WO2022202949A1 - リニアガイド - Google Patents

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WO2022202949A1
WO2022202949A1 PCT/JP2022/013765 JP2022013765W WO2022202949A1 WO 2022202949 A1 WO2022202949 A1 WO 2022202949A1 JP 2022013765 W JP2022013765 W JP 2022013765W WO 2022202949 A1 WO2022202949 A1 WO 2022202949A1
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path
side opening
rail
groove
cross
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PCT/JP2022/013765
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English (en)
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健太 中野
厚 和田
Original Assignee
日本精工株式会社
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    • F16C29/0647—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 four rows of balls with load directions in X-arrangement

Definitions

  • the present invention relates to a linear guide, and more particularly to a linear guide using balls as rolling elements.
  • a linear guide used in a machine tool or the like generally consists of a guide rail having rail-side rolling grooves on the left and right side surfaces, and slider-side rolling grooves at positions facing the rail-side rolling grooves of the guide rail. , a load rolling path composed of a rail-side rolling groove and a slider-side rolling groove, and a ball return path (hereinafter also referred to as a "return hole") which is a hole provided inside the slider. balls, which are filled and capable of rolling on these rolling paths. End caps are attached to both ends of the slider in the axial direction, and direction changing paths for changing the direction of the balls are formed in the end caps. As the balls roll on the rolling path, the slider moves relative to the guide rail along the axial direction. Also, the ball that rolls on the rolling path changes direction in the end cap and then returns to its original position through a return hole formed in the slider.
  • the turning path is composed of multiple arcs. This is because the movement of rolling balls tends to be unstable in the entrance/exit area, so it is possible to optimize the design by using a gently curved surface shape and reducing the curvature of the curved surface shape where the movement of the ball is likely to be stable. , the operating performance is expected to improve. However, since the play of the balls that occurs between the turning path and the load rolling path cannot be reduced, there is a possibility that vibrations caused by collisions between the balls and the rails will become a problem.
  • the cross-sectional shape of the return hole and the cross-sectional shape of the load rolling path are substantially the same single circle.
  • Patent Documents 1 to 3 since the entry/exit portion is chamfered, only the entry/exit portion does not have the same shape as the return hole.
  • a return hole connected to the turning path is drilled in the metal part.
  • the ratio (L/d) between the workable length L and the hole diameter d is about 25-50. Even if drilling can be performed, it is necessary to secure a certain degree of straightness for the return hole.
  • a long slider is required to improve the accuracy or rigidity of the linear guide.
  • the play of the balls in the circulation path near the entrance/exit will increase, causing the balls to run wild and become unstable in the circulation path, resulting in operation and vibration. performance deteriorates.
  • the ball will collide with the land portion of the rolling groove of the slider and rail. Since the land portion of the rolling contact groove has a convex shape, the stress at the contact portion is high at the time of ball collision, and fatigue fracture may occur from this portion.
  • Patent Documents 1 to 5 assume that the hole diameters of the return hole and the load rolling path are the same, and do not consider the above problem.
  • the diameter of the return hole In conventional linear guides, the diameter of the return hole must be set within a range in which the balls do not collide with the lands of the ball grooves so that the play of the balls in the circulation path at the entrance/exit is not increased. It has become difficult to meet the demands of sliders. If it is necessary to increase the diameter of the return hole because the slider is too long or the straightness of the return hole cannot be ensured, a resin pipe may be inserted after processing the return hole. However, there is a problem that the number of parts increases and assembly becomes complicated.
  • the present invention has been made with a focus on the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a linear guide that can maintain stable operating performance while maximizing the hole diameter of the return hole.
  • a guide rail having a rail-side rolling groove extending axially on its side surface; It has a slider-side rolling groove mounted so as to straddle the guide rail and forming a load rolling path together with the rail-side rolling groove, and a ball return path formed substantially parallel to the slider-side rolling groove.
  • a slider axially movable relative to the guide rail; an end cap fixed to the moving direction end face of the slider and having an outer concave groove defining an outer peripheral face of a direction change path connecting the load rolling path and the ball return path; a return guide interposed between the slider and the end cap and having an inner concave groove defining an inner peripheral surface of the direction changing path;
  • a linear guide having a plurality of balls that roll in the load rolling path, the ball return path, and the direction change path as the slider moves, Of the two openings of the direction change path, the opening on the side connected to the load rolling path is defined as the rail side opening, and the opening on the side connected to the ball return path is defined as the return path side opening.
  • the rail side opening and the return path side opening have different cross-sectional shapes, and are aligned with the central axis of the direction changing path.
  • a linear guide formed so as to connect the points of the inner grooves at the two openings with a single arc or a plurality of smoothly continuous arcs in any cross section parallel to the plane along the plane.
  • the inner recessed groove defining the inner peripheral surface of the turning path has a cross-sectional shape on a plane perpendicular to the central axis of the turning path, which is the rail-side opening and the return path-side opening.
  • the cross-sectional shape on the plane along the center axis of the direction change path continues smoothly with a single arc or multiple arcs, so it is stable while maximizing the hole diameter of the ball return path. Operating performance can be maintained.
  • FIG. 2 is a schematic top view of the linear guide shown in FIG. 1 with a part of the top surface removed;
  • FIG. FIG. 4 is a perspective view of an end cap with a return guide attached; 4 is an exploded perspective view of an end cap and a return guide;
  • FIG. It is a perspective view of a return guide.
  • (a) is a partial side view showing a rail-side opening of a return guide and inner grooves of a return path-side opening, and
  • (b) is a sectional view taken along line VI-VI of (a).
  • (a) is a partial side view showing the rail-side opening and inner grooves of the return path-side opening of the return guide of the first modification, and (b) is a cross-sectional view taken along line VII-VII of (a).
  • (a) is a partial side view showing the rail-side opening and the inner concave groove of the return path-side opening of the return guide of the second modification, and (b) is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of (a).
  • the linear guide 1 of this embodiment is attached so as to straddle a guide rail 3 extending in one direction and the guide rail 3, and is axially movable with respect to the guide rail 3. and a slider 20 having a C-shaped cross section.
  • the front-rear direction indicates the direction in which the slider 20 moves along the guide rail 3
  • the left-right direction indicates the width direction of the slider 20 attached to the guide rail 3 .
  • the guide rail 3 is made of metal, and two rail-side rolling grooves 5 are formed along the axial direction of the guide rail 3 on its left and right side surfaces 3b.
  • the guide rail 3 has a plurality of rail mounting holes 4 that pass through the guide rail 3 in the height direction. bolt 6 is inserted.
  • the slider 20 includes a slider body 21 having sleeves on both left and right sides of the guide rail 3, and a pair of end caps 30, 30 attached to both ends of the slider body 21 in the front-rear direction. , return guides 40, 40 assembled in pairs in these end caps 30, 30, a pair of side seals 50, 50 for sealing the gap between the guide rail 3 and the end caps 30, 30, Prepare.
  • the slider main body 21 has slider-side rolling grooves 22 and ball return paths 23 on both left and right sides.
  • the slider-side rolling grooves 22 are formed on the inner side surfaces of both sleeves of the slider body 21 and face the rail-side rolling grooves 5 .
  • a channel 24 is configured.
  • the ball return path 23 is formed by a hole penetrating through the thick portions of both sleeves in the axial direction of the guide rail 3 .
  • the upper surface of the slider body 21 is provided with a driven body fixing screw insertion hole 25 for inserting a bolt for fixing a driven body such as a table to the slider 20 .
  • the end caps 30 joined to the front and rear ends of the slider body 21 are, for example, injection-molded products made of a synthetic resin material, and are formed to have a C-shaped cross section like the slider body 21 .
  • a plurality of mounting screw insertion holes 34 are provided in the end cap 30 , and the end cap 30 is fastened to the end face 21 a of the slider body 21 together with the side seal 50 by mounting screws 35 inserted through the mounting screw insertion holes 34 .
  • outer recessed grooves 32 which are semi-disc-shaped recesses, are formed in two upper and lower stages on the contact surface 31a side with respect to the front and rear end surfaces 21a of the slider body 21.
  • a fitting concave portion 33 is formed at a position that crosses the widthwise central portion of the two upper and lower outer grooves 32 .
  • the return guide 40 is formed in a semi-cylindrical shape, and on the outer diameter surface of the return guide 40, an inner recessed groove 41, which is a semi-disk-shaped recessed portion that serves as a guide surface for the balls 51, is formed in two upper and lower stages. It is formed continuously in the circumferential direction.
  • the return guide 40 is attached to the end cap 30 by fitting it into the fitting recess 33 with the outer diameter surface on which the inner recessed groove 41 is formed facing inward.
  • the inner recessed groove 41 of the return guide 40 and the outer recessed groove 32 of the end cap 30 form a semi-doughnut-shaped (curved tubular) direction-changing path 26 on both the left and right sides of the back surface of the end cap 30, in two stages, upper and lower. form with
  • the return guide 40 is manufactured by injection molding of resin and metal, or by a 3D printer.
  • resin material engineering plastics such as polyacetal, polyamide, peak material, etc. can be considered, and glass fiber or carbon fiber may be contained in an amount of about 2 to 50% for reinforcement.
  • metal material austenitic stainless steel such as SUS304 and SUS316 can be considered.
  • the direction change path 26 communicates the load rolling path 24 and the ball return path 23 , and the load rolling path 24 , the ball return path 23 and the direction change path 26 constitute a ball rolling path 27 .
  • a plurality of steel balls 51 are loaded in the ball rolling path 27 , and the plurality of balls 51 roll in the ball rolling path 27 as the slider 20 moves relative to each other. Circulates infinitely.
  • the direction changing path 26, particularly the inner recessed groove 41 of the return guide 40 will be described in detail with reference to FIGS. 6(a) and 6(b).
  • the opening on the side connected to the load rolling path 24 is the rail side opening 28
  • the opening on the side connected to the ball return path 23 is the return path side opening. 29. 3 to 5
  • the turning path 26 has a rail-side opening 28 and a return path-side opening 29 with different heights in the vertical direction, but the description is simplified in FIGS. Therefore, it is assumed that they are at the same height.
  • the inner groove 41 of the return guide 40 has a cross-sectional shape on a plane perpendicular to the central axis CL of the direction change path 26, which is the rail side opening 28 and the return path side opening 29.
  • the inner groove 41a of the rail-side opening 28 and the inner groove 41b of the return path-side opening 29 are both in the shape of a single arc, but the radius R1 of the inner groove 41b of the return-path side opening 29 is is larger than the radius R2 of the inner groove 41a of the rail-side opening 28.
  • the inner groove 41 is arranged such that the points of the inner grooves 41a and 41b at the openings 28 and 29 are formed by a single arc in any cross section parallel to the plane along the central axis CL of the direction change path 26. It is formed to connect with
  • the groove bottom of the inner groove 41 is the inner groove 41a of the rail side opening 28. and a point P2 of the inner recessed groove 41b of the return passage side opening 29 are smoothly connected by a single circular arc with a radius R3.
  • the radius R3 is the distance from the center line CL2 in the width direction of the return guide 40 to the groove bottom of the inner groove 41a of the rail side opening 28, and the distance from the center line CL2 to the inner groove 41b of the return path side opening 29.
  • R3 (d2+d3)/2
  • the portion of the rail-side opening 28 larger than the inner recess 41a is also the point of the inner groove 41 closest to the rail-side opening 28.
  • points of the inner groove 41b of the return path side opening 29 are connected by a single arc.
  • the inner groove 41a of the rail-side opening 28 and the inner groove 41b of the return path-side opening 29 are such that the radius R1 of the inner groove 41b of the return-path-side opening 29 is the same as that of the rail-side opening 28.
  • Each of them is formed in an arc shape larger than the radius R2 of the inner groove 41a.
  • the inner groove 41 connects the points of the inner groove 41 at both the openings 28 and 29 with a single arc in any cross section parallel to the plane along the central axis CL of the direction change path 26.
  • the hole diameter of the ball return path 23 can be increased, the machining of the ball return path 23 is facilitated, the straightness of the ball return path 23 is improved even in a long slider, and the ball 51 is stabilized. can maintain its operating performance.
  • the inner groove 41a of the rail-side opening 28 is formed with an arc having a radius R2 smaller than the radius R1, the clearance in the ball rolling path 27 near the entrance can be reduced.
  • the cross-sectional area formed by connecting the both ends 41c and 41d of the inner groove is larger than the cross-sectional area A1 of the rail side opening 28.
  • the cross-sectional area A2 of the return path side opening 29 is larger.
  • the inner recessed groove 41 is formed such that the cross-sectional area increases smoothly from the rail-side opening 28 to the return path-side opening 29 .
  • the rail-side opening 28 and the return path-side opening 29 may have different shapes so as to be continuous with the inner groove 41. It may also be formed over the diverting path 26 .
  • linear guide 1 configured in this manner, it is possible to maximize the hole diameter of the ball return path 23 while maintaining stable operating performance.
  • the inner groove 41 of the return guide 40 of the first modified example is the inner groove of the rail-side opening 28 in the cross section of the plane orthogonal to the central axis CL of the direction change path 26.
  • the groove 41a has a Gothic arch shape with a radius R2, and the inner concave groove 41b of the return passage side opening 29 is formed from a single circular arc with a radius R1.
  • a radius R1 of the inner groove 41b of the return path side opening 29 is larger than each radius R2 of the inner groove 41a of the rail side opening .
  • the inner groove 41 is arranged such that the points of the inner grooves 41a and 41b at the openings 28 and 29 are formed by a single arc in any cross section parallel to the plane along the central axis CL of the direction change path 26. It is formed to connect with
  • the groove bottom of the inner groove 41 is the inner groove 41a of the rail side opening 28.
  • the point P1 of the Gothic arch shape with a radius R2 of , and the point P2 of the circular arc shape with a radius R1 of the inner groove 41b of the return path side opening 29 are smoothly connected by a single circular arc with a radius R3.
  • the shape of the inner groove 41 smoothly changes from the gothic arch shape of the inner groove 41b to the arc shape of the inner groove 41a.
  • the radius R3 is the distance from the center line CL2 in the width direction of the return guide 40 to the groove bottom of the inner groove 41a of the rail side opening 28, and the distance from the center line CL2 to the inner groove 41b of the return path side opening 29.
  • R3 (d2+d3)/2
  • the cross-sectional area formed by connecting the both ends 41c and 41d of the inner groove is the cross-sectional area of the rail-side opening 28.
  • the cross-sectional area A2 of the return path side opening 29 is larger than A1.
  • the inner recessed groove 41 is formed such that the cross-sectional area increases smoothly from the rail-side opening 28 to the return path-side opening 29 .
  • the inner concave groove 41a of the rail-side opening 28 also has a Gothic arch shape.
  • a smoother circulation of 51 is possible.
  • the direction change path 26 is smoothly connected by the arc of radius R3, so the ball 51 can move stably.
  • Patent Document 3 also proposes simultaneous grinding of the direction changing path and the ball grooves. There is concern that burrs may occur near the inflection point and cause malfunction. In the linear guide 1 of this modified example, there is no such problem, and the step between parts can be reduced.
  • the rail side is similar to the linear guide of the first modified example.
  • the inner groove 41a of the opening 28 has a Gothic arch shape with a radius R2, and the inner groove 41b of the return path side opening 29 is formed from a single circular arc with a radius R1.
  • a radius R1 of the inner groove 41b of the return path side opening 29 is larger than each radius R2 of the inner groove 41a of the rail side opening .
  • the inner groove 41 is arranged such that the points of the inner grooves 41a and 41b at both openings 28 and 29 are aligned with two arcs 42 , 43 are formed to connect smoothly.
  • the groove bottom of the inner groove 41 is the inner groove 41a of the rail side opening 28. and the point P2 of the radius R1 of the inner groove 41b of the return passage side opening 29 are smoothly connected by two arcs 42 and 43 of radius R3 and radius R4.
  • the arc 42 with the radius R3 is continuously connected to the inner concave groove 41b of the return passage side opening 29 in the form of a single arc.
  • the arc 43 with the radius R4 is continuously connected from the gothic arch shape with the radius R2 of the inner groove 41a of the rail side opening 28 while the gothic arch shape changes (spreads), and the arc 42 with the radius R3. and a circular arc 43 having a radius R4, the single circular arc and the Gothic arch shape are smoothly connected at the connecting portion.
  • the cross-sectional area formed by connecting the both ends 41c and 41d of the inner groove is the cross-sectional area of the rail-side opening 28.
  • the cross-sectional area A2 of the return path side opening 29 is larger than A1.
  • the inner recessed groove 41 is formed such that the cross-sectional area increases smoothly from the rail-side opening 28 to the return path-side opening 29 .
  • the inner groove 41a of the return path side opening 29 and the inner groove 41b of the rail side opening 28 are divided into two in a cross section passing through the central axis CL of the direction change path 26.
  • the aspect of smooth connection by the arcs 42 and 43 can be achieved even when the inner groove 41a of the return path side opening 29 and the inner groove 41b of the rail side opening 28 are of a single arc shape as in the above embodiment. Applicable.
  • a guide rail having a rail-side rolling groove extending axially on its side surface; It has a slider-side rolling groove mounted so as to straddle the guide rail and forming a load rolling path together with the rail-side rolling groove, and a ball return path formed substantially parallel to the slider-side rolling groove.
  • a slider axially movable relative to the guide rail; an end cap fixed to the moving direction end face of the slider and having an outer concave groove defining an outer peripheral face of a direction change path connecting the load rolling path and the ball return path; a return guide interposed between the slider and the end cap and having an inner concave groove defining an inner peripheral surface of the direction changing path;
  • a linear guide having a plurality of balls that roll in the load rolling path, the ball return path, and the direction change path as the slider moves, Of the two openings of the direction change path, the opening on the side connected to the load rolling path is defined as the rail side opening, and the opening on the side connected to the ball return path is defined as the return path side opening.
  • the rail side opening and the return path side opening have different cross-sectional shapes, and are aligned with the center axis of the direction change path.
  • a linear guide formed so as to connect the points of the inner grooves at the two openings with a single arc or a plurality of smoothly continuous arcs in any cross section parallel to the plane along the plane. According to this configuration, it is possible to maintain stable operation performance of the ball while maximizing the hole diameter of the ball return path.
  • the inner groove of the rail-side opening has a Gothic arch shape
  • the inner groove of the return path-side opening has a circular arc shape.
  • the linear guide according to (1) which is shaped. According to this configuration, it is possible to maintain stable operation performance of the ball while maximizing the hole diameter of the ball return path.
  • the cross-sectional area formed by connecting both ends of the inner groove is larger at the return path side opening than at the rail side opening.

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Abstract

リニアガイドは、方向転換路（２６）の両開口部のうち、負荷転動路（２４）と連結される側の開口部をレール側開口部（２８）とし、ボール戻し路（２３）と連結される側の開口部を戻し路側開口部（２９）とする。このとき、方向転換路（２６）の内周面を画成する内側凹溝（４１）は、方向転換路（２６）の中心軸線ＣＬに直交する平面での断面形状が、レール側開口部（２８）と戻し路側開口部（２９）とで異なり、かつ、前記方向転換路の中心軸線に沿った平面に平行な任意の断面において、前記両開口部での前記内側凹溝の点を、単一の円弧、または滑らかに連続する複数の円弧で結ぶように形成される。これにより、ボール戻し路の穴径を最大化しながらもボールの安定した作動性能を維持することができる。

Description

リニアガイド
　本発明は、リニアガイドに関し、特に、転動体としてボールを使用するリニアガイドに関する。
　例えば、工作機械等で用いられるリニアガイドは、一般に、レール側転動溝が左右の側面に設けられた案内レールと、この案内レールのレール側転動溝と対向する位置にスライダ側転動溝が設けられたスライダと、レール側転動溝とスライダ側転動溝により構成される負荷転動路およびスライダ内部に設けられた孔であるボール戻し路（以下、「戻り孔」とも称す）に充填され、これらの転動路を転動可能な多数の転動体であるボールと、を有している。スライダの軸方向両端部にはエンドキャップが装着されており、エンドキャップ内にはボールを方向転換させる方向転換路が形成されている。そして、転動路をボールが転動することで、案内レールに対してスライダが軸方向に沿って相対移動する。また、転動路を転動したボールは、エンドキャップ内で方向転換した後、スライダ内に形成された戻り孔を通って元の位置に戻る。
　このように構成されたリニアガイドにおいて、スライダの動摩擦力変動を示す作動性能および、スライダの振動性能は、方向転換路に大きく影響されるため、これまでも様々な改良がなされている。
　例えば、特許文献１及び２では、ボールが負荷圏に入り込む出入り部で、方向転換路に滑らかな傾斜の面取り(直線部)が設けられている。特許文献３では、方向転換路の内周面の出入り部に面取りが設けられるとともに、スライダ内部までボールを案内する延材部が設けられている。
　特許文献１～３によれば、面取りの作用によって出入り部では、方向転換路と負荷転動路との間で生じるボールの遊びを小さくできるため、ボールがレールとの衝突で生じる振動を小さくできる可能性がある。しかしながら、方向転換路内部にある直線状の面取りと曲面部の接続点では、ボール自体が単純な円弧運動から直線運動へ強制的に変化させられるため、ボールの動きが不安定となり作動性能が低下する可能性がある。
　また、特許文献４及び５では、方向転換路が多円弧によって構成されている。これは、出入り部では転動するボールの動きが不安定になり易いため、緩やかな曲面形状とし、ボールの動きが安定し易い箇所で曲面形状の曲率を小さくするなどの最適設計が可能であり、作動性能の向上が見込まれる。しかしながら、方向転換路と負荷転動路との間で生じるボールの遊びを小さくできないため，ボールがレールとの衝突で生じる振動が問題となる可能性がある。
　また、従来のリニアガイドでは、戻り孔の断面形状と負荷転動路の断面形状を、実質的に同一の単円としている。特許文献１～３では、出入り部に面取りが設けられるため、結果的に出入り部のみ戻り孔と同一形状にならないが、面取りの手前までは戻り孔と同じ単円で形成している。方向転換路と繋がる戻り孔は、金属部にドリル加工で形成される。この場合、加工可能な長さＬと穴径ｄの比（Ｌ/ｄ）は、２５～５０程度とされる。仮にドリル加工を行えたとしても、戻り孔は、一定の真直度を確保する必要もある。
日本国特開２０００－３０４０４５号公報 日本国特開２００１－１８２７４５号公報 日本国特開２０１８－７１５９２号公報 日本国特許第３１４３６０４号公報 日本国特公平５－２６０４３号公報
　ところで、最近の傾向として、リニアガイドの精度向上、あるいは剛性向上のため長尺のスライダが求められる。長尺のスライダに精度よく戻り孔を加工する場合、戻り孔径は、少しでも大きい方が有利となる。しかし、戻り孔に合わせて大きな穴径の方向転換路を形成すると、出入り部付近の循環路内におけるボールの遊びが大きくなってしまい、ボールが循環路内で暴れて不安定となり、作動・振動性能が悪化する。また、ボールが、スライダ及びレールの転動溝のランド部へ衝突してしまう可能性も生じる。転動溝のランド部は凸形状となっているため、ボール衝突時の接触部応力が高く、この部分から疲労破壊が生じることも考えられる。
　特許文献１～５では、戻り孔と負荷転動路の穴径が同じであることを前提としており、上記課題について考慮されていない。従来のリニアガイドでは、戻り孔の穴径は、出入り部における循環経路のボールの遊びが大きくならないように、ボール溝のランド部へボールが衝突しない範囲で設定する必要があり、最近の長尺スライダの要求に応えることが難しくなっている。スライダが長い、戻り孔の真直度が確保できない、などの理由により、戻り孔の穴径を大きくする必要がある場合には、戻り孔を加工した後に樹脂製のパイプを挿入するような場合もあるが、部品点数が増えて組み立てが煩雑になってしまうという課題がある。
　本発明は上述した問題点に着目してなされたものであり、戻り孔の穴径を最大化しながらも安定した作動性能を維持することができるリニアガイドを提供することを目的とする。
　したがって、本発明の上記目的は、リニアガイドに係る下記（１）の構成により達成される。
（１）　側面に軸方向に延びるレール側転動溝を有する案内レールと、
　前記案内レールを跨ぐように取り付けられ、前記レール側転動溝と共に負荷転動路を構成するスライダ側転動溝と、前記スライダ側転動溝と略並行に形成されたボール戻し路とを有し、前記案内レールに対して軸方向に相対移動可能なスライダと、
　前記スライダの移動方向側端面に固着され、前記負荷転動路と前記ボール戻し路とを連結する方向転換路の外周面を画成する外側凹溝を有するエンドキャップと、
　前記スライダと前記エンドキャップとの間に介装され、前記方向転換路の内周面を画成する内側凹溝を有するリターンガイドと、
　前記負荷転動路、前記ボール戻し路、及び前記方向転換路内を、前記スライダの移動に伴って転動する複数のボールと、を有するリニアガイドであって、
　前記方向転換路の両開口部のうち、前記負荷転動路と連結される側の開口部をレール側開口部とし、前記ボール戻し路と連結される側の開口部を戻し路側開口部としたとき、前記内側凹溝は、前記方向転換路の中心軸線に直交する平面での断面形状が、前記レール側開口部と前記戻し路側開口部とで異なり、かつ、前記方向転換路の中心軸線に沿った平面に平行な任意の断面において、前記両開口部での前記内側凹溝の点を、単一の円弧、または滑らかに連続する複数の円弧で結ぶように形成される、リニアガイド。
　本発明のリニアガイドによれば、方向転換路の内周面を画成する内側凹溝は、方向転換路の中心軸線に直交する平面での断面形状が、レール側開口部と戻し路側開口部とで異なり、かつ方向転換路の中心軸線に沿った平面での断面形状が、単一の円弧、または複数の円弧で滑らかに連続するので、ボール戻し路の穴径を最大化しながらも安定した作動性能を維持することができる。
本発明の実施形態に係るリニアガイドを示す斜視図である。 図１に示すリニアガイドの上面の一部を切除した上面模式図である。 リターンガイドが装着されたエンドキャップの斜視図である。 エンドキャップとリターンガイドの分解斜視図である。 リターンガイドの斜視図である。 （ａ）は、リターンガイドのレール側開口部と戻し路側開口部の内側凹溝を示す部分側面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩ－ＶＩ断面図である。 （ａ）は、第１変形例のリターンガイドのレール側開口部と戻し路側開口部の内側凹溝を示す部分側面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。 （ａ）は、第２変形例のリターンガイドのレール側開口部と戻し路側開口部の内側凹溝を示す部分側面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面図である。
　以下、本発明に係るリニアガイドの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
　図１及び図２に示すように、本実施形態のリニアガイド１は、一方向に延びる案内レール３と、案内レール３を跨ぐように取り付けられ、この案内レール３に対して軸方向に移動可能な断面Ｃ字状のスライダ２０と、を備えている。なお、本実施形態において、前後方向とは、スライダ２０が案内レール３に沿って移動する方向を表し、左右方向とは、案内レール３に取り付けられたスライダ２０の幅方向を表す。
　案内レール３は金属製で、その左右側面３ｂには、レール側転動溝５が案内レール３の軸方向に沿って二条ずつ形成されている。案内レール３は案内レール３の高さ方向に貫通する複数のレール取付孔４を有しており、これらのレール取付孔４には、案内レール３を不図示の被取付面に固定するレール固定用ボルト６が挿入される。
　図１～図４に示すように、スライダ２０は、案内レール３の左右両側に袖部を有するスライダ本体２１と、スライダ本体２１の前後方向の両端部に装着された一対のエンドキャップ３０，３０と、これらのエンドキャップ３０，３０内に一組ずつ組み込まれたリターンガイド４０，４０と、案内レール３とエンドキャップ３０，３０との間の隙間をシールする一対のサイドシール５０，５０と、を備える。
　スライダ本体２１は、左右両側に、スライダ側転動溝２２と、ボール戻し路２３とをそれぞれ有している。スライダ側転動溝２２は、スライダ本体２１の両袖部の内側面に形成され、レール側転動溝５と対向しており、レール側転動溝５とスライダ側転動溝２２により負荷転動路２４が構成されている。ボール戻し路２３は、両袖部の肉厚部分を案内レール３の軸方向に貫通する孔によって形成されている。また、スライダ本体２１の上面には、スライダ２０にテーブル等の被駆動体を固定するボルトを挿通させる被駆動体固定用ねじ挿通孔２５が設けられている。
　スライダ本体２１の前後両端にそれぞれ接合されるエンドキャップ３０は、例えば、合成樹脂材の射出成形品であって、スライダ本体２１と同様に断面Ｃ字状に形成されている。エンドキャップ３０には、複数の取付ねじ挿通孔３４が設けられ、取付ねじ挿通孔３４に挿通された取付ねじ３５により、エンドキャップ３０がサイドシール５０とともにスライダ本体２１の端面２１ａに締結される。
　また、エンドキャップ３０の左右の袖部３１には、スライダ本体２１の前後方向両端面２１ａに対する当接面３１ａ側に、半円盤状凹部である外側凹溝３２が上下２段に形成されているとともに、上下２段の外側凹溝３２の幅方向中央部を横断する位置に嵌合用凹部３３が形成されている。
　図５も参照して、リターンガイド４０は半円柱状に形成され、リターンガイド４０の外径面には、ボール５１の案内面となる半円盤状凹部である内側凹溝４１が上下二段に周方向に連続して形成されている。
　リターンガイド４０は、図３及び図４に示すように、内側凹溝４１が形成された外径面を内側にして嵌合用凹部３３に嵌合することで、エンドキャップ３０に装着される。これにより、リターンガイド４０の内側凹溝４１とエンドキャップ３０の外側凹溝３２は、半ドーナツ状（湾曲した管状）の方向転換路２６を、エンドキャップ３０の裏面の左右両側に、上下二段で形成する。
　リターンガイド４０は、樹脂および金属の射出成形、もしくは３Ｄプリンターによって製作される。樹脂材料としては、ポリアセタール、ポリアミド、ピーク材などのエンジニアリングプラスチックが考えられ、ガラス繊維もしくは炭素繊維を２～５０％程度含有して強化してもよい。金属材料としては、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレスが考えられる。また、樹脂材もしくは金属材を切削加工により形成することも可能である。
　これにより、方向転換路２６は、負荷転動路２４とボール戻し路２３とを連通させ、負荷転動路２４、ボール戻し路２３及び方向転換路２６によって、ボール転動路２７が構成される（図２参照）。該ボール転動路２７内には、例えば、鋼製の複数のボール５１が装填されており、これら複数のボール５１は、スライダ２０の相対移動に伴って、ボール転動路２７内を転動しながら無限循環する。
　次に、方向転換路２６、特に、リターンガイド４０の内側凹溝４１について、図６（ａ）及び（ｂ）を参照して詳述する。なお、方向転換路２６の両開口部のうち、負荷転動路２４と連結される側の開口部をレール側開口部２８、ボール戻し路２３と連結される側の開口部を戻し路側開口部２９とする。また、図３～図５では、方向転換路２６は、レール側開口部２８と戻し路側開口部２９とで、上下方向高さが異なっているが、図６～図８では、説明を簡略化するため、同じ高さにあるものとして説明する。
　リターンガイド４０の内側凹溝４１は、図６（ａ）に示すように、方向転換路２６の中心軸線ＣＬに直交する平面での断面形状が、レール側開口部２８と戻し路側開口部２９とで異なる。即ち、レール側開口部２８の内側凹溝４１ａと、戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂは、いずれも単一の円弧形状であるが、戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂの半径Ｒ１は、レール側開口部２８の内側凹溝４１ａの半径Ｒ２より大きくなっている。
　また、内側凹溝４１は、方向転換路２６の中心軸線ＣＬに沿った平面に平行な任意の断面において、両開口部２８，２９での内側凹溝４１ａ，４１ｂの点を、単一の円弧で結ぶように形成される。
　例えば、図６（ｂ）に示すように、方向転換路２６の中心軸線ＣＬを通る断面（ＶＩ－ＶＩ断面）において、内側凹溝４１の溝底は、レール側開口部２８の内側凹溝４１ａの点Ｐ１と、戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂの点Ｐ２を、半径Ｒ３の単一の円弧で滑らかに連続する。
　半径Ｒ３は、リターンガイド４０の幅方向の中心線ＣＬ２からレール側開口部２８の内側凹溝４１ａの溝底までの距離をｄ２、中心線ＣＬ２から戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂの溝底までの距離をｄ３としたとき、Ｒ３＝（ｄ２＋ｄ３）／２であり、半径Ｒ３の円弧の中心Ｏ３は、ｄ１＝（ｄ３－ｄ２）／２だけレール側開口部２８側にオフセットされている。
　また、方向転換路２６の中心軸線ＣＬに沿った平面に平行な任意の断面において、レール側開口部２８の内側凹部４１ａより大きな部分も、最もレール側開口部２８に近い内側凹溝４１の点と、戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂの点を、単一の円弧で結ぶ。
　このように、レール側開口部２８の内側凹溝４１ａと、戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂとは、戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂの半径Ｒ１が、レール側開口部２８の内側凹溝４１ａの半径Ｒ２より大きい、円弧形状でそれぞれ形成される。また、内側凹溝４１は、方向転換路２６の中心軸線ＣＬに沿った平面に平行な任意の断面において、両開口部２８，２９での内側凹溝４１の点を、単一の円弧で結ぶように形成される。これにより、ボール戻し路２３の穴径を大きくすることができ、ボール戻し路２３の加工が容易になり、長尺のスライダにおいてもボール戻し路２３の真直度が向上して、ボール５１の安定した作動性能を維持できる。また、レール側開口部２８の内側凹溝４１ａは、半径Ｒ１より小さい半径Ｒ２の円弧で形成されているので、出入り口付近でのボール転動路２７内のクリアランスを小さくすることができる。
　なお、方向転換路２６の中心軸線ＣＬに直交する平面での断面形状において、内側凹溝の両端４１ｃ，４１ｄを結んで形成される断面積で見ると、レール側開口部２８の断面積Ａ１よりも戻し路側開口部２９の断面積Ａ２のほうが大きい。
　そして、内側凹溝４１は、レール側開口部２８から戻し路側開口部２９まで、断面積が滑らかに増加するように形成される。
　なお、外側凹溝３２は、内側凹溝４１と連続するように、レール側開口部２８と戻し路側開口部２９の形状を異ならせてもよいし、戻し路側開口部２９の単一円弧を方向転換路２６に亙って形成してもよい。
　このように構成されたリニアガイド１では、ボール戻し路２３の穴径を最大化しながらも安定した作動性能を維持することができる。
　以下、リターンガイド４０の各変形例について、図７及び図８を参照して説明する。
（第１変形例）
　第１変形例のリターンガイド４０の内側凹溝４１は、図７（ａ）に示すように、方向転換路２６の中心軸線ＣＬに直交する平面での断面において、レール側開口部２８の内側凹溝４１ａが半径Ｒ２のゴシックアーチ形状であり、戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂが半径Ｒ１の単一円弧から形成されている。戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂの半径Ｒ１は、レール側開口部２８の内側凹溝４１ａの各半径Ｒ２より大きくなっている。
　また、内側凹溝４１は、方向転換路２６の中心軸線ＣＬに沿った平面に平行な任意の断面において、両開口部２８，２９での内側凹溝４１ａ，４１ｂの点を、単一の円弧で結ぶように形成される。
　例えば、図７（ｂ）に示すように、方向転換路２６の中心軸線ＣＬを通る断面（ＶＩＩ－ＶＩＩ断面）において、内側凹溝４１の溝底は、レール側開口部２８の内側凹溝４１ａの半径Ｒ２のゴシックアーチ形状の点Ｐ１と、戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂの半径Ｒ１の円弧形状の点Ｐ２とは、半径Ｒ３の単一の円弧で滑らかに連続する。内側凹溝４１の形状は、内側凹溝４１の周方向において、内側凹溝４１ｂのゴシックアーチ形状から内側凹溝４１ａの円弧形状に滑らかに変化する。
　半径Ｒ３は、リターンガイド４０の幅方向の中心線ＣＬ２からレール側開口部２８の内側凹溝４１ａの溝底までの距離をｄ２、中心線ＣＬ２から戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂの溝底までの距離をｄ３としたとき、Ｒ３＝（ｄ２＋ｄ３）／２であり、半径Ｒ３円弧の中心Ｏ３は、ｄ１＝（ｄ３－ｄ２）／２だけレール側開口部２８側にオフセットされている。
　この場合も、方向転換路２６の中心軸線ＣＬに直交する平面での断面形状において、内側凹溝の両端４１ｃ，４１ｄを結んで形成される断面積で見ると、レール側開口部２８の断面積Ａ１よりも戻し路側開口部２９の断面積Ａ２のほうが大きい。
　そして、内側凹溝４１は、レール側開口部２８から戻し路側開口部２９まで、断面積が滑らかに増加するように形成される。
　案内レール３のレール側転動溝５をゴシックアーチ形状とした場合、レール側開口部２８の内側凹溝４１ａもゴシックアーチ形状とすることが好ましく、これにより、部品間の段差が小さくなり、ボール５１のより滑らかな循環が可能となる。このように、方向転換路２６は、半径Ｒ３の円弧によって滑らかに接続されるため、ボール５１は安定して移動することができる。
　特許文献３では、方向転換路とボール溝の同時研削も提案しているが、同時研削とした場合、方向転換路自体が曲面形状部と同時研削部の変曲点を持つことになり、この変曲点付近でバリなどが発生して作動不良を引き起こすことが懸念される。本変形例のリニアガイド１では、そのような問題もなく、部品間の段差を小さくできる。
（第２変形例）
　図８（ａ）に示すように、第２変形例のリターンガイド４０では、方向転換路２６の中心軸線ＣＬに直交する平面での断面において、第１変形例のリニアガイドと同様に、レール側開口部２８の内側凹溝４１ａが半径Ｒ２のゴシックアーチ形状であり、戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂが半径Ｒ１の単一円弧から形成されている。戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂの半径Ｒ１は、レール側開口部２８の内側凹溝４１ａの各半径Ｒ２より大きくなっている。
　また、内側凹溝４１は、方向転換路２６の中心軸線ＣＬに沿った平面に平行な任意の断面において、両開口部２８，２９での内側凹溝４１ａ，４１ｂの点を、２つの円弧４２，４３で滑らかに結ぶように形成される。
　例えば、図８（ｂ）に示すように、方向転換路２６の中心軸線ＣＬを通る断面（ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面）において、内側凹溝４１の溝底は、レール側開口部２８の内側凹溝４１ａの半径Ｒ２のゴシックアーチ形状の点Ｐ１と、戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂの半径Ｒ１の点Ｐ２とは、半径Ｒ３及び半径Ｒ４の２つの円弧４２，４３で滑らかに繋がっている。
　ここで、半径Ｒ３の円弧４２は、戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ｂの単円弧形状の状態で連続的に繋がっている。一方、半径Ｒ４の円弧４３は、レール側開口部２８の内側凹溝４１ａの半径Ｒ２のゴシックアーチ形状から該ゴシックアーチ形状が変化(広がり)しながら連続的に繋がっており、半径Ｒ３の円弧４２と半径Ｒ４の円弧４３は、その接続部で単円弧とゴシックアーチ形状が滑らかに繋がっている。
　この場合も、方向転換路２６の中心軸線ＣＬに直交する平面での断面形状において、内側凹溝の両端４１ｃ，４１ｄを結んで形成される断面積で見ると、レール側開口部２８の断面積Ａ１よりも戻し路側開口部２９の断面積Ａ２のほうが大きい。
　そして、内側凹溝４１は、レール側開口部２８から戻し路側開口部２９まで、断面積が滑らかに増加するように形成される。
　なお、第２変形例のように、戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ａと、レール側開口部２８の内側凹溝４１ｂとを、方向転換路２６の中心軸線ＣＬを通る断面において、２つの円弧４２、４３で滑らかに繋ぐ態様は、上記実施形態のように、戻し路側開口部２９の内側凹溝４１ａとレール側開口部２８の内側凹溝４１ｂが単一の円弧形状である場合にも適用可能である。
　尚、本発明は、前述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
　以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）　側面に軸方向に延びるレール側転動溝を有する案内レールと、
　前記案内レールを跨ぐように取り付けられ、前記レール側転動溝と共に負荷転動路を構成するスライダ側転動溝と、前記スライダ側転動溝と略並行に形成されたボール戻し路とを有し、前記案内レールに対して軸方向に相対移動可能なスライダと、
　前記スライダの移動方向側端面に固着され、前記負荷転動路と前記ボール戻し路とを連結する方向転換路の外周面を画成する外側凹溝を有するエンドキャップと、
　前記スライダと前記エンドキャップとの間に介装され、前記方向転換路の内周面を画成する内側凹溝を有するリターンガイドと、
　前記負荷転動路、前記ボール戻し路、及び前記方向転換路内を、前記スライダの移動に伴って転動する複数のボールと、を有するリニアガイドであって、
　前記方向転換路の両開口部のうち、前記負荷転動路と連結される側の開口部をレール側開口部とし、前記ボール戻し路と連結される側の開口部を戻し路側開口部としたとき、前記内側凹溝は、前記方向転換路の中心軸線に直交する平面での断面形状が、前記レール側開口部と前記戻し路側開口部とで異なり、かつ、前記方向転換路の中心軸線に沿った平面に平行な任意の断面において、前記両開口部での前記内側凹溝の点を、単一の円弧、または滑らかに連続する複数の円弧で結ぶように形成される、リニアガイド。
　この構成によれば、ボール戻し路の穴径を最大化しながらもボールの安定した作動性能を維持することができる。
（２）　前記方向転換路の中心軸線に直交する平面での断面において、前記レール側開口部の前記内側凹溝と、前記戻し路側開口部の前記内側凹溝とは、前記戻し路側開口部の前記内側凹溝の半径Ｒ１は、前記レール側開口部の前記内側凹溝の半径Ｒ２より大きい、円弧形状でそれぞれ形成される、（１）に記載のリニアガイド。
　この構成によれば、ボール戻し路の穴径を最大化しながらもボールの安定した作動性能を維持することができる。
（３）　前記方向転換路の中心軸線に直交する平面での断面において、前記レール側開口部の前記内側凹溝は、ゴシックアーチ形状であり、前記戻し路側開口部の前記内側凹溝は、円弧形状である、（１）に記載のリニアガイド。
　この構成によれば、ボール戻し路の穴径を最大化しながらもボールの安定した作動性能を維持することができる。
（４）　前記方向転換路の中心軸線に直交する平面での断面形状において、前記内側凹溝の両端を結んで形成される断面積は、前記レール側開口部よりも前記戻し路側開口部のほうが大きく、
　前記内側凹溝は、前記レール側開口部から前記戻し路側開口部まで、前記断面積が滑らかに増加するように形成される、（１）～（３）のいずれかに記載のリニアガイド。
　この構成によれば、ボール戻し路の穴径を最大化しながらもボールの安定した作動性能を維持することができる。
　なお、本出願は、２０２１年３月２６日出願の日本特許出願（特願２０２１－０５３６１４）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
１　　　リニアガイド
３　　　案内レール
３ｂ　　左右側面
５　　　レール側転動溝
２０　　スライダ
２１　　スライダ本体
２１ａ　　　　端面（スライダの移動方向側端面）
２２　　スライダ側転動溝
２３　　ボール戻し路
２４　　負荷転動路
２６　　方向転換路
２７　　ボール転動路
２８　　レール側開口部
２９　　戻し路側開口部
３０　　エンドキャップ
３２　　外側凹溝
４０　　リターンガイド
４１，４１ａ，４１ｂ　　　内側凹溝
５１　　ボール
ＣＬ　　方向転換路の中心軸線
Ｒ１　　戻し路側開口部の内側凹溝の半径
Ｒ２　　レール側開口部の内側凹溝の半径

Claims (4)

  1. 　側面に軸方向に延びるレール側転動溝を有する案内レールと、
    　前記案内レールを跨ぐように取り付けられ、前記レール側転動溝と共に負荷転動路を構成するスライダ側転動溝と、前記スライダ側転動溝と略並行に形成されたボール戻し路とを有し、前記案内レールに対して軸方向に相対移動可能なスライダと、
    　前記スライダの移動方向側端面に固着され、前記負荷転動路と前記ボール戻し路とを連結する方向転換路の外周面を画成する外側凹溝を有するエンドキャップと、
    　前記スライダと前記エンドキャップとの間に介装され、前記方向転換路の内周面を画成する内側凹溝を有するリターンガイドと、
    　前記負荷転動路、前記ボール戻し路、及び前記方向転換路内を、前記スライダの移動に伴って転動する複数のボールと、を有するリニアガイドであって、
    　前記方向転換路の両開口部のうち、前記負荷転動路と連結される側の開口部をレール側開口部とし、前記ボール戻し路と連結される側の開口部を戻し路側開口部としたとき、前記内側凹溝は、前記方向転換路の中心軸線に直交する平面での断面形状が、前記レール側開口部と前記戻し路側開口部とで異なり、かつ、前記方向転換路の中心軸線に沿った平面に平行な任意の断面において、前記両開口部での前記内側凹溝の点を、単一の円弧、または滑らかに連続する複数の円弧で結ぶように形成される、リニアガイド。
  2. 　前記方向転換路の中心軸線に直交する平面での断面において、前記レール側開口部の前記内側凹溝と、前記戻し路側開口部の前記内側凹溝とは、前記戻し路側開口部の前記内側凹溝の半径Ｒ１が、前記レール側開口部の前記内側凹溝の半径Ｒ２より大きい、円弧形状でそれぞれ形成される、請求項１に記載のリニアガイド。
  3. 　前記方向転換路の中心軸線に直交する平面での断面において、前記レール側開口部の前記内側凹溝は、ゴシックアーチ形状であり、前記戻し路側開口部の前記内側凹溝は、円弧形状である、請求項１に記載のリニアガイド。
  4. 　前記方向転換路の中心軸線に直交する平面での断面形状において、前記内側凹溝の両端を結んで形成される断面積は、前記レール側開口部よりも前記戻し路側開口部のほうが大きく、
    　前記内側凹溝は、前記レール側開口部から前記戻し路側開口部まで、前記断面積が滑らかに増加するように形成される、請求項１～３のいずれか１項に記載のリニアガイド。
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