JP3613937B2

JP3613937B2 - 無潤滑直線案内装置

Info

Publication number: JP3613937B2
Application number: JP18744197A
Authority: JP
Inventors: 良晴白田; 一男堀切川
Original assignee: 株式会社白田製作所
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: JPH1113758A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、工業用ロボット等各種一般産業機械の要素の一部（スライド部）としてそれらをガイドレ−ル上に繰り返し往復直線運動せしめるために多用される直線案内装置に関するもので、とりわけ，ガイドレ−ルに対するそれらのセットの位置決めを迅速・容易・精確に行い得るとともに、起動及び運転時の摩擦係数が小さく往復直線運動の繰り返し動作精度が良好で耐久性にも優れ、無潤滑油下においても安定した摩擦特性が得られる直線案内装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の斯かる直線案内装置としては、例えば、ガイドレ−ルに対する装置の摺動部として銅合金やアルミ系合金，チタン系合金，マグネシウム系合金等の各種金属の合金を素材として用いたもの、或は球やコロを介した転がり摺動方式を用いたもの等がよく知られている。
【０００３】
しかしこれらの場合には、使用温度，摩擦力の変動，許容接触圧力等に対する対応面で多くの問題がある、また潤滑剤（油）を必要とするものが多い等の種々の使用上の制約があり、総じて安定した摺動の実現が困難な状況にある。
そして，特に摺動動作に高精度，高速化が要求される半導体分野での使用においては、使用素材の金属材料の経年変化により構造上に狂いが生じ機能の低下につながり、安定した運転維持が困難となるという問題も含んでいる。
又，ボ−ルやロ−ラ−に無理な荷重がかかりガタが生じた場合、往復運動の方向転換時に慣性モ−メントによるハンマ−作用が生じたり、重荷重によっては瞬間的に数倍の衝撃荷重が作用して消耗度合いが拡大し、終局的にガイドレ−ルに対する装置の位置決めが良好でなく、繰り返し動作精度の維持も困難となるという問題もある。
更に，従来装置においては素材並びに構造上，滑りや転がりを良くするために油を潤滑剤として用いるものが多く、そのため給油装置が必要となる等いきおい装置全体の構造が複雑化せざるを得ないという難点も有している。それのみならず、給油のための要員確保，給油装置の修理・点検等その維持管理並びにメンテナンス費用が嵩み、給油に要する作業に手間がかかり時には給油忘れによる弊害も生ずるなどの問題もある。
それに，特に高温や低温のため潤滑油の機能が低下するところ，異物の混入により潤滑油膜が破断されやすいところ，特殊ガス中，真空中，放射線環境等の特殊環境下では使用ができない或は使用が著しく制約されるという難点もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来装置の有する素材並びに構造上に起因する種々の難点を解消し、起動時及び運転時における摩擦係数が小さく，耐摩耗性，耐久性に優れ、且つ無潤滑油下でも安定した摩擦特性が得られ前記特殊環境下での使用にも充分に耐える等使用上好適であるウッドセラミックス又はその他の植物性セラミックスを摩擦体とする無潤滑直線案内装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、側面チャンネル状の外形を有するガイドホルダーの上部内面側にガイドレールの上面と摺動する木質系多孔質炭素材料のウッドセラミックスからなる摩擦体を嵌着する一方、ガイドホルダーの両側部内面側に座金付き取り付けネジを介して摺動部材をガイドホルダーの両側部内面に対し緊締，その解除自在に係合配設し、その摺動部材にガイドレールの両側外面と摺動する前記ウッドセラミックスからなる摩擦体を嵌着するとともに、前記摺動部材の座金付き取り付けネジを介したガイドホルダーの両側内面に対する緊締係合が解除されたときに，調節ネジの押圧操作によりその摺動部材に嵌着した前記摩擦体のガイドレールに対する接触圧力を適度に調節し，且つその調節ネジの先端部を介して摺動部材を揺動可能に支持せしめるようになしたことを特徴とする。
【０００６】
ガイドレールの上面及び両側外面と摺動する摩擦体として、木質系以外の植物の多孔質炭素材料を原材料としウッドセラミックスと同様な製造方法で得られるその他の植物性セラミックスからなる摩擦体を用いる場合もある。
【０００７】
また，ガイドホルダ−を摺動案内するガイドレ−ルとしては、ウッドセラミックス又はその他の植物性セラミックスが保有する摩擦特性をより有効に発揮せしめるべく、ＳＵＳ３０４等のステンレス系の特殊鋼を用いる場合がある。
【０００８】
なお，上記のその他の植物性セラミックスとは、例えば，竹，籾殻，米糠等の木質系以外の植物の多孔質炭素材料を原材料としウッドセラミックスと同様な製造方法で得られるものをいう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
別紙図面，図１〜図１６を参照して、本発明の具体的実施の形態の一例を説明する。
【００１０】
図１は、本発明装置の要部の一形態の正面中央縦断側面図（図２のＡ−Ａ断面図）、図２はその正面図であり、両側外面を内側方向に楔形（Ｖ字形）に切欠したガイドレ−ル１と、このガイドレ−ル１の外面にその軸方向に沿って摺動可能に嵌合するガイドホルダ−２とを具備している。
ガイドホルダ−２は、ガイドレ−ル１の上面及び両側外面に摺動可能に嵌合するように側面チャンネル状の外形（図１の如く，縦断面が溝形鋼の開放端部を内側に直角に屈曲して少し対向して張り出した形状）に形成され、そのガイドレ−ル１との各摺動対接面である上部内面側と両側部内面側に木質系多孔質炭素材料のウッドセラミックスからなる上部摩擦体３と両側部摩擦体４とが夫々介装配設されている。ガイドホルダ−２の上部内面側には図７の如く、長さ方向に沿って一対の嵌合溝５，５が形成されており、この溝内にガイドレ−ル１の上面と摺動する一対のウッドセラミックスの上部摩擦体３，３が嵌着（埋設固定）されている。ガイドホルダ−２の両側部内面側には一対の摺動部材６，６が後記の座金付き取り付けネジを介して係合配設されており、図１１の如くこの摺動部材６，６のガイドレ−ル１側に面する部分に長さ方向に沿って嵌合溝７，７が形成されていて、この溝内にガイドレ−ル１の両側外面と摺動するウッドセラミックスの両側部摩擦体４，４が嵌着（埋設固定）されている。従って，ガイドホルダ−２とガイドレ−ル１とは、これらの上部摩擦体３，３と両側部摩擦体４，４とを介して摺動が行われることとなる。
【００１１】
摺動部材６，６は、図２及び図１３で示す座金付き取り付けネジ８を介して、ガイドホルダ−２の両側部内面側に緊締且つ揺動可能に係合配設される。ガイドホルダ−２の両側部には図９及び図１３で示す座ぐりのある取り付けネジ８の挿入孔９が形成されており、摺動部材６，６にはガイドホルダ−２側の一部にネジ部を形成していないネジ孔１０が形成されていて、座金付き取り付けネジ８をガイドホルダ−２の挿入孔９に挿入しその先端部を摺動部材６のネジ孔１０のネジ部にネジ込み嵌合させることによって、図１３の如く摺動部材６，６はガイドホルダ−２の両側部内面に緊締係合される。一方，座金付き取り付けネジ８を緩めてネジ孔１０のネジ部とのネジ込み嵌合を解除させると、摺動部材６，６は座金付き取り付けネジ８に対しフリ−な状態となり、座金付き取り付けネジ８に対しその軸方向に沿って可動（平行移動）且つ揺動（傾動）可能な状態となる。
又，ガイドホルダ−２の両側部には、後記に説明するように、ガイドレ−ル１の両側外面に対する摺動部材６，６に嵌着した両側部摩擦体４，４の接触圧力を適度に調節するための調節ネジ１１がネジ孔１２に嵌合して配設されている。
【００１２】
ガイドレ−ル１の外面にガイドホルダ−２を摺動可能にセットする場合には、先ず座金付き取り付けネジ８を締め付けその先端部と摺動部材６のネジ孔１０のネジ部とをネジ込み嵌合させて、摺動部材６，６をガイドホルダ−２の両側部内面に密着させた状態で緊締係合させる。するとこの場合には、図１３で示す如く、ガイドレ−ル１の両側外面の楔形切欠傾斜面と摺動部材６に嵌着したウッドセラミックスの両側部摩擦体４，４との間にａの間隙が配されるように設定してあるので、ガイドレ−ル１の側面端部方向からチャンネル状外形のガイドホルダ−２を挿入嵌合させると、円滑にその挿入嵌合がなされる。
次に，座金付き取り付けネジ８の締め付けを緩めて摺動部材６のネジ孔１０のネジ部とのネジ込み嵌合を解除させると、摺動部材６は座金付き取り付けネジ８に対しフリ−な状態となるので、図１４に示す如く、調節ネジ１１を締め付けて摺動部材６をガイドレ−ル１側に押圧操作する。すると，摺動部材６，６に嵌着されている両側部摩擦対４，４が座金付き取り付けネジ８に沿ってガイドレ−ル１側に移動してその両側外面の楔形切欠傾斜面に当接するので、調節ネジ１１の摺動部材６，６に対する押し込み操作量を適度に調節することにより、ガイドレ−ル１の両側外面に対する両側部摩擦体４，４の接触圧力が適度に調節される。このとき，図１４の如く、ガイドホルダ−２の両側部内面と摺動部材６，６との間にはｂの間隙が配され、摺動部材６，６は嵌合している座金付き取り付けネジ８に対しフリ−で，前面側は両側部摩擦体４，４を介してガイドレ−ル１両側外面の楔形切欠傾斜面に接し後面側中央部は調節ネジ１１に接して支持されているので、摺動部材６，６に対し過大な圧力が加わっても図示αの角度の範囲内で適度に揺動（傾動）することができ、無理なく安定した接触が保持される。
調節ネジ１１は、その押し込み操作による前記接触圧力の適度な調節の完了後に、塗料等により封印される。
【００１３】
図３〜図５は、上記本発明実施の形態の一例に係る装置の具体的使用説明図であり、上記の要領で左右一対のガイドレ−ル１，１に対し各前後一対合計４個のガイドホルダ−２を所定間隔を配して上部及び両側部摩擦体３，４を介して摺動可能に嵌合してセットする。ガイドレ−ル１，１は、スライドべ−ス１３の上にネジ止めにより据え付け固定されている。
４個のガイドホルダ−２の上面には、可動体１４をネジ止め固定し、この可動体１４の上に工業用ロボット等の各種一般産業機械の他の要素の部分である重量物を積載固定する。従って可動体１４に積載固定された工業用ロボット等の産業機械は、ガイドレ−ル１と接触する上部及び両側部摩擦体３，４を介したガイドホルダ−２の摺動によりガイドレ−ル１上をその軸方向に沿って（図の矢印方向に）往復直線運動をする。
【００１４】
図１５と図１６は、上記の構造に係る本発明装置（図では本開発軸受と称し，無潤滑である）と従来装置（図では従来型軸受と称し，グリ−スを潤滑剤とする）との摩擦特性を比較実験した特性説明図である。
同上の図は、摩擦時の速度や距離に対する摩擦係数の変化を示したものであるが、この図から分かるように、本発明装置は無潤滑でも、潤滑油を用いた従来装置に比して起動時及び運転時における摩擦係数が小さく安定しており、そのため装置の摺動操作を少ない動作エネルギ−で軽快且つ経済的に行うことができる。
【００１５】
また，摩擦体３，４として、焼成温度８００度Ｃ以上で加熱処理され，フェノ−ル樹脂を含浸させた硬質ガラス状炭素を３０％以上含有させたウッドセラミックスを用いて実験したところ、比摩耗量，摩擦係数ともに極めて小さい状態で安定して軽快な摺動操作を行うことができた。
【００１６】
なお，上記の実施形態においては摩擦体３，４として専ら優れた摩擦特性を保有する木質系多孔質炭素材料からなるウッドセラミックスを用いたものを示したが、使用上必ずしもこれに限らず、例えば，竹，籾殻，米糠等の木質系以外の植物の多孔質炭素材料を原材料としてウッドセラミックスと同様な製造方法で得られ，それと同様な摩擦特性を有するその他の植物性セラミックスを用いても差し支えない。
【００１７】
そして，ガイドホルダ−２を摩擦体３，４を介して摺動案内するガイドレ−ル１として、ＳＵＳ３０４等のステンレス系の特殊鋼を用いた場合には、前記のウッドセラミックス又はその他の植物性セラミックスの保有する摩擦特性を一層有効に発揮させることができた。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は上記の構成となしたので、上述の従来装置の素材及び構造上に起因する諸難点を解消し、以下に示す特有の効果を奏する。
【００１９】
請求項１又は請求項２に係る発明においては、ガイドホルダ−とガイドレ−ルとの摺動動作を優れた摺動摩擦特性を有する木質系多孔質炭素材料であるウッドセラミックス又は木質系以外の植物の多孔質炭素材料を原材料としウッドセラミックスと同様の製造方法で得られるその他の植物性セラミックスによる摩擦体を介して行うようになしたので、従来の種々の金属の合金を介した摩擦摺動方式や転がり摺動方式による場合に比して、起動時及び運転時における摩擦係数が小さく，耐摩耗性，耐久性，繰り返し動作精度に優れ、高精度な摺動摩擦特性が要求される半導体分野での使用にも適し、且つ無潤滑油下でも安定した摩擦特性が得られ、従って小さな力で軽快に安定した摺動動作を長時に亘って行うことができる直線案内装置を経済的に実現することができる。
また，素材の関係で騒音も少なく，機械的剛性の面でも問題がなく、潤滑油を必要としないためそれによる上述の温度制限や特殊環境下での使用制限という使用上の制約がないとともに、給油設備や給油の手間，その要員確保の必要もないのでその維持，管理，メンテナンスの手間と費用の大幅な軽減乃至節減を図ることができる。そして，装置の全体構造も簡潔化することができる等使用上好適である。
【００２０】
更に請求項1又は請求項2に係る発明においては、ウッドセラミックス又はその他の植物性セラミックスの摩擦体を嵌着した摺動部材をガイドホルダーの両側内面に対し座金付き取り付けネジを介して緊締且つその解除自在に係合配設し、そしてこの摺動部材のガイドホルダーの両側内面に対する緊締係合が解除されて座金付き取り付けネジに対しフリーな状態となったときに，調節ネジの押圧操作を介して摺動部材に嵌着した摩擦体のガイドレールの両側外面に対する接触圧力を適度に調節するとともに，調節ネジの先端部を介して摺動部材を揺動可能に支持せしめるようになしたので、ガイドレールに対する装置及び搭載する工業用ロボット等のセットの位置決めを迅速，容易，精確に行うことができ、過大な圧力が加わっても摺動部材の揺動により無理なく安定した接触が保持されて往復直線運動の繰り返し動作精度が一層良好であるとともに耐久性にも優れる。
【００２１】
請求項3に係る発明においては、ガイドホルダーを摺動案内するガイドレールとしてやはり優れた摩擦特性を有するＳＵＳ３０４等のステンレス系の特殊鋼を用いたので、前記ウッドセラミックス又はその他の植物性セラミックスの保有する安定した摩擦特性をより有効に発揮せしめることができる。
【００２２】
なお，上記実施の形態で説明したように、８００度Ｃ以上の温度で焼成され，フェノ−ル樹脂を含浸させた硬質ガラス状炭素を３０％以上含有するウッドセラミックスを摩擦体として用いた場合には、比摩耗量，摩擦係数ともに極めて小さく更に優れた摩擦特性を有する直線案内装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の要部の正面中央縦断側面（図２のＡ−Ａ断面）図。
【図２】本発明の要部の正面図。
【図３】本発明の使用状態を示す側面図。
【図４】同上の正面図。
【図５】同上の平面図。
【図６】ガイドホルダ−の正面図。
【図７】同上の側面図。
【図８】同上の底面図。
【図９】図６のＢ−Ｂ断面図。
【図１０】摺動部材の背面図。
【図１１】同上の側面図。
【図１２】同上の正面図。
【図１３】ガイドレ−ルに対するガイドホルダ−の挿入時の動作説明図。
【図１４】ガイドレ−ルに対する摩擦体の接触圧力調整時の動作説明図。
【図１５】本発明と従来装置との摩擦距離に対する摩擦係数変化の相違を示した摩擦特性の比較実験説明図。
【図１６】同上の摩擦速度に対する摩擦係数変化の相違を示した摩擦特性の比較実験説明図。
【符号の説明】
１ガイドレ−ル
２ガイドホルダ−
３ウッドセラミックスの上部摩擦体
４ウッドセラミックスの両側部摩擦体
５嵌合溝
６摺動部材
７嵌合溝
８座金付き取り付けネジ
９挿入孔
１０ネジ孔
１１調節ネジ
１２ネジ孔
１３スライドベ−ス
１４可動体

Claims

側面チャンネル状の外形を有するガイドホルダーの上部内面側にガイドレールの上面と摺動する木質系多孔質炭素材料のウッドセラミックスからなる摩擦体を嵌着する一方、ガイドホルダーの両側部内面側に座金付き取り付けネジを介して摺動部材をガイドホルダーの両側部内面に対し緊締，その解除自在に係合配設し、その摺動部材にガイドレールの両側外面と摺動する前記ウッドセラミックスからなる摩擦体を嵌着するとともに、前記摺動部材の座金付き取り付けネジを介したガイドホルダーの両側内面に対する緊締係合が解除されたときに，調節ネジの押圧操作によりその摺動部材に嵌着した前記摩擦体のガイドレールに対する接触圧力を適度に調節し，且つその調節ネジの先端部を介して摺動部材を揺動可能に支持せしめることを特徴とする無潤滑直線案内装置。
ガイドレールの上面及び両側外面と摺動する摩擦体として、木質系以外の植物の多孔質炭素材料を原材料としウッドセラミックスと同様な製造方法で得られるその他の植物性セラミックスからなる摩擦体を用いたことを特徴とする請求項１記載の無潤滑直線案内装置。
ガイドホルダーを摺動案内するガイドレールとして、ウッドセラミックス又はその他の植物性セラミックスの保有する摩擦特性をより有効に発揮せしめるべくＳＵＳ３０４等のステンレス系の特殊鋼を用いたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の無潤滑直線案内装置。