JP2005114075A - リニアガイド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スライダの移動抵抗の増大を防止すると共に製作が容易なリニアガイド装置を提供する。
【解決手段】一対のレール軌道面4a,4bを有するレール2と、レール軌道面4a,4bと対向する一対のスライダ軌道面7a,7bを有し、レール2を直線的に移動するスライダ5と、スライダ5に設けた連結路14aと、この連結路14aおよびレール軌道面4a,4bとスライダ軌道面7a,7bとにより形成される循環路15a,15bを転動しながら循環するころ6とを備えたリニアガイド装置において、スライダ軌道面7a,7bにころ6の側面を案内する案内面8a,9aを設け、装填された全てのころ6を隣接させたときに形成される循環方向最大隙間をΔｃとし、スライダ軌道面7a,7bの両方の案内面8a,9aところ6の側面により形成されるころ軸方向隙間をΔａとし、ころ6の転動面の最小軸方向接触長さをＬｗｅとし、ころ6の側面と案内面との最大接触長さをＢとしたときに、Δｃ／Ｌｗｅ＜Δａ／Ｂとなるように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械や製造装置、測定機器の案内部に設けられ、テーブル等の移動台を直線的に移動させるためのリニアガイド装置に関する。

一般に、ころを用いたリニアガイド装置の循環路を転動するころは、その負荷路において軌道面をほぼ純粋な転がり運動により転動しながら循環している。
この場合に、ころの軸線が循環方向と直交せずに斜めに傾いて斜行するスキュー（この時の直交方向からの傾き角をスキュー角という。）が生じると、ころと軌道面に滑りが生じて滑り摩擦力によりスライダがレールを直線的に移動するときの移動抵抗が増大すると共に、滑り摩擦によりころの転動面とレールやスライダの軌道面に摩耗が生じやすくなり、リニアガイド装置の寿命を低下させる原因となる。

このようなスキューを防止するために従来のリニアガイド装置は、鞍状のスライダの本体に設けた戻し路とエンドキャップに設けた方向転換路により連結路を形成し、レールの側面に設けた一対のレール軌道面とスライダの本体に設けた一対のスライダ軌道面とを対向させて負荷路を形成し、これら連結路と負荷路により形成した循環路を転動しながら循環するころによりスライダがレールを直線的に移動するようにし、方向転換路と負荷路の接続部にころをその軸方向に押圧する押圧部を設け、これにより負荷路に進入するころの姿勢を正してころのスキューを防止している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２２７５４１号公報（主に第３頁左欄１行−２５行、第７図）

しかしながら、上述した従来の技術においては、押圧部が繰返しころによる荷重を受けるため、摩耗により早期にその機能を維持できなくなり、負荷路におけるスキューを誘発してスライダの移動抵抗を増大させるという問題がある。
また、押圧部はころの転がり運動を阻害しないように適度な押圧力でころを押圧する必要があるため、押圧部の寸法精度を厳しく管理しなければならず、製作が困難であるという問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、スライダの移動抵抗の増大を防止すると共に製作が容易なリニアガイド装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、側面に一対のレール軌道面を有するレールと、前記レール軌道面と対向する一対のスライダ軌道面を有し、前記レールを直線的に移動する鞍状のスライダと、前記スライダに設けた連結路と、該連結路および前記レール軌道面とスライダ軌道面とにより形成される循環路を転動しながら循環するころとを備えたリニアガイド装置において、前記スライダ軌道面の両側に、前記ころの側面を案内する案内面を設け、前記循環路に装填された全てのころを隣接させたときに形成される循環方向最大隙間をΔｃとし、前記スライダ軌道面の両方の案内面と前記ころの側面により形成されるころ軸方向隙間をΔａとし、ころの転動面の最小軸方向接触長さをＬｗｅとし、ころの側面と案内面との最大接触長さをＢとしたときに、Δｃ／Ｌｗｅ＜Δａ／Ｂであることを特徴とする。

これにより、本発明は、ころにスキューが生じたときにスキューしたころを先に両隣のころに当接させることができ、スキュー角を減少させてスライダの移動抵抗の増大を防止することができると共に、案内面間距離を高精度に管理する必要がなくなり、案内面の形成を容易にしてリニアガイド装置の製作コストを削減することができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明によるリニアガイド装置の実施例について説明する。

図１は実施例１のころの転動状態を示す説明図、図２は実施例１のリニアガイド装置を示す斜視図、図３は図２のＡ−Ａ断面線の右側半断面図、図４は図３のＥ部拡大図、図５は実施例１の循環路を示す説明図、である。
図２において、１はリニアガイド装置である。
２はリニアガイド装置１のレールであり、合金鋼等の鋼材で製作された略Ｉ字状の断面形状を有する長尺の棒状部材であって、その上面２ａには精密機械の基台等にレール２を固定するための段付ボルト穴３が所定のピッチで複数設けられている。

４は凹部であり、レール２の両方の側面の長手方向に沿って形成された一対のレール軌道面４ａ、４ｂからなる略Ｖ字状の溝である。
５はスライダであり、本体５ａとその移動方向の前後端に配置されたエンドキャップ５ｂにより構成される。
本体５ａは、合金鋼等の鋼材で製作された略コの字状の断面形状を有する鞍状部材であって、その上面にはねじ穴５ｃが設けられており、このねじ穴５ｃを用いて工作機械の移動台等がボルト等により締結される。

エンドキャップ５ｂは、金属材料や樹脂材料等で製作され、ボルト等により本体５ａに締結される。
図３、図４において、６は転動体としてのころであり、合金鋼等の鋼材やセラミックス材等を円柱状に成形して製作される。
７ａ、７ｂは一対のスライダ軌道面であり、スライダ５の本体５ａの両方の側壁５ｄの内側にレール軌道面４ａ、４ｂと対向して設けられる。

８ａは案内面であり、スライダ軌道面７ａの側壁５ｄ側の端部にころ６の一方の側面６ａと対向して設けられ、他方の側面６ｂに対向して保持ガイド９に設けられた案内面９ａと共にスライダ軌道面７ａを転動するころ６を保持してその脱落を防止する。
このレール軌道面４ａとスライダ軌道面７ａとの間および案内面８ａ、９ａの間にころ６が装填され、移動体に加えられた負荷を往復動自在に支持する負荷路１０ａが形成される。負荷路１０ｂの場合も同様である。

保持部材としての保持ガイド９は、金属材料や樹脂材料等でスライダ５とは別部品として製作され、その両側のエンドキャップ５ｂとの接合部に設けられた図示しない凹部と凸部とにより、案内面９ａとスライダ軌道面７ａとの直角度を保つように位置決めされて係止される。
図５において、１１ａ、１１ｂは両側のエンドキャップ５ｂに設けられた方向転換路であり、負荷路１０ａと戻り路１２ａとを接続する通路であって、ころ６を案内してその循環方向を転向させる機能を有している。

なお、負荷路１０ｂと戻り路１２ｂとを接続する方向転換路は、同様にエンドキャップ５ｂに設けられており、方向転換路１１ａ、１１ｂとの交差を避けるために襷掛けに立体交差となるように形成されている。
戻り路１２ａ、１２ｂは、スライダ５の本体５ａの両方の側壁５ｄに設けられた貫通穴に嵌合する樹脂材料からなる円柱状のホルダ１３ａ、１３ｂに長方形断面を有する貫通穴として形成されており、これらの内部をころ６が転動して循環する。

ホルダ１３ａ、１３ｂの両端のエンドキャップ５ｂとの接合部には図示しない凹部と凸部とが設けられており、戻り路１２ａ、１２ｂが所定の角度で傾斜した長方形断面となるように位置決めされて係止される。
この方向転換路１１ａ、戻り路１２ａ、方向転換路１１ｂによりスライダ５の内部に連結路１４ａが形成され、これが負荷路１０ａの両側の端部を連結して循環路１５ａが形成される。

この循環路１５ａには、所定の量の潤滑剤、例えばグリースと共に複数のころ６が装填され、循環路１５ａをころ６が転動しながら循環する。他方の循環路１５ｂにおいても同様である。
上記の循環路は反対側の側壁５ｄにおいても上記と同様に形成され、これによりスライダ５がレール２に直線往復運動可能に支持される。

上記の構成の作用について説明する。
図１は本実施例のころの転動状態を示す説明図であり、循環路１５ａを例としてその負荷路１０ａを転動するころ６の転動状態を示しており、ころ６の一つにスキューが生じて両隣のころ６に当接した状態を示している。
図１に示すＤｗはころ６の直径、Ｌｗはころ６の軸方向長さ、Ｃｗはころ６の側面６ａ、６ｂところ６の転動面（円周面）との角部の面取りまたはフィレットＲの長さである。

また、図４に示すＨはスライダ軌道面７ａからその鉛直方向に計った案内面８ａ、９ａの高さ、Ｌａは案内面８ａと案内面９ａとの間の距離（案内面間距離という。）である。
Ｂはころ６の側面６ａ、６ｂと案内面８ａ、９ａとの最大接触長さであり、ころ６の側面６ａ、６ｂが案内面８ａ、９ａと接触するときの接触長さの最大値であって、図６に示すように案内面高さＨがころ６の半径より低いとき、つまりＨ＜Ｄｗ／２のときは幾何学的に次式で算出できる。

Ｂ＝２（（Ｄｗ／２−Ｃｗ）²−（Ｄｗ／２−Ｈ）²）^0.5 ・・・・・・（１）
また、Ｈ≧Ｄｗ／２のとき
Ｂ＝Ｄｗ−２Ｃｗ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
つまり、案内面高さＨに関わらず、ころ６の直径から面取りまたはフィレットＲを除いた長さとなる。

Ｌｗｅはころ６の最小軸方向接触長さであり、ころ６の転動面が隣のころ６の転動面とが整列状態で接触するときの最小長さであって、本実施例では
Ｌｗｅ＝Ｌｗ−２Ｃｗ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
つまり、ころ６の軸方向長さから面取りまたはフィレットＲを除いた長さである。
Δａはころ６のころ軸方向隙間であり、案内面間距離ところ６の軸方向長さとの差であって、
Δａ＝Ｌａ−Ｌｗ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
で求められる。

Ｔｗは軸間距離であり、隣り合うころ６を隣接させたときのころ６の軸芯間の距離であって、本実施例では
Ｔｗ＝Ｄｗ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
である。
Δｃは循環方向最大隙間であり、図５に示すように循環路１５ａの全てのころ６を順次整列させて隣接させたときに形成される循環方向の最大隙間である。

このような循環路１５ａにおいて、図７に示すようにスキューが生じて案内面８ａ、９ａにころ６が当接した場合の最大スキュー角θａは、近似的に
θａ＝Δａ／Ｂ [ラジアン] ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）
で求められる。
また、図１に示すようにスキューが生じてころ６が両隣のころ６に当接した場合の最大スキュー角θｗは、近似的に
θｗ＝Δｃ／Ｌｗｅ [ラジアン] ・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
で求められる。

そして、式（６）と式（７）とで求められる最大スキュー角θｗとθａを、θｗ＜θａなる関係、またはこれと同等のΔｃ／Ｌｗｅ＜Δａ／Ｂなる関係となるように各部の寸法を設定する。
これにより、図１に示すようにころ６にスキューが生じたときにスキューしたころ６が先に両隣のころ６に当接し、その最大スキュー角θｗは循環方向最大隙間Δｃで決まることになり、スキュー角を小さく保ってころ６が案内面８ａ、９ａに当接することを防止することができる。

以上説明したように、本実施例では、ころが両隣のころに当接するときのスキュー角をころが両側の案内面に当接するときのスキュー角より小さくしてΔｃ／Ｌｗｅ＜Δａ／Ｂなる関係を満足させるようにしたことによって、ころにスキューが生じたときにスキューしたころを先に両隣のころに当接させることができ、スキュー角を減少させてスライダの移動抵抗の増大を防止することができると共に、案内面間距離を高精度に管理する必要がなくなり、案内面の形成を容易にしてリニアガイド装置の製作コストを削減することができる。

また、ころの側面と案内面の間に十分な隙間を形成することができ、案内面の摩耗を防止することができる。

図８は実施例２のリニアガイド装置の右側半断面図、図９は図８のＦ部拡大図、図１０は実施例２の保持ピースを示す斜視図、図１１は実施例２のころの転動状態を示す説明図、図１２は実施例２の循環路を示す説明図である。
なお、図８の図示部位は図２と同様であり、上記と同様の部位は同一の符号を付してその説明を省略する。

図において、２１は保持ピースであり、図１０に示すように樹脂材料等によりころ６を保持するために循環方向の前後の側面をころ６の外形形状より大きく背面配置で円弧状に掘り込んだ一対のころ保持凹部２２とそのころ６の軸方向の両側にガイド部２３とを形成して製作される。
２４は保持部材としての保持体であり、金属材料や樹脂材料等でスライダ５とは別部品として製作され、負荷路１０ａ等を転動するころ６と共に循環方向に移動する保持ピース２１のガイド部２３を案内する案内溝２４ｂが設けられ、この案内溝２４ｂの両側に高さＨの案内面２４ａが形成されている。

また、保持体２４の両側のエンドキャップ５ｂとの接合部には、図示しない凹部と凸部が設けられており、案内面２４ａとスライダ軌道面７ａとの直角度を保つように位置決めして係止する。
本実施例の保持ガイド９には、保持体２４の案内面２４ａところ６を挟んで対向する案内面９ａが形成されており、ガイド部２３を案内する案内溝９ｂも保持体２４と同様に形成されている。

本態様のホルダ１３ａの戻り路１２ａおよびエンドキャップ５ｂの方向転換路１１ａ、１１ｂには、上記保持ガイド９の案内溝９ｂおよび保持体２４の案内溝２４ｂと同様の案内溝が形成されており、これらにより形成される循環路１５ａを軸部６ｂを有するころ６が循環しながら転動する。反対側の循環路１５ｂおよび反対側の側壁５ｄの循環路においても同様である。

循環路、例えば循環路１５ａにころ６を装填する場合は、図１２に示すようにころ６と保持ピース２１とを交互に装填し、所定の量の潤滑剤を封入して循環路１５ａに複数のころ６を装填する。
このとき、図１１に示すようにころ６は両側の保持ピース２１のころ保持凹部２２に嵌り込み、その円周方向をころ保持凹部２２に保持される。また保持ピース２１のガイド部２３は保持ガイド９の案内溝９ｂおよび保持体２４の案内溝２４ｂとに嵌合して循環方向の移動を案内される。

これにより、隣り合うころ６間に保持ピース２１が間装され、背面配置の一対のころ保持凹部２２にそれぞれ嵌り込むころ６を隣接させる壁部（隣接部という。）２２ａによりころ６の互いの接触を防止することができる。
上記の構成の作用について説明する。
図１１は本実施例のころの転動状態を示す説明図であり、循環路１５ａを例としてその負荷路１０ａを転動するころ６の転動状態を示しており、保持ピース２１に保持されたころ６の一つにスキューが生じて両隣の保持ピース２１のころ保持凹部２２の隣接部２２ａに当接した状態を示している。

図１１に示す各記号は、上記実施例１の図１に示す記号の定義と同様であるが、以下の定義が異なる。
本実施例の場合の案内面間距離Ｌａは、図９、図１１に示すように保持ガイド９の案内面９ａおよび保持体２４の案内面２４ａとの間に形成される。
最大接触長さＢは、ころ６の側面６ａ、６ｂと案内面９ａ、２４ａとの間の接触による最大長さであり、実施例１と同様に式（１）、（２）で算出される。

最小軸方向接触長さＬｗｅは、ころ６の転動面が保持ピース２１とのころ保持凹部２２の壁面とが整列状態で接触するときの最小長さであって、本実施例では実施例１と同様に式（３）により算出されるころ６の軸方向長さから面取りまたはフィレットＲを除いた長さである。
なお、図１３に示すガイド部２３を持たない保持ピース２１の場合にころ保持凹部２２の壁面のころ６の軸方向の長さが式（３）による長さより短い場合は、その長さを最小軸方向接触長さＬｗｅとする。

Ｔｗは軸間距離であり、隣り合うころ６を保持ピース２１を介して隣接させたときのころ６の軸芯間の距離であって、本実施例では図１１に示すように
Ｔｗ＝Ｄｗ＋Ｓ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５ａ）
である。ここに、Ｓは隣接部２２ａの最小厚さである。
Δｃは循環方向最大隙間であり、図１２に示すように循環路１５ａの全てのころ６を順次整列させて保持ピース２１を介して隣接させたときに形成される循環方向の最大隙間である。

上記のように各記号を定義し、上記実施例１と同様に式（６）と式（７）により最大スキュー角θｗとθａとを求め、これらをθｗ＜θａ、またはΔｃ／Ｌｗｅ＜Δａ／Ｂなる関係となるように各部の寸法を設定する。
これにより、図１１に示すようにころ６にスキューが生じたときにスキューしたころ６が先に両隣の保持ピース２１のころ保持凹部２２の隣接部２２ａに当接し、その最大スキュー角は循環方向最大隙間Δｃで決まることになり、スキュー角を小さく保ってころ６が案内面８ａ、９ａに当接することを防止することができる。

以上説明したように、本実施例では、上記実施例１の効果に加えて、隣り合うころを保持ピースを介して隣接させるようにしたことによって、ころ同士が直接接触することを防止でき、ころの摩耗を防いでリニアガイド装置の寿命を更に向上させることができる。
なお、保持ピースに設定する隣接部の最小厚さＳは１つに限らず、２つ以上設定して用いるようにしてもよい。これにより循環方向最大隙間Δｃを自由に設定することができ、循環方向最大隙間Δｃを一層小さくしてスキュー角を更に小さくすることができる。

また、スライダ側の案内面を別部品として形成するようにしたことによって、スライダの本体の形状を簡素化することができ、リニアガイド装置の製造の簡素化を図ることができる。このことは上記実施例１においても同様である。

実施例１のころの転動状態を示す説明図 実施例１のリニアガイド装置を示す斜視図 図２のＡ−Ａ断面線の右側半断面図 図３のＥ部拡大図 実施例１の循環路を示す説明図 実施例１の最大接触長を示す説明図 実施例１のころが案内面に当接した場合のスキュー角を示す説明図 実施例２のリニアガイド装置の右側半断面図 図８のＦ部拡大図 実施例２の保持ピースを示す斜視図 実施例２のころの転動状態を示す説明図 実施例２の循環路を示す説明図 実施例２の保持ピースの他の態様を示す斜視図

符号の説明

１ リニアガイド装置
２ レール
２ａ 上面
３ 段付ボルト穴
４ 凹部
４ａ、４ｂ レール軌道面
５ スライダ
５ａ 本体
５ｂ エンドキャップ
５ｃ ねじ穴
５ｄ 側壁
６ ころ
６ａ、６ｂ 側面
７ａ、７ｂ スライダ軌道面
８ａ、９ａ、２４ａ 案内面
８ｂ、９ｂ、２４ｂ 案内溝
９ 保持ガイド
１０ａ、１０ｂ 負荷路
１１ａ、１１ｂ 方向転換路
１２ａ、１２ｂ 戻り路
１３ａ、１３ｂ ホルダ
１４ａ 連結路
１５ａ、１５ｂ 循環路
２１ 保持ピース
２２ ころ保持凹部
２２ａ 隣接部
２３ ガイド部
２４ 保持体

Claims (4)

1. 側面に一対のレール軌道面を有するレールと、前記レール軌道面と対向する一対のスライダ軌道面を有し、前記レールを直線的に移動する鞍状のスライダと、前記スライダに設けた連結路と、該連結路および前記レール軌道面とスライダ軌道面とにより形成される循環路を転動しながら循環するころとを備えたリニアガイド装置において、
   前記スライダ軌道面の両側に、前記ころの側面を案内する案内面を設け、前記循環路に装填された全てのころを隣接させたときに形成される循環方向最大隙間をΔｃとし、前記スライダ軌道面の両方の案内面と前記ころの側面により形成されるころ軸方向隙間をΔａとし、ころの転動面の最小軸方向接触長さをＬｗｅとし、ころの側面と案内面との最大接触長さをＢとしたときに、
   Δｃ／Ｌｗｅ ＜ Δａ／Ｂ
   であることを特徴とするリニアガイド装置。
2. 請求項１において、
   ころの間に保持ピースを間装したことを特徴とするリニアガイド装置。
3. 請求項２において、
   前記保持ピースを間装したころを隣接させる隣接部の最小厚さを、少なくとも２つ設定することを特徴とするリニアガイド装置。
4. 請求項１、請求項２または請求項３において、
   前記スライダ軌道面の両側に案内面を設けるための保持部材を、それぞれ前記スライダの本体と別部品として形成したことを特徴とするリニアガイド装置。