JP2005163882A - リニアガイド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷路における案内面ところの側面の摩耗を抑制することができるリニアガイド装置を提供する。
【解決手段】レール軌道面4a,4bを備えたレール2と、レール2を直線的に往復移動する鞍状のスライダ5と、スライダ5の移動方向の前後端部に設けられ方向転換路14a,14bを有するエンドキャップ6と、循環路を転動しながら循環するころ7とを備えたリニアガイド装置1において、ころ7の両方の側面7aと円筒面7bとの角部にそれぞれ面取部7cを設け、面取部7cを除く円筒面7bの軸方向長さをころ有効長Ｌｗｅとし、ころ有効長の円筒面7bの両方の側面側にクラウニング部8を形成し、このクラウニング部8を除く円筒面7bの軸方向長さを非クラウニング長さＬｗｓとしたときに、非クラウニング長さＬｗｃところの有効長Ｌｗｅとの比Ｌｗｓ／Ｌｗｅを０．３≦Ｌｗｓ／Ｌｗｅ≦０．７の範囲とする。
【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θという。）が生じると、負荷路の案内面ところの側面との接触が生じ、これによる滑り摩擦によりころの側面や案内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、負荷路の案内面ところの側面との接触を防止している（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って負荷路におけるスキューを誘発し、負荷路の案内面ところの側面とが接触して早期に摩耗が生じやすくな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、負荷路における案内面ところの側面の摩耗を抑制することができる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、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、前記ころの両方の側面と円筒面との角部にそれぞれ面取部を設け、該面取部を除く前記円筒面の軸方向長さをころ有効長Ｌｗｅとし、該ころ有効長の円筒面の前記両方の側面側にクラウニング部を形成し、該クラウニング部を除く前記円筒面の軸方向長さを非クラウニング長さＬｗｓとしたときに、該非クラウニング長さＬｗｓと前記ころの有効長Ｌｗｅとの比Ｌｗｓ／Ｌｗｅが、０．３≦Ｌｗｓ／Ｌｗｅ≦０．７であることを特徴とする。

これにより、本発明は、ころの剛性を適切に維持して高剛性のリニアガイド装置とすることができると共に、ころの側面と案内面との接触点に生じる接触力を小さくすることができ、ころや案内面の摩耗を抑制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は実施例のころを示す正面図、図２は実施例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には工作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を用いて工作機械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１、図３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、図１に示すように両方の側面７ａと円筒面７ｂとの角部には面取部７ｃが設けられている。本実施例では面取部７ｃはフィレットＲとして形成されている。

８はクラウニング部であり、バレル研磨等によりころ７の両側の面取部７ｃを除く円筒面７ｂの軸方向長さ（ころ有効長Ｌｗｅという。）の両方の側面側に比較的大きな半径（クラウニング半径Ｒｗｃという。）で形成された円弧面である。
また、クラウニング部８と円筒面７ｂとはその境が明確に区別できない程に滑らかに接続され、クラウニングの程度を示すためにクラウニング半径Ｒｗｃと円筒面７ｂからのころ７の半径方向の変化量（落ち量Δといい、その最大落ち量をΔｍａｘで示す。）とを用いて示すと共に、ころ有効長Ｌｗｅの間の円筒面７ｂのクラウニング部８を除く円筒面７ｂの軸方向長さを非クラウニング長さＬｗｓとして示す。

なお、図１は説明のためにクラウニング半径Ｒｗｃを小さく図示してクラウニング部８の部位が明確となるように図示しているが、実際には視認が不可能な程に僅かな円弧面として形成される。
９ａ、９ｂは一対のスライダ軌道面であり、スライダ５の両方の側壁５ｂの内側にレール軌道面４ａ、４ｂと対向して設けられる。

この対向配置されたスライダ軌道面９ａ、９ｂとレール軌道面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１０ａ、１０ｂが形成される。
１１ａ、１１ｂは戻り路であり、スライダ５の両方の側壁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１２ａ、１２ｂに略長方形断面の貫通穴として形成されており、これらの内部を転動するころ７の移動を案内する。

ホルダ１２ａ、１２ｂ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１１ａ、１１ｂ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。
１４ａ、１４ｂ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１０ａ、１０ｂと戻り路１１ａ、１１ｂ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、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。

１５は保持器であり、図３に示すようにポリアセタール等の樹脂材料等のころ７の材料とは異なる材料で製作され、その中央部にはスライダ５の側壁５ｂに設けられたスライダ軌道面９ａ、９ｂ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１６に当接する保持器柱１７が形成されている。
この保持器柱１７の両側には腕部１８ａ、１８ｂが設けられており、腕部１８ａ、１８ｂには窓部が形成され、その窓部のころ７の側面７ａと対向する内面（案内面１９という。）によりそれぞれの負荷路１０ａ、１０ｂを転動するころ７の側面７ａが循環方向に案内される。

保持器１５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、保持器当接面１６と保持器柱１７とを当接させて保持器１５がスライダ軌道面９ａ、９ｂ上に位置決めされて係止される。
このようにして負荷路１０ａ、１０ｂに配置された保持器１５は、その腕部１８ａ、１８ｂの窓部の案内面１９によりレール軌道面４ａとスライダ軌道面９ａとの間を転動するころ７を保持してその脱落を防止する。

また、負荷路１０ａ、１０ｂ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９ａ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。
この負荷路１０ａと、その両側のエンドキャップ６の方向転換路１４ａと、両側の方向転換路１４ａを接続する戻り路１１ａ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。

このような循環路は、他方の負荷路１０ｂおよびスライダ５の反対側の側壁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転動するころ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１０ａを例に説明するが、他方の負荷路１０ｂおよび反対側の側壁５ｂの負荷路においても同様である。

図４は本実施例のころのスキュー状態を示す説明図であり、負荷路１０ａを転動するころ７にスキューが生じた状態を示している。
負荷路１０ａを荷重を支持しながら転動するころ７にスキュー角θのスキューが発生すると、ころ７の側面７ａが保持器１５の案内面１９に接触してその接触点に図４に示す矢印Ｂ方向に接触力が発生し、この接触力によりスキューが生じたころ７を元の正常な転動状態に復元させるための復元モーメントが生じる。

この時、スキューを復元させるために必要な復元モーメントが大きい、つまり接触力が大きいと接触点に生ずる矢印Ｃ方向の滑り摩擦力が大きくなり、案内面１９やころ７の側面７ａに摩耗が生じやすくなる。
この復元モーメントを低減するためには、図１に示すクラウニング部８を設けて非クラウニング長さＬｗｓを短くすること、つまりころ７とレール軌道面４ａやスライダ軌道面９ａとの接触長さを短くすることが有効であるため、表１に示す５つの供試品についてころ７に荷重１０００Ｎを負荷したときの復元モーメントを数値実験により計算した。

表１に示す各供試品は、直径が５．５ｍｍ、ころの全長８ｍｍ、面取部７ｃの軸方向の長さ０．３ｍｍ、ころ有効長さＬｗｅ＝７．４ｍｍのころ７に、クラウニング部８の最大落ち量Δｍａｘを同一（１１μｍ）とし、クラウニング半径Ｒｗｃを変化させて非クラウニング長さＬｗｓを変化させた供試品とした。

なお、表１に示した非クラウニング長さＬｗｓは、クラウニング部８と円筒面７ｂとの接続部が明確に区別できない程に滑らかであるため、円筒面７ｂの軸方向の中央部から側面７ａに向かってその形状を測定し、落ち量Δがころ７の直径の１／１００００となる位置までの長さとした。
また、クラウニング部８と面取部７ｃとの接続部も滑らかに接続されているので、上記と同様に形状を測定して落ち量Δがころ７の直径の２／１０００となる位置までの長さをころ有効長さＬｗｅとし、そのときの落ち量Δを最大落ち量Δｍａｘとした。

図５に上記の５つの供試品の復元モーメントの計算結果を示す。
なお、図５の横軸は上記のようにして測定した非クラウニング長さＬｗｓのころ有効長さＬｗｅに対する比Ｌｗｓ／Ｌｗｅ（その値を表１の最右欄に示す。）であり、縦軸はそれぞれの供試品について計算した復元モーメントをＮ・ｍｍで示してある。
図５に示すように、Ｌｗｓ／Ｌｗｅ＝１（供試品１）、つまり通常のころ７に較べてＬｗｓ／Ｌｗｅが小さくなる程、すなわち非クラウニング長さＬｗｓが短くなる程復元モーメントが減少することが判る。またＬｗｓ／Ｌｗｅ＝０．７（供試品３）を境に復元モーメントが急増していることが判る。

すなわち、Ｌｗｓ／Ｌｗｅ＝０．７以下とすれば、復元モーメントが低減して接触点に生じる滑り摩擦力を低減することができ、保持器１５の案内面１９やころ７の側面７ａの摩耗を抑制することができる。
一方、Ｌｗｓ／Ｌｗｅ＝０．３より小さい領域では復元モーメントがほぼ一定となっており、また非クラウニング長さＬｗｓを短くしすぎると、ころ７の剛性が低下して負荷路１０ａにより支持することができるスライダ５の荷重が小さくなるため、リニアガイド装置１が工作機械等の荷重に対して十分な剛性を発揮することを考慮すれば、Ｌｗｓ／Ｌｗｅ＝０．３以上とすることが適切である。

従って、リニアガイド装置１の剛性を確保しつつ案内面１９やころ７の側面７ａの摩耗を抑制するためには、Ｌｗｓ／Ｌｗｅを０．３以上、かつ０．７以下とするとよい。
上記のように本実施例では、ころ７と案内面１９との接触点における接触力を小さくすることが可能となり、保持器１５をスライダ軌道面９ａとは別部品としてポリアセタール等の樹脂材料を用いて製作すること、つまり案内面１９をころ７の材料とは異なる材料として製作することができ、ころ７と案内面１９との凝着による摩耗を防止することができると共に、スライダ５と保持器１５と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５の内面側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。

以上説明したように、本実施例では、ころの円筒面にクラウニング部を設け、非クラウニング長さＬｗｓところ有効長さＬｗｅとの比Ｌｗｓ／Ｌｗｅを０．３≦Ｌｗｓ／Ｌｗｅ≦０．７としたことによって、ころの剛性を適切に維持して高剛性のリニアガイド装置とすることができると共に、ころの側面と案内面との接触点に生じる接触力を小さくすることができ、ころや案内面の摩耗を抑制することができる。

また、接触点に生じる接触力を小さくして案内面ところとを異なる材料で製作するようにしたことによって、ころと案内面との凝着による摩耗を防止することができ、ころや案内面の摩耗を一層抑制することができる。
なお、本実施例においては、循環路にころのみを装填した総ころ式のリニアガイド装置を例に説明したが、本発明を適用するリニアガイド装置は前記に限らず、ころ同士の接触を防止するための保持ピースをころ間に間装したリニアガイド装置および保持ピースを連結した保持チェーンを用いたリニアガイド装置においても本発明を適用すれば上記と同様の効果を得ることができる。

実施例のころを示す正面図 実施例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 実施例のころのスキュー状態を示す説明図 復元モーメントの計算結果を示すグラフ

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 軌道凹部
４ａ、４ｂ レール軌道面
５ スライダ
５ａ ねじ穴
５ｂ 側壁
６ エンドキャップ
７ ころ
７ａ 側面
７ｂ 円筒面
７ｃ 面取部
８ クラウニング部
９ａ、９ｂ スライダ軌道面
１０ａ、１０ｂ 負荷路
１１ａ、１１ｂ 戻り路
１２ａ、１２ｂ ホルダ
１４ａ、１４ｂ 方向転換路
１５ 保持器
１６ 保持器当接面
１７ 保持器柱
１８ａ、１８ｂ 腕部
１９ 案内面

Claims (2)

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、
   前記ころの両方の側面と円筒面との角部にそれぞれ面取部を設け、該面取部を除く前記円筒面の軸方向長さをころ有効長Ｌｗｅとし、該ころ有効長の円筒面の前記両方の側面側にクラウニング部を形成し、該クラウニング部を除く前記円筒面の軸方向長さを非クラウニング長さＬｗｓとしたときに、該非クラウニング長さＬｗｓと前記ころの有効長Ｌｗｅとの比Ｌｗｓ／Ｌｗｅが、
   ０．３≦Ｌｗｓ／Ｌｗｅ≦０．７
   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、
   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、該案内面が、前記ころを形成する材料と異なった材料で形成されていることを特徴とするリニアガイド装置。