(57)【要約】【課題】案内部材を移動する際の動摩擦力を抑制できるとともに、この動摩擦力の変動を抑制可能な直線運動案内装置を提供する。【解決手段】直線運動案内装置としての直動案内軸受装置１は案内レール３とスライダ４とを備えている。案内レール３は転動体転動溝５を備えている。スライダ４は負荷転動体転動溝８と湾曲路１５とを備えている。転動溝５，８は負荷転動路１１を構成する。転動体転動路１１と湾曲路１５とに亘って転動溝８が転動溝５から離れる方向に形成されたクラウニング２０が設けられている。湾曲路１５の転動溝５側に端部にタング部１７が設けられている。クラウニング２０は転動体転動路１１内を負荷を伴って転動している転動体１０のうち転動路１１の端に位置する負荷転動体１０ａとタング部１７との間に負荷を伴わずに転動する無負荷転動体１０ｂが奇数個存在するように形成されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に転動体転動溝を有する案内部材と、
前記案内部材の転動体転動溝に対向合致しかつ前記転動体転動溝とともに負荷転動路を構成する負荷転動体転動溝と、前記負荷転動路に連結された湾曲路と、を備え、前記案内部材にこの案内部材に沿って移動自在に設けられたスライダと、
前記負荷転動路および湾曲路内に複数装填され、かつ前記負荷転動路内を負荷を伴って転動するとともに前記湾曲路内を負荷を伴わずに転動する転動体と、
を備えた直線運動案内装置において、
前記負荷転動路から湾曲路とに亘って前記負荷転動体転動溝が前記転動体転動溝に対して離れる方向に形成されかつ前記負荷転動路内を負荷を伴って転動している転動体のうち前記負荷転動路の端に位置する負荷転動体と前記湾曲路に形成された転動体すくい上げ部との間に、負荷を伴わずに転動する無負荷転動体が奇数個存するように形成された拡張部を備えたことを特徴とする直線運動案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械、産業機械などにリニアガイドとして用いられる直線運動案内装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、産業機械などにリニアガイドなどとして図８に示す直線運動案内装置としての直動案内軸受装置５１が用いられる。図８に例示された直動案内軸受装置５１は、一方向に延びる案内部材としての案内レール５３と、この案内レール５３の長手方向に沿って移動自在に設けられたスライダ５４と、を備えている。
【０００３】
案内レール５３は、その外面に長手方向に沿って延びた転動体転動溝５５を備えている。スライダ５４は、断面コ字形に形成されたスライダ本体５６とこのスライダ本体５６の両端面に取付けられたエンドキャップ５７とを備えており、前記案内レール５３を跨いだ状態で設けられている。
【０００４】
スライダ５４は、前記案内レール５３の転動体転動溝５５に相対する負荷転動体転動溝５８を備えている。前記転動体転動溝５５と、負荷転動体転動溝５８とは互いに対向合致した状態で負荷転動路６１を構成している。
【０００５】
さらにスライダ５４は、その内部に負荷転動体転動溝５８と略平行な転動体戻し路５９と、前記負荷転動路６１と転動体戻し路５９とを連結する湾曲路６５とを備えている。
【０００６】
前述した負荷転動路６１、転動体戻し路５９及び湾曲路６５は、転動体循環路６６を構成している。この転動体循環路６６内には、転動体としてのボール６０が複数装填されている。これらのボール６０は、前記負荷転動路６１内を負荷を伴って転動し、かつ前記湾曲路６５および転動体戻し路５９内を負荷を伴わずに転動するようになつている。前記ボール６０がこのように転動することによって、前記スライダ５４が案内レール５３の長手方向に沿って移動自在となっている。
【０００７】
また、前記スライダ５４の負荷転動路６１と湾曲路６５とに亘って、負荷転動体転動溝５８が転動体転動溝５５に対して離れる方向に形成された拡張部としてのクラウニング７０が設けられている。前記クラウニング７０は、前記ボール６０が転動体戻し路５９および湾曲路６５などの非負荷域から前記負荷転動路６１などの負荷域に入り込んもボール６０が円滑に循環できるようにするためのものである。
【０００８】
さらに、前記スライダ５４は、前記案内レール５３に相対するエンドキャップ５７の内側部に、前記ボール６０が負荷転動路６１から湾曲路６５内に侵入する際に前記ボール６０と当接してこのボール６０を湾曲路６５内に導く転動体すくい上げ部であるタング部６７を設けている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した従来の直動案内軸受装置５１は、図８に示すように、前記クラウニング７０において、前記負荷転動路６１内を負荷を伴って転動しているボール６０のうち前記負荷転動路６１の端に位置する負荷転動体としてのボール６０ａと前記湾曲路６５に設けられたタング部６７との間に、負荷を伴わずに転動する無負荷転動体としてのボール６０ｂが、偶数個存することがある。なお、図８において、前記ボール６０ｂは二つ存在している。
【００１０】
このとき、前記タング部６７に当接する図８中左側に位置する無負荷転動体としてのボール６０ｂは、このタング部６７を乗上げて湾曲路６５内に侵入する際の回転方向とは逆方向の矢印Ｍ２に沿って転動している。
【００１１】
このため、図９中の二点鎖線Ｑで囲んだ部分のように直動案内軸受装置５１の動摩擦力が変動するとともに、この動摩擦力も増大することとなって、好ましくない。
【００１２】
なお、図９においては、図８中の矢印Ｓ１に沿う一方の方向に沿って直動案内軸受装置５１を移動させた場合の動摩擦力をプラスとし、前記矢印Ｓ１とは逆方向の図８中の矢印Ｔ１に沿う他方の方向に沿って直動案内軸受装置５１を移動させた場合の動摩擦力をマイナスとして示している。
【００１３】
本発明は前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、案内部材を移動する際の動摩擦力を抑制できるとともに、この動摩擦力の変動を抑制可能な直線運動案内装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の直線運動案内装置は、外面に転動体転動溝を有する案内部材と、前記案内部材の転動体転動溝に対向合致しかつ前記転動体転動溝とともに負荷転動路を構成する負荷転動体転動溝と、前記負荷転動路に連結された湾曲路と、を備え、前記案内部材にこの案内部材に沿って移動自在に設けられたスライダと、前記負荷転動路および湾曲路内に複数装填され、かつ前記負荷転動路内を負荷を伴って転動するとともに前記湾曲路内を負荷を伴わずに転動する転動体と、を備えた直線運動案内装置において、前記負荷転動路から湾曲路とに亘って前記負荷転動体転動溝が前記転動体転動溝に対して離れる方向に形成されかつ前記負荷転動路内を負荷を伴って転動している転動体のうち前記負荷転動路の端に位置する負荷転動体と前記湾曲路に設けられた転動体すくい上げ部との間に、負荷を伴わずに転動する無負荷転動体が奇数個存するように形成された拡張部を備えたことを特徴としている。
【００１５】
すなわち、前記直線運動案内装置は、負荷転動路内を負荷を伴って転動する負荷転動体のうち負荷転動路の端に位置する負荷転動体と湾曲路との間に無負荷転動体が奇数個存するように拡張部を形成している。
【００１６】
そして、負荷転動路から湾曲路内に侵入する無負荷転動体を、前記湾曲路内に侵入しやすい回転方向に転動させて、前記案内部材を移動する際の動摩擦力を抑制できるとともに、この動摩擦力の変動を抑制可能としている。
【００１７】
前述した直線運動案内装置が、動摩擦力の変動の抑制と動摩擦力自体の抑制とを可能とする理由を、以下に示す図４ないし図７を参照して説明する。
【００１８】
まず、図４に示すように、案内レール３の長手方向に沿って移動自在なスライダ４を備えた直線運動体案内装置１において、負荷転動路１１の端に位置する負荷転動体１０ａと湾曲路１５に設けられた転動体すくい上げ部としてのタング部１７との間に、無負荷転動体１０ｂが奇数個としての一つのみ存在する場合には、前記無負荷転動体１０ｂは、前記負荷転動体１０ａの矢印Ｆ１に沿う転動方向とは逆向きでかつこの無負荷転動体１０ｂが湾曲路１５内に侵入しやすい図中の矢印Ｍ１に沿って転動する。なお、図４に示す状態において、前記スライダ４は矢印Ｓに沿って移動している。
【００１９】
前記タング部１７に当接した際に、前記無負荷転動体１０ｂには、図５に示すように、既にタング部１７を乗上げて湾曲路１５内に侵入した転動体１０ｃと接するＢ点において、この転動体１０ｃから、矢印Ｆb1に沿う反力が作用するとともに、湾曲路１５の内側に指向した矢印Ｆb2に沿う力が作用する。
【００２０】
また、タング部１７と接するＣ点においてこのタング部１７から湾曲路１５の内側に指向した図中矢印Ｆc に沿う反力が作用する。さらに、前記負荷転動体１０ａと接するＡ点において、この負荷転動体１０ａから、図中矢印Ｆa1に沿う押圧力が作用するとともに、湾曲路１５の内側に指向した矢印Ｆa2に沿う力が作用する。
【００２１】
次に、図６に示すように、案内レール５３の長手方向に沿って移動自在なスライダ５４を備えた直線運動案内装置５１において、負荷転動路６１の端に位置する負荷転動体６０ａと湾曲路６５に設けられたタング部６７との間に無負荷転動体６０ｂが複数個としての二つ存在する場合に、これらの無負荷転動体６０ｂのうち湾曲路６５側に位置する一方の無負荷転動体６０ｂは、前記負荷転動体６０ａの回転が他方の無負荷転動体６０ｂを介して伝達されるため、負荷転動体６０ａの図中矢印Ｆ１に沿う転動方向と同方向の図中の矢印Ｍ２に沿って転動する。なお、図６に示す状態において、スライダ５４は矢印Ｓ１に沿って移動している。
【００２２】
前記タング部６７に当接した際に、前記一方の無負荷転動体６０ｂには、図７に示すように、既にタング部６７を乗上げて湾曲路６５内に侵入した転動体６０ｃと接するＢ１点において、この転動体６０ｃから、矢印Ｆb1′に沿う反力が作用するとともに、湾曲路６５の内側に指向した矢印Ｆb2′に沿う力が作用する。
【００２３】
また、タング部６７と接するＣ１点において、このタング部６７から湾曲路６５の内側に指向した図中矢印Ｆc′に沿う反力が作用する。さらに、前記負荷転動体６０ａ側に位置する他方の無負荷転動体６０ｂと接するＡ１点において、この負荷転動体６０ｂから、図中矢印Ｆa1′に沿う押圧力が作用するとともに、湾曲路１５の外側に指向した矢印Ｆa2′に沿う力が作用する。
【００２４】
前述した図５に示す矢印Ｆb1に沿う反力と図７に示す矢印Ｆb1′に沿う反力とは互いに等しくなつているとともに、図５に示す湾曲路１５の内側に指向した矢印Ｆb2に沿う力と、湾曲路６５の内側に指向した矢印Ｆb2′に沿う力と、は互いに等しくなっている。
【００２５】
また、図５および図７に示すタング部１７，６７と接するＣ点及びＣ１点において、前記無負荷転動体１０ｂ，６０ｂがタング部１７，６７を乗り越える際に必要とされる力は、前記負荷転動体１０ａから作用する矢印Ｆa1に沿う押圧力と前記負荷転動体６０ａ側に位置する無負荷転動体６０ｂから作用する矢印Ｆa1′に沿う押圧力と、図５中の矢印Ｆa2に沿う湾曲路１５の内側に指向した力と図７中の矢印Ｆa2′に沿う湾曲路６５の外側に指向した力と、によって定まる。
【００２６】
ここで、前記押圧力Ｆa1と力Ｆa2との関係は以下の式１によって示すことができ、かつ前記押圧力Ｆa1′と力Ｆa2′との関係は以下の式２によって示すことができる。さらに、これら押圧力Ｆa1と押圧力Ｆa1′との比（Ｆa1′／Ｆa1）は、以下の式３によって示すことができる。
【００２７】
Ｆa2＝μ×Ｆa1..........式１  
Ｆa2′＝μ×Ｆa1′......式２  
【数１】
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【００２８】
ただし、Ｄａ：転動体１０，６０の直径、μ：転動体１０，６０同志の摩擦係数、δ：タング部１７，６７と案内レール３，５３との間の隙間、である。
【００２９】
例えば、前記Ｄａ＝２、δ＝０．２およびμ＝０．１と仮定して、比較的小型な直動案内軸受装置の前記押圧力Ｆa1と押圧力Ｆa1′との比（Ｆa1′／Ｆa1）を求めると、このＦa1′／Ｆa1＝２．９となる。このため、前記負荷転動体１０ａと湾曲路１５に設けられたタング部１７との間に無負荷転動体１０ｂが奇数個存在する場合の方が、偶数個存在する場合と比べてこの無負荷転動体１０ｂがタング部１７を乗上げる際に必要な力が約１／３で済む。
【００３０】
したがって、前記スライダ４が案内レール３に沿って移動する際の動摩擦力を抑制できるとともに、前記スライダ４の動きが滑らかとなつて、前記スライダ４の動摩擦力の変動を抑制できる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によると、前記負荷転動路内を負荷を伴って転動する負荷転動体のうち前記負荷転動路の端に位置する負荷転動体と湾曲路に設けた転動体すくい上げ部との間に、例えば一つや三つなどの奇数個の無負荷転動体が存在するように、前記負荷転動路と湾曲路とに亘って拡張部を形成している。
【００３２】
このため、前記湾曲路内に侵入する無負荷転動体がこの湾曲路内に侵入しやすい回転方向に転動することとなる。したがって、スライダが案内部材に沿って移動する際の動摩擦力を抑制でき、かつこの動摩擦力の変動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の一実施形態を図１ないし図３を参照して説明する。  
工作機械、産業機械などにリニアガイドなどとして、図１に示す直線運動案内装置としての直動案内軸受装置１が用いられる。前記直動案内軸受装置１は、図１及び図２に示すように、一方向に延びる案内部材としての案内レール３と、案内レール３を跨いでこの案内レール３の長手方向に沿って移動自在に組み付けられた断面コ字状のスライダ４などを備えている。
【００３４】
案内レール３は、その外面に、長手方向に沿って延びた断面円弧状の転動溝としての転動体転動溝５を複数形成している。なお、図示例においては、この転動体転動溝５を、長手方向に対する左右両外面のそれぞれに２か所、計４か所に設けている。これらの転動体転動溝５は、互いに略平行に形成されている。
【００３５】
スライダ４は、スライダ本体６と、このスライダ本体６の両端部に取付けられたエンドキャップ７とを備えている。また、エンドキャップ７に近い側から、これらのエンドキャップ７に補強板１２、潤滑剤含有部材１３及びサイドシール１４などが重ね合わした状態で取付けられている。
【００３６】
前記スライダ４は、図２に示すように、その両裾部の内側面に前記転動体転動溝５の夫々に相対する負荷転動体転動溝８を備えている。前記転動体転動溝５と、負荷転動体転動溝８とは互いに対向合致した状態で負荷転動路１１を構成している。
【００３７】
また、スライダ４は、前記両裾部の肉厚部分に前記レール３の長手方向に沿つて貫通しかつそれぞれの負荷転動体転動溝８と略平行に設けられた転動体戻し路９と、前記負荷転動路１１と転動体戻し路９とを互いに連結する湾曲路１５とを備えている。
【００３８】
前述した負荷転動路１１、転動体戻し路９及び湾曲路１５とで、転動体循環路１６を構成している。この転動体循環路１６内には、転動体１０が多数装填されている。なお、図示例では、これらの転動体１０として例えば鋼またはセラミックスなどからなる球状のボールを用いている。
【００３９】
これらの転動体１０は、前記負荷転動路１１内では、前記転動体転動溝５，８上を負荷を伴って転動し、かつ前記転動体戻し路９及び湾曲路１５内では、これらの内周面に対し負荷を伴うことなく滑りを伴って転動する。
【００４０】
転動体１０が前記転動体転動溝５，８上などを転動しかつ前記転動体循環路１６内を循環することなどによって、前記スライダ４が前記案内レール３の長手方向に沿って移動自在となる。
【００４１】
また、前記スライダ４は、エンドキャップ７に設けられた湾曲路１５の転動体転動溝５側の端部に、前記転動体１０が負荷転動路１１から湾曲路１５内に侵入する際に、後述の無負荷転動体１０ｂと当接してこの転動体１０ｂを湾曲路１５内に導くタング部１７を設けている。タング部１７は、本明細書に記した転動体すくい上げ部をなしている。
【００４２】
さらに、前記スライダ４の負荷転動路１１と湾曲路１５とに旦って、これらの内径が拡大して形成された拡張部としてのクラウニング２０が形成されている。図示例において、負荷転動体転動溝８が転動体転動溝５に対して離れる方向に形成されており、このように負荷転動体転動溝８が形成されることによって、クラウニング２０は構成されている。
【００４３】
クラウニング２０は、図示例において、前記負荷転動路１１内を負荷を伴って転動している転動体１０のうち前記負荷転動路１１の端に位置する負荷転動体１０ａと、前記湾曲路１５に設けられたタング部１７と、の間に、負荷を伴わずに転動する無負荷転動体１０ｂが奇数個としての一つのみ存在するように形成されている。
【００４４】
前記クラウニング２０は、図示例において、前記無負荷転動体としての転動体１０ｂの少なくとも一部が、前記負荷転動体としての転動体１０ａと湾曲路１５との問に位置するように形成されている。
【００４５】
前述した構成によれば、前記転動体１０のうち前記負荷転動路１１の端に位置する負荷転動体１０ａと、タング部１７と、の間に、無負荷転動体１０ｂが一つのみ存在するので、前記式３に示したように前記転動体１０ｂが前記タング部１７を乗上げる際に必要とされる力が、無負荷転動体６０ｂが二つなどの偶数個存在する従来の直動案内軸受装置５１と比較して約１／３で済む。
【００４６】
このため、図３に示すように、前記スライダ４が案内レール３に沿って移動する際の動摩擦力を、図９に示す従来例と比較して抑制できるとともに、この動摩擦力の変動を抑制して略一定とすることができる。
【００４７】
なお、図３においては、図２中の矢印Ｓに沿う一方の方向に沿ってスライダ４を移動させた場合の動摩擦力をプラスとし、図２中の矢印Ｔに沿う他方の方向に沿ってスライダ４を移動させた場合の動摩擦力をマイナスとしている。
【００４８】
なお、本発明の実施形態では、転動体１０としてボールを用いた例を示したが、転動体１０としてボールのかわりに鋼またはセラミックスなどからなるころを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態の直動案内軸受装置の斜視図。
【図２】同実施形態の直動案内軸受装置の一部を示す断面図。
【図３】同実施形態の直動案内軸受装置の動摩擦力の変化の一例を示す図。
【図４】本発明の直動案内軸受装置の負荷転動路と湾曲路とに亘る転動体の転動方向などを示す断面図。
【図５】図４に示した状態の無負荷転動体に作用する力を示す説明図。
【図６】従来の直動案内軸受装置の負荷転動路と湾曲路とに亘るボールの転動方向などを示す断面図。
【図７】図６に示した状態の無負荷転動体としてのボールに作用する力を示す説明図。
【図８】従来の直動案内軸受装置の一部を示す断面図。
【図９】図８に示された従来の直動案内軸受装置の動摩擦力の変化の一例を示す図。
【符号の説明】
【００５０】
１…直動案内軸受装置（直線運動案内装置）、３…案内レール（案内部材）、４…スライダ、５…転動体転動溝、８…負荷転動体転動溝、１０…転動体、１０ａ…負荷転動体、１０ｂ…無負荷転動体、１１…負荷転動路、１５…湾曲路、１７…タング部（転動体すくい上げ部）、２０…クラウニング（拡張部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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