JP3950595B2 - 案内装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械に組み込まれる案内装置に係り、特に軌道レールと、この軌道レールを移動する移動ブロックとからなり前記移動ブロックにこの移動ブロック内を循環する転動体列を備えた案内装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来このような案内装置として、移動ブロックが軌道レールに沿って移動する際に移動ブロック内で循環する転動体例えばボールの転動抵抗の低減に関し、特に高速移動時の抵抗を低減する方向で開発が進められてきた。
【０００３】
そして、このような案内装置を工作機械例えばマシニングセンタの工具テーブルの案内装置として使用する場合には、移動ブロックに取り付けた工具テーブルの切削工具を交換したり、ワークの切削位置を変更するため移動ブロックを移動させるときには、移動ブロックが軌道レールに対して少ない抵抗で移動できることが求められる。
【０００４】
しかし、切削工具でワークを切削しているときには、軌道レールに沿って所定の移動速度で制御されて移動する工作テーブルの移動抵抗は所定の値になっている方が、工作テーブルの振動防止を行いやすいこととなる。
【０００５】
切削工具である、回転刃物により、金属ワークを切削する際に発生する断続的な切削抵抗による振動を移動ブロックの減衰特性で吸収できるからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようにボールを使用した案内装置にあっては、
▲１▼ 工作テーブルの送り機構（例えばボールねじ送り機構）の摩擦抵抗を増加させる。
▲２▼ 工作テーブルに機械的なブレーキを取り付け、軌道レールとの間の抵抗を増加させる。
▲３▼ ボール転走溝の断面半径をボールの半径と略一致させ、荷重増加時にボール転走面とボールとの差動滑りによる軸方向摩擦抵抗を増加させる（例えば特開平７−３５１３６号公報参照）。
等の手段が提案されている。
【０００７】
しかしながら、上述した▲１▼の手段では、移動ブロックに取り付けられた工作テーブルの切削工具を交換したり、その切削位置を変えるときには移動ブロックが軌道レールに対して少ない抵抗で移動させることができない。
【０００８】
また、上述した▲２▼の手段では、案内装置に新たな機構としてブレーキを設けなければならない他、ブレーキ取り付けのためのスペースが必要となり、コストが嵩む。
【０００９】
そして、上述した▲３▼の手段では、ボールによって荷重を担っているため、負荷荷重を大きくするためには、ボール数を増やす必要がある。
【００１０】
このようにボールの数を増やすと、１つ１つのボールへの負荷荷重が減少するため、ボール軌道レールに対する差動滑りが増加しにくいため、負荷増加時における摩擦抵抗の増加量が少ない。
【００１１】
そこで、本発明は、他に装置を付加することなく、軽荷重時には少ない抵抗で移動ブロックが案内レールを移動することができ、また、移動ブロックを大きくせず大きい荷重を担うことができると共に、負荷される荷重の軽重に対して適切な移動抵抗を与えることができる案内装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明では以下の構成を備えるものとしている。
【００１３】
請求項１に記載の発明は、軌道レールと、この軌道レールを跨ぐように配置され、軌道レールに沿って移動する移動ブロックとからなり、軌道レールは、転動体転走面を備え、移動ブロックは、上記軌道レールの転動体転走面に対向する位置に転動体転走体を備えて負荷通路を形成するともに、上記負荷通路内を循環する多数の転動体からなる転動体列が配置されてなり、上記各転動体列は、球形のボールと、上記ボールの半径より大きな曲率半径軸方向の断面に描いて先端に向け先細りとして形成されると共に、最大径が上記ボールの直径よりやや小さく形成した、たる形ローラとを混在させると共に、上記負荷通路を形成する各転動体転走面の断面形状を上記たる形ローラの上記曲率半径と略同一の曲率半径とした案内装置である。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１の転動体列のボールと、たる形ローラとが交互に配置される案内装置である。
【００１５】
請求項３に記載の発明、請求項１又は請求項２の転動体列を構成する各ボール及び各たる形ローラとは連結体ベルトに転動自在に連結されている案内装置である。
【００１６】
〔作用〕本発明にかかる案内装置によれば、移動ブロックに付加する荷重が少ないとき、即ち、案内装置を工作機械、例えばマシニングセンタに使用する場合には、移動ブロックに取り付けられた工具テーブルの切削工具を交換したり、その切削位置を変えるときには移動ブロックが軌道レールに対して少ない抵抗で移動することができる。
【００１７】
即ち、請求項１乃至請求項３に記載の案内装置への荷重が少ない場合には、負荷通路を形成する２つの転動体転走路には転動体列のうちボールだけが微小な面積で接触するが、たる形ローラは転動体レールに接触しない。このため、移動ブロックはボールの点接触による回転のみを解して軌道レールに沿って移動するため、移動ブロックは軌道レールに沿って軽快に案内される（図９参照）。
【００１８】
一方、移動ブロックに大きい荷重が付加されたとき、転動体列のボールは荷重を受け弾性的に変形する。すると、ボールの転走面への接触面積が増加して回転抵抗が増加する他、たる形ローラは、転走面にその母線に沿って接触し、付加される荷重に従って、その接触が面積が増加して、荷重の増加に従って、移動ブロックの軌道レールに沿う移動抵抗が増加することとなる（図９参照）。
【００１９】
この場合、転動体列におけるボールとたる形ローラのそれぞれの配置数及び配置パターンは請求項２の転動体のように、ボールとたる形ローラとを交互に配置することができる他、荷重の増加に対する移動抵抗の増加傾向を変更するため、適宜変更することができる。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明によれば、転動体列は、連結体ベルトに回動自在に保持されているため、各転動体が接触することなく、騒音の発生や、磨耗が防止される。更に、たる形ローラに方向転換路を含む全ての循環路で傾き（スキュー）が発生することなく、転動体列を円滑に循環する（図１１参照）。
【００２１】
ここで、従来、転動体列として、ボールと円筒ころとを使用した案内装置が提案されている（特開昭６１−１８００１６号参照）。しかし、この従来の発明は、本願発明とは、以下の点で異なるものである。
【００２２】
即ち、従来の案内装置は、本願発明とは別の目的、即ち、剛性が高くかつ始動抵抗が少ない転動装置を得るためになされたものである。
【００２３】
また、この案内装置にあっては、荷重の増加により、ボールだけの接触からボールと円筒ころ両方の接触に移行するときは、円筒ころの転走面への接触が急激に発生するため、移動抵抗の増加が急峻なものとなり（図１０参照）、精密移動が必要とされる工作機械への使用はできない。
【００２４】
さらに、この従来の案内装置にあっては、転動体列として円筒ころを使用し、且つ各転動体の衝突防止手段及びスキュー発生防止のための手段（例えば連結体ベルト）を採用していないため、各転動体の接触、円筒体ころのスキューの発生により、断続的な移動抵抗の変動が発生し（図１２参照）、例えば放電加工装置のように振動を防止しなければならない装置には使用することができないものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態ににかかる案内装置の構成を詳細に説明する。
【００２６】
〔第１の実施の形態の構成〕
図１乃至図８は本発明に係る案内装置１０の第１の実施の形態を示すものである。本発明による案内装置１０は、水平方向に沿って配置された軌道レール２０と、この軌道レール２０を跨いで軌道レール２０に沿って移動できる移動ブロック５０とからなる。そして、移動ブロック５０には、転動体列８０（８１，８２）が配置されている。
【００２７】
（転動体列）
本例の転動体列８０は、図６に示すように、移動ブロック５０内を循環するように設けられる。
【００２８】
本例では、転動体列８１，８２は、球形のボール８３とたる形ローラ８４が交互に配置され、合成樹脂製の連結体ベルト８５で連結されたものである。
【００２９】
ここで、ボール８３は半径Ｒ１（図４（１）参照）の球形であり、たる形ローラ８４は、上記ボールの半径Ｒ１より大きな曲率半径軸方向Ｒ２（図４（１）参照）の両端にむけ先細りとして形成されると共に最大径（Ｒ３（図４（３）参照）が上記ボールの直径Ｒ１よりやや小さくされた軸方向断面形状の回転体である。
【００３０】
また、図４に示すように連結体ベルト８５は、ボール８３を移動方向に直行する直径方向から保持するボール保持部８６、たる形ローラ８４の回転軸の両端で保持するたる形ローラ保持部８７及びこれら両保持部８６,８７を結合する連結部８８とからなる。
【００３１】
（軌道レール）
この例に係る案内装置１０の軌道レール２０はその軸が直線状になるように配置されるものである。
【００３２】
軌道レール２０は、図１乃至図３に示すように、たとえば工作機械の取り付けベース９０に固定される基体部３０と、基体部３０の上部に形成された転走面形成部４０とを備えて、例えばステンレス鋼で両者が一体に形成されている。
【００３３】
基体部３０は、取り付けベース９０に取り付けられる底面３１を幅広とする略辺台形状に形成されており、その底面３１を取り付けベース９０に固定するためのボルト穴３２が所定間隔を隔てて穿設されており、ボルト（図示していない）で取り付けベース９０に固定されている。
【００３４】
そして、転走面形成部４０は、この基体部３０の上側両隅部から斜め上方に向け形成されている。そしてこの転走面形成部４０の上面には上側転動体転走面４１が、また転走面形成部４０の下側には下側転動体転走面４２が形成されている。これらの各転動体転走面４１，４２の断面形状は、上記たる形ローラ８４の回転軸に沿う断面形状を成す曲率半径Ｒ２（図４（１）参照）と略同一の曲率半径Ｒ４とされている。
【００３５】
（移動ブロック）
移動ブロックは、この軌道レール２０を跨ぐように配置され、軌道レール２０の上側転動体転走面４１を転動するように設けられた上側転動体列８１と、下側転動体転走面４２を転動するように設けられた下側転動体列８２とが配置される。
【００３６】
移動ブロック５０は、図２及び図３に示すように、その中央部をなすブロック本体６０と、このブロック本体６０の両端部に取り付けられるエンドプレート７０とからなる。
【００３７】
ブロック本体６０は図１及び図４に示すように中央部６１とこの中央部６１の両端から垂下される脚部６２とから構成される左右対称の略コ字状の部材からなる。
【００３８】
そして、ブロック本体６０は、例えばステンレス鋼製の中央部６１にに一体的にインサート形成され、左右各２個所に対称に形成された合成樹脂部材６４，６５を備える。
【００３９】
また、ブロック本体６０には、上記軌道レール２０の転動体転走路４１，４２との間で転動体列８１，８２が荷重を受けて転走される上部及び下部の凹面の転動体転走面６６，６７が形成されている。この転動体転走面６６，６７の断面形状は上記転動体転走面４１，４２と同様に、上記たる形ローラ８４の回転軸に沿う断面形状を成す曲率半径Ｒ２（図４（１）参照）と略同一の曲率半径Ｒ４とされている。
【００４０】
これらの構成により、軌道レール２０の転動体転走面４１，４２とブロック本体６０に形成された転動体転走面６６，６７との間に転動体列８１，８２に負荷がかかる上下の負荷通路５５，５６が形成される。
【００４１】
そして、このブロック本体６０は、上記各転動体転走面６６，６７が、案内装置１０の組み立て時、あるいは荷重が少ない場合には、負荷通路５５，５６において、各転動体列８１，８２のうちボール８３だけが軌道レール２０に設けられた転動体転走面４１，４２とブロック本体に設けられた転動体転走面６６，６７との間に挟まれ、各転走面４１，４２，６６，６７に微小な面積で接触して上記転走面形成部４０を挟み込むように形成されている。このとき各転動体列８１，８２のたる形ローラ８４の半径Ｒ３はボール８３の半径Ｒ１より小さいため、負荷通路５５，５６では荷重を受けない。
【００４２】
そして、移動ブロック５０に大きい荷重が付加されたとき、その方向（上下、左右、回転）に応じて所定の転動体列のボールが荷重を受け弾性的に変してボールの転動体転走面への接触面積が増加して回転抵抗が増加する他、たる形ローラが、所定の転動体転走面にその母線に沿って接触し、付加される荷重に従って、その接触面積が増加してするものとして形成されている。
【００４３】
上記合成樹脂部材６４，６５は例えば可撓性のある合成樹脂部材を金型にインサート成形することにより形成される。
【００４４】
この例で第１の樹脂部材６４は、本体の脚部６２の下部に左右２個所に配置され、下側負荷通路５６を転動する転動体列８１が導通される貫通穴６８が転動体に負荷がかからない無負荷通路５８として形成されているとともに、下側転動体列８２が上記下側軌道レール２０に対して位置を保持するものとして形成される。
【００４５】
また、第２の樹脂部材６５は、ブロック本体６０の２個所に貫通形成された穴部６３内に形成され、上側負荷通路５５を転動する転動体列８１が導通され貫通穴６９が無負荷通路５７として形成されている。
【００４６】
そして、ブロック本体の両端部に取り付けられるエンドプレート７０は図６及び図７に示すように、それぞれの転動体列８１，８２の方向転換路７３，７４が形成されている。
【００４７】
このような構成により、移動ブロック５０を軌道レール２０を跨ぐように配置したとき、軌道レール２０の上側及び下側の転動体転走面４１，４２と、上記移動ブロック５０の両転動体転走面６６，６７との間の負荷通路５５，５６、移動ブロック５０中に形成された無負荷通路５７，５８、及び上記エンドプレート７０の方向転換路７３，７４で上述した転動体列８０が配置されて循環する転動体循環路が形成される。
【００４８】
〔第１の実施の形態の作用〕
案内装置１０を工作機械マシニングセンタに使用する場合には、移動ブロック５０のボルト穴５１にボルトで取り付けられた工作テーブル（図示していない）の切削工具を交換したり、その切削位置を変えるときには移動ブロック５０が軌道レール２０に対して少ない抵抗で移動することができる。
【００４９】
このように荷重が少ない場合には、移動ブロック５０に設けられた上側転動体列８１と下側転動体列８２とはそのボール４３のみ負荷通路５５，５６の各転動体転走面に微小な面積で接触するが、たる形ローラは転動体転走面には接触しないため、移動ブロックはボールの点接触による回転のみで軌道レールに沿って移動する。このため、移動ブロック５０は軌道レール２０に沿って軽快に案内され、各転動体列８１，８２は軌道レール２０の転走面形成部４０を上下から挟んでそれぞれ移動ブロック５０内を循環して移動ブロック５０は軌道レール２０に沿って軽快に案内される。
【００５０】
一方、移動ブロック５０に大きい荷重が付加されたとき、その荷重の負荷方向（上下、左右、回転）に応じて所定の転動体列のボールが荷重を受け弾性的に変形してボールの転動体転走面への接触面積が増加して回転抵抗が増加する。また、ボールの変形に伴って、たる形ローラは、所定の転動体転走面にその母線に沿って接触する。そして、このたる形ローラは付加される荷重に従って、その接触面積が増加してするものとなり荷重が増加すればするほど、移動ブロックの軌道レールに沿う移動抵抗が増加することとなる。
【００５１】
そして、荷重が軽減されたときには、各転動体は上述した変形から弾性的に復元して、移動ブロック５０からの負荷荷重が増加するにつれてそれらの形状を復元して、移動ブロック５０の軌道レール２０に沿う移動抵抗が荷重が付加されない状態にもどり、移動ブロック５０は軌道レール２０に沿って軽快に案内される。
【００５２】
〔他の実施の形態〕
図８は本発明に係る案内装置の他の転動体列１８０を示すものである。
【００５３】
この例に係る転動体列１８０は、上記例と同一のボール１６３と、上記例と略同一の形状を備え軸方向両端部に孔部１６５を形成した、たる形ローラを連結体ベルト１８５で連結している。なお、ボールの半径Ｒ１、たる形ローラ１６４の寸法Ｒ２，Ｒ３の関係は上述した例の転動体列と同様である。
【００５４】
また、図８に示すように連結体ベルト１８５は、ボール１８３を移動方向に直行する直径方向から保持するボール保持部１８６、たる形ローラ１８４の孔部１６５に挿入される軸部１９１を備え、たる形ローラ１８４を両端で保持するたる形ローラ保持部１８７及びこれら両保持部１８５，１８６を結合する連結部１８８を備える。また、本例にかかる連結体ベルト１８５は、連結部１８８のボール及びたる形ローラ１６４との接触部に前後方向の保持板部１９０を設けて、ボール１８３の保持を確実にすると共に、たる形ローラ１８４のスキュー発生を確実に防止している。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる案内装置によれば、移動ブロックに付加する荷重が少ないとき、即ち、案内装置を工作機械、例えばマシニングセンタに使用する場合には、移動ブロックに取り付けられた工具テーブルの切削工具を交換したり、その切削位置を変えるときには移動ブロックが軌道レールに対して少ない抵抗で移動することができる。
【００５６】
即ち、請求項１乃至請求項３に記載の案内装置は、荷重が少ない場合には、移動ブロックに設けられた上側転動体列と下側転動体列のうちボールだけが負荷通路において転動体転走面に微小な面積で接触するが、たる形ローラは転動体転走面に接触しないため、移動ブロックはボールの点接触による回転のみで軌道レールに沿って移動するため、移動ブロックは軌道レールに沿って軽快に案内される。
【００５７】
一方、移動ブロックに大きい荷重が付加されたとき、転動体列のボールは荷重を受け弾性的に変形するので、ボールの転動体転走面への接触面積が増加して回転抵抗が増加する他、たる形ローラは、転動体転走面にその母線に沿って接触し、付加される荷重に従って、その接触が面積が増加して、荷重の増加に従って、移動ブロックの軌道レールに沿う移動抵抗が増加することとなる。
【００５８】
従って、本発明によれば、移動ブロックに付加される荷重が増加するにつれて、移動ブロックの軌道レールに対する移動抵抗が増加することにより、移動ブロックへの軽荷重時には少ない抵抗で移動ブロックを案内レールを移動させることができ、また、移動ブロックが大きな荷重を担うことができると共に、負荷される荷重の軽重に対して適切な移動抵抗を与えることができ、切削工具である、回転刃物等によって金属ワーク等を切削する際に発生する断続的な切削抵抗による振動を移動ブロックの移動抵抗で吸収して減衰させることができるものとなる。
【００５９】
この場合、転動体列におけるボールとたる形ローラのそれぞれの配置数及び配置パターンは請求項２の転動体のように、ボールとたる形ローラとを交互に配置することができる他、荷重の増加に対する移動抵抗の増加傾向を変更するため、適宜変更することができる様々な用途に使用することができる。
【００６０】
また、請求項３に記載の発明によれば、転動体列は、連結体ベルトに回動自在に保持されているため、各転動体が接触することなく、騒音の発生や、磨耗が防止される。更に、たる形ローラに方向転換路を含む全ての循環路で傾き（スキュー）が発生することなく、転動体列を円滑に循環させることができ、精密な工作機械に使用することが好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる案内装置の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１に示した案内装置を示す斜視図である。
【図３】図１に示した案内装置を示す正面図である。
【図４】図１に示した案内装置の転動体列を示す図であり、（１）は平面図、（２）は側面図、（３）は正面図、（４）は（１）中のＡ−Ａ線に相当する断面図、（５）は（１）中のＢ−Ｂ線に相当する断面図、（６）は（１）中のＣ−Ｃ線に相当する断面図である。
【図５】図１に示した案内装置のエンドプレートを取り付けない状態の移動ブロックを示す側面図である。
【図６】図１に示した案内装置の移動ブロック中の転動体列の状態を示す図１中のＶＩ−ＶＩ線に相当する断面図であるを示す正面図である。
【図７】図１に示した案内装置の移動ブロックのエンドプレートを示す図であり、（１）はエンドプレートを内側から見た側面図、（２）はエンドプレートの一部切欠側面図である。
【図８】他の例に係る案内装置の転動体列を示す図であり、（１）は平面図、（２）は正面図、（３）は図１中のＶＩＩＩ部に相当する拡大図である。
【図９】本発明に係る案内装置の移動ブロックに付加される荷重と移動抵抗の関係を示すグラフである。
【図１０】従来の案内装置の移動ブロックに付加される荷重と移動抵抗の関係を示すグラフである。
【図１１】本発明に係る案内装置の移動ブロックの移動ストロークと移動抵抗の関係を示すグラフである。
【図１２】従来の案内装置の移動ブロックの移動ストロークと移動抵抗の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 案内装置
２０ 軌道レール
３０ 基体部
４０ 転走面形成部
４１ 上側転動体転走面
４２ 下側転動体転走面
５０ 移動ブロック
５５ 負荷通路
５６ 負荷通路
５７ 無負荷通路
５８ 無負荷通路
６０ ブロック本体
７０ エンドプレート
８１ 上側転動体列
８２ 下側転動体列
８３ ボール
８４ たる形ローラ
８５ 連結体ベルト
９０ 取り付けベース

Claims (3)

1. 軌道レールと、この軌道レールを跨ぐように配置され、軌道レールに沿って移動する移動ブロックとからなり、
   軌道レールは、転動体転走面を備え、
   移動ブロックは、上記軌道レールの転動体転走面に対向する位置に転動体転走体を備えて負荷通路を形成するともに、上記負荷通路内を循環する多数の転動体からなる転動体列が配置されてなり、
   上記各転動体列は、球形のボールと、上記ボールの半径より大きな曲率半径軸方向の断面に描いて先端に向け先細りとして形成されると共に、最大径が上記ボールの直径よりやや小さく形成した、たる形ローラとを混在させると共に、
   上記負荷通路を形成する各転動体転走面の断面形状を上記たる形ローラの上記曲率半径と略同一の曲率半径とした案内装置。
2. 上記転動体列のボールと、たる形ローラとは交互に配置される請求項１に記載の案内装置。
3. 上記転動体列を構成する各ボール及び各たる形ローラとは連結体ベルトに転動自在に連結されている請求項１、又は請求項２記載の案内装置。

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