TWI732641B - 運動導引裝置及致動器 - Google Patents

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TWI732641B
TWI732641B TW109125843A TW109125843A TWI732641B TW I732641 B TWI732641 B TW I732641B TW 109125843 A TW109125843 A TW 109125843A TW 109125843 A TW109125843 A TW 109125843A TW I732641 B TWI732641 B TW I732641B
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本間一人
吉田明正
八代大輔
井口卓也
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日商Ｔｈｋ股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種於使用FRP所構成之運動導引裝置中，用以確實地安裝外部構件之手段。
構成該運動導引裝置10之軌道構件11或移動構件13係構成為包含有：滾動部30，其與複數個滾動體12接觸而構成滾動體滾動面11a，且由金屬材料所構成；安裝部75，其形成有用以安裝外部構件之安裝孔76，且由金屬材料所構成；及軌道本體部31或移動本體部43，其與滾動部30及安裝部75接合而形成軌道構件11或移動構件13，且由FRP所構成；安裝部75、與軌道本體部31或移動本體部43，分別具有在接合時朝與構成軌道本體部31或移動本體部43之FRP之強化纖維片材S之積層方向正交之方向開口之接合孔72、73、77、78，而可使用被設置於該接合孔72、73、77、78之接合手段80來進行接合。

Description

運動導引裝置及致動器
本發明係關於一種運動導引裝置與組入該運動導引裝置之致動器。
過去以來，於線性導軌或線性導引裝置、滾珠花鍵裝置、滾珠螺桿裝置等運動導引裝置中，由於構成該裝置之構件會伴隨著反覆地滾動、滑動動作，因此其構成構件一般係採用如高碳鉻軸承鋼或不鏽鋼、表面硬化用鋼(case hardening steel)般之硬度較高之金屬材料。
然而，為因應近年來運動導引裝置之應用範圍擴大之要求，尤其期望能實現輕量化之裝置，因此為了滿足該要求而提出用以實現輕量化之構想。例如，於本案申請人之下述專利文獻1中，提出有如下之運動導引裝置，其使用具有與鋼等之金屬材料一樣之強度及硬度且亦可實現輕量化之材料、即纖維強化塑膠(FRP；Fiber Reinforced Plastics)。由於該FRP藉由使用纖維與樹脂來補強塑膠，而可使強度明顯地提高，因此為使用於包含宇宙、航空產業，以及機車、汽車、鐵道、建築產業、醫療領域等各種領域的材料。然而，習知之FRP相較於金屬材料，耐磨耗性較差。因此，本案申請人開發對運動導引裝置應用FRP之技術，並於下述專利文獻1中，提出可實現藉由僅使用金屬材料之技術所無法實現之輕量化之運動導 引裝置。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第4813373號說明書
於對FRP製之運動導引裝置之構成構件安裝外部構件之情形時，藉由將螺紋襯套插入FRP之積層面而形成螺孔，並利用該螺孔來進行外部構件的設置。然而，埋入而被插入FRP之積層面之螺紋襯套，於利用鎖緊阻力之管理值以上之力矩加以緊固之情形時，會導致螺紋襯套跟著一起旋轉，而在強度之確保上存在著課題。亦即，對於使用FRP所構成之運動導引裝置，必須提供用以確實地安裝外部構件之手段。
本發明係鑒於前述之習知技術中所存在之問題而完成者，其目的在於提供於使用FRP而構成之運動導引裝置中，用以確實地安裝外部構件之手段。
本發明之運動導引裝置具備有軌道構件及經由複數個滾動體移動自如地被安裝於上述軌道構件之移動構件，其特徵在於，上述軌道構件或上述移動構件係構成為包含有：滾動部，其與上述複數個滾動體接觸而構成滾動體滾動面，且由金屬材料所構成；安裝部，其形成有用以安裝外部構件之安裝孔，且由金屬材料所構成；及軌道本體部或移動本體部，其與上述滾動部及上述安裝 部接合而形成上述軌道構件或上述移動構件，且由FRP所構成；上述安裝部、與上述軌道本體部或上述移動本體部，分別具有在接合時朝與構成上述軌道本體部或上述移動本體部之FRP之強化纖維片材之積層方向正交之方向開口之接合孔，而可使用被設置於該接合孔之接合手段來進行接合。
又，本發明之另一運動導引裝置具備有軌道構件及經由複數個滾動體移動自如地被安裝於上述軌道構件之移動構件，其特徵在於，上述軌道構件或上述移動構件係構成為包含有：滾動部，其與上述複數個滾動體接觸而構成滾動體滾動面，且由金屬材料所構成；安裝部，其形成有用以安裝外部構件之安裝孔，且由金屬材料所構成；及軌道本體部或移動本體部，其與上述滾動部及上述安裝部接合而形成上述軌道構件或上述移動構件，且由FRP所構成；上述安裝部、與上述軌道本體部或上述移動本體部分別具有在接合時與構成上述軌道本體部或上述移動本體部之FRP之強化纖維片材之積層方向平行之方向擴展之接合面，而可使用被賦予至該接合面之接合手段來進行接合。
再者，本發明可藉由組入上述任一運動導引裝置來構成致動器。
根據本發明，可提供一種於使用FRP所構成之運動導引裝置中，用以確實地安裝外部構件之手段。又，根據本發明，可提供一種組入有該運動導引裝置之致動器。
10、200、300:運動導引裝置
11、211、311、411:軌道導軌
11a:滾動體滾動槽
11b、311b、411b:螺栓安裝孔
12:滾珠
13、83:移動構件
13a:負載滾動體滾動槽
13b:開口部
13c:上表面
13d:母螺紋
14:螺桿
15:負載滾動體滾動路
16:返回道
17:方向轉換道
18:蓋體
19:無負載滾動體滾動路
20:無限循環道
21:分隔構件
30、40、41、42、44:滾動部
31、331、431:軌道本體部
43:移動本體部
51、52:端部殼體
71、91:凹陷台階加工部
72、73、77、78、88、477、478:接合孔
75、95:安裝部
76、86:安裝孔
80:螺栓
80a:緊固用定位銷
81:墊圈
85:緊固配件
95a:側面用安裝部
95b:底面用安裝部
375:金屬軸環
376:安裝孔
411c:螺栓孔
471:槽形狀部
475:補強用安裝部
510:滾珠螺桿裝置
511:螺桿
512:滾珠
513:螺帽
S:強化纖維片材
圖1係用以說明第一實施形態之運動導引裝置之概略構造之局部截斷立體圖。
圖2係第一實施形態之運動導引裝置之縱剖面圖。
圖3係用以說明第一實施形態之軌道導軌之構造之縱剖面圖。
圖4係用以說明應用本發明之移動構件之構造例之縱剖面圖。
圖5係表示第一實施形態之運動導引裝置之使用狀態之一例之外觀立體圖。
圖6(a)及(b)係用以說明作為第一實施形態之運動導引裝置之構成構件之FRP之特性之示意圖。
圖7(a)及(b)係用以說明第一實施形態之運動導引裝置之主要部分之圖。
圖8係表示將第一實施形態應用於移動構件之事例之圖。
圖9(a)及(b)係表示第一實施形態之運動導引裝置可採用之多種變化例之一例之圖。
圖10(a)及(b)係表示第一實施形態之運動導引裝置可採用之多種變化例中之另一例之圖。
圖11係表示第二實施形態之運動導引裝置之主要部分之局部立體圖，圖中之分圖(a)表示將安裝部安裝於凹陷台階加工部之前之狀態，分圖(b)表示將安裝部安裝於凹陷台階加工部之後之狀態。
圖12係用以說明第三實施形態之運動導引裝置之圖，圖中之分圖(a)係表示運動導引裝置之整體構成之立體圖，分圖(b)係表示螺栓安裝孔之周邊之主要部分縱剖面圖，分圖(c)係用以說明作為軌道導軌之構成構件之FRP之特性之示意圖。
圖13係表示第三實施形態之具體實施事例之圖。
圖14係例示第三實施形態之金屬軸環之改良形態之局部縱剖面圖。
圖15係用以說明第四實施形態之運動導引裝置所使用之軌道導軌之圖，圖中之分圖(a)係表示組裝前之軌道導軌之底面側之分解立體圖，分圖(b)係表示組裝後之軌道導軌之底面側之立體圖，分圖(c)係表示組裝後之軌道導軌之上表面側之立體圖。
圖16係表示相對於表示圖15中之分圖(c)之A-A剖面之狀態圖，設置有作為緊固手段之螺栓之情形之圖。
圖17係例示將本發明之運動導引裝置構成為滾珠螺桿裝置之情形之圖。
以下，使用圖式對用以實施本發明之較佳之實施形態進行說明。再者，以下之各實施形態並非限定各請求項之發明者，又，各實施形態中所說明之特徵之所有組合，不一定為發明之解決手段所必需。
再者，本說明書之「運動導引裝置」，包含例如工具機等所使用之所有滾動軸承或真空中所使用之無潤滑軸承、線性導軌與線性導引裝置、滾珠花鍵裝置、滾珠螺桿裝置、輥環等所有伴隨著滾動、滑動動作之裝置。
[第一實施形態]
圖1及圖2係表示第一實施形態之運動導引裝置一形態之圖，尤其圖1係用以說明第一實施形態之運動導引裝置之概略構造之局部截斷立體圖，圖2係第一實施形態之運動導引裝置之縱剖面圖。
該運動導引裝置10表示線性運動導引與滾珠螺桿被組合而成為一體構造之形式之運動導引裝置10。而且，該滾珠螺桿藉由被連接於未圖示之馬達，而作為本發明之致動器發揮功能。
作為第一實施形態之運動導引裝置10之主要構造，具備有作為軌道構件之軌道導軌11、及經由作為滾動體之複數個滾珠12移動自如地被安裝於該軌道導軌11之移動構件13。又，於移動構件13之中央部設有形成有螺旋狀之螺紋溝之開口部13b，於該開口部13b設有導通於該開口部13b，並且經由滾珠12旋轉被移動自如地安裝之螺桿14。
軌道導軌11係縱剖面呈大致U字形之長尺寸之構件，於其內側兩側面遍及軌道導軌11之全長而形成左右各2條可供滾珠12進入之滾動體滾動槽11a。於軌道導軌11之縱剖面呈大致U字形之底面側，沿其長度方向隔開適當間隔地形成有複數個螺栓安裝孔11b。藉由被螺固於該等螺栓安裝孔11b之螺栓(未圖示)，軌道導軌11被固定於既定之安裝面，例如工具機之床台之上表面。再者，圖示之軌道導軌11雖為直線狀，但亦可使用曲線狀之導軌。
移動構件13係構成為在鋼等強度較高之金屬材料上開孔之構造之塊體。於該移動構件13設有分別與軌道導軌11所具有之4條滾動體滾動槽11a對向之4條負載滾動體滾動槽13a。藉由該等滾動體滾動槽11a與負載滾動體滾動槽13a之組合，而在軌道導軌11與移動構件13之間形成4條負載滾動體滾動路15。又，於移動構件13之上表面13c形成有複數個(圖1中可看到3條，但實際上有4條)母螺紋13d。利用該等母螺紋13d，移動構件13被固定於既定之安裝面，例如工具機之鞍座(saddle)或載台(table)之下 表面。再者，關於移動構件13，並非僅由金屬材料所構成者，亦可為包含與鋼等之強度較高之金屬材料一體地射出成形之合成樹脂製之模具成形體之構造。
於移動構件13形成有與4條負載滾動體滾動路15並行地延伸之4條返回道16。又，移動構件13於其兩端面具有蓋體18，藉由在該蓋體18所形成之呈拱狀凹陷之未圖示之滾珠導引槽，而形成在負載滾動體滾動路15與返回道16之間呈拱狀地突出而形成之方向轉換道17(於圖1中，以排除蓋體18之狀態表示僅1角落側之2條方向轉換道17)。
藉由一對蓋體18作為構成移動構件13端部之構件而被確實地固定，而於該等之間形成連結負載滾動體滾動路15與返回道16之方向轉換道17。藉由返回道16與方向轉換道17來構成滾珠12之無負載滾動體滾動路19，並藉由該無負載滾動體滾動路19與負載滾動體滾動路15之組合來構成無限循環道20。
又，於第一實施形態之運動導引裝置10之滾珠12間，設置有較滾珠12柔軟之分隔構件21。再者，圖1所例示之分隔構件21，被設置於軌道導軌11與移動構件13之間者係採用帶狀之分隔構件21，另一方面，被設置於移動構件13與螺桿14之間者係採用一次一個地被插入滾珠12間之作為保持器(retainer)之分隔構件21。不過，分隔構件21之種類與設置之組合，並不限定於圖1所例示者，例如，可採用具有作為滾動體之滾珠12之直徑以下之直徑的分隔用滾珠等。如此所設置之分隔構件21係發揮如下之效果：可防止滾珠12彼此之干涉或碰撞、滾珠12之脫落等，並且實現滾珠12之整列運動，而且再加上分隔構件21之自潤滑效果，而 可大幅地改良運動導引裝置10之耐磨耗性。
此處，作為第一實施形態之運動導引裝置10之特徵，可列舉作為軌道構件之軌道導軌11與滾珠12接觸之滾動體滾動面(滾動體滾動槽11a)之附近係藉由金屬材料來形成，而其他部分係藉由FRP所形成。藉由具有該特徵，第一實施形態之運動導引裝置10可維持與習知之運動導引裝置同等以上之強度及硬度，且亦可實現輕量化。
使用圖3更詳細地對第一實施形態之軌道導軌11之構造進行說明。圖3係用以說明第一實施形態之軌道導軌11之構造之縱剖面圖。
第一實施形態之軌道導軌11係藉由將由金屬材料所構成之滾動部30、與由FRP所構成之軌道本體部31之兩個構件接合而構成。由金屬材料所構成之滾動部30係要求較高之強度與剛性，並且亦需要耐磨耗性之構件。作為被用於滾動部30之金屬材料，例如除了可採用如高碳鉻軸承鋼或不鏽鋼、表面硬化用鋼般硬度較高者外，亦可採用鋁合金或鈹銅、鈦合金等。
另一方面，軌道本體部31係藉由FRP所形成，而實現第一實施形態之運動導引裝置10之輕量化。所採用之FRP之種類，較佳為碳纖維強化塑膠(CFRP；Carbon Fiber Reinforced Plastics)、玻璃纖維強化塑膠(GFRP；Glass Fiber Reinforced Plastics)、聚醯胺纖維強化塑膠(KFRP；Kevlar Fiber Reinforced Plastics)之至少一者。尤其，CFRP於強度方面非常優異，藉由改變碳纖維之積層方向或積層數，由於相對於所期望之形狀具有強度且可實現輕量化，因此為較佳之材料。
再者，於圖1、圖2及圖3所示之第一實施形態之運動導引裝置10中，雖設為僅軌道導軌11由金屬材料與FRP所構成，但本發明並不限定於該實施形態，如圖4所示，亦可應用於移動構件13或螺桿14。亦即，與軌道導軌11所具有之4條滾動體滾動槽11a協同動作，且形成負載滾動體滾動路15之4條負載滾動體滾動槽13a之附近係藉由由金屬材料構成之滾動部40所形成，與4條負載滾動體滾動路15並行地延伸之4條返回道16之附近係藉由由金屬材料構成之滾動部41所形成，或經由滾珠12而設置有螺桿14之開口部13b之附近係藉由由金屬材料構成之滾動部42所形成，而且，與滾珠12相接之螺桿14之外周部分係藉由由金屬材料構成之滾動部44所形成，或可將其他部分作為由FRP構成之移動本體部43所構成。不僅軌道導軌11，亦使移動構件13或螺桿14成為接合如此之金屬材料與FRP而成之構造，藉此可進一步實現輕量化。
又，由金屬材料所構成之滾動部30與由FRP所構成之軌道本體部31、由金屬材料所構成之滾動部40、41、42與由FRP所構成之移動本體部43、或者由金屬材料所構成之滾動部44與由FRP所構成之螺桿14之其他部分之接合方法，可採用接著接合、壓入接合或螺栓接合中之任一者，或組合該等之方法。
例如，於圖3所示之軌道導軌11之情形時，較佳為使用接著劑來進行接著接合。又，於圖4所示之移動構件13之情形時，於形成負載滾動體滾動槽13a之附近之滾動部40，較佳為使用接著劑來進行接著接合，而於形成返回道16之附近與開口部13b之附近之滾動部41、42，較佳為採用壓入接合。關於壓入接合，可 藉由對滾動部41、42之外周面、或者返回道16與開口部13b之內周面實施壓花加工並進行壓入，而確實地進行接合。此外，為了增加接合強度亦可採用螺栓接合，而作為更確實之接合方法，亦可採用將接著接合與螺栓接合加以組合、或將壓入接合與螺栓接合加以組合之接合方法。不過，於螺栓接合之情形時，必須考慮到不使螺栓之頭部等對運動導引裝置10之動作產生影響。再者，關於具有如螺桿14之形狀之構件，可根據外觀形狀或材質等適當地採用最佳之接合方法。
以上，已藉由使用圖1~圖4，說明第一實施形態之運動導引裝置10之基本構成。其次，使用圖5~圖7，對第一實施形態之運動導引裝置10之其他特徵進行說明。此處，圖5係表示第一實施形態之運動導引裝置10之使用狀態之一例之外觀立體圖，圖6係用以說明作為第一實施形態之運動導引裝置10之構成構件之FRP之特性之示意圖，圖7係用以說明第一實施形態之運動導引裝置10之主要部分之圖。
關於前述之第一實施形態之運動導引裝置10，例如如圖5所示，於軌道導軌11之長度方向之兩端部安裝有端部殼體51、52。該端部殼體51、52係使用於支承旋轉移動自如之螺桿14，或用作於安裝外部之動力源，或者作為螺桿14等運動導引裝置10之構成構件之調整裕度而使用之構件。因此，該等端部殼體51、52係要求既定以上之安裝精度之構件。
然而，如先前技術所說明，僅於FRP製之軌道導軌11之長度方向之兩端部開出螺孔或設置螺紋襯套來安裝端部殼體51、52，在確保強度上存在課題。若使用圖6對該原因進行說明， 則如圖6中之分圖(a)所示，第一實施形態之軌道導軌11之軌道本體部31係以積層複數個FRP之強化纖維片材S之形式所構成。因此，如圖6中之分圖(b)所示，第一實施形態之軌道導軌11具有如下之特性：在與FRP之強化纖維片材S之積層方向正交之方向即符號α之方向上受力之情形時，FRP雖可發揮較大之強度，但在與FRP之強化纖維片材S之積層方向平行之方向即符號β之方向上受力之情形時，FRP僅能發揮較小之強度。亦即，朝向與構成軌道導軌11之FRP之強化纖維片材S之積層方向平行之方向即符號β之方向開出螺孔或設置螺紋襯套來進行端部殼體51、52之安裝，於確保強度上存在課題。
在考慮到以上事項之前提下，本案發明者等發明圖7所示之新構成。亦即，於由FRP所構成之軌道本體部31之端部形成凹陷台階加工部71，並以嵌入形成有該凹陷台階加工部71之部位之方式，形成由金屬材料所構成之安裝部75。該安裝部75係形成端部殼體51、52等之外部構件之安裝用之安裝孔76之構件，其整體係藉由金屬材料所構成。又，凹陷台階加工部71由於被形成為沿著安裝部75之外廓形狀之形狀，因此若將安裝部75嵌入凹陷台階加工部71，便成為外形尺寸對齊之平滑之外廓形狀，而形成作為長尺寸之構件之軌道導軌11的外形。
此外，於安裝部75與被形成於軌道本體部31之凹陷台階加工部71之部位，分別形成有在接合時朝與構成軌道本體部31之FRP之強化纖維片材S之積層方向正交之方向(亦即，圖6之分圖(b)之符號α之方向)開口之接合孔72、73、77、78。
第一實施形態之接合孔72、73、77、78係以朝向下 述兩個方向開口之方式形成有複數個，面向縱剖面呈大致U字形之軌道導軌11之底面側之朝向第一方向開口之接合孔72、77、與面向縱剖面呈大致U字形之軌道導軌11之左右面側並且與第一方向正交之朝向第二方向開口之接合孔73、78，並利用該等朝向兩個方向開口之接合孔72、73、77、78，藉此可實現安裝部75相對於被形成於軌道本體部31之凹陷台階加工部71之部位之接合。再者，被設置於該接合孔72、73、77、78之接合手段，例如可由螺栓或鉚釘之任一者或該等之組合所構成，而於圖7所示之第一實施形態中則例示有使用螺栓80之接合手段。
又，藉由螺栓80所具有之公螺紋而發揮作用之接合力，係利用進入至螺栓80之前端部所欲螺合之構件而得以提高。例如，前述之朝向第一方向開口之接合孔72、77與螺栓80之關係，係預先使被形成於凹陷台階加工部71之接合孔72成為較螺栓軸徑更大之尺寸，並僅於被形成於安裝部75之接合孔77形成母螺紋，藉此使來自螺栓80之接合力僅作用於安裝部75，則形成有凹陷台階加工部71之軌道本體部31便能構成為由螺栓80與安裝部75所夾住。又，同樣地，前述之朝向第二方向開口之接合孔73、78與螺栓80之關係，係預先使被形成於安裝部75之接合孔78成為較螺栓軸徑更大之尺寸，並僅於被形成於凹陷台階加工部71之接合孔73形成母螺紋，藉此使來自螺栓80之接合力僅作用於凹陷台階加工部71，則安裝部75便能構成為由螺栓80與凹陷台階加工部71所夾住。藉由採用如此之構成，由於可於使用螺栓80等接合手段之安裝部75與凹陷台階加工部71之接合時，於兩構件間形成安裝時之餘裕部，因此安裝位置之調整變容易，故較佳。
又，第一實施形態之接合孔72、73、77、78由於朝與構成軌道本體部31之FRP之強化纖維片材S之積層方向正交之方向(即，圖6之分圖(b)之符號α之方向)開口，因此自螺栓80等接合手段所作用之接合力，會作用於與FRP之強化纖維片材S之積層方向正交之方向。亦即，由FRP所構成之軌道本體部31由於能以牢固之力承受自螺栓80等接合手段所作用之接合力，因此可實現由FRP所構成之軌道本體部31與由金屬材料所構成之安裝部75之牢固且高精度之接合。
此外，軌道導軌11與端部殼體51、52等外部構件之安裝，雖藉由由金屬材料構成之安裝部75所具有之安裝孔76來執行，但由於安裝部75確實地被固定於軌道本體部31，並且該安裝孔76係由金屬材料所形成，因此先前技術所說明之習知技術之問題被解決，而可實現外部構件相對於第一實施形態之軌道導軌11之確實且高精度之安裝狀態。
甚至，第一實施形態之安裝部75由於藉由金屬材料所形成，因此在相對於軌道本體部31接合後，例如可藉由安裝部75之端面進行磨削加工等，來確保該端面之直角度。亦即，於僅由FRP所構成之軌道導軌之情形時，雖無法達到如金屬材料般之外形尺寸精度，但如第一實施形態般組合FRP製之軌道本體部31與金屬材料製之安裝部75來構成軌道導軌11，可藉此實現具有更高之外形尺寸精度之軌道導軌11。
以上，已使用圖5~圖7，對第一實施形態之運動導引裝置10之其他特徵點進行說明。使用圖5~圖7所說明之本發明之特徵，雖以應用於軌道導軌11之事例者進行說明，但該特徵事 項亦可應用於移動構件13，並將其具體例示於圖8。此處，圖8係表示將第一實施形態應用於移動構件之事例之圖。
圖8所例示之移動構件83之情形，均由CFRP所形成。又，被設置於該移動構件83之兩端面之蓋體18，亦藉由樹脂所形成。此時，若僅使用螺栓80將蓋體18緊固於移動構件83，由於該螺栓80會在相對於CFRP之強化纖維片材S之積層方向平行之方向被緊固固定，因此其緊固力於構成移動構件83之CFRP之特性上僅能發揮較小的強度。因此，於圖8所示之實施形態之情形時，在由CFRP所形成之移動構件83之兩端面之附近形成矩形切口，並對該切口插入金屬材料製之緊固配件85。於該緊固配件85，相對於被插入移動構件83時之側面方向(圖8之紙面右斜下方向)形成有接合孔88，而該接合孔88之開口方向係與CFRP之強化纖維片材S之積層方向垂直之方向。而且，藉由將緊固用定位銷80a插入該接合孔88，可實現緊固配件85相對於移動構件83之確實且牢固之接合狀態。
又，於緊固配件85之端面方向(圖8之紙面左斜下方向)，形成有用以安裝蓋體18之安裝孔86，並藉由利用該安裝孔86與螺栓80，可實現樹脂製之蓋體18相對於CFRP製之移動構件83之牢固之安裝。
再者，與前述之關於軌道導軌11之第一實施形態之情形相同地，圖8所例示之緊固配件85，由於亦藉由金屬材料所形成，因此在接合於移動構件83後對端面進行磨削加工等，可藉此確保該端面之直角度。亦即，於僅由CFRP所構成之移動構件之情形時，雖無法達到如金屬材料般之外形尺寸精度，但如該實施形態 所示，藉由組合CFRP製之移動構件83與金屬材料製之緊固配件85而構成，可實現具有更高之外形尺寸精度之移動構件83。
藉由以上所說明之第一實施形態之運動導引裝置10，可實現具備有用以確實地安裝外部構件之手段之使用FRP所構成之運動導引裝置10。根據該運動導引裝置10，可改善成為應用FRP時之課題之外部構件之安裝性，同時可一邊確保作為FRP之優點之必要強度一邊實現輕量化。再者，以鋁等為代表之非鐵金屬雖可達成輕量化，但存在有強度較弱之課題。亦即，鐵之楊式係數為206GPa，而鋁之楊式係數約為68GPa。因此，於藉由以鋁等為代表之非鐵金屬來構成運動導引裝置之情形時，雖可達成輕量化，但難以確保與鐵系材料相當之必要強度。
另一方面，FRP可實現非常高之楊式係數(Young’s modulus)，例如，CFRP之楊式係數可確保約為50~400GPa。而且，如前述之第一實施形態般，CFRP係藉由以自與CFRP之強化纖維片材S之積層方向正交之方向受力之方式使用CFRP，而可發揮接近楊式係數之上限值即400GPa之強度。亦即，根據應用本發明之運動導引裝置10，可在改善於應用FRP時會成為課題之外部構件之安裝性的同時，一邊確保作為FRP之優點之必要強度一邊實現輕量化。
又，由於FRP為阻尼特性優異之材料，因此在將其應用於運動導引裝置10之情形時可發揮有利之效果。例如，於將運動導引裝置10以懸臂來使用之情形等時，可得到至振動平息為止之停止時間變短之效果。亦即，即便於因使用環境之限制而必須將運動導引裝置10以懸臂來設置之情形時，由於可藉由FRP之阻 尼特性在早期便消除因外部影響所產生之振動，因此可縮短運動導引裝置10之穩定狀態恢復週期。
以上，雖已對本發明較佳之實施形態進行說明，但本發明之技術範圍並不限定於上述第一實施形態所記載之範圍。可對上述第一實施形態進行各種變更或改良。
例如，於圖7所例示之第一實施形態之軌道導軌11中，由金屬材料所構成之安裝部75具有大致L字形之外形，用於安裝該安裝部75之凹陷台階加工部71，遍及軌道導軌11之左右側面與底面地被形成。然而，本發明之凹陷台階加工部與被接合於該凹陷台階加工部之安裝部之形狀，可任意地變更。例如，如圖9所示，亦可預先將凹陷台階加工部91僅形成於軌道導軌11之左右側面，並藉由螺栓80來接合具有沿著該凹陷台階加工部91之形狀的形狀之安裝部95。於圖9所示之形態之情形時，由於接合有螺栓80之方向成為與構成軌道導軌11之FRP之強化纖維片材S之積層方向垂直之方向，因此可實現安裝部95相對於軌道導軌11之確實且牢固之接合狀態。再者，圖9係表示第一實施形態之運動導引裝置可採用之多種變化例之一例之圖，與前述之第一實施形態之情形相同或類似之構件，藉由標示同一元件符號而省略說明。
又，例如，如圖7所例示之第一實施形態之軌道導軌11般，亦可預先遍及軌道導軌11之左右側面與底面來形成凹陷台階加工部71，並將被接合於該凹陷台階加工部71之安裝部分割成兩個側面用安裝部95a與一個底面用安裝部95b而構成。將該種形態例顯示於圖10。圖10係表示第一實施形態之運動導引裝置可採用之多種變化例中之另一例之圖，且與前述之第一實施形態之情形 相同或類似之構件，藉由標示同一元件符號而省略說明。於圖10所例示之形態例之情形時，由於接合孔72、73、77、78亦朝與構成軌道本體部31之FRP之強化纖維片材S之積層方向正交之方向(即，圖6之分圖(b)之符號α之方向)開口，因此自螺栓80等接合手段所作用之接合力便作用於與FRP之強化纖維片材S之積層方向正交之方向。亦即，由FRP所構成之軌道本體部31，由於可利用牢固之力來承受自螺栓80等接合手段所作用之接合力，因此可實現由FRP所構成之軌道本體部31與由金屬材料所構成之側面用安裝部95a及底面用安裝部95b之牢固且高精度之接合。
[第二實施形態]
其次，作為本發明可採用之另一形態例，藉由使用圖11而對第二實施形態之運動導引裝置200進行說明。此處，圖11係表示第二實施形態之運動導引裝置之主要部分之局部立體圖，圖中之分圖(a)表示將安裝部安裝於凹陷台階加工部之前之狀態，分圖(b)表示將安裝部安裝於凹陷台階加工部之後之狀態。再者，於圖11中，與前述之第一實施形態之情形相同或類似之構件，藉由標示同一元件符號而省略說明。
於第二實施形態之運動導引裝置200中，與上述第一實施形態之情形相同地，於由FRP所構成之軌道本體部31之端部形成有凹陷台階加工部71，並以嵌入於形成有該凹陷台階加工部71之部位之方式，接合由金屬材料所構成之安裝部75。不過，由於第二實施形態之接合手段使用接著劑，因此採用與第一實施形態不同之構成。亦即，於第二實施形態中，在被形成於軌道本體部31 之端部之凹陷台階加工部71，未形成用以進行外部構件之安裝的安裝孔，而且，第二實施形態之凹陷台階加工部71係構成為朝與構成軌道本體部31之FRP之強化纖維片材之積層方向平行之方向擴展之接合面。而且，對作為該接合面之凹陷台階加工部71賦予接著劑來接合安裝部75，藉此製作第二實施形態之運動導引裝置200之軌道導軌211。
再者，於第二實施形態中，於安裝部75亦形成有用以安裝端部殼體51、52等外部構件之安裝孔76，其整體係藉由金屬材料所構成。又，凹陷台階加工部71由於被形成為沿著安裝部75之外廓形狀之形狀，因此若將安裝部75接著於凹陷台階加工部71，便成為外形尺寸對齊之平滑之外廓形狀，而形成作為長條構件之軌道導軌11之外形。此外，於第二實施形態中，由於使用接著劑來作為接合手段，因此具有安裝部75相對於凹陷台階加工部71之定位較容易之優點。亦即，根據第二實施形態之運動導引裝置200，在改善FRP之應用時之課題之外部構件之安裝性的同時，可一邊確保作為FRP之優點之必要強度一邊實現輕量化。
[第三實施形態]
於以上所說明之第一及第二實施形態之運動導引裝置10、200中，預先在由FRP所構成之軌道本體部31之端部形成凹陷台階加工部71，並以嵌入於形成有該凹陷台階加工部71之部位之方式接合由金屬材料所構成之安裝部75。然而，本發明之應用範圍並非僅應用於軌道本體部31之端部者，例如，亦可應用於在軌道導軌11之縱剖面呈大致U字形之底面側且於其長度方向隔開適當間隔形 成之複數個螺栓安裝孔。使用圖12及圖13對其具體例進行說明。此處，圖12係用以說明第三實施形態之運動導引裝置之圖，圖中之分圖(a)係表示運動導引裝置之整體構成之立體圖，分圖(b)係表示螺栓安裝孔之周邊之主要部分縱剖面圖，分圖(c)係用以說明作為軌道導軌之構成構件之FRP之特性之示意圖。又，圖13係表示第三實施形態之具體實施事例之圖。
如圖12所示，於第三實施形態之運動導引裝置300中，於軌道導軌311之縱剖面呈大致U字形之底面側且於其長度方向隔開適當間隔而形成有複數個螺栓安裝孔311b。而且，如圖12中之分圖(b)所示，第三實施形態之螺栓安裝孔311b，在朝縱向開口之螺栓安裝孔311b之中央部分，孔直徑被變更。亦即，軌道導軌311上側之孔之開口直徑被形成為較大，另一方面，軌道導軌311下側之孔之開口直徑被形成為較小。亦即，於第三實施形態之螺栓安裝孔311b，形成有本發明之凹陷台階加工部。此外，如圖12中之分圖(c)所示，具有該凹陷台階加工部之螺栓安裝孔311b，由於朝與構成軌道本體部331之FRP之強化纖維片材S之積層方向正交之方向(即，圖6之分圖(b)之符號α之方向)開口，因此採用FRP可發揮較大強度之構成。
而且，在上方具有凸緣部之金屬軸環375，係藉由接著劑被接著接合於前述之具有凹陷台階加工部之螺栓安裝孔311b。該金屬軸環375係形成有用以安裝外部構件之安裝孔376之由金屬材料所構成之構件，且作為本發明之安裝部而發揮功能者。
藉由使用圖13所示之螺栓80將軌道導軌311固定於如以上所構成之第三實施形態之螺栓安裝孔311b及金屬軸環 375，而可提供雖使用FRP之輕量化材料仍能實現與使用鐵系材料之情形同等之牢固之固定狀態之運動導引裝置300。再者，於將螺栓80插入金屬軸環375而進行緊固時，較佳為將金屬製之墊圈81無縫隙地墊在金屬軸環375上部與螺栓80之頭部之間來使用。又，此時由於螺栓安裝孔311b與金屬軸環375係藉由接著劑而被牢固地接合固定，因此金屬軸環375不會因螺栓80緊固時之旋轉力而一起轉動，所以不會使構成軌道本體部331之FRP受損。因此，根據第三實施形態，可提供能穩定地執行對於軌道導軌311之牢固之螺栓緊固力之運動導引裝置300。
再者，前述之第三實施形態之金屬軸環375，亦可應用圖14所示之改良形態。此處，圖14係例示第三實施形態之金屬軸環之改良形態之局部縱剖面圖。亦即，亦可對第三實施形態之金屬軸環375之安裝孔376之內周面實施攻牙加工來形成螺紋溝並利用該螺紋溝，藉此進行軌道導軌311之安裝。該構成來自螺栓80之緊固力會更牢固地作用於由金屬材料所構成之金屬軸環375，故而較佳。
[第四實施形態]
前述之第三實施形態係表示對軌道導軌311之縱剖面呈大致U字形之底面側且其長度方向隔開適當間隔而形成之複數個之螺栓安裝孔311b應用本發明之情形時之形態例。該第三實施形態進一步可應用其他變形形態。因此，藉由使用圖15及圖16，對第四實施形態之運動導引裝置進行說明。此處，圖15係用以說明第四實施形態之運動導引裝置所使用之軌道導軌之圖，圖中之分圖(a)係表 示組裝前之軌道導軌之底面側之分解立體圖，分圖(b)係表示組裝後之軌道導軌之底面側之立體圖，分圖(c)係表示組裝後之軌道導軌之上表面側之立體圖。又，圖16係表示相對於表示圖15中之分圖(c)之A-A剖面之狀態圖，設置有作為緊固手段之螺栓之情形之圖。
第四實施形態之運動導引裝置所使用之軌道導軌411，係於軌道導軌411之縱剖面呈大致U字形之底面側且其長度方向隔開適當間隔而形成複數個螺栓安裝孔411b之形成部位之底面側，具有大致長圓形之槽形狀部471。該槽形狀部471係具有作為本發明之凹陷台階加工部之功能之部位。而且，於該作為凹陷台階加工部之槽形狀部471，嵌入有圖15中之分圖(a)所示之由金屬材料所構成之補強用安裝部475。於該補強用安裝部475，在中央部形成有大直徑之接合孔477，而且，於該大直徑之接合孔477之兩側，形成有兩個小直徑之接合孔478。於將補強用安裝部475嵌入作為凹陷台階加工部之槽形狀部471時，在軌道導軌411所形成之螺栓安裝孔411b與大直徑之接合孔477重疊而成為孔導通之狀態。又，在被形成於軌道導軌411之螺栓安裝孔411b之形成部位之前後形成有螺栓孔411c，於將補強用安裝部475嵌入作為凹陷台階加工部之槽形狀部471時，小直徑之接合孔478與螺栓孔411c重疊而成為孔導通之狀態。因此，利用在被形成於軌道導軌411之螺栓安裝孔411b之形成部位之前後所形成之螺栓孔411c，來對小直徑之接合孔478緊固螺栓80，藉此可將補強用安裝部475牢固地固定於軌道本體部431(參照圖15中之分圖(b)、分圖(c)及圖16)。
又，利用在補強用安裝部475所形成之大直徑之接合孔477與在軌道導軌411所形成之螺栓安裝孔411b，如圖16所示， 將螺栓80插入接合孔477與螺栓安裝孔411b而進行緊固，藉此可將軌道導軌411牢固地固定於固定對象物。又，第四實施形態，由於對固定對象物之固定力主要會進入至補強用安裝部475，且固定力實質上不作用於由FRP所構成之軌道本體部431，因此可適當地防止根據螺栓80之緊固力而導致軌道導軌411產生應變或形狀變形，而可實現運動導引裝置之穩定之安裝狀態。
以上，雖已說明本發明較佳之實施形態，但本發明之技術範圍並不限定於上述實施形態所記載之範圍。可對上述實施形態進行各種變更或改良。
例如，於第一至第四實施形態中，已對線性運動導引與滾珠螺桿被組合而成為一體構造之形式之運動導引裝置10應用本發明之情形進行說明。然而，本發明可應用於任何運動導引裝置，例如，工具機等所使用之所有滾動軸承或在真空中使用之無潤滑軸承、線性導軌或線性導引裝置、滾珠花鍵裝置、滾珠螺桿裝置、輥環等。
又，於前述之第一至第四實施形態之運動導引裝置10中，雖已例示作為滾動體之滾珠12以無限地在無限循環道20進行循環之方式所構成之情形進行例示，但滾動體亦可構成為滾筒，而且滾動體不僅可為無限地進行循環之形式，亦可為有限地進行循環者。
此外，前述之第一至第四實施形態之運動導引裝置已例示作為軌道構件之軌道導軌11與移動構件13經由作為滾動體之滾珠12而設置之情形。然而，本發明不僅如此之伴隨著滾動導引動作之裝置，亦可應用於例如未經由滾珠或滾筒等滾動體而設置軌 道構件與移動構件之，伴隨著滑動動作之運動導引裝置。
此外，前述之第一至第四實施形態之運動導引裝置10所使用之FRP，雖為將玻璃纖維等強化纖維加入合成樹脂中而使強度提高之材料，但應用於本發明時，並未限定FRP之成型方法。亦即，本發明可應用之FRP，將強化纖維鋪於模具，一邊對混合有硬化劑之樹脂進行消泡一邊進行多層積層之手工塗佈法或噴霧塗佈法外，亦可使用；利用金屬模具對預先混合有強化纖維與樹脂而成之片狀者進行壓縮成型之片狀模壓複合材料(SMC；Sheet Molding Compounds)壓製法等，藉由任何成型方法所製造者。
再者，前述之各實施形態之運動導引裝置，例如可構成為圖17所示之滾珠螺桿裝置。此處，圖17係例示將本發明之運動導引裝置構成為滾珠螺桿裝置之情形之圖。亦即，可將本發明之運動導引裝置構成為具備有作為軌道構件之螺桿511、及經由複數個滾珠512而可相對旋轉地被安裝於該螺桿511之作為移動構件之螺帽513之滾珠螺桿裝置510，藉由金屬材料形成螺桿511或螺帽513與滾珠512所接觸之滾動體滾動面之附近，並藉由FRP來形成其他部分。而且，亦可以如下方式來構成該滾珠螺桿裝置：安裝部、與軌道本體部或移動本體部分別具有朝在接合時與構成軌道本體部或移動本體部之FRP之強化纖維片材之積層方向正交之方向開口之接合孔，並可使用被設置於該接合孔之接合手段來進行接合。藉由如此構成滾珠螺桿裝置510，可提供能實現與外部構件之確實且高精度之安裝狀態，進而實現裝置之輕量化之運動導引裝置。
根據申請專利範圍之記載，可明確地得知如前述之變更或改良之形態，亦包含於本發明之技術範圍內。
11:軌道導軌
30:滾動部
31:軌道本體部
71:凹陷台階加工部
72、73、77、78:接合孔
75:安裝部
76:安裝孔
80:螺栓

Claims (4)

  1. 一種運動導引裝置，其具備有：軌道構件；及移動構件，其經由複數個滾動體移動自如地被安裝於上述軌道構件；其特徵在於，上述軌道構件具備有：滾動部，其與上述複數個滾動體接觸而構成滾動體滾動面，且由金屬材料所構成；安裝部，其形成有用以安裝外部構件之安裝孔；以及軌道本體部，其與上述滾動部及上述安裝部接合而形成上述軌道構件，且由FRP所構成；上述軌道本體部具有朝與構成該軌道本體部之FRP之強化纖維片材之積層方向正交之方向開口的接合孔，可使用被設置於該接合孔之接合手段而與上述安裝部進行接合，而且上述軌道構件被構成為剖面大致U字形之構件，上述接合孔係於上述軌道構件之剖面大致U字形的底面側且沿著長度方向隔開適當間隔地形成有複數個，並且在開口之上述接合孔之中央部分形成有孔的直徑會被變更之凹陷台階加工部，上述安裝部被形成為形成有在上方具有凸緣部並且用以安裝外部構件之安裝孔的軸環，對被形成於上述軸環之上述安裝孔之內周面形成有螺紋溝。
  2. 一種運動導引裝置，其具備有：軌道構件；及移動構件，其經由複數個滾動體移動自如地被安裝於上述軌道構件；其特徵在於，上述軌道構件具備有： 滾動部，其與上述複數個滾動體接觸而構成滾動體滾動面，且由金屬材料所構成；安裝部，其形成有用以安裝外部構件之安裝孔；以及軌道本體部，其與上述滾動部及上述安裝部接合而形成上述軌道構件，且由FRP所構成；上述軌道本體部具有朝與構成該軌道本體部之FRP之強化纖維片材之積層方向正交之方向開口的接合孔，可使用被設置於該接合孔之接合手段而與上述安裝部進行接合，而且上述軌道構件被構成為剖面大致U字形之構件，上述接合孔係於上述軌道構件之剖面大致U字形的底面側且沿著長度方向隔開適當間隔地形成有複數個之螺栓安裝孔，於上述螺栓安裝孔之形成部位的底面側，形成有作為凹陷台階加工部之溝形狀部，上述溝形狀部可供作為上述安裝部之補強用安裝部嵌入。
  3. 如請求項2之運動導引裝置，其中於上述補強用安裝部，在中央部形成有1個大直徑接合孔，並且於該大直徑接合孔之兩側形成有2個小直徑接合孔，在將上述補強用安裝部對上述溝形狀部嵌入時，被形成於上述軌道本體部之作為上述接合孔的螺栓安裝孔與上述大直徑接合孔重疊，而使孔成為導通的狀態，而且在被形成於上述軌道本體部之作為上述接合孔之螺栓安裝孔之形成部位的前後形成有2個螺栓孔，在將上述補強用安裝部對上述溝形狀部嵌入時，2個上述小直徑接合孔與2個上述螺栓孔之各者重疊，而使孔成為貫通的狀態， 利用在被形成於上述軌道本體部之作為上述接合孔之螺栓安裝孔之形成部位之前後所形成的上述螺栓孔，將螺栓對上述小直徑接合孔進行緊固，藉此可將上述補強用安裝部對上述軌道本體部之上述溝形狀部加以固定，且進一步利用被形成於上述補強用安裝部之上述大直徑接合孔與被形成於上述軌道本體部之作為上述接合孔的螺栓安裝孔，將螺栓插入上述大直徑接合孔與上述螺栓安裝孔來進行緊固，藉此可將上述軌道構件對固定對象物加以固定。
  4. 一種致動器，其特徵在於，組入有請求項1至3中任一項所記載之運動導引裝置而構成。
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