JPWO2010038349A1 - スライドレールユニット及びこれを用いたリニアモータアクチュエータ - Google Patents

Abstract

簡易に生産しつつも、前記アウターレール(1)及びインナーレール(2)と前記転動体(3)との隙間を無くし、前記アウターレール(1)及びインナーレール(2)のがたつきを防止することが可能なスライドレールユニットであり、一対の側壁部(12)を有するアウターレール(1)と、このアウターレール(1)の側壁部(12)に対向する一対の側壁部(22)を有すると共に当該アウターレール(1)の側壁部(12)の間に配置されるインナーレール(2)と、互いに対向する前記アウターレール(1)の側壁部(12)と前記インナーレール(2)の側壁部(22)の間に配置された多数の転動体(3)とから構成され、前記インナーレール(2)又はアウターレール(1)のうちいずれか一方は予圧付与レールであり、前記インナーレール(2)と前記アウターレール(1)を組み付けた状態では、当該予圧付与レールはその側壁部が他方のレールの側壁部に向けて付勢されている。

Description

本発明は、スライドレールユニット及びこれを用いたリニアモータアクチュエータに関するものである。

従来、この種のスライドレールユニットとしては、特開平７−８３２２８号公報に開示されているものが知られている。このスライドレールユニットは、転動体の転走面を有すると共に、断面略Ｕ字状に形成されたアウターレール及びインナーレールとから構成され、前記インナーレールは転動体を介してアウターレールの内側に嵌合されている。かかるアウターレール及びインナーレールは、曲げ加工により略Ｕ字状に形成され、同時に前記転動体の転走面が形成されている。また、前記インナーレールとアウターレールを相対的に駆動させる駆動手段としてのリニアモータが前記インナーレールとアウターレールとの間に組み込まれ、リニアモータアクチュエータを構成している。この構成により、駆動ユニット全体の小型化、アウターレール及びインナーレールの生産コストの低減を図っている。

特開平７−８３２２８号公報

特開平７−８３２２８号公報に開示されるスライドレールユニットではアウターレール及びインナーレールの成形に曲げ加工を用いているため、簡便に且つ安価なアウターレール及びインナーレールを製造することが可能である。しかし、曲げ加工により前記アウターレール及びインナーレールを成形した場合、前記アウターレール及びインナーレールの転走面の加工精度が低くなってしまう。このため、前記アウターレール及びインナーレールの転走面と前記転動体との間に隙間が生じてしまい、前記アウターレール及びインナーレールの走行精度が低下してしまうおそれがあった。

前記アウターレール及びインナーレールの走行精度の低下を防止する方法としては、前記アウターレール及びインナーレールの転走面の成形に研削加工を用いて、当該転走面の加工精度を高くする方法がある。しかし、この場合では、加工工程における砥石や冷却液の消費量の増加等の点で、生産するのに手間がかかり、大量生産には適さず、自ずと加工コストが嵩んでしまうという問題点があった。

他の方法としては、前記転動体に対して予圧を付与する方法、例えば、前記アウターレールの転走面とインナーレールの転走面とが互いに対向する隙間の距離よりも極僅かに径が大きな転動体、すなわちオーバーサイズボールを使用して当該転動体に予圧を付与し、前記アウターレール及びインナーレールの転走面と前記転動体との隙間を無くす方法もある。しかし、前記アウターレールに対するインナーレールの摺動抵抗を小さく設定しようとすると、前記転動体に対する予圧も小さく設定する必要がある。そのため、転動体の径をμｍ単位で選択して、個々のスライドレールユニット毎に予圧調整を行う作業が要求され、大量生産に適さないといった問題もあった。

また、転動体に予圧を付与したとしても、転走面の加工精度の不良に起因した摺動抵抗の変動を軽減することはできない。従って、特開平７−８３２２８号公報に開示されるリニアモータアクチュエータにおいては、スライドレールユニットの摺動抵抗の変動に合わせてリニアモータの推力を細かく制御しなければ、可動体に対して目的とする速度及び加速度を与えることができないといった問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、簡易に生産しつつも、前記アウターレール及びインナーレールと前記転動体との隙間を無くし、前記アウターレール及びインナーレールのがたつきを防止することが可能なスライドレールユニットを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、簡易に生産しつつも、転走面の面精度の不良に起因した摺動抵抗の変動を軽減することが可能であり、リニアモータアクチュエータの利用に最適なスライドレールユニットを提供することにある。

更に、本発明の他の目的として、予圧調整作業の画一化を図ることで、当該作業の容易化が可能であり、大量生産に最適なスライドレールユニットを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明のスライドレールユニットは、一対の側壁部を有するアウターレールと、このアウターレールの側壁部に対向する一対の側壁部を有すると共に当該アウターレールの側壁部の間に配置されるインナーレールと、互いに対向する前記アウターレールの側壁部と前記インナーレールの側壁部の間に配置されると共に、前記アウターレールに対して前記インナーレールを移動自在に支承する多数の転動体とから構成されている。そして、前記インナーレール又はアウターレールのうちいずれか一方は予圧付与レールであり、前記インナーレールと前記アウターレールを組み付けた状態では、当該予圧付与レールはその側壁部が他方のレールの側壁部に向けて付勢するように構成されている。

また、本発明のスライドレールユニットにおいて、前記予圧付与レールは自らの弾性変形に基づいて付勢力を発揮するように構成することができる。

更に、前記アウターレール及びインナーレールは取付け部の両側に前記一対の側壁部が設けられてチャネル状に形成することができ、その場合に、前記予圧付与レールは前記側壁部が取付け部に対して弾性変形可能に設けられると共に、前記インナーレールと前記アウターレールを組み付けた状態では、前記予圧付与レールの側壁部が他方のレールの側壁部に向けて前記転動体を付勢するように構成することができる。

また、前記予圧付与レールは前記取付け部と側壁部の境界部に長手方向に沿って断続的に透孔を設けるように構成しても良い。

更に、本発明のスライドレールユニットのアウターレール又はインナーレールのいずれか一方に対してヨークと共に界磁マグネットを配置し、残余のレールには前記界磁マグネットと相まってリニアモータを構成するコイル部材を配置することで、本発明のスライドレールユニットの特質を利用したリニアモータアクチュエータを構成することができる。

このリニアモータアクチュエータを構成するにあたり、前記ヨークは、前記アウターレール又はインナーレールのいずれかに固定されるセンター部材と、このセンター部材を挟んで配置されると共に当該センター部材と相まって中空部を形成する一対のサイド部材とから構成することができる。この場合、前記界磁マグネットは前記中空部に面して各サイド部材に固定される一方、前記コイル部材は前記中空部を通過して前記センター部材を囲むように配置される。

また、前記インナーレールを前記予圧付与レールとする場合、当該インナーレールには前記コイル部材が固定される一方、前記アウターレールには前記界磁マグネットが固定される。前記ヨークには、前記インナーレールが転動体の転走方向に対して直交する方向に離脱するのを防止するため、一対の肩部を設けることができる。

以上のように構成された本発明によれば、前記アウターレールとインナーレールとを組み付けると、例えばインナーレールを予圧付与レールとした場合、前記インナーレールが前記転動体をアウターレールに向けて付勢し、前記転動体が前記インナーレールとアウターレールに挟み込まれることになる。このため、前記アウターレール及びインナーレールと前記転動体との隙間を排除することが可能であり、前記アウターレール及びインナーレールのがたつきを防止することが可能となる。

また、各レールの転走面の加工精度に起因して各転動体に対して過度の予圧が作用しそうになると、前記予圧付与レールの側壁部が付勢力に抗して微動して各転動体の予圧を軽減することから、アウターレールに対するインナーレールの摺動抵抗の変動を小さく抑えることが可能となる。従って、本発明のスライドレールユニットはリニアモータアクチュエータの利用に最適である。

更に、前記予圧付与レールの付勢力を利用して総ての転動体に対して画一的に予圧を付与しているため、個々のスライドレールユニット毎に予圧の調整作業を行う必要がない。従って、本発明のスライドレールユニットは生産工程において、予圧調整作業の容易化が可能であり、大量生産に適している。

本発明を適用したリニアモータアクチュエータの第１の実施形態を示すものである。 本発明のリニアモータアクチュエータの正面図を示すものである。 本発明のリニアモータアクチュエータのリニアモータを示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の直線案内装置を詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明のスライドレールユニットを適用したリニアモータアクチュエータを示すものである。このリニアモータアクチュエータは、アウターレール１と、このアウターレール１内に収納されるインナーレール２と、前記アウターレール１とインナーレール２との間を転走する多数のボール３と、これらボール３を所定間隔で配列させるリテーナ４と、駆動機構としてのリニアモータ５とから構成されている。

前記アウターレール１は板材を曲げ加工により成形したものであり、取付け部１１の長手方向に沿って一対の側壁部１２，１２が曲げ起こされてチャネル状に形成されている。かかる側壁部１２の内側面には、前記ボール３の球面に近似した曲率のボール転走面１３が形成されている。

一方、前記インナーレール２も同様にして板材から成形され、取付け部２１の長手方向に沿って一対の側壁部２２，２２が曲げ起こされてチャネル状に形成されている。但し、インナーレール２はアウターレール１の側壁部１２，１２の間に収納され、該アウターレール１との間にはボール３が配列されている。すなわち、前記インナーレール２はアウターレール１に収容されると共に、前記側壁部２２の外側面にボール転走面２３が形成されている。

前記アウターレール１及びインナーレール２の製作に当たっては、先ず、金属板材に対してプレス加工を行い、前記側壁部１２，２２に対応する部位にボール転走面１３，２３を形成する。この際、プレス加工に用いる金型の表面を鏡面に仕上げておくことで、かかる鏡面の面祖度が金属板材に対して転写され、ボール転走面１３，２３の面祖度をＲａ＝０．１μm以下に収めることが可能となる。また、プレス加工の際に金属板材の厚さが減じられ、ボール転走面１３，２３の硬さを増加させることも可能となる。そして、このプレス加工の後に、前記側壁部１２，２２を取付け部１１，２１に対して曲げ起こすことで、前記アウターレール１及びインナーレール２が製作される。

前記インナーレール２の取付け部２１には、後述するリニアモータ５のコイル部材５１を固定するための一対の係止部２４と、前記ボール３の転走方向に沿って一条の案内孔２５とが形成されている。この案内孔２５は、前記アウターレール１に対するインナーレール２の移動ストロークを制限するために設けられている。また、前記取付け部２１と側壁部２２の境界部には、前記取付け部２１の歪みを防止するための透孔２７が長手方向に沿って断続的に形成されている。

更に、前記インナーレール２は、非磁性体であり且つ厚さ０．１mmのベリリウム銅板から成形されている。一方、前記アウターレール１は厚さ０．５mmのステンレス板（ＳＵＳ３０４）から成形され、前記ボール３は炭素鋼から成形されている。そのため、前記インナーレール２の縦弾性係数は、前記ボール３及びアウターレール１の縦弾性係数よりも小さく設定されている。従って、前記インナーレール２にはこのスライドレールユニットに外力が加えられた際に、前記ボール３及びアウターレール１に比べて、その側壁部２２が取り付け部２１に対して弾性変形し易いといった特質がある。尚、外力が作用した場合の弾性変形の容易性は、縦弾性係数の他に断面二次モーメントが指標となるが、ボール３は中実であり、前記インナーレール２はアウターレール１よりも板厚が小さく、また、その厚さがボール３の径よりも薄く成形されているので、前記ボール３、アウターレール１及びインナーレール２の断面二次モーメントを比較した場合、インナーレール２の断面二次モーメントが最も小さくなる。

また、前記リテーナ４は鋼板をプレス加工して成形され、あるいは合成樹脂を型内に射出して成形されたものであり、図２に示すように、前記アウターレール１とインナーレール２との間に挿入されてこれらレール１，２の間を転走する多数のボール３を等間隔で整列させ、互いに隣接するボール同士の接触を防止している。

次に、図３はリニアモータ５を示すものである。本実施形態において、前記リニアモータ５は、コイル部材５１と、このコイル部材５１と対向する位置に配置された界磁マグネット５２とから構成される可動コイル型リニア直流モータである。このリニアモータ５は、前記アウターレール１とインナーレール２の間に配置されている。

前記界磁マグネット５２を保持するヨーク５３は、前記アウターレール１に固定されるセンター部材５３aと、このセンター部材５３ａに固定されて、当該センター部材５３aとの間に中空部を形成する一対のサイド部材５３ｂ、５３ｃとから構成されている。

前記センター部材５３ａには前記インナーレール２がアウターレール１から引き出される方向の一端に突起部５４が設けられ、かかる突起部５４が前記インナーレール２の案内孔２５に挿入されることで、前記インナーレール２の移動ストロークが制限されている。また、前記コイル部材５１は前記中空部を通過し、前記センター部材５３ａを囲むように配置されている。また、前記コイル部材５１と対面するサイド部材５３ｂ、５３ｃの各水平部には前記界磁マグネット５２が保持されている。

更に、各サイド部材５３ｂ，５３ｃの外側面はアウターレール１に組付けられたインナーレール２の形状と略同一の形状に形成されており、かかる外側面には前記インナーレール２にプレス加工されたボール転走面２３に対応して退避溝５６が設けられると共に、この退避溝５６に隣接して肩部５５が設けられている。この肩部５５はインナーレール２の取付け部２１と側壁部２２とがなす隅角に対して挿入されるように設けられており、後述するように、アウターレール１に対するインナーレール２の抜け止めとしての機能を発揮する。

かかる構成のリニアモータ５では前記コイル部材５１に所定の電流を供給することによって、前記コイル部材５１と前記界磁マグネット５２との間に推力が生じる。この際、前記コイル部材５１への通電は、図示外のコントローラによって制御されている。

本発明のリニアモータアクチュエータでは、前記リニアモータの推力と、前記ボール３の転動により、前記アウターレール１とインナーレール２を相対的に駆動させることができる。

本発明のリニアモータアクチュエータにおいて、前記インナーレール２は前記予圧付与レールに相当する。当該インナーレール２に前記コイル部材５１を介してリニアモータ５を固定させた状態で、このインナーレール２の側壁部２２を前記リニアモータ５に向けて内側へ弾性変形させながら、前記アウターレール１に装着する。この場合、前記インナーレール２の取付け部２１と側壁部２２の境界部には、前記透孔２７が形成されている。このため、前記インナーレール２は前記境界部において弾性変形し、当該インナーレール２の取付け部２１に歪みが発生するのを防止することが可能である。

また、前記インナーレール２の取付け部２１には曲折片２６が曲げ起こされており、この曲折片２６と前記ヨーク５３のサイド部材５３ｂ、５３ｃとの隙間が前記コイル部材５１と前記ヨーク５３との隙間よりも小さく設定されている。この構成によれば、前記インナーレール２を前記アウターレール１に押し付ける方向（紙面下向き）から外力が作用したとしても、前記曲折片２６の先端がヨーク５３に当接することになり、前記インナーレール２の変位が制御される。このため、前記インナーレール２に固定されたコイル部材５１と前記ヨーク５３のセンター部材５３ａとの接触を防止することが可能である（図２参照）。

更に、本発明のスライドレールユニットでは前記インナーレール２が弾性変形しやすいことから、インナーレール２をアウターレール１と分離させる方向（紙面上方向）へ外力が作用すると、前記ボール３がインナーレール２とアウターレール１の間から脱け出し、各レールが分離し易い。そこで、本発明のスライドレールユニットでは図２に示すように、前記サイド部材５３ｂ、５３ｃの肩部５５から前記アウターレール１の側壁部１２までの距離ｄが前記ボール３の径と前記インナーレール２の厚さを合わせた距離Ｄよりも小さく設定されている。このため、前記インナーレール２を前記アウターレール１と分離させる方向（紙面上向き）へ外力が作用したとしても、前記ボール３がインナーレール２とアウターレール１の間から脱け出す以前に、前記インナーレール２の側壁部２２の背面が前記肩部５５に接触することになる。この構成により、前記インナーレール２が長手方向に対して直交する方向に離脱するのを防止することが可能となる。

また更に、前記リニアモータ５において、前記界磁マグネット５２は枠状に形成された前記ヨーク５３の中空部内に設けられているので、前記コイル部材５１と界磁マグネット５２による磁束が前記ヨーク５３内を通り、この磁束が前記ヨーク５３よりも外部に漏れ出すことがない。従って、前記アウターレール１及びボール３の磁化が防止され、前記アウターレール１に対するインナーレール２の摺動抵抗を軽減することが可能となる。

そして、以上のように構成された本発明のスライドレールユニットによれば、組み立ての際に、例えばインナーレール２を予圧付与レールとした場合、前記インナーレール２の側壁部２２を前記リニアモータ５に向けて内側へ弾性変形させながら、前記アウターレール１に装着する。そのため、前記インナーレール２とアウターレール１が組み付けられた状態では前記インナーレール２が前記ボール３をアウターレール１に向けて付勢し、前記ボール３が前記インナーレール２とアウターレール１に挟み込まれることになる。このため、前記アウターレール１及びインナーレール２と前記ボール３との隙間を排除することが可能であり、前記アウターレール１及びインナーレール２のがたつきを防止することが可能となる。

また、本発明のスライドレールユニットによれば、前記インナーレール２の縦弾性係数が前記ボール３及びアウターレール１の縦弾性係数よりも小さく設定されているため、各レール１、２の転走面の加工精度に起因して各ボール３に対して過度の予圧が作用しそうになると、前記予圧付与レールの側壁部が弾性変形する。この予圧付与レールの弾性変形により、前記ボール３個々に対する予圧が軽減されることから、アウターレール１に対するインナーレール２の摺動抵抗の変動を小さく抑えることが可能となる。このため、スライドレールユニットの摺動抵抗の変動に合わせてリニアモータ５の推力を制御する必要がなくなる。従って、本発明のスライドレールユニットは、リニアモータアクチュエータの利用に最適である。

更に、本発明のスライドレールユニットによれば、前記予圧付与レールの付勢力を利用して総ての転動体に対して画一的に予圧を付与しているため、個々のスライドレールユニット毎に予圧の調整作業を行う必要がない。従って、本発明のスライドレールユニットは、生産工程において、予圧調整作業の容易化が可能であり、大量生産に適している。

Claims (7)

1. 一対の側壁部(12)を有するアウターレール(1)と、このアウターレール(1)の側壁部(12)に対向する一対の側壁部(22)を有すると共に当該アウターレール(1)の側壁部(12)の間に配置されるインナーレール(2)と、互いに対向する前記アウターレール(1)の側壁部(12)と前記インナーレール(2)の側壁部(22)の間に配置されると共に、前記アウターレール(1)に対して前記インナーレール(2)を移動自在に支承する多数の転動体(3)と、から構成されるスライドレールユニットにおいて、
   前記インナーレール(2)又はアウターレール(1)のうちいずれか一方は予圧付与レールであり、前記インナーレール(2)と前記アウターレール(1)を組み付けた状態では、当該予圧付与レールはその側壁部が他方のレールの側壁部に向けて付勢されていることを特徴とするスライドレールユニット。
2. 前記予圧付与レールは自らの弾性変形に基づいて付勢力を発揮していることを特徴とする請求項１記載のスライドレールユニット。
3. 前記アウターレール(1)及びインナーレール(2)は取付け部の両側に前記一対の側壁部が設けられてチャネル状に形成され、
   前記予圧付与レールは前記側壁部が前記取付け部に対して弾性変形可能に設けられると共に、前記インナーレール(2)と前記アウターレール(1)を組み付けた状態では、前記予圧付与レールの側壁部が他方のレールの側壁部に向けて前記転動体(3)を付勢していることを特徴とする請求項２記載のスライドレールユニット。
4. 前記予圧付与レールは、前記取付け部と側壁部の境界部に長手方向に沿って断続的に透孔が設けられていることを特徴とする請求項３のスライドレールユニット。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載されたスライドレールユニットにおいて、ヨーク(53)と共に前記アウターレール(1)又はインナーレール(2)のいずれか一方に固定される界磁マグネット(52)と、他方のレールに固定され、この界磁マグネット(52)と相まってリニアモータ(5)を構成し、通電に伴って長手方向に沿った推力又はブレーキ力を及ぼすコイル部材(51)とを備えたことを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
6. 前記ヨーク(53)は、前記アウターレール(1)又はインナーレール(2)のいずれかに固定されるセンター部材(53a)と、このセンター部材(53a)を挟んで配置されると共に当該センター部材(53a)と相まって中空部を形成する一対のサイド部材(53b,53c)とから構成され、
   前記界磁マグネット(52)は前記中空部に面して各サイド部材(53b,53c)に固定される一方、前記コイル部材(51)は前記中空部を通過して前記センター部材(53a)を囲むように配置されていることを特徴とする請求項５記載のリニアモータアクチュエータ。
7. 前記インナーレール(2)が前記予圧付与レールであると共に、当該インナーレール(2)に前記コイル部材(51)が固定される一方、前記アウターレール(1)に前記界磁マグネット(52)が固定され、
   前記ヨーク(53)には、前記インナーレール(2)が転動体(3)の転走方向に対して直交する方向に離脱するのを防止する一対の肩部(55,55)が設けられていることを特徴とする請求項６記載されたリニアモータアクチュエータ。

Images