブロックを示す側面図である。

【図６】図１に示した案内装置の移動ブロック中の転動
体列の状態を示す図１中のＶＩ−ＶＩ線に相当する断面
図であるを示す正面図である。

【図７】図１に示した案内装置の移動ブロックのエンド
プレートを示す図であり、（１）はエンドプレートを内
側から見た側面図、（２）はエンドプレートの一部切欠
側面図である。

【図８】他の例に係る案内装置の転動体列を示す図であ
り、（１）は平面図、（２）は正面図、（３）は図１中
のＶＩＩＩ部に相当する拡大図である。

【図９】本発明に係る案内装置の移動ブロックに付加さ
れる荷重と移動抵抗の関係を示すグラフである。

【図１０】従来の案内装置の移動ブロックに付加される
荷重と移動抵抗の関係を示すグラフである。

【図１１】本発明に係る案内装置の移動ブロックの移動
ストロークと移動抵抗の関係を示すグラフである。

【図１２】従来の案内装置の移動ブロックの移動ストロ
ークと移動抵抗の関係を示すグラフである。

【符号の説明】 １０ 案内装置 ２０ 軌道レール ３０ 基体部 ４０ 転走面形成部 ４１ 上側転動体転走面 ４２ 下側転動体転走面 ５０ 移動ブロック ５５ 負荷通路 ５６ 負荷通路 ５７ 無負荷通路 ５８ 無負荷通路 ６０ ブロック本体 ７０ エンドプレート ８１ 上側転動体列 ８２ 下側転動体列 ８３ ボール ８４ たる形ローラ ８５ 連結体ベルト ９０ 取り付けベース

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軌道レールと、この軌道レールを跨ぐよう
   に配置され、軌道レールに沿って移動する移動ブロック
   とからなり、 軌道レールは、転動体転走面を備え、 移動ブロックは、上記軌道レールの転動体転走面に対向
   する位置に転動体転走体を備えて負荷通路を形成すると
   もに、上記負荷通路内を循環する多数の転動体からなる
   転動体列が配置されてなり、 上記各転動体列は、球形のボールと、上記ボールの半径
   より大きな曲率半径軸方向の断面に描いて先端に向け先
   細りとして形成されると共に、最大径が上記ボールの直
   径よりやや小さく形成した、たる形ローラとを混在させ
   ると共に、 上記負荷通路を形成する各転動体転走面の断面形状を上
   記たる形ローラの上記曲率半径と略同一の曲率半径とし
   た案内装置。
2. 【請求項２】上記転動体列のボールと、たる形ローラと
   は交互に配置される請求項１に記載の案内装置。
3. 【請求項３】上記転動体列を構成する各ボール及び各た
   る形ローラとは連結体ベルトに転動自在に連結されてい
   る請求項１、又は請求項２記載の案内装置。