JP2005155854A - リニアガイド装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】リニアガイド装置のスライダの移動時の負荷路における案内面ところ側面との摩耗力を安定させる手段を提供する。
【解決手段】レール軌道面を備えたレールと、レール軌道面と対向するスライダ軌道面と戻り路とを有し、レールを直線的に往復移動する鞍状のスライダと、スライダの移動方向の前後端部に設けられ、方向転換路を有するエンドキャップと、レール軌道面とスライダ軌道面とにより形成される負荷路と、この負荷路を方向転換路と戻り路により連結した循環路を循環するころとを備えたリニアガイド装置において、負荷路のスライダ軌道面の両側にころ側面の半分以下の面を案内する案内面を形成する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、工作機械や製造装置、測定機器等の機械装置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、鞍状のスライダに設けた戻し路とエンドキャップに設けた方向転換路と、レールの側面に設けた一対のレール軌道面とスライダ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、これら戻し路と方向転換路と負荷路により形成した循環路を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、スライダ軌道面の一方の側に設けた鍔部の側壁と保持器の側壁とを案内面として負荷路を転動するころの両側のころ側面のほぼ全面を案内してころの脱落を防止している(例えば、特許文献1参照。)。
特開平5−280537号公報(主に第2頁左欄48行−右欄36行、第1図、第8図)
しかしながら、上述した従来の技術においては、負荷路を転動するころのころ側面のほぼ全面を案内面が案内する構成としているため、案内面の成形時の加工誤差等による案内面のうねりや傾斜等により、ころ側面が接触する案内面の部位がスライダ軌道面側であったり、レール軌道面側であったりして安定せず、その接触する部位により案内面ところ側面との滑り速度が相違するために接触部に生じる摩擦力が異なり、これがスライダの移動時の移動抵抗の変動となって、工作機械等の機械装置の制御性を低下させ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、リニアガイド装置のスライダの移動時の負荷路における案内面ところ側面との摩耗力を安定させ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、レール軌道面を備えたレールと、前記レール軌道面と対向するスライダ軌道面と戻り路とを有し、前記レールを直線的に往復移動する鞍状のスライダと、該スライダの移動方向の前後端部に設けられ、方向転換路を有するエンドキャップと、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負荷路と、該負荷路を前記方向転換路と戻り路により連結した循環路を循環するころとを備えたリニアガイド装置において、前記負荷路のスライダ軌道面の両側に、前記ころのころ側面の半分以下の面を案内する案内面を形成したことを特徴とする。
これにより、本発明は、ころ側面が接触する部位を狭い範囲に特定することができ、接触部位の相違による摩擦力を安定させてスライダの移動抵抗の変動を低減することができ、工作機械等の機械装置の制御性を向上させ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B部を示す拡大図、図4は図2のC部を示す拡大図である。
なお、図3は図2のB部を回転させてスライダ軌道面を水平面として図示してある。また図4は図2のC部を回転させてころの軸線を水平として図示してある
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には機械装置の基台等にレール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は軌道凹部であり、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、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5aが設けられており、このねじ穴5aを用いて機械装置の移動台等がボルト等により締結される。
6はエンドキャップであり、金属材料や樹脂材料等で製作され、スライダ5の移動方向の前後端に配置され、ボルト等によりスライダ5に締結される。
図2において、7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。
8a、8bは一対のスライダ軌道面であり、スライダ5の両方のスライダ側壁5bの内側にレール軌道面4a、4bと対向して設けられる。
上記のスライダ軌道面8a、8bとこれに対向配置されたレール軌道面4a、4bとの間にはころ7が転動し、レール2を移動するスライダ5の荷重を支える負荷路9a、9bが形成される。
10は鍔部であり、スライダ軌道面8a、8bの外側にそれぞれ設けられ、スライダ軌道面8a、8bに直交する鍔部側面10aがころ7の一方のころ側面7aと隙間Sを介して対向し、ころ側面7aを案内する案内面として機能する。
また、鍔部側面10aのスライダ軌道面8a、8bに直交する方向の高さは、図3に示すころ7の軸線CL以下の高さになるように形成されている。
11は保持器であり、金属材料や樹脂材料等で製作され、図2に示すようにその中央部に保持器柱12を配し、保持器柱12の両側にスライダ軌道面8a、8bに沿うように保持器腕部13a、13bを配して略V字状に成形される。
保持器柱12は、スライダ5のスライダ側壁5bに設けられたスライダ軌道面8a、8bの間にスライダ5の移動方向に形成された平面である保持器当接面14に当接するように配置され、保持器11の両端のエンドキャップ6との接合部に設けられた図示しない凹部と凸部により保持器11がスライダ軌道面8a、8b上に位置決めされて係止される。
保持器11の両方の保持器腕部13a、13bには、図3に示すようにころ7の両側のころ側面7aと対向する窓部内面15を有する窓部が形成され、その保持器柱12側の窓部内面15のスライダ軌道面8a、8bの側に設けられた突出面16がころ側面7aと隙間Sを介して対向し、ころ側面7aを案内する案内面として機能する。
また、突出面16のスライダ軌道面8a、8bに直交する方向の高さは、突出面16ところ7を介して対向する鍔部側面10aの高さと略同一に形成され、これらの間の面間距離は保持器11の窓部の突出面16以外の窓部内面15の面間距離より狭くなるように形成される。
これにより、案内面としての鍔部側面10aおよび突出面16の間に隙間2Sを介してころ7が配置され、それぞれの負荷路9a、9bを転動するころ7を保持してその脱落を防止すると共にころ側面7aの半分以下の面を循環方向に案内する。
なお、保持器11は保持器柱12の両側に突出面16を設けるようにして保持器腕部13a、13bを省略するようにしてもよい、これにより保持器11の成形の簡素化を計ることができる。
17a、17bは戻り路であり、スライダ5の両方のスライダ側壁5b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18a、18bに図4に示すように略長方形断面の貫通穴として形成されており、これらの内部を移動するころ7のころ側面7aとの間には上記負荷路9a、9bの鍔部側面10aところ側面7aとの間と同じ隙間Sがそれぞれ形成されてころ7の移動を案内する。
ホルダ18a、18bの両端のエンドキャップ6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17a、17bが所定の角度で傾斜した略長方形断面となるように位置決めされて係止される。
19a、19bはエンドキャップ6に設けられた方向転換路であり、負荷路9a、9bと戻り路17a、17bとをそれぞれ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、互い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、戻り路17a、17bと同様にころ側面7aとの間に隙間Sがそれぞれ形成されており、ころ7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。
この負荷路9aと、その両側のエンドキャップ6の方向転換路19aと、両側の方向転換路19aを接続する戻り路17aとが連結されて循環路が形成され、この循環路には複数のころ7と所定の量の潤滑剤、例えばグリースが封入される。
そして、負荷路9aに配置されたころ7が、レール軌道面4aとスライダ軌道面8aとの間を転動してスライダ5に加えられた荷重を往復動自在に支持する。
このような循環路は、他方の負荷路9bおよびスライダ5の反対側のスライダ側壁5bにおいても同様に形成され、循環路を潤滑剤により潤滑されながら循環するころ7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。
なお、以下の説明においては、負荷路9aを例に説明するが、他方の負荷路9bおよび反対側のスライダ側壁5bの負荷路においても同様である。
図5は本実施例のころの転動状態を示す説明図であり、負荷路9aを構成するレール軌道4aおよびスライダ軌道8aの間を転動するころ7を示している。
スライダ5が図5に示す矢印E方向に移動すると、その荷重を支持しながら負荷路9aを転動するころ7はほぼ滑りのない状態で自転角速度ωを付した矢印の方向に自転する。
この時、ころ7の半径をRkとすると、レール軌道面4a上を転動するころ7の転がり速度は矢印E方向を正とすると−Rk・ωとなり、静止しているレール2から見たころ7のE方向への移動速度Veは、
Ve=Rk・ω ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
となる。
また、レール軌道面4aに対向するスライダ軌道面8a上の転がり速度も反対方向に同値(Rk・ω)となり、静止しているレール2から見たスライダ5の移動速度Vgは、
Vg=2Rk・ω=2Ve ・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
となり、ころ7はスライダ5の移動速度Vgの半分の移動速度Veで負荷路9aを移動する。
この時、保持器11もスライダ5と共に同方向へ同じ移動速度Vgで移動するため、ころ7のころ側面7aと対向する保持器11の窓部の窓部内面15等との滑り速度Vsは、ころ側面7aの半径位置によって異なり、その位置におけるころ側面7aの回転速度はその位置のころ側面7aの半径と自転角速度ωを乗じた値となるので、スライダ軌道面8aからその直交方向に計った距離をLとすると、
Vs=Vg−(2Rk−L)ω ・・・・・・・・・・・・・・・(3)
となり、スライダ軌道面8aと同位置(L=0)にある案内面ではVs=Vg−Vg=0、ころ7の中心と同位置(L=Rk)の案内面ではVs=Vg−Rk・ω=Ve、レール軌道面4aと同位置(L=2Rk)の案内面ではVs=Vgとなる。
すなわち、案内面ところ側面7aとの滑り速度Vsは、スライダ軌道面8aからレール軌道面4aの方向に離れるほど速くなり、案内面ところ側面7aが接触した場合には潤滑剤の粘性による剪断摩擦に伴う摩擦力が増大する。
従って、ころ側面7aのほぼ全面を案内面とした場合には、ころ側面7aが接触する部位が安定しないために接触部位の相違によって発生する摩擦力が異なり、これがスライダ5の移動抵抗の変動となって現れる。
このため、本実施例の案内面としての鍔部側面10aや突出面16のように、保持器11の窓部等のころ側面7aを案内する部位の面間距離をその一部において狭くすることによりころ側面7aの半分以下の面に接触部位を特定するようにすれば、接触部位の相違による摩擦力の変化幅を狭くすることができ、摩擦力を安定させてスライダ5の移動抵抗の変動を低減することができる。
また、案内面をスライダ軌道面8a側に設けて接触部位を特定するようにすれば、摩擦力の安定に加えて、発生する摩擦力自体を減少させることができ、スライダ5の移動抵抗の変動を更に低減することができると共にスライダ5の移動のためのエネルギを減少させることが可能になる。
以上説明したように、本実施例では、負荷路のスライダ軌道面の両側にころのころ側面の半分以下の面を案内する案内面を形成したことによって、ころ側面が接触する部位を狭い範囲に特定することができ、接触部位の相違による摩擦力を安定させてスライダの移動抵抗の変動を低減することができ、工作機械等の機械装置の制御性を向上させることができる。
また、接触部位を狭い範囲に特定する案内面をスライダ軌道面側に形成したことによって、接触部位の相違による摩擦力を低い値で安定させることができ、スライダの移動抵抗の変動を更に低減することができる。
なお、戻り路のころ側面と戻り路の側壁との隙間は、上記鍔部側面と突出面による案内面ところ側面との隙間Sと同様であり、ころ側面を全面で案内するように形成されているが、戻り路においてはころの円筒面と戻り路の側壁との間にも隙間が存在するためにころは殆ど自転ぜずに移動するので接触部位により滑り速度が相違することがなく、摩擦力の変化は無視できるほどに小さくなる。エンドキャップに形成した方向転換路においても同様である。
そして、ころ側面と戻り路および方向転換路の側壁との隙間を負荷路の案内面ところ側面の隙間Sと同一にすることによって、案内面の接続部において段差が生じることがなくなり、ころが軸方向に振動することなくころを円滑に循環させることができる。
図6は実施例2のリニアガイド装置のA−A断面線の右側半断面図、図7は図6のF部を示す拡大図、図8は図6のG部を示す拡大図、図9は実施例2の保持ピースを示す側面図、図10は実施例2の循環路を示す部分断面図である。
本実施例のリニアガイド装置は図1に示すリニアガイド装置とその外観において同様である。
なお、図7、図8は実施例1の図2、図3と同様にF部、G部をそれぞれ回転させて図示たものである。また上記実施例1と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図6、図7において、21は転動体保持部材としての保持ピースであり、樹脂材料等により射出成形等の成形手段で製作され、図9に2点鎖線で示したころ7を保持してころ7同士の接触を防止するために循環方向の前後にころ7の外径より大きく背面配置で円弧状に掘り込んだ一対の転動体保持部22が形成されている。
23は保持ピース21のガイド部としてのガイド腕部23であり、ころ7の軸方向の両側にころ7の中心を結ぶ方向に伸長するように形成されている。
本実施例の保持器11の保持器腕部13a、13bには、負荷路9a、9bのスライダ軌道面8a、8bの両側に図7に示すスライダ軌道面8a、8bと直交する平面として形成されているの窓部内面15に保持ピース21のガイド腕部23を案内するための案内溝24が形成されており、案内溝24により分割された一方の窓部内面15aがそれぞれころ側面7aと隙間Sを介して対向し、実施例1と同様にころ側面7aの半分以下の面を案内する案内面として機能する。
本実施例では、スライダ軌道面8a、8b側の窓部内面15aの面間距離をレール軌道面4a、4b側の窓部内面15bの面間距離よりも狭くして案内面として機能するように構成している。
本実施例の戻り路17a、17bは、図8に示すように実施例1と同様に設けられた円柱状のホルダ18a、18bに保持ピース21のガイド腕部23を案内する案内溝25を有する長方形断面の貫通穴として形成されており、これらの内部を移動するころ7および保持ピース21を案内する。
エンドキャップ6に形成した方向転換路19a、19bにおいても、戻り路17a、17bと同様に図10に示す保持ピース21のガイド腕部23を案内する案内溝26が設けられている。
本実施例の保持ピース21は、図10に示すように循環路にころ7の間に間装されて装填され、そのガイド腕部23を負荷路9aや戻り路17a、方向転換路19aに設けられた案内溝24、25、26に案内されて転動体保持部22に嵌り込んだころ7を隔置しながら移動し、ころ7の互いの接触を防止して循環路を循環する。他の3つの循環路においても同様である。
なお、本実施例のころ7は直径が5.5mm、ころの全長8mmであり、スライダ軌道面8a、8b側の案内面としての窓部内面15aの面間距離が8.2mm、レール軌道面4a、4b側の窓部内面15bの面間距離が8.4mmとなるように構成されている。
上記のように構成することによって、負荷路9aにおいてころ7をスライダ軌道面8a側の案内面としての面間距離の狭い窓部内面15aの間に保持し、実施例1と同様にころ7のころ側面7aの半分以下の面を案内して安定した摩擦力によりころ7を転動させることができる。他の3つの負荷路においても同様である。
以上説明したように、本実施例では、案内溝により分割された窓部内面の一方の面間距離を狭くして案内面としたことによって、保持ピースをころ間に間装した場合においても、上記実施例1と同様の効果を得ることができる。
また、ころ間に保持ピースを間装するようにしたことによって、ころ同士の接触を防止してより円滑なころの循環が可能になり、スライダの移動抵抗の変動を更に低減することができる。
また、案内溝により分割された窓部内面の一方の面間距離を狭くして案内面を形成するようにことによって、窓部内面の一方のみの寸法精度を管理すればよく、保持器を容易に製造することができる。
図11は実施例3のリニアガイド装置のA−A断面線の右側半断面図、図12は図11のH部を示す拡大図、図13は図11のK部を示す拡大図、図14は実施例3の循環路を示す部分断面図である。
本実施例のリニアガイド装置は図1に示すリニアガイド装置とその外観において同様である。
なお、図12、図13は実施例1の図2、図3と同様にH部、K部をそれぞれ回転させて図示たものである。また上記実施例1および実施例2と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図において、31は転動体保持部材としての保持チェーンであり、比較的弾性に富んだ樹脂材料等により製作される。
32は保持チェーン31のガイド部としてのガイドベルトであり、図14に示すようにころ7の中心を結ぶ方向に伸長するようにころ7の軸方向の両側に形成されている。
また、保持チェーン31にはころ7を一つづつ保持して隔置し、ころ7同士の接触を防止するための転動体保持部が、実施例2の保持ピース21の転動体保持部22と同様に形成されている。
本実施例のスライダ軌道面8a、8bの外側には、実施例1と同様にそれぞれ鍔部10が設けられている。
本実施例の保持器11の保持器腕部13a、13bには、図12に示すようにころ7の両側のころ側面7aと対向する窓部内面15を有する窓部が形成され、その保持器柱12側の窓部内面15には実施例2と同様にガイドベルト32を案内するための案内溝24が形成されており、案内溝24により分割された一方の窓部内面15aがころ側面7aと隙間Sを介して対向し、ころ7の一方のころ側面7aを案内する案内面として機能する。
他の側のガイドベルト32を案内する案内溝24は、実施例2と同様に外側の窓部内面15に形成されるが、図12に示すように本実施例の案内溝24のスライダ軌道面8a、8b側の側壁は、鍔部10のスライダ軌道面8a、8bと平行な面である鍔部端面33が窓部内面15aと同じ高さに形成されて構成する。
また、鍔部側面10aはころ側面7aと隙間Sを介して対向し、ころ7の他方のころ側面7aを案内する案内面として機能する。
これにより、負荷路9a、9bの案内面としての鍔部側面10aおよび窓部内面15aがそれぞれころ側面7aと隙間Sを介して対向し、窓部内面15bの面間距離より狭い面間距離を形成してころ側面7aの半分以下の面を案内する。
本実施例の戻り路17a、17bは、図13に示すように実施例2と同様に設けられ、保持チェーン31のガイドベルト32を案内する案内溝25を有する長方形断面の貫通穴として形成されており、これらの内部を移動するころ7および保持チェーン31を案内する。
なお、ころ側面7aを案内する側壁ところ側面7aとの隙間は、案内溝25により分割された側壁の負荷路9a、9bにおいて案内面を形成した側に接続する側の隙間が隙間Sとして形成され、他の側の隙間はそれより大きくなるように形成されている。
エンドキャップ6に形成した方向転換路19a、19bにおいても、戻り路17a、17bと同様に図14に示す保持チェーン31のガイドベルト32を案内する案内溝26および隙間Sが形成されている。
本実施例の保持チェーン31は、図14に示すように循環路にころ7を保持して装填され、そのガイドベルト32を負荷路9aや戻り路17a、方向転換路19aに設けられた案内溝24、25、26に案内されてころ7と共に移動し、ころ7の互いの接触を防止しながら循環路を循環し、負荷路9aにおいてはころ7が鍔部側面10aおよび窓部内面15aにより形成された案内面によりころ側面7aの半分以下の面を案内されて転動する。他の3つの循環路においても同様である。
上記のように構成することによって、負荷路9aにおいてころ7を面間距離の狭いスライダ軌道面8a側の案内面の間に保持し、実施例1と同様にころ7のころ側面7aの半分以下の面を案内して安定した摩擦力によりころ7を転動させることができる。他の3つの負荷路においても同様である。
以上説明したように、本実施例では、保持チェーンにころを保持した場合においても、上記実施例2と同様の効果を得ることができる。
また、戻り路や方向転換路においてころ側面との隙間の一方のみを狭くしたことによって、案内溝により分割された側壁の一方のみの寸法精度のみを管理すればよく、戻り路や方向転換路を容易に製造することができる。
なお、戻り路や方向転換路において、ころ側面との隙間を負荷路の案内面に接続する側の隙間のみを隙間Sとしたことによっても実施例1と同様に案内面の接続部において段差が生じることがなくなり、ころが軸方向に振動することなくころを円滑に循環させることができる。
なお、本実施例においては、レールの上面を水平方向に設置する場合を例に説明したが、上面を垂直方向または上下を逆にして、もしくは傾斜させて設置する場合においても同様である。
実施例1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B部拡大図 図2のC部拡大図 実施例1のころの転動状態を示す説明図 実施例2のリニアガイド装置のA−A断面線の右側半断面図 図6のF部を示す拡大図 図6のG部を示す拡大図 実施例2の保持ピースを示す側面図 実施例2の循環路を示す部分断面図 実施例3のリニアガイド装置のA−A断面線の右側半断面図 図11のH部を示す拡大図 図11のK部を示す拡大図 実施例3の循環路を示す部分断面図
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 軌道凹部
4a、4b レール軌道面
5 スライダ
5a ねじ穴
5b スライダ側壁
6 エンドキャップ
7 ころ
7a 側面
8a、8b スライダ軌道面
9a、9b 負荷路
10 鍔部
10a 鍔部側面
11 保持器
12 保持器柱
13a、13b 保持器腕部
14 保持器当接面
15 窓部内面
16 突出面
17a、17b 戻り路
18a、18b ホルダ
19a、19b 方向転換路
21 保持ピース
22 転動体保持部
23 ガイド腕部
24、25、26 案内溝
31 保持チェーン
32 ガイドベルト

Claims (3)

  1. レール軌道面を備えたレールと、前記レール軌道面と対向するスライダ軌道面と戻り路とを有し、前記レールを直線的に往復移動する鞍状のスライダと、該スライダの移動方向の前後端部に設けられ、方向転換路を有するエンドキャップと、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負荷路と、該負荷路を前記方向転換路と戻り路により連結した循環路を循環するころとを備えたリニアガイド装置において、
    前記負荷路のスライダ軌道面の両側に、前記ころのころ側面の半分以下の面を案内する案内面を形成した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、
    前記ころを隔置する転動体保持部材を設け、該転動体保持部材に前記ころの中心を結ぶ方向に伸長するガイド部を設けると共に、前記負荷路のスライダ軌道面の両側に、スライダ軌道面と直交する平面を形成し、該平面に前記転動体保持部材のガイド部を案内する案内溝を設け、該案内溝により分割された平面の一方を前記案内面としたことを特徴とするリニアガイド装置。
  3. 請求項1または請求項2において、
    前記案内面を、前記スライダ軌道面側に形成したことを特徴とするリニアガイド装置。

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2015083667A1 (ja) * 2013-12-05 2015-06-11 Thk株式会社 転がり案内装置

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