JP2023044475A

JP2023044475A - 有限ストロークタイプの直線案内装置

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Publication number: JP2023044475A
Application number: JP2021152524A
Authority: JP
Inventors: 綾子宮島; Ayako Miyajima
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2021-09-17
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2041-09-17
Also published as: EP4403787A1; WO2023042558A1; CN118076814A; JP7396780B2; KR20240058867A; TW202314136A

Abstract

【課題】ケージのリセット動作に対する係止突起や規制穴の強度を十分に確保することができると共に、軸部材と案内部材の隙間を可及的に小さくして装置全体の小型化を図ることが可能な有限ストロークタイプの直線案内装置を提供する。【解決手段】案内溝を有してチャネル状に形成された案内部材と、前記案内溝内を当該案内溝の長手方向に沿って移動する軸部材と、前記案内部材と前記軸部材との間で荷重を負荷しながら転走する多数の転動体と、前記案内部材の案内溝内に配置されて当該案内部材と前記軸部材の隙間に存在し、前記多数の転動体が回転自在に配列されたケージと、を備え、前記案内部材には長手方向の両端に前記ケージが突き当たるストッパが設けられ、前記軸部材には当該軸部材の移動方向に沿って長尺な規制穴が形成される一方、前記ケージには先端部が前記規制穴内に挿入される係止突起が立設されている。【選択図】図５

Description

本発明は、物品を所定のストローク範囲内で直線的に移動させるための直線案内装置に関する。

この種の直線案内装置としては、特許文献１に開示されたものが知られている。この直線案内装置は、断面略矩形状に形成されると共に左右の両側面に転動体の転走面が形成された軸部材と、この軸部材に沿って移動可能な案内部材と、前記軸部材と前記案内部材との間で荷重を負荷しながら転走する多数の転動体と、前記軸部材と前記案内部材との隙間に配置されると共に前記多数の転動体が回転自在に配列されたケージと、を含んでいる。

前記案内部材は前記軸部材が遊嵌する案内溝を有して溝形状に形成され、前記案内溝の両側面には前記軸部材の転走面と対向する転走面が設けられている。前記転動体は前記軸部材の転走面と前記案内部材の転走面に接し、これら両者の間で転走する。前記ケージは薄い板状に形成されて前記軸部材と前記案内部材との隙間に存在しており、当該ケージには前記多数の転動体を所定間隔で配列させるための収容孔が多数設けられている。各転動体は前記軸部材の転走面と前記案内部材の転走面を転がりながら、前記ケージの収容孔の内部で自在に回転する。

前記軸部材に沿って前記案内部材が移動する際、理論的には、前記ケージは前記軸部材に対して、前記案内部材の移動量の１／２だけ移動する。前記ケージが前記軸部材と前記案内部材の間から抜け出ると、前記転動体が前記ケージの収容孔から転がり落ちてしまう懸念があり、この転がり案内装置には前記案内部材に対する前記ケージのストローク範囲、前記軸部材に対するケージのストローク範囲を制限する機構が設けられている。

前記ケージには前記案内部材の移動方向に沿って細長い規制穴が設けられる一方、前記案内部材の案内溝の内部には係止突起が設けられており、前記係止突起は前記ケージの規制穴に挿入されている。これにより、前記案内部材に対する前記ケージのストローク範囲が制限されている。また、前記軸部材の長手方向の両端近傍には一対のストッパが設けられ、前記ケージはこれらストッパの間でのみ当軸部材に沿ってストローク可能となっている。

特開２００４－１９７６７

前記転動体は前記軸部材及び前記案内部材の転走面に対して転がり接触のみを生じているのではなく、僅かではあるが滑り接触も生じている。このため、前記案内部材が前記軸部材に対して反復的な往復運動を行うと、前記ケージが前記案内部材及び前記軸部材に対して徐々に位置ずれを生じてしまう。このようなケージの位置ずれが生じると、前記軸部材に対する前記案内部材のストローク範囲が過度に制限されてしまうので、前記案内部材の稼働中には当該位置ずれを定期的に解消するリセット動作を行う必要がある。このリセット動作は、前記係止突起が前記ケージの規制穴の端部に係止された状態で前記案内部材を強制的に移動させることにより行われ、前記ケージは転動体を引きずりながら前記軸部材に対して移動し、前記ストッパに突き当てられる。

このリセット動作では前記ケージに設けられた規制穴の端部を前記案内部材の係止突起が強く押圧することから、当該規制穴の端部でケージに座屈が発生する懸念があり、その対策としては前記ケージの肉厚を増す等して、当該ケージの強度を確保することが考えられる。しかし、そのような対策には前記軸部材と前記案内部材の隙間の拡大が必要となり、当該案内部材の小型化、すなわち直線案内装置の小型化を図り難いという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ケージのリセット動作に対する係止突起や規制穴の強度を十分に確保することができると共に、軸部材と案内部材の隙間を可及的に小さくして装置全体の小型化を図ることが可能な有限ストロークタイプの直線案内装置を提供することにある。

すなわち、本発明の直線案内装置は、ベース部と一対の側壁部によって囲まれた案内溝を有すると共に、各側壁部には前記案内溝に面して転動体の転走溝が当該案内溝の長手方向に沿って形成された案内部材と、前記案内部材の案内溝内を当該案内溝の長手方向に沿って移動すると共に、前記案内部材の転走溝に対向する転走溝を有する軸部材と、前記案内部材の転走溝と前記軸部材の転走溝との間で荷重を負荷しながら転走する多数の転動体と、前記案内部材の案内溝内に配置されて当該案内部材と前記軸部材の隙間に存在し、前記多数の転動体が回転自在に配列されたケージと、を備えている。そして、前記案内部材又は前記軸部材のいずれか一方には長手方向の端部に前記ケージが突き当たるストッパが設けられ、前記案内部材又は前記軸部材の他方には、前記軸部材の移動方向に沿って長尺な規制穴が形成される一方、前記ケージには先端部が前記規制穴内に挿入される係止突起が立設されている。

本発明の直線案内装置によれば、前記案内部材と前記ケージの位置関係、あるいは前記軸部材と前記ケージの位置関係は前記規制穴と前記係止突起によって制限されている。このとき、前記規制穴は前記案内部材又は前記軸部材に形成される一方、前記係止突起は前記ケージに立設されているので、当該係止突起が前記規制穴の端部に強く当接した場合でも、前記規制穴や前記係止突起に座屈等の変形が生じる懸念はない。このため、ケージのリセット動作に対する前記係止突起や規制穴の強度を十分に確保することができると共に、当該ケージの設計の自由度を高めることができ、軸部材と案内部材の隙間を可及的に小さくして装置全体の小型化を図ることが可能となる。

本発明の直線案内装置の実施形態の一例を示す斜視図である。図１に示す直線案内装置から軸部材を取り除いた状態を示す斜視図である。図１に示す直線案内装置のケージを示す斜視図である。図１に示す直線案内装置を案内部材の長手方向から観察した正面図である。図１のＶ－Ｖ線断面図である。ケージの係止突起と軸部材の規制穴の関係を示す断面図である。案内部材に対する軸部材の最大ストローク位置を示す平面図である。ケージと案内部材との間に位置ずれが発生した状態を示す平面図である。ケージと軸部材との間に位置ずれが発生した状態を示す平面図である。

以下、添付図面を用いて本発明の直線案内装置を詳細に説明する。

図１は本発明を適用した直線案内装置１の一例を示すものである。同図に示すように、前記直線案内装置１は転動体としての多数のローラを介して案内部材３と軸部材４を組み合わせたものであり、前記軸部材４を前記案内部材３の長手方向（図１中の矢線Ａ方向）に対して自在に移動させ、前記軸部材４を前記案内部材３内に収容し、あるいは前記軸部材４を前記案内部材３から引き出すことが可能となっている。このため、例えば前記案内部材３を機械装置の固定部Ｂに、前記軸部材４を機械装置の可動部に対して固定することで、前記可動部を前記固定部Ｂに対して所定のストローク範囲で自在に移動させることが可能となる。

図２は前記軸部材４を抜き取った状態の前記案内部材３を示すものである。前記案内部材３は案内溝３０を有して断面略C字状に形成され、ベース部３１と一対の側壁部３２を有している。前記一対の側壁部３２は前記案内溝３０を挟むようにして前記ベース部３１から起立しており、各側壁部３２は前記ベース部３１と直交している。前記案内溝３０は前記軸部材４の収容空間として機能する。前記各側壁部３２には前記案内溝３０に面して前記ローラ２の転走溝３３が形成され、この転走溝３３は当該案内溝３０の長手方向に沿って、前記案内部材３の全長にわたって設けられている。また、前記ベース部３１には機械装置の固定部Ｂに当接する取付け面３４が設けられている。

一方、図１に示すように、前記軸部材４は前記案内部材３の案内溝３０内に収容される棒状部材であり、長手方向に直交する断面は略矩形状に形成されている。また、前記軸部材４には機械装置の可動部に当接する取付け面４０が設けられており、この取付け面４０は前記案内部材３の一対の側壁部３２の端部よりも僅かに突出した位置、すなわち前記案内部材３の案内溝３０の外側に設けられ、前記可動部と前記案内部材３の干渉が防止されている。前記案内部材３の側壁部３２と対向する軸部材４の壁面には前記ローラ２の転走溝４１が形成されている。この軸部材４側の転走溝４１は前記案内部材３側の転走溝３３と正対する位置に形成されており、案内部材３側の転走溝３３と軸部材４側の転走溝４１の間には多数のローラ２が配列されている。

前記案内部材３の案内溝３０の内部にはケージ５が設けられており、前記案内部材と前記軸部材を組み合わせた状態（図１参照）では、当該ケージ５は前記案内部材３と前記軸部材４の隙間に存在している。図３に示すように、前記ケージ５は前記案内部材３の案内溝３０に沿った溝型状に形成されており、前記ローラ２を配列するための多数の収容孔が前記案内部材３の転走面３３に沿って所定の間隔で多数設けられている。前記ローラ２は前記収容孔の内部で回転自在に保持されており、前記案内部材３の転走面３３と前記軸部材４の転走面４１に接触している。この実施形態において、前記ケージ５は合成樹脂の射出成形で製作されており、前記ローラ２は射出成形後に各収容孔に対して挿入されている。

この実施形態において、前記ローラ２は所謂クロスローラとして前記ケージ５に配列されており、同一の転走溝３３上で互いに隣接する二個のローラ２は自転軸が互いに直交している。このため、前記案内部材３の転走溝３３及び前記軸部材４の転走溝４１は一対の転走面が９０度の角度で交わったＶ字溝として形成されている。

前記案内部材３の長手方向の両端部には前記ケージ５の移動を係止する一対のストッパ６が設けられている。また、これらストッパ６は前記案内部材３の端面に対して固定ねじ６０で締結されている。図４は前記案内部材３、前記ケージ５及び前記軸部材４の位置関係を当該案内部材の長手方向から観察したものである。同図に示すように、前記ストッパ６は前記軸部材４と重なることなく、且つ、前記ケージ５の一部と重なる大きさに形成されている。このため、前記案内部材に対して前記軸部材を移動させると、前記軸部材は前記ストッパ６と干渉することなく前記案内部材の案内溝から引き出されるが、前記ケージ５は前記案内部材３の端部において前記ストッパ６に突き当たり、前記案内部材３の案内溝３０内でのみ移動が可能となっている。

また、前記ケージ５には長手方向の中央付近に円柱状の係止突起５０が設けられている。この係止突起５０は当該ケージ５から前記軸部材４に向けて起立しており、図５に示すように、その先端部は前記軸部材４に形成した規制穴４２に挿入されている。前記軸部材４に設けられた規制穴４２は当該軸部材４の移動方向に沿って細長いスリット状に形成されており（図１参照）、前記軸部材４を貫通している。尚、前記規制穴４２は前記係止突起５０の先端を受け入れることができれば、前記軸部材４を貫通して設ける必要はない。

前記規制穴４２の幅は前記係止突起５０の直径よりも大きく設定されており、前記軸部材４が前記ケージ５に対して移動を生じた際に、前記係止突起５０が前記規制穴４２の内部を自由に移動することが可能となっている。また、前記規制穴４２の長手方向の両端部は当該係止突起５０の外形に近似した半円状に形成され、前記ケージ５の係止突起５０が面接触に近い状態で接触するように構成されている。尚、前記係止突起５０が角柱状に形成された場合、前記規制穴４２の長手方向の両端部は矩形状に形成し、前記係止突起５０が前記規制穴４２の両端部に対して面接触を生じることが好ましい。

更に、図６に示すように、前記ケージ５に立設された前記係止突起５０の根元部５１は、その直径が徐々に拡大して前記ケージ５と滑らかに連続している。また、前記ケージ５に面した前記軸部材４の規制穴４２の縁部には拡開部４３が設けられて、前記係止突起５０の根元部５１と前記軸部材４の干渉が防止されている。

理論的には、前記ケージ５は前記案内部材３に対する前記軸部材４のストローク量の１／２だけ前記案内部材３に対して移動する。このため、前記軸部材４の移動方向に関する前記規制穴４２の長さは、前記案内部材３に対する前記軸部材４のストローク量の１／２に設定されており、この実施形態では前記軸部材４が前記案内部材３の案内溝３０に対して完全に収納された状態では、前記係止突起５０が前記規制穴４２の長手方向の中央に位置している。

また、前記軸部材４を前記案内部材３に対して徐々に移動させると、前記ケージ５が前記案内部材３の案内溝３０内を移動し、且つ、前記軸部材４が当該ケージ５の前記案内部材３に対する移動量と同じ量だけ前記ケージ５に対して移動する。最終的には、図７に示すように、前記ケージ５が前記ストッパ６に突き当たり、それと同時に前記ケージ５の係止突起５０が前記軸部材４の規制穴４２の長手方向の端部到達し、当該軸部材４は前記ケージ５に対して移動不能となる。すなわち、図７に示すように、前記ケージ５が前記ストッパ６に突き当たり、且つ、前記係止突起５０が前記規制穴４２の長手方向の端部に突き当たったときの前記軸部材４の位置が、前記案内部材３に対する当該軸部材４の最大ストローク位置である。

しかし、前記案内部材３に対して前記軸部材４が繰り返し往復運動しているうちに、当該案内部材３に対するケージ５の位置ずれが発生する場合がある。例えば、図８に示すように、前記ケージ５の係止突起５０は前記軸部材４の規制穴４２の端部に達しているが、前記ケージ５は前記案内部材３に固定されたストッパ６に突き当たっていない場合が発生する。また、これとは逆に、図９に示すように、前記ケージ５は前記案内部材３に固定されたストッパ６に突き当たっているが、前記ケージ５の係止突起５０は前記軸部材４の規制穴４２の端部に達していない場合が発生する。これら二つのケースでは、前記案内部材３に対する前記軸部材４のストローク量が図７に示した最大ストローク量よりも短くなってしまう。また、前記軸部材４を最大ストローク量まで強引に移動させると、転動体としてのローラ２が前記案内部材３の転走溝３３及び前記軸部材４の転走溝４１に対してすべり接触を生じてしまう。

このように前記案内部材３、前記ケージ５及び前記軸部材４の三者間に位置ずれが生じた際には、前記軸部材４を前記案内部材３に対して強制的に移動させることにより、当該三者間の位置ずれをリセットすることが可能である。このリセット動作は前記案内部材３に対して前記軸部材４の所定回数ストロークさせる毎に１回実施する。

前記リセット動作では図８又は図９に示す状態から前記軸部材４を強制的に紙面左方向へ移動させ、図７に示すように前記ケージ５が前記ストッパ６に突き当たり、且つ、前記ケージ５の係止突起５０が前記軸部材４の規制穴４２の端部に係止された状態を作り出す。このリセット動作における前記軸部材４の移動の際には、前記転動体としてのローラ２が前記軸部材４の転走面４１及び前記案内部材３の転走面３３を転がることなく滑るので、前記軸部材４に対して通常よりも大きな力を作用させて当該軸部材４を移動させることが必要であり、その分だけ、前記ケージ５に立設された係止突起５０に対して過大な負荷が作用することになる。

この点に関し、本実施形態の直線案内装置では、前記係止突起５０の先端が挿入される規制穴４２を前記軸部材４に設けているので、前記係止突起５０が前記規制穴４２の長手方向の端部に対して強く当接したとしても、当該規制穴４２が座屈等の変形を生じる懸念はない。また、前記係止突起５０はケージ５に立設されており、仮に前記ケージ５の肉厚を薄くしたとしても、当該係止突起５０の形状、太さ及び根元部の形状を任意に設計することで、前記係止突起５０に十分な強度を与えることができ、前記規制穴４２との当接による前記係止突起５０の変形を防止することが可能である。

また、前記係止突起５０は合成樹脂の射出成型等の手法を用いて前記ケージ５と一体的に形成することが可能であり、この点においても前記係止突起５０を含めたケージ５の設計の自由度を高めつつ、当該係止突起５０に十分な強度を与えることが可能となる。

従って、本実施形態の直線案内装置によれば、前記ケージ５のリセット動作に対する前記係止突起５０や規制穴４２の強度を十分に確保することができると共に、当該ケージ５の設計の自由度を高めることができる。これに伴い、前記ケージ５の肉厚を薄く設定することも可能となるので、前記案内部材３と前記軸部材４の隙間を可及的に小さくすることができ、直線案内装置の小型化を図ることが可能となる。

尚、図を用いて説明した実施形態では、前記案内部材３の長手方向の両端に前記ケージ５を係止するためのストッパ６を設ける一方、前記ケージ５の係止突起５０の先端を挿入する規制穴４２を前記軸部材４に設けたが、これとは逆に、前記軸部材４の長手方向の両端に前記ケージ５を係止するためのストッパを設ける一方、前記ケージ５の係止突起５０の先端を挿入する規制穴４２を前記案内部材３に設けても、本発明を実施することが可能である。

また、図を用いて説明した実施形態では、前記案内部材３の長手方向の両端に前記ケージ５を係止するためのストッパ６を設けていたが、前記案内部材に対する前記軸部材の引き出し方向に応じ、当該ストッパ６は前記案内部材３の長手方向の一方の端部にのみ設けても差し支えない。更に、前記案内部材３又は前記軸部材４に対する前記ストッパ６の固定方法はねじ止めに限られず、当該ストッパ６によって前記ケージ５の移動を確実に係止できるのであれば、適宜設計変更して差し替えない。

１…直線案内装置、２…ローラ（転動体）、３…案内部材、４…軸部材、５…ケージ、６…ストッパ、３０…案内溝、４２…規制穴、５０…係止突起

Claims

ベース部と一対の側壁部によって囲まれた案内溝を有すると共に、各側壁部には前記案内溝に面して転動体の転走溝が当該案内溝の長手方向に沿って形成された案内部材と、
前記案内部材の案内溝内を当該案内溝の長手方向に沿って移動すると共に、前記案内部材の転走溝に対向する転走溝を有する軸部材と、
前記案内部材の転走溝と前記軸部材の転走溝との間で荷重を負荷しながら転走する多数の転動体と、
前記案内部材の案内溝内に配置されて当該案内部材と前記軸部材の隙間に存在し、前記多数の転動体が回転自在に配列されたケージと、を備え、
前記案内部材又は前記軸部材のいずれか一方には長手方向の端部に前記ケージが突き当たるストッパが設けられ、
前記案内部材又は前記軸部材の他方には、前記軸部材の移動方向に沿って長尺な規制穴が形成される一方、前記ケージには先端部が前記規制穴内に挿入される係止突起が立設されていることを特徴とする直線案内装置。
前記ケージは合成樹脂によって前記係止突起と一体に成形されていることを特徴とする請求項１記載の直線案内装置。
前記係止突起は円柱状に形成されてその根元部はその直径が徐々に拡大して前記ケージと滑らかに連続している一方、前記ケージに面した前記軸部材の規制穴の縁部には前記係止突起の根元部に対応した拡開部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の直線案内装置。