特開 2024-7963 運動案内装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024007963

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】運動案内装置

(51)【国際特許分類】

   F16C 29/06 20060101AFI20240112BHJP

【ＦＩ】

F16C29/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022109425

(22)【出願日】2022-07-07

(71)【出願人】

【識別番号】390029805

【氏名又は名称】ＴＨＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112140

【弁理士】

【氏名又は名称】塩島 利之

(74)【代理人】

【識別番号】100119297

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 正男

(72)【発明者】

【氏名】林 勇樹

【テーマコード（参考）】

3J104

【Ｆターム（参考）】

3J104AA03

3J104AA23

3J104AA36

3J104AA65

3J104AA69

3J104AA74

3J104AA76

3J104BA23

3J104BA32

3J104DA20

3J104EA01

3J104EA07

(57)【要約】

【課題】ターン部の繰り返し耐久性や動きなどの性能を向上させることができる運動案内装置を提供する。
【解決手段】運動案内装置は、軌道部材２の転動溝７の壁面とブロック４のターン溝１０の壁面との間でボール３を挟み込んで転走路を移動したボール３の軌道を変化させる。軌道部材側挟み込み角をα、ブロック側挟み込み角をβとするとき、α＋β＜１８０°を満足する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

長手方向に延びる転動溝を有する軌道部材と、
前記軌道部材の前記転動溝に対向する転動溝、戻し部、前記転動溝と前記戻し部に接続されるターン部を有するブロックと、
前記軌道部材の前記転動溝と前記ブロックの前記転動溝との間の転走路、前記戻し部、前記ターン部を含む循環路に配置される複数のボールと、を備え、
前記軌道部材の前記転動溝の壁面と前記ブロックの前記ターン部の少なくとも一部のターン溝の壁面との間で前記ボールを挟み込んで前記転走路を移動した前記ボールの軌道を変化させ、
前記軌道部材の前記転動溝の有効端と前記軌道部材の前記転動溝上の前記ボールの中心とを結んだ線と、前記軌道部材の転動溝中心線とのなす軌道部材側挟み込み角をα、
前記ブロックの前記ターン溝と前記ボールとの接点と前記軌道部材の前記転動溝上の前記ボールの中心とを結んだ線と、前記軌道部材の前記転動溝中心線とのなすブロック側挟み込み角をβとするとき、
α＋β＜１８０°を満足する運動案内装置。

【請求項2】

前記ブロックの前記ターン溝の前記ボールとの接点が、前記ボールの中心を通り前記軌道部材の前記転動溝中心線と直交する線上又はこの線よりも前記軌道部材側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の運動案内装置。

【請求項3】

前記軌道部材の断面の輪郭曲線と前記ボールとの接点と前記ボールの中心とを結んだ線と、前記軌道部材の前記転動溝中心線とのなす軌道部材側面の形状角度をγとし、
前記ブロックの前記ターン溝と前記ボールとの接点と前記ボールの中心とを結んだ線と、前記軌道部材の前記転動溝中心線とのなすブロック側挟み込み角をδとするとき、
前記ブロックの前記ターン溝のターン開始点からγが０°になるまでの範囲において、γ＋δ＜１８０°を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の運動案内装置。

【請求項4】

前記ブロックの前記ターン溝のターン開始点からγが０°になるまでの範囲において、前記ブロックの前記ターン溝と前記ボールとの接点が、前記ボールの中心を通り前記軌道部材の前記転動溝中心線と直交する線上又はこの線よりも前記軌道部材側に配置されることを特徴とする請求項３に記載の運動案内装置。

【請求項5】

前記軌道部材の前記転動溝の外側の一対の側面のうち、前記ボールに接する一方の側面が前記ボールに接しない他方の側面よりも前記ブロック側に突出することを特徴とする請求項１又は２に記載の運動案内装置。

【請求項6】

単一構造体の前記ブロックに少なくとも前記転動溝と前記ターン溝が連続的に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の運動案内装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、テーブルなどの可動体の直線運動又は曲線運動を案内するための運動案内装置に関する。

【背景技術】

【0002】

テーブル等の可動体の直線運動又は曲線運動を案内するための運動案内装置が知られている（特許文献１参照）。運動案内装置は、軌道部材と、軌道部材に対して相対移動可能なブロックと、を備える。軌道部材とブロックとの間には、複数のボールが転がり運動可能に介在する。

【0003】

軌道部材は、長手方向に延びる転動溝を有する。ブロックは、軌道部材の転動溝に対向する転動溝を有すると共に、戻し部、ターン部を有する。

【0004】

軌道部材の転動溝とブロックの転動溝との間の転走路、戻し部、ターン部によって循環路が構成される。循環路には、複数のボールが配置される。軌道部材に対してブロックを相対移動させると、ボールが転走路を移動する。転走路を移動したボールは、ターン部に導かれ、その後、戻し部を反対方向に移動し、その後、もう一つのターン部から転走路に導かれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開ＷＯ２００８／０４１５８９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、従来の運動案内装置においては、ターン部におけるボールの動きが良好でないという課題がある。

【0007】

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、ターン部におけるボールの動き、ターン部の繰り返し耐久性などの性能を向上させることができる運動案内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】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、長手方向に延びる転動溝を有する軌道部材と、前記軌道部材の前記転動溝に対向する転動溝、戻し部、前記転動溝と前記戻し部に接続されるターン部を有するブロックと、前記軌道部材の前記転動溝と前記ブロックの前記転動溝との間の転走路、前記戻し部、前記ターン部を含む循環路に配置される複数のボールと、を備え、前記軌道部材の前記転動溝の壁面と前記ブロックの前記ターン部の少なくとも一部のターン溝の壁面との間で前記ボールを挟み込んで前記転走路を移動した前記ボールの軌道を変化させ、前記軌道部材の前記転動溝の有効端と前記軌道部材の前記転動溝上の前記ボールの中心とを結んだ線と、前記軌道部材の転動溝中心線とのなす軌道部材側挟み込み角をα、前記ブロックの前記ターン溝と前記ボールとの接点と前記軌道部材の前記転動溝上の前記ボールの中心とを結んだ線と、前記軌道部材の前記転動溝中心線とのなすブロック側挟み込み角をβとするとき、α＋β＜１８０°を満足する運動案内装置である。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、軌道部材からボールに働く反力とブロックからボールに働く反力の合力に、ターン溝の軌道方向への合力成分を発生させることができる。転走路を移動したボールを円滑にターン溝に導くことができるので、ターン溝におけるボールの動き、ターン溝の繰り返し耐久性などの性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態の運動案内装置の斜視図である。

【図2】図２（ａ）は本実施形態の運動案内装置の平面図、図２（ｂ）は側面図である。

【図3】本実施形態の運動案内装置の正面図である。

【図4】図４（ａ）は本実施形態のブロックの底面側斜視図を示し、図４（ｂ）は反転させた本実施形態のブロックの上面側斜視図を示す。

【図5】本実施形態のブロックの加工方法を示す模式図である。

【図6】本実施形態のブロックのターン溝の断面形状の変化を示す断面図である。

【図7】本実施形態のαとβを説明する図（図６（ａ）の要部拡大図）である。

【図8】比較例のαとβを説明する図である。

【図9】本実施形態のγとδを説明する図（図６（ｂ）の要部拡大図）である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態の運動案内装置を詳細に説明する。ただし、本発明の運動案内装置は種々の形態で具体化することができ、明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。

【0012】

図１は、本発明の一実施形態の運動案内装置１の斜視図を示す。図２は、本実施形態の運動案内装置１の側面図を示す。図３は、本実施形態の運動案内装置１の正面図を示す。本実施形態の運動案内装置１は、軌道部材２と、軌道部材２に対して相対移動可能なブロック４と、を備えるリニアガイドである。軌道部材２とブロック４との間には、複数のボール３が転がり運動可能に介在する。ブロック４には、複数のボール３を循環させる循環路５が形成される。

【0013】

なお、以下では説明の便宜上、水平面に取り付けた軌道部材２を長手方向から見たときの方向、すなわち図１の上下、左右、前後の方向を用いて、運動案内装置１の構成を説明する。もちろん、運動案内装置１の配置はこれに限られるものではなく、軌道部材２を垂直面に取り付けてもよいし、運動案内装置１を上下反転させてもよい。

【0014】

図１に示すように、軌道部材２は、直線状に延びるレールである。軌道部材２は、上面２ａ、左右一対の側面２ｂ、底面２ｃを有する。軌道部材２の側面２ｂには、長手方向に延びる転動溝７が形成される。転動溝７はゴシックアーチ形状である。転動溝７はサーキュラーアーク形状でもよい。軌道部材２の上面２ａには、軌道部材２をベースに取り付けるための複数の取付け穴６が形成される。なお、軌道部材２は曲線状に延びていてもよい。転動溝７の数は２条、４条等適宜設定することができる。また、転動溝７の配置も適宜設定することができる。

【0015】

図３に示すように、ブロック４は、断面略Ｕ字状であり、軌道部材２を跨るように形成される。ブロック４は、軌道部材２の上面２ａに対向するウェブ部４ａと、ウェブ部４ａの左右方向の両端部から垂下し、軌道部材２の側面２ｂに対向する一対の袖部４ｂと、を有する。本実施形態の運動案内装置１のブロック４は、単一構造体である。図１に示すように、ブロック４には、転動溝８、戻し部９、ターン部１０が形成される。転動溝８が軌道部材２の転動溝７に対向する。

【0016】

図４（ａ）はブロック４の底面側斜視図を示し、図４（ｂ）は反転させたブロック４の上面側斜視図を示す。ブロック４の袖部４ｂには、転動溝８が形成される。転動溝８はゴシックアーチ形状である。転動溝８はサーキュラーアーク形状でもよい。

【0017】

ブロック４のウェブ部４ａには、転動溝８と略平行に戻し部９が形成される。戻し部９は、軌道部材２に向かって開口する溝である。以降、戻し部９を戻し溝９という。ブロック４には、転動溝８と戻し溝９に接続されるターン部１０がブロック４の袖部４ｂからウェブ部４ａに至って形成される。ターン部１０は、軌道部材２に向かって開口する溝である。以降、ターン部１０をターン溝１０という。

【0018】

なお、戻し溝９は貫通穴であってもよい。また、ターン溝１０は、少なくともターン開始点（図６（ａ）参照）からターン頂点（図６（ｅ）参照）までの区間で溝であればよく、ターン頂点（図６（ｅ）参照）から戻し溝９までの区間は貫通穴であってもよい。

【0019】

図３に示すように、軌道部材２の転動溝７の外側の一対の側面１１，１２のうち、ボール３に接する上側の側面１１がボール３に接しない下側の側面１２よりもブロック４側に突出する。軌道部材２の上側の側面１１の断面形状は、略円弧状である。ブロック４のターン溝１０は、この上側の側面１１に沿って湾曲する。ターン溝１０は略Ｊ字状である。

【0020】

図５に示すように、ブロック４の転動溝８（図４参照）、戻し溝９、ターン溝１０は、エンドミル等の切削工具１４を用いてブロック４に連続的に形成される。転動溝８、ターン溝１０、戻し溝９の接続部分は、シームレスであり、継ぎ目は存在しない。詳しくは後述するが、ターン溝１０は開口部に向かってアンダーカット形状に形成される。このため、切削工具１４には、略球状の頭部とくびれた首部とを有するロリポップエンドミルを用いるのが望ましい。なお、切削工具１４はエンドミルに限られることはない。また、切削以外に鍛造、プレスなどの塑性加工によってブロック４に転動溝８、ターン溝１０、戻し溝９を連続的に形成してもよい。

【0021】

図１及び図２に示すように、軌道部材２の転動溝７とブロック４の転動溝８の間の転走路、戻し溝９、ターン溝１０によって、循環路５が構成される。循環路５には、複数のボール３が配置される。軌道部材２に対してブロック４を相対移動させると、ボール３が転走路を転がる。転走路の一端まで移動したボール３は、ターン溝１０に導かれ、戻し溝９を反対方向に移動した後、もう一つのターン溝１０から転走路の他端に導かれる。

【0022】

図６は、ブロック４のターン溝１０の断面形状の変化を示す。図６（ａ）は図２（ｂ）のａ－ａ線断面図を示し、図６（ｂ）は図２（ｂ）のｂ－ｂ線断面図を示し、図６（ｃ）は図２（ｂ）のｃ－ｃ線断面図を示し、図６（ｄ）は図２（ｂ）のｄ－ｄ線断面図を示し、図６（ｅ）は図２（ｂ）のｅ－ｅ線断面図を示す。

【0023】

図６（ａ）は、ターン溝１０のターン開始点を示す。転走路を移動したボール３は、図６（ａ）に示すターン溝１０のターン開始点に至る。ターン開始点に至ったボール３は、軌道部材２の転動溝７の壁面とブロック４のターン溝１０の壁面との間に挟まれて、図６（ａ）から図６（ｂ）に示すように、その軌道を図中右側に変化させる。

【0024】

図７は、図６（ａ）の要部拡大図を示す。軌道部材２の転動溝７はゴシックアーチ形状である。すなわち、転動溝７は、ボール３の半径よりもわずかに大きい半径ｒの２つの円弧を備える。半径ｒの２つの円弧の中心はｄである。ボール３は転動溝７に２点で接触する。Ｏは転動溝７上にあるボール３の中心である。転動溝７に対するボール３の接触角はθである。転動溝７の有効範囲は、半径ｒが一定の円弧部分である。ｅは転動溝７の有効端（有効範囲の端）である。転動溝中心線Ｇは、転動溝７の中心線である。この実施形態では、半径ｒの２つの円弧の交点ｆとボール３の中心Ｏとを結んだ線である。

【0025】

本実施形態の運動案内装置１は、下記の（１）式を満足する。
α＋β＜１８０°…（１）

【0026】

（１）式において、αは、軌道部材２の転動溝７の有効端ｅと軌道部材２の転動溝７上のボール３の中心Ｏとを結んだ線Ｈと、軌道部材２の転動溝中心線Ｇとのなす軌道部材側挟み込み角である。なお、ボール３は軌道部材２の転動溝７に接触角θで接触するが、ターン溝１０の軌道方向への合力成分Ｂ（図６（ａ）参照）を確実に発生させるために、αには、軌道部材２の転動溝７の有効端ｅと軌道部材２の転動溝７上のボール３の中心Ｏとを結んだ線Ｈと、軌道部材２の転動溝中心線Ｇとのなす角αを使用する。

【0027】

βは、軌道部材２の転動溝７上のボール３の中心Ｏとブロック４のターン溝１０とボール３との接点ａとを結んだ線Ｉと、軌道部材２の転動溝中心線Ｇとのなすブロック側挟み込み角である。

【0028】

本実施形態の運動案内装置１は、（１）式を満足することにより、ボール３をターン溝１０に円滑に導くことができる。以下にその理由を説明する。

【0029】

図６（ａ）に示すように、軌道部材２の転動溝７の壁面とブロック４のターン溝１０の壁面との間に挟み込まれたボール３には、軌道部材２側から矢印Ａ１で示す反力が働き、ブロック４側から矢印Ａ２で示す反力が働く。（１）式を満足することにより、２つの反力の合力には、ターン溝１０の軌道方向への合力成分Ｂが発生する。この合力成分Ｂによって、転走路を移動したボール３を円滑にターン溝１０に導くことができるのである。

【0030】

図８は、（１）式を満足しない比較例を示す。α＋β≧１８０°の場合、軌道部材２側からボール３に働く反力とブロック４側からボール３に働く反力の合力は、ターン溝１０の軌道方向と反対方向の合力成分Ｂ´を有する。このため、ボール３をターン溝１０の軌道方向に導きにくくなる。

【0031】

再び図７に示すように、本実施形態の運動案内装置１において、ブロック４のターン溝１０のボール３との接点ａは、ボール３の中心Ｏを通り軌道部材２の転動溝中心線Ｇと直交する線Ｊ上又はこの線Ｊよりも軌道部材２側に配置される。このため、ターン溝１０の断面形状は、開口部に向かってアンダーカット形状になる。ターン溝１０の断面形状には、図中クロスハッチングで示すアンダーカット部１５（凸部）が形成される。そして、転動溝中心線Ｇと接点ａとの距離Ｘは、ボール半径Ｄ／２以下になる。

【0032】

このように接点ａを軌道部材２側に近づけることで、ブロック側挟み込み角βを小さくできるので、ターン溝１０の軌道方向への合力成分Ｂをより大きくすることができる。

【0033】

図６に示すように、本実施形態の運動案内装置１は、ブロック４のターン溝１０のターン開始点（図６（ａ）参照）から軌道部材側面の形状角度γが０°になる（図６（ｅ）参照）までの範囲において、下記の（２）式を満足する。
γ＋δ＜１８０°…（２）

【0034】

（２）式において、図６（ｂ）及びその要部拡大図である図９に示すように、γは、軌道部材２の断面の輪郭曲線とボール３との接点ｋとボール３の中心Ｏとを結んだ線Ｌと、軌道部材２の転動溝中心線Ｇとのなす角である。γの最大値はαである。δは、ブロック４のターン溝１０とボール３との接点ａとボール３の中心Ｏとを結んだ線Ｍと、軌道部材２の転動溝中心線Ｇとのなすブロック側挟み込み角である。

【0035】

本実施形態の運動案内装置１は、ターン開始点からγが０°になるまで（２）式を満足するので、ターン開始点からγが０°、すなわち線Ｌと転動溝中心線Ｇが平行になる（図６（ｅ）参照）までボール３にターン溝１０の軌道方向への合力成分Ｂを働かせることができる。

【0036】

また、図６に示すように、本実施形態の運動案内装置１において、ブロック４のターン溝１０のターン開始点（図６（ａ）参照）からγが０°になる（図６（ｅ）参照）まで、ブロック４のターン溝１０とボール３との接点ａは、ボール３の中心Ｏを通り軌道部材２の転動溝中心線Ｇと直交する線Ｊ上又はこの線Ｊよりも軌道部材２側に配置される。

【0037】

こうすることで、ブロック側挟み込み角δを小さくできるので、ターン溝１０の軌道方向への合力成分Ｂを大きくすることができる。

【0038】

γが０°以下になると、ボール３は、図６（ｅ）に示すターン頂点を乗り超え、ブロック４のターン溝１０によってのみ拘束されるようになる。ボール３は、後続のボール３に押されてターン溝１０を移動し、戻し溝９に至る（図３参照）。

【0039】

なお、軌道部材２の転動溝７はサーキュラーアーク形状でもよい。この場合、軌道部材２の転動溝中心線Ｇは、接触角線によって定義される。

【0040】

以上に本実施形態の運動案内装置１の構成と作用を説明した。本実施形態の運動案内装置１によれば以下の効果を奏する。

【0041】

転走路を移動してターン溝１０のターン開始点（図６（ａ）参照）に至ったボール３を軌道部材２の転動溝７とブロック４の転動溝８とで挟み込み、ボール３にターン溝１０の軌道方向への合力成分Ｂを働かせることができる。このため、ターン溝１０の繰り返し耐久性やボール３の動きなどの性能を向上させることができる。

【0042】

ターン溝１０のボール３との接点ａを線Ｊ上又は線Ｊよりも軌道部材２側に配置するので、ターン溝１０の軌道方向への合力成分Ｂを大きくすることができる。

【0043】

ターン溝１０のターン開始点からγが０°になるまでの範囲において、ボール３にターン溝１０の軌道方向への合力成分Ｂを働かせることができる。

【0044】

ターン溝１０のターン開始点からγが０°になるまでの範囲において、ブロック４のターン溝１０とボール３との接点ａが、線Ｊ上又は線Ｊよりも軌道部材２側に配置されるので、ターン溝１０の軌道方向への合力成分Ｂを大きくすることができる。

【0045】

軌道部材２の転動溝７の外側の一対の側面１１，１２のうち、ボール３に接する一方の側面１１がボール３に接しない他方の側面１２よりもブロック４側に突出するので、ボール３に軌道方向への合力成分Ｂを働かせ易くなる。

【0046】

単一構造体のブロック４に転動溝８とターン溝１０を連続的に形成するので、これらを継ぎ目なく繋げることができる。このため、ボール３の動きを良くすることができる。

【0047】

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に具現化できる。

【0048】

例えば上記実施形態では、単一構造体のブロックに転動溝とターン溝を形成しているが、ブロックをブロック本体とブロック本体の端面に取り付けられる蓋部材とで構成し、ブロック本体に転動溝を形成し、蓋部材にターン溝を形成してもよい。

【0049】

上記実施形態では、総ボールの例を説明したが、ボール間にスペーサを介在させてもよい。

【0050】

上記実施形態では、軌道部材に断面略Ｕ字状のブロックが跨るアウターブロック式のリニアガイドの例を説明したが、断面略Ｕ字状のアウターレール内にインナーブロックが配置されるインナーブロック式のリニアガイドでもよい。

【0051】

上記実施形態では、運動案内装置がリニアガイドの例を説明したが、運動案内装置はボールスプラインでもよい。

【符号の説明】

【0052】

１…運動案内装置、２…軌道部材、３…ボール、４…ブロック、７…軌道部材の転動溝、８…ブロックの転動溝、９…戻し溝（戻し部）、１０…ターン溝（ターン部）、１１…軌道部材の転動溝の外側の一方の側面、１２…軌道部材の転動溝の外側の他方の側面、ｅ…有効端、Ｏ…ボールの中心、Ｈ…軌道部材の転動溝の有効端ｅと軌道部材の転動溝上のボールの中心Ｏとを結んだ線、Ｇ…軌道部材の転動溝中心線、α…軌道部材側挟み込み角、ａ…ブロックのターン溝とボールとの接点、Ｉ…ブロックのターン溝とボールとの接点ａと軌道部材の転動溝上のボールの中心Ｏとを結んだ線、β…ブロック側挟み込み角、Ｊ…ボールの中心Ｏを通り軌道部材の転動溝中心線Ｇと直交する線、ｋ…軌道部材の断面の輪郭曲線とボールとの接点、Ｌ…軌道部材の断面の輪郭曲線とボールとの接点ｋとボールの中心Ｏとを結んだ線、γ…軌道部材側面の形状角度、Ｍ…ブロックのターン溝とボールとの接点ａとボールの中心Ｏとを結んだ線、δ…ブロック側挟み込み角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】