JP2008175259A - リニアガイド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スライダを固定してレール移動で使用する際にレール先端に発生する振動を低減することができ、これによって作業性の向上を図ること。
【解決手段】スライダ５３上にボール６９を介してレール５５が移動自在に組み込まれており、互いに対向するスライダ５３とレール５５の各軌道面の間をボール６９が移動可能に形成された導溝通路６１と、スライダ５３内に形成された戻り通路６３と、この戻り通路６３と導溝通路６１とをボール６９が循環移動可能に接続した湾曲通路６７ａ，６７ｂとでボール６９の循環路７１を形成する。導溝通路６１のスライダ５３の軌道面に、ボール６９の予圧付与部５３ａ−１と、予圧付与部５３ａ−１の片側又は両側に予圧が徐々に無くなる方向に傾斜する傾斜部５３ａ−２と、この傾斜部５３ａ−２と湾曲通路６７ａ，６７ｂとの間に、軌道面とボール６９間に隙間を有して予圧を無くす逃げ部５３ａ−３とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、製造装置や加工機械、測定機器などの各種機械に用いられるリニアガイド装置に関する。

従来のリニアガイド装置として、例えば特許文献１に記載のものがある。この記載中にリニアガイド装置の構成が図３、図４、図５に示されている。図３はリニアガイド装置の斜視図、図４は図３の横断面図、図５は図３の平面状態のスライダ内のボール循環路部分の縦断面図である。
これらの図に示すように、リニアガイド装置は、主に、長尺のレール２と、このレール２に移動自在に嵌合され、その長手方向に相対移動するスライダ４とを備えて構成されている。

また、レール２の両側面には長手方向に互いが平行に配置された溝６が形成されており、このレール２に嵌合されるスライダ４には、その溝６と対向する同形状の溝９が形成され、双方の溝６，９が合わさって概略断面円形状の導溝通路１４が形成され、スライダ内部にその導溝通路１４と平行に同概略断面円形状の戻り通路２５が形成されている。

更に、スライダ４には、その前端及び後端にエンドキャップ１０ａ，１０ｂが取付けられており、これら内部に、導溝通路１４と戻り通路２５とを各両端でＵ字形状に接続する同概略断面円形状の湾曲通路（方向転換通路）１９ａ，１９ｂが形成されている。そして、導溝通路１４、戻り通路２５及び湾曲通路１９ａ，１９ｂの各々で、連なった多数のボール２０が転動する循環路が形成されている。
このような構成によって、レール２に対してスライダ４が前方又は後方に移動すると、循環路をボール２０がその移動と逆方向に転動することによって、当該スライダ４がスムーズに移動できるようになっている。
特開平６１−１３６８０５号公報

ところで、上述した特許文献１のようなリニアガイド装置は、図６に示すように、２つのスライダ４を固定面３０に固定してレール２を移動させる構成で使用するケースがある。この構成例は、レール２の一端に治具３２を固定し、更に治具３２の先端に工具３４を設置して所要の作業を行う装置である。

この装置構成において、治具３２は、図示せぬ駆動装置によって矢印Ｙ１の方向に移動されるレール２と一体に移動する。この場合、特に、治具３２がレール２の一端のみに取付けられているので、例えば治具３２が右方向に比較的長く突き出た状態では片持ち状態となる。このため、治具３２の先端に設置された工具３４が、矢印Ｙ２で示す上下方向等に振動し易くなるので、正確な作業ができなくなるという問題があった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、スライダを固定してレール移動で使用する際にレール先端に発生する振動を低減することができ、これによって作業性の向上を図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している。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１によるリニアガイド装置は、スライダ上に転動体を介してレールが移動自在に組み込まれており、互いに対向配置された該スライダと該レールの各軌道面の間を転動体が移動可能に形成された導溝通路と、該スライダ内に形成された転動体の戻り通路と、この戻り通路と該導溝通路の双方を転動体が循環移動可能に接続した方向転換通路とで転動体の循環路が形成されて成るリニアガイド装置において、前記導溝通路は、前記スライダの軌道面に、前記転動体に予圧を付与する予圧付与部と、この予圧付与部の片側又は両側に前記予圧が徐々に無くなる方向に傾斜する傾斜部と、この傾斜部と前記方向転換通路との間に、前記軌道面と前記転動体間に隙間を有して前記予圧を無くす逃げ部とを設けて成ることを特徴とする。

この構成によれば、レールの概略中央部分がスライダの予圧付与部に位置する状態では、転動体に予圧が付与されているので、レールがスライダに安定に組み付いた状態にある。この状態からレールが一方又は他方に移動し、比較的長く移動すると、レールが片持ち状態となる。この移動の際、レールは予圧付与部から傾斜部を介して逃げ部へと移動するので、傾斜部では転動体に付与されている予圧が徐々に抜け、逃げ部で完全に予圧が抜ける。逃げ部では転動体と軌道面との間に隙間があるので、通常、軌道面に供給されている潤滑剤がその隙間に入り込む。この状態で、レールが片持ち状態となって振動した場合、その隙間の潤滑剤で振動が減衰される。更に、レールが振動した場合、転動体と軌道面との隙間は僅かであるため、転動体と軌道面とが短時間の間に衝突を繰り返す。この際、振動波に衝突波が当該振動波を減衰するように合成され、振動が速やかに減衰される。 また、転動体に全く予圧をかけない構成の場合、上記の振動減衰効果が得られるものの、転動体と軌道面との接触剛性が非常に小さくなるので、初期の振動振幅が大きくなって結果、振動の低減効果が小さくなる。従って、本発明の予圧付与部も有効な作用効果を果たす。

また、本発明の請求項２によるリニアガイド装置は、請求項１において、前記予圧付与部、前記傾斜部及び前記方向転換通路は、段差なく連続した状態になされていることを特徴とする。
この構成によれば、転動体が段差で引っ掛かり転動時の循環が妨げられることがない。
また、本発明の請求項３によるリニアガイド装置は、請求項１または２において、前記逃げ部の前記隙間の寸法は、前記予圧を付与する際の前記転動体の径寸法から、前記スライダと前記レールの各軌道面の間隔寸法を減算して得られるしめしろ寸法よりも大きくされていることを特徴とする。

この構成によれば、転動体に付与されている予圧を、逃げ部で完全に無くすことができる。
また、本発明の請求項４によるリニアガイド装置は、請求項１から３の何れか１項において、前記逃げ部における前記転動体の移動方向に沿った長さは、前記転動体の径寸法よりも大きくされていることを特徴とする。

この構成によれば、逃げ部には常に予圧が解放された転動体が位置するので、転動体が移動しても、常に逃げ部に転動体が存在し、これによって振動の低減効果を維持することができる。
また、本発明の請求項５によるリニアガイド装置は、請求項１から４の何れか１項において、前記逃げ部の範囲では、前記隙間の大きさが一定であることを特徴とする。
この構成によれば、転動体が移動方向に移動しても、逃げ部と転動体との隙間が変化しない。従って、常に安定した一定の減衰性能が得られる。

以上説明したように本発明によれば、スライダを固定してレール移動で使用する際にレール先端に発生する振動を低減することができ、これによって作業性の向上を図ることができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るリニアガイド装置の構成を示し、（ａ）は全体の側面図、（ｂ）は（ａ）の平面状態のスライダ内のボール循環路部分の縦断面図、（ｃ）は（ｂ）に示す拡大部分の図である。
図１（ａ）に示すように、リニアガイド装置５０は、固定面５１に一直線状に各々独立に配置固定された２つのスライダ５３と、これらスライダ５３に矢印Ｙ３で示す図面左右方向に移動自在に組合された長尺のレール５５と、このレール５５の先端に固定された治具５７と、この治具５７の先端に設置された工具５９とを備えて構成されている。

なお、治具５７は、図示せぬ駆動装置によって矢印Ｙ３の方向に移動されるレール５５と一体に移動するようになっている。
また、スライダ５３とレール５５との組合せは、前述の背景技術で説明した従来のリニアガイド装置のスライダとレールとの嵌合による組合せと同様である。即ち、レール５５の両側面には、長手方向に互いが平行に配置された溝（図示せず）が形成されている。

このレール５５に嵌合されるスライダ５３には、前述の従来例で説明したように、レール溝と対向する同形状の溝が形成され、双方の溝が合わさって図１（ｂ）に示す概略断面円形状の導溝通路６１が形成され、更に、スライダ内部にその導溝通路６１と平行に同概略断面円形状の戻り通路６３が形成されている。
更に、スライダ５３には、その前端及び後端にエンドキャップ６５ａ，６５ｂが取付けられており、これら内部に、導溝通路６１と戻り通路６３とを各両端でＵ字形状に接続する同概略断面円形状の湾曲通路６７ａ，６７ｂが形成されている。そして、導溝通路６１、戻り通路６３及び湾曲通路６７ａ，６７ｂの各々で、連なった多数のボール６９が転動する循環路７１が形成されている。

導溝通路６１には、図１（ｃ）に示すように、互いに対向するスライダ軌道面５３ａとレール軌道面５５ａとの間隔Ｄｓを、ボール６９の直径Ｄａよりも僅かに小さくしてボール６９（６９−１〜６９−５）に弾性変形を与える予圧がかけられている。即ち、しめしろδが与えられている。しめしろδは、δ＝Ｄａ−Ｄｓであり、一般的にＤａの１／１０００程度の寸法とされている。本実施の形態では、Ｄａ＝２ｍｍ、δ＝５μｍとなされている。なお、図では、しめしろδを誇張して表してある。

スライダ軌道面５３ａにおいて、しめしろδによってボール６９に予圧が付与されている部分を、予圧付与部５３ａ−１と呼ぶ。また、スライダ軌道面５３ａには、予圧付与部５３ａ−１から湾曲通路６７ａに向かって所定長さで傾斜部５３ａ−２が形成され、この傾斜部５３ａ−２と湾曲通路６７ａとの間に、長さＬｎ、逃げ量Δｎの逃げ部５３ａ−３がレール軌道面５５ａと平行に形成されている。

その傾斜部５３ａ−２は、ボール６９に付与されている予圧が徐々に無くなる方向に傾斜しており、ボール６９−６，６９−７に表すように逃げ部５３ａ−３で予圧が抜けるようになっている。即ち、本実施の形態では、逃げ部５３ａ−３は、長さＬｎ＝１．５Ｄａ＝３ｍｍ、逃げ量Δｎ＝２０μｍである。また、Δｎ＞δとしてあるので、逃げ部５３ａ−３ではボール６９−６，６９−７にかけられた予圧が解放される状態となる。また、逃げ部５３ａ−３の長さＬｎは、ボール６９の直径Ｄａよりも大きくしてある。

更に、逃げ部５３ａ−３は、予圧付与部５３ａ−１と傾斜部５３ａ−２を介してつながっており、予圧付与部５３ａ−１と傾斜部５３ａ−２、傾斜部５３ａ−２と逃げ部５３ａ−３とは段差なく連続した状態とされている。このため、ボール６９が段差で引っ掛かり転動時の循環が妨げられることはない。 更に、本実施の形態では、傾斜部５３ａ−２及び逃げ部５３ａ−３の形成を、ボール６９の軌道面５３ａ（予圧付与部５３ａ−１）と同時に研削加工して実施するので、傾斜部５３ａ−２や逃げ部５３ａ−３の形成のために、特別に加工工程を追加する必要はない。
このような、予圧付与部５３ａ−１、傾斜部５３ａ−２及び逃げ部５３ａ−３の構成は、図１（ｃ）に示すように、一方の湾曲通路６７ａ側にのみ設けても良く、図示はしていないが、他方の湾曲通路６７ｂ側との両側に同様に設けても良い。

次に、本実施の形態のリニアガイド装置５０の特徴部分の動作並びに作用を、図２（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。 図２（ａ）は、予圧付与部５３ａ−１に位置するボール６９と軌道面５３ａ，５５ａとの接触状態を示す図である。
この図に示すように、ボール６９には予圧がかかっているため、ボール６９と軌道面５３ａ，５５ａとは隙間無く接触している。このため、ボール６９と軌道面５３ａ，５５ａとの剛性は高くなっている。

一般にリニアガイド装置５０の軌道面５３ａ，５５ａには、油やグリースなどの潤滑剤７３が供給される。しかし、ボール６９に予圧がかけられている場合には、ボール６９と軌道面５３ａ，５５ａの間には隙間がないため、ボール６９と軌道面５３ａ，５５ａの接触部分に潤滑剤７３が届きにくい。このため、その接触部分の減衰性は低い。言い換えれば、予圧をかけたボール６９だけを用いた場合は、レール５５が振動した際に、この振動がなかなか減衰せず、長期間残存してしまうという不具合を引き起こす。

図２（ｂ）は、逃げ部５３ａ−３に位置するボール６９と軌道面５３ａ，５５ａとの接触状態を示す図である。
この図に示すように、逃げ部５３ａ−３では予圧が解放されるため、ボール６９と軌道面５３ａ，５５ａの間には隙間Ｇ１，Ｇ２があり、この隙間Ｇ１，Ｇ２に潤滑剤７３が入り込む。言い換えれば、ボール６９と軌道面５３ａ，５５ａとの間に潤滑剤７３が入り込み易くなって、この入り込んだ潤滑剤７３の存在が減衰性を高めることになる。

更には、レール５５の軌道面５３ａ，５５ａが振動した場合、ボール６９と軌道面５３ａ，５５ａとの隙間Ｇ１，Ｇ２が僅かであるため、ボール６９と軌道面５３ａ，５５ａとが短時間の間に衝突を繰り返す。この衝突によって、レール５５の振動エネルギーが効果的に消散される。つまり、振動波に衝突波が当該振動波を減衰するように合成されることになる。これによって、レール５５の振動が速やかに減衰される。

但し、全てのボール６９に予圧をかけない構成の場合、上述のような振動の減衰効果が得られるものの、ボール６９と軌道面５３ａ，５５ａとの接触剛性が非常に小さくなってしまう。このため、初期の振動振幅が大きくなり、結果として振動の低減効果が小さくなってしまう。従って、本実施の形態のように、軌道面５３ａ，５５ａの主部分には、予圧付与部５３ａ−１のように予圧をかける構成が必要となる。

また、逃げ部５３ａ−３の長さＬｎを、ボール６９の直径（転動体直径）よりも大きくしているので、逃げ部５３ａ−３には常に予圧が解放されたボール６９が位置する。これによって、スライダ５３内をボール６９が移動しても、常に振動の低減効果を維持することができる。
なお、逃げ部５３ａ−３を設ける箇所は、スライダ軌道面５３ａのレール先端側の端部とするのが、より効果的である。更に、逃げ部５３ａ−３が軌道面５３ａ，５５ａと平行に形成されているので、ボール６９が循環するときに移動方向に移動しても、逃げ部５３ａ−３においては、ボール６９と軌道面５３ａ，５５ａの隙間が一定である。従って、常に安定した一定の減衰性能が得られる。

このように本実施の形態のリニアガイド装置５０によれば、スライダ５３を固定してレール５５を移動させる構成で使用する際に、レール５５先端に発生する振動を低減することができる。これによって、レール５５の先端に固定の治具５７を介して設置された工具５９で所用の作業を行う際に、その作業性の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態に係るリニアガイド装置の構成を示し、（ａ）は全体の側面図、（ｂ）は（ａ）の平面状態のスライダ内のボール循環路部分の縦断面図、（ｃ）は（ｂ）に示す拡大部分の図である。 本実施の形態のリニアガイド装置のスライダ内ボール循環路部分の拡大図であり、（ａ）は予圧付与部に位置するボールと軌道面との接触状態を示す図、（ｂ）は逃げ部に位置するボールと軌道面との接触状態を示す図である。 従来のリニアガイド装置の構成を示す斜視図である。 図３に示すリニアガイド装置の横断面図である。 図３に示すリニアガイド装置の平面状態のスライダ内ボール循環路部分の縦断面図である。 従来のスライダ固定でレール移動として使用するリニアガイド装置の構成例を示す側面図である。

符号の説明

５０ リニアガイド装置
５１ 固定面
５３ スライダ
５３ａ−１ 予圧付与部
５３ａ−２ 傾斜部
５３ａ−３ 逃げ部
５５ レール
５７ 治具
５９ 工具
６１ 導溝通路
６３ 戻り通路
６５ａ，６５ｂ エンドキャップ
６７ａ，６７ｂ 湾曲通路
６９，６９−１〜６９−７ ボール
７１ 循環路
７３ 潤滑剤
Ｄａ ボールの直径
Ｄｓ 予圧付与部におけるスライダ軌道面とレール軌道面との間隔
δ しめしろ
Ｌｎ 逃げ部の長さ
Δｎ 逃げ量

Claims (5)

1. スライダ上に転動体を介してレールが移動自在に組み込まれており、互いに対向配置された該スライダと該レールの各軌道面の間を転動体が移動可能に形成された導溝通路と、該スライダ内に形成された転動体の戻り通路と、この戻り通路と該導溝通路の双方を転動体が循環移動可能に接続した方向転換通路とで転動体の循環路が形成されて成るリニアガイド装置において、
   前記導溝通路は、前記スライダの軌道面に、前記転動体に予圧を付与する予圧付与部と、この予圧付与部の片側又は両側に前記予圧が徐々に無くなる方向に傾斜する傾斜部と、この傾斜部と前記方向転換通路との間に、前記軌道面と前記転動体間に隙間を有して前記予圧を無くす逃げ部とを設けて成る
   ことを特徴とするリニアガイド装置。
2. 前記予圧付与部、前記傾斜部及び前記方向転換通路は、段差なく連続した状態になされていることを特徴とする請求項１に記載のリニアガイド装置。
3. 前記逃げ部の前記隙間の寸法は、前記予圧を付与する際の前記転動体の径寸法から、前記スライダと前記レールの各軌道面の間隔寸法を減算して得られるしめしろ寸法よりも大きくされていることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアガイド装置。
4. 前記逃げ部における前記転動体の移動方向に沿った長さは、前記転動体の径寸法よりも大きくされていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のリニアガイド装置。
5. 前記逃げ部の範囲では、前記隙間の大きさが一定であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のリニアガイド装置。

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