WO2017179361A1 - 転がり案内装置 - Google Patents

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WO2017179361A1
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path
holding belt
circulation path
guide groove
rolling
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PCT/JP2017/010606
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慎史 青木
弘基 入川
将大 青山
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Thk株式会社
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    • F16C33/54—Cages for rollers or needles made from wire, strips, or sheet metal

Definitions

  • the present invention relates to a rolling guide device that freely guides a work table of a machine tool and a table of various conveying devices along a track rail.
  • the rolling guide device includes a track rail laid on a fixed portion such as a bed, and a moving block that can move freely along the track rail and can fix a movable body such as a table to be guided. ing.
  • the moving block is assembled to the track rail via a plurality of rolling elements such as balls or rollers, and a rolling surface of the rolling element is formed along the longitudinal direction of the track rail.
  • the moving block is provided with a rolling surface of the rolling element facing the rolling surface of the track rail, and an infinite circulation path for circulating the rolling element from one end to the other end of the rolling surface.
  • the rolling element circulates in the endless circulation path, so that the moving block can freely move along the track rail.
  • a holding belt for keeping a constant interval between the rolling elements is incorporated in the endless circulation path together with the rolling elements.
  • the holding belt is formed of a flexible material such as synthetic resin, and pockets for accommodating rolling elements are arranged at regular intervals on the holding belt.
  • the holding belt is set to have an overall length shorter than the path length of the infinite circuit, and when incorporated into the infinite circuit, both end portions face each other with an interval in the endless circuit.
  • the rolling element rolls on the rolling surface of the track rail and the rolling surface of the moving block while rotating in the pocket of the holding belt, and as the ball circulates in the endless circuit, the holding belt also It circulates in the infinite circuit.
  • the infinite circulation path of the rolling element included in the moving block includes a load path, a return path provided in parallel with the load path, and a pair of arcs connecting ends of the load path and the return path. It consists of a direction change path.
  • the load passage is a region where the rolling surface of the track rail and the rolling surface of the moving block face each other, and the rolling element rolls the load passage while applying a load between the track rail and the moving block. Run.
  • the return passage and the pair of direction change passages are no-load passages for returning the rolling elements from the end of the load passage to the starting end, and the rolling members do not apply any load in the passages.
  • the rolling elements in the load passage are forcibly rolled and travel in the passage.
  • the rolling elements in the passage and the pair of direction change paths do not roll by themselves, but are pulled or pushed by the rolling elements in the load passage via the holding belt to advance the return path and the pair of direction change paths. Will do.
  • the holding belt since the holding belt is incorporated in the endless circulation path so that both ends thereof face each other, due to the movement of the rolling elements in the endless circulation path, the holding belt includes When the end portion enters and exits the load passage, a tensile force along the circulation direction repeatedly acts. Along with this, there is a concern that the holding belt is partially rubbed against the belt guide groove provided in the direction change path to promote uneven wear, and in particular, the moving block is fastened to the track rail at high speed. It was a problem when moving.
  • the present invention has been made in view of such problems, and the object thereof is to reduce the tensile force acting on the holding belt when the holding belt circulates in the endless circulation path together with the rolling elements. And it is providing the rolling guide apparatus which can prevent the partial wear of a holding belt.
  • the rolling guide device of the present invention includes a track rail, a large number of rolling elements that roll on the track rail, a moving block that has an infinite circulation path of the rolling elements and is movable along the track rail, A pocket for accommodating the rolling elements at a predetermined interval, and a flexible holding belt which is incorporated in the endless circulation path and moves in the endless circulation path together with the rolling elements.
  • the road includes a load passage in which the rolling element rolls while applying a load between the track rail and the moving block, a return passage provided in parallel to the load passage, the load passage and the return passage, And a pair of direction change paths connecting the two.
  • a guide groove for guiding the movement of the holding belt in the endless circulation path is formed in the endless circulation path, and the maximum clearance between both ends of the holding belt facing each other in the endless circulation path is t max .
  • the distance between the holding belt in the return path and the holding belt in the return path is 2c
  • the depth to the arc apex of the outer peripheral surface of the guide groove in the direction change path is A
  • the inside of the guide groove in the direction change path is
  • the depth to the arcuate vertex of the peripheral surface is B
  • the thickness of the holding belt is d
  • a (Ad ⁇ 2)
  • b (B + d / 2)
  • the rolling element is caused to roll in the load path. Even if the holding belt in the no-load passage is pulled, before the holding belt is rubbed strongly against the guide groove in the direction change path, the front end of the holding belt contacts the rear end. Therefore, the pulling force acting on the holding belt as the holding belt circulates is reduced, and uneven wear of the holding belt can be prevented.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 4. It is the schematic which shows the state which the joint belt part of a holding belt is in contact with the outer peripheral surface of the guide groove in a direction change path. It is the schematic which shows the state which the coupling belt part of a holding belt is in contact with the internal peripheral surface of the guide groove in a direction change path.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a rolling guide device to which the present invention can be applied.
  • This rolling guide device is composed of a track rail 1 extending linearly and a moving block 2 assembled to the track rail 1 through a large number of balls 3 as rolling elements, and the track is mounted on a fixed portion. By laying the rail 1 and mounting various movable bodies on the moving block 2, the movable body can be guided along the track rail 1 so as to be reciprocally movable.
  • the track rail 1 is formed in a long body having a substantially cross-sectional square shape.
  • the track rail 1 is formed with a plurality of bolt mounting holes 12 penetrating from the top surface to the bottom surface at a predetermined interval in the longitudinal direction.
  • the fixing rails inserted into the bolt mounting holes 12 are used to mount the track rail 1. It can be firmly fixed to fixing parts such as a bed and a column.
  • the left and right side surfaces of the track rail 1 are respectively provided with protrusions along the longitudinal direction, and one rolling surface 11 of the ball is provided above and below these protrusions.
  • the rolling surface 11 is provided.
  • the number of rolling surfaces 11 provided on the track rail 1 is not limited to this.
  • the moving block 2 is roughly composed of a metal block main body 21 and a pair of synthetic resin end plates 22 attached to both ends of the block main body 21 in the moving direction.
  • the moving block 2 includes a plurality of infinite circulation paths for the balls 3 corresponding to the rolling surfaces 11 of the track rail, and the endless circulation paths fix the pair of end plates to both ends of the moving block 2. It is completed by.
  • a flexible holding belt 30 is incorporated in each infinite circulation path, and a large number of balls 3 are arranged in a row on the holding belt 30. Therefore, when the moving block is moved 2 in the longitudinal direction of the track rail 1 and the ball 3 rolls on the rolling surface of the track rail 1, the holding belt 30 circulates along the endless circuit along with the ball 3. To do.
  • FIG. 1 is drawn with a quarter of the entire moving block 2 cut out so that the presence of the ball 3 and the holding belt 30 in the endless circulation path can be grasped.
  • the holding belt 30 includes a plurality of spacer portions 31 arranged in a line at regular intervals, and a pair of coupling belt portions 32 that connect the spacer portions 31, and the spacer portions 31 and the coupling belt portion 32 are combined. It is manufactured by resin injection molding.
  • the holding belt 30 has flexibility as described above, and repeats stretching and bending when circulating in the endless circulation path together with the balls 3. At this time, it is only the coupling belt portion 32 that exhibits flexibility, and the coupling belt portion 32 can be flexed more freely than the spacer portion 31.
  • Each spacer portion 31 is provided with a concave seat 33 having a curvature similar to the spherical surface of the ball 3, and a space between adjacent spacer portions is a pocket 34 for accommodating the ball. Further, the end spacer portion 31a located at the end of the holding belt 30 is provided with the concave seat 33 only on the surface facing the ball 3, and the end surface 33a is formed in a flat surface.
  • the diameter of the accommodation pocket 34 of the ball 3 provided on the holding belt 3 is set to be slightly larger than the diameter of the ball 3, and the resistance acting on the rotation of the ball in the accommodation pocket is reduced.
  • the distance between the spacer portions 31 adjacent to each other is set to be smaller than the diameter of the ball 3, and the ball 3 accommodated in the pocket 34 does not fall out from between the spacer portions 31 located on both sides.
  • the rolling element may be a roller.
  • the concave seat 33 formed in the spacer portion 31 is a concave seat having a curvature approximate to the outer peripheral surface of the roller.
  • the concave seat 33 formed in the spacer portion 31 is not essential, and from the viewpoint of avoiding direct contact between the rolling elements, the spacer portion 31 may be a simple flat plate. There is no problem.
  • FIG. 4 is a sectional view showing the infinite circulation path 6.
  • the infinite circulation path 6 includes a load path 60, a return path 61, and a pair of direction change paths 62.
  • the block main body 21 constituting the moving block 2 is formed with a rolling surface 23 that faces the rolling surface 11 of the track rail 1, and the ball 3 has the rolling surface 11 of the track rail 1 and the block main body 21. It rolls while applying a load to the rolling surface 23 of the.
  • the path portion where the ball 3 rolls while applying a load is the load path 60.
  • the return passage 61 is formed in the block body 21 in parallel with the load passage 60.
  • the return passage 61 is provided through the block body 21, and the inner diameter thereof is set slightly larger than the diameter of the ball 3.
  • the pair of direction change paths 62 are curved paths formed in a substantially U shape, and are located on both sides in the longitudinal direction of the load passage 60, and the ends of the load passage 60 and the return passage 61. The end is connected.
  • Each direction changing path 62 is provided in the end plate 22, and the direction changing path 62 is connected to the load path 60 and the end by fixing the pair of end plates 22 at predetermined positions on both ends of the block body 21.
  • the return passage 61 is connected to complete the endless circulation path 6 through which the balls 3 can circulate.
  • the holding belt 30 in which the ball 3 is accommodated in the pocket 34 is incorporated in the endless circulation path 6. Both end portions of the holding belt 30 face each other inside the infinite circulation path 6, and a circumferential clearance t is intentionally provided between them.
  • the endless circulation path 6 is provided with a pair of guide grooves that accommodate the coupling belt portion 32 of the holding belt 30, and the holding belt 30 is formed in the guide groove. It moves in the endless circuit 6 with the coupling belt portion 32 inserted.
  • These guide grooves are provided along the circumferential direction of the infinite circulation path 6, and are formed in each of the load path 60, the return path 61, and the direction change path 62. Thereby, the holding belt 30 is prevented from being twisted and meandering in the endless circulation path 6, and the holding belt 30 can be smoothly circulated in accordance with the movement of the moving block 2 relative to the track rail 1. Yes.
  • FIG. 5 shows an outline of the guide groove 5 in the endless circulation path 6, and is an example of a cross section obtained by cutting the load passage 60 and the return passage 61 along a plane perpendicular to the longitudinal direction thereof.
  • both the load passage 60 and the return passage 61 are provided with a guide groove 5 that accommodates the coupling belt portion 32 of the holding belt 30.
  • the width x of the guide groove 5 is set larger than the thickness y of the coupling belt portion 32, and a gap exists between the guide groove 5 and the coupling belt portion 32.
  • a gap exists between the guide groove 5 and the coupling belt portion 32 also in the direction change path 62.
  • the coupling belt portion 32 can be displaced in the guide groove 5 by the gap.
  • the load path and the return path are formed in a straight line, but the direction changing path is formed in a curved line. Therefore, the track of the coupling belt portion 32 in the direction changing path 62 due to the existence of the gap. Changes, the circumferential clearance t of the holding belt 30 inside the endless circulation path 6 increases or decreases.
  • the coupling belt portion 32 when the coupling belt portion 32 is in contact with the outer peripheral surface of the guide groove 5 in the direction change path 62, the circumferential clearance t of the holding belt 30 is maximized, and the coupling belt portion 32 is When the direction change path 62 is in contact with the inner peripheral surface of the guide groove 5, the circumferential gap t of the holding belt 30 is minimized.
  • FIGS. 6 and 7 are schematic views showing the relationship between the guide groove 5 and the coupling belt portion 32 of the holding belt 30 in the direction changing path 62
  • FIG. 6 shows the direction of the direction changing path 62
  • FIG. 7 shows a state in which the coupling belt portion 32 is in contact with the inner peripheral surface of the guide groove 5 in the direction change path 62.
  • the width of the guide groove 5 is exaggerated with respect to the thickness of the coupling belt portion 32 in FIGS. 6 and 7 in order to make the state of the coupling belt 32 in the guide groove 5 easier to understand. It is drawn.
  • both ends of the holding belt 30 move inside the endless circulation path 6 in a state of facing each other. Since the propulsive force of the holding belt 30 in the endless circulation path 6 is caused by the rolling of the ball 3 in the load passage 60, both ends of the holding belt 30 are connected to the endless circulation path 6 as shown in FIG.
  • the holding belt 30 present in the direction change path 62 and the return passage 61 is pulled from the front by the front end portion in the circulation direction existing in the load passage 60, and similarly. It is pressed from behind by the rear end portion in the circulation direction existing in the load passage 60.
  • the direction change path 62 and the return path The holding belt 30 existing in 61 is not pulled by the front end portion in the circulation direction existing in the load passage 60, and is only the pressing force by the rear end portion in the circulation direction existing in the load passage 60. Move in 6 Therefore, in this state, focusing on the behavior of the holding belt 30 in the direction change path 62, the coupling belt portion 32 of the holding belt 30 moves on the outermost track in the guide groove 5 as shown in FIG.
  • the guide groove 5 is in sliding contact with the outer peripheral surface 5a.
  • the inventors of the present application disassembled the moving block 2 whose traveling distance with respect to the track rail 1 has reached a certain level and confirmed the wear state of the coupling belt portion 32 of the holding belt 30. Uneven wear was confirmed on the inner side, that is, the side in contact with the inner peripheral surface 5b of the guide groove 5 in the direction changing path 62. Accordingly, the coupling belt portion 32 of the holding belt 30 is rubbed against the outer peripheral surface 5a of the guide groove 5 in the direction change path 62 (the state shown in FIG. 6) and rubbed against the inner peripheral surface 5b (see FIG. 6). 7), in the latter state, that is, in a state where the holding belt 30 is moving in the endless circulation path 6 only by a tensile force, the coupling belt portion 32 is stronger than the guide groove 5. It turned out to be rubbing.
  • the inventors of the present application focused on the circumferential gap t of the holding belt 30 inside the endless circulation path 6.
  • the circumferential clearance t is the maximum t max when the coupling belt portion 32 is in contact with the outer peripheral surface 5a of the guide groove 5, and is the minimum t min when it is in contact with the inner peripheral surface 5b. . Therefore, if the circumferential gap t of the holding belt 30 disappears immediately before the coupling belt portion 32 contacts the inner peripheral surface 5b of the guide groove 5 in the direction change path 6, the outermost of the holding belt 30 in the circulation direction. The front end comes into contact with the last end and presses it, and the sliding contact between the coupling belt portion 32 and the inner peripheral surface 5b of the guide groove 5 can be eased.
  • the state is changed from the state where the coupling belt portion 32 of the holding belt 30 is in contact with the outer peripheral surface 5a of the guide groove 5 (FIG. 6) to the state of being in contact with the inner peripheral surface 5b (FIG. 7).
  • the circumferential clearance of the holding belt 30 in the endless circulation path 6 that was t max disappears, the leading edge of the holding belt 30 in the circulation direction touches the rear end and presses it, The sliding contact between the coupling belt portion 32 and the inner peripheral surface 5b of the guide groove 5 is eased.
  • the coupling belt portion 32 of the holding belt 30 takes an elliptical orbit in the guide groove 5 of the direction changing path 62.
  • the distance between the coupling belt portion 32 in the load passage 30 and the coupling belt portion 32 in the return passage 31 is 2c
  • the elliptical orbit of the coupling belt portion 32 is as shown in FIG.
  • the coupling belt portion 32 is in contact with the inner peripheral surface 5 b of the guide groove 5 as shown in FIG. It can be considered as an ellipse with a short axis b and a long axis c.
  • the depth to the arc apex of the outer peripheral surface 5a of the guide groove 5 in the direction changing path 62 is A
  • the depth to the arc apex of the inner peripheral surface 5b of the guide groove 5 in the direction changing path 62 is B.
  • the reduction amount ⁇ of the circumferential gap t due to the coupling belt portion 32 moving from the outer peripheral surface 5a to the inner peripheral surface 5b in the guide groove 5 can be considered as a difference in peripheral length of these ellipses. It is expressed by the following formula.
  • the first term of this equation is the half circumference of the elliptical orbit when the coupling belt portion 32 is in contact with the outer peripheral surface 5a of the guide groove 5, and the second term is the inner peripheral surface of the guide groove 5 with the coupling belt portion 32.
  • 5b represents the half circumference of the elliptical orbit when contacting 5b.
  • the function representing the circumference of an ellipse is generally elliptic integral as shown in the above formula, and cannot be represented by an elementary function. For this reason, the difference between the circumferential lengths of the ellipses using an approximate expression, that is, the amount of decrease ⁇ in the circumferential gap t caused by the coupling belt portion 32 moving from the outer peripheral surface 5a to the inner peripheral surface 5b in the guide groove 5. Try to represent.
  • the reduction amount ⁇ of the circumferential gap t due to the coupling belt portion 32 moving in the guide groove 5 from the outer peripheral surface 5a to the inner peripheral surface 5b can be expressed by the following approximate expression.
  • the maximum value t max of the circumferential clearance of the holding belt 30 in the endless circulation path 6 is set to the behavior of the coupling belt portion 32 in the guide groove 5 of the direction change path 62.
  • the circumferential clearance t of the holding belt 30 in the endless circulation path 6 disappears before the coupling belt portion 32 rubs strongly against the inner peripheral surface 5b of the direction change path 62, The front end of the holding belt 30 presses the rear end. Accordingly, the coupling belt portion 32 of the holding belt 30 is not rubbed strongly with the inner peripheral surface 5b of the guide groove 5, and the occurrence of uneven wear of the holding belt 30 can be prevented.
  • the moving block 2 having a built-in is repeatedly moved at a high speed with respect to the track rail 1, it contributes to ensuring the durability of the holding belt.
  • the present invention can be applied not only to a rolling guide device using a ball as a rolling element but also to a rolling guide device using a roller as a rolling element.
  • the rolling guide apparatus specifically shown using FIG. 1 is merely an example, and the shape of the rolling guide apparatus to which the present invention can be applied is not limited to this.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bearings For Parts Moving Linearly (AREA)

Abstract

保持ベルト(30)が転動体(3)と共に無限循環路(6)内を循環する際に、当該保持ベルト(30)に対して作用する引っ張り力を軽減し、保持ベルト(30)の偏摩耗を防止することが可能な転がり案内装置であって、無限循環路(6)には当該無限循環路内における保持ベルト(30)の移動を案内する案内溝(5)が形成され、前記無限循環路(6)内で互いに向かい合う前記保持ベルト(30)の両端部の最大すき間をｔmax、 負荷通路(60)内の前記保持ベルト(30)と戻し通路(61)内の保持ベルト(30)との間隔を２ｃ、方向転換路(62)における前記案内溝(5)の外周面の円弧頂点までの深さをＡ、前記方向転換路(62)における前記案内溝(5)の内周面の円弧頂点までの深さをＢ、前記保持ベルト(30)の厚みをｄ、ａ＝（Ａ－ｄ／２）、ｂ＝（Ｂ＋ｄ／２）とし、（１） と表現されるδに対して、ｔmax＜δを満たすようにした。

Description

転がり案内装置
　本発明は、工作機械のワークテーブルや各種搬送装置のテーブルを軌道レールに沿って自在に案内する転がり案内装置に関する。
　この種の転がり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。この転がり案内装置は、ベッド等の固定部に敷設される軌道レールと、この軌道レールに沿って自在に移動可能であると共に案内対象であるテーブル等の可動体を固定可能な移動ブロックとを備えている。前記移動ブロックはボール又はローラといった複数の転動体を介して前記軌道レールに組み付けられており、前記軌道レールには長手方向に沿って転動体の転走面が形成されている。前記移動ブロックには、前記軌道レールの転走面と対向する転動体の転走面が設けられると共に、当該転走面の一端から他端へ前記転動体を循環させる無限循環路が設けられており、前記転動体が当該無限循環路内を循環することにより、前記移動ブロックが前記軌道レールに沿って自在に運動を行うことが可能となっている。
　また、前記無限循環路内には前記転動体の間隔を一定に保持するための保持ベルトが当該転動体と共に組み込まれている。前記保持ベルトは合成樹脂等の可撓性を有する材料から成形されており、当該保持ベルトには転動体を収容するポケットが一定の間隔で配列されている。また、保持ベルトはその全長が無限循環路の経路長よりも短く設定されており、無限循環路に組み込んだ際に、両端部が当該無限循環路内で間隔を空けて互いに向かい合っている。転動体はこの保持ベルトのポケット内で回転しながら前記軌道レールの転走面及び前記移動ブロックの転走面を転走し、ボールが無限循環路内を循環するのに伴い、当該保持ベルトも前記無限循環路内を循環する。
　前記移動ブロックが有する転動体の無限循環路は、負荷通路と、この負荷通路と平行に設けられた戻し通路と、前記負荷通路と戻し通路の端部同士を接続する円弧状に形成された一対の方向転換路とから構成されている。前記負荷通路は前記軌道レールの転走面と前記移動ブロックの転走面とが対向する領域であり、前記転動体は軌道レールと移動ブロックとの間で荷重を負荷しながら当該負荷通路を転走する。一方、前記戻し通路及び前記一対の方向転換路は前記転動体を前記負荷通路の終端から始端へ戻すための無負荷通路であり、前記転動体は当該通路において何ら荷重を負荷していない。
　このため、前記軌道レールと前記移動ブロックとの間に相対的な運動が生じると、前記負荷通路内の転動体は強制的に転がされて当該通路内を進行することになるが、前記戻し通路及び前記一対の方向転換路内の転動体は自ら転動せず、前記保持ベルトを介して負荷通路内の転動体に引っ張られ、あるいは押されて当該戻し通路及び一対の方向転換路を進行することになる。
特許第３２４３４１５号
　前述したように、前記保持ベルトは両端部が互いに向かい合うようにして前記無限循環路内に組み込まれているので、このような無限循環路内における転動体の動きに起因し、前記保持ベルトにはその端部が前記負荷通路に出入りする際に循環方向に沿った引っ張り力が繰り返し作用することになる。これに伴い、当該保持ベルトが方向転換路に設けられたベルト案内溝に対して部分的に強く擦れて偏摩耗が促進される懸念があり、特に前記移動ブロックを前記軌道レールに対して高速で移動させる際の課題であった。
　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、保持ベルトが転動体と共に無限循環路内を循環する際に、当該保持ベルトに対して作用する引っ張り力を軽減し、保持ベルトの偏摩耗を防止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は、軌道レールと、前記軌道レールを転走する多数の転動体と、前記転動体の無限循環路を有すると共に前記軌道レールに沿って運動自在な移動ブロックと、所定間隔で前記転動体を収容するポケットが形成されると共に前記無限循環路に組み込まれて前記転動体と共に当該無限循環路内を移動する可撓性の保持ベルトとを備えており、前記無限循環路は、前記転動体が前記軌道レールと前記移動ブロックとの間で荷重を負荷しながら転動する負荷通路と、前記負荷通路と平行に設けられた戻し通路と、前記負荷通路と戻し通路とを連結する一対の方向転換路とを含んでいる。
前記無限循環路には当該無限循環路内における前記保持ベルトの移動を案内する案内溝が形成され、前記無限循環路内で互いに向かい合う前記保持ベルトの両端部の最大すき間をｔmax、前記負荷通路内の前記保持ベルトと前記戻し通路内の保持ベルトとの間隔を２ｃ、前記方向転換路における前記案内溝の外周面の円弧頂点までの深さをＡ、前記方向転換路における前記案内溝の内周面の円弧頂点までの深さをＢ、前記保持ベルトの厚みをｄ、ａ＝（Ａ－ｄ／２）、ｂ＝（Ｂ＋ｄ／２）とし、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
と表現されるδに対して、ｔmax＜δを満たすものである。
　本発明によれば、前記無限循環路内で互いに向かい合う前記保持ベルトの両端部の最大すき間ｔが、前記数式で規定される量δよりも小さければ、負荷通路における転動体の転がりに起因して無負荷通路内の保持べルトが引っ張られたとしても、当該保持ベルトが方向転換路内の案内溝に対して強く擦れる以前に、当該保持ベルトの進行方向の先端が後端に接触してこれを押圧するので、前記保持ベルトの循環に伴って当該保持ベルトに作用する引っ張り力が軽減され、当該保持ベルトの偏摩耗を防止することが可能となる。
本発明を適用した転がり案内装置の実施形態の一例を示す斜視図である。 図１に示す転がり案内装置に利用可能な保持ベルトの一例を示す側面図である。 図２に示す保持ベルトの平面図である。 図１に示す転がり案内装置の移動ブロックに具備された無限循環路を示す断面図である。 図４のＶ－Ｖ線断面図である。 保持ベルトの結合ベルト部が方向転換路における案内溝の外周面に接している状態を示す概略図である。 保持ベルトの結合ベルト部が方向転換路における案内溝の内周面に接している状態を示す概略図である。
　以下、添付図面を用いて本発明の転がり案内装置を詳細に説明する。
　図１は本発明を適用可能な転がり案内装置の一例を示す斜視図である。この転がり案内装置は、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、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に対して各種の可動体を搭載することで、かかる可動体を軌道レール１に沿って往復移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には長手方向に所定の間隔をおいて上面から底面に貫通するボルト取付け孔１２が複数形成されており、これらボルト取付け孔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。前記軌道レール１の左右両側面には長手方向に沿って突部がそれぞれ設けられると共に、これら突部の上下にはボールの転走面１１が１条ずつ設けられ、軌道レール全体としては４条の転走面１１が設けられている。尚、前記軌道レール１に設けられる転走面１１の条数はこれに限られるものではない。
　一方、前記移動ブロック２は、大きく分けて、金属製のブロック本体２１と、このブロック本体２１の移動方向の両端に装着される一対の合成樹脂製のエンドプレート２２とから構成されている。この移動ブロック２は前記軌道レールの各転走面１１に対応してボール３の無限循環路を複数備えており、かかる無限循環路は前記移動ブロック２の両端に前記一対のエンドプレートを固定することによって完成している。各無限循環路には可撓性の保持ベルト３０が組み込まれており、かかる保持ベルト３０には多数のボール３が一列に配列されている。従って、前記移動ブロックが２前記軌道レール１の長手方向へ動かされ、前記ボール３が前記軌道レール１の転走面を転がると、前記保持ベルト３０がボール３と一緒に前記無限循環路を循環する。
　また、前記移動ブロックには当該移動ブロックと軌道レールとの隙間を密閉する各種シール部材４，４ａ，４ｂが固定されており、軌道レール１に付着した塵芥などが前記無限循環路の内部に侵入するのを防止している。尚、図１は前記無限循環路内におけるボール３及び保持ベルト３０の存在を把握できるように、前記移動ブロック２の全体の１／４を切り欠いて描いてある。
　図２及び図３は前記ボール３が配列された前記保持ベルト３０の一部を示すものであり、当該保持ベルト３０の長手方向の端部を含んでいる。前記保持ベルト３０は、一定間隔で一列に配列された複数のスペーサ部３１と、これらスペーサ部３１を連結する一対の結合ベルト部３２とから構成され、これらスペーサ部３１と結合ベルト部３２は合成樹脂の射出成形によって製作されている。前記保持ベルト３０は前述のごとく可撓性を備え、前記無限循環路内をボール３と一緒に循環する際に、伸展と湾曲を繰り返すことになる。この際、可撓性を発揮しているのは専ら前記結合ベルト部３２であり、当該結合ベルト部３２は前記スペーサ部３１に比べて自由に撓むことが可能である。
　各スペーサ部３１には前記ボール３の球面に近似した曲率の凹面座３３が設けられており、互いに隣接するスペーサ部の間が前記ボールを収容するポケット３４になっている。また、前記保持ベルト３０の端部に位置する末端スペーサ部３１ａは、前記ボール３と対向する面にだけ前記凹面座３３が設けられており、末端面３３ａは平面に形成されている。
　前記保持ベルト３に設けたボール３の収容ポケット３４の直径はボール３の直径よりも僅かに大きく設定されており、当該収容ポケット内でのボールの自転に作用する抵抗の軽減が図られている。但し、互いに隣接するスペーサ部３１の間の距離はボール３の直径よりも小さく設定されており、前記ポケット３４に収容されたボール３は両側に位置するスペーサ部３１の間から抜け落ちることがない。
　尚、図２乃至図３を用いて説明した実施形態では本発明の転動体としてボールを用いたが、当該転動体はローラであってもよい。その場合、前記スペーサ部３１に形成する凹面座３３はローラの外周面に近似した曲率の凹面座となる。また、前記スペーサ部３１に形成された凹面座３３は必須のものではなく、転動体同士の直接の接触を回避するという観点からすれば、当該スペーサ部３１は単なる平板状のものであっても差し支えない。
　図４は前記無限循環路６を示す断面図である。前記無限循環路６は、負荷通路６０、戻し通路６１及び一対の方向転換路６２で構成されている。前記移動ブロック２を構成するブロック本体２１には、前記軌道レール１の転走面１１と対向する転走面２３が形成されており、ボール３は軌道レール１の転走面１１とブロック本体２１の転走面２３との間で荷重を負荷しながら転がる。前記無限循環路６のうち、このようにボール３が荷重を負荷しながら転動している通路部分が前記負荷通路６０である。また、前記ブロック本体２１には前記負荷通路６０と平行に前記戻し通路６１が形成されている。通常、この戻し通路６１は前記ブロック本体２１を貫通して設けられており、その内径はボール３の直径よりも僅かに大きく設定されている。一方、前記一対の方向転換路６２は略Ｕ字状に形成された曲線路であり、前記負荷通路６０の長手方向の両側に位置して、当該負荷通路６０の端部と前記戻し通路６１の端部とを接続している。各方向転換路６２は前記エンドプレート２２に設けられており、一対のエンドプレート２２を前記ブロック本体２１の両端の所定の位置に固定することにより、前記方向転換路６２が前記負荷通路６０と前記戻し通路６１とを接続し、前記ボール３が循環可能な無限循環路６が完成する。
　前記無限循環路６にはボール３を前記ポケット３４に収容した前記保持ベルト３０が組み込まれる。前記保持ベルト３０の両端部は当該無限循環路６の内部で互いに対向し、それらの間には周方向隙間ｔが意図的に設けられている。また、図４には示されていないが、前記無限循環路６には前記保持ベルト３０の結合ベルト部３２を収容する一対の案内溝が設けられており、前記保持ベルト３０は前記案内溝に前記結合ベルト部３２を挿入した状態で無限循環路６内を移動する。これら案内溝は前記無限循環路６の周方向に沿って設けられており、前記負荷通路６０、前記戻し通路６１及び前記方向転換路６２のそれぞれに形成されている。これにより、無限循環路６内における前記保持ベルト３０のねじれや蛇行が防止され、当該保持ベルト３０を前記軌道レール１に対する前記移動ブロック２の運動に合わせて円滑に循環させることが可能となっている。
　図５は前記無限循環路６における案内溝５の概略を示すものであり、前記負荷通路６０と前記戻し通路６１をそれらの長手方向と垂直な面で切断した断面の例示である。同図に示されるように、前記負荷通路６０及び前記戻し通路６１の双方とも、前記保持ベルト３０の結合ベルト部３２を収容する案内溝５が設けられている。前記案内溝５の幅ｘは前記結合ベルト部３２の厚みｙよりも大きく設定されており、当該案内溝５と結合ベルト部３２の間には隙間が存在している。図５には示されていないが、前記方向転換路６２においても、前記案内溝５と結合ベルト部３２の間には隙間が存在している。
　このため、前記結合ベルト部３２は前記案内溝５内において前記隙間分だけ変位可能である。前記負荷通路及び戻し通路は直線状に形成されているが、前記方向転換路は曲線状に形成されているため、前記隙間の存在に起因して方向転換路６２内における結合ベルト部３２の軌道が変化すると、前述した前記無限循環路６の内部における前記保持ベルト３０の周方向隙間ｔが増減することになる。具体的には、前記結合ベルト部３２が方向転換路６２における案内溝５の外周面に接している状態の際に、前記保持ベルト３０の周方向隙間ｔは最大となり、前記結合ベルト部３２が方向転換路６２における案内溝５の内周面に接している状態の際に、前記保持ベルト３０の周方向隙間ｔは最小となる。
　図６及び図７は前記方向転換路６２内における前記案内溝５と前記保持ベルト３０の結合ベルト部３２との関係を示す概略図であり、図６は前記結合ベルト部３２が方向転換路６２における案内溝５の外周面に接している状態、図７は前記結合ベルト部３２が方向転換路６２における案内溝５の内周面に接している状態を示している。尚、説明の便宜上、図６及び図７では前記案内溝５内における前記結合ベルト３２の状態を判り易くするため、当該案内溝５の幅を前記結合ベルト部３２の厚さに対して誇張して描いてある。
　図４から把握されるように、前記保持ベルト３０がボール３と共に無限循環路６内を循環すると、前記保持ベルト３０の両端部は互いに対向した状態で当該無限循環路６の内部を移動する。前記無限循環路６内における前記保持ベルト３０の推進力は前記負荷通路６０におけるボール３の転走に起因しているから、図４の如く前記保持ベルト３０の両端部が前記無限循環路６の負荷通路６０に存在している際、前記方向転換路６２及び前記戻し通路６１に存在する保持ベルト３０は、当該負荷通路６０に存在する循環方向の先端部によって前から引っ張られると共に、同じように負荷通路６０に存在する循環方向の後端部によって後ろから押圧されることになる。
　図４に示される状態よりも以前であって、前記保持ベルト３０の循環方向の先端部が前記無限循環路６の負荷通路６０に進入する直前の状態では、前記方向転換路６２及び前記戻し通路６１に存在する保持ベルト３０は、当該負荷通路６０に存在する循環方向の先端部によって引っ張られることはなく、当該負荷通路６０に存在する循環方向の後端部による押圧力のみによって前記無限循環路６内を移動する。従って、この状態では、前記方向転換路６２内における前記保持ベルト３０の挙動に着目すると、図６に示すように前記保持ベルト３０の結合ベルト部３２は案内溝５内で最も外側の軌道を移動し、当該案内溝５の外周面５ａに摺接している。
　一方、図４に示される状態よりも後であって、前記保持ベルト３０の循環方向の後端部が前記無限循環路６の負荷通路６０から抜け出した直後の状態では、前記方向転換路６２及び前記戻し通路６１に存在する保持ベルト３０は、当該負荷通路６０に存在する循環方向の後端部によって押されることはなく、当該負荷通路６０に存在する循環方向の先端部による引っ張り力のみによって前記無限循環路６内を移動する。従って、この状態では、前記方向転換路６２内における前記保持ベルト３０の挙動に着目すると、図７に示すように前記保持ベルト３０の結合ベルト部３２は案内溝５内で最も内側の軌道を移動し、当該案内溝５の内周面５ｂに摺接している。
　本願発明者らは、前記軌道レール１に対する走行距離が一定以上に達した前記移動ブロック２を分解し、前記保持ベルト３０の結合ベルト部３２の摩耗状態を確認したところ、当該結合ベルト部３２の内側、すなわち前記方向転換路６２内の案内溝５の内周面５ｂと接している側に偏摩耗が確認された。このことから、前記保持ベルト３０の結合ベルト部３２が方向転換路６２内の案内溝５の外周面５ａに擦れている状態（図６の状態）と内周面５ｂに擦れている状態（図７の状態）とを比較した場合、後者の状態、すなわち前記保持ベルト３０が引っ張り力のみによって前記無限循環路６内を移動している状態で、前記結合ベルト部３２が案内溝５とより強く擦れていることが判明した。
　前記結合ベルト部３２の偏摩耗の発生を抑えるため、本願発明者らは前記無限循環路６の内部における前記保持ベルト３０の周方向隙間ｔに着目した。前述の如く、周方向隙間ｔは前記結合ベルト部３２が案内溝５の外周面５ａに接している際に最大のｔmaxとなり、内周面５ｂに接している際に最小のｔminとなる。従って、前記結合ベルト部３２が方向転換路６内の案内溝５の内周面５ｂに接する直前に、前記保持ベルト３０の周方向隙間ｔが消失すれば、循環方向における前記保持ベルト３０の最先端が最後端に接してこれを押圧することになり、前記結合ベルト部３２と案内溝５の内周面５ｂとの摺接を緩和することができる。
　前記保持ベルト３０の先端が無限循環路６の負荷通路６０に進入する際は、当該保持ベルト３０は後端から押されることによって無限純循環路６内を進行しており、前記一対の方向転換路６２の双方における案内溝５と結合ベルト部３２の関係は図６に示したもの、すなわち案内溝５の外周面５ａと結合ベルト部３２とが摺接した状態となっている。その後、前記保持ベルト３０の先端及び後端は前記負荷通路６０内を進行し、当該後端が前記負荷通路６０を抜けると、前記保持ベルト３０に対して引っ張り力のみが作用し、方向転換路６２における案内溝５と結合ベルト部３２の関係は図６に示したものから図７に示したものに変化する。但し、一対の方向転換路６２の双方において一度に図６から図７の状態に変化するのではなく、一方の方向転換路のみにおいて図７の状態に移行し、次いで他方の方向転換路において図７の状態に移行する。
　従って、一方の方向転換路６２において、前記保持ベルト３０の結合ベルト部３２が案内溝５の外周面５ａに接した状態（図６）から内周面５ｂに接した状態（図７）に移行するまでの間に、ｔmaxであった無限循環路６内における保持ベルト３０の周方向隙間が消失すれば、循環方向における前記保持ベルト３０の最先端が最後端に接してこれを押圧し、前記結合ベルト部３２と案内溝５の内周面５ｂとの摺接が緩和される。すなわち、方向転換路６２の案内溝５内における前記結合ベルト部３２の長さの変化が、無限循環路６内における保持ベルト３０の周方向隙間の最大値ｔmaxよりも大きければ、当該結合ベルト部３２が案内溝５の内周面５ａに擦れる以前に、前記保持ベルト３０の最先端が最後端を押圧することになる。
　前記方向転換路６２の案内溝５において前記保持ベルト３０の結合ベルト部３２が楕円軌道をとると仮定する。前記負荷通路３０内の結合ベルト部３２と前記戻し通路３１内の結合ベルト部３２との間隔を２ｃとすると、前記結合ベルト部３２の楕円軌道は、図６に示すように、前記結合ベルト部３２が案内溝５の外周面５ａに接している際には短軸ａ、長軸ｃの楕円、図７に示すように、前記結合ベルト部３２が案内溝５の内周面５ｂに接している際には短軸ｂ、長軸ｃの楕円と考えることができる。
　ここで、方向転換路６２における前記案内溝５の外周面５ａの円弧頂点までの深さをＡ、前記方向転換路６２における前記案内溝５の内周面５ｂの円弧頂点までの深さをＢとした場合、前記保持ベルトの厚みをｄとすると、前記結合ベルト部３２が案内溝５の外周面５ａに接している際の楕円軌道の短軸ａはａ＝（Ａ－ｄ／２）と表すことができ、前記結合ベルト部３２が案内溝５の内周面５ｂに接している際の短軸ｂはｂ＝（Ｂ＋ｄ／２）と表現することができる。
　前記結合ベルト部３２が前記案内溝５内を外周面５ａから内周面５ｂに移動することによる前記周方向隙間ｔの減少量δは、これら楕円の周長の差として考えることができ、以下の式で表される。この式の第１項は前記結合ベルト部３２が案内溝５の外周面５ａに接している際の楕円軌道の半周長を、第２項は前記結合ベルト部３２が案内溝５の内周面５ｂに接している際の楕円軌道の半周長を表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  
　従って、無限循環路６内における保持ベルト３０の周方向隙間の最大値ｔmaxと前記δを比較した場合に、
　　　　　　　　　　　　　　　ｔmax＜δ
であれば、前記結合ベルト部３２が案内溝５の内周面５ａに擦れる以前に、前記保持ベルト３０の最先端が最後端を押圧し、前記保持ベルトは先端部からの引っ張り力だけではなく、後端部からの押圧力も伴って、前記無限循環路内を移動することになる。これにより、前記結合ベルト部３２と案内溝５の内周面５ｂとの摺接が緩和されて、当該保持ベルト３０の偏摩耗の発生を防止することができる。
　楕円の周長を表す関数は、前記式に示したように一般に楕円積分であり、初等関数で表すことができない。このため、近似式を用いて楕円の周長の差、すなわち前記結合ベルト部３２が前記案内溝５内を外周面５ａから内周面５ｂに移動することによる前記周方向隙間ｔの減少量δを表してみる。
　この近似式としては、関孝和の近似式を用いる。楕円の長軸をｍ、短軸をｎとすると、関孝和の近似式において楕円の周長Ｌは以下で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  
　従って、前記結合ベルト部３２が前記案内溝５内を外周面５ａから内周面５ｂに移動することによる前記周方向隙間ｔの減少量δは以下の近似式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
  
　以上説明してきたように、本発明によれば、無限循環路６内における前記保持ベルト３０の周方向隙間の最大値ｔmaxを方向転換路６２の案内溝５内における前記結合ベルト部３２の挙動との関係から制限することにより、当該結合ベルト部３２が前記方向転換路６２の内周面５ｂに強く擦れる以前に、無限循環路６内における保持ベルト３０の周方向隙間ｔが消失し、当該保持ベルト３０の先端が後端を押圧することになる。従って、前記保持ベルト３０の前記結合ベルト部３２は案内溝５の内周面５ｂと強く擦れることがなく、当該保持ベルト３０の偏摩耗の発生を防止することができ、特に、前記保持ベルト３０を内蔵した移動ブロック２を前記軌道レール１に対して繰り返し高速で移動させる際に、前記保持ベルトの耐久性確保に貢献するものである。
　尚、本発明はボールを転動体とした転がり案内装置だけでなく、ローラを転動体とした転がり案内装置にも適用可能である。また、図１を用いて具体的に示した転がり案内装置はあくまでも一例であり、本発明を適用可能な転がり案内装置の形状はこれに限定されるものではない。

Claims (1)

  1. 軌道レール(19と、
    前記軌道レールを転走する多数の転動体(3)と、
    前記転動体の無限循環路(6)を有すると共に前記軌道レールに沿って運動自在な移動ブロック(2)と、
    所定間隔で前記転動体(3)を収容するポケット(34)が形成されると共に、前記無限循環路(6)に組み込まれて前記転動体(3)と共に当該無限循環路内を移動する可撓性の保持ベルト(30)と、を備え、
    　前記無限循環路(6)は、前記転動体(3)が前記軌道レール(1)と前記移動ブロック(2)との間で荷重を負荷しながら転動する負荷通路(60)と、前記負荷通路と平行に設けられた戻し通路(61)と、前記負荷通路(60)と戻し通路(61)とを連結して円弧状に形成された一対の方向転換路(62)と、を含み、
    前記無限循環路(6)には当該無限循環路内における前記保持ベルト(30)の移動を案内する案内溝(5)が形成され、
    前記無限循環路内で互いに向かい合う前記保持ベルト(30)の両端部の最大すき間をｔmax、
    前記負荷通路(60)内の前記保持ベルト(30)と前記戻し通路(61)内の保持ベルト(30)との間隔を２ｃ、
    前記方向転換路(62)における前記案内溝(5)の外周面の円弧頂点までの深さをＡ、
    前記方向転換路(62)における前記案内溝(5)の内周面の円弧頂点までの深さをＢ、
    前記保持ベルト(30)の厚みをｄ、
    ａ＝（Ａ－ｄ／２）、ｂ＝（Ｂ＋ｄ／２）とし、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
      
    と表現されるδに対して、
    ｔmax＜δ
    を満たすことを特徴とする転がり案内装置。
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