JP2004011793A

JP2004011793A - 直動ガイド

Info

Publication number: JP2004011793A
Application number: JP2002166970A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Hori; 堀　　康徳; Yasuo Miyata; 宮田　安男; Keizo Yamakawa; 山川　惠三
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】直動ガイドにおいて転動体が低速領域の走行状態では許容負荷荷重下でも境界潤滑状態以下となり、表面の損傷により円滑走行が困難となる。この原因の転動面の損傷を防止して軸受寿命を向上させる。
【解決手段】直動ガイドのスライダ及びレールの転動面、ボール・ローラ等の転動体、並びに該転動体と接触するリテーナ等の接触面の少なくとも１個所に鍍金，蒸着，溶射等で表面硬化層を付加形成するか、表面に改質処理を施すか、供給潤滑油のベースオイルの粘度を１００ｃＳｔ乃至１０００ｃＳｔの油を使用したものである。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は産業機械特に工作機械の移動体を機台上に移動可能に軸承案内する転がり直動ガイド、一般に商品名リニアガイドとして称呼されている軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械においてはテーブルなどの移動体の直動ガイドとして商品名リニアガイドが多用されている。機械の効率化，生産性の面から移動体の位置決め速度は高速化をめざして研究改良されてきた。この高速化に伴いガイドの寿命が問題となった。高速下において、ボール・ローラの転動面の疲労剥離摩耗の現象が発生した。また一定個所での往復運動によるフレッティング摩耗の現象が発生した。これらの問題となる現象はそれぞれ研究され高速化の対策がされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示すように移動体の高速走行時には、転動体は転がり運動で手前にある潤滑油を巻き込みながら転動するため、かなり高い面圧下でも油膜切れを起こすことなく金属接触のない状態での走行ができる。
しかしながら、昨今の金型加工などにおいては、あまり広くない範囲を毎分１乃至５メートル付近の比較的遅い速度での切削送りが強いられることがある。
【０００４】
移動体を低速領域で走行させると、手前の潤滑油を巻き込み連続して油膜を形成する現象が高速走行時に対し弱くなり、図６に示すように通常予圧下若しくは許容負荷荷重下でも潤滑油は金属間に巻き込まれず、境界潤滑状態またはそれ以下の悪い潤滑状態となり、油膜が切断されて転動面の金属接触が起こる。
移動体の走行時には、直動ボールガイドにおいては、図８に示すようにボールの接触点の回転中心からの距離の違いで起こる差動すべりは避けられない。
ボール中心Ｏ１からｒ２の位置で完全な転がりが起こっているとすると、その外側から接触外線のｒ３の範囲では遅れによるすべりが、またｒ２の内側から中心部ｒ１までの範囲では進みによるすべりが発生する。先に述べた金属接触が起こる状態での転動ではこのようなすべりによる摩耗は避けられない。
【０００５】
また、ローラガイドにおいては図９に示すように移動体の移動方向に対してローラの回転軸は直交せず、リテーナで保持しても、ある程度角度α傾き，スキューすべりが発生する。先に述べた金属接触が起こる状態での転動ではこのすべりによる摩耗は避けられない。
このように、ボール・ローラの転がり運動において避けられないすべりによって低速転動下での潤滑状態では摩耗をさけることができない。
本発明は従来技術の有する問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところは移動体の低速走行において摩耗寿命を向上させる直動ガイドを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１の発明は、直動ガイドのスライダ及びレールの転動面，ボール・ローラ等の転動体，並びに該転動体と接触するリテーナ等の接触面の少なくとも１個所に鍍金・蒸着・溶射等で表面硬化層を付加形成したものである。
この請求項１の発明によれば、スライダ及びレールの転動面，ボール・ローラ，リテーナのボール接触面等に表面硬化層を形成したので、移動体の低速走行時すなわち手前の潤滑油を巻き込まない状態においても、差動すべりが起こっても、スキューすべりが起こっても摩耗の発生を抑え直動ガイドの寿命を延ばすことができる。
【０００７】
請求項２の発明は、直動ガイドのスライダ及びレールの転動面，ボール・ローラ等の転動体、並びに該転動体と接触するリテーナ等の接触面の少なくとも１個所に表面改質処理を施したものである。
請求項２の発明によれば、スライダ及びレールの転動面，転動体の表面，リテーナの転動体との接触面に表面改質処理により微少の凹面を形成したので各処理面の硬度が高められるとともに潤滑油保持能力を向上することができる。
【０００８】
請求項３の発明は、直動ガイドの供給潤滑油のベースオイルの粘度が１００ｃＳｔ乃至１０００ｃＳｔの油を使用するものである。
この請求項３の発明によれば、べースオイルの粘度が１００ｃＳｔ乃至１０００ｃＳｔ以下の比較的高い粘度であるため潤滑油の巻き込みが困難であっても、油が高剪断強度を有するので金属接触が起こりにくくスライダ，レール，ボール・ローラ等の接触面での摩耗の発生進行が抑えられる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
直動ガイドの案内レールのボール転動体の転動面を含む上面に表面硬化層の付加形成を示す断面図の図１において、レール１上ボール２が転動する転動面３を含む上面に表面硬化層４を形成したものである。この表面硬化層４は化学鍍金，電気鍍金，蒸着，溶射等により形成することができる。その材質はＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＡＩＮ（商品名バイオレットコート），ＤＬＣ（商品名ダイヤモンドライクカーボン）等を採用することができる。必要により少し厚めに形成しておき、転動面を研削により精度高い転動面に形成することもある。
【００１０】
案内レール１と対向する図２のスライダ５も同様の手段によりボール転動面６を含む表面に表面硬化層を形成する。また転動体、及び転動体と接触するリテーナ７にも同様の手段により同じ表面硬化層を形成するものである。この場合スライダ５，レール１，転動体のボール２，リテーナ７の全部に表面硬化層を形成することは必ずしも必要でない。
【００１１】
図３のように転動体がローラ１４である場合は、レール１１の左右両側にＶ形の転動面１２が形成されている。そのＶ面の２面は平面をなすスライダ１３の左右には、Ｖ形の転動面１２に対向して山形をなし、その斜面１５が平面をなす。そしてローラ１４はリテーナ１６によって保持されている。レール１１，スライダ１３のそれぞれ転動面１２・１５，リテーナ１６のローラ１４との接触面は同様に表面硬化層を形成するものである。
【００１２】
直動ガイドのレールのボールの転動面を含む上面にショットピーニング処理した断面図の図４において、レール１上ボール２が転動する転動面３を含む上面にショットピーニング処理による硬化層２０が形成されている。ショットの材料は鋼球，セラミック，硬質樹脂等を用いることができ、例えば鋼球の場合粒径は４０〜２００μｍで、１００ｍ／ｓｅｃの速度にて噴出させる。
【００１３】
また錫などの粉体も採用できる。ショットピーニング処理速度は材料毎に実験により高低の調整が必要である。要は表面に不規則に多数形成される凹部の縁の盛り上がりのない程度の深さ数μｍ前後となるよう決定される。
このショットピーニング処理により表面が硬化されるとともに圧痕は潤滑油溜まりとなり潤滑油保持能力が向上する。この処理により移動体の低速走行時の摩耗が防止され円滑な走行が長時間持続できる。
【００１４】
直動ガイドのスライダ３，レール１の転動面、転動体２の表面、リテーナ７のボール接触面に少なくとも同様の手法でショットピーニング処理を施すことも可能である。現実には転動面，接触面に限定してショットピーニング処理を施すことは不必要な手間をかけることになる。転動体がローラである場合においても同様である。
尚、ここでは表面改質の一例としてショットピーニング処理を例に説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば硫黄クロム，ケイ素などの浸透法やイオン注入法などのように、表面自体を変化・改質させるものであればコスト・設備その他の理由により他の手法を適宜選択することができる。
【００１５】
図５は直動ガイドのレールの転動面に高剪断強度の潤滑油を給油したときの断面図において、レール１のボール転動面３にボール２が負荷を受けた状態を示している。供給潤滑油のベースオイルとしてはグリースの基油＋増長剤或いは鉱油，合成油などの一般的な摺動油の混合である。グリースの粘度は１００ｃＳｔ乃至１０００ｃＳｔが好ましい。
【００１６】
この潤滑油を使用することによって転動体が停止、停止に近い状態において転動体の走行による潤滑油の巻き込みが起こらない場合でも、油の高剪断特性によって油膜は切断されず、金属接触が防止され転動体の安全な走行が可能である。スライダ転動面と転動体との間においても同様に潤滑油は有効に作用する。また転動体がローラの場合についても同様に潤滑油は有効に作用し、高剪断性能の油膜が金属接触を防止して転動面の摩耗を軽減することができる。
尚、上記の実施の形態では、表面硬化層の付加形成、ショットピーニングによる表面改質、潤滑油各々について説明したが、例えば、表面硬化層を付加形成すると共に上記の潤滑油を使用するなど、これらを適宜組み合わせて用いることも可能である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。
請求項１の本発明は、少なくともスライダ及びレールの転動面，転動体，リテーナなどの転動体との接触面に表面硬化層を形成したので、移動体の低速走行時の潤滑油の巻き込みが起こらず金属接触が起きて差動すべり，スキューすべりによる接触面の摩耗が防止され軸受寿命を向上させることができる。
【００１８】
請求項２の発明は、少なくともスライダ及びレールの転動面，転動体，リテーナなどの転動体との接触面にショットピーニング処理を施したのでピーニング面が強化されるとともに微少な凹部が形成され油膜保持性能が向上されたので、差動すべり，スキューすべりが起きている状態での移動体の低速走行時の潤滑油の巻き込みがなくても金属接触が防止され、転動面，接触面の摩耗が防止されて軸受寿命が向上される。
【００１９】
請求項３の発明は、転動面に供給する潤滑油の粘度が１００ｃＳｔ乃至１０００ｃＳｔ油を使用するので、低速走行時の潤滑油の巻き込みが起こりにくくなっても高剪断性能，高粘度の油膜により金属接触が緩和され軸受寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レール転動面を含む表面に表面硬化層を付加形成したときの図である。
【図２】直動ガイドにボールを採用したとき横断面図である。
【図３】直動ガイドにローラを採用したとき横断面図である。
【図４】レールの転動面を含む表面にショットピーニング処理を施したときの図である。
【図５】レール転動面に高剪断強度の潤滑油を使用したときの図である。
【図６】低速で転がる転動体がレール転動面に潤滑油を巻き込まない状態図である。
【図７】高速で転がる転動体がレール転動面に潤滑油を巻き込む状態図である。
【図８】ボールの差動すべりを表す図である。
【図９】ローラのスキューすべりを表す図である。
【符号の説明】
１，１１　レール　　　　２ボール
３，６，１２　転動面　　４　表面硬化層
５，１３　スライダ　　　７，１６　リテーナ
２０　ショットピーニング処理層
２１　高剪断性能の潤滑油

Claims

直動ガイドのスライダ及びレールの転動面、ボール・ローラ等の転動体、並びに該転動体と接触するリテーナ等の接触面の少なくとも１個所に鍍金・蒸着・溶射等で表面硬化層を付加形成したことを特徴とする直動ガイド。
直動ガイドのスライダ及びレールの転動面、ボール・ローラ等の転動体、並びに該転動体と接触するリテーナ等の接触面の少なくとも１個所に表面改質処理を施したことを特徴とする直動ガイド。
直動ガイドの供給潤滑油のベースオイルの粘度が１００ｃＳｔ乃至１０００ｃＳｔの油を使用するものである直動ガイド。