JP2010127345A - 曲線運動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】曲線軌道レールやスライダーを幅広化することなく、大きなモーメント荷重やアキシアル荷重を受けることができる新規な曲線運動装置の提供。
【解決手段】レール台座１０上に、径の異なる複数の無端環状の曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂを同心円状に配置すると共に、前記各曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂに、これに沿って摺動するスライダー２０，２０を設け、かつ当該内外のスライダー２０，２０を移動台４０で連結する。これによって、曲線軌道レールやスライダーを幅広化することなく、大きなモーメント荷重やアキシアル荷重を受けることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、光学測定装置やレントゲン装置、ＣＴスキャナ、舞台装置、アミューズメント機器、工作機械などのように所定の回転運動や曲線運動を伴う機器に適用される曲線運動装置に関する。

係る従来の曲線運動装置としては、例えば以下の特許文献１などに示されているものがある。この曲線運動装置の構成は、曲線運動案内装置を介して固定ベッドにテーブルを回転自在に支持したものである。
また、このような曲線運動装置の組み立てに纏わる先行技術としては、以下の特許文献２などに示されているものがある。これはガイドに平面部を設け、その平面部を組立基準として旋回装置への組込み作業を行うことで、回転中心と装置の中心とを合わせるものである。
特開平８−２１４４０号公報 特許第２７７７７８２号公報（特開平９−４２２８８号公報）

しかしながら、前記特許文献１などに示すような構成では、具体的な構成は示されていないが、曲線運動案内装置は単列となっている。そのため、大きなモーメント荷重やアキシアル荷重を受けるためには曲線軌道レールおよびスライダーを幅広化する必要があり、結果的に曲線運動装置が大型化してしまう。
また、前記特許文献２などに示すような組込方法においては、回転中心と曲線運動装置の中心とを合わせる作業は容易になるものの、真円度を保ちながら組み付けるには曲線軌道レールを幅広化する必要があり、結果的に曲線運動装置が同様に大型化してしまう。
そこで、本発明は前記のような従来技術が有する問題点を解決するために案出されたものであり、その主な目的は、曲線軌道レールやスライダーを幅広化することなく、大きなモーメント荷重やアキシアル荷重を受けることができる新規な曲線運動装置を提供するものである。

前記課題解決するために第１の発明は、
レール台座上に、径の異なる複数の無端環状の曲線軌道レールを同心円状に配置すると共に、前記各曲線軌道レールに、これに沿って摺動するスライダーを設け、かつ当該内外のスライダーを移動台で連結してなることを特徴とする曲線運動装置である。
第２の発明は、
第１の発明において、前記各曲線軌道レールは、前記レール台座上に固定された後に、その真円度および同軸度を調整すべく前記スライダーが摺動する軌道面が研削加工または切削加工されていることを特徴とする曲線運動装置である。

第３の発明は、
第１または第２の発明において、前記各曲線軌道レールは、少なくとも前記スライダーが摺動する軌道面に高周波焼入れによる焼入部が連続して形成されており、かつ、前記焼入部の始点と終点との間に形成される非焼入部が径の異なる曲線軌道レールの内側に配置された曲線軌道レールと外側に配置された曲線軌道レールとでほぼ同位相に位置しないように配置されていることを特徴とする曲線運動装置である。
第４の発明は、
第１〜３のいずれかの発明において、前記内外のスライダーを連結する移動台を複数独立して備えたことを特徴とする曲線運動装置である。

本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮できる。
第１の発明によれば、移動台（スライダー）にかかる大きな荷重（モーメント荷重やアキシアル荷重）を、径の異なる複数の曲線軌道レールによって分散して受けることができる。この結果、先行技術のように曲線軌道レールを幅広化したり、スライダーを大型化する必要がない。
第２の発明によれば、複数の曲線軌道レールをレール台座上に同心円状に配置した後に、その軌道面を研削加工または切削加工するようにしたため、各曲線軌道レールの真円度や各曲線軌道レール同士の同軸度を容易に確保することができる。この結果、移動台をスムーズに動かすことができるため、寿命を大幅に伸ばすことが可能となる。

第３の発明によれば、各曲線軌道レールを、各非焼入部が内側の曲線軌道レールと外側の曲線軌道レールとでほぼ同位相に位置しないように配置したため、移動台で連結された各スライダーが同時に非焼入部に位置することが避けられ、さらに寿命を延ばすことができる。
第４の発明によれば、内外のスライダーを連結する移動台を複数独立して備えたため、本発明装置を利用する機器の制限がなくなる。この結果、例えば、光学測定装置やレントゲン装置、ＣＴスキャナ、舞台装置、アミューズメント機器、工作機械などのように所定の回転運動や曲線運動を伴うあらゆる機器への適用が可能となる。

次に、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。
図１〜図６は、本発明に係る曲線運動装置１００の実施の一形態を示したものである。
図示するようにこの曲線運動装置１００は、ドーナツ円板状をしたレール台座３０上に、径の異なる２つの無端環状の曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂを同心円状に配置すると共に、これら各曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂに、これに沿って摺動するスライダー２０，２０を設け、かつこれら内外のスライダー２０，２０を移動台４０で連結した構造となっている。

この曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂは、図２に示すように断面矩形状かつ真円形状に形成されたレール本体１１の両側面、すなわちレール本体１１の内周面と外周面とに、それぞれ断面円弧溝状をしたレール側上段軌道面１２ａ、１２ａと、レール側下段軌道面１２ｂ、１２ｂとがそれぞれその長手方向に沿って連続かつ平行に形成されている。
そして、この曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂは、それぞれレール本体１１をレール台座３０上に固定した後に、その真円度および同軸度を調整すべくそれら各軌道面１２ａ、１２ａ、１２ｂ、１２ｂが研削加工または切削加工されている。

一方、スライダー２０、２０は、従来の一般的なリニアガイド装置で用いられているスライダーとほぼ同様な構造となっており、それぞれ曲線軌道レール１０を跨ぐように下向きコ字形をしたスライダー本体２１と、このスライダー本体２１の摺動方向両端面にそれぞれ取り付けられる下向きコ字形をしたエンドキャップ２２，２２と、複数個の転動体（ボール）Ｂとから主に構成されている。

このスライダー本体２１の内面両側部には、前記曲線軌道レール１０側の上段軌道面１２ａ、１２ａおよび下段軌道面１２ｂ、１２ｂとそれぞれ対向するように、同じく断面円弧状をしたスライダー側上段軌道面２３ａ、２３ａ（図２では一方のみ図示）と、スライダー側下段軌道面２３ｂ、２３ｂ（同じく図２では一方のみ図示）とが上下に形成されている。
また、このスライダー本体２１内には、その長手方向に貫通するように上段通過孔２４ａ、２４ａ（同じく図２では一方のみ図示）と、下段通過孔２４ｂ、２４ｂ（同じく図２では一方のみ図示）が形成されている。

また、この上段通過孔２４ａ、２４ａと前記スライダー側上段軌道面２３ａ、２３ａ、およびこの下段通過孔２４ｂ、２４ｂと前記スライダー側下段軌道面２３ｂ、２３ｂとがエンドキャップ２２，２２内にそれぞれ４つずつ形成された図示しない曲線路状の方向転換孔とによって連通されている。これによって、合計４つ（左右上下２つずつ）の循環路２５，２５，２５、２５（図２では２つのみ図示）が形成されている。

そして、図示するように、これら４つの循環路２５，２５，２５、２５には、鋼製の転動体Ｂが複数数珠繋ぎ状に配列されており、これらの転動体Ｂがその内部を転動しながら循環することで、曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂ上をそれぞれスライダー２０、２０が円滑に摺動するようになっている。
また、これら内外のスライダー２０、２０を連結する移動台４０は、例えば上面が平面状態した矩形状の金属板などから構成されている。

そして、図１および図２に示すように、内外のスライダー２０、２０の上面間に架け渡すようにこの移動台４０を設置し、スライダー本体２１の上面に形成されたボルト孔２１ａを利用してその上面から図示しないボルトを締結することで内外のスライダー２０、２０を一体的に連結すると共に、その上部に図示しない所定の機器（環状可動機器）を取り付け可能となっている。

さらに、このような構成をした曲線運動装置１００にあっては、図３に示すように曲線軌道レール１０の少なくともスライダー２０が摺動する軌道面１２ａ、１２ａ、１２ｂ、１２ｂを含む部分には、熱処理による焼入部がその周方向に沿って連続して形成されていると共に、この焼入部の始点と終点との間には熱処理が行われていない非焼入部を有する構造となっている。

この焼入部は、例えば図４に示すような構成をした高周波焼入装置２００による高周波焼入れによって形成することができる。
この高周波焼入装置２００は、これら曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂをそれぞれその周方向に沿って移動する移送ローラ５０，５０，５０，５０と、これら曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂの内側および外側であって曲線軌道レール１０の中心からみてその同位相上に配置される少なくとも一対の高周波（誘電加熱）コイル６０，６０と、この高周波コイル６０，６０の移送方向下流に配置された少なくとも一対の冷却手段７０，７０と、これらを制御する図示しないコントローラとから構成されている。

そして、このコントローラによって図示するように移送ローラ５０，５０，５０，５０によって各曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂをその周方向に沿ってゆっくりと回転走行させながら高周波コイル６０，６０によって軌道面１２ａ、１２ａ、１２ｂ、１２ｂを含む各曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂの両側面をその鋼のＡ_１変態点以上（約７００°以上）に加熱した直後、冷却手段７０，７０によってその加熱部分に冷却液を吹き付けて急冷する。これによって、その軌道面１２ａ、１２ａ、１２ｂ、１２ｂに沿って耐摩耗性や機械的強度に優れた焼入部を連続的に形成することができる。

このとき、前述したように各曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂの焼入部の始点と終点とが重なり合わないように、その間に非焼入部を形成することで焼入れの重なりを原因とする割れの発生を防止することができる。
また、この焼入部の始点と終点との間に形成される非焼入部は、それぞれ曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂの内周側と外周側とでほぼ同位相に形成されている。これは、同じ位相に配置することで両側軌道面１２ａ、１２ａ、１２ｂ、１２ｂに焼入れを同時に行うことができるだけでなく、焼入れによる変形を無視することができるからである。すなわち、片面ごとに焼入れを行っても良いが、焼入れによって曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂが変形するため、他方の面を焼入れする際に再度高周波コイル６０とのキャップ調整が必要となり、処理が面倒となるからである。

また、このように焼入部を形成するための熱処理として高周波焼入れを用いることにより、浸炭焼入れやズブ焼入れのような大きな熱処理炉が不要となるため、膨大な設備投資が不要となり、また、生産場所の省スペース化も図ることができる。
この高周波焼入れは、前述したように局部的な連続焼入れが可能であるため、浸炭焼入れやズブ焼入れのような大きな熱処理炉が不要となるものであるが、このような局部的な連続焼入れは、火炎焼入れによっても可能であるため、前述したような高周波焼入装置２００に代えて火炎焼入れ装置を用いることも可能である。

また、この非焼入部の周方向長さは、スライダー２０の周方向の長さよりも短くすることが望ましい。すなわち、焼入部に比べて機械的強度が低い非焼入部にスライダー２０が達したときでも、その非焼入部に対してスライダー２０の全荷重が掛かることがなくなるため、その非焼入部の早期剥離や摩耗を防止することができるからである。
また、さらに図５に示すように、この非焼入部を含む範囲にスライダー２０の荷重が殆ど作用しない逃げ部（緩やかな凹み）を形成しても良い。

すなわち、焼入部に比べて機械的強度が低い非焼入部に対して、スライダー２０の転動体Ｂが荷重を支持しながら転動すると、その硬さや強度不足によってこの非焼入部に早期に剥離や摩耗が生ずる。
従って、この非焼入部を含む範囲にスライダー２０の荷重が作用しない逃げ部が形成すれば、非焼入部にスライダー２０が達したときでも、その非焼入部に対してスライダー２０の全荷重が掛かることがなくなるため、さらにその非焼入部の剥離や摩耗を防止することができる

そして、このような構成をした本発明の曲線運動装置１００にあっては、移動台４０（スライダー２０，２０）にかかる大きな荷重（モーメント荷重やアキシアル荷重）を、径の異なる２つの無端環状の曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂによって分散して受けることができる。この結果、先行技術のように曲線軌道レールを幅広化したり、スライダーを大型化する必要がなくなり、曲線運動装置全体の軽量化や製造コストの削減などが可能となる。
また、各曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂ間やその周辺に駆動用のリニアモータや位置センサなどを配置することが容易となる。

なお、本実施の形態では、内外一対（２つ）の曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂを備えた例で説明したが、さらにこの曲線軌道レールをさらに３重以上同心円状に設け、内外の各スライダー２０を１つの移動台４０で纏めて連結するようにしても良い。また、図６に示すように、これら内外のスライダー２０，２０を連結する移動台４０を同一曲線軌道レール上に複数独立して備えても良い。

また、本発明の曲線運動装置１００にあっては、複数の曲線軌道レールをレール台座１０上に同心円状に多重に配置した後に、その軌道面を研削加工または切削加工するようにしたため、移動台４０の動きをよりスムーズにすることが可能となる。
すなわち、移動台４０によって連結された内外のスライダー２０，２０が円滑に動作するためには、各曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂをその真円度と同軸度とが極めて小さくなるようにレール台座１０上に組み付ける必要があるが、曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂのような薄肉輪状の部材を高度な真円度を保ち、かつ互いの同軸度を維持しながら組み付けることは非常に難しい。

そこで、上述したような加工方法を用いれば、レール台座１０上に固定された各曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂは、レール台座１０基準にて軌道面を加工できる。よって、回転中心と曲線運動装置１００の中心とを合わせる作業を省略でき、かつ高精度な真円軌跡が得られるという効果が得られる。
また、レール台座１０上に固定された多重の曲線軌道レールは、軌道面の同時加工により高精度な同軸性が得られる。よって、移動台４０でスライダー２０を連結しても互いのスライダー２０，２０内部の転動体Ｂの予圧量がミスアライメントにより変化し難いため、曲線運動装置１００の寿命を延ばすことができるという効果が得られる。

また、同時加工により、軌道面を同一平面上とすることができるため、各スライダー２０，２０は、全て同一平面上を走行できる。よって、スライダー２０，２０同士を連結しても回転力や捻れが生じ難く、移動台４０の姿勢精度を保つことができる効果も発揮できる。
また、各曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂは、レール台座１０上に固定されているため、精度良く加工された複数のレールは、その精度を保持したまま交換できる。よって、交換の際の調整が不必要となる効果を有する。
さらに、本発明の曲線運動装置１００にあっては、図１に示すように、各曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂは、各非焼入部が内側に配置された曲線軌道レールと外側に配置された曲線軌道レールとでほぼ同位相に位置しないように配置されている。

この結果、移動台４０で連結された各スライダー２０，２０が各曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂの非焼入部に同時に位置することを避けることができるため、曲線運動装置１００の寿命を延ばすことができる。
すなわち、各曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂと同様に、焼入部に比べて機械的強度が低い非焼入部にスライダー２０が達したときでも、その各曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂの非焼入部に対して２つのスライダー２０、２０が同時に達して全荷重が同時に掛かることがなくなるため、その非焼入部の早期剥離や摩耗を防止することができる。

本発明に係る曲線運動装置１００の実施の一形態を示す全体斜視図である。 本発明に係る曲線運動装置１００のスライダー２０の構成を示す部分破断斜視図である。 本発明に係る曲線運動装置１００の曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂの一部を示す斜視図である。 曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂに対する高周波焼入れ工程の例を示す概念図である。 曲線軌道レール１０Ａ、１０Ｂの一部にスライダー２０の逃げ部を形成した例を示す斜視図である。 本発明に係る曲線運動装置１００の他の実施の形態を示す全体斜視図である。

符号の説明

１００…曲線運動装置
２００…高周波焼入装置
１０Ａ、１０Ｂ…曲線軌道レール
１１…レール本体
１２ａ、１２ａ、１２ｂ、１２ｂ…軌道面
２０…スライダー
３０…レール台座
４０…移動台
５０…移送ローラ
６０…高周波コイル
７０…冷却手段
Ｂ…転動体

Claims (4)

1. レール台座上に、径の異なる複数の無端環状の曲線軌道レールを同心円状に配置すると共に、前記各曲線軌道レールに、これに沿って摺動するスライダーを設け、かつ当該内外のスライダーを移動台で連結してなることを特徴とする曲線運動装置。
2. 請求項１に記載の曲線運動装置において、
   前記各曲線軌道レールは、
   前記レール台座上に固定された後に、その真円度および同軸度を調整すべく前記スライダーが摺動する軌道面が研削加工または切削加工されていることを特徴とする曲線運動装置。
3. 請求項１または２に記載の曲線運動装置において、
   前記各曲線軌道レールは、
   少なくとも前記スライダーが摺動する軌道面に高周波焼入れによる焼入部が連続して形成されており、かつ、前記焼入部の始点と終点との間に形成される非焼入部が径の異なる曲線軌道レールの内側に配置された曲線軌道レールと外側に配置された曲線軌道レールとでほぼ同位相に位置しないように配置されていることを特徴とする曲線運動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の曲線運動装置において、
   前記内外のスライダーを連結する移動台を複数独立して備えたことを特徴とする曲線運動装置。

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