JP3738381B2 - 直線運動案内装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転動体として外周に環状凸部を備えたローラを用いた直線運動案内装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の直線運動案内装置としては、たとえば特開平５−３４０４２５号公報に記載されるようなものが知られている。すなわち、長手方向に延びるローラ転走面を備えた軌道レールと、この軌道レールのローラ転走面と対向するローラ転走面を備えた移動ブロックと、軌道レールと移動ブロックとの対応するローラ転走面間に転動自在に介装されると共に移動ブロックに設けられた無限循環路に保持される多数のローラと、を備え、ローラの外周には複数の環状凸部が形成され、前記軌道レールと移動ブロックのローラ転走面には前記ローラの環状凸部が係合する一対の傾斜面を備えた複数の係合溝が設けられていた。
この係合溝にローラの環状凸部が係合することにより、軌道レール側面にローラを１条列ずつ配置するだけで、横方向荷重だけでなく、上下方向の荷重も支持することができる構造となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
直線運動案内装置は摺動抵抗をなるべく小さくして軽快に案内することを目的とするものであるが、近年の工作機械においては高速化が進んだ結果、摺動抵抗が小さいと切削時の振動等が大きくなって加工精度に悪影響を与えるという問題を生じている。
上記従来の直線運動案内装置の場合に、摩擦抵抗を増大させるためには、たとえば予圧を付与して接触面圧を予め大きく設定しておくことが考えられるが、従来は断面三角形状の環状凸部と係合溝を単純に噛み合わせる構成で、環状凸部と係合溝の各傾斜面は全面接触となっていたので、接触面圧を高めるにも限界があった。また、予圧を大きくすると、軽荷重作用時においても摩擦抵抗が大きいために高速に案内できなくなってしまうという問題があった。
【０００４】
また、移動ブロックとテーブル等との取り付け面と軌道レールが固定されるベッドとの取り付け面間の平行度の誤差や、外力の作用によって移動ブロックが変形して対応するローラ転走面間の平行度が狂った場合、断面三角形状の環状凸部と係合溝の傾斜面との当接状態が不均一となり、特にローラの端部付近における環状凸部と係合溝との間に極集中荷重が作用し、ローラの環状凸部や係合溝の偏摩耗による耐久性劣化、甚だしい場合には損傷するおそれがある。
【０００５】
本発明は上記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、負荷荷重に応じて摩擦抵抗を調整可能とし、さらに耐久性向上を図り得る直線運動案内装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本請求項１に記載の発明は、長手方向に延びるローラ転走面を備えた軌道レールと、該軌道レールのローラ転走面と対向するローラ転走面を備えた移動ブロックと、前記軌道レールと移動ブロックとの対応するローラ転走面間に転動自在に介装されると共に移動ブロックに設けられた無限循環路に保持される多数のローラと、を備え、前記ローラの外周には環状凸部が形成され、前記軌道レールと移動ブロックのローラ転走面には前記ローラの環状凸部が係合する一対の傾斜面を備えた係合溝が設けられ、前記移動ブロックは、軌道レールの上面と対向する水平部と、該水平部の左右両端部から下方に突出して軌道レールの側面と対向する一対の垂下部と、を備えた構成の直線運動案内装置において、環状凸部が形成されたローラは、軌道レールの左右両側面と移動ブロックの左右垂下部の対向面間にそれぞれ少なくとも１条列ずつ介装されると共に、軌道レール上面と移動ブロックの水平部下面との対向面間にも少なくとも１条列介装され、前記ローラの環状凸部に前記軌道レール側と移動ブロック側の各係合溝の一対の傾斜面に対してそれぞれ部分的に接触して摩擦抵抗を負荷荷重に応じて自動調整する摩擦抵抗調整当接部を設け、該摩擦抵抗調整当接部は断面円弧形状で、ローラ転走面の係合溝の傾斜面は摩擦抵抗調整当接部の断面形状よりも曲率の小さい断面円弧形状とし、摩擦抵抗調整当接部は負荷荷重が小さい場合には係合溝の傾斜面間に浅く接触して摩擦抵抗を小さく維持し、負荷荷重が増大すると係合溝の傾斜面間に深く食い込んで摩擦抵抗を増大させることを特徴とする。
【０００７】
負荷荷重に対して所定の摩擦抵抗を得るように傾斜面間の角度を設定することを特徴とする。
傾斜面間の角度を小さくすれば、より食い込みやすく、くさび効果が高まるので、摩擦抵抗が大きくなる。しかし、あまり小さくすると、環状凸部の根元の幅が小さくなるので、環状凸部のせん断強度が弱くなるし、また環状凸部が傾斜面間に食いついてしまうおそれもあるので、これらのせん断強度や食い付き等も考慮して最適の傾斜面間角度が設定される。好ましくは、３０°〜９０°程度に設定することが好ましい。
【０００８】
環状凸部はローラの中心軸方向に沿って複数設けられ、ローラ転走面の係合溝も前記環状凸部に対応して複数設けられていることを特徴とする。
【０００９】
軌道レール上面と移動ブロックの水平部下面との対向面間には、環状凸部が形成されたローラに代えて外周が直線状の円筒ローラを配置したことを特徴とする。
移動ブロックに保持される無限循環路内のローラはローラ連結体によって互いに転動自在に連結保持されていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係る直線運動案内装置を示す図２乃至図５において、１は直線運動案内装置全体を示すもので、概略、長手方向に延びるローラ転走面５を備えた軌道レール２と、軌道レール２のローラ転走面５と対向するローラ転走面６を備えた移動ブロック３と、前記軌道レール２と移動ブロック３との対応するローラ転走面５，６間に転動自在に介装されると共に移動ブロック３に設けられた無限循環路７に保持される多数のローラ４と、を備えている。
無限循環路７は、図２，図３に示すように、ローラ転走面５，６間の負荷ローラ転走路７１と、この負荷ローラ転走路７１と所定間隔隔てて平行に設けられる無負荷域の戻し通路７２と、負荷ローラ転走路７１の両端と戻し通路７２の両端を接続するＵ字状の方向転換路７３とから構成される。負荷ローラ転走路７１は、ローラ転走面６と、このローラ転走面６を転動移行するローラ４の軸方向両端を案内する案内壁７１ａ，７１ａとから構成されている。この実施の形態では、ローラ４はローラ連結体１０によって一連に連結されているので、案内壁７１ａはローラ４の端面に直接接触せず、ローラ連結１０を介して案内される。
【００１１】
移動ブロック３は、ブロック本体部３０と、このブロック本体部３０の軸方向両端面にボルト１７によって固定される側蓋３３と、を備えている。ブロック本体部３０は、軌道レール２の上面と対向する水平部３１と、水平部３１の左右両端部から下方に突出して軌道レール２の側面と対向する一対の垂下部３２，３２と、を備え、ローラ４は、軌道レール２の左右両側面と移動ブロック３の左右垂下部３２の対向面間にそれぞれ１条列ずつ、水平部３１の下面と軌道レール２の上面に中心部を隔てて左右にそれぞれ１条列ずつ、合計４条列配列されている。軌道レール２の上面側のローラ４は、その中心軸線に対して直交する線が垂直方向に向けられ、軌道レール２の側面側のローラ４は、その中心軸線に対して直交する線が水平方向に向けられている。
ブロック本体部３０の水平部３１上面にはテーブル取り付け用のボルト穴１６が、幅方向中央と幅方向両端付近の３カ所に設けられている。また、軌道レール２の上面には、２条のボール転走面５，５の間にボルト締結用の穴１８が開口している。
側蓋３３には、方向転換路７３の外周側半部７３Ｂが設けられ（図３，図８，図９参照）、方向転換路７３の内周側半部部７３Ｂはブロック本体部３０の軸方向端面に一体的に設けられている（図３，図６，図７参照）。
【００１２】
上記ローラ４の外周には、図１に示すように、環状凸部４１が形成され、軌道レール２と移動ブロック３のローラ転走面５，６には前記ローラ４の環状凸部４１が係合する一対の傾斜面８１，８１を備えた係合溝８が設けられている。
ローラ４の環状凸部４１には、前記係合溝８の一対の傾斜面８１，８１に対してそれぞれ部分的に２点で接触して摩擦抵抗を負荷荷重に応じて自動調整する摩擦抵抗調整当接部４２，４２が設けられ、この摩擦抵抗調整当接部４２，４２は負荷荷重が小さい場合には係合溝８の傾斜面８１，８１間に浅く接触して摩擦抵抗を小さく維持し、負荷荷重が増大すると溝の傾斜面８１，８１間に深く食い込んで摩擦抵抗を増大させるようになっている。環状凸部４１はローラ４の中心軸方向に沿って複数設けられ、ローラ転走面５，６の係合溝８も環状凸部４１に対応して複数設けられている。このように環状凸部４１を複数設けることにより、減衰効果を高めることができる。
環状凸部４１の断面形状は、頂部を隔てた両傾斜面を円弧形状に膨らませた山形状で、凸状円弧の傾斜面によって摩擦抵抗調整当接部４２，４２を構成している。ローラ転走面５，６の係合溝８の傾斜面８１，８１は、摩擦抵抗調整当接部４１の断面形状よりも曲率の小さい断面円弧形状の凹面となっている。
このように係合溝８の傾斜面８１，８１を凹状円弧形状とすれば、摩擦抵抗調整当接部４１，４１との接触幅が増大するので、負荷し得る荷重を大きくすることができ、また、摩擦抵抗も増大させることができる。
【００１３】
係合溝８の傾斜面８１，８１間の傾斜角度θは、負荷荷重に対して所定の摩擦抵抗を得るように設定されるもので、傾斜角度θによって摩擦抵抗を調整することが可能である。傾斜面８１，８１は凹状円弧なので、傾斜角θは、たとえば各傾斜面８１，８１の山側端と谷側端とを結ぶ線のなす角とする。
【００１４】
傾斜面８１，８１間の角度θを小さくすれば、より食い込みやすく、くさび効果が高まるので摩擦抵抗が大きくなる。しかし、あまり小さくすると、環状凸部４１の根元の幅が小さくなるので、環状凸部４１のせん断強度が弱くなるし、また環状凸部４１が傾斜面８１，８１間に食いついてしまうおそれもあるので、これらのせん断強度や食い付き等も考慮して最適の傾斜角度θが設定される。好ましくは、３０°〜９０°程度に設定することが好ましい。特に、９０度付近を中心に設定すれば、荷重をバランスよく支持することができる。
なお、上記無限循環路７の無負荷域の戻し通路７２および方向転換路７３にも、上記ローラ転走面６に形成された係合溝８に連続する案内溝７４が全周にわたって連続的に設けられている。この戻し通路７２および方向転換路７３は樹脂によって成形されているので、金属製のローラ４の環状凸部４１は案内溝７４に案内されてスムースに移動する。
【００１５】
本発明の直線運動案内装置１によれば、上方からのラジアル荷重は軌道レール２上面側の２列のローラ４と、側面側の２列のローラ４とによって支持される。上面側のローラ４については、環状凸部４１は各ローラ転走面５，６の係合溝８の両傾斜面８１，８１に当接し、荷重は係合溝８の両傾斜面８１，８１で分散して受けられる。側面側のローラ４の環状凸部４１は、移動ブロック３側のローラ転走面６の係合溝８にはその上側の傾斜面８１に当接し、軌道レール２側のローラ転走面５の係合溝８にはその下側の傾斜面８１に当接して荷重を受けることになる。
また、下方からの浮き上がり荷重は、側面側の２列のローラ４によって支持される。この場合、ローラ４の環状凸部４１は、移動ブロック３側のローラ転走面６の係合溝８にはその下側の傾斜面８１に当接し、軌道レール２側のローラ転走面５の係合溝８にはその上側の傾斜面８１に当接して荷重を受ける。
一方、横方向荷重は、側面側の２列のローラ２と上面側の２列のローラによって支持される。
すなわち、側面側のローラ４については、環状凸部４１は各ローラ転走面５，６の係合溝８の両傾斜面８１，８１に当接し、荷重は係合溝８の両傾斜面８１，８１で分散して受けられる。上面側のローラ４の環状凸部４１は、移動ブロック３側のローラ転走面６の係合溝８にはその荷重作用側の傾斜面８１に当接し、軌道レール２側のローラ転走面５の係合溝８には反対側の傾斜面８１に当接して荷重を受けることになる。
【００１６】
この環状凸部４１付きのローラ４を用いれば、基本的には、ローラ４を軌道レール２の側面側にのみ配列するだけで、左右横方向荷重のみならず、上下方向の荷重についても支持することができるが、この実施の形態のように、軌道レール２上面側にもローラ４を配列すれば、上方からの大きい荷重を支持することができる。また、側面のローラ４の環状凸部４１に作用する上下方向のせん断力を軽減することができ、長寿命化を図ることができる。
【００１７】
本発明の場合には、負荷される荷重が軽荷重の場合には、摩擦抵抗調整当接部４１，４１が係合溝８の傾斜面８１，８１に対して浅く当接するので、摩擦抵抗は小さく移動ブロック３は軽快に移動する。一方、負荷される荷重が重荷重の場合には、摩擦抵抗調整当接部４１，４１が係合溝８の傾斜面８１，８１に対して深く食い込み、そのくさび作用によって深く食い込み接触面圧が増大して摩擦抵抗が増大する。また、接触面圧増大によって摩擦抵抗調整当接部４１，４１が変形して接触幅が増大するので、接触領域各部の半径差が大きくなって差動すべりも大きくなるので摩擦抵抗増大を助長し、移動ブロック３の減衰性を一層高めることができる。
【００１８】
また、移動ブロック３とテーブル等との取り付け面と軌道レール２が固定されるベッドとの取り付け面間の平行度の誤差や、外力の作用によって移動ブロック３が変形して対応するローラ転走面５，６間の平行度が狂っても、摩擦抵抗調整当接部４１，４１は係合溝８の傾斜面８１，８１に対して部分的に接触しているだけなので、当接部がずれるだけで、従来のように係合溝の傾斜面全面に接触している場合のように、環状凸部４１と係合溝８の各傾斜面８１，８１との間に過大荷重が集中するのを防止することができ、耐久性向上を図ることができる。
たとえば、移動ブロック３を軌道レール２から浮き上がらせる方向の外力が作用した場合には、移動ブロック３の左右の垂下部３２，３２が開く方向に変形し、移動ブロック３に横方向荷重が作用した場合には、荷重作用側の垂下部３２が開く方向に変形する。このような垂下部３２の変形によってローラ転走面６が正規の位置から変位した場合でも、この変位に応じて係合凸部４１の摩擦抵抗調整当接部４１，４１の傾斜面８１，８１との当接部がすべり、過大荷重が集中するのを防止できる。ただし、このような移動ブロック３の変形が過大なものとならないように、本実施の形態では移動ブロック３の水平部３１の左右両端付近だけでなく中央部にもボルト穴１６を設け、移動ブロック３の変形を抑制している。
【００１９】
上記した移動ブロック３に保持される無限循環路７内のローラ４はローラ連結体１０によって互いに転動自在に連結保持されている。
ローラ連結体１０を用いることにより、ローラ４の中心軸を移動ブロックの進行方向に対して直交する方向に保持することができ、ローラ４の中心軸が移動ブロック３の進行方向に対して直交する方向から傾くいわゆるスキュー発生を防止することができ、ローラ４の環状凸部４１を係合溝８に対して円滑に転動移行させることができる。
ローラ連結体１０は、図１０に示すように、ローラ４の軸方向両端面に形成された円錐状のセンタ穴４ａに回転摺動自在に係合する係合凸部１１ａを備えた端面保持板１１と、この端面保持板１１を連続的に連結して各ローラ４を所定間隔を隔てて保持する可撓性のベルト部１２，１２と、このベルト部１２，１２間を梯子状に適宜連結する連結片部１３と、を備えている。連結片部１３は、ベルト部１２の端部およびローラ４とローラ４間において、ベルト部１２間に掛け渡される。
【００２０】
図１１はローラ連結体の変形例を示している。
この変形例は、ローラ４の軸方向両端面にはセンタ穴４ａが設けられていない場合で、ローラ４の軸方向両端面を保持する端面保持板１４には係合凸部は設けられていない。この場合、各ローラ４とローラ４の間に介在する左右のベルト１２，１２の連結片部１３に隣合うローラ４，４の円筒状の外周の一部を抱持する円弧状の外周保持片１４，１４が設けられ、この外周保持片１４，１４と、端面保持板１１によって各ローラ４を回転摺動自在に保持するようになっている。外周保持片１４には前記ローラ４の各環状凸部４１に対応した溝１５が形成されている。
【００２１】
なお、上記した実施の形態では、軌道レール２上面と移動ブロック３の水平部３１下面との対向面間にも環状凸部４１が形成されたローラ４を配置したが、この環状凸部４１が形成されたローラ４に代えて外周が直線状の一般的な円筒ローラを配置してもよい。減衰作用は軌道レール２の側面側の環状凸部４１を備えたローラ４によって行い、軌道レール２上面の円筒ローラはラジアル荷重を支持し、側面のローラ４の環状凸部４１に作用するせん断力を軽減する。また、円筒ローラとしておけば、移動ブロック３が左右方向に変位することを妨げないので、側面側のローラの環状凸部をの減衰効果をより効果的に発揮させることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、本請求項１に記載の発明は、ローラの環状凸部に係合溝の一対の傾斜面に対してそれぞれ部分的に接触して摩擦抵抗を負荷荷重に応じて自動調整する摩擦抵抗調整当接部を設けたので、負荷される荷重が軽荷重の場合には、摩擦抵抗調整当接部が係合溝の傾斜面に対して浅く当接し、摩擦抵抗は小さく移動ブロックを軽快に移動させることができる。一方、負荷される荷重が重荷重の場合には、摩擦抵抗調整当接部が係合溝の傾斜面に対して深く食い込み、そのくさび作用によって深く食い込み接触面圧が増大して摩擦抵抗が増大する。また、接触面圧増大によって摩擦抵抗調整当接部が変形して接触幅が増大するので、接触領域各部の半径差が大きくなって差動すべりも大きくなるので摩擦抵抗増大を助長し、移動ブロックの減衰性を一層高めることができる。
また、移動ブロックとテーブル等との取り付け面と軌道レールが固定されるベッドとの取り付け面間の平行度の誤差や、外力の作用によって移動ブロックが変形して対応するローラ転走面間の平行度が狂っても、摩擦抵抗調整当接部は係合溝の傾斜面に対して部分的に接触しているだけなので、当接部がずれるだけで、従来のように係合溝の傾斜面全面に接触している場合のように、環状凸部と係合溝傾斜面との間に過大荷重が集中するのを防止することができ、耐久性向上を図ることができる。
【００２３】
特に、摩擦抵抗調整当接部は断面円弧形状で、ローラ転走面の係合溝の傾斜面は摩擦抵抗調整当接部の断面形状よりも曲率の小さい断面円弧形状としたので、摩擦抵抗調整当接部との接触幅が増大するので、負荷し得る荷重を大きくすることができ、また、摩擦抵抗も増大させることができる。
さらに、移動ブロックは、軌道レールの上面と対向する水平部と、該水平部の左右両端部から下方に突出して軌道レールの側面と対向する一対の垂下部と、を備え、環状凸部が形成されたローラは、軌道レールの左右両側面と移動ブロッ左右垂下部の対向面間にそれぞれ少なくとも１条列ずつ介装される構成とすることにより、左右横方向荷重のみならず、上下方向の荷重についても支持することができる。
また、環状凸部が形成されたローラは、軌道レール上面と移動ブロックの水平部下面との対向面間にも少なくとも１条列介装される構成とすることにより、上方からの大荷重を支持することができる。また、側面の環状凸部に作用する上下方向のせん断力を軽減することができ、長寿命化を図ることができる。
【００２４】
請求項２に係る発明は、負荷荷重に対して所定の摩擦抵抗を得るように傾斜面間の角度を設定したもので、傾斜面間の角度を小さくすれば、より食い込みやすく、くさび効果が高まるので、摩擦抵抗を大きくできる。
【００２５】
請求項３に係る発明は、環状凸部を複数設けることにより、減衰効果を高めることができる。
【００２６】
請求項４に係る発明は、軌道レール上面と移動ブロックの水平部下面との対向面間に、環状凸部が形成されたローラに代えて外周が直線状の円筒ローラを配置することにより、ラジアル荷重を支持して側面のローラの環状凸部に作用するせん断力を軽減することができる。また、このようにすれば、軌道レール側面のローラの環状凸部の食い込み効果を高めることができる。
請求項５に係る発明は、ローラをローラ連結体を用いて保持することにより、ローラの中心軸を移動ブロックの進行方向に対して直交する方向に保持することができ、ローラの中心軸が移動ブロックの進行方向に対して直交する方向から傾くいわゆるスキュー発生を防止することができ、ローラの環状凸部を係合溝に対して円滑に転動移行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る直線運動案内装置の環状凸部を備えたローラと係合溝を備えたローラ転走面の当接状態を示す拡大図である。
【図２】図２は図１のローラを用いた直線運動案内装置の縦断面図である。
【図３】図３（Ａ）は図２の装置の軌道レール上面側のローラの無限循環路の構成を示す断面図、図３（Ｂ）は図２の装置の軌道レール側面側のローラの無限循環路の構成を示す断面図である。
【図４】図４は図２の装置の平面図である。
【図５】図５は図２の装置の正面図である。
【図６】図６は図２の装置の移動ブロックの側蓋を外した状態の正面図である。
【図７】図７は図６の装置の一部破断側面図である。
【図８】図８は図２の装置の側蓋の裏面図である。
【図９】図９（Ａ）は図８の側蓋の一部破断側面図、図９（Ｂ）は図８のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】図１０は図２の装置のローラ連結体の一例を示すもので、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は正面図、同図（Ｃ）は側面図である。
【図１１】図１１は図２の装置のローラ連結体の変形例を示すもので、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
１ 直線運動案内装置
２ 軌道レール
３ 移動ブロック
３０ ブロック本体部
３１ 水平部
３２ 垂下部
４ ローラ
４１ 環状凸部
４２ 摩擦抵抗調整当接部
４ａ センタ穴
５ ローラ転走面（軌道レール側）
６ ローラ転走面（移動ブロック）
７ 無限循環路
７１ 負荷ローラ通路
７２ 戻し通路
７３ 方向転換路
７４ 案内溝
８ 係合溝
８１ 傾斜面
１０ ローラ連結体
１１ 端面保持板
１１ａ 係合凸部
１２ ベルト部
１３ 連結片部
１４ 外周保持片
１５ 溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、転動体として外周に環状凸部を備えたローラを用いた直線運動案内装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の直線運動案内装置としては、たとえば特開平５−３４０４２５号公報に記載されるようなものが知られている。すなわち、長手方向に延びるローラ転走面を備えた軌道レールと、この軌道レールのローラ転走面と対向するローラ転走面を備えた移動ブロックと、軌道レールと移動ブロックとの対応するローラ転走面間に転動自在に介装されると共に移動ブロックに設けられた無限循環路に保持される多数のローラと、を備え、ローラの外周には複数の環状凸部が形成され、前記軌道レールと移動ブロックのローラ転走面には前記ローラの環状凸部が係合する一対の傾斜面を備えた複数の係合溝が設けられていた。
この係合溝にローラの環状凸部が係合することにより、軌道レール側面にローラを１条列ずつ配置するだけで、横方向荷重だけでなく、上下方向の荷重も支持することができる構造となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
直線運動案内装置は摺動抵抗をなるべく小さくして軽快に案内することを目的とするものであるが、近年の工作機械においては高速化が進んだ結果、摺動抵抗が小さいと切削時の振動等が大きくなって加工精度に悪影響を与えるという問題を生じている。
上記従来の直線運動案内装置の場合に、摩擦抵抗を増大させるためには、たとえば予圧を付与して接触面圧を予め大きく設定しておくことが考えられるが、従来は断面三角形状の環状凸部と係合溝を単純に噛み合わせる構成で、環状凸部と係合溝の各傾斜面は全面接触となっていたので、接触面圧を高めるにも限界があった。また、予圧を大きくすると、軽荷重作用時においても摩擦抵抗が大きいために高速に案内できなくなってしまうという問題があった。
【０００４】
また、移動ブロックとテーブル等との取り付け面と軌道レールが固定されるベッドとの取り付け面間の平行度の誤差や、外力の作用によって移動ブロックが変形して対応するローラ転走面間の平行度が狂った場合、断面三角形状の環状凸部と係合溝の傾斜面との当接状態が不均一となり、特にローラの端部付近における環状凸部と係合溝との間に極集中荷重が作用し、ローラの環状凸部や係合溝の偏摩耗による耐久性劣化、甚だしい場合には損傷するおそれがある。
【０００５】
本発明は上記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、負荷荷重に応じて摩擦抵抗を調整可能とし、さらに耐久性向上を図り得る直線運動案内装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本請求項１に記載の発明は、長手方向に延びるローラ転走面を備えた軌道レールと、該軌道レールのローラ転走面と対向するローラ転走面を備えた移動ブロックと、前記軌道レールと移動ブロックとの対応するローラ転走面間に転動自在に介装されると共に移動ブロックに設けられた無限循環路に保持される多数のローラと、を備え、前記ローラの外周には環状凸部が形成され、前記軌道レールと移動ブロックのローラ転走面には前記ローラの環状凸部が係合する一対の傾斜面を備えた係合溝が設けられ、前記移動ブロックは、軌道レールの上面と対向する水平部と、該水平部の左右両端部から下方に突出して軌道レールの側面と対向する一対の垂下部と、を備えた構成の直線運動案内装置において、環状凸部が形成されたローラは、軌道レールの左右両側面と移動ブロックの左右垂下部の対向面間にそれぞれ少なくとも１条列ずつ介装されると共に、軌道レール上面と移動ブロックの水平部下面との対向面間にも少なくとも１条列介装され、前記ローラの環状凸部に前記軌道レール側と移動ブロック側の各係合溝の一対の傾斜面に対してそれぞれ部分的に接触して摩擦抵抗を負荷荷重に応じて自動調整する摩擦抵抗調整当接部を設け、該摩擦抵抗調整当接部は断面円弧形状で、ローラ転走面の係合溝の傾斜面は摩擦抵抗調整当接部の断面形状よりも曲率の小さい断面円弧形状とし、摩擦抵抗調整当接部は負荷荷重が小さい場合には係合溝の傾斜面間に浅く接触して摩擦抵抗を小さく維持し、負荷荷重が増大すると係合溝の傾斜面間に深く食い込んで摩擦抵抗を増大させることを特徴とする。
【０００７】
負荷荷重に対して所定の摩擦抵抗を得るように傾斜面間の角度を設定することを特徴とする。
傾斜面間の角度を小さくすれば、より食い込みやすく、くさび効果が高まるので、摩擦抵抗が大きくなる。しかし、あまり小さくすると、環状凸部の根元の幅が小さくなるので、環状凸部のせん断強度が弱くなるし、また環状凸部が傾斜面間に食いついてしまうおそれもあるので、これらのせん断強度や食い付き等も考慮して最適の傾斜面間角度が設定される。好ましくは、３０°〜９０°程度に設定することが好ましい。
【０００８】
環状凸部はローラの中心軸方向に沿って複数設けられ、ローラ転走面の係合溝も前記環状凸部に対応して複数設けられていることを特徴とする。
【０００９】
軌道レール上面と移動ブロックの水平部下面との対向面間には、環状凸部が形成されたローラに代えて外周が直線状の円筒ローラを配置したことを特徴とする。
移動ブロックに保持される無限循環路内のローラはローラ連結体によって互いに転動自在に連結保持されていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係る直線運動案内装置を示す図２乃至図５において、１は直線運動案内装置全体を示すもので、概略、長手方向に延びるローラ転走面５を備えた軌道レール２と、軌道レール２のローラ転走面５と対向するローラ転走面６を備えた移動ブロック３と、前記軌道レール２と移動ブロック３との対応するローラ転走面５，６間に転動自在に介装されると共に移動ブロック３に設けられた無限循環路７に保持される多数のローラ４と、を備えている。
無限循環路７は、図２，図３に示すように、ローラ転走面５，６間の負荷ローラ転走路７１と、この負荷ローラ転走路７１と所定間隔隔てて平行に設けられる無負荷域の戻し通路７２と、負荷ローラ転走路７１の両端と戻し通路７２の両端を接続するＵ字状の方向転換路７３とから構成される。負荷ローラ転走路７１は、ローラ転走面６と、このローラ転走面６を転動移行するローラ４の軸方向両端を案内する案内壁７１ａ，７１ａとから構成されている。この実施の形態では、ローラ４はローラ連結体１０によって一連に連結されているので、案内壁７１ａはローラ４の端面に直接接触せず、ローラ連結１０を介して案内される。
【００１１】
移動ブロック３は、ブロック本体部３０と、このブロック本体部３０の軸方向両端面にボルト１７によって固定される側蓋３３と、を備えている。ブロック本体部３０は、軌道レール２の上面と対向する水平部３１と、水平部３１の左右両端部から下方に突出して軌道レール２の側面と対向する一対の垂下部３２，３２と、を備え、ローラ４は、軌道レール２の左右両側面と移動ブロック３の左右垂下部３２の対向面間にそれぞれ１条列ずつ、水平部３１の下面と軌道レール２の上面に中心部を隔てて左右にそれぞれ１条列ずつ、合計４条列配列されている。軌道レール２の上面側のローラ４は、その中心軸線に対して直交する線が垂直方向に向けられ、軌道レール２の側面側のローラ４は、その中心軸線に対して直交する線が水平方向に向けられている。
ブロック本体部３０の水平部３１上面にはテーブル取り付け用のボルト穴１６が、幅方向中央と幅方向両端付近の３カ所に設けられている。また、軌道レール２の上面には、２条のボール転走面５，５の間にボルト締結用の穴１８が開口している。
側蓋３３には、方向転換路７３の外周側半部７３Ｂが設けられ（図３，図８，図９参照）、方向転換路７３の内周側半部部７３Ｂはブロック本体部３０の軸方向端面に一体的に設けられている（図３，図６，図７参照）。
【００１２】
上記ローラ４の外周には、図１に示すように、環状凸部４１が形成され、軌道レール２と移動ブロック３のローラ転走面５，６には前記ローラ４の環状凸部４１が係合する一対の傾斜面８１，８１を備えた係合溝８が設けられている。
ローラ４の環状凸部４１には、前記係合溝８の一対の傾斜面８１，８１に対してそれぞれ部分的に２点で接触して摩擦抵抗を負荷荷重に応じて自動調整する摩擦抵抗調整当接部４２，４２が設けられ、この摩擦抵抗調整当接部４２，４２は負荷荷重が小さい場合には係合溝８の傾斜面８１，８１間に浅く接触して摩擦抵抗を小さく維持し、負荷荷重が増大すると溝の傾斜面８１，８１間に深く食い込んで摩擦抵抗を増大させるようになっている。環状凸部４１はローラ４の中心軸方向に沿って複数設けられ、ローラ転走面５，６の係合溝８も環状凸部４１に対応して複数設けられている。このように環状凸部４１を複数設けることにより、減衰効果を高めることができる。
環状凸部４１の断面形状は、頂部を隔てた両傾斜面を円弧形状に膨らませた山形状で、凸状円弧の傾斜面によって摩擦抵抗調整当接部４２，４２を構成している。ローラ転走面５，６の係合溝８の傾斜面８１，８１は、摩擦抵抗調整当接部４１の断面形状よりも曲率の小さい断面円弧形状の凹面となっている。
このように係合溝８の傾斜面８１，８１を凹状円弧形状とすれば、摩擦抵抗調整当接部４１，４１との接触幅が増大するので、負荷し得る荷重を大きくすることができ、また、摩擦抵抗も増大させることができる。
【００１３】
係合溝８の傾斜面８１，８１間の傾斜角度θは、負荷荷重に対して所定の摩擦抵抗を得るように設定されるもので、傾斜角度θによって摩擦抵抗を調整することが可能である。傾斜面８１，８１は凹状円弧なので、傾斜角θは、たとえば各傾斜面８１，８１の山側端と谷側端とを結ぶ線のなす角とする。
【００１４】
傾斜面８１，８１間の角度θを小さくすれば、より食い込みやすく、くさび効果が高まるので摩擦抵抗が大きくなる。しかし、あまり小さくすると、環状凸部４１の根元の幅が小さくなるので、環状凸部４１のせん断強度が弱くなるし、また環状凸部４１が傾斜面８１，８１間に食いついてしまうおそれもあるので、これらのせん断強度や食い付き等も考慮して最適の傾斜角度θが設定される。好ましくは、３０°〜９０°程度に設定することが好ましい。特に、９０度付近を中心に設定すれば、荷重をバランスよく支持することができる。
なお、上記無限循環路７の無負荷域の戻し通路７２および方向転換路７３にも、上記ローラ転走面６に形成された係合溝８に連続する案内溝７４が全周にわたって連続的に設けられている。この戻し通路７２および方向転換路７３は樹脂によって成形されているので、金属製のローラ４の環状凸部４１は案内溝７４に案内されてスムースに移動する。
【００１５】
本発明の直線運動案内装置１によれば、上方からのラジアル荷重は軌道レール２上面側の２列のローラ４と、側面側の２列のローラ４とによって支持される。上面側のローラ４については、環状凸部４１は各ローラ転走面５，６の係合溝８の両傾斜面８１，８１に当接し、荷重は係合溝８の両傾斜面８１，８１で分散して受けられる。側面側のローラ４の環状凸部４１は、移動ブロック３側のローラ転走面６の係合溝８にはその上側の傾斜面８１に当接し、軌道レール２側のローラ転走面５の係合溝８にはその下側の傾斜面８１に当接して荷重を受けることになる。
また、下方からの浮き上がり荷重は、側面側の２列のローラ４によって支持される。この場合、ローラ４の環状凸部４１は、移動ブロック３側のローラ転走面６の係合溝８にはその下側の傾斜面８１に当接し、軌道レール２側のローラ転走面５の係合溝８にはその上側の傾斜面８１に当接して荷重を受ける。
一方、横方向荷重は、側面側の２列のローラ２と上面側の２列のローラによって支持される。
すなわち、側面側のローラ４については、環状凸部４１は各ローラ転走面５，６の係合溝８の両傾斜面８１，８１に当接し、荷重は係合溝８の両傾斜面８１，８１で分散して受けられる。上面側のローラ４の環状凸部４１は、移動ブロック３側のローラ転走面６の係合溝８にはその荷重作用側の傾斜面８１に当接し、軌道レール２側のローラ転走面５の係合溝８には反対側の傾斜面８１に当接して荷重を受けることになる。
【００１６】
この環状凸部４１付きのローラ４を用いれば、基本的には、ローラ４を軌道レール２の側面側にのみ配列するだけで、左右横方向荷重のみならず、上下方向の荷重についても支持することができるが、この実施の形態のように、軌道レール２上面側にもローラ４を配列すれば、上方からの大きい荷重を支持することができる。また、側面のローラ４の環状凸部４１に作用する上下方向のせん断力を軽減することができ、長寿命化を図ることができる。
【００１７】
本発明の場合には、負荷される荷重が軽荷重の場合には、摩擦抵抗調整当接部４１，４１が係合溝８の傾斜面８１，８１に対して浅く当接するので、摩擦抵抗は小さく移動ブロック３は軽快に移動する。一方、負荷される荷重が重荷重の場合には、摩擦抵抗調整当接部４１，４１が係合溝８の傾斜面８１，８１に対して深く食い込み、そのくさび作用によって深く食い込み接触面圧が増大して摩擦抵抗が増大する。また、接触面圧増大によって摩擦抵抗調整当接部４１，４１が変形して接触幅が増大するので、接触領域各部の半径差が大きくなって差動すべりも大きくなるので摩擦抵抗増大を助長し、移動ブロック３の減衰性を一層高めることができる。
【００１８】
また、移動ブロック３とテーブル等との取り付け面と軌道レール２が固定されるベッドとの取り付け面間の平行度の誤差や、外力の作用によって移動ブロック３が変形して対応するローラ転走面５，６間の平行度が狂っても、摩擦抵抗調整当接部４１，４１は係合溝８の傾斜面８１，８１に対して部分的に接触しているだけなので、当接部がずれるだけで、従来のように係合溝の傾斜面全面に接触している場合のように、環状凸部４１と係合溝８の各傾斜面８１，８１との間に過大荷重が集中するのを防止することができ、耐久性向上を図ることができる。
たとえば、移動ブロック３を軌道レール２から浮き上がらせる方向の外力が作用した場合には、移動ブロック３の左右の垂下部３２，３２が開く方向に変形し、移動ブロック３に横方向荷重が作用した場合には、荷重作用側の垂下部３２が開く方向に変形する。このような垂下部３２の変形によってローラ転走面６が正規の位置から変位した場合でも、この変位に応じて係合凸部４１の摩擦抵抗調整当接部４１，４１の傾斜面８１，８１との当接部がすべり、過大荷重が集中するのを防止できる。ただし、このような移動ブロック３の変形が過大なものとならないように、本実施の形態では移動ブロック３の水平部３１の左右両端付近だけでなく中央部にもボルト穴１６を設け、移動ブロック３の変形を抑制している。
【００１９】
上記した移動ブロック３に保持される無限循環路７内のローラ４はローラ連結体１０によって互いに転動自在に連結保持されている。
ローラ連結体１０を用いることにより、ローラ４の中心軸を移動ブロックの進行方向に対して直交する方向に保持することができ、ローラ４の中心軸が移動ブロック３の進行方向に対して直交する方向から傾くいわゆるスキュー発生を防止することができ、ローラ４の環状凸部４１を係合溝８に対して円滑に転動移行させることができる。
ローラ連結体１０は、図１０に示すように、ローラ４の軸方向両端面に形成された円錐状のセンタ穴４ａに回転摺動自在に係合する係合凸部１１ａを備えた端面保持板１１と、この端面保持板１１を連続的に連結して各ローラ４を所定間隔を隔てて保持する可撓性のベルト部１２，１２と、このベルト部１２，１２間を梯子状に適宜連結する連結片部１３と、を備えている。連結片部１３は、ベルト部１２の端部およびローラ４とローラ４間において、ベルト部１２間に掛け渡される。
【００２０】
図１１はローラ連結体の変形例を示している。
この変形例は、ローラ４の軸方向両端面にはセンタ穴４ａが設けられていない場合で、ローラ４の軸方向両端面を保持する端面保持板１４には係合凸部は設けられていない。この場合、各ローラ４とローラ４の間に介在する左右のベルト１２，１２の連結片部１３に隣合うローラ４，４の円筒状の外周の一部を抱持する円弧状の外周保持片１４，１４が設けられ、この外周保持片１４，１４と、端面保持板１１によって各ローラ４を回転摺動自在に保持するようになっている。外周保持片１４には前記ローラ４の各環状凸部４１に対応した溝１５が形成されている。
【００２１】
なお、上記した実施の形態では、軌道レール２上面と移動ブロック３の水平部３１下面との対向面間にも環状凸部４１が形成されたローラ４を配置したが、この環状凸部４１が形成されたローラ４に代えて外周が直線状の一般的な円筒ローラを配置してもよい。減衰作用は軌道レール２の側面側の環状凸部４１を備えたローラ４によって行い、軌道レール２上面の円筒ローラはラジアル荷重を支持し、側面のローラ４の環状凸部４１に作用するせん断力を軽減する。また、円筒ローラとしておけば、移動ブロック３が左右方向に変位することを妨げないので、側面側のローラの環状凸部をの減衰効果をより効果的に発揮させることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、本請求項１に記載の発明は、ローラの環状凸部に係合溝の一対の傾斜面に対してそれぞれ部分的に接触して摩擦抵抗を負荷荷重に応じて自動調整する摩擦抵抗調整当接部を設けたので、負荷される荷重が軽荷重の場合には、摩擦抵抗調整当接部が係合溝の傾斜面に対して浅く当接し、摩擦抵抗は小さく移動ブロックを軽快に移動させることができる。一方、負荷される荷重が重荷重の場合には、摩擦抵抗調整当接部が係合溝の傾斜面に対して深く食い込み、そのくさび作用によって深く食い込み接触面圧が増大して摩擦抵抗が増大する。また、接触面圧増大によって摩擦抵抗調整当接部が変形して接触幅が増大するので、接触領域各部の半径差が大きくなって差動すべりも大きくなるので摩擦抵抗増大を助長し、移動ブロックの減衰性を一層高めることができる。
また、移動ブロックとテーブル等との取り付け面と軌道レールが固定されるベッドとの取り付け面間の平行度の誤差や、外力の作用によって移動ブロックが変形して対応するローラ転走面間の平行度が狂っても、摩擦抵抗調整当接部は係合溝の傾斜面に対して部分的に接触しているだけなので、当接部がずれるだけで、従来のように係合溝の傾斜面全面に接触している場合のように、環状凸部と係合溝傾斜面との間に過大荷重が集中するのを防止することができ、耐久性向上を図ることができる。
【００２３】
特に、摩擦抵抗調整当接部は断面円弧形状で、ローラ転走面の係合溝の傾斜面は摩擦抵抗調整当接部の断面形状よりも曲率の小さい断面円弧形状としたので、摩擦抵抗調整当接部との接触幅が増大するので、負荷し得る荷重を大きくすることができ、また、摩擦抵抗も増大させることができる。
さらに、移動ブロックは、軌道レールの上面と対向する水平部と、該水平部の左右両端部から下方に突出して軌道レールの側面と対向する一対の垂下部と、を備え、環状凸部が形成されたローラは、軌道レールの左右両側面と移動ブロッ左右垂下部の対向面間にそれぞれ少なくとも１条列ずつ介装される構成とすることにより、左右横方向荷重のみならず、上下方向の荷重についても支持することができる。
また、環状凸部が形成されたローラは、軌道レール上面と移動ブロックの水平部下面との対向面間にも少なくとも１条列介装される構成とすることにより、上方からの大荷重を支持することができる。また、側面の環状凸部に作用する上下方向のせん断力を軽減することができ、長寿命化を図ることができる。
【００２４】
請求項２に係る発明は、負荷荷重に対して所定の摩擦抵抗を得るように傾斜面間の角度を設定したもので、傾斜面間の角度を小さくすれば、より食い込みやすく、くさび効果が高まるので、摩擦抵抗を大きくできる。
【００２５】
請求項３に係る発明は、環状凸部を複数設けることにより、減衰効果を高めることができる。
【００２６】
請求項４に係る発明は、軌道レール上面と移動ブロックの水平部下面との対向面間に、環状凸部が形成されたローラに代えて外周が直線状の円筒ローラを配置することにより、ラジアル荷重を支持して側面のローラの環状凸部に作用するせん断力を軽減することができる。また、このようにすれば、軌道レール側面のローラの環状凸部の食い込み効果を高めることができる。
請求項５に係る発明は、ローラをローラ連結体を用いて保持することにより、ローラの中心軸を移動ブロックの進行方向に対して直交する方向に保持することができ、ローラの中心軸が移動ブロックの進行方向に対して直交する方向から傾くいわゆるスキュー発生を防止することができ、ローラの環状凸部を係合溝に対して円滑に転動移行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る直線運動案内装置の環状凸部を備えたローラと係合溝を備えたローラ転走面の当接状態を示す拡大図である。
【図２】図２は図１のローラを用いた直線運動案内装置の縦断面図である。
【図３】図３（Ａ）は図２の装置の軌道レール上面側のローラの無限循環路の構成を示す断面図、図３（Ｂ）は図２の装置の軌道レール側面側のローラの無限循環路の構成を示す断面図である。
【図４】図４は図２の装置の平面図である。
【図５】図５は図２の装置の正面図である。
【図６】図６は図２の装置の移動ブロックの側蓋を外した状態の正面図である。
【図７】図７は図６の装置の一部破断側面図である。
【図８】図８は図２の装置の側蓋の裏面図である。
【図９】図９（Ａ）は図８の側蓋の一部破断側面図、図９（Ｂ）は図８のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】図１０は図２の装置のローラ連結体の一例を示すもので、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は正面図、同図（Ｃ）は側面図である。
【図１１】図１１は図２の装置のローラ連結体の変形例を示すもので、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
１ 直線運動案内装置
２ 軌道レール
３ 移動ブロック
３０ ブロック本体部
３１ 水平部
３２ 垂下部
４ ローラ
４１ 環状凸部
４２ 摩擦抵抗調整当接部
４ａ センタ穴
５ ローラ転走面（軌道レール側）
６ ローラ転走面（移動ブロック）
７ 無限循環路
７１ 負荷ローラ通路
７２ 戻し通路
７３ 方向転換路
７４ 案内溝
８ 係合溝
８１ 傾斜面
１０ ローラ連結体
１１ 端面保持板
１１ａ 係合凸部
１２ ベルト部
１３ 連結片部
１４ 外周保持片
１５ 溝
Claims (5)
- 長手方向に延びるローラ転走面を備えた軌道レールと、該軌道レールのローラ転走面と対向するローラ転走面を備えた移動ブロックと、前記軌道レールと移動ブロックとの対応するローラ転走面間に転動自在に介装されると共に移動ブロックに設けられた無限循環路に保持される多数のローラと、を備え、
前記ローラの外周には環状凸部が形成され、前記軌道レールと移動ブロックのローラ転走面には前記ローラの環状凸部が係合する一対の傾斜面を備えた係合溝が設けられ、
前記移動ブロックは、軌道レールの上面と対向する水平部と、該水平部の左右両端部から下方に突出して軌道レールの側面と対向する一対の垂下部と、を備えた構成の直線運動案内装置において、
環状凸部が形成されたローラは、軌道レールの左右両側面と移動ブロックの左右垂下部の対向面間にそれぞれ少なくとも１条列ずつ介装されると共に、軌道レール上面と移動ブロックの水平部下面との対向面間にも少なくとも１条列介装され、
前記ローラの環状凸部に前記軌道レール側と移動ブロック側の各係合溝の一対の傾斜面に対してそれぞれ部分的に接触して摩擦抵抗を負荷荷重に応じて自動調整する摩擦抵抗調整当接部を設け、
該摩擦抵抗調整当接部は断面円弧形状で、ローラ転走面の係合溝の傾斜面は摩擦抵抗調整当接部の断面形状よりも曲率の小さい断面円弧形状とし、
摩擦抵抗調整当接部は負荷荷重が小さい場合には係合溝の傾斜面間に浅く接触して摩擦抵抗を小さく維持し、負荷荷重が増大すると係合溝の傾斜面間に深く食い込んで摩擦抵抗を増大させることを特徴とする直線運動案内装置。 - 負荷荷重に対して所定の摩擦抵抗を得るように傾斜面間の角度を設定することを特徴とする請求項１に記載の直線運動案内装置。
- 環状凸部はローラの中心軸方向に沿って複数設けられ、ローラ転走面の係合溝も前記環状凸部に対応して複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の直線運動案内装置。
- 軌道レール上面と移動ブロックの水平部下面との対向面間には、環状凸部が形成されたローラに代えて外周が直線状の円筒ローラを配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの５項に記載の直線運動案内装置。
- 移動ブロックに保持される無限循環路内のローラはローラ連結体によって互いに転動自在に連結保持されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の直線運動案内装置。
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