JP2010084811A - 運動案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
軌道軸に対する移動部材の円滑な動作を確保しつつも、軌道軸と移動部材との間に十分なシール効果を与えることが可能な運動案内装置を提供する。
【解決手段】
軌道軸と、この軌道軸に沿って運動する移動部材と、この移動部材に対して軸方向の両端に装着されて当該移動部材と前記軌道軸との隙間を塞ぐシール部材とから構成されており、前記シール部材は前記軌道軸に面したシール面を有すると共に、当該シール面には前記移動部材の移動方向と直交する方向に延びる複数の溝が形成され、前記シール面が軌道軸に接する微小突起に分割されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ボールやローラといった多数の転動体を介して移動部材と軌道軸とが相対的に移動自在に組付けられた運動案内装置に係り、詳細には前記移動部材と軌道軸との隙間を塞ぐシール部材を備えた運動案内装置に関する。

この種の運動案内装置の一例としては、テーブル等の可動体を搭載した移動ブロックがベッドやコラム等の固定部に敷設された軌道レールに沿って連続的に移動する直線案内装置が知られている。この直線案内装置では、前記移動ブロックが多数のボールを介して軌道レールに組付けられており、ボールが移動ブロックと軌道レールとの間で荷重を負荷しながら転走することにより、移動ブロックに搭載した可動体を軌道レールに沿って運動させることが可能となっている。また、前記移動ブロックにはボールの無限循環路が具備されており、ボールをこの無限循環路内で循環させることにより、前記移動ブロックが軌道レールに沿って連続的に移動することが可能となっている。

この直線案内装置では、軌道レールと移動ブロックとの隙間にゴミや異物が侵入すると、転動体やこれら転動体の転走面の異常磨耗の原因となり、これによって装置寿命が短命化することから、かかる隙間を介したゴミや異物の侵入を防止する防塵手段が必要となる。

従来、かかる防塵手段としては、ウレタンゴム等から構成されるシール部材が公知である（特開平９−４２２８４号公報）。このシール部材は移動ブロックの移動方向の両端部に装着されると共に、当該シール部材に設けられたリップ部の先端を前記軌道レールの表面に密着させている。前記リップ部は、自動車に用いられるワイパーの如く、尖塔状に形成されており、撓んだ状態で軌道レールの表面に接触している。そして、このシール部材は移動ブロックの移動に伴って軌道レールに付着したゴミや異物、あるいは機械加工に用いられるクーラント液を前記リップ部で排除し、これら異物等が移動ブロックの内部に侵入するのを防止する、いわゆるシール効果を獲得するように構成されている。

また、軌道レールに対して多くの異物が付着する環境下で直線案内装置を使用する場合に適応するものとして、前記シール部材を複数枚重ねた状態で移動ブロックに装着する構造も提案されている。
特開平９−４２２８４号公報

しかし、従来のシール部材はリップ部の先端で軌道レール表面の付着物を掻き取るようにして当該軌道レール上を進行することから、軌道レールの表面に付着している潤滑油も同時に拭い取ってしまう傾向にある。このため、ウレタンゴムで成形されたシール部材は前記リップ部と軌道レールとの間で発生する摩擦力が大きく、軌道レールに対する移動ブロックの軽快な運動の確保し難いといった問題点があった。また、リップ部と軌道レールとの間の摩擦力の低減といった観点からすると、当該軌道レールに対するリップ部の圧接力を極端には高め難く、結果的に十分なシール効果を得ることが難しかった。

また、このような課題は移動ブロックと軌道レールが組み合わされた直線案内装置に限らず、スプライン軸に沿ってスプラインナットが運動するボールスプライン装置、ねじ軸の周囲をナット部材が螺旋状に運動するボールねじ装置にも共通するものであった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、軌道レールに対する移動ブロックの円滑な動作を確保しつつも、軌道レールと移動ブロックとの間に十分なシール効果を与えることが可能な運動案内装置を提供することにある。

すなわち本発明の運動案内装置は、軌道軸と、この軌道軸に沿って運動する移動部材と、この移動部材に対して軸方向の両端に装着されて当該移動部材と前記軌道軸との隙間を塞ぐ油膜浮上シールとから構成されており、前記油膜浮上シールは前記軌道軸に面したシール面を有すると共に、当該シール面には前記軸方向と直交する方向に延びる複数の溝が形成され、前記シール面が軌道軸に接する微小突起に分割されている。

また、本発明の運動案内装置は、前記油膜浮上シールが前記軌道軸の軸方向へ突出した可動突出部を有すると共に、この可動突出部の軌道軸との対向面に前記シール面が形成されている。

更に、本発明の運動案内装置において、前記油膜浮上シールには、前記シール面と連続すると共に、前記移動部材の内部に向けて拡開する楔状空間を軌道軸と相まって形成する油取込み面が形成されている。

また更に、本発明の運動案内装置において、前記移動部材の内部には潤滑油を噴霧した混合気が強制導入されている。

また、本発明の運動案内装置において、前記油膜浮上シールは前記移動部材に対して変位自在に装着されており、軌道軸に向けて付勢されている。

更に、本発明の運動案内装置においては、前記移動部材の周囲を囲むシール枠体を設け、このシール枠体に対して前記油膜浮上シールを固定する一方、前記シール枠体には当該シール枠体と移動部材との隙間を塞ぐパッキング部を設けている。

本発明の運動案内装置によれば、前記油膜浮上シールのシール面には移動部材の軸方向と直交する方向に延びる複数の溝が形成され、かかるシール面は軌道軸に接する複数の微小突起に分割されているので、前記溝に入り込んだ潤滑油が移動部材の運動に伴って微小突起と軌道軸の表面との間に油膜を形成し易く、移動部材の運動中はシール面と軌道軸との間に常に油膜を維持することが可能となる。このため、油膜浮上シールと軌道軸との間に作用する摩擦力を低減し、軌道軸に対する移動部材の円滑な運動を確保することが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の運動案内装置を詳細に説明する。

図１は、本発明を直線案内装置に適用した一実施形態を示す分解斜視図である。この直線案内装置は、直線状に形成されると共に長手方向に沿って転動体の転走面１１が形成された軌道軸としての軌道レール１と、転動体としての多数のボール３を介してこの軌道レール１に組付けられると共に内部に該ボールの無限循環路を備えた移動部材としての移動ブロック２と、この移動ブロック２の移動方向、すなわち軸方向の両端面に装着されると共に、当該移動方向における軌道レール１と移動ブロックの隙間を塞ぐエンドシール部材４とから構成されており、前記ボール３の循環に伴って前記移動ブロック２が軌道レール１に沿って往復運動するように構成されている。このエンドシール４部材が本発明の油膜浮上シールに相当する。

また、前記移動ブロック２は、テーブル等の機械装置の取付け面２１を備えると共にボール３を循環させるためのボール戻し孔２２を備えたブロック本体２３と、このブロック本体２３の両端面に固定された一対の蓋体２４とから構成されている。かかる蓋体２４にはボール３の方向転換路（図示せず）が形成されている。この方向転換路は、前記軌道レール１の転走面１１からボール３を掬い上げて前記ブロック本体２３のボール戻し孔２２に送り込む一方、このボール戻し孔２２から転走面１１へボール３を送り込む。そして、この蓋体２４を取付けボルト２５によってブロック本体２３に固定することで、前記移動ブロック２にボール３の無限循環路が完成するようになっている。

更に、前記蓋体２４には前記無限循環路に対して潤滑油を注油するための給油口２６が設けられており、かかる給油口２６には前記エンドシール部材４を介して供給配管２７が装着されるようになっている。この供給配管２７には噴霧された潤滑油を含む混合気が供給されており、かかる混合気が図示外のコンプレッサによって移動ブロック２の内部に強制的に送り込まれるようになっている。

尚、この実施形態において、前記軌道レールは直線状に形成されているが、一定曲率の円弧状に形成されるものであっても差し支えない。その場合、移動ブロックは軌道レールに沿って円弧状に往復運動を行うことになる。また、前記軌道レールと移動ブロックとの間に介在する転動体に関しては、ボールに限らず、ローラであっても差し支えない。

一方、前記エンドシール部材４は固定ボルト２８によって各蓋体２４の上から移動ブロック２に装着される。図１に示されるように、前記エンドシール部材４は軌道レール１の断面形状に略合致した案内溝を有しており、この案内溝の周囲にはエンドシール部４０が形成されている。

図２は前記エンドシール部材４の詳細を示す拡大断面図である。このエンドシール部材４は、移動ブロック２に対しての固定基板となるシールプレート４１と、このシールプレート４１の表面に固着されたシール本体４２とから構成され、前記シール部４０はシール本体４２の一部をなしている。前記シールプレート４１は金属板あるいはエンジニアリングプラスチック等の硬質な材料から形成される一方、前記シール本体４２はゴムあるいは熱可塑性エラストマー等から形成されている。

このエンドシール部材４は前記シールプレート４１を移動ブロック２に当接させた状態で当該移動ブロック２に固定されており、前記シール部４０はシール本体４２から移動ブロック２と反対の方向、すなわち移動ブロック２の移動方向（矢線Ａ方向）に向けて突出して形成されている。前記シール部４０の軌道レール１との対向面はシール面４３であり、このシール面４３には図２の紙面と垂直な方向、すなわち移動ブロック２の移動方向Ａと直交する方向に延びる溝４４が複数形成されている。従って、前記シール面４３はこれらの溝４４によって複数の微小突起に分割されており、これらの微小突起が軌道レール１の表面と接するように構成されている。

前記溝４４はシール面４３を複数の微小突起に分割することにより、シール面４３の変形を容易とし、かかるシール面４３と軌道レール１の表面との接触面圧を低下させ、シール面４３と軌道レール１との間における油膜形成を促進する。また、前記溝４４に対して潤滑油が入り込んで保持されることによっても、シール面４３と軌道レール１との間における油膜形成が促進される。

また、前記シール部４０の移動ブロック２側の端部には、前記シール面４３に連続する油取込み面４５が当該シール面４３に対して傾斜して形成されており、この油取込み面４５と軌道レール１の表面との間には楔状の空間が形成されている。

そして、以上のように構成された直線案内装置では、エンドシール部材４のシール面４３を軌道レール１に当接させた状態で移動ブロック２を軌道レール１に沿って運動させても、かかるエンドシール部材４が軌道レール１の表面に付着した潤滑油を完全には排除せず、シール面４３と軌道レール１の表面との間に油膜を残した状態でエンドシール部材４を軌道レール１に対して摺動させることが可能となる。すなわち、エンドシール部材４のシール面４３は潤滑油の油膜を介して軌道レール１に接触しており、エンドシール部材４と軌道レール１との摺動抵抗を低減させ、軌道レール１に対する移動ブロック２の円滑な動作を確保することが可能となる。また、エンドシール部材４のシール面４３は極めて薄い油膜のみを介して軌道レール１に接していることから、シール面４３と軌道レール１の表面との間には隙間が存在せず、外部からゴミなどの異物やクーラント液が移動ブロック２の内部に侵入するのを確実に防止することが可能となる。

また、前記エンドシール部材４にはシール面４３に連続して油取込み面４５が設けられており、この油取込み面４５と軌道レール１との間には楔状空間が形成されているので、エンドシール部材４が移動ブロック２と共に軌道レール１上を運動すると、移動ブロック２内に向けて拡開した前記楔状空間に対して当該移動ブロック２内の潤滑油が集められ、更に集められた潤滑油が油取込み面４５に案内されてシール面４３と軌道レール１との間に流入する。これにより、シール面４３と軌道レール１の表面との間の油膜の形成は一層促進され、エンドシール部材４と軌道レール１との摺動抵抗を低減させることが可能となる。

更に、前記エンドシール部４０はシール本体４２から移動ブロック２の移動方向に向けて突出しており、このシール部４０の軌道レール１との対向面に前記シール面４３が形成されている。従って、シール面４３と軌道レール１との接触面圧が高まると、かかる接触面圧を低減させるようにシール部４０が撓むことになり、これによっても前記シール面４３と軌道レール１の表面との接触面圧を低下させ、シール面４３と軌道レール１との間における油膜形成を促進することが可能となっている。すなわち、前記シール部４０は本発明の可動突出部に相当する。

また更に、この直線案内装置では潤滑油を含む混合気が供給配管２７により移動ブロック２の内部に対して強制的に送り込まれているので、移動ブロック２の内部の雰囲気圧力が外部の雰囲気圧力も若干高くなっており、これによっても潤滑油がシール部４０のシール面４３と軌道レール１の表面との間に入り込んで油膜を形成し易くなっている。この点においても、エンドシール部材４と軌道レール１との間に確実に油膜を形成し、エンドシール部材４と軌道レール１との摺動抵抗を低減させることが可能になるものである。

図３は、移動ブロック２に装着されるエンドシール部材の他の例を示すものである。

図２に示した例の如くエンドシール部材４のシール本体４２を移動ブロック２に対して固定してしまうと、軌道レール１に対して移動ブロック２が変位した際に、シール面４３と軌道レール１との接触面圧が高まり、両者の間の油膜が破断して、軌道レール１に対するシール部材の摺動抵抗が増大してしまう可能性がある。このため、図３に示すエンドシール部材５では、移動ブロック２に固定されたシールプレート５１に対してシール本体５２を変位可能に保持している。すなわち、前記シールプレート５１にはスリット保持部５１ａが設けられており、シール本体５２はこのスリット保持部５１ａに挿入されている。また、シール本体５２は軌道レール１に接した状態でスリット保持部５１ａの最深部にまでは挿入されておらず、スリット保持部５１ａに挿入された状態で軌道レール１の表面から自由に進退し得るように構成されている。尚、シール部４０の構成は図２に示したものと変更がないので、図３中に図２と同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

そして、この図３に示したエンドシール部材５によれば、シール本体５２が移動ブロック２に固定されたシールプレート５１に対して自由に変位することができるので、例えば移動ブロック２に対して重荷重が作用し、当該移動ブロック２が軌道レール１に対して変位を生じたような場合であっても、シール本体が変位することによってシール面と軌道レールとの接触面圧の増加を回避することができ、シール面４３と軌道レール１との間に油膜が介在する状態を確実に維持することが可能となる。

ところで、前記移動ブロック２に対して前記エンドシール部材４を装着するだけでは、軌道レール１と移動ブロック２の隙間を完全に密封することはできず、完全に密封するためには図１に示すように、移動ブロック２の長手方向に沿って軌道レール１の側面と移動ブロック２との間を塞ぐサイドシール部材６、移動ブロック２の長手方向に沿って軌道レール１の上面と移動ブロック２との間を塞ぐインナーシール部材７を移動ブロック２に装着することが必要である。また、これらエンドシール部材４、サイドシール部材６及びインナーシール部材７の間に隙間が存在すると、かかる隙間から移動ブロック２の内部に異物やクーラント液が侵入することになる。

従って、各シール部材の連携を良好なものとし、移動ブロック２の内部に対する異物や液体の侵入を完全に防止するといった観点からすれば、図４に示すように、エンドシール部材４、サイドシール部材６及びインナーシール部材７が一体となったシール枠体８を設け、このシール枠体８の内側に移動ブロック２を嵌合させるのが好ましい。

このシール枠体８は合成樹脂で形成されており、図４の紙面上方から当該シール枠体８の内部に移動ブロック２が嵌合するように構成されている。また、シール枠体８が軌道レール１と対向する部位にはゴムや熱可塑性エラストマーを用いて本発明の油膜浮上シールのシール部９が設けられており、このシール部９はシール枠体８を介して軌道レール１と移動ブロック２が対向する部位を継ぎ目なく取り囲むように設けられている。また、前記移動ブロック２が嵌合したシール枠体８の開口部の周縁にはゴムパッキング８０が設けられており、シール枠体８と移動ブロック２との隙間から異物や液体が移動ブロック２内に侵入するのを防止している。

尚、本発明の適用対象は前述の実施形態に示した直線案内装置に限られず、ボールスプライン装置、ボールねじ装置に対しても適用可能である。すなちわ、本発明の運動案内装置はこれらの装置を含む概念である。

本発明を適用した直線案内装置の一例を示す分解斜視図である。 本発明のシール部材の第一の実施形態を示す拡大断面図である。 本発明のシール部材の第二の実施形態を示す拡大断面図である。 移動ブロックを密封するためのシール枠体を示す斜視図である。

符号の説明

１…軌道レール、２…移動ブロック、３…ボール、４…エンドシール部材（油膜浮上シール）、４０…シール部、４３…シール面、４４…溝

Claims (6)

1. 軌道軸と、この軌道軸に沿って運動する移動部材と、この移動部材に対して軸方向の両端に装着されて当該移動部材と前記軌道軸との隙間を塞ぐ油膜浮上シールとから構成され、
   前記油膜浮上シールは前記軌道軸に面したシール面を有すると共に、当該シール面には前記軸方向と直交する方向に延びる複数の溝が形成され、前記シール面が軌道軸に接する微小突起に分割されていることを特徴とする運動案内装置。
2. 前記油膜浮上シールは前記軌道軸の軸方向へ突出した可動突出部を有すると共に、この可動突出部の軌道軸との対向面に前記シール面が形成されていることを特徴とする請求項１記載の運動案内装置。
3. 前記油膜浮上シールには、前記シール面と連続すると共に、前記移動部材の内部に向けて拡開する楔状空間を軌道軸と相まって形成する油取込み面が形成されていることを特徴とする請求項１記載の運動案内装置。
4. 前記移動部材の内部には潤滑油を噴霧した混合気が強制導入されていることを特徴とする請求項１記載の運動案内装置。
5. 前記油膜浮上シールは前記移動部材に対して変位自在に装着されており、軌道軸に向けて付勢されていることを特徴する請求項１記載の運動案内装置。
6. 前記移動部材の周囲を囲むシール枠体を設け、このシール枠体に対して前記油膜浮上シールを固定する一方、前記シール枠体には当該シール枠体と移動部材との隙間を塞ぐパッキング部を設けたことを特徴とする請求項１記載の運動案内装置。
   

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