JP3763587B2

JP3763587B2 - 等定格荷重形直動案内ユニット

Info

Publication number: JP3763587B2
Application number: JP17913192A
Authority: JP
Inventors: 茂夫清水; 宏輿石
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1992-06-12
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2021-04-05
Also published as: JPH074432A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、工作機械、測定機器、計算機周辺機器等に使用される高精度、高信頼性及び高剛性を要求される等定格荷重形直動案内ユニット関し、特に、軌道台と、軌道台に対し相対的にスライド自在に装着されたスライド部材と、軌道台とスライド部材との間に間挿された無限循環する６条のボール列とを有する等定格荷重形直動案内ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械、測定機器、計算機周辺機器等に使用される直動案内ユニットとして、特公昭５７−３８８１２号に開示されたものがある。
【０００３】
この直動案内ユニットは４方向等荷重形で、高剛性、高精度且つ長寿命を持つことから工作機械等の重荷重用の直動案内ユニットとして、初めて市場において受け入れられた。
【０００４】
この直動案内ユニットは、図１に示されているように、概略的に、軌道台１０と、軌道台１０に対し相対的にスライド自在に装着されたスライド部材１２と、軌道台１０とスライド部材１２との間に間挿された無限循環する４条のボール１４の列とを有している。４条のボール列は、長方形の穴１６の４隅に相当する位置に配置されており、各ボール列における水平に対する接触角は、それぞれ、ほぼ±４５°となっている。
【０００５】
この直動案内ユニットは、各ボール列における水平に対する接触角が、それぞれ、ほぼ±４５°となっているため、上下左右方向の荷重をほぼ等しく支持できる、言い換えると、上下左右方向の剛性が等しいものであった。
【０００６】
また、負荷を受けるボール列の数を増やして、負荷容量及び剛性の増大を図ると共に、全方向の負荷容量及び剛性のばらつきを減少させた直動案内ユニットとして、実開平３−５９５１９号がある。
【０００７】
この直動案内ユニットは、図２に示されているように、軌道台１０とスライド部材１２との間に間挿された無限循環するボール１４の列が片側３条、合計６条となっていると共に、各ボール列におけるボール転走面との接触点を結んだ延長線が互いに６０度の角度をなして交わるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したいずれの直動案内ユニットも、剛性、すなわち荷重を加えた時の軌道台１０に対するスライド部材１２の変位が、いずれの方向においても等しくなるようにすること、を狙いとしている。これは、工作機械等の大きな荷重がかかった時における高精度を維持するためには重要なことであったが、同時に、あるいは、それよりも高信頼性が優先する場合も少なくなかった。
【０００９】
すなわち、近年、いわゆる定格荷重における等方向性が要求される場合があり、本発明は、上述した従来例に比べて高精度及び高剛性を向上させつつ、更に、高信頼性を優先的に獲得せんとした等定格荷重形直動案内ユニットを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、軌道台と、軌道台に対し相対的にスライド自在に装着され、下方に開口した断面ほぼ六角形の穴を備えてなるスライド部材と、軌道台とスライド部材との間に間挿された無限循環する６条のボール列とを有する等定格荷重形直動案内ユニットであって、６条のボール列は、左右一対の焦点からほぼ等距離に且つ上下左右にほぼ対称に配置されており；片側の各ボール列における水平に対する接触角は、それぞれ、γ、ほぼ０°、−γとなっており；そして、前記γは、５７．９°＞γ＞５２．３°であり、静定格荷重及び動定格荷重を同時にほぼ等しくしたことを特徴とする。
【００１３】
【作用】
６条のボール列は、左右一対の焦点からほぼ等距離に且つ上下左右にほぼ対称に配置されているため、４条のボール列のものに比べて高精度及び高剛性を達成できる。また、片側の各ボール列における水平に対する接触角は、６０°〜５０°、ほぼ０°、−６０°〜−５０°となっているため、静定格荷重及び動定格荷重を等しくすることができる。
【００１４】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の等定格荷重形直動案内ユニットについて、詳細に説明する。
【００１５】
図４は、本発明に係る等定格荷重形直動案内ユニットの一実施例の断面図である。
【００１６】
図示されているように、本発明に係る等定格荷重形直動案内ユニットは、概略的に、軌道台２０と、軌道台２０に対し相対的にスライド自在に装着されたスライド部材３０と、軌道台２０とスライド部材３０との間に間挿された無限循環する６条のボール４０の列とを有する。
【００１７】
軌道台２０は、６条のボール４０を介してスライド部材３０に負荷された荷重を受ける変則八角形の軌道部２１と、軌道部２１を平坦な取り付け面上の一定の高さに保持させる基部２２とからなっている。軌道部２１には、片側３条、合計６条のボール転走面２３が左右一対の焦点Ｏ_１、Ｏ_２からほぼ等距離に且つ上下左右にほぼ対称に配置して形成されている。各ボール転走面２３は、ボール４０と面接触するように、ボール４０の直径の５１〜５３％の曲率半径を有している。スライド部材３０は、軌道台２０を受け入れるための断面ほぼ六角形の穴３１を有しており、六角形の穴３１の下方は、軌道台２０の基部２２を通すために、開口している。六角形の穴３１の内周面には、軌道台２０のボール転走面２３に対応して、６条のボール転走面３２が左右一対の焦点Ｏ_１、Ｏ_２からほぼ等距離に且つ上下左右にほぼ対称に配置して形成されている。スライド部材３０の両側脚部には、６条のボール４０を循環させるため無負荷ボールを戻す逃げボール用穴３３が片側３条、合計６条形成されている。
【００１８】
６条のボール４０は、いずれも所定のプリロードがかけられており、軌道台２０のボール転走面２３とスライド部材３０のボール転走面３２とに挟まれながら転走する。各ボール４０の列における水平に対する接触角は、それぞれ、６０°〜５０°、ほぼ０°、−６０°〜−５０°となっている。
【００１９】
図５は、力と接触部の変位との関係を説明するための図である。
【００２０】
ヘルツ（Hertz ）の弾性変形式は、
Ｐ＝Ｃ_ｂ・δ^ｍ ……（１）
で表わされる。ここで、Ｃ_ｂは、スライド部材３０とボール４０との間の直列ヘルツ定数であり、ｍは転動体がボールの場合ｍ＝３／２、ローラの場合ｍ＝１０／９である。
【００２１】
今、純ラジアル方向荷重Ｆ_ｙが作用する時の軌道台２０とスライド部材３０とのラジアル方向変位をδ_ｙとすると、
Ｆ_ｙ＝２・Ｃ_ｂ・δ_ｙ ^ｍ・ｓｉｎ^ｍ＋１γ ……（２）
となり、またＦ_ｙと直交する方向の作用荷重をＦ_ｚ、その方向の軌道台２０とスライド部材３０との変位をδ_ｚとすると、
Ｆ_ｚ＝Ｃ_ｂ・δ_ｚ ^ｍ（１＋２・ｃｏｓ^ｍ＋１γ） ……（３）
となる。
【００２２】
また、１ボール列の静定格荷重をＣ_０１とすると、ラジアル方向及びそれに直交する方向の静定格荷重Ｃ_０ｙ、Ｃ_０ｚは、
Ｃ_０ｙ＝２・Ｃ_０１・ｓｉｎγ ……（４）
Ｃ_０ｚ＝Ｃ_０１（１＋２・ｃｏｓ^ｍ＋１γ） ……（５）
となる。
【００２３】
さらに、１ボール列の動定格荷重をＣ_１とすると、ラジアル方向及びそれに直交する方向の動定格荷重Ｃ_ｙ、Ｃ_ｚは、

となる。
【００２４】
この等定格荷重形直動案内ユニットの静定格荷重が、等方向性であるためには、（４）、（５）式において、
Ｃ_０ｙ＝Ｃ_０ｚであり、従って、
２・ｓｉｎγ＝（１＋２・ｃｏｓ^２．５γ）
これをγについて解くと、
γ＝５２．３４５°
Ｃ_０ｙ＝１．５８３４Ｃ_０１ ……（Ａ）
となる。
【００２５】
この時の剛性を計算してみると、
Ｆ_ｙ＝２・Ｃ_ｂ・δ_ｙ ^ｍ・ｓｉｎ^ｍ＋１５２．３４５° ……（８）
Ｆ_ｚ＝Ｃ_ｂ・δ_ｚ ^ｍ（１＋２・ｃｏｓ^ｍ＋１５２．３４５°）…（９）
同じ荷重Ｆ_ｙ、Ｆ_ｚがかかった時の、図１の従来例におけるラジアル方向及びそれに直交するｚ方向の変位をδ´_ｙ、δ´_ｚとすると、
Ｆ_ｙ＝２・Ｃ_ｂ・δ′_ｙ ^ｍ・ｓｉｎ^ｍ＋１４５° ……（10）
Ｆ_ｚ＝２・Ｃ_ｂ・δ′_ｚ ^ｍ・ｃｏｓ^ｍ＋１４５° ……（11）
となるから、ラジアル方向の剛性比は、

となる。また、ｚ方向の剛性比は、

となる。
【００２６】
次に、（６）、（７）式にγ＝５２．３４５°を代入して、ラジアル方向及びそれに直交する方向の動定格荷重Ｃ_ｙ、Ｃ_ｚを求めると、
Ｃ_ｙ＝２^０．７・Ｃ_１・ｓｉｎ５２．３４５°
Ｃ_ｚ＝Ｃ_１・（１＋２・ｃｏｓ^ｍ＋１５２．３４５°）／
（１＋２・ｃｏｓ^ｍ＋１５２．３４５°）^０．３
となる。
【００２７】
図１の従来例における、ラジアル方向及びそれに直交するｚ方向の動定格荷重Ｃ′_ｙ、Ｃ′_ｚは、
Ｃ′_ｙ＝Ｃ′_ｚ＝Ｃ_１・２^０．７・ｃｏｓ４５°
となるから、ラジアル方向及びｚ方向の動定格荷重比は、

となる。
【００２８】
（Ａ）〜（Ｅ）の結果は、本発明に係る等定格荷重形直動案内ユニットが静定格荷重において単に等方向性があるだけでなく、その絶対値も、図１に示したような従来の４方向等荷重形に比べて飛躍的に大きくなっており、しかも、剛性、動定格荷重の点でも同様に優れた数値を示している（図６〜図８参照）。
【００２９】
次に、この等定格荷重形直動案内ユニットの動定格荷重が、等方向性であるためには、（６）、（７）式において、
Ｃ_ｙ＝Ｃ_ｚであり、従って、
２^０．７・Ｃ_１・ｓｉｎγ
＝Ｃ_１・（１＋２・ｃｏｓ^２．５γ）／（１＋２・ｃｏｓ^５γ）^０．３
となる。
【００３０】
これをγについて解くと、
γ＝５７．９４°
Ｃ_ｙ＝１．３７６８Ｃ_１ ……（Ｆ）
となる。
【００３１】
この時のラジアル方向及びそれに直交する方向の剛性比は、
δ_ｙ／δ_ｚ＝１．０６６６ ……（Ｇ）
であり、静定格荷重Ｃ_０ｙ、Ｃ_０ｚは、（４）（５）より、

これらの、ラジアル方向及びそれに直交する方向の静定格荷重比は、
Ｃ_０ｙ／Ｃ_０ｚ＝１．２０２ ……（Ｋ）
となる。
【００３２】
上述した等定格荷重形直動案内ユニットのラジアル方向及びそれに直交するｚ方向の静定格荷重Ｃ_０ｙ、Ｃ_０ｚと、図１の従来例におけるラジアル方向及びそれに直交するｚ方向の静定格荷重Ｃ′_０ｙ、Ｃ′_０ｚと比較すると、
Ｃ_０ｙ／Ｃ′_０ｙ＝１．１９８ ……（Ｌ）
Ｃ_０ｚ／Ｃ′_０ｚ＝０．９９７ ……（Ｍ）
となる。
【００３３】
（Ｆ）〜（Ｍ）の結果は、本発明に係る等定格荷重形直動案内ユニットが動定格荷重において単に等方向性があるだけでなく、その絶対値も、図１に示したような従来の４方向等荷重形に比べて飛躍的に大きくなっていることを示している。剛性及び静定格荷重の点でも、Ｚ方向の静定荷重が従来例とほぼ同じレベルであるのを除いて、いずれも優れた数値を示している。
【００３４】
以下は、図１に示した従来例との剛性、動定格荷重、寿命及び静定格荷重における比較を表にまとめたものである。
【００３５】
（１）剛性比較

【００３６】
（２）動定格荷重比較

（３）寿命比較
寿命比＝（Ｃ_ｙ／Ｃ′_ｙ）３又は（Ｃ_ｚ／Ｃ′_ｚ）３

（４）静定格荷重比較

【００３７】
【発明の効果】
本発明は、軌道台と、軌道台に対し相対的にスライド自在に装着されたスライド部材と、軌道台とスライド部材との間に間挿された無限循環する６条のボール列とを有する等定格荷重形直動案内ユニットであって、６条のボール列は、左右一対の焦点からほぼ等距離に且つ上下左右にほぼ対称に配置されており；片側の各ボール列における水平に対する接触角は、それぞれ、γ、ほぼ０°、−γとなっており；そして、このγは、６０°＞γ＞５０°であることを特徴とするため、４条のボール列のものに比べて高精度及び高剛性を達成できる。また、片側の各ボール列における水平に対する接触角は、６０°〜５０°、ほぼ０°、−６０°〜−５０°となっているため、静定格荷重及び動定格荷重を等しくすることができ、これにより、高信頼性が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の４方向等荷重形直動案内ユニットの断面図である。
【図２】従来の６条のボール列を有する直動案内ユニットの断面図である。（ａ）〜（ｅ）は、接触角の交差に仕方のパターンを示して
いる。
【図３】図２（ａ）をさらに変形した例の一部断面図である。
【図４】本発明に係る等定格荷重形直動案内ユニットの一実施例の断面
図である。
【図５】力と接触部の変位との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
２０軌道台
２３ボール転走面
３０スライド部材
３１六角形の穴
３２ボール転走面
４０ボール

Claims

軌道台と、
軌道台に対し相対的にスライド自在に装着され、下方に開口した断面ほぼ六角形の穴を備えてなるスライド部材と、
軌道台とスライド部材との間に間挿された無限循環する６条のボール列とを有する等定格荷重形直動案内ユニットであって、
６条のボール列は、左右一対の焦点からほぼ等距離に且つ上下左右にほぼ対称に配置されており；
片側の各ボール列における水平に対する接触角は、それぞれ、γ、ほぼ０°、−γとなっており；そして、
前記γは、５７．９°＞γ＞５２．３°であり、静定格荷重及び動定格荷重を同時にほぼ等しくしたことを特徴とする等定格荷重形直動案内ユニット。