JP2013245721A - 直動案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価な構成としつつも、調芯性（取付け誤差の吸収性）と、部材強度の問題なく転動体と転動溝とで定まる負荷容量の確保を両立させ得る直動案内装置を提供する。
【解決手段】 案内レール１の幅方向両側面及びスライダ２の各袖部２１に形成する転動溝１１、１２、２１１、２１２は各２列をなし、転動体はボール３を用い、スライダ２の袖部２１の部材剛性を、袖部の転動溝２１１、２１２におけるボール接触部の剛性よりも小さくするとともに、スライダ２の基部２２の肉厚をボール３の直径よりも大きく設定した。前記スライダの両袖部２１は、前記基部２２に連続して一体をなして前記案内レール側の部分を構成し前記転動溝が形成された内袖部２１ａと、この内袖部２１ａとは別体をなして内袖部２１ａの幅方向外側に装着された外袖部２１ｂとからなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、案内レールに跨架されるとともに、転動体を介して案内レールに沿ってスライド移動可能なスライダを備える直動案内装置に係る。

この種の直動案内装置を使用する分野においては、直動案内装置を用いる装置のコンパクト化が進んでいる。その一方、直動案内装置に対して幅広い荷重条件への対応が求められ、高精度な取付面精度の確保が難しい中で大きな負荷荷重を受けての使用例が増えている。
そのような一般搬送装置のなかには、コストの制約等により直動案内装置用の取付け面の精度や組付精度が十分に確保されないまま直動案内装置が使用され、これにより、騒音発生や早期破損等が生じる場合がある。そこで、例えば特許文献１では、直動案内装置を構成する案内レールを、弾性変形する形状とした柔構造により前記精度の誤差を吸収する構造としている。同文献によれば、この柔構造によって直動案内装置の取付け誤差を吸収し得るとされる。

特開２００４−４４７７０号公報 実公平６−２０８９４号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術では、柔構造とした案内レールの強度確保については考慮されていない。そのため、柔構造とした案内レールに応力が集中すれば、大荷重作用時や繰返し荷重作用時に、柔構造部の強度不足によって転動体（ころ）の定格荷重よりも小さな負荷で早期破損となり、ころを使って高負荷容量とした効果が得られない可能性がある。

さらに、特許文献１記載の技術では、長尺な案内レールを異形形状の柔構造としたので、引抜等の生産性が悪化するためスライダー本体を異形形状とした場合に比べて製造コストが増大する。また、特許文献１の形状で案内レールを柔構造にすると従来の２倍の取付けボルトが必要になるため、コストアップになるとともに組立、走行の基準となる案内レールの真直度の確保が難しくなり取付け性が低下する。そのため、機台に組み付けたときに取付け誤差が大きくなるおそれがある。

また、特許文献２には案内レールを上向きのＵ字状に形成した例が記載されていて、その中にスライダが設置されて相対的に進退するようになっている。ここで、同文献２には前記剛性についての明文での説明は記載されていないものの、案内レール部材の肉厚がボールの直径以下の寸法の薄板であることが図示されており、ボールと転動溝との接触部剛性よりも案内レールの部材剛性のほうが小さいという点が読み取れる。

しかしながら、特許文献２に記載の案内レールとスライダは薄板をプレス成形等で折り曲げで成形しているから軽量且つコンパクトである利点があり、コスト面でも有利であるが、その反面、部材強度の制約から、ボールと転動溝とで定まる負荷容量を大きく下回る軽荷重しか支持することができず、軽量テーブルのスライド部等、一部の搬送装置への使用に留まっている。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、案内レールを柔構造にする特許文献１の技術とは異なる技術によって、安価な構成としつつも、調芯性（取付け誤差の吸収性）と、部材強度の問題なく、転動体と転動溝とで定まる負荷容量の確保を両立させ、一般搬送装置に広く使用が可能な直動案内装置を提供することを目的としている。

この発明の第１の態様の直動案内装置は、案内レールとこれに跨架されたスライダとこれらの間に介在する複数個の転動体とで構成され、案内レールは、幅方向両側面に転動体の転動溝が形成され、スライダは、案内レールの幅方向両側に配置されて案内レール側の面に前記案内レールの転動溝に対向する転動溝が形成された２つの袖部と、案内レールの厚さ方向一端側に配置されて両袖部を連結する基部と、これらの直動方向両端に配置されるエンドキャップとからなり、転動体の循環を伴いながら案内レールおよびスライダの一方が他方に対して相対的に直動する直動案内装置において、前記案内レールの幅方向両側面及び前記各袖部に形成する転動溝は各２列をなし、且つ前記転動体としてボールを用いるものとし、前記スライダの袖部の部材剛性を、袖部の転動溝におけるボール接触部の剛性よりも小さくするとともに、前記基部の肉厚をボールの直径よりも大きく設定したことを特徴としている。

また、第２の態様の直動案内装置は、前記第１の態様において、前記案内レールとスライダの各転動溝の断面形状をゴシックアーク形状としたことを特徴としている。
さらに、第３の態様の直動案内装置は、前記第１又は第２の態様において、前記スライダの両袖部は、前記基部に連続して一体をなして前記案内レール側の部分を構成し前記転動溝が形成された内袖部と、この内袖部とは別体をなして内袖部の幅方向外側に装着された外袖部とからなることを特徴としている。
さらに、第４の態様の直動案内装置は、前記第３の態様において、前記案内レール側面の２列の転動溝と、これに対向して形成された内袖部の２列の転動溝とにより構成された転動通路に連続する少なくとも１列の戻し通路を、前記外袖部に形成したことを特徴としている。

この発明によれば、前記基部と前記袖部とからなる断面略逆Ｕ字形状のスライダにおける前記袖部の肉厚を可及的に小さくしており、ボールと転動溝との接触部剛性よりも両袖部の部材剛性の方を小さくしている。また、基部の肉厚はボール径より大きくなっている。このため、取付誤差は、低剛性とした袖部の部材変形で多くを吸収することができ、従来品よりも大きな調芯性（特に横方向（案内レールの幅方向）に対して）を持つことになる。一方で、肉を削った両袖部は、大荷重が作用した際の一発破壊や塑性変形あるいは繰り返し疲労による破損の防止に留意した断面形状と肉厚となっており、さらに基部はボール径より大きい厚みを持つことから、ボールと転動溝とで定まる負荷容量を制約することがない。さらに２点接触とすることで通常使用状態では低摩擦力となり、各転動溝をゴシックアーク溝とすることで通常は２溝で負荷を受けるが大荷重作用時には４溝で負荷を受けることができ、一層、高負荷容量となる。

特に第３の態様においては、スライダの袖部を、スライダの基部に連続して一体をなして案内レール側の部分を構成する内袖部と、この内袖部とは別体をなして内袖部の幅方向外側に装着された外袖部とから構成している。このため、外袖部にはボール転動溝を有する内袖部ほどに高い剛性と強度を求められないから、外袖部を、内袖部をなす鋼材よりも安価な合成樹脂や軽金属により形成することができる。その結果、外袖部の材料や加工のコストが低くなるので、直動案内装置全体のコストを低減することができるとともに、移動部となるスライダの軽量化もはかれる。ここで、異形となる袖部の欠肉部である外袖部を、引抜が可能となる外形形状とすることで、大幅なコストアップを避けることができる。

（ａ）は第１の実施形態を示す断面図。（ｂ）は（ａ）のスライダにおける基部と内袖部とを示す断面図。 第１の実施形態における内袖部と外袖部との関係を説明する分解斜視図。 第２の実施形態を示す断面図。 第３の実施形態を示す断面図。 第４の実施形態を示す断面図。

図１、２は本発明の第１の実施形態の直動案内装置を示す図である。この直動案内装置は、案内レール１と、これに跨架されたスライダ２と、これらの間に介在する複数個のボール３とで構成されている。案内レール１は材料が鋼からなり、横断面が大体において四角形をなし、その幅方向、つまりこの実施形態では左右の両側面にボール３の転動溝１１、１２が各２列長手方向に延びて形成されている。スライダ２は、案内レール１の幅方向、つまり同じく左右の両側に配置された袖部２１と、案内レール１の厚さ方向一端側（図１では案内レールの上端側）に配置されて両袖部２１を連結する基部２２と、これらの直動方向、つまり案内レールの長手方向の両端に配置されるエンドキャップ２３とからなる。袖部２１には、案内レール１側の面に前記案内レール１の転動溝１１、１２に対向する各２列の転動溝２１１、２１２が形成され、これら対向する転動溝１１、２１１によりボール３の転動路３１が形成され、また同転動溝１２、２１２により、ボール３の転動路３２が構成されている。

スライダ２の両袖部２１は、内袖部２１ａと外袖部２１ｂとからなる。内袖部２１ａは、前記基部２２に連続して一体をなしており、袖部２１の前記案内レール１側の部分を構成し、また前記２列の転動溝２１１、２１２が形成されている。また外袖部２１ｂは、前記内袖部２１ａとは別体をなして内袖部２１ａの幅方向外側に装着されている。基部２２と内袖部２１ａは鋼からなり、この実施形態では概略で下向きの断面Ｕ字状をなし、また外袖部２１ｂは合成樹脂からなる。

この実施形態における左右の外袖部２１ｂは、図２に示す基部２２の直動方向の両端に位置する前後の連結部２４により一体化されており、これら両外袖部２１ｂと両連結部２２とが、この実施形態においては平面四角形をなす合成樹脂製の枠をなしている。この枠をなす両外袖部２１ｂと両連結部２２とが、基部２２と内袖部２１ａとに四周から嵌合することにより、外袖部２１ｂが内袖部２１ａの外側に装着されている。また、相対的に嵌合状態にある両者間は、平面四角形の枠をなしている両外袖部２１ｂと両連結部２２とが形成される合成樹脂の嵌合時の弾性変形による復元力により、特に外袖部２１ｂが内袖部２１ａの外面に圧接してその摩擦力により相対位置が維持されている。しかし、ビスその他の固着手段を加えて着脱可能に固着することも可能である。

なお、図２は外袖部２１ｂを内袖部２１ａの外側に装着させるための構造の一例を説明し、またこれらとエンドキャップ２３との位置関係を説明するための概略図である。したがって、ボールの転動溝や方向転換路などの各部の構造について正確に表現するものではない。
前記したスライダ２の内袖部２１ａは、図１に示すように、その肉厚を、ボール３と転動溝２１１、２１２との接触部の剛性よりも内袖部２１ａの部材の剛性が小さくなるように、外側面の側の肉を削り落とすことによって薄肉にしている。この薄肉化の結果としてボール３の戻り通路を形成する場所を補うのが前記外袖部２１ｂということになる。

本実施形態では、前記転動溝１１、２１１からなる転動路３１の戻り通路３３が基部２２と内袖部２１ａとの中間に形成され、また前記転動溝１２、２１２からなる転動路３２の戻り通路３４が合成樹脂からなる外袖部２１ｂに形成されている。戻り通路３４を鋼である基部２２と内袖部２１ａに形成せずに、合成樹脂である外袖部２１ｂに形成したから、穴加工のコストが緩和される。

また、本実施形態では、図１に示すスライダ２の横断面形状において、荷重負荷時のスライダ２の左右の内袖部２１ａの弾性変形量Ｄs（同図（ｂ）に一点鎖線のイメージで示す）は、ボール３と転動溝２１１、２１２との接触部での弾性変形量Ｄt（同図に破線のイメージで示す）の約２倍（ＦＥＭ解析に基づく結果より）としている。このとき、内袖部２１ａの、両転動溝２１１、２１２の間における肉厚Ｋはボール３直径の１．３〜１．７倍の範囲（好適には１．５倍）に設定している。

またスライダ２の内袖部２１ａの最薄肉部Ｓや上側の転動溝２１１部分や戻り通路３３周辺部での最薄肉部Ｓ’に極端な応力が集中しないように、内袖部２１ａの肉厚や戻り通路３３の位置を定めている。このため、取付誤差は、低剛性とした内袖部２１ａの部材変形で吸収でき、大荷重作用時であっても内袖部２１ａの各部に極端な応力集中を生じることなく負荷を受けることができ、一発破壊や塑性変形、繰り返し疲労による破損に対して有利となる。

よって、本実施形態の直動案内装置は調芯性を持つとともに、低剛性とした部材部の強度確保のため負荷容量の制約を受けることなく高負荷容量を維持することが可能である。ここで、内袖部２１ａの肉厚を薄くすればするほど部材剛性が低下し、取付誤差吸収等の調芯性は増すが、一方で荷重負荷時の応力が増し部材の強度が低下する。強度低下が著しいとボールと転動溝とで定まる負荷容量以下で使用する必要が生じ、部材強度の制約から本来の負荷容量を生かすことができなくなる。そこで、本実施形態では、内袖部２１ａの前記肉厚Ｋは前記のようにボール３直径の１．３〜１．７倍の範囲（好適には１．５倍）に設定しており、調芯性と負荷容量確保の両立をはかっている。

また、下側の転動溝２１２の戻り通路３４は、内袖部２１ａの外側に配置した別部材の樹脂体からなる外袖部２１ｂに設けたため、その分の戻り通路の加工が鋼からなる内袖部２１ａにおいては不要になったから低コストになる。
さらに、本実施形態では、前記転動路３１、３２におけるボール３の接触構造をＤＢ接触構造（各内袖部２１ａの２列の転動路３１、３２を転動するボール３列の荷重作用線の交点が、案内レール１の中心から見て、転動路３１、３２よりも幅方向で外側に存在している構造）としている。このため、部材変形する内袖部２１ａの中央部分に転動溝２１１、２１２とボール３の接触位置を定めることができるから、ＤＦ接触構造（各内袖部２１ａの２列の転動路３１、３２を転動するボール３列の荷重作用線の交点が、案内レール１の中心から見て、転動路３１、３２よりも幅方向で内側に存在している構造）とした場合に比して部材変形を効果的に利用できるし、部材の強度面でも有利になっている。

また、各転動溝１１、１２、２１１、２１２はゴシックアーク溝になっていて、通常の圧縮荷重は荷重方向に応じた２つの転動路３２、３２（いずれも転動溝１２、２１２からなる）で負荷を受けるが、大荷重のときには荷重を受けて変位する他の２つの転動路３１、３１（いずれも転動溝１１、２１１からなる）も加わり、合計４つの転動路３１、３１、３２、３２により負荷を受けることができるから、さらに高負荷容量になる。なお、ここでは、通常荷重とは、動定格荷重の２０％以下の荷重をいい、前記２０％超のときを大荷重と称した。さらに、前記のようにゴシックアーク溝で且つＤＢ接触構造としてボールと転動溝を２点接触にしたため、通常時はボール３転動時の摩擦抵抗が低く、モータ等の駆動系の負担を低く抑えることができる。

また、転動体としてボール３を採用したため、案内レール１の転動溝１１、１２及び内袖部２１ａの転動溝２１１、２１２も、断面がゴシックアーク形状その他の円弧状をなすことになる。この点につき、転動体としてころを採用した場合と比較して考察すると次のようになる。つまりころの場合には前記溝の断面が三角形になって、その溝底が角状になるから、これが前記内袖部２１ａに形成されると、内袖部２１ａの前記角状の溝底に応力が集中することになって内袖部２１ａの部材強度を低下させるおそれがある。しかし、この実施形態では前記転動溝２１１、２１２の断面は円弧状をなすから、前記の応力集中は抑制されることになり、部材強度の面で有利となる。

図３は第２の実施形態を示す図であり、これは前記第１の実施形態に対して、この第２の実施形態ではボール３の接触をＤＦ接触構造にした点と、案内レール１の上側の転動溝１１の上フランクをなくした点と、戻り通路３３の位置が基部２２側に変更された点が相違している。
この第２の実施形態では前記のようにＤＦ接触構造にしたため、ＤＢ接触構造の前記第１の実施形態に比してローリング方向の調芯性は大きく向上するが、横方向の調芯性は低下する。本発明のように、スライダ２の袖部２１の部材変形で調芯性を向上させた場合には、変形する梁（すなわちスライダ２の袖部２１）の根元と端部（つまり長手方向両端部分）に接触位置をもつＤＦ接触構造よりも、梁の中央部に接触位置をもつＤＢ接触のほうが、より効果的に調芯性を引き出すことができるので有利である。一方、案内レール１を２本平行に組み付けて、それぞれに跨架されたスライダ２にテーブルを架設する形態で使用するのではなく、コストダウン等のために案内レール１を１本で使用する直動案内構造とした場合にはスライダ２が倒れやすい形態になるために、これに対抗してローリング方向の調芯性に優れる本実施形態のＤＦ接触構造としたほうが有利である。

また、この第２の実施形態では、レール１の上側の転動溝１１の上フランクをなくしたことで、大荷重作用時の引っ張り及び横方向の負荷容量は低下するものの、戻り通路３３の位置の自由度が増加する。この実施形態ではスペースに余裕のある基部２２の中央寄りに位置させたので、戻り通路３３周辺部での薄肉化を回避することにより、生産性に対して有利となっている。他の構成と作用については第１の実施形態と同様である。

図４は第３の実施形態を示す図であり、これは前記第１の実施形態に対して、この第３の実施形態では案内レール１の転動溝１１、１２をサーキュラアーク溝とした点が相違している。このような構造としたため第１の実施形態に比して大荷重時の負荷容量は低下（すなわち圧縮力、引張力、横力に対抗する力は低下）するが、案内レール１に加工している保持器用の溝（図１（ａ）において符号１３で示される）を省略することができる。また案内レール１の左右にある上下一対の転動溝１１、１２におけるボール３の保持器を一体とすることができるから、これにより部品点数を減らすことができて、直動案内装置の生産性向上とコスト低減に役立つ。他の構成と作用は第１の実施形態と同様である。

図５は第４の実施形態を示す図であり、これは前記第１の実施形態に対して、この第４の実施形態では、戻り通路３３も他方の戻り通路３４と同様に外袖部２１ｂに形成した点が相違している。このようにしたため、鋼でできている基部２２と内袖部２１ａへの穴加工がその分だけ不要になるから、この点でも直動案内装置の生産性向上とコスト低減に貢献することができる。前記第１の実施形態では、転動路と戻り通路を繋ぐ循環Ｒ部の内側案内部材（リターンガイド）を上の転動路３１と下の転動路３２の循環路で共通使用するため、転動路と戻り通路との距離が同一となるように内袖部２１ａ側に設けたが、この実施形態では上下の通路を繋ぐ一体形状の内側案内部材（リターンガイド）を使用しており、その点でも第１の実施形態よりも生産性及びコストの面で有利となっている。この実施形態でも他の構成と作用は第１の実施形態と同様である。

以上、各実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明では案内レールとスライダの部材強度が不足することなく、調芯性すなわち取付誤差吸収性の確保と、部材強度の問題なく、転動体と転動溝とで定まる負荷容量の確保が両立し且つ安価な直動案内装置を得ることができる。したがって請求項に記載された発明の範囲において仕様の形態を変更することができるもので、各実施形態の仕様に限定されるものではない。スライダの袖部の部材強度を確保しつつ同袖部の剛性を小さくすることが重要である。

１ 案内レール
１１、１２ 転動溝
２ スライダ
２１ 袖部
２１ａ 内袖部
２１ｂ 外袖部
２１１、２１２ 転動溝
２２ 基部
３ ボール
３１、３２ 転動路
３３、３４ 戻り通路

Claims (4)

1. 案内レールとこれに跨架されたスライダとこれらの間に介在する複数個の転動体とで構成され、案内レールは、幅方向両側面に転動体の転動溝が形成され、スライダは、案内レールの幅方向両側に配置されて案内レール側の面に前記案内レールの転動溝に対向する転動溝が形成された２つの袖部と、案内レールの厚さ方向一端側に配置されて両袖部を連結する基部と、これらの直動方向両端に配置されるエンドキャップとからなり、転動体の循環を伴いながら案内レールおよびスライダの一方が他方に対して相対的に直動する直動案内装置において、
   前記案内レールの幅方向両側面及び前記各袖部に形成する転動溝は各２列をなし、且つ前記転動体としてボールを用いるものとし、前記スライダの袖部の部材剛性を、袖部の転動溝におけるボール接触部の剛性よりも小さくするとともに、前記基部の肉厚をボールの直径よりも大きく設定したことを特徴とする直動案内装置。
2. 前記案内レールとスライダの各転動溝の断面形状をゴシックアーク形状としたことを特徴とする請求項１に記載の直動案内装置。
3. 前記スライダの両袖部は、前記基部に連続して一体をなして前記案内レール側の部分を構成し前記転動溝が形成された内袖部と、この内袖部とは別体をなして内袖部の幅方向外側に装着された外袖部とからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の直動案内装置。
4. 前記案内レール側面の２列の転動溝と、これに対向して形成された内袖部の２列の転動溝とにより構成された転動通路に連続する少なくとも１列の戻し通路を、前記外袖部に形成したことを特徴とする請求項３に記載の直動案内装置。

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