JP5317557B2 - 運動案内装置 - Google Patents

Description

本発明は、運動案内装置に関する。

工作機械のワークテーブルや各種搬送装置の直線案内部、曲線案内部では、テーブル等の可動体を搭載した移動ブロックが軌道レールに沿って移動する運動案内装置を多用している。この種の運動案内装置では、前記軌道レールと前記移動ブロックとがボールやローラ等の多数の転動体を介して組み付けられており、転動体が移動ブロックと軌道レールとの間で荷重を負荷しながら転走することにより、移動ブロックに搭載した可動体を軌道レールに沿って僅かな抵抗で軽く運動させることが可能となっている。また、移動ブロックには転動体の無限循環路が設けられており、転動体をこの無限循環路内で循環させることにより、前記移動ブロックが軌道レールに沿って移動することが可能となっている。

前記移動ブロックに転動体の無限循環路を設けるため、かかる移動ブロックはブロック本体及び一対の蓋体から構成されている。前記ブロック本体には前記軌道レールと対向して転動体の負荷通路を構成する負荷転走面と、この負荷転走面に対応する転動体の戻り通路とが設けられている。一方、前記蓋体には転動体の方向転換路が設けられており、この蓋体を前記ブロック本体に固定することで、前記負荷通路と戻り通路とが連結され、移動ブロックに転動体の無限循環路が設けられるようになっている。

このような移動ブロックの構成において、前記蓋体は例えば合成樹脂の射出成形で製作されるが、かかる蓋体の方向転換路をブロック本体の負荷通路及び戻り通路と正確に連結し、また、前記転動体が方向転換路内を転走することを考慮すると、蓋体を成形するための材料としては、転動体の転走抵抗が小さいと共に耐摩耗性を有し、且つ、成形後の寸法精度が確保し易い材料、すなわち高い曲げ弾性率を有する材料が適していることになる。

一方、移動ブロックの無限循環路内を循環する転動体が負荷通路から方向転換路に進入する際、あるいは戻り通路から方向転換路に進入する際には、その転走方向が急激に変化することから、各転動体は方向転換路への進入に伴って前記蓋体に微小な力を及ぼしており、多数の転動体の循環に伴い蓋体にはこの力が繰り返し作用していることになる。特殊な使用環境下、例えば、移動ブロックを軌道レールに対して高速で運動させるような使用環境下は、無限循環路内における転動体の転走速度が高まるので、転動体が蓋体に及ぼす力も大きくなる。このため、蓋体の材料として曲げ弾性率の高い材料を選択した場合に、運動案内装置の経時的な使用に伴って蓋体が疲労し易く、また、転動体の衝突音が発生し易い。

蓋体における転動体の衝突音の発生を抑えた運動案内装置としては、特開平８−３０３４６０号公報に開示されるものが知られている。この運動案内装置における蓋体は、補強材を添加した強化樹脂からなる密閉された外殻層と、この外殻層の内部に充填された発泡樹脂からなるコア層とから構成されており、前記外殻層を形成する樹脂材料が耐摩耗性を備える一方、前記コア層を形成する樹脂材料が吸音性を備えている。同公報に開示される運動案内装置では蓋体をそのような外殻層とコア層の二重構造とすることで、方向転換路内における転動体の転走抵抗を軽減化しつつ、ブロック本体に対する蓋体の取付け強度の確保を図り、また、転動体の衝突音の発生及び外部への伝播の軽減を図っている。
特開平８−３０３４６０号公報

しかし、特開平８−３０３４６０号公報に開示される運動案内装置の蓋体は、転動体と蓋体との衝突音の発生及びその外部への伝播を軽減することは可能であるが、硬質な外殻層が吸音性に優れたコア層を取り囲んだ状態で当該外殻層がブロック本体に固定されていることから、転動体が高速で無限循環路内を転走するような特殊な使用環境下では、転動体が蓋体に及ぼす力そのものを軽減することはできなかった。このため、移動ブロックの移動速度が速い用途に対してこの運動案内装置を長時間使用すると、蓋体の疲労が進み、蓋体の寿命が短命化するおそれがあった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、転動体が無限循環路内を転走する際に蓋体、すなわち方向転換路を構成する部材に対して及ぼす力を和らげることによって、当該部材の疲労を軽減することが可能であり、特に移動ブロックの移動速度が高速である用途に適用した場合であっても、装置寿命の短命化を防止することが可能な運動案内装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の運動案内装置は、多数の転動体と、長手方向に前記転動体の転走面を有する軌道レールと、前記転動体の無限循環路を有すると共に当該転動体を介して前記軌道レールに組み付けられる移動ブロックとから構成され、前記移動ブロックは、前記軌道レールの転走面に対向して転動体の負荷通路を構成する負荷転走面と、前記負荷通路に対応する転動体の戻り通路と、前記負荷通路及び戻り通路を連結して前記転動体の無限循環路を構成する一対の方向転換路とを有している。そして、各方向転換路はターン部材に設けられ、このターン部材は前記転動体が方向転換路に進入した際の力を和らげるクッション部を介して前記移動ブロックに保持されている。

また、本発明において、前記移動ブロックは、前記負荷転走面及び戻り通路が設けられたブロック本体と、このブロック本体に固定されると共に前記クッション部を介してターン部材を保持するケーシングとから構成されている。

更に、本発明において、前記ターン部材は前記クッション部を挟んで前記ケーシングに対して間接的に保持されている。

また更に、前記クッション部の曲げ弾性率は、前記ケーシング及びターン部材よりも小さく設定されている。

以上のように構成された本発明によれば、前記ターン部材はクッション部を介して移動ブロックに保持されており、かかるクッション部は転動体がターン部材に接触した際の力を和らげるように作用するので、転動体が無限循環路内を転走する際にターン部材に及ぼす力を和らげることができ、かかるターン部材の疲労を軽減することが可能である。従って、この運動案内装置を特殊な使用環境下、例えば移動ブロックの移動速度が高速である用途に使用した場合であっても、装置寿命の短命化を防止することが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の運動案内装置を詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明を適用した運動案内装置の第一実施形態を示すものである。この運動案内装置は、直線状に形成された長尺な軌道レール１と、多数のボール３を介して前記軌道レール１に組み付けられた移動ブロック２とから構成されており、前記移動ブロック２が軌道レール１に跨るようにして該軌道レール１上を自在に往復運動するように構成されている。

前記軌道レール１の両側面には長手方向に沿って前記ボール３の転走面１１が形成されており、この転走面１１はボール３の球面の曲率よりも僅かに大きな曲率で断面円弧状に形成されている。また、前記軌道レール１には長手方向に所定の間隔をおいて複数のボルト取付け孔１２が貫通形成されており、かかるボルト取付け孔１２を利用して軌道レール１を各種機械装置のベッドやコラム等の固定部に取り付け可能となっている。

一方、前記移動ブロック２は前記軌道レール１の一部を収容する案内溝を有してチャネル状に形成されており、軌道レール１に対してこれに跨がるようにして配置されている。この移動ブロック２は、ブロック本体４と、このブロック本体４を挟むようにして当該ブロック本体の両端面に固定された一対の蓋体５とから構成されている。

前記ブロック本体４は取付け面４１が形成された水平部４ａ、及びこの水平部４ａと直交する一対のスカート部４ｂを備えて断面略チャネル状に形成されている。前記水平部には可動体の取付け面４１及び当該可動体の固定ボルトが螺合するタップ孔４２が形成される一方、各スカート部４ｂの内側には負荷転走面４３がそれぞれ形成されている。前記軌道レール１の転走面１１と前記ブロック本体４の負荷転走面４３は互いに対向し、ボール３が移動ブロックと軌道レールとの間で荷重を負荷しながら転走する負荷通路４５を構成する。また、各スカート部４ｂには各負荷通路４５に対応した戻り通路４４が形成されており、前記負荷通路４５を転走し終えて荷重から開放された転動体３が負荷通路４５内とは逆方向に転走するようになっている。

図３は、前記蓋体５が装着されるブロック本体４の端面を示すものである。このブロック本体４の端面には半円状のボール案内部４６が突設されており、このボール案内部４６は後述する蓋体５と組み合わさってボール３の方向転換路を構成し、負荷通路４５と戻り通路４４との間でボール３を案内する。また、このブロック本体４の端面には蓋体の固定ボルトが螺合するタップ孔４７が設けられると共に、このタップ孔４７の周囲には前記蓋体５を装着する際に使用する位置決め用ボス４７ａが突設されている。

また、前記移動ブロック２を構成する前記ブロック本体４は機械加工によって形成された金属製コアブロックに対して合成樹脂を射出成形で肉付けして形成されており、前述した取付け面４１やボール３の負荷転走面４３等、機械的強度が要求される部位は金属製コアブロックに形成される一方、戻り通路４４、ボール案内部４６、位置決め用ボス４７ａ等の機械的強度が重要とされない部位は合成樹脂で形成され、可能な限りブロック本体４の軽量化が図られている。

一方、図４は蓋体５のブロック本体４との当接面を示すものである。かかる当接面には前記ボール３の方向転換路５７を構成する案内溝５１が形成されており、ブロック本体４の端面に形成されたボール案内部４６がこの案内溝５１に嵌合すると、案内溝５１とボール案内部４６の間にボール３の直径よりも僅かに大きな内径の方向転換路５７が完成するようになっている。尚、図中の符号５３は、この蓋体５をブロック本体４に固定するための固定ボルトが挿入される位置決め孔であり、かかる位置決め孔５３の内側にブロック本体４の位置決め用ボス４７が嵌合するようになっている。

図５は、移動ブロック２に具備されたボール３の無限循環路を簡略的に示した断面図である。前記蓋体５をブロック本体４の端面に装着すると、前述した蓋体５の案内溝５１とブロック本体４のボール案内部４６とが組み合わさって方向転換路５７が完成し、この方向転換路５７が負荷通路４５と戻り通路４４との間を連結する。これにより、一対の蓋体をブロック本体に対してそれぞれ装着すると、ボール３の無限循環路が完成する。

尚、この実施形態に記載した運動案内装置では、無限循環路内におけるボール３同志の接触を避けて当該ボール３の摩耗を可及的に防止すると共に、無限循環路内におけるボール３の循環を円滑化する観点から、かかるボール３を合成樹脂製のベルト状ケージ６に配列し、このケージと一緒にボールを前記無限循環路に組み込んでいる。このため、前記負荷通路４５及び戻り通路４４には前記ケージ６の両縁部を支承する凹溝が形成されている（図２参照）。

前記蓋体５は、図４及び図６に示されるように、前記ブロック本体４に固定されるケーシング５４と、前記方向転換路５７を有するターン部材５５と、このターン部材５５を前記ケーシング５４に対して保持するクッション部５６とから構成されている。

図６は、前記蓋体５とブロック本体４との係合状態を示す分解断面図である。前記ターン部材５５は方向転換路５７となる前記案内溝５１を有すると共に、かかる案内溝５１よりも僅かに大きな外形を有して略半円注状に形成されている。一方、前記ケーシング５４はこのターン部材５５を収容するための凹溝５８を備えており、この凹溝５８はブロック本体４と向き合うように設けられている。この凹溝５８の内部は前記クッション部５６によって被覆されており、前記ターン部材５５はクッション部５６を介して凹溝５８に嵌合している。また、前記ケーシング５４は前述した位置決め孔５４を有しており、前記凹溝５８にターン部材を収容した状態でケーシング５４をブロック本体４に固定すると、ターン部材５５の案内溝５１にブロック本体４側のボール案内部４６が嵌合するように構成されている。

前記ケーシング５４にはターン部材５５をブロック本体４に対して正確に位置決めするための寸法精度が要求されると共に、前記ブロック本体４に対する固定強度が要求される。そこで、前記ケーシング５４を成形する材料には曲げ弾性率が高い材料、例えば９５００ＭＰａ程度の曲げ弾性率を備えた材料が適している。一例としては、ナイロンにカーボンフィラ−を混ぜた複合材料（商品名「トレカ」（登録商標））等を用いることができる。また、必ずしも複合材料には限られず、単一の樹脂材料、あるいは金属材料であっても選択可能である。

また、前記ターン部材５５の成形材料としては、前記負荷通路４５から開放された前記ボール３が前記方向転換路５７内を転走することを考慮すると、前記ボール３の転走抵抗が小さく及び耐摩耗性の高い材料であることが要求される。そのような材料は概ね曲げ弾性率の高い材料であり、前記ケーシング５４と同じ材料を利用することが可能である。しかし、必ずしもケーシング５４と同一材料である必要はない。

一方、前記クッション部５６はボール３が前記ターン部材５５に及ぼす力の吸収を目的として設けられることから、少なくとも前記ケーシング５４及びターン部材５５の曲げ弾性率よりも小さな曲げ弾性率を有することが必要とされる。例えば、クッション部５６の曲げ弾性率は９０００ＭＰａより小さな値とすることができ、単にターン部材５５をケーシング５４に対して固定する機能さえあれば良い。このクッション部に用いることが可能な材質としては、エラストマー、ゴム等の擬弾性を有する材料や、ケーシングとターン部材とを接着する合成樹脂からなる接着層とすることができる。

このように、ケーシング５４、ターン部材５５及びクッション部５６からなる本実施例の蓋体５は、これらを別部材として成形した上で、接着剤等によりケーシング５４とクッション部５６、クッション部５６とターン部材５５をそれぞれ接合して製作することが可能である。

また、ケーシング５４とターン部材５５を同一材料で形成する場合には、二種類の材料を用いた射出成形、いわゆる二色成形でケーシング５４、ターン部材５５及びクッション部５６を一体化することも可能である。すなわち、前記ケーシング５４と前記ターン部材５５を一種目の材料で一次成形し、その後、前記クッション部５６を二種目の材料で二次成形するのである。この成形方法によれば、ケーシング５４、クッション部５６及びターン部材５５を所定の精度で一体化して形成することが可能となる。

そして、以上のように構成されたこの実施形態の運動案内装置によれば、ボール３の方向転換路を構成するターン部材５５がクッション部５６を介してケーシング５４に保持されているので、ボール３が方向転換路５７に進入する際にターン部材５５に対して力を及ぼしても、その力はクッション部５６によって和らげられ、前記ケーシング５４に対してそのまま伝達されることはない。

また、ボール３は方向転換路に進入する際に前記ターン部材５５と接触するが、前記クッション部５６が曲げ弾性率の十分に小さな材料から形成されれば、前記ターン部材５５はケーシング５４に対して自由に変位可能であり、前記接触によってボール３からターン部材５５に及ぼされる力は軽減されることになる。加えて、ボール３とターン部材５５との衝突音の発生も軽減される。

このため、特殊な使用環境下、例えば軌道レール１に対する移動ブロック２の移動速度が高速であり、無限循環路の内部におけるボール３の転走速度が高速な使用環境において、ボール３の転走に起因した前記ケーシング５４及びターン部材５５の疲労は軽減され、蓋体５の短命化を防止することが可能となる。また、ボールの循環時における騒音の発生も軽減することが可能となる。

尚、本発明の運動案内装置においては、前述のように、前記クッション部５６には前記ターン部材５５をケーシング５４に対して保持しつつ、ボール３からターン部材５５に作用する力を和らげる機能が要求される。この観点からすると、前記クッション部５６は図５に示したように前記ターン部材５５の周囲を一様に覆う必要はなく、前記ターン部材５５とケーシングとの間の一部分にのみ存在すれば良く、その一部分においてはターン部材５５がクッション部を挟んでケーシング５４に対して間接的に保持されていることになる。

また、図１乃至図６を用いて説明してきた実施形態では、移動ブロック２をブロック本体４及び一対の蓋体５から構成し、更に各蓋体５をケーシング５４、ターン部材５５及びクッション部５６から構成したが、例えば、前記方向転換路５７が設けられたターン部材５５をケーシングを介することなく、クッション部５６を挟んで移動ブロック２に保持させるようにしても良い。

また、図１乃至図６を用いて説明してきた実施形態では、軌道レール１の両側面にボールの転走面が１条ずつ形成されていたが、これよりも多数のボールの転走面を有する運動案内装置であっても、本発明を適用することが可能である。

更に、本発明の運動案内装置は、軌道レールが直線状に形成された直線案内装置、軌道レールが所定曲率で円弧状に形成された曲線案内装置を含む概念である。また、軌道レールは直線状又は円弧状のいずれかである必要はなく、これらが複合したものであっても差し支えない。更に、前記転動体としては、ボール又はローラのいずれであっても適用することが可能である。

本発明を適用した運動案内装置の一実施形態を示す側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 実施形態に係る運動案内装置のブロック本体の端面を示す正面図である。 実施形態に係る運動案内装置の蓋体を示す正面図である。 移動ブロックに具備されたボールの無限循環路を示す概略断面図である。 実施形態に係る運動案内装置の蓋体とブロック本体と係合状態を示す分解断面図である。

符号の説明

１…軌道レール、２…移動ブロック、３…ボール、１１…転走面、４…ブロック本体、５…蓋体、５４…ケーシング、５５…ターン部材、５６…クッション部、５７…方向転換路

Claims (4)

1. 多数の転動体と、長手方向に前記転動体の転走面を有する軌道レールと、前記転動体の無限循環路を有すると共に当該転動体を介して前記軌道レールに組み付けられる移動ブロックとから構成され、
   前記移動ブロックは、前記軌道レールの転走面に対向して転動体の負荷通路を構成する負荷転走面及び前記負荷通路に対応する転動体の戻り通路が設けられたブロック本体と、前記負荷通路及び戻り通路を連結して前記転動体の無限循環路を構成する一対の方向転換路が設けられた一対の蓋体とを有し、更に、
   前記蓋体は、各方向転換路の一部を形成するターン部材と、前記転動体が方向転換路に進入した際に、前記ターン部材が当該移動ブロックに対して変位可能となるようにこれを保持するクッション部と、を有することを特徴とする運動案内装置。
2. 前記蓋体は、前記ブロック本体に固定されると共に前記クッション部を介してターン部材を保持するケーシングを有することを特徴とする請求項１記載の運動案内装置。
3. 前記ターン部材は前記クッション部を挟んで前記ケーシングに対して間接的に保持されていることを特徴とする請求項２記載の運動案内装置。
4. 前記クッション部の曲げ弾性率は、前記ケーシング及びターン部材よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の運動案内装置。