JP2017106622A - 運動案内装置およびアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＲＰを用いて構成される運動案内装置において、外部部材を確実に取り付けるための手段を提供する。【解決手段】この運動案内装置１０を構成する軌道部材１１又は移動部材１３は、複数の転動体１２と接触して転動体転走面１１ａを構成する金属材料から成る転走部３０と、外部部材の取り付けのための取付孔７６が形成された金属材料から成る取付部７５と、転走部３０および取付部７５と接合して軌道部材１１又は移動部材１３を形成するＦＲＰから成る軌道本体部３１又は移動本体部４３と、から構成され、取付部７５と、軌道本体部３１又は移動本体部４３とは、接合時において軌道本体部３１又は移動本体部４３を構成するＦＲＰの強化繊維シートＳの積層方向に対して直交する方向に開口した接合穴７２，７３，７７，７８をそれぞれ有し、当該接合穴７２，７３，７７，７８に設置される接合手段８０を用いて接合可能である。【選択図】図７

Description

本発明は、運動案内装置と、この運動案内装置を組み込んだアクチュエータに関するものである。

従来から、リニアガイドや直線案内装置、ボールスプライン装置、ボールねじ装置などのような運動案内装置においては、かかる装置を構成する部材が繰り返し転動・摺動動作を伴うことから、その構成部材には、一般的に、高炭素クロム軸受鋼やステンレス鋼、肌焼鋼のような硬度の高い金属材料が採用されている。

しかし、近年の運動案内装置の適用範囲拡大の要請から、特に、軽量化した装置の実現が求められており、この要請に応えるために軽量化のためのアイデアが提案されてきている。例えば、本出願人による下記特許文献１には、鋼などの金属材料並の強度および剛性を有し、且つ、軽量化をも実現する材料である、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics：繊維強化プラスチック）を用いた運動案内装置が提案されている。このＦＲＰは、繊維と樹脂を用いることによってプラスチックを補強し、強度を著しく向上させることができるので、宇宙・航空産業をはじめ、バイク、自動車、鉄道、建設産業、医療分野など、さまざまな分野で用いられている材料である。しかしながら、従来のＦＲＰは、金属材料と比較して耐摩耗性が劣るものであった。そこで、出願人は、運動案内装置に対してＦＲＰを適用する技術を開発し、下記特許文献１において、金属材料のみを用いた技術では実現できなかった軽量化を実現した運動案内装置を提案している。

特許第４８１３３７３号明細書

ところで、ＦＲＰ製の運動案内装置の構成部材に対して外部部材の取り付けを行う場合には、ＦＲＰの積層面にヘリサートを挿入することでネジ孔を形成し、このネジ孔を利用して外部部材の設置が行われていた。しかしながら、ＦＲＰの積層面に埋め込み挿入されたヘリサートは、締め付けトルクの管理値以上のトルクで締め付けた場合にヘリサートごと回転してしまい、強度の確保に課題があった。つまり、ＦＲＰを用いて構成される運動案内装置には、外部部材を確実に取り付けるための手段の提供が求められていた。

本発明は、上述した従来技術に存在する課題の存在に鑑みて成されたものであり、その目的は、ＦＲＰを用いて構成される運動案内装置において、外部部材を確実に取り付けるための手段を提供することにある。

本発明に係る運動案内装置は、軌道部材と、前記軌道部材に複数の転動体を介して移動自在に取り付けられる移動部材と、を備える運動案内装置であって、前記軌道部材又は前記移動部材は、前記複数の転動体と接触して転動体転走面を構成する金属材料から成る転走部と、外部部材の取り付けのための取付孔が形成された金属材料から成る取付部と、前記転走部および前記取付部と接合して前記軌道部材又は前記移動部材を形成するＦＲＰから成る軌道本体部又は移動本体部と、から構成され、前記取付部と、前記軌道本体部又は前記移動本体部とは、接合時において前記軌道本体部又は前記移動本体部を構成するＦＲＰの強化繊維シートの積層方向に対して直交する方向に開口した接合穴をそれぞれ有し、当該接合穴に設置される接合手段を用いて接合可能であることを特徴とするものである。

また、本発明に係る別の運動案内装置は、軌道部材と、前記軌道部材に複数の転動体を介して移動自在に取り付けられる移動部材と、を備える運動案内装置であって、前記軌道部材又は前記移動部材は、前記複数の転動体と接触して転動体転走面を構成する金属材料から成る転走部と、外部部材の取り付けのための取付孔が形成された金属材料から成る取付部と、前記転走部および前記取付部と接合して前記軌道部材又は前記移動部材を形成するＦＲＰから成る軌道本体部又は移動本体部と、から構成され、前記取付部と、前記軌道本体部又は前記移動本体部とは、接合時において前記軌道本体部又は前記移動本体部を構成するＦＲＰの強化繊維シートの積層方向に対して平行方向に拡がる接合面をそれぞれ有し、当該接合面に付与される接合手段を用いて接合可能であることを特徴とするものである。

なお、本発明では、上記のいずれかの運動案内装置を組み込むことでアクチュエータを構成することができる。

本発明によれば、ＦＲＰを用いて構成される運動案内装置において、外部部材を確実に取り付けるための手段を提供することができる。また、本発明によれば、この運動案内装置を組み込んだアクチュエータを提供することができる。

第一の実施形態に係る運動案内装置の概略構造を説明するための斜視分断図である。 第一の実施形態に係る運動案内装置の縦断面図である。 第一の実施形態に係る軌道レールの構造を説明するための縦断面図である。 本発明が適用された移動部材の構造例を説明するための縦断面図である。 第一の実施形態に係る運動案内装置の使用状態の一例を示す外観斜視図である。 第一の実施形態に係る運動案内装置の構成部材であるＦＲＰの特性を説明するための模式図である。 第一の実施形態に係る運動案内装置の要部を説明するための図である。 第一の実施形態を移動部材に適用した事例を示す図である。 第一の実施形態に係る運動案内装置が取り得る多様な変形例の一例を示す図である。 第一の実施形態に係る運動案内装置が取り得る多様な変形例のうち、別の一例を示す図である。 第二の実施形態に係る運動案内装置の要部を示す部分斜視図であり、図中の分図（ａ）には段落ち加工部に対する取付部の取り付け前の状態が示されており、分図（ｂ）には段落ち加工部に対する取付部の取り付け後の状態が示されている。 第三の実施形態に係る運動案内装置を説明するための図であり、図中の分図（ａ）は運動案内装置の全体構成を示す斜視図であり、分図（ｂ）はボルト取付孔の周辺を示す要部縦断面図であり、分図（ｃ）は軌道レールの構成部材であるＦＲＰの特性を説明するための模式図である。 第三の実施形態の具体的な実施事例を示す図である。 第三の実施形態に係る金属カラーの改良形態を例示する部分縦断面図である。 第四の実施形態に係る運動案内装置に用いられる軌道レールを説明するための図であり、図中の分図（ａ）は組み立て前の軌道レールの底面側を示す分解斜視図であり、分図（ｂ）は組み立て後の軌道レールの底面側を示す斜視図であり、分図（ｃ）は組み立て後の軌道レールの上面側を示す斜視図である。 図１５中の分図（ｃ）におけるＡ−Ａ断面を示す状態図に対して、締結手段であるボルトを設置した場合を示した図である。 本発明に係る運動案内装置をボールねじ装置として構成した場合を例示する図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の各実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、各実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

なお、本明細書における「運動案内装置」は、例えば、工作機械などに用いられる転がり軸受全般や真空中で使用される無潤滑軸受、リニアガイドや直線案内装置、ボールスプライン装置、ボールねじ装置、ローラーリングなどのような、あらゆる転動・摺動動作を伴う装置を含むものである。

［第一の実施形態］
図１および図２は、第一の実施形態に係る運動案内装置の一形態を示す図であり、特に、図１は、第一の実施形態に係る運動案内装置の概略構造を説明するための斜視分断図であり、図２は、第一の実施形態に係る運動案内装置の縦断面図である。

この運動案内装置１０は、リニアモーションガイドとボールねじが組み合わされて一体構造となっている形式の運動案内装置１０を示すものである。そして、このボールねじが、不図示のモータに接続されることで、本発明に係るアクチュエータとして機能する。

第一の実施形態に係る運動案内装置１０の主な構造としては、軌道部材としての軌道レール１１と、その軌道レール１１に転動体としての複数のボール１２を介して移動自在に取り付けられた移動部材１３とを備えている。また、移動部材１３の中央部には、螺旋状のねじ溝が形成された開口部１３ｂが設けられており、かかる開口部１３ｂには、この開口部１３ｂに導通するとともに、ボール１２を介して回転移動自在に取り付けられたねじ軸１４が設けられている。

軌道レール１１は縦断面が略Ｕ字形をした長尺の部材であり、その内側両側面にはボール１２を受け入れ可能な転動体転走溝１１ａが左右２条ずつ軌道レール１１の全長に亘って形成されている。軌道レール１１の縦断面略Ｕ字形の底面側には、その長手方向に適宜間隔をおいて複数のボルト取付孔１１ｂが形成されている。これらボルト取付孔１１ｂに螺着されるボルト（不図示）により、軌道レール１１が所定の取付面、例えば工作機械のベッドの上面に固定されることになる。なお、図示の軌道レール１１は直線状であるが、曲線状のレールが使用されることもある。

移動部材１３は、鋼などの強度の高い金属材料に孔を空けた構造のブロックとして構成されている。この移動部材１３には、軌道レール１１が有する４条の転動体転走溝１１ａとそれぞれ対向する４条の負荷転動体転走溝１３ａが設けられている。これら転動体転走溝１１ａと負荷転動体転走溝１３ａの組み合わせにより、軌道レール１１と移動部材１３との間に４条の負荷転動体転走路１５が形成される。また、移動部材１３の上面１３ｃには複数（図１で見えているのは３本、実際には４本）の雌ねじ１３ｄが形成されている。これらの雌ねじ１３ｄを利用して、移動部材１３が所定の取付面、例えば工作機械のサドルやテーブルの下面に固定されることになる。なお、移動部材１３については、金属材料のみによって構成されるものだけでなく、鋼などの強度の高い金属材料と一体に射出成形された合成樹脂製の型成形体を含む構造とすることも可能である。

移動部材１３には、４条の負荷転動体転走路１５と並行して延びる４条の戻し通路１６が形成されている。また、移動部材１３は、その両端面に蓋体１８を有しており、この蓋体１８に形成されるアーチ状に陥没する図示しないボール案内溝によって、負荷転動体転走路１５と戻し通路１６との間でアーチ状に突出して形成される方向転換路１７（図１では、１コーナ側のみ２条の方向転換路１７を、蓋体１８を除いた状態で示す）を形成する。

一対の蓋体１８が移動部材１３端部を構成する部材として確実に固定されることにより、それらの間に負荷転動体転走路１５と戻し通路１６とを結ぶ方向転換路１７が形成される。戻し通路１６と方向転換路１７とによってボール１２の無負荷転動体転走路１９が構成され、その無負荷転動体転走路１９と負荷転動体転走路１５との組み合わせによって無限循環路２０が構成される。

また、第一の実施形態に係る運動案内装置１０のボール１２間には、ボール１２よりも柔らかいスペーサ部材２１が設置されている。なお、図１において例示するスペーサ部材２１については、軌道レール１１と移動部材１３の間に設置されるものには帯状のスペーサ部材２１が採用されており、一方、移動部材１３とねじ軸１４の間に設置されるものにはボール１２間に１個ずつ挿入されるリテーナとしてのスペーサ部材２１が採用されている。ただし、スペーサ部材２１の種類や設置の組み合わせについては、図１に例示するものに限られず、例えば、転動体であるボール１２の径以下の径を持つスペーサボールなどを採用することが可能である。このようにして設置されるスペーサ部材２１は、ボール１２同士の干渉や衝突、ボール１２の脱落などを防止できるとともに、ボール１２の整列運動を実現し、さらにはスペーサ部材２１の自己潤滑効果も相まって、運動案内装置１０の耐摩耗性を大きく改良できるという効果を発揮する。

ここで、第一の実施形態に係る運動案内装置１０の特徴的な点として、軌道部材としての軌道レール１１は、ボール１２と接触する転動体転走面（転動体転走溝１１ａ）の近傍が金属材料によって形成されており、その他の部分がＦＲＰによって形成されていることが挙げられる。かかる特徴を有することによって、第一の実施形態に係る運動案内装置１０は、従来の運動案内装置と同等以上の強度および剛性を維持し、且つ、軽量化をも実現することができる。

第一の実施形態に係る軌道レール１１の構造を、図３を用いてより詳細に説明する。図３は、第一の実施形態に係る軌道レール１１の構造を説明するための縦断面図である。

第一の実施形態に係る軌道レール１１は、金属材料から成る転走部３０と、ＦＲＰから成る軌道本体部３１という２つの部材を接合することによって構成されている。金属材料から成る転走部３０は、高い強度と剛性が求められるとともに耐摩耗性をも必要とされる部材である。転走部３０に用いられる金属材料としては、例えば、高炭素クロム軸受鋼やステンレス鋼、肌焼鋼のような硬度の高いものを採用できる他、アルミニウム合金やベリリウム銅、チタン合金などを採用することが可能である。

一方、軌道本体部３１はＦＲＰによって形成されており、第一の実施形態に係る運動案内装置１０の軽量化を実現している。採用されるＦＲＰの種類については、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics：炭素繊維強化プラスチック）、ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics：ガラス繊維強化プラスチック）、ＫＦＲＰ（Kevlar Fiber Reinforced Plastics：アラミド繊維強化プラスチック）の少なくとも１つであることが好適である。特に、ＣＦＲＰは、強度の面で大変優れており、カーボン繊維の積層方向や積層数を変化させることによって、所望の形状に対して強度を持たせ、且つ、軽量化を図ることができるので、好ましい材料である。

なお、図１、図２および図３に示した第一の実施形態に係る運動案内装置１０においては、軌道レール１１のみを金属材料とＦＲＰとで構成するようにしたが、本発明は、かかる実施形態に限られるものではなく、図４に示すように、移動部材１３又はねじ軸１４に対して適用することも可能である。すなわち、軌道レール１１が有する４条の転動体転走溝１１ａと協働して負荷転動体転走路１５を形成している４条の負荷転動体転走溝１３ａの近傍を金属材料から成る転走部４０によって形成したり、４条の負荷転動体転走路１５と並行して延びる４条の戻し通路１６の近傍を金属材料から成る転走部４１によって形成したり、あるいは、ボール１２を介してねじ軸１４が設置される開口部１３ｂの近傍を金属材料から成る転走部４２によって形成したり、さらには、ボール１２と接するねじ軸１４の外周部分を金属材料から成る転走部４４によって形成したりし、その他の部分をＦＲＰから成る移動本体部４３として構成することができる。軌道レール１１だけでなく、移動部材１３又はねじ軸１４をもこのような金属材料とＦＲＰとを接合した構造とすることによって、さらなる軽量化を実現することが可能となる。

また、金属材料から成る転走部３０とＦＲＰから成る軌道本体部３１、金属材料から成る転走部４０，４１，４２とＦＲＰから成る移動本体部４３、あるいは、金属材料から成る転走部４４とＦＲＰから成るねじ軸１４のその他の部分との接合方法については、接着接合、圧入接合又はボルト接合のうちのいずれか、あるいはこれらを組み合わせた方法を採用することができる。

例えば、図３において示すような軌道レール１１の場合には、接着剤を用いて接着接合することが好適である。また、図４において示すような移動部材１３の場合、負荷転動体転走溝１３ａの近傍を形成する転走部４０にあっては接着剤を用いて接着接合することが好適であり、戻し通路１６の近傍や開口部１３ｂの近傍を形成する転走部４１，４２にあっては圧入接合を採用することが好適である。圧入接合については、転走部４１，４２の外周面、あるいは、戻し通路１６や開口部１３ｂの内周面にローレット加工を施し、圧入することによって確実に接合することができる。さらに、接合強度を増すためにボルト接合を採用することも可能であり、より確実な接合方法として、接着接合とボルト接合、圧入接合とボルト接合を組み合わせた接合方法を採用することも可能である。ただし、ボルト接合の場合には、ボルトの頭部などが運動案内装置１０の動作に影響を与えないように配慮する必要がある。なお、ねじ軸１４のような形状の部材に関しては、外観形状や材質などに応じて、適宜最適な接合方法を採用すればよい。

以上、図１〜図４を用いることによって、第一の実施形態に係る運動案内装置１０の基本的な構成を説明した。次に、第一の実施形態に係る運動案内装置１０のさらなる特徴点について、図５〜図７を用いて説明を行う。ここで、図５は、第一の実施形態に係る運動案内装置１０の使用状態の一例を示す外観斜視図であり、図６は、第一の実施形態に係る運動案内装置１０の構成部材であるＦＲＰの特性を説明するための模式図であり、図７は、第一の実施形態に係る運動案内装置１０の要部を説明するための図である。

上述した第一の実施形態に係る運動案内装置１０については、例えば図５で示すように、軌道レール１１の長手方向の両端部には、エンドハウジング５１，５２が取り付けられることがある。このエンドハウジング５１，５２は、回転移動自在なねじ軸１４を支承したり、外部の動力源を取り付けるために用いられたり、あるいは、ねじ軸１４等の運動案内装置１０の構成部材の調整代として用いられたりする部材である。したがって、これらエンドハウジング５１，５２については、所定以上の取付精度が求められる部材である。

しかしながら、背景技術の欄で説明した通り、単にＦＲＰ製の軌道レール１１の長手方向の両端部に対してネジ孔を空けたりヘリサートを設置したりしてエンドハウジング５１，５２を取り付けたのでは、強度の確保に課題があった。かかる原因について図６を用いて説明すると、図６中の分図（ａ）で示すように、第一の実施形態に係る軌道レール１１の軌道本体部３１は、ＦＲＰの強化繊維シートＳを複数積層する形式で構成されている。したがって、図６中の分図（ｂ）で示すように、第一の実施形態に係る軌道レール１１では、ＦＲＰの強化繊維シートＳの積層方向に対して直交する方向である符号αの方向に力を受けた場合、ＦＲＰは大きな強度を発揮することができるが、ＦＲＰの強化繊維シートＳの積層方向に対して平行な方向である符号βの方向に力を受けた場合、ＦＲＰは小さな強度しか発揮することができないという特性を有している。つまり、軌道レール１１を構成するＦＲＰの強化繊維シートＳの積層方向に対して平行な方向である符号βの方向に向けてネジ孔を空けたりヘリサートを設置したりしてエンドハウジング５１，５２の取り付けを行ったのでは、強度の確保に課題があった。

以上の事項を考慮した上で、本発明者らは、図７で示す新たな構成を創案した。すなわち、ＦＲＰで構成された軌道本体部３１の端部に段落ち加工部７１を形成し、この段落ち加工部７１が形成された箇所に嵌り込むように、金属材料から成る取付部７５を形成した。この取付部７５は、エンドハウジング５１，５２等の外部部材の取り付けのための取付孔７６が形成された部材であり、その全体が金属材料によって構成されている。また、段落ち加工部７１は、取付部７５の外郭形状に沿った形状として形成されているので、段落ち加工部７１に対して取付部７５を嵌め込むと、外形寸法が揃った滑らかな外郭形状となって、長尺の部材としての軌道レール１１の外形が形成されることとなる。

さらに、取付部７５と、軌道本体部３１に形成された段落ち加工部７１の箇所には、接合時において、軌道本体部３１を構成するＦＲＰの強化繊維シートＳの積層方向に対して直交する方向（つまり、図６の分図（ｂ）における符号αの方向）に開口した接合穴７２，７３，７７，７８がそれぞれ形成されている。

第一の実施形態の接合穴７２，７３，７７，７８は、縦断面が略Ｕ字形をした軌道レール１１の底面側を向く第一の方向に向けて開口した接合穴７２，７７と、縦断面が略Ｕ字形をした軌道レール１１の左右面側を向くとともに第一の方向に直交する第二の方向に向けて開口した接合穴７３，７８との二方向に向けて開口するように複数形成されており、これら二方向に向けて開口した接合穴７２，７３，７７，７８を利用することで、軌道本体部３１に形成された段落ち加工部７１の箇所に対する取付部７５の接合が可能となる。なお、当該接合穴７２，７３，７７，７８に設置される接合手段については、例えばボルト又はリベットのいずれか１つ若しくはこれらの組み合わせで構成することができ、図７に示された第一の実施形態では、ボルト８０を用いた接合手段が例示されている。

また、ボルト８０が有する雄ネジによって作用される接合力は、ボルト８０の先端部が螺合する部材に及ぶことで高まることとなる。例えば、上述した第一の方向に向けて開口する接合穴７２，７７とボルト８０の関係については、段落ち加工部７１に形成された接合穴７２をボルト軸径よりも大きい寸法としておき、取付部７５に形成された接合穴７７にのみ雌ネジを形成することで、ボルト８０からの接合力が取付部７５のみに作用し、段落ち加工部７１が形成された軌道本体部３１は、ボルト８０と取付部７５によって挟み込まれるように構成することができる。また同様に、上述した第二の方向に向けて開口する接合穴７３，７８とボルト８０の関係については、取付部７５に形成された接合穴７８をボルト軸径よりも大きい寸法としておき、段落ち加工部７１に形成された接合穴７３にのみ雌ネジを形成することで、ボルト８０からの接合力が段落ち加工部７１のみに作用し、取付部７５は、ボルト８０と段落ち加工部７１によって挟み込まれるように構成することができる。このような構成を採用することで、ボルト８０等の接合手段を用いた取付部７５と段落ち加工部７１との接合において両部材間に取り付けの際の遊び代ができるので、取付位置の調整が容易となり好ましい。

また、第一の実施形態の接合穴７２，７３，７７，７８は、軌道本体部３１を構成するＦＲＰの強化繊維シートＳの積層方向に対して直交する方向（つまり、図６の分図（ｂ）における符号αの方向）に開口しているので、ボルト８０等の接合手段から作用される接合力は、ＦＲＰの強化繊維シートＳの積層方向に対して直交する方向に作用することとなる。つまり、ＦＲＰによって構成される軌道本体部３１は、強固な力でボルト８０等の接合手段から作用される接合力を受容することができるので、ＦＲＰによって構成される軌道本体部３１と、金属材料からなる取付部７５との強固で高精度な接合が実現されることとなる。

さらに、軌道レール１１とエンドハウジング５１，５２等の外部部材との取り付けは、金属材料からなる取付部７５が有する取付孔７６によって実行されることとなるが、取付部７５は軌道本体部３１に対して確実に固定されているとともに、当該取付孔７６は金属材料によって形成されているので、背景技術の欄で説明した従来技術の課題は解消され、第一の実施形態に係る軌道レール１１に対する外部部材の確実かつ高精度の取付状態が実現されることとなる。

またさらに、第一の実施形態に係る取付部７５は、金属材料によって形成されていることから、軌道本体部３１に対して接合した後に、例えば、取付部７５の端面を研削加工等することで、当該端面の直角度を確保することも可能となる。すなわち、ＦＲＰのみで構成される軌道レールの場合には、金属材料程の外形寸法精度が出ないが、第一の実施形態のように、ＦＲＰ製の軌道本体部３１と金属材料製の取付部７５を組み合わせて軌道レール１１を構成することで、さらに高い外形寸法精度を有する軌道レール１１を実現することが可能となる。

以上、第一の実施形態に係る運動案内装置１０のさらなる特徴点について、図５〜図７を用いて説明を行った。図５〜図７を用いて説明した本発明の特徴は、軌道レール１１に対して適用した事例を説明するものであったが、かかる特徴事項は、移動部材１３に対しても適用することが可能であり、その具体例を図８に示す。ここで、図８は、第一の実施形態を移動部材に適用した事例を示す図である。

図８で例示する移動部材８３の場合、すべてがＣＦＲＰで形成されている。また、この移動部材８３の両端面に設置される蓋体１８についても、樹脂にて形成されている。このとき、単に移動部材８３に対して蓋体１８を、ボルト８０を用いて締結したのでは、このボルト８０はＣＦＲＰの強化繊維シートＳの積層方向に対して平行な方向で締結固定されることになるので、その締結力は移動部材８３を構成するＣＦＲＰの特性上、小さな強度しか発揮することができない。そこで、図８で示す実施形態の場合には、ＣＦＲＰで形成された移動部材８３の両端面の近傍に矩形の切込みを形成し、この切込みに対して金属材料製の締結金具８５を挿入することとした。この締結金具８５には、移動部材８３に挿入された際の側面方向（図８における紙面右斜め下方向）に対して接合穴８８が形成されており、この接合穴８８の開口方向は、ＣＦＲＰの強化繊維シートＳの積層方向に対して垂直な方向となっている。そして、この接合穴８８に対して締結用ノックピン８０ａを差し込むことで、移動部材８３に対する締結金具８５の確実かつ強固な接合状態が実現されることとなる。

また、締結金具８５の端面方向（図８における紙面左斜め下方向）には、蓋体１８を取り付けるための取付孔８６が形成されており、この取付孔８６とボルト８０を利用することで、ＣＦＲＰ製の移動部材８３に対する樹脂製の蓋体１８の強固な取り付けが実現することとなる。

なお、上述した軌道レール１１についての第一の実施形態の場合と同様に、図８で例示した締結金具８５についても、金属材料によって形成されていることから、移動部材８３に対して接合した後に端面を研削加工等することで、当該端面の直角度を確保することが可能となる。すなわち、ＣＦＲＰのみで構成される移動部材の場合には、金属材料程の外形寸法精度が出ないが、この実施形態のように、ＣＦＲＰ製の移動部材８３と金属材料製の締結金具８５を組み合わせて構成することで、さらに高い外形寸法精度を有する移動部材８３を実現することが可能となる。

以上説明した第一の実施形態に係る運動案内装置１０によって、外部部材を確実に取り付けるための手段を備えた、ＦＲＰを用いて構成される運動案内装置１０が実現可能となる。かかる運動案内装置１０によれば、ＦＲＰの適用に際して課題となっていた外部部材の取付性を改善しつつ、ＦＲＰの利点である必要強度を確保しつつ軽量化を実現することが可能となる。なお、アルミ等に代表される非鉄金属は、軽量化を達成することは可能であるが、強度が弱いという課題を有していた。すなわち、鉄のヤング率が２０６ＧＰａであるところ、アルミのヤング率は約６８ＧＰａである。したがって、アルミ等に代表される非鉄金属によって運動案内装置を構成した場合、軽量化は達成できるものの、鉄系材料並みの必要強度を確保することは困難であった。

一方、ＦＲＰについては、非常に高いヤング率を実現することが可能であり、例えば、ＣＦＲＰのヤング率は約５０〜４００ＧＰａを確保することができる。そして、上述した第一の実施形態のように、ＣＦＲＰの強化繊維シートＳの積層方向に対して直交する方向に力を受けるようにＣＦＲＰを用いることで、ＣＦＲＰはヤング率の上限値である４００ＧＰａに近い強度を発揮することが可能となる。つまり、本発明を適用した運動案内装置１０によれば、ＦＲＰの適用に際して課題となっていた外部部材の取付性を改善しつつ、ＦＲＰの利点である必要強度を確保しつつ軽量化を実現することが可能となる。

また、ＦＲＰは、減衰特性に優れた材料であるため、運動案内装置１０に適用した場合に有利な効果を発揮することとなる。例えば、運動案内装置１０を片持ちで使用した場合などでは、振動が収まるまでの停止時間が短くなるという効果が得られることとなる。つまり、使用環境の制約によって運動案内装置１０を片持ちで設置しなければならない場合であっても、外部影響によって発生する振動をＦＲＰの減衰特性によって早期に解消することができるので、運動案内装置１０の定常状態復帰サイクルのタクトアップが可能になる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記第一の実施形態に記載の範囲には限定されない。上記第一の実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、図７で例示した第一の実施形態に係る軌道レール１１では、金属材料から成る取付部７５が略Ｌ字形の外形を有しており、当該取付部７５を取り付けるための段落ち加工部７１は、軌道レール１１の左右側面と底面とにわたって形成されていた。しかしながら、本発明に係る段落ち加工部と、この段落ち加工部に接合される取付部の形状については、任意に変更が可能である。例えば、図９で示すように、段落ち加工部９１を軌道レール１１の左右側面のみに形成しておき、この段落ち加工部９１の形状に沿った形状を有する取付部９５をボルト８０により接合するようにしても良い。図９で示す形態の場合も、ボルト８０が接合される方向が軌道レール１１を構成するＦＲＰの強化繊維シートＳの積層方向に対して垂直な方向となっているので、軌道レール１１に対する取付部９５の確実かつ強固な接合状態が実現されることとなる。なお、図９は、第一の実施形態に係る運動案内装置が取り得る多様な変形例の一例を示す図であり、上述した第一の実施形態の場合と同一又は類似する部材については、同一符号を付すことで説明を省略した。

また例えば、図７で例示した第一の実施形態に係る軌道レール１１のように、軌道レール１１の左右側面と底面とにわたって段落ち加工部７１を形成しておき、この段落ち加工部７１に接合される取付部を、２つの側面用取付部９５ａと１つの底面用取付部９５ｂとに分割して構成することも可能である。その様な形態例を、図１０に示す。図１０は、第一の実施形態に係る運動案内装置が取り得る多様な変形例のうち、別の一例を示す図であり、上述した第一の実施形態の場合と同一又は類似する部材については、同一符号を付すことで説明を省略してある。図１０で例示する形態例の場合も、接合穴７２，７３，７７，７８は、軌道本体部３１を構成するＦＲＰの強化繊維シートＳの積層方向に対して直交する方向（つまり、図６の分図（ｂ）における符号αの方向）に開口しているので、ボルト８０等の接合手段から作用される接合力は、ＦＲＰの強化繊維シートＳの積層方向に対して直交する方向に作用することとなる。つまり、ＦＲＰによって構成される軌道本体部３１は、強固な力でボルト８０等の接合手段から作用される接合力を受容することができるので、ＦＲＰによって構成される軌道本体部３１と、金属材料からなる側面用取付部９５ａおよび底面用取付部９５ｂとの強固で高精度な接合が実現されることとなる。

［第二の実施形態］
次に、本発明が取り得る別の形態例として、図１１を用いることで第二の実施形態に係る運動案内装置２００についての説明を行う。ここで、図１１は、第二の実施形態に係る運動案内装置の要部を示す部分斜視図であり、図中の分図（ａ）には段落ち加工部に対する取付部の取り付け前の状態が示されており、分図（ｂ）には段落ち加工部に対する取付部の取り付け後の状態が示されている。なお、図１１において、上述した第一の実施形態の場合と同一又は類似する部材については、同一符号を付すことで説明を省略した。

第二の実施形態に係る運動案内装置２００では、上述した第一の実施形態の場合と同様に、ＦＲＰで構成された軌道本体部３１の端部に段落ち加工部７１が形成されており、この段落ち加工部７１が形成された箇所に嵌り込むように、金属材料から成る取付部７５を接合することとした。ただし、第二の実施形態における接合手段には接着剤が用いられるため、第一の実施形態とは異なる構成が採用されている。すなわち、第二の実施形態において、軌道本体部３１の端部に形成された段落ち加工部７１には、外部部材の取り付けのための取付孔が形成されておらず、また、第二の実施形態に係る段落ち加工部７１は、軌道本体部３１を構成するＦＲＰの強化繊維シートの積層方向に対して平行方向に拡がる接合面として構成されている。そして、当該接合面である段落ち加工部７１に対して接着剤を付与し、取付部７５を接合することで、第二の実施形態に係る運動案内装置２００の軌道レール２１１を作製している。

なお、第二の実施形態においても、取付部７５には、エンドハウジング５１，５２等の外部部材の取り付けのための取付孔７６が形成されており、その全体が金属材料によって構成されている。また、段落ち加工部７１は、取付部７５の外郭形状に沿った形状として形成されているので、段落ち加工部７１に対して取付部７５を接着すると、外形寸法が揃った滑らかな外郭形状となって、長尺の部材としての軌道レール１１の外形が形成されることとなる。さらに、第二の実施形態では、接合手段として接着剤を用いているので、段落ち加工部７１に対する取付部７５の位置決めが容易であるという利点を有している。つまり、第二の実施形態に係る運動案内装置２００によれば、ＦＲＰの適用に際して課題となっていた外部部材の取付性を改善しつつ、ＦＲＰの利点である必要強度を確保しつつ軽量化を実現することが可能となる。

［第三の実施形態］
以上説明した第一および第二の実施形態に係る運動案内装置１０，２００では、ＦＲＰで構成された軌道本体部３１の端部に段落ち加工部７１を形成しておき、この段落ち加工部７１が形成された箇所に嵌り込むように、金属材料から成る取付部７５を接合するものであった。しかしながら、本発明の適用範囲は、軌道本体部３１の端部に対してのみ適用されるものではなく、例えば、軌道レール１１の縦断面略Ｕ字形の底面側であって、その長手方向に適宜間隔をおいて複数形成されるボルト取付孔に対しても適用することができる。その具体例を、図１２および図１３を用いて説明する。ここで、図１２は、第三の実施形態に係る運動案内装置を説明するための図であり、図中の分図（ａ）は運動案内装置の全体構成を示す斜視図であり、分図（ｂ）はボルト取付孔の周辺を示す要部縦断面図であり、分図（ｃ）は軌道レールの構成部材であるＦＲＰの特性を説明するための模式図である。また、図１３は、第三の実施形態の具体的な実施事例を示す図である。

図１２に示すように、第三の実施形態に係る運動案内装置３００では、軌道レール３１１の縦断面略Ｕ字形の底面側には、その長手方向に適宜間隔をおいて複数のボルト取付孔３１１ｂが形成されている。そして、図１２中の分図（ｂ）で示すように、第三の実施形態に係るボルト取付孔３１１ｂは、縦方向に開口したボルト取付孔３１１ｂの中央部分で孔の径が変更されている。すなわち、軌道レール３１１の上方側の孔は開口径が大きく形成されており、一方、軌道レール３１１の下方側の孔は開口径が小さく形成されている。つまり、第三の実施形態に係るボルト取付孔３１１ｂには、本発明に係る段落ち加工部が形成されているのである。さらに、図１２中の分図（ｃ）で示すように、当該段落ち加工部を有するボルト取付孔３１１ｂは、軌道本体部３３１を構成するＦＲＰの強化繊維シートＳの積層方向に対して直交する方向（つまり、図６の分図（ｂ）における符号αの方向）に開口しているので、ＦＲＰが大きな強度を発揮し得る構成が採用されている。

そして、上述した段落ち加工部を有するボルト取付孔３１１ｂに対しては、上方に鍔部を有する金属カラー３７５が接着剤によって接着接合されている。この金属カラー３７５は、外部部材の取り付けのための取付孔３７６が形成された金属材料から成る部材であり、本発明に係る取付部として機能するものである。

以上のように構成された第三の実施形態に係るボルト取付孔３１１ｂおよび金属カラー３７５に対して、図１３で示すようなボルト８０を用いて軌道レール３１１を固定することにより、ＦＲＰという軽量化材料を使用しながらも鉄系材料を使用していた場合と同等の強固な固定状態を実現した運動案内装置３００を提供することが可能となる。なお、金属カラー３７５に対してボルト８０を挿入して締結を行う際には、金属製のワッシャ８１を金属カラー３７５上部とボルト８０の頭部との間に噛まして用いることが好ましい。またこのとき、ボルト取付孔３１１ｂと金属カラー３７５とは接着剤によって強固に接合固定されているので、ボルト８０締結時の回転力によって金属カラー３７５が供回りすることが無いので、軌道本体部３３１を構成するＦＲＰを痛めることが無い。よって、第三の実施形態によれば、軌道レール３１１に対する強固なボルト締結力を安定して実行することが可能な運動案内装置３００を提供することが可能となる。

なお、上述した第三の実施形態に係る金属カラー３７５については、図１４で示すような改良形態を適用することも可能である。ここで、図１４は、第三の実施形態に係る金属カラーの改良形態を例示する部分縦断面図である。すなわち、第三の実施形態に係る金属カラー３７５の取付孔３７６の内周面に対してタップ加工を施してネジ溝を形成し、このネジ溝を利用することで軌道レール３１１の取り付けを行うようにしても良い。かかる構成は、金属材料からなる金属カラー３７５に対してボルト８０からの締結力がより強固に働くこととなり好ましい。

［第四の実施形態］
上述した第三の実施形態では、軌道レール３１１の縦断面略Ｕ字形の底面側であって、その長手方向に適宜間隔をおいて複数形成されるボルト取付孔３１１ｂに対して、本発明を適用した場合の形態例を示した。この第三の実施形態については、さらに別の変形形態を適用することが可能である。そこで、図１５および図１６を用いることで、第四の実施形態に係る運動案内装置を説明する。ここで、図１５は、第四の実施形態に係る運動案内装置に用いられる軌道レールを説明するための図であり、図中の分図（ａ）は組み立て前の軌道レールの底面側を示す分解斜視図であり、分図（ｂ）は組み立て後の軌道レールの底面側を示す斜視図であり、分図（ｃ）は組み立て後の軌道レールの上面側を示す斜視図である。また、図１６は、図１５中の分図（ｃ）におけるＡ−Ａ断面を示す状態図に対して、締結手段であるボルトを設置した場合を示した図である。

第四の実施形態に係る運動案内装置に用いられる軌道レール４１１は、軌道レール４１１の縦断面略Ｕ字形の底面側であって、その長手方向に適宜間隔をおいて複数形成されるボルト取付孔４１１ｂの形成箇所の底面側に、略長円形をした溝形状部４７１を有している。この溝形状部４７１は、本発明に係る段落ち加工部としての機能を有する部位である。そして、この段落ち加工部としての溝形状部４７１には、図１５中の分図（ａ）で示される金属材料からなる補強用取付部４７５が嵌め込まれる。この補強用取付部４７５には、中央部に大径の接合穴４７７が１つ形成されており、また、この大径の接合穴４７７の両側に、小径の接合穴４７８が２つ形成されている。段落ち加工部としての溝形状部４７１に対して補強用取付部４７５を嵌め込んだとき、軌道レール４１１に形成されたボルト取付孔４１１ｂと大径の接合穴４７７とが重畳して穴が導通した状態となる。また、軌道レール４１１に形成されたボルト取付孔４１１ｂの形成箇所の前後には、ボルト穴４１１ｃが形成されており、段落ち加工部としての溝形状部４７１に対して補強用取付部４７５を嵌め込んだとき、小径の接合穴４７８とボルト穴４１１ｃが重畳して穴が導通した状態となる。したがって、軌道レール４１１に形成されたボルト取付孔４１１ｂの形成箇所の前後に形成されたボルト穴４１１ｃを利用して、小径の接合穴４７８に対してボルト８０を締結することで、補強用取付部４７５を軌道本体部４３１に対して強固に固定することが可能となる（図１５中の分図（ｂ）、分図（ｃ）および図１６参照）。

また、補強用取付部４７５に形成された大径の接合穴４７７と、軌道レール４１１に形成されたボルト取付孔４１１ｂとを利用して、図１６に示すように、接合穴４７７とボルト取付孔４１１ｂとにボルト８０を挿入して締結を行うことで、軌道レール４１１を固定対象物に対して強固に固定することが可能となる。また、第四の実施形態については、固定対象物に対する固定力は主として補強用取付部４７５に及ぼされ、ＦＲＲからなる軌道本体部４３１には固定力が実質的に及ばないので、ボルト８０の締結力に基づく軌道レール４１１の歪みや形状変形が発生することが好適に防止され、運動案内装置の安定した取り付け状態を実現することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、第一乃至第四の実施形態では、リニアモーションガイドとボールねじが組み合わされて一体構造となっている形式の運動案内装置１０に対して、本発明を適用した場合について説明した。しかし、本発明は、あらゆる運動案内装置、例えば、工作機械などに用いられる転がり軸受全般や真空中で使用される無潤滑軸受、リニアガイドや直線案内装置、ボールスプライン装置、ボールねじ装置、ローラーリングなどに適用することが可能である。

また、上述した第一乃至第四の実施形態に係る運動案内装置１０では、転動体としてのボール１２が無限循環路２０を無限に循環するように構成される場合について例示したが、転動体はローラとして構成されるものであっても良いし、さらに、転動体が無限に循環する形式のものだけではなく、有限タイプのものであっても良い。

さらに、上述した第一乃至第四の実施形態に係る運動案内装置は、軌道部材としての軌道レール１１と移動部材１３とが、転動体であるボール１２を介して設置されている場合について例示した。しかし、本発明はこのような転がり案内動作を伴う装置ばかりでなく、例えば、ボールやローラなどの転動体を介さずに軌道部材と移動部材が設置されるような、すべり動作を伴う運動案内装置に対しても適用可能である。

またさらに、上述した第一乃至第四の実施形態に係る運動案内装置１０で用いたＦＲＰについては、グラスファイバーなどの強化繊維を合成樹脂の中に入れて強度を向上させた材料であるが、本発明への適用に当たって、ＦＲＰの成型方法については限定されるものではない。すなわち、本発明が適用可能なＦＲＰについては、型に強化繊維を敷き、硬化剤を混合した樹脂を脱泡しながら多重積層してゆくハンドレイアップ法やスプレイアップ法のほか、あらかじめ強化繊維と樹脂を混合したシート状のものを金型で圧縮成型するＳＭＣ（Sheet Molding Compounds）プレス法など、あらゆる成型方法によって製造されたものを用いることができる。

なお、上述した各実施形態に係る運動案内装置は、例えば、図１７において示されるようなボールねじ装置として構成することが可能である。ここで、図１７は、本発明に係る運動案内装置をボールねじ装置として構成した場合を例示する図である。すなわち、本発明に係る運動案内装置を、軌道部材としてのねじ軸５１１と、このねじ軸５１１に複数のボール５１２を介して相対回転可能に取り付けられる移動部材としてのナット５１３と、を備えたボールねじ装置５１０として構成し、ねじ軸５１１やナット５１３とボール５１２が接触する転動体転走面の近傍を金属材料によって形成し、その他の部分をＦＲＰによって形成することが可能である。そして、取付部と、軌道本体部又は移動本体部とが、接合時において軌道本体部又は移動本体部を構成するＦＲＰの強化繊維シートの積層方向に対して直交する方向に開口した接合穴をそれぞれ有し、当該接合穴に設置される接合手段を用いて接合可能であるように、このボールねじ装置を構成することも可能である。ボールねじ装置５１０をこのように構成することによって、外部部材との確実かつ高精度な取付状態の実現と、さらに、装置の軽量化をも実現する運動案内装置を提供することが可能となる。

その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０，２００，３００ 運動案内装置、１１，２１１，３１１，４１１ 軌道レール、１１ａ 転動体転走溝、１１ｂ，３１１ｂ，４１１ｂ ボルト取付孔、１２ ボール、１３，８３ 移動部材、１３ａ 負荷転動体転走溝、１３ｂ 開口部、１３ｃ 上面、１３ｄ 雌ねじ、１４ ねじ軸、１５ 負荷転動体転走路、１６ 戻し通路、１７ 方向転換路、１８ 蓋体、１９ 無負荷転動体転走路、２０ 無限循環路、２１ スペーサ部材、３０，４０，４１，４２，４４ 転走部、３１，３３１，４３１ 軌道本体部、４３ 移動本体部、５１，５２ エンドハウジング、７１，９１ 段落ち加工部、７２，７３，７７，７８，８８，４７７，４７８ 接合穴、７５，９５ 取付部、７６，８６ 取付孔、８０ ボルト、８０ａ 締結用ノックピン、８１ ワッシャ、８５ 締結金具、９５ａ 側面用取付部、９５ｂ 底面用取付部、３７５ 金属カラー、３７６ 取付孔、４１１ｃ ボルト穴、４７１ 溝形状部、４７５ 補強用取付部、５１０ ボールねじ装置、５１１ ねじ軸、５１２ ボール、５１３ ナット、Ｓ 強化繊維シート。

Claims (6)

1. 軌道部材と、
   前記軌道部材に複数の転動体を介して移動自在に取り付けられる移動部材と、
   を備える運動案内装置であって、
   前記軌道部材又は前記移動部材は、
   前記複数の転動体と接触して転動体転走面を構成する金属材料から成る転走部と、
   外部部材の取り付けのための取付孔が形成された金属材料から成る取付部と、
   前記転走部および前記取付部と接合して前記軌道部材又は前記移動部材を形成するＦＲＰから成る軌道本体部又は移動本体部と、
   から構成され、
   前記取付部と、前記軌道本体部又は前記移動本体部とは、接合時において前記軌道本体部又は前記移動本体部を構成するＦＲＰの強化繊維シートの積層方向に対して直交する方向に開口した接合穴をそれぞれ有し、当該接合穴に設置される接合手段を用いて接合可能であることを特徴とする運動案内装置。
2. 軌道部材と、
   前記軌道部材に複数の転動体を介して移動自在に取り付けられる移動部材と、
   を備える運動案内装置であって、
   前記軌道部材又は前記移動部材は、
   前記複数の転動体と接触して転動体転走面を構成する金属材料から成る転走部と、
   外部部材の取り付けのための取付孔が形成された金属材料から成る取付部と、
   前記転走部および前記取付部と接合して前記軌道部材又は前記移動部材を形成するＦＲＰから成る軌道本体部又は移動本体部と、
   から構成され、
   前記取付部と、前記軌道本体部又は前記移動本体部とは、接合時において前記軌道本体部又は前記移動本体部を構成するＦＲＰの強化繊維シートの積層方向に対して平行方向に拡がる接合面をそれぞれ有し、当該接合面に付与される接合手段を用いて接合可能であることを特徴とする運動案内装置。
3. 請求項１又は２に記載の運動案内装置において、
   前記軌道本体部又は前記移動本体部には、前記取付部が接合される箇所に対して前記取付部の形状に沿った段落ち加工部が形成されていることを特徴とする運動案内装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の運動案内装置において、
   前記接合手段は、ボルト、リベット又は接着剤のいずれか１つ若しくはこれらの組み合わせであることを特徴とする運動案内装置。
5. 請求項１に記載の運動案内装置において、
   前記軌道部材は、断面略Ｕ字形をした部材として構成されており、
   前記接合穴は、断面略Ｕ字形の底面側を向く第一の方向と、断面略Ｕ字形の左右面側を向くとともに前記第一の方向に直交する第二の方向と、の少なくとも二方向に向けて開口するように複数形成されることを特徴とする運動案内装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の運動案内装置が組み込まれて構成されることを特徴とするアクチュエータ。

Images