(57)【要約】【課題】コストを抑えつつ構造の強度を高めるべく、リニアガイドのスライダ製造方法及び該方法で製造されるスライダを提供する。【解決手段】  転がり溝とリフローホールが設けられたリニアガイドのスライダにおいて、スライダは金属射出成形により製造され、前記スライダにおいて、前記リフローホール上には該リフローホールに平行な翼形溝が設けられるリニアガイドのスライダ、及び、金属射出成形に使用される金属粉末には二種類の公称上のサイズの異なる粉末が含まれるリニアガイドのスライダ製造方法。【選択図】    図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり溝とリフローホールが設けられたリニアガイドのスライダにおいて、該スライダは金属射出成形により製造されることを特徴とするリニアガイドのスライダ製造方法。
【請求項２】
転がり溝とリフローホールが設けられたリニアガイドのスライダにおいて、該スライダは金属射出成形により製造され、前記リフローホール上には該リフローホールに平行な翼形溝が設けられることを特徴とするリニアガイドのスライダ。
【請求項３】
前記スライダにおいて、該金属射出成形に使用される金属粉末には二種類の公称上のサイズの異なる粉末が含まれることを特徴とする請求項１記載のリニアガイドのスライダ製造方法。
【請求項４】
前記スライダにおいて、該二種類の公称上のサイズの異なる粉末は、公称上の直径の差が約３から６倍であることを特徴とする請求項3記載のリニアガイドのスライダ製造方法。
【請求項５】
リニアガイドのスライダ製造方法には、金属粉末と結合剤を混合し、
射出成形により該金属粉末及び結合剤の混合物からリフローホールを具有するスライダの雛型を製造し、
前記スライダの雛型を該結合剤が液化する温度以上に加熱することで該スライダ中の結合剤を除去し、
前記スライダを焼結して該金属顆粒間を再結晶させることで組織の緻密性を高めるプロセスを含むことを特徴とするリニアガイドのスライダ製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置等の運動機構移動方向を導引するリニアガイドのスライダ製造方法、及び、該方法で製造されるスライダに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、装置等の運動機構移動方向を導引するリニアガイドは、精密機械からオートメーション産業、半導体産業、医療設備、航空宇宙産業に至るまで、重要なパーツとして用いられており、主な機能はローリングボールやローラが転がることにより、機械の構造を移動させる際にその摩擦抵抗を下げることで移動を容易にし、エネルギーの節約に役立っている他、摩擦を減少させることで磨耗と温度の上昇を避け、構造の精密度や寿命、並びに移動の速度を上げる目的も果たしており、機械において欠かせない伝動構造となっている。通常、リニアガイドは上述のようにローリングボールを使用した「ボールスライド型リニアガイド」と呼ばれるものと、ローラを使用した「ローラスライド型リニアガイド」と呼ばれるものの二種に分けられる。何れもスライダにキャリヤ及びリフローの機能を提供するため、ローリングボールやローラを合わせなければならないことから構造が複雑で加工のプロセスも煩雑なものとなっており、必然的にコストも高くなっている。
【０００３】
では、従来公知のリニアガイドの具体例として、図１に示すように、ボールスライド型リニアガイド（特許文献１：USP  6042269、或いは特許文献２：USP  6085420参照）が知られており、ボールスライド型リニアガイド３０のスライダ３１には滑動溝３１５が設けられており、該滑動溝３１５がレール３４を穿設することにより、該スライダ３１が該レール３４上に嵌設される。
ローリングボール３５１のキャリヤとして、該スライダ３１上には転がり溝３１１を設けなければならず、該転がり溝３１１とは該ボール３５１が転がる溝であり、つまり負荷を受ける個所であることから、該転がり溝３１１表面には優れた硬度が必要となってくる（通常ではHRC５８以上）。材質の優れた耐磨耗性を達成すると同時に、該転がり溝３１１付近の材質にも相当な降伏強度が必要であり、材料の疲労による破損を避けることが重要となっている。またローリングボール３５１は反対方向に移動することで無限に転がり循環する目的を達成するべく、該スライダ３１上にはリフローホール３１２を設けるが、該リフローホール３１２は穿孔であり、該スライダ３１の片側の面よりもう片側の面までを貫通しており、該ローリングボール３５１が通過できる大きさとなっており、つまり該リフローホール３１２のサイズは該ローリングボール３５１よりも大きいものでなければならない。
【０００４】
但し、該リフローホール３１２は加工が困難であり、図１に示すように，先ず該スライダ３１に数個の円形の穿孔３１７を設け、次に該リフローホール３１２と翼形溝３１３を具有するプラスティック部３１６を該穿孔３１７内に挿入する。該リフローホール３１２は該ローリングボール３５１とホールディングチェーン３５が通過できるものでなければならず、よって該リフローホール３１２は円形を呈した断面の両側に翼形溝３１３を設けなければならないのであり、該翼形溝３１３で該ホールディングチェーン３５の上下の凸縁３５２，３５３を通過させるのである。
しかし、製造プロセスが複雑で、且つプラスティックの強度は鋼鉄を材質としたものには遥かに及ばず該スライダ３１の構造強度も低いため、該スライダ３１の両至端面上にはボルトホール３１４を加工するが、該ボルトホール３１４を該スライダ３１の至端面の蓋（図中なし）に設けられるものとしている。該ボルトホール３１４の加工は難しいものではないが、しかし該ボルトホール３１４とリフローホール３１２には位置を合わせる精密度を極めなければならない点を考慮に入れると加工は容易でないと言える。
【０００５】
また公知における該ローラスライド型においては、図２に示すように（特許文献３：USP6109789、特許文献４：USP6390678参照）ローラスライド型リニアガイド２０のスライダ２１には滑動溝２１５が設けられており、該滑動溝２１５がレール２４に穿設され、該スライダ２１を該レール２４上に嵌設している。
該スライダ２１上にはローラ２５１を受ける機能が必要であることから、該スライダ２１上には同様にして転がり溝２１１が設けられており、つまり該転がり溝２１１とはローラ２５１の転がるレールであり、構造の負荷を受けるキャリヤでもある。該ローラ２５１が反対方向の移動することで無限に循環して転がる目的を達成するべく、該スライダ２１上にもリフローホール２１２が設けられ、該リフローホール２１２は穿孔となっており、該ローラ２５１の側面の輪郭に合わせるべく該リフローホール２１２の断面は方形でなければならない。
断面が円形を呈した孔を加工するのは比較的容易である。しかし、方形を呈した孔を加工するのは比較的困難であり且つコストも高くつくといった問題がある。現在の製法では先ず数個の円形の穿孔２１７を作り、次に方形のリフローホール２１２と翼形溝２１３を具有するプラスティック部２１６を該穿孔２１７内に挿入する方法が採られているが、該リフローホール２１２は同時にローラ２５１とホールディングチェーン２５が通過できる大きさでなければならないこと、また該スライダ２１の転がり溝２１１上にも対応する逃げ溝２１８を設けて該ホールディングチェーン２５の凸縁２５２を通過させなければならない。この製法によるとプロセスが複雑なばかりか、プラスティックの強度が鋼鉄材質の強度には遥かに及ばず、該スライダ２１の構造強度が低くなってしまうといった欠点を有する他、該スライダ２１の両側の至端面上にもボルトホール２１４を加工しなければならず、ここでも該ボルトホール２１４は上述同様、加工技術自体は容易であるが、位置の精確さが求められることから実際は加工が容易ではない。
【特許文献１】米国特許第６０４２２６９号明細書
【特許文献２】米国特許第６０８５４２０号明細書
【特許文献３】米国特許第６１０９７８９号明細書
【特許文献３】米国特許第６３９０６７８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような公知の技術では、製造プロセスにおける欠点が多々あるが、その一つとしてコストの問題があり、コストを下げるためには鋳造に着眼せねばならないが、しかし従来の鋳造方法では金型の精密度と金属が液体から固体に変わるプロセスをしっかりと把握するのが難しく、また鋳造後の完成品は多数の加工を施さなければ成らず、且つ完全な円形を呈した断面を有する孔を設けるのも困難であり、尚且つ鋳造後の加工修正も効果的でないこと、また粉末冶金製造のプロセスではサイズの精密度は高まっているものの深孔プレスにおける難易度は高く、材料の脆さや品質におけるリスクが高いなどの問題もある。
そこで、本発明は、上述の欠点に鑑みなされたもので、コストを抑えつつ構造の強度を高めるべく、本発明のリニアガイドのスライダ製造方法、及び、該方法で製造されるスライダを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、転がり溝とリフローホールが設けられたリニアガイドのスライダにおいて、該スライダは金属射出成形により製造されることを特徴とするリニアガイドのスライダ製造方法である。
請求項２の発明は、請求項１のリニアガイドのスライダ製造方法によって製造されるリニアガイドのスライダであって、転がり溝とリフローホールが設けられたリニアガイドのスライダにおいて、該スライダは金属射出成形により製造され、前記リフローホール上には該リフローホールに平行な翼形溝が設けられることを特徴とするリニアガイドのスライダである。
請求項３の発明は、前記スライダにおいて、該金属射出成形に使用される金属粉末には二種類の公称上のサイズの異なる粉末が含まれることを特徴とする請求項１記載のリニアガイドのスライダ製造方法である。
請求項４の発明は、前記スライダにおいて、該二種類の公称上のサイズの異なる粉末は、公称上の直径の差が約３から６倍であることを特徴とする請求項３記載のリニアガイドのスライダ製造方法である。
請求項５の発明は、リニアガイドのスライダ製造方法には、金属粉末と結合剤を混合し、射出成形により該金属粉末及び結合剤の混合物からリフローホールを具有するスライダの雛型を製造し、前記スライダの雛型を該結合剤が液化する温度以上に加熱することで該スライダ中の結合剤を除去し、前記スライダを焼結して該金属顆粒間を再結晶させることで組織の緻密性を高めるプロセスを含むことを特徴とするリニアガイドのスライダ製造方法である
【０００８】
すなわち、本発明は、リニアガイドのスライダ製造方法において、射出成形法を用い金属粉末をリニアガイドに成形するが、成形時にはリニアガイドの転がり溝とリフローホールを直接成形し、またスライダ周囲の材質に優れた硬度及び精密度、並びに降伏強度をもたらすべく、顆粒の大小が異なる二種の金属粉末及び結合剤を混合攪拌し、上述の射出成形によりスライダの雛型が完成したら脱脂することで結合剤を除去し、更に焼結を経て粉末状態の金属間が再結晶することで組織の緻密化を図るが、顆粒の大きな金属粉末と小さな金属粉末の比例は１：0．225、且つ該小さい顆粒の金属粉末の重量比が１％をベストとし、また小さい顆粒の金属粉末はガスアトマイズ法により製造され、球形の外観を呈したものとする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、リニアガイドのスライダにおいて、射出成形法を採り、且つ金属が完全に液化する前に再凝結するためサイズがコントロールされやすくなり、転がり溝、リフローホール、翼形溝、逃げ溝、ボルトホールなどの精密度も高められたと同時に、加工プロセスも簡単になってコストの削減も実現し、また材質の硬度や降伏強度においても顆粒の大きさの異なる二種の金属粉末を利用することで増強させるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好適な実施例を説明するが、ボールスライド型リニアガイド或いはローラスライド型リニアガイド上のスライダにおいて、射出成形技術を利用することによりスライダにはリフローホールや転がり溝、翼形溝、逃げ溝などの構造を形成し、且つ材質は顆粒の大小の異なる二種類の金属粉末を攪拌混合し、小さい方の金属粉末球が大きいほうの金属粉末球の隙間を充填することにより強度が高められたことを特徴とするものである。
実施例におけるボールスライド型リニアガイド、或いはローラスライド型リニアガイドはスライダに応用されるものである。該ボールスライド型リニアガイドに応用する際には転がり溝、円形のリフローホール、及び翼形溝、ボルトホールなどの構造を含み、該ローラスライド型リニアガイドに応用する際には転がり溝、方形のリフローホール、逃げ溝、及びボルトホールなどの構造を具有し、これらの製造プロセスを具体的に以下に述べる。
【００１１】
先ず初めに、金属粉末と結合剤とを混合させて混合顆粒にし、該金属粉末には少なくとも二種類の異なる粒度の金属粉末を含むものとし、その内の少なくとも一種は球形の金属粉末とし、該球形の金属粉末でもう一種の金属粉末の接合間隙を充填するものとする。
大きい方の顆粒の金属粉末は小さい方の顆粒の金属粉末の直径よりも３〜６倍大きく、金属粉末間の顆粒の大小比例は直径比で１対0．225が最適であり、該小さい顆粒の金属粉末の重量は総重量の１％ほど（0．225の三乗＝約0．011）をベストとする。該小さい顆粒の金属粉末はガスアトマイズ法より製造され、且つ球形の外観を呈しており、該小さい顆粒の球形金属粉末の直径は小さいほど価格が高いため、細かい金属粉末の含量は３％を超えないほうがよい。また、大きい顆粒の金属粉末においてはウォーターアトマイズ法により製造される不規則な形状の金属粉末とすることで、材料にかかるコストを削減する。金属粉末の製造上では公差が生じ、且つ一方の金属粉末中のそれぞれの顆粒の直径にも僅かな差異があることから、公称上の直径とは一方の金属粉末の具有する代表的直径とする、公称上のサイズとは一方の金属粉末の具有する代表的サイズとする。
【００１２】
次に、金属射出成形技術により、上述のむらなく混合された二つの大小が異なる顆粒の金属粉末及び結合剤がスライダの雛型として成形され、該スライダ上には同時に転がり溝やリフローホールが含まれるが、同時にボルトホールや翼形溝、逃げ溝などの構造を含むものとしてもよく、該リフローホールにおいては円形或いは方形を呈するものとする。
更に、該スライダの雛型を結合剤が気化或いは液化する温度以上に加熱し、スライダの雛型中の結合剤を除去した後、該スライダの雛型が焼結を経ることにより、粉末状態の金属顆粒間に再結晶による組織の緻密化を図る。
【００１３】
上述のプロセスにより製造されたスライダは、図６，７に示すように、該スライダ５１，６１上には滑動溝５１１，６１１並びにリフローホール５１２，６１２等の構造を具有するが、同時にボルトホール５１４，６１４や翼形溝５１３，６１３並びに逃げ溝６１８などの構造を設けてもよい。プロセス全体において、金属粉末は全面的に液化しない間に凝結するため、本発明におけるスライダのサイズは精確にコントロールされると同時に密度が高く、図５に示すように該スライダの結晶構造が高まる。
即ち、図３，４に示すように、密度に劣る問題が解決され、結晶格子中の六面最密構造が達成されるのであるが、図中の三つの球体４１，４２，４３は三角形を呈して配列されており、該三つの球体４１，４２，４３中心の上方にはもう一つの球体４４が設けられている。この構造は等しい大きさの球体の最密配列構造であるが、幾何に基づいた計算では密度は球体密度の７４％しかなく、金属射出成形のプロセス中で金属顆粒が高温時に軟化及び変形し結晶するが、一般の粉末中でも異なるサイズの顆粒を含み、小さい顆粒が二つの大きな顆粒の隙間中に充填されれば密度が増加されるのである。
しかし、公知における結晶構造はまだ理想的ではなく、顆粒の小さい金属顆粒を使用することが一般に用いられている密度を高める方法であり、その原理は結晶生長の過程において小さい顆粒が生長して顆粒間の密度を最も狭めるが、但し球体が変形する際における球体のサイズの変化を考慮しなければ、その密度は７４％に留まり、現在では小さな粒度の粉末を使用しても密度は９８％にまでしか達しておらず、９８％以下の密度は一般の機械の構造にはまだ十分ではない。
しかし、リニアガイドのスライダは、転がり溝がポイント的に集中して負荷を受けるため、密度は低くてもその疲労に対する強度は低いことになり、公知では四つの球体が配列して形成する結晶構造で製造されたスライダの強度はローリングボールやローラなどのポイント的に受ける負荷に耐えるに足りなかった。
【００１４】
引き続き、図４に示すように図３のA―Aによる断面図では、断面が該球体４２，４４を切断しており、該球体４１，４３では断面がちょうど接点に当たっており、本発明では大小の異なる下流の金属粉末が混合されていることにより、小さい顆粒の球形金属粉末が堆積される密度を増加しており、本発明における四つの球体４１，４２，４３，４４の中央には体積が小さく四つの球体と接触する一つの小さな球体４５が充填された状態となり（図５参照）、幾何に基づいた計算では該小さな球体４５の直径は前述の四つの球体の直径の約0．225倍となり、該小さな球体４５はちょうど隣り合う四つの球体４１，４２，４３，４４と接触し、図５の密度は図３に示す結晶構造よりも2．5％増加し、結晶配列構造が金属射出成形後の材料密度９８％以上を達成する。
【００１５】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、本発明の特徴を損なうものでなければ決して実施例に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができることは勿論である。  
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来公知におけるボールスライド型リニアガイドの立体分解図である。
【図２】従来公知におけるローラスライド型リニアガイドの立体分解図である。
【図３】材料の結晶格子中の六面最密構造を示す図である。
【図４】図３のA−Aによる断面図である。
【図５】本発明のスライダの結晶格子説明図である。
【図６】本発明の技術により製造されるボールスライド型リニアガイドの一実施例を示す図である。
【図７】本発明の技術により製造されるローラスライド型リニアガイドの別の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
２０  ローラスライド型リニアガイド
２１  スライダ
２１１  転がり溝
２１２  リフローホール
２１３  翼形溝
２１４  ボルトホール
２１５  滑動溝
２１６  プラスティック部
２１７  貫通穿孔
２１８  逃げ溝
２４  レール
２５  ホールディングチェーン
２５１  ローラ
２５２  凸縁
３０  リニアガイド
３１  スライダ
３１１  転がり溝
３１２  リフローホール
３１３  翼形溝
３１４  ボルトホール
３１５  滑動溝
３１６  プラスティック部
３１７  穿孔
３４  レール
３５  ホールディングチェーン
３５１  ローリングボール
３５２  上凸縁
３５３  下凸縁
４１，４２，４３，４４，４５  結晶球
５１，６１  スライダ
５１１，６１１  転がり溝
５１２，６１２  リフローホール
５１３，６１３  翼形溝
５１４，６１４  ボルトホール  
６１８  逃げ溝
【図１】
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【図２】
2005291247.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005291247.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005291247.tif 000008
【図７】
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