JP4512831B2 - Sliding linear motion guide device - Google Patents
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Description
本発明は、往復摺動するすべり直動案内装置に関するものであり、金型などの難削材料の切削に用いられる工作機械の案内装置として用いられるものである。 The present invention relates to a sliding linear motion guide device that reciprocally slides, and is used as a guide device for a machine tool used for cutting difficult-to-cut materials such as dies.
すべり直動案内の摺動摩擦係数を低減する方法の一つとして、すべり案内の摺動面にきさげ加工する方法がある。きさげ加工の本来の目的は、摺動面の平行度と平面度を確保することであるが、このきさげ加工によって摺動面に設けられた5μm〜10μm程度の凹みは、直動案内の摺動時に油溝(油溜まり)の作用をして、潤滑性向上に効果があることが非特許文献1に記載されている。
One method of reducing the sliding friction coefficient of the sliding linear guide is to scrape the sliding surface of the sliding guide. The original purpose of scraping is to ensure the parallelism and flatness of the sliding surface. However, the recess of about 5 μm to 10 μm provided on the sliding surface by this scraping is Non-Patent
工作機械に用いられるすべり直動案内のきさげ加工の多くは、熟練作業者による手仕上げ作業でされている。このような背景のもと、摺動面に設けたきさげの油溝作用に着目し、摺動面に微細な凹みを設けてすべり直動案内の摺動摩擦係数を低減する方法が従来技術として多数公開されているが、これらの従来技術は、十分なきさげ効果を発揮しているとはいえなかった。 Much of the linear motion guide scraping used for machine tools is done by hand-finishing by skilled workers. Against this background, paying attention to the oil groove action of the scrape provided on the sliding surface, there are many conventional methods for reducing the sliding friction coefficient of the sliding linear guide by providing a fine recess on the sliding surface. Although publicly available, it cannot be said that these conventional techniques exhibit a sufficient scavenging effect.
特許文献1、特許文献2、特許文献3に公開されている方法は、摺動面の一方または両方に微細な凹みを設け、その凹部に潤滑剤を保持して摺動面間の潤滑性を向上する方法である。例えば、特許文献3では、エンジンのクランクシャフトやカムシャフトの摺動部材の摺動面に0.5μm〜20μmの微細な溝を設け、その微細溝の最適配置について開示している。このすべり案内について、円柱軸と軸受メタルの油浴潤滑における摺動試験結果から、摺動面に微細溝を構成する効果が明らかにされている。
In the methods disclosed in
しかし、工作機械のすべり直動案内のように平行平面の摺動面を有する開放型のすべり直動案内では、潤滑油の側方漏れがあるため、摺動面間の潤滑状態は潤滑油が潤沢に供給される油浴潤滑方式の軸受とは大きく異なっている。また、円筒面同士の摺動面を有するすべり案内では、摺動面の一部分でくさび効果によって摺動面間の潤滑油に動圧が発生し、摺動面同士の金属接触を防止する効果が期待できる。しかし、工作機械のすべり案内では、そのような効果も期待できない。これらの理由から、前記の方法をそのまま工作機械の摺動面に適用しても、工作機械のすべり直動案内の摺動摩擦係数を低減することは難しいといえる。 However, in an open-type sliding linear guide with a parallel sliding surface, such as a sliding linear guide of a machine tool, there is a side leakage of lubricating oil. It is very different from the oil bath lubrication type bearings that are supplied abundantly. In addition, in the slide guide having the sliding surfaces between the cylindrical surfaces, a dynamic pressure is generated in the lubricating oil between the sliding surfaces due to the wedge effect in a part of the sliding surfaces, and the effect of preventing the metal contact between the sliding surfaces is achieved. I can expect. However, such an effect cannot be expected with the sliding guide of the machine tool. For these reasons, even if the above method is applied to the sliding surface of the machine tool as it is, it can be said that it is difficult to reduce the sliding friction coefficient of the sliding linear motion guide of the machine tool.
また、特許文献4では、工作機械のすべり直動案内を対象として、潤滑油を摺動面に効率的に拡散させることを目的として、摺動面の一方に凹みを設けるとともに、その凹み同士を油溝で連結した溝を有することを特徴とした摺動面が開示されている。円筒面同士の摺動面を有するすべり案内では摺動面間の潤滑油に動圧が発生して摺動面間で潤滑油流れが発生して潤滑油膜が保持されやすいが、動圧効果の少ない工作機械のすべり直動案内でそのような潤滑油流れは発生しにくく、潤滑油膜の保持性も悪い。特許文献4に示されているように摺動面に設けた凹みを互いに連結して摺動面間で潤滑油流れが発生しやすくすることは、潤滑油を摺動面の広い領域に拡散させるために効果があると考えられる。発明者らによるきさげ加工面の表面粗さ測定結果からも、きさげ加工による凹みは単独の凹みを形成するのではなく、大きな凹み同士が連結されていることが確認された。
In addition, in
一方で、摺動摩擦係数の低減には、摺動面同士の金属接触を防止することが有効である。例えば、静圧案内では、この金属接触を防止するため、外部から静圧を付与した潤滑油を供給しているが、十分な流体潤滑油膜厚を確保するため、静圧受圧面を高精度加工して
表面粗さを小さくする工夫がされている。上述の特許文献4の従来技術では、凹部を設けた摺動面に対向する相手面や摺動面の凹部がない部分の表面状態に関する記載はないが、流体潤滑油膜の形成に潤滑油の動圧を利用する案内でも、摺動面に対向する面や摺動面の溝部以外の面の表面粗さが小さくなければ、摺動摩擦係数の低減に寄与できる流体潤滑油膜の形成は困難である。
On the other hand, to reduce the sliding friction coefficient, it is effective to prevent metal contact between the sliding surfaces. For example, in order to prevent this metal contact in the static pressure guide, lubricating oil to which static pressure is applied is supplied from the outside, but in order to secure a sufficient fluid lubricating oil film thickness, the static pressure receiving surface is processed with high precision. Thus, the device has been devised to reduce the surface roughness. In the prior art of the above-mentioned
さらに、特許文献5や特許文献6に開示された方法は、上述の特許文献1から特許文献3に示された従来技術と同様に、摺動面の一方または両方に微細な凹みを設けて摺動面間の潤滑性の向上を目的とした方法であるが、さらに凹みを設けた摺動面に対向する面の表面粗さを小さくして、摺動面間の潤滑性の向上を目的としたものである。特許文献1〜3について説明した理由と同様になるが、これらの特許文献に示されている方法の凹みは、油溝同士が連結されていない単独の油溝を形成しているため、油浴潤滑状態のように潤滑油が潤沢に供給される条件でなければ、その効果が期待できない。
Further, the methods disclosed in
以上のように、摺動面を有するすべり直動案内の摺動摩擦係数を低減するために様々な方法が公開されている。しかし、工作機械のすべり直動案内のように、摺動面に作用する面圧が低く、開放型の摺動面を有するすべり直動案内にこれらの従来技術を適用しても、流体潤滑膜の形成によって摺動面間の金属接触を防止して低摺動摩擦係数化を図ることは困難であった。
金型といった難削材料の高精度・高能率加工の実現には、高剛性・高振動減衰性直動案内装置を搭載した工作機械による加工が望まれる。工作機械の直動案内装置として従来から広く用いられてきたころがり案内は、ころがり摩擦係数が小さく、比較的容易に高い位置決め精度を確保できるが、高能率難削材加工に必要な剛性と振動減衰性を有しているとはいえなかった。 In order to realize high-precision and high-efficiency machining of difficult-to-cut materials such as dies, machining with a machine tool equipped with a high-rigidity, high-vibration-damping linear motion guide device is desired. Rolling guides that have been widely used as machine tool linear motion guides have a low rolling friction coefficient and can ensure high positioning accuracy relatively easily. However, the rigidity and vibration damping required for high-efficiency machining of difficult-to-cut materials It could not be said to have sex.
近年、この問題に対応するため、金型の高能率加工に対応できる工作機械の案内装置として、すべり案内方式の直動案内が見直されるようになってきた。すべり案内装置は、潤滑油を介して摺動面同士が面接触した状態で摺動するため、負荷容量が大きく、振動減衰性も高い。しかし、その一方で、すべり直動案内の摺動摩擦係数は、ころがり案内のころがり摩擦係数に比べて高く、位置決め精度の確保や消費電力の増大が問題となっていた。 In recent years, in order to cope with this problem, a sliding guide type linear motion guide has been reviewed as a guide device for machine tools capable of dealing with high-efficiency machining of dies. Since the sliding guide device slides in a state where the sliding surfaces are in surface contact with each other via the lubricating oil, the load capacity is large and the vibration damping property is also high. However, on the other hand, the sliding friction coefficient of the sliding linear guide is higher than the rolling friction coefficient of the rolling guide, and securing the positioning accuracy and increasing the power consumption have been problems.
したがって、本発明が解決しようとする課題は、従来のすべり直動案内装置と比較して広い摺動速度範囲で摺動摩擦係数の小さいすべり直動案内装置を実現することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to realize a sliding linear motion guide device having a small sliding friction coefficient in a wide sliding speed range as compared with the conventional sliding linear motion guide device.
本発明請求項1の発明は、対向する一組の案内部材のそれぞれの摺動面の隙間に潤滑油を供給して相対運動するようになすとともに、摺動面に作用する面圧が低く開放型の摺動面を有するすべり直動案内装置において、一方の案内部材の摺動面に、潤滑油を摺動面間に拡散させるための第1の油溝と、前記第1の油溝に連結され当該第1の油溝から供給される潤滑油によって摺動時に前記摺動面間に潤滑油膜圧力を発生させるように作用する複数の第2の油溝とをそれぞれ設けるとともに、さらに前記一方の案内部材には前記第1の油溝に連結される潤滑油供給孔を設けることを特徴とするすべり直動案内装置である。 According to the first aspect of the present invention, lubricating oil is supplied to the gaps between the sliding surfaces of a pair of opposing guide members so as to move relative to each other, and the surface pressure acting on the sliding surfaces is low and released. In a sliding linear guide device having a sliding surface of a mold, a first oil groove for diffusing lubricating oil between the sliding surfaces on the sliding surface of one guide member, and the first oil groove concatenated and the plurality of second oil grooves acting to generate a lubricating oil film pressure between the sliding surface during sliding by the lubricating oil supplied from the first oil groove provided with respective further said one The sliding member is provided with a lubricating oil supply hole connected to the first oil groove.
請求項2の発明は、対向する一組の案内部材のそれぞれの摺動面の隙間に潤滑油を供給して相対運動するようになすとともに、摺動面に作用する面圧が低く開放型の摺動面を有するすべり直動案内装置において、前記それぞれの摺動面のいずれか一方又は両方の表面粗さを1μmRz以下とするとともに、一方の案内部材の摺動面に、潤滑油を摺動面間に拡散させるための第1の油溝と、前記第1の油溝に連結され当該第1の油溝から供給される潤滑油によって摺動時に前記摺動面間に潤滑油膜圧力を発生させるように作用する複数の第2の油溝とをそれぞれ設けるとともに、さらに前記一方の案内部材には前記第1の油溝に連結される潤滑油供給孔を設けることを特徴とするすべり直動案内装置である。
In the invention of
念のため、Rzとは粗さ曲線から基準長さの部分を抜き取り、その抜き取った部分の山頂線と谷底線の縦倍率の方向の間隔を示す。 As a precaution, Rz indicates the interval in the direction of the vertical magnification between the peak line and the valley line of the reference length extracted from the roughness curve.
請求項3の発明は、摺動面上に形成した複数の第2の油溝が互いに連結されていること
を特徴とする請求項1または2に記載のすべり直動案内装置である。
The invention according to
請求項4の発明は、第1の油溝または第2の油溝が、きさげ加工により施されたことを
特徴とする請求項1、2または3に記載のすべり直動案内装置である。
The invention according to
本発明によれば、第1および第2の油溝や油溝同士を連結する油溝によって潤滑油供給孔から供給された潤滑油を摺動面全域に拡散できるとともに、第2の油溝によって摺動面間に流体潤滑膜を形成できるため、低面圧で摺動する平行平面摺動面を有するすべり直動案内でも摺動面同士の金属接触を防止できる。そのため、以下に記載する実施例の説明でも明らかにするように、従来のすべり直動案内装置と比較して広い摺動速度範囲で摺動摩擦係数の小さいすべり直動案内装置を実現できる。 According to the present invention, the lubricating oil supplied from the lubricating oil supply hole can be diffused over the entire sliding surface by the first and second oil grooves and the oil groove connecting the oil grooves, and the second oil groove. Since the fluid lubrication film can be formed between the sliding surfaces, metal contact between the sliding surfaces can be prevented even in a sliding linear motion guide having a parallel flat sliding surface that slides at a low surface pressure. Therefore, as will be apparent from the description of the embodiments described below, it is possible to realize a sliding linear guide device having a small sliding friction coefficient in a wide sliding speed range as compared with the conventional sliding linear guide device.
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態を具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
図1、図2は、それぞれ本発明の一実施例におけるすべり直動案内装置の一部断面図(図2のA−A断面図)、一部平面図である。図1、図2において、5は対向する一組の案内部材3、4のうちの一方の案内部材4の摺動面1に設けられた第1の油溝、6は第1の油溝5に連結された潤滑油供給孔、7は摺動面1に設けられた第2の油溝、8は第1の油溝5と第2の油溝7とを連結する油溝、2は案内部材3の摺動面をそれぞれ示す。第1の油溝5は潤滑油を摺動面1、2間に拡散させるために、また、複数の第2の油溝7は潤滑油によって摺動時に摺動面1、2間に潤滑油膜圧力を発生させるべく作用する。
1 and 2 are a partial cross-sectional view (A-A cross-sectional view in FIG. 2) and a partial plan view, respectively, of a sliding linear motion guide device according to an embodiment of the present invention. 1 and 2,
図3は、すべり直動案内モデルの摺動摩擦係数の測定に用いた高速摺動摩擦試験機の概略図を示す。本摺動摩擦試験機は、スライダ4’(一方の案内部材4に相当)とプレート3’(他方の案内部材3に相当)の摺動摩擦力を測定する装置であり、固定されたスライダ4’に対してプレート3’が1000〜50000mm/minの摺動速度で往復直線運動する。これらの摩擦力はスライダ4’に取り付けた直径0.8mmのワイヤー15を介してロードセル14で検出した。また、垂直荷重はテーブル16上に設置した錘によって負荷し、ロードセルで摺動面に作用する垂直荷重を検出した。本実施例では0.1MPaの摺動面面圧に相当する垂直荷重を摺動面間に負荷した。10はガイドローラである。
FIG. 3 is a schematic diagram of a high-speed sliding friction tester used for measuring the sliding friction coefficient of the sliding linear motion guide model. This sliding friction tester is a device for measuring the sliding frictional force of a slider 4 '(corresponding to one guide member 4) and a plate 3' (corresponding to the other guide member 3), and is applied to a fixed slider 4 '. On the other hand, the
図4は、本実施例の摺動摩擦試験に使用したスライダ摺動面1の形状を示す。スライダ
4’の中央部に直径4mmの潤滑油供給孔6を設け、その潤滑油供給孔6に連結して請求項1等に記載の第1の油溝5を設けた。本実施例では、第1の油溝5の深さは1mmとし、潤滑油供給孔6から供給された潤滑油11を摺動面1の全面に拡散させるため、第1の溝形状はZ型としたが、それに限るものではない。また、摺動摩擦試験には粘度指数VGが10の潤滑油11を使用し、1回の往復摺動あたり0.06ミリリットルで潤滑油供給孔6から潤滑油11を定量給油した。
FIG. 4 shows the shape of the
図5は、スライダ4’の摺動面1において第1の油溝5がない領域の表面粗さ測定結果を示す。本実施例では、スライダ4’の摺動面1はきさげ加工した。図5に示した測定結果から明らかなように、摺動面1は約10μmの深さの凹部7’とそれより溝深さの小さい凹部8’が互いに連結された油溝を形成し、各請求項に記載の第2の油溝7および請求項3に記載の油溝8を摺動面1に形成していることになる。上記の第1の油溝5の場合と同様に、第2の油溝7とそれらを連結する油溝8およびその加工方法はこの実施例に記載のものに限られるものではない。
FIG. 5 shows the measurement results of the surface roughness in the region where the
表1は、摺動摩擦試験に使用したスライダ4’とプレート3’の材質と摺動面1、2の表面粗さ測定結果を示す。ただし、表1中に示したきさげ面の表面粗さは、きさげ加工した凹部も含む測定範囲で測定した結果である。本実施例に係るプレート3’の摺動面2は鏡面加工し、表面粗さの最大高さRzは0.12μmに仕上げた。この表面粗さの最大高さRzの0.12μmは、本発明の請求項2に対応している。また、本発明に係る実施例の有効性を明らかにするため、摺動面1をきさげ加工したスライダ4’と、研削加工したプレート3’を用いた摺動摩擦試験も行った。なお、研削加工した摺動面の表面粗さの最大高さは1.20μmRzであった。
Table 1 shows the material of the
図6は、すべり直動案内の摺動摩擦試験結果を示す。ただし、摺動面1を鏡面加工した
スライダ4’の摺動摩擦試験結果は、第1の油溝5は設けなかった場合についての試験結
果である。本発明に係るZ型油溝5を有するきさげ加工面と鏡面加工面の組み合わせのす
べり直動案内は、従来のきさげ加工面と研削加工面の摺動面1、2の組み合わせと比べて
摺動摩擦係数は大幅に低減し、摺動速度が200mm/s〜800mm/sの領域で摺動
摩擦係数が0.01になった。
FIG. 6 shows a sliding friction test result of the sliding linear motion guide. However, the sliding friction test result of the
1 第1の油溝と第2の油溝を設けた摺動面
2 第1の油溝と第2の油溝を設けた摺動面に対向する摺動面
3 案内部材
4 案内部材
5 第1の油溝
6 潤滑油供給孔
7 第2の油溝
8 第1の油溝と第2の油溝とを連結する油溝
10 ガイドローラ
11 潤滑油
14 ロードセル
15 ワイヤー
16 テーブル
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