(57)【要約】【課題】通常の転がり案内に、ガタのない制動装置を付加することにより、必要十分な減衰性を得ることができるようにした直線案内装置を提供する。【解決手段】ころがり案内部１６とブレーキ部１７を組合せ、ブレーキ部１７は本体部２０と、案内レール１４に設けられたすべり面を摺動する一対のすべりシュー部２２からなり、本体部２０に、すべりシュー部２２をすべり面に押圧するばね力を発生するととも本体部２０に撓み性を付加する押圧部２１を設けている。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械における移動体の基台上での直線運動を案内する案内レールと、前記案内レールを転動する転動体を有する転がり案内部と、前記転がり案内部の減衰性を高めるブレーキ部と、からなる直線案内装置において、
前記ブレーキ部は、本体部と、案内レールに設けられたすべり面を摺動する一対のすべりシュー部と、を備え、
前記本体部に、前記すべりシュー部を前記すべり面に押圧するばね力を発生するととも前記本体部に撓み性を付加する押圧部を設けたことを特徴とする直線案内装置。
【請求項２】
前記押圧部は、前記案内レールを挟み込むようにすべりシュー部を支持する支持部分に形成したノッチ部と、押し代を形成するスペーサとからなることを特徴とする請求項１に記載の直線案内装置。
【請求項３】
前記押圧部は、前記すべりシュー部と溝を介して分離され、押圧力を発生する皿ばねと、押圧力を調整する調整手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の直線案内装置。
【請求項４】
前記すべりシュー部は、中央部にスリットが形成されたＣ字形断面を有することを特徴とする請求項３に記載の直線案内装置。
【請求項５】
前記ブレーキ部は、すべり面への給油と、すべり面の塵埃等の付着を除去するワイパユニットを備えることことを特徴とする請求項１に記載の直線案内装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械において移動体を案内する直線案内装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械において、コラムや、主軸頭、テーブル等の移動体の案内機構に採用されているのは、主としてすべり案内と転がり案内である。
【０００３】
すべり案内は、案内面との接触形式が滑り接触であり、静剛性が高く、またビビリの原因となる振動に対する減衰性が転がり案内に比べて優れている。
【０００４】
他方、転がり案内は、案内面との接触形式が転がり接触となり、振動に対する減衰性は低いが、摩擦抵抗が小さく高速性や運動精度に関しては、すべり案内よりも優れている。要するに、すべり案内と転がり案内は、お互いに他方の長所とするところを短所とし、他方の短所とするところを長所としている。
【０００５】
近年では、転がり案内の欠点を補うために、転がり案内に制動機構等を用いて摩擦力を発生させ、転がり案内に減衰性を付加するようにした直線案内装置が開発されている。このような直線案内装置の従来技術としては、例えば、特開平９−３２９１４１号公報、特開平９−２１７７４３号公報、特開２００１−９６５５に開示されているものを挙げることができる。
【０００６】
特開平９−３２９１４１号をはじめとする従来の直線案内装置は、何れも、油圧や空気圧を用いてブレーキシュー等の制動部材をレールに押し付けることにより、摩擦力を発生されて減衰性を得るというものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の直線案内装置では、減衰性を付加する制動機構が複雑になる上に、極僅かでもガタが存在すると、その方向への微少変位を抑制できないため、必要な減衰性が得られないという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、通常の転がり案内に、ガタのない制動装置を付加することにより、必要十分な減衰性を得ることができるようにした直線案内装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、工作機械おける移動体の基台上での直線運動を案内する案内レールと、前記案内レールを転動する転動体を有する転がり案内部と、前記転がり案内部の減衰性を高めるブレーキ部と、からなる直線案内装置において、前記ブレーキ部は、本体部と、案内レールに設けられたすべり面を摺動する一対のすべりシュー部と、を備え、前記本体部に、前記すべりシュー部を前記すべり面に押圧するばね力を発生するととも前記本体部に撓み性を付加する押圧部を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記発明において、前記押圧部は、前記案内レールを挟み込むようにすべりシュー部を支持する支持部分に形成したノッチ部と、押し代を形成するスペーサとから構成することができる。
【００１１】
また、押圧部を、前記すべりシュー部と溝を介して分離し、押圧力を発生する皿ばねと、押圧力を調整する調整手段とを設けるようにしてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による直線案内装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１３】
第１実施形態
図１は、この直線案内装置を工作機械におけるテーブルの案内に適用した実施の形態を示し、テーブルを移動方向正面から見た図である。
【００１４】
図１において、参照符号１０はベッドを示し、１２がテーブルを示している。ベッド１０の上面には、テーブル１２の送り機構を構成するボールねじ１３が設けられている。このボールねじ１３の左右両側には一組のガイドレール１４がボールねじ１３の軸方向と平行に敷設されている。テーブル１２の下面には、案内ユニット１５が取り付けられており、それぞれガイドレール１４に係合するようになっている。この場合、案内ユニット１５は、前後左右の合計４つが取り付けられている。
【００１５】
次に、図２は、本実施形態による直線案内装置を示す側面図である。
【００１６】
案内ユニット１５は、ころがり案内部１６とブレーキ部１７とからガイドレール１４上に配置される単位ユニットが構成されている。この実施形態は、ころがり案内部１６とブレーキ部１７とは、別体のものとして構成されている。
【００１７】
ころがり案内部１６は、図３に示されるように、複数のローラ１８を内蔵している公知のころがり案内ユニットである。ガイドレール１４には、ローラ１８が転動する転動面１９が左右上下対象にそれぞれ９０°角度をなすように２箇所形成されている。テーブル１２の重量は、このころがり案内部１６で支えるようになっている。
【００１８】
次に、図４は、ブレーキ部１７の横断面を示す図である。この図４において、参照符号２０は、ブレーキ部１７の本体部を示し、２２はすべりシュー部を構成するすべりプレートを示している。
【００１９】
このブレーキ部１７の本体部２０は、断面コ字状の鋼材製のブロック体である。すべりプレート２２は、本体部２０の下側に形成されている押圧部２１、２１に取り付けられている。
【００２０】
押圧部２１、２１は、断面Ｌ字形に屈曲する形状を有し、本体部２０の下側で対向するように設けられている。この押圧部２１は、本体部２０から断面が急に減少するノッチ部２４と、すべりプレート２２をガイドレール１４に挟み付けるように押し付けるための押し代を形成するスペーサ２５と、スペーサ２５の取付部２６を含み、本体部２０と一体的構造となっている。
【００２１】
すべりプレート２２は、スペーサ２５に固定され、このスペーサ２５はボルト２７を介して取付部２６に着脱可能に取り付けられている。
【００２２】
この実施形態では、すべりプレート２２は、ガイドレール１４の転動面１９をすべり面として摺動することができるようになっており、一つのスペーサ２５には、２つ一組のすべりプレート２２、２２が９０°の角度をなすように固定されている。
【００２３】
なお、図２に示すように、ブレーキ部１７の両端部には、ワイパーユニット３０が取り付けられ、すべり面として利用するガイドレール１４の塵埃を除去すると同時に転動面１９に給油するようになっている。このようなワイパユニット３０は、ころがり案内部１６にも設けられている。
【００２４】
次に、ブレーキ部１７の押圧部２１に必要とされる、すべりプレート２２を押し付ける押圧力について、具体的に説明する。
【００２５】
この実施形態による直線案内装置について実験を重ねた結果、約１ｍ角のテーブル１２を左右２つずつ合計４ユニットのころがり案内部１６で支えた場合（実験では４ユニットの５５番手リニアローラウェイを用いた）、ブレーキ部１７には、１ユニット当たりに約１０００Ｎの押圧力があれば、押圧力が全く無い場合と比較して約３倍の減衰率が得られ、減衰性について必要十分な性能向上が得られることが判明している。
【００２６】
図４において、ブレーキ部１７の押圧部２１が全体で１０００Ｎの押圧力を発生し、ガイドレール１４の転動面１９にすべりプレート２２を押圧する力をそれぞれＦＲＵ、ＦＲＤ、ＦＬＵ、ＦＬＤとすると、
全体の押圧力Ｆは、
Ｆ＝ＦＲＵ＋ＦＲＤ＋ＦＬＵ＋ＦＬＤ＝１０００（Ｎ）である。
【００２７】
ガイドレール１４の転動面１９にかかる力は、左右上下対称であるので、
ＦＲＵ＝ＦＲＤ＝ＦＬＵ＝ＦＬＤ＝１０００／４＝２５０（Ｎ）
となる。
【００２８】
すべりプレート２２の幅を８ｍｍ、長さを１２０ｍｍとすると、１個のすべりプレート２２にかかる面圧は、
２５０／０．８×１．２＝２６（Ｎ／ｃｍ２）
となり、すべりプレート２２がガイドレール１４の転動面１９を摺動面として利用する場合、適切な面圧範囲となり実用に耐えうる。
【００２９】
ブレーキ部１７の押圧部２１、２１の方からみれば、ガイドレール１４を左右両側から挟み付ける力をＦＲ、ＦＬとすると、
ＦＲ＝ＦＬ＝ＦＲＵ／√２＋ＦＲＤ／√２＝３５４（Ｎ）となる。
【００３０】
つまり、ブレーキ部１７の左右それぞれの押圧部２１、２１には、ガイドレール１４を３５４Ｎの力で挟み込むようなばね力をもたせる必要がある。
【００３１】
この程度の大きさのばね力は、スペーサ２５の厚さを調整し適切な押し代を設定することで、ノッチ部２４がわずかに撓んだ状態を保つようにしてブレーキ部１７をガイドレール１４に取り付ければ、実現することが可能である。ばね剛性を考慮したノッチ部２４の設計をしておけば、すべりプレート２２の摩耗に対しても押し付け力の変化を僅かにすることができる。
【００３２】
テーブル１２が移動している間は、ころがり案内部１６により案内され、ころがり案内部１６の特徴である高速性を活用してテーブル１２を送ることができる。
【００３３】
また、テーブル１２が移動している間、ガイドレール１４の転動面１９に対しては、すべりプレート２２は上述した押圧力で押し付けられ、適正ｆな摩擦力が生じ、押圧力が全く無い場合と比較して減衰性が約３倍も増えるので、加工中に生じる切削振動を効果的に減衰させることができる。
【００３４】
また、長期間に亘って稼働していると、すべりプレート２２がしだいに摩耗していくが、ノッチ部２４のばね作用が押し付け力の変化を僅かにすることができるので、メンテナンスフリーで長期間に亘って減衰性を維持することが可能となる。
【００３５】
さらに、ノッチ部２４を利用した押圧部２１は、本体部２０と一体構造で、単純な形状を利用し、従来のようなガタが生じうる複雑な機械的構造を持たないようにすることができるので、耐久性、確実性において優れたものにできる。
【００３６】
第２実施形態
次に、本発明の第２の実施形態による直線案内装置について、図５を参照しながら説明する。
【００３７】
上述した第１実施形態による直線案内装置では、ガイドレール１４の転動面１９をブレーキ部１７のすべり面として利用したものであったのに対して、この第２実施形態では、転動面１９とは別に、ガイドレール１４の左右側面に、それぞれ上下の転動面１９の間に摺動面３６を設けている。
【００３８】
ブレーキ部１７における左右両側の押圧部２１は、ノッチ部２４とスペーサ２５とからなる点は第１実施形態と同様であるが、スペーサ２５は摺動面３６に対応させて１枚のすべりプレート２２を垂直に押圧できるように取付部２６に固定されている。すべりプレート２２は、スペーサ２５に固定され、このスペーサ２５はボルト２７を介して取付部２６に着脱可能に取り付けられている。
【００３９】
以上のように構成される第２実施形態によれば、摺動面３６をすべりプレート２２が押圧する力を力をＦＲ、ＦＬとすれば、第１実施形態と同様に、
全体の押圧力Ｆは、
Ｆ＝ＦＲ＋ＦＬ＝１０００（Ｎ）である。
【００４０】
ガイドレール１４の摺動面３６にかかる力は、左右対称であるので、
ＦＲ＝ＦＬ＝５００（Ｎ）
である。
【００４１】
すべりプレート２２の幅を８ｍｍ、長さを１２０ｍｍとすると、１個のすべりプレート２２にかかる面圧は、
５００／０．８×１．２＝５２（Ｎ／ｃｍ２）
となり、適切な面圧範囲となり実用に耐えうる。
【００４２】
また、５００Ｎ程度の大きさのばね力は、スペーサ２５の厚さを調整し適切な押し代を設定することで、ノッチ部２４がわずかに撓んだ状態を保つようにしてブレーキ部１７をガイドレール１４に取り付ければ、実現することが可能であり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
第３実施形態
次に、図６に示す第３実施形態は、第１実施形態のブレーキ部１７の押圧部２１において、スペーサ部２５、すべりシュー部３７を本体部２０と一体とした実施の形態である。その他の部分は、図４に示すブレーキ部１７と同一であり、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
この第３実施形態では、すべりシュー部３７の端面のすべり面３７ａがガイドレール１４の転動面１９を摺動する。この場合、押圧部２１の材料は、耐摩耗性とともにばね性を有する金属材料、例えば、りん青銅（ＰＢＣ−２Ａ）が好適である。
【００４５】
第４実施形態
次に、本発明の第４の実施形態による直線案内装置について、図７を参照しながら説明する。
【００４６】
図７は、ブレーキ部４０の横断面を示す図である。
【００４７】
このブレーキ部４０の本体部４１には、左右両側に長溝４２ａ、４２ｂが長手方向に形成されている。この長溝４２ａ、４２ｂによって、すべりシュー部４３と押圧部４４とは分離されている。
【００４８】
すべりシュー部４３は、本体部４１の左右両側に対称に配置され、中央部にスリット４５が形成されている断面Ｃ字形の形状を有している。それぞれすべりシュー部４３には、ガイドレール１４の転動面１９に対応させて９０°角度をなすすべり面４６が形成されており、このすべり面４６は、ガイドレール１４の転動面１９に押し付けられて摺接するようになっている。なお、この実施形態では、第１実施形態とは異なり、すべりプレート２２を用いてはいないが、すべりシュー部４３にすべりプレート２２を取り付けるようにしてもよい。
【００４９】
このようなすべりシュー部４３は、本体部４１から断面が急に減少するノッチ部４７を介して本体部４１と一体である。
【００５０】
次に、押圧部４４について説明する。ブレーキ部４０の本体部４１の左右両側部には、すべりシュー部４３のスリット４５と同一平面上にあるように、押圧力調整ボルト４８がそれぞれロックナット４９を用いて取り付けられている。この押圧力調整ボルト４８の先端部は、小径になっており、皿ばね５０のばね座を構成するようになっている。なお、この押圧力調整ボルト４８の小径の先端部は、すべりシュー部４３の背面側に形成されている逃げ孔５１に受容されている。
【００５１】
以上のように構成される第４実施形態によれば、皿ばね５０の弾性力を受けるすべりシュー部４３はノッチ部４７が撓んでガイドレール１４の転動面１９に押し付けられ、すべり面４６が摺動するときに生じる摩擦力により減衰性が得られる。
【００５２】
押圧力を調整する場合には、押圧力調整ボルト４８をねじ込むと、皿ばね５０が押されてすべりシュー部４３を押圧する力を大きくすることができる。
【００５３】
また、すべりシュー部４３は、スリット４５が形成されているので、皿ばね５０によって押圧されたときに内側に撓むことができるため、すべりシュー部４３のすべり面４６とガイドレール１４の転動面１９との間に隙間やガタが生じることがなく、十分な減衰性を確実に得ることができる。
【００５４】
以上、本発明に係る直線案内装置について、好適な実施形態を挙げて説明したが、ころがり案内部１６とブレーキ部１７は、上述の実施形態のように別体とする他、両者を組み合わせた一体構造のものとしてガイドレール上に配置するようにしてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、通常の転がり案内に、すべりシュー部を前記すべり面に押圧するばね力を発生するととも前記本体ブロックに撓み性を付加する押圧部を有するブレーキ部を組み合わせることにより、必要十分な減衰性を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による直線案内装置が適用されるテーブルを示す正面図。
【図２】本発明の一実施形態による同直線案内装置を示す側面図。
【図３】同直線案内装置のころがり案内部の断面図。
【図４】同直線案内装置のブレーキ部の断面図。
【図５】第２の実施形態によるブレーキ部の一部省略断面図。
【図６】第３の実施形態によるブレーキ部の一部省略断面図。
【図７】第４の実施形態によるブレーキ部の断面図。
【符号の説明】
１０　ベッド
１２　テーブル
１３　ボールねじ
１４　ガイドレール
１５　案内ユニット
１６　ころがり案内部
１７　ブレーキ部
１８　ローラ
１９　転動面
２０　ブレーキ部本体
２１　押圧部
２２　すべりプレート
２４　ノッチ部
２５　スペーサ
【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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