JP6379151B2

JP6379151B2 - 運動案内装置

Info

Publication number: JP6379151B2
Application number: JP2016206042A
Authority: JP
Inventors: 竜二古澤; 惇博田中
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2018-08-22
Anticipated expiration: 2036-10-20
Also published as: JP2018066444A; US20190242433A1; DE112017005302T5; TWI682104B; CN109844334A; CN109844334B; TW201827723A; WO2018074097A1; US10520021B2

Description

本発明は、運動案内装置に関するものである。

工作機械のワークテーブルや各種搬送装置の運動案内部では、テーブル部材を取り付けた移動部材が軌道台に沿って連続的に移動する運動案内装置が用いられている。

このような従来の運動案内装置としては、軌道台を取付面にほぼ平行に設置し、それぞれの軌道台に移動部材を多数の転動体を介して載置し、それぞれの移動部材にテーブル部材を取り付けていた。従って従来の運動案内装置においては、移動部材の円滑な動きを実現するために、軌道台の間隔が移動部材の移動する範囲の全領域において、一定である必要があった。また、上述した問題を解決するために、下記特許文献１に記載された運動案内装置は、軌道台を中空に形成し、軌道台が弾性限度内で変形することを利用して、軌道台の平行誤差を吸収できるようになっている。

特開平５−３２１９３２号公報

しかし、上述した特許文献１に記載の運動案内装置によると、転動体転走面の表面に高周波焼入れ、浸炭焼入れなどの表面処理が施されており、転動体転走面の表面に有効硬化層を形成しての転がり寿命を確保しているが、焼入れによって、有効硬化層が中空の角部にまで形成されると、荷重を負荷した場合に、中空の角部に応力が集中することによって角部に亀裂などが生じて破損する可能性があるという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、移動部材の運動や転動体の転走に伴う負荷に対して転動体転走面の有効硬化層を確保しつつ、軌道台全体の弾性効果を高めることでバネ特性を向上させて疲労特性の向上を図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。

本発明に係る運動案内措置は、長手方向に沿って転動体転走面が形成されると共に長手方向に沿って断面略矩形状に形成された中空部を有する軌道台と、前記転動体転走面と対向する位置に負荷転動体転走面が形成された移動部材と、前記転動体転走面と前記負荷転動体転走面との間に複数の転動体を介して前記移動部材が前記軌道台の長手方向に移動可能に組み付けられる運動案内装置において、前記軌道台は、前記長手方向に対して直交する断面において、前記転動体転走面を含む領域に熱処理を施した熱処理領域と熱処理が施されない非熱処理領域が形成され、前記熱処理領域は、前記中空部の少なくとも一部の角部に重畳しないように形成され、前記熱処理領域と前記非熱処理領域の境界線は、前記転動体転走面の転がり寿命を確保しうる焼入れ範囲且つ前記角部に重畳しないようにラジアル方向に沿って連続して延設されることを特徴とする。

本発明によれば、軌道台は、長手方向に対して直交する断面において、転動体転走面を含む領域に熱処理を施した熱処理領域と熱処理が施されない非熱処理領域が形成され、熱処理領域は、中空部の少なくとも一部の角部に重畳しないので、移動部材の運動や転動体の転走に伴う負荷に対して転動体転走面の有効硬化層を確保しつつ、軌道台全体の弾性効果を高めることでバネ特性を向上させて疲労特性の向上を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る運動案内装置の斜視図。図１におけるＡ−Ａ断面図。本発明の第１の実施形態に係る中空の軌道台の縦断面図。本発明の第１の実施形態に係る運動案内装置のラジアル荷重を負荷した場合の応力分布を示す縦断面図。本発明の第１の実施形態に係る運動案内装置の水平荷重を負荷した場合の応力分布を示す縦断面図。本発明の第２の実施形態に係る運動案内装置の断面図。本発明の第２の実施形態に係る中空の軌道台の縦断面図。

以下、本発明に係る運動案内装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。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。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る運動案内装置の斜視図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図３は、本発明の第１の実施形態に係る中空の軌道台の縦断面図であり、図４は、本発明の第１の実施形態に係る運動案内装置のラジアル荷重を負荷した場合の応力分布を示す縦断面図であり、図５は、本発明の第１の実施形態に係る運動案内装置の水平荷重を負荷した場合の応力分布を示す縦断面図である。

図１及び図２に記載される第１の実施形態に係る運動案内装置は、直線運動案内装置として構成されるものである。そして、第１の実施形態に係る運動案内装置１は、長手方向に転動体転走面１１を有する軌道台１０と、複数の転動体３０を介して前記軌道台１０に組み付けられると共に前記転動体転走面１１に沿って直線状に往復運動する移動部材２０とを備えている。

図２に示すように、軌道台１０は、その表面に長手方向に延びる４条の転動体転走面１１が形成された部材であり、転動体転走面１１は、後述する移動部材２０との間に配置された球体形状の転動体３０からの負荷を受けることができるようになっている。また、この転動体転走面１１の長手方向に対して直交する断面は、転動体３０の円滑な転走が実現できるような精度で円弧形状に形成されている。

移動部材２０には、軌道台１０に形成された転動体転走面１１に対向する位置に負荷転動体転走面２１が形成されている。そして、転動体転走面１１と負荷転動体転走面２１とによって負荷転動体転走路２３を形成している。また、転動体転走面１１，負荷転動体転走面２１及び転動体３０は、上下に２列配列されており、この転動体３０，３０が互いに正面合わせとなるように配置したＤＦ構造を構成している。

また、軌道台１０に形成された転動体転走面１１の円弧形状と、移動部材２０に形成された負荷転動体転走面２１の円弧形状との曲率は、略同一に形成されており、転動体３０の曲率よりも小さく形成されている。このように、転動体転走面１１及び負荷転動体転走面２１の曲率を略同一に形成したことで、負荷転動体転走路２３を転走する転動体３０の円滑な転走が実現できるようになっている。

さらに、移動部材２０の長手方向には、４条の無負荷転動体転走路２２が形成されている。この無負荷転動体転走路２２と負荷転動体転走路２３とは、移動部材２０の長手方向の両端部に形成された図示しない方向転換路によって連続しており、荷重を負荷しながら、負荷転動体転走路２３の終点まで転走した転動体３０が一方の方向転換路を経由して無負荷転動体転走路２２を通り、他方の方向転換路を経由して、負荷転動体転走路２３の始点に戻ることができるように形成されている。このように、転動体３０は、負荷転動体転走路２３、方向転換路、及び、無負荷転動体転走路２２によって無限循環を実現している。

次に、図３を参照して、第１の実施形態に係る中空の軌道台１０について説明する。

図３に示すように、第１の実施形態に係る中空の軌道台１０は、両端に転動体転走面１１が形成された頂辺１２と、上端に転動体転走面１１が形成されると共に、頂辺１２の両端部から下方に垂設する一対の側辺１３，１３と、この一対の側辺１３，１３の下端を繋ぐように形成された底辺１４とを備えている。

このように、外側面が平坦に形成された頂辺１２、一対の側辺１３，１３、及び外側面が平坦に形成された底辺１４とによって、軌道台１０を形成しているので、頂辺１２、一対の側辺１３，１３、底辺１４とによって囲まれる軌道台１０の内部は長手方向に沿って中空となる中空部１６が形成されており、中空部１６は長手方向に対して直交する断面が頂辺１２、一対の側辺１３，１３、底辺１４とからなる辺部を有する矩形状に形成されている。また、中空部１６のそれぞれの角部１５の内周側は、円弧形状に形成されている。

さらに、頂辺１２及び底辺１４の中央部には図示しない取付孔が穿孔して形成されており、該取付孔にボルト等を締結することにより、軌道台１０を装置などに固定して取り付けることができるようになっている。

側辺１３，１３は、転動体転走面１１，１１を含む領域に熱処理を施した熱処理領域４１と、熱処理を施さずに生材のまま構成された非熱処理領域４２とを備えている。また、非熱処理領域４２は、頂辺１２及び底辺１４にも形成されており、中空部１６の全周にわたって構成されている。したがって、角部１５には熱処理領域４１は重畳していない。

ここで、熱処理領域４１は、転動体転走面１１を転走する転動体３０による転動体転走面１１の転がり寿命を考慮して所定の有効硬化層を形成できる程度に熱処理が行われている。また、熱処理によって軌道台１０の靱性が低下することを防止するために少なくとも角部１５を含む中空部１６の全周を非熱処理領域４２として構成することで、角部１５に応力が集中することによる角部１５の破損を防止している。なお、熱処理は、転動体転走面１１の転がり寿命を確保することができればどのような熱処理を行っても構わないが、例えば、浸炭焼入れや高周波焼入れなどが好適に用いられる。

すなわち、熱処理領域４１と非熱処理領域４２の境界線Ｌは、転動体転走面１１の転がり寿命を確保するための焼き入れ範囲である有効硬化層及び角部１５と重畳しないように熱処理領域４１と非熱処理領域４２の間に延設されている。

このように構成された本実施形態に係る運動案内装置１は、図４に示すようにラジアル荷重を負荷した場合、ラジアル荷重が伝達線ＦＲのように負荷され、熱処理領域４１では、有効硬化層の深さ部分において、軌道台１０の材料の降伏点を上げている。また、上述したように伝達線ＦＲが通る箇所には熱処理領域４１が形成されて、角部１５を含むその余の部位には非熱処理領域４２が形成されているので、靱性の高い非熱処理領域４２が存在することによって荷重を負荷した際に角部１５から破損が生じることを抑制している。

また、図５に示すように、一方向から水平荷重を負荷した場合にも伝達線ＦＦのように水平荷重が負荷され、角部１５に応力が集中することなく転動体転走面１１における材料の降伏点を上げることで、軌道台１０の中空部１６の角部１５への応力緩和を図っている。

このように、軌道台１０に非熱処理領域４２を形成することで、ラジアル荷重及び水平荷重のいずれの荷重を負荷した場合であっても、軌道台１０の中空部１６の角部１５への応力緩和を図ると共に、弾性効果により軌道台１０全体のバネ特性が高まり、疲労特性を向上させることができる。

また、中空部１６は、長手方向に直交する断面において全周にわたって非熱処理領域４２を形成することができ、熱処理領域４１と非熱処理領域４２の境界線Ｌは、有効硬化層及び角部１５に重畳しないように延設しているので、仕様に応じて、非熱処理領域４２を適切に形成することができる。

また、中空部１６の角部１５は円弧状に形成されているので、荷重を負荷した際の応力緩和を図ることができ、応力集中に伴う破損を防止することができる。

以上、第１の実施形態に係る運動案内装置１を構成する中空の軌道台１０について説明した。この第１の実施形態に係る運動案内装置１を構成する中空の軌道台１０は、転動体３０を正面合わせに配置した所謂ＤＦ構造を採用した場合について説明を行った。しかしながら、本発明に係る運動案内装置は、第１の実施形態で示した断面形状に限定されない。そこで、次に、第１の実施形態と異なる形状を有する軌道台について説明する。また、第１の実施形態と同一又は類似する部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。

［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係る運動案内装置の断面図であり、図７は、本発明の第２の実施形態に係る中空の軌道台の縦断面図である。

図６及び図７に示すように、本実施形態に係る運動案内装置１´は、第１の実施形態に係る運動案内装置１と同様に、転動体転走面１１，負荷転動体転走面２１及び転動体３０は、上下に２列配列されているが、この転動体３０，３０が互いに背面合わせとなるように配置した所謂ＤＢ構造を構成している。

また、側辺１３，１３は、転動体転走面１１，１１を含む領域に熱処理を施した熱処理領域４１と、熱処理を施さずに生材のまま構成された非熱処理領域４２とを備えている。また、非熱処理領域４２は、頂辺１２及び底辺１４にも形成されており、中空部１６の全周にわたって構成されている。したがって、角部１５には熱処理領域４１は重畳していない。

このように、本実施形態に係る運動案内装置１´は、ＤＢ構造を採用しているが、第１の実施形態に係る運動案内装置１と同様に、軌道台１０´に非熱処理領域４２を形成しているので、ラジアル荷重及び水平荷重のいずれの荷重を負荷した場合であっても、軌道台１０´の中空部１６の角部１５への応力緩和を図ると共に、弾性効果により軌道台１０´全体のバネ特性が高まり、疲労特性を向上させることができる。

また、上述した第１及び第２の実施形態においては、転動体３０に球体のボールを用いた場合について説明を行ったが、転動体はボールに限らず、例えば円柱状のローラを用いても構わない。さらに、例えば、本実施形態に係る運動案内装置において、中空部１６の全ての角部１５を非熱処理領域としたが、非熱処理領域の範囲はこれに限定されず、ボルトで固定される底辺側の角部のみを非熱処理領域としても同様の効果が得られる。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うることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１，１´ 運動案内装置、１０、１０´ 軌道台、１１転動体転走面、１２頂辺、１３、１３１側辺、１４底辺、１５角部、１６中空部、２０移動部材、２１負荷転動体転走面、２２無負荷転動体転走路、２３負荷転動体転走路、３０転動体、４１熱処理領域、４２非熱処理領域、Ｌ境界線。

Claims

長手方向に沿って転動体転走面が形成されると共に長手方向に沿って断面略矩形状に形成された中空部を有する軌道台と、
前記転動体転走面と対向する位置に負荷転動体転走面が形成された移動部材と、
前記転動体転走面と前記負荷転動体転走面との間に複数の転動体を介して前記移動部材が前記軌道台の長手方向に移動可能に組み付けられる運動案内装置において、
前記軌道台は、前記長手方向に対して直交する断面において、前記転動体転走面を含む領域に熱処理を施した熱処理領域と熱処理が施されない非熱処理領域が形成され、
前記熱処理領域は、前記中空部の少なくとも一部の角部に重畳しないように形成され、
前記熱処理領域と前記非熱処理領域の境界線は、前記転動体転走面の転がり寿命を確保しうる焼入れ範囲且つ前記角部に重畳しないようにラジアル方向に沿って連続して延設されることを特徴とする運動案内装置。
請求項１に記載の運動案内装置において、
前記長手方向に対して直交する断面において、前記中空部は、全周にわたって前記非熱処理領域が形成されることを特徴とする運動案内装置。
請求項１または２に記載の運動案内装置において、
前記中空部は、前記角部が円弧状に形成されたことを特徴とする運動案内装置。