JP2002130271A - 直動転がり案内装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期摩耗による摺動抵抗の低下や摩耗粉の発
生が生じにくい直動転がり案内装置を提供する。 【解決手段】 軸方向に延びる転動体転動溝３を外面に
有する案内レール１と、該案内レール１に組み付けられ
るとともに案内レール１の転動体転動溝３に対向する転
動体転動溝４を有するスライダ２と、両転動体転動溝
３，４から形成される転動体転動路１０の中に転動自在
に装填される複数の転動体５と、を備えた直動転がり案
内装置において、両転動体転動溝３，４の少なくとも一
部の表面粗さを、中心線平均粗さＲａ０．２０μｍ以下
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、産業機械等に用い
られる直動転がり案内装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般的に使用される直動転がり案
内装置（リニアガイド装置）としては、例えば、図１に
示すような、軸方向に延びる案内レール１と、その案内
レール１を跨いで組み付けられたスライダ２とを備えた
ものが知られている。案内レール１の両側面１ｂ，１ｂ
には、軸方向に転動体転動溝３，３，３，３が形成され
ている。

【０００３】また、スライダ２は、スライダ本体２Ａと
その軸方向の両端部に取り付けられたエンドキャップ２
Ｂ，２Ｂとからなり、スライダ本体２Ａは両袖部６，６
の内側面に案内レール１の転動体転動溝３，３，３，３
に対向する転動体転動溝４，４，４，４を有するととも
に、袖部６，６の肉厚部分を軸方向に貫通する転動体戻
し路１１，１１，１１，１１を有している（図２を参
照）。そして、これら対向する転動体転動溝３，３，
３，３，４，４，４，４から転動体転動路１０，１０，
１０，１０が形成されている。

【０００４】一方、スライダ２の一部を破断して示した
平面図である図３から分かるように、エンドキャップ２
Ｂは、転動体転動路１０とこれに平行な転動体戻し路１
１とを連通させる湾曲路１２を有しており、転動体転動
路１０と転動体戻し路１１と両端の湾曲路１２，１２と
で、転動体循環路が形成されている。この転動体循環路
内には、例えば鋼球からなる多数の転動体５が装填され
ている。

【０００５】案内レール１に組み付けられたスライダ２
は、転動体転動路１０内の転動体５の転動を介して案内
レール１に沿って滑らかに移動し、その移動中、転動体
５はスライダ２内の前記転動体循環路内を転動しつつ無
限循環する。また、スライダ２には、案内レール１との
間の隙間の開口をシールするサイドシール７が、両端部
（各エンドキャップ２Ｂの端面）に装着されている。な
お、図１中の符号８で示すものは、グリースニップルで
ある。

【０００６】このような従来の直動転がり案内装置にお
いては、転動体転動溝３，４の表面粗さは、研削加工仕
上げ等により、中心線平均粗さＲａ０．２０μｍ超過と
されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の直動転がり案内装置においては、使用の初
期段階（走行数ｋｍの段階）で部材間のなじみに伴う摩
耗（初期摩耗）が生じ、摺動抵抗の低下や摩耗粉の発生
が生じやすいという問題があった。また、上記のような
直動転がり案内装置を工作機械に使用した場合には、前
述のように摺動抵抗が経時的に変化するため、前記工作
機械による加工の精度に悪影響が生じるという問題点を
有していた。

【０００８】さらに、スライダ２の移動速度に伴って摺
動抵抗が変化するため、前記工作機械による加工（例え
ば円弧切削等）において切削速度が変化すると、摺動抵
抗が変動して高精度の加工が実現できないという問題点
も有していた。そこで本発明は、上記のような従来の直
動転がり案内装置の有する問題点を解決し、初期摩耗に
よる摺動抵抗の低下や摩耗粉の発生が生じにくい直動転
がり案内装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成からなる。すなわち本発明
の直動転がり案内装置は、軸方向に延びる転動体転動溝
を外面に有する案内レールと、該案内レールに組み付け
られるとともに前記案内レールの転動体転動溝に対向す
る転動体転動溝を有するスライダと、前記両転動体転動
溝から形成される転動体転動路の中に転動自在に装填さ
れる複数の転動体と、を備えた直動転がり案内装置にお
いて、前記両転動体転動溝の少なくとも一部の表面粗さ
を、中心線平均粗さＲａ０．２０μｍ以下としたことを
特徴とする。

【００１０】このような構成であれば、前記転動体転動
溝の表面が滑らかであるため、初期摩耗による摺動抵抗
の低下を１０％以下の低下率に抑えることができ、且
つ、摩耗粉の発生を抑えることができる。したがって、
摺動抵抗の経時的な変化が小さいから、工作機械に使用
した場合は高精度の加工を実現することができる。さら
に、前記スライダの移動速度に伴う摺動抵抗の変化が小
さいので、前記工作機械による加工（例えば円弧切削
等）において切削速度が変化しても、摺動抵抗の変動が
小さく、高精度の加工が実現できる。

【００１１】また、前記転動体の転動における摩擦係数
が低いため、剛性等の性能を同等に維持しつつ初期の摺
動抵抗を小さくすることができる。さらに、直動転がり
案内装置の使用（スライダの走行）に伴う騒音を、低く
することでできる。なお、これらの効果は、前記転動体
と前記転動体転動路とが４点で接触する場合において、
特に得られやすい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る直動転がり案内装置
の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る直動転がり案内装置（リニアガイ
ド装置）の一実施形態を示す斜視図である。また、図２
は、図１の直動転がり案内装置の正面図であり、図３
は、図１の直動転がり案内装置の一部を破断して示した
平面図である。

【００１３】まず、本実施形態の直動転がり案内装置の
構造を説明する。横断面形状が略コ字状のスライダ２が
角形の案内レール１上に、軸方向に相対移動可能に組み
付けられている。案内レール１の上面１ａと両側面１
ｂ，１ｂとが交差する稜線部には、軸方向に延びる断面
ほぼ１／４円弧形状の凹溝からなる転動体転動溝３，３
が形成されるとともに、案内レール１の両側面１ｂ，１
ｂの中間位置には、軸方向に延びる断面ほぼ半円形の凹
溝からなる転動体転動溝３，３が形成されている。

【００１４】スライダ２は、スライダ本体２Ａと、その
軸方向両端部に着脱可能に取り付けられたエンドキャッ
プ２Ｂ，２Ｂと、から構成されている。スライダ本体２
Ａの両袖部６，６の内側面の角部には、案内レール１の
転動体転動溝３，３に対向する断面ほぼ半円形の転動体
転動溝４，４が形成され、両袖部６，６の内側面の中央
部には案内レール１の転動体転動溝３，３に対向する断
面ほぼ半円形の転動体転動溝４，４が形成されている。

【００１５】上記の案内レール１の転動体転動溝３，
３，３，３と両袖部６，６の転動体転動溝４，４，４，
４とから、転動体転動路１０，１０，１０，１０が構成
されている。そして、これらの転動体転動路１０は、断
面ほぼ円形の直線状をなしている。さらに、スライダ２
は、スライダ本体２Ａの袖部６，６の肉厚部分の上部及
び下部に、転動体転動路１０と平行をなし軸方向に貫通
する断面円形の貫通孔からなる転動体戻し路１１，１
１，１１，１１を備えている。

【００１６】また、エンドキャップ２Ｂは例えば合成樹
脂から構成され、断面ほぼコ字状に形成されている。そ
して、スライダ本体２Ａとの当接面（裏面）には、転動
体転動路１０とこれに平行な転動体戻し路１１とを連通
させる半ドーナッツ状の湾曲路１２を有しており、これ
ら転動体転動路１０と転動体戻し路１１と両端の湾曲路
１２，１２とで、環状の転動体循環路が形成されてい
る。この転動体循環路内には、例えば鋼球からなる多数
の転動体５が転動自在に装填されている。

【００１７】案内レール１１に組みつけられたスライダ
１２を案内レール１に沿って軸方向に移動させると、転
動体転動路１０内に装填されている転動体５は、転動体
転動路１０内を転動しつつ案内レール１に対してスライ
ダ２と同方向に移動する。そして、転動体５が転動体転
動路１０の一端に達すると、湾曲路１２によりＵターン
して、転動体戻し路１１に導入される。続いて、転動体
戻し路１１を通って反対側の湾曲路１２に到り、ここで
再びＵターンして転動体転動路１０に戻り、このような
転動体循環路内の循環を無限に繰り返す。

【００１８】また、エンドキャップ２Ｂの外側端面に
は、案内レール１の上面１ａ及び両側面１ｂ，１ｂに摺
接するサイドシール７が取り付けられていて、スライダ
２と案内レール１との間に形成される隙間の開口がシー
ルされている。このサイドシール７は、エンドキャップ
２Ｂの外形に合わせた略コ字状の鋼板からなる芯金とゴ
ム材料とを一体化した部材である。

【００１９】サイドシール７の内側のゴム面は、スライ
ダ２と案内レール１との間の隙間をシールできるよう
に、案内レール１の断面形状に合わせて案内レール１の
上面１ａ及び両側面１ｂ，１ｂに摺接可能な形状に成形
されている。ただし、その内面寸法は、案内レール１と
の間の隙間を確実にシールするために、案内レール１の
表面に接する寸法よりも若干（０．１〜０．２ｍｍ程
度）小さくしてある。ただし、前記芯金は案内レール１
とは非接触である。

【００２０】このような直動転がり案内装置において
は、転動体転動溝３，４の表面粗さは、中心線平均粗さ
Ｒａ０．２０μｍ以下とされている。転動体転動溝３，
４の表面が上記のように滑らかであるため、初期摩耗に
よる摺動抵抗の低下を１０％以下の低下率に抑えること
ができ、且つ、摩耗粉の発生を低く抑えることができ
る。

【００２１】図４は、転動体転動溝３，４の表面粗さ
（中心線平均粗さＲａ）と初期摩耗による摺動抵抗の低
下率との相関を示すグラフである。図４のグラフから分
かるように、表面粗さが良好であるほど初期摩耗による
摺動抵抗の低下率が低くなっており、表面粗さが中心線
平均粗さＲａ０．２０μｍ以下であると１０％以下とな
っている。

【００２２】このような直動転がり案内装置は摺動抵抗
の経時的な変化が小さいから、工作機械（マシニングセ
ンタ）に使用した場合は高精度の加工を実現することが
できる。さらに、スライダ２の移動速度に伴う摺動抵抗
の変化が小さいので、前記工作機械による加工（例えば
円弧切削等）において切削速度が変化しても、摺動抵抗
の変動が極めて小さく、高精度の加工が実現できる。

【００２３】また、例えば、直動転がり案内装置を機械
に組み込み、ボールねじを介してモータ駆動で使用する
場合、初期の摺動抵抗によってモータを選定するため、
摺動抵抗が低下した後はモータがオーバースペックとな
る恐れがある。ところが、転動体転動溝３，４の表面粗
さが中心線平均粗さＲａ０．２０μｍ以下であれば、摺
動抵抗をあらかじめ低く設定できるので、選定したモー
タがオーバースペックになることがなく、モータのコス
トダウンにつながるという効果も有する。

【００２４】さらに、例えば、直動転がり案内装置を機
械に組み込み、高精度の位置決めを行う場合、案内レー
ル１及びスライダ２の転動体転動溝３，４の表面粗さが
中心線平均粗さＲａ０．２０μｍを超える直動転がり案
内装置では、駆動装置の制御において初期に摺動抵抗の
大きさに応じた補正値を設定しても、直動転がり案内装
置の使用に伴って摺動抵抗が低下すると必要となる補正
値が変化してしまうので、位置決め精度に悪影響を与え
ることとなる。

【００２５】しかし、転動体転動溝３，４の表面粗さが
中心線平均粗さＲａ０．２０μｍ以下である直動転がり
案内装置では、摺動抵抗をあらかじめ低く設定すること
ができ、且つ使用に伴う摺動抵抗の低下率も小さく抑え
られることから、初期の補正値を小さくすることがで
き、また、補正値の変化も極めて小さいから位置決め精
度への悪影響を大幅に小さくすることができるという効
果がある。

【００２６】上記の一例を具体的に示す。直動転がり案
内装置を組み込んだ機械において、摺動方向の剛性が１
９６Ｎ／μｍで、摺動抵抗がスライダ４個分で３９２Ｎ
であるとすると、反転時にはその２倍が作用することに
なるから、これらを計算すると４μｍのロストモーショ
ンが生じることになる（２×３９２Ｎ÷１９６Ｎ／μｍ
＝４μｍ）。この場合、ロストモーション補正を行って
いたとしても、摺動抵抗が３０％低下すると位置決め精
度誤差は１．２μｍとなる。

【００２７】これに対して、表面粗さが良好であること
による転がり摩擦係数の減少により、摺動抵抗を３０％
小さく設定できるので、その時のスライダ４個分の摺動
抵抗は２７４Ｎ（３９２Ｎ×７０％）でよく、ロストモ
ーション量は２．８μｍとなる。その後の摺動抵抗の低
下は、摺動抵抗の絶対値が小さくなっていることから低
下率もさらに小さく５％となり、位置決め精度誤差は
０．１４μｍに抑えられる効果が期待できる。すなわ
ち、最終的には初期の１．２μｍの補正後位置決め精度
誤差に対し、その１／９程度の精度が実現できることに
なる。

【００２８】さらに、上記のような直動転がり案内装置
は転動体５の転動における摩擦係数が低いため、剛性等
の性能を同等に維持しつつ初期の摺動抵抗を小さくする
ことができる。さらにまた、直動転がり案内装置の使用
（スライダ２の走行）に伴う騒音を、低くすることでで
きる。参考に、スライダ２の転動体転動溝４の表面粗さ
を測定した結果（測定チャート）を示す。図５は、表面
粗さが中心線平均粗さＲａ０．２０μｍ超過の場合
（０．２３μｍ）で、図６は、表面粗さが中心線平均粗
さＲａ０．２０μｍ以下の場合（０．１５μｍ）であ
る。なお、これらの測定においては、転動体転動溝４の
表面を円周方向に測定している（すなわち、チャートの
横軸方向が転動体転動溝４の円周方向である）。

【００２９】（実施例）実施例１，２及び比較例１の直
動転がり案内装置は、上記の直動転がり案内装置とほぼ
同様の構成であるが、案内レール１の転動体転動溝３及
びスライダ２の転動体転動溝４の表面粗さが異なってい
る。すなわち、比較例１の直動転がり案内装置は、案内
レール１の転動体転動溝３及びスライダ２の転動体転動
溝４を研削加工し、表面粗さを中心線平均粗さＲａ０．
３０μｍとしたものである。

【００３０】実施例１の直動転がり案内装置は、案内レ
ール１の転動体転動溝３は研削加工した後にバフ加工を
施し、スライダ２の転動体転動溝４は研削加工した後に
テープ加工を施して、それぞれ表面粗さを中心線平均粗
さＲａ０．１９μｍとしたものである。そして、初期の
摺動抵抗は比較例１と同等である。実施例２の直動転が
り案内装置は、案内レール１の転動体転動溝３及びスラ
イダ２の転動体転動溝４に、実施例１と同様の超仕上げ
加工を施して、表面粗さを中心線平均粗さＲａ０．１９
μｍとしたものである。そして、初期の摺動抵抗が比較
例１よりも３０％小さく、直動転がり案内装置の使用に
伴って比較例１と同等レベルに摺動抵抗が低下した。

【００３１】これらの直動転がり案内装置を駆動させて
（スライダ２を走行させて）、摺動抵抗の経時変化を測
定した。その結果を図７及び図８のグラフに示す。図７
から分かるように、比較例１の直動転がり案内装置（破
線により示したもの）は、初期の段階でなじみによる摩
耗が発生し、摺動抵抗が３２％程度低下したが、実施例
１の直動転がり案内装置（実線により示したもの）は、
摺動抵抗の低下率は１０％以下に抑えられている。

【００３２】また、図８から分かるように、実施例２の
直動転がり案内装置（実線により示したもの）は、転動
体５の転がり摩擦係数が低いため初期の摺動抵抗を小さ
く設定できることから、摺動抵抗の低下率は４．５％程
度に抑えられている。しかし、例えば剛性のような性質
は比較例１（破線により示したもの）と同等に維持でき
る。

【００３３】次に、転動体転動溝３，４の表面粗さを、
中心線平均粗さＲａ０．２０μｍ以下とする方法につい
て説明する。該方法は特に限定されるものではないが、
転動体転動溝３，４を研削加工した後に、超仕上げ加工
を施す方法や慣らし走行を行う方法等があげられる。研
削加工の具体例としては、例えば、図９に示したような
方法があげられる。すなわち、案内レール１の側面１ｂ
の形状と合致する形状（転動体転動溝３，３の凹溝と嵌
合する凸部を有する形状）の砥石２０により、案内レー
ル１の転動体転動溝３を研削加工する方法である。

【００３４】また、超仕上げ加工の具体例としては、例
えば、超仕上げ研削，テープ加工，バフ加工，ポリッシ
ング，ラッピングなどがある。また、慣らし走行は、直
動転がり案内装置を組み立てた後に（完成品状態で）、
スライダ２を１ｋｍ程度走行させることにより行う。た
だし、慣らし走行用のスライダを用いて案内レール１の
慣らし走行を行ったり、慣らし走行用の案内レールを用
いてスライダ２の慣らし走行を行ったりしても差し支え
ない。

【００３５】なお、本実施形態においては全ての転動体
転動溝３，３，３，３，４，４，４，４の表面粗さを、
中心線平均粗さＲａ０．２０μｍ以下とした例を示した
が、全転動体転動溝３，３，３，３，４，４，４，４の
うち少なくとも２列の表面粗さが、中心線平均粗さＲａ
０．２０μｍ以下であれば、前述のような効果を奏する
ことができる。

【００３６】また、表面粗さを中心線平均粗さＲａ０．
２０μｍ以下とするのは、対向する２つの転動体転動溝
３，４のうち一方でもよいし両方でもよい。さらに、案
内レール１の転動体転動溝３とスライダ２の転動体転動
溝４とで、それぞれ異なる方法により表面粗さを中心線
平均粗さＲａ０．２０μｍ以下としてもよい。なお、本
実施形態は本発明の一例を示したものであって、直動転
がり案内装置の細部の構造等、本発明は本実施形態に限
定されるものではない。例えば、本実施形態では、案内
レール１及びスライダ２は片側二列の転動体転動溝３，
４を備えていたが、本発明の直動転がり案内装置として
は転動体転動溝の数は問わず、例えば片側一列又は三列
以上などであっても全く同様に適用可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明の直動転がり案内
装置は、案内レールの転動体転動溝及びスライダの転動
体転動溝の少なくとも一部の表面粗さを、中心線平均粗
さＲａ０．２０μｍ以下としたので、初期摩耗による摺
動抵抗の低下や摩耗粉の発生を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る直動転がり案内装置の一実施形態
を示す斜視図である。

【図２】図１の直動転がり案内装置の正面図である。

【図３】図１の直動転がり案内装置の一部を破断して示
した平面図である。

【図４】転動体転動溝の表面粗さと摺動抵抗の低下率と
の関係を示すグラフである。

【図５】スライダの転動体転動溝の表面粗さを測定した
結果である（中心線平均粗さＲａ０．２０μｍ超過の場
合）。

【図６】スライダの転動体転動溝の表面粗さを測定した
結果である（中心線平均粗さＲａ０．２０μｍ以下の場
合）。

【図７】実施例１及び比較例１の直動転がり案内装置の
駆動に伴う摺動抵抗の経時変化を示すグラフである。

【図８】実施例２及び比較例１の直動転がり案内装置の
駆動に伴う摺動抵抗の経時変化を示すグラフである。

【図９】案内レールの転動体転動溝を研削加工する方法
を説明する図である。

【符号の説明】

１ 案内レール ２ スライダ ３ 転動体転動溝 ４ 転動体転動溝 ５ 転動体 １０ 転動体転動路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に延びる転動体転動溝を外面に有
   する案内レールと、該案内レールに組み付けられるとと
   もに前記案内レールの転動体転動溝に対向する転動体転
   動溝を有するスライダと、前記両転動体転動溝から形成
   される転動体転動路の中に転動自在に装填される複数の
   転動体と、を備えた直動転がり案内装置において、前記
   両転動体転動溝の少なくとも一部の表面粗さを、中心線
   平均粗さＲａ０．２０μｍ以下としたことを特徴とする
   直動転がり案内装置。