JP2004019728A - リニアガイド装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】この発明は、高い使用速度においても、転動体転動路を破損することなく使用できる、騒音の少ないリニアガイド装置を提供することにある。
【解決手段】側面に長手方向に沿って第１の転動体転動溝１１を有する案内レール１０と、この案内レールの第１の転動体転動溝と対向する第２の転動体転動溝２２を有し、両転動体転動溝間に、各転動体転動溝とそれぞれ２点で接触するよう転動自在に介装された転動ボール３０を介して上記案内レールの長手方向に相対移動するスライダ２０とを有し、上記転動ボールと第１の転動体転動溝との第１の接触角α１ を、上記転動ボールと第２の転動体転動溝との第２の接触角α２ よりも小さくなるようにした。
【選択図】 図２
【解決手段】側面に長手方向に沿って第１の転動体転動溝１１を有する案内レール１０と、この案内レールの第１の転動体転動溝と対向する第２の転動体転動溝２２を有し、両転動体転動溝間に、各転動体転動溝とそれぞれ２点で接触するよう転動自在に介装された転動ボール３０を介して上記案内レールの長手方向に相対移動するスライダ２０とを有し、上記転動ボールと第１の転動体転動溝との第１の接触角α１ を、上記転動ボールと第２の転動体転動溝との第２の接触角α２ よりも小さくなるようにした。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、案内レールとスライダとの間に介装された転動ボールを介して、スライダを案内レールの長手方向に案内するリニアガイド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、マシニングセンタなどの工作機械やロボットなどの産業用機械ではリニアガイド装置が用いられることがある。このリニアガイド装置は、実新登２５２７２１９号公報に示すように、両側面に長手方向に沿って転動体転動溝が形成された案内レールと、この案内レールに嵌合されるスライダとからなる。このスライダの内面には、上記案内レールの転動体転動溝と対向して転動体転動溝がそれぞれ形成されており、これら対向する一対の転動体転動溝の間に形成される軌道間通路内に、転動体としての多数のボールを転動自在に介装することで、スライダを案内レールの長手方向に沿って相対移動できるようになっている。
【０００３】
各転動体転動溝は、図１７に示すように、軌道間通路に介装されたボールが案内レール側の転動体転動溝及びスライダ側の転動体転動溝にそれぞれ同じ角度αで接触するよう設定されている。
【０００４】
上記スライダの幅方向両端部側には移動方向に沿ってそれぞれボールが転動可能な循環通路が形成され、移動方向両端部にはそれぞれエンドキャップが設けられている。各エンドキャップには、両端が上記軌道間通路と上記循環通路とにそれぞれ連通する方向転換路が形成されている。それによって、上記軌道間通路と方向転換路と循環通路とでボールが循環可能な環状の転動体転動路が形成されている。
【０００５】
軌道間通路内に介装されたボールは、スライダを案内レールの長手方向に相対移動させると、この軌道間通路内を転動し、スライダの移動方向一端部に到達すると、エンドキャップにすくい上げられて上記スライダの循環通路を通って再びエンドキャップから軌道間通路に送りこまれる。
【０００６】
このように、ボールは環状の上記転動体転動路内で循環運動を何度も繰り返すことができるから、複数の案内レールをつなぎあわせれば、上記スライダを同方向にいくらでも直線運動させることができるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記スライダを案内レールに対して高速で相対移動させると、それに伴って、これらの間に介装されたボールも上記スライダに対して同じく高速で転動する。そのため、ボールが方向転換路に突入するときにエンドキャップと衝突すると、その衝撃力によって上記方向転換路が破壊されることがあった。
【０００８】
特に、エンドキャップに形成されたタング部は、ボールをすくい上げるために肉薄に形成されており、ボールの衝突によって欠損しやすかった。そのため、方向転換路の破損防止のため、リニアガイド装置の使用速度が制限されていた。
【０００９】
また、ボールは、方向転換路から軌道間通路に送り込まれる際、スライダ側の軌道面の端部に衝突することがある。このとき、スライダ側軌道面端部がシャープエッジとなっていると、ボールの衝突によって大きな衝撃力が生じる。そのため、スライダ側軌道面端部は、疲れ寿命が低減し、損傷することがあった。そこで、スライダ側軌道面端部にはクラウニングと呼ばれる緩やかな傾斜を設け、ボールの円滑な導入を図っていた。しかし、ボールのスライダに対する移動速度が高速である場合、クラウニングの加工だけでは損傷の防止としては不十分な場合があった。
【００１０】
この発明は、高い使用速度においても、転動体転動路を破損することなく使用できる、騒音の少ないリニアガイド装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、側面に長手方向に沿って第１の転動体転動溝を有する案内レールと、この案内レールの第１の転動体転動溝と対向する第２の転動体転動溝を有し、両転動体転動溝の間に、各転動体転動溝とそれぞれ２点で接触するよう転動自在に介装された転動ボールを介して上記案内レールの長手方向に相対移動するスライダとを有し、上記転動ボールと第１の転動体転動溝との第１の接触角は、上記転動ボールと第２の転動体転動溝との第２の接触角よりも小さいことを特徴とするリニアガイド装置にある。
【００１２】
請求項２の発明は、上記第１の接触角と上記第２の接触角との和がほぼ９０度であることを特徴とする請求項１記載のリニアガイド装置にある。
【００１３】
請求項３の発明は、側面に長手方向に沿って第１の転動体転動溝を有する案内レールと、この案内レールの第１の転動体転動溝と対向する第２の転動体転動溝を有し、両転動体転動溝の間に、上記第１の転動体転動溝と１点で接触するとともに上記第２の転動体転動溝と２点で接触するよう転動自在に介装された転動ボールを介して上記案内レールの長手方向に相対移動するスライダとを有することを特徴とするリニアガイド装置にある。
【００１４】
この発明によれば、転動ボールのスライダに対する移動速度を低下させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１〜図９はこの発明の第１の実施の形態を示す。
【００１７】
図１に示すリニアガイド装置は断面ほぼ矩形状の案内レール１０を有する。この案内レール１０には長手方向に対して所定の間隔で複数のレール取り付け穴５４（２つのみ図示）が形成されており、図示しないボルトによって上記案内レール１０を他の装置等に固定できるようになっている。
【００１８】
上記案内レール１０の幅方向両側面には長手方向の全長にわたってそれぞれ第１の転動体転動溝１１が形成されている。これら第１の転動体転動溝１１は、図２と図４に示すように、同じ曲率を有する２つの円弧面１２からなり、上記案内レール１０の上下方向に対称な形状となっている。
【００１９】
図１に示すように、この案内レール１０の上面側にはスライダ２０が嵌合されている。このスライダ２０は断面ほぼコ字状のスライダ本体２１を有している。このスライダ本体２１の四隅部には、それぞれスライダ取り付け穴６２（３つのみ図示）が形成されており、図示しないボルトによって、他の部材等を取り付けられるようになっている。
【００２０】
図２に示すように、上記スライダ本体２１の対向する一対の内側面には、上記案内レール１０の第１の転動体転動溝１１と対向してそれぞれ第２の転動体転動溝２２が形成されている。各第２の転動体転動溝２２は、図４に示すように、同じ曲率を有する２つの円弧面２３からなり、上記スライダ本体２１の上下方向に対称な形状となっている。
【００２１】
対向する上記第１の転動体転動溝１１と第２の転動体転動溝２２との間に形成される軌道間通路５１内には、それぞれ複数の転動ボール３０が所定の与圧が付与された状態で転動可能に介装されている。それによって、上記スライダ２０は上記案内レール１０の長手方向に沿って円滑に相対移動できるようになっている。
【００２２】
上記各転動体転動溝１１、２２を形成する円弧面１２、２３の半径寸法は、上記転動ボール３０の直径寸法の約０．５０５〜０．６程度に設定されている。それによって、図４に示すように、上記軌道間通路５１内に介装された各転動ボール３０は、上記第１の転動体転動溝１１に第１の接触角α１ 、この実施の形態では４０度で２点接触するとともに、上記第２の転動体転動溝２２に第２の接触角α２ 、この実施の形態では５０度で２点接触している。
【００２３】
なお、図中の線分Ｌ１ は、上記第１の接触角α１ 、及び第２の接触角α２の基準となる基準線を示している。
【００２４】
図１〜図３に示すように、上記スライダ本体２１の幅方向両端側には、長手方向に沿ってそれぞれ上記転動ボール３０が転動可能な循環通路２４が形成され、各循環通路２４の両端はそれぞれ上記スライダ本体２１の長手方向両端面に開口している。
【００２５】
上記スライダ本体２１の長手方向方向両端部には、ほぼコ字状のエンドキャップ２５がビス２６によって設けられている。各エンドキャップ２５には、内部でほぼ半ループ状に湾曲した方向転換路２７がそれぞれ形成されている。
【００２６】
各方向転換路２７の両端は、上記エンドキャップ２５の上記スライダ本体２１側の側面に開口し、それぞれ上記軌道間通路５１及び上記スライダ本体２１の循環通路２４と連通している。それによって、上記軌道間通路５１と循環通路２４と一対の方向転換路２７とで、上記転動ボール３０が循環可能な環状の転動体転動路５２を形成している。
【００２７】
なお、上記転動ボール３０は、上記循環通路２４及び方向転換路２７内にも封入されている。すなわち、上記転動体転動路５２は、ほぼ全長にわたって上記転動ボール３０で満たされている。
【００２８】
それによって、上記スライダ２０を上記案内レール１０に対して相対移動させることで、上記軌道間通路５１内の転動ボール３０が上記スライダ本体２１の長手方向の一端部から上記方向転換路２７に脱出しても、上記スライダ本体２１の移動方向の他端部側に設けられた方向転換路２７から上記軌道間通路５１内に転動ボール３０が次々と送り込まれるため、上記スライダ２０の移動が阻害されることがない。
【００２９】
すなわち、上記転動ボール３０は環状の上記転動体転動路５２内で循環運動を何度も繰り返すことができるから、複数の案内レール１０をつなぎあわせれば、スライダ２０を同方向にいくらでも直線運動させることができる。
【００３０】
上記転動体転動路５２内に封入された複数の転動ボール３０は、図示しない転動ボール保持器に回転自在かつ互いに離間して保持され、全体として無端環状に連結されている。
【００３１】
それによって、個々の転動ボール３０は、互いに接触することなく滑らかに回転でき、また、上記スライダ２０を上記案内レール１０から取り外したときに、上記転動ボール３０が脱落しないようになっている。
【００３２】
図３に示すように、上記各エンドキャップ２５の向かい合う２辺の内側には、それぞれ溝蓋部６０が上記案内レール１０の第１の転動体転動溝１１内に突出して形成されている。上記各方向転換路２７の一端は、この溝蓋部６０に開口しており、上記エンドキャップ２５の幅方向内側の溝蓋部６０の縁部は肉薄のタング部５７に形成されている。それによって、上記軌道間通路５１からの転動ボール３０を上記方向転換路２７内にすくい上げられるようになっている。
【００３３】
また、図３に示すように、上記各第２の転動体転動溝２２の長手方向両端部は、それぞれ上記スライダ本体２１の幅方向外方に向って緩やかに傾斜するクラウニング部５６となっており、上記転動ボール３０を上記軌道間通路５１内に円滑に導入できるようになっている。
【００３４】
上記エンドキャップ２５の上記スライダ本体２１と反対側の側面にはそれぞれ端面シール５５が設けられている。各端面シール５５は、上記スライダ２０と上記案内レール１０との間にゴミ等が入り込むのを防止するとともに、上記スライダ２０と案内レール１０との間に供給された潤滑剤が外部に漏れるのを防止している。
【００３５】
次いで、上記構成のリニアガイド装置を使用する際の動作について説明する。
【００３６】
スライダ２０を案内レール１０に対して図３に矢印Ａで示す方向に相対移動させると、軌道間通路５１内に介装された転動ボール３０は上記スライダ２０に対して図３に矢印Ｂで示す方向に移動速度ＶＥＳで転動し、上記スライダ本体２１の移動方向の一端部に到達すると、エンドキャップ２５によってすくい上げられ、方向転換路２７を通ってスライダ本体２１に形成された循環通路２４に送り込まれる。
【００３７】
上記スライダ本体２１の循環通路２４に導入された転動ボール３０は、図３に矢印Ｃで示す方向に転動し、エンドキャップ２５の方向転換路２７によって再び上記軌道間通路５１に送り込まれる。
【００３８】
上記転動ボール３０は、上記転動体転動路５２内で常に円滑に循環しているわけではない。たとえば、各転動ボール３０は、軌道間通路５１から方向転換路２７に送り込まれる際に、エンドキャップ２５のタング部５７と衝突したり、また、上記方向転換路２７から上記軌道間通路５１に送り込まれる際に、スライダ本体２１のクラウニング部５６と衝突することがある。
【００３９】
したがって、上記転動ボール３０の衝突による衝撃力を緩和するためには、上記移動速度ＶＥＳが小さい方が望ましい。
【００４０】
ところで、図１５に示すように、固定座標Ｍに対する転動ボール３０の図心Ｏの移動速度をＶＥ 、図心Ｏに対する上記転動ボール３０の第１の転動体転動溝１１との接触点Ｈの相対速度をＶＨＯとすると、固定座標Ｍに対する案内レール１０の移動速度ＶＲ は下記数式１で表される。
【００４１】
上記転動ボール３０の第１の転動体転動溝１１との接触点Ｈは、図１６に示すように、転動ボール３０の直径寸法をＤａ とすると、軸線Ｌ２ を中心として、半径Ｄａ ｃｏｓα１ ／２、角速度ωで回転するから、上記相対速度ＶＨＯはＤａ ωｃｏｓα１ ／２となる。したがって、数式１中のＶＨＯにＤａ ωｃｏｓα１ ／２を代入することで下記数式２を得る。
【００４２】
同様にすると、上記固定座標Ｍに対する上記スライダ２０の移動速度ＶＳ は下記数式３で表される。
【００４３】
これら数式２と数式３から転動ボール３０の直径Ｄａ と角速度ωとを消去し整理する。それによって、固定座標Ｍに対する転動ボール３０の移動速度ＶＥ は下記数式４で表される。
【００４４】
よって、上記転動ボール３０のスライダ２０に対する移動速度ＶＥＳは下記数式５で表される。なお、下記数式５において、λ＝ｃｏｓα２ ／ｃｏｓα１ である。
【００４５】
【数１】
【００４６】
【数２】
【００４７】
【数３】
【００４８】
【数４】
【００４９】
【数５】
【００５０】
この数式５によれば、第１の接触角α１ を第２の接触角α２ よりも小さくなるように設定すると、λの値が小さくなるため、上記移動速度ＶＥＳが低下することがわかる。
【００５１】
そこで、発明者は実際に第２の接触角α２ の値を種々に、すなわち１０度から８０度にわたって１０度間隔で変化させて速度実験を行った。その結果、上記第２の接触角α２ を増加させると、図５に示すようにスライダ２０に対する転動ボール３０の移動速度ＶＥＳが低下することを確認した。
【００５２】
上記速度実験の実験条件は以下の通りである。
【００５３】
転動ボール３０の直径…２．３８１ｍｍ、
第１の転動体転動溝１１を構成する円弧面１２の半径…１．２８６ｍｍ、（転動ボール直径５４％）
第２の転動体転動溝２２を構成する円弧面２３の半径…１．２８６ｍｍ、（転動ボール直径５４％）
与圧量…１μｍ、
スライダ２０の長さ寸法…３１ｍｍ、
クラウニング５６の落ち量、長さ…３μｍ、３ｍｍ、（直線クラウニング）
スライダ２０の速度…１０００ｍｍ／ｓｅｃ、
案内レール１０の速度…０ｍｍ／ｓｅｃ、
第１の接触角α１ …４０度、
第２の接触角α２ …１０度〜８０度。
【００５４】
なお、上記第１の実施の形態では、上記転動ボール３０の上記スライダ２０に対する移動速度ＶＥＳは、約３９６ｍｍ／ｓｅｃとなった。すなわち、上記第２の接触角α２ が上記第１の接触角α１ と同等の４０度である場合、上記転動ボール３０の上記スライダ２０に対する移動速度ＶＥＳは５００ｍｍ／ｓｅｃとなるから、従来、すなわち上記第２の接触角α２ を上記第１の接触角α１ と同等に設定した場合と比べて、上記移動速度ＶＥＳを約２割低下できた。
【００５５】
ところで、リニアガイド装置の上下方向と左右方向の剛性が等しい場合、このリニアガイド装置を用いた装置の機械振動対策や運動精度を検討する際に扱いやすいことがある。
【００５６】
そこで、発明者は上記速度実験と同じ実験条件の下、第２の接触角α２ の値を種々に変えて剛性実験を行った。その結果、第２の接触角α２ が５０度となるときに、上下方向剛性ＫＶ の値と左右方向剛性ＫＨ の値とがほぼ等しくなることを確認した。
【００５７】
図９は、３０度〜６０度の範囲の第１の接触角α１ に対して、上下方向と左右方向の剛性が等しくなるような第２の接触角α２ を計算によって求めた結果である。これより、第１の接触角α１ と第２の接触角α２ との和がほぼ９０度であるとき、リニアガイド装置の上下方向と左右方向の剛性とがほぼ等しくなることがわかる。
【００５８】
この実施の形態に係る構成のリニアガイド装置によれば、上記転動ボール３０と上記案内レール１０の第１の転動体転動溝１１との第１の接触角α１ を４０度、上記転動ボール３０と上記スライダ２０の第２の転動体転動溝２２との第２の接触角α２ を５０度とした。
【００５９】
すなわち、上記第１の接触角α１ を上記第２の接触角α２ よりも小さく設定した。そのため、上記速度実験の実験結果より、上記転動ボール３０のスライダ２０に対する移動速度ＶＥＳは低下することがわかる。したがって、リニアガイド装置を使用する際、上記転動ボール３０が上記エンドキャップ２５の方向転換路２７、特に肉薄であるタング部５７と衝突しても、それによって生じる衝撃力は抑制されるから、従来に比較してエンドキャップ２５は破損し難くなっている。
【００６０】
逆に言えば、上記リニアガイド装置をより大きな使用速度で使用することができる。さらに、上記転動ボール３０の上記スライダ２０に対する移動速度を抑えられるから、上記転動ボール３０が上記スライダ２０に衝突することによって生じる騒音、すなわち衝突音を低下させることができる。
【００６１】
また、上記第１の接触角α１ と第２の接触角α２ との和が９０度となるように設定した。そのため、上記剛性実験の実験結果および図９の関係より、このリニアガイド装置の上下方向剛性ＫＶ と左右方向剛性ＫＨ はほぼ同じになることがわかる。その結果、上記構成のリニアガイド装置を利用した装置の機械振動対策や運動精度を検討しやすくなっている。
【００６２】
図７は、上記第１の実施の形態に係るリニアガイド装置を構成する案内レール１０及びスライダ２０の第１の変形例である。すなわち、断面ほぼ台形からなる案内レール１０Ａの傾斜面８１に長手方向に沿ってそれぞれ第１の転動体転動溝１１Ａを形成するとともに、上記案内レール１０Ａと対応する形状からなるスライダ本体２１Ａの傾斜面８２に上記第１の転動体転動溝１１Ａと対向してそれぞれ第２の転動体転動溝２２Ａを形成し、これら対向する第１の転動体転動溝１１Ａと第２の転動体転動溝２２Ａとの間に複数の転動ボール３０を介装することで、上記スライダ本体２１Ａを上記案内レール１０Ａの長手方向に沿って相対移動できるようにしたものである。
【００６３】
この変形例のリニアガイド装置によれば、上記転動ボール３０の接触方向の基準線Ｌ１ を水平面に対して傾斜させた。そのため、上下方向の荷重に対して高い負荷容量を得ることができる。
【００６４】
図８は、上記第１の実施の形態に係るリニアガイド装置の案内レール１０及びスライダ２０の第２の変形例である。すなわち、上記案内レール１０の両面側にそれぞれ２つの第１の転動体転動溝１１Ｂを形成するとともに、この案内レール１０に嵌合される上記スライダ本体２１の内面に、上記第１の転動体転動溝１１Ｂと対向してそれぞれ２つの第２の転動体転動溝２２Ｂを形成し、これら対向する第１の転動体転動溝１１Ｂと第２の転動体転動溝２２Ｂとの間に複数の転動ボール３０を介装することで、上記スライダ２０を案内レール１０の長手方向に相対移動できるようにしたものである。
【００６５】
この変形例のリニアガイド装置によれば、上記案内レール１０と上記スライダ２０との間に、長手方向に沿って、複数の転動ボール３０を上下２列に設けた。そのため、より高い剛性と負荷容量を得ることができる。
【００６６】
なお、これら変形例によって、第１の実施の形態と同様に、上記転動ボール１１の上記スライダ２０に対する移動速度ＶＥＳを低下させることができ、また、リニアガイド装置が使用される装置の上下方向剛性ＫＶ と左右方向剛性ＫＨ をほぼ同等にすることができることは言うまでもない。
【００６７】
図１０〜図１３は、この発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態は、図１０に示すように、上記案内レール１０の第１の転動体転動溝１１Ｃを１つの円弧面６１で形成し、上記転動ボール３０をこの第１の転動体転動溝１１Ｃに第１の接触角α１ 、この実施の形態では０度で１点接触させるとともに、上記スライダ本体２１に上記第１の転動体転動溝１１Ｃと対向して形成された第２の転動体転動溝２２Ｃに第２の接触角α２ 、この実施の形態では６０度で２点接触させたものである。
【００６８】
すなわち、上記第１の接触角α１ は上記第２の接触角α２ よりも小さく設定されていることになるから、上記第１の実施の形態と同様に、上記転動ボール３０の上記スライダ２０に対する移動速度ＶＳＲ を低下させられることが予想される。
【００６９】
そこで、発明者は実際に第２の接触角α２ を種々に、すなわち１０度から８０度にわたって１０度間隔で変化させて速度実験を行った。その結果、図１２に示すように第２の接触角α２ を大きくすると、それに伴って上記転動ボール３０の上記スライダ２０に対する移動速度ＶＳＲが低下することを確認した。
【００７０】
上記速度実験の実験条件は以下の通りである。
【００７１】
転動ボール３０の直径…２．３８１ｍｍ、
第１の転動体転動溝１１を構成する円弧面１２の半径…１．２３８ｍｍ、（転動ボール直径５２％）
第２の転動体転動溝２２を構成する円弧面２３の半径…１．２８６ｍｍ、（転動ボール直径５４％）
与圧量…１μｍ、
スライダ２０の長さ寸法…３１ｍｍ、
クラウニング５６の落ち量、長さ…３μｍ、３ｍｍ、（直線クラウニング）
スライダ２０の速度…１０００ｍｍ／ｓｅｃ、
案内レール１０の速度…０ｍｍ／ｓｅｃ、
第１の接触角α１ …０度、
第２の接触角α２ …１０度〜８０度。
【００７２】
なお、上記第２の実施の形態では、上記転動ボール３０の上記スライダ２０に対する移動速度ＶＥＳは、約３３４ｍｍ／ｓｅｃとなった。すなわち、第２の接触角α２ が上記第１の接触角α１ と同等の０度である場合、上記転動ボール３０の上記スライダ２０に対する移動速度ＶＥＳは５００ｍｍ／ｓｅｃとなるから、上記移動速度ＶＥＳを従来の約２／３に低減できた。
【００７３】
この実施の形態に係る構成のリニアガイド装置によれば、上記転動ボール３０と上記案内レール１０の第１の転動体転動溝１１Ｃとを第１の接触角α１ が０度となるように１点接触させるとともに、上記転動ボール３０と上記スライダ２０の第２の転動体転動溝２２とを第２の接触角α２ が６０度となるように２点接触させた。
【００７４】
すなわち、上記第１の接触角α１ を上記第２の接触角α２ よりも小さく設定した。そのため、上記速度実験の実験結果より、上記第１の実施の形態と同様に、上記転動ボール３０のスライダ２０に対する移動速度ＶＥＳは低下することがわかる。したがって、この実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００７５】
また、この実施の形態では、上記案内レール１０に形成された第１の転動体転動溝１１Ｃを浅くしても、この第１の転動体転動溝１１Ｃと上記転動ボール３０との接触点は溝肩部に乗り上げ難い。そのため、図１０に示すように、上記第１の転動体転動溝１１Ｃを浅くしたことによりできた空間を利用して、上記転動ボール３０の脱落を防ぐ転動ボール保持器５３（１点鎖線で示す）を上記スライダ２０側に設けてもよい。
【００７６】
図１３は、上記第２の実施の形態に係るリニアガイド装置の案内レール１０とスライダ２０の変形例である。すなわち、案内レール１０の両側面に２つの第１の転動体転動溝１１Ｄをそれぞれ形成するとともにスライダ本体２１の内面に上記第１の転動体転動溝１１Ｄと対向して２つの第２の転動体転動溝２２Ｄをそれぞれ形成し、これら対向する一対の第１の転動体転動溝１１Ｄと第２の転動体転動溝２２Ｄとの間に複数の転動ボール３０を介装することで、上記スライダ２０を案内レール１０の長手方向に相対移動できるようにしたものである。
【００７７】
上記構成のリニアガイド装置によれば、上記案内レール１０と上記スライダ２０との間に、長手方向に沿って、上記転動ボール３０を上下２列に設けた。しかも、上記転動ボール３０の接触方向の基準線Ｌ１ を水平面に対して傾斜させた。
【００７８】
そのため、上記転動ボール３０が上記案内レール１０及びスライダ２０に３点のみで接触する場合であっても、上下方向に対する高い剛性と負荷容量を得ることができる。
【００７９】
なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。すなわち、図１４に示すように、案内レールとして、断面ほぼ矩形状の上記案内レール１０に代えて断面ほぼコ字状の案内レール１０Ｅを用い、スライダとして、断面ほぼコ字状のスライダ２０に代えて断面ほぼ矩形状のスライダ２０Ｅを用いてもよい。
【００８０】
すなわち、上記案内レール１０Ｅの対向する一対の内側面にそれぞれ長手方向に沿って第１の転動体転動溝１１Ｅを形成するとともに、上記スライダ２０Ｅの両側面に上記第１の転動体転動溝１１Ｅと対向するよう第２の転動体転動溝２２Ｅをそれぞれ形成し、これら第１の転動体転動溝１１Ｅと第２の転動体転動溝２２Ｅと間に、転動ボール３０を介装することで、上記スライダ２０Ｅを上記案内レール１０Ｅの内側で長手方向に沿って相対移動させるようにしてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
この発明によれば、転動ボールのスライダに対する移動速度を低下させることができるから、転動ボールの衝突によって転動体転動路が破損するのが抑制され、また衝突による騒音が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係るリニアガイド装置の斜視図。
【図２】図１のＸ―Ｘ線に沿った断面図。
【図３】同実施の形態における転動体転動路を示す構成図。
【図４】図２の部分拡大図。
【図５】同実施の形態において、第２の接触角α２ と転動ボールのスライダに対する移動速度との関係を表すグラフ。
【図６】同実施の形態において、第２の接触角α２ に対するスライダの上下方向剛性ＫＶ 及び左右方向剛性ＫＨ の関係を表すグラフ。
【図７】同実施の形態の第１の変形例を示す概略図。
【図８】同実施の形態の第２の変形例を示す概略図。
【図９】同実施の形態において、上下方向剛性ＫＶ と左右方向剛性ＫＨ とを同一にする第１の接触角α１ と第２の接触角α２ との組み合わせを示すグラフ。
【図１０】この発明の第２の実施の形態に係るリニアガイド装置の断面図。
【図１１】図１０の部分拡大図。
【図１２】同実施の形態において、第２の接触角α２ と転動ボールのスライダに対する移動速度との関係を表すグラフ。
【図１３】同実施の形態の変形例を示す概略図。
【図１４】この発明の他の実施の形態に係るリニアガイド装置の斜視図。
【図１５】図１６を矢印Ｙで示す方向からみた場合における転動ボールのスライダに対する移動速度ＶＥＳを導くための第１の説明図。
【図１６】転動ボールのスライダに対する移動速度ＶＥＳを導くための第２の説明図。
【図１７】従来の軌道間通路を示す概略図。
【符号の説明】
α１ …第１の接触角
α２ …第２の接触角
１０、１０Ａ、１０Ｅ…案内レール
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ…第１の転動体転動溝
２０、２０Ａ、２０Ｅ…スライダ
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ…第２の転動体転動溝
３０…転動ボール
Ｌ１ …基準線
Ｌ２ …軸線
【発明の属する技術分野】
この発明は、案内レールとスライダとの間に介装された転動ボールを介して、スライダを案内レールの長手方向に案内するリニアガイド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、マシニングセンタなどの工作機械やロボットなどの産業用機械ではリニアガイド装置が用いられることがある。このリニアガイド装置は、実新登２５２７２１９号公報に示すように、両側面に長手方向に沿って転動体転動溝が形成された案内レールと、この案内レールに嵌合されるスライダとからなる。このスライダの内面には、上記案内レールの転動体転動溝と対向して転動体転動溝がそれぞれ形成されており、これら対向する一対の転動体転動溝の間に形成される軌道間通路内に、転動体としての多数のボールを転動自在に介装することで、スライダを案内レールの長手方向に沿って相対移動できるようになっている。
【０００３】
各転動体転動溝は、図１７に示すように、軌道間通路に介装されたボールが案内レール側の転動体転動溝及びスライダ側の転動体転動溝にそれぞれ同じ角度αで接触するよう設定されている。
【０００４】
上記スライダの幅方向両端部側には移動方向に沿ってそれぞれボールが転動可能な循環通路が形成され、移動方向両端部にはそれぞれエンドキャップが設けられている。各エンドキャップには、両端が上記軌道間通路と上記循環通路とにそれぞれ連通する方向転換路が形成されている。それによって、上記軌道間通路と方向転換路と循環通路とでボールが循環可能な環状の転動体転動路が形成されている。
【０００５】
軌道間通路内に介装されたボールは、スライダを案内レールの長手方向に相対移動させると、この軌道間通路内を転動し、スライダの移動方向一端部に到達すると、エンドキャップにすくい上げられて上記スライダの循環通路を通って再びエンドキャップから軌道間通路に送りこまれる。
【０００６】
このように、ボールは環状の上記転動体転動路内で循環運動を何度も繰り返すことができるから、複数の案内レールをつなぎあわせれば、上記スライダを同方向にいくらでも直線運動させることができるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記スライダを案内レールに対して高速で相対移動させると、それに伴って、これらの間に介装されたボールも上記スライダに対して同じく高速で転動する。そのため、ボールが方向転換路に突入するときにエンドキャップと衝突すると、その衝撃力によって上記方向転換路が破壊されることがあった。
【０００８】
特に、エンドキャップに形成されたタング部は、ボールをすくい上げるために肉薄に形成されており、ボールの衝突によって欠損しやすかった。そのため、方向転換路の破損防止のため、リニアガイド装置の使用速度が制限されていた。
【０００９】
また、ボールは、方向転換路から軌道間通路に送り込まれる際、スライダ側の軌道面の端部に衝突することがある。このとき、スライダ側軌道面端部がシャープエッジとなっていると、ボールの衝突によって大きな衝撃力が生じる。そのため、スライダ側軌道面端部は、疲れ寿命が低減し、損傷することがあった。そこで、スライダ側軌道面端部にはクラウニングと呼ばれる緩やかな傾斜を設け、ボールの円滑な導入を図っていた。しかし、ボールのスライダに対する移動速度が高速である場合、クラウニングの加工だけでは損傷の防止としては不十分な場合があった。
【００１０】
この発明は、高い使用速度においても、転動体転動路を破損することなく使用できる、騒音の少ないリニアガイド装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、側面に長手方向に沿って第１の転動体転動溝を有する案内レールと、この案内レールの第１の転動体転動溝と対向する第２の転動体転動溝を有し、両転動体転動溝の間に、各転動体転動溝とそれぞれ２点で接触するよう転動自在に介装された転動ボールを介して上記案内レールの長手方向に相対移動するスライダとを有し、上記転動ボールと第１の転動体転動溝との第１の接触角は、上記転動ボールと第２の転動体転動溝との第２の接触角よりも小さいことを特徴とするリニアガイド装置にある。
【００１２】
請求項２の発明は、上記第１の接触角と上記第２の接触角との和がほぼ９０度であることを特徴とする請求項１記載のリニアガイド装置にある。
【００１３】
請求項３の発明は、側面に長手方向に沿って第１の転動体転動溝を有する案内レールと、この案内レールの第１の転動体転動溝と対向する第２の転動体転動溝を有し、両転動体転動溝の間に、上記第１の転動体転動溝と１点で接触するとともに上記第２の転動体転動溝と２点で接触するよう転動自在に介装された転動ボールを介して上記案内レールの長手方向に相対移動するスライダとを有することを特徴とするリニアガイド装置にある。
【００１４】
この発明によれば、転動ボールのスライダに対する移動速度を低下させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１〜図９はこの発明の第１の実施の形態を示す。
【００１７】
図１に示すリニアガイド装置は断面ほぼ矩形状の案内レール１０を有する。この案内レール１０には長手方向に対して所定の間隔で複数のレール取り付け穴５４（２つのみ図示）が形成されており、図示しないボルトによって上記案内レール１０を他の装置等に固定できるようになっている。
【００１８】
上記案内レール１０の幅方向両側面には長手方向の全長にわたってそれぞれ第１の転動体転動溝１１が形成されている。これら第１の転動体転動溝１１は、図２と図４に示すように、同じ曲率を有する２つの円弧面１２からなり、上記案内レール１０の上下方向に対称な形状となっている。
【００１９】
図１に示すように、この案内レール１０の上面側にはスライダ２０が嵌合されている。このスライダ２０は断面ほぼコ字状のスライダ本体２１を有している。このスライダ本体２１の四隅部には、それぞれスライダ取り付け穴６２（３つのみ図示）が形成されており、図示しないボルトによって、他の部材等を取り付けられるようになっている。
【００２０】
図２に示すように、上記スライダ本体２１の対向する一対の内側面には、上記案内レール１０の第１の転動体転動溝１１と対向してそれぞれ第２の転動体転動溝２２が形成されている。各第２の転動体転動溝２２は、図４に示すように、同じ曲率を有する２つの円弧面２３からなり、上記スライダ本体２１の上下方向に対称な形状となっている。
【００２１】
対向する上記第１の転動体転動溝１１と第２の転動体転動溝２２との間に形成される軌道間通路５１内には、それぞれ複数の転動ボール３０が所定の与圧が付与された状態で転動可能に介装されている。それによって、上記スライダ２０は上記案内レール１０の長手方向に沿って円滑に相対移動できるようになっている。
【００２２】
上記各転動体転動溝１１、２２を形成する円弧面１２、２３の半径寸法は、上記転動ボール３０の直径寸法の約０．５０５〜０．６程度に設定されている。それによって、図４に示すように、上記軌道間通路５１内に介装された各転動ボール３０は、上記第１の転動体転動溝１１に第１の接触角α１ 、この実施の形態では４０度で２点接触するとともに、上記第２の転動体転動溝２２に第２の接触角α２ 、この実施の形態では５０度で２点接触している。
【００２３】
なお、図中の線分Ｌ１ は、上記第１の接触角α１ 、及び第２の接触角α２の基準となる基準線を示している。
【００２４】
図１〜図３に示すように、上記スライダ本体２１の幅方向両端側には、長手方向に沿ってそれぞれ上記転動ボール３０が転動可能な循環通路２４が形成され、各循環通路２４の両端はそれぞれ上記スライダ本体２１の長手方向両端面に開口している。
【００２５】
上記スライダ本体２１の長手方向方向両端部には、ほぼコ字状のエンドキャップ２５がビス２６によって設けられている。各エンドキャップ２５には、内部でほぼ半ループ状に湾曲した方向転換路２７がそれぞれ形成されている。
【００２６】
各方向転換路２７の両端は、上記エンドキャップ２５の上記スライダ本体２１側の側面に開口し、それぞれ上記軌道間通路５１及び上記スライダ本体２１の循環通路２４と連通している。それによって、上記軌道間通路５１と循環通路２４と一対の方向転換路２７とで、上記転動ボール３０が循環可能な環状の転動体転動路５２を形成している。
【００２７】
なお、上記転動ボール３０は、上記循環通路２４及び方向転換路２７内にも封入されている。すなわち、上記転動体転動路５２は、ほぼ全長にわたって上記転動ボール３０で満たされている。
【００２８】
それによって、上記スライダ２０を上記案内レール１０に対して相対移動させることで、上記軌道間通路５１内の転動ボール３０が上記スライダ本体２１の長手方向の一端部から上記方向転換路２７に脱出しても、上記スライダ本体２１の移動方向の他端部側に設けられた方向転換路２７から上記軌道間通路５１内に転動ボール３０が次々と送り込まれるため、上記スライダ２０の移動が阻害されることがない。
【００２９】
すなわち、上記転動ボール３０は環状の上記転動体転動路５２内で循環運動を何度も繰り返すことができるから、複数の案内レール１０をつなぎあわせれば、スライダ２０を同方向にいくらでも直線運動させることができる。
【００３０】
上記転動体転動路５２内に封入された複数の転動ボール３０は、図示しない転動ボール保持器に回転自在かつ互いに離間して保持され、全体として無端環状に連結されている。
【００３１】
それによって、個々の転動ボール３０は、互いに接触することなく滑らかに回転でき、また、上記スライダ２０を上記案内レール１０から取り外したときに、上記転動ボール３０が脱落しないようになっている。
【００３２】
図３に示すように、上記各エンドキャップ２５の向かい合う２辺の内側には、それぞれ溝蓋部６０が上記案内レール１０の第１の転動体転動溝１１内に突出して形成されている。上記各方向転換路２７の一端は、この溝蓋部６０に開口しており、上記エンドキャップ２５の幅方向内側の溝蓋部６０の縁部は肉薄のタング部５７に形成されている。それによって、上記軌道間通路５１からの転動ボール３０を上記方向転換路２７内にすくい上げられるようになっている。
【００３３】
また、図３に示すように、上記各第２の転動体転動溝２２の長手方向両端部は、それぞれ上記スライダ本体２１の幅方向外方に向って緩やかに傾斜するクラウニング部５６となっており、上記転動ボール３０を上記軌道間通路５１内に円滑に導入できるようになっている。
【００３４】
上記エンドキャップ２５の上記スライダ本体２１と反対側の側面にはそれぞれ端面シール５５が設けられている。各端面シール５５は、上記スライダ２０と上記案内レール１０との間にゴミ等が入り込むのを防止するとともに、上記スライダ２０と案内レール１０との間に供給された潤滑剤が外部に漏れるのを防止している。
【００３５】
次いで、上記構成のリニアガイド装置を使用する際の動作について説明する。
【００３６】
スライダ２０を案内レール１０に対して図３に矢印Ａで示す方向に相対移動させると、軌道間通路５１内に介装された転動ボール３０は上記スライダ２０に対して図３に矢印Ｂで示す方向に移動速度ＶＥＳで転動し、上記スライダ本体２１の移動方向の一端部に到達すると、エンドキャップ２５によってすくい上げられ、方向転換路２７を通ってスライダ本体２１に形成された循環通路２４に送り込まれる。
【００３７】
上記スライダ本体２１の循環通路２４に導入された転動ボール３０は、図３に矢印Ｃで示す方向に転動し、エンドキャップ２５の方向転換路２７によって再び上記軌道間通路５１に送り込まれる。
【００３８】
上記転動ボール３０は、上記転動体転動路５２内で常に円滑に循環しているわけではない。たとえば、各転動ボール３０は、軌道間通路５１から方向転換路２７に送り込まれる際に、エンドキャップ２５のタング部５７と衝突したり、また、上記方向転換路２７から上記軌道間通路５１に送り込まれる際に、スライダ本体２１のクラウニング部５６と衝突することがある。
【００３９】
したがって、上記転動ボール３０の衝突による衝撃力を緩和するためには、上記移動速度ＶＥＳが小さい方が望ましい。
【００４０】
ところで、図１５に示すように、固定座標Ｍに対する転動ボール３０の図心Ｏの移動速度をＶＥ 、図心Ｏに対する上記転動ボール３０の第１の転動体転動溝１１との接触点Ｈの相対速度をＶＨＯとすると、固定座標Ｍに対する案内レール１０の移動速度ＶＲ は下記数式１で表される。
【００４１】
上記転動ボール３０の第１の転動体転動溝１１との接触点Ｈは、図１６に示すように、転動ボール３０の直径寸法をＤａ とすると、軸線Ｌ２ を中心として、半径Ｄａ ｃｏｓα１ ／２、角速度ωで回転するから、上記相対速度ＶＨＯはＤａ ωｃｏｓα１ ／２となる。したがって、数式１中のＶＨＯにＤａ ωｃｏｓα１ ／２を代入することで下記数式２を得る。
【００４２】
同様にすると、上記固定座標Ｍに対する上記スライダ２０の移動速度ＶＳ は下記数式３で表される。
【００４３】
これら数式２と数式３から転動ボール３０の直径Ｄａ と角速度ωとを消去し整理する。それによって、固定座標Ｍに対する転動ボール３０の移動速度ＶＥ は下記数式４で表される。
【００４４】
よって、上記転動ボール３０のスライダ２０に対する移動速度ＶＥＳは下記数式５で表される。なお、下記数式５において、λ＝ｃｏｓα２ ／ｃｏｓα１ である。
【００４５】
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
この数式５によれば、第１の接触角α１ を第２の接触角α２ よりも小さくなるように設定すると、λの値が小さくなるため、上記移動速度ＶＥＳが低下することがわかる。
【００５１】
そこで、発明者は実際に第２の接触角α２ の値を種々に、すなわち１０度から８０度にわたって１０度間隔で変化させて速度実験を行った。その結果、上記第２の接触角α２ を増加させると、図５に示すようにスライダ２０に対する転動ボール３０の移動速度ＶＥＳが低下することを確認した。
【００５２】
上記速度実験の実験条件は以下の通りである。
【００５３】
転動ボール３０の直径…２．３８１ｍｍ、
第１の転動体転動溝１１を構成する円弧面１２の半径…１．２８６ｍｍ、（転動ボール直径５４％）
第２の転動体転動溝２２を構成する円弧面２３の半径…１．２８６ｍｍ、（転動ボール直径５４％）
与圧量…１μｍ、
スライダ２０の長さ寸法…３１ｍｍ、
クラウニング５６の落ち量、長さ…３μｍ、３ｍｍ、（直線クラウニング）
スライダ２０の速度…１０００ｍｍ／ｓｅｃ、
案内レール１０の速度…０ｍｍ／ｓｅｃ、
第１の接触角α１ …４０度、
第２の接触角α２ …１０度〜８０度。
【００５４】
なお、上記第１の実施の形態では、上記転動ボール３０の上記スライダ２０に対する移動速度ＶＥＳは、約３９６ｍｍ／ｓｅｃとなった。すなわち、上記第２の接触角α２ が上記第１の接触角α１ と同等の４０度である場合、上記転動ボール３０の上記スライダ２０に対する移動速度ＶＥＳは５００ｍｍ／ｓｅｃとなるから、従来、すなわち上記第２の接触角α２ を上記第１の接触角α１ と同等に設定した場合と比べて、上記移動速度ＶＥＳを約２割低下できた。
【００５５】
ところで、リニアガイド装置の上下方向と左右方向の剛性が等しい場合、このリニアガイド装置を用いた装置の機械振動対策や運動精度を検討する際に扱いやすいことがある。
【００５６】
そこで、発明者は上記速度実験と同じ実験条件の下、第２の接触角α２ の値を種々に変えて剛性実験を行った。その結果、第２の接触角α２ が５０度となるときに、上下方向剛性ＫＶ の値と左右方向剛性ＫＨ の値とがほぼ等しくなることを確認した。
【００５７】
図９は、３０度〜６０度の範囲の第１の接触角α１ に対して、上下方向と左右方向の剛性が等しくなるような第２の接触角α２ を計算によって求めた結果である。これより、第１の接触角α１ と第２の接触角α２ との和がほぼ９０度であるとき、リニアガイド装置の上下方向と左右方向の剛性とがほぼ等しくなることがわかる。
【００５８】
この実施の形態に係る構成のリニアガイド装置によれば、上記転動ボール３０と上記案内レール１０の第１の転動体転動溝１１との第１の接触角α１ を４０度、上記転動ボール３０と上記スライダ２０の第２の転動体転動溝２２との第２の接触角α２ を５０度とした。
【００５９】
すなわち、上記第１の接触角α１ を上記第２の接触角α２ よりも小さく設定した。そのため、上記速度実験の実験結果より、上記転動ボール３０のスライダ２０に対する移動速度ＶＥＳは低下することがわかる。したがって、リニアガイド装置を使用する際、上記転動ボール３０が上記エンドキャップ２５の方向転換路２７、特に肉薄であるタング部５７と衝突しても、それによって生じる衝撃力は抑制されるから、従来に比較してエンドキャップ２５は破損し難くなっている。
【００６０】
逆に言えば、上記リニアガイド装置をより大きな使用速度で使用することができる。さらに、上記転動ボール３０の上記スライダ２０に対する移動速度を抑えられるから、上記転動ボール３０が上記スライダ２０に衝突することによって生じる騒音、すなわち衝突音を低下させることができる。
【００６１】
また、上記第１の接触角α１ と第２の接触角α２ との和が９０度となるように設定した。そのため、上記剛性実験の実験結果および図９の関係より、このリニアガイド装置の上下方向剛性ＫＶ と左右方向剛性ＫＨ はほぼ同じになることがわかる。その結果、上記構成のリニアガイド装置を利用した装置の機械振動対策や運動精度を検討しやすくなっている。
【００６２】
図７は、上記第１の実施の形態に係るリニアガイド装置を構成する案内レール１０及びスライダ２０の第１の変形例である。すなわち、断面ほぼ台形からなる案内レール１０Ａの傾斜面８１に長手方向に沿ってそれぞれ第１の転動体転動溝１１Ａを形成するとともに、上記案内レール１０Ａと対応する形状からなるスライダ本体２１Ａの傾斜面８２に上記第１の転動体転動溝１１Ａと対向してそれぞれ第２の転動体転動溝２２Ａを形成し、これら対向する第１の転動体転動溝１１Ａと第２の転動体転動溝２２Ａとの間に複数の転動ボール３０を介装することで、上記スライダ本体２１Ａを上記案内レール１０Ａの長手方向に沿って相対移動できるようにしたものである。
【００６３】
この変形例のリニアガイド装置によれば、上記転動ボール３０の接触方向の基準線Ｌ１ を水平面に対して傾斜させた。そのため、上下方向の荷重に対して高い負荷容量を得ることができる。
【００６４】
図８は、上記第１の実施の形態に係るリニアガイド装置の案内レール１０及びスライダ２０の第２の変形例である。すなわち、上記案内レール１０の両面側にそれぞれ２つの第１の転動体転動溝１１Ｂを形成するとともに、この案内レール１０に嵌合される上記スライダ本体２１の内面に、上記第１の転動体転動溝１１Ｂと対向してそれぞれ２つの第２の転動体転動溝２２Ｂを形成し、これら対向する第１の転動体転動溝１１Ｂと第２の転動体転動溝２２Ｂとの間に複数の転動ボール３０を介装することで、上記スライダ２０を案内レール１０の長手方向に相対移動できるようにしたものである。
【００６５】
この変形例のリニアガイド装置によれば、上記案内レール１０と上記スライダ２０との間に、長手方向に沿って、複数の転動ボール３０を上下２列に設けた。そのため、より高い剛性と負荷容量を得ることができる。
【００６６】
なお、これら変形例によって、第１の実施の形態と同様に、上記転動ボール１１の上記スライダ２０に対する移動速度ＶＥＳを低下させることができ、また、リニアガイド装置が使用される装置の上下方向剛性ＫＶ と左右方向剛性ＫＨ をほぼ同等にすることができることは言うまでもない。
【００６７】
図１０〜図１３は、この発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態は、図１０に示すように、上記案内レール１０の第１の転動体転動溝１１Ｃを１つの円弧面６１で形成し、上記転動ボール３０をこの第１の転動体転動溝１１Ｃに第１の接触角α１ 、この実施の形態では０度で１点接触させるとともに、上記スライダ本体２１に上記第１の転動体転動溝１１Ｃと対向して形成された第２の転動体転動溝２２Ｃに第２の接触角α２ 、この実施の形態では６０度で２点接触させたものである。
【００６８】
すなわち、上記第１の接触角α１ は上記第２の接触角α２ よりも小さく設定されていることになるから、上記第１の実施の形態と同様に、上記転動ボール３０の上記スライダ２０に対する移動速度ＶＳＲ を低下させられることが予想される。
【００６９】
そこで、発明者は実際に第２の接触角α２ を種々に、すなわち１０度から８０度にわたって１０度間隔で変化させて速度実験を行った。その結果、図１２に示すように第２の接触角α２ を大きくすると、それに伴って上記転動ボール３０の上記スライダ２０に対する移動速度ＶＳＲが低下することを確認した。
【００７０】
上記速度実験の実験条件は以下の通りである。
【００７１】
転動ボール３０の直径…２．３８１ｍｍ、
第１の転動体転動溝１１を構成する円弧面１２の半径…１．２３８ｍｍ、（転動ボール直径５２％）
第２の転動体転動溝２２を構成する円弧面２３の半径…１．２８６ｍｍ、（転動ボール直径５４％）
与圧量…１μｍ、
スライダ２０の長さ寸法…３１ｍｍ、
クラウニング５６の落ち量、長さ…３μｍ、３ｍｍ、（直線クラウニング）
スライダ２０の速度…１０００ｍｍ／ｓｅｃ、
案内レール１０の速度…０ｍｍ／ｓｅｃ、
第１の接触角α１ …０度、
第２の接触角α２ …１０度〜８０度。
【００７２】
なお、上記第２の実施の形態では、上記転動ボール３０の上記スライダ２０に対する移動速度ＶＥＳは、約３３４ｍｍ／ｓｅｃとなった。すなわち、第２の接触角α２ が上記第１の接触角α１ と同等の０度である場合、上記転動ボール３０の上記スライダ２０に対する移動速度ＶＥＳは５００ｍｍ／ｓｅｃとなるから、上記移動速度ＶＥＳを従来の約２／３に低減できた。
【００７３】
この実施の形態に係る構成のリニアガイド装置によれば、上記転動ボール３０と上記案内レール１０の第１の転動体転動溝１１Ｃとを第１の接触角α１ が０度となるように１点接触させるとともに、上記転動ボール３０と上記スライダ２０の第２の転動体転動溝２２とを第２の接触角α２ が６０度となるように２点接触させた。
【００７４】
すなわち、上記第１の接触角α１ を上記第２の接触角α２ よりも小さく設定した。そのため、上記速度実験の実験結果より、上記第１の実施の形態と同様に、上記転動ボール３０のスライダ２０に対する移動速度ＶＥＳは低下することがわかる。したがって、この実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００７５】
また、この実施の形態では、上記案内レール１０に形成された第１の転動体転動溝１１Ｃを浅くしても、この第１の転動体転動溝１１Ｃと上記転動ボール３０との接触点は溝肩部に乗り上げ難い。そのため、図１０に示すように、上記第１の転動体転動溝１１Ｃを浅くしたことによりできた空間を利用して、上記転動ボール３０の脱落を防ぐ転動ボール保持器５３（１点鎖線で示す）を上記スライダ２０側に設けてもよい。
【００７６】
図１３は、上記第２の実施の形態に係るリニアガイド装置の案内レール１０とスライダ２０の変形例である。すなわち、案内レール１０の両側面に２つの第１の転動体転動溝１１Ｄをそれぞれ形成するとともにスライダ本体２１の内面に上記第１の転動体転動溝１１Ｄと対向して２つの第２の転動体転動溝２２Ｄをそれぞれ形成し、これら対向する一対の第１の転動体転動溝１１Ｄと第２の転動体転動溝２２Ｄとの間に複数の転動ボール３０を介装することで、上記スライダ２０を案内レール１０の長手方向に相対移動できるようにしたものである。
【００７７】
上記構成のリニアガイド装置によれば、上記案内レール１０と上記スライダ２０との間に、長手方向に沿って、上記転動ボール３０を上下２列に設けた。しかも、上記転動ボール３０の接触方向の基準線Ｌ１ を水平面に対して傾斜させた。
【００７８】
そのため、上記転動ボール３０が上記案内レール１０及びスライダ２０に３点のみで接触する場合であっても、上下方向に対する高い剛性と負荷容量を得ることができる。
【００７９】
なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。すなわち、図１４に示すように、案内レールとして、断面ほぼ矩形状の上記案内レール１０に代えて断面ほぼコ字状の案内レール１０Ｅを用い、スライダとして、断面ほぼコ字状のスライダ２０に代えて断面ほぼ矩形状のスライダ２０Ｅを用いてもよい。
【００８０】
すなわち、上記案内レール１０Ｅの対向する一対の内側面にそれぞれ長手方向に沿って第１の転動体転動溝１１Ｅを形成するとともに、上記スライダ２０Ｅの両側面に上記第１の転動体転動溝１１Ｅと対向するよう第２の転動体転動溝２２Ｅをそれぞれ形成し、これら第１の転動体転動溝１１Ｅと第２の転動体転動溝２２Ｅと間に、転動ボール３０を介装することで、上記スライダ２０Ｅを上記案内レール１０Ｅの内側で長手方向に沿って相対移動させるようにしてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
この発明によれば、転動ボールのスライダに対する移動速度を低下させることができるから、転動ボールの衝突によって転動体転動路が破損するのが抑制され、また衝突による騒音が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係るリニアガイド装置の斜視図。
【図２】図１のＸ―Ｘ線に沿った断面図。
【図３】同実施の形態における転動体転動路を示す構成図。
【図４】図２の部分拡大図。
【図５】同実施の形態において、第２の接触角α２ と転動ボールのスライダに対する移動速度との関係を表すグラフ。
【図６】同実施の形態において、第２の接触角α２ に対するスライダの上下方向剛性ＫＶ 及び左右方向剛性ＫＨ の関係を表すグラフ。
【図７】同実施の形態の第１の変形例を示す概略図。
【図８】同実施の形態の第２の変形例を示す概略図。
【図９】同実施の形態において、上下方向剛性ＫＶ と左右方向剛性ＫＨ とを同一にする第１の接触角α１ と第２の接触角α２ との組み合わせを示すグラフ。
【図１０】この発明の第２の実施の形態に係るリニアガイド装置の断面図。
【図１１】図１０の部分拡大図。
【図１２】同実施の形態において、第２の接触角α２ と転動ボールのスライダに対する移動速度との関係を表すグラフ。
【図１３】同実施の形態の変形例を示す概略図。
【図１４】この発明の他の実施の形態に係るリニアガイド装置の斜視図。
【図１５】図１６を矢印Ｙで示す方向からみた場合における転動ボールのスライダに対する移動速度ＶＥＳを導くための第１の説明図。
【図１６】転動ボールのスライダに対する移動速度ＶＥＳを導くための第２の説明図。
【図１７】従来の軌道間通路を示す概略図。
【符号の説明】
α１ …第１の接触角
α２ …第２の接触角
１０、１０Ａ、１０Ｅ…案内レール
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ…第１の転動体転動溝
２０、２０Ａ、２０Ｅ…スライダ
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ…第２の転動体転動溝
３０…転動ボール
Ｌ１ …基準線
Ｌ２ …軸線
Claims (3)
- 側面に長手方向に沿って第１の転動体転動溝を有する案内レールと、
この案内レールの第１の転動体転動溝と対向する第２の転動体転動溝を有し、両転動体転動溝の間に、各転動体転動溝とそれぞれ２点で接触するよう転動自在に介装された転動ボールを介して上記案内レールの長手方向に相対移動するスライダと
を有し、
上記転動ボールと第１の転動体転動溝との第１の接触角は、上記転動ボールと第２の転動体転動溝との第２の接触角よりも小さいことを特徴とするリニアガイド装置。 - 上記第１の接触角と上記第２の接触角との和がほぼ９０度であることを特徴とする請求項１記載のリニアガイド装置。
- 側面に長手方向に沿って第１の転動体転動溝を有する案内レールと、
この案内レールの第１の転動体転動溝と対向する第２の転動体転動溝を有し、両転動体転動溝の間に、上記第１の転動体転動溝と１点で接触するとともに上記第２の転動体転動溝と２点で接触するよう転動自在に介装された転動ボールを介して上記案内レールの長手方向に相対移動するスライダと
を有することを特徴とするリニアガイド装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002173132A JP2004019728A (ja) | 2002-06-13 | 2002-06-13 | リニアガイド装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2002173132A JP2004019728A (ja) | 2002-06-13 | 2002-06-13 | リニアガイド装置 |
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| JP2004019728A true JP2004019728A (ja) | 2004-01-22 |
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2002
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