JPH11201162A - 循環式ころがり案内装置 - Google Patents

循環式ころがり案内装置

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JPH11201162A
JPH11201162A JP10017867A JP1786798A JPH11201162A JP H11201162 A JPH11201162 A JP H11201162A JP 10017867 A JP10017867 A JP 10017867A JP 1786798 A JP1786798 A JP 1786798A JP H11201162 A JPH11201162 A JP H11201162A
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JP
Japan
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rolling
slider
rail
groove
grooves
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Application number
JP10017867A
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English (en)
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Chuichi Sato
忠一 佐藤
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NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/04Ball or roller bearings
    • F16C29/06Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load
    • F16C29/0633Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load with a bearing body defining a U-shaped carriage, i.e. surrounding a guide rail or track on three sides
    • F16C29/0652Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load with a bearing body defining a U-shaped carriage, i.e. surrounding a guide rail or track on three sides whereby the return paths are at least partly defined by separate parts, e.g. covers attached to the legs of the main body of the U-shaped carriage
    • F16C29/0666Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load with a bearing body defining a U-shaped carriage, i.e. surrounding a guide rail or track on three sides whereby the return paths are at least partly defined by separate parts, e.g. covers attached to the legs of the main body of the U-shaped carriage with rollers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/34Rollers; Needles
    • F16C33/36Rollers; Needles with bearing-surfaces other than cylindrical, e.g. tapered; with grooves in the bearing surfaces

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bearings For Parts Moving Linearly (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】転動体が転動溝をころがる時に摩擦トルクを積
極的に増大させ、ダンピング効果を発揮させ得るように
した循環式ころがり案内装置を提供する。 【構成】レール2に多数の転動体5を介してスライダ4
が直線移動可能に支持され、スライダ4の移動に伴なっ
て転動体5がスライダ4の転動体戻し通路を通って循環
する循環式ころがり案内装置において、転動体5の転動
周面を中高または中凹のR外径面とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術の分野】本発明は一般にリニアガイ
ドと称されている循環式ころがり案内装置、特に、レー
ルとスライダ間に介在される転動体にコロを使用し、こ
の転動体のころがり方向に積極的に摩擦トルクを生じさ
せるようにした循環式ころがり案内装置に関する。
【0002】
【従来の技術】往復直線移動する部材の案内装置のう
ち、レールをまたぐようにスライダを設け、このレール
とスライダ間にボールや円筒コロ等の転動体を配置して
該転動体を介して前記スライダを支持するとともに該ス
ライダに転動体の戻し通路を形成し、前記スライダの移
動に伴なって前記転動体を循環させる装置は、一般にリ
ニアガイドとして周知である。
【0003】図10は、転動体としてボールを使用した
循環式ころがり案内装置の例であり、ベース1に取り付
けられたレール2とテーブル3に取り付けられたスライ
ダ4との間に多数のボール転動体5を配置し、この転動
体およびスライダ4を介してテーブル3をレール2に対
し支持する。テーブル3のレール2に沿った運動によ
り、転動体5はレール2とスライダ4間で予圧状態で転
動し、同時にスライダ4に形成したボール戻し通路6を
通って循環する。なおスライダ4の移動方向両端部には
前記戻し通路と前記レール,スライダ間のボール転動溝
とを結ぶ端部通路部材(図示省略)が取り付けられる。
【0004】図11は円筒コロを転動体とした循環式こ
ろがり案内装置の従来例である。この図では荷重を受け
る円筒コロの部分を一部拡大して示してある。レール2
〜スライダ4間のV形の転動溝7とスライダ4の側部に
設けられた戻し通路6を循環する円筒コロ8は、その循
環方向に各々隣接したものどおし交互に軸線が直交する
ように配置され、これによって全体として複数の円筒コ
ロ8の周面と端面でスライダ4からの荷重を受けるよう
になっている。9は1つの円筒コロの軸線、10はこれ
に隣接した他の円筒コロの軸線である。
【0005】図12はレール2の片側部およびスライダ
4の片側内面に各々2列に円筒コロ8の転動溝が形成さ
れた例であり、軸線10をもつ円筒コロ8の周面で荷重
を支持し、端面はV形の転動溝7の片側7aで案内され
て転動する構造である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した転動体がボー
ルあるいは円筒コロである従来の循環式ころがり案内装
置は、転動体のころがり方向の摩擦が小さい(純ころが
りに近い)点に特長があり、搬送装置や組立装置などの
軽くて速く動かす装置関係には有利である。しかしなが
ら、例えば工作機械のように送り方向にダンピングが必
要な機械に従来のころがり摩擦の小さい案内装置を使用
すると、ビビリの発生などダイナミックスの問題があ
る。
【0007】本発明は上述した従来の摩擦が小さいが故
の不都合をなくし、転動体が転動溝をころがる時に摩擦
トルクを積極的に増大させ、ダンピング効果を発揮させ
得るようにした循環式ころがり案内装置を提供すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による循環式ころ
がり案内装置は、レールに多数の転動体を介してスライ
ダが直線移動可能に支持され、前記スライダの移動に伴
なって前記転動体が前記スライダの転動体戻し通路を通
って循環する循環式ころがり案内装置において、前記転
動体の転動周面を中高または中凹のR外径面としたもの
である。
【0009】
【作用】図1(A),(B)はR転動溝11を転動する
球面コロの転動体5に対し、ころがり摩擦トルクの発生
形態をx,y,z座標上で模型的に示したものである。
図1(B)で曲線z(y)はコロ外径形状を示し、f
(y)はすべり摩擦力である。z(y)=0の点がころ
がり点Pである。Fは転動体5に作用する力である。こ
の図からも明らかなように、本発明においては転動体5
の外面即ち転動周面5aがR形状になっているため、転
動体5がころがることにより必然的に転動体5と転動溝
11間に相対すべりが発生し、ころがり摩擦トルクMf
(ころがりに対する抵抗トルク)が発生する。この摩擦
トルクは運動方向の摩擦力、即ちダンピング効果として
作用する。一方、この摩擦力は大きすぎると運動後の停
止精度を悪くし、加工機械の場合、加工精度が悪くな
る。またこの摩擦力は転動体5に作用する力Fと転動体
5のR曲率半径(巾一定、摩擦係数一定として)により
変化する。また転動体5と転動溝11間の直角方向(図
1(A)で上下方向)の剛性も上記の力FとR曲率半径
に依存する。この剛性もまた加工機械として重要な性能
である。したがって、上記FとR曲率半径の適切な組み
合せにより、剛性と摩擦トルクを適切な値にすることが
できる。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明を好適な実施形態に
ついて図面を参照して説明する。図2は本発明の1実施
形態を示した正面断面図(横断面図)である。図2は両
端面が平坦で転動面が中高の周面をもつ球面コロを転動
体5とし、これらの転動体5の循環路を図示のように片
側に1体、他方の片側に2体設けた例である。レール2
の片側部(左側)に形成した第1のレール側転動溝12
に対し、レール2にかぶさるスライダ4の片側の内側面
に第1のスライダ側転動溝13が形成され、レール2の
他方の側(右側)の肩部に形成した第2のレール側転動
溝14および前記第1のレール側転動溝12の横中心線
Lに対し前記第2のレール側転動溝14と対称な位置
(下側)に形成した第3のレール側転動溝15にそれぞ
れ対応して、スライダ4の内面に第2,第3のスライダ
側転動溝16,17が形成されている。レール2は固定
側のベッドやベース1にボルトで固着され、スライダ4
は前記ベースに対して往復動する送りテーブル3に固定
される。この例で左側の球面コロ5の寸法を変えること
により、テーブル3を介してコロ全体に作用する力(予
圧力)Fを調整することができる。
【0011】図3は図2に示すころがり案内装置でスラ
イダ4に形成するコロ転動溝の加工例を示す斜視図であ
る。3つの転動溝13,16,17は共通の中心20を
もつ直径Dの真円の一部で形成され、転動溝間のスライ
ダ内周部4aは予め前記真円の直径Dより大きい内径に
加工されている。したがって1個の円筒砥石車18によ
り前記3個の転動溝13,16,17が同時に仕上げ研
削加工できる。Tは砥石車18の切込み方向を示してい
る。この例では前記転動溝の半径rが2r=Dとなる場
合であり、調心性が最良となるが、D≠2rの場合にも
砥石車18をスライダ4の回転に同期させて公知のカム
研削のようにNC化すれば加工可能である。
【0012】図4(A)はスライダ4の端部における転
動溝21からスライダ外側面の戻し溝へ至る部分を分解
して示した斜視図であり、同図(B)は保持器22と球
面コロ転動体5の位置関係を示した部分的な平面断面図
である。スライダ4の端部には鍔状の端面案内板23が
設けられ、これによってスライダ端部の循環部分で球面
コロの転動体5はスムーズな円弧状運動を行って転動溝
21と戻し溝間を循環する。なお、この図で転動体5が
外側に外れないようにするための案内カバーは図示省略
してある。
【0013】上述の実施形態によれば、転動体5を囲包
する窓孔22aをもつプラスチックス製の円環状の保持
器22が使用可能である。またこの例では、スライダ4
に転動体の戻し溝の穴を明ける必要はなく、スライダ4
のまわりを循環させることができるので、加工が容易で
あるとともに構造全体の剛性が高くなり、ダンピング効
果を大きくすることができる。
【0014】図5に示す実施形態は4本のコロ転動溝が
形成された循環式ころがり案内装置の例である。具体的
には、レール2の両肩部およびこの位置から中心角で9
0°下がった下側部にそれぞれレール側転動溝24〜2
7が形成され、これに対応してスライダ4の内周面4箇
所にスライダ側転動溝28〜31とスライダ4の4つの
稜部に転動体戻し溝32〜35が形成され、これらの転
動溝と戻し溝の間を中高の周面をもつ球面コロの転動体
5が転動,循環するようになっている。この例では片側
2本の溝のコロ寸法により各々対向する他方の側の溝の
球面コロとの間で予圧調整する。
【0015】図6に示す実施形態は同様に4本の転動溝
を有する場合の例であるが、レール2,スライダ4とも
転動溝は全体として横断面V状の溝であって、このV状
の一辺側は円弧溝46、他辺側はつば状平面(平面溝)
47となっており、この円弧溝46で球面コロ5の中高
R外周面を受け、前記平面溝47の部分で球面コロ5の
平坦な端面を案内するようになっている。
【0016】図7の例は、図7(B)のように転動体と
して外周36aが凸R形状、端面36bも同一のR球面
とした両球面コロ36を使用した例である。これに対応
してレール2,スライダ4の転動溝37,38は、図7
(A)の如く全体としてはV状であるが、そのV状の両
辺は両球面コロ36のR曲面を受ける凹曲面となってい
る。両球面コロ36は各々の溝に対して交互に直角方向
に配置され、かつ転動溝は2本とした構成である。
【0017】図8は加工機械等の送りテーブルに適用し
た本発明のころがり案内装置の横断面図である。片側
(右側)は3本の転動溝をもつ案内装置で図2で説明し
たものと同様である。12,14,15はレール側の転
動溝を示し、13,16,17スライダ4側の転動溝を
示す。ただしレール2およびスライダ4の取付部を90
°回転させた配置としてある。他方側(左側)は上下に
2本の転動溝を設けてテーブル3の左右方向の伸びに自
由度を持たせた構造としてある。40はレール側の転動
溝、41はスライダ側の転動溝である。この構造によ
り、ベース1およびテーブル3の加工精度、熱による変
形を吸収して安定した剛性、摩擦力を確保し、設計性能
を確保することができる。
【0018】図9は本発明のさらに他の実施形態を示し
た循環式逆円弧ころがり案内装置の横断面図である。転
動体42は中凹のR形状をもつ球面コロとし、レール2
およびスライダ4の転動溝43,44および戻し溝45
を、この球面コロ(転動体)42の中凹R周面に対応し
て凸状R曲面の溝としてある。転動溝の数はこの実施形
態では3本としたが、前述した実施形態の2本あるいは
4本の転動溝とすることもできる。この実施形態では調
心性はなくなるが、逆に回転に対する剛性が大となり、
テーブル3の剛性が充分でない場合に全体の剛性増大に
寄与する。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、転
動体の外周面を中高または中凹のR形状としたので、前
記転動体が転動溝をころがる時に外周面の必然的なすべ
りにより摩擦トルクが発生し、運動方向の摩擦力を要す
る各種作動機械、加工機械においてダンピング効果が得
られる。また予圧と転動体のR寸法により、前記ダンピ
ング効果と運動方向に直角方向の剛性のバランスも取る
ことができる。スライダの循環戻し溝を該スライダの外
側面に形成することにより、加工コスト上有利となり、
保持器もプラスチック製で簡単な構造でよく、組立も簡
単であり、さらにクロスローラ式に使用することによ
り、構造が簡単で全体としてコンパクトに構成できる。
工作機械等の送りテーブルに適用すれば、加工誤差や熱
変形を吸収し、高い設計性能が得られる。また剛性の弱
いテーブルの補強作用もあるなど種々の効果が発揮され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】R転動溝を転動する球面コロの転動体に対し、
ころがり摩擦トルクの発生形態をx,y,z座標上で模
型的に示した図である。
【図2】本発明の1実施形態を示した横断面図である。
【図3】図2に示すころがり案内装置でスライダに形成
するコロ転動溝の加工例を示す斜視図である。
【図4】スライダの端部における転動溝からスライダ外
側面の戻し溝へ至る部分を分解して示した斜視図および
保持器と球面コロ転動体の位置関係を示した部分的な平
面断面図である。
【図5】本発明の他の実施形態に係る4本のコロ転動溝
が形成された循環式ころがり案内装置の横断面図であ
る。
【図6】本発明のさらに他の実施形態に係る4本の転動
溝を有する循環式ころがり案内装置の横断面図である。
【図7】本発明のさらに他の実施形態に係る転動体とし
て外周が凸R形状、端面も同一のR球面とした両球面コ
ロを使用した循環式ころがり案内装置の横断面図および
両球面コロの正面図である。
【図8】本発明の他の実施形態に係る加工機械等の送り
テーブルに適用したころがり案内装置の横断面図であ
る。
【図9】本発明のさらに他の実施形態に係る循環式逆円
弧ころがり案内装置の横断面図である。
【図10】転動体としてボールを使用した従来の循環式
ころがり案内装置の横断面図である。
【図11】従来の円筒コロを転動体とした循環式ころが
り案内装置を一部分拡大して示した正面図である。
【図12】レールの片側部およびスライダの片側内面に
各々2列に円筒コロの転動溝が形成された従来の循環式
ころがり案内装置の部分的な正面図である。
【符号の説明】
1 ベース 2 レール 3 テーブル 4 スライダ 5 転動体(球面コロ) 12,14,15 レール側転動溝 13,16,17 スライダ側転動溝 22 保持器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レールに多数の転動体を介してスライダが
    直線移動可能に支持され、前記スライダの移動に伴なっ
    て前記転動体が前記スライダの転動体戻し通路を通って
    循環する循環式ころがり案内装置において、前記転動体
    の転動周面を中高または中凹のR外径面とすることを特
    徴とする循環式ころがり案内装置。
JP10017867A 1998-01-14 1998-01-14 循環式ころがり案内装置 Pending JPH11201162A (ja)

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