JP2005016590A

JP2005016590A - リニアガイド装置

Info

Publication number: JP2005016590A
Application number: JP2003180005A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Matsumoto; 淳松本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】コストの上昇を招くことなくスライダの剛性を確保して剛性を高く保つと共に長寿命化を図ることのできるリニアガイド装置を提供する。
【解決手段】円筒ころ状に形成された転動体１８の有効長Ｌｗｅと直径Ｄｗとの比をＬｗｅ／Ｄｗ＝０．９〜１．５とする。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線運動する移動体をその移動方向に案内するリニアガイド装置に関するものであり、特に、案内レールに形成された転動体軌道面とスライダに形成された転動体軌道面との間に設けられた多数の転動体をころ状に形成したリニアガイド装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直線運動する移動体をその移動方向に案内する機械部品として、リニアガイド装置を例えば工作機械や射出成形機などで使用する場合、比較的高い剛性がリニアガイド装置に要求される。そこで、かかる要求を満たすために、案内レールに形成された転動体軌道面とスライダに形成された転動体軌道面との間に設けられた多数の転動体をころ状に形成したものが知られている（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２８０５３７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９１６５４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなリニアガイド装置は、転動体としてボールを用いたものに比べて高い剛性を得ることができるが、十分な剛性を確保するためには、転動体に十分な予圧荷重を与えるとともに、高い部材剛性を確保する必要がある。しかし、上記文献に開示されたリニアガイド装置では、ころ状に形成された転動体を循環させるために、スライダ内に転動体の軸方向長さより径の大きい断面円形の貫通孔を形成し、この貫通孔の内側に断面矩形の転動体循環路を樹脂により形成している。このため、転動体としてボールを用いたものに比べて、貫通孔が大きくなりやすく、スライダの剛性が小さくなる。このため、転動体に与えられる予圧荷重の大きさによっては、図５（ａ）又は図５（ｂ）に示すような弾性変形がスライダに生じる。このため、転動体に十分な予圧を与えても部材変形のために、剛性があまり高くならないという問題があった。
【０００５】
このようなスライダの弾性変形を抑制する対策の一つとして、転動体の寸法に合わせて四角形の貫通孔をスライダに機械加工によって形成し、この貫通孔を転動体の循環路とする方法が考えられる。しかしながら、四角形の貫通孔をスライダに機械加工によって形成することは極めて困難であり、コストの上昇を招くという問題がある。
【０００６】
また、スライダの弾性変形を抑制する別の対策として、スライダに形成される貫通孔の径を小さくすることが考えられる。しかし、この場合、使用できるころの径が小さくなる。従って、リニアガイド装置の動定格荷重が小さくなってしまう。すなわち、寿命が短いものとなってしまう。
さらに別の対策として、スライダを大きくすることも考えられるが、コンパクト化を妨げる要因となるので、望ましくない。
【０００７】
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、コストの上昇を招くことなくスライダの剛性を確保して剛性を高く保つと共に長寿命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。
【０００８】
【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、本発明は、案内レールに形成された転動体軌道面とスライダに形成された転動体軌道面との間に設けられた多数の転動体をころ状に形成したリニアガイド装置において、前記転動体の直径をＤｗ、前記転動体の軸方向長さをＬｗｔ、前記転動体の端面周縁部に形成された面取り部の軸方向長さをＣｗとしたとき、（Ｌｗｔ−２Ｃｗ）／Ｄｗ＝０．９〜１．５としたことを特徴とする。
【０００９】
このような構成であると、スライダのサイズや転動体の対角長を変えることなく基本動定格荷重を大きくすることができる。したがって、単純にころの直径や長さを大きくした場合のように、スライダに穿設される貫通孔の径を大きくする必要がないので、スライダの弾性変形を大きくすることがない。従って、スライダのサイズを大きくすることなく、リニアガイド装置の剛性の低下を防ぐことができる。また、スライダの弾性変形を抑制するために、転動体の寸法に合わせて四角形の貫通孔をスライダに機械加工によって形成する必要がないので、コストの上昇を招くことがない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るリニアガイド装置の斜視図で、図２は同実施形態に係るリニアガイド装置の一部切欠正面図である。図１及び図２において、本発明の一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の長手方向に相対移動するスライダ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１３，１３とを備えており、案内レール１１の左右両側面には、それぞれ転動体軌道面１４，１５が案内レール１１の長手方向に沿って帯状に且つ互いに平行に形成されている。これらの転動体軌道面１４，１５は案内レール１１の側面に傾斜して形成されており、その傾斜角度は互いに直交する角度となっている。また、転動体軌道面１４，１５はスライダ１２の内側面に形成された転動体軌道面１６，１７（図２参照）とそれぞれ対向しており、レール側転動体軌道面１４，１５とスライダ側転動体軌道面１６，１７との間には、多数の転動体１８が転動自在に設けられている。
【００１１】
転動体１８は円筒ころ状に形成されており、これらの転動体１８は、スライダ１２が案内レール１１の長手方向に相対移動すると、これに伴って転動体軌道面１４〜１７を転動するようになっている。そして、転動体軌道面１４〜１７を転動した転動体１８は、エンドキャップ１３内に形成された転動体方向転換路（図示せず）を転動した後、スライダ１２内に形成された断面矩形の転動体循環路１９（図２参照）を転動するようになっている。
【００１２】
転動体循環路１９は樹脂で形成されており、スライダ１２には、転動体循環路１９を樹脂成形するための貫通孔２０が転動体１８の軸方向長さより大きな孔径で形成されている。
図３は転動体１８の正面図であり、図中Ｄｗは転動体１８の直径、Ｌｗｔは転動体１８の軸方向長さ、Ｃｗは転動体１８の端面周縁部に形成された面取り部２１の軸方向長さ（以下「面取長」と記す）である。また、Ｄｈは√（Ｄｗ^２＋Ｌｗｔ^２）で表される転動体１８の対角長、ＬｗｅはＬｗｔ−２Ｃｗで表される転動体１８の有効長であり、本実施形態では、転動体１８の有効長Ｌｗｅと直径Ｄｗとの比がＬｗｅ／Ｄｗ＝０．９〜１．５となっている。
次に、このように構成されたリニアガイド装置の作用及び効果について説明する。
【００１３】
【表１】

【００１４】
リニアガイド装置などの転がり案内要素では、寿命を評価するための指標として、一般に、定格寿命が用いられる。この定格寿命は、形式が同一のリニアガイド装置を同一の条件で使用したとき、そのうちの９０％がフレーキング（転がり疲れによる軌道面の損傷）を生じることなく走行できる距離として定義される。そこで、本発明者は、表１に示す寸法の転動体を使用してリニアガイド装置（スライダ軌道長Ｌｓ：１１２ｍｍ）の定格寿命Ｌｃ［ｋｍ］を次式により求め、定格寿命Ｌｃと転動体の有効長対直径比（Ｌｗｅ／Ｄｗ）との関係について調査した。
【００１５】
Ｌｃ＝１００・（Ｃ／Ｆ）^１０／３（１）
上式において、Ｆ：スライダに作用する荷重［Ｎ］、Ｃ：基本動定格荷重［Ｎ］であり、基本動定格荷重Ｃは次式により求められる。
Ｃ＝１９５・ｂｍ・λ・Ｌｓ^１／３６・（ｉ・Ｌｗｅ）^７／９・Ｚ^３／４・Ｄｗ^{３５／２７}・ｃｏｓα （２）
但し、ｂｍ：定格係数最大１．１までの定数
λ：減少係数最大０．８３までの定数
Ｌｓ：スライダの軌道長［ｍｍ］
ｉ：圧縮方向の荷重を受ける転動体列の列数
Ｌｗｅ：転動体の有効長［ｍｍ］
Ｚ：１列当りの転動体数
Ｄｗ：転動体の直径［ｍｍ］
α：圧縮方向の荷重を受ける転動体の接触角
【００１６】
リニアガイド装置の基本動定格荷重Ｃを大きくするためには、転動体の直径Ｄｗ、有効長Ｌｗｅおよび１列当りの転動体数Ｚを大きくすれば良いことが式（２）より分かるが、実際のリニアガイド装置では、周辺装置との関係からスライダのサイズをできる限り小さくすることが望ましい。ここで、スライダの軌道長Ｌｓを一定とすると、転動体の直径Ｄｗと転動体数Ｚは、
Ｌｓ＝Ｄｗ・Ｚ（３）
の関係が成り立つことから、式（２）及び（３）より次式が導かれる。
【００１７】
Ｃ∝Ｌｗｅ^７／９・Ｄｗ^{５９／１０８} （４）
式（４）において、記号∝は比例関係を示しており、スライダの軌道長Ｌｓを一定とした条件下で基本動定格荷重Ｃを大きくし、リニアガイド装置の定格寿命Ｌｃを高めるためには、転動体の直径Ｄｗと有効長Ｌｗｅを大きくすれば良いことがわかる。しかし、転動体の直径Ｄｗと有効長Ｌｗｅを大きくすると、スライダに形成される貫通孔２０（図２参照）の孔径が大きくなり、スライダの剛性低下につながる。
【００１８】
上式により求めた定格寿命Ｌｃと転動体の有効長対直径比（Ｌｗｅ／Ｄｗ）との関係を図４に示す。同図において、縦軸は寿命比、横軸は有効長Ｌｗｅと直径Ｄｗとの比を示しており、この図から明らかなように、スライダ軌道長Ｌｓおよび転動体対角長Ｄｈを一定とした場合、転動体の有効長Ｌｗｅと直径Ｄｗとの比がＬｗｅ／Ｄｗ＝１．２〜１．４のときに定格寿命Ｌｃが最大となる。そして、転動体の有効長Ｌｗｅと直径Ｄｗとの比がＬｗｅ／Ｄｗ＝０．９〜１．５のときには、定格寿命Ｌｃの最大値に対して約９０％以上の定格寿命を確保することができ、これにより、スライダのサイズや転動体の対角長を変えることなく基本動定格荷重を大きくすることができる。したがって、スライダに形成される貫通孔の径を大きくしないで済むので、スライダの弾性変形を大きくすることがない。従って、スライダのサイズを大きくすることなく、剛性の低下を防止できる。また、スライダの弾性変形を抑制するために、転動体の寸法に合わせて四角形の貫通孔をスライダに機械加工によって形成する必要がないので、コストの上昇を招くことがない。
【００１９】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。たとえば、上述した実施の形態では、案内レールとスライダの軌道面を転動する転動体として、円筒ころ状に形成された転動体を用いたが、特開２００１−１２４５３号公報に開示されているような球面ころを転動体として用いても良い。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るリニアガイド装置によれば、転動体の有効長と直径との比を０．９〜１．５としたことで、スライダのサイズや転動体の対角長を変えることなく基本動定格荷重を大きくすることができる。したがって、単純にころの直径や長さを大きくした場合のように、スライダに穿設される貫通孔の径を大きくする必要がないので、スライダの弾性変形を大きくすることがない。従って、スライダのサイズを大きくすることなく、リニアガイド装置の剛性の低下を防ぐことができる。また、スライダの弾性変形を抑制するために、転動体の寸法に合わせて四角形の貫通孔をスライダに機械加工によって形成する必要がないので、コストの上昇を招くことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るリニアガイド装置の斜視図である。
【図２】図１に示すリニアガイド装置の一部切欠正面図である。
【図３】図２に示す転動体の正面図である。
【図４】リニアガイド装置の定格寿命と転動体の有効長対直径比との関係を示す図である。
【図５】本発明が解決しようとする課題を説明するための図である。
【符号の説明】
１１案内レール
１２スライダ
１３エンドキャップ
１４〜１７転動体軌道面
１８転動体
１９転動体循環路
２０貫通孔
２１面取り部

Claims

案内レールに形成された転動体軌道面とスライダに形成された転動体軌道面との間に設けられた多数の転動体をころ状に形成したリニアガイド装置において、
前記転動体の直径をＤｗ、前記転動体の軸方向長さをＬｗｔ、前記転動体の端面周縁部に形成された面取り部の軸方向長さをＣｗとしたとき、（Ｌｗｔ−２Ｃｗ）／Ｄｗ＝０．９〜１．５としたことを特徴とするリニアガイド装置。