JP3833496B2 - 直線案内機構 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、相対的に直線状に変位自在に設けられたベース部材とスライダとを有する直線案内機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、例えば、リニアアクチュエータ等には、アクチュエータボデイの軸線方向に沿ってスライダを直線状に変位させるリニアガイドが用いられている。
【0003】
この種のリニアガイドとして、実用新案登録第2595089号公報には、スライダ本体の水平部分に水平ローラを配設するとともに、サイドスライダの傾斜部分に傾斜ローラを配設したロッドレスシリンダが開示されている。
【0004】
また、特開平11−280707号公報には、固定部の側壁に形成された断面略V字状の案内面に当接し転輪が回動することにより移動部を直線状に案内する構成が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実用新案登録第2595089号公報では、水平ローラの軸線と傾斜ローラの軸線とによって形成される交差角度が40度に設定されているため、装置の水平取付時に発生する垂直耐荷重に対して天井取付時に発生する浮き上がり耐荷重および壁面取付時に発生する横耐荷重がそれぞれ減少し、装置の取付姿勢にかかわらず等しく荷重を担持する等方性耐荷重に欠けるという不具合がある。
【0006】
また、特開平11−280707号公報では、固定部と移動部との間のクリアランスを調節する手段が何ら設けられていないため、例えば、製造誤差等によって発生する寸法誤差を吸収することができないという不具合がある。
【0007】
本発明は、前記の不具合を考慮してなされたものであり、取付姿勢に影響されることがなく等方向に荷重を担持することができるとともに、寸法誤差を吸収して円滑に案内することが可能な直線案内機構を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、ベース部材とスライダとが相対的に直線状に変位する直線案内機構において、
前記ベース部材の軸線方向に沿って形成された水平面案内軌道および傾斜面案内軌道と、
前記水平面案内軌道に沿って転動するように前記スライダに軸着され、前記スライダの軸線と略直交する方向に対向して配置された少なくとも一組の水平ローラと、
前記傾斜面案内軌道に沿って転動するように前記スライダに軸着され、前記スライダの軸線と略直交する方向に対向して配置された少なくとも一組の傾斜ローラと、
を備え、
前記水平ローラの軸線と前記傾斜ローラの軸線とがなす角度をθとし、該水平ローラの荷重担持能力をRAとし、該傾斜ローラの荷重担持能力をRBとすると、前記θ、RA、RBは、53度≦θ≦72度、且つ、1.7≦RB/RA≦2.7を充足するように設定され、
水平取付または天井取付あるいは壁面取付のいずれかに前記ベース部材または前記スライダの取付姿勢を変更した場合であっても、前記水平ローラおよび前記傾斜ローラに付与される垂直耐荷重と浮き上がり耐荷重と横耐荷重とがそれぞれ略同一となることを特徴とする。
【0015】
本発明によれば、水平ローラの軸線と傾斜ローラの軸線とのなす角度θを53度≦θ≦72度に設定し、且つ、水平ローラの荷重担持能力RAと、傾斜ローラの荷重担持能力RBの比率を1.7≦RB/RA≦2.7に設定することにより、ベース部材を図示しない部材の水平面に略水平状態に取り付ける水平取付、または、前記ベース部材を図示しない天井面に取り付けることにより水平状態と天地が逆転する天井取付、あるいは、略鉛直面である図示しない壁面に沿ってベース部材を取り付ける壁面取付等のように取付姿勢を変更した場合であっても、水平ローラおよび傾斜ローラがそれぞれ支持する荷重とそれぞれの荷重担持能力との比が略均一となり、等方性耐荷重が達成される。
【0016】
また、本発明ではクリアランス調整部を設けることにより、製造誤差等による寸法誤差を吸収して円滑に案内作用を営むことができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明に係る直線案内機構について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【0018】
図1および図2において、参照数字10は、本発明の実施の形態に係る直線案内機構を示す。
【0019】
この直線案内機構10は、相対的に変位自在に設けられ、水平面および傾斜面案内軌道が形成されたベース部材12と、前記案内軌道に沿って変位するスライダ14とを有する。ベース部材12の底面部には、軸線方向に沿って延在する断面T字状の一組の取付用長溝16a、16bが略平行に形成され、前記底面部と略直交する一側面には、断面円弧状のセンサ取付用溝18が形成されている。
【0020】
前記ベース部材12の軸線と略直交する方向には、一組の側部20a、20bが相互に対向して形成され、一方の側部20aと他方の側部20bとの間には凹部22が形成されている。前記側部20a、20bの上面の水平部には、後述する水平ローラ(第1荷重受け要素)24(以下、必要に応じて24a〜24dという)を案内する水平面案内軌道として機能する一組の水平レール26a、26bが軸線方向に沿って略平行に装着されている。
【0021】
また、前記水平部に近接する内壁側には所定角度傾斜する傾斜部が形成され、前記傾斜部には、後述する傾斜ローラ(第2荷重受け要素)28(以下、必要に応じて28a〜28dという)を案内する傾斜面案内軌道として機能する一組の傾斜レール30a、30bが軸線方向に沿って略平行に装着されている。
【0022】
さらに、ベース部材12の凹部22には、断面略ハの字状に傾斜し且つ軸線方向に延在する一組の切欠溝32a、32bが形成され(図2参照)、前記切欠溝32a、32bには傾斜ローラ28a、28bが臨むように設けられる。
【0023】
スライダ14は、図3および図4に示されるように、側面に形成された複数の挿入用孔部34に沿って挿入されることにより、相互に対向して略水平方向に沿って軸着される4個の水平ローラ24a〜24dと、前記水平ローラ24a〜24dの内側に設けられ、ベース部材12の切欠部32a、32b(図2参照)に臨むように所定角度傾斜して軸着される4個の傾斜ローラ28a〜28dとを有する。
【0024】
水平ローラ24a〜24dおよび傾斜ローラ28a〜28dは、それぞれ、ピン部36とローラ部38とを有し、前記ローラ部38は該ローラ部38の内周面に沿って配設された図示しない複数のニードルローラによってそれぞれ回動自在に軸支され、ベース部材12の水平面および傾斜面案内軌道に当接することにより前記ローラ部38が円滑に回動するように設けられている。
【0025】
また、水平ローラ24a〜24dのローラ部38の直径は、傾斜ローラ28a〜28dの直径よりも小さくなるように設定されている。なお、スライダ14の一方の側部には、図示しない磁石を装着するための磁石挿入用孔部39が形成され、さらにスライダ14の上面には4個のワーク取付用孔部35a〜35dが形成されている。
【0026】
この場合、後述するように、水平ローラ24の軸線と傾斜ローラ28の軸線とが交差して形成される角度θは、約60度となるように設定され(図2参照)、且つ水平ローラ24の荷重担持能力が傾斜ローラ28の荷重担持能力の約半分となるように設定されている。なお、前記水平ローラ24および傾斜ローラ28の荷重担持能力とは、ローラ部38とピン部36との間に介装される図示しないニードルローラの直径に依拠するものであり、前記ニードルローラによって支持される基本動定格荷重によって設定されるものとする。
【0027】
また、相互に対向する一方の傾斜ローラ28a(28c)には、ベース部材12とスライダ14との間のクリアランスを調整するクリアランス調整部40が設けられている。このクリアランス調整部40は、図5および図6に示されるように、傾斜ローラ28aのピン部36を偏芯させた状態で軸着し一端部に傘歯形状のギヤ部42が形成された保持部材44と、前記傘歯形状のギヤ部42に噛合する傘歯形状のギヤ部45が形成され、外部からねじ込み量を調整可能に設けられたねじ部材46と、前記保持部材44の周溝48に当接して該ねじ部材46を係止するストッパ部材50とから構成される。
【0028】
この場合、前記ねじ部材46を回動させて相互に噛合する傘歯形状のギヤ部42、45を介して保持部材44を回動させることにより、偏芯して軸着された傾斜ローラ28aのローラ部38と傾斜レール30aの案内面との離間間隔を調整してその当接具合を調整することができる。
【0029】
従って、製造誤差等によって寸法誤差が発生した場合であっても、前記クリアランス調整部40によって偏芯した傾斜ローラ28aを回動させて傾斜レール30aとの当接具合を調整することにより、スライダ14とベース部材12との微小なクリアランスを適宜調整することができる。
【0030】
また、このクリアランス調整部40を水平ローラ24aではなく傾斜ローラ28aに設けることにより、スライダ14を高さ方向に沿って上下動させることがなく、クリアランスを簡便に調整することができる。この結果、装置全体の高さ方向の寸法を高精度に保持することができる。
【0031】
本発明の実施の形態に係る直線案内機構10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【0032】
先ず、直線案内機構10を構成するベース部材12を図示しない部材の水平面に略水平状態に取り付ける水平取付、または、前記ベース部材12を図示しない天井面に取り付けることにより水平状態と天地が逆転する天井取付、あるいは、略鉛直面である図示しない壁面に沿ってベース部材12を取り付ける壁面取付等のように取付姿勢が変化した場合であっても、水平ローラ24および傾斜ローラ28がそれぞれ支持する耐荷重を略均一とする等方性耐荷重について以下に説明する。
【0033】
この場合、図7に示されるように、ベース部材12の一方の側部20aの水平ローラ24aの荷重担持能力をベクトルRA(以下、RAという)、傾斜ローラ28aの荷重担持能力をベクトルRB(以下、RBという)とし、ベース部材12の他方の側部20bの水平ローラ24bの荷重担持能力をベクトルRC(以下、RCという)、傾斜ローラ28bの荷重担持能力をベクトルRD(以下、RDという)とし、前記水平ローラ24cおよび傾斜ローラ28c、水平ローラ24dおよび傾斜ローラ28dに付与される荷重をそれぞれベクトルFA、FB、FC、FDとする。
【0034】
ここで、RA=RC=FA=FC、且つRB=RD=FB=FDが成り立つものと仮定すると、直線案内機構10を構成するベース部材12を図示しない部材に水平状態に取り付けた場合、垂直耐荷重W1は、RA+RC+FA+FC=4RAとなる。
【0035】
直線案内機構10を構成するスライダ14を図示しない部材の天井面に取り付けた場合、浮き上がり耐荷重W2は、(RB+RD+FB+FD)cosθ=4RBcosθとなる。
【0036】
直線案内機構10を構成するベース部材12を図示しない部材の壁面に沿って略鉛直状態に取り付けた場合、横耐荷重W3は、(RB+FB)sinθ=2RBsinθとなる。
【0037】
この場合、W1=W2=W3とすると、
4RA=4RBcosθ=2RBsinθが成り立つ。
【0038】
そこで、θを求めると、2cosθ=sinθとなり、
さらに、tanθ=2、その結果、θ=tan-12=63.4度となる。
【0039】
また、水平ローラ24aと傾斜ローラ28aとの荷重担持能力の比は、RA=RBcosθ=0.44RBとなり、RA:RB=1:2.23となる。
【0040】
本実施の形態では、水平ローラ24の軸線を略水平面と略一致するように設置するとともに、水平ローラ24の軸線と傾斜ローラ28の軸線とが交差する角度θを約60度(理論値63.4度)に設定し、且つ水平ローラ24の荷重担持能力RAが傾斜ローラ28の荷重担持能力RBの略半分(理論値1/2.23)となるように設定することにより、上下方向および左右方向においてそれぞれ等しい耐荷重性能を有する4方向等方性耐荷重(4方向等荷重)を達成することができる。
【0041】
また、クリアランス調整部40を水平ローラ24に設けることがなく、傾斜ローラ28に設けることにより、ベース部材12とスライダ14との間のクリアランスを調整しても該スライダ14が上下方向に変位することがなく、高さ方向の寸法精度を保持することができる。さらに、水平ローラ24とスライダ14の上面とが略平行となるため、加工寸法精度が高くなり、加工を容易に遂行することができる。
【0042】
さらにまた、曲げモーメントが付与された場合であっても、水平ローラ24および傾斜ローラ28が支持する荷重はそれぞれ異なるが、前記水平ローラ24および傾斜ローラ28の荷重担持能力に対して同じ比率で荷重を支持するため、前記曲げモーメントを効率的に吸収することができ、耐モーメント特性を向上させることができる。
【0043】
なお、第1比較例として、例えば、複数の図示しない水平ローラのみによって支持した場合、垂直耐荷重および浮き上がり耐荷重をそれぞれ略同一とすることができるが、横耐荷重が零となる。また、第2比較例として、例えば、複数の図示しない水平ローラと垂直ローラとによって支持した場合、垂直耐荷重および横耐荷重をそれぞれ略同一とすることができるが、浮き上がり耐荷重が零となる。従って、本実施の形態のように、水平ローラ24と傾斜ローラ28とを組み合わせて支持する構成は、第1および第2比較例と対比して、ローラの数量を増大させることがなく全方向の規制が得られ、安定した直線性を保持しながら所望の耐荷重性能を達成することができるという利点がある。
【0044】
次に、水平ローラ24と傾斜ローラ28との荷重担持能力比(RB/RA)と、水平ローラ24および傾斜ローラ28の軸線によって形成される角度θとの関係を図8に示す。
【0045】
図8において、特性曲線イ〜ホは、それぞれ垂直耐荷重を基準とした浮き上がり耐荷重比(W2/W1)をそれぞれ示したものであり、特性曲線イは(W2/W1)が0.8のとき、特性曲線ロは(W2/W1)が0.9のとき、特性曲線ハは(W2/W1)が1のとき、特性曲線ニは(W2/W1)が1.1のとき、特性曲線ホは(W2/W1)が1.2のときをそれぞれ示したものである。
【0046】
また、図8において、特性曲線ヘ〜ヌは、それぞれ垂直耐荷重を基準とした横耐荷重比(W3/W1)をそれぞれ示したものであり、特性曲線ヘは(W3/W1)が0.8のとき、特性曲線トは(W3/W1)が0.9のとき、特性曲線チは(W3/W1)が1のとき、特性曲線リは(W3/W1)が1.1のとき、特性曲線ヌは(W3/W1)が1.2のときをそれぞれ示したものである。
【0047】
さらに、図において、▲1▼の領域は、角度θを45度以上、73度以下に設定し、且つ荷重担持能力比RB/RAを1.2以上2.7以下に設定して、垂直耐荷重(W1)と浮き上がり耐荷重(W2)とが略一致する範囲を示している。
【0048】
▲2▼の領域は、角度θを45度以上、90度未満に設定し、且つ荷重担持能力比RB/RAを1.6以上2.7以下に設定して、垂直耐荷重(W1)と横耐荷重(W3)とが略一致する範囲を示している。
【0049】
▲3▼の領域は、角度θを53度以上、72度以下に設定し、且つ荷重担持能力比RB/RAを1.7以上2.7以下に設定して、浮き上がり耐荷重(W2)および横耐荷重(W3)が垂直耐荷重(W1)と±20%の範囲内で略一致する範囲を示している。
【0050】
▲4▼の領域は、実際上、垂直耐荷重(W1)と浮き上がり耐荷重(W2)と横耐荷重(W3)とがそれぞれ±20%の範囲内で略一致する範囲を示している。
【0051】
次に、点▲5▼は、完全等方性となる場合を示し、W2/W1=1である特性曲線ハとW3/W1=1である特性曲線チとの交点を示している。
【0052】
なお、点▲6▼は、垂直耐荷重(W1)を基準として、横耐荷重(W3)を1.2倍とし、浮き上がり耐荷重(W2)を0.8となる場合(W1:W2:W3=1:0.8:1.2)を示し、W2/W1=0.8である特性曲線イとW3/W1=1.2である特性曲線ヌとの交点を示している。
【0053】
このように、水平ローラ24と傾斜ローラ28との軸線がなす角度θと、水平ローラ24と傾斜ローラ28との荷重担持能力の比(RB/RA)とを、それぞれ▲1▼〜▲6▼のいずれかに設定することにより、ベース部材12の取付姿勢が変わった場合であっても所定方向に対する耐荷重が略一定に設定される。
【0054】
次に、本実施の形態に係る直線案内機構10の変形例を図9乃至図12に示す。なお、図1および図2に示す直線案内機構10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、水平ローラ24と傾斜ローラ28との軸線によって形成される角度θおよびそれぞれの荷重担持能力の比は、前記実施の形態とそれぞれ同一のものとする。
【0055】
図9および図10に示す第1変形例に係る直線案内機構10aでは、ベース部材12aの中央部を膨出させて膨出部52を形成し、前記膨出部52の水平面に水平ローラ24a〜24dを担持させ、且つ前記水平面に近接する傾斜面に傾斜ローラ28a〜28dを逆ハの字状に担持させている点に特徴がある。
【0056】
換言すると、4個の傾斜ローラ28a〜28dを外側に配置し、前記傾斜ローラ28a〜28dの内側に水平ローラ24a〜24dを配置している点で前記した本実施の形態と相違している。なお、スライダ14aには、前記ベース部材12aの膨出部52に対応する凹部54が形成されている。
【0057】
図11および図12に示す第2変形例に係る直線案内機構10bでは、軸線方向と略直交するベース部材12bの幅方向の寸法をスライダ14bよりも短縮して形成し、スライダ14bの外側に配設された傾斜ローラ28a〜28dをベース部材12bの側部外壁の傾斜面に装着された傾斜レール30a、30bを案内面としている点に特徴がある。
【0058】
次に、本実施の形態に係る直線案内機構10が適用された直線作動装置60を図13乃至図15に示す。
【0059】
この直線作動装置60は、ロッドレスシリンダからなる駆動部64と、前記駆動部64と略平行に配置され、ねじ部材66を介して前記駆動部64と着脱自在に設けられたガイド部68とを備える。
【0060】
前記ガイド部68は、一組の水平レール26a、26bおよび傾斜レール30a、30bがそれぞれ略平行に配設されたベースプレート70と、前記ベースプレート70の軸線方向に沿った両端部にそれぞれ連結される一組のエンドブロック72a、72bと、前記ベースプレート70の軸線方向に沿って往復動作するスライダ74と、前記ベースプレート70とスライダ74との間に設けられ、前記スライダ74をベースプレート70の軸線方向に沿って案内する直線案内機構10と、前記ベースプレート70に形成されたアブソーバ用固定溝76にねじ部材78を介して連結され、スライダ74の変位終端を規制するとともに、該スライダ74に付与される衝撃を吸収する一組のショックアブソーバ80a、80bとを含む。なお、前記一組のショックアブソーバ80a、80bは、ねじ部材78を緩めることによりアブソーバ用固定溝76に沿って変位自在に設けられている。
【0061】
スライダ74の変位方向と略直交する一方の側部には、磁石挿入用孔部82を有するプレート84が装着され、前記磁石挿入用孔部82に挿入された磁石(図示せず)の磁界をセンサ取付用溝18に保持された図示しないセンサによって検知することにより、スライダ74の位置が検出される。また、スライダ74の他方の側部には、水平ローラ24の挿入用孔部34を閉塞する閉塞部材86が設けられている。
【0062】
前記駆動部64にはシリンダチューブ88の内部に形成されたボア89に沿って摺動変位するピストン91が設けられ、前記ピストン91には該ピストン91と一体的に変位する一対のピストンヨーク90a、90bが連結されている。この場合、一対のピストンヨーク90a、90bは、スライダ74の一組のエンドプレート92a、92bの間に装着され、前記ピストン91の直線往復運動をスライダ74に伝達する機能を営む。
【0063】
なお、前記駆動部64を含む直線作動装置60のその他の構成は、本出願人の提案に係る特開2000−304004号公報を参照するとよい。
【0064】
本実施の形態に係る直線案内機構10を多種多様なワークを搬送する直線作動装置60に適用することにより、水平取付、天井取付あるいは壁面取付等の直線作動装置60の取付姿勢にかかわらず搬送重量を略同一に支承して、ワークを円滑に搬送することができる。
【0065】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【0066】
すなわち、取付姿勢に影響されることがなく等方向に荷重を担持することができるとともに、寸法誤差を吸収して円滑に案内作用を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る直線案内機構の斜視図である。
【図2】図1のII−II線に沿った縦断面図である。
【図3】図1に示すスライダの底面側からみた斜視図である。
【図4】図3に示すスライダの分解斜視図である。
【図5】クリアランス調整部の構成を示す一部省略縦断面図である。
【図6】図5のVI−VI線に沿った縦断面図である。
【図7】荷重の等方性を示すために供される説明図である。
【図8】水平ローラと傾斜ローラとがなす角度と荷重担持能力比との関係を示す特性図である。
【図9】第1変形例に係る直線案内機構の斜視図である。
【図10】図9のX−X線に沿った縦断面図である。
【図11】第2変形例に係る直線案内機構の斜視図である。
【図12】図11のXII−XII線に沿った縦断面図である。
【図13】図1に示す直線案内機構が適用された直線作動装置の斜視図である。
【図14】図13の直線作動装置を構成する駆動部とガイド部とを分離した分解斜視図である。
【図15】図13のXV−XV線に沿った縦断面図である。
【符号の説明】
10、10a、10b…直線案内機構 12、12a、12b…ベース部材
14、14a、14b、74…スライダ 20a、20b…側部
22…凹部 24、24a〜24d…水平ローラ
26a、26b…水平レール 28、28a〜28d…傾斜ローラ
30a、30b…傾斜レール 32a、32b…切欠溝
34…挿入用孔部 36…ピン部
38…ローラ部 40…クリアランス調整部
42、45…ギヤ部 44…保持部材
46…ねじ部材 50…ストッパ部材
60…直線作動装置 64…駆動部
68…ガイド部 70…ベースプレート
80a、80b…ショックアブソーバ
Claims (1)
- ベース部材とスライダとが相対的に直線状に変位する直線案内機構において、
前記ベース部材の軸線方向に沿って形成された水平面案内軌道および傾斜面案内軌道と、
前記水平面案内軌道に沿って転動するように前記スライダに軸着され、前記スライダの軸線と略直交する方向に対向して配置された少なくとも一組の水平ローラと、
前記傾斜面案内軌道に沿って転動するように前記スライダに軸着され、前記スライダの軸線と略直交する方向に対向して配置された少なくとも一組の傾斜ローラと、
を備え、
前記水平ローラの軸線と前記傾斜ローラの軸線とがなす角度をθとし、該水平ローラの荷重担持能力をRAとし、該傾斜ローラの荷重担持能力をRBとすると、前記θ、RA、RBは、53度≦θ≦72度、且つ、1.7≦RB/RA≦2.7を充足するように設定され、
水平取付または天井取付あるいは壁面取付のいずれかに前記ベース部材または前記スライダの取付姿勢を変更した場合であっても、前記水平ローラおよび前記傾斜ローラに付与される垂直耐荷重と浮き上がり耐荷重と横耐荷重とがそれぞれ略同一となることを特徴とする直線案内機構。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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