(57)【要約】【課題】通常の転がり案内に、隙間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する。【解決手段】転動体が転動する案内レール１４の転送面１９ａ、１９ｂを摺動する一対のブレーキシュー２２をブレーキ部１７に設け、ブレーキシュー２２を転送面１９ａ、１９ｂに押圧する方向に常時付勢する弾性部材２６をブレーキシュー２２の背面側に配置し、柔構造のブレーキシューとする。【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、
前記転動体が転動する案内レールの転送面を摺動する一対のブレーキシューを前記ブレーキ部に設け、前記ブレーキシューを前記転送面に押圧する方向に常時付勢する弾性部材を前記ブレーキシューの背面側に配置し、柔構造のブレーキシューとしたことを特徴とする直線案内装置。
【請求項２】
前記ブレーキシューの滑り面は、樹脂製摺動部材、無給油摺動部材のような摺動部材によって構成された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】
前記各ブレーキシューは、前記押圧力が前記転送面に均等に作用するように調整する複数の調整ボルトを用いてブレーキ部に締結されたことを特徴とする請求項２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、テーブルなどの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、弾性袋体を空気圧により膨張させて制振板をブレーキレールに押し付けるもの（特許文献１参照）、制動プレートを加圧流体の作用によって変形させて軌道レールに押し付けるようにしたもの（特許文献２参照）、油圧付勢装置を用いてブレーキシューをガイドレールに押し付けるもの（特許文献３参照）などがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２１７７４３号公報
【特許文献２】
特開平９−３２９１４１号公報
【特許文献３】
特開２０００−９６５５号公報
【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、いずれも油圧、または空気圧を用いてレールに荷重を与えて摩擦力を発生させており、減衰性を付加する制動機構が複雑になる上に、極僅かでも隙間が存在すると、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、隙間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、請求項１に係る発明は、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、前記転動体が転動する案内レールの転送面を摺動する一対のブレーキシューを前記ブレーキ部に設け、前記ブレーキシューを前記転送面に押圧する方向に常時付勢する弾性部材を前記ブレーキシューの背面側に配置し、柔構造のブレーキシューとしたことを特徴とするものである。
【００１０】
この請求項１の発明によれば、弾性部材を介装して付勢し、従来のような隙間が生じうる複雑な機械的機構や剛構造を持たない柔構造になっているので、確実性に十分な減衰性を付加することができる。
【００１１】
前記ブレーキシューの滑り面は、樹脂製摺動部材、無給油摺動部材のような摺動部材によって構成されることが好ましく、また、前記各ブレーキシューは、前記押圧力が前記転送面に均等に作用するように調整する複数の調整ボルトを用いてブレーキ部に締結されることが好ましい。
【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。
第１実施形態
図１は、本発明に係る直線案内装置を工作機械におけるテーブルを案内するローラ形の転がり案内に適用した実施の形態を示し、この図１はテーブルを移動方向正面から表した図である。
【００１３】
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、本実施形態による直線案内装置を構成する案内ユニット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。
【００１４】
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。
この案内ユニット１５は、ころがり案内部１６とブレーキ部１７をガイドレール１４上に配置した単位ユニットから構成されている。案内ユニット１５は、図１に示すテーブル１２に対して前後左右の合計４つが取り付けられている。この実施形態では、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が、両者を一体化したものとして構成してもよい。また、この実施形態は、ころがり案内部１６に対して、ブレーキ部１７を同数とした構成であるが、ブレーキ部１７はころがり案内部１６の個数と同じでなければならないというものではなく、本発明を適用する機械によっては多くても少なくてもよい。
【００１５】
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の左右には、略Ｖ字形の案内溝１９が長手方向に延びており、案内溝１９のそれぞれ上下側面には、ローラ１８が転動する転送面１９ａ、１９ｂが形成され、これらの転送面１９ａ、１９ｂは左右上下対象にそれぞれ９０°角度をなすようになっている。テーブル１２の全荷重を、このころがり案内部１６で支え、ブレーキ部１７にはテーブル１２の荷重はかからないようになっている。
【００１６】
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の本体部を構成する取付ブロックを示し、２２はブレーキシューを示している。
【００１７】
このブレーキ部１７の取付ブロック２０は、横断面コ字状の鋼材製のブロック体である。ブレーキシュー２２は、全体として案内溝１９に密着的に嵌合するように、案内溝１９の形状に対応した略台形の横断面形状を有している鋼材製のシューであり、ガイドレール１４側に向かって傾斜する面がガイドレール１４の転送面１９ａ、１９ｂを摺動する面である。この実施形態では、転送面１９ａ、１９ｂには、ブレーキシュー２２に取り付けた別部材の板状の摺動部材２１ａ、２１ｂが摺動する。この摺動部材２１ａ、２１ｂとしては、フッ素樹脂摺動材として利用されるポリ四ふっ化エチレン系のターカイト（ブサークアンドジャパン株式会社の商品名）を材料とする摺動部材とすることが好ましい。また、金属製の場合には、摺動部材２１ａ、２１ｂの表面に固形潤滑材を埋め込んだり、潤滑剤を含浸させた無給油摺動材、例えばオイレス（オイレス工業株式会社の商品名）を用いることもできる。
【００１８】
そして、ブレーキシュー２２の背面と取付ブロック２０の内側側面の間の空間には、圧縮ばね２６が配置されており、この圧縮ばね２６の弾性力によって、ブレーキシュー２２は、転送面１９ａ、１９ｂに対して適正な押圧力で押し付けられるようになっている。そして、ブレーキシュー２２自体には、圧縮ばね２６から受ける力で撓むように考慮された薄肉部２７が形成されている。
【００１９】
ブレーキシュー２２の外周部にはフランジ部２２ａが形成され、このフランジ部２２ａには、中心に関して対象に複数のボルト２４が螺入され、ブレーキシュー２２は、圧縮ばね２６の弾性力に抗して、これらのボルト２４で取付ブロック２０の内側側面に引き付けるように締結されている。調整ボルト２４は、取付ブロック２０の側部を貫通するボルト穴２５から挿入されている。
【００２０】
なお、図２に示すように、ブレーキ部１７の両端部には、エンドプレート３０が取り付けられ、このエンドプレート３０は、ガイドレール１４の転送面１９ａ、１９ｂに付着した塵埃を除去する機能をもっている。同様のエンドプレート３０は、ころがり案内部１６にも設けられている。
【００２１】
次に、ブレーキ部１７においてブレーキシュー２２をガイドレール１４に押し付ける押圧力について、具体的に説明する。
【００２２】
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個の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。
【００２３】
図４において、ガイドレール１４の転送面１９ａ、１９ｂにブレーキシュー２２の摺動部材２１ａ、２１ｂ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。
【００２４】
ガイドレール１４の転送面１９ａ、１９ｂ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。
【００２５】
摺動部材２１ａ、２１ｂの幅を８ｍｍ、長さを１２０ｍｍとすると、１枚の摺動部材２１ａ、２１ｂにかかる面圧は、
２５０／０．８×１．２＝２６（Ｎ／ｃｍ２）
となり、ブレーキシュー２２がガイドレール１４の転送面１９ａ、１９ｂ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。
【００２６】
ブレーキ部１７の圧縮ばね２６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。
つまり、ブレーキ部１７の左右それぞれの圧縮ばね２６、２６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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、テーブル１２が移動している間、ガイドレール１４の転送面１９ａ、１９ｂに対しては、ブレーキシュー２２が上述した押圧力Ｆで押し付けられることで適正な摩擦力が生じ、摩擦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。しかも、ブレーキシュー２２を、単純な形状を利用して転送面１９ａ、１９ｂを画する案内溝１９に密着的に嵌合させ、圧縮ばね２４により付勢するとともにブレーキシュー２２に薄肉部２７を形成して圧縮ばね２４の弾性力によりブレーキシュー２２が撓むことが可能な柔構造としているため、従来のような隙間が生じうる複雑な機械的機構や剛構造を持たないようになっているので、ごくわずかな隙間でさえも生じることがなく確実に十分な減衰性を付加することができる。
【００２９】
長期間に亘って稼働していると、ブレーキシュー２２に取り付けてある摺動部材２１ａ、２１ｂがしだいに摩耗していくが、ブレーキシュー２２には、圧縮ばね２６から一定の力が常に加わっているので、摩耗による摩擦力の変化を極僅かにすることができる。また、摺動部材２１ａ、２１ｂに摺動特性のすぐれたターカイトを用いたり、あるいはオイレスの摺動材を用いることで、ガイドレール１４の転送面１９ａ、１９ｂに傷を付けず、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。
【００３０】
第２実施形態
この第２実施形態は、本発明をボール形の転がり案内に適用した実施の形態である。ころがり案内部としては、第１実施形態のローラ１８を用いたものに替えて、ボールを用いた公知の転がり案内が用いられる。
【００３１】
図５は、ブレーキ部３２の横断面を示す。ガイドレール１４の左右両側面には、横断面が半円形の案内溝３３が形成されており、この案内溝３３の曲面がボールの転送面である。
【００３２】
ブレーキシュー２２には、案内溝３３の転送面に摺動する摺動部材３４が一体的に設けられている。この摺動部材３４は、案内溝３３に嵌合的に密着するように同じ曲率の曲面をもち、ガイドレール１４の長手方向に延びている。この摺動部材３４としては、第１実施形態と同様に、ターカイト（同前）やオイレス（同前）のような摺動材が用いられる。
【００３３】
ブレーキシュー２２以外の構成要素は、第１実施形態と同じであり、同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明は省略する。
【００３４】
以上のように、本発明は、ローラ形の転がり案内ばかりでなく、ボール形の転がり案内にも適用することができ、従来のような隙間が生じうる複雑な機械的機構や剛構造を持たないように柔構造になっているので、確実性に十分な減衰性を付加することができる。
【００３５】
第３実施形態
次に、図６に本発明の第３実施形態による直線案内装置のブレーキ部を示す。この第３実施形態は、図４の第１実施形態のブレーキ部１７に、ブレーキシュー２２の押し付け力を微調整するための押圧力調整ボルト４２をさらに付加した実施の形態である。その他の構成要素は、図４のブレーキ部１７の構成要素と同一である。
【００３６】
取付ブロック２０には、長手方向に複数配置されている圧縮ばね２６の配置位置に対応させてねじ穴４１が貫通しており、押圧力調整ボルト４２はこのねじ穴４１にねじ込まれる。押圧力調整ボルト４２の先端は、圧縮ばね２６に当接し、他端は取付ブロック２０から突出している。押圧力調整ボルト４２は、全長にわたって雄ねじ部が形成され、取付ブロック２０から突出した部分にはロックナット４３が螺合し、このロックナット４３によって押圧力調整ボルト４２は取付ブロック２０に対して締結されている。
【００３７】
以上のように構成される第３実施形態によれば、押圧力を調整する場合には、押圧力調整ボルト４２をねじ込み前進させると、押圧力調整ボルト４２は圧縮ばね２６をより圧縮することになるので、圧縮ばね２６がブレーキシュー２２をガイドレール１４の転送面１９ａ、１９ｂに押し付ける力が増大し、逆の方向に後退させると押し付け力は減少する。したがって、それぞれの押圧力調整ボルト４２のねじ込み量を調整し、そのねじ込み量を固定するためにロックナット４３を締め付けることにより、ブレーキシュー２２の押し付け力を全体として均等に転送面１９ａ、１９ｂに配分することができる。
【００３８】
第４実施形態
図７に示す第４実施形態は、ブレーキシュー２２の押し付け力を均等に配分する押圧力調整ボルト４２を有する実施形態をボール形の転がり案内に適用した実施の形態である。この図７において、押圧力調整ボルト４２を設けた以外は図５の実施形態と同一であり、同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明は省略する。
【００３９】
このような第４実施形態によれば、ボールが転動するガイドレール１４の案内面３３に対してブレーキシュー２２の押し付け力を均等に配分することができる。
【００４０】
以上、本発明による直線案内装置について工作機械のテーブルの案内に適用した好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、工作機械の主軸頭や、サドル、クロスレール等の種々の移動体の案内に適用できる。
【００４１】
【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、弾性部材を介装して付勢し、従来のような隙間が生じうる複雑な機械的機構や剛構造を持たない柔構造になっているので、通常の転がり案内に、隙間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。
【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一部省略断面図。
【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  転がり案内部
１７  ブレーキ部
１８  ローラ
１９ａ、１９ｂ  転送面
２１ａ、２１ｂ  摺動部材
２４  ボルト
２６  圧縮ばね
３３  案内溝
３４  摺動部材
４２  押圧力調整ボルト
【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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