JP2002327743A - リニアガイド装置の案内レール - Google Patents

リニアガイド装置の案内レール

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JP2002327743A
JP2002327743A JP2002091934A JP2002091934A JP2002327743A JP 2002327743 A JP2002327743 A JP 2002327743A JP 2002091934 A JP2002091934 A JP 2002091934A JP 2002091934 A JP2002091934 A JP 2002091934A JP 2002327743 A JP2002327743 A JP 2002327743A
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JP
Japan
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guide rail
rail
bolt
rolling groove
counterbore
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JP2002091934A
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Soichiro Kato
総一郎 加藤
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NSK Ltd
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NSK Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 案内レールの取付けボルトの締め付けによる
負荷ボール転動溝の変形を極力小さくし、ひいてはスラ
イダの運動精度を極めて高くできるリニアガイド装置の
案内レールを提供する。 【解決手段】 案内レール1の高さをa、ボルト孔の座
ぐり部7の深さをbとし、最もレール底面1cに近く位
置する負荷ボール転動溝3の溝中心線位置からレール底
面までの寸法をcとすると、ボルト孔の座ぐり部7深さ
を0.2≦(a−b)/c≦0.5の関係を満足するよ
うに設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リニアガイド装置
の案内レールに関し、特に、案内レールの固定構造を改
善して半導体産業や工作機械産業等の高精度を必要とす
る分野に好適なリニアガイド装置の案内レールに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来のリニアガイド装置における案内レ
ールの取付けボルト挿通用ボルト孔の座ぐり深さは、案
内レールの剛性をできるだけ高く保つために、レール高
さに対しできるだけ浅くすることが一般的である。実際
には、当該座ぐり深さはレール高さに対し40〜50%
に相当しており、案内レールを機台に取りつける際にボ
ルトを締めつけると、ボルトの座面とレール底面間がボ
ルトの軸力により圧縮されて弾性変形を生じる。する
と、これに伴ってレール側面に位置する負荷ボール転動
溝(またはレール上面に位置する負荷ボール転動溝、正
確にはレール側面とレール上面との交わる稜線部に形成
される場合のものであるが、本明細書ではレール側面に
位置する負荷ボール転動溝に包含されるものとする。)
ないし溝の転送面が取付けボルト間隔と同周期で上下方
向に変形し波打つ現象が現れる。このような案内レール
上をスライダが走行するとテーブルの運動精度に影響を
及ぼす。
【0003】特に、半導体産業や工作機械産業等の高精
度を必要とする分野に用いる場合は、こうした案内レー
ルの波打ち現象を防止するため、案内レールの負荷ボー
ル転動溝を加工する際には、ユーザの使用条件と同一条
件で案内レールを加工台に取付けて溝加工を行うように
している。これに対して、実開平5−86201号公報
に、案内レールの取り付けの態様に影響されることなく
高い作動精度が得られるとともに摺動抵抗の増大を抑制
できるとしたリニアガイド装置の案内レールの取付け構
造が提案されている。このものは、図8に示すように、
側面に断面略V形状の軌道面(ころ転動軌道面)10b
を有する案内レール10について、取付けボルト11の
挿通孔12の座ぐり部13の底面13aが、前記軌道面
10bのうちボルト締め付け方向側に位置する受面10
cの仮想延長面10h上、若しくは仮想延長面10hに
対しボルト締め付け方向側に位置するように形成して、
ボルト締め付けによる軌道面の開口角度が狭まることを
防止している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、レールの使用条件と同一条件で案内レールを固
定して負荷ボール転動溝を加工することにより案内レー
ルの波打ち現象を防止しようとしても、ボルト締め付け
時のバラツキ(一定トルクで締めつけても、ボルト座面
の状態いかんでは、必ずしも軸力が同じにはならない)
や、取付けベースの厚さや、材質の違いによる影響を受
け、負荷ボール転動溝の波打ち現象を解決(0.1μm
以下に)することはできないという問題点がある。
【0005】また、実開平5−86201号公報に示さ
れるように、ボルト挿通孔12の座ぐり部の底面13a
の位置をV形軌道面のうちのボルト締め付け方向側に位
置する面の仮想延長面10h上若しくは仮想延長面10
hに対して締め付け方向側に位置するように形成される
だけだと、座ぐり部底面13aの位置がどの程度まで深
くて良いかわからず(極端にいえば案内レールの底面す
れすれでも良いことになる)、案内レール10の強度の
面で問題が出てくる。
【0006】このように、最近のリニアガイド装置は、
ミクロンオーダの極めて高い運動精度を要求される分野
でも盛んに利用される傾向にあり、スライダの運動精度
に直接に関係する固定後の案内レールの負荷ボール転動
溝の真直度が特に重要になってきている。そこで本発明
は、上記従来の問題点に着目してなされたもので、案内
レールの取付けボルトの締め付けによる負荷ボール転動
溝の変形を極力小さくし、ひいてはスライダの運動精度
を極めて高くでき、かつ案内レールの強度も確保したリ
ニアガイド装置の案内レールを提供することを目的とし
ている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明のリニアガイド装置の案内レールは、座ぐり部を有
してレール上面から底面に貫通するボルト孔にボルトを
挿通して固定され、レール側面に形成された軸方向の負
荷ボール転動溝内の多数のボールの転動を介して軸方向
に移動可能に嵌合されたスライダを支持するリニアガイ
ド装置の案内レールに係り、前記案内レールの高さを
a、前記ボルト孔の座ぐり部深さをbとし、最もレール
底面近くに位置する前記負荷ボール転動溝の溝中心線位
置からレール底面までの寸法をcとすると、前記ボルト
孔の座ぐり部深さが0.2≦(a−b)/c≦0.5の
関係を満足することを特徴とするものである。
【0008】
【作用】本発明によれば、座ぐり深さが従来より深くな
る。すなわち、座ぐり深さを深くして案内レール底面か
らボルト座面までの距離を、ある一定量よりも小さくす
ることによってこの部分の弾性変形量を小さくし、負荷
ボール転動溝の変形の絶対値を小さくする。これによ
り、負荷ボール転動溝の波打ち現象を効果的に抑制で
き、ひいてはスライダの運動精度を向上させる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面を
参照して説明する。図1は本発明の案内レール1を備え
たリニアガイド装置の斜視図、図2はその案内レールの
軸方向の断面図、図3は案内レールの軸直角方向の断面
図、図4及び図5はFEM(有限要素法)による解析結
果を示す図、図6はFEMモデル図、図7は本発明の案
内レールのせん断応力の及ぼす影響を表す図である。
【0010】本実施例のリニアガイド装置は、図1に示
すように、軸方向に延びる案内レール1と、その上に移
動可能に跨架されたスライダ2を備えている。案内レー
ル1の両側面1bには軸方向に負荷ボール転動溝3が片
側で上下二条づつ形成されている。詳細には、この実施
例の場合、上の負荷ボール転動溝3aはレール上面1a
と側面1bとの交わる稜線部に1/4円弧状のゴシック
アーク溝として形成され、下の負荷ボール転動溝3bは
レール側面1bに1/2円弧状のゴシックアーク溝とし
て形成されている。
【0011】スライダ2はスライダ本体2Aとその両端
部に取り付けられたエンドキャップ2Bとからなり、ス
ライダ本体2Aは両袖部4の内側面に案内レール1の転
動体転動溝3に対向する図示されない転動体転動溝を有
するとともに、袖部の肉厚部分を軸方向に貫通する転動
体戻し路を有している。一方、エンドキャップ2Bは、
スライダ本体2Aの転動体転動溝とこれに平行な転動体
戻し路とを連通させる図示されない湾曲路を有してお
り、それらの転動体転動溝と転動体戻し路と両端の湾曲
路とで転動体の循環回路が形成されている。その転動体
の循環回路内には例えば鋼球からなる多数の転動体が装
填されており、そのボールの転動を介してスライダ2が
案内レール1上を軸方向に移動するようになっている。
また、スライダのエンドキャップ2Bに、サイドシール
5を設けて内部への異物の侵入を防止すると共にグリー
スニップル6を取り付けてボールへ潤滑のグリースを供
給するようにしている。
【0012】前記案内レール1には、その胴体部を上面
1aから底面1cに貫通するとともに上部に座ぐり部7
が設けられているボルト孔8が長さ方向に所定間隔で複
数個穿設されており、それらのボルト孔8に挿通された
取付けボルトを締めつけて座ぐり部7の底面7aをボル
トの頭の下面で強く押圧することにより、案内レール1
は基台等に固定される。いま、図3に示すように、案内
レール1の高さをa、前記ボルト孔8の座ぐり部7の深
さ(レール上面1aから座ぐり部底面7a迄の距離)を
bとし、また最もレール底面1cに近く位置する下の負
荷ボール転動溝3bの溝中心線位置からレール底面1c
までの寸法をcとすると、ボルト孔8の座ぐり部7は、
その底面7aの深さが0.2≦(a−b)/c≦0.5
の関係を満足するように形成してある。
【0013】以下に、上式の関係を満たす必要性の理由
を説明する。案内レール1の負荷ボール転動溝3の加工
は、先にも述べた如くにボルト孔8に挿通したボルトを
規定のボルト締め付けトルクにより締め付けることによ
り案内レール1を加工台に固定して行われる。しかしそ
の場合、たとえ一定トルクで締め付けても、ボルト座面
の状態如何ではボルト軸力が一定にならずにバラツク。
また、案内レール1を取り付ける機台の厚さや材質の違
いによる影響もあり、必ずしも実際とは同じにならな
い。
【0014】因みに、一例として、一般のトルクレンチ
の締め付けトルクのバラツキ±10%において、案内レ
ールの変形量にどの程度のバラツキを生じるかを本発明
者が実験的に求めた結果を示すと図4のようになる。図
は、(a−b)/cで表した無次元量を横軸にとり、F
EMで得られたレール底面1cに対する負荷ボール転動
溝3の変形量のバラツキを縦軸にとってある。
【0015】この図4の結果から、ボルト締結時の軸力
のバラツキや案内レール1を取り付ける機台の厚さや材
質の違いによる影響を極力小さくするべく変形量のバラ
ツキを0.1μm以下とするには、上記無次元量(a−
b)/cの値が0.5以下となるようにボルト孔8の座
ぐり部7の深さを定めれば良いことがわかる。例えば、
無次元量(a−b)/cの値を0.33にとれば、負荷
ボール転動溝3の変形量のバラツキを現状での無次元量
(a−b)/cの値0.75に対し1/3にすることが
可能になる。
【0016】図5は、案内レール1を加工台にボルト止
めすることなく負荷ボール転動溝3の加工を行った場合
に相当するFEMにより得られた負荷ボール転動溝3の
変形量を、参考に示したものである。なお、案内レール
1に作用させた荷重は、レール幅23mmのリニアガイ
ド装置で得られる静定格荷重の100%に設定したボル
ト位置中央の分布荷重である。
【0017】図7に、無次元量(a−b)/cとせん断
応力との関係を示す。一般に、許容応力は耐力σBの2
/3または引っ張り強さσEの1/3の小さい方とし、
SCM材のものである。図7から、無次元量(a−b)
/cの値せん断応力の平均値と比較すると、前記許容
応力を満足する無次元量(a−b)/cは0.2以上の
値となり、以上のことから(a−b)/cの範囲は、
0.2≦(a−b)/c≦0.5となる。
【0018】上記の条件を満たすようにリニアガイド装
置の案内レールの取付けボルト孔の座ぐり部深さを定め
ることにより、レール取付けボルト孔の強度に及ぼす影
響も問題なく、且つ負荷ボール転動溝の波打ち現象も解
決することができる。なお、上記実施例は、ボール負荷
転動溝3が片側二条づつの案内レールについて説明した
が、これに限らず、ボール負荷転動溝3が片側一条づつ
のものや、片側二条以上づつのものにも本発明を適用す
ることができる。また片側一条づつの場合、ボール負荷
転動溝3がレール上面1aと側面1bとの交わる稜線部
に設ける断面1/4円弧状の溝に対しても適用でき、そ
の場合の溝中心線位置とは断面1/2円弧状の仮想溝に
おけるものとする。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、リニアガイド装置の案内レール取付け用のボルト孔
の座ぐり部底面から案内レール底面までの寸法を、案内
レールの高さをa、前記ボルト孔の座ぐり部深さをbと
し、最もレール底面に近く位置する前記負荷ボール転動
溝の溝中心線位置からレール底面までの寸法をcとする
と、前記ボルト孔の座ぐり部深さが0.2≦(a−b)
/c≦0.5の関係を満足するように設定するものとし
たため、案内レールの底面を機台面に当ててボルトを締
め付けた場合、ボルト孔の座ぐり部底面に加わるボルト
の軸力により発生する案内レールの変形はいずれの負荷
ボール転動溝の溝面にも殆ど影響を及ぼさず、ボール転
動溝の変形が極力小さく抑制され、ひいてはスライダの
運動精度が向上し、かつ案内レールの強度も確保される
という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の案内レールを備えたリニアガイド装置
の一実施例の斜視図である。
【図2】図1の案内レールの軸方向の断面図である。
【図3】図1の案内レールの軸直角方向の断面図であ
る。
【図4】FEMによる解析結果を示す図である。
【図5】FEMによる解析結果を示す図である。
【図6】(a)はFEM解析箇所を示す図、(b)はF
EMモデル図である。
【図7】本発明の案内レールのせん断応力に及ぼす影響
を表す図である。
【図8】従来のリニアガイド装置の案内レール取付け態
様を説明する断面図である。
【符号の説明】
1 案内レール 1a 上面(案内レールの) 1c 底面(案内レールの) 2 スライダ 3 負荷ボール転動溝 7 座ぐり部 7a 座ぐり部の底面

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 座ぐり部を有してレール上面から底面に
    貫通するボルト孔にボルトを挿通して固定され、レール
    側面に形成された軸方向の負荷ボール転動溝内の多数の
    ボールの転動を介して軸方向に移動可能に嵌合されたス
    ライダを支持するリニアガイド装置の案内レールにおい
    て、 前記案内レールの高さをa、前記ボルト孔の座ぐり部深
    さをbとし、最もレール底面近くに位置する前記負荷ボ
    ール転動溝の溝中心線位置からレール底面までの寸法を
    cとすると、前記ボルト孔の座ぐり部深さが0.2≦
    (a−b)/c≦0.5の関係を満足することを特徴と
    するリニアガイド装置の案内レール。
JP2002091934A 2002-03-28 2002-03-28 リニアガイド装置の案内レール Pending JP2002327743A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010144897A (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 Nsk Ltd 直動案内装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010144897A (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 Nsk Ltd 直動案内装置

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Effective date: 20051025

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20060328