JP2004324850A - リニアガイド装置 - Google Patents

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JP2004324850A
JP2004324850A JP2003123772A JP2003123772A JP2004324850A JP 2004324850 A JP2004324850 A JP 2004324850A JP 2003123772 A JP2003123772 A JP 2003123772A JP 2003123772 A JP2003123772 A JP 2003123772A JP 2004324850 A JP2004324850 A JP 2004324850A
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rail
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element raceway
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Kazuaki Oga
和昭 大賀
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NSK Ltd
NSK Precision Co Ltd
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NSK Ltd
NSK Precision Co Ltd
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/005Guide rails or tracks for a linear bearing, i.e. adapted for movement of a carriage or bearing body there along

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Abstract

【課題】コストの上昇や生産性の低下などを招くことなく案内レールの軽量化を図ることのできるリニアガイド装置を提供することを目的とする。
【解決手段】案内レール11の幅方向に沿う断面を凹状に形成する。また、案内レール11の幅をW、案内レール11の高さをH、案内レール11の下面からレール側転動体軌道溝14までの高さをH、レール側転動体軌道溝13と14との間隔をHとすると、案内レール11の内壁面11c,11dの高さTおよび間隔Tは式(1)及び(2)を満たす値に設定する。
≧H/2 ‥‥(1)
≧H/2 ‥‥(2)
但し、T=H−T
=(W−T)/2
=H+H/2
【選択図】 図4

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線運動する物体をその移動方向に案内する機械部品として、工作機械などの各種の産業機械で使用されるリニアガイド装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
直線運動する物体をその移動方向に案内するリニアガイド装置は、案内レールと、この案内レールの両側面と夫々対向する二つの内側面を有するスライダとを備えており、案内レールの側面にはレール側転動体軌道溝が案内レールの長手方向に沿って形成されている。そして、スライダの内側面にはスライダ側転動体軌道溝がレール側転動体軌道溝に対応して形成されており、案内レールまたはスライダが案内レールの長手方向に相対移動すると、レール側転動体軌道溝とスライダ側転動体軌道溝との間に配設された多数の転動体が案内レールの長手方向に転動するようになっている。
【0003】
このようなリニアガイド装置の案内レールは、その剛性を確保するために、通常、鉄鋼材料からなるレール素材に熱処理を施して形成されている。このため、このような案内レールに機械の可動部を取り付けて使用する場合には、可動部を駆動するモータとして電力消費量の大きいモータを使用しなければならないため、可動部の軽量化(低イナーシャ化)が要求されるようになってきている。
【0004】
そこで、このような要求を満たすため、従来では、案内レールの材質をセラミックスに変更したり、あるいは案内レールを中空にくり抜き加工したりすることによって、案内レールの軽量化を図っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、案内レールの材質をセラミックスに変更したり、あるいは案内レールの内部を中空にくり抜き加工したりすると、コストの上昇や生産性の低下を招くなどの問題があった。
また、案内レールの軽量化を図るために、案内レールを中空にくり抜き加工した場合には、案内レールの重量を40%程度に軽減できるものの、従来の標準的な案内レールに比べ、案内レールの剛性が1/4以下に低下してしまうという問題があった。
【0006】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、コストの上昇や生産性の低下などを招くことなく案内レールの軽量化を図ることのできるリニアガイド装置を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、案内レールの剛性を大幅に低下させることなく案内レールの軽量化を図ることのできるリニアガイド装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、案内レールと、この案内レールの両側面と夫々対向する二つの内側面を有するスライダと、前記案内レールの側面上部と側面中央部に該案内レールの長手方向に沿って形成されたレール側転動体軌道溝と、これらのレール側転動体軌道溝に対応して前記スライダの内側面上部と内側面中央部に形成されたスライダ側転動体軌道溝と、前記レール側転動体軌道溝と前記スライダ側転動体軌道溝との間に配設された多数の転動体とを備えたリニアガイド装置において、前記案内レールの幅方向に沿う断面を凹状に形成するとともに、前記案内レールの幅をW、前記案内レールの高さをH、前記案内レールの下面から前記案内レールの側面中央部に形成されたレール側転動体軌道溝までの高さをH、前記案内レールの側面上部と側面中央部に形成された二つのレール側転動体軌道溝の間隔をHとしたとき、前記案内レールの相対向する内壁面の高さTをT≧H/2(但し、T=H−T、H=H+H/2)を満たす値に設定し、かつ前記案内レールの相対向する内壁面の間隔TをT≧H/2(但し、T=(W−T)/2、H=H+H/2)を満たす値に設定したことを特徴とする。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1記載のリニアガイド装置において、前記案内レールの相対向する内壁面の高さTをT≦Hを満たす値に設定したことを特徴とする。
請求項3の発明は、案内レールと、この案内レールの両側面と夫々対向する二つの内側面を有するスライダと、前記案内レールの側面に該案内レールの長手方向に沿って形成されたレール側転動体軌道溝と、このレール側転動体軌道溝に対応して前記スライダの内側面に形成されたスライダ側転動体軌道溝と、前記レール側転動体軌道溝と前記スライダ側転動体軌道溝との間に配設された多数の転動体とを備えたリニアガイド装置において、前記案内レールの幅方向に沿う断面を凹状に形成するとともに、前記案内レールの幅をW、前記案内レールの高さをH、前記案内レールの下面から前記レール側転動体軌道溝までの高さをHとしたとき、前記案内レールの相対向する内壁面の高さTをT≧H/2(但し、T=H−T)を満たす値に設定し、かつ前記案内レールの相対向する内壁面の間隔TをT≧H/2(但し、T=(W−T)/2)を満たす値に設定したことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図1乃至図7を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明の第1の実施形態に係るリニアガイド装置の概略構成を示す斜視図であり、同図に示すように、第1の実施形態に係るリニアガイド装置は、案内レール11と、この案内レール11に対して相対移動可能に設けられたスライダ12と、このスライダ12の前後方向両端に取り付けられた一対のエンドキャップ18,18と、これらエンドキャップ18と案内レール11の両外側面11a,11b及び両側壁の上面11e,11f(図4参照)との間隙をシールするシール部材22,22とを備えて構成されている。
【0010】
案内レール11は二つの側面11a,11bを有しており、これら側面11a,11bの上端部と中央部にはレール側転動体軌道溝13,14が案内レール11の長手方向に沿って形成されている。
スライダ12は案内レール11の側面11a,11bと対向する二つの内側面12a(図2参照)を有しており、これら内側面12aの上端部と中央部にはスライダ側転動体軌道溝15,16がレール側転動体軌道溝13,14に対応して形成されている。
【0011】
レール側転動体軌道溝13,14とスライダ側転動体軌道溝15,16との間には、図2に示すように、多数の球状転動体17が組み込まれている。これらの転動体17は案内レール11またはスライダ12の相対的直線運動に伴って上記転動体軌道溝13〜16の溝面を転動するようになっており、レール側転動体軌道溝13,14とスライダ側転動体軌道溝15,16との間を転動した転動体17はエンドキャップ18に形成された転動体方向転換路19(図3参照)およびスライダ12に形成された転動体戻し用貫通路20(図2及び図3参照)を経由して循環するようになっている。
【0012】
案内レール11は幅方向に沿う断面が凹状に形成されており、この案内レール11の上面右側部と上面左側部には、案内レール11を図示しないボルトにより産業機械の可動部等に固定するためのボルト挿通孔21(図1及び4参照)が案内レール11の長手方向にほぼ一定の間隔で穿設されている。
また、案内レール11は相対向する二つの内壁面11c,11d(図4参照)を有しており、案内レール11の幅をW、案内レール11の高さをH、案内レール11の下面からレール側転動体軌道溝14までの高さをH、レール側転動体軌道溝13と14との間隔をHとすると、内壁面11c,11dの高さTおよび間隔Tは下式(1)及び(2)を満たす値となっている。
【0013】
≧H/2 ‥‥(1)
≧H/2 ‥‥(2)
但し、T=H−T
=(W−T)/2
=H+H/2
また、内壁面11c,11dの高さTは下式(3)を満たす値となっている。
【0014】
≦H ‥‥(3)
このように構成される第1の実施形態に係るリニアガイド装置では、案内レール11の幅方向に沿う断面を凹状に形成したことで、断面が矩形の案内レールに比べ、案内レールの重量を軽くすることができる。したがって、前述した従来技術のように、案内レールの材質をセラミックスに変更したり、あるいは案内レールの内部を中空にくり抜き加工したりする必要がないので、コストの上昇や生産性の低下などを招くことなく案内レールの軽量化を図ることができる。
【0015】
また、案内レール11の内壁面11c,11dの高さTを式(1)を満たす値に設定し、かつ内壁面11c,11dの間隔Tを式(2)を満たす値に設定したことで、案内レールを中空にくり貫き加工したもののように案内レールの剛性が1/4以下に低下することがないので、案内レールの剛性を大幅に低下させることなく案内レールの軽量化を図ることができる。
【0016】
さらに、案内レール11の内壁面11c,11dの高さTを式(3)を満たす値としたことで、ボルト挿通孔21が形成される部分のボルト頭部が接触する座面が高さHより低くなる。そうすることによって、ボルト挿通孔21を挿通するボルトの締付力によるボルト座面の歪の影響が中央部のレール側転動体軌道溝に作用し難くなり、リニアガイド装置の走り平行度を高精度に維持することができる。
【0017】
本発明者らは、幅方向の断面が図5に示す形状の案内レールの断面二次モーメントを求め、従来の標準的な案内レールと剛性を比較した。その結果を図6に示す。従来の標準的な案内レールに対して1/4以上の剛性を確保できることが確認された。
I=1/3(We −T+T
=1/2((T+T )/(TH+T))
=H−e
h=e−T
なお、上述した実施の形態では案内レール11の内壁面11c,11dの高さTおよび間隔Tは式(1)及び(2)を満たす値に設定したが、図7に示す第2の実施形態のように、案内レール11の側面11a,11bに形成されるレール側転動体軌道溝の数が1つの場合には、案内レール11の内壁面11c,11dの高さTおよび間隔Tを下式(4)及び(5)を満たす値に設定すればよい。
【0018】
≧H/2 ‥‥(4)
≧H/2 ‥‥(5)
但し、T=H−T
=(W−T)/2
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明に係るリニアガイド装置によれば、案内レールの軽量化を図るために、案内レールの材質をセラミックスに変更したり、あるいは案内レールを中空にくり抜き加工したりする必要がないので、コストの上昇や生産性の低下などを招くことなく案内レールの軽量化を図ることができる。また、案内レールの剛性を大幅に低下させることなく案内レールの軽量化を図ることができる。
【0020】
請求項2の発明に係るリニアガイド装置によれば、請求項1の発明の効果に加え、ボルト挿通孔を挿通するボルトの締付力によるレール側転動体軌道溝への歪の影響を小さくすることができる。
請求項3の発明に係るリニアガイド装置によれば、案内レールの軽量化を図るために、案内レールの材質をセラミックスに変更したり、あるいは案内レールを中空にくり抜き加工したりする必要がないので、コストの上昇や生産性の低下などを招くことなく案内レールの軽量化を図ることができる。また、案内レールの剛性を大幅に低下させることなく案内レールの軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るリニアガイド装置の斜視図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係るリニアガイド装置の一部断面正面図である。
【図3】本発明の第1の実施形態に係るリニアガイド装置の一部を示す断面図である。
【図4】図1に示す案内レールの正面図である。
【図5】幅方向の断面が凹状に形成された案内レールの断面二次モーメントを算出する方法を説明するための図である。
【図6】従来の案内レールの断面形状と本発明の一実施形態に係る案内レールの断面形状を示す図である。
【図7】本発明の第2の実施形態に係る案内レールの正面図である。
【符号の説明】
11 案内レール
11a,11b 側面
11c,11d 内壁面
12 スライダ
12a 内側面
13,14 レール側転動体軌道溝
15,16 スライダ側転動体軌道溝
17 転動体
18 エンドキャップ
19 転動体方向転換路
20 転動体戻し用貫通路
21 ボルト挿通孔

Claims (3)

  1. 案内レールと、この案内レールの両側面と夫々対向する二つの内側面を有するスライダと、前記案内レールの側面上部と側面中央部に該案内レールの長手方向に沿って形成されたレール側転動体軌道溝と、これらのレール側転動体軌道溝に対応して前記スライダの内側面上部と内側面中央部に形成されたスライダ側転動体軌道溝と、前記レール側転動体軌道溝と前記スライダ側転動体軌道溝との間に配設された多数の転動体とを備えたリニアガイド装置において、
    前記案内レールの幅方向に沿う断面を凹状に形成するとともに、前記案内レールの幅をW、前記案内レールの高さをH、前記案内レールの下面から前記案内レールの側面中央部に形成されたレール側転動体軌道溝までの高さをH、前記案内レールの側面上部と側面中央部に形成された二つのレール側転動体軌道溝の間隔をHとしたとき、前記案内レールの相対向する内壁面の高さTをT≧H/2(但し、T=H−T、H=H+H/2)を満たす値に設定し、かつ前記案内レールの相対向する内壁面の間隔TをT≧H/2(但し、T=(W−T)/2、H=H+H/2)を満たす値に設定したことを特徴とするリニアガイド装置。
  2. 請求項1記載のリニアガイド装置において、前記案内レールの相対向する内壁面の高さTをT≦Hを満たす値に設定したことを特徴とするリニアガイド装置。
  3. 案内レールと、この案内レールの両側面と夫々対向する二つの内側面を有するスライダと、前記案内レールの側面に該案内レールの長手方向に沿って形成されたレール側転動体軌道溝と、このレール側転動体軌道溝に対応して前記スライダの内側面に形成されたスライダ側転動体軌道溝と、前記レール側転動体軌道溝と前記スライダ側転動体軌道溝との間に配設された多数の転動体とを備えたリニアガイド装置において、
    前記案内レールの幅方向に沿う断面を凹状に形成するとともに、前記案内レールの幅をW、前記案内レールの高さをH、前記案内レールの下面から前記レール側転動体軌道溝までの高さをHとしたとき、前記案内レールの相対向する内壁面の高さTをT≧H/2(但し、T=H−T)を満たす値に設定し、かつ前記案内レールの相対向する内壁面の間隔TをT≧H/2(但し、T=(W−T)/2)を満たす値に設定したことを特徴とするリニアガイド装置。
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