JP6373246B2 - 運動案内装置 - Google Patents
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Description
本発明は、工作機械のワークテーブルや各種搬送装置のテーブルを軌道レールに沿って自在に案内する運動案内装置に関する。
この種の運動案内装置としては特許文献１に開示されるものが知られている。この運動案内装置は、ベッド等の固定部に敷設される軌道レールと、この軌道レールに沿って自在に移動可能であると共に案内対象であるテーブル等の可動体を固定可能な移動ブロックとを備えている。前記移動ブロックはボール又はローラといった複数の転動体を介して前記軌道レールに組み付けられており、前記軌道レールには長手方向に沿って転動体の転走面が形成されている。前記移動ブロックには、前記軌道レールの転走面と対向する転動体の転走面が設けられると共に、当該転走面の一端から多端へ前記転動体を循環させる無限循環路が設けられており、前記転動体が当該無限循環路内を循環することにより、前記移動ブロックが前記軌道レールに沿って自在に運動を行うことが可能となっている。
また、前記無限循環路内には前記転動体の間隔を一定に保持するための保持ベルトが当該転動体と共に組み込まれている。前記保持ベルトは合成樹脂等の可撓性を有する材料から成形されており、当該保持ベルトには転動体を収容するポケットが一定の間隔で配列されている。また、保持ベルトはその全長が無限循環路の経路長よりも短く設定されており、無限循環路に組み込んだ際に、両端部が当該無限循環路内で間隔を空けて互いに向かい合っている。転動体はこの保持ベルトのポケット内で回転しながら前記軌道レールの転走面及び前記移動ブロックの転走面を転走し、ボールが無限循環路内を循環するのに伴い、当該保持ベルトも前記無限循環路内を循環する。
前記移動ブロックが有する転動体の無限循環路は、負荷通路と、この負荷通路と平行に設けられた戻し通路と、前記負荷通路と戻し通路の端部同士を接続する一対の方向転換路とから構成されている。前記負荷通路は前記軌道レールの転走面と前記移動ブロックの転走面とが対向する領域であり、前記転動体は軌道レールと移動ブロックとの間で荷重を負荷しながら当該負荷通路を転走する。一方、前記戻し通路及び前記一対の方向転換路は前記転動体を前記負荷通路の終端から始端へ戻すための無負荷通路であり、前記転動体は当該通路において何ら荷重を負荷していない。
このため、前記軌道レールと前記移動ブロックとの間に相対的な運動が生じると、前記負荷通路内の転動体は強制的に転がされて当該通路内を進行することになるが、前記戻し通路及び前記一対の方向転換路内の転動体は自ら転動せず、前記保持ベルトを介して負荷通路内の転動体に引っ張られ、あるいは押されて当該戻し通路及び一対の方向転換路を進行することになる。
前述したように、前記保持ベルトは両端部が互いに向かい合うようにして前記無限循環路内に組み込まれているので、このような無限循環路内における転動体の動きに起因し、前記保持ベルトにはその端部が前記負荷通路に出入りする際に循環方向に沿った引っ張り力が繰り返し作用することになる。これに伴い、当該保持ベルトが方向転換路に設けられたベルト案内溝に対して部分的に強く擦れて偏摩耗が促進される懸念があった。
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、保持ベルトが転動体と共に無限循環路内を循環する際に、当該保持ベルトに対して作用する引っ張り力を軽減し、保持ベルトの偏摩耗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。
すなわち、本発明の運動案内装置は、軌道レールと、前記軌道レールを転走する多数の転動体と、前記転動体の無限循環路を有すると共に前記軌道レールに沿って運動自在な移動ブロックと、所定間隔で前記転動体を収容するポケットが形成されると共に、前記無限循環路に組み込まれて前記転動体と共に当該無限循環路内を移動する保持ベルトと、を備えており、前記保持ベルトは前記無限循環路内において一対の端部が１個の自由転動体を介して互いに対向し、以下の条件、
（Ｘ−Ｙ）×Ｚ＞（B+C）−Ａ＞０
Ａ：無限循環路の経路長 Ｘ：ポケット径
Ｂ：保持ベルト全長 Ｙ：転動体の直径
Ｃ：自由転動体の直径 Ｚ：前記保持ベルトに配列される転動体数
を満たすものである。
（Ｘ−Ｙ）×Ｚ＞（B+C）−Ａ＞０
Ａ：無限循環路の経路長 Ｘ：ポケット径
Ｂ：保持ベルト全長 Ｙ：転動体の直径
Ｃ：自由転動体の直径 Ｚ：前記保持ベルトに配列される転動体数
を満たすものである。
本発明によれば、前記保持ベルトは長手方向に押し縮められた状態で無限循環路に組み込まれるので、前記保持ベルトの両端部が自由転動体を介して常に互いを押し合っており、前記保持ベルトの循環に伴って当該保持ベルトに作用する引っ張り力が軽減され、当該保持ベルトの偏摩耗を防止することが可能となる。
以下、添付図面を用いて本発明の運動案内装置を詳細に説明する。
図１は本発明を適用可能な運動案内装置の一例を示す斜視図である。この運動案内装置は、直線状に延びる軌道レール１と、転動体としての多数のボール３を介して前記軌道レール１に組付けられた移動ブロック２とから構成されており、固定部に前記軌道レール１を敷設し、前記移動ブロック２に対して各種の可動体を搭載することで、かかる可動体を軌道レール１に沿って往復移動自在に案内することができるようになっている。
前記軌道レール１は略断面四角形状の長尺体に形成されている。この軌道レール１には長手方向に所定の間隔をおいて上面から底面に貫通するボルト取付け孔１２が複数形成されており、これらボルト取付け孔１２に挿入した固定ボルトを用いて、軌道レール１をベッド、コラム等の固定部に対して強固に固定することができるようになっている。前記軌道レール１の左右両側面には長手方向に沿って突部がそれぞれ設けられると共に、これら突部の上下にはボールの転走面１１が１条ずつ設けられ、軌道レール全体としては４条の転走面１１が設けられている。尚、前記軌道レール１に設けられる転走面１１の条数はこれに限られるものではない。
一方、前記移動ブロック２は、大きく分けて、金属製のブロック本体２１と、このブロック本体２１の移動方向の両端に装着される一対の合成樹脂製のエンドプレート２２とから構成されている。この移動ブロック２は前記軌道レールの各転走面１１に対応してボール３の無限循環路を複数備えており、かかる無限循環路は前記移動ブロック２の両端に前記一対のエンドプレートを固定することによって完成している。各無限循環路には可撓性の保持ベルト３０が組み込まれており、かかる保持ベルト３０には多数のボール３が一列に配列されている。従って、前記移動ブロック２が前記軌道レール１の長手方向へ動かされ、前記ボール３が前記軌道レール１の転走面を転がると、前記保持ベルト３０がボール３と一緒に前記無限循環路を循環する。
また、前記移動ブロックには当該移動ブロックと軌道レールとの隙間を密閉する各種シール部材４，５，７が固定されており、軌道レール１に付着した塵芥などが前記無限循環路の内部に侵入するのを防止している。尚、図１は前記無限循環路内におけるボール３及び保持ベルト３０の存在を把握できるように、前記移動ブロック２の全体の１／４を切り欠いて描いてある。
図２及び図３は前記ボール３が配列された前記保持ベルト３０の一部を示すものであり、当該保持ベルト３０の長手方向の端部を含んでいる。前記保持ベルト３０は、一定間隔で一列に配列された複数のスペーサ部３１と、これらスペーサ部３１を連結する一対の結合ベルト部６１とから構成され、これらスペーサ部と結合ベルト部は合成樹脂の射出成形によって製作されている。前記保持ベルト３０は前述のごとく可撓性を備え、前記無限循環路内をボール３と一緒に循環する際に、伸展と湾曲を繰り返すことになる。この際、可撓性を発揮しているのは専ら前記結合ベルト部６１であり、当該結合ベルト部６１は前記スペーサ部３１に比べて自由に撓むことが可能である。
各スペーサ部３１には前記ボール３の球面に近似した曲率の凹面座３３が設けられており、互いに隣接するスペーサ部の間が前記ボールを収容するポケット３４になっている。また、前記保持ベルト３０の端部に位置する末端スペーサ部３１ａも他のスペーサ部３１と同じ形状に形成されており、前記無限循環路内では後述する自由ボール３ａが末端スペーサ部３１ａの具備する凹面座３３ａに摺接するようになっている。
図４に示すように、前記保持ベルト３０に設けたボール３の収容ポケット３４の直径Ｘはボール３の直径Ｙよりも かに大きく設定されている。但し、互いに隣接するスペーサ部３１の間の距離ｄはボール３の直径Ｙよりも小さく設定されており、前記ポケット３４に収容されたボール３は両側に位置するスペーサ部３１の間から抜け落ちることがない。
尚、図２乃至図４を用いて説明した実施形態では本発明の転動体としてボールを用いたが、当該転動体はローラであってもよい。その場合、前記スペーサ部３１に形成する凹面座３３はローラの外周面に近似した曲率の凹面座となる。また、前記スペーサ部３１に形成された凹面座３３は必須のものではなく、転動体同士の直接の接触を回避するという観点からすれば、当該スペーサ部３１は単なる平板状のものであっても差し支えない。
図５は前記無限循環路６を示す断面図である。前記無限循環路６は、負荷通路６０、戻し通路６１及び一対の方向転換路６２で構成されている。前記移動ブロック２を構成するブロック本体２１には、前記軌道レール１の転走面１１と対向する転走面２３が形成されており、ボール３は軌道レール１の転走面１１とブロック本体２１の転走面２３との間で荷重を負荷しながら転がる。前記無限循環路６のうち、このようにボール３が荷重を負荷しながら転動している通路部分が前記負荷通路６０である。また、前記ブロック本体２１には前記負荷通路６０と平行に前記戻し通路６１が形成されている。通常、この戻し通路６１は前記ブロック本体２１を貫通して設けられており、その内径はボール３の直径よりも僅かに大きく設定されている。一方、前記一対の方向転換路６２は前記負荷通路６０の長手方向の両側に位置して、当該負荷通路６０の端部と前記戻し通路６１の端部とを接続している。各方向転換路６２は前記エンドプレート２２に設けられており、一対のエンドプレート２２を前記ブロック本体２１の両端の所定の位置に固定することにより、前記方向転換路６２が前記負荷通路６０と前記戻し通路６１とを接続し、前記ボール３が循環可能な無限循環路６が完成する。
前記無限循環路６にはボール３を前記ポケット３４に収容した前記保持ベルトが組み込まれる。前記保持ベルト３０の両端部は当該無限循環路６の内部で互いに対向し、それらの間には前記ポケット３４に収容されていないボール（以下、「自由ボール」という）３ａが配置されている。この自由ボール３ａは前記保持ベルト３０のポケット３４に配列されたボール３と同一のものであり、他のボール３と同様に前記軌道レール１と前記ブロック本体との間で荷重を負荷している。また、当該自由ボール３ａの球面は前記保持ベルトの末端スペーサ部３１ａの凹面座３３に当接している。従って、前記無限循環路６内には前記スペーサ部３１の厚みに相当する一定の間隔で多数のボール３が配列されていることになる。
前記自由ボール３ａと前記末端スペーサ３１ａの凹面座３３を常に接触させるため、前記無限循環路６の経路長Ａは前記保持ベルト３０の全長Ｂと前記自由ボール３ａの直径Ｃの和よりも小さく設定されている。すなわち、
（Ｂ＋Ｃ）＞Ａ
である。ここで、前記無限循環路６の経路長とは、当該無限循環路内でボール３の中心が描く軌跡の一周分の長さである。また、前記保持ベルト３０の全長Ｂとは、前記末端スペーサ部３１ａに前記自由ボール３ａと接する凹面座３３ａが形成されている場合には、当該保持ベルトの一端の凹面座３３ａの最深部から他端の凹面座３３ａの最深部までの距離である。
（Ｂ＋Ｃ）＞Ａ
である。ここで、前記無限循環路６の経路長とは、当該無限循環路内でボール３の中心が描く軌跡の一周分の長さである。また、前記保持ベルト３０の全長Ｂとは、前記末端スペーサ部３１ａに前記自由ボール３ａと接する凹面座３３ａが形成されている場合には、当該保持ベルトの一端の凹面座３３ａの最深部から他端の凹面座３３ａの最深部までの距離である。
従って、以下の式、
δ＝（Ｂ＋Ｃ）−Ａ＞０
が満足されれば、前記保持ベルト３０はその長手方向へ押し縮められた状態で前記無限循環路６に組み込まれ、当該保持ベルト３０の両端に位置する一対の末端スペーサ部３１ａは常に前記自由ボール３ａと接触することになる。
δ＝（Ｂ＋Ｃ）−Ａ＞０
が満足されれば、前記保持ベルト３０はその長手方向へ押し縮められた状態で前記無限循環路６に組み込まれ、当該保持ベルト３０の両端に位置する一対の末端スペーサ部３１ａは常に前記自由ボール３ａと接触することになる。
一方、前記無限循環路６に対して前記保持ベルト３０及び自由ボール３ａを組み込むためには、当該保持ベルト３０の全長を前述の長さδだけ長手方向へ押し縮めることが必要である。この点に関し、前記保持ベルト３０の各ポケット３４の直径Ｘはそこに収容されるボール３の直径Ｙよりも大きく設定しており、当該ポケット３４に収容されたボール３と前記スペーサ部３１との間に隙間（Ｘ−Ｙ）が存在する。従って、この隙間を排除することにより、前記保持ベルト３０を無理なく押し縮めることが可能であり、この際に個々の結合ベルト部３２はわずかに圧縮されて撓んだ状態となる。
前記保持ベルト３０に配列されるボール３の総数をＺとした場合、各ボール３とスペーサ部３１との隙間を排除するように当該保持ベルト３０を押し縮めると、その最大量は、
δmax＝（Ｘ−Ｙ）Ｚ
となる。すなわち、このδmaxまでは前記スペーサ部３１を押し潰すことなく、前記保持ベルト３０の全長をその長手方向へ無理なく押し縮めることができる。
δmax＝（Ｘ−Ｙ）Ｚ
となる。すなわち、このδmaxまでは前記スペーサ部３１を押し潰すことなく、前記保持ベルト３０の全長をその長手方向へ無理なく押し縮めることができる。
以上から明らかなように、以下の条件、
（Ｘ−Ｙ）×Ｚ＞（Ｂ＋Ｃ）−Ａ＞０
を満たすように、無限循環路６の経路長Ａ、保持ベルト３０の全長Ｂ、自由ボール３ａの直径Ｃ、保持ベルト３０のポケット３４の直径Ｘ、ボール３の直径Ｙ、前記保持ベルト３０に配列されるボール３の総数Ｚを設定すれば、前記無限循環路６に組み込んだ保持ベルト３０の両端部の間に1個の自由ボール３ａを挟みつつ、当該保持ベルト３０の末端スペーサ部３１ａを前記自由ボール３ａに常に圧接させておくことが可能となる。
（Ｘ−Ｙ）×Ｚ＞（Ｂ＋Ｃ）−Ａ＞０
を満たすように、無限循環路６の経路長Ａ、保持ベルト３０の全長Ｂ、自由ボール３ａの直径Ｃ、保持ベルト３０のポケット３４の直径Ｘ、ボール３の直径Ｙ、前記保持ベルト３０に配列されるボール３の総数Ｚを設定すれば、前記無限循環路６に組み込んだ保持ベルト３０の両端部の間に1個の自由ボール３ａを挟みつつ、当該保持ベルト３０の末端スペーサ部３１ａを前記自由ボール３ａに常に圧接させておくことが可能となる。
前記無限循環路６内で前記保持ベルト３０がボール３と共に一方向へ循環している場合、当該保持ベルト３０は前記負荷通路６０内を転走しているボール３によって動かされることから、無限循環路６内における保持ベルト３０の両端部の位置に応じて、当該保持ベルト３０には大きな引っ張り力が作用することになる。
その際、前述した条件を満たすように前記無限循環路６内に保持ベルト３０と自由ボール３ａを組み込んであれば、当該無限循環路６内における保持ベルト３０の循環方向に関し、前記保持ベルト３０の前端が常に後端を押圧することになるので、前記保持ベルト３０に作用する引っ張り力の変動を軽減することができ、無限循環路６内における前記保持ベルト３０の偏摩耗を防止することが可能となる。
尚、本発明はボールを転動体とした運動案内装置だけでなく、ローラを転動体とした運動案内装置にも適用可能である。また、図１を用いて具体的に示した運動案内装置はあくまでも一例であり、本発明を適用可能な運動案内装置の形状はこれに限定されるものではない。
１…軌道レール、２…移動ブロック、３…ボール（転動体）、３ａ…自由ボール（自由転動体）、６…無限循環路、３０…保持ベルト
Claims (3)
- 軌道レールと、前記軌道レールを転走する多数の転動体と、前記転動体の無限循環路を有すると共に前記軌道レールに沿って運動自在な移動ブロックと、
所定間隔で前記転動体を収容するポケットが形成されると共に、前記無限循環路に組み込まれて前記転動体と共に当該無限循環路内を移動する保持ベルトと、を備え、
前記保持ベルトは、一定間隔で一列に配列された複数のスペーサ部と、これらスペーサ部を連結すると共に可撓性を有する一対の結合ベルト部とから構成され、前記転動体の収容ポケットは互いに隣接する一対のスペーサ部の間に設けられ、
前記保持ベルトは前記無限循環路内において一対の端部が1個の自由転動体を介して互いに対向し、
以下の条件、
（Ｘ−Ｙ）×Ｚ＞（Ｂ＋Ｃ）−Ａ＞０
Ａ：無限循環路の経路長 Ｘ：ポケット径
Ｂ：保持ベルト全長 Ｙ：転動体の直径
Ｃ：自由転動体の直径 Ｚ：前記保持ベルトに配列される転動体数
を満たすことを特徴とする運動案内装置。 - 各スペーサ部は前記転動体が接する凹面座を有しており、前記保持ベルトの端部に位置する末端スペーサは前記自由転動体が接する凹面座を有していることを特長とする請求項１記載の運動案内装置。
- 前記自由転動体は前記保持ベルトのポケットに収容された転動体と同一直径であり、前記軌道レールと前記移動ブロックとの間で荷重を負荷していることを特長とする請求項１記載の運動案内装置。
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