TWI813814B - 運動導引裝置 - Google Patents

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TWI813814B
TWI813814B TW108142173A TW108142173A TWI813814B TW I813814 B TWI813814 B TW I813814B TW 108142173 A TW108142173 A TW 108142173A TW 108142173 A TW108142173 A TW 108142173A TW I813814 B TWI813814 B TW I813814B
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五十嵐尊間
福島一
田村豪
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日商Ｔｈｋ股份有限公司
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Abstract

提供一種運動導引裝置，其即使於作用過大之力矩之環境下使用，也可防止運動導引裝置於早期產生晃動。於移動體(3)之負載滾動體滾動面(4b)之端部形成凸面(12)，並且於凸面(12)之端部形成倒角部(13)。若將負載滾動體滾動面(4b)之長度方向之凸面(12)與倒角部(13)的全長作為L，且將滾珠(6)之直徑作為Da，則設定為L/Da>4。將倒角部(13)之最大深度D設定為作用有基本動額定負載(C)之60%以上之徑向負載時之軌道構件(2)之滾動體滾動面(2a)、移動體(3)之負載滾動體滾動面(4b)、及滾動體(6)之彈性變形量以上。

Description

運動導引裝置
本發明係關於一種隔著複數個滾動體而可相對移動地將移動體安裝於軌道構件之運動導引裝置。
運動導引裝置具備：軌道構件，其具有滾動體滾動面；及移動體，其具有與軌道構件之滾動體滾動面對向之負載滾動體滾動面。負載道係藉由軌道構件之滾動體滾動面與移動體之負載滾動體滾動面所構成。伴隨移動體之相對於軌道構件之相對移動，滾珠進出於負載道。
為了使滾珠朝負載道之進出平滑，於移動體之負載滾動體滾動面之端部形成有凸面(crowning)(參照專利文獻1)。
於習知之運動導引裝置中，凸面之深度係被設定為移動體與軌道構件之相互接近量(為滾動體之接觸部分彈性變形而移動體與軌道構件相互接近的量，且為軌道構件之滾動體滾動面、移動體之負載滾動體滾動面及滾動體之彈性變形量)以上。這是為了防止進入負載道之滾動體與移動體之端部發生碰撞。該凸面之深度係根據ISO(International Organization for Standardization，國際標準組織)之規定而設為作用有基本動額定負載(C)之50%以下之負載時的彈性變形量。
此外，於習知之運動導引裝置中，凸面之長度被設定 為滾動體之直徑Da之2倍以下。這是因為考慮到若增加凸面長度，則運動導引裝置之負載能力(即剛性)降低，運動導引裝置之壽命變短。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2006-316886號公報
然而，發明人發現於作用過大之力矩之環境下使用運動導引裝置之情況下，會產生迄今尚無經驗之現象、即移動體之負載滾動體滾動面之端部於早期產生不正常情形，進而造成運動導引裝置晃動之現象。該現象會招致計算壽命與實際壽命之乖離。於安裝有運動導引裝置之安裝構件之剛性不足之情況、或運動導引裝置之安裝精度不足之情況下，也有可能產生此種現象。
移動體之負載滾動體滾動面之端部產生不正常情形係因為移動體以左右作為軸相對於軌道構件傾斜，造成移動體之負載滾動體滾動面之端部與軌道構件之滾動體滾動面之間的間隙變窄。若間隙變窄，滾珠會與凸面之端部碰撞，移動體之負載滾動體滾動面之端部於早期產生不正常情形。此外，滾珠之負載會於間隙變得最窄之移動體之負載滾動體滾動面與凸面之邊界處增高，也是其中之一個要因。
本發明係鑑於上述課題而完成者，其目的在於提供一種運動導引裝置，其即使於作用有過大之力矩之環境下使用，也可 防止運動導引裝置於早期產生晃動。
為了解決上述課題，本發明之一態樣係一種運動導引裝置，其具備：軌道構件，其具有滾動體滾動面；及移動體，其具有與上述軌道構件之上述滾動體滾動面對向之負載滾動體滾動面，且隔著複數個滾動體而可相對移動地安裝於上述軌道構件；其中，於上述移動體之上述負載滾動體滾動面之端部形成凸面，並且於上述凸面之端部形成倒角部，若將上述移動體之上述負載滾動體滾動面之長度方向之上述凸面與上述倒角部的全長作為L，將上述滾動體之直徑作為Da，則設定為L/Da>4。
為了解決上述課題，本發明之另一態樣係一種運動導引裝置，其具備：軌道構件，其具有滾動體滾動面；及移動體，其隔著複數個滾動體而可移動地安裝於上述軌道構件；上述移動體具備：移動體本體，其具有與上述軌道構件之上述滾動體滾動面對向之負載滾動體滾動面、及與該負載滾動體滾動面大致平行之返回道；及蓋構件，其設於上述移動體本體之端部，且具有與上述移動體本體之上述負載滾動體滾動面及上述返回道連接之方向轉換道；其中，於上述移動體本體之上述負載滾動體滾動面之端部形成相對於上述負載滾動體滾動面傾斜之第一傾斜面，於上述第一傾斜面之端部形成傾斜度較上述第一傾斜面大之第二傾斜面，若將上述移動體本體之上述負載滾動體滾動面之長度方向之上述第一傾斜面的長度作為L1，將上述長度方向之上述第二傾斜面的長度作為L2，將上述滾動體之直徑作為Da，則設定為L1≧1Da、L2≧1Da、且L1>L2。
本發明之一態樣係與習知通常認為若將凸面加長、加深，則負載容量降低且運動導引裝置之壽命變短的想法相反，其藉由將凸面之長度加長且於凸面之端部形成防止滾動體碰撞用的倒角部，以抑制作用有過大之力矩時的運動導引裝置之早期晃動。
根據本發明之一態樣，由於在凸面之端部形成倒角部，因此，即使移動體相對於軌道構件而相對地傾斜，仍可防止進入負載道之滾動體與移動體之端部發生碰撞。此外，由於增長凸面與倒角部之全長L，因此，於移動體相對於軌道構件而相對地傾斜時，可增加承受負載之滾動體的數量，可防止過大之負載施加於各滾動體。
根據本發明之另一態樣，由於設定為L1≧1Da、L2≧1Da，因此當移動體相對於軌道構件而相對地傾斜時，移動體本體之第一傾斜面與第二傾斜面上之複數個滾動體可承受負載，可防止過大之負載施加於各滾動體。此外，由於設定為L1>L2，因此可進一步提高運動導引裝置之負載能力。
1、31:運動導引裝置
2、32:軌道(軌道構件)
2a:滾珠滾動面(滾動體滾動面)
2b:螺栓孔
3、33:移動體
4、34:移動體本體
4a:螺孔
4b、34b:負載滾珠滾動面(負載滾動體滾動面)
4c:返回道
4d:端面
5:蓋構件
5a:內周導引部
5b:外周導引部
6、36:滾珠(滾動體)
7:循環道
8:安裝構件
9:安裝構件
10:負載道
11:方向轉換道
12、42、52:凸面
13、53:倒角部
15:線
16:作用方向
17:延長線
18:端面
21、61:第一傾斜面
22、62:第二傾斜面
23、63:第三傾斜面
64:R部
65:R部
66:R部
D:最大深度
D1:深度
Da:直徑
L:長度
L1、L2、L3:長度
La:長度
Lc:長度
S:第一傾斜面之起始點
α:接觸角
θ1~θ4:角度
圖1為本發明之第一實施形態之運動導引裝置之立體圖。
圖2為本實施形態之運動導引裝置之循環道之剖視圖。
圖3為本實施形態之運動導引裝置之剖視圖(與移動方向正交之剖視圖)。
圖4為於接觸角方向之剖面觀察之凸面及倒角部。
圖5為顯示傾斜面與滾珠之個數之關係的示意圖。
圖6為以習知之運動導引裝置與本實施形態之運動導引裝置對 移動體傾斜之狀態進行比較之示意圖(圖6(a)(b)顯示習知之運動導引裝置，圖6(c)顯示本實施形態之運動導引裝置)。
圖7為說明施加有負載之滾珠的數量如何因移動體之傾斜的影響而變化之示意圖(圖7(a)顯示習知之運動導引裝置，圖7(b)顯示本實施形態之運動導引裝置)。
圖8為顯示於接觸角方向之剖面觀察之凸面及倒角部之另一例之圖。
圖9(a)為顯示施加標準凸面之習知之運動導引裝置之滾珠的負載之曲線圖，圖9(b)為顯示本實施形態之運動導引裝置之滾珠的負載之曲線圖。
圖10為本發明之第二實施形態之運動導引裝置之立體圖。
圖11為本實施形態之運動導引裝置之循環道之剖視圖。
圖12為本實施形態之運動導引裝置之剖視圖(與移動方向正交之剖視圖)。
圖13為於接觸角方向之剖面觀察之滾動面形狀。
圖14為顯示滾動面之長度與滾珠之個數之關係的示意圖。
圖15為以習知之運動導引裝置與本實施形態之運動導引裝置對移動體傾斜之狀態進行比較之示意圖(圖15(a)(b)顯示習知之運動導引裝置，圖15(c)顯示本實施形態之運動導引裝置)。
圖16為說明施加有負載之滾珠的數量如何因移動體之傾斜的影響而變化之示意圖(圖16(a)顯示習知之運動導引裝置，圖16(b)顯示本實施形態之運動導引裝置)。
圖17為顯示於接觸角方向之剖面觀察之滾動面形狀之另一例的圖。
圖18(a)為顯示施加標準凸面之習知之運動導引裝置之滾珠的負載之曲線圖，圖18(b)為顯示本實施形態之運動導引裝置之滾珠的負載之曲線圖。
以下，基於所附圖式，對本發明之實施形態之運動導引裝置進行說明。惟，本發明之運動導引裝置可以各種之形態具體實施，不限於本說明書記載之實施形態。提供本實施形態之目的係為了藉由充分揭示說明書以使熟習本案發明相關技藝者能充分理解發明之範圍。
(第一實施形態)
圖1為顯示本發明之第一實施形態之運動導引裝置之立體圖。以下，為了方便說明，將運動導引裝置配置於水平面，且使用自作為軌道構件之軌道的長度方向觀察之方向、即圖1之前後、上下及左右之各方向，對運動導引裝置之構成進行說明。當然，運動導引裝置之配置不限於此。
運動導引裝置1具備軌道2、及可沿長度方向相對移動地安裝於軌道2之移動體3。於軌道2之側面，沿長度方向形成有複數個作為滾動體滾動面之滾珠滾動面2a。滾珠滾動面2a係溝槽狀。於軌道2之上面以一定之間距形成有複數個螺栓孔2b，該複數個螺栓孔2b係用於將軌道2安裝於安裝構件8(參照圖3)。
移動體3具備移動體本體4、及設於移動體本體4之兩端部的蓋構件5。於移動體3之內部形成有滾珠6之循環道7(參照圖2)。伴隨移動體3之相對移動，複數個作為滾動體之滾珠6於循環道7內循環。於移動體本體4之上面形成有複數個螺孔4a，該 複數個螺孔4a係用以將移動體3安裝於安裝構件9(參照圖3)。
圖2為顯示本實施形態之運動導引裝置1之循環道7之剖視圖。於移動體本體4形成有與軌道2之滾珠滾動面2a對向之作為負載滾動體滾動面之負載滾珠滾動面4b，並且與負載滾珠滾動面4b大致平行地形成有返回道4c。負載滾珠滾動面4b係溝槽狀。於蓋構件5形成有連接於負載滾珠滾動面4b及返回道4c之方向轉換道11。蓋構件5具備：內周導引部5a，其形成方向轉換道11之內周側；及外周導引部5b，其形成方向轉換道11之外周側。
負載道10係藉由移動體3之負載滾珠滾動面4b及軌道2之滾珠滾動面2a所構成。藉由負載道10、返回道4c及方向轉換道11構成滾珠6之循環道7。滾珠6自方向轉換道11進入負載道10，且自負載道10朝方向轉換道11退出。於滾珠6之間可介存有間隔件，也可不介存有間隔件。
本實施形態之運動導引裝置1係於作用有過大之力矩、尤其是俯仰力矩之環境下使用。該情況下，如圖1所示，移動體3以左右作為軸而相對於軌道2傾斜。
圖3為顯示運動導引裝置1之剖視圖。2為軌道，4為移動體本體，8、9為安裝構件，6為滾珠。於圖3中，省略移動體本體4之返回道4c。圖4為於接觸角方向之剖面觀察之凸面及倒角部。
通常之安裝構件8、9例如為工作機械之基部，且為一剛體。然而，於安裝構件8之剛性為較低的中空構件之情況下，因安裝構件8之剛性不足，軌道2產生變形，軌道2會相對於移動體3傾斜。運動導引裝置1之安裝精度不足之情況也相同。亦即， 本實施形態之運動導引裝置1不僅可使用於作用有過大之俯仰力矩之情況，而且也可使用於安裝構件8、9之剛性不足之情況、或運動導引裝置1之安裝精度不足之情況。
如圖2所示，於移動體3之負載滾珠滾動面4b之兩端部形成有凸面12。於凸面12之兩端部形成有倒角部13。雖然圖2顯示負載滾珠滾動面4b之一端部之凸面12及倒角部13，但於負載滾珠滾動面4b之兩端部形成有凸面12及倒角部13。凸面12係相對於負載滾珠滾動面4b而傾斜。倒角部13係相對於凸面12而傾斜，且傾斜度大於凸面12。
如圖4所示，若將滾珠6之直徑作為Da，則負載滾珠滾動面4b之長度方向之凸面12之長度Lc與倒角部13之長度La之全長L(亦即，L=Lc+La)被設定為L/Da>4。換言之，全長L係被設定為大於4個滾珠6之長度。較佳可設定為L/Da≧5。將移動體3之兩端部之凸面12及倒角部13合計後之長度(即2L)係被設定為移動體本體4之相對移動方向之全長的例如10%~50%。
凸面12具備第一傾斜面21、第二傾斜面22及第三傾斜面23。第一傾斜面21係與負載滾珠滾動面4b鄰接而形成，且相對於負載滾珠滾動面4b而傾斜。第二傾斜面22係與第一傾斜面21鄰接而形成，且傾斜度大於第一傾斜面21。第三傾斜面23係與第二傾斜面22鄰接而形成，且傾斜度大於第二傾斜面22。倒角部13係與第三傾斜面23鄰接而形成，且傾斜度大於第三傾斜面23。若將負載滾珠滾動面4b與第一傾斜面21所夾之角度作為θ1，將負載滾珠滾動面4b與第二傾斜面22所夾之角度作為θ2，將負載滾珠滾動面4b與第三傾斜面23所夾之角度作為θ3，且將負載滾珠滾動 面4b與倒角部13所夾之角度作為θ4，則設定為θ1<θ2<θ3<θ4。
圖4顯示於接觸角方向之剖面觀察之凸面12及倒角部13。如圖3所示，接觸角α係連結軌道2側之滾珠接觸點與移動體3側之滾珠接觸點之線15與徑向負載之作用方向16所夾之角度。例如，於接觸角α為45°之情況下，意指滾珠滾動面2a及負載滾珠滾動面4b與滾珠6相對於徑向負載之作用方向16而傾斜45°並接觸之意思。
圖4所示之倒角部13之最大深度D(自負載滾珠滾動面4b至倒角部13之端部的深度)被設定為作用有基本動額定負載(C)之60%以上(例如，60%、70%、80%、90%、100%等)之徑向負載時之滾珠滾動面2a及負載滾珠滾動面4b與滾珠6之彈性變形量以上。此外，自負載滾珠滾動面4b至凸面12之延長線17(本實施形態中為第三傾斜面23之延長線17)與移動體本體4之端面18的交點為止之凸面深度D1，也被設定為作用有基本動額定負載(C)之60%以上之徑向負載時的彈性變形量以上。基本動額定負載(C)係由運動導引裝置1之構造而決定。
當移動體3傾斜時，凸面12承受負載。凸面12之第一傾斜面21、第二傾斜面22、第三傾斜面23之長度L1、L2、L3係依以下之方式設定。
第一傾斜面21係當移動體3傾斜時負載變得最大之區域。因此，第一傾斜面21之長度L1被設定為1Da以上。較佳可設定為2Da以上。如圖5所示，於長度為1Da之情況下，若一個滾珠6退出則新的滾珠6同時會進入，因此最大會進入2個滾珠6。
如圖4所示，第二傾斜面22係儘管承受的負載不如 第一傾斜面21般但仍是與第一傾斜面21同樣地為承受負載之區域。為了分散負載，第二傾斜面22之長度L2被設定為1Da以上。惟，若L2過長，則運動導引裝置1整體之負載能力會降低，因此被設定為L1>L2。於本實施形態中，L2被設定為1~1.5Da。
第三傾斜面23係於移動體3傾斜時與習知之凸面成為相同之傾斜度且開始承受負載之區域。如上述，第三傾斜面23之傾斜度大於第二傾斜面22。當2個滾珠6進入第三傾斜面23時，第二傾斜面22附近之滾珠6幾乎完全承受負載，因此第三傾斜面23之長度L3被設定為1Da以下。於本實施形態中，L3<L2。
倒角部13之目的在於避免滾珠6在移動體3之端部產生碰撞。倒角部13越長則承受負載之有效滾珠數越是減少，因此，倒角部13之長度La被設定為1Da以下。於本實施形態中，La<L3。
再者，較佳為，於凸面12設置3段以上之傾斜面21、22、23，但考慮到加工性及加工精度，也可於凸面12設置2段之傾斜面21、22或2段之傾斜面21、23。
圖6為以習知之運動導引裝置31與本實施形態之運動導引裝置1對移動體3、33傾斜之狀態進行比較之示意圖。圖6(a)(b)顯示習知之運動導引裝置31，圖6(c)顯示本實施形態之運動導引裝置1。
如圖6(a)所示，於習知之運動導引裝置31中，以對移動體33內部之滾珠36大致均等地施加負載且不對移動體33之端部之滾珠36施加負載之方式設計凸面42。
然而，如圖6(b)所示，若於作用有過大之俯仰力矩之 狀態下使用習知之運動導引裝置31，則移動體33會以左右作為軸而傾斜。若移動體33傾斜，則移動體33之端部與軌道32之間的間隙變得較滾珠36之直徑更窄，循環之滾珠36與移動體本體34之端部發生碰撞，進而會使移動體本體34之端部於早期產生不正常情形。若強制性地驅動移動體33，則於間隙變得更窄之負載滾珠滾動面34b與凸面42之邊界上，滾珠36之負載增高，邊界也會於早期產生不正常情形。
另一方面，如圖6(c)所示，於本實施形態中，增加凸面12之長度，且於凸面12之端部形成防止滾珠6之碰撞用之倒角部13。由於在凸面12之端部形成倒角部13，因此即使移動體3傾斜，仍可防止進入負載道10之滾珠6與移動體本體4之端部發生碰撞。此外，由於增長凸面12與倒角部13之全長L，因此即使移動體3傾斜，仍可增加承受負載之滾珠6的數量，可防止過大之負載施加於各滾珠6。
圖7為說明施加有負載之滾珠6、36的數量如何因移動體3、33之傾斜的影響而變化之示意圖。圖7之2點鏈線為習知之凸面形狀(凸面42)，實線為本實施形態之凸面形狀(凸面12、倒角部13)。2、32為軌道，3、33為移動體，6、36為滾珠。
於圖7(a)中，藉由將二點鏈線之凸面形狀配置於滾珠36之中央附近，誇張地顯示滾珠36因過大之俯仰力矩而彈性變形之狀況。於習知之凸面形狀之情況下，自端部算起第3個滾珠36產生最大之彈性變形。承受負載之滾珠36係與二點鏈線相交之滾珠36，附加斜線之5個塗白滾珠36承受負載。
圖7(b)與圖7(a)同樣地顯示在本實施形態之凸面形 狀上施加過大之俯仰力矩之狀況。產生最大之彈性變形之滾珠6係第4個滾珠6。承受負載之滾珠6係與實線相交之滾珠6，附加斜線之7個滾珠6承受負載。與圖7(a)之情況比較，可知承受負載之滾珠數增加。
圖8為顯示於接觸角方向之剖面觀察之凸面52及倒角部53之另一例。於本例中，於第一傾斜面61與第二傾斜面62之間形成圓弧狀之R部64，於第二傾斜面62與第三傾斜面63之間形成圓弧狀之R部65，且於第三傾斜面63與倒角部53之間形成圓弧狀之R部66。藉由形成R部64、65、66，滾珠6可於其等之邊界更平滑地移動。
以上，對本實施形態之運動導引裝置1之構成進行了說明。根據本實施形態之運動導引裝置1，可獲得以下之功效。
由於在凸面12之端部形成倒角部13，因此即使移動體3相對於軌道2而相對地傾斜，仍可防止進入負載道10之滾珠6與移動體3之端部發生碰撞。此外，由於將凸面12與倒角部13之全長L加長為L/Da>4，因此，當移動體3相對於軌道2而相對地傾斜時，可增加承受負載之滾珠6的數量，可防止過大之負載施加於各滾珠6。
由於將倒角部13之最大深度D設定為作用有基本動額定負載(C)之60%以上之徑向負載時之滾珠滾動面2a、負載滾珠滾動面4b及滾珠6之彈性變形量以上，因此可確實防止滾珠6與移動體本體4之端部發生碰撞。
由於將倒角部13之長度La設定為1Da以下，因此可防止承受負載之有效滾珠數減少。
由於將第一傾斜面21之長度L1設為1Da以上，將第二傾斜面22之長度L2設為1Da以上，且設定為L1>L2，因此，當移動體3傾斜時，可增加於凸面12上承受負載之滾珠6的數量。此外，滾珠6可於凸面12上平滑地移動。
由於在凸面12上設置第三傾斜面23，因此滾珠6可平滑地進出於凸面12。此外，由於將第三傾斜面23之長度L3設定為1Da以下，因此可防止2個滾珠6進入傾斜度大之第三傾斜面23，而第二傾斜面22附近之滾珠6承受將近全部之負載的情況。
滾動體不限於滾珠6，也可為滾筒。惟，若使用滾筒作為滾動體，當施加過大之俯仰力矩時，可能產生滾筒傾斜之現象即歪斜。若使用滾珠6作為滾動體，可防止此現象。
再者，本發明不限於具體化為上述實施形態者，可於不變更本發明之實質內容之範圍內，變更為其他之實施形態。
移動體之相對於軌道構件之移動，係相對移動者，既可為移動體移動，也可為軌道構件移動。
也可將於接觸角方向之剖面觀察之第一傾斜面、第二傾斜面、第三傾斜面、倒角部形成為曲線狀。
[實施例1]
假設為基本動額定負載之90%(0.9C)之徑向負載，進行運動導引裝置1與安裝構件8、9之FEM(finite element method，有限元素法)解析，計算移動體3之內部之滾珠6之負載。
圖9(a)顯示施加標準凸面之習知之運動導引裝置31之滾珠36的負載，圖9(b)顯示本實施形態之運動導引裝置1之滾珠6的負載。由於存在4個滾珠列，因此於圖9(a)(b)中，顯示4個 滾珠列各自之負載。
如圖9(a)所示，解析之結果，於習知之運動導引裝置31中，負載施加於移動體33之端部之滾珠36(圖中以A所示)，負載滾珠滾動面34b與凸面42之邊界之滾珠36(圖中以B所示)之負載最大。該解析之結果係與作用有過大之力矩之狀態之實際狀況一致。
另一方面，如圖9(b)所示，於本實施形態之運動導引裝置1中，移動體3之端部之滾珠6(圖中以C所示)之負載成為零，與圖9(a)比較，凸面12上之滾珠6(圖中以D所示)之最大負載也能降低至約80%左右。因此，可知計算上之行走壽命增加2倍以上。
(第二實施形態)
圖10顯示本發明之第二實施形態之運動導引裝置之立體圖。以下，為了方便說明，將運動導引裝置配置於水平面，且使用自軌道之長度方向觀察之方向、即圖10之前後、上下及左右之各方向，對運動導引裝置之構成進行說明。當然，運動導引裝置之配置不限於此。
運動導引裝置1具備作為軌道構件之軌道2、及隔著作為滾動體之複數個滾珠6(參照圖11)而可沿長度方向相對移動地安裝於軌道2之移動體3。於軌道2之側面，沿長度方向形成有複數個作為滾動體滾動面之滾珠滾動面2a。滾珠滾動面2a係溝槽狀。於軌道2之上面以一定之間距形成有複數個螺栓孔2b，該複數個螺栓孔2b係用以將軌道2安裝於安裝構件8(參照圖12)。
移動體3具備移動體本體4、及設於移動體本體4之兩端部的蓋構件5。於移動體3之內部形成有滾珠6之循環道7(參 照圖11)。伴隨移動體3之相對移動，複數個滾珠6於循環道7內循環。於移動體本體4之上面形成有複數個螺孔4a，該複數個螺孔4a係用以將移動體3安裝於安裝構件9(參照圖12)。
圖11為顯示本實施形態之運動導引裝置1之循環道7之剖視圖。於移動體本體4形成有與軌道2之滾珠滾動面2a對向之作為負載滾動體滾動面之負載滾珠滾動面4b，並且與負載滾珠滾動面4b大致平行地形成有返回道4c。負載滾珠滾動面4b係溝槽狀。於蓋構件5形成有連接於負載滾珠滾動面4b及返回道4c之方向轉換道11。蓋構件5具備：內周導引部5a，其形成方向轉換道11之內周側；及外周導引部5b，其形成方向轉換道11之外周側。
負載道10係藉由移動體3之負載滾珠滾動面4b及軌道2之滾珠滾動面2a所構成。藉由負載道10、返回道4c及方向轉換道11構成滾珠6之循環道7。滾珠6自方向轉換道11進入負載道10，且自負載道10朝方向轉換道11退出。於滾珠6之間可介存有間隔件，也可不介存有間隔件。
本實施形態之運動導引裝置1係於作用有過大之力矩、尤其是俯仰力矩之環境下使用。該情況下，如圖10所示，移動體3以左右作為軸而相對於軌道2傾斜。
圖12為顯示運動導引裝置1之剖視圖。2為軌道，4為移動體本體，8、9為安裝構件，6為滾珠。於圖12中，省略移動體本體4之返回道4c。圖13為於接觸角方向之剖面觀察之滾動面形狀。
通常之安裝構件8、9，例如為工作機械之基部，且為一剛體。然而，於安裝構件8之剛性為較低的中空構件之情況下， 因安裝構件8之剛性不足，軌道2產生變形，軌道2會相對於移動體3而傾斜。運動導引裝置1之安裝精度不足之情況也相同。亦即，本實施形態之運動導引裝置1不僅可使用於作用有過大之俯仰力矩之情況，而且也可使用於安裝構件8、9之剛性不足之情況、或運動導引裝置1之安裝精度不足之情況。
如圖11所示，於移動體3之負載滾珠滾動面4b之兩端部形成有第一傾斜面21、第二傾斜面22、第三傾斜面23及倒角部13。雖然圖11顯示負載滾珠滾動面4b之一端部之第一傾斜面21、第二傾斜面22、第三傾斜面23及倒角部13，但於負載滾珠滾動面4b之兩端部形成有其等。
第一傾斜面21係與負載滾珠滾動面4b鄰接而形成，且相對於負載滾珠滾動面4b而傾斜。第二傾斜面22係與第一傾斜面21鄰接而形成，且傾斜度大於第一傾斜面21。第三傾斜面23係與第二傾斜面22鄰接而形成，且傾斜度大於第二傾斜面22。倒角部13係與第三傾斜面23鄰接而形成，且傾斜度大於第三傾斜面23。若將負載滾珠滾動面4b與第一傾斜面21所夾之角度作為θ1，將負載滾珠滾動面4b與第二傾斜面22所夾之角度作為θ2，將負載滾珠滾動面4b與第三傾斜面23所夾之角度作為θ3，且將負載滾珠滾動面4b與倒角部13所夾之角度作為θ4，則設定為θ1<θ2<θ3<θ4。
圖13顯示於接觸角方向之剖面觀察之第一傾斜面21、第二傾斜面22、第三傾斜面23及倒角部13。如圖12所示，接觸角α係連結軌道2側之滾珠接觸點與移動體3側之滾珠接觸點之線15與徑向負載之作用方向16所夾之角度。例如，於接觸角α 為45°之情況下，意指滾珠滾動面2a及負載滾珠滾動面4b與滾珠6相對於徑向負載之作用方向16傾斜45°而接觸之意思。
當移動體3傾斜時，第一傾斜面21、第二傾斜面22、第三傾斜面23承受負載。第一傾斜面21、第二傾斜面22、第三傾斜面23之長度L1、L2、L3係依以下之方式設定。
第一傾斜面21係當移動體3傾斜時負載變得最大之區域。因此，若將滾珠6之直徑作為Da，則第一傾斜面21之長度L1被設定為1Da以上。較佳可設定為2Da以上。再者，如圖14所示，於長度為1Da之情況下，若一個滾珠6退出則新的滾珠6同時進入，因此最大會進入2個滾珠6。
如圖13所示，第二傾斜面22係儘管承受的負載不如第一傾斜面21般但仍是與第一傾斜面21同樣地為承受負載之區域。為了分散負載，第二傾斜面22之長度L2被設定為1Da以上。惟，若L2過長，則運動導引裝置1整體之負載能力會降低，因此，被設定為L1>L2。於本實施形態中，L2被設定為1~1.5Da。
第三傾斜面23係於移動體3傾斜時與習知之凸面成為相同之傾斜度且開始承受負載之區域。如上述，第三傾斜面23之傾斜度大。當2個滾珠6進入第三傾斜面23時，第二傾斜面22附近之滾珠6幾乎完全承受負載，因此第三傾斜面23之長度L3被設定為1Da以下。於本實施形態中，被設定為L2>L3。
倒角部13之目的，在於避免滾珠6在移動體3之端部產生碰撞。倒角部13越長則承受負載之有效滾珠數越是減少，因此，倒角部13之長度La被設定為1Da以下。於本實施形態中，被設定為L3>La。
如圖13所示，自於負載滾珠滾動面4b開始形成第一傾斜面21之起始點S至移動體本體4之端面4d為上之長度L係被設定為L/Da>4。較佳可設定為L/Da≧5。將兩端部之長度合計之長度(即2L)係被設定為移動體本體4之相對移動方向之全長的例如10%~50%。
圖13所示之倒角部13之最大深度D(自負載滾珠滾動面4b至倒角部13之端部的深度)被設定為作用有基本動額定負載(C)之60%以上(例如，60%、70%、80%、90%、100%等)之徑向負載時之滾珠滾動面2a及負載滾珠滾動面4b與滾珠6之彈性變形量以上。此外，自負載滾珠滾動面4b至第三傾斜面23之延長線17與移動體本體4之端面4d的交點為止之深度D1也被設定為作用有基本動額定負載(C)之60%以上之徑向負載時的彈性變形量以上。基本動額定負載(C)係由運動導引裝置1之構造而決定。
再者，較佳為，設置第一傾斜面21、第二傾斜面22、第三傾斜面23，但考慮到加工性及加工精度，也可省略第三傾斜面23。
圖15為以習知之運動導引裝置31與本實施形態之運動導引裝置1對移動體3、33傾斜之狀態進行比較之示意圖。圖15(a)(b)顯示習知之運動導引裝置31，圖15(c)顯示本實施形態之運動導引裝置1。
如圖15(a)所示，於習知之運動導引裝置31中，以對移動體33之內部之滾珠36大致均等地施加負載且不對移動體33之端部之滾珠36施加負載之方式設計凸面42。
然而，如圖15(b)所示，若於作用有過大之俯仰力矩 之狀態下使用習知之運動導引裝置31，則移動體33以左右作為軸而傾斜。若移動體33傾斜，則移動體33之端部與軌道32之間的間隙變得較滾珠36之直徑窄，循環之滾珠36與移動體本體34之端部發生碰撞，進而會使移動體本體34之端部於早期產生不正常情形。若強制性地驅動移動體33，則於間隙變得更窄之負載滾珠滾動面34b與凸面42之邊界上，滾珠36之負載增高，邊界也會於早期產生不正常情形。
另一方面，如圖15(c)所示，於本實施形態中，於負載滾珠滾動面4b之端部形成第一傾斜面21、第二傾斜面22及第三傾斜面23。因此，當移動體3相對於軌道2而相對地傾斜時，第一傾斜面21、第二傾斜面22及第三傾斜面23上之複數個滾珠6可承受負載，可防止過大之負載施加於各滾珠6。此外，由於在移動體本體4之端部形成防止碰撞用之倒角部13，因此，即使移動體3傾斜，仍可防止進入負載道10之滾珠6與移動體本體4之端部發生碰撞。
圖16為說明施加有負載之滾珠6、36的數量如何因移動體3、33之傾斜的影響而變化之示意圖。圖16之2點鏈線為習知之滾動面形狀(凸面42)，實線為本實施形態之滾動面形狀(第一傾斜面21、第二傾斜面22、第三傾斜面23、倒角部13)。2、32為軌道，3、33為移動體，6、36為滾珠。
於圖16(a)中，藉由將二點鏈線之凸面42配置於滾珠36之中央附近，誇張顯示滾珠36因過大之俯仰力矩而彈性變形之狀況。於先前之滾動面形狀之情況下，自端部算起第3個滾珠36產生最大之彈性變形。承受負載之滾珠36係與二點鏈線相交之滾 珠36，附加斜線之5個滾珠36承受負載。
圖16(b)與圖16(a)同樣地顯示在本實施形態之滾動面形狀中施加過大之俯仰力矩之狀況。產生最大之彈性變形之滾珠6係第4個滾珠6。承受負載之滾珠6係與實線相交之滾珠6，附加斜線之7個滾珠6承受負載。與圖16(a)之情況比較，可知承受負載之滾珠數增加。
圖17為顯示於接觸角方向之剖面觀察之滾動面形狀之另一例。於本例中，於第一傾斜面61與第二傾斜面62之間形成圓弧狀之R部64，於第二傾斜面62與第三傾斜面63之間形成圓弧狀之R部65，且於第三傾斜面63與倒角部53之間形成圓弧狀之R部66。藉由形成R部64、65、66，滾珠6可於其等之邊界更平滑地移動。
以上，對本實施形態之運動導引裝置1之構成進行了說明。根據本實施形態之運動導引裝置1，可獲得以下之功效。
由於在移動體本體4之負載滾珠滾動面4b之端部設置第一傾斜面21及第二傾斜面22，且設定為L1≧1Da、L2≧1Da，因此，當移動體3相對於軌道2而相對地傾斜時，第一傾斜面21及第二傾斜面22上之複數個滾珠6可承受負載，可防止過大之負載施加於各滾珠6。此外，由於被設定為L1>L2，因此可進一步提高運動導引裝置1之負載能力。
由於在第二傾斜面22之端部形成傾斜度大於第二傾斜面22之第三傾斜面23，因此與習知之凸面同樣，滾珠6可平滑地進出於第三傾斜面23。此外，由於將第三傾斜面23之長度L3設為1Da以下，因此可防止2個滾珠6進入傾斜度大之第三傾斜面 23，第二傾斜面22附近之滾珠6承受將近全部之負載的情況。
由於在移動體本體4之端部形成傾斜度大於第三傾斜面23之倒角部13，因此當移動體3相對於軌道2而相對地傾斜時，可防止進入負載道10之滾珠6與移動體本體4之端部發生碰撞。此外，由於將倒角部13之長度La設定為1Da以下，因此可防止承受負載之有效滾珠數減少。
由於將自於移動體本體4之負載滾珠滾動面4b開始形成第一傾斜面21之起始點S至移動體本體4之端面4d之長度作為L，且設定為L/Da>4，因此，當移動體3相對於軌道2而相對地傾斜時，可增加承受負載之滾珠6的數量，可防止過大之負載施加於各滾珠6。
再者，本發明不限於具體化為上述實施形態者，亦可於不變更本發明之實質內容之範圍內，變更為其他之實施形態。
滾動體不限於滾珠，也可為滾筒。惟，若使用滾筒作為滾動體，當施加過大之俯仰力矩時，可能產生滾筒傾斜之現象即歪斜。若使用滾珠作為滾動體，可防止此現象。
移動體之相對於軌道構件之移動係相對移動者，既可為移動體移動也可為軌道構件移動。
也可將於接觸角方向之剖面觀察之第一傾斜面、第二傾斜面、第三傾斜面、倒角部形成為曲線狀。
[實施例2]
假設為基本動額定負載之90%(0.9C)之徑向負載，進行運動導引裝置1與安裝構件8、9之FEM解析，計算移動體3之內部之滾珠6之負載。
圖18(a)顯示施加標準凸面之習知之運動導引裝置31之滾珠36的負載，圖18(b)顯示本實施形態之運動導引裝置1之滾珠6的負載。由於存在4個滾珠列，因此於圖18(a)(b)中，顯示4個滾珠列各自之負載。
如圖18(a)所示，解析之結果，於習知之運動導引裝置31中，負載施加於移動體33之端部之滾珠36(圖中以A所示)，負載滾珠滾動面34b與凸面42之邊界之滾珠36(圖中以B所示)之負載最大。該解析之結果，與作用有過大之力矩之狀態之實際狀況一致。
另一方面，如圖18(b)所示，於本實施形態之運動導引裝置1中，移動體本體4之端部之滾珠6(圖中以C所示)之負載成為零，亦即，滾珠6不會與移動體本體4之端部發生碰撞，與圖18(a)比較，滾珠6(圖中以D所示)之最大負載也能降低至約80%左右。因此，可知計算上之行走壽命增長2倍以上。
本說明書係基於2018年11月27日提出申請之日本專利特願2018-220828及2018年11月27日提出申請之日本專利特願2018-220829。其內容皆包含於本說明書中。
4b:負載滾珠滾動面(負載滾動體滾動面)
12:凸面
13:倒角部
17:延長線
18:端面
21:第一傾斜面
22:第二傾斜面
23:第三傾斜面
D:最大深度
D1:深度
L:長度
L1~L3:長度
La:長度
Lc:長度
θ1~θ4:角度

Claims (10)

  1. 一種運動導引裝置，其具備：軌道構件，其具有滾動體滾動面；及移動體，其具有與上述軌道構件之上述滾動體滾動面對向之負載滾動體滾動面，且隔著複數個滾動體而可相對移動地安裝於上述軌道構件；其中，於上述移動體之上述負載滾動體滾動面之端部形成凸面，並且於上述凸面之端部形成倒角部，若將上述移動體之上述負載滾動體滾動面之長度方向之上述凸面與上述倒角部的全長作為L，且將上述滾動體之直徑作為Da，則設定為L/Da>4，將上述倒角部之距離上述移動體之上述負載滾動體滾動面的最大深度D設定為作用有基本動額定負載(C)之60%以上之徑向負載時之上述軌道構件之上述滾動體滾動面、上述移動體之上述負載滾動體滾動面、及上述滾動體之彈性變形量以上。
  2. 如請求項1之運動導引裝置，其中，將上述長度方向之上述倒角部之長度La設定為1Da以下。
  3. 如請求項1之運動導引裝置，其中，上述凸面具備：第一傾斜面，其與上述移動體之上述負載滾動體滾動面鄰接而形成；及第二傾斜面，其與上述第一傾斜面鄰接而形成，且傾斜度較上述第一傾斜面大；若將上述長度方向之上述第一傾斜面的長度作為L1，將上述長度方向之上述第二傾斜面的長度作為L2，則設定為L1≧1Da、L2≧1Da、且L1>L2。
  4. 如請求項2之運動導引裝置，其中，上述凸面具 備：第一傾斜面，其與上述移動體之上述負載滾動體滾動面鄰接而形成；及第二傾斜面，其與上述第一傾斜面鄰接而形成，且傾斜度較上述第一傾斜面大；若將上述長度方向之上述第一傾斜面的長度作為L1，將上述長度方向之上述第二傾斜面的長度作為L2，則設定為L1≧1Da、L2≧1Da、且L1>L2。
  5. 如請求項3之運動導引裝置，其中，上述凸面具備與上述第二傾斜面鄰接而形成且傾斜度較上述第二傾斜面大之第三傾斜面，若將上述長度方向之上述第三傾斜面的長度作為L3，則設定為L3≦1Da。
  6. 如請求項4之運動導引裝置，其中，上述凸面具備與上述第二傾斜面鄰接而形成且傾斜度較上述第二傾斜面大之第三傾斜面，若將上述長度方向之上述第三傾斜面的長度作為L3，則設定為L3≦1Da。
  7. 一種運動導引裝置，其具備：軌道構件，其具有滾動體滾動面；及移動體，其隔著複數個滾動體而可移動地安裝於上述軌道構件；上述移動體具備：移動體本體，其具有與上述軌道構件之上述滾動體滾動面對向之負載滾動體滾動面、及與該負載滾動體滾動面大致平行之返回道；及蓋構件，其設於上述移動體本體之端部，且具有與上述移動體本體之上述負載滾動體滾動面及上述返回道連接之方向轉換道；其中， 於上述移動體本體之上述負載滾動體滾動面之端部形成相對於上述負載滾動體滾動面傾斜之第一傾斜面，於上述第一傾斜面之端部形成傾斜度較上述第一傾斜面大之第二傾斜面，若將上述移動體本體之上述負載滾動體滾動面之長度方向之上述第一傾斜面的長度作為L1，將上述長度方向之上述第二傾斜面的長度作為L2，將上述滾動體之直徑作為Da，則設定為L1≧1Da、L2≧1Da、且L1>L2。
  8. 如請求項7之運動導引裝置，其中，於上述第二傾斜面之端部形成傾斜度較上述第二傾斜面大之第三傾斜面，若將上述長度方向之上述第三傾斜面的長度作為L3，則設定為L3≦1Da。
  9. 如請求項8之運動導引裝置，其中，於上述第三傾斜面與上述移動體本體之端面之間形成傾斜度較上述第三傾斜面大之倒角部，若將上述長度方向之上述倒角部的長度作為La，則設定為La≦1Da。
  10. 如請求項9之運動導引裝置，其中，若將自於上述移動體本體之上述負載滾動體滾動面開始形成上述第一傾斜面之起始點至上述移動體本體之上述端面之長度作為L，則設定為L/Da>4。
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