(57)【要約】【課題】スライダ本体に形成された転動体軌道面と面取り部との連結部に対する円筒ころの接触面圧を低減して円筒ころの損傷を防止することのできるリニアガイド装置を提供する。【解決手段】リニアガイド装置は、スライダ本体１３に形成された転動体軌道面１６と面取り部２１との間に連結部２２を有している。この連結部２２の曲率半径ｒLと円筒ころ１７の直径Ｄwとは、ｒL／Ｄw≧0.02となっている。【選択図】図５
2005163908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
案内レールと、この案内レールの側面と対向する内側面を左右に有するスライダ本体と、このスライダ本体の内側面に形成された転動体軌道面を前記案内レールの長手方向に転動する円筒ころを方向転換させるための方向転換路を有するエンドキャップと、前記スライダ本体の前後方向両端面と前記転動体軌道面との境界部に形成された面取り部と、前記面取り部と前記転動体軌道面とを滑らかにつなぐ連結部とを備えたリニアガイド装置であって、前記円筒ころの直径をＤw、前記連結部の曲率半径をｒLとしたとき、ｒL／Ｄwを0.02以上としたことを特徴とするリニアガイド装置。
【請求項２】
前記連結部は、前記転動体軌道面を研削加工した後に形成されることを特徴とする請求項１記載のリニアガイド装置。
【請求項３】
前記連結部は、前記転動体軌道面の研削加工と同時に形成されることを特徴とする請求項１記載のリニアガイド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線運動する物体をその移動方向に案内するリニアガイド装置に関するものであり、特に、円筒ころ（ローラとも言う）を転動体として用いたリニアガイド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械などで使用されるリニアガイド装置は、比較的高い剛性を得るために、円筒ころを転動体として用いている場合が多い。このようなリニアガイド装置は、案内レールと、この案内レールの側面と対向する内側面を左右に有するスライダ本体とを備えており、案内レールの側面とスライダ本体の内側面には、円筒ころを案内レールの長手方向に転動させるための転動体軌道面が形成されている。また、この種のリニアガイド装置はスライダ本体の前後方向両端にエンドキャップを備えており、このエンドキャップには、円筒ころを方向転換させるための方向転換路が形成されている。
【０００３】
このようなリニアガイド装置では、円筒ころが循環路から軌道にスムーズに入るように、図１１に示すように、スライダ本体１３に形成された転動体軌道面１６の端部には面取り部２１が形成されている。しかし、この面取り部は、従来、軌道面の研削加工より前に加工されていたため、軌道面を研削加工した後の面取り部と軌道面との境界部はシャープなエッジ形状となっていた。このため、円筒ころが方向転換路から転動体転動路に入る際に面取り部と軌道面との境界部に衝突して、円筒ころのころ転走面に損傷が生じるおそれがあった。特に、円筒ころを転動体として用いたリニアガイド装置では、転動体が玉のものに比べて衝突部の面積が大きくなるため、円筒ころのころ転走面が損傷する可能性が高くなる。ころ転走面の損傷は、摩耗や疲れ損傷を引き起こしてリニアガイド装置の走行寿命を低減させる。
【０００４】
スライダ側軌道面の端部付近には、円筒ころに急激な荷重が作用するのを防ぐ目的で、クラウニングと呼ばれる緩やかな傾斜部が形成されることがある。通常、クラウニング部は軌道面と同時に加工されることが多い。すなわち軌道面を研削加工する際に、砥石を数値制御で移動させて軌道面端部に緩やかな傾斜部（クラウニング部）が設けられるようにしている。クラウニングの最大深さは１０〜３０μｍ程度であり、上述した面取り部の最大深さ（０．２〜０．５ｍｍ程度）に対して小さい。したがって、軌道面の端部付近をクラウニング部とした場合であっても、やはり軌道面端部と面取り部との境界部はシャープなエッジ形状となり、ころ転走面の損傷を防ぐことはできない。
【０００５】
そこで、下記文献１記載のリニアガイド装置では、循環路から軌道面に転動体が移動する際に、転動体がスライダ側軌道面と面取り部との境界部に衝突することを防ぐために、スライダ側軌道面の端部を方向転換路の内周面よりも低くしている。
【特許文献１】特許第３４２０２０４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記文献１に記載のものでは、転動体が軌道面から循環路に移動する際には、方向転換路の内周面を乗り越える必要があるため、転動体の円滑な循環運動が妨げられ、リニアガイド装置の作動性を低下させるという問題がある。
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、スライダ本体に形成された転動体軌道面と面取り部との連結部に対する円筒ころの接触面圧を低減して耐久寿命の向上を図ることのできるリニアガイド装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は、案内レールと、この案内レールの側面と対向する内側面を左右に有するスライダ本体と、このスライダ本体の内側面に形成された転動体軌道面を前記案内レールの長手方向に転動する円筒ころを方向転換させるための方向転換路を有するエンドキャップと、前記スライダ本体の前後方向両端面と前記転動体軌道面との境界部に形成された面取り部と、前記面取り部と前記転動体軌道面とを滑らかにつなぐ連結部とを備えたリニアガイド装置であって、前記円筒ころの直径をＤw、前記連結部の曲率半径をｒLとしたとき、ｒL／Ｄwを0.02以上としたことを特徴とする。
【０００８】
このような構成によると、スライダ本体の転動体軌道面と面取り部との連結部がシャープなエッジ形状とならず、滑らかな曲面形状となるので、スライダ本体の転動体軌道面と面取り部との連結部に対する円筒ころの接触面圧を低減でき、円筒ころの損傷を防止して耐久寿命の向上を図ることができる。
本発明に係るリニアガイド装置において、前記連結部は前記転動体軌道面を研削加工した後に形成されるものでもよい。また、前記連結部は前記転動体軌道面の研削加工と同時に形成されるものでもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るリニアガイド装置によれば、円筒ころの直径をＤw、連結部の曲率半径をｒLとしたとき、ｒL／Ｄwを0.02以上としたことにより、連結部がシャープなエッジ形状とならず、滑らかな曲面形状となるので、スライダ本体の転動体軌道面と面取り部との連結部に対する円筒ころの接触面圧を低減して円筒ころの損傷を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るリニアガイド装置の斜視図で、図２はその正面図である。図１及び図２において、符号１１は本発明の第１の実施形態に係るリニアガイド装置のスライダ、１２はスライダ１１を案内する案内レールを示しており、スライダ１１は案内レール１２の側面と対向する内側面を左右に有するスライダ本体１３と、このスライダ本体１３の前後方向両端に設けられたエンドキャップ１４とから構成されている。
【００１１】
案内レール１２の左右両側面には、それぞれ二条の転動体軌道面１５が形成されている。これらの転動体軌道面１５はスライダ本体１３の内側面に二条ずつ形成された転動体軌道面１６と対向しており、転動体軌道面１５と転動体軌道面１６との間には多数の円筒ころ１７が転動自在に設けられている。
スライダ本体１３は、案内レール１２の両側にブロック状の袖部１８を有している。これらの袖部１８にはそれぞれ二つの転動体戻し通路１９が形成されており、スライダ１１または案内レール１２の相対的直線運動に伴って転動体軌道面１５，１６を転動する円筒ころ１７は、エンドキャップ１４に形成された方向転換路２０（図３及び図４参照）で方向転換した後、上記転動体戻し通路１９を通って循環するようになっている。
【００１２】
図５は、スライダ本体１３の端面１３ａと転動体軌道面１６との境界部分を示す断面図である。転動体軌道面１６の長手方向両端部は、クラウニング部２３となっている。スライダ本体１３の端面１３ａと転動体軌道面１６との境界部には面取り部２１が形成され、この面取り部２１と転動体軌道面１６との境界部には、軌道面１６と面取り部２１を滑らかにつなぐ連結部２２が形成されている。この連結部２２は、円筒ころ１７の直径をＤwとすると、Ｄwの２％以上の曲率半径ｒL（≧0.02×Ｄw）でスライダ本体１３の面取り部２１と転動体軌道面１６との境界部に形成されている。また、連結部２２は、転動体軌道面１６を研削加工した後に、スライダ本体１３の面取り部２１と転動体軌道面１６との境界部にゴム砥石などで形成されている。
【００１３】
このような構成において、円筒ころ１７の公転速度をｖE、衝突する面に対して垂直な円筒ころ１７の速度成分をｖEN、連結部２２に接触する円筒ころ１７の接触角度をθ（図５参照）、スライダ本体１３の転動体軌道面１６を転動する円筒ころ１７の弾性変形量をｄ０（図５参照）とすると、次式（１）及び（２）の関係が成り立つ。
ｖEN＝ｖE・sinθ      （１）
（Ｄw（１−cosθ））／２＝ｄ０      （２）
【００１４】
ここで、ｄ０／Ｄwは１より十分に小さい値であることから、式（２）から次式が得られる。
sinθ＝√（１−cos2θ）
＝√（１−（１−（２ｄ０／Ｄw）2））≒√（４ｄ０／Ｄw）      （３）
線接触では、荷重Ｑと変形量δとの間には、次式の関係が成り立つ。
δ＝ｋP（Ｑ0.9／Lwe0.8）またはＱ＝（δ／ｋP）10/9・Lwe8/9      （４）
ｋP：定数（＝3.84×10-5mm1.8／Ｎ0.9）
エネルギの保存則より、衝突前の運動エネルギ＝弾性変形に要する仕事であるので、次式が成り立つ。厳密には熱エネルギに変わるなどの損失があるが、事実上は無視できる。
【００１５】
【数１】
2005163908.tif 000003
【００１６】
式（５）において、ｍは円筒ころ１７の質量、Δmaxは衝突時における接触部の最大変形量であり、Δmaxは式（５）より次式で表される。
【００１７】
【数２】
2005163908.tif 000004
【００１８】
ここで、円筒ころ１７と軌道面１６との接触部に生じる最大荷重をＱmaxとすると、最大荷重Ｑmaxは式（４）及び（６）より次式で表される。
【００１９】
【数３】
2005163908.tif 000005
【００２０】
また、円筒ころ１７と軌道面１６の材質で決まる材料係数をＥeq、軌道面１６との接触部に生じる円筒ころ１７の最大接触面圧をＰmaxとすると、最大接触面圧ＰmaxはＨertzの弾性接触理論により次式で表される。
【００２１】
【数４】
2005163908.tif 000006
【００２２】
式（８）において、Σρは接触部の曲率和であり、転動体が円筒ころのリニアガイド装置では、曲率和Σρは次式で表される。
【００２３】
【数５】
2005163908.tif 000007
【００２４】
式（７）〜（９）より、最大接触面圧Ｐmaxは次式で表される。
【００２５】
【数６】
2005163908.tif 000008
【００２６】
ころ直径Ｄw＝5.5mm、ころ全長Ｌwt＝8mm、ころ面取り長Ｃw＝0.3mm、ころ有効長（ころ全長からころ面取り長を除いた長さ）Ｌwe＝Ｌwt−２Ｃw＝7.4mm、ころ材質：軸受鋼、軌道面材質：軸受鋼、Ｅeq＝230000Ｎ／mm2．ころ質量ｍ＝4.4×10-4kg、ころ公転速度ｖE＝1000mm／s、軌道面のころの弾性変形量ｄ０＝0.005mm、連結部２２の加工量ＣL＝0.3mmとし、連結部２２の曲率半径ｒLを変更したときに、ｒL／ＤwとＰmaxとの関係を式（10）で計算した結果を図６に示す。
【００２７】
同図に示される計算結果から、ｒL／Ｄwを0.02以上、好ましくは0.04以上とすることにより、連結部２２に接触する円筒ころ１７の接触面圧を低減することができる。
上述のように、円筒ころ１７の直径をＤw、連結部２２の曲率半径をｒLとしたとき、ｒL／Ｄwを0.02以上としたことで、連結部２２に対する円筒ころ１７の接触面圧を低減できるので、連結部２２との衝突による円筒ころ１７の損傷を防止して耐久寿命の向上を図ることができる。
【００２８】
図７は連結部２２の形成方法の一例を示す図で、この方法では、スライダ本体１３の熱処理より前に面取り部２１を切削加工しておく。熱処理後、転動体軌道面１６の切削加工を行なう。そして、最後に、面取り部２１と軌道面１６との境界部をゴム砥石などで除去加工して連結部２２を形成する。この方法によれば、研削時の砥石の動きが単純になるので、加工が容易になる。
図８は連結部２２の形成方法の他の例を示す図で、この方法では、スライダ本体１３の熱処理より前に面取り部２１を切削加工しておく。そして、熱処理後、転動体軌道面１６と連結部２２を同時に加工する。この方法によれば、連結部２２の加工工程が不要になるので、加工コストを削減することができる。
【００２９】
図９は連結部２２の形成方法の他の例を示す図で、この方法では、スライダ本体１３に熱処理を施した後に、転動体軌道面１５と面取り部２１及び連結部２２を同時に加工する。この方法によれば、連結部２２の加工工程が不要になるので、加工コストを削減することができる。また、面取り部２１の予備加工を熱処理前にしておけば、研削時の加工代が少なくて済み、リニアガイド装置の製造に要する時間を短縮することができる。
【００３０】
なお、上述した第１の実施形態ではスライダ側軌道面１６の長手方向両端部にクラウニング部２３を有するリニアガイド装置に本発明を適用した場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１０に示す第２の実施形態にように、スライダ側軌道面１６の長手方向両端部にクラウニング部２３を持たないリニアガイド装置についても本発明を適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るリニアガイド装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るリニアガイド装置の正面図である。
【図３】図２のII−II断面図である。
【図４】図２のIII−III断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るリニアガイド装置の要部を示す断面図である。
【図６】ｒL（連結部の曲率半径）／Ｄw（ころ直径）とＰmax（最大接触面圧）との関係を示す図である。
【図７】連結部の形成方法の一例を示す図である。
【図８】連結部の形成方法の他の例を示す図である。
【図９】連結部の形成方法の他の例を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るリニアガイド装置の要部を示す断面図である。
【図１１】従来のリニアガイド装置の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１  スライダ
１２  案内レール
１３  スライダ本体
１４  エンドキャップ
１５，１６  転動体軌道面
１７  円筒ころ
１８  袖部
１９  転動体戻し通路
２０  方向転換路
２１  面取り部
２２  連結部
２３  クラウニング部
【図１】
2005163908.tif 000009
【図２】
2005163908.tif 000010
【図３】
2005163908.tif 000011
【図４】
2005163908.tif 000012
【図５】
2005163908.tif 000013
【図６】
2005163908.tif 000014
【図７】
2005163908.tif 000015
【図８】
2005163908.tif 000016
【図９】
2005163908.tif 000017
【図１０】
2005163908.tif 000018
【図１１】
2005163908.tif 000019