JP2011153689A - 直動案内装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リニアガイドの案内レール1は、転動体転動溝10を有する転動体摺動部材15と転動体転動溝10を有しない非摺動部材16との2種の部材で構成されている。転動体摺動部材15は鉄系材料で構成され、非摺動部材16は、炭素繊維に樹脂を含浸させたシート状のプリプレグを積層させた積層体からなる炭素繊維強化プラスチックで構成されている。スライダ本体2Aは、転動体転動溝11を有する転動体摺動部材17と転動体転動溝11を有しない非摺動部材18との2種の部材で構成されている。転動体摺動部材17は鉄系材料で構成され、非摺動部材18は、炭素繊維に樹脂を含浸させたシート状のプリプレグを積層させた積層体からなる炭素繊維強化プラスチックで構成されている。
【選択図】図2
Description
リニアガイド20は、断面が矩形の案内レール21を備えており、この案内レール21の両側面には、断面円弧形状の転動体転動溝22が軸方向に沿って形成されている。転動体転動溝22には多数の球状転動体23が係合しており、これらの球状転動体23が転動体転動溝22に沿って転がり運動をすると、スライダ24が案内レール21の長手方向に直線移動するようになっている。
例えば、図4,5のリニアガイド20に場合は、エンドキャップ26はポリアセタール樹脂等の樹脂材料で構成されているものの、案内レール21,スライダ本体25,及び球状転動体23は鉄系材料で構成されている。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、軽量な直動案内装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
このような直動案内装置においては、前記転動体摺動部材の表面のうち前記非摺動部材との接合面に、凹凸を形成する粗面化処理を施すことが好ましい。そして、この粗面化処理は、エッチングを伴う化学的処理であることが好ましい。
まず、本実施形態のリニアガイドの構造を説明する。軸方向に延びる横断面略角形の案内レール1上に、横断面形状が略コ字状のスライダ2が軸方向に相対移動可能に組み付けられている。なお、前記横断面形状とは、軸方向に直交する平面で破断した断面の形状を意味する。
この案内レール1の上面と両側面とが交差する稜線部には、軸方向に延びる断面ほぼ1/4円弧形状の凹溝からなる転動体転動溝10,10が形成され、また、案内レール1の両側面の高さ方向中間位置には、軸方向に延びる断面ほぼ半円形の凹溝からなる転動体転動溝10,10が形成されている。
さらに、スライダ本体2Aの両袖部6,6の内側面の角部には、案内レール1の転動体転動溝10,10に対向する断面ほぼ半円形の転動体転動溝11,11が形成され、両袖部6,6の内側面の高さ方向中央部には、案内レール1の転動体転動溝10,10に対向する断面ほぼ半円形の転動体転動溝11,11が形成されている。
さらにまた、スライダ2は、スライダ本体2Aの袖部6,6の肉厚部分の上部及び下部に、転動体転動路14と平行をなして軸方向に貫通する貫通孔からなる直線路13,13,13,13を備えている。
湾曲路に入った転動体3はUターンして直線路13に導入され、直線路13を通って反対側の湾曲路に至る。ここで再びUターンして転動体転動路14に戻り、このような転動体循環路内の循環を無限に繰り返す。
案内レール1及びスライダ本体2Aの非摺動部材16,18は、前述したようにCFRPで構成されているが、CFRPの成形用中間材料であるプリプレグは、炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたシート状の材料である。複数のプリプレグを積層し、加圧しながら熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度で加熱すれば、所定の形状のCFRPを成形することができる。
ただし、非摺動部材16,18の最表層部、特にねじの取付穴の加工を施す部分については、CFRPの外観を良好にするため、及び、加工後に炭素繊維がバラバラになることを防止するために、平織り炭素繊維プリプレグを用いることが好ましい。
プリプレグのバインダーである熱硬化性樹脂の種類は特に限定されるものではないが、エポキシ樹脂が好適に用いられる。その他には、ビスマレイミド樹脂,ポリアミノアミド樹脂,フェノール樹脂等も使用可能である。なお、ポリアミノアミド樹脂は、エポキシ樹脂の硬化剤としても使用可能である。
まず、鉄系材料製部材の表面をアルカリ脱脂剤で清浄した後に、常温の酸性溶液(例えば希塩酸)中に数分間浸漬して酸洗する。そして、少なくともシュウ酸イオンとフッ素化合物イオンを含有するシュウ酸鉄処理液に数分間浸漬して、鉄系材料製部材の表面にシュウ酸鉄皮膜を形成する(第一の工程)。
この凹凸は化学的に形成されるので、ショットブラスト法等による機械的凹凸に比べて、鉄系材料製部材の形状依存性がなく、凹凸が全表面に均一に形成される。また、上記のような化学的粗面化処理によれば、内部が入りロ部分(開口部)よりも狭い蟻溝構造を有する凹部を形成することができる。
このような本実施形態のリニアガイドは軽量であるため、産業用ロボット,工作機械,射出成形機,半導体製造機械,運搬機械等に組み込まれ、直線運動する物体を案内する機械部品として好適である。特に、2次以上の駆動部を有する産業用ロボットにおける2次以上の駆動部に対して、本実施形態のリニアガイドは好適である。例えば、図3に示すような3次の駆動部を有する産業用ロボットに対して、本実施形態のリニアガイドは好適である。
また、本実施形態においては、プリプレグの繊維として炭素繊維を使用したが、炭素繊維の一部又は全部を他の繊維に置き換えることも可能である。使用可能な他の繊維としては、例えば、アラミド繊維,ポリアリレート繊維,ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維があげられる。
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。鉄系材料で構成された転動体摺動部材とCFRPで構成された非摺動部材とを一体的に接合してなる案内レール及びスライダ本体を、上型及び下型からなる2分割の金型を用いて製造した。この金型の内部空間は、案内レール及びスライダ本体の最終形状に近い形状をなしている。
まず、熱処理により硬化が可能なマルテンサイト系ステンレス鋼であるSUS440C製の素材に、転動体転動溝、転動体通路孔、取付ネジ用穴等を設ける粗加工を施して、案内レール又はスライダ本体の転動体摺動部材の形状に加工した。そして、熱処理を施して、表面硬度を向上させた。
最後に、CFRPで構成された非摺動部材の部分にも取付ネジ用穴加工を行った後、最終仕上げ加工を行うことにより、案内レール又はスライダ本体が得られた。
2 スライダ
2A スライダ本体
2B エンドキャップ
3 転動体
10 転動体転動溝
11 転動体転動溝
15 転動体摺動部材
16 非摺動部材
17 転動体摺動部材
18 非摺動部材
Claims (4)
- 軸方向に延びる転動体転動溝を外面に有する案内レールと、該案内レールの転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有するとともに軸方向に相対移動可能に前記案内レールに取り付けられたスライダと、前記案内レールの転動体転動溝と前記スライダの転動体転動溝との間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える直動案内装置において、
前記案内レール及び前記スライダの少なくとも一方は、前記転動体転動溝を有する転動体摺動部材と、前記転動体転動溝を有しない非摺動部材とを一体的に接合してなり、前記転動体摺動部材を鉄系材料で構成し、前記非摺動部材を、炭素繊維に樹脂を含浸させたシート状のプリプレグを積層させた積層体からなる炭素繊維強化プラスチックで構成したことを特徴とする直動案内装置。 - 前記転動体摺動部材の表面のうち前記非摺動部材との接合面に、凹凸を形成する粗面化処理を施したことを特徴とする請求項1に記載の直動案内装置。
- 前記粗面化処理が、エッチングを伴う化学的処理であることを特徴とする請求項2に記載の直動案内装置。
- 軸方向に延びる転動体転動溝を外面に有する案内レールと、該案内レールの転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有するとともに軸方向に相対移動可能に前記案内レールに取り付けられたスライダと、前記案内レールの転動体転動溝と前記スライダの転動体転動溝との間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、前記案内レール及び前記スライダの少なくとも一方は、前記転動体転動溝を有する転動体摺動部材と、前記転動体転動溝を有しない非摺動部材とを一体的に接合してなる直動案内装置を製造する方法であって、
鉄系材料に粗加工及び熱処理を施して前記転動体摺動部材を得、その表面のうち前記非摺動部材との接合面に、凹凸を形成する粗面化処理を施して金型内に入れ、前記粗面化処理を施した前記接合面の上に、炭素繊維に樹脂を含浸させたシート状のプリプレグを複数積層し、加圧しながら加熱して、前記プリプレグの積層体からなる炭素繊維強化プラスチックで前記非摺動部材を構成するとともに、前記転動体摺動部材と前記非摺動部材を一体的に接合することを特徴とする直動案内装置の製造方法。
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