JP2007032730A - 転がり案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スライド部材を構成する際の部品点数を減らすと共にその加工工数を低減化することにより、簡便に且つ安価に製造することが可能であり、且つ、加工精度に対する信頼性を高めることが可能な転がり案内装置を提供する。
【解決手段】ボール転走溝１０が形成された軌道レール１と、多数のボールを介して軌道レール１に組み付けられるスライド部材２とから構成され、前記軌道レール１に面したスライド部材２の一面にはボール３が無限循環するトラック溝３０が形成され、このトラック溝３０は、軌道レール１との間でボール３が荷重を負荷しながら転走する負荷直線溝３１と、この負荷直線溝３１の一方の端部から他方の端部へボール３を無負荷状態で転走させる循環溝３３とから構成され、更に、前記スライド部材２には、前記軌道レール１の転走溝１０からボール３を離脱させて前記循環溝３３に収容するリテーナプレート４が結合されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、軌道レールとスライド部材が多数のボールを介して組みつけられ、前記スライド部材に固定された被搭載物を軌道レールに沿って自在に往復運動させることが可能な転がり案内装置に係り、特に、前記スライド部材がボールの無限循環路を備え、ボールを無限循環させながらスライド部材が軌道レールに沿って連続的に移動することが可能な転がり案内装置に関するものである。

工作機械のワークテーブルや各種搬送装置の直線案内部では、テーブル等の可動体を搭載したスライド部材が軌道レールに沿って連続的に移動する転がり案内装置を多用している。この種の転がり案内装置では、前記スライド部材が多数のボールを介して軌道レールに組付けられており、ボールがスライド部材と軌道レールとの間で荷重を負荷しながら転走することにより、スライド部材に搭載した可動体を軌道レールに沿って極僅かな抵抗で軽く運動させることが可能となっている。また、スライド部材にはボールの無限循環路が具備されており、ボールをこの無限循環路内で循環させることにより、前記スライド部材が軌道レールに沿って連続的に移動することが可能となっている。

前記軌道レールには長手方向に沿ってボールの転走溝が形成される一方、前記スライド部材には軌道レールのボール転走溝と対向する負荷転走溝が形成され、これら軌道レール側のボール転走溝とスライド部材側の負荷転走溝とによってボールの負荷転走通路が形成されている。すなわち、ボールは軌道レール側のボール転走溝とスライド部材側の負荷転走溝に接し、両者の間に作用する荷重を負荷しながら転走するように構成されている。また、スライド部材には前記負荷転走溝と平行に無負荷転走通路が形成され、更に、この無負荷転走通路の両端は円弧状に形成された一対の方向転換路によって前記負荷転走通路と連通連結されている。ボールは負荷転走通路の端部において荷重から解放され、軌道レールのボール転走溝から離脱して前記方向転換路に進入し、この方向転換路から無負荷転走通路へと転走する。また、無負荷転走通路内を転走したボールは反対側の方向転換路を経て軌道レールのボール転走溝に戻され、再び荷重を負荷しながら負荷転走通路内を転走する。このようにスライド部材は負荷転走通路、方向転換路、無負荷転走通路、方向転換路と連続するボールの無限循環路を具備しており、ボールがこの無限循環路を循環しながら荷重の負荷状態及び無負荷状態を繰り返すことにより、スライド部材が軌道レールに沿ってストロークの制限なく連続的に移動することが可能となっている。

従来、前記スライド部材は、焼入れが可能な鋼から形成されたブロックボディと、このブロックボディの前後両端面に固定される一対の合成樹脂製エンドキャップとから構成されており、前記負荷転走溝はブロックボディに研削加工で形成される一方、前記無負荷転走通路はブロックボディにボールの直径よりも大きな内径の貫通穴を前記負荷転走溝と平行に形成し、これによりトンネル状の無負荷転走通路としている。また、方向転換路は前記エンドキャップに形成されており、このエンドキャップをブロックボディの前後両端面に固定することにより、負荷転走通路の端部と無負荷転走通路の端部とが方向転換路で連結され、ボールの無限循環路が構成されるようになっている（特開平１０−００９２６４号公報、実公平４−５３４５９号公報等）。
特開平１０−００９２６４号公報 実公平４−５３４５９号公報 特開２００１−２２７５４０号公報

しかし、このような従来の転がり案内装置に適用されていたボールの無限循環路の構成では、前記ブロックボディに対して負荷転走溝を形成するための研削加工や、無負荷転走通路となる貫通孔の孔明け加工等、多種類の加工を順次行わなければならず、かかるブロックボディの製造コストが嵩むと共に、その加工精度の信頼性が損なわれ易いといった問題点があった。また、ボールの無限循環路を形成するためにエンドキャップが必要となり、このエンドキャップは合成樹脂の射出成形で複雑な形状を与えていることから、この点においてもスライド部材の製造コストが嵩んでしまうといった問題点があった。加えて、無限循環路内におけるボール循環の円滑化を図るためには、ブロックボティに対するエンドキャップの取付けを高精度に行う必要があり、スライド部材の組み立てに手間がかかるといった問題点もあった。

一方、特開２００１−２２７５４０号公報に開示される転がり案内装置では、スライド部材に対する無負荷転走通路の形成を簡便に行うものとして、スライド部材と軌道レールのそれぞれに互いに対向する溝を形成し、これら溝によってボールの無負荷転走通路を構成する試みがなされている。しかし、ボールを負荷転走通路から無負荷転走通路に送り込む方向転換路は従来通りにエンドキャップに形成されており、スライド部材を簡便に組み立てるといった観点からは何ら改善されていなかった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、スライド部材を構成する際の部品点数を減らすと共にその加工工数を低減化することにより、簡便に且つ安価に製造することが可能であり、且つ、加工精度に対する信頼性を高めることが可能な転がり案内装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の転がり案内装置は、長手方向に沿ってボール転走溝が形成された軌道レールと、多数のボールを介して前記軌道レールに組み付けられるスライド部材とから構成されている。このスライド部材の一面には前記ボールが無限循環するトラック溝が形成され、かかるトラック溝は、軌道レールの転走溝との間でボールが荷重を負荷しながら転走する負荷直線溝と、この負荷直線溝の一方の端部から他方の端部へボールを無負荷状態で転走させる循環溝とから構成されている。また、前記負荷直線味噌を転走しているボール、すなわち軌道レールの転走溝を転走しているボールを該転走溝から離脱させて前記循環溝に収容するため、前記スライド部材にはリテーナプレートが結合され、かかるリテーナプレートが軌道レールの転走溝からボールを掬い上げて、かかるボールを前記循環溝に導くように構成されている。

このような転がり案内装置によれば、ボールはスライド部材に形成されたトラック溝に収容され、かかるトラック溝の内部を無限循環している。このトラック溝はボールの転走溝が形成された軌道レールの一面と対向しており、ボールはトラック溝の一部をなす負荷直線溝と軌道レールの転走溝との間で荷重を負荷しながら転走する。また、軌道レールの転走溝からボールを掬い上げる機能を具備したリテーナプレートを前記スライダに結合することにより、ボールは前記負荷直線溝と循環溝とを自在に往来することができ、トラック溝内を無限循環することが可能となる。従って、ボールの無限循環に伴って前記スライド部材を軌道レールに沿って連続的に移動させることができ、そのようなスライド部材を極めて簡易に且つ安価に形成することが可能となる。また、スライド部材に対する加工工数が極めて少ないので、加工精度に対する信頼性も高めることが可能となる。

前記リテーナプレートは軌道レールの転走溝内を転走するボールを掬い上げ、かかる転走溝から離脱させた後に、スライド部材の循環溝に送り込む機能を発揮しさえすれば良く、掬い上げ舌片を具備したリテーナプレートを負荷直線溝と循環溝との接続部位を覆うサイズに形成し、これを前記スライド部材に装着することが考えられる。

一方、軌道レールに対して解放された循環溝を無負荷状態で転走するボールは軌道レールに対して大きな相対速度差を有していることから、かかるボールが軌道レールに接触してまうと、大きな騒音が発生してしまう他、ボールが早期に摩耗してしまう懸念がある。従って、循環溝内のボールを軌道レールに接触させないといった観点からすれば、前記リテーナプレートはスライド部材の循環溝を十分に覆うことができるサイズに形成され、かかるリテーナプレートをスライド部材に結合することによって、前記循環溝内を転走するボールを軌道レールから離隔するのが好ましい。

また、前記リテーナプレートをトラック溝を完全に覆う板状に形成し、負荷直線溝を転走するボールを軌道レールの転走溝に接触させるためのスリット部を該リテーナプレートに形成するようにしても良い。この場合、前記スリット部の長手方向の両端に掬い上げ舌片を形成し、かかる掬い上げ舌片を用いて軌道レールの転走溝からボールを離脱させるように構成することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の転がり案内装置を詳細に説明する。

図１及び図２は本発明を適用した転がり案内装置の一例を示すものである。この転がり案内装置は、断面略矩形状に形成された長尺な軌道レール１と、チャネル状に形成されると共に多数のボール３を介して前記軌道レール１に組付けられたスライド部材２と、このスライド部材２に固定されると共に該スライド部材２と軌道レール１との隙間に位置するリテーナプレート４とから構成されており、前記スライド部材２が軌道レール１に跨がるようにして該軌道レール１上を自在に往復運動するように構成されている。

前記軌道レール１の両側面には長手方向に沿ってボール３の転走溝１０が各１条ずつ形成されている。この転走溝１０はボール３が転走する２つの転走面が９０°の角度で交わったものであり、その断面は所謂ゴシックアーチ状をなしている。従って、ボール３は前記転走溝に対して２点で接触し、その接触方向は軌道レール１の底面に対して４５°ずつ傾斜している。また、軌道レール１には長手方向に所定の間隔をおいて複数のボルト取付孔１１が貫通形成されており、かかるボルト取付孔１１を利用して軌道レール１を各種機械装置のベッドやコラム等の固定部に取り付けることができるようになっている。

一方、前記スライド部材２は横ウェブ２０及びこの横ウェブ２０と直交する一対のフランジ部２１，２１を有してチャネル状に形成されており、図２に示すように、僅かな隙間を介して軌道レール１に跨がっている。すなわち、軌道レール１はスライド部材２の一対のフランジ部２１，２１の間に位置している。前記横ウェブ２０の上面はテーブル等の可動体の取付面２２となっており、かかる横ウェブ２０には取付ねじを螺合させるタップ穴２３が形成されている。また、スライド部材２の移動方向の前後両端にはゴム製のシール部材５が設けられており、スライド部材２と軌道レール１との隙間を密封し、軌道レール１に付着していた塵芥がスライド部材２の内部に侵入するのを防止すると共に、グリース等の潤滑剤がスライド部材２の内部から外部へ漏れだすのを防止している。このシール部材５は前記リテーナプレート４の端部に固定されており、リテーナプレート４をスライド部材２に固定することによって、スライド部材２の所定の位置に接するようになっている。

前記軌道レール１の側面と僅かな隙間を介して対向するスライド部材２のフランジ部２１の内側面には、多数のボール３を収容したトラック溝３０が形成されている。図３に示すように、このトラック溝３０は、軌道レール１の転走溝１０と対向する負荷直線溝３１と、この負荷直線溝３１の一方の端部から他方の端部へボールを循環させる循環溝３２とから構成されている。また、前記循環溝３２は、前記負荷直線溝３１と平行に形成された無負荷直線溝３３と、これら負荷直線溝３１と無負荷直線溝３３との間でボールを往来させる方向転換溝３４，３４とから構成されている。図２の断面図に示されるように、ボール３が軌道レール１の転走溝１０とスライド部材２の負荷直線溝３１との間で荷重を負荷しながら転走することにより、前記スライド部材２は軌道レール１に沿って自在に往復動することが可能となっている。すなわち、軌道レール１の転走溝１０とスライド部材２の負荷直線溝３１との対向により、ボール３の負荷転走通路が形成されている。スライド部材２を軌道レール１に沿って移動させると、軌道レール１のボール転走溝１０とスライド部材２の負荷直線溝３１との間に挟まれているボール３、すなわち負荷転走通路内で荷重を負荷しているボール３は、軌道レール１に対するスライド部材２の移動速度Ｖの半分の速度０．５Ｖで負荷直線溝２２内を移動する。

図４に示すように、前記トラック溝３０の負荷直線溝３１は、その断面がゴシックアーチ状に形成されており、ボール３は負荷直線溝３１に対して２点で接触している。ボール３と負荷直線溝３１との接触方向はフランジ部２１の内側面の法線方向（図４の左右方 向）に対して上下に４５度ずつ傾斜しており、スライド部材２に対してその移動方向以外に作用するあらゆる荷重を負荷することができるようになっている。

一方、前記スライド部材２の内側にはリテーナプレート４が嵌合している。図５はスライド部材２とリテーナプレート４の分解斜視図である。このリテーナプレート４は金属薄板を折り曲げてチャネル状に形成されており、スライド部材２の横ウェブ２０及び各フランジ部２１に接し、各フランジ部２１の内側面に形成されたトラック溝３０を覆っている。リテーナプレート４にはトラック溝３０の負荷直線溝３１と対向する位置にスリット部４０が開設されており、トラック溝３０に収容されたボール３のうち、負荷直線溝３１を転走するボール３のみが前記スリット部４０を介して軌道レール１の転走溝１０に接触することができるようになっている。また、前記スリット部４０の長手方向の両端には、軌道レール１の転走溝１０を転走してきたボール３を該転走溝１０から掬い上げるための舌片４１が形成されており、この舌片４１はスライド部材２を軌道レール１に組み付けた際に該軌道レール１の転走溝１０内に位置して、転走溝１０内におけるボール３の転走を遮るようになっている。

前記リテーナプレート４にはスライド部材２のフランジ部２１の下端面に対応した取付部４２が突設されており、この取付部４２を貫通する固定ねじ４３をスライド部材２のフランジ部２１に締結することにより、リテーナプレート４がスライド部材２と強固に一体化されるようになっている。リテーナプレート４の長手方向の両端部にはシール部材５が例えば加硫接着によって固定されており、リテーナプレート４をスライド部材２に嵌合させ固定することで、前記シール部材５がスライド部材２に接触するようになっている。また、シール部材５には軌道レール１に圧接するリップ部５０が形成されており、リテーナプレート４が組み付けられたスライド部材２を軌道レール１に組み付けると、前記リップ部５０が転走溝１０を含めた軌道レール２の側面及び上面に対して線接触するようになっている。

一方、前記トラック溝３０の一部を構成する無負荷直線溝３３はボール３の直径よりも僅かに大きな幅を有すると共に、ボール３の直径よりも僅かに深く形成されており、前記リテーナプレート４によって覆われることでボール３の無負荷転走通路を構成している。従って、前記方向転換溝３４を経て無負荷直線溝３３内に導かれたボール３は、かかる無負荷直線溝３３の内部を無負荷状態で転走する。

また、前記無負荷直線溝３３と相まって循環溝３２を構成する方向転換溝３４は、前記無負荷直線溝３３と同一の深さ及び幅に形成されている。図６に示されるように、負荷直線溝３１の端部付近においては、かかる負荷直線溝３１の深さが徐々に深くなり、方向転換溝３４と段差なく連続するようになっている。このため、スライド部材２の負荷直線溝３１と軌道レール１のトラック溝１０との間で荷重を負荷しながら転走してきたボール３は、負荷直線溝３１の端部にまで達すると徐々に荷重から解放され、無負荷状態となって方向転換溝３４に導入される。また、負荷直線溝３１と方向転換溝３４の連結部に対応する位置には、前記リテーナプレート４に形成された舌片４１が位置しており、負荷直線溝３１の端部において荷重から解放されたボール３は前記舌片４１によって軌道レール１の転走溝１０から掬い上げられ、方向転換溝３４に導入されるようになっている。

前記リテーナプレートが軌道レールの転走溝１０からスライド部材２の方向転換溝３４へボール３を掬い上げる構成としては、前述の舌片４１を軌道レールの転走溝内に差し込む以外に、リテーナプレート４のスリット部４０の長手方向の両端に対し、スリット部４０の開口幅が徐々に狭くなるスリットエンド部４４を形成することが考えられる。図７はこのスリットエンド部４４がボール３をリテーナプレート４上に持ち上げる様子を描いたものであり、分図ａはボール３が軌道レール１の転走溝１０を転走している状態を、分図ｄはボール３がリテーナプレート４上に掬い上げられた状態を示しており、分図ｂ及びｃは分図ａから分図ｄへの移行状態を順を追って示している。前記スリットエンド部４４はリテーナプレート４に開設されたスリット部４０の長手方向の両端部に形成されており、かかるスリットエンド部４４においては該スリット部４０の開口幅が徐々に狭くなり、最終的にスリット部４０が閉じている。また、リテーナプレート４は軌道レール１の転走溝１０を転走するボール３の赤道よりも軌道レール１側に位置している。従って、ボール３がスライド部材２の負荷直線溝３１を転走し、リテーナプレート４のスリットエンド部４４に到達すると、スリット部４０の開口幅が徐々に狭くなってくることから、分図ｂ及びｃに示すように、ボール３はスリットエンド部４４によって両側から支えられるようにして徐々に軌道レール１の転走溝１０から持ち上げられ、最終的には分図ｄに示されるようにリテーナプレート４に乗り上げる。これにより、ボール３は軌道レール１の転走溝１０から完全に離脱し、リテーナプレート４に覆われたスライド部材２の方向転換溝３４に導入される。

ボール３はこのようにしてスライド部材２の負荷直線溝３１、方向転換溝３４、無負荷直線溝３３を順次転走し、無負荷直線溝３３から反対側の方向転換溝３４を経て再び負荷直線溝３１に送り込まれる。すなわち、ボール３はトラック溝３０内を循環し、これに伴ってスライド部材２が軌道レール１に沿って荷重を負荷しながら間断なく連続的に移動することが可能となっている。

このような本実施例の転がり案内装置では、スライド部材２のフランジ部２１に対して前記トラック溝３０を形成すると共に、軌道レール１の転走溝１０からボール３を離脱させるリテーナプレート４を前記スライド部材２に装着し、軌道レール１に対するスライド部材２の移動に伴い、ボール３が前記トラック溝３０内を循環するように構成しているので、スライド部材２の構成はボール３の無限循環路を具備しつつも、極めて簡素なものとなっている。また、前記トラック溝３０はスライド部材２に対してエンドミルを用いたフライス加工等を用いることで容易に形成することができ、しかも負荷直線溝３１、方向転換溝３４及び無負荷直線溝３３の深さは加工機械の数値制御によって精度良く調整することが可能である。従って、極めて安価にスライド部材２を形成することが可能である他、スライド部材２にボール無限循環路を形成するための加工工数が極めて少なく、スライド部材２の加工精度に対する信頼性も高めることが可能となる。

また、前記スライド部材２としては、金属棒状部材に引き抜き加工を施し、それによって前述したチャネル状の形状を与えてもよいが、平板状の金属プレートを折り曲げることでチャネル状に形成することも可能であり、このように金属プレートからスライド部材２を形成するのであれば、金属プレートに絞り加工を施すことで前記トラック溝３０を形成することも可能である。これにより、一層安価にスライド部材２を形成することが可能である。

更に、軌道レール１に向けて解放されたトラック溝３０をリテーナプレート４で覆うことにより、無負荷転走溝内を転走するボールを軌道レールから離隔し、軌道レール１に対する相対移動速度が極めて速い無負荷ボールが該軌道レール１に接触するのを防止しているので、ボール３の早期摩耗を防止することが可能になると共に、スライド部材２の走行時におけるボール３と軌道レール１との接触音の発生を防ぐことが可能となる。

また更に、リテーナプレート４にはシール部材５が固定されており、かかるリテーナプレート４をスライド部材２に固定するのみで、軌道レール１との間の密封性にすぐれたスライド部材２を得ることができ、防塵性に優れた転がり案内装置を安価に提供することが可能となる。

本発明を適用した転がり案内装置の一例を示す斜視図である。 図１に示す転がり案内装置の正面断面図である。 図１に示す転がり案内装置におけるスライド部材のトラック溝を示す拡大図である。 トラック溝の方向転換溝におけるボールの移動の様子を示す拡大断面図である。 スライド部材とリテーナプレートとの組み付け状態を示す分解斜視図である。 リテーナプレートに形成した舌片を用いて軌道レールの転走溝からボールを掬い上げる様子を示す拡大断面図である。 軌道レールの転走溝からボールを掬い上げる他の構成を示す説明図である。

符号の説明

１…軌道レール、２…スライド部材、３…ボール、４…リテーナプレート、１０…転走溝、３０…トラック溝、３１…負荷直線溝、３２…循環溝、３３…無負荷直線溝、３４…方向転換溝、４０…スリット部

Claims (5)

1. 長手方向に沿ってボール転走溝が形成された軌道レールと、多数のボールを介して前記軌道レールに組み付けられるスライド部材とから構成され、
   前記軌道レールに面したスライド部材の一面には前記ボールが無限循環するトラック溝が形成され、かかるトラック溝は、軌道レールの転走溝との間でボールが荷重を負荷しながら転走する負荷直線溝と、この負荷直線溝の一方の端部から他方の端部へボールを無負荷状態で転走させる循環溝とから構成され、更に、
   前記スライド部材には、前記軌道レールの転走溝を転走するボールを該転走溝から離脱させて前記循環溝に収容するリテーナプレートが結合されていることを特徴とする転がり案内装置。
2. 前記リテーナプレートは前記循環溝を覆って、かかる循環溝内を無負荷状態で転走するボールを軌道レールから離隔することを特徴とする請求項１記載の転がり案内装置。
3. 前記リテーナプレートは前記トラック溝を覆うようにして設けられると共に、前記負荷直線溝を転走するボールを軌道レールの転走溝に接触させるスリット部を有していることを特徴とする請求項２記載の転がり案内装置。
4. 前記スライド部材の移動方向におけるリテーナプレートの両端部にシール部材を固定し、かかるシール部材によってスライド部材とリテーナプレートの間、リテーナプレートと軌道レールの間を密封することを特徴とする請求項３記載の転がり案内装置。
5. 前記スライド部材は、軌道レールの上面に対向した横ウェブ及び軌道レールの側面に対向した一対のフランジ部を有し、前記軌道レールが遊嵌する収容溝を有してチャネル状に形成され、各フランジ部の内側面に前記トラック溝が形成される一方、
   前記リテーナプレートは前記スライド部材の収容溝に嵌合するチャネル状に形成され、前記スライド部材のフランジ部と対向する位置に前記スリット部が形成されていることを特徴とする請求項３記載の転がり案内装置。