JPWO2012074066A1 - 運動案内装置 - Google Patents

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Abstract

スペーサの摩耗を防ぎ、その結果移動ブロックに形成された無限循環路内における転動体の循環を円滑にすることが可能な運動案内装置であり、軌道レール(1)と、転動体(5)の無限循環路を有する移動ブロック(2)と、前記移動ブロック(2)の無限循環路内に介装されたスペーサ(6)とを備え、前記移動ブロック(2)は、転動体(5)の負荷転動体通路(31)及びこれと平行な転動体戻し通路(32)を有するブロック本体(3)と、このブロック本体(3)に固定される転換路形成体(4,104,108)とを備え、該転換路形成体(4)は、前記負荷転動体通路(31)と転動体戻し通路(32)とを繋ぐ方向転換路(44)を有し、該方向転換路(44)は、前記転動体(5)の転走方向を連続的に変化させる転換部(44a)と、前記転動体(5)は直線状に案内する一方、前記スペーサ(6)の曲線状の移動を許容する転換準備部(44b)と、を備える。

Description

本発明は、転動体の無限循環路内に該転動体を回転自在に保持する多数のスペーサが組み込まれた運動案内装置に関する。
この種の運動案内装置としては特許文献1に開示されるものが知られている。この運動案内装置は、長手方向に沿って転動体の転動体転走面が形成された軌道レールと、前記転動体転走面を転走する多数の転動体を介して前記軌道レールに組み付けられると共にこれら転動体の無限循環路を有する移動ブロックと、この移動ブロックの無限循環路内を転動体と共に移動する複数のセパレータとから構成されており、転動体が前記無限循環路内を循環することにより、移動ブロックと軌道レールとが相対的に往復運動を行なうことが可能となっている。
前記移動ブロックは、転動体が軌道レールと移動ブロックとの間で荷重を受けながら転走する負荷転動体通路及びこの負荷転動体通路と平行に設けられた転動体戻し通路を有するブロック本体と、前記負荷転動体通路と転動体戻し通路とを接続して前記無限循環路を形成する一対の方向転換路を有すると共に前記ブロック本体に固定される一対のエンドプレートと、から構成されている。更に、前記セパレータは該セパレータの軸線と隣接する転動体の中心点同士を結ぶ直線とが一致するようにしてこれら転動体間に配置されている。また、前記セパレータの転動体との接触面には転動体の外周形状に応じた球面座が形成されている。
このように構成された特許文献1の運動案内装置では、前記転動体が方向転換路に進入すると、該転動体が方向転換路を構成する外周側案内曲面に沿って円弧状に転走する。その一方で、前記セパレータは隣接する転動体の中心点同士を結ぶ直線とその軸線とが一致するように配置されているため、転動体が前記方向転換路の外周側案内曲面の開始位置を通過して該外周側案内曲面に沿って前記軌道レールの転動体転走面から離れる方向へと転走し始めるのと同時に、前記球面座を介して転動体に接触しているセパレータは転動体よりも方向転換路を構成する内周側案内曲面に対して徐々に接近していく。このセパレータの軌道の変位による該セパレータと方向転換路内の内周側案内曲面との干渉を防ぐため、特許文献1に開示された運動案内装置では前記内周側案内曲面が曲率の異なる複数の曲面からなる複合曲面に形成されている。
特開2000-304046号公報
このような特許文献1に開示された運動案内装置の場合、前記ブロック本体と各エンドプレートとの分割面は前記方向転換路の内周側案内曲面の開始位置と該方向転換路の外周側案内曲面の開始位置とを含む平面と合致している。つまり、前記方向転換路の内周側案内曲面の開始位置と該方向転換路の外周側案内曲面の開始位置とが転動体の転走方向に対して合致している。このため、移動ブロックの負荷転動体通路内を転走してきた転動体が前記外周側案内曲面に沿って前記軌道レールの転動体転走面から離れる方向へと転走し始めた際、隣接する転動体間に配置されたセパレータは、前記方向転換路の内周側案内曲面の開始位置に到達する前から前記内周側案内曲面に対して徐々に接近していくことになる。
その結果、特許文献1に開示された運動案内装置では、前記セパレータが複合曲面に形成された内周側案内曲面の開始位置に到達した時点で既に該内周側案内曲面とセパレータとが干渉しているおそれがある。その結果、前記無限循環路内の転動体の円滑な循環が阻害されてしまうといった課題があった。
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、経時的使用によるスペーサの摩耗を防ぎ、その結果移動ブロックに形成された無限循環路内における転動体の循環を円滑にすることが可能な運動案内装置を提供することにある。
このような目的を達成する本発明の運動案内装置は、長手方向に沿って転動体が転走する軌道レールと、多数の転動体を介して前記軌道レールに組み付けられると共に当該転動体の無限循環路を有し、当該軌道レールに沿って移動自在な移動ブロックと、前記移動ブロックの無限循環路内で互いに隣接する転動体の間に介装されたスペーサとを備えており、前記移動ブロックは、前記転動体が軌道レールとの間で荷重を負荷しながら転走する負荷転動体通路及びこの負荷転動体通路と平行な転動体戻し通路を有するブロック本体と、このブロック本体に固定される一対の転換路形成体とを備えている。そして、各転換路形成体は、前記負荷転動体通路と転動体戻し通路とを繋いで前記無限循環路を形成する方向転換路を有し、各転換路形成体が有する方向転換路は、前記転動体の転走方向を連続的に変化させる転換部と、前記ブロック本体の転動体戻し通路から延伸されて当該転動体戻し通路と前記転換部とを連結し、前記転動体は直線状に案内する一方、前記スペーサの曲線状の移動を許容する転換準備部と、を備える。
このように構成された本発明の運動案内装置によれば、前記転換路形成体が有する方向転換路は、前記転動体が直線状に案内される一方、前記スペーサの曲線状の移動を許容する転換準備部を有しているため、転動体が方向転換路に進入し始める際の前記スペーサと前記方向転換路の内周側案内曲面との干渉を防ぐことができ、もって移動ブロックに形成された無限循環路内における転動体の循環を円滑にすることが可能となる。
本発明を適用した運動案内装置の第一実施形態を示す斜視図である。 図1に示す運動案内装置において蓋体を取り除いた正面図である。 蓋体とボール案内部材との嵌合関係を示す斜視図である。 蓋体に嵌合するボール案内部材を示す斜視図である。 図1に係る運動案内装置に組み込まれるスペーサを示す断面図である。 図1に示す運動案内装置が具備する方向転換路を示す拡大図である。 前記方向転換路を構成するボール案内部材の第二実施形態を示す拡大図である。 本発明を適用した運動案内装置の第二実施形態を示す斜視図である。 図8に示す運動案内装置において蓋体を取り除いた正面図である。 図8に係る運動案内装置に組み込まれる連結体ベルトを示す側面図である。 図10に示す連結体ベルトの平面図である。 図11のXII−XII線断面図である。 図8に示す運動案内装置のブロック組立体を示す斜視図である。 図13に示すブロック組立体の分解斜視図である。 前記方向転換路内に形成された案内溝を示す様式図である。 前記方向転換路内に形成された案内溝の第二実施形態を示す様式図である。
以下、添付図面を用いて本発明を適用した運動案内装置の実施形態を詳細に説明する。
図1はスペーサを転動体の無限循環路に組み込んだ運動案内装置の第一実施形態を示すものである。この運動案内装置は、直線状に延びる軌道レール1と、転動体としての多数のボール5を介して前記軌道レール1に組付けられた移動ブロック2とから構成されており、固定部に前記軌道レール1を敷設し、前記移動ブロック2に対して各種の搬送対象物を搭載することで、かかる搬送対象物を軌道レール1に沿って往復運動自在に案内することができるようになっている。
前記軌道レール1は略断面四角形状の長尺体に形成されている。この軌道レール1には長手方向に沿って所定の間隔で上面から底面に貫通するボルト取付け孔12が形成されており、このボルト取付け孔12に挿入した固定ボルトを用いて、軌道レール1をベッド、コラム等の固定部に対して強固に固定することができるようになっている。また、この軌道レール1の左右両側面には長手方向に沿って突部10がそれぞれ設けられている。各突部10の上下方向にはボール転走面11が1条ずつ設けられ、軌道レール全体として4条のボール転走面11が設けられている。
一方、前記移動ブロック2は、ブロック本体3と、このブロック本体3の往復移動方向の両端に装着される一対の蓋体4とから構成されている。かかる蓋体4にはシール部材が装着されており、該シール部材が蓋体4と軌道レール1との隙間を密封し、軌道レール1に付着した塵芥などが移動ブロック2の内部に侵入するのを防止している。
図2は、図1に示す運動案内装置において蓋体4を取り除いた正面図である。前記ブロック本体3は、軌道レール1の上面に対向する水平部3aと、軌道レール1の両側面に対向する一対のスカート部3bを有して略チャネル状に形成されており、一対のスカート部3bの間に前記軌道レール1の上半分が収容されている。図1に示すように、前記蓋体4はこのブロック本体3の端部に装着されることから、かかるブロック本体3と略同一の形状に形成されている。また、前記ブロック本体3の水平部3aには搬送対象物をボルトで固定するためのタップ穴20が設けられている。
前記軌道レール1に面したスカート部3bの内側には当該軌道レール1のボール転走面11に対向するボール5の負荷ボール転走面30が設けられており、これら負荷ボール転走面30と軌道レール1のボール転走面11とが対向することにより、ボール5が軌道レール1と移動ブロック2との間で荷重を負荷しながら転走する負荷転動体通路としての負荷ボール通路31が構成されるようになっている。前記負荷ボール転走面30は各スカート部3bの内側面に2条ずつ設けられ、前記ブロック本体3には4条の負荷ボール通路31が設けられている。また、各スカート部3bには各負荷ボール通路31に対応して当該負荷ボール通路31と略平行に転動体戻し通路としてのボール戻し通路32が設けられている。このボール戻し通路32の内径は、ボール5の直径よりも僅かに大きく設定されており、前記ボール5は荷重から開放された状態でこのボール戻し通路32内を転走する。
更に、前記ブロック本体3の両端面に固定される一対の蓋体4には、前記負荷ボール通路31とボール戻し通路32とを連結する方向転換路44が設けられており、ボール5を負荷ボール通路31とボール戻し通路32との間で往来させることが可能になっている。すなわち、本実施形態の運動案内装置では、一つの蓋体4に対して4条の方向転換路44が設けられている。尚、図2中において、符号33は前記蓋体4の固定に用いるタップ穴、符号34は軌道レール1の側面とブロック本体3のスカート部3bとの間を密封するシール部材、符号35は軌道レール1の上面とブロック本体3の水平部3aとの間を密封するシール部材である。
前記蓋体4のブロック本体3との当接面には、図3に示すように、前記ボール5の方向転換路44を構成する略U形の外周側案内面41が前記ブロック本体3の負荷ボール通路31及びボール戻し通路32に対応して4条形成されている。この外周側案内面41の上下には半円状に形成された一対の凹溝42が形成されている。また、この蓋体4には、前記ブロック本体3のタップ穴33に対応した位置決め用ボス(図示外)が設けられており、この位置決め用ボスを前記ブロック本体3のタップ孔33に嵌合させるだけで該ブロック本体3に対して蓋体4が容易に位置決め固定されるようになっている。
このように構成された蓋体4の端面と前記ブロック本体3との間には前記ボール5の方向転換路の構成要素であるボール案内部材7が挟まれるようになっている。このボール案内部材7は、図4に示すように、前記ボール5の方向転換路44を構成する内周側案内曲面71と、前記蓋体4の外周側案内面41に形成された一対の凹溝42に嵌合する一対の凸部72とを備える。図3に示すように、前記ボール案内部材7の凸部72を前記蓋体4の凹溝42に嵌合させると、前記外周側案内面41と内周側案内曲面71の間にボール5の直径よりも僅かに大きな内径の前記方向転換路44が完成するようになっている。すなわち、前記蓋体4に対してボール案内部材7を嵌合させるだけで、ボール5の方向転換路44が完成されるようになっている。
上記ボール案内部材7が嵌合された蓋体4を前記ブロック本体3の往復移動方向の両端に装着することにより、該ブロック本体3に形成された負荷ボール通路31及びボール戻し通路32が前記ボール案内部材7及び蓋体4からなる方向転換路44によって連結されることになる。これにより、前記移動ブロック2にボール5の無限循環路が具備されるようになる。
この移動ブロック2に形成された無限循環路内において、前記負荷ボール通路31で荷重を負荷しながら転走してきたボール5は、前記移動ブロック2の軌道レール1の長手方向に沿った移動に伴って前記負荷ボール通路31を転走し終えると、荷重から開放されて一方の蓋体4の方向転換路44に入り込み、無負荷状態で負荷ボール通路31の転走方向とは逆方向へ向かって前記ブロック本体3のボール戻し通路32内を転走することになる。その一方で、前記ボール戻し通路32内を転走し終えたボール5は、他方の蓋体4の方向転換路44を介して再度軌道レール1とブロック本体3との間に入り込み、荷重を負荷しながら前記負荷ボール通路31内を転走することになる。
このようなボール5の無限循環路を備えた本実施形態の運動案内装置では、図5に示すように、前記移動ブロック2の無限循環路に組み込まれたボール5同士が相互に接触するのを防止するため、互いに隣接する各ボール5の間にスペーサ6が介装されている。このスペーサ6は合成樹脂を略円板状に形成されており、前記ボール5の転走方向両端には該ボール5が摺接する球面座としてのボール保持座60が夫々形成されている。各スペーサ6は隣接するボール5同士の中心点同士を結んだ直線Lと該スペーサ6の軸線が合致するようにして隣接するボール5間に配置されている。
上記ボール保持座60はボール5の球面に略近似した凹球面状に形成されており、隣接するボール5がこのボール保持座60に対して殆ど隙間なく接するように構成されている。換言すれば、ボール5の左右に位置する一対のスペーサ6の間にボール5を配置することにより、これらスペーサ6のボール保持座60がボール5を抱え込むようになっている。これにより、運動案内装置の無限循環路内に隙間なくボール5及びスペーサ6を配列した場合には、ボール5がスペーサ6のボール保持座60上で不安定に揺れ動くことがなく、かかる無限循環路内でボール5及びスペーサ6を蛇行させることなく循環させることが可能となる。
このように構成されたスペーサ6と前記ボール5は無限循環路内に交互に配列されており、これによって無限循環路内を転走するボール5同士の接触が防止され、ボール5の円滑な循環、ひいては軌道レール1に対する移動ブロック2の回転運動の円滑化が図られる他、運動案内装置の稼働中におけるボール5同士の衝突音の発生が軽減されるようになっている。
以上のように構成された本実施形態の運動案内装置では図6に示すように、各蓋体4に形成された方向転換路44が前記ボール5の転走方向を連続的に変化させる転換部44aと、前記ブロック本体3に形成されたボール戻し通路32と前記転換部44aを連結する転換準備部44bとを具備している。すなわち、本実施形態の運動案内装置における各蓋体4が本発明が備える転換路形成体に相当する。また、前記転換部44aの外周曲面は単一の曲率からなる円弧状曲面に形成される一方、前記転換準備部44bの外側面は前記ボール戻し通路32と連続していることから直線状に形成されている。すなわち、前記方向転換路44の外周側案内面41は曲面部と直線部を備える複合面に形成されている。
そして、前記ブロック本体3に形成された負荷ボール通路31内を転走してきたボール5は前記蓋体4及びボール案内部材7からなる方向転換路44の転換部44a内をその外周曲面に沿って単一円弧状に転走した後、前記転換準備部44bを通過して前記ボール戻し通路32内へと転走する。ここで、一対のスペーサ6はボール保持座60を介してボール5を抱え込んでおり、各スペーサ6は隣接するボール5同士の中心点同士を結んだ直線とその軸線とが合致するようにして隣接するボール5間に配置されている。
このため、前記負荷ボール通路31と連続する方向転換路44の進入領域Aにおいて、該負荷ボール通路31を転走してきたボール5が前記転換部44aの始点Sを通過し、該転換部44aの外周曲面に沿って前記軌道レール1のボール転走面11から離れる方向へと転走し始めると同時に、該ボール5の後方に接触するスペーサ6も軌道レール1のボール転走面11から離れる方向へと移動し始める。すなわち、前記スペーサ6は、前記転換部44aの始点Sに到達する前に、前記ボール案内部材7の内周側案内曲面71に対して徐々に接近していくように変位することになる。この方向転換路44内でのスペーサ6の変位は、前記移動ブロック2のボール戻し通路32と連続する方向転換路44の誘導領域Cにおいても起こる。
その一方で、前記方向転換路44の進入領域Aと誘導領域Cの間に設けられ、該方向転換路44の中央に配置された案内領域Bでは、ボール5とスペーサ6との接触状態が一定であるため、前記スペーサ6が前記内周側案内曲面71に対してそれ以上接近せず、該内周側案内曲面71と一定の距離を保って移動することになる。
このように、方向転換路44内でのスペーサ6の軌道は、前記方向転換路44内においてボール5の転走軌道のように単一円弧状ではなく、該方向転換路44の進入領域A、案内領域B及び誘導領域Cの各領域において異なっている。
このため、仮に前記方向転換路44を構成する内周側案内曲面71が前記外周側案内面41と同様の複合曲面に形成されていると、前記方向転換路44内のスペーサ6の変位により該スペーサ6と前記内周側案内曲面71とが干渉してしまうおそれがある。
しかし、本実施形態の運動案内装置では、方向転換路44の進入領域A及び誘導領域Cにおけるスペーサ6の変位を考慮して前記内周側案内曲面71とスペーサ6とが干渉しないよう、前記ボール案内部材7に形成された内周側案内曲面71が曲率の異なる三種類の領域71a,71b、71cで形成されている。つまり、前記方向転換路44が備える転換準備部44bにおいて、その外側面はボール5の転走方向に沿った直線状に形成される一方、その内周面は曲線状に形成されており、前記ボール5は転換準備部44b内では直線状に案内される一方、前記スペーサ6は曲線状に移動することが許容されている。
具体的に、前記方向転換路44の案内領域Bでは、上述したように、スペーサ6がボール案内部材7の内周側案内曲面71に対してそれ以上接近することがないため、該案内領域Bにおける内周側案内曲面71bは方向転換路44に係る転換部44aの外周曲面と同一円心であって単一曲率の円弧状曲面に形成されている。その一方で、前記方向転換路44の進入領域A及び誘導領域Cでは、スペーサ6の変位に倣った曲率で前記内周側案内曲面71a,71cが形成されている。つまり、前記進入領域A及び誘導領域Cにおける内周側案内曲面71a,71cの曲率半径は、前記案内領域Bにおける内周側案内曲面71bの曲率半径よりも大きく設定されている。尚、図6では、方向転換路44内でのスペーサ6の軌道を理解しやすくするため、方向転換路44内のボール5を一点鎖線で描いている。
ここで、前記方向転換路44の誘導領域Cはボール直径よりも僅かに大きな内径のボール戻し通路32に連続する一方で、前記進入領域Aはボール直径と略同一内径の前記負荷ボール通路31に連続している。すなわち、進入領域Aにおける方向転換路44の内径は前記誘導領域Cのそれよりも僅かに小さいので、その分だけ進入領域Aにおける内周側案内曲面71aの曲率半径は、誘導領域Cにおける内周側案内曲面71cの曲率半径よりも小さく設定されていることが好ましい。
前述したように、前記方向転換路44の進入領域A及び誘導領域Cにおいて、前記スペーサ6は前記方向転換44に係る転換部44aの始点S,S’到達する前に、前記ボール案内部材7の内周側案内曲面71に対して徐々に接近していくことになる。このため、本実施形態の運動案内装置では、前記方向転換路44の進入領域A及び誘導領域Cにおける内周側案内曲面71a,71cの始点P,Qが前記転換部44aの始点S,S’よりも前記負荷ボール通路31及びボール戻し通路32側に変位している。尚、前記方向転換44に係る転換部44aの外周曲面は単一の曲率からなる円弧状曲面に形成されていることから、図6では前記負荷ボール通路31側の始点Sをボール戻し通路32側の視点S’と移動ブロック2の移動方向に対して対向する位置に描いている。
以上のように構成された本実施形態の運動案内装置によれば、各蓋体4に形成された方向転換路44が前記ボール戻し通路32と前記転換部44aを連結する転換準備部44bを有しており、当該転換準備部44bに係る外側面は前記外周側案内面41と連続すると共に直線状に形成される一方、その内周面、すなわち方向転換路44の誘導領域Cにおける内周側案内曲面71cは曲面状に成形されている。その結果、前記転換準備部44bでは前記ボール5は直線状に案内される一方、前記スペーサ6は曲線状に移動することが許容されている。
このため、前記負荷ボール通路31又はボール戻し通路32を転走してきたボール5が当該ボール5の転走方向を転換する前記転換部44aの始点S,S’を通過するのと同時に、該ボール5の後方に接触するスペーサ6が前記内周側案内曲面71aの始点P及び誘導領域Cにおける内周側案内曲面71cの始点Qを通過することになる。
それ故、前記負荷ボール通路31又はボール戻し通路32を転走してきたボール5が前記転換部44aの始点S,S’を通過し、該転換部44aの外周曲面に沿って前記軌道レール1のボール転走面11から離れる方向又は近づく方向へと転走するのと同時に、前記スペーサ6が方向転換路44の内周側案内曲面71側に対して徐々に接近してしまったとしても、前記方向転換路44の進入領域Aにおける内周側案内曲面71a又は誘導領域Cにおける内周側案内曲面71cが方向転換路44内におけるスペーサ6の変位に倣った曲率で形成されているため、これら内周側案内曲面71a,71cとスペーサ6との干渉を防ぐことが可能となる。その結果、移動ブロックに形成された無限循環路内における転動体の循環を円滑にすることが可能となる。
仮に、ブロック本体3と蓋体4との分割面を前記方向転換路44の転換部44aの始点S,S’、前記内周側案内曲面71aの始点P及び内周側案内曲面71cの始点Qに合わせて設計した場合、前記ブロック本体3及び蓋体4の端面の構成が複雑化してしまう。しかし、本実施形態の運動案内装置によれば、前記ブロック本体3と蓋体4との分割面Mが図6に示すように前記内周側案内曲面71aの始点P及び内周側案内曲面71cの始点Qを含む平面と合致している。更に、前記方向転換路44の内周側案内曲面71を構成するボール案内部材7を蓋体4及びブロック本体3とは別個に設けている。これにより、前記内周側案内曲面71の曲面部分は総て蓋体4に含まれるので、前記ブロック本体3及び蓋体4の端面の構成を簡素化することが可能となる。
図7は、前記ボール案内部材7の第二実施形態を示す拡大図である。該ボール案内部材7に形成された内周側案内曲面71とスペーサ6との干渉を防ぐことが可能であれば、該内周側案内曲面71の形状を上記3種類の円弧71a,71b、71cからなる複合曲面に近似した楕円形に置き換えても差し支えない。このような構成によれば、前記内周側案内曲面71の成形を簡素化することが可能であり、もって運動案内装置の製造の簡素化を図ることが可能となる。
尚、図6に示す実施形態では内周側案内曲面71が3種の円弧71a,71b、71cからなる複合曲面に形成されているが、かかる内周側案内曲面71の形状はこれに限られず、該内周側案内曲面71とスペーサ6との干渉を防ぐことが可能であれば、例えば、4種以上の円弧からなる複合曲面、又はクロソイド曲線等の特定の公式から導かれる複合曲面に形成されていても差し支えない。
また、上記実施形態では転動体としてボールを用いた例を説明したが、転動体はボールに限られるものではなく、ローラを使用しても良い。その場合、転動体の転走面の断面形状は使用するローラの形状に応じ、ボールの場合と同様な曲面状の転走面としても良いし、単なる平面状の転走面としても良い。
上記実施形態では前記方向転換路内にボールが進入した際のスペーサの変位による当該スペーサと方向転換路の内周側案内曲面との干渉を防ぐ目的から本発明をかかる方向転換路の内周側案内曲面に適用した例を説明してきたが、本発明は前記移動ブロック2の無限循環路内に複数のスペーサがベルト部材によって連結された連結体ベルトを組み込んだ運動案内装置にも適用可能である。このような運動案内装置の場合には、前記スペーサの軌道の変位により、かかるスペーサを連結するベルト部材と前記無限循環路の内壁に設けられてこのベルト部材をボールの循環方向に沿って案内する案内溝との干渉を防ぐため、前記案内溝に対して本発明を適用することが可能である。
図8は本発明を適用可能な運動案内装置の第二実施形態を示すものである。この運動案内装置は、直線状に延びる軌道レール101と、転動体としての多数のボールを介して前記軌道レール101に組付けられた移動ブロック102とから構成されており、固定部に前記軌道レール101を敷設し、前記移動ブロック102に対して各種の搬送対象物を搭載することで、かかる搬送対象物を軌道レール101に沿って往復運動自在に案内することができるようになっている。
前記軌道レール101は略断面四角形状の長尺体に形成されている。この軌道レール101には長手方向に沿って所定の間隔で上面から底面に貫通するボルト取付け孔120が形成されており、このボルト取付け孔120に挿入した固定ボルトを用いて、軌道レール101をベッド、コラム等の固定部に対して強固に固定することができるようになっている。前記軌道レール101の左右両側面には長手方向に沿って突部110がそれぞれ設けられている。各突部110の上下方向にはボール転走面111が1条ずつ設けられ、軌道レール全体として4条のボール転走面111が設けられている。
一方、前記移動ブロック102は、大きく分けて、ブロック組立体103と、このブロック組立体103の往復移動方向の両端に装着される一対の蓋体104とから構成されている。かかる蓋体104は、蓋体本体140と、これに固定されるシール保持プレート141とから構成されている。前記シール保持プレート141にはシール部材142が装着されており、かかるシール部材142が蓋体104と軌道レール101との隙間を密封し、軌道レール101に付着した塵芥などが移動ブロック102の内部に侵入するのを防止している。尚、図8は、一方の蓋体104を前記ブロック組立体103から取り外し、更に当該蓋体104を蓋体本体140とシール保持プレート141とに分解した状態を示している。
図9は、運動案内装置において蓋体104を取り除いた正面図である。かかるブロック組立体103は、軌道レール101の上面に対向する水平部103aと、軌道レール101の両側面に対向する一対のスカート部103bを有して略チャネル状に形成されており、一対のスカート部103bの間に前記軌道レール101の上半分が収容されている。図8に示すように、前記蓋体104はこのブロック組立体103の端部に装着されることから、かかるブロック組立体103と略同一の形状に形成されている。また、前記ブロック組立体103の水平部103aには搬送対象物をボルトで固定するためのタップ穴120が設けられている。
図9に示すように、前記軌道レール101に面したスカート部103bの内側には当該軌道レール101のボール転走面111に対向するボール105の負荷ボール転走面130が設けられており、これら負荷ボール転走面130と軌道レール101のボール転走面111とが対向することにより、ボール105が軌道レール101と移動ブロック102との間で荷重を負荷しながら転走する負荷ボール通路131が構成されるようになっている。前記負荷ボール転走面130は各スカート部103bの内側面に2条ずつ設けられ、前記ブロック組立体103には4条の負荷ボール通路131が設けられている。また、各スカート部103bには各負荷ボール通路131に対応して当該負荷ボール通路131と略平行にボール戻し通路132が設けられており、ボール105は荷重から開放された状態でこのボール戻し通路132内を転走する。
更に、前記ブロック組立体103の両端面に固定される一対の蓋体104には、前記負荷ボール通路131とボール戻し通路132とを連結する方向転換路が設けられており、ボール105を負荷ボール通路131とボール戻し通路132との間で往来させることが可能になっている。尚、図9中において、符号133は前記蓋体104の固定に用いるタップ穴、符号134は軌道レール101の側面とブロック組立体103のスカート部103bとの間を密封するシール部材、符号135は軌道レール101の上面とブロック組立体103の水平部103aとの間を密封するシール部材である。
前記ボール105は可撓性を有する連結体ベルト106に配列された状態で移動ブロック102の無限循環路に組み込まれている。図10、図11及び図12はボール105及び連結体ベルト106を示すものである。前記連結体ベルト106は、各ボール105間に配置される複数のスペーサ160と、これらスペーサ160を連結する一対のベルト部材161とから構成され、合成樹脂の射出成形によって製作されている。各スペーサ160は、その軸線が互いに隣接するボール105の中心点同士を結ぶ直線と一致するようにこれら隣接するボール105間に配置されており、ボール105との接触面には該ボール105の球面に近似した曲率の球面座162が設けられている。つまり、ボール105の左右に位置する一対のスペーサ160の間にボール105を配置することにより、これらスペーサ160の球面座162がボール105を抱え込んでいる。
一方、前記一対のベルト部材161は一列に整列したボール105を挟む前記スペーサ160の周方向側面にて相互に連結し、かかるスペーサ160を一列に結合している。図11に示すように、各ベルト部材161は例えば平帯状に形成され、互いに隣接するスペーサ160の間ではボール105との干渉を回避する円弧状の切欠部163が設けられている。このような構成により、ボール105を回転可能な状態で連結体ベルト106に対して等間隔で一列に保持することが可能となっている。従って、移動ブロック102が軌道レール101に沿って運動すると、ボール105が転動しながら無限循環路内を転走し、これに伴って前記連結体ベルト106も無限循環路内を循環することになる。
図13は、前記ブロック組立体103を示す斜視図である。このブロック組立体103の端面には前記蓋体104と組み合わさってボール105の方向転換路内におけるボール105を案内する複数の内周案内部136が設けられている。これら内周案内部136はブロック組立体103の端面から半円形状に突出しており、前記負荷ボール通路131とこれに対応するボール戻し通路132との間に設けられている。また、各内周案内部136の外周面にはボール105が転走する内周側案内曲面137が形成されており、この内周側案内曲面137の一端は前記負荷ボール転走面130に、他端はボール戻し通路132に連続している。
図14は、前記ブロック組立体103の構成を示す分解斜視図である。このブロック組立体103は、前記負荷ボール転走面130が形成された金属製のブロック本体107と、このブロック本体107に装着されて前記ブロック組立体103のスカート部103bの一部をなす一対の循環部材108と、前記ブロック本体107に貫通形成された取付け孔170に挿入されて前記ボール戻し通路132をなす4本のパイプ部材109とから構成されており、前記循環部材108及びパイプ部材109はいずれも合成樹脂から成形されている。
前記パイプ部材109は長手方向に垂直な断面が略半円状に形成された第一パイプ半体109a及び第二パイプ半体109bを組み合わせて構成されており、これら第一パイプ半体109aと第二パイプ半体109bとが互いに突き合わせた状態で前記ブロック本体107の取付け孔170に挿入されている。図14に示されていないが、前記パイプ部材109の内壁には互いに対向する位置に前記連結体ベルト106のベルト部材161を収容するための2条の案内溝が長手方向に沿って形成されている。
一方、前記循環部材108はブロック本体107の両端面に対応した一対のツバ部180と、これらツバ部180を互いに連結する3本の保持枠181,182,183とから構成されている。各ツバ部180はブロック本体107の端面の一部を覆う平板状に形成されると共に、前記パイプ部材109の端部に対応した位置にパイプ保持孔184が設けられている。このパイプ保持孔184はブロック本体107に設けられたボール戻し通路132の入口又は出口となる。また、ツバ部180には前記パイプ保持孔184に隣接して前述の内周案内部136が設けられている。
第一の保持枠181はスカート部103bに形成された2条の負荷ボール転走面130のうち、上側の負荷ボール転走面130の上端縁に沿って設けられる一方、第二の保持枠182は2条の負荷ボール転走面130の中間に位置するように設けられている。また、第三の保持枠183はスカート部103bの下端に位置して下側の負荷ボール転走面130の下端に沿って設けられている。更に、これらの保持枠181,182,183の負荷ボール転走面130に面したエッジ部には、前記連結体ベルト106のベルト部材161を収容する案内溝が設けられている。
このような循環部材108は、図13に示すようにブロック組立体103のスカート部103bに対して内側から装着され、3本の保持枠181,182,183で結合された一対のツバ部180がブロック本体107を挟むようにして配置される。このとき、3本の保持枠181,182,183はブロック本体107に形成された2条の負荷ボール転走面130を囲むようにして配置され、前記案内溝が各負荷ボール転走面130の両側に位置して、連結体ベルト106のベルト部材161の通路を構成する。
前記パイプ部材109を前記ブロック本体107の取付け孔170に挿入した状態では、第一パイプ半体109aの端部は取付け孔170からツバ部180の厚さ分だけ突出しており、この第一パイプ半体109aの端部は前記内周案内部136の内周側ベルト案内壁138に当接するようにして前記パイプ保持孔184に嵌合している。その一方で、第二パイプ半体109bの端面はツバ部180の裏側に当接している。
また、前記蓋体104を構成する蓋体本体140には、図15に示すように、前記内周案内部136が嵌合する外周案内溝が形成されており、この外周案内溝は内周案内部136よりも大きな半径の半円状に形成されている。かかる外周案内溝には、前記内周案内部136の内周側案内曲面137と対向する外周側案内面143が形成されている。
このため、前記蓋体104をブロック組立体103に装着すると、前記内周案内部136の内周側案内曲面137と外周案内溝の外周側案内面143とが組み合わさって、両者の間にボール105の直径よりも僅かに大きな内径の方向転換路145が完成するようになっている。更に、前記外周案内溝と内周案内部136とが組み合わさることにより、前記連結体ベルト106のベルト部材161を収容する案内溝146が方向転換路145に具備されるようになっている。この案内溝146は内周案内部136の内周側案内曲面137の両側に設けられた内周側ベルト案内壁138に面している。
このように、前記内周側ベルト案内壁138は方向転換路145内の案内溝146に面していることから、前記第一パイプ半体109aの端部がパイプ保持孔184の内部にて前記内周側ベルト案内壁138に当接すると、パイプ部材109によってボール戻し通路132に設けられた案内溝191が方向転換路に設けられた案内溝146に対して正確に連結されることになる。
また、前記ブロック組立体103に対して蓋体104を装着すると、前記保持枠181,182,183のエッジ部に設けられた案内溝185が方向転換路に設けられた案内溝146に対して正確に連結されることになる。すなわち、ブロック組立体103に対して蓋体104を装着することにより前記負荷ボール転走面130に設けられた案内溝185、方向転換路145に設けられた案内溝146及びボール戻し通路132の案内溝191が連結され、ボール105の無限循環路内に前記連結体ベルト106のベルト部材161が嵌合する案内溝が完成するようになる。
このように構成された本発明を適用した運動案内装置では図15に示すように、各蓋体104に形成された方向転換路145が前記ボール105の転走方向を連続的に変化させる転換部145aと、この転換部145aと前記ボール戻し通路132を連結する転換準備部145bとを具備している。また、前記転換部145aの外周曲面は単一の曲率からなる円弧状曲面に形成される一方、前記転換準備部145bの外側面は前記ボール戻し通路32と連続していることから直線状に形成されている。すなわち、前記方向転換路44の外周側案内面143は曲面部と直線部を備える複合面に形成されている。
ここで、本実施形態では、前記循環部材108を構成するツバ部180がブロック本体107の端面の一部を覆う平板状に形成される。このため、実際には、前記方向転換路145が備える転換部145aは前記蓋体104に形成される一方で、前記方向転換路145が備える転換準備部145bは前記ツバ部180に形成されている。すなわち、本実施形態に係る蓋体104及び循環部材108が本発明が備える転換路形成体に相当する部材である。
そして、前記ブロック組立体103に形成された負荷ボール通路131内を転走してきたボール105は前記方向転換路145の転換部145a内を当該転換部145aの外周曲面に沿って単一円弧状に転走した後、前記転換準備部145bを通過して前記ボール戻し通路32内へと転走する。ここで、一対のスペーサ160は球面座162を介してボール105を抱え込んでおり、各スペーサ160は隣接するボール105同士の中心点同士を結んだ直線とその軸線が合致するようにして隣接するボール105間に配置されている。
このため、前記負荷ボール通路131と連続する方向転換路145の進入領域A’において、該負荷ボール通路131を転走してきたボール105が前記転換部145aの始点S’を通過し、該転換部145aの外周曲面に沿って前記軌道レール101のボール転走面111から離れる方向へと転走し始めると同時に、該ボール105の後方に接触するスペーサ160も軌道レール101のボール転走面111から離れる方向へと移動し始める。すなわち、前記スペーサ160は、前記転換部145aの始点S’に到達する前に、前記方向転換路145の内周側案内曲面137に対して徐々に接近していくように変位することになる。この方向転換路145内でのスペーサ160の変位は、前記移動ブロック102のボール戻し通路132と連続する方向転換路145の誘導領域C’においても起こる。
その一方で、前記方向転換路145の進入領域A’と誘導領域C’の間に設けられ、該方向転換路145の中央に配置された案内領域B’では、ボール105とスペーサ160との接触状態が一定であるため、前記スペーサ160が前記内周側案内曲面137に対してそれ以上接近せず、該内周側案内曲面137と一定の距離を保って移動することになる。
このように、方向転換路145内でのスペーサ160の軌道は、前記方向転換路145内においてボール105の転走軌道のように単一円弧状ではなく、該方向転換路145の進入領域A’、案内領域B’及び誘導領域C’の各領域において異なっている。
ところで、前記連結体ベルト106を構成するベルト部材161は、各スペーサ160を一列に連結するようにして設けられているので、該ベルト部材161はスペーサ160の移動に追従するようにしてボール105の無限循環路内を移動する。このため、前記方向転換路145内の進入領域A’及び誘導領域C’では、前記ベルト部材161もスペーサ160と共に該方向転換路145の内周側案内曲面137に対して徐々に接近していくことになる。
仮に、前記方向転換路145内における案内溝146の内周側ベルト案内壁138が前記外周側案内面143と同様の複合曲面に形成されている場合、前記方向転換路145内のスペーサ160の変位に伴って、前記ベルト部材161は案内溝146の内周側ベルト案内壁138に干渉してしまう。
しかし、本発明を適用した運動案内装置では、方向転換路145の進入領域A’及び誘導領域C’におけるスペーサ160の変位を考慮して前記内周側ベルト案内壁138とベルト部材161とが干渉しないよう、図15に示されるように該内周側ベルト案内壁138が曲率の異なる三種類の領域138a,138b、138cで形成されている。つまり、前記方向転換路44が備える転換準備部145bの外側面はボール5の転走方向に沿った直線状に形成される一方、この転換準備部145bの内周壁に形成された内周側ベルト案内壁138は曲線状に形成されており、前記転換準備部145b内ではボール105は直線状に案内される一方、前記スペーサ160及びこのスペーサ160の移動に追従するベルト部材161は曲線状に移動することが許容されている。
具体的に、前記方向転換路145の案内領域B’では、上述したように、スペーサ160及びベルト部材161が方向転換路145の内周側案内曲面137に対してそれ以上接近することがないため、該案内領域B’における内周側ベルト案内壁138bは方向転換路145を構成する転換部145aの外周曲面と同一円心であって単一曲率の円弧状曲面に形成されている。その一方で、前記方向転換路145の進入領域A’及び誘導領域C’では、スペーサ160の変位に倣った曲率で前記案内溝146の内周側ベルト案内壁138a,138cが形成されている。つまり、前記進入領域A’及び誘導領域C’における内周側ベルト案内壁138a,138cの曲率半径は、前記案内領域B’における内周側ベルト案内壁138bの曲率半径よりも大きく設定されている。尚、図15では、方向転換路145内でのスペーサ160の軌道を理解しやすくするため、方向転換路145内のボール105を一点鎖線で描いている。
ここで、前記方向転換路145の誘導領域C’はボール直径よりも僅かに大きな内径のボール戻し通路132に連続する一方で、前記進入領域A’はボール直径と略同一内径の前記負荷ボール通路131に連続している。すなわち、進入領域A’における方向転換路145の内径は前記誘導領域C’のそれよりも僅かに小さいので、その分だけ進入領域A’における内周側ベルト案内壁138aの曲率半径は、誘導領域C’における内周側ベルト案内壁138cの曲率半径よりも小さく設定されていることが好ましい。
前述したように、前記方向転換路145の進入領域A’及び誘導領域C’において、前記スペーサ160は前記転換部145aの始点S,S’到達する前に、前記方向転換路145の内周側案内曲面137側に対して徐々に接近していくことになる。前記ベルト部材161はボール105の無限循環路内でこのスペーサ160の変位に追従するため、本発明を適用した運動案内装置では、前記方向転換路145の進入領域A’及び誘導領域C’における案内溝146の内周側案内曲面138a,138cの開始位置P’,Q’が前記転換部145aの始点S,S’よりも前記負荷ボール通路131及びボール戻し通路132側に変位している。尚、前記転換部145aの外周曲面は単一の曲率からなる円弧状曲面に形成されていることから、図15では前記負荷ボール通路131側の視点S’をボール戻し通路132側の視点Sと移動ブロック102の移動方向に対して対向する位置に描いている。
以上のように構成された本発明の運動案内装置によれば、各蓋体104に形成された方向転換路145が前記ボール戻し通路132及び前記転換部145aを連結する転換準備部145bを有しており、当該転換準備部145bに係る外周面は前記転換部145aの外周曲面と連続すると共に直線状に形成される一方、当該転換準備部145bの内壁に形成された内周側ベルト案内壁138cは曲線状に形成されている。その結果、前記転換準備部145b内ではボール105は直線状に案内される一方、前記スペーサ160及びこのスペーサ160の移動に追従するベルト部材161は曲線状に移動することが許容されている。
このため、前記負荷ボール通路131又はボール戻し通路132を転走してきたボール105が前記外周側案内面143の始点S,S’を通過し、該外周側案内面143に沿って前記軌道レール101のボール転走面111から離れる方向又は近づく方向へと転走するのと同時に、前記スペーサ160が方向転換路145の内周側案内曲面137側に対して徐々に接近してしまったとしても、該スペーサ160の変位に追従するベルト部材161は前記内周側ベルト案内壁138aの始点P’及び誘導領域Cにおける内周側ベルト案内壁138cの始点Q’を通過している。
それ故、本発明を適用した運動案内装置では、方向転換路145の進入領域A’又は誘導領域C’における内周側ベルト案内壁138a及び内周側ベルト案内壁138cとベルト部材161との干渉を防ぐことが可能となる。その結果、移動ブロックに形成された無限循環路内における転動体の循環を円滑にすることが可能となる。
仮に、ブロック組立体103と蓋体104との分割面を前記方向転換路145の外周側案内面143の始点S,S’、前記内周側ベルト案内壁138aの始点P’及び内周側ベルト案内壁138cの始点Q’に合わせて設計した場合、ブロック組立体103に内周側ベルト案内壁138の曲面部分が含まれてしまうため、前記ブロック組立体103及び蓋体104の端面の構成が複雑化してしまう。しかし、この実施形態の運動案内装置によれば、前記ブロック組立体103と蓋体104との分割面Lが図15に示すように前記内周側ベルト案内壁138aの始点P’及び内周側ベルト案内壁138cの始点Q’を含む平面と合致させている。これにより、前記内周側ベルト案内壁138の曲面部分は総て蓋体104に含まれるので、前記ブロック組立体103及び蓋体104の端面の構成を簡素化することが可能となる。
一方、前記方向転換路145内におけるボール105の転走の安定性を考慮した場合、前記スペーサ160を大型化し、ボール105を抱え込む球面座162を大きくすることが良策である。このとき、前記方向転換路145の内周側案内曲面137が単一曲率の円弧状曲面に形成されていると、方向転換路145内におけるボール105の転走に伴って該スペーサ160が方向転換路145の内周側案内曲面137側に対して徐々に接近していくと、該内周側案内曲面137とスペーサ160とが干渉してしまう可能性が考えられる。この点を考慮すると、スペーサ160を大型化する場合にも前記方向転換路145の内周側案内曲面137を前記案内溝146に係る内周側ベルト案内壁138と同様に曲率の異なる3種類の円弧の複合曲面に形成することで同様の効果が得られる。
図16は、前記方向転換路145内に形成された案内溝146の第二実施形態を示す拡大図である。前記内周側ベルト案内壁138とベルト部材161との干渉を防ぐことが可能であれば、該内周側ベルト案内壁138の形状を楕円状に近似させても差し支えない。このような構成によれば、前記内周側ベルト案内壁138の成形を簡素化することが可能であり、上述の第一実施形態に比べ、運動案内装置の製造の簡素化に適している。
尚、本実施形態では転動体としてボールを用いた例を説明したが、転動体はボールに限られるものではなく、ローラを使用しても良い。その場合、転動体の転走面の断面形状は使用するローラの形状に応じ、ボールの場合と同様な曲面状の転走面としても良いし、単なる平面状の転走面としても良い。

Claims (11)

  1. 長手方向に沿って転動体が転走する軌道レール(1)と、多数の転動体(5)を介して前記軌道レール(1)に組み付けられると共に当該転動体(5)の無限循環路を有し、当該軌道レール(1)に沿って移動自在な移動ブロック(2)と、前記移動ブロック(2)の無限循環路内で互いに隣接する転動体(5)の間に介装されたスペーサ(6)と、を備え、
    前記移動ブロック(2)は、前記転動体(5)が軌道レール(1)との間で荷重を負荷しながら転走する負荷転動体通路(31)及びこの負荷転動体通路(31)と平行な転動体戻し通路(32)を有するブロック本体(3)と、前記負荷転動体通路(31)と転動体戻し通路(32)とを繋いで前記無限循環路を形成する方向転換路(44)を有すると共にこのブロック本体(3)に固定される一対の転換路形成体(4,104,108)と備え、
    前記方向転換路(44)は、前記転動体(5)の転走方向を連続的に変化させる転換部(44a)と、前記ブロック本体(3)の転動体戻し通路(32)から延伸されて当該転動体戻し通路(32)と前記転換部(44a)とを連結し、前記転動体(5)は直線状に案内する一方、前記スペーサ(6)の曲線状の移動を許容する転換準備部(44b)と、を備えていることを特徴とする運動案内装置。
  2. 前記無限循環路を含む平面で前記方向転換路(44)を切断したときに把握される当該方向転換路(44)の内周側案内曲面(71)は曲率の異なる複数の曲面からなる複合曲面であり、前記転換部(44a)の始点(S’)は前記内周側案内曲面(71)の始点(Q)よりも前記ブロック本体(3)の端部方向に設けられていることを特徴とする請求項1記載の運動案内装置。
  3. 前記方向転換路(44)を構成する転換部(44a)の外周曲面は単一曲率の円弧状曲面に形成されていることを特徴とする請求項2記載の運動案内装置。
  4. 前記内周側案内曲面(71)は曲率の異なる3種類の円弧の複合曲面であり、中央に位置する曲面は前記転換部(44a)の外周曲面と同心であることを特徴とする請求項3記載の運動案内装置。
  5. 前記内周側案内曲面(71)を構成する3種類の曲面のうち、中央に位置する曲面の曲率半径が最も小さく、転動体戻し通路(32)側に位置する曲面の曲率半径が最大であることを特徴とする請求項4記載の運動案内装置。
  6. 前記内周側案内曲面(71)は楕円形に形成されていることを特徴としている請求項2記載の運動案内装置。
  7. 前記スペーサ(160)はベルト部材(161)によって一列に結合されて連結体ベルト(106)を構成し、
    前記移動ブロック(2)の無限循環路の内側壁には前記連結体ベルト(106)のベルト部材(161)を転動体(105)の循環方向に沿って案内する案内溝(146,185,191)が設けられ、
    前記無限循環路を含む平面で前記方向転換路(44)を切断したときに把握される前記案内溝(146,185,191)の内周側ベルト案内壁(138)は曲率の異なる複数の曲面からなる複合曲面であり、前記転換部(145a)の始点(S)は前記内周側ベルト案内壁(138)の始点(Q’)よりも前記ブロック本体(3)の端部方向に設けられていることを特徴とする請求項1記載の運動案内装置。
  8. 前記方向転換路(145)は、前記負荷転動体通路(31)に連続する進入領域と、前記転動体戻し通路(32)に連続する誘導領域と、この誘導領域と前記進入領域との間に設けられた案内領域とからなり、前記案内領域における前記内周側ベルト案内壁(138)の曲面は前記転換部(145a)の外周曲面と同心であることを特徴とする請求項7に記載の運動案内装置。
  9. 前記内周側ベルト案内壁(138)を構成する曲面のうち、前記方向転換路(145)の案内領域における曲面の曲率半径が最も小さいことを特徴とする請求項8に記載の運動案内装置。
  10. 前記方向転換路(145)の案内領域における内周側案内曲面(137)は、前記転換部(145a)の外周曲面と同心であることを特徴とする請求項8に記載の運動案内装置。
  11. 前記内周側案内曲面(137)を構成する曲面のうち、前記案内領域における曲面の曲率半径が最も小さいことを特徴とする請求項10に記載の運動案内装置。
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