JPWO2009034923A1 - 軌道レール及びこの軌道レールを備える運動案内装置 - Google Patents

Abstract

軌道レールの形状を改良することによって、運動案内装置の高剛性化・高精度化を図る。軌道レール１０には、上面１０ａに少なくとも２条、両側面１０ｂのそれぞれに少なくとも１条ずつの転動体転走溝１１が長手方向に延びて形成されており、前記転動体転走溝１１は、前記軌道レール１０の長手方向に直交する断面で見たときに、上面１０ａに形成された少なくとも２条の転動体転走溝１１の両外側の溝端位置から鉛直方向に垂下する２本の仮想線Ａ，Ａを想定した場合に、両側面に少なくとも１条ずつ形成された転動体転走溝１１のすべてが前記２本の仮想線Ａ，Ａよりもレールの外側方向に位置するように形成され、且つ、前記転動体転走溝１１が形成される前記軌道レール１０の上面１０ａ及び両側面１０ｂにおける少なくとも転動体転走溝１１近傍が、傾斜角度を持って形成されている。

Description

本発明は、運動案内装置の高剛性化・高精度化を図るために改良された軌道レールと、この軌道レールを備える運動案内装置に関するものである。

従来から、軌道レールと、この軌道レールに複数の転動体を介して組み付けられる移動ブロックとを備えることにより、移動ブロックが軌道レールの長手方向に沿って相対的に往復運動自在とされる運動案内装置が知られている。

この種の運動案内装置に用いられる軌道レールの代表的な形態としては、図７及び図８に示すごときものが知られている。例えば、図７において示す軌道レール１０１の場合には、ボール１０２から負荷を受ける転動体転走溝１０３が上下方向で揃った位置に形成されており、軌道レール１０１の頭部形状は、軌道レール１０１の長手方向に直交する断面で見たときに、左右に角部１０４が張り出したダイヤ形状で構成されている。かかる構成の採用によって、図７に示す従来の軌道レール１０１は、ボール１０２と転動体転走溝１０３との接触角を斜め方向に、具体的には４５°傾けた方向に設定することができるので、移動ブロック１０５に作用する４方向（ラジアル方向・逆ラジアル方向・横方向）の負荷が均等になるよう各ボール列が配置されることになる。これにより、図７に示す従来の運動案内装置１００は、あらゆる姿勢での使用が可能となっている。

また、上述した４方向の負荷を均等とする手法については、図７で示した軌道レール１０１に角部１０４を設ける手法のみではなく、図８に示すように、軌道レール１１１の長手方向に直交する断面が矩形状をしたものについても実現可能であることが知られている。図８で示すごとき形状の軌道レール１１１の場合には、転動体転走溝１１３の溝形状を工夫したり、軌道レール１１１に形成される転動体転走溝１１３と、この転動体転走溝１１３に対向配置される移動ブロック１１５側の転走溝１１６との配置関係を工夫したりすること等によって、ボール１１２と転動体転走溝１１３との接触角に角度を持たせることが可能である。

ところで、近時の産業界にあっては、適用範囲拡大の要請から運動案内装置に対するさらなる高剛性化・高精度化が求められている。そこで、かかる要請を満足するために、従来技術に係る運動案内装置の改良が要望されている。

特に、運動案内装置の軌道レールに着目すると、例えば図７で示した軌道レール１０１の場合、軌道レール１０１の頭部には左右に張り出す角部１０４が形成されており、軌道レール１０１の長手方向に直交する断面はダイヤ形状をしている。この断面形状は、ボール１０２と転動体転走溝１０３との接触角に角度を持たせる上では有効であるが、一方で、この角部１０４のダイヤ形状は剛性の面から不利である。すなわち、長手方向に直交する断面がダイヤ形状をした軌道レール１０１に荷重が加わると、レール自身には微細な変形が生じてしまうこととなる。したがって、図７で示した従来の軌道レール１０１は、運動案内装置のさらなる高剛性化・高精度化を図る上で、改良を施すべきものである。

一方、剛性という面からすれば、図８に示す軌道レール１１１の形状は、一見好適であるように思える。しかしながら、軌道レール１１１の長手方向に直交する断面が概略矩形状をした軌道レール１１１の場合には、図９で示す拡大模式図からも明らかな通り、ボール１１２と転動体転走溝１１３との接触角を斜め方向とすると、ボール１１２が荷重を受けた場合に、接触角を傾けた方向でのボール１１２と転動体転走溝１１３との負荷接触面が確保できなくなってしまうので好ましくない。この問題点をより詳しく説明すると、図９で示す形態の場合、軌道レール１１１の側面に形成された転動体転走溝１１３については、接触角を傾けた上側での転動体転走溝１１３の負荷接触面が狭くなってしまい、軌道レール１１１の上面に形成された転動体転走溝１１３については、接触角を傾けた右側（レール中央側）での転動体転走溝１１３の負荷接触面が狭くなってしまう。したがって、ボール１１２が負荷を受けて溝形状に沿って変形した場合には、ボール１１２が転動体転走溝１１３の溝端部に僅かに乗り上げてしまう方向に力が働くことになる。この現象は、運動案内装置のさらなる高剛性化・高精度化を図る上で改良すべきものである。

本発明は、上述した課題の存在に鑑みて成されたものであって、その目的は、軌道レールの形状を改良することによって、運動案内装置の高剛性化・高精度化を図ることにある。

本発明に係る軌道レールは、軌道レールと、前記軌道レールに複数の転動体を介して組み付けられる移動ブロックとを備え、前記移動ブロックが前記軌道レールの長手方向に沿って相対的に往復運動自在とされる運動案内装置に用いられるものである。そして、当該軌道レールには、上面に少なくとも２条、両側面のそれぞれに少なくとも１条ずつの転動体転走溝が長手方向に延びて形成されており、前記転動体転走溝は、前記軌道レールの長手方向に直交する断面で見たときに、上面に形成された少なくとも２条の転動体転走溝の両外側の溝端位置から鉛直方向に垂下する２本の仮想線を想定した場合に、両側面に少なくとも１条ずつ形成された転動体転走溝のすべてが前記２本の仮想線よりもレールの外側方向に位置するように形成され、且つ、前記転動体転走溝が形成される前記軌道レールの上面及び両側面における少なくとも転動体転走溝近傍が、傾斜角度を持って形成されていることを特徴とする。

本発明に係る軌道レールにおいて、前記傾斜角度は、水平配置される前記軌道レールの上面と、垂直配置される前記軌道レールの両側面とを想定し、前記上面に形成された転動体転走溝の溝曲率の中心点を水平方向に通過する仮想水平線と、前記両側面に形成されたそれぞれの転動体転走溝の溝曲率の中心点を鉛直方向に通過する仮想鉛直線とを把握し、一方の側面に形成される転動体転走溝及び当該一方の転動体転走溝と近接する位置に形成される上面の転動体転走溝とを一方の組とし、他方の側面に形成される転動体転走溝及び当該他方の転動体転走溝と近接する位置に形成される上面の転動体転走溝とを他方の組とし、各組ごとで把握される前記仮想水平線と前記仮想鉛直線との交点を回転中心として、各組ごとで上面及び側面を回転させることにより形成することができる。

また、本発明に係る軌道レールにおいて、前記各組ごとでの前記仮想水平線と前記仮想鉛直線との交点を回転中心とする回転は、前記仮想水平線が軌道レールの上方向外側に、前記仮想鉛直線が軌道レールの中心方向内側に向けて移動する回転方向で行うことができる。

さらに、本発明に係る軌道レールにおいて、前記傾斜角度は、１０°以上２０°以下の範囲であることが好適である。

またさらに、本発明に係る軌道レールにおいて、前記転動体転走溝は、上面に４条、両側面に２条ずつ、合計８条形成されていることとすることができる。

なお、上述した本発明に係る軌道レールを備える運動案内装置を構成することも可能である。

本発明によれば、運動案内装置の高剛性化・高精度化を図ることが可能な、新たな軌道レールを提供することができる。

本実施形態に係る軌道レールの外観斜視図である。 本実施形態に係る軌道レールを説明するための図であり、図中（ａ）は上面を、図中（ｂ）は側面を、図中（ｃ）は正面を示している。 本実施形態に係る軌道レールにおいて特徴的な正面の形状を示す図である。 本実施形態に係る軌道レールの上面及び側面に形成される転動体転走溝の近傍に傾斜角度を設ける手法を説明するための図である。 本実施形態に係る軌道レールを採用した運動案内装置の部分縦断面側面図である。 本実施形態に係る軌道レールを採用した運動案内装置の部分縦断面正面図である。 従来技術に係る運動案内装置の構成を説明するための部分縦断面図である。 従来技術に係る他の運動案内装置の構成を説明するための縦断面図である。 図８で示した従来技術に係る他の運動案内装置の要部拡大図である。

符号の説明

１０ 軌道レール、１０ａ 上面、１０ｂ，１０ｂ₁，１０ｂ₂ 側面、１１ 転動体転走溝、１２ ボルト孔、２０ 運動案内装置、Ａ 仮想線、Ｂ 仮想水平線、Ｃ 仮想鉛直線、Ｐ，Ｑ 溝曲率の中心点、Ｒ 交点、１００ 従来の運動案内装置、１０１，１１１ 軌道レール、１０２，１１２ ボール、１０３，１１３ 転動体転走溝、１０４ 角部、１０５，１１５ 移動ブロック、１１６ 転走溝。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る軌道レールの外観斜視図である。また、図２は、本実施形態に係る軌道レールを説明するための図であり、図中（ａ）は上面を、図中（ｂ）は側面を、図中（ｃ）は正面を示している。さらに、図３は、本実施形態に係る軌道レールにおいて特徴的な正面の形状を示す図である。

図１乃至図３において示す本実施形態に係る軌道レール１０は、長手方向に延びる複数の転動体転走溝１１がその外表面に形成されており、これら複数の転動体転走溝１１内を転走自在な状態で設置される図示しない複数のボールを介して不図示の移動ブロックが組み付けられることにより、運動案内装置を構成することのできる部材である。図１乃至図３において示す本実施形態に係る軌道レール１０には、その上面１０ａに４条の転動体転走溝１１が形成されるとともに、両側面１０ｂにそれぞれ２条ずつ転動体転走溝１１が形成されている。つまり、本実施形態に係る軌道レール１０には、合計８条の転動体転走溝１１が形成されている。特に、上面１０ａに形成された転動体転走溝１１は、２条ずつが組となるように形成されており、軌道レール１０の上面における幅方向の両外側の位置に寄せられて、それぞれ２条ずつの組を成す転動体転走溝１１，１１が配置されている。

また、本実施形態に係る軌道レール１０は、長手方向に直交する断面が長手方向のどの場所であっても同じ形状を有するように形成されており、その形状ゆえに不図示の移動ブロックによる軌道レール１０の長手方向に沿った往復運動が安定して行えるようになっている。

さらに、本実施形態に係る軌道レール１０は、上面１０ａの中央部から鉛直方向に開口する複数のボルト孔１２を有している。本実施形態に係る軌道レール１０は、これら複数のボルト孔１２を利用することによって安定した固定設置が可能となっており、具体的には、基台等の取付ベースに形成されたねじ溝付の取付穴に対してボルト孔１２を導通させたボルトを螺入させ、ボルトの頭部によってボルト孔１２内にある座ぐり部が確実に押さえつけられることによって、軌道レール１０のベースに対する確実な固定が可能となっている。

以上、本実施形態に係る軌道レール１０の概略構成を説明したが、本実施形態に係る軌道レール１０の最も特徴的な点は、その正面形状（すなわち、軌道レール１０の長手方向に直交する断面の形状）にある。そこで、図３を用いて本実施形態に係る軌道レール１０の有意な特徴点を説明する。

本実施形態に係る軌道レール１０は、まず、上面１０ａに形成された４条の転動体転走溝１１の両外側の溝端位置から鉛直方向に垂下する２本の仮想線Ａ，Ａを想定した場合に、両側面に２条ずつ形成された転動体転走溝１１のすべてが２本の仮想線Ａ，Ａよりもレールの外側方向に位置するように形成されている。この構成は、従来技術の角部１０４形状で問題となっていた剛性の低下を防止することを考慮したものであり、上面１０ａに形成された転動体転走溝１１の鉛直下方向の領域に対して側面１０ｂに形成された転動体転走溝１１が重畳しないように軌道レール１０に対して形成されることによって、軌道レール１０は高い剛性を確保することが可能となっている。

また、本実施形態に係る軌道レール１０は、転動体転走溝１１が形成される軌道レール１０の上面１０ａ及び両側面１０ｂにおける少なくとも転動体転走溝１１近傍が、傾斜角度を持って形成されていることを特徴としている。

この構成は、図９を用いて説明した従来技術の問題点、すなわち、ボール１１２と転動体転走溝１１３との接触角を斜め方向とすると、接触角を傾けた方向でのボール１１２と転動体転走溝１１３との負荷接触面が十分に確保できなくなってしまうという問題点を解消するための構成である。つまり、本実施形態に係る軌道レール１０では、図３に示すように、転動体転走溝１１の近傍が傾斜角度を持って形成されているが、この傾斜角度は不図示のボールと転動体転走溝１１との接触角の傾きを考慮したものとなっているので、たとえボールが負荷を受けることによって転動体転走溝１１の溝形状に沿ったボール形状の変形が発生したとしても、ボールが転動体転走溝１１からはみ出すことがなく、ボールと転動体転走溝１１との負荷接触面は確保されるので、転動体転走溝１１はボールを確実に受容することが可能となっている。かかる構成の作用によって、本実施形態に係る軌道レール１０は、高剛性で高精度な運動案内装置を実現することが可能となっている。

ちなみに、この傾斜角度を設ける構成は、複数のボールがリテーナを有して設置される場合においてより高い効果を発揮することとなる。すなわち、リテーナが設置されたボール列を有する運動案内装置の場合には、転動体転走溝がリテーナ無しのものに比べて浅溝となってしまうので、図８及び図９を用いて説明した従来技術の軌道レール１１１の場合には、ボール１１２が転動体転走溝１１３からはみ出してしまう危険性がより高まることになる。しかしながら、本実施形態に係る軌道レール１０の場合には、たとえ転動体転走溝１１がリテーナの存在を考慮して浅溝に形成されたとしても、傾斜角度が付与されていることから転動体転走溝１１によるボールの確実な受容状態は常に維持され、転動体転走溝１１からボールがはみ出す虞はない。このことからも、本実施形態に係る軌道レール１０の優位性を確認することができる。

次に、図３及び図４を用いて、上述した傾斜角度の構成方法についての詳細な説明を行う。ここで、図４は、本実施形態に係る軌道レール１０の上面１０ａ及び側面１０ｂに形成される転動体転走溝１１の近傍に傾斜角度を設ける手法を説明するための図である。

傾斜角度を決定する際には、まず、図４中の（ａ）で示すように、水平配置される軌道レール１０の上面１０ａと、垂直配置される軌道レール１０の両側面１０ｂ₁，１０ｂ₂とを想定したうえで、上面１０ａに形成された転動体転走溝１１の溝曲率の中心点Ｐを水平方向に通過する仮想水平線Ｂと、両側面１０ｂ₁，１０ｂ₂に形成されたそれぞれの転動体転走溝１１の溝曲率の中心点Ｑを鉛直方向に通過する仮想鉛直線Ｃとを把握する。

そして、一方の側面１０ｂ₁（図３における紙面左側の側面）に形成される転動体転走溝１１及びこの一方の転動体転走溝１１と近接する位置（図３の上面１０ａにおける紙面左側の位置）に形成される上面１０ａの転動体転走溝１１とを一方の組αとし、ここで把握される仮想水平線Ｂと仮想鉛直線Ｃとの交点Ｒを回転中心として、一方の組αの上面１０ａ及び側面１０ｂを回転させることにより、傾斜角度θを付与するのである（図４中（ｂ）参照）。

また、上記傾斜角度の付与については、例えば、図３における符号βで示される右側に形成された転動体転走溝１１の組についても同様に行うことができ、他方の側面１０ｂ₂（図３における紙面右側の側面）に形成される転動体転走溝１１及びこの他方の転動体転走溝１１と近接する位置（図３の上面１０ａにおける紙面右側の位置）に形成される上面１０ａの転動体転走溝１１とを他方の組βとし、ここで把握される仮想水平線Ｂと仮想鉛直線Ｃとの交点Ｒを回転中心として、他方の組βの上面１０ａ及び側面１０ｂ₂を回転させることにより、図３で示されるような傾斜角度を付与された軌道レール１０が実現することとなる。

以上のように傾斜角度が付与された本実施形態に係る軌道レール１０は、一方の組αにおいては交点Ｒを回転中心として図３の紙面に対して反時計回りに回転して傾斜角度θを設けた結果、側面１０ｂ₁の下側部分がレールの内側に入り込むとともに上面１０ａの中央部分がレールの上側に盛り上がる形状となっている。また、他方の組βにおいては交点Ｒを回転中心として図３の紙面に対して時計回りに回転して傾斜角度θを設けた結果、こちらも同様に、側面１０ｂ₂の下側部分がレールの内側に入り込むとともに上面１０ａの中央部分がレールの上側に盛り上がる形状となっている。

なお、本実施形態に係る軌道レール１０においては、ボールと転動体転走溝１１との接触角の傾きが、上面１０ａにおいてはレールの中心方向に向かうように傾斜されており、側面１０ｂにおいてはレールの斜め上方向を向くように傾斜されているので（例えば、図６参照）、各組α，βごとでの仮想水平線Ｂと仮想鉛直線Ｃとの交点Ｒを回転中心とする回転は、仮想水平線Ｂが軌道レール１０の上方向外側に、仮想鉛直線Ｃが軌道レール１０の中心方向内側に向けて移動する回転方向で行われることとなる。このような方向で接触角の傾きを設定することにより、本実施形態に係る軌道レール１０を用いた運動案内装置では、移動ブロックに作用する４方向（ラジアル方向・逆ラジアル方向・横方向）の負荷が均等になり、あらゆる姿勢での使用が可能となる。

さらに、本実施形態に係る軌道レール１０では、剛性向上の観点から、両側面に２条ずつ形成された転動体転走溝１１のすべてが２本の仮想線Ａ，Ａよりもレールの外側方向に位置するように形成されていなければならないという条件を満足する必要があるので、上述した傾斜角度の設定方法からすれば、図４中の（ｂ）で示すように、傾斜角度θには自ずと限界点が存在していることとなる。また、転動体転走溝１１によってボールを好適に受容しなければならないという要請から、傾斜角度θの付与すべき下限値も存在する。そして、発明者らが鋭意努力して研究した結果、傾斜角度θについては、１０°以上２０°以下の範囲で設けることが好適であることが明らかとなっている。ただし、この数値については、現時点で製造販売されている既存の運動案内装置の型番や製造技術上の制約等を考慮して見出されたものであるので、たとえ上記した傾斜角度θの数値範囲を外れたものであっても、先に説明した傾斜角度の設定思想を用いて形成した軌道レールのすべてが、本発明の技術的範囲内に属することは明らかである。

次に、上述した本実施形態に係る軌道レール１０を用いて構成した運動案内装置を、図５及び図６にて例示する。ここで、図５は、本実施形態に係る軌道レール１０を採用した運動案内装置２０の部分縦断面側面図であり、図６は、本実施形態に係る軌道レール１０を採用した運動案内装置２０の部分縦断面正面図である。本実施形態に係る軌道レール１０を適用した運動案内装置２０を実現することによって、従来技術に比べて高剛性であり、且つ、高精度な運動案内装置を実現することが可能である。ただし、図５及び図６に示す運動案内装置２０は、本実施形態に係る軌道レール１０の多様な適用事例のうちの一つを示したものに過ぎず、本実施形態に係る軌道レール１０を用いた運動案内装置については、種々の変形形態を採用することが可能である。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、上述した実施形態では、上面１０ａに４条、両側面１０ｂに２条ずつ、合計８条の転動体転走溝１１が形成された場合の軌道レール１０について例示して説明したが、転動体転走溝１１の形成数については、上面に少なくとも２条、両側面のそれぞれに少なくとも１条ずつの転動体転走溝が形成されていれば良く、形成数の上限については特に制約はない。

また、上述した本実施形態に係る軌道レール１０では、転動体転走溝１１の溝形状をサーキュラアーク形式とした場合を例示して説明を行った。しかしながら、転動体転走溝の溝形状については、例えばゴシックアーチ形式等のその他の形式のものを採用することもできる。なお、上述した本実施形態の転動体転走溝１１では、１つの円弧で形成されるサーキュラアーク形式の溝形状であったので、溝曲率の中心点は１点であった。しかし、２つの円弧で形成されるゴシックアーチ形式の溝形状であっても本発明は適用可能であり、ゴシックアーチ溝が有する２点の溝曲率の中心点を結ぶことによっても上述した仮想水平線Ｂや仮想鉛直線Ｃを得ることができる。したがって、本発明は、どのような溝形状であっても適用可能な、適用範囲の広い発明である。

さらに、軌道レール１０に形成されるボルト孔１２の個数や形状、位置についても任意に変更が可能であり、さらにボルト孔１２を省略した軌道レールを構成することも可能である。これらについては、本発明に係る軌道レールの使用条件や使用環境、要求される仕様等に応じて任意に構成を選択すれば良い。

その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

Claims (6)

1. 軌道レールと、前記軌道レールに複数の転動体を介して組み付けられる移動ブロックとを備え、前記移動ブロックが前記軌道レールの長手方向に沿って相対的に往復運動自在とされる運動案内装置に用いられる軌道レールであって、
   当該軌道レールには、上面に少なくとも２条、両側面のそれぞれに少なくとも１条ずつの転動体転走溝が長手方向に延びて形成され、
   前記転動体転走溝は、前記軌道レールの長手方向に直交する断面で見たときに、
   上面に形成された少なくとも２条の転動体転走溝の両外側の溝端位置から鉛直方向に垂下する２本の仮想線を想定した場合に、両側面に少なくとも１条ずつ形成された転動体転走溝のすべてが前記２本の仮想線よりもレールの外側方向に位置するように形成され、
   且つ、
   前記転動体転走溝が形成される前記軌道レールの上面及び両側面における少なくとも転動体転走溝近傍が、傾斜角度を持って形成されていることを特徴とする軌道レール。
2. 請求項１に記載の軌道レールにおいて、
   前記傾斜角度は、
   水平配置される前記軌道レールの上面と、垂直配置される前記軌道レールの両側面とを想定し、
   前記上面に形成された転動体転走溝の溝曲率の中心点を水平方向に通過する仮想水平線と、前記両側面に形成されたそれぞれの転動体転走溝の溝曲率の中心点を鉛直方向に通過する仮想鉛直線とを把握し、
   一方の側面に形成される転動体転走溝及び当該一方の転動体転走溝と近接する位置に形成される上面の転動体転走溝とを一方の組とし、他方の側面に形成される転動体転走溝及び当該他方の転動体転走溝と近接する位置に形成される上面の転動体転走溝とを他方の組とし、各組ごとで把握される前記仮想水平線と前記仮想鉛直線との交点を回転中心として、各組ごとで上面及び側面を回転させることにより形成されることを特徴とする軌道レール。
3. 請求項２に記載の軌道レールにおいて、
   前記各組ごとでの前記仮想水平線と前記仮想鉛直線との交点を回転中心とする回転は、前記仮想水平線が軌道レールの上方向外側に、前記仮想鉛直線が軌道レールの中心方向内側に向けて移動する回転方向で行われることを特徴とする軌道レール。
4. 請求項２又は３に記載の軌道レールにおいて、
   前記傾斜角度は、１０°以上２０°以下の範囲であることを特徴とする軌道レール。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の軌道レールにおいて、
   前記転動体転走溝は、上面に４条、両側面に２条ずつ、合計８条形成されていることを特徴とする軌道レール。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の軌道レールを備える運動案内装置。

Images