JP5712206B2 - 予圧調整用リニアガイドシステム - Google Patents

Description

本発明は、ディスプレイ、半導体、ロボット、工作機械、測定および精密機器等の多岐の産業分野にわたって高精度の直線位置制御のために使用されるリニアガイドシステムに関し、より具体的には、ベース部材とスライド部材を互いに直線運動でスライド可能に設置し、ベース部材とスライド部材との間にボールスクリュー、油空圧シリンダー、リニアモーターなどの直線移送アクチュエータを設置することにより、該アクチュエータによってベース部材に対してスライド部材を直線移送する、予圧調整用リニアガイドシステムに関する。

一般に、ディスプレイ、半導体、ロボット、工作機械、精密機器などの全産業分野にわたって高精度の直線位置制御のために直線移動型アクチュエータが使用されており、このような直線移動型アクチュエータの直線位置制御を案内するリニアガイド手段として、例えばＬＭガイド（登録商標）を適用した直線移送機構を挙げることができる。このような直線移送機構を用いてシステムを構成する場合には、ＬＭガイドの自重およびサポートプレートの重量の加重化によりシステムの大きさ（体積）が増大してコストの上昇およびシステムの速度制限が生じた。

この種の直線移送機構を用いたシステムは、適用分野に応じて毎回それに合わせて設計および製作されることにより互換性がなく、その結果として製造コストが高いという問題点があった。

また、このような直線移送機構システムは、重量が大きいので、装備の適用には限界があってその使用が制限されるという問題点があった。

最近、より効率的な直線移送機構としてリニアガイド手段が開示されているが、主に受け台機能のベース部材、そのベース部材にスライド可能に設置されるスライド部材、およびそのスライド部材をベース部材に対して駆動するアクチュエータから大きく構成される。

前記ベース部材と前記スライド部材は、両側にスライド移動案内のためのガイド部が設けられる。そのガイド部には、スライド移動案内の際に摩擦を最小化し且つ直線運動を柔らかくガイドすることができるように無限軌道上に移動する多数のスチールボールが内蔵されるベアリングを含むＬＭブロックが設置される。

このような従来のリニアガイド手段は、次の問題点がある。

一つ目、ベース部材とスライド部材のガイド部に設置されるボールベアリングの予圧を調整することができないという問題点がある。すなわち、ボールベアリングのスチールボールは、初期組み立ての際に予圧の等級に応じて選択されたサイズのスチールボールが嵌合されて組み立てられるが、使用中に磨耗によって変わる予圧を調整することができないという問題点がある。このようにボールベアリングの予圧を使用中に調整することができないため、使用中に低下する作動精度を補正することができないという問題点がある。これにより、振動および騒音が発生し、使用寿命が短縮されるという欠点が発生する。

二つ目、耐磨耗性を確保するために、ベース部材とスライド部材を、剛性が大きく耐磨耗性に優れた重い金属材質で製作することにより、リニアガイド手段を適用することが可能な範囲が制限されるという欠点があった。

三つ目、ボールベアリングは、図１４に示すように、同じ直径のスチールボールが使用されるが、作動の際にスチールボール間の摩擦が発生して磨耗が加速化し、騒音および振動が発生するという問題点がある。

本発明は、上述したような問題点を解決するためのもので、その目的は、ボールベアリングに作用する予圧を調整することが可能な構造を持つ予圧調整用リニアガイドシステムを提供することにより、ボールベアリングの磨耗を減少させ、騒音および振動の発生を防止するうえ、高精度の直線運動ガイドを可能にする、予圧調整型リニアガイドシステムを提供することにある。

本発明の他の目的は、ボールベアリングの磨耗を防止することにより、使用寿命が大幅に増加する予圧調整型リニアガイドシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、ベースボディ、および互いに並んで配置されて前記ベースボディに設置される一対のベースレールを備えるベース部材と、スライドボディ、および前記ベース部材の一対のベースレールにそれぞれ対向するように配置されて前記スライドボディに設置される一対のスライドレールを備え、前記ベースレールと前記スライドレールとの間に配置されるボールベアリングによって前記スライドレールが前記ベースレールに対して摺動することにより前記ベース部材に対してスライド可能に設置されるスライド部材と、前記ベースレールと前記スライドレールとの間に配置されたボールベアリングに対する予圧を調整することができるように、前記一対のスライドレールのいずれか一方と前記スライドボディとの間に設置され、前記スライドボディに対する前記スライドレールの間隔を調節する予圧調整部とを含んでなり、前記予圧調整部は、テーパー状をして前記スライドボディと前記スライドレールとの間に長手方向に配置される円錐型ウェッジと、前記円錐型ウェッジを長手方向に進退させる調節ねじとを備え、前記円錐型ウェッジの進退に応じて前記スライドボディと前記スライドレール間の間隔を調節することを特徴とする、予圧調整型リニアガイドシステムを提供する。

このような本発明の予圧調整型リニアガイドシステムは、ボールベアリングの予圧を使用中に調整することを可能にすることにより、ボールベアリングの無駄な磨耗を防止する効果がある。

また、本発明は、ボールベアリングの不適な予圧により発生する騒音および振動を防止し、高精度で直線運動をガイドする予圧調整用リニアガイドシステムを提供する効果がある。

また、本発明は、ベアリングの無駄な磨耗を防止することにより、使用寿命が大幅に延長された予圧調整型リニアガイドシステムを提供する効果がある。

本発明の一実施例に係る予圧調整型リニアガイドシステムの斜視図である。 図１に示した予圧調整型リニアガイドシステムの分解斜視図である。 図１に示した予圧調整型リニアガイドシステムの側断面図である。 図３の一部分を拡大した図である。 図３の他の一部分を拡大した図である。 図５の一部分を拡大した図である。 図１に示したボールベアリングの構造を示す図である。 図１に示した予圧調整部を説明するための分解斜視図である。 図１に示した予圧調整型リニアガイドシステムの平断面図である。 図８に示した予圧調整部の断面図である。 図１０の一部分を拡大して示す図である。 図１０の一部分を拡大して示す図である。 図２の一部分を拡大して示す図である。 従来のボールベアリングの構造を説明するための図である。

以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例に係る予圧調整型リニアガイドシステムの斜視図、図２は図１に示した予圧調整型リニアガイドシステムの分解斜視図である。

図１および図２を参照すると、本実施例の予圧調整型リニアガイドシステムは、ベース部材１００、スライド部材２００および予圧調整部６００を含んでなる。

図３および図４を参照すると、ベース部材１００は、ベースボディ１０１、および該ベース体１０１に設置される一対のベースレール１５１、１５２を備える。ベースボディ１０１は、アルミニウム素材を押出成形してアルミニウムプロファイルとして軽く形成される。ベースボディ１０１の両側には長手方向にレール結合溝１１１、１２１が設けられ、ベースレール１５１、１５２はそれぞれレール結合溝１１１、１２１に嵌合される。ベースレール１５１、１５２はアルミニウムより剛性が大きい耐磨耗性材料で冷間圧延または引抜方法によって製作される。

図５および図６を参照すると、ベースボディ１０１のレール結合溝１１１、１２１には金属接着剤を充填した後、ベースレール１５１、１５２を嵌合する。

図３及び図４を参照すると、スライド部材２００は、スライドボディ２０１、および該スライドボディ２０１に設置される一対のスライドレール２５１、２５２を備える。スライドボディ２０１は、アルミニウム素材を押出成形してアルミニウムプロファイルとして軽く形成される。ベースボディ２０１の両側には長手方向にレール結合溝２１１、２２１が設けられ、スライドレール１５２はレール結合溝１２１に嵌合される。スライドレール２５１、２５２はアルミニウムより剛性が大きい耐磨耗性材料で冷間圧延または引抜方法によって製作される。

図５および図６を参照すると、スライドボディ２０１のレール結合溝２１１、２２１には金属接着剤を充填した後、スライドレール１５１、１５２を嵌合する。

このように構成されたスライド部材２００は、ベース部材１００の直線移動ガイド部１１０、１２０同士の間に配置される。この際、ベース部材１００の一対のベースレール１５１、１５２とスライド部材２００の一対のスライドレール２５１、２５２はそれぞれお互い対向するように配置される。この際、ベースレール１５１、１５２とスライドレール２５１、２５２との間には多数のボールからなるボールベアリング３００が配置され、該ボールベアリング３００はスライドレール２５１、２５１がベースレール１５１、１５２に対して自然に摺動するようにする。

図３を参照すると、ベース部材１００のベースボディ１０１とスライド部材２００のスライドボディ２０１とが互いに対向する中央部分には、アクチュエータの組み立てられるアクチュエータ収容空間が設けられる。

アクチュエータとしては、リニアモーター（Ｌ．Ｍ）やボールスクリュー（Ｂ．Ｓ）、エアシリンダ（Ａ．Ｃ）、タイミングベルト／プーリー機構などの多様な装置が使用できる。このアクチュエータ収容空間に、使用しようとする用途に応じる適切なアクチュエータを設置して使用するだけでよいので、本発明は高い互換性を持つ利点がある。

図２および図４を参照すると、スライドボディ２０１には、長手方向に貫通する２つのトラック４１０が設けられている。ベースレール１５１、１５２とスライドレール２５１、２５２に設けられた定着溝１５３、２５３は、トラック４１０に連結され、多数のボールからなるボールベアリング３００の経路として無限軌道を形成する。

図２に示すように、スライドボディ２０１の長手方向の両端にはそれぞれボールガイドカバー４００が結合される。ボールガイドカバー４００には定着溝１５３、２５３とトラック４１０とを連結するトラック４２０が設けられ、これによりボールベアリング３００の離脱を防止し且つ無限軌道の走行を連結する。ボールガイドカバー４００の外側にダストカバー５００が組み立てられる。

この際、図３に示すように、スライド部材２００のトラック４１０の中心点の高さと、ベースレール１５１、１５２およびスライドレール２５１、２５２の定着溝１５３、２５３の中心点の高さとはお互い異なるようになっており、これらを互いに連結して案内するボールガイドカバー４００のトラック４２０は底面に対して傾くようになっている。このようにボールガイドカバー４００のトラック４２０を傾かせて、定着溝１５３、２５３の高さとスライド部材２００のトラック２１０の高さとを異にすると、アクチュエータ収容空間を広く確保しながらもボールガイドカバー４００のトラック４２０の回転半径を大きくすることができる。すなわち、ボールガイドカバー４００のトラック４２０の回転半径を大きくすることにより、ボールベアリング３００の円滑な転がり運動を可能にしながらも、全体システムの大きさは小型化することができるという利点がある。

一方、ボールベアリング３００のボールは、ベースレール１５１、１５２の定着溝１５３とスライドレール２５１、２５２の定着溝２５３に直接接触して転がり運動をするスチールボール３１０、およびこれらのスチールボール３１０の直径より小さい直径を有し、合成樹脂素材で形成されて潤滑特性を持つ樹脂ボール３２０から構成される。図７に示すように、スチールボール３１０と樹脂ボール３２０は互いに交互に配置される。樹脂ボール３２０は、スチールボール３１０の回転方向と反対方向に回転しながら、スチールボール３１０同士の間に発生しうる摩擦抵抗を極小化することにより、騒音および振動を防止するうえ、円滑な転がり運動を提供する。すなわち、スチールボール３１０は定着溝１５３、２５３に直接接触して直接荷重を受けるようになり、樹脂ボール３２０はスチールボール３２０より直径が小さいので、荷重を受けていない状態でスチールボール３２０間の摩擦を緩和させる。

予圧調整部６００は、一対のスライドレール２５１、２５２のいずれか一方２５１とスライドボディ２０２との間に設置され、スライドボディ２０２に対するスライドレール２５１の間隔を調節する。このような方法で、予圧調整部６００はベースレール１５１、１５２とスライドレール２５１、２５２との間に配置されたボールベアリング３００に対する予圧を調整する。

図８〜図１２を参照すると、予圧調整部６００は円錐型ウェッジ６２０、６２１と調節ねじ６４０、６４１を備える。

スライドボディ２０２の直線移動ガイド部２１０に設けられたレール結合溝２１１とスライドレール２５１とが向かい合う境界面には、その境界面を長手方向に貫通する段差組立孔２１３が設けられている。その段差組立孔２１３から長手方向の両端に進むほど内径が増加するように内側面が傾いた案内支持面２１２が、レール結合溝２２１の両側にそれぞれ設けられる。スライドレール２５１には案内支持面２１２と向かい合う面に、案内支持面２１２と同様に傾いた傾斜案内面２５５が形成される。

段差組孔２１３の両端にはそれぞればね６１０、６１１が挿入され、そのばね６１０の外側に円錐形ウェッジ６２０、６２１がそれぞれ嵌められる。円錐型ウェッジ６２０、６２１は、テーパー状をして案内支持面２１２と傾斜案内面２５５との間に長手方向に配置される。円錐型ウェッジ６２０、６２１にはそれぞれ支持インサート６３０、６３１が外嵌され、その支持インサート６３０、６３１には支持インサート６３０、６３１の回転を防止する固定ピン６３５が組み立てられる。調節ねじ６４０、６４１はボールガイドカバー４００に設けられたねじ孔４５０に螺合し、支持インサート６３０、６３１を貫通して円錐型ウェッジ６２０の進退を調整する。

予圧調整部６００は、図１２に示すように、調節ねじ６４０のねじ回転によって円錐型ウェッジ６２０を前進させると、このウェッジがスライドレール２５１の傾斜案内面２５５を加圧前進することによりスライドレール２５１を外側に押す。

結果として、ベースレール１５１、１５２とスライドレール２５１、２５２との間隔を狭めてボールベアリング３００のスチールボール３１０の予圧を簡便に調節する。

一方、調節ねじ６４０の前面に予圧量指示目盛６４５を表示し、調節ねじ６４０のねじ回転によって、予圧量を確認しながら調節するようになっている。

ベース部材１００のベースレール１５０、１５１とスライド部材２００のスライドレール２５２は、それぞれのレール結合溝１１１、１２１、２２１に金属接着剤を充填し、接合して組み立てた状態でカーリング（ｃｕｒｌｉｎｇ）加工によって強固に結束する。

この際、スライド部材２００の一側のレール結合溝２１１に結合して予圧調整部６００によって移動調節される一側のスライドレール２５１は、金属接着剤による接着結合構造が排除されるのは当たり前である。

また、ベースレール１５１、１５２とスライドレール２５１、２５２にそれぞれ設けられた定着溝１５３、２５３は、長手方向に沿って内側面にボールベアリング３００のスチールボール３１０の曲面に対応する加工支持面１５５、２５５が加工された摩擦支持部５４、２５４を突設してスチールボール３１０との摩擦力を最小化するように構成される。

また、ベース部材１００の長手方向の両端には、スライド部材２００の直線運動の際に直線移動距離を制限するストッパー手段７００を備えることができる。

このようなストッパー手段７００は、ベース部材１００の中央の前、後端にボルトで組み立てられたサポートプレート７１０と、該サポートプレートに螺合するショックアブソーバ７２０およびストッパーボルト７３０から構成される。

このようなストッパー手段７００は、スライド部材２００がショックアブソーバ７２０によって緩衝されながら、ストッパーボルト７３０の先端に組み立てられたダンパーによって止められるようになっている。ストッパーボルト７３０の前、後進移動によってスライド部材２００の直線移動距離が制限される。

図１３を参照すると、サポートプレート７１０には、ボールスクリュー（Ｂ．Ｓ）取付用軸孔を構成してボールスクリューの取付用としても活用することができる。

図３を参照すると、スライド部材２００の中央結合孔２５０には直線移動型アクチュエータの簡便な結合のためのカップリング８００が構成される。

このようなカップリング８００は、中央結合孔２５０に組み立てられるベース８１０と、該ベース８１０に回転可能に結合したボールナット８２０と、該ボールナット８２０に螺合し、アクチュエータを螺合させるクランピングボルト８３０とから構成される。

ボールナット８２０は、ベース８１０に対して回転可能に結合されているので、アクチュエータの直線運動軌跡とスライド部材２００の直線運動軌跡とが微細にずれても、ボールナット８２０がベース８１０に対して回転しながらアクチュエータの捩れを補正することができるという利点がある。

未説明符号としての、Ｂ／Ｔは各構成部材の締結組み立てのためのボルトを示し、４６０はボールガイドカバー４００にねじで組み立てられてボールベアリング３００のボールの離脱を遮断する支持カバーを示す。

以下、上述したように構成された予圧調整型リニアガイドシステムの作動について説明する。

まず、本実施例の予圧調整型リニアガイドシステムは、ベースレール１５１、１５２とスライドレール２５１、２５２を除いたベース導体１０１およびスライドボディ２０１をアルミニウム材質にすることにより、全体重量の軽量化を極大化することができる。これにより、本実施例のリニアガイドシステムによる直線移送を高速化して使用者の生産性を向上させることができるという利点がある。

また、図３に示すように、ボールガイドカバー４００のトラック４２０を傾かせることにより、アクチュエータ収容空間を広く確保することができる。結果として、予圧調整型リニアガイドシステムの全体サイズを小さくしスリム化することにより、重量および生産費用を減らすことができるという利点がある。

また、スライド部材２００とベース部材１００との間のアクチュエータ設置空間に多様な種類のアクチュエータを取り替えて設置することができるので、多様な用途と使用者の目的に応じて汎用的に使用することができるという利点がある。このようにアクチュエータ間の互換性が確保されるので、毎回各装備に応じて専用リニアガイドシステムを設計および製作するのではなく、汎用に設計製作することにより、製作コストを飛躍的に減らすことができるという利点がある。

また、多数のスチールボール３１０と樹脂ボール３２０からボールベアリング３００を構成することにより、騒音および振動を減らし、ベース部材１００に対するスライド部材２００の柔らかい直線運動を提供するという利点がある。

しかも、ボールベアリング３００の多数のスチールボール３１０は、定着溝１５３、２５３に長手方向に沿って突設された加工支持面１５５、２５５がボールベアリング３００のスチールボール３１０を支持してボールベアリング３００のスチールボール３１０間の摩擦力を最小化することにより、スライド部材２００のスライド移動をさらに柔らかく提供することができる。

一方、本発明に係る予圧調整型リニアガイドシステムは、使用中にボールベアリング３００が磨耗しても、ボールベアリング３００の予圧を予圧調整部６００によって調節することにより使用寿命を延長することができる。よって、従来のように使用過程で磨耗したボールベアリング３００のスチールボール３１０を取り替える作業を行う必要がないという利点がある。

このようなボールベアリング３００の予圧調整により、スライド部材２００がベース部材１００に対して移動する転がり移動力を調節するので、スライド部材２００の直線運動を精密に制御することができる。

Claims (8)

1. ベースボディ、および互いに並んで配置されて前記ベースボディに設置される一対のベースレールを備えるベース部材と、スライドボディ、および前記ベース部材の一対のベースレールにそれぞれ対向するように配置されて前記スライドボディに設置される一対のスライドレールを備え、前記ベースレールと前記スライドレールとの間に配置されるボールベアリングによって前記スライドレールが前記ベースレールに対して摺動することにより前記ベース部材に対してスライド可能に設置されるスライド部材と、前記ベースレールと前記スライドレールとの間に配置されたボールベアリングに対する予圧を調整することができるように、前記一対のスライドレールのいずれか一方と前記スライドボディとの間に設置され、前記スライドボディに対する前記スライドレールの間隔を調節する予圧調整部とを含んでなり、前記予圧調整部は、テーパー状をして前記スライドボディと前記スライドレールとの間に長手方向に配置される円錐型ウェッジと、前記円錐型ウェッジを長手方向に進退させる調節ねじとを備え、前記円錐型ウェッジの進退に応じて前記スライドボディと前記スライドレール間の間隔を調節することを特徴とする、予圧調整型リニアガイドシステム。
2. 前記予圧調整部は、前記スライドボディと前記スライドレール間の長手方向の両端にそれぞれ一つずつ２つが互いに対向するように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の予圧調整型リニアガイドシステム。
3. 前記ベースボディはアルミニウム素材で形成され、両側にレール結合溝を有し、
   前記ベースレールはアルミニウムより剛性が大きい耐磨耗性材料で形成されて前記レール結合溝に嵌合され、
   前記スライドボディはアルミニウム素材で形成され、両側にレール結合溝を有し、前記スライドレールはアルミニウムより剛性が大きい耐磨耗性材料で形成され、前記レール結合溝に嵌合されることを特徴とする、請求項１に記載の予圧調整型リニアガイドシステム。
4. 前記ベースレールは、前記ベース部材のレール結合溝に金属接着剤を充填し、該レール結合溝に組み立てられる特徴とする、請求項３に記載の予圧調整型リニアガイドシステム。
5. 前記ボールベアリングは、前記ベースレールと前記スライドレールに対して直接接触して転がり運動をするスチールボール、および前記スチールボールの直径より小さい直径を有し、合成樹脂素材で形成されて潤滑特性を持つ樹脂ボールから構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の予圧調整型リニアガイドシステム。
6. 前記スチールボールと前記樹脂ボールは互いに交互に配置されることを特徴とする、請求項５に記載の予圧調整型リニアガイドシステム。
7. 前記ベースレールと前記スライドレールにはそれぞれ前記スチールボールが配置される定着溝が設けられ、該定着溝には周囲に比べて突出した摩擦支持部が設けられ、該摩擦支持部には前記スチールボールの曲面に対応する加工支持面が設けられることを特徴とする、請求項５に記載の予圧調整型リニアガイドシステム。
8. 前記スライド部材に設置され、前記ベース部材に対して前記スライド部材を駆動するアクチュエータと前記スライド部材とが容易に結合されるようにするカップリングをさらに含み、
   前記カップリングは、前記スライド部材に結合されるベース、および該ベースに回転可能に結合されるボールナットを含むことを特徴とする、請求項１に記載の予圧調整型リニアガイドシステム。
   

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