JP5786448B2 - 直動案内装置 - Google Patents

Description

本発明は、直線運動する物体をその移動方向に案内する手段として工作機械等で用いられる直動案内装置（リニアガイド）に関する。

転動体を介して案内レールの長手方向に移動可能にスライダが跨設された従来の直動案内装置にあっては、その運動性能を低下させる要因として、転動体通過振動が挙げられる。これは、荷重を受ける転動体数が周期的に変動することによって、前記スライダがわずかに姿勢変化して、前記スライダがわずかに姿勢変化するものである。この変化がスライダから離れた加工点あるいは測定点で増幅されるので、精度低下となる。

このような転動体通過振動を低減するために、スライダの軌道の端部で転動体の出入りの部分に緩やかな傾斜をつけるクラウニングが施されることがある。クラウニング形状としては、単一円弧形状、単一直線形状、楕円形状、及び複数の円弧をつなげた形状が提案されている。特許文献１には、転動体が軸方向に移動しても前記スライダの垂直方向、水平方向、ローリング方向の少なくともいずれか一方向に対する剛性が略一定に保たれ、かつ、前記スライダのピッチング方向とヨーイング方向の一方又は両方に対する剛性がおのおの略一定に保たれる形状に設定された技術が提案されている。

また、特許文献２には、複数の軌道の転動体通過の際の衝撃の位相を揃えて、各転動体による影響を相殺させることで前記スライダの姿勢変化をなくす技術が開示されている。
さらに、特許文献３には、スライダとは別体に設けられた走行経路要素の転動体の進入側の端部に、前記スライダに支持されないフリー支持が形成され、該フリー支持を弾性変形させるための逃げが設けられた技術が開示されている。

特開２００３−３５３１４公報 特開２００８−１１５９２１号公報 特開２００４−２３２８６４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された直動案内装置では、最適なクラウニング形状を得るために高い精度で加工する必要があり、多大な労力を要することや、転動体通過の位相を揃えても、各軌道のクラウニングも同一にすることが難しい場合があった。その結果、転動体の出入りにより働く力の大きさが同一にならず、姿勢変化が生じてしまう場合があった。

また、特許文献２に開示された直動案内装置では、軌道も前記スライダの脚部の上方にある場合と下方にある場合とでは、転動体からの力が、脚部の弾性変形に働く程度に差があり、前記スライダの姿勢変化に影響を与える大きさが異なるため、改善の余地があった。
さらに、特許文献３に記載の発明は、部品点数が多く、組立精度を維持する接合をも要するため、姿勢変化の発生を改善することはできない。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、スライダの姿勢変化を低減した直動案内装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る直動案内装置は、案内レールと、断面形状が略コの字形状をなすスライダ本体を有して前記案内レールに跨設されるスライダとを備え、前記案内レールは側面上に転動体転動溝を有し、前記スライダ本体は袖部の内側面上に負荷転動体転動溝を有し、前記転動体転動溝と前記負荷転動体転動溝との間に形成された転動体軌道路内に装填された多数の転動体の転動によって前記スライダが前記案内レールに対して相対移動する直動案内装置であって、
前記転動体軌道路に沿って、前記スライダ本体の前記袖部の内側面部及び外側面部及び移動方向の端部に開口する複数のスリットが形成され、前記スライダ本体の前記転動体軌道路への前記転動体の出入りの際に外側に生じる力を緩衝する緩衝部が複数のスリットの間に形成され、
前記スリットは、前記スライダ本体の両袖部に設けられた前記負荷転動体転動溝にそれぞれ平行な複数の貫通孔を挟むように設けられ、
前記転動体を保持する保持器が前記転動体軌道路内に配設されたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、前記スリット間に形成された緩衝部６０が、前記スライダ本体の軸方向の両端部における前記転動体の前記転動体軌道路への出入りに伴って発生する外側向きの力に対して弾性変形する。その結果、前記転動体の前記転動体軌道路への出入りが滑らかとなるため、部品点数を増やすことなくスライダの姿勢変化を低減することができる。

請求項２の発明に係る直動案内装置は、請求項１に記載の直動案内装置において、前記スライダ本体の移動方向両端部に設置されたエンドキャップに複数の前記転動体軌道路に通じ、前記転動体の移動方向を転換する転換路が形成され、該転換路及び複数の前記転動体軌道路を前記転動体が循環することを特徴としている。

本発明は、スライダの姿勢変化を低減した直動案内装置を提供することができる。

本発明に係る直動案内装置の一実施形態における構成を示す斜視図である。 本発明に係る直動案内装置の一実施形態における構成を示す正面図である。 本発明に係る直動案内装置の一実施形態における構成を示す側面図である。 本発明に係る直動案内装置の他の実施形態における構成を示す正面図である。

以下、本発明に係る直動案内装置の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る直動案内装置の一実施形態における構成を示す斜視図である。また、図２は、本発明に係る直動案内装置の一実施形態における構成を示す正面図（ただし、エンドキャップを省略して図示している）である。また、図３は、本発明に係る直動案内装置の一実施形態における構成を示す側面図である。
図１に示すように、本実施形態の直動案内装置１は、案内レール１０と、スライダ２０と、転動体３０とを有する。

＜案内レール＞
案内レール１０は、角形をなして延設され、上面１１と両側面１２，１２が交差する稜線部には、断面形状がほぼ１／４円弧形状とされた凹溝である転動体転動溝１３，１３が軸方向（長手方向）に形成されている。
また、案内レール１０の両側面１２，１２には、断面形状がほぼ半円形とされた凹溝である転動体転動溝１４，１４が軸方向に形成されている。
すなわち、案内レール１０には、その延設方向（長手方向）の両側面１２，１２に転動体転動溝１３，１４がそれぞれ２条ずつ形成されている。

＜スライダ＞
図１及び図２に示すように、案内レール１０には、略コの字形の断面を有するスライダ２０が案内レール１０の軸方向に相対移動可能に跨設されている。
スライダ２０は、スライダ本体２１と、該スライダ本体２１の移動方向に沿う両端に装着されたエンドキャップ２５とを有する。
スライダ本体２１の両袖部２１Ａ，２１Ａの内側面２１ａ，２１ａには、案内レール１０の転動体転動溝１３，１３に対向し、断面形状がほぼ半円形をなす負荷転動体転動溝２２，２２がそれぞれ形成される。

また、両袖部２１Ａ，２１Ａの内側面２１ａ，２１ａは、案内レール１０の転動体転動溝１４，１４に対向し、断面形状がほぼ半円形をなす負荷転動体転動溝２３，２３がそれぞれ形成されている。
すなわち、スライダ本体２１の両袖部２１Ａ，２１Ａの内側面２１ａ，２１ａには、転動体転動溝１３，１４に対向する負荷転動体転動溝２２，２３がそれぞれ２条ずつ形成されている。

また、スライダ本体２１の両袖部２１Ａ，２１Ａには、負荷転動体転動溝２２，２３にそれぞれ平行な貫通孔２４，２４がスライダ本体２１の案内レール１０の軸方向に形成されている。
そして、案内レール１０の転動体転動溝１３，１４と、スライダ２０の負荷転動体転動溝２２，２３とによって転動体軌道路４１が構成され、貫通孔２４，２４によって転動体戻し通路４２が構成されている。転動体軌道路４１及び転動体戻し通路４２が後述する転換路４３と共に転動体循環回路４０を構成する。

＜エンドキャップ＞
エンドキャップ２５は樹脂材料の射出成形品であり、形状がほぼ略コの字状に形成されている。エンドキャップ２５は、その形状の開口の向きをスライダ本体２１の開口の向きと同じくして、スライダ本体２１の軸方向の両端部に設置される。

ここで、エンドキャップ２５には、その接合面（スライダ本体に対向する面）における転動体軌道路４１及び転動体戻し通路４２に相対する位置に、転動体の移動方向を転換する転換路（図示せず）が形成されている。この転換路は、スライダ２０の移動方向に沿う断面が、エンドキャップ２５の接合面に開口し、両端部が転動体軌道路４１及び転動体戻し通路４２に連通するＵ字形状をなすように形成される。すなわち、転動体軌道路４１をスライダ本体２１の端部まで転動した転動体３０は、エンドキャップ２５内の転換路で移動方向を逆方向に変えて転動体戻し通路４２に進入し、反対側のエンドキャップで向きを変えて、再びスライダ本体２１内を転動する。転動体軌道路４１、転動体戻し通路４２、及びスライダ本体２１の両端部側に位置する２つの転換路によって、無限循環路である転動体循環回路４０を構成している。

＜転動体＞
転動体３０は、案内レール１０の両側面１２，１２に２条ずつ形成された転動体転動溝１３，１４と転動体転動溝２２，２３との間に複数並列して配置される。転動体３０は、転動体循環回路４０を構成する転動体軌道路４１及び転動体戻し通路４２，４３に配置される。
そして、転動体循環回路４０に転動自在に配置された複数の転動体３０は、案内レール１０に対するスライダ２０の移動に伴って、案内レール１０とスライダ２０との間を回転しながら転動する。
転動体３０としては、例えば、ボール（玉）や、ころが挙げられるが、本実施形態ではボール（玉）を採用している。
なお、本実施形態の転動体３０の種類、大きさ（直径）、及び組込個数としては、特に制限はなく、案内レール１０や、スライダ２０などの大きさ、形状、使用目的や使用環境に応じて適宜選択される。

＜スリット＞
スライダ本体２１の両袖部２１Ａ，２１Ａには、スライダ本体２１の内側面部２１ａ及び外側面部２１ｃ、並びに軸方向の端部２１ｂに開口するスリット５０が複数形成されている。
これらのスリット５０は、転動体軌道路４１の上下に平行にスライダ本体２１に形成されている。

また、これらのスリット５０は、スライダ本体２１の軸方向の両端部２１ｂ，２１ｂのうち、少なくともいずれか一方の端部２１ｂに開口するように形成されていればよく、スライダ本体２１の軸方向の両端部２１ｂ，２１ｂにそれぞれ開口するように形成されることが好ましい。具体的には、図１〜３に示すように、転動体軌道路４１のそれぞれの上側及び下側に沿って４条ずつのスリット５０がスライダ本体２１の軸方向の両端部２１ｂ、２１ｂから切り込まれて形成される。そして、転動体軌道路４１を挟んでスライダ本体２１の高さ方向の上下に形成された２つのスリット５０，５０の間に緩衝部６０が形成される。この緩衝部６０は、スライダ本体２１の軸方向の両端部２１ｂ，２１ｂにおける転動体３０のスライダ本体２１内の転動体軌道路４１への出入りに伴って発生する外側向き（内側面部２１ａから外側面部２１ｃへ向かう向き）の力に対して弾性変形する。その結果、転動体３０の転動体軌道路４１への出入りが滑らかとなり、結果として姿勢変化の影響が小さくなる。また、スリット５０をスライダ本体２１に形成するので、従来のように転動体軌道路に形成されたクラウニングよりも加工が容易である。
ここで、スリット５０の幅、スリット５０の深さ、並びに対をなすスリット５０，５０間の間隔は、以下のように定められる。

［スリットの幅］
本実施形態において、スリット５０の幅とは、端面２１ｂ、並びに内側面部２１ａ及び外側面部２１ｃにおける高さ方向の開口寸法を指す。
本実施形態では、図２に示すように、転動体転動溝が一方の内側面部２１ａに２条以上設けられる場合は、転動体転動溝２２，２３に並行して設けられる２つの貫通穴２４，２４間の肉厚部にスリット５０を設けても、貫通穴２４とスリット５０間、スリット５０，５０間の肉厚が工程中に変形しない厚さで、且つ、貫通穴２４とスライダ本体２１の下面の肉厚が工程中に変形しない厚さであることが満たせればよい。

［スリットの深さ］
本実施形態において、スリット５０の深さとは、端面２１ｂを基準としたスライダ本体２１の軸方向の寸法を指す。
スリット５０の深さＬは、下記式（ａ）で規定される。なお、式（ａ）において、δ：予圧量、Ｅ：スライダ本体２１の材料の縦弾性係数、Ｉ：緩衝部６０の断面二次モーメント、Ｐ：予圧荷重、である。
Ｌ≧（３δＥＩ／Ｐ）^１／３・・・・・・・・・・・・式（ａ）

［スリットの間隔］
本実施形態において、対をなすスリット５０，５０間の間隔とは、端面２１ｂ、並びに内側面部２１ａ及び外側面部２１ｃにおける緩衝部６０の高さ方向の寸法を指す。
本実施形態では、貫通穴２４がスライダ本体２１に形成された場合、貫通穴２４を挟むようにスリット５０を設けることになる。したがって、スリットの間隔は、貫通穴２４とスリット５０との間の肉厚が工程中に変形しない寸法であればよい。また、貫通穴２４がスライダ本体２１に形成されない場合、転動体転動溝２２，２３を挟むようにスリット５０を設けることになる。この場合も、転動溝２２，２３とスリット５０間の肉厚が工程中に変形しない厚さであればよい。

また、転動体３０としてころが採用された場合、転動体３０はその軸方向をスライダ本体２１の軸方向回りに傾斜させて配設されることが多い（例えば４５°）ため、対をなすスリット５０，５０の間隔を、スリット５０の直交面に投影した長さよりも長くし、対をなすスリット５０，５０間に転動体３０が配設されるようにされることが好ましい。

［スリットの形成方法］
スリット５０の形成方法としては、例えば、ワイヤを用いた放電加工などが挙げられる。すなわち、スライダ本体２１の両袖部２１Ａに対して、ワイヤーカット放電加工を施すことでスリット５０が形成される。

ワイヤを用いた放電加工は、具体的には、組み立てられる前のスライダ本体２１を加工液中に浸漬し、そのスライダ本体２１と、図示しない加工用電極（ワイヤ）とを高周波パルス電源に接続する。そして、スライダ本体２１の両袖部２１Ａにおけるスリット５０の形成位置に沿って加工用電極を操作して、該加工用電極とスライダ本体２１との間の電位差によってスパークを生じさせて、複数のスリット５０をスライダ本体２１の袖部２１Ａに形成する。なお、放電加工中、スライダ本体２１の表面を除去するスパークを繰り返すことによって、スライダ本体２１の表面と加工用電極との間隔が大きくなるため、スライダ本体２１の表面と加工用電極との間隔が一定となるように、サーボメカニズムなどによって加工用電極が移動される。そして、加工溝幅、ワイヤ補正量、放電ギャップ、及びワイヤ径に基づいて、加工用電極をスパークさせつつ移動させることにより、スライダ本体２１の袖部２１Ａに所望の位置及び寸法に設定された複数のスリット５０が形成される。

なお、本実施形態では、スリット５０の形成方法として、ワイヤを用いた放電加工を採用しているが、この加工方法以外にも、レーザー加工や超音波加工等、その他の切断加工法を用いてもよい。
このように、本実施形態では、各転動体軌道路４１の端部の上下に対をなす２つのスリット５０，５０間に形成された緩衝部６０によって、転動体軌道路４１の端部を弾性変形しやすい構造とした。このような構成を採用することによって、転動体３０のスライダ本体２１への出入り時に働く力は、転動体軌道路４１の端部の弾性変形に使われ、スライダ２０の姿勢変化にまで作用しないので、スライダの姿勢変化を低減した直動案内装置を提供することができる。また、ワイヤを用いた放電加工などで、対をなす２つのスリット５０，５０を形成するだけで緩衝部６０が構成されるので、部品点数を増やすことがない。なお、本実施形態の構成に加えて、各転動体転動溝２２，２３にクラウニング形状を加工してもよい。

（他の実施形態）
図４は、本発明に係る直動案内装置の他の実施形態における構成を示す正面図である。図４に示すように、本実施形態では、転動体軌道路４１に転動自在に配置された複数の転動体３０が、これらを保持する保持器３５に装填され、保持器３５と一体となって、案内レール１０に対するスライダ２０の移動に伴って、案内レール１０とスライダ２０との間を回転しながら転動する。

［保持器］
図４に示すように、保持器３５は、案内レール１０の外形輪郭に沿って延出された形状をなしている。すなわち、保持器３５は、案内レール１０の側面部１２，１２に沿った側面部３５ａ，３５ａと、案内レール１０の上面部１１に沿う形状をなし、側面部３５ａ，３５ａを案内レール１０の上方で連結する上面部３５ｂとを有する。側面部３５ａ，３５ａと上面部３５ｂとは一体に成型されてもよい。

また、側面部３５ａ，３５ａには、転動体転動溝１３及び転動体転動溝１４に対向する位置に、それぞれ複数の転動体３０を１つずつ回転可能に保持する複数のポケット（図示せず）が一体的に設けられている。各ポケットは、案内レール１０の延出方向に沿って互いに並列し、かつ等間隔で同位相に配置されている。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。

１ 直動案内装置
１０ 案内レール
２０ スライダ
２１ スライダ本体
２１Ａ 袖部
２１ａ 内側面部
２１ｂ 端部
２１ｃ 外側面部
３０ 転動体
３５ 保持器
５０ スリット
６０ 緩衝部

Claims (2)

1. 案内レールと、断面形状が略コの字形状をなすスライダ本体を有して前記案内レールに跨設されるスライダとを備え、前記案内レールは側面上に転動体転動溝を有し、前記スライダ本体は袖部の内側面上に負荷転動体転動溝を有し、前記転動体転動溝と前記負荷転動体転動溝との間に形成された転動体軌道路内に装填された多数の転動体の転動によって前記スライダが前記案内レールに対して相対移動する直動案内装置であって、
   前記転動体軌道路に沿って、前記スライダ本体の前記袖部の内側面部及び外側面部及び移動方向の端部に開口する複数のスリットが形成され、前記スライダ本体の前記転動体軌道路への前記転動体の出入りの際に外側に生じる力を緩衝する緩衝部が前記複数のスリットの間に形成され、
   前記スリットは、前記スライダ本体の両袖部に設けられた前記負荷転動体転動溝にそれぞれ平行な複数の貫通孔を挟むように設けられ、
   前記転動体を保持する保持器が前記転動体軌道路内に配設されたことを特徴とする直動案内装置。
2. 前記スライダ本体の移動方向両端部に設置されたエンドキャップに複数の前記転動体軌道路に通じ、前記転動体の移動方向を転換する転換路が形成され、該転換路及び複数の前記転動体軌道路を前記転動体が循環することを特徴とする請求項１に記載の直動案内装置。

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