JP2010190401A

JP2010190401A - 直動案内装置

Info

Publication number: JP2010190401A
Application number: JP2009038124A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Okubo; 努大久保
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2010-09-02

Abstract

【課題】複雑な形状の保持器やローラチェーンなどの部品を用いることなく、簡単な形状のスペーサローラを用いて、ローラ同士の接触を防止するとともにローラのスキューの発生を抑制し、かつ剛性や動定格荷重の低減を防止できる直動案内装置を提供する。
【解決手段】転動体としての円筒状のローラ４が複数個、無限循環路４０内を転動しつつ循環する直動案内装置１において、隣接するローラ４の間に、半径をｒ、ローラ４の半径をＲとした場合に、ｒ＞Ｒ²／４Ｒを満たす半径を有する円筒状のスペーサローラ５を挿入している。
【選択図】図５

Description

本発明は、円筒状のローラを転動体として用いる直動案内装置に関する。

一般に、円筒状のローラを転動体として用いたローラガイドやローラパックなどの直動案内装置においては、無限循環路内を複数の円筒状のローラが転動しつつ循環するようになっている。
このようなローラガイドやローラパックなどの直動案内装置は、ボールを転動体として用いるものに比べて剛性及び負荷容量が大きいという利点を有しているが、ローラ同士が接触し合うとその接触部分でのそれぞれのローラの回転方向は互いに逆向きになるため、その部分で発生する摩擦力によって円滑な作動が妨げられるという問題がある。また、円筒状のローラを転動体として用いた直動案内装置では、スキューと称される軸振れがローラに生じることがあり、直動案内装置の作動性を低下させる原因となっている。

そこで、各円筒状ローラの間にセパレータを配置し、これらセパレータでローラ同士の接触やスキューの発生などを抑制するようにしたものとして、従来、例えば、図１１に示すものが知られている（特許文献１）。
図１１に示すセパレータ１１０は、円筒状ローラ１０１の周面部と接触する凹状曲面部１１１を前後方向両端に有するセパレータ本体１１３と、このセパレータ本体１１３の左右両側に互いに向きを同じにして平行に設けられた一対の腕部１１２とからなっている。そして、各腕部１１２は、セパレータ本体１１３を間に挟んで隣り合う二つの円筒状ローラ１０１の中心間距離よりも短い長さＬをセパレータ本体１１３の左右方向に有している。

また、ローラチェーンを用いてローラ同士の接触やスキューの発生などを抑制するものとして、従来、例えば、図１２に示すものが知られている（特許文献２参照）。
図１２に示す直線ローラ装置２０１は、図１２（Ａ）に示すように、軌道レール２０２と、この軌道レール２０２の上面側に２列、左右両側面側に１列づつ合計４列のローラ２０３を介して移動自在に組み付けられた移動ブロック２０４とを備えている。各４列のローラ２０３は、移動ブロック２０４と軌道レール２０２の対応するローラ転走面２０６，２０７；２０５，２０８間の荷重負荷領域、方向転換路２１０（図１２（Ｂ）参照）、及びローラ戻し通路２０９で構成される無限循環路を循環するようになっている。そして、各４列のローラ２０３は、無限循環路内に循環移動可能に挿入されるローラチェーン２１８によって一連に連鎖されている。

更に、従来、円筒状ローラを転動体として用いるものではないが、ボールを転動体として用いたボール直動装置において、ボール同士の摩擦による発塵や摩耗による寿命の低下、回転トルクむらを回避するために、スペーサボールを用いた、例えば、図１３に示すものが知られている（特許文献３参照）。
図１３に示すボール直動装置において、ねじ軸３１１とナット３１２との間にボールねじ機構が設けられ、ボール３１３間に、スペーサボール保持器３１４に保持されたスペーサボール３１５が配置されている。各スペーサボール保持器３１４には、スペーサボール３１５を保持するために球形状の空洞部である収納部３１４ａが形成され、内部に保持されたスペーサボール３１５の両側は、スペーサボール保持器３１４から露出して両側のボール３１３に接触している。各スペーサボール３１５の直径は、ボール３１３の直径よりも小さくなっており、たとえば、ボール３１３の直径の２／３、１／３、１／５となっている。このように、スペーサボール保持器３１４を設けることにより、転動体がボール３１３の場合において、小さいスペーサボール３１５が溝直角断面内の空間を自由に動くことを防止することができる。

特開２００４−２４５２３３号公報特開平９−３０３３９０号公報特開２００４−３４６９６３号公報

しかしながら、これら従来の技術にあっては、以下の問題点があった。
即ち、図１１に示すセパレータ１１０の場合、セパレータ１１０の部品形状が複雑であり、組立作業性が悪く、製造コストが高いという問題点があった。
また、図１２に示す直線ローラ装置２０１の場合にあっても、ローラチェーン２１８の部品形状が複雑であり、組立作業性が悪く、製造コストが高いという問題点があった。

更に、図１３に示すボール直動装置３０１の場合には、小さいスペーサボール３１５が溝直角断面内の空間を自由に動くことを防止するスペーサボール保持器３１４が必要となるばかりでなく、そのスペーサボール保持器３１４の形状が複雑であり、組立作業性が悪く、製造コストが高いという問題点があった。
従って、本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、複雑な形状の保持器やローラチェーンなどの部品を用いることなく、簡単な形状のスペーサローラを用いて、ローラ同士の接触を防止するとともにローラのスキューの発生を抑制し、かつ剛性や動定格荷重の低減を防止できる直動案内装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に係る直動案内装置は、転動体としての円筒状のローラが複数個、無限循環路内を転動しつつ循環する直動案内装置において、隣接する前記ローラの間に、半径をｒ、前記ローラの半径をＲとした場合に、ｒ＞Ｒ²／４Ｒを満たす半径を有する円筒状のスペーサローラを挿入したことを特徴としている。
また、本発明のうち請求項２に係る直動案内装置は、請求項１記載の直動案内装置において、前記無限循環路内における隣接する前記ローラ間の最大の隙間を、前記ローラの直径の１％〜２０％の大きさとしたことを特徴としている。

更に、本発明のうち請求項３に係る直動案内装置は、請求項１又は２記載の直動案内装置において、前記スペーサローラの材質を、前記ローラの材質よりも柔らかい材質としたことを特徴としている。
また、本発明のうち請求項４に係る直動案内装置は、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の直動案内装置において、前記スペーサローラの外周に潤滑剤溜まり用凹部を設けたことを特徴としている。

更に、本発明のうち請求項５に係る直動案内装置は、請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の直動案内装置において、前記直動案内装置が、案内レールと、該案内レールに相対移動可能に搭載されたスライダと、複数個の転動体としての円筒状の前記ローラとを備え、該複数個のローラが、前記案内レールに形成された転動体案内面及び該転動体転動面と対向する前記スライダに形成された負荷転動体案内面との間に挟まれた転動通路と、前記スライダに形成された転動体戻し通路及び方向転換路とで構成される前記無限循環路内を転動しつつ循環するローラガイドであることを特徴としている。

本発明のうち請求項１に係る直動案内装置によれば、隣接するローラの間に、半径をｒ、ローラの半径をＲとした場合に、ｒ＞Ｒ²／４Ｒを満たす半径を有する円筒状のスペーサローラを挿入したので、隣接するローラ間の隙間を０より大きな隙間とすることができ、複雑な形状の保持器やローラチェーンなどの部品を用いることなく、簡単な形状のスペーサローラを用いてローラ同士の接触を防止することができる直動案内装置を提供できる。また、スペーサローラが円筒状に形成されているから、前記ローラの長手方向全体を押さえることができるので、当該ローラのスキューの発生を抑制することができる。

また、本発明のうち請求項２に係る直動案内装置によれば、請求項１記載の直動案内装置において、前記無限循環路内における隣接する前記ローラ間の最大の隙間を、前記ローラの直径の１％〜２０％の大きさとしたので、ローラ間の最大の隙間をローラの直径に対して小さくできるため、剛性や動定格荷重の低下を防止することができる。
更に、本発明のうち請求項３に係る直動案内装置によれば、請求項１又は２記載の直動案内装置において、前記スペーサローラの材質を、前記ローラの材質よりも柔らかい材質としたので、例えば、スペーサローラの材質として樹脂を使用すると、油やグリス溜まりとして潤滑剤をスペーサローラの周りに保持でき、潤滑効果を期待することができる。

また、本発明のうち請求項４に係る直動案内装置によれば、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の直動案内装置において、前記スペーサローラの外周に潤滑剤溜まり用凹部を設けたので、油やグリスなどの潤滑剤がかかる凹部に溜まり、スペーサローラの外周に潤滑剤を確実に保持でき、潤滑効果をより期待することができる。
また、本発明のうち請求項５に係る直動案内装置は、請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の直動案内装置において、前記直動案内装置が、案内レールと、該案内レールに相対移動可能に搭載されたスライダと、複数個の転動体としての円筒状の前記ローラとを備え、該複数個のローラが、前記案内レールに形成された転動体案内面及び該転動体転動面と対向する前記スライダに形成された負荷転動体案内面との間に挟まれた転動通路と、前記スライダに形成された転動体戻し通路及び方向転換路とで構成される前記無限循環路内を転動しつつ循環するローラガイドであるので、ローラガイドにおいて、複雑な形状の保持器やローラチェーンなどの部品を用いることなく、簡単な形状のスペーサローラを用いて、ローラ同士の接触を防止するとともにローラのスキューの発生を抑制し、かつ剛性や動定格荷重の低減を防止できる。

本発明に係る直動案内装置の実施形態としてのローラガイドを示す斜視図である。図１に示すローラガイドの一部を破断して示す説明図である。図２におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図である。理想的なローラの状態を説明するための図である。図１に示すローラガイドのローラ間にスペーサローラを挿入した状態を説明するための図である。スペーサローラの説明図である。スペーサローラの変形例の説明図である。スペーサローラの別の変形例の説明図である。スペーサローラを方向転換路において曲げＲの内側に挿入した場合の説明図である。スペーサローラを方向転換路において曲げＲの外側に挿入した場合の説明図である。従来例のセパレータを説明するための図である。従来例の直線ローラ装置を説明するための図である。従来例のボール直動装置を説明するための図である。

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、本発明に係る直動案内装置の実施形態としてのローラガイドを示す斜視図である。図２は、図１に示すローラガイドの一部を破断して示す説明図である。図３は、図２おけるＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
図１乃至図３に示すローラガイド１は、軸方向に延びる案内レール２と、案内レール２に対して軸方向に相対移動可能に搭載されたスライダ３と、複数個の転動体としての円筒状のローラ４とを備えている。

案内レール２の両側面には、それぞれ２条づつ計４条の転動体案内面２１が軸方向に沿って形成されている。スライダ３は、スライダ本体３Ａと、このスライダ本体３Ａの両端面に取付ねじ６によって取り付けられた一対のエンドキャップ３Ｂとを備えている。
スライダ本体３Ａは、案内レール２上を横断するように延びる胴部３１と、この胴部３１の両端に設けられた一対の袖部３２とを有する略コ字形の断面形状を有している。スライダ本体３Ａの両袖部３２の内側には、図２及び図３に示すように、案内レール２の各転動体案内面２１にそれぞれ対向する負荷転動体案内面３３が計４条形成されている。そして、転動体案内面２１と、これに対向する負荷転動体案内面３３との間に挟まれた空間が転動通路３４をなしている。また、スライダ本体３Ａの両袖部３２には、転動体案内面２１と略平行でスライダ本体３Ａの軸方向に貫通する４本の転動体戻し通路３５が設けられている。

各エンドキャップ３Ｂは、略コ字形の断面形状を有するスライダ本体３Ａの端面に取り付けられた方向転換路形成部材である。即ち、各エンドキャップ３Ｂには、図３に示すように、転動通路３４に連なるとともに、転動体戻し通路３５に連通する半円状に湾曲した方向転換路３６が形成されている。転動通路３４、転動体戻し通路３５及び一対の方向転換路３６で環状に連続する無限循環路４０を構成する。そして、この無限循環路４０内には、転動体としての円筒状のローラ４が複数装填されてローラ列を構成し、複数個のローラ４が転動しつつ循環するようになっている。

そして、このローラガイド１においては、図３に示すように、隣接するローラ４の間に円筒状のスペーサローラ５が挿入されている。従って、無限循環路４０内には、複数個のスペーサローラ５が挿入される。
以下、このスペーサローラ５について図４乃至図１０を参照して詳細に説明する。図４は、理想的なローラの状態を説明するための図である。図５は、図１に示すローラガイドのローラ間にスペーサローラを挿入した状態を説明するための図である。図６は、スペーサローラの説明図である。図７は、スペーサローラの変形例の説明図である。図８は、スペーサローラの別の変形例の説明図である。図９は、スペーサローラを方向転換路において曲げＲの内側に挿入した場合の説明図である。図１０は、スペーサローラを方向転換路において曲げＲの外側に挿入した場合の説明図である。

ローラガイド１では、図４に示すように、ローラ４間にわずかな隙間ΔＳが存在し、ロ
ーラ４同士の接触、すなわち競り合いがなく、ローラ４がスキューを起こさず、また、剛性や動定格荷重の低下がないことが理想である。
この理想を達成するために、本実施形態にあっては、図５に示すように、隣接するローラ４の間に小径のスペーサローラ５を挿入している。

ここで、小径のロスペーサローラ５を隣接するローラ４の間に挿入しローラガイドとして成立するためには、下記１）及び２）の要件を満足する必要がある。
１）スペーサローラ５が安定するように、それぞれのローラ４間の隙間ΔＳよりも大き
な直径を有するスペーサローラ５とする必要がある。

２）また、無限循環路４０内における隣接するローラ４間の隙間ΔＳはすべて一定では
ない。スペーサローラ５が安定して動作するためには、無限循環路４０内における隣接するローラ４間の最大の隙間ΔＳが、スペーサローラ５の直径よりも小さくなる必要がある
。そして、無限循環路４０内における隣接するローラ４間の最大の隙間ΔＳを、無限循環
路４０の長さ、スペーサローラ５の直径により調整する必要がある。

なお、スペーサローラ５がローラ４の長手方向（ローラ４の軸方向）に移動しないように、ガイドが必要となるが、通常、ローラ４のスキューを防止するために、ローラガイド１の負荷転動体案内面３３の両側には鍔が設けてあり、この鍔によりスペーサローラ５の両端面を案内するようにする。
上記要件１）及び２）に鑑みて、円筒状のスペーサローラ５の半径ｒを以下のように決定する。

図５において、スペーサローラ５の半径をｒ、ローラ４の半径をＲと、隣接するローラ４間の隙間をΔＳとした場合、幾何的に次の（１）式が成立する。
（Ｒ＋ｒ）²＝（Ｒ−ｒ）²＋（Ｒ＋ΔＳ）²・・・（１）
隣接するローラ４同士の接触を防止、即ち隣接するローラ４同士の競り合いを防止するためには、隣接するローラ４間の隙間ΔＳを０よりも大きくする必要があるので、（１）
式を変形してスペーサローラ５の半径ｒを次の（２）式のようにすればよい。
ｒ＞Ｒ²／４Ｒ・・・（２）

スペーサローラ５の半径ｒを（２）式が成立するように決定することにより、隣接するローラ４間の隙間を０より大きな隙間とすることができ、複雑な形状の保持器やローラチェーンなどの部品を用いることなく、簡単な形状のスペーサローラ５を用いてローラ４同士の接触を防止することができる直動案内装置１を提供できる。また、スペーサローラ５が円筒状に形成されているから、ローラ５の長手方向全体を押さえることができるので、ローラ５のスキューの発生を抑制することができる。

そして、スペーサローラ５の直径が隣接するローラ４間の隙間ΔＳよりも大きく、スペ
ーサローラ５が図８における矢印方向に移動しないで安定して循環するようにするとともに、無限循環路４０内における隣接するローラ４間の最大の隙間ΔＳを、ローラ４の直径
の１％〜２０％の大きさとするように、スペーサローラ５の半径ｒを次の（３）式により決定する。
ｒ＝（Ｒ＋ΔＳ）²／４Ｒ・・・（３）

スペーサローラ５の半径ｒを（３）式が成立するように決定することにより、スペーサローラ５の直径が隣接するローラ４間の隙間ΔＳよりも大きく、スペーサローラ５が図８
における矢印方向に移動しないで安定して循環するようになるとともに、ローラ４間の最大の隙間ΔＳをローラの４直径に対して小さくできるため、剛性や動定格荷重の低下を防
止することができる。

無限循環路４０内に隙間なくローラ４及びスペーサローラ５を押し込めると、スペーサローラ５を介した押し合いが大きくなるため、わずかに隙間を設定する必要がある。ローラ４間の最大の隙間ΔＳには、この隙間を含む。この隙間の設定は、例えば、２種類の直
径のスペーサローラ５を用意し、２種類のスペーサローラ４の個数を変化させることにより調整することができる。

なお、スペーサローラ５は、金属製でもかまわないが、スペーサローラ５と転動体案内面２１及び負荷転動体案内面３３との間は滑りとなるため、スペーサローラ５の材質はローラの材質よりも柔らかい材質、例えば樹脂で製作することが好ましい。このように、スペーサローラ５の材質を、ローラ４の材質よりも柔らかい材質としたので、例えば、スペーサローラ５の材質として樹脂を使用すると、油やグリス溜まりとして潤滑剤をスペーサローラ５の周りに保持でき、潤滑効果を期待することができる。

図６には、スペーサローラ５の形状が示されている。本実施形態において、スペーサローラ５は図６に示すように円筒状に形成されている。
ただし、図７に示すように、円筒状に形成されたスペーサローラ５の外周に、油やグリス溜まりとしての断面半円状の複数の潤滑剤溜まり用凹部５ａをスペーサローラ５の長手方向（軸方向）に沿って形成してもよい。

また、図８に示すように、円筒状に形成されたスペーサローラ５の外周に、そのスペーサローラ５の長手方向の大部分にわたって油やグリス溜まりとしての１つの潤滑剤溜まり用凹部５ｂを形成してもよい。
図７及び図８に示すように、円筒状のスペーサローラ５の外周に潤滑剤溜まり用凹部５ａ，５ｂを設けると、油やグリスなどの潤滑剤がかかる凹部５ａ，５ｂに溜まり、スペーサローラ５の外周に潤滑剤を確実に保持でき、潤滑効果をより期待することができる。

また、図９は、スペーサローラを方向転換路において曲げＲの内側に挿入した場合の説明図である。図１０は、スペーサローラを方向転換路において曲げＲの外側に挿入した場合の説明図である。
図９に示すように、スペーサローラ５を方向転換路３６において曲げＲの内側、即ち、スペーサローラ５を方向転換路３６を形成する内周案内部３６ａに接するように挿入した場合には、ローラ４が方向転換路３６の曲げＲ部を通過するときに、隣接するローラ４間の隙間ΔＳ’が負荷部での隙間ΔＳよりも大きくなる。このとき、最大の隙間ΔＳ’がス
ペーサローラ５の直径よりも大きくならないように、スペーサローラ５の直径や曲げＲの大きさを設定する。

また、図１０に示すように、スペーサローラ５を方向転換路３６において曲げＲの外側、即ち、スペーサローラ５を方向転換路３６を形成する外周案内部３６ｂに接するように挿入した場合には、ローラ４が方向転換路３６の曲げＲ部を通過するときに、隣接するローラ４間の隙間が締まりローラ４同士が接触するようになる場合もある。しかし、この場合でも、方向転換路３６内ではローラ４は無負荷となるため、ローラ４間の接触は問題とならない。

前に、無限循環路４０内における隣接するローラ４間の最大の隙間を２種類の直径を有するスペーサローラ５で調整することを示したが、スペーサローラ５の設置については、スペーサローラ５を曲げＲの内側、外側に入れることによって無限循環路４０内における隣接するローラ４間の最大の隙間は変化するので、これらを組み合わせてもよい。
以上、本実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。

例えば、直動案内装置としてローラガイドを例にとって説明したが、転動体としての複数の円筒状のローラが無限循環路内を転動しつつ循環する直動案内装置でれば、ローラガイドに限らず、ローラパックなどであってもよい。

１ローラガイド
２案内レール
３スライダ
３Ａスライダ本体
３Ｂエンドキャップ
４ローラ
５スペーサローラ
５ａ，５ｂ潤滑剤溜まり用凹部
６取付ねじ
２１転動体案内面
３１胴部
３２袖部
３３負荷転動体案内面
３４転動通路
３５転動体戻し通路
３６方向転換路
３６ａ内周案内部
３６ｂ外周案内部
４０無限循環路

Claims

転動体としての円筒状のローラが複数個、無限循環路内を転動しつつ循環する直動案内装置において、
隣接する前記ローラの間に、半径をｒ、前記ローラの半径をＲとした場合に、ｒ＞Ｒ²／４Ｒを満たす半径を有する円筒状のスペーサローラを挿入したことを特徴とする直動案内装置。
前記循環経路内における隣接する前記ローラ間の最大の隙間を、前記ローラの直径の１％〜２０％の大きさとしたことを特徴とする請求項１記載の直動案内装置。
前記スペーサローラの材質を、前記ローラの材質よりも柔らかい材質としたことを特徴とする請求項１又は２記載の直動案内装置。
前記スペーサローラの外周に潤滑剤溜まり用凹部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の直動案内装置。
前記直動案内装置が、案内レールと、該案内レールに相対移動可能に搭載されたスライダと、複数個の転動体としての円筒状の前記ローラとを備え、該複数個のローラが、前記案内レールに形成された転動体案内面及び該転動体転動面と対向する前記スライダに形成された負荷転動体案内面との間に挟まれた転動通路と、前記スライダに形成された転動体戻し通路及び方向転換路とで構成される前記無限循環路内を転動しつつ循環するローラガイドであることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の直動案内装置。