JP5741151B2 - リニアガイド装置 - Google Patents

Description

この発明は、転動体の循環経路を二対４列有するリニアガイド装置に関する。

リニアガイド装置は、案内レールとスライダ（「ベアリング」とも称される。）と複数個の転動体とを備えている。案内レールおよびスライダは、互いに対向配置されて転動体の転動通路を形成する転動面（転動体がボールの場合には転動溝）を有する。スライダには、転動通路と平行に延びる戻し通路が形成され、スライダの両端に、前記戻し通路と前記転動通路とを連通させる方向転換路が形成されている。

転動体が前記転動通路を荷重を受けた状態で転動することにより、案内レールおよびスライダの一方が他方に対して相対的に直線運動する。転動通路を出た転動体は、一方の方向転換路を通って戻し通路に入り、他方の方向転換路から再度、転動通路に入る。すなわち、前記転動通路、戻し通路、および方向転換路で転動体の循環経路が構成されている。方向転換路と戻し通路内で、転動体は荷重を受けない状態で移動している。

つまり、転動体は、転動通路内で弾性変形状態にあり、方向転換路と戻し通路内では弾性変形していない。このように、方向転換路から転動通路に入る時点で転動体が急に変形することに起因して、スライダに振動が生じる。この振動を抑制するために、図１０に示すように、スライダ１の転動面１１の長手方向両端（方向転換路１２との接続部分）にクラウニング１３を設けることが行われている。

これにより、スライダ１の転動面１１と案内レール２の転動面２１とで形成される転動通路の、転動体３の径方向に対応する寸法を、最端部で転動体の直径より大きくし（Ｋ１）、所定の範囲で通常の寸法Ｋ２（転動体に付与する荷重に応じて設定された寸法）まで変化させている。このクラウニング１３に伴うスライダ１の転動面１１の寸法差Ｄ（クラウニング１３の接触角方向落ち量）を、通常は、転動体３の弾性変形量δに安全率αをかけた値（Ｄ＝α・δ）に設定している。

特許文献１には、クラウニングの端部に面取り部を形成し、クラウニング有効長さ（クラウニングの荷重を受ける部分の長さ）Ｌｅと転動体の直径Ｄａとの関係をＬｅ／Ｄａ≧１に設定することや、円弧形状クラウニングの半径Ｒｃと転動体の直径Ｄａとの関係をＲｃ／Ｄａ≧５００に設定すること等が記載されている。

特開２００４−１３８１９３号公報

リニアガイド装置は、一般に、案内レールとスライダとのガタを無くし、剛性を向上させる目的で、予圧をかけて使用される。前記循環経路を二対４列有するリニアガイド装置には、案内レールにおける上下の転動面間の距離Ａをスライダにおける上下の転動面間の距離Ｂよりも大きく設定した自動調心設計（ＤＦ設計）と、ＡをＢより小さく設定した高剛性設計（ＤＢ設計）がある。

ＤＦ設計によるＤＦ接触構造のリニアガイド装置の場合、スライダ上部に圧縮荷重が作用する際には上側の転動面で荷重を支持し、引張荷重が作用する際には下側の転動面で荷重を支持することになる。ＤＢ設計によるＤＢ接触構造のリニアガイド装置の場合、スライダ上部に圧縮荷重が作用する際には下側の転動面で荷重を支持し、引張荷重が作用する際には上側の転動面で荷重を支持することになる。
このように、設計方法や荷重方向の違いにより、上下の転動面で転動体の変形量が異なる。よって、上下の転動面で同じクラウニングが設けてあると、転動体の変形量が小さい方ではクラウニング有効長が短くなって、十分なクラウニング効果が得られない恐れがある。

このような循環経路を二対４列有するリニアガイド装置の場合でも、従来技術では上下の転動面で同じクラウニングを設けており、特許文献１にも、上下の転動面で別々のクラウニングを設けることを示唆する記載はない。
この発明の課題は、転動体の循環経路を二対４列有するリニアガイド装置の場合に、使用状態に応じて、上下の転動面で同程度のクラウニング効果が得られるようにすることである。

上記課題を解決するために、この発明のリニアガイド装置は、案内レールと、スライダと、複数個の転動体と、を備え、案内レールおよびスライダは、互いに対向配置されて転動体の転動通路を形成する転動面を有し、スライダは、さらに、転動体の戻し通路と、前記戻し通路と前記転動通路とを連通させる方向転換路を有し、前記転動通路、戻し通路、および方向転換路で転動体の循環経路が構成され、前記循環経路を転動体が循環することにより、案内レールおよびスライダの一方が他方に対して相対的に直線運動するリニアガイド装置において、前記循環経路を二対４列有し、前記スライダの４列の転動面の方向転換路との接続部分にクラウニングが形成され、前記スライダの上下の転動面のうち、使用状態でクラウニング部以外の転動通路内での転動体の弾性変形量が大きい方の転動面のクラウニング傾斜度が、前記弾性変形量が小さい方の転動面のクラウニング傾斜度より大きく形成されていることを特徴とする。

この発明のリニアガイド装置によれば、前記スライダの上下の転動面のうち、使用状態でクラウニング部以外の転動通路内での転動体の弾性変形量が大きい方の転動面のクラウニング傾斜度が、前記弾性変形量が小さい方の転動面のクラウニング傾斜度より大きく形成されているため、前記弾性変形量が大きい方と小さい方で、クラウニング有効長の差を小さくすることができる。よって、使用状態に応じて、上下の転動面で同程度のクラウニング効果が得られるようにできる。

前記スライダの上下の転動面に形成されたクラウニングの長さが同じであると、研削加工で上下のクラウニングを同時に形成する際に送りを一緒に行うことができるため、生産効率が高くなるという点で好ましい。
前記スライダの上下の転動面に形成されたクラウニングのうち、クラウニング傾斜度が大きい方の接触角方向落ち量（Ｄ１）が、クラウニング傾斜度が小さい方の接触角方向落ち量（Ｄ２）より大きく、その７０倍以下である（Ｄ２＜Ｄ１≦７０・Ｄ２）と、ＤＦ接触構造およびＤＢ接触構造で圧縮荷重および引張荷重のいずれの場合でも、上下の転動面で同程度のクラウニング効果が得られるようにできる。

この発明のリニアガイド装置によれば、転動体の循環経路を二対４列有するリニアガイド装置であるが、使用状態に応じて、上下の転動面で同程度のクラウニング効果が得られるようになる。

この発明の実施形態のリニアガイド装置における、スライダの上下の転動面でのクラウニングを説明する図である。 この発明の比較例に相当するリニアガイド装置における、スライダの上下の転動面でのクラウニングを説明する図である。 転動体の循環経路を二対４列有するリニアガイド装置として、ＤＦ接触構造のボールガイドを、予圧Ｚ１（微予圧）で圧縮荷重で使用した場合の、上下の転動面での転動体の弾性変形量を測定した結果を示すグラフである。 転動体の循環経路を二対４列有するリニアガイド装置として、ＤＦ接触構造のボールガイドを、予圧Ｚ１（微予圧）で引張荷重で使用した場合の、上下の転動面での転動体の弾性変形量を測定した結果を示すグラフである。 転動体の循環経路を二対４列有するリニアガイド装置として、ＤＦ接触構造のボールガイドを、予圧Ｚ３（中予圧）で圧縮荷重で使用した場合の、上下の転動面での転動体の弾性変形量を測定した結果を示すグラフである。 転動体の循環経路を二対４列有するリニアガイド装置として、ＤＦ接触構造のボールガイドを、予圧Ｚ３（中予圧）で引張荷重で使用した場合の、上下の転動面での転動体の弾性変形量を測定した結果を示すグラフである。 転動体の循環経路を二対４列有するリニアガイド装置として、ＤＢ接触構造のロールガイドを、予圧Ｚ３（中予圧）で圧縮荷重で使用した場合の、上下の転動面での転動体の弾性変形量を測定した結果を示すグラフである。 転動体の循環経路を二対４列有するリニアガイド装置として、ＤＢ接触構造のロールガイドを、予圧Ｚ３（中予圧）で引張荷重で使用した場合の、上下の転動面での転動体の弾性変形量を測定した結果を示すグラフである。 この発明を円弧状のクラウニングに適用した場合を説明する図である。 クラウニングについて説明する図である。

以下、この発明の実施形態について説明する。
図１は、この実施形態のリニアガイド装置における、スライダの上下の転動面でのクラウニングを説明する図である。スライダ１の転動面１１と案内レール２の転動面２１により、転動体３が荷重を受けた状態で転動する転動通路が形成されている。転動面１１の方向転換路１２との接続部分にクラウニング１３が形成されている。

図１（ａ）および（ｂ）に示すように、この実施形態では、スライダ１の上下の転動面１１のうち、使用状態でクラウニング部（クラウニング１３が形成されている部分）以外の転動通路内での転動体３の弾性変形量が大きい方のクラウニング傾斜角度（クラウニング傾斜度）θ１を、前記弾性変形量が小さい方のクラウニング傾斜角度（クラウニング傾斜度）θ２より大きく形成した。

図１（ａ）が、クラウニング部（クラウニング１３が形成されている部分）以外の転動通路内での転動体３の弾性変形量が大きい方を示す。クラウニング傾斜角度：θ１、接触角方向落ち量：Ｄ１、弾性変形量：δ１、クラウニング長さ：Ｌ１、クラウニング有効長：Ｌｅ１とする。図１（ｂ）が、クラウニング部以外の転動通路内での転動体３の弾性変形量が小さい方を示す。クラウニング傾斜角度：θ２、接触角方向落ち量：Ｄ２、弾性変形量：δ２、クラウニング長さ：Ｌ２、クラウニング有効長：Ｌｅ２とする。
図１では、（ａ）のクラウニング傾斜角度θ１を（ｂ）のクラウニング傾斜角度θ２より大きく形成したため、クラウニング有効長を上下の転動面で同程度（Ｌｅ１≒Ｌｅ２）とすることができる。これにより、上下の転動面１１で同程度のクラウニング効果が得られるようにできる。

図２は、上下の転動面１１でクラウニング傾斜角度を同じに（θ１＝θ２）した比較例である。図２（ａ）が、クラウニング部（クラウニング１３が形成されている部分）以外の転動通路内での転動体３の弾性変形量が大きい方を、図２（ｂ）が、クラウニング部以外の転動通路内での転動体３の弾性変形量が小さい方を示す。
図２では、（ａ）のクラウニング傾斜角度θ１と（ｂ）のクラウニング傾斜角度θ２が同じであるため、クラウニング有効長が（ｂ）で（ａ）より短く（Ｌｅ１＞Ｌｅ２）なる。これにより、上下の転動面１１でのクラウニング効果に差が出る。

次に、転動体の循環経路を二対４列有するリニアガイド装置として、日本精工（株）製のボールガイドNo. ３５（呼び番号：ＬＨ３５）およびローラガイドNo. ３５（呼び番号：ＲＡ３５）を用意し、ＤＦ接触構造かＤＢ接触構造か、圧縮荷重か引張荷重か、予圧が予圧記号Ｚ１（微予圧）かＺ３（中予圧）かの各条件で、上下の転動面での転動体の弾性変形量を測定した。その結果を図３〜８にグラフで示す。

上側の転動面での転動体の弾性変形量をδ１、下側の転動面での転動体の弾性変形量をδ２で示す。また、δ１とδ２のうち、数値が大きい方を分子、小さい方を分母とした弾性変形量の比（δ１／δ２またはδ２／δ１）を各グラフに示す。
これらのグラフから分かるように、δ１／δ２およびδ２／δ１は１以上７０以下の範囲にある。また、クラウニングの接触角方向落ち量Ｄは安全率αと弾性変形量δを用いてＤ＝α・δである。

よって、スライダの上下の転動面のうち、使用状態でクラウニング部以外の転動通路内での転動体の弾性変形量が大きい方の転動面の接触角方向落ち量（Ｄ１）を、前記弾性変形量が小さい方の転動面の接触角方向落ち量（Ｄ２）より大きく、その７０倍以下にする（Ｄ２＜Ｄ１≦７０・Ｄ２）ことで、ＤＦ接触構造およびＤＢ接触構造で圧縮荷重および引張荷重のいずれの場合でも、上下の転動面で同程度のクラウニング効果が得られるようにすることができる。

すなわち、スライダの上下の転動面のうち、使用状態でクラウニング部以外の転動通路内での転動体の弾性変形量が大きい方の転動面のクラウニング傾斜角度を、前記弾性変形量が小さい方の転動面のクラウニング傾斜角度より大きく形成し、クラウニング傾斜角度が大きい方の接触角方向落ち量（Ｄ１）を、クラウニング傾斜角度が小さい方の接触角方向落ち量（Ｄ２）より大きく、その７０倍以下にする（Ｄ２＜Ｄ１≦７０・Ｄ２）ことで、ＤＦ接触構造およびＤＢ接触構造で圧縮荷重および引張荷重のいずれの場合でも、上下の転動面で同程度のクラウニング効果が得られるようにすることができる。
この実施形態では直線状のクラウニング１３について説明しているが、この発明は、図９に示すような円弧状のクラウニング１３Ａの場合にも適用できる。

円弧状のクラウニング１３Ａの場合には、通常、スライダ本体１０のエンドキャップ側の端面１０ａ側に面取り部１４が形成されている。そして、この場合は、クラウニング開始点Ｐと、円弧状のクラウニング１３Ａを延長した仮想線のスライダ本体１０の端面１０ａとの交点Ｑと、を直線ｈで結び、この直線ｈとスライダ１の転動面１１の延長線とがなす角度（クラウニング傾斜角度）θ11，θ21の比較で、クラウニング傾斜度を比較することができる。
なお、面取り部１４は、この例のように直線状であってもよいし、クラウニング１３Ａより曲率半径が小さい円弧状であってもよい。

図９（ａ）が、クラウニング部（クラウニング１３Ａが形成されている部分）以外の転動通路内での転動体３の弾性変形量が大きい方を示し、図９（ｂ）が、クラウニング部以外の転動通路内での転動体３の弾性変形量が小さい方を示す。図９では、（ａ）のクラウニング傾斜角度θ11を（ｂ）のクラウニング傾斜角度θ21より大きく形成したため、クラウニング有効長を上下の転動面で同程度（Ｌｅ１≒Ｌｅ２）とすることができる。これにより、上下の転動面１１で同程度のクラウニング効果が得られるようにできる。

１ スライダ
１０ スライダ本体
１０ａ スライダ本体のエンドキャップ側の端面
１１ スライダの転動面
１２ 方向転換路
１３ クラウニング
１３Ａ 円弧状のクラウニング
１４ 面取り部
２ 案内レール
２１ 案内レールの転動面
３ 転動体

Claims (3)

1. 案内レールと、スライダと、複数個の転動体と、を備え、
   案内レールおよびスライダは、互いに対向配置されて転動体の転動通路を形成する転動面を有し、
   スライダは、さらに、転動体の戻し通路と、前記戻し通路と前記転動通路とを連通させる方向転換路を有し、
   前記転動通路、戻し通路、および方向転換路で転動体の循環経路が構成され、
   前記循環経路を転動体が循環することにより、案内レールおよびスライダの一方が他方に対して相対的に直線運動するリニアガイド装置において、
   前記循環経路を二対４列有し、
   前記スライダの４列の転動面の方向転換路との接続部分にクラウニングが形成され、
   前記スライダの上下の転動面のうち、使用状態でクラウニング部以外の転動通路内での転動体の弾性変形量が大きい方の転動面のクラウニング傾斜度が、前記弾性変形量が小さい方の転動面のクラウニング傾斜度より大きく形成され、
   前記上下の転動面でクラウニング有効長がほぼ同じになっていることを特徴とするリニアガイド装置。
2. 前記スライダの上下の転動面に形成されたクラウニングの長さが同じである請求項１記載のリニアガイド装置。
3. 前記スライダの上下の転動面に形成されたクラウニングのうち、クラウニング傾斜度が大きい方の接触角方向落ち量は、クラウニング傾斜度が小さい方の接触角方向落ち量より大きく、その７０倍以下である請求項２記載のリニアガイド装置。

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