JP2005127338A - リニアガイド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保持ピースをころ間に間装したリニアガイド装置においても、スライダの移動抵抗の増大を防止する手段を提供する。
【解決手段】側面に一対のレール軌道面を有するレールと、レール軌道面と対向する一対のスライダ軌道面を有し、レールを直線的に移動する鞍状のスライダと、スライダに設けた連結路と、この連結路および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、隣り合うころの間に間装された保持ピースとを備えたリニアガイド装置において、保持ピースにガイド部を設けると共に、循環路の両側にガイド部を案内する案内溝ところの側面を案内する案内面とを設け、ころの直径をＤｗとし、ガイド部のスライダ軌道面の鉛直方向の厚さをＴｐとしたときの厚さ直径比Ｔｐ／Ｄｗを、０．２≦Ｔｐ／Ｄｗ≦０．５の範囲に設定する。
【選択図】 図２

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。

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の隣り合うころの間に保持ピースを間装し、この保持ピースの循環方向の前後にころを保持するころ保持穴を設け、前後のころ保持穴の側部にころの側面に面接触する鍔部を交互に設け、一つのころの一方の側面を鍔部に面接触させ、他方の側面を循環路の壁面によって軸方向の動きを規制してころ同士の接触を防止している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１３２７４５号公報（第４−６頁、第５図）

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、負荷路において、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。

しかしながら、上述した従来の技術においては、保持ピースの保持穴に交互に設けた鍔部にころの一方の側面を面接触させ、他方の側面を循環路の壁面によって規制してころを保持ピースで保持しているため、ころにスキューが生じてころの他方の側面の角部が循環路の壁面に当接したときに、一方の側面の角部が保持ピースの鍔部に当接し、保持ピースを軸方向に移動させて同じ保持ピースにはめ込まれている他方のころの側面を循環路の壁面に押し付けてしまい、ころの側面と壁面との摩擦力がスキューによる滑り摩擦力に加わってスキューが生じた時のスライダの移動抵抗を増大させてしまうという問題がある。

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、保持ピースをころ間に間装したリニアガイド装置においても、スライダの移動抵抗の増大を防止する手段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、隣り合う前記ころの間に間装された保持ピースとを備えたリニアガイド装置において、前記保持ピースにガイド部を設けると共に、前記循環路の両側に前記ガイド部を案内する案内溝と、前記ころの側面を案内する案内面とを設け、前記ころの直径をＤｗとし、前記ガイド部の前記スライダ軌道面の鉛直方向の厚さをＴｐとしたときの厚さ直径比Ｔｐ／Ｄｗが、０．２≦Ｔｐ／Ｄｗ≦０．５であることを特徴とする。

これにより、本発明は、スキューが生じたときにそのスキュー角が両側の案内面により規制されて保持ピースの移動を生じさせることがなくなり、過大なスキュー角を防止することができると共に、保持ピースをころ間に間装したリニアガイド装置においても、スライダの移動抵抗の増大を防止することができるという効果が得られる。
また、厚さ直径比Ｔｐ／ＤｗをＴｐ／Ｄｗ≦０．５の範囲としたことによって、ころにスキューが生じた時のスキュー角を適正にして滑り摩擦による摩耗を防止し、厚さ直径比Ｔｐ／Ｄｗを０．２≦Ｔｐ／Ｄｗとしたことによって、保持ピースのガイド部の損傷を防止してリニアガイド装置の寿命を向上させることができる。

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は実施例のリニアガイド装置を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面線の右側半断面図、図３は図２のＥ部拡大図、図４は実施例の保持ピースを示す側面図、図５は実施例の循環路を示す説明図である。
図１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を有する略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２、図３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。

８は保持ピースであり、樹脂材料等により製作され、図４に示すようにころ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穴９とそのころ６の軸方向の両側に側面６ａと対向して循環方向に伸長する一対のガイド部１０とが形成されている（ガイド部１０の伸長する方向を伸長方向という。）。

また、ガイド部１０の伸長方向の前後端は後述する方向転換路１４ａの案内溝１６での移動を円滑にするために略半円弧状に成形されている。
１１は保持部材としての保持ガイドであり、金属材料や樹脂材料等で製作され、図３に示すようにレール軌道面４ａおよびスライダ軌道面７ａ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８の一方のガイド部１０を案内する案内溝１１ａが設けられ、この案内溝１１ａの両側に案内面１１ｂが形成されている。

１２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製作され、保持ガイド１１の案内面１１ｂところ６を挟んで対向する案内面１２ｂが形成されており、他方のガイド部１０を案内する案内溝１２ａも保持ガイド１１と同様に形成されている。
上記の保持ガイド１１と保持体１２は、それぞれ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により、それぞれの案内面１１ｂ、１２ｂ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。

これにより、スライダ軌道面７ａの循環方向の両側に保持ガイド１１と保持体１２が配置され、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１１ｂ、１２ｂの間に保持ピース８を間装したころ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１３ａが形成される。
また、保持ガイド１１と保持体１２の案内溝１１ａ、１２ａにより負荷路１３ａを転動するころ６と共に移動する保持ピース８のガイド部１０を案内すると同時に、案内面１１ｂ、１２ｂにより転動するころ６の側面６ａを保持してその脱落を防止する。

図５において、１４ａ、１４ｂ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１３ａと戻り路１５ａとを接続するための略長方形断面を有する湾曲した通路であって、図６に破線で示す保持ピース８のガイド部１０を案内するための湾曲した案内溝１６が形成されており、ころ６および保持ピース８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１３ｂと戻り路１５ｂ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１４ａ、１４ｂ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１５ａ、１５ｂ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１７ａ、１７ｂに図１０に示すように案内溝１８を有する長方形断面の貫通穴として形成されており、これらの内部を転動するころ６および保持ピース８を案内してころ６等を循環させる。

ホルダ１７ａ、１７ｂ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１５ａ、１５ｂ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１４ａ、戻り路１５ａ、方向転換路１４ｂによりスライダ５の内部に連結路１９ａが形成され、これが負荷路１３ａの両側の端部を連結して循環路２０ａが形成される。

循環路、例えば循環路２０ａにころ６を装填する場合は、図５に示すようにころ６と保持ピース８とを交互に装填し、所定の量の潤滑剤、例えばグリースを封入して循環路２０ａに複数のころ６を装填する。
このとき、保持ピース８のガイド部１０は循環路２０ａに設けられた保持ガイド１１の案内溝１２ａ、保持体１２の案内溝１１ａ、方向転換路１４ａ、１４ｂの案内溝１６および戻り路１５ａの案内溝１８に嵌合して循環方向の移動を案内される。

また、ころ６は両側の保持ピース８のころ保持穴９に嵌り込み、その円周方向をころ保持穴９に保持されと共に、循環路３０ａに設けられた各案内溝の両側に形成された案内面１１ｂ等にその側面６ａ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８が間装され、背面配置の一対のころ保持穴９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。）８ａによりころ６の互いの接触を防止することができる。

上記の循環路は他方の循環路２０ｂおよび反対側の側壁５ｂ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循環路２０ａを例に説明する。
なお、他方の循環路２０ｂおよび反対側の側壁５ｂの循環路においても同様である。
図６は実施例のころの転動状態を示す説明図であり、循環路２０ａの負荷路１３ａ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た状態を示している。

図６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（面取り長さという。）である。
また、図３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１１ｂ、１２ｂの高さ（案内面高さという。）、Ｌａは案内面１１ｂと案内面１２ｂとの間の距離（案内面間距離という。）である。

Ｂは図７に示すころ６の側面６ａと案内面１１ｂ、１２ｂとの最大接触長さであり、ころ６の側面６ａが案内面１１ｂ、１２ｂと接触するときの接触長さの最大値であって、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）
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 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
で求められる。

このような循環路２０ａにおいて、図６に示すようにスキューが生じて案内面１１ｂ、１２ｂにころ６が当接した場合の最大スキュー角θは、近似的に
θ＝Δａ／Ｂ [ラジアン] ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
で求められる。
次に、図８を用いて循環路２０ａの方向転換路１４ａを移動する保持ピース８のガイド部１０に生ずる最大応力σについて説明する。

円弧状に湾曲した方向転換路１４ａの案内溝１６の外側の案内壁１６ａに摺接するガイド部１０が案内壁１６ａから受ける作用力をＦとすると、
ガイド部１０に生ずる最大応力σは、近似的に次式で求められる。
σ＝３Ｄｗ・Ｆｓｉｎβ／（Ｓｐ・Ｔｐ²） ・・・・・・・・・・・（４）
ここに、βは案内壁１６ｂのガイド部１０の摺接点の接線方向とガイド部１０の伸長方向のなす角度（作用角という。）、Ｔｐは図９に示す負荷路ガイド部１０のスライダ転動面７ａの鉛直方向の厚さ（鉛直方向厚さという。）、Ｓｐはガイド部１０のころ６の軸方向の厚さ（軸方向厚さという。）である。

また、Ｃｐは負荷路１３ａの案内溝１１ａ、１２ａの両側の案内壁とガイド１０の鉛直方向厚さＴｐとの片側隙間であり、
Ｄｗ＝２Ｈ＋２Ｃｐ＋Ｔｐ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
なる関係がある。図１０に示す戻り路１５ａにおいても同様である。
上記の鉛直方向厚さＴｐを変化させた時の最大応力σおよびスキュー角θを図１１、図１２に示す。

この場合に用いたリニアガイド装置１のころ列は４列であり、ころ６の直径Ｄｗ＝５．５ｍｍ、ころ６の軸方向長さＬｗ＝８ｍｍ、面取り長さＣｗ＝０．３ｍｍ、案内面間距離Ｌａ＝８．２ｍｍ（ころ軸方向隙間Δａ＝０．２ｍｍ）、ガイド１０の軸方向厚さＳｐ＝０．８ｍｍ、片側隙間Ｃｐ＝０．１ｍｍである。
なお、案内面高さＨは、式（５）を用いて、
Ｈ＝（Ｄｗ−２Ｃｐ−Ｔｐ）／２ ・・・・・・・・・・・・・・・・（５ａ）
として求めることができ、ガイド１０の鉛直方向厚さＴｐの変化に伴って変化させている。

図１１に示すように、指標として用いたガイド１０の鉛直方向厚さＴｐところ６の直径Ｄｗとの比（厚さ直径比Ｔｐ／Ｄｗという。）が０．２以上であれば最大応力σを有効に低減することができる。
また、図１２に示すように、厚さ直径比Ｔｐ／Ｄｗを０．５以下とすれば、ころ６のスキュー角θを効果的に抑制することができる。

以上説明したように、本実施例では、ころ間に間装する保持ピースにガイド部を設け、このガイド部を循環路の両側に設けた案内溝に案内させ、ころの側面を案内溝の両側の案内面に案内させて、その厚さ直径比Ｔｐ／Ｄｗを０．２≦Ｔｐ／Ｄｗ≦０．５の範囲としたことによって、スキューが生じたときにそのスキュー角が両側の案内面により規制されて保持ピースの移動を生じさせることがなくなり、過大なスキュー角を防止することができると共に、保持ピースをころ間に間装したリニアガイド装置においても、スライダの移動抵抗の増大を防止することができる。

また、厚さ直径比Ｔｐ／ＤｗをＴｐ／Ｄｗ≦０．５の範囲としたことによって、ころにスキューが生じた時のスキュー角を適正にして滑り摩擦による摩耗を防止し、厚さ直径比Ｔｐ／Ｄｗを０．２≦Ｔｐ／Ｄｗとしたことによって、保持ピースのガイド部の損傷を防止してリニアガイド装置の寿命を向上させることができる。

実施例のリニアガイド装置を示す斜視図 図１のＡ−Ａ断面線の右側半断面図 図２のＥ部拡大図 実施例の保持ピースを示す側面図 実施例の循環路を示す説明図 実施例のころの転動状態を示す説明図 実施例の最大接触長を示す説明図 実施例の方向転換路を示す説明図 実施例の負荷路を示す断面図 実施例の戻り路を示す断面図 実施例の厚さ直径比Ｔｐ／Ｄｗによる最大応力σを示すグラフ 実施例の厚さ直径比Ｔｐ／Ｄｗによる最大スキュー角θを示すグラフ

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 側面
７ａ、７ｂ スライダ軌道面
８ 保持ピース
８ａ 隣接部
９ ころ保持穴
１０ ガイド部
１１ 保持ガイド
１２ 保持体
１１ａ、１２ａ、１６、１８ 案内溝
１１ｂ、１２ｂ 案内面
１３ａ、１３ｂ 負荷路
１４ａ、１４ｂ 方向転換路
１５ａ、１５ｂ 戻り路
１６ａ 案内壁
１７ａ、１７ｂ ホルダ
１９ａ 連結路
２０ａ、２０ｂ 循環路

Claims (1)

1. 側面に一対のレール軌道面を有する凹部を備えたレールと、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、隣り合う前記ころの間に間装された保持ピースとを備えたリニアガイド装置において、
   前記保持ピースにガイド部を設けると共に、前記循環路の両側に前記ガイド部を案内する案内溝と、前記ころの側面を案内する案内面とを設け、前記ころの直径をＤｗとし、前記ガイド部の前記スライダ軌道面の鉛直方向の厚さをＴｐとしたときの厚さ直径比Ｔｐ／Ｄｗが、
   ０．２≦Ｔｐ／Ｄｗ≦０．５
   であることを特徴とするリニアガイド装置。