JPH0620892Y2 - リニアガイド装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、ガイドレールと、その上を自在に走行する
スライダとの間に介在されたボールを循環させる循環路
を備えたリニアガイド装置に関し、特にそのボールの循
環作動の円滑化を図ったものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種のリニアガイド装置としては、例えば実開
昭５８−１５５４２６号公報に示されるものがある。

このものは、第８図ないし第１０図に示すように、両側
面に軸方向のボール転動溝５０を有する長尺のガイドレ
ール（軌道軸）５１と、そのガイドレール５１上に移動
可能に跨架されると共にガイドレールのボール転動溝５
０に対向するボール転動溝５２を内側面に、及びこれに
平行するボール通路としての軸方向の貫通孔５３を肉厚
内に形成したスライダ（摺動台）本体５４Ａと、そのス
ライダ本体５４Ａの両端面にそれぞれ固定される部材で
あって、スライダ本体のボール転動溝５２と該ボール転
動溝５２に対応する貫通孔５３とにまたがる半ドーナツ
状のボール通路である湾曲したボール循環路５５が凹部
として形成されているエンドキャップ（側板）５６と、
前記ガイドレール５１及びスライダ本体５４Ａのボール
転動溝５０及び５２、貫通孔５３、半ドーナツ状のボー
ル循環路５５内に転動自在に満たされた多数のボールＢ
とを備えている。

そして、スライダ５４がガイドレール５１上を軸方向に
相対移動するとき、ボールＢが上記貫通孔５３，ボール
循環路５５を通り、ボール転動溝５０及び５２内を転動
循環するから、スライダ５４はボールＢの転動を介して
軸方向に移動する。

〔考案が解決しようとする問題点〕

近時、リニアガイド装置に対する負荷容量の増強の要求
が高まりつつある。その対応策としては、スライダ５４
の軸方向の長さを延長してスライダ５４とガイドレール
５１間に介在するボールＢの数を増やすことが考えられ
るが、これはスライダ５４の寸法が大きくなり、スライ
ダ５４の互換性の点で好ましくない。そこで、ボールＢ
の直径を大きくすることで対応する方法が考えられる。
その場合ボール直径（Ｄ）と同時にボール循環路５５の
湾曲した通路の曲率半径（Ｒ）を増やすと、リニアガイ
ド装置の大型化を来すので、従来との互換性の点から同
一のスペースのままでボール径Ｄのみを大きくすること
が望まれる。

しかし、ボール循環路５５の曲率半径（Ｒ）とボール直
径（Ｄ）との比（Ｄ／Ｒ）値が一定の限度以下になる
と、ボール循環路５５の外方周壁面５５ＡとボールＢと
の間に作用する摩擦力が大きくなり、又摩擦力の変動も
大きく、ボールＢの流れが悪くなることが実験的に確認
されている。

ところで、ボール循環路５５内を通過するボールＢは、
通常、転動することなく循環路の外周壁面を滑って移動
しつつ方向転換する。すなわちボール循環路５５の外方
周壁面５５Ａはボールにより押圧され、ボールＢとの間
にはすべり摩擦力が生じ、これが摺動抵抗として作用す
る。

また、ボール循環路５５内でのボールＢの挙動を詳細に
みると、半ドーナツ状のボール循環路５５の外方周壁面
５５ＡとボールＢとの間に滑りとともに、ボール同士で
の押圧力が作用することにより、ボールＢは第１１図に
矢符号イで示すように、垂直方向へ移動することが認め
られる。

すなわち、従来のリニガガイド装置のエンドキャップ５
６に形成された半ドーナツ状のボール循環路５５は、そ
の外方周壁面５５Ａが滑らかな半円状曲線を以て構成さ
れている。また、ボール循環路５５の天井面５５Ｂとボ
ールＢとの間には幾らかの隙間Ｃがあり、後方からの推
力Ｐに押されて進行するボールＢは、ボール循環路５５
の半円状外周壁面５５Ａに沿って乗り上げる傾向があ
る。この乗り上げたボールＢ１は、外方周壁面５５Ａの
接点位置が上方に移り、このボールを押圧する力Ｐと反
力がバランスする所まで乗り上げる。この反力の方向
は、ボールＢには重さＷがあるので、ボールを押圧する
力Ｐの合力方向とは若干方向が異なったものとなる。こ
のため、その前後のボールＢに対して下方への押圧力を
負荷するから、いわばクサビ作用が発現して、ボールの
進行に対する抵抗力を部分的に増大させる。

すなわち、従来のリニアガイド装置にあっては、ボール
循環路５５におけるボールＢの乗り上げ現象に基づく抵
抗の変動生じて、ボールの摺動抵抗が息継ぎ的に絶えず
変動することとなり、その結果ボール循環路５５内を移
動するボールＢの安定した滑らかな移動が損なわれる点
に問題があった。

また、従来のリニアガイド装置のスライダ本体５４Ａに
形成されるボール通路としての貫通孔５３は、その横断
面が角形に形成されているため、この直線部分を通るボ
ールＢは一方の壁面に押圧される拘束力を受けて千鳥状
となり、くさび作用により円滑な循環が阻害されるとい
う問題があった。

この考案は、ボール循環路５５の外方周壁面５４Ａとボ
ールＢとの間の摩擦力の変動を軽減せしめるとともに、
ボール通路としての貫通孔５３においてボールＢが受け
るくさび作用を除去し、ひいてはリニアガイド装置の作
動性を向上させることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するこの考案のリニアガイド装置
は、両側面に軸方向のボール転動溝を有して延長された
ガイドレールと、ガイドレール上に移動可能に跨架され
ると共にガイドレールのボール転動溝に対向するボール
転動溝を内側面に及びこれに平行するボール通路として
の貫通孔を肉厚内に有するスライダ本体と、前記ボール
通路とボール転動溝とを連通せしめる半円弧状に湾曲し
たボール循環路を有してスライダ本体の端部に接合され
たエンドキャップと、上記対向する両ボール転動溝、ボ
ール通路及びボール循環路内に転動自在に挿入された多
数のボールとを備えたリニアガイド装置において、前記
エンドキャップのボール循環路の外周側案内面が前記ボ
ールから受ける押圧力をほぼ垂直に支持する横断面形状
とされ、前記スライダ本体のボール通路としての貫通孔
が横断面円形状とされている。

〔作用〕

エンドキャップのボール循環路の外周側案内面が、ボー
ルから受ける押圧力をほぼ垂直に支持する横断面形状と
されているから、所定の推進力に押されてボール循環路
内進行するボールは、垂直方向には滑らない。すなわ
ち、ボールは循環路の湾曲カーブに沿って単にその周面
上を水平方向にのみ滑り移動し、乗り上がり現象は生じ
ない。したがって循環路内での摩擦抵抗の息継ぎ的変動
はなく、ボールの進行は極めて円滑に行われる。

また、スライダ本体のボール通路としての貫通孔が横断
面円形状とされているから、この貫通孔を進行するボー
ルは、横方向の分力によって一方の壁面に押圧されるよ
うな拘束を受けることなく、円滑に進行する。

〔実施例〕

以下、この考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図ないし第５図はこの考案の一実施例を示すもので
あり、ガイドレール１上に、横断面形状がほぼコ字形を
なす摺動台としてのスライダ２が相対移動可能に跨架さ
れている。ガイドレール１には、その両側面に、軸方向
に長い横断面円弧形のボール転動溝３Ａと、横断面ほぼ
半円形のボール転動溝３Ｂとが設けられている。ボール
転動溝３Ｂの溝底には、ボールＢの脱落を防ぐワイヤー
状保持器Ｗ用の逃げ溝Ｗａが軸方向に沿って併設されて
いる。

一方、スライダ２の本体２Ａの両袖部４の内面側に、上
記ボール転動溝３Ａに対向させたボール転動溝５Ａと、
ボール転動溝３Ｂに対応させたボール転動溝５Ｂとがそ
れぞれ形成され、これらの両対向溝によりボール転動路
６Ａと６Ｂとが構成されている。スライダ本体２Ａの両
袖部４の肉厚内には、更にそのボール転動路６Ａに平行
して軸方向に貫通させた断面円形のボール通路孔として
の貫通孔７Ａとボール転動路６Ｂに平行したボール通路
孔としての貫通孔７Ｂとが形成されている。

これに対して、スライダ本体２Ａの前後両端にそれぞれ
接合されるエンドキャップ８は、合成樹脂材の射出成形
品であって、スライダ本体２Ａと同様に横断面がほぼコ
字状をなし、その両袖部９には、スライダ本体２Ａの端
面Ｓと当接する端面８ａ側に、それぞれ半円弧状に湾曲
した凹部をなすボール循環路９Ａと９Ｂとが形成されて
いる。ボール循環路９Ａは、上記ボール転動路６Ａとボ
ール通路孔としての貫通孔７Ａとを連通させ、ボール循
環路９Ｂは、上記ボール転動路６Ｂとボール通路孔とし
ての貫通孔７Ｂとを連通させるものである。

エンドキャップ８の両袖部９には更に、上記の各半円弧
状に湾曲した角形断面の凹部をなすボール循環路９Ａ，
９Ｂの中央部を横断する半円柱状の凹溝１０が形成され
ている。そしてエンドキャップ８の端面８ａの凹溝１０
には、半円柱凸状のリターンガイド１１が嵌合されてお
り、リターンガイド１１が前記凹溝１０に嵌合すること
により、ボール循環路９Ａ，９Ｂは水平断面が略半リン
グ状に形成される。

而して本実施例にあっては、そのボール循環路９Ａ，９
Ｂの横断面形状は、従来のように円弧状ではなく、少な
くとも通路底面Ｓ１に対して通路の外周側案内面Ｓ２が
垂直面となるようにしてある（第３図ａ）。即ち、ボー
ル循環路９Ａ，９Ｂの外周側案内面Ｓ２がボールＢから
受ける押圧力Ｐを、略垂直に支持するようにされてい
る。もっとも、上記２面Ｓ１，Ｓ２の間の交叉角は必ず
しも厳格に垂直である必要はない。第３図(b)に示すよ
うに、外周側案内面Ｓ２が角度φ傾いていたとすると、
ボールＢが循環する際、外周側案内面Ｓ２を押すことに
よりボールＢを上方に変位させようとする力が働く。一
方、ボールＢと通路の外周側案内面Ｓ２の押圧により、
ボールＢが上方に移動しようとするのを妨げる摩擦力が
ボールＢに働く。接触部での摩擦係数をμとすると、こ
の角φにつき、ｔａｎφ＝μなる係数の摩擦角φまでは
ボールＢが浮き上がることはない。角φが垂直に対して
ボール側に傾いた場合、即ちボール循環路９Ａ，９Ｂの
底面Ｓ１と外周側案内面Ｓ２とのなす角が鋭角となるよ
うに傾いた場合は、ボールＢの浮き上がりはないが、ボ
ールＢに対する見掛けの摩擦力が増加することになる。
しかし、角φが摩擦角程度の範囲迄は影響を及ぼさな
い。要は、押圧されたボールＢが外周側案内面Ｓ２に乗
り上がる力、又は摺動抵抗が増加することによりボール
Ｂの運動が阻害されることがない範囲の垂直（９０°±
摩擦角、以下準垂直という）を保つように形成される。

１２は上記凹溝１０，１０に連通された給油溝で、エン
ドキャップ８の接合側端面８ａに形成されており、その
給油溝１２は給油ニップル１３の取付け用孔１４に連通
している。１５はエンドキャップ８をスライダ本体２Ａ
へ取付けるための取付けねじ、１６はその取付けねじ１
５の挿通孔である。

また、エンドキャップ８のボール循環路９Ａ，９Ｂにお
いて、ボールＢの外方を案内する部分、即ち外周側案内
面Ｓ２の内方端部には、半円状に突出させたボール掬い
あげ突部２１Ａ、２１Ｂが形成され、その鋭角をなす先
端がガイドレール１のボール転動溝３Ａ、３Ｂにそれぞ
れ遊嵌するようにしている。更に、上記のボール掬いあ
げ突部２１Ａ、２１Ｂの基部には軸方向にワイヤー保持
器Ｗの端部を挿通して支持するワイヤ保持穴２２を設け
ると共に、ボール掬いあげ突部２１Ａ，２１Ｂの先端か
らそのワイヤー保持穴２２に連通するワイヤー逃げ溝２
３が併設されている。

また、第４図，第５図において、３０はリニアガイド装
置の使用にあたってガイドレール１を図外の基台等に固
定するためのボルトの挿通孔、３１はスライダ２にテー
ブル等の被駆動体を固定するボルト用のねじ穴である。
また、３２はガイドレール１のボール転動溝３Ａ、３Ｂ
を払拭して異物の侵入を阻害するべくエンドキャップ８
に取付けられた合成ゴム製ワイパーシールである。

次に、上記実施例の作用を説明する。

エンドキャップ８は、その接合端面８ａをスライダ本体
２Ａの接合端面Ｓに向かい合わせて、ねじ挿通孔１６に
挿通した取付け用小ねじ１５を締め付けることにより取
付けられている。

ガイドレール１上のスライダ２を軸方向に移動させる
と、ボール転動路６Ａ（６Ｂ）に挿入されたボールＢは
スライダ２の移動に伴って転動し、スライダ２に対して
スライダ２の移動方向と逆方向に移動する。そしてスラ
イダ２の端部において、エンドキャップ８に設けたボー
ル掬いあげ突部２１Ａ（２１Ｂ）に導かれて方向を変更
され、ボール循環路９Ａ（９Ｂ）に沿ってＵターンす
る。

続いてスライダ本体２Ａのボール通路７Ａ（７Ｂ）を通
って反対側のエンドキャップ８のボール循環路９Ａ（９
Ｂ）により再度Ｕターンされてボール転動路（６Ａ）６
Ｂに戻り転動を続行しつつ移動する循環を繰り返す。

上記のボール循環作動の際、ボールＢに作用する摩擦力
の変動幅をボール循環路９Ａの断面形状をパラメータと
して測定した結果を第７図に示す。同図の縦軸は摩擦力
Ｆの変動幅Ｆｍの値（単位はグラム，ｇ）、横軸はボー
ル循環路９Ａの通路幅ｄとボール直径Ｄとの比（ｄ／
Ｄ）であり、直径の異なる３種のボール（Ｄ＝6.29，6.
00，5.565mm）を使用してｄ／Ｄを変化させたものであ
る。

図中の曲線Ｘ１は断面形状が矩形のもの（第３図参照）
を表し、Ｘ２は横断面形状が従来どおり円弧形のものを
表す。

ボールの駆動は一軸テーブルを用いて定速送り（18.7mm
／min）とし、摩擦力Ｆはロードセルを装着して測定し
た。また、この実験では、第６図に示すように一軸テー
ブルの１往復ストロークＬで得られた摩擦力の変動デー
タのうち、最大値と最小値から各３番目迄のピーク値
（ｆ_Ｈ１〜ｆ_Ｈ３、ｆ_Ｌ１〜ｆ_Ｌ３）から次式によって
代表値ｆｍを決定し、この代表値ｆｍの往復５回の単純
平均値をもって摩擦力Ｆの変動幅Ｆｍとした。

なお、図のデータはボール循環を特別な潤滑をせずに行
った場合のものである。

図の結果から、ボール循環路９Ａの断面形状による摩擦
力の変動幅Ｆｍの差異は明らかで、従来の断面形状が円
弧形のものＸ２に比し、この考案によるものの摩擦力の
変動幅Ｆｍは小さく、したがってボールの作動は極めて
円滑であった。

上記実施例ではスライダ本体２Ａのボール通路孔として
の貫通孔７Ａ（７Ｂ）が横断面形状の貫通孔である。こ
の貫通孔７Ａ（７Ｂ）の部分ではボールＢが一方の壁面
に押圧されるような拘束を受けていないので、従来の横
断面が角形のものに比し、ボールＢが千鳥状となること
がなく、したがって、くさび作用によりボールＢの循環
が阻害されることもなく、極めて円滑に作動する。

なお、本考案におけるボール循環路の構成技術は、上記
の実施例のリニアガイド装置に限らず、例えばリニアボ
ールベアリングなど、上記に準ずるボール循環回路を備
えたその他の軸受形式に対しても応用可能と考えられ
る。

〔考案の効果〕

以上説明したように、この考案によれば、リニアガイド
装置において、ボールが外方の周壁面に押圧されるボー
ル循環路を、ボール循環路の外周側案内面がボールから
受ける押圧力をほぼ垂直に支持する準垂直面とし、貫通
孔部を円形断面としたため、循環路におけるボールの乗
り上げ現象又は見掛け上の摩擦力の増加現象に基づく摩
擦抵抗の息継ぎ的変動が防止されるとともに、貫通孔部
においてボールが一方の壁面に押圧されることによるく
さび作用が防止されて、ボールの摺動が滑らかとなっ
た。その結果、コンパクトで負荷容量が大きくできて、
しかも極めて安定した円滑な作動性能を有するリニアガ
イド装置を提供することができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はこの考案の一実施例を示す図であ
り、第１図はエンドキャップの背面図、第２図は第１図
のII−II断面図、第３図(a)は第２図のIII−III断面
図、同図(b)は作用の説明図、第４図は一部を断面で示
すリニアガイド装置の要部の平面図、第５図はエンドキ
ャップの右半分を削除して示すリニアガイド装置の正面
図、第６図は摩擦力の変動の態様を示す模式図、第７図
は従来のリニアガイド装置とこの考案のものにおけるボ
ール循環時の摩擦力の変動幅を比較して表すグラフ、第
８図ないし第１２図は従来のリニアガイド装置を示すも
ので、第８図はエンドキャップの右半分を削除して示す
正面図、第９図は第８図のIX−IX断面図、第１０図は第
８図のＸ−Ｘ断面図、第１１図はボール循環路における
ボールの挙動を説明する模式側面図、第１２図は第１１
図のＸII矢視図である。 １はガイドレール、２はスライダ、２Ａはスライダ本
体、３Ａ，３Ｂは（ガイドレールの）ボール転動溝、５
Ａ，５Ｂは（スライダの）ボール転動溝、７Ａ，７Ｂは
ボール通路、８はエンドキャップ、９Ａ，９Ｂはボール
循環路、Ｓ２は（ボール循環路の）外周側案内面、Ｂは
ボールである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】両側面に軸方向のボール転動溝を有して延
   長されたガイドレールと、該ガイドレール上に移動可能
   に跨架されると共にガイドレールのボール転動溝に対向
   するボール転動溝を内側面に及びこれに平行するボール
   通路としての貫通孔を肉厚内に有するスライダ本体と、
   前記ボール通路とボール転動溝とを連通せしめる半円弧
   状に湾曲したボール循環路を有してスライダ本体の端部
   に接合されたエンドキャップと、上記対向する両ボール
   転動溝、ボール通路及びボール循環路内に転動自在に挿
   入された多数のボールとを備えたリニアガイド装置にお
   いて、前記エンドキャップのボール循環路の外周側案内
   面が前記ボールから受ける押圧力をほぼ垂直に支持する
   横断面形状とされ、前記スライダ本体のボール通路とし
   ての貫通孔が横断面円形状とされていることを特徴とす
   るリニアガイド装置