JP2006300165A - リニアガイド装置及びリニアガイド装置用転動体保持器 - Google Patents

Abstract

【課題】転動体保持器の連結部に過大な引張力が繰り返し作用することを防止することのできるリニアガイド装置を提供する。
【解決手段】転動体４の半径をＲｗ、方向転換路７内で転動体保持器の連結部９２が円弧状に弾性変形したときの連結部９２の曲がり半径をＲｂ、方向転換路７を転動する転動体４の中心軌道半径をＲｐ、連結部９２が弾性変形しないときの間座部９１の中心間距離をｔｗ、間座部９１の両端面に形成された転動体当接面間の最大厚みの１／２をｂ０としたとき、ｂ０をＲｐ・sin（ｔｗ／２Ｒｂ）−Ｒｗより小さくする。
【選択図】図３

Description

本発明は、直線運動する機械部品をその移動方向に案内するリニアガイド装置及びリニアガイド装置用転動体保持器に関し、特に、案内レールとスライダとの間に組み込まれた多数の球状あるいは円筒状の転動体を収容する転動体保持器を備えたリニアガイド装置及びリニアガイド装置用転動体保持器に関する。

工作機械などの各種産業機械で用いられるリニアガイド装置は、一般に、案内レールとスライダとの間に組み込まれた多数の球状または円筒状の転動体が案内レールに対するスライダの相対的直線運動に伴って循環運動する構成となっている。このため、転動体の循環運動中に転動体同士の競合いが発生することがあり、このような転動体同士の競合いは転動体を早期に摩耗させたり、騒音や振動を増大させたりする原因となるため、特許文献１や特許文献２に記載のリニアガイド装置では、図１２に示すように、各転動体４の間に設けられた多数の間座部１２１と、これらの間座部１２１を連結するベルト状の連結部１２２とからなる転動体保持器１２で転動体４を保持することによって転動体同士の競合いを抑制するようにしている。
特許第２６０７９９３号公報 特開平１１−２４７８５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものは、転動体保持器１２の間座部１２１が転動体４を完全に保持する構造となっているため、転動体保持器１２の連結部１２２がエンドキャップ６の方向転換路７内で円弧状に弾性変形すると、転動体保持器１２の間座部１２１と転動体４とが方向転換路７の内周側で干渉し合うことになる。このため、転動体保持器１２の連結部１２２に過大な引張力が繰り返し作用し、転動体保持器１２の連結部１２２が破断してしまうおそれがあった。

また、特許文献２に記載のリニアガイド装置では、方向転換路を通過する転動体と間座部の外周側の端部との間に隙間を設けている。しかしながら、間座部と転動体とが互いに押し合った状態、すなわち連結部に力がかかった状態で方向転換路内を転動するのは、特許文献１の場合と同様であり、やはり転動体保持器の連結部が破断してしまうおそれがあった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、転動体保持器の連結部に過大な引張力が繰り返し作用することを防止することのできるリニアガイド装置及びリニアガイド装置用転動体保持器を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、案内レールとスライダとの間に組み込まれた多数の転動体を収容する転動体保持器を、前記各転動体の間に設けられた多数の間座部と、これらの間座部を一定ピッチで一列に連結する連結部とから構成したリニアガイド装置において、前記転動体の半径をＲｗ、前記転動体を方向転換させる方向転換路内で前記連結部が円弧状に弾性変形したときの前記連結部の曲がり半径をＲｂ、前記方向転換路を転動する前記転動体の中心軌道半径をＲｐ、前記連結部が弾性変形しないときの前記間座部の中心間距離をｔｗ、前記間座部の両端面に形成された転動体当接面間の最大厚みの１／２をｂ０としたとき、Ｒｐ・sin（ｔｗ／２Ｒｂ）−Ｒｗ≧ｂ０であることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、リニアガイド装置の転動体を収容するものであって、前記各転動体の間に設けられた多数の間座部と、これらの間座部を一定ピッチで一列に連結する連結部とからなるリニアガイド装置用転動体保持器において、前記転動体の半径をＲｗ、前記転動体を方向転換させる方向転換路内で前記連結部が円弧状に弾性変形したときの前記連結部の曲がり半径をＲｂ、前記方向転換路を転動する前記転動体の中心軌道半径をＲｐ、前記連結部が弾性変形しないときの前記間座部の中心間距離をｔｗ、前記間座部の両端面に形成された転動体当接面間の最大厚みの１／２をｂ０としたとき、Ｒｐ・sin（ｔｗ／２Ｒｂ）−Ｒｗ≧ｂ０であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、案内レールとスライダとの間に組み込まれた多数の球状転動体を収容する転動体保持器を、前記各転動体の間に設けられた多数の間座部と、これらの間座部を一定ピッチで一列に連結する連結部とから構成したリニアガイド装置において、前記転動体を方向転換させる方向転換路内で前記連結部が略円弧状に弾性変形した際に、前記方向転換路内に位置する前記転動体の１個が、隣接する両側の前記間座部のうち少なくとも一方の間座部とは隙間を持った状態になっていることを特徴とする。

請求項１〜３に係る発明によれば、エンドキャップの方向転換路内で転動体保持器の連結部が円弧状に弾性変形しても方向転換路の内周側で転動体保持器の間座部が転動体と干渉し合うことを抑制できるので、転動体保持器の連結部に過大な引張力が繰り返し作用することを防止することができる。

以下、図１〜図３を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１において、符号１は本発明の第１の実施形態に係るリニアガイド装置を示し、このリニアガイド装置１は案内レール２、スライダ３および球状転動体４を備えている。ここで、案内レール２はその左右側面部に転動体軌道溝５_Ｒを二条ずつ有しており、これらの転動体軌道溝５_Ｒは案内レール２の長手方向に沿って直線状に形成されている。

スライダ３はその幅方向に沿う断面がほぼコ字形をなしており、このスライダ３の相対向する二つの内側側面部に二条ずつ形成された転動体軌道溝５_Ｓは、前述した転動体軌道溝５_Ｒと各々対向している。
転動体４はスライダ３が案内レール２の長手方向に相対移動すると転動体軌道溝５_Ｒ，５_Ｓの溝面を転動するようになっており、転動体軌道溝５_Ｒ，５_Ｓの溝面を転動した各転動体４は、エンドキャップ６（図３参照）に形成された方向転換路７で方向転換した後、スライダ３に形成された転動体戻し通路８を通って循環運動するようになっている。

また、転動体４は樹脂製の転動体保持器９（図１参照）に収容されており、この転動体保持器９は、図２に示すように、各転動体４の間に設けられた多数の間座部９１と、これらの間座部９１を一定ピッチで一列に連結する帯状の連結部９２とから構成されている。
間座部９１は転動体４の直径よりも小さい直径で円板状に形成されており、その両端面には転動体４と摺動自在に接触する球面と円筒面を組み合わせた形状の転動体当接面９３が形成されている。一方、連結部９２は転動体４の直径よりも幅広に形成されており、エンドキャップ６の方向転換路７内では、図３に示すように、円弧状に弾性変形するようになっている。

図３は、エンドキャップ６の方向転換路７内における連結部９２の状態を示す図である。同図において、Ｒｂは転動体保持器９の連結部９２がエンドキャップ６の方向転換路７内で円弧状に弾性変形したときの連結部９２の曲がり半径（ｍｍ）、Ｒｐは方向転換路７内を転動する転動体４の中心軌道半径（ｍｍ）、ｔｗは連結部９２が弾性変形しないときの間座部９１の中心間距離（ｍｍ）、ｂ０は間座部９１の両端面に形成された転動体当接面９３間の最大厚みの１／２（ｍｍ）、θｂは方向転換路７内で隣り合う二つの間座部９１がなす角度の１／２（ｒａｄ）を示している。ここで、Ｒｗ＝２．３８ｍｍ、Ｒｂ＝３．５ｍｍ、Ｒｐ＝４ｍｍ、ｔｗ＝５．２ｍｍ、θｂ＝ｔｗ／２Ｒｂ＝０．７４２８ｒａｄとすると、本発明の第１の実施形態では、ｂ０＝０．２２ｍｍとなっている。

このような構成において、転動体保持器９の連結部９２に過大な引張力が作用しないようにするためには、エンドキャップ６の方向転換路７内で連結部９２が円弧状に曲がっても連結部９２の中心線の長さが曲がる前の長さと同じである必要があり、そのためには次式が成り立つ必要がある。
２・Ｒｂ・θｂ＝ｔｗ ‥‥（１）

また、エンドキャップ６の方向転換路７内で転動体保持器９の連結部９２が円弧状に曲がると、隣り合う二つの間座部９１間の距離は連結部９２の内周側では小さくなり、外周側では大きくなる。このため、転動体保持器９の寸法によっては転動体保持器９の間座部９１が転動体４と方向転換路７の内周側で干渉する場合があり、転動体保持器９の間座部９１が転動体４と方向転換路７の内周側で干渉しないようにするためには、
Ｒｐ・sinθｂ−Ｒｗ≧ｂ０ ‥‥（２）
が成り立つ必要がある。ここで、式（２）の左辺は式（１）より次式のように表すことができる。
Ｒｐ・sin（ｔｗ／２Ｒｂ）−Ｒｗ≧ｂ０ （３）

式（２）または式（３）が成り立たない場合には、転動体４によって間座部９１間の距離が押し広げられる。このため、連結部９２に引張力が作用し、連結部９２が損傷するおそれがある。また、転動体４が循環路の外周面に押し付けられて、循環抵抗が増大してスムーズな循環が得られない。
Ｒｐ、ｔｗ、Ｒｂ、Ｒｗの各数値を式（３）に代入すると、
４×sin（５．２／（２×３．５））−２．３８＝０．３２５≧ｂ０となり、エンドキャップ６の方向転換路７内で転動体保持器９の間座部９１と転動体４とが干渉しないようにするためには、ｂ０を０．３２５ｍｍより小さくする必要がある。

本発明の第１の実施形態では、前述したように、ｂ０＝０．２２ｍｍとなっているので、エンドキャップ６の方向転換路７内で転動体保持器９の連結部９２が円弧状に弾性変形しても方向転換路７の内周側で転動体保持器９の間座部９１が転動体４と干渉しなくなる。したがって、転動体保持器９の連結部９２に過大な引張力が繰り返し作用することを防止することができる。

次に、図４〜図６を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。
図４において、符号１０は本発明の第２の実施形態に係るリニアガイド装置を示し、このリニアガイド装置１０は案内レール２、スライダ３および球状転動体４を備えている。ここで、案内レール２はその左右側面部に転動体軌道溝５_Ｒを二条ずつ有しており、これらの転動体軌道溝５_Ｒは案内レール２の長手方向に沿って直線状に形成されている。

スライダ３はその幅方向に沿う断面がほぼコ字形をなしており、このスライダ３の相対向する二つの内側側面部に二条ずつ形成された転動体軌道溝５_Ｓは、前述した転動体軌道溝５_Ｒと各々対向している。
転動体４はスライダ３が案内レール２の長手方向に相対移動すると転動体軌道溝５_Ｒ，５_Ｓの溝面を転動するようになっており、転動体軌道溝５_Ｒ，５_Ｓの溝面を転動した各転動体４は、エンドキャップ６（図６参照）に形成された方向転換路７で方向転換した後、スライダ３に形成された転動体戻し通路８を通って循環運動するようになっている。

また、転動体４は樹脂製の転動体保持器１１（図４参照）に収容されており、この転動体保持器１１は、図５に示すように、各転動体４の間に設けられた多数の間座部１１１と、これらの間座部１１１を一定ピッチｔｗで一列に連結する連結部１１２とから構成されている。ここで、間座部１１１は転動体４の直径よりも小さい直径でほぼ円板状に近い形状に形成されており、この間座部１１１の両端面には平面状の転動体当接面１１３が形成されている。一方、連結部１１２は間座部１１１の一側面部同士を連結しており、連結部１１２と反対側の間座部１１１の側面部には、間座部９１の厚さ方向に延出する腕部１１４が一体に形成されている。

図６は、エンドキャップ６の方向転換路７内における連結部１１２の状態を示す図である。同図において、Ｒｂは転動体保持器１１の連結部１１２がエンドキャップ６の方向転換路７内で円弧状に弾性変形したときの連結部１１２の曲がり半径（ｍｍ）、Ｒｐは方向転換路７内を転動する転動体４の中心軌道半径（ｍｍ）、ｔｗは連結部１１２が弾性変形しないときの間座部１１１の中心間距離（ｍｍ）、ｂ０は間座部１１１の両端面に形成された転動体当接面１１３間の最大厚みの１／２（ｍｍ）、θｂは方向転換路７内で隣り合う二つの間座部１１１がなす角度の１／２（ｒａｄ）を示している。ここで、Ｒｗ＝２．３８ｍｍ、Ｒｂ＝３ｍｍ、Ｒｐ＝４ｍｍ、ｔｗ＝５．２ｍｍ、θｂ＝ｔｗ／２Ｒｂ＝０．８６６６ｒａｄとすると、本発明の第２の実施形態では、ｂ０＝０．２２ｍｍとなっている。

このような構成において、転動体保持器１１の連結部１１２に過大な引張力が作用しないようにするためには、エンドキャップ６の方向転換路７内で連結部１１２が円弧状に曲がっても連結部１１２の中心線の長さが曲がる前の長さと同じである必要があり、そのためには次式が成り立つ必要がある。
２・Ｒｂ・θｂ＝ｔｗ ‥‥（１）

また、エンドキャップ６の方向転換路７内で転動体保持器１１の連結部１１２が円弧状に曲がると、隣り合う二つの間座部１１１間の距離は連結部１１２の内周側では小さくなり、外周側では大きくなる。このため、転動体保持器１１の寸法によっては転動体保持器１１の間座部１１１が転動体４と方向転換路７の内周側で干渉する場合があり、転動体保持器１１の間座部１１１が転動体４と方向転換路７の内周側で干渉しないようにするためには、
Ｒｐ・sinθｂ−Ｒｗ≧ｂ０ ‥‥（２）
が成り立つ必要がある。ここで、式（２）の左辺は式（１）より次式のように表すことができる。
Ｒｐ・sin（ｔｗ／２Ｒｂ）−Ｒｗ≧ｂ０ （３）

式（２）または式（３）が成り立たない場合には、転動体４によって間座部１１１間の距離が押し広げられる。このため、連結部１１２に引張力が作用し、連結部１１２が損傷するおそれがある。また、転動体４が循環路の外周面に押し付けられて、循環抵抗が増大してスムーズな循環が得られない。
Ｒｐ、ｔｗ、Ｒｂ、Ｒｗの各数値を式（３）に代入すると、
４×sin（５．２／（２×３））−２．３８＝０．６６９≧ｂ０となり、エンドキャップ６の方向転換路７内で転動体保持器１１の間座部１１１と転動体４とが干渉しないようにするためには、ｂ０を０．６６９ｍｍより小さくする必要がある。

本発明の第２の実施形態では、前述したように、ｂ０＝０．２２ｍｍとなっているので、エンドキャップ６の方向転換路７内で転動体保持器１１の連結部１１２が円弧状に弾性変形しても方向転換路７の内周側で転動体保持器１１の間座部１１１が転動体４と干渉しなくなる。したがって、転動体保持器１１の連結部１１２に過大な引張力が繰り返し作用することを防止することができる。

次に、図７〜図１１を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。
軌道面の構成および転動体の循環運動については、前述した第１及び第２の実施形態と同様の構成である。また、転動体４は転動体保持器１３に収容されており、この転動体保持器１３は、図８〜図１０に示すように、各転動体４の間に設けられた多数の間座部１３１と、これらの間座部１３１を一定ピッチｔｗで一列に連結する連結部１３２とから構成されている。ここで、間座部１３１は転動体４の直径よりも小さい直径でほぼ円板状に近い形状に形成されており、この間座部１３１の両端面には円筒面状の転動体当接面１３３が形成されている。一方、連結部１３２は転動体４の直径よりも幅広に形成されており、エンドキャップ６の方向転換路７では、図１１に示すように、円弧状に弾性変形するようになっている。連結部１３２が弾性変形しない直線路においては、連結部１３２は転動体４の中心軌道と同一の位置にあるが、方向転換路７の中心部付近では、連結部１３２は転動体４の中心軌道よりも内周側に位置するようになっている。連結部１３２と転動体４の中心軌道とを、このような関係にするためには、方向転換路７の中央部に近づくに従って、連結部１３２が内周側に徐々に移動するように、連結部１３２の案内溝１４（図１１参照）を形成しておけばよい。本実施例においては、連結部１３２の案内溝１４は方向転換路７の中央部付近で円弧形状となっている。従って、連結部１３２は、方向転換路７の中央部付近では円弧状に弾性変形する。

図１１において、Ｒｂは転動体保持器１３の連結部１３２が方向転換路７の中央部付近で円弧状に弾性変形したときの連結部１３２の曲がり半径（ｍｍ）、Ｒｐは方向転換路７内を転動する転動体４の中心軌道半径（ｍｍ）、ｔｗは連結部１３２が弾性変形しないときの間座部１３１の中心間距離（ｍｍ）、ｂ０は間座部１３１の両端面に形成された転動体当接面１３３間の最大厚みの１／２（ｍｍ）、θｂは方向転換路７内で隣り合う二つの間座部１３１がなす角度の１／２（ｒａｄ）を示している。ここで、Ｒｗ＝２．３８ｍｍ、Ｒｂ＝３ｍｍ、Ｒｐ＝３．７５ｍｍ、ｔｗ＝５．４ｍｍ、θｂ＝ｔｗ／２Ｒｂ＝０．９ｒａｄとすると、本発明の第３の実施形態では、ｂ０＝０．３２ｍｍとなっている。

第１及び第２の実施形態と同様に、転動体保持器１３の連結部１３２に過大な引張力が作用しないようにするためには、式（１）が成り立つ必要がある。また、転動体保持器１３の連結部１３２が転動体４と方向転換路７の内周側で干渉しないようにするためには、式（２）及び式（３）が成り立つ必要がある。
Ｒｐ、ｔｗ、Ｒｂ、Ｒｗの各数値を式（３）に代入すると、３．７５×sin（５．４／（２×３））−２．３８＝０．５５７≧ｂ０となり、方向転換路７内で転動体保持器１３の間座部１３１と転動体４とが干渉しないようにするためには、ｂ０を０．５５７ｍｍより小さくする必要がある。

本発明の第３の実施形態では、前述したように、ｂ０＝０．３２ｍｍとなっているので、エンドキャップ６の方向転換路７内で転動体保持器１３の連結部１３２が円弧状に弾性変形しても方向転換路７の内周側で転動体保持器１３の間座部１３１が転動体４と干渉しなくなる。したがって、転動体保持器１３の連結部１３２に過大な引張力が繰り返し作用することを防止することができる。
なお、本実施の形態では転動体が球状の場合について示したが、円筒状の場合でも同様の効果が得られる。

本発明の第１の実施形態に係るリニアガイド装置の幅方向に沿う断面図である。 図１に示す転動体保持器の詳細構成を示す図である。 図２に示す転動体保持器の連結部がエンドキャップの方向転換路内で円弧状に弾性変形した状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るリニアガイド装置の幅方向に沿う断面図である。 図４に示す転動体保持器の詳細構成を示す図である。 図５に示す転動体保持器の連結部がエンドキャップの方向転換路内で円弧状に弾性変形した状態を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るリニアガイド装置の幅方向に沿う断面図である。 図７に示す転動体保持器の平面図である。 図８に示す転動体保持器の側面図である。 図８のX−X断面図である。 図７に示すリニアガイド装置の要部を示す断面図である。 従来例を示す図である。

符号の説明

１，１０ リニアガイド装置
２ 案内レール
３ スライダ
４ 球状転動体
５_Ｒ，５_Ｓ 転動体軌道溝
６ エンドキャップ
７ 方向転換路
８ 転動体戻し通路
９，１１，１３ 転動体保持器
９１，１１１，１３１ 間座部
９２，１１２，１３２ 連結部
９３，１１３，１３３ 転動体当接面

Claims (3)

1. 案内レールとスライダとの間に組み込まれた多数の転動体を収容する転動体保持器を、前記各転動体の間に設けられた多数の間座部と、これらの間座部を一定ピッチで一列に連結する連結部とから構成したリニアガイド装置において、
   前記転動体の半径をＲｗ、前記転動体を方向転換させる方向転換路内で前記連結部が円弧状に弾性変形したときの前記連結部の曲がり半径をＲｂ、前記方向転換路を転動する前記転動体の中心軌道半径をＲｐ、前記連結部が弾性変形しないときの前記間座部の中心間距離をｔｗ、前記間座部の両端面に形成された転動体当接面間の最大厚みの１／２をｂ０としたとき、
   Ｒｐ・sin（ｔｗ／２Ｒｂ）−Ｒｗ≧ｂ０であることを特徴とするリニアガイド装置。
2. リニアガイド装置の転動体を収容するものであって、前記各転動体の間に設けられた多数の間座部と、これらの間座部を一定ピッチで一列に連結する連結部とからなるリニアガイド装置用転動体保持器において、
   前記転動体の半径をＲｗ、前記転動体を方向転換させる方向転換路内で前記連結部が円弧状に弾性変形したときの前記連結部の曲がり半径をＲｂ、前記方向転換路を転動する前記転動体の中心軌道半径をＲｐ、前記連結部が弾性変形しないときの前記間座部の中心間距離をｔｗ、前記間座部の両端面に形成された転動体当接面間の最大厚みの１／２をｂ０としたとき、
   Ｒｐ・sin（ｔｗ／２Ｒｂ）−Ｒｗ≧ｂ０であることを特徴とするリニアガイド装置用転動体保持器。
3. 案内レールとスライダとの間に組み込まれた多数の球状転動体を収容する転動体保持器を、前記各転動体の間に設けられた多数の間座部と、これらの間座部を一定ピッチで一列に連結する連結部とから構成したリニアガイド装置において、
   前記転動体を方向転換させる方向転換路内で前記連結部が略円弧状に弾性変形した際に、前記方向転換路内に位置する前記転動体の１個が、隣接する両側の前記間座部のうち少なくとも一方の間座部とは隙間を持った状態になっていることを特徴とするリニアガイド装置。

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