JP2005042795A - 直動案内軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保持ピースのあるなしにかかわらず、摩擦力変動を大幅に低減する。
【解決手段】軸方向に延びる転動体転動溝３を有する案内レール１と、転動体転動溝３に対向する転動体転動溝３１を有し、これらの両転動体転動溝３，３１間に挿入された多数の転動体Ｂの転動を介して軸方向に沿って相対移動可能に案内レール１に跨架されたスライダ２とを備え、スライダ２は、転動体転動溝３１及び軸方向に貫通する転動体通路８を有するスライダ本体２Ａと、両転動体転動溝３，３１間と転動体通路８とを連通する湾曲状の方向転換路６を有してスライダ本体２Ａの軸方向の両端面に取り付けられた一対のエンドキャップ５とを具備する直動案内軸受装置であって、方向転換路６の外周部の一部又は全部を、スライダ本体２Ａに対して軸方向に弾性的に変位可能に構成する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、工作機械、ロボット、測定器等の各種機械装置に用いられる直動案内軸受装置に関し、特に、放電加工機や金型加工機、描画装置、半導体製造装置等に好適に用いられる直動案内軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の直動案内軸受装置としては、例えば図１１に示すように、軸方向に延びる案内レール１と、該案内レール１上に軸方向に相対移動可能に跨架されたスライダ２とを備えたものが知られている。
案内レール１の両側面にはそれぞれ軸方向に延びる転動体転動溝３が形成されており、スライダ２のスライダ本体２Ａには、その両袖部４の内側面に、それぞれ転動体転動溝３に対向する転動体転動溝３１が形成されている。そして、これらの向き合った両転動体転動溝３，３１の間には転動体の一例としての多数のボールＢが転動自在に装填され、これらのボールＢの転動を介してスライダ２が案内レール１上を軸方向に沿って相対移動できるようになっている。
【０００３】
この移動につれて、案内レール１とスライダ２との間に介在するボールＢは転動してスライダ２の端部に移動するが、スライダ２を軸方向に継続して移動させていくためには、これらのボールＢを無限に循環させる必要がある。
このため、スライダ本体２Ａの袖部４内に軸方向に貫通する転動体通路８を形成すると共に、スライダ本体２Ａの前後両端にそれぞれエンドキャップ５を例えばねじ１２等の固定手段を介して固定し、このエンドキャップ５に上記両転動体転動溝３，３１間と上記転動体通路８とを連通する半円弧状に湾曲した方向転換路６（図１２参照）を形成することにより、転動体無限循環軌道７（図１３参照）を構成している。なお、図において符号１０はスライダ本体２Ａの端面にエンドキャップ５をねじ止め固定するためのタップ穴、１１はサイドシール、１３はエンドキャップの側面や端面等に設けられる給脂用ニップルである。
【０００４】
ところで、直動案内軸受装置は、半導体製造装置や精密加工機械、精密測定機器等の各種機械装置に用いられるが、用途によっては、スライダ移動時の摩擦力の変動が小さいことが要求される。例えば放電加工機や金型加工機、描画装置等では、摩擦力が変動すると、所要の曲線・曲面に精密に追従させることが困難になる。また、半導体製造装置（露光装置）等では、摩擦力が変動すると、精密な位置決めが困難になり、更に、精密測定装置等では、低速、且つ一定速度での駆動が必要だが、摩擦力が変動すると、所要の速度での駆動が困難となる。
【０００５】
摩擦力変動を低減するための従来技術としては、例えば、図１３に示すように、転動体無限循環軌道７の直線部分である両転動体転動溝３，３１間（負荷領域：Ｌ１）から曲線部分である方向転換路６（無負荷領域）に進入する鋼球Ｂの微少移動量をｄｘ１ とすると共に、該微少移動量ｄｘ１ に応じて方向転換路６（無負荷領域）から両転動体転動溝３，３１間（負荷領域）に押し出される鋼球Ｂの微少移動量をｄｘ２ とし、且つ（ｄｘ２ −ｄｘ１ ）／ｄｘ１ の値をＤとした場合に、鋼球間スパンに相当する距離を鋼球Ｂが移動する間のＤの最大値Ｄｍａｘ と最小値Ｄｍｉｎ との差として求められる変動率が極小となるようにし、これにより、方向転換路６の入口部での鋼球Ｂの移動量と方向転換路６の出口部での鋼球Ｂの移動量との差を常に小さくして鋼球間の競り合いの発生を軽減し、鋼球Ｂの千鳥現象や動摩擦力の大きな変動を防止したものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
また、図１３を参照して、転動体無限循環軌道７の互いに隣り合う鋼球Ｂ間に介装される保持ピースの剛性値を比較的低い値である０．０５３Ｎ／μｍ以上０．１７５Ｎ／μｍ以下に規制して、低剛性の保持ピースにより、負荷側から無負荷側への鋼球Ｂの微少移動量ｄｘ１ と、該微少移動量ｄｘ１ に対応して無負荷側から負荷側へ微少移動する鋼球Ｂの微少移動量ｄｘ２ との間に発生する差（ｄｘ２ −ｄｘ１ ）を吸収して鋼球間の競り合いの発生を軽減し、これにより、鋼球Ｂの千鳥現象や動摩擦力の変動を防止したものが提案されている（特許文献２参照）。
なお、ここで言う剛性値とは、２つの転動体間に保持ピースを介装した上で、「転動体間に加えた圧縮力に対する、転動体間ピッチの変化の割合」をいう。すなわち、剛性値（ Ｎ／μｍ） ＝転動体間に加えた圧縮力（Ｎ）／転動体間ピッチの変化量 （μｍ）である。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２１８４８号公報
【特許文献２】
特開２００２−２１８４９号公報
【０００８】
【課題を解決するための手段】
しかしながら、上記特許文献１においては、方向転換路６の入口部での鋼球Ｂの移動量と方向転換路６の出口部での鋼球Ｂの移動量との差をゼロにはできないため、摩擦力変動の十分な低減効果を得ることが難しいといという問題がある。
一方、特許文献２では、保持ピースを備えていないタイプの直動案内軸受装置には適用できず、また、更なる摩擦力変動の低減には限界があった。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、保持ピースのあるなしにかかわらず、摩擦力の変動を大幅に低減することができる直動案内軸受装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、軸方向に延びる転動体転動溝を有する案内レールと、該案内レールの前記転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有し、これらの両転動体転動溝間に挿入された多数の転動体の転動を介して軸方向に沿って相対移動可能に前記案内レールに跨架されたスライダとを備え、
前記スライダは、前記転動体転動溝及び軸方向に貫通する転動体通路を有するスライダ本体と、前記両転動体転動溝間と前記転動体通路とを連通する湾曲状の方向転換路を有して前記スライダ本体の軸方向の両端面に取り付けられた一対のエンドキャップとを具備する直動案内軸受装置であって、
前記方向転換路の外周部の一部又は全部を、前記スライダ本体に対して軸方向に弾性的に変位可能に構成したことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、方向転換路の出入口での転動体の移動量の差があっても、該方向転換路の外周部の一部又は全部がスライダ本体に対して軸方向に弾性的に変位して転動体の配置状態が変わることで、転動体間の競り合いの発生を軽減することができ、これにより、保持ピースのあるなしにかかわらず、摩擦力の変動を大幅に低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態である直動案内軸受装置を説明するための要部断面図、図２は従来の直動案内軸受装置のスライダ移動距離と動摩擦力との関係を示すグラフ図、図３は本発明の第１の実施の形態である直動案内軸受装置のスライダ移動距離と動摩擦力との関係を示すグラフ図、図４〜図１０は本発明の他の実施の形態である直動案内軸受装置を説明するための図である。なお、各実施の形態共に、既に図１１〜図１３で説明した従来の直動案内軸受装置と重複する部分については各図に同一符号を付してその説明を省略する。
【００１２】
本発明の第１の実施の形態である直動案内軸受装置はボール直径：５．５５６ｍｍ、スライダ軌道長Ｌ１：５６．２ｍｍ、方向転換路６の外周面の半径Ｒ＝８．５５ｍｍのもので、図１に示すように、方向転換路６の外周部が設けられたエンドキャップ５を弾性部材２１を介してスライダ本体２Ａにピン２０で固定することで、方向転換路６を、スライダ本体２Ａに対して軸方向に弾性的に変位可能に構成している。ピン２０はエンドキャップ５内を挿通し、先端がスライダ本体２Ａにねじ止め固定されている。弾性部材２１としては、この実施の形態では、ばね座金を用いているが、これに代えて、圧縮コイルばね、皿ばね、ウレタンやゴム等の他、ワッシャ等を用いても良い。
【００１３】
このようにこの実施の形態では、方向転換路６をスライダ本体２Ａに対して軸方向に弾性的に変位可能に構成しているので、方向転換路６の出入口でのボールＢの移動量の差があっても、該方向転換路６の外周部がスライダ本体２Ａに対して軸方向に弾性的に変位してボールＢの配置状態が変わることで、ボールＢ間の競り合いの発生を軽減することができ、これにより、保持ピースのあるなしにかかわらず、摩擦力の変動を大幅に低減することができる。
【００１４】
図２に従来の直動案内軸受装置の動摩擦力の測定結果を示し、図３に本実施形態の直動案内軸受装置の動摩擦力の測定結果を示す。なお、両者共に基本的に同一の直動案内軸受装置であるが、エンドキャップ５のみを交換して動摩擦力を測定した。各図から明らかなように、従来例では大きな摩擦力変動が見られるのに対し、本実施形態例では摩擦力変動は極めて小さいのが確認できる。
【００１５】
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施の形態である直動案内軸受装置を説明する。
この直動案内軸受装置は、図４に示すように、基本的構造は上記第１の実施の形態と同様で、各ボールＢ間に保持ピース２２を介装している。そして、この実施の形態では、特開２００２−２１８４９号公報に示されたように、保持ピース２２の剛性値を０．０５３Ｎ／μｍ〜０．１７５Ｎ／μｍの間とした。従って、比較的剛性の低い保持ピース２２により方向転換路６の出入口でのボールＢの移動量の差を吸収してボールＢ間の競り合いの発生をより軽減することができ、摩擦力変動をより効果的に低減することができる。
【００１６】
次に、図５を参照して、本発明の第３の実施の形態である直動案内軸受装置を説明する。
この直動案内軸受装置は、図５に示すように、方向転換路６の外周部が設けられたエンドキャップ５に弾性変形部位の一例としてのくびれ部２３を設けることで、方向転換路６をスライダ本体２Ａに対して軸方向に弾性的に変位可能に構成している。この実施の形態では、エンドキャップ５と一体に弾性変形部位であるくびれ部２３を形成しているので、部品点数の増加がなく、従って、低コストで組立も簡単に行うことができる。その他の構成及び作用効果は上記第１の実施の形態と同様である。
【００１７】
次に、図６を参照して、本発明の第４の実施の形態である直動案内軸受装置を説明する。
この直動案内軸受装置は、図６に示すように、方向転換路６の外周部が設けられたエンドキャップ５に弾性変形部位の一例としての軸方向に直交する平行板ばね構造２４を設けることで、方向転換路６をスライダ本体２Ａに対して軸方向に弾性的に変位可能に構成している。この実施の形態では、エンドキャップ５と一体に弾性変形部位である平行板ばね構造２４を形成しているので、部品点数の増加がなく、従って、低コストで組立も簡単に行うことができる。その他の構成及び作用効果は上記第１の実施の形態と同様である。
【００１８】
次に、図７を参照して、本発明の第５の実施の形態である直動案内軸受装置を説明する。
この直動案内軸受装置は、図７に示すように、エンドキャップ５を、方向転換路６の外周部が設けられた方向転換路部材２５と、該方向転換路部材２５の外側を覆う外側部材２６とで構成し、且つ外側部材２６と方向変換路部材２５との間に皿ばね２９等の弾性部材を介装することで、方向転換路６をスライダ本体２Ａに対して軸方向に弾性的に変位可能に構成している。
【００１９】
皿ばね２９は外側部材２６の突起２７に嵌め込まれており、該突起２７には方向転換路部材２５の凹部２８が外挿され、これにより、方向転換路部材２５が皿ばね２９の付勢力に抗して軸方向に移動可能になっている。その他の構成及び作用効果は上記第１の実施の形態と同様である。
なお、この実施の形態では、外側部材２６と方向変換路部材２５との間に皿ばね２９等の弾性部材を介装しているが、スライダ本体２Ａの端面と方向転換路部材２５等の間に皿ばね２９等の弾性部材を介装するようにしてもよい。
【００２０】
次に、図８を参照して、本発明の第６の実施の形態である直動案内軸受装置を説明する。
この直動案内軸受装置は、図８に示すように、エンドキャップ５を、方向転換路６の外周部が設けられた方向転換路部材３０と、該方向転換路部材３０の外側を覆う外側部材３１ａとで構成し、且つ外側部材３１ａと方向変換路部材２５との間に該外側部材３１ａに一体に形成した弾性変形部材３２を介装することで、方向転換路６をスライダ本体２Ａに対して軸方向に弾性的に変位可能に構成している。 弾性変形部材３２は、樹脂等の射出成形によって外側部材３１ａと一体に成形することができ、従って、部品点数を削減でき、低コストで組立も簡単になる。その他の作用効果については、上記第１の実施の形態と同様である。
【００２１】
なお、この実施の形態では、外側部材３１ａと方向変換路部材３０との間に弾性変形部材３２を介装しているが、スライダ本体２Ａの端面と方向転換路部材２５等の間に弾性変形部材３２を介装するようにしてもよい。
次に、図９を参照して、本発明の第７の実施の形態である直動案内軸受装置を説明する。
この直動案内軸受装置は、図９に示すように、エンドキャップ５に設けられた方向転換路６の外周部の一部を弾力性のある弾性層状部材４０で構成することで、弾性層状部材４０の材料自体の弾性を利用して方向転換路６をスライダ本体２Ａに対して軸方向に弾性的に変位可能に構成している。弾性層状部材４０の材料としては、例えばエラストマー樹脂などの弾力性のある材料を用いることができる。
【００２２】
なお、エンドキャップ５全体を弾力性のある材料で構成しても良いが、油で変質しやすいため、永久的な変形が起きやすい。この実施の形態では、方向転換路６の外周部の一部のみを弾力性のある材料で構成しているので、このような永久的な変形の影響を軽減することができる。また、エンドキャップ５の薄肉のすくい上げ部は硬質な樹脂材料（例えばポリアセタール、ポリアミドなど） であるので、転動体から受ける繰り返し力による変形が生じにくい。その他の構成及び作用効果は上記第１の実施の形態と同様である。
【００２３】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記各実施の形態では、スライダ本体２Ａの軸方向の両端側にあるエンドキャップ５の方向転換路６に本発明を適用した場合を例に採ったが、必ずしもこのようにする必要はなく、片側のエンドキャップ５の方向転換路６のみに本発明を適用してもほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【００２４】
また、上記各実施の形態では、転動体がボールＢの直動案内軸受装置に本発明を適用した場合を例に採ったが、これに限定されず、転動体がころの直動案内軸受装置に本発明を適用しても上記同様の作用効果を得ることができる。
この直動案内軸受装置は、軸方向に延びる案内レール５１と、該案内レール５１上に軸方向に相対移動可能に跨架されたスライダ５２とを備えている。
【００２５】
案内レール５１の幅方向の両側面にはそれぞれ軸方向に延びる転動体転動溝５３が片側上下二条列ずつ、合計４条列形成されており、スライダ５２のスライダ本体５２Ａには、その両袖部５４の内側面にそれぞれ転動体転動溝５３に対向する転動体転動溝５５が形成されている。
両転動体転動溝５３，５５の間には転動体としての多数のころ５６が転動自在に装填され、これらのころ５６の転動を介してスライダ５２が案内レール５１上を軸方向に沿って相対移動できるようになっている。
【００２６】
この移動につれて、案内レール５１とスライダ５２との間に介在するころ５６は転動してスライダ５２の軸方向の端部に移動するが、スライダ５２を軸方向に継続移動させていくためには、これらのころ５６を無限に循環させる必要がある。
このため、スライダ本体５２Ａの両側の袖部５４内にそれぞれ軸方向に貫通する上下二つ（合計４つ）の孔５７を形成して該孔５７に内部がころ５６の通路（転動体通路）５８ａとされた循環チューブ５８を挿入すると共に、スライダ本体５２Ａの軸方向の両端にそれぞれ転動体循環部品としての一対のエンドキャップ５９をねじ等を介して固定し、このエンドキャップ５９に上記両転動体転動溝５３，５５間と上記転動体通路５８ａとを連通する半円弧状に湾曲した方向転換路（図示せず）を形成することにより、ころ５６の無限循環軌道を形成している。
【００２７】
なお、エンドキャップ５９に設けられた方向転換路は、上側の転動体通路５８ａと下側の両転動体転動溝５３，５５間とを連通するものと、下側の転動体通路５８ａと上側の両転動体転動溝５３，５５間とを連通するものが互いに干渉しないように交差して形成されている。
【００２８】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、エンドキャップに設けられた方向転換路の外周部の一部又は全部を、スライダ本体に対して軸方向に弾性的に変位可能に構成しているので、転動体間の競り合いの発生を軽減することができ、これにより、保持ピースのあるなしにかかわらず、摩擦力の変動を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である直動案内軸受装置を説明するための要部断面図である。
【図２】従来の直動案内軸受装置のスライダ移動距離と動摩擦力との関係を示すグラフ図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態である直動案内軸受装置のスライダ移動距離と動摩擦力との関係を示すグラフ図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態である直動案内軸受装置を説明するための要部断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態である直動案内軸受装置を説明するための要部断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態である直動案内軸受装置を説明するための要部断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態である直動案内軸受装置を説明するための要部断面図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態である直動案内軸受装置を説明するための要部断面図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態である直動案内軸受装置を説明するための要部断面図である。
【図１０】本発明の第８の実施の形態である直動案内軸受装置を説明するためのエンドキャップの一部を切り欠いた説明図である。
【図１１】従来の直動案内軸受装置の一例を説明するための一部を破断した斜視図である。
【図１２】方向転換路を説明するための要部断面図である。
【図１３】転動体無限循環軌道を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…案内レール
２…スライダ
２Ａ…スライダ本体
３…転動体転動溝（案内レール側）
５…エンドキャップ
６…方向転換路
８…転動体通路
３１…転動体転動溝（スライダ本体側）
Ｂ…ボール（転動体）

Claims (1)

1. 軸方向に延びる転動体転動溝を有する案内レールと、該案内レールの前記転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有し、これらの両転動体転動溝間に挿入された多数の転動体の転動を介して軸方向に沿って相対移動可能に前記案内レールに跨架されたスライダとを備え、
   前記スライダは、前記転動体転動溝及び軸方向に貫通する転動体通路を有するスライダ本体と、前記両転動体転動溝間と前記転動体通路とを連通する湾曲状の方向転換路を有して前記スライダ本体の軸方向の両端面に取り付けられた一対のエンドキャップとを具備する直動案内軸受装置であって、
   前記方向転換路の外周部の一部又は全部を、前記スライダ本体に対して軸方向に弾性的に変位可能に構成したことを特徴とする直動案内軸受装置。

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