WO2009107317A1 - 転がり案内装置 - Google Patents

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WO2009107317A1
WO2009107317A1 PCT/JP2009/000222 JP2009000222W WO2009107317A1 WO 2009107317 A1 WO2009107317 A1 WO 2009107317A1 JP 2009000222 W JP2009000222 W JP 2009000222W WO 2009107317 A1 WO2009107317 A1 WO 2009107317A1
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WO
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ball
load
rolling
groove
track rail
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/000222
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
白井武樹
高橋徹
濱田喜大
Original Assignee
Thk株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thk株式会社 filed Critical Thk株式会社
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Publication of WO2009107317A1 publication Critical patent/WO2009107317A1/ja

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00—Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/04—Ball or roller bearings
    • F16C29/06—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load
    • F16C29/0633—Ball 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
    • F16C29/0635—Ball 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 provided as bores in a main body of the U-shaped carriage, e.g. the main body of the U-shaped carriage is a single part with end caps provided at each end
    • F16C29/0638—Ball 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 provided as bores in a main body of the U-shaped carriage, e.g. the main body of the U-shaped carriage is a single part with end caps provided at each end with balls
    • F16C29/064—Ball 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 provided as bores in a main body of the U-shaped carriage, e.g. the main body of the U-shaped carriage is a single part with end caps provided at each end with balls with two rows of balls, one on each side of the rail
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/583—Details of specific parts of races
    • F16C33/585—Details of specific parts of races of raceways, e.g. ribs to guide the rollers

Definitions

  • the present invention relates to a rolling guide device in which a moving block is assembled to a track rail via a large number of balls, and a mounted object fixed to the moving block can freely reciprocate along the track rail.
  • the present invention relates to a new structure of a rolling groove of a ball formed on the moving block and the track rail.
  • a rolling guide device in which a moving block is assembled to a track rail via a large number of balls is used to support the free movement of a movable body such as a table in a work table of a machine tool or a linear guide portion of various conveying devices. It is used a lot.
  • a rolling groove for the ball is formed on the track rail, while a rolling groove that is opposed to the rolling groove on the track rail is formed on the moving block.
  • the load trajectory of the ball is completed by facing the rolling groove of the moving block. The ball rolls within the load track while applying a load, thereby making it possible to move the moving block lightly with little resistance against the track rail.
  • the rolling groove of this type of rolling guide device has a circular arc groove shape composed of a single arc and a Gothic arch groove shape composed of two arcs. Although roughly classified, the shape of these two rolling grooves has advantages and disadvantages that are directly related to the performance of the rolling guide device, and is generally used properly according to the specific usage conditions of the rolling guide device. It is.
  • the former circular arc groove shape is formed of a single arcuate curved surface, and the arcuate curved surface faces the normal direction (hereinafter referred to as “vertical direction”) of the surface where the rolling groove is formed. Since the circular arc-shaped curved surface forming the circular arc groove shape is formed with a curvature radius slightly larger than the curvature radius of the ball spherical surface, the ball contacts the rolling groove only at one point. For this reason, when a load acts on the ball from the perpendicular direction, a sufficient load capacity can be exhibited with respect to the load.
  • the latter Gothic arch groove-shaped rolling groove is formed by intersecting two arcuate curved surfaces at approximately 90 °, and each arcuate curved surface is formed with a radius of curvature slightly larger than the radius of curvature of the ball spherical surface. And inclined at about 45 ° with respect to the vertical direction.
  • the ball contacts each arcuate curved surface in the rolling groove and contacts the rolling rail of the track rail and the moving block at two points respectively, so that the load acting from the vertical direction, the lateral direction It is possible to exhibit a sufficient load carrying capacity with respect to both of the loads acting from. Even when a vertical or lateral load is applied, since the displacement of the ball with respect to the rolling groove is minute, there is almost no change in the contact position of the ball with respect to the track rail or the moving block.
  • a rolling guide device that supports the linear movement of a movable body such as a table or the like is formed on the track rail and the moving block according to the use application such as the magnitude and direction of the load acting on the moving block.
  • the structure of the running groove is selected.
  • JP-A-5-10325, JP-A-2002-5178, JP-A-2004-19728, and the like are known.
  • a plurality of track rails are arranged in parallel and a plurality of moving blocks that run on these track rails are arranged in the same manner. If the track rails are not parallel when they are fixed to a movable body, the same condition occurs as a vertical load is applied to the balls rolling in each rolling groove. The movement of the moving block relative to the rail becomes extremely heavy.
  • the processing accuracy of the rolling grooves is poor, for example, when the parallelism of the rolling grooves formed on both side surfaces of the track rail is poor, or the rolling grooves formed on the moving block facing these rolling grooves Even when the parallelism of is poor, the same state occurs that a vertical load is acting on the ball rolling in each rolling groove, the above-mentioned differential slip will occur remarkably, The movement of the moving block with respect to the track rail becomes extremely heavy.
  • the rolling grooves in the track rail and the moving block of the rolling guide device have been roughly processed by roughing and then finished by grinding, and there are differences due to the processing accuracy of the rolling grooves.
  • the prominent dynamic slip can be suppressed by performing such grinding with high accuracy.
  • the present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is when a vertical or lateral load is applied to a ball rolling in the rolling groove.
  • the amount of displacement of the ball in the rolling groove is small, it is possible to guide the moving block with respect to the track rail with high accuracy, and the occurrence of differential sliding of the ball when a vertical load is applied. It is an object of the present invention to provide a rolling guide device in which the moving block can move lightly with respect to the track rail.
  • the rolling groove on the track rail side and the rolling groove on the moving block side facing each other face the normal direction of the surface on which the rolling groove is formed and the curvature of the ball spherical surface.
  • a pair of second load regions formed in an arc shape and inclined with respect to the normal direction of the surface on which the rolling groove is formed. It contacts only the first load region, and a gap is formed between the second load region.
  • the rolling groove of the ball in this rolling guide device is composed of three arc regions, that is, a first load region and a pair of second load regions that sandwich this.
  • the first load region is located at the deepest part of the rolling groove and faces the normal direction of the surface where the rolling groove is formed, and has an arc shape substantially similar to a conventional circular arc groove shape.
  • the pair of second load areas are adjacent to both sides of the first load area and are inclined with respect to the first load area, and have an arcuate curved surface substantially similar to the conventional Gothic arch groove shape. It is an arrangement.
  • the rolling groove of the ball in the rolling guide device of the present invention has a groove shape in which a circular arc groove shape and a Gothic arch groove shape are fused inside a single rolling groove.
  • initial state In a state where no load is applied between the moving block and the track rail (hereinafter referred to as “initial state”), the ball is in contact only with the first load region similar to the circular arc groove shape, and the Gothic arch groove A gap is formed between the ball and the second load region similar in shape. Therefore, even if a load in the vertical direction acts on the surface where the rolling groove is formed, the ball elastically deformed by the load contacts the second load region until the load reaches a certain level. Nonetheless, the ball will only be in contact with the first load area similar to the circular arc groove shape. As a result, compared to the case where a simple Gothic arch groove shape is adopted as the rolling groove, the differential sliding of the ball can be suppressed, and the traveling resistance of the moving block with respect to the track rail can be reduced accordingly. It becomes.
  • a conventional Gothic arch groove shape is adopted as the rolling groove.
  • the rolling guide device it is possible to suppress an increase in running resistance of the moving block. This results in a reduction in the proportion of travel performance of the moving block that depends on the machining accuracy of the rolling groove, so that the rolling guide device of the present invention sets the requirements for the machining accuracy of the rolling groove more than that of the conventional rolling guide device. Accordingly, it is possible to select a lower cost method as the rolling groove processing method. That is, the present invention contributes to a reduction in production cost of the rolling guide device.
  • the first load region where the ball is in contact in the initial state is similar to the circular arc groove shape, The ball is pushed by the load and moved toward one side of the first load region. For this reason, the gap between the ball and one of the second load areas existing in the direction in which the ball has moved is eliminated, and the ball is loaded not only in the first load area but also in contact with the second load area. become. As a result, a change in the contact position of the ball with respect to the track rail or the moving block can be suppressed, and the movable body fixed to the moving block can be accurately guided to the track rail.
  • the structure of the rolling groove in the rolling guide device of the present invention overcomes the drawbacks of adopting the Gothic arch groove shape as the rolling groove, that is, the problem of an increase in differential slip with respect to the load in the vertical direction.
  • FIG. 1 It is front sectional drawing which shows embodiment of the rolling guide apparatus to which this invention is applied. It is front sectional drawing of the rolling guide apparatus shown in FIG. It is a figure which shows a mode that the track groove of the movement block was expand
  • FIG. 1 it is a figure which shows the contact state of a ball
  • FIG. 1 it is a figure which shows the contact state of a ball
  • This rolling guide device includes a long linear track rail 1 having a substantially rectangular cross section, and a moving block formed in a channel shape and assembled to the track rail 1 via a large number of balls 3.
  • the moving block 2 straddles the track rail 1 so as to freely reciprocate on the track rail 1.
  • the rolling grooves 10 of the balls 3 are formed on each side surface of the track rail 1 along the longitudinal direction.
  • the upper corners of the track rail 1 are cut obliquely, and a no-load ball auxiliary surface 11 described later is formed. Therefore, the track rail 1 has a substantially trapezoidal shape above the portion where the ball rolling groove 10 is formed.
  • a plurality of bolt mounting holes 12 are formed through the track rail 1 at predetermined intervals in the longitudinal direction, and the track rail 1 is used as a bed, a column, or the like of various mechanical devices by using the bolt mounting holes 12. It can be attached to the fixed part.
  • the moving block 2 has a base portion 20 and a pair of flange portions 21 orthogonal to the base portion 20 and is formed in a channel shape, and has a guide groove 22 between the pair of flange portions 21. .
  • the moving block 2 has the upper portion of the track rail 1 loosely fitted in the guide groove 22 and straddles the track rail 1 through a slight gap. That is, both side surfaces of the track rail 1 are opposed to the inner surface of the flange portion 21 of the moving block 2.
  • the upper surface of the base portion 20 is a mounting surface 23 for a movable body such as a table, and the base portion 20 is formed with a tap hole 24 into which a mounting screw is screwed.
  • the moving block 2 has a track groove 30 through which the ball 3 circulates infinitely.
  • the track groove 30 includes a load straight groove 31 (corresponding to the “rolling groove” of the present invention) formed on the inner surface of the flange portion 21 so as to face the rolling groove 10 of the track rail 1, and the load straight line.
  • An unloaded linear groove 32 formed in parallel with the groove 31 and opposed to the unloaded ball auxiliary surface 11 of the track rail 1, and the ball 3 between the loaded linear groove 31 and the unloaded linear groove 32.
  • a ball deflecting groove 33 for making the air travel.
  • the track groove 30 is open toward the track rail 1 in the entire area, and the balls 3 arranged in the track groove 30 circulate in the track groove 30 in a state of facing the track rail 1.
  • FIG. 3 shows a state in which the track groove 30 is developed on a plane.
  • the ball 3 rolls while applying a load between the rolling groove 10 of the track rail 1 and the load linear groove 31 of the moving block 2, and the moving block 2 applies all loads acting in directions other than the moving direction. It can reciprocate along the track rail 1.
  • the no-load linear groove 32 constituting a part of the track groove 30 is formed as a passage having an inner diameter slightly larger than the diameter of the ball 3, and the ball 3 is in a no-load state, that is, a state where it can freely rotate. It is accommodated in the no-load rolling groove 32 as it is. Further, the opening width of the unloaded straight groove 32 is set to be larger than the diameter of the ball 3, and the ball 3 is held inside the unloaded straight groove 32 in contact with the track rail 1.
  • the ball deflection groove 33 has a substantially U-shaped track connecting the load straight groove 31 and the no-load straight groove 32, and the ball 3 that has rolled on the load straight groove 31 while applying a load. Is released from the load, and the rolling direction of the ball 3 is gradually changed to change its direction by 180 degrees and fed into the unloaded straight groove 32.
  • the moving block 2 when the moving block 2 is moved along the track rail 1, the ball 3 circulates in the track groove 30 of the moving block 2, and accordingly, the moving block 2 continuously moves along the track rail 1 without interruption. It is possible to move.
  • the moving block 2 is fixed to the block body 4 and both front and rear end faces in the moving direction of the block body 4. And a pair of end plates 5. That is, the load linear groove 31 and the no-load linear groove 32 constituting the track groove 30 are formed in the block body 4, and the ball deflection groove 33 is formed in each end plate 5.
  • the boundary between the block main body 4 and the end plate 5, that is, the dividing section of the track groove 30 is indicated by a pair of two-dot chain lines A and B. A region sandwiched between these two-dot chain lines A and B is the block body 4, and a region outside these two-dot chain lines is the end plate 5.
  • the track groove 30 is divided into a straight region composed of the load straight groove 31 and the no-load straight groove 32 and a curved region composed of the ball deflection groove 33, and the straight region is divided into the block body, A curved region is formed in the end plate.
  • FIG. 4 is a front view showing a contact surface of the end plate 5 with the block body 4.
  • a pair of ball deflection grooves 33 constituting the track grooves 30 are formed on the end plate 5. Further, at the end of the ball deflection groove 33 corresponding to the load straight groove 31, a seal protrusion 35 is formed which enters the rolling groove 10 of the track rail 1 and minimizes the gap between the end plate 5 and the track rail 1.
  • each ball deflection groove 33 is open toward the end surface of the block body 4, the end plate 5 provided with the ball deflection groove 33 can be easily manufactured by molding. For example, it can be manufactured using injection molding of synthetic resin, metal injection molding (MIM molding), or compression molding with metal powder (sintered alloy).
  • the end plate 5 is fixed to the end surface of the block body 4 by bolts 50, and the track groove 30 is completed in the moving block 2 by fixing the end plate.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing details of the shape of the rolling groove 10 arranged on the side surface of the track rail 1 and the load straight groove 31 of the moving block 2 facing the rolling groove 10.
  • the longitudinal direction of the track rail 1 is a direction perpendicular to the paper surface
  • the rolling groove 10 and the load straight groove 31 are continuous in the paper surface vertical direction with the cross-sectional shape shown in FIG.
  • the rolling groove 10 of the track rail 1 is located at the deepest part of the rolling groove 10 and faces the normal direction of the side surface of the track rail 1 and on both sides of the first load region 10a. It is comprised from a pair of 2nd load area
  • the pair of second load regions are provided to be inclined with respect to the first load region, and are disposed so as to surround the ball in contact with the first load region. That is, the rolling groove 10 is formed by synthesizing three arcs.
  • the first load region 10a and the second load regions 10b and 10c are formed with the same radius of curvature R1, and in this example, are set to about 55% of the diameter D of the ball 3. The radius of curvature can be arbitrarily changed in design.
  • the centers of curvature of the first load region 10a and the second load regions 10b, 10c are provided at different positions, and as a result, no load is applied between the moving block 2 and the track rail 1.
  • the ball 3 contacts only the first load region 10a, and a gap is formed between the second load regions 10b and 10c and the ball.
  • FIG. 6 is a detailed view showing the arrangement of the curvature center Am of the first load region 10a and the curvature centers Ad and Au of the second load regions 10b and 10c.
  • the point O in the figure represents the center of the ball 3 that rolls in contact with the first load region 10a in an unloaded state.
  • the center of curvature Am of the first load region 10a is located on the reference circle C0 centered on the point O.
  • a line segment connecting the center of curvature Am and the point O coincides with a direction perpendicular to the side surface of the track rail 1 on which the rolling groove 10 is formed.
  • points Ad0 and Au0 are set on the reference circle C0.
  • These points Ad0, Au0 are set at the positions of the center of curvature Am of the first load region and the center angle ⁇ of the point O.
  • the centers of curvature Ad, Au of the second load regions 10b, 10c are obtained by offsetting these points Ad0, Au0 by a distance ⁇ in a direction approaching the side surface of the track rail 1. That is, the centers of curvature Ad and Au of the second load regions 10b and 10c are offset from the reference circle C0 in the direction of the track rail 1 by a distance ⁇ . Thereby, in the initial state, a gap corresponding to the offset distance ⁇ is generated between the second load areas 10b and 10c and the ball 3.
  • the central angle ⁇ is set to 45 °. Accordingly, each second load region is inclined by 45 ° with respect to the first load region.
  • the central angle ⁇ can be appropriately selected according to the application of the rolling guide device. Also, the central angle ⁇ can be selected separately for each of the points Ad0 and Au0.
  • the load straight groove 31 of the moving block 2 is also formed in the same shape as the rolling groove 10 of the track rail 1. That is, the load straight groove is composed of a first load region 31a located at the deepest portion of the load straight groove 31 and a pair of second load regions 31b and 31c arranged adjacent to the first load region 31a. In the initial state, the ball 3 contacts only the first load region 31a, and a gap is formed between the second load regions 31b and 31c and the ball.
  • the rolling groove 10 of the track rail 1 composed of three arc regions and the load straight groove 31 of the moving block can be said to be a combination of a circular arc groove shape and a Gothic arch groove shape. it can.
  • FIG. 7 is a diagram showing a contact state between the ball 3 and the rolling groove 10 of the track rail 1 and the ball 3 and the load straight groove 31 of the moving block 2 in the initial state.
  • the hatched area on the spherical surface of the ball 3 is an area where the ball contacts the rolling groove 10 and the load straight groove 31.
  • an alternate long and short dash line L in the figure is a rotation axis of the ball 3.
  • This contact state is similar to the state where the ball is in contact with the circular arc groove-shaped rolling groove. For this reason, even if the ball 3 rolls in the first load regions 10 a and 31 a, it is between the ball 3 and the rolling groove 10 of the track rail 1, and between the ball 3 and the load straight groove 31 of the moving block 2. The differential slip hardly occurs and the moving block 2 can be moved with respect to the track rail 1 with a light force.
  • FIG. 8 is a diagram showing a contact state between the ball 3 that is loading a load in the vertical direction (left and right direction in the drawing) and the rolling groove 10 of the track rail 1 and the load straight groove 31 of the moving block 2.
  • the hatched area on the spherical surface of the ball 3 is an area where the ball contacts the rolling groove 10 and the load straight groove 31.
  • an alternate long and short dash line L in the figure is a rotation axis of the ball 3.
  • the ball 3 As the vertical load increases, the ball 3 is crushed and elastically deformed between the first load region 10a of the rolling groove 10 and the first load region 31a of the load linear groove 31 to move the moving block 2 and the track rail.
  • the gap D with 1 gradually decreases. For this reason, when the load in the vertical direction reaches a certain level, the ball 3 has not only the first load areas 10a and 31a but also the second load areas 10b and 10c of the rolling groove 10 and the second load straight grooves 31.
  • the load regions 31b and 31c are also contacted, and the ball 3 comes into contact with the rolling groove 10 and the load linear groove 31 at three points.
  • the first load regions 10a and 31a facing the load direction that mainly load the load in the vertical direction.
  • the contact widths of the first load regions 10a and 31a are clearly larger than those of the second load regions 10b, 10c, 31b and 31c.
  • the contact state between the second load areas 10b, 10c, 31b, 31c and the ball 3 is as follows. It is similar to the contact state of the ball with the Gothic arch groove-shaped rolling groove. For this reason, when the ball 3 rolls in the second load areas 10b, 10c, 31b, 31c, the ball 3 and the second load areas 10b, 10c of the rolling groove 10 and the ball 3 and the load straight grooves 31 A differential slip occurs between the two load regions 31b and 31c. The amount of this differential slip is proportional to the contact width (d1-d2) in the direction orthogonal to the rotation axis L of the ball 3. Since the ball 3 is in contact with the first load regions 10a and 31a in the vicinity of the equator, a differential slip is caused between the ball 3 and the first load regions 10a and 31a as in the case shown in FIG. Almost never occurred.
  • a differential slip occurs between the groove 31 and the groove 31.
  • such a vertical load is mainly applied by the first load regions 10a and 31a, and as described above, the contact width between the second load regions 10b, 10c, 31b and 31c and the ball 3 is the first load region 10a. , 31a.
  • the rolling groove 10 (the load straight groove 31) of the present invention can suppress the differential slip to a smaller value.
  • the gap distance between the ball 3 and the second load regions 10b, 10c, 31b, 31c in the initial state can be freely adjusted by arbitrarily adjusting the offset distance ⁇ shown in FIG. Is possible.
  • the vertical load of the ball changes from two-point contact (the state shown in FIG. 7) to only the first load regions 10a and 31a to six-point contact including the second load regions 10b, 10c, 31b and 31c.
  • the size can be adjusted arbitrarily.
  • the rolling guide according to the present invention when a plurality of track rails 1 are arranged in parallel to form a linear guide portion of the movable body, even if there is an error in the parallelism of these track rails 1, the rolling guide according to the present invention. If the device is used, it is possible to suppress the occurrence of differential slip between the ball 3 and the rolling groove 10 (load linear groove 31), compared to the rolling guide device adopting the conventional Gothic arch groove shape, The traveling resistance of the movable body fixed to the block 2 can be reduced.
  • the processing accuracy of the track rail 1 or the moving block 2 is poor, and the parallelism of the two rolling grooves 10 formed on both side surfaces of the track rail 1 or the two load linear grooves 31 provided in the moving block 2. Even if there is an error in the parallelism of the ball, if the rolling groove of the present invention consisting of three arc regions is adopted, the ball 3 and the rolling ball are compared with the rolling guide device adopting the conventional Gothic arch groove shape. The occurrence of differential slip between the running groove 10 (the load straight groove 31) can be suppressed, and the running resistance of the moving block 2 with respect to the track rail 1 can be reduced.
  • the rolling groove 10 of the track rail 1 and the load straight groove 31 of the moving block 2 do not require high-precision finishing by grinding.
  • the rolling groove 10 of the track rail 1 is drawn, If the load linear groove 31 of the moving block 2 is formed by rolling, it can be formed by drawing or forging, and the production cost of the track rail 1 and the moving block 2 can be reduced. .
  • FIG. 9 shows the contact state between the ball 3 and the rolling groove 10 of the track rail 1 and the load linear groove 31 of the moving block 2 when the load F2 shown in FIG. FIG.
  • the hatched area on the spherical surface of the ball 3 is an area where the ball contacts the rolling groove 10 and the load straight groove 31.
  • an alternate long and short dash line L in the figure is a rotation axis of the ball 3.
  • the load F2 acts in the contact direction between the ball 3 and the first load areas 10a and 31a, that is, in the lateral direction perpendicular to the vertical direction, when the load F2 acts on the moving block 2, the ball 3
  • the first load areas 10a and 31a are displaced from the center, and the moving block 2 is pushed down by the distance m shown in FIG.
  • the clearance between the second load region 10 c of the rolling groove 10 and the ball 3 and the clearance between the second load region 31 b of the load straight groove 31 and the ball 3 are eliminated, and the ball is not in contact with the rolling groove 10.
  • the first load region 10a and the second load region 10c are in contact with each other, and the first load region 31a and the second load region 31b are in contact with the load linear groove 31. That is, when a lateral load is applied, the ball 3 shifts from the initial two-point contact to the four-point contact.
  • the rolling guide device of the present invention can exhibit a sufficient load carrying capacity even with respect to a lateral load.
  • the distance m by which the moving block 2 is pushed down with respect to the track rail 1 when a lateral load is applied is the amount of the gap formed between the second load region and the ball in the initial state, that is, shown in FIG. It corresponds to the offset distance ⁇ . Therefore, by appropriately selecting the offset amount ⁇ , it is possible to arbitrarily adjust the magnitude of the lateral load at which the ball 3 and the second load regions 10c and 31b start to contact each other. This means that the rigidity of the moving block 2 relative to the track rail 1 can be arbitrarily adjusted with respect to the acting direction of the load F2 by setting the offset distance ⁇ .
  • the rolling guide device of the present invention in which the rolling groove is formed from three arc regions, the management accuracy of the track rail with respect to the mounting surface and the processing accuracy of the track rail and the moving block are improved. While facilitating the management, it is possible to exhibit the same load-bearing ability as a rolling guide device that employs a conventional Gothic arch groove-shaped rolling groove.

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Abstract

　垂直方向又は横方向のいずれの荷重が作用した場合であっても、転走溝(10,31)内におけるボール(3)の変位量が小さく、垂直方向の荷重が作用した場合におけるボール(3)の差動すべりの発生を抑えることが可能な転がり案内装置であり、転走溝(10,31)の被形成面の法線方向に面すると共にボール球面の曲率半径よりも僅かなに大きな曲率半径で円弧状に形成された第一負荷領域(10a,31a)と、この第一負荷領域(10a,31a)の両側に隣接して設けられると共にボール球面の曲率半径よりも僅かなに大きな曲率半径で円弧状に形成され、かかる転走溝(10,31)の被形成面の法線方向に対して傾斜して設けられた一対の第二負荷領域(10b,10c,31b,31c)とから構成され、初期状態においては、ボール(3)が前記第一負荷領域(10a,31a)にのみ接触し、前記第二負荷領域(10b,10c,31b,31c)との間には隙間が形成されるように構成されている。

Description

転がり案内装置
　本発明は、移動ブロックが多数のボールを介して軌道レールに組みつけられ、前記移動ブロックに固定された被搭載物を軌道レールに沿って自在に往復運動させることが可能な転がり案内装置に係り、詳細には、前記移動ブロック及び軌道レールに形成されるボールの転走溝の新たな構造に関する。
　工作機械のワークテーブルや各種搬送装置の直線案内部では、テーブル等の可動体の自在な移動を支承するものとして、移動ブロックが多数のボールを介して軌道レールに組付けられた転がり案内装置が多用されている。この種の転がり案内装置では、軌道レールにボールの転走溝が形成される一方、移動ブロックにも軌道レールの転走溝と対向する転走溝が形成されており、軌道レールの転走溝と移動ブロックの転走溝とが対向することによってボールの負荷軌道が完成するようになっている。ボールはこの負荷軌道の内部で荷重を負荷しながら転走し、それによって移動ブロックを軌道レールに対して極僅かな抵抗で軽く運動させることが可能となっている。
　特開昭６１－２８６６０８号公報に開示される通り、この種の転がり案内装置の転走溝の形状は単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状と２つの円弧が複合したゴシックアーチ溝形状とに大別されるが、これら２つの転走溝の形状は転がり案内装置の性能に直結する長所及び短所を有しており、転がり案内装置の具体的な使用条件に応じて使い分けられるのが一般的である。
　前者のサーキュラーアーク溝形状は単一の円弧状曲面から形成されており、かかる円弧状曲面は転走溝の被形成面の法線方向（以下、「垂直方向」という）に面している。サーキュラーアーク溝形状をなす円弧状曲面はボール球面の曲率半径よりも僅かに大きな曲率半径で形成されているので、ボールは転走溝に対して一点でのみ接触する。このため、ボールに対して前記垂直方向から荷重が作用する場合には、かかる荷重に対して十分な負荷能力を発揮することができる。しかし、転走溝の被形成面と平行な方向、すなわち前記垂直方向と直交する方向（以下、「横方向」という）に作用する荷重に対してはボールが転走溝の内部でその円弧方向に移動してしまい、軌道レールに対する移動ブロックの変位が大きくなってしまう傾向にある。換言すれば、横方向の荷重に対しては、転走溝が形成された軌道レール又は移動ブロックに対するボールの接触位置の変化が大きいのである。
　一方、後者のゴシックアーチ溝形状の転走溝は２つの円弧状曲面が略９０°で交わって形成されており、各円弧状曲面はボール球面の曲率半径よりも僅かに大きな曲率半径で形成されると共に、垂直方向に対して約４５°で傾斜している。このため、ボールは転走溝内の各円弧状曲面に対して接触し、軌道レール及び移動ブロックの転走溝に対しては夫々２点で接触するので、垂直方向から作用する荷重、横方向から作用する荷重の双方に対して十分な荷重負荷能力を発揮することが可能である。また、垂直方向又は横方向の荷重が作用した場合であっても、転走溝に対するボールの変位は微小なので、軌道レール又は移動ブロックに対するボールの接触位置の変化は殆どない。
　これらの長所及び短所を踏まえ、テーブル等の可動体の直線移動を支承する転がり案内装置では、移動ブロックに作用する荷重の大きさや方向といった使用用途に応じて、軌道レール及び移動ブロックに形成する転走溝の構造を選択している。
　尚、転走溝の構造について開示する他の文献としては、特開平５－１０３２５号公報、特開２００２－５１７８、特開２００４－１９７２８等が知られている。
特開昭６１－２８６６０８号公報 特開平５－１０３２５号公報 特開２００２－５１７８ 特開２００４－１９７２８
　ところで、断面円弧状に形成された転走溝をボールが転走するとき、かかるボールと転走溝との間には僅かではあるが滑り接触が（以下、「差動すべり」という）が生じている。サーキュラーアーク溝形状とゴシックアーチ溝形状についてこの差動すべりの発生量を対比した場合、後者のゴシックアーチ溝形状の方が大きな差動すべりが発生することが知られている。特に、ゴシックアーチ溝形状の転走溝では、かかる転走溝を転走するボールに対して垂直方向の荷重が作用した場合に、差動すべりが顕著になるといった特性がある。
　このため、軌道レールの両側面にゴシックアーチ溝形状の転走溝を形成した転がり案内装置では、複数本の軌道レールを平行に配設すると共にこれら軌道レールを走行する複数の移動ブロックを同一の可動体に固定して使用する場合に、これら軌道レールの平行度が悪いと、各転走溝を転走するボールに対して垂直方向の荷重が作用しているのと同じ状態が生じ、軌道レールに対する移動ブロックの動きが極端に重くなってしまう。
　このことから、ゴシックアーチ溝形状の転走溝を採用した転がり案内装置では、被取付け面に対する軌道レールの取付け精度の管理が重要であり、かかる取付け作業に手間がかかるといった問題点があった。
　また、転走溝の加工精度が悪い場合、例えば軌道レールの両側面に形成された転走溝の平行度が悪い場合や、これら転走溝に対向して移動ブロックに形成された転走溝の平行度が悪い場合等も、各転走溝を転走するボールに対して垂直方向の荷重が作用しているのと同じ状態が生じ、前述の差動すべりが顕著に発生することとなり、軌道レールに対する移動ブロックの動きが極端に重くなってしまう。この点に関し、従来、転がり案内装置の軌道レール及び移動ブロックにおける転走溝は、荒加工によって大まかな形状を与えた後、研削加工によって仕上げられており、転走溝の加工精度に起因する差動すべりの顕著化については、かかる研削加工を高精度に実施することによって抑え込むことが可能であった。
　しかし、転走溝を高精度に研削加工するには時間と手間がかかり、その分だけ転がり案内装置の生産コストが上昇する原因となっている。一方、生産コストの低減化のために、より量産に適した切削加工や鍛造加工といった加工方法を採用する場合、研削加工に比べて加工精度の確保が難しく、前述の理由から軌道レールに対する移動ブロックの動きが極端に重くなってしまう懸念があった。
　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、転走溝内を転走するボールに対して垂直方向又は横方向のいずれの荷重が作用した場合であっても、転走溝内におけるボールの変位量が小さく、移動ブロックを軌道レールに対して精度良く案内することが可能であると共に、垂直方向の荷重が作用した場合におけるボールの差動すべりの発生を抑え、移動ブロックが軌道レールに対して軽快に運動することが可能な転がり案内装置を提供することにある。
　すなわち、本発明の転がり案内装置において、互いに対向する軌道レール側の転走溝及び移動ブロック側の転走溝は、かかる転走溝の被形成面の法線方向に面すると共にボール球面の曲率半径よりも僅かなに大きな曲率半径で円弧状に形成された第一負荷領域と、この第一負荷領域の両側に隣接して設けられると共にボール球面の曲率半径よりも僅かなに大きな曲率半径で円弧状に形成され、かかる転走溝の被形成面の法線方向に対して傾斜して設けられた一対の第二負荷領域とから構成されており、前記移動ブロックの無負荷状態ではボールが前記第一負荷領域にのみ接触し、前記第二負荷領域との間には隙間が形成されるようになっている。
　この転がり案内装置におけるボールの転走溝は、第一負荷領域とこれを挟んで存在する一対の第二負荷領域の３つの円弧領域から構成されている。前記第一負荷領域は転走溝の最深部に位置して、かかる転走溝の被形成面の法線方向に面しており、従来のサーキュラーアーク溝形状と略同様な円弧形状を有している。また、一対の第二負荷領域は前記第一負荷領域の両側に隣接すると共に該第一負荷領域に対して傾斜して設けられており、従来のゴシックアーチ溝形状と略同様な円弧状曲面の配置となっている。換言すれば、本発明の転がり案内装置におけるボールの転走溝は、１条の転走溝の内部にサーキュラーアーク溝形状とゴシックアーチ溝形状とが融合した溝形状をなしている。
　移動ブロックと軌道レールとの間に何ら荷重が作用していない状態（以下、「初期状態」という）において、ボールはサーキュラーアーク溝形状に類似した第一負荷領域にのみ接しており、ゴシックアーチ溝形状に類似した第二負荷領域とボールとの間には隙間が形成されている。このため、転走溝の被形成面に対して垂直方向の荷重が作用したしとしても、かかる荷重がある程度の大きさに達するまでは、該荷重によって弾性変形したボールが第二負荷領域に接することはなく、ボールはサーキュラーアーク溝形状に類似した第一負荷領域にのみ接触し続けることになる。その結果、転走溝として単純なゴシックアーチ溝形状を採用した場合と比較して、ボールの差動すべりを抑えることができ、その分だけ軌道レールに対する移動ブロックの走行抵抗を小さくすることが可能となる。
　従って、２軸の軌道レールを平行に配設してテーブル等の可動体の直線案内部を構成する場合に、これら軌道レールの間に平行度誤差が存在しても、転走溝として単純なゴシックアーチ溝形状を採用した従来の転がり案内装置と比較して、移動ブロックの走行抵抗の増加を抑えることが可能となる。
　また、同じ理由から、軌道レールの両側面に形成された２条の転走溝の間に平行度誤差が存在する場合であっても、転走溝として単純なゴシックアーチ溝形状を採用した従来の転がり案内装置と比較して、移動ブロックの走行抵抗の増加を抑えることが可能となる。このことは、移動ブロックの走行性能が転走溝の加工精度に依存する割合を減じる結果を生むので、本発明の転がり案内装置では従来のそれよりも転走溝の加工精度に対する要求を緩く設定することができ、その分だけ転走溝の加工方法としてより低コストの方法を選択することが可能となる。すなわち、本発明は転がり案内装置の生産コストの低減化に資するものである。
　一方、転走溝の被形成面と平行な方向、すなわち横方向の荷重がボールに作用すると、ボールが初期状態で接している第一負荷領域はサーキュラーアーク溝形状に類似していることから、ボールは荷重に押されて第一負荷領域の片側へ寄せられる。このため、ボールと該ボールが寄った方向に存在する一方の第二負荷領域との隙間が排除され、ボールは第一負荷領域だけではなく当該第二負荷領域にも接して荷重を負荷することになる。その結果、軌道レール又は移動ブロックに対するボールの接触位置の変化を抑えることができ、移動ブロックに固定した可動体を軌道レールに対して精度良く案内することが可能である。
　つまり、本発明の転がり案内装置における転走溝の構造は、かかる転走溝としてゴシックアーチ溝形状を採用した場合の欠点、すなわち垂直方向の荷重に対する差動すべりの増加という問題点を克服しつつ、ゴシックアーチ溝形状を採用した場合の利点、すなわち横方向の荷重に対する負荷能力の確保を図るものであり、加えて、前述の如く、転がり案内装置の生産性の向上をも可能とするものである。
本発明を適用した転がり案内装置の実施の形態を示す正面断面図である。 図１に示す転がり案内装置の正面断面図である。 移動ブロックのトラック溝を平面上に展開した様子を示す図である。 エンドプレートを示す正面図である。 軌道レールの転走溝及び移動ブロック負荷直線溝の形状の詳細を示す図である。 第一負荷領域及び第二負荷領域の曲率中心の位置関係を示す図である。 初期状態におけるボールと転走溝及び負荷直線溝の接触状態を示す図である。 図１に示す直線案内装置において、垂直方向の荷重が作用した場合のボールと転走溝及び負荷直線溝の接触状態を示す図である。 図１に示す直線案内装置において、横方向の荷重が作用した場合のボールと転走溝及び負荷直線溝の接触状態を示す図である。
　以下、添付図面を用いながら本発明の転がり案内装置を詳細に説明する。
　図１及び図２は本発明の転がり案内装置の実施の形態を示すものである。この転がり案内装置は、断面略矩形状に形成された長尺な直線状の軌道レール１と、チャネル状に形成されると共に多数のボール３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、前記移動ブロック２が軌道レール１に跨がるようにして該軌道レール１上を自在に往復運動するように構成されている。
　前記軌道レール１の両側面には長手方向に沿ってボール３の転走溝１０が各１条ずつ形成されている。また、これらの転走溝１０よりも僅かに上方において、軌道レール１の上角部は斜めに切り欠かれており、後述する無負荷ボール補助面１１が形成されている。従って、軌道レール１は前記ボール転走溝１０の形成部位よりも上方では略台形状をなしている。また、軌道レール１には長手方向に所定の間隔をおいて複数のボルト取付け孔１２が貫通形成されており、かかるボルト取付け孔１２を利用して軌道レール１を各種機械装置のベッドやコラム等の固定部に取り付けることができるようになっている。
　一方、前記移動ブロック２は基部２０及びこの基部２０と直交する一対のフランジ部２１を有してチャネル状に形成されており、これら一対のフランジ部２１の間に案内溝２２を有している。そして、図１に示すように、この移動ブロック２は前記案内溝２２に軌道レール１の上部を遊嵌させ、僅かな隙間を介して軌道レール１に跨がっている。すなわち、軌道レール１の両側面は移動ブロック２のフランジ部２１の内側面と互いに対向している。また、前記基部２０の上面はテーブル等の可動体の取付け面２３となっており、かかる基部２０には取付けねじを螺合させるタップ穴２４が形成されている。
　この移動ブロック２は前記ボール３が無限循環するトラック溝３０を有している。このトラック溝３０は、軌道レール１の転走溝１０と対向して前記フランジ部２１の内側面に形成された負荷直線溝３１（本発明の「転走溝」に相当）と、この負荷直線溝３１と平行に形成されると共に軌道レール１の無負荷ボール補助面１１と対向して形成された無負荷直線溝３２と、これら負荷直線溝３１と無負荷直線溝３２との間でボール３を往来させるボール偏向溝３３とから構成されている。このトラック溝３０はその全域において軌道レール１に向けて開放されており、トラック溝３０に配列されたボール３は軌道レール１と面した状態で該トラック溝３０内を循環する。
　図３は前記トラック溝３０を平面上に展開した様子を示すものである。ボール３は軌道レール１の転走溝１０と移動ブロック２の負荷直線溝３１との間で荷重を負荷しながら転動し、移動ブロック２はその移動方向以外に作用するあらゆる荷重を負荷しながら軌道レール１に沿って往復動することが可能となっている。
　一方、前記トラック溝３０の一部を構成する無負荷直線溝３２はボール３の直径よりも僅かに大きな内径の通路として形成されており、ボール３は無負荷状態、すなわち自由に回転し得る状態のまま無負荷転走溝３２内に収容されている。また、この無負荷直線溝３２はその開口幅がボール３の直径よりも大きく設定されており、ボール３は軌道レール１と接触した状態で無負荷直線溝３２の内部に保持されている。
　また、前記ボール偏向溝３３は負荷直線溝３１と無負荷直線溝３２とを連結する略Ｕ字状の軌道を有しており、荷重を負荷しながら負荷直線溝３１を転走してきたボール３を荷重から解放すると共に、かかるボール３の転走方向を徐々に変化させ、１８０度方向転換させて前記無負荷直線溝３２に送り込むように構成されている。
　従って、移動ブロック２を軌道レール１に沿って移動させると、ボール３は移動ブロック２のトラック溝３０内を循環し、これに伴って移動ブロック２が軌道レール１に沿って間断なく連続的に移動することが可能となっている。
　前記移動ブロック２に対するトラック溝３０の形成し易さを考慮し、図１に示されるように、かかる移動ブロック２は、ブロック本体４と、このブロック本体４の移動方向の前後両端面に固定される一対のエンドプレート５とから構成されている。すなわち、トラック溝３０を構成する負荷直線溝３１及び無負荷直線溝３２は前記ブロック本体４に形成され、ボール偏向溝３３は各エンドプレート５に形成されている。図３には、ブロック本体４とエンドプレート５との境界、つまりトラック溝３０の分断面を一対の二点鎖線Ａ，Ｂで示している。これら二点鎖線Ａ，Ｂに挟まれた領域はブロック本体４であり、これら二点鎖線よりも外側の領域はエンドプレート５である。この図３から明らかなように、トラック溝３０は、前記負荷直線溝３１及び無負荷直線溝３２からなる直線領域と、ボール偏向溝３３からなる曲線領域に分割され、直線領域はブロック本体に、曲線領域はエンドプレートに形成される。
　図４は前記エンドプレート５のブロック本体４との接触面を示す正面図である。このエンドプレート５には前記トラック溝３０を構成するボール偏向溝３３が一対形成されている。また、ボール偏向溝３３の負荷直線溝３１に対応した端部には、軌道レール１の転走溝１０に入り込んで、エンドプレート５と軌道レール１の隙間を最小限に抑えるシール突起３５が形成されている。各ボール偏向溝３３はブロック本体４の端面に向けて開放されているため、ボール偏向溝３３を具備したエンドプレート５は型成形により容易に製作することが可能である。例えば、合成樹脂の射出成形や、金属射出成形（ＭＩＭ成形）、あるいは金属粉末による圧縮成形（焼結合金）を用いて製作することができる。そして、このエンドプレート５はボルト５０によってブロック本体４の端面に固定され、かかるエンドプレートの固定によって移動ブロック２に前記トラック溝３０が完成する。
　図５は、軌道レール１の側面に配置した転走溝１０とこれに対向する移動ブロック２の負荷直線溝３１の形状の詳細を示す断面図である。この図において軌道レール１の長手方向は紙面に垂直な方向であり、転走溝１０及び負荷直線溝３１は図５に示された断面形状のまま紙面垂直方向へ連続している。
　軌道レール１の転走溝１０は、かかる転走溝１０の最深部に位置すると共に軌道レール１の側面の法線方向に面した第一負荷領域１０ａと、この第一負荷領域１０ａの両側に隣接して配置された一対の第二負荷領域１０ｂ，１０ｃとから構成されている。一対の第二負荷領域は第一負荷領域に対して傾斜して設けられており、第一負荷領域に接するボールを囲むように配置されている。すなわち、転走溝１０は３つの円弧を合成して構成されている。これら第一負荷領域１０ａ及び第二負荷領域１０ｂ，１０ｃは同一の曲率半径Ｒ１で形成されており、この例ではボール３の直径Ｄの約５５％に設定されている。尚、この曲率半径については任意に設計変更することが可能である。
　但し、これら第一負荷領域１０ａ及び第二負荷領域１０ｂ，１０ｃの曲率中心は異なった位置に設けられており、その結果として、移動ブロック２と軌道レール１との間に何ら荷重が作用していない初期状態では、ボール３が第一負荷領域１０ａにのみ接触し、第二負荷領域１０ｂ，１０ｃとボールとの間には隙間が形成されるようになっている。
　図６は第一負荷領域１０ａの曲率中心Ａｍ及び第二負荷領域１０ｂ，１０ｃの曲率中心Ａｄ，Ａｕの配置を示す詳細図である。図中の点Ｏは無負荷状態で第一負荷領域１０ａに接して転走するボール３の中心を表している。第一負荷領域１０ａの曲率中心Ａｍは点Ｏを中心とする基準円Ｃ０上に位置している。曲率中心Ａｍと点Ｏを結ぶ線分は転走溝１０が形成された軌道レール１の側面と垂直な方向に合致している。ここで、前記基準円Ｃ０上に点Ａｄ０，Ａｕ０を設定する。これらの点Ａｄ０，Ａｕ０は第一負荷領域の曲率中心Ａｍと点Ｏの中心角αの位置に設定される。そして、これら点Ａｄ０，Ａｕ０を軌道レール１の側面に接近する方向へ距離δだけオフセット配置したものが第二負荷領域１０ｂ，１０ｃの曲率中心Ａｄ，Ａｕである。すなわち、第二負荷領域１０ｂ，１０ｃの曲率中心Ａｄ，Ａｕは前記基準円Ｃ０から軌道レール１の方向へ距離δだけオフセットされていることになる。これにより、初期状態では、第二負荷領域１０ｂ，１０ｃとボール３との間にオフセット距離δに対応した隙間が発生することになる。
　図６に示す例において、前記中心角αは４５°に設定されている。従って、各第二負荷領域は第一負荷領域に対して４５°傾斜していることになる。尚、前記中心角αは転がり案内装置の用途等に応じて適宜選択することが可能である。また、点Ａｄ０，Ａｕ０の夫々について中心角αを別々に選択することもできる。
　移動ブロック２の負荷直線溝３１も軌道レール１の転走溝１０と同一の形状に形成されている。すなわち、負荷直線溝は、かかる負荷直線溝３１の最深部に位置する第一負荷領域３１ａと、この第一負荷領域３１ａに隣接して配置された一対の第二負荷領域３１ｂ，３１ｃとから構成されおり、初期状態では、ボール３が第一負荷領域３１ａにのみ接触し、第二負荷領域３１ｂ，３１ｃとボールとの間には隙間が形成されるようになっている。
　このように３つの円弧領域から構成される軌道レール１の転走溝１０及び移動ブロックの負荷直線溝３１は、換言すれば、サーキュラーアーク溝形状とゴシックアーチ溝形状を複合したものと言うことができる。
　図７は、初期状態におけるボール３と軌道レール１の転走溝１０、ボール３と移動ブロック２の負荷直線溝３１との接触状態を示す図である。図中でボール３の球面上に斜線で示した領域は、ボールが転走溝１０及び負荷直線溝３１と接触する領域である。また、図中の一点鎖線Ｌはボール３の回転軸である。前述の如く、初期状態において、ボールは転走溝１０及び負荷直線溝３１の第一負荷領域１０ａ，３１ａにのみ接しており、第二負荷領域１０ｂ，１０ｃ，３１ｂ，３１ｃには接していない。この接触状態は、サーキュラーアーク溝形状の転走溝に対してボールが接触している状態と類似している。このため、ボール３が第一負荷領域１０ａ，３１ａを転走しても、ボール３と軌道レール１の転走溝１０との間、ボール３と移動ブロック２の負荷直線溝３１との間には、差動すべりが殆ど発生せず、軌道レール１に対して移動ブロック２を軽い力で移動させることが可能となっている。
　一方、移動ブロック２に対して図２に示す荷重Ｆ１を作用させると、軌道レール１には両側面に１条ずつの転走溝１０が形成されていることから、かかる荷重Ｆ１の作用方向の上流側に位置する転走溝１０（図２の紙面左側に位置する転走溝１０）を転走するボール３がこの垂直方向の荷重を負荷することになる。図８は、垂直方向（紙面左右方向）の荷重を負荷しているボール３と軌道レール１の転走溝１０及び移動ブロック２の負荷直線溝３１との接触状態を示す図である。図中でボール３の球面上に斜線で示した領域は、ボールが転走溝１０及び負荷直線溝３１と接触する領域である。また、図中の一点鎖線Ｌはボール３の回転軸である。
　垂直方向の荷重が大きくなるにつれ、ボール３は転走溝１０の第一負荷領域１０ａと負荷直線溝３１の第一負荷領域３１ａとの間で押しつぶされて弾性変形し、移動ブロック２と軌道レール１との隙間Ｄは徐々に小さくなっていく。このため、垂直方向の荷重がある程度の大きさに達すると、ボール３は第一負荷領域１０ａ，３１ａのみでなく、転走溝１０の第二負荷領域１０ｂ，１０ｃ及び負荷直線溝３１の第二負荷領域３１ｂ，３１ｃにも接触し、ボール３は転走溝１０と及び負荷直線溝３１に対して３点ずつで接触するようになる。但し、ボール３が第二負荷領域３１ｂ，３１ｃに接するようになっても、主として垂直方向の荷重を負荷するのは当該荷重方向と対向している第一負荷領域１０ａ，３１ａであり、ボール３と第一負荷領域１０ａ，３１ａの接触幅の方が第二負荷領域１０ｂ，１０ｃ，３１ｂ，３１ｃのそれよりも明らかに大きくなっている。
　前記第二負荷領域１０ｂ，１０ｃ，３１ｂ，３１ｃは垂直方向の荷重に対して約４５°傾斜していることから、これら第二負荷領域１０ｂ，１０ｃ，３１ｂ，３１ｃとボール３との接触状態は、ゴシックアーチ溝形状の転走溝に対するボールの接触状態と類似している。このため、ボール３が第二負荷領域１０ｂ，１０ｃ，３１ｂ，３１ｃを転走すると、ボール３と転走溝１０の第二負荷領域１０ｂ，１０ｃとの間、ボール３と負荷直線溝３１の第二負荷領域３１ｂ，３１ｃとの間には差動すべりが発生する。この差動すべりの量はボール３の回転軸Ｌと直交する方向における接触幅（ｄ１－ｄ２）に比例している。尚、ボール３は第一負荷領域１０ａ，３１ａに対して赤道付近で接しているため、図７に示す場合と同様に、ボール３と第一負荷領域１０ａ，３１ａとの間には差動すべりが殆ど発生していない。
　このように本発明を適用した転走溝においても、従来のゴシックアーチ溝形状の転走溝と同様に、垂直方向の荷重に対してはボール３と転走溝１０、あるいはボール３と負荷直線溝３１との間に差動すべりが発生する。しかし、かかる垂直方向の荷重は主として第一負荷領域１０ａ，３１ａによって負荷されており、前述の如く、第二負荷領域１０ｂ，１０ｃ，３１ｂ，３１ｃとボール３との接触幅は第一負荷領域１０ａ，３１ａのそれよりも小さくなっている。このため、第一負荷領域１０ａ，３１ａを具備した本発明の転走溝とこれを具備しない従来のゴシックアーチ溝形状の転走溝とを比較した場合、同程度の大きさの垂直方向の荷重が作用したのであれば、本発明の転走溝１０（負荷直線溝３１）の方が差動すべりを小さく抑えることが可能となる。
　しかも、本発明の転走溝では図６に示したオフセット距離δを任意に調整することで、初期状態におけるボール３と第二負荷領域１０ｂ，１０ｃ，３１ｂ，３１ｃとの隙間量を自由に調整することが可能である。このため、ボールが第一負荷領域１０ａ，３１ａのみに対する２点接触（図７に示す状態）から第二負荷領域１０ｂ，１０ｃ，３１ｂ，３１ｃを含めた６点接触に変化する垂直方向の荷重の大きさを任意に調整することができるのである。
　従って、複数軸の軌道レール１を平行に配設して可動体の直線案内部を構成する場合に、これら軌道レール１の平行度に誤差が存在する場合であっても、本発明の転がり案内装置を使用すれば、従来のゴシックアーチ溝形状を採用する転がり案内装置に比べ、ボール３と転走溝１０（負荷直線溝３１）との間における差動すべりの発生を抑えることができ、移動ブロック２に固定した可動体の走行抵抗を低減化することができるものである。
　また、軌道レール１又は移動ブロック２の加工精度が悪く、軌道レール１の両側面に形成した２条の転走溝１０の平行度、あるいは移動ブロック２に具備された２条の負荷直線溝３１の平行度に誤差が存在する場合であっても、３つの円弧領域からなる本発明の転走溝を採用すれば、従来のゴシックアーチ溝形状を採用する転がり案内装置に比べ、ボール３と転走溝１０（負荷直線溝３１）との間における差動すべりの発生を抑えることができ、軌道レール１に対する移動ブロック２の走行抵抗を低減化することが可能となる。
　従って、軌道レール１の転走溝１０及び移動ブロック２の負荷直線溝３１に関しては、研削加工による高精度の仕上げ加工が不要となり、例えば、軌道レール１の転走溝１０であれば引き抜き加工や転造加工によって、また、移動ブロック２の負荷直線溝３１であれば引き抜き加工や鍛造加工によって形成することが可能となり、軌道レール１及び移動ブロック２の生産コストの低下を図ることが可能となる。
　一方、図９は、移動ブロック２に対して図２に示す荷重Ｆ２を作用させた際の、ボール３と軌道レール１の転走溝１０及び移動ブロック２の負荷直線溝３１との接触状態を示す図である。図中でボール３の球面上に斜線で示した領域は、ボールが転走溝１０及び負荷直線溝３１と接触する領域である。また、図中の一点鎖線Ｌはボール３の回転軸である。
　荷重Ｆ２はボール３と第一負荷領域１０ａ，３１ａとの接触方向、すなわち垂直方向に対して直交する横方向に作用することから、かかる荷重Ｆ２が移動ブロック２に対して作用すると、ボール３は第一負荷領域１０ａ，３１ａの中心から変位し、移動ブロック２が軌道レール１に対して図９に示した距離ｍだけ押し下げられることになる。このため、転走溝１０の第二負荷領域１０ｃとボール３との隙間、負荷直線溝３１の第二負荷領域３１ｂとボール３との隙間が排除され、ボールは転走溝１０に対しては第一負荷領域１０ａと第二負荷領域１０ｃで接し、負荷直線溝３１に対しては第一負荷領域３１ａと第二負荷領域３１ｂとで接することになる。すなわち、横方向の荷重が作用すると、ボール３は初期状態の２点接触から４点接触へ移行するのである。
　この例の場合、第二負荷領域１０ｃ，３１ｂは横方向に対して４５°で傾斜していることから、これら第二負荷領域１０ｃ，３１ｂがボール３と接触することによって、ボール３と転走溝１０及び負荷直線溝３１との接触状態は従来のゴシックアーチ溝形状に対するものと略同等となる。従って、本発明の転がり案内装置は横方向の荷重に対しても十分な荷重負荷能力を発揮することが可能である。
　横方向の荷重が作用した際に移動ブロック２が軌道レール１に対して押し下げられる距離ｍは、初期状態において第二負荷領域とボールとの間に形成されていた隙間量、すなわち図６に示したオフセット距離δに対応したものとなる。このため、かかるオフセット量δを適宜選択することにより、ボール３と第二負荷領域１０ｃ，３１ｂとが接触を開始する横方向の荷重の大きさを任意に調整することができる。このことは、オフセット距離δの設定により、荷重Ｆ２の作用方向に関し、軌道レール１に対する移動ブロック２の剛性を任意に調整し得ることを意味している。
　以上説明してきたように、転走溝を３つの円弧領域から形成した本発明の転がり案内装置によれば、被取付け面に対する軌道レールの取付け精度の管理や、軌道レール及び移動ブロックの加工精度の管理を容易なものとしつつ、従来のゴシックアーチ溝形状の転走溝を採用する転がり案内装置と同程度の荷重負荷能力を発揮することができるものである。

Claims (3)

  1. 長手方向に沿ってボール(3)の転走溝(10)が複数形成された軌道レール(1)と、前記転走溝(10)と対向するボール(3)の転走溝(31)を有し、これら転走溝(10,31)の間に配置されたボール(3)を介して前記軌道レール(1)の長手方向へ移動自在な移動ブロック(2)と、を備えた転がり案内装置において、
    互いに対向する軌道レール(1)側の転走溝(10)及び移動ブロック(2)側の転走溝(31)は、かかる転走溝(10,31)の被形成面の法線方向に面すると共にボール球面の曲率半径よりも僅かなに大きな曲率半径で円弧状に形成された第一負荷領域(10a,31a)と、この第一負荷領域(10a,31a)の両側に隣接して設けられると共にボール球面の曲率半径よりも僅かなに大きな曲率半径で円弧状に形成され、かかる転走溝(10,31)の被形成面の法線方向に対して傾斜して設けられた一対の第二負荷領域(10b,10c,31b,31c)とから構成され、
    前記移動ブロック(2)の無負荷状態ではボール(3)が前記第一負荷領域(10a,31a)にのみ接触し、前記第二負荷領域(10b,10c,31b,31c)との間には隙間が形成されていることを特徴とする転がり案内装置。
  2. 前記第一負荷領域(10a,31a)の曲率半径と前記第二負荷領域(10b,10c,31b,31c)の曲率半径は同一であり、前記第二負荷領域(10b,10c,31b,31c)の曲率中心は、前記第一負荷領域(10a,31a)及び第二負荷領域(10b,10c,31b,31c)を同時にボール(3)に接触させる場合の曲率中心の位置に比べ、かかる転走溝(10,31)の被形成面の法線方向へオフセットされていることを特徴とする請求項１記載の転がり案内装置。
  3. 前記第二負荷領域(10b,10c,31b,31c)に対するボール(3)の接触点は、ボール中心に対し、前記第一負荷領域(10a,31a)に対するボール(3)の接触点と約４５°の角度で配置されていることを特徴とする請求項１記載の転がり案内装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6365026B2 (ja) 2014-07-03 2018-08-01 日本精工株式会社 直動案内装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10141368A (ja) * 1996-11-11 1998-05-26 Nippon Seiko Kk リニアガイド装置
JP2002005178A (ja) * 2000-06-23 2002-01-09 Hiroshi Teramachi ボールの軌道溝構造
JP2003184874A (ja) * 2001-12-19 2003-07-03 Nsk Ltd リニアガイドレール及びリニアガイド用転造ダイス
JP2005331099A (ja) * 2004-05-19 2005-12-02 Shangyin Sci & Technol Co Ltd リニアガイド

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2717324B2 (ja) * 1990-08-14 1998-02-18 光洋精工株式会社 直動形ガイド装置
JP2001208081A (ja) * 2000-01-31 2001-08-03 Nsk Ltd 単列深溝型ラジアル玉軸受
JP3608163B2 (ja) * 2001-10-22 2005-01-05 学校法人明治大学 転がり機械要素
TWI245855B (en) * 2004-12-27 2005-12-21 Hiwin Tech Corp Assemble groove of linear guide
JP2006242290A (ja) * 2005-03-03 2006-09-14 Shangyin Sci & Technol Co Ltd リニアガイドの組合わせ式伝動溝

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10141368A (ja) * 1996-11-11 1998-05-26 Nippon Seiko Kk リニアガイド装置
JP2002005178A (ja) * 2000-06-23 2002-01-09 Hiroshi Teramachi ボールの軌道溝構造
JP2003184874A (ja) * 2001-12-19 2003-07-03 Nsk Ltd リニアガイドレール及びリニアガイド用転造ダイス
JP2005331099A (ja) * 2004-05-19 2005-12-02 Shangyin Sci & Technol Co Ltd リニアガイド

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