(57)【要約】【課題】摺動面に作用する面圧が低く、平行平面の摺動面を有する工作機械のすべり直動案内に従来技術を適用しても、流体潤滑膜の形成によって摺動面間の金属接触を防止して、低摺動摩擦係数化を図ることは困難であった。【解決手段】対向する一組の案内部材３、４のそれぞれの摺動面１、２の隙間に潤滑油を供給して相対運動するすべり直動案内装置において、一方の摺動面１に、潤滑油を摺動面間に拡散させるための第１の油溝５と、第１の油溝に連結された潤滑油供給孔６と、第１の油溝から供給された潤滑油によって摺動時に摺動面間に潤滑油膜圧力を発生させるための複数の第２の油溝７と、第１の油溝と第２の油溝の相互を連結する油溝８とを設け、それらの油溝を設けた摺動面とそれに対向する摺動面の表面粗さを小さくした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一組の案内部材のそれぞれの摺動面の隙間に潤滑油を供給して相対運動するすべり直動案内装置において、一方の摺動面に、潤滑油を摺動面間に拡散させるための第１の油溝と、前記第１の油溝に連結された潤滑油供給孔と、前記第１の油溝から供給された潤滑油によって摺動時に前記摺動面間に潤滑油膜圧力を発生させるための複数の第２の油溝とを設けたことを特徴とするすべり直動案内装置。
【請求項２】
第１の油溝と第２の油溝を設けた摺動面に対向する摺動面の表面粗さを１μｍＲｚ以下としたことを特徴とする請求項１に記載のすべり直動案内装置。
【請求項３】
第１の油溝と第２の油溝を設けた摺動面の表面粗さを１μｍＲｚ以下としたことを特徴とする請求項１または２に記載のすべり直動案内装置。
【請求項４】
摺動面上に形成した複数の第２の油溝が互いに連結されていることを特徴とする請求項１、２または３に記載のすべり直動案内装置。
【請求項５】
摺動面上に形成した第１の油溝と第２の油溝が互いに連結されていることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載のすべり直動案内装置。
【請求項６】
第１の油溝または第２の油溝が、きさげ加工により施されたことを特徴とする請求項１、２、３、４または５に記載のすべり直動案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復摺動するすべり直動案内装置に関するものであり、金型などの難削材料の切削に用いられる工作機械の案内装置として用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
すべり直動案内の摺動摩擦係数を低減する方法の一つとして、すべり案内の摺動面にきさげ加工する方法がある。きさげ加工の本来の目的は、摺動面の平行度と平面度を確保することであるが、このきさげ加工によって摺動面に設けられた５μｍ〜１０μｍ程度の凹みは、直動案内の摺動時に油溝（油溜まり）の作用をして、潤滑性向上に効果があることが非特許文献１に記載されている。
【０００３】
工作機械に用いられるすべり直動案内のきさげ加工の多くは、熟練作業者による手仕上げ作業でされている。このような背景のもと、摺動面に設けたきさげの油溝作用に着目し、摺動面に微細な凹みを設けてすべり直動案内の摺動摩擦係数を低減する方法が従来技術として多数公開されているが、これらの従来技術は、十分なきさげ効果を発揮しているとはいえなかった。
【０００４】
特許文献１、特許文献２、特許文献３に公開されている方法は、摺動面の一方または両方に微細な凹みを設け、その凹部に潤滑剤を保持して摺動面間の潤滑性を向上する方法である。例えば、特許文献３では、エンジンのクランクシャフトやカムシャフトの摺動部材の摺動面に０．５μｍ〜２０μｍの微細な溝を設け、その微細溝の最適配置について開示している。このすべり案内について、円柱軸と軸受メタルの油浴潤滑における摺動試験結果から、摺動面に微細溝を構成する効果が明らかにされている。
【０００５】
しかし、工作機械のすべり直動案内のように平行平面の摺動面を有する開放型のすべり直動案内では、潤滑油の側方漏れがあるため、摺動面間の潤滑状態は潤滑油が潤沢に供給される油浴潤滑方式の軸受とは大きく異なっている。また、円筒面同士の摺動面を有するすべり案内では、摺動面の一部分でくさび効果によって摺動面間の潤滑油に動圧が発生し、摺動面同士の金属接触を防止する効果が期待できる。しかし、工作機械のすべり案内では、そのような効果も期待できない。これらの理由から、前記の方法をそのまま工作機械の摺動面に適用しても、工作機械のすべり直動案内の摺動摩擦係数を低減することは難しいといえる。
【０００６】
また、特許文献４では、工作機械のすべり直動案内を対象として、潤滑油を摺動面に効率的に拡散させることを目的として、摺動面の一方に凹みを設けるとともに、その凹み同士を油溝で連結した溝を有することを特徴とした摺動面が開示されている。円筒面同士の摺動面を有するすべり案内では摺動面間の潤滑油に動圧が発生して摺動面間で潤滑油流れが発生して潤滑油膜が保持されやすいが、動圧効果の少ない工作機械のすべり直動案内でそのような潤滑油流れは発生しにくく、潤滑油膜の保持性も悪い。特許文献４に示されているように摺動面に設けた凹みを互いに連結して摺動面間で潤滑油流れが発生しやすくすることは、潤滑油を摺動面の広い領域に拡散させるために効果があると考えられる。発明者らによるきさげ加工面の表面粗さ測定結果からも、きさげ加工による凹みは単独の凹みを形成するのではなく、大きな凹み同士が連結されていることが確認された。
【０００７】
一方で、摺動摩擦係数の低減には、摺動面同士の金属接触を防止することが有効である。例えば、静圧案内では、この金属接触を防止するため、外部から静圧を付与した潤滑油を供給しているが、十分な流体潤滑油膜厚を確保するため、静圧受圧面を高精度加工して
表面粗さを小さくする工夫がされている。上述の特許文献４の従来技術では、凹部を設けた摺動面に対向する相手面や摺動面の凹部がない部分の表面状態に関する記載はないが、流体潤滑油膜の形成に潤滑油の動圧を利用する案内でも、摺動面に対向する面や摺動面の溝部以外の面の表面粗さが小さくなければ、摺動摩擦係数の低減に寄与できる流体潤滑油膜の形成は困難である。
【０００８】
さらに、特許文献５や特許文献６に開示された方法は、上述の特許文献１から特許文献３に示された従来技術と同様に、摺動面の一方または両方に微細な凹みを設けて摺動面間の潤滑性の向上を目的とした方法であるが、さらに凹みを設けた摺動面に対向する面の表面粗さを小さくして、摺動面間の潤滑性の向上を目的としたものである。特許文献１〜３について説明した理由と同様になるが、これらの特許文献に示されている方法の凹みは、油溝同士が連結されていない単独の油溝を形成しているため、油浴潤滑状態のように潤滑油が潤沢に供給される条件でなければ、その効果が期待できない。
【０００９】
以上のように、摺動面を有するすべり直動案内の摺動摩擦係数を低減するために様々な方法が公開されている。しかし、工作機械のすべり直動案内のように、摺動面に作用する面圧が低く、開放型の摺動面を有するすべり直動案内にこれらの従来技術を適用しても、流体潤滑膜の形成によって摺動面間の金属接触を防止して低摺動摩擦係数化を図ることは困難であった。
【非特許文献１】２００１年３月３０日発行、社団法人日本トライボロジー学              会編、トライボロジーハンドブック、ｐｐ．３４３−３４５。
【特許文献１】特開２００４−３０８７７９号公報
【特許文献２】特開平１１−６３３８６号公報
【特許文献３】特開２００６−１７２５９号公報
【特許文献４】特開２００３−２１１３３３号公報
【特許文献５】特開２００２−２３５８５２号公報
【特許文献６】特開２００６−１７２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
金型といった難削材料の高精度・高能率加工の実現には、高剛性・高振動減衰性直動案内装置を搭載した工作機械による加工が望まれる。工作機械の直動案内装置として従来から広く用いられてきたころがり案内は、ころがり摩擦係数が小さく、比較的容易に高い位置決め精度を確保できるが、高能率難削材加工に必要な剛性と振動減衰性を有しているとはいえなかった。
【００１１】
近年、この問題に対応するため、金型の高能率加工に対応できる工作機械の案内装置として、すべり案内方式の直動案内が見直されるようになってきた。すべり案内装置は、潤滑油を介して摺動面同士が面接触した状態で摺動するため、負荷容量が大きく、振動減衰性も高い。しかし、その一方で、すべり直動案内の摺動摩擦係数は、ころがり案内のころがり摩擦係数に比べて高く、位置決め精度の確保や消費電力の増大が問題となっていた。
【００１２】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、従来のすべり直動案内装置と比較して広い摺動速度範囲で摺動摩擦係数の小さいすべり直動案内装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１の発明は、対向する一組の案内部材のそれぞれの摺動面の隙間に潤滑油を供給して相対運動するすべり直動案内装置において、一方の摺動面に、潤滑油を摺動面間に拡散させるための第１の油溝と、前記第１の油溝に連結された潤滑油供給孔と、前記第１の油溝から供給された潤滑油によって摺動時に前記摺動面間に潤滑油膜圧力を発生
させるための複数の第２の油溝とを設けたことを特徴とするすべり直動案内装置である。
【００１４】
請求項２の発明は、第１の油溝と第２の油溝を設けた摺動面に対向する摺動面の表面粗さを０．２μｍＲｚ以下としたことを特徴とする請求項１に記載のすべり直動案内装置である。
【００１５】
念のため、Ｒｚとは粗さ曲線から基準長さの部分を抜き取り、その抜き取った部分の山頂線と谷底線の縦倍率の方向の間隔を示す。
【００１６】
請求項３の発明は、第１の油溝と第２の油溝を設けた摺動面の表面粗さを０．２μｍＲｚ以下としたことを特徴とする請求項１または２に記載のすべり直動案内装置である。
【００１７】
請求項４の発明は、摺動面上に形成した複数の第２の油溝が互いに連結されていることを特徴とする請求項１、２または３に記載のすべり直動案内装置である。
【００１８】
請求項５の発明は、摺動面上に形成した第１の油溝と第２の油溝が互いに連結されていることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載のすべり直動案内装置である。
【００１９】
請求項６の発明は、第１の油溝または第２の油溝が、きさげ加工により施されたことを特徴とする請求項１、２、３、４または５に記載のすべり直動案内装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１および第２の油溝や油溝同士を連結する油溝によって潤滑油供給孔から供給された潤滑油を摺動面全域に拡散できるとともに、第２の油溝によって摺動面間に流体潤滑膜を形成できるため、低面圧で摺動する平行平面摺動面を有するすべり直動案内でも摺動面同士の金属接触を防止できる。そのため、以下に記載する実施例の説明でも明らかにするように、従来のすべり直動案内装置と比較して広い摺動速度範囲で摺動摩擦係数の小さいすべり直動案内装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【００２２】
図１、図２は、それぞれ本発明の一実施例におけるすべり直動案内装置の一部断面図（図２のＡ−Ａ断面図）、一部平面図である。図１、図２において、５は対向する一組の案内部材３、４のうちの一方の案内部材４の摺動面１に設けられた第１の油溝、６は第１の油溝５に連結された潤滑油供給孔、７は摺動面１に設けられた第２の油溝、８は第１の油溝５と第２の油溝７とを連結する油溝、２は案内部材３の摺動面をそれぞれ示す。第１の油溝５は潤滑油を摺動面１、２間に拡散させるために、また、複数の第２の油溝７は潤滑油によって摺動時に摺動面１、２間に潤滑油膜圧力を発生させるべく作用する。
【００２３】
図３は、すべり直動案内モデルの摺動摩擦係数の測定に用いた高速摺動摩擦試験機の概略図を示す。本摺動摩擦試験機は、スライダ４’（一方の案内部材４に相当）とプレート３’（他方の案内部材３に相当）の摺動摩擦力を測定する装置であり、固定されたスライダ４’に対してプレート３’が１０００〜５００００ｍｍ／ｍｉｎの摺動速度で往復直線運動する。これらの摩擦力はスライダ４’に取り付けた直径０．８ｍｍのワイヤー１５を介してロードセル１４で検出した。また、垂直荷重はテーブル１６上に設置した錘によって負荷し、ロードセルで摺動面に作用する垂直荷重を検出した。本実施例では０．１ＭＰａの摺動面面圧に相当する垂直荷重を摺動面間に負荷した。１０はガイドローラである。
【００２４】
図４は、本実施例の摺動摩擦試験に使用したスライダ摺動面１の形状を示す。スライダ
４’の中央部に直径４ｍｍの潤滑油供給孔６を設け、その潤滑油供給孔６に連結して請求項１等に記載の第１の油溝５を設けた。本実施例では、第１の油溝５の深さは１ｍｍとし、潤滑油供給孔６から供給された潤滑油１１を摺動面１の全面に拡散させるため、第１の溝形状はＺ型としたが、それに限るものではない。また、摺動摩擦試験には粘度指数ＶＧが１０の潤滑油１１を使用し、１回の往復摺動あたり０．０６ミリリットルで潤滑油供給孔６から潤滑油１１を定量給油した。
【００２５】
図５は、スライダ４’の摺動面１において第１の油溝５がない領域の表面粗さ測定結果を示す。本実施例では、スライダ４’の摺動面１はきさげ加工した。図５に示した測定結果から明らかなように、摺動面１は約１０μｍの深さの凹部７’とそれより溝深さの小さい凹部８’が互いに連結された油溝を形成し、各請求項に記載の第２の油溝７および請求項４、５に記載の油溝８を摺動面１に形成していることになる。上記の第１の油溝５の場合と同様に、第２の油溝７とそれらを連結する油溝８およびその加工方法はこの実施例に記載のものに限られるものではない。
【００２６】
表１は、摺動摩擦試験に使用したスライダ４’とプレート３’の材質と摺動面１、２の表面粗さ測定結果を示す。ただし、表１中に示したきさげ面の表面粗さは、きさげ加工した凹部も含む測定範囲で測定した結果である。本実施例に係るプレート３’の摺動面２は鏡面加工し、表面粗さの最大高さＲｚは０．１２μｍに仕上げた。この表面粗さの最大高さＲｚの０．１２μｍは、本発明の請求項２に対応している。また、本発明に係る実施例の有効性を明らかにするため、摺動面１をきさげ加工したスライダ４’と、研削加工したプレート３’を用いた摺動摩擦試験も行った。なお、研削加工した摺動面の表面粗さの最大高さは１．２０μｍＲｚであった。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
図６は、すべり直動案内の摺動摩擦試験結果を示す。ただし、摺動面１を鏡面加工したスライダ４’の摺動摩擦試験結果は、第１の油溝５は設けなかった場合についての試験結果である。本発明の請求項５に係るＺ型油溝５を有するきさげ加工面と鏡面加工面の組み合わせのすべり直動案内は、従来のきさげ加工面と研削加工面の摺動面１、２の組み合わせと比べて摺動摩擦係数は大幅に低減し、摺動速度が２００ｍｍ／ｓ〜８００ｍｍ／ｓの領域で摺動摩擦係数が０．０１になった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例におけるすべり直動案内装置を示す一部断面図である。
【図２】本発明の一実施例におけるすべり直動案内装置を示す平面図である。
【図３】実施例に示すすべり直動案内モデルの摺動摩擦試験に用いた摺動摩擦試験機を示す図である。
【図４】実施例に示すスライダの摺動面形状を示す図である。
【図５】実施例に示すスライダ摺動面の表面粗さ測定結果を示す図である。
【図６】実施例に示すべり直動案内モデルの摺動摩擦係数の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  第１の油溝と第２の油溝を設けた摺動面
２  第１の油溝と第２の油溝を設けた摺動面に対向する摺動面
３  案内部材
４  案内部材
５  第１の油溝
６  潤滑油供給孔
７  第２の油溝
８  第１の油溝と第２の油溝とを連結する油溝
１０  ガイドローラ
１１  潤滑油
１４  ロードセル
１５  ワイヤー
１６  テーブル
【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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【手続補正書】
【提出日】平成18年12月4日(2006.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項２の発明は、第１の油溝と第２の油溝を設けた摺動面に対向する摺動面の表面粗さを１μｍＲｚ以下としたことを特徴とする請求項１に記載のすべり直動案内装置である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項３の発明は、第１の油溝と第２の油溝を設けた摺動面の表面粗さを１μｍＲｚ以下としたことを特徴とする請求項１または２に記載のすべり直動案内装置である。