(57)【要約】【課題】軽量、低価格、低騒音を実現した新たな運動案内装置を得る。【解決手段】軌道レール１１に対する移動ブロック２１の相対的な往復運動を可能とする運動案内装置１０において、軌道レール１１又は移動ブロック２１が、アルミニウム系材料により形成されており、ボール１３が、弾性材料により形成されている。この弾性材料は、樹脂材料であることが好適である。また、軌道レール１１は、押出成形により成形加工されており、ボール転走溝１１ａの表面が、押出肌のままで形成されている。さらに、ボール転走溝１１ａは、ゴシックアーチ形状にて形成されていることが好適である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動体転走面を有する軌道部材と、
前記転動体転走面に対応する負荷転走面を有する移動部材と、
前記転動体転走面と前記負荷転走面とが協働して形成する負荷転走路に対して転走自在に設置される複数の転動体と、
を有することにより、前記軌道部材に対する前記移動部材の相対的な往復運動又は回転運動を可能とする運動案内装置において、
前記軌道部材又は前記移動部材が、アルミニウム系材料により形成されており、
前記転動体が、弾性材料により形成されていることを特徴とする運動案内装置。
【請求項２】
請求項１に記載の運動案内装置において、
前記弾性材料は、樹脂材料であることを特徴とする運動案内装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の運動案内装置において、
前記軌道部材は、押出成形により成形加工されており、
前記転動体転走面の表面が、押出肌のままで形成されていることを特徴とする運動案内装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の運動案内装置において、
前記転動体転走面が、ゴシックアーチ形状にて形成されていることを特徴とする運動案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量、低価格、低騒音を実現した新たな運動案内装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、従来から用いられている機械要素には、リニアガイドやボールねじ、直動ベアリング、ボールスプライン、回転ベアリング等といった運動案内装置が知られている。かかる運動案内装置は、転動体転走面を備える軌道部材と、この転動体転走面に対向する負荷転走面を備える移動部材と、転動体転走面と負荷転走面とによって構成される負荷転走路内に転走自在に設置される複数の転動体と、を有することにより、移動部材が軌道部材の軸線方向又は周方向に往復運動自在又は回転運動自在とされる装置である。
【０００３】
この種の運動案内装置では、軌道部材と移動部材との間に配設される複数の転動体が、負荷を受けながら繰り返し転がり運動を行うことになるので、これら運動案内装置の構成部材には繰り返し接触応力が加わることとなる。そのため、軌道部材、移動部材、及び転動体を構成する材料には、疲労寿命や耐摩耗性等に優れた高い硬度を有する鉄鋼材料が採用されていた。また、このような構成を有する運動案内装置は、高剛性で耐荷重性に優れていることから、例えば工作機械や半導体製造装置等といった、高度な案内精度を要求される装置に適用可能であった。
【０００４】
一方、家具の引き出し等といった民生品の運動を案内する機械要素には、例えば下記特許文献１に記載されるようなスライドレール装置が利用されていた。かかるスライドレール装置は、例えばパソコンデスクのキーボードトレーやサイドボード等に使用される引き出しを案内する装置であり、その具体的な構成は、引き出しの両側にそれぞれインナーレールが取り付けてあり、引き出しを入れる位置の両側にアウターレールが取り付けてある。アウターレールには、ボールリテーナー、中間レールが取り付けてあって、ボールリテーナーは中間レールの中に位置し、自由自在にスライドさせることが可能となっている。そして、引き出しに取り付けられたインナーレールをアウターレールに挿入すると、ちょうどボールリテーナーと中間レールに嵌り込むようになっており、アウターレールに沿ってインナーレールがスライドできるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】登録実用新案第３１１００９７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、近時の産業界にあっては、運動案内装置の適用範囲を拡大したいとする要請が高まっており、例えば、リニアガイド等の従来の運動案内装置よりも軽量且つ低価格であり、しかも従来のスライドレール装置よりも案内精度の高い新たな運動案内装置の実現が求められていた。つまり、高い案内精度を有する従来の運動案内装置と、軽量且つ低価格な従来のスライドレール装置とが有する利点を併せ持った、新たな運動案内装置の実現が望まれていたのである。
【０００７】
しかしながら、上述したような新たな運動案内装置の実現は、非常に大きな困難を伴うものであった。例えば、スライドレール装置のインナーレールやアウターレールは、引き抜き材を利用していることから安価に製造されているが、かかる技術を従来の運動案内装置にそのまま適用し、鉄鋼材料で構成される軌道部材を引き抜き加工で仕上げた場合には、十分な表面精度が得られないことから、騒音発生の原因や早期故障の原因ともなるという問題が存在していた。
【０００８】
また、従来のスライドレール装置は、その構造上、壁側に取り付けを行うことが一般的であり、天地側への取り付けが想定されていないものであった。したがって、従来のスライドレール装置をベースにして新たな運動案内装置を設計すると、取付方向が限定されてしまうといった不具合が生じることとなる。
【０００９】
以上のような理由から、リニアガイド等の従来の運動案内装置と従来のスライドレール装置とを単純に組み合わせただけでは、満足のいく運動案内装置は得られないのである。
【００１０】
本発明は、上述した課題の存在に鑑みて成されたものであり、その目的は、高い案内精度を有する従来の運動案内装置と、軽量且つ低価格な従来のスライドレール装置とが有する利点を併せ持った、新たな運動案内装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る運動案内装置は、転動体転走面を有する軌道部材と、前記転動体転走面に対応する負荷転走面を有する移動部材と、前記転動体転走面と前記負荷転走面とが協働して形成する負荷転走路に対して転走自在に設置される複数の転動体と、を有することにより、前記軌道部材に対する前記移動部材の相対的な往復運動又は回転運動を可能とする運動案内装置であって、前記軌道部材又は前記移動部材が、アルミニウム系材料により形成されており、前記転動体が、弾性材料により形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る運動案内装置において、前記弾性材料は、樹脂材料であることが好適である。
【００１３】
また、本発明に係る運動案内装置において、前記軌道部材は、押出成形により成形加工されており、前記転動体転走面の表面を、押出肌のままで形成することができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る運動案内装置では、前記転動体転走面を、ゴシックアーチ形状にて形成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、所定の案内精度を維持しながらも、軽量、低価格、低騒音を実現した新たな運動案内装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る運動案内装置の全体構成を説明するための部分破断斜視図である。この運動案内装置１０は、軌道部材としての軌道レール１１と、その軌道レール１１に転動体としてのボール１３…を介して移動自在に取り付けられる移動部材としての移動ブロック２１とを備えている。
【００１８】
軌道レール１１は、概略矩形の断面を有する長尺の部材であり、その両側面には、ボール１３を転走させることができるボール転走溝１１ａ…が軌道レール１１の全長に亘って形成されている。図１において例示する運動案内装置１０の場合には、軌道レール１１の両側面に対して１条ずつ、合計２条のボール転走溝１１ａ…が形成されている。軌道レール１１には、その長手方向に適宜間隔をおいて複数のボルト取付孔１１ｂが形成されており、これらボルト取付孔１１ｂに螺着されるボルト（不図示）により、軌道レール１１が所定の取付面に固定される。なお、図示の軌道レール１１は直線状であるが、一定の曲率を持つ曲線状のレールが使用されることもある。
【００１９】
移動ブロック２１は、ブロック本体２２と、一対の側蓋２３，２３とから構成されている。一対の側蓋２３，２３は、ブロック本体２２の両端にボルトにて固定され、移動ブロック２１が完成している。
【００２０】
ブロック本体２２には、軌道レール１１に形成された２条のボール転走溝１１ａとそれぞれ対向する２条の負荷転走溝２２ａが設けられている。これらボール転走溝１１ａと負荷転走溝２２ａの組み合わせにより、軌道レール１１と移動ブロック２１との間に２条の負荷転走路３１が形成される。なお、ブロック本体２２の上面には複数（図１では２箇所）の雌ねじ２２ｂが形成されている。これらの雌ねじ２２ｂを利用して、移動ブロック２１が案内対象物の取付面に固定される。
【００２１】
ブロック本体２２には、各負荷転走路３１と並行して延びる２条の戻し路２２ｃが、ブロック本体２２を貫通して形成されている。また、ブロック本体２２の両端面には、負荷転走溝２２ａと戻し路２２ｃとの間でアーチ状に突出する一対のボール案内部（不図示）が設置されている。さらに、側蓋２３には、不図示のボール案内部に対応してアーチ状に陥没するボール案内溝（不図示）が形成されている。
【００２２】
側蓋２３をブロック本体２２に固定することにより、ボール案内部（不図示）とボール案内溝（不図示）とが組み合わされ、それらの間に負荷転走路３１と戻し路２２ｃとを結ぶＵ字状の方向転換路（図１において符号Ａで示すボール１３の折り返しを実現する経路）が形成される。戻し路２２ｃと方向転換路とによってボール１３の無負荷転走路が構成され、その無負荷転走路と負荷転走路３１との組み合わせによって無限循環路が構成される。
【００２３】
本実施形態に係る運動案内装置１０は、以上のような構成を有しているので、軌道レール１１の長手方向に沿って移動ブロック２１が往復運動自在となっている。そして、本実施形態に係る運動案内装置１０が有する有意な特徴点は、軌道レール１１と移動ブロック２１及びボール１３を構成する材質にある。すなわち、本実施形態に係る軌道レール１１と移動ブロック２１を構成するブロック本体２２は、アルミニウム系材料により形成されており、一方、複数のボール１３は、弾性材料により形成されている。
【００２４】
まず、軌道レール１１とブロック本体２２が、いずれもアルミニウム系材料によって構成されることにより、運動案内装置１０の軽量化を図ることが可能となっている。また、軌道レール１１とブロック本体２２は、長手方向に直行する断面の形状が、その長手方向でいずれも同一形状をしているので、これらは押出成形により成形加工することが好適である。かかる成形加工手法の採用によって、軌道レール１１とブロック本体２２の製造コストが従来技術に比べて飛躍的に削減できることとなる。なお、アルミニウム系材料の具体的な種類については、アルミニウムやアルミニウム合金など、既知のあらゆるアルミニウム系材料を採用することができる。
【００２５】
ただし、ボール転走溝１１ａを有する軌道レール１１や負荷転走溝２２ａを有するブロック本体２２を押出成形により成形加工した場合、従来技術に基づく技術思想では、ボール１３の負荷域となるボール転走溝１１ａや負荷転走溝２２ａに対して高度な仕上げ加工や表面処理加工を施す必要があった。これらボール転走溝１１ａや負荷転走溝２２ａが押出肌のままで形成されていると、鉄鋼材料から成る従来のボールがスムーズに転走できず、騒音の発生や案内精度の低下、あるいは早期故障の原因となることが予想されるからである。
【００２６】
そこで、本実施形態に係る運動案内装置１０では、ボール１３を弾性材料により形成することとした。かかる構成の採用によって、仕上げ精度の低い押出肌のままのボール転走溝１１ａや負荷転走溝２２ａであっても、好適な案内運動を実現することのできる運動案内装置１０を得ることが可能となった。
【００２７】
なお、ボール１３を構成する弾性材料には、樹脂材料を採用することが好適である。例えば、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）の少なくとも１種を含む樹脂材料によってボール１３を構成することにより、かかる樹脂材料の弾性力及び塑性力等が好適に作用する。したがって、所定の案内精度を維持しながらも、軽量化、低価格化、低騒音化、長寿命化等を実現することができる新たな運動案内装置１０を得ることが可能となる。
【００２８】
また、本実施形態に係る運動案内装置１０では、ボール１３が負荷を受けることとなるボール転走溝１１ａと負荷転走溝２２ａとの溝形状を、いずれもゴシックアーチ形状にて形成することとした。ボール転走溝１１ａと負荷転走溝２２ａとをゴシックアーチ形状にて形成することにより、移動ブロック２１に作用する４方向（ラジアル方向、逆ラジアル方向、横方向）の荷重に対して同一定格荷重となるように各ボール１３が配置されることになるので、あらゆる姿勢での運動案内装置１０の使用が可能となる。このような効果は、従来技術、特に軽量且つ低価格を実現していたスライドレール装置では実現不可能なものであり、本実施形態に係る運動案内装置１０の従来技術に対する飛躍的な進歩を示している。
【００２９】
なお、無負荷域である無負荷転走路の断面形状及び寸法については、負荷転走路とのスムーズなボール１３の受け渡しを実現できればどのような形状を採用してもよく、例えば、ボール１３よりも幾らか大きい直径の円形断面を描くように設定することができる。
【００３０】
次に、本実施形態に係る運動案内装置１０の具体的な製造方法を説明する。まず、軌道レール１１は、軌道レール１１の断面形状に近似する断面を有するアルミニウム系材料から成る棒状素材を用意し、この棒状素材に対して押出加工を施すことによって一気に軌道レール１１としての成形加工を行う。押出加工の際には、ボール転走溝１１ａについても同時に成形加工が行われることとなり、ボール転走溝１１ａを形成するための工程を単独で設ける必要がない。そして、軌道レール１１は押出肌のままで完成し、必要に応じてボルト取付孔１１ｂの孔開け加工が実施されたり、所望の長さに切断されたりすることによって完成する。
【００３１】
一方、移動ブロック２１については、まずブロック本体２２の製造を行うこととなる。すなわち、上述した軌道レール１１と同様に、アルミニウム系材料から成る素材を用意し、この素材に対して押出加工を施すことによって一気にブロック本体２２の外郭形状を仕上げる。このとき、負荷転走溝２２ａについても同時に成形が完了する。その後、負荷転走溝２２ａと並行して延びる２条の戻し路２２ｃをドリル加工によって形成し、ブロック本体２２が完成する。完成したブロック本体２２には、続いてその両端部にボール案内部（不図示）と側蓋２３とが設置され、移動ブロック２１が完成することとなる。なお、不図示のボール案内部についてはアルミニウム系材料にて形成しても良いし、樹脂材料から成る側蓋２３と一体に形成されても良い。また、本実施形態では、ボール案内部（不図示）と側蓋２３とが別部材として構成される場合を例示して説明を行ったが、側蓋単独で方向転換路を有するようにこれらを１つの部材にて構成することも可能である。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。例えば、本実施形態に係る運動案内装置１０は、複数の転動体が負荷転走路と無負荷転走路とから構成される無限循環路内に設置されて無限に循環する構成を有するものであったが、転動体が有限循環する形態の運動案内装置であっても本発明を適用可能である。
【００３３】
また、上述した運動案内装置１０は、リニアガイド装置についてのものであったが、本発明に係る運動案内装置は、例えば、工作機械などに用いられる転がり軸受全般や真空中で使用される無潤滑軸受、ボールスプライン装置、ボールねじ装置、回転旋回軸受などのような、あらゆる転動・摺動動作を伴う装置を含むものである。
【００３４】
さらに、上述した運動案内装置１０では、移動部材としての移動ブロック２１を、アルミニウム系材料から成るブロック本体２２と樹脂材料から成る一対の側蓋２３とから構成した場合を例示して説明を行った。しかしながら、移動部材としての移動ブロック２１の構成は、上述したものには限られず、例えば、移動部材のすべての構成部材をアルミニウム系材料によって構成しても良い。すなわち、本発明の適用範囲は、移動部材のすべての構成部材をアルミニウム系材料とすることを求めるものではなく、上述した作用効果を発揮できるのであれば、適宜異材との組み合わせにて構成することを含んでいる。
【００３５】
またさらに、上述した運動案内装置１０は、転動体にボール１３を採用した場合を例示して説明したが、転動体にはローラやコロ等といった他の形状を採用することが可能である。例えば、転動体にローラを採用した場合には、ボール転走溝１１ａや負荷転走溝２２ａはローラの形状に対応したボール転走面や負荷転走面として形成すればよい。この場合であっても、軌道部材や移動部材は押出成形可能であり、安価に製造することができる。また、転動体としてのローラは、樹脂製の棒状部材を切断して製造すればよいので、製造し易いという利点がある。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態に係る運動案内装置の全体構成を説明するための部分破断斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  運動案内装置、１１  軌道レール、１１ａ  ボール転走溝、１１ｂ  ボルト取付孔、１３  ボール、２１  移動ブロック、２２  ブロック本体、２２ａ  負荷転走溝、２２ｂ  雌ねじ、２２ｃ  戻し路、２３  側蓋、３１  負荷転走路。
【図１】
2009144764.tif 000003