JP6559176B2 - 運動案内装置 - Google Patents

Description

本発明は、テーブル等が運動するのを案内する運動案内装置に関する。

この種の運動案内装置は、ベース等に取り付けられる軌道部材と、軌道部材にボール、ローラ等の転動体を介して相対移動可能に組み付けられ、テーブル等に取り付けられるキャリッジと、を備える。軌道部材には、転動体が転走する転動体転走部が形成される。キャリッジには、転動体転走部に対向する負荷転動体転走部が形成される。キャリッジが軌道部材に対して相対移動すると、転動体が転動体転走部と負荷転動体転走部との間の負荷路を転がり運動する。

キャリッジには、転動体を循環させるための循環路が設けられる。循環路は、負荷路と、負荷路に平行な戻し路と、負荷転動体転走部と戻し路とに繋がる略Ｕ字状のターン路と、から構成され、トラック状である。キャリッジが軌道部材に対して相対移動すると、転動体が循環路を循環する。

従来の運動案内装置において、循環路は一平面内に配置される。そして、キャリッジの正面視（キャリッジの相対移動方向視）において、循環路は転動体の接触角の方向に配置される（特許文献１参照）。転動体と転動体転走部との接触幅、及び転動体と負荷転動体転走部との接触幅を確保するためである。

特開２００３−３４３５５６号公報

しかし、従来の運動案内装置にあっては、循環路のレイアウトに上記の制約があり、キャリッジが大型化するという課題がある。キャリッジをコンパクトにするために、キャリッジの正面視において、転動体の接触角の方向から循環路をずらすと、転動体の接触幅が犠牲になり、運動案内装置の定格荷重及び許容荷重が小さくなるという課題がある。

そこで本発明は、定格荷重及び許容荷重が小さくなるのを防止でき、キャリッジをコンパクトにすることができる運動案内装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、転動体転走部を有する軌道部材と、前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部、前記負荷転動体転走部に平行な戻し路、及び前記負荷転動体転走部と前記戻し路とに繋がる略Ｕ字状のターン路を有するキャリッジと、前記転動体転走部と前記負荷転動体転走部との間の負荷路、前記戻し路、及び前記ターン路に循環可能に配列される複数の転動体と、を備える運動案内装置において、前記転動体は、リテーナバンドによって保持されており、前記リテーナバンドは、一つの帯状のバンド本体と、前記転動体間に介在し、前記バンド本体に一体に形成される複数のスペーサと、を備え、前記キャリッジの相対移動方向に直交する断面視において、前記負荷路における前記リテーナバンドと前記戻し路における前記リテーナバンドとがハの字状に開き、前記負荷路と前記戻し路とが重なる方向から見た側面視において、前記ターン路の少なくとも一部と前記リテーナバンドの一部が、前記リテーナバンドの前記ハの字状の開いた方へ湾曲する運動案内装置である。

本発明によれば、転動体の接触幅を犠牲にすることなく、循環路の配置設計の自由度を増すことができる。このため、定格荷重及び許容荷重が小さくなるのを防止でき、キャリッジをコンパクトにすることができる。

本発明の第１の実施形態の運動案内装置の斜視図（一部断面を含む）である。 エンドプレートを取り外した状態の本実施形態の運動案内装置の正面図である。 キャリッジの相対移動方向に直交する本実施形態の運動案内装置の断面図である。 循環路の斜視図である。 循環路の３面図（図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は正面図、図５（ｃ）は側面図）である。 リテーナバンドを示す図（図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は側面図）である。 ハの字状に開いたリテーナバンドの斜視図である。 ハの字状に開いたリテーナバンドの３面図（図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は正面図、図８（ｃ）は側面図）である。 エンドプレートを取り外した状態の本発明の第２の実施形態の運動案内装置の正面図である。 循環路の３面図（図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は正面図、図１０（ｃ）は側面図）である。 ハの字状に開いたリテーナバンドの３面図（図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は正面図、図１１（ｃ）は側面図）である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態の運動案内装置を説明する。ただし、本発明の運動案内装置は種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
（第１の実施形態）

図１ないし図３は、本発明の第１の実施形態の運動案内装置を示す。図１は、運動案内装置の斜視図（一部断面図を含む）である。図２は、エンドプレート５を取り外した状態の運動案内装置の正面図（キャリッジ２の相対移動方向視）である。図３は、キャリッジ２の相対移動方向に直交する運動案内装置の断面図である。

なお、以下の説明において、説明の便宜上、運動案内装置を水平面に配置し、運動案内装置を正面視（キャリッジ２の相対移動方向視）したときの方向、すなわち図１、図２の上下、左右、前後を用いて運動案内装置の構成を説明する。もちろん、運動案内装置の配置はこれに限られるものではない。

図１に示すように、第１の実施形態の運動案内装置はリニアガイドである。符号１は軌道部材としての案内レール、符号２はキャリッジ、符号６は転動体としてのボールである。キャリッジ２の左右には、上下２つのトラック状の循環路７が設けられる。循環路７は合計４つである。第１の実施形態では、低ウェービングと高剛性を実現するために、各循環路７に２つのボール列６ａ，６ｂを設け、合計８つのボール列６ａ，６ｂを設ける。

案内レール１は、前後方向に長い。案内レール１の上部の左右には、左右方向に突出する突条１１が形成される。案内レール１には、突条１１を挟むようにその左右に上下２つの転動体転走部としてのボール転走部１２が形成される。各ボール転走部１２には２条のボール転走溝１ａが形成され、案内レール１には合計８条のボール転走溝１ａが形成される。ボール転走溝１ａは、断面が単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝である。案内レール１には、案内レール１をベース等に取り付けるための通し孔１ｂが開けられる。

キャリッジ２は、キャリッジ本体３と、キャリッジ本体３の相対移動方向の両端面に取り付けられるインナープレート４と、キャリッジ本体３の両端面にインナープレート４を覆うように取り付けられるエンドプレート５と、を備える。

図３に示すように、キャリッジ本体３は、正面視において逆Ｕ字状であり（図３は右半分のみ示すが、キャリッジ本体３は左右対称である）、案内レール１の上面に対向する中央部３ａと、案内レール１の側面に対向する左右の袖部３ｂと、を有する。キャリッジ本体３の左右の袖部３ｂには、案内レール１のボール転走部１２に対向する上下２つの負荷ボール転走部１３が形成される。各負荷ボール転走部１３には２条の負荷ボール転走溝３ｃが形成され、キャリッジ本体３には合計８条の負荷ボール転走溝３ｃが形成される。負荷ボール転走溝３ｃは、断面が単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝である。

キャリッジ本体３の負荷ボール転走部１３と案内レール１のボール転走部１２との間が負荷路Ｃ１を構成する。上側の負荷路Ｃ１のボール６の接触角Ｌ１の方向と水平方向Ｌ２とのなす角度はθ１である。下側の負荷路Ｃ１のボール６の接触角Ｌ３の方向と水平方向Ｌ２とのなす角度はθ２である。ここで、接触角Ｌ１，Ｌ３の方向は、ボール６とボール転走溝１ａとの接触点と、ボール６と負荷ボール転走溝３ｃの接触点と、を結んだ線の方向である。θ１、θ２は、キャリッジ２が受ける荷重の方向に応じて適宜決定される。θ１，θ２を例えば４５°に設定すれば、キャリッジ２が上下左右の４方向の荷重を均等に受けられるようになる。

なお、ボール転走溝１ａ及び負荷ボール転走溝３ｃをゴシックアーチ溝にすることも可能である。ゴシックアーチ溝の場合、接触角の方向は、ボール転走溝１ａのゴシックアーチ溝の底と負荷ボール転走溝３ｃのゴシックアーチ溝の底とを結んだ線の方向である。

図３に示すように、キャリッジ本体３には、負荷ボール転走部１３と平行に貫通穴１４が形成される。貫通穴１４には、戻し路Ｃ２を構成する戻し路構成部材１５が挿入される。戻し路Ｃ２は、キャリッジ本体３の左右の袖部３ｂに上下２つ、合計４つ設けられる。戻し路Ｃ２は、ボール６の接触角Ｌ１，Ｌ３の方向から水平方向Ｌ２に向かってずれた位置に配置される。

図１及び図２に示すように、インナープレート４は、正面視において逆Ｕ字状であり、案内レール１の上面に対向する中央部４ａと、案内レール１の側面に対向する左右一対の袖部４ｂと、を有する。インナープレート４の袖部４ｂには、負荷路Ｃ１と戻し路Ｃ２とを繋ぐ略Ｕ字状のターン路Ｃ３の内周側が形成される。

図１に示すように、エンドプレート５も、正面視において逆Ｕ字状であり、案内レール１の上面に対向する中央部５ａと、案内レール１の側面に対向する左右一対の袖部５ｂと、を有する。エンドプレート５の袖部５ｂには、略Ｕ字状のターン路Ｃ３の外周側が形成される。ターン路Ｃ３は、インナープレート４及びエンドプレート５の左右の袖部４ｂ，５ｂに上下２つ、合計４つ設けられる。

エンドプレート５とインナープレート４とは、ボルト２１（図２参照）によってキャリッジ本体３に取り付けられる。エンドプレート５及びインナープレート４には、ボルト用の通し穴が形成される。エンドプレート５及びインナープレート４の通し穴にボルト２１を通し、ボルト２１をキャリッジ本体３にねじ込むことで、エンドプレート５及びインナープレート４がキャリッジ本体３に取り付けられる。

図４は循環路７の斜視図を示し、図５は循環路７の３面図を示す。直線状の負荷路Ｃ１、直線状の戻し路Ｃ２、及び一対の略Ｕ字状のターン路Ｃ３がトラック状の循環路７を構成する。循環路７は、キャリッジ２の左右の袖部に上下２つ、合計４つ設けられる（図２参照）。

図５（ａ）に示すように、負荷路Ｃ１は、案内レール１とキャリッジ本体３との間に形成される。戻し路Ｃ２は、キャリッジ本体３に形成される。ターン路Ｃ３は、インナープレート４とエンドプレート５との間に形成される。本実施形態では、循環路７に２つのボール列６ａ，６ｂが配列されるので、循環路７は、断面略円状のボール循環路を上下２段に重ねた形状になる。

図５（ｃ）に示すように、負荷路Ｃ１と戻し路Ｃ２とが重なる方向から見た側面視において、ターン路Ｃ３は湾曲する。側面視において、ターン路Ｃ３の中心（ボール６の移動方向におけるターン路Ｃ３の中心）と負荷路Ｃ１及び戻し路Ｃ２との間には、湾曲度合いを示すずれＡが生ずる。この結果、図５（ｂ）に示すように、正面視において、ターン路Ｃ３は凸状に湾曲する。なお、負荷路Ｃ１と戻し路Ｃ２とが重なる方向から見た側面視とは、図３の上側の負荷路Ｃ１及び戻し路Ｃ２を右斜め上方向（矢印Ｖ１の方向）から見て、図３の下側の負荷路Ｃ１及び戻し路Ｃ２を右斜め下方向（矢印Ｖ２の方向）から見ることを意味する。

図２に示すように、上側のターン路Ｃ３は上に凸状に湾曲し、下側のターン路Ｃ３は下に凸状に湾曲する。上側のターン路Ｃ３と下側のターン路Ｃ３とは、左右方向（幅方向）の中央部が最も離れる。上側のターン路Ｃ３の幅方向の中央部と下側の前記ターン路Ｃ３の幅方向の中央部との間には、エンドプレート５の取付け用ボルト２１が配置される。

図６に示すように、リテーナバンド２２は、帯状のバンド本体２２ａと、ボール６間に介在し、バンド本体２２ａに一体に形成される複数のスペーサ２２ｂと、を備える。この実施形態では、リテーナバンド２２に２つのボール列６ａ，６ｂが保持される。一方のボール列６ａと他方のボール列６ｂとは半ピッチ位相がずれる。

図２に示すように、キャリッジ本体３には、負荷路Ｃ１におけるリテーナバンド２２を保持・案内する保持部２３ａ，２３ｂ，２３ｃが設けられる。図２の符号５は背面側のエンドプレートである。図３に示すように、キャリッジ本体３の戻し路構成部材１５には、戻し路Ｃ２におけるリテーナバンド２２を案内する案内溝１５ａが設けられる。インナープレート４とエンドプレート５の間には、ターン路Ｃ３におけるリテーナバンド２２を案内する案内溝が設けられる。

図３に示すように、キャリッジ２の断面視において、負荷路Ｃ１におけるリテーナバンド２２と戻し路Ｃ２におけるリテーナバンド２２とがハの字状に開く。これは、負荷路Ｃ１でのボール６の接触幅を確保するため、リテーナバンド２２を接触角Ｌ１，Ｌ３の方向に垂直に配置し、なおかつキャリッジ２をコンパクトにするため、戻し路Ｃ２を接触角Ｌ１，Ｌ３の方向から水平方向Ｌ２にずれた位置に配置するからである。

図７は、ハの字状に開いたリテーナバンド２２の斜視図を示し、図８は、ハの字状に開いたリテーナバンド２２の３面図を示す。図７に示すように、帯状のリテーナバンド２２を略Ｕ字状に曲げ、ハの字状に開くと、図８（ｃ）の側面図に示すように、リテーナバンド２２のターン部２２ｃは開いた方向Ｐに向かって自然に湾曲する。この状態は発生応力が最も小さい無理のない状態である。リテーナバンド２２のターン部２２ｃの中心（リテーナバンド２２のターン部２２ｃの長さ方向の中心）とハの字状に開いたリテーナバンド２２の直線部分２２ｄとの間には、湾曲度合いを示すずれＡが生ずる。図５（ｃ）に示すように、ターン路Ｃ３もリテーナバンド２２の湾曲に合わせてハの字状に開いた方へ湾曲していて、ターン路Ｃ３のずれＡは、リテーナバンド２２のターン部２２ｃのずれＡに一致する。

本実施形態の運動案内装置によれば、以下の効果を奏する。負荷路Ｃ１と戻し路Ｃ２とが重なる側面視において、ターン路Ｃ３が湾曲する（図５（ｃ）参照）ので、ボール６とボール転走溝１ａとの接触幅、及びボール６と負荷ボール転走溝３ｃとの接触幅を犠牲にすることなく、戻し路Ｃ２をボール６の接触角Ｌ１，Ｌ３の方向から水平方向Ｌ２にずれた位置に配置することができる（図３参照）。このため、定格荷重及び許容荷重が小さくなるのを防止でき、キャリッジ２をコンパクトにすることができる。また、同等サイズの運動案内装置では、定格荷重及び許容荷重を大きくすることができる。

リテーナバンド２２をハの字状に開き、側面視において、ターン路Ｃ３をリテーナバンド２２がハの字状に開いた方Ｐへ湾曲させる（図５（ｃ）、図８（ｃ）参照）ので、ターン路Ｃ３の湾曲をリテーナバンド２２の湾曲に合わせることができ、リテーナバンド２２を無理なくターンさせることができる。

リテーナバンド２２が２つ以上のボール列６ａ，６ｂを保持するので、負荷路Ｃ１と戻し路Ｃ２でハの字状に開いたリテーナバンド２２の姿勢を安定させることができ（図３参照）、リテーナバンド２２が案内溝を摺るのを防止又は低減することができる。

正面視において、上側のターン路Ｃ３が上に凸状に湾曲し、下側のターン路Ｃ３が下に凸状に湾曲する（図２参照）ので、運動案内装置をよりコンパクトにすることができる。

上側のターン路Ｃ３と下側のターン路Ｃ３とは、左右方向（幅方向）の中央部が最も離れている（図２参照）ので、これらの中央部の間にエンドプレート５の取付け用ボルト２１を配置することができ、なおかつボルト２１をより大きなサイズにすることができる。一般に、エンドプレート５は、生産性及び機能性の面から樹脂製の略板形状をしたものが使用される。限られた数のボルト２１でエンドプレート５を金属製のキャリッジ本体３に固定するので、エンドプレート５の、ボルト２１の位置から離れた部分は、キャリッジ本体３との密着性が劣るおそれがある。従来のエンドプレート５の取り付け用のボルト２１´は、ターン路Ｃ３に対して偏った位置に配置せざるを得なかったが、ボルト２１をターン路Ｃ３の左右方向の中央部に配置することで、エンドプレート５とキャリッジ本体３との密着性を向上させることができる。
（第２の実施形態）

図９は本発明の第２の実施形態の運動案内装置を示す。図９はエンドプレート５を取り外した状態の運動案内装置の正面図を示す。

第２の実施形態の運動案内装置も、軌道部材としての案内レール１と、案内レール１に相対移動可能に組み付けられるキャリッジ２と、案内レール１とキャリッジ２との間に介在する転動体としてのボール６と、を備える。キャリッジ２の左右には、上下２つのトラック状の循環路７が設けられる。

第２の実施形態では、循環路７に１つのボール列が配列される点が第１の実施形態と異なる。案内レール１の各ボール転走部には１条のボール転走溝１ａが形成され、案内レール１には合計４条のボール転走溝１ａが形成される。キャリッジ本体３の各負荷ボール転走部には１条の負荷ボール転走溝が形成され、キャリッジ本体３には合計４条の負荷ボール転走溝が形成される。案内レール１、キャリッジ本体３、インナープレート４のその他の構成は、第１の実施形態と略同一なので、同一の符号を附してその説明を省略する。

図１０は循環路７の３面図を示す。直線状の負荷路Ｃ１、直線状の戻し路Ｃ２、一対の略Ｕ字状のターン路Ｃ３がトラック状の循環路７を構成する。図１０（ｃ）に示すように、負荷路Ｃ１と戻し路Ｃ２とが重なる方向から見た側面視において、ターン路Ｃ３は湾曲する。側面視において、ターン路Ｃ３の中心（ボール６の移動方向におけるターン路Ｃ３の中心）と負荷路Ｃ１及び戻し路Ｃ２との間には、湾曲度合いを示すずれＢが生ずる。この結果、図１０（ｂ）に示すように、正面視において、ターン路Ｃ３は凸状に湾曲する。

図９に示すように、上側のターン路Ｃ３は上に凸状に湾曲し、下側のターン路Ｃ３は下に凸状に湾曲する。上側のターン路Ｃ３と下側のターン路Ｃ３とは、左右方向（幅方向）の中央部が最も離れる。上側のターン路Ｃ３の幅方向の中央部と下側のターン路Ｃ３の幅方向の中央部との間には、エンドプレート５の取付け用ボルト２１が配置される。

図１１は、ハの字状に開いたリテーナバンドの３面図を示す。図１１に示すように、帯状のリテーナバンド２２を略Ｕ字状に曲げ、ハの字状に開くと、図１１（ｃ）の側面図に示すように、リテーナバンド２２のターン部２２ｃは開いた方Ｐに向かって自然に湾曲する。リテーナバンド２２のターン部２２ｃの中心（リテーナバンド２２のターン部２２ｃの長さ方向の中心）とハの字状に開いた直線部分２２ｄとの間には、湾曲度合いを示すずれＢが生ずる。図１０（ｃ）に示すように、ターン路Ｃ３もリテーナバンド２２の湾曲に合わせてハの字状に開いた方へ湾曲していて、ターン路Ｃ３のずれＢはリテーナバンド２２のターン部２２ｃのずれＢに一致する。

第２の実施形態でも、負荷路Ｃ１と戻し路Ｃ２とが重なる側面視において、ターン路Ｃ３が湾曲する（図１０（ｃ）参照）ので、ボール６とボール転走溝１ａとの接触幅、及びボール６と負荷ボール転走溝との接触幅を犠牲にすることなく、戻し路Ｃ２をボール６の接触角の方向から水平方向にずれた位置に配置することができる（図９参照）。このため、運動案内装置の定格荷重及び許容荷重を小さくするのを防止でき、キャリッジ２をコンパクトにすることができる。

リテーナバンド２２をハの字状に開き、側面視において、ターン路Ｃ３をリテーナバンド２２がハの字状に開いた方へ湾曲させる（図１０（ｃ）、図１１（ｃ）参照）ので、ターン路Ｃ３の湾曲をリテーナバンド２２の湾曲に合わせることができ、リテーナバンド２２を無理なくターンさせることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々に変更可能である。

第１及び第２の実施形態の運動案内装置において、ボールを保持するリテーナバンドを省略することができる。すなわち、本発明は総ボール型の運動案内装置にも適用することができる。

第１及び第２の実施形態の運動案内装置において、側面視において、ターン路の全体が湾曲しているが、ターン路の一部のみを湾曲させることもできる。

転動体として、ボールの替わりにローラを使用することもできる。本発明は、リニアガイドの他にボールスプラインにも適用することができる。

１…案内レール（軌道部材）、１ａ…ボール転走溝（転動体転走部）、２…キャリッジ、３…キャリッジ本体、３ｃ…負荷ボール転走溝（負荷転動体転走部）、４…インナープレート、５…エンドプレート、６…ボール（転動体）、６ａ，６ｂ…ボール列、７…循環路、１２…ボール転走部（転動体転走部）、１３…負荷ボール転走部（負荷転動体転走部）、２１…ボルト、２２…リテーナバンド、Ｃ１…負荷路、Ｃ２…戻し路、Ｃ３…ターン路

Claims (4)

1. 転動体転走部を有する軌道部材と、
   前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部、前記負荷転動体転走部に平行な戻し路、及び前記負荷転動体転走部と前記戻し路とに繋がる略Ｕ字状のターン路を有するキャリッジと、
   前記転動体転走部と前記負荷転動体転走部との間の負荷路、前記戻し路、及び前記ターン路に循環可能に配列される複数の転動体と、を備える運動案内装置において、
   前記転動体は、リテーナバンドによって保持されており、
   前記リテーナバンドは、一つの帯状のバンド本体と、前記転動体間に介在し、前記バンド本体に一体に形成される複数のスペーサと、を備え、
   前記キャリッジの相対移動方向に直交する断面視において、前記負荷路における前記リテーナバンドと前記戻し路における前記リテーナバンドとがハの字状に開き、
   前記負荷路と前記戻し路とが重なる方向から見た側面視において、前記ターン路の少なくとも一部と前記リテーナバンドの一部が、前記リテーナバンドの前記ハの字状の開いた方へ湾曲する運動案内装置。
2. 前記リテーナバンドに２列以上の前記転動体が保持されることを特徴とする請求項１に記載の運動案内装置。
3. 前記運動案内装置を水平面に配置した状態の前記キャリッジの正面視において、前記キャリッジの左右に上下２つの前記ターン路が設けられ、上側の前記ターン路は上に凸状に湾曲し、下側の前記ターン路は下に凸状に湾曲することを特徴とする請求項１又は２に記載の運動案内装置。
4. 前記上側の前記ターン路と前記下側の前記ターン路とは、幅方向の中央部が最も離れており、
   前記上側の前記ターン路と前記下側の前記ターン路との間に、前記ターン路の外周側が形成されるエンドプレートの取付け用ボルトが配置されることを特徴とする請求項３に記載の運動案内装置。

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