(57)【要約】  【課題】  本発明は、使用寿命、耐負荷、耐衝撃能力および剛性表現に優れた圧縮負荷強化型ローラ式リニアガイドウェイユニットの設計を提供する。  【解決手段】  リニア伝動素子は、スライダの同一断面積において六列の循環ローラを配置してリニアガイドウェイの回転素子とする。ガイドウェイは長条形で腰部を頭部並びに底部より狭く形成し、スライダはガイドウェイの回転平面に対応するローラを回転させるための平面を備え、ローラ保持素子はスライダユニットとスライドウェイとを分離するときローラがスライダユニットから落ちないように保護し、スライダの両端に設けられた還流方向転換素子はローラを案内して回転方向を変更させ、還流方向転換阻止、還流管および両エンドカバーによりローラが無限循環の還流運動を行なえる。【選択図】    図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイドウェイ、スライダ本体、六列型循環ローラ式回転体、複数のローラ保持素子、六つの還流方向転換素子、六つの還流管、二つのエンドカバーおよび複数の締付素子を含む圧縮負荷強化型ローラ式リニアガイドウェイユニットにおいて、
前記ガイドウェイは、長条形の構造で、その断面の腰部がその頭部および底部より狭く形成され、頭部の右上方、右下方、左上方、左下方および底部の右上方、左上方のそれぞれにローラが回転するための平面が設けられ、
また、前記スライダ本体は、少なくとも六つのローラが循環し還流するための通孔及び六つのローラを回転させるための平面を備え、このローラが回転する平面は、前記ガイドウェイの回転平面に対応し、また
前記六列型循環ローラは、それぞれ両対応する回転平面に保持され、また前記ローラ保持素子は、スライダユニットとスライドウェイとを分離する時、ローラがスライダユニットから落ちないように保護し、また
前記還流方向転換素子は内方向転換素子および外方向転換素子を含み、この内、外方向転換素子の外側にそれぞれ円弧状の回転路面を設け、前記外方向転換素子の内側に内方向転換素子に対向する円弧状の回転路面を設け、この還流方向転換素子がそれぞれスライダの両端に設けられ、ローラを案内して回転方向を変更させ、また、
前記の還流管は、中空の構造で、スライダ本体の通孔中に埋められ、ローラの還流に用いられ、また
前記エンドカバーは、前記スライダ本体の両端に接続され、その上に六つの還流方向転換素子に対応する円弧状の曲面が設けられ、さらに
これらの還流方向転換素子、還流管及び両エンドカバーによりローラが無限循環の還流運動を行えることを特徴とする。
【請求項２】
前記還流管は両半分の還流管部からなることを特徴とする請求項１記載の圧縮負荷強化型ローラ式リニアガイドウェイユニット。
【請求項３】
上列ローラが受けた負荷方向の配置する接触角度をα、中列ローラが受けた負荷方向の配置する接触角度をβ、下列ローラが受けた負荷方向の配置する接触角度をγとし、上列ローラの接触角度αが９０°に設定された場合、リニアガイドウェイが圧縮負荷の重い負荷を受けた時、より優れた耐負荷及び耐衝撃能力が得られ、αが４５°に設定された場合、上列ローラと下列ローラとは負荷が均一に受けられ、リニアガイドウェイの使用寿命を延長可能であるため、接触角度αは４５°≦α≦９０°になることを特徴とする請求項１記載の圧縮負荷強化型ローラ式リニアガイドウェイユニット。
【請求項４】
中列ローラと下列ローラとを交差還流に配置するように設置され、ローラ還流を順調に確保するため、各列のローラの還流経路方向（Ｙｉ）はローラの長さ方向（Ｘｉ）と略垂直になり、接触角度βと接触角度γは約４５°になることを特徴とする請求項３記載の圧縮負荷強化型ローラ式リニアガイドウェイユニット。
【請求項５】
前記内方向転換素子の円弧状の回転路面の隣にそれに対応する外方向転向素子の位置決めピンを突設すると共に、この外方向転換素子の円弧状の回転路面の隣にそれぞれ内方向転換素子に対応する位置決め孔を凹設し、かつエンドカバーに対応する位置決めピンを突設することを特徴とする請求項１記載の圧縮負荷強化型ローラ式リニアガイドウェイユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮負荷強化型ローラ式リニアガイドウェイユニットの設計に関し、機械設備に応用されるリニア伝動素子は、リニアガイドウェイの使用寿命、耐負荷、耐衝撃能力および剛性表現を大幅に向上できるローラ式リニアガイドウェイユニット。
【背景技術】
【０００２】
今までのリニアガイドウェイは、主にガイドウェイとスライダを含み、ガイドウェイが長条形加工物で、その上に回転子の回転用溝が設けられる。また、スライダは冂の字形状の加工物で、その上に溝を設け、前記ガイドウェイの溝に対応して回転子をその間に回転することができる。回転する回転子を循環回転させるためには、スライダ上は、その両端に両エンドカバーを設けることが必要とされ、さらに、エンドカバー上に回動経路を設け、回転子が回動経路を介してスライダとガイドウェイの溝の間に循環回転することができる。
【０００３】
その内、圧縮負荷強化型ローラ式リニアガイドウェイユニットの設計に関しては、既知の従来技術を以下のように分類できる。
【０００４】
まず、多くの従来技術の何れにも四列型ローラ式リニアガイドウェイの設計、例えば米国特許第４６９２０３７号、米国特許第４７１５７２９号、米国特許第６１０９７８９号及び特開昭６０−１３９９１２号が開示されている。図１に示す従来の四列型ローラ式リニアガイドウェイユニット図を参照すると、その内、図示のローラが負荷を受けた方式は対面拘束構造を採用して四列のローラが交差方式でスライダの両翼部に配置される。
【０００５】
機構の幾何関係および構造強度の分析について、図２を参照すると、一種従来の四列型ローラ式リニアガイドウェイの変形斜視図である。このような設計は、以下の問題がある。
１．リニアガイドウェイは、圧縮式の重い負荷（Ｆ）を受けた時、下方の両列のローラ２４、２５のみ負荷を受けることになるので、スライダ２２がラッパ状に変形しやすくなり、リニアガイドウェイが精度不良になる。
２．また、僅か両列のローラ２４、２５が負荷を受けた時、ローラはより大きな接触応力が発生し、ローラは材料疲労が逸早く発生し、リニアガイドウェイの使用寿命が短縮される。
【０００６】
次に、米国特許第５６７２０１１号に開示されているように、図３は、従来の六列型ボール式リニアガイドウェイユニット図を、図４は、従来のエンドカバーの構造図を示しているがそれらを参照すると、当該設計は、六列のボール３をそれぞれスライダ１の両翼部に水平に配置し、このような設計は、スライド１の各翼部にボール３を還流させるための三つの還流通孔４を開ける必要がある。
【０００７】
機構の幾何関係および構造的強度の分析については、図５を参照すると、一種従来の六列型ローラ式リニアガイドウェイの変形斜視図である。このような設計は、以下の問題がある。
１．同じ断面積において、スライダ１の肉厚が薄くなってるので、構造的な強度が不足で、圧縮の重い負荷を受けた時、スライダ１がラッパ状に変形しやすくなるので、リニアガイドウェイが精度不良になる。
２．また、ローラと回転路面との線接触モールドに対して、ボール３と回転路面１５とは点接触モールドであるため、重い負荷を受けた時、ボール３はより大きい接触応力が発生してボールに係る材料疲労が加速されリニアガイドウェイの使用寿命が短縮される。
【０００８】
そのため、前記の問題について、より理想的、実用的または進歩的なものを求める今日では、誠に努力して改善すべき目標としている。
【特許文献１】米国特許第４６９２０３７号明細書
【特許文献２】米国特許第６１０９７８９号明細書
【特許文献３】米国特許第４７１５７２９号明細書
【特許文献４】特開昭６０−１３９９１２号明細書
【特許文献５】米国特許第５６７２０１１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、圧縮負荷強化型ローラ式リニアガイドウェイユニットの設計を提供し、スライダの同一断面積においてリニアガイドウェイの回転素子として六列の循環ローラを設置する。スライダが圧縮式重い負荷を受けた時、これにより、リニアガイドウェイの使用寿命、耐負荷、耐衝撃能力および剛性表現を大幅に向上でき、長寿命、重い負荷または高い剛性の優れた性能まで達し得る。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的を達成するために、本発明による圧縮負荷強化型ローラ式リニアガイドウェイユニットは、ガイドウェイ、スライダ本体、六列の循環ローラ式回転体、複数のローラ保持素子、六つの還流方向転換素子、六つの還流管、二つのエンドカバーおよび締付素子を含む。
【００１１】
前記ガイドウェイは、長条形の構造で、その断面の腰部はその頭部または底部より狭く形成され、頭部の右上方、右下方、左上方、左下方および底部の右上方、左上方のそれぞれにローラの走行用平面が設けられ、また、このスライダ本体は、少なくとも六つのローラが循環還流するための通孔と六つのローラを回転させるための平面とを備える。これらのローラの走行用平面は、前記ガイドウェイの走行用平面に対応し、かつ前記六列の循環ローラがそれぞれ両対応した走行平面に保持され、また前記ローラ保持素子はスライダユニットを保護してスライダと分離する際にスライダユニットから脱落しないようにする。前記の還流方向転換素子は、内方向転換素子および外方向転換素子を含み、それぞれスライダの両端に設けられ、ローラを案内してその運動方向を変更させる。さらに、前記の還流管は、中空の構造で、かつスライダ本体の通孔中に埋め込まれ、ローラの還流に用いられる。前記エンドカバーは、前記スライダ本体の両端に接続され、その上に六つの、還流方向転換素子の対応する円弧状の曲面が設けられ、また、これらの還流方向転換素子、還流管及び両エンドカバーはローラが無限循環の還流運動を行うために用いられるものである。
【００１２】
当設計における上列ローラが受ける負荷方向の配置する接触角度はαで、中列ローラが受ける負荷方向の配置する接触角度はβで、下列ローラが受ける負荷方向の配置する接触角度はγである。ローラ還流の順調度を確保するためには、各列のローラの還流経路方向（Ｙｉ）は、ローラの長さ方向（Ｘｉ）と略垂直になり、また中列ローラと下列ローラとを交差還流するように設置されるので、接触角度βと接触角度γは約４５°になっている。リニアガイドウェイの耐負荷および耐衝撃能力は、ローラの負荷を受ける方向の配置する接触角度と関係する。従って、上列ローラの接触角度αが９０°に設定された場合、リニアガイドウェイが圧縮式の重い負荷を受けた時、より優れた耐負荷及び耐衝撃能力が得られる。接触角度αが４５°に設定された場合、上列ローラと下列ローラとは均一的な負荷を受けているので、リニアガイドウェイの使用寿命を延長することができ、接触角度αは４５°≦α≦９０°が理想である。
【発明の効果】
【００１３】
前記を総じて、従来技術の問題に対して本発明により以下のような効果が得られる。
１．リニアガイドウェイの使用寿命が大幅に増加される。
２．リニアガイドウェイのスライダの構造的強度は大幅に増加し、リニアガイドウェイの剛性表現が増加されると共に、超高精度の加工を実現できる。
３．リニアガイドウェイの耐負荷、耐衝撃能力が大幅に増加される。
４．本発明により設計した機構素子は、いずれもプラスチックで成型可能であるため、生産目標に快速に達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の特徴及び技術内容をより詳しく理解するため、以下のように、本発明のより好ましい実施例及び説明を参照されたい。但し、このような実施例及び図面は、単に説明または参考するために用いられるもので、本発明に対して如何なる制限はない。
【００１５】
まず、図６に示す本発明のリニアガイドウェイの分解斜視図を参照すると、機械設備に応用されるリニア伝動素子である。その構造は、スライドウェイ１、スライダ本体２、六列の循環ローラ式回転体４、複数のローラ保持素子５、六つの内方向転換素子６１、六つの外方向転換素子６２、六つの還流管７、二つのエンドカバー３及び締付素子８を含む。
【００１６】
図７に示す本発明のスライダとガイドウェイとの組合せ図を参照すると、その内、スライドウェイは長条形の構造で、その断面の腰部は、その頭部および底部より狭く形成され、頭部の右上方１１、右下方１２、左上方１３、左下方１４および底部の右上方１５、左上方１６には、それぞれローラが走行するための平面が設けられ、前記スライダ本体は、少なくともローラを還流させるための六つの通孔２０およびローラが走行するための六つの平面２１、２２、２３、２４、２５、２６が備えられる。
【００１７】
次に、図８に示す本発明のリニアガイドウェイユニットの立体図と図９に示す本発明の図８のＦ−Ｆ線に沿った断面図を合せて参照すると、図示の六つの走行平面は、前記スライドウェイの走行平面に対応し、かつ六列の循環ローラが両対応した走行平面に保持される。ローラ保持素子５１、５２、５３は、ローラを保持するために用いられ、スライダユニットとスライドウェイとを分離する時、ローラがスライダユニットから脱落することはない。
【００１８】
図１０に示す本発明の図９のＡ−Ａ線に沿った断面図、図１１に示す本発明の図９のＢ−Ｂ線に沿った断面図および図１２に示す本発明の図９のＣ−Ｃ線に沿った断面図を参照すると、還流管７は、中空の構造で、スライダ本体の通孔中に埋め込まれ、ローラの還流に用いられる。エンドカバー３は、前記スライダ本体の両端に接し、その上に還流方向転換素子に対応する六つの円弧状の曲面が設置される。
【００１９】
図１３に示す本発明のローラとスライダとガイドウェイとの組合せ図を参照すると、当設計のローラの負荷を受ける方向は、上列ローラ４１、４３の接触角度をα、中列ローラ４２、４４の接触角度をβ、下列ローラ４５、４６の接触角度をγ、それぞれ配置する。
【００２０】
本発明は、研究開発の過程において以下の理論を応用して分析する。
一、機構の幾何的関係のシミュレーションおよび構造的強度の分析
２Ｄおよび３Ｄのグラフィックソフトウェアを利用して本発明の初期的デザインした機構シミュレーションを行うことによって、従来のリニアスライドウェイと同じ断面積において、本発明は、リニアガイドウェイの回転素子として六列型の循環ローラを配置すると共に、スライダの肩部に両還流通孔を開け、さらに両翼部にそれぞれ両還流通孔を開けてローラの還流に用いられることができる。これによって、還流通孔をスライダの断面内に分散することで、その構造的強度は従来技術より優れている。
【００２１】
二、力学的分析
当設計のローラの負荷を受ける方向は、上列ローラと回転路面との接触角度をα、中列ローラと回転路面との接触角度をβ、下列ローラと回転路面との接触角度をγ、それぞれ配置する。ローラがその直径方向に順調に還流できるが、その長方向では回転できないため、ローラ還流の順調度を確保するためには、各列のローラの還流経路方向（Ｙｉ）は、ローラの長方向（Ｘｉ）と略垂直になり、中列ローラと下列ローラとを交差還流するように設置されるので、βとγとは約４５°になっている。リニアガイドウェイの耐負荷および耐衝撃能力はローラとの接触角度に関係しており、上列ローラの接触角度αが９０°に設定された場合、リニアガイドウェイが圧縮式の重い負荷を受けた時により優れた耐負荷及び耐衝撃能力が得られる。αが４５°に設定された場合、上列ローラと下列ローラは、均一的な負荷を受けているので、リニアガイドウェイの使用寿命を延長することができ、４５°≦α≦９０°は理想である。
【００２２】
三、疲労破壊理論
ローラに比較して、ボールと回転路面とは、点接触モールドであるため、リニアガイドウェイが圧縮式の重い負荷を受けた際、ボールは、より大きな接触応力が発生して回転素子に係る材料疲労が加速され、リニアガイドウェイの使用寿命が短縮される。また従来の四列型ローラ式リニアガイドウェイが圧縮式の重い負荷を受けた時、僅か二列のローラが負荷を受けるので、ローラに大きな接触応力が発生して回転素子に係る材料疲労が加速され、リニアガイドウェイの使用寿命が短縮される。
【００２３】
本発明は、六列のローラをリニアガイドウェイの回転素子として設計され、図１４に示す本発明の変形斜視図を参照すると、ガイドウェイが圧縮式の重い負荷を受けた時、四列のローラがその負荷を受けているので、ローラに小さな接触応力が発生して回転素子に係る材料疲労の時間が延び、リニアガイドウェイの使用寿命を延長することができる。
【００２４】
図１５および図１６に示す本発明の内方向転換素子と外方向転換素子との分解、組合せ斜視図を参照すると、図に、各列の循環ローラに対して、内方向転向素子と外方向転換素子とをそれぞれスライダの両端に設置し、ローラを案内してその運動方向の変更に用いられる。内方向転換素子６１の外側に円弧状の回転路面６１０を設置すると共に、円弧状の回転路面６１０の隣にそれに対応する外方向転向素子６２の位置決めピン６１２が突設される。外方向転換素子６２の外側に円弧状の回転路面６２０を設け、さらに円弧状の回転路面６２０の隣にそれぞれ内方向転換素子６１に対応する位置決め孔６２３を凹設し、またエンドカバー３に対応する位置決めピン６１２を突設する。内側に内方向転換素子６１に対向する円弧状の回転路面６２１が設けられる。
【００２５】
図１７および図１８に示す本発明の還流管の分解、組合せ斜視図を参照すると、還流管７は中空の構造で、スライダ本体の通孔中に埋め込まれ、ローラの還流に用いられる。その内、前記還流管７は、それぞれ半分還流管７１７２からなるものである。
【００２６】
他に、本発明の実施例に掲げた特徴技術は、出願前、如何なる刊行物にも開示されず、また公開使用することもなく、前記した効果増進の事実を有しており、本発明は、「新規性」および「進歩性」の要件に符合しているので、法により特許発明として出願することにより、審査を通じて逸早く許可されることを願っている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の四列型ローラ式ガイドウェイユニット図。
【図２】従来の四列型ローラ式ガイドウェイユニットの変形斜視図。
【図３】従来の六列型ローラ式ガイドウェイユニット図。
【図４】従来のエンドカバーの構造図。
【図５】従来の六列型ローラ式ガイドウェイユニットの変形斜視図。
【図６】本発明のリニアガイドウェイの分解斜視図。
【図７】本発明のスライダとガイドウェイとの組合せ図。
【図８】本発明のリニアガイドウェイユニットの立体図。
【図９】本発明の図８のＦ−Ｆ線に沿った断面図。
【図１０】本発明の図９のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図１１】本発明の図９のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図１２】本発明の図９のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図１３】本発明のローラとスライダとガイドウェイとの組合せ図。
【図１４】本発明のリニアガイドウェイユニットの変形斜視図。
【図１５】本発明の内方向転換素子と外方向転換素子との分解斜視図。
【図１６】本発明の内方向転換素子と外方向転換素子との組合せ斜視図。
【図１７】本発明の内方向転換素子と外方向転換素子との分解斜視図。
【図１８】本発明の内方向転換素子と外方向転換素子との組合せ斜視図。
【符号の説明】
【００２８】
《従来技術一》
Ｆ    負荷                          ２１    スライドウェイ
２２    スライダ                      ２４、２５    ローラ
《従来技術二》
１    スライダ                      ２    スライドウェイ
３    ボール                        ４    還流通孔
１５    回転路面
《本発明》
１    スライドウェイ
１１    スライドウェイの断面頭部の右上方
１２    スライドウェイの断面頭部の右下方
１３    スライドウェイの断面頭部の左上方
１４    スライドウェイの断面頭部の左下方
１５    スライドウェイの断面底部の右上方
１６    スライドウェイの断面底部の左上方
２    スライダ                      ２０    通孔
２１、２、２３、２４、２５、２６    ローラの回転平面
３    エンドカバー                  ４１、４３    上列ローラ
４２、４４    中列ローラ              ４５、４６    下列ローラ
５１、５２、５３    ローラ保持素子
６１    内方向転換素子              ６１０  円弧状の回転路面
６２    外方向転換素子              ６２０  円弧状の回転路面
６２１    相対円弧状の回転路面
６１２    内方向転換素子の位置決めピン
６２２    外方向転換素子の位置決めピン 
６２３    外方法転換素子の位置決め孔
７０    還流管                      ７１、７２    両半分還流管
８    締付素子
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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