特許 7471912 運動案内装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-12

(45)【発行日】2024-04-22

(54)【発明の名称】運動案内装置

(51)【国際特許分類】

   F16C 29/06 20060101AFI20240415BHJP

【ＦＩ】

F16C29/06

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020087900

(22)【出願日】2020-05-20

(65)【公開番号】P2021181813

(43)【公開日】2021-11-25

【審査請求日】2022-12-09

(73)【特許権者】

【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】角田 拓磨

(72)【発明者】

【氏名】彦本 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】岸 弘幸

【審査官】鈴木 貴晴

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０４４９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０１４４５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ ２９／００－３１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボール転走溝を有する軌道部材と、
前記軌道部材に相対移動可能に組み付けられる移動部材と、を備え、
前記移動部材は、
前記ボール転走溝に対向する負荷ボール転走溝と前記負荷ボール転走溝に略平行な戻し路を有する移動部材本体と、
前記ボール転走溝と前記負荷ボール転走溝との間の負荷路と前記戻し路に接続される方向転換路を有する蓋部材と、を含み、
前記負荷路、前記戻し路、及び前記方向転換路によって構成される循環路に複数のボールが配列される運動案内装置において、
前記軌道部材の長さ方向と直角な前記運動案内装置の断面視において、
前記ボール転走溝の曲率半径をＲとし、ボール中心から前記方向転換路の内周側の転走面までの距離をｒとするとき、Ｒ＞ｒに設定し、前記ボール転走溝の延長線の内側に前記転走面が存在することを特徴とする運動案内装置。

【請求項2】

前記ボール転走溝の曲率中心と前記ボール転走溝の縁とを結ぶ直線と鉛直線とのなす角度をγとし、前記転走面と水平線とのなす角度をθとするとき、θ＞γに設定す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】

前記蓋部材は、前記方向転換路の外周側が形成される蓋本体と、前記方向転換路の内周側が形成される内周側部品と、を備え、
前記方向転換路の内周側の前記転走面が前記内周側部品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、テーブル等の可動体の運動を案内する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運動（直線運動又は曲線運動）を案内する運動案内装置が知られている（例えば特許文献１参照）。運動案内装置は、軌道部材と、軌道部材に相対移動可能に組み付けられる移動部材と、を備える。テーブル等の可動体は、移動部材に取り付けられる。軌道部材と移動部材との間には、転がり運動可能に複数のボールが介在する。ボールの転がり運動を利用して可動体の運動を案内することで、可動体を高精度にかつ高剛性で案内することができる。

【0003】

軌道部材には、ボール転走溝が形成される。移動部材は、移動部材本体と、蓋部材と、を備える。移動部材本体には、ボール転走溝に対向する負荷ボール転走溝と負荷ボール転走溝に略平行な戻し路が形成される。蓋部材には、ボール転走溝と負荷ボール転走溝との間の負荷路と戻し路に接続される方向転換路が形成される。蓋部材は、方向転換路の外周側が形成される蓋本体と、方向転換路の内周側が形成される内周側部品と、を備える。負荷路、戻し路、及び方向転換路によって循環路が構成される。循環路には、複数のボールが配列される。軌道部材に対して移動体が相対移動する際、複数のボールが循環路を循環する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００４－６８８８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の運動案内装置は、方向転換路の内周側（内周側部品）の転走面から軌道部材にボールが乗り移る際、ボールが軌道部材のボール転走溝の縁に接触する構造である。このため、通常は問題にならないが、運動案内装置を高速域で使用すると、ボールとボール転走溝の縁との接触部に高い応力が発生し、接触部に圧痕が発生することがある。

【0006】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、方向転換路の内周側の転走面から軌道部材にボールが乗り移る際、ボールが軌道部材のボール転走溝の縁に接触するのを防止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】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、ボール転走溝を有する軌道部材と、前記軌道部材に相対移動可能に組み付けられる移動部材と、を備え、前記移動部材は、前記ボール転走溝に対向する負荷ボール転走溝と前記負荷ボール転走溝に略平行な戻し路を有する移動部材本体と、前記ボール転走溝と前記負荷ボール転走溝との間の負荷路と前記戻し路に接続される方向転換路を有する蓋部材と、を含み、前記負荷路、前記戻し路、及び前記方向転換路によって構成される循環路に複数のボールが配列される運動案内装置において、前記軌道部材の長さ方向と直角な前記運動案内装置の断面視において、前記ボール転走溝の曲率半径をＲとし、ボール中心から前記方向転換路の内周側の転走面までの距離をｒとするとき、Ｒ＞ｒに設定し、前記ボール転走溝の延長線の内側に前記転走面が存在することを特徴とする運動案内装置である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ボール転走溝の延長線の内側に転走面が配置されるので、転走面から軌道部材にボールが乗り移る際、ボールが軌道部材のボール転走溝の縁に接触するのを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態の運動案内装置の外観斜視図（一部断面図を含む）である。

【図2】本実施形態の運動案内装置の循環路の断面図である。

【図3】本実施形態の運動案内装置の蓋部材の斜視図である（図３（ａ）は蓋部材の斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ部拡大図である）。

【図4】本実施形態の運動案内装置の蓋部材の斜視図である（図３とは見る方向を変えている）。

【図5】本実施形態の運動案内装置の内周側部品の斜視図である。

【図6】本実施形態の運動案内装置の接触角線を示す図である。

【図7】本実施形態の運動案内装置の、レールの長さ方向に直角な断面図である。

【図8】運動案内装置の、レールの長さ方向に直角な断面図である（図８（ａ）は本実施形態を示し、図８（ｂ）は従来技術を示す）。

【図9】本実施形態の運動案内装置の、レールの長さ方向に直角な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態の運動案内装置を説明する。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、本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、当業者が発明の範囲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。

【0011】

図１は、本発明の一実施形態の運動案内装置１の外観斜視図（一部断面図を含む）を示す。なお、以下では、説明の便宜上、運動案内装置１を水平面に配置し、運動案内装置１を正面視したときの方向、すなわち図１の上下、左右、前後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い。

【0012】

図１に示すように、運動案内装置１は、軌道部材としてのレール２と、レール２に相対移動可能に組み付けられる移動部材としてのブロック３と、を備える。レール２に対するブロック３の移動は相対的なものであり、ブロック３が移動してもよいし、レール２が移動してもよい。

【0013】

レール２は、直線状に延びる。レール２の上面には、レール２をベースに取り付けるためのボルトの通し穴２ｂが形成される。レール２の左右には、レール２の長さ方向に延びる４条のボール転走溝２ａが形成される。この実施形態では、レール２の上部に左右方向に突出する一対の突出部２０が形成されていて、各突出部２０の上下に２条のボール転走溝２ａが形成される。ボール転走溝２ａの断面形状は、サーキュラーアーク又はゴシックアーチである。なお、レール２は曲線状に延びていてもよい。ボール転走溝２ａの数、配置は、運動案内装置１の用途によって適宜変更することができる。

【0014】

ブロック３は、正面視で逆Ｕ字状であり、レール２に跨るように組み付けられる。ブロック３は、移動部材本体としてのブロック本体４と、ブロック本体４の移動方向の両端面に取り付けられる一対の蓋部材５ａ，５ｂと、を備える。ブロック本体４には、レール２のボール転走溝２ａに対向する負荷ボール転走溝４ａが形成されると共に、負荷ボール転走溝４ａと平行な戻し路１２が形成される。負荷ボール転走溝４ａの断面形状は、サーキュラーアーク又はゴシックアーチである。４ｃはテーブル等の可動体をブロック本体４に取り付けるためのねじ穴であり、６ａ，６ｂはシール部材である。

【0015】

図２は、循環路の断面図を示す。循環路は、負荷路１１、戻し路１２、負荷路１１と戻し路１２に接続されるＵ字状の方向転換路１３によって構成される。循環路には、複数のボール７が配列される。レール２に対してブロック３が相対移動する際、ボール７が循環路を循環する。負荷路１１は、ボール転走溝２ａと負荷ボール転走溝４ａとの間に形成される。負荷路１１では、ボール７が負荷状態にあり、予圧、可動体の荷重等を受ける。戻し路１２は、ブロック本体４に形成される。方向転換路１３は、蓋部材５ａ，５ｂに形成される。戻し路１２、方向転換路１３の内径は、ボール７の直径よりも僅かに大きい。戻し路１２、方向転換路１３では、ボール７は無負荷状態にある。

【0016】

図３及び図４は、ブロック本体４側から見た蓋部材５ａの斜視図を示す。図３と図４では、わかり易く示すために蓋部材５ａを見る方向を変えている。図３に示すように、蓋部材５ａには、４つの方向転換路１３が形成される。１３ａは負荷路１１に接続される方向転換路１３の一端部であり、１３ｂは戻し路１２に接続される方向転換路１３の他端部である。蓋部材５ａと蓋部材５ｂ（図１参照）は同一形状である。

【0017】

蓋部材５ａは、方向転換路１３の外周側が形成される蓋本体８と、方向転換路１３の内周側が形成される内周側部品９ａ，９ｂと、を備える。蓋本体８は、ブロック３のブロック本体４と同様に正面視で逆Ｕ字状である。内周側部品９ａ，９ｂは、蓋本体８の左右の袖部８－１の凹部に嵌められる。

【0018】

図５は、内周側部品９ａの斜視図を示す。内周側部品９ａには、上下２つの方向転換路１３の内周側が形成される。方向転換路１３の内周側は、断面円弧状に形成されると共に、全体が逆Ｕ字状に形成される。上側の方向転換路１３の負荷路１１側の端部１３ａには、ボール転走溝２ａに近接する部分（図３（ｂ）参照）に、平面からなる転走面２１が形成される。内周側部品９ａは、上下対称である。下側の方向転換路１３の負荷路１１側の端部１３ａにも、転走面２１が形成される。内周側部品９ａと内周側部品９ｂ（図３（ａ）参照）とは、左右対称である。内周側部品９ｂにも、内周側部品９ａと同様な転走面２１が形成される。

【0019】

図３（ｂ）は、図３（ａ）のｂ部拡大図である。２がレール、２ａがボール転走溝、８が蓋本体、９ａが内周側部品、２１が転走面である。方向転換路１３から負荷路１１にボール７が入る際、ボール７は内周側部品９ａの転走面２１からレール２のボール転走溝２ａに乗り移る。一方、負荷路１１から方向転換路１３にボール７が入る際、ボール７は、蓋本体８の接触部８ａ（図４も参照）に接触し、接触部８ａによって転走面２１側に誘導され、ボール転走溝２ａから転走面２１に乗り移る。なお、ボール転走溝２ａの幅内の蓋本体８に楔状の掬い部を設け、掬い部でボール７を掬い上げてもよい。

【0020】

２２はボール転走溝２ａの縁である。ボール転走溝２ａは、その縁２２まで断面円弧状の凹曲面に形成される。縁２２の外側（図３（ｂ）の下側）には、縁２２に連続する断面円弧状の凸曲面２３が形成される。凸曲面２３の外側（図３（ｂ）の下側）には、傾斜面２４が形成される。

【0021】

図６は、運動案内装置１の接触角線Ｌ１、Ｌ２を示す図（レール２とブロック本体４の断面図）である。接触角線Ｌ１，Ｌ２は、運動案内装置１が荷重を負荷できる方向を表す。接触角δ１，δ２は、接触角線Ｌ１，Ｌ２と水平線Ｈとのなす角度である。接触角δ１，δ２は、運動案内装置１の用途に合わせて適宜変更可能である。なお、方向転換路１３の方向は、接触角線Ｌ１，Ｌ２の方向と異なる。ブロック本体４の上下方向の寸法を小さくするためである。接触角線Ｌ１，Ｌ２の方向と方向転換路１３の方向とを一致させてもよい。

【0022】

図７は、レール２の長さ方向に直角な運動案内装置１の断面図（ブロック本体４と蓋部材５ａとの境界Ｘ（図２参照）における運動案内装置１の断面図）を示す。２がレール、２ａがボール転走溝、９ａが内周側部品、２１が転走面である。

【0023】

ボール転走溝２ａの曲率半径をＲとし、ボール中心Ｏから内周側部品９ａの転走面２１までの距離をｒとするとき、Ｒ＞ｒに設定される。ここで、Ｒ＞ｒは、ボール転走溝２ａの延長線２ａ１よりも内側に転走面２１が存在することを意味する。ボール転走溝２ａの縁２２にボールを接触させないためである。

【0024】

図８（ａ）は、Ｒ＞ｒに設定した本実施形態を示し、図８（ｂ）は、Ｒ＜ｒに設定した従来技術を示す。図８（ｂ）に示すように、従来技術では、Ｒ＜ｒに設定するので、ボール転走溝２ａの延長線２ａ１よりも外側（図８（ｂ）の下側）に転走面２１が存在する。このため、転走面２１からボール転走溝２ａにボール７が乗り移る際、ボール７がボール転走溝２ａの縁２２に接触する。このとき、ボール７は転走面２１の接触点３１と縁２２で支えられる。一方、図８（ａ）に示すように、本実施形態では、Ｒ＞ｒに設定するので、ボール転走溝２ａの延長線２ａ１よりも内側に転走面２１が存在する。内側に存在する転走面２１を斜線で示す。転走面２１からボール転走溝２ａにボール７が乗り移る際、ボール７が転走面２１上の接触点３１とボール転走溝２ａ上の接触点３２で支えられるので、ボール転走溝２ａの縁２２に接触するのを防止できる。

【0025】

なお、図７に示すように、ボール中心Ｏは、ボール転走溝２ａに接する無負荷状態のボール７の中心Ｏであり、接触角線Ｌ１上にある。ボール転走溝２ａの曲率半径Ｒは、ボール７の直径の５１～５３％に設定されることが多いので、ボール転走溝２ａの曲率中心Ｃとボール中心Ｏとは僅かにずれる。図７には、このずれを誇張して示している。

【0026】

図９は、図７と同様に、レール２の長さ方向に直角な運動案内装置１の断面図を示す。２がレール、２ａがボール転走溝、９ａが内周側部品、２１が転走面である。

【0027】

上記のＲ＞ｒの条件を満たした上で、ボール転走溝２ａの曲率中心Ｃとボール転走溝２ａの縁２２とを結ぶ直線Ｌ３と鉛直線Ｖとのなす角度をγとし、内周側部品９ａの転走面２１と水平線Ｈとのなす角度をθとするとき、θ＞γに設定される。ノミナルの位置にあるボール７と転走面２１とのクリアランスを確保するためである。内周側部品９ａは、樹脂の成型品であることが多く、不可避的に寸法誤差が発生する。θ＞γに設定し、このクリアランスを確保することで、内周側部品９ａの寸法誤差を許容することができる。

【0028】

これを詳述する。図９は、ボール７がボール転走溝２ａに接触しながらノミナルの位置からボール転走溝２ａの縁２２の近くまで移動した状態を示す。ノミナルの位置は、ボール中心Ｏが接触角線Ｌ１（図７参照）上にあるときの位置である。図９に示すように、Ｒ＞ｒに設定すると、ボール７がノミナルの位置からボール転走溝２ａの縁２２に（図９の右に）移動する前にボール７が転走面２１に接触する。逆に、ボール７がボール転走溝２ａの縁２２の手前からノミナルの位置に（図９の左に）移動すると、ボール７と転走面２１との間にクリアランスが発生する。θ＞γに設定し、θの角度を大きくするのは、このクリアランスを確保するためである。

【0029】

これに対し、θ＜γに設定する（転走面２１を水平又は水平近くにする）と、ボール７がボール転走溝２ａの縁２２の手前からノミナルの位置に（図９の左に）移動しても、ボール７と転走面２１とのクリアランスを確保することができない。転走面２１を水平又は水平近くにすると、転走面２１がボール７の最下点の近傍に存在するので、ボール７が図９の左に移動しても、クリアランスは略変わらないからである。この場合、内周側部品９ａに寸法誤差が発生すると、ボール７と転走面２１とが干渉し、ボール７が循環できなくなるおそれがある。

【0030】

以上に本実施形態の構成を説明した。ただし、本発明は、本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。例えば、本実施形態では、方向転換路の内周側を内周側部品に形成しているが、蓋本体に形成することもできる。

【符号の説明】

【0031】

１…運動案内装置、２…レール（軌道部材）、２ａ…ボール転走溝、３…ブロック（移動部材）、４…ブロック本体（移動部材本体）、４ａ…負荷ボール転走溝、５ａ，５ｂ…蓋部材、７…ボール、８…蓋本体、９ａ，９ｂ…内周側部品（方向転換路の内周側）、１１…負荷路、１２…戻し路、１３…方向転換路、２１…転走面、２２…ボール転走溝の縁、Ｏ…ボール中心、Ｃ…ボール転走溝の曲率中心、Ｌ３…ボール転走溝の曲率中心とボール転走溝の縁とを結ぶ直線、Ｖ…鉛直線、Ｈ…水平線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】