JP5630481B2

JP5630481B2 - 直動案内装置

Info

Publication number: JP5630481B2
Application number: JP2012186380A
Authority: JP
Inventors: 林　栄治; 栄治林
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP2012255556A

Description

本発明は、転動体非循環式の直動案内装置に関する。

従来の転動体循環式の直動案内装置の構成を、一例をあげて説明する。直動案内装置は、軸方向に延びる断面略角形の案内レールと、この案内レールに取り付けられた断面略コ字状のスライダと、を備えており、前記案内レールの両側面には、合わせて２列，４列等の転動体軌道面が軸方向に形成されている。
また、スライダは、スライダ本体と、その軸方向の両端部に取り付けられたエンドキャップと、で構成されている。このスライダ本体は、その両袖部の内側面に案内レールの転動体軌道面に対向する転動体軌道面を有するとともに、袖部の肉厚部分を軸方向に貫通する直線路を有している。そして、対向する両転動体軌道面で転動体転動路が形成されている。

エンドキャップは、転動体転動路とこれに平行な直線路とを連通させる湾曲路を有している。そして、直線路と両端の湾曲路とで、転動体を転動体転動路の終点から始点へ送る転動体戻し路が構成され、この転動体戻し路と転動体転動路とで転動体循環路が形成されている。この転動体循環路内には、鋼球等からなる多数の転動体が装填されている。
案内レールに取り付けられたスライダは、転動体転動路内の転動体の転動を介して案内レールに沿って滑らかに移動し、その移動中、転動体はスライダ内の前記転動体循環路内を転動しつつ無限循環する。

上記のような転動体がスライダの内部を移動して循環する方式の直動案内装置、すなわちに転動体循環式の直動案内装置おいては、転動体が負荷圏に入ったり負荷圏から出たりする際に、転動体に作用する荷重のアンバランスによって微小変動（以降においては、転動体通過振動と記すこともある）が生じる。この微小変動は、極めて微小な変動であるものの、高精度が要求される金型加工機用直動案内装置等においては問題となる場合があった。

一方、上記のような転動体戻し路を備えておらず、転動体が上記のように循環しない方式の直動案内装置（以降は、転動体非循環式の直動案内装置と記す）がある。例えば、ＴＨＫ株式会社製のＥＰＦシリーズの直動案内装置があげられる。従来の転動体非循環式の直動案内装置においては、転動体が負荷圏から出ることがないので、転動体通過振動は基本的には発生しないと考えられる。しかしながら、この方式の直動案内装置においては、スライダの軸方向長さを、転動体からの荷重を受ける範囲とストロークの１／２との合計の長さとする必要があるので、装置が大型化するという問題と長ストロークを実現しにくいという問題とがあった。

そこで、特許文献１に開示の転動体非循環式の直動案内装置は、スライダの軸方向長さの全体で転動体からの荷重を受け得る構造とすることにより、転動体循環式の直動案内装置と同様に長ストローク化が容易となっている。また、複数の転動体列の各転動体の軸方向位置を転動体保持器を用いて揃えることにより、転動体通過振動が発生しないようになっている。

特開２００８−１１５９２１号公報

一般に、ＸＹテーブル等の直動テーブルを直動案内装置を用いて構成する場合、テーブルの大きさや質量に応じて、複数のスライダを備える直動案内装置を採用する場合がある。例えば、２個のスライダを備える案内レールを２本用いて、直動テーブルを構成する場合がある。
転動体通過振動を考慮すると、スライダの個数は１個にして軸方向長さを長くした方が有利だが、スライダが長いと加工が困難となったり、スライダの転動体軌道面の形状精度（例えば真直度）をスライダの全長にわたって高精度とすることが困難となったりするので、テーブルが大きい場合は必ずしも得策とは言えない。

このような複数のスライダを備える転動体非循環式の直動案内装置においては、スライダ間のスパン（軸方向距離）に対してストロークが長い場合に、問題が生じる場合があった。例えば、２個のスライダを備える直動案内装置において、各スライダそれぞれに転動体保持器を用いた場合には、２個のスライダの間に両転動体保持器の軸方向端部が位置することになるが、スライダの移動量が大きくなると、２つの転動体保持器の向かい合う軸方向端部に一方のスライダが到達することとなる。そして、転動体保持器の軸方向端部が負荷圏に入ると、軸方向端部以降には転動体が存在しないので、荷重を受けることができなくなる。さらにスライダが移動すると、転動体保持器はスライダから外れ、荷重を受ける転動体が１個も存在しなくなってしまうとともに、転動体保持器はスライダから大きく離れた位置に移動可能となってしまう。

このような問題が生じないようにするには、各スライダのストローク範囲をカバーするように各転動体保持器の長さを設定する必要があるが、両転動体保持器が接触する位置まで転動体保持器の長さを延長したとしても、２個のスライダ間の軸方向距離は大きくとる必要がある。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、複数のスライダを備える転動体非循環式の直動案内装置において、スライダ間の軸方向距離に対してストロークが長い場合であっても、転動体保持器がスライダから外れて荷重を受けることができなくなるおそれのない直動案内装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の態様は、次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係る直動案内装置は、軸方向に延びる転動体軌道面を外面に有する案内レールと、該案内レールの転動体軌道面に対向する転動体軌道面を有するとともに軸方向に相対移動可能に前記案内レールに取り付けられたスライダと、前記案内レールの転動体軌道面上に軸方向に沿って並べられた複数の転動体からなりその一部が前記両転動体軌道面間に配された転動体列と、前記案内レールの転動体軌道面上に前記転動体列を転動自在に保持するとともに前記スライダの相対移動に伴って前記スライダと同方向に移動する転動体保持器と、前記転動体保持器の移動量を前記スライダの移動量の１／２とし、前記転動体保持器の移動量に誤差が生じることを防止する移動誤差防止手段と、を備えた直動案内装置において、前記転動体保持器は前記案内レールに接触していることを特徴とする。
このような構成であれば、転動体保持器が案内レールに案内されて移動することとなるので、移動誤差防止手段により発生する力を転動体保持器が受けても、その力を案内レールとの滑りで受けることができる。

また、本発明の他の態様に係る直動案内装置は、軸方向に延びる転動体軌道面を外面に有する案内レールと、該案内レールの転動体軌道面に対向する転動体軌道面を有するとともに軸方向に相対移動可能に前記案内レールに取り付けられたスライダと、前記案内レールの転動体軌道面上に軸方向に沿って並べられた複数の転動体からなりその一部が前記両転動体軌道面間に配された転動体列と、前記案内レールの転動体軌道面上に前記転動体列を転動自在に保持するとともに前記スライダの相対移動に伴って前記スライダと同方向に移動する転動体保持器と、前記転動体保持器の移動量を前記スライダの移動量の１／２とし、前記転動体保持器の移動量に誤差が生じることを防止する移動誤差防止手段と、を備えた直動案内装置において、前記転動体保持器は、前記転動体をインサートとしたインサート成形によって製造されたものであることを特徴とする。
このような転動体保持器は、転動体を包み込んで保持する構造を有しており、転動体によって案内されて移動することとなる。

本発明の直動案内装置は、スライダ間の軸方向距離に対してストロークが長い場合であっても、転動体保持器がスライダから外れて荷重を受けることができなくなるおそれがない。

本発明に係る直動案内装置の第一実施形態を示す側面図である。図１の直動案内装置を軸方向から見た正面図である。転動体保持器を構成する小保持器の側面図である。小保持器の上面図である。小保持器の下面図である。小保持器の正面図である。図３のＸ−Ｘ断面図である。フタ部材の側面図である。複雑タイプの金型を説明する図である。分割された置きゴマを備える金型を説明する図である。

本発明に係る直動案内装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明に係る直動案内装置の第一実施形態を示す側面図である。また、図２は、図１の直動案内装置を軸方向から見た正面図である。
軸方向に延びる横断面略角形の案内レール１上に、スライダ２が軸方向に相対移動可能に組み付けられている。スライダ２の横断面形状は略コ字状で、その内面の横断面形状は、案内レール１の外面の横断面形状に沿う形状とされている。この案内レール１の両側面１ａ，１ａには、軸方向に延びる２条の転動体軌道面１０，１０がそれぞれ形成されている。

また、スライダ２の両袖部６，６の内側面には、案内レール１の転動体軌道面１０，１０に対向する２条の転動体軌道面１１，１１がそれぞれ形成されている。そして、案内レール１の転動体軌道面１０，１０，１０，１０と両袖部６，６の転動体軌道面１１，１１，１１，１１とで４つの転動体転動路が形成されていて、これらの転動体転動路は軸方向に延びている。なお、案内レール１及びスライダ２が備える転動体軌道面１０，１１の数は、片側二条に限らず、例えば片側一条又は三条以上などであってもよい。
さらに、案内レール１の各転動体軌道面１０上には、軸方向に沿って並べられた複数の転動体３が転動自在に配されていて、これら転動体３により転動体列が形成されている。なお、図１，２においては、転動体３は玉とされているが、ころを用いてもよい。

さらに、スライダ２の内面と案内レール１の外面との間には、案内レール１の転動体軌道面１０上に転動体３を転動自在に保持する転動体保持器４が配されている。転動体保持器４の横断面形状は、スライダ２の内面の横断面形状及び案内レール１の外面の横断面形状に沿う略コ字状であり、その両側部（案内レール１の側面１ａとスライダ２の袖部６の内側面とに挟まれる部分）には、転動体３を収容して転動自在に保持する複数のポケットが軸方向に沿って一定間隔で並んで形成されている。そして、転動体軌道面１０上に配された転動体３の軸方向位置が、他条の転動体軌道面１０上に配された転動体３の軸方向位置と揃うように、ポケットが形成されている。したがって、スライダ２の移動に伴って転動体３が転動体転動路から出たり入ったりするタイミングは、各列の転動体軌道面１０で揃うことになる。

転動体保持器４の軸方向長さは、スライダ２の軸方向長さよりも十分に長いため、前記転動体列の一部は両転動体軌道面１０，１１間（すなわち転動体転動路）に配されているが、前記転動体列の残部は両転動体軌道面１０，１１間には配されておらず、図１のように露出している。
このような直動案内装置においては、案内レール１に組みつけられたスライダ２は、転動体転動路内の転動体３の転動を介して、案内レール１に沿って軸方向に滑らかに移動することができる。このとき、転動体保持器４は、スライダ２の移動に伴ってスライダ２と同方向に移動する。スライダ２が移動しても、移動した所には転動体保持器４に保持された転動体３が存在するので、その転動体３の転動を介して移動を続けることができる。よって、本実施形態の直動案内装置は、転動体通過振動が抑制され、且つ、スライダ２の長いストロークが確保される。

このような直動案内装置においては、転動体保持器４の移動量に誤差が生じることを防止する移動誤差防止手段が設けられている。図１，２の直動案内装置における移動誤差防止手段は、ラックアンドピニオン５で構成されている。すなわち、軸方向に沿うように転動体保持器４に取り付けられた第一のラック２１と、軸方向に沿うように案内レール１に取り付けられた第二のラック２２と、スライダ２に回転自在に取り付けられ両ラック２１，２２に噛み合うピニオン２３と、からなるラックアンドピニオン５で構成されている。第一のラック２１の軸方向長さは転動体保持器４の軸方向長さと同一とし、第二のラック２２の軸方向長さは案内レール１の軸方向長さと同一とするとよい。図２においては、案内レール１の側面１ａに第二のラック２２を取り付け、スライダ２の袖部６の外側面にピニオン２３を取り付けてある。

このピニオン２３は、第一のラック２１に噛み合う第一の歯車２３ａと第二のラック２２に噛み合う第二の歯車２３ｂとが同心軸に固定された二段歯車である。そして、第二の歯車２３ｂのピッチ円直径（ＰＣＤ）が第一の歯車２３ａのピッチ円直径（ＰＣＤ）の２倍となっている。
このような構成であれば、ピニオン２３は第一のラック２１及び第二のラック２２に常に噛み合うことができるので、スライダ２及び転動体保持器４が移動した際に、第一のラック２１及び第二のラック２２からピニオン２３が外れて噛み合わなくなってしまうおそれがない。よって、設けるピニオン２３の個数は１個で十分となり、部品点数の削減が達成されるとともに、直動案内装置の組み立ての手間や時間を低減することができるので、直動案内装置の製造コストを低減することができる。

なお、転動体保持器４と第一のラック２１とを別部材とし、転動体保持器４に第一のラック２１を取り付けてもよいが、転動体保持器４の一部分にピニオン２３と噛み合う歯を成形又は加工により形成して、第一のラック２１としてもよい。転動体保持器４と第一のラック２１とを別部材とすれば、例えば転動体保持器４よりも軸方向長さの長い第一のラック２１を用いることにより、第一のラック２１を継ぎ目の少ない又は無い構造とすることができる。第一のラック２１に継ぎ目があると、そこに段差ができて、ピニオン２３が段差を通過する際に引っかかりが生じるおそれがあるが、継ぎ目が少ない又は無いと、そのようなトラブルが抑制される。

一方、第一のラック２１を転動体保持器４に形成すれば、部品点数を少なくすることができるので、コスト低減に寄与する。ただし、この場合は、第一のラック２１の継ぎ目に段差が生じないようにすることが好ましい。段差を防止する方法としては、例えば、第一のラック２１の一端面に凸部を設け、他端面に前記凸部と嵌合する凹部を設け、この凸部と凹部とを嵌合することにより第一のラック２１を連結する方法があげられる。また、第一のラック２１の両端面にフックを設け、フック同士を引っかけることにより第一のラック２１を連結してもよい。さらに、第一のラック２１の下側や裏側に、別部材のバックプレートを設けてもよい。

ここで、転動体保持器４の構造について説明する。転動体保持器４は、一体的に形成された部材からなるものでもよいが、本実施形態の直動案内装置においては、図１に示すように、軸方向長さの短い小保持器４Ａを軸方向に複数連結して１つの転動体保持器４を構成している。このような構成であれば、小保持器４Ａを樹脂の射出成形により安価に大量生産して、直動案内装置の使用条件やストロークに応じて小保持器４Ａを連結し、所望の軸方向長さの転動体保持器４を構成することができる。

転動体保持器４を構成する小保持器４Ａの側面図を図３に、上面図を図４に、下面図を図５に、正面図を図６に、Ｘ−Ｘ断面図を図７に示す。小保持器４Ａは、軸方向に沿って等間隔に並べられ互いに平行をなす複数の板状部材と、これら板状部材を連結して固定する天板４３及び側板４４と、で構成される略直方体形状の部材である。この板状部材として、小保持器４Ａの軸方向両端に配された端板４２，４２と、両端板４２，４２の間に配され隣り合う転動体３同士を隔てて各列の転動体３の軸方向位置を揃える複数の中間板４１と、がある。また、天板４３は板状部材の上部、側板４４は板状部材の両側部に配されており、天板４３及び側板４４はいずれも軸方向に延びて全ての板状部材を連結している。また、各小保持器４Ａの両端板４２，４２間を連結するように、ラック取付部４５が設けられている。さらに、小保持器４Ａには、小保持器４Ａ同士を互いに連結するための連結部４６が設けられている。

端板４２には、転動体３を下方から支持してその落下を防ぐ棒状のフタ部材４７（図８を参照）を取り付けるための貫通孔４２ａが形成されており、フタ部材４７の端部に設けられた突起を貫通孔４２ａに嵌め込むことにより、フタ部材４７が両端の端板４２，４２間に軸方向に沿うように取り付けられている。天板４３と側板４４との間に形成される隙間、及び、側板４４とフタ部材４７との間に形成される隙間は、いずれも転動体３の直径よりも小さくなっている。これにより、転動体３が案内レール１とスライダ２との間に拘束されていない場合でも、転動体保持器４に保持された転動体３が脱落するおそれはない。

また、図６から分かるように、端板４２の横断面形状は、スライダ２の内面の横断面形状及び案内レール１の外面の横断面形状に沿う略コ字状となっている。端板４２のうち案内レール１の転動体軌道面１０に対向する部分は、転動体軌道面１０に摺接するようになっている。この端板４２の摺接部４２ｂと案内レール１の転動体軌道面１０とが滑り接触することにより、転動体保持器４は案内レール１に案内されて移動することとなる。これにより、第一のラック２１とピニオン２３とが噛み合うことにより発生する力を転動体保持器４が受けても、その力を案内レール１との滑りで受けることができる。

転動体保持器４と案内レール１との接触箇所は、転動体軌道面１０に限定されるものではなく、例えば、案内レール１の上面や側面１ａのうち転動体軌道面１０以外の部分と接触してもよいし、転動体軌道面１０を含む案内レール１の上面及び側面１ａの全体と接触してもよい。そして、転動体保持器４の摺接部４２ｂには、シールやスクレーパーの役割を付与してもよい。そうすれば、案内レール１に付着した異物を容易に取り除くことができる。また、転動体保持器４と案内レール１との間に僅かな隙間を設け、ラビリンスシールを構成してもよい。

なお、本実施形態においては、端板４２と中間板４１とではその形状は異なっており、端板４２のみに転動体軌道面１０に摺接する摺接部４２ｂが設けられている。これは、小保持器４Ａを樹脂の射出成形により安価に大量生産することを狙ったものである。射出成形において用いる金型としては、例えば、小保持器４Ａの上下方向及び軸方向両方向の４方向に開く４つの型からなる金型が好ましい。このような金型を用いれば、いくつかに分けられたキャビティに樹脂を射出した後に金型をスライドしてキャビティを繋ぎ合わせて製品にする複雑タイプの金型を用いなくても、安価に小保持器４Ａを製造することができる。

上記複雑タイプの金型は構造が非常に複雑で高価であるため、このような複雑タイプの金型を用いると小保持器４Ａの製造コストが上昇してしまうが、コストが許すのであれば上記複雑タイプの金型を使用しても差し支えない。そうすれば、中間板４１にも、転動体軌道面１０に摺接する摺接部を設けることができる。また、４列の転動体軌道面１０のうち上方の２列のみに摺接する摺接部を、中間板４１に設けてもよい（これは、上記複雑タイプの金型を使用しなくても可能である）。

〔第二実施形態〕
第二実施形態の直動案内装置の構成及び作用は、第一実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。
第一実施形態においては、転動体保持器と案内レールとが滑り接触することにより、転動体保持器が案内レールに案内されて移動するようになっていたが、第二実施形態においては、転動体保持器と案内レールとは接触せず、転動体保持器は転動体によって案内されて移動するようになっている。そのためには、転動体保持器は、転動体を包み込んで保持する構造を有している必要がある。

このような構造の転動体保持器は、非常に複雑な形状となるので、一般的な射出成形法のような安価な製造方法で製造することは困難であり、前述した複雑タイプの金型を用いた射出成形法により製造することができる。また、転動体を包み込んで保持する部分と、その部分以外の部分とを分割して別々に製造し、後に組み立てることにより、上記構造の転動体保持器を製造することもできる。さらに、上記複雑タイプの金型又は分割された置きゴマ（金型の一部であるが、射出成形の際に製品と共に金型本体から外れるようになっている）を備える金型を用いて、転動体をインサートとしたインサート成形により上記構造の転動体保持器を製造することもできる。

上記複雑タイプの金型の例を図９に示す。なお、以下の説明における上下左右等の方向を示す用語は、特に断りがない限り、説明の便宜上、各図におけるそれぞれの方向を意味する。
この例では、３つの型５１，５２，５３で金型が構成されている。型５１と型５２との間、及び、型５１と型５３との間に転動体を介装しておき、樹脂を射出後に型５１を右方に引き抜き、型５２を上方に移動させて型５３と合わせ、転動体保持器を構成する２つの部材を繋ぐことにより、転動体保持器を製造することができる。

また、分割された置きゴマを備える金型の例を図１０に示す。この例では、２つの型５４，５５と３つの置きゴマ５６，５７，５８とで金型が構成されている。型５４と置きゴマ５６との間、及び、型５５と置きゴマ５８との間に転動体を介装しておき、樹脂を射出後に型５４を左方に引き抜くとともに型５５を右方に引き抜く。すると、３つの置きゴマ５６，５７，５８が付いたまま製品が取り出される。置きゴマ５７を下方に引き抜くと、置きゴマ５６，５８も外れるので、製品が得られる。
なお、転動体保持器が転動体によって案内されて移動する際に、案内レールとの滑りが問題となる場合には、例えば案内レールの側面を転動するローラフォロア等を転動体保持器に取り付けてもよい。

１案内レール
２スライダ
３転動体
４転動体保持器
４Ａ小保持器
５ラックアンドピニオン
１０転動体軌道面
１１転動体軌道面
２１第一のラック
２２第二のラック
２３ピニオン
２３ａ第一の歯車
２３ｂ第二の歯車
４２ｂ摺接部

Claims

軸方向に延びる転動体軌道面を外面に有する案内レールと、該案内レールの転動体軌道面に対向する転動体軌道面を有するとともに軸方向に相対移動可能に前記案内レールに取り付けられたスライダと、前記案内レールの転動体軌道面上に軸方向に沿って並べられた複数の転動体からなりその一部が前記両転動体軌道面間に配された転動体列と、前記案内レールの転動体軌道面上に前記転動体列を転動自在に保持するとともに前記スライダの相対移動に伴って前記スライダと同方向に移動する転動体保持器と、前記転動体保持器の移動量を前記スライダの移動量の１／２とし、前記転動体保持器の移動量に誤差が生じることを防止する移動誤差防止手段と、を備えた直動案内装置において、
前記転動体保持器は前記案内レールに接触しており、
前記移動誤差防止手段は、軸方向に沿うように前記転動体保持器に取り付けられた第一のラックと、軸方向に沿うように前記案内レールに取り付けられた第二のラックと、前記スライダに回転自在に取り付けられ前記両ラックに噛み合うピニオンと、からなるラックアンドピニオンで構成されており、
前記ピニオンは、前記第一のラックに噛み合う第一の歯車と前記第二のラックに噛み合う第二の歯車とが同心軸に固定された二段歯車であり、前記第二の歯車のピッチ円直径が前記第一の歯車のピッチ円直径の２倍となっており、
前記転動体保持器は、軸方向長さの短い小保持器を軸方向に複数連結して構成されており、
前記小保持器は、軸方向に沿って等間隔に並べられ互いに平行をなす複数の板状部材と、これら板状部材を連結して固定する天板及び側板と、で構成される略直方体形状の部材であり、前記板状部材として、前記小保持器の軸方向両端に配された端板と、前記両端板の間に配され隣り合う前記転動体同士を隔てて各列の前記転動体の軸方向位置を揃える複数の中間板と、があり、前記天板は前記板状部材の上部、前記側板は前記板状部材の両側部に配されており、前記天板及び前記側板はいずれも軸方向に延びて全ての前記板状部材を連結しており、前記各小保持器の前記両端板間を連結するように、前記第一のラックを取り付けるためのラック取付部が設けられていることを特徴とする直動案内装置。
前記転動体保持器は、前記転動体をインサートとしたインサート成形によって製造されたものであることを特徴とする請求項１に記載の直動案内装置。
前記第一のラックは継ぎ目の無い構造であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の直動案内装置。
前記転動体保持器は、前記転動体を包み込んで保持する構造を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の直動案内装置。