直線運動用ころ軸受および工作機械

【課題】高速送り時に送り抵抗が少なく、低速送りもしくは停止時に減衰性の高い直線運動用ころ軸受を安価に提供する。
【解決手段】直線運動用ころ軸受１の円筒ころ４の端面に動圧発生用の溝を設け、円筒ころ４の他方の端面から押付け手段６ａ、６ｂにより軌道面８ａ、８ｂに円筒ころ４の端面を押付ける。停止中または低速送り時は円筒ころ４の端面と軌道面８ａ、８ｂの接触により摩擦抵抗が発生して減衰性を向上させる。高速送り時は円筒ころ４が高速回転することにより端面の溝で動圧が発生して円筒ころ４の端面と軌道面８ａ、８ｂの接触力を低減するため摩擦力が低下して送り抵抗が少なくなる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線運動用ころ軸受に関するものであり、詳しくはトラックレールとケーシング間に円筒ころを配置した直線運動用ころ軸受の走行抵抗の低減と減衰性の向上、および走行抵抗を低減し減衰性を向上したころ軸受を備えた工作機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械においては、トラックレールとケーシング間に転動体を配置した転がり型の直線運動軸受が、高速送り時の運動抵抗が低いため送り装置の案内として使用されている。しかし、転がり型の直線運動軸受は減衰性が低いため、主に低速で使用される加工時にビビリを発生しやすい。これを改善するため、高精度加工に使用される低速送り時にはすべり軸受を使用し、非加工の位置割り出しや荒加工に使用される高速送り時には転がり軸受を使用する従来技術１（例えば、特許文献１参照）や油圧シリンダにより制動部材を駆動して摩擦の付加と解除を制御する従来技術２（例えば、特許文献２参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３２６４３０号公報
【特許文献２】特開２００１−２２７５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術１では、すべり軸受と転がり軸受の両方を備えて、必要に応じて切り替えて使用するため、構造が大型となり高価である。
従来技術２では摩擦力の制御のために特別な装置を必要とし高価である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高速送り時は走行抵抗が低く、低速送り時はすべり抵抗が大きく減衰性が高くなる直線運動用ころ軸受を安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、ケーシングの走行方向に平行で互いに直交する平面で構成されたレール軌道溝を備えたトラックレールと、
前記トラックレールの前記レール軌道溝に対向して配置した直交する平面で構成されたケーシング軌道溝を備えた前記ケーシングと、
前記レール軌道溝と前記ケーシング軌道溝の間を転動する円筒ころと、
前記レール軌道溝と前記ケーシング軌道溝の間に充填した潤滑剤とを備えた直線運動用ころ軸受において、
前記円筒ころの端面に動圧を発生する動圧発生手段を備えたことである。
【０００６】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明において、前記円筒ころの端面を前記レール軌道溝に押付ける押付け手段を備えたことである。
【０００７】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項２に係る発明において、前記押付け手段を前記円筒ころの端面に接触する接触部材と前記接触部材を前記円筒ころの端面に押付ける弾性部材により構成したことである。
【０００８】
請求項４に係る発明の特徴は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に係る発明において、前記動圧発生手段をＶ字もしくはＵ字状の溝、または部分球もしくは部分楕円体状の窪みとしたことである。
【０００９】
請求項５に係る発明の特徴は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に係る発明において、前記円筒ころの転動軸線を９０度交差するように配列したことである。
【００１０】
請求項６に係る発明の特徴は、請求項２〜請求項５のいずれか１項に係る発明において、前記円筒ころの幅寸法より前記円筒ころの直径から逃し溝の深さを引いた値が小さくなる前記逃し溝を前記円筒ころの転動面に設け、前記逃し溝内を前記押付け手段が貫通するように配置したことである。
【００１１】
請求項７に係る発明の特徴は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に係る発明において、前記潤滑剤をグリスとしたことである。
【００１２】
請求項８に係る発明の特徴は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に係る発明において、前記トラックレールを両側面に前記レール軌道溝を配置した構造とし、
前記ケーシングを内側に前記ケーシング軌道溝を配置した鞍形で内部に前記ケーシング軌道溝と結合した前記円筒ころの無限循環路を形成した構造とし、
前記トラックレールの前記レール軌道溝と前記ケーシングの前記ケーシング軌道溝とを対向して配置したことである。
【００１３】
請求項９に係る発明の特徴は、複数の送り軸により工作物と工具を相対運動させて加工を行う工作機械において、前記送り軸の案内装置を、
ケーシングの走行方向に平行で互いに直交する平面で構成されたレール軌道溝を備えたトラックレールと、前記トラックレールの前記レール軌道溝に対向して配置した直交する平面で構成されたケーシング軌道溝を備えた前記ケーシングと、前記レール軌道溝と前記ケーシング軌道溝の間を転動する円筒ころと、前記レール軌道溝と前記ケーシング軌道溝の間に充填した潤滑剤とを備えた直線運動用ころ軸受において、前記円筒ころの端面に動圧を発生する動圧発生手段を備えた直線運動用ころ軸受、
により構成したことである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項1に係る発明によれば、ケーシング送り時の円筒ころの回転により円筒ころ端面に潤滑剤の動圧力が発生する。この動圧力により円筒ころに浮上力が働く、円筒ころ端面と軌道面の接触力が動圧力により低減され接触摩擦が小さくなるため走行抵抗を低減できる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、ケーシングの送り速度が低くて回転により円筒ころ端面に発生する潤滑剤の動圧力が押し付け手段の押付け力より小さな場合に、円筒ころ端面と軌道面が接触することにより摩擦抵抗を発生させ減衰性を大きくできる。ケーシングの送り速度に応じた動圧力が円筒ころ端面に作用し接触力が低下するため、送り速度に応じて走行抵抗が低減する。所定の速度以上になると動圧力が押付け力より大きくなるため円筒ころ端面と軌道面が非接触で走行でき走行抵抗をさらに低減できる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、簡易な構成で弾性部材により接触部材を円筒ころの端面に一定の力で押付けることができる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、円筒ころの回転により円筒ころの端面に効率よく動圧を発生できる。
【００１８】
請求項５に係る発明によれば、ケーシングをトラックレール方向へ押付ける方向とそれに直交する方向の力を受けることができる直線運動用ころ軸受を、コンパクトな構成で実現できる。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、円筒ころ端面を前記Ｖ字状軌道溝に押付ける押付け手段が、端面を押付けられる円筒ころに隣接する転動軸線が９０度交差した円筒ころの円筒面に接触しないので、円筒ころ端面を正確に安定して押付けることができる。
【００２０】
請求項７に係る発明によれば、グリスの粘度が高く付着性が良いため簡易的なシールでグリスを保持できる。
【００２１】
請求項８に係る発明によれば、走行方向以外の５自由度を規制できる走行距離に制限のない直線運動用ころ軸受を小型にできる。
【００２２】
請求項９に係る発明によれば、低速送り時の減衰性が高いため加工時のビビリ防止効果が大きく、高速運動時の抵抗が低いため駆動動力を低減できる工作機械を安価に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態の直線運動用ころ軸受の円筒ころ保持部を示す概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本実施形態の円筒ころ端面の溝を示す概略図である。
【図４】本実施形態の円筒ころ端面の溝の断面を示す図である。
【図５】本実施形態の循環型直線運動用ころ軸受を示す概略図である。
【図６】図５のＧ−Ｇ断面図である。
【図７】本実施形態の変形例の円筒ころを示す概略図である。
【図８】本実施形態の変形例の押付け手段を示す概略図である。
【図９】図８のＨ−Ｈ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、直線運動用ころ軸受を複数組み合せて案内装置を構成する場合に使用される、Ｖ字軌道が１本の直線運動用ころ軸受１における本発明の実施の形態を説明する。
図１および図２に示すように、直線運動用ころ軸受１は、角度が９０度のＶ字状の軌道面８を備えたトラックレール２が、互いに回転軸線が直交する複数の円筒ころ４を介して角度が９０度のＶ字状の軌道面９を備えたケーシング３を直線運動可能に保持している。
ケーシング３は軌道面９ａに直交し円筒ころ４をトラックレール２の軌道面８ａに押付ける押付け手段６ａを備える。押付け手段６ａは円筒ころ４の転動方向に所定の長さを持った溝６３ａと、溝６３ａ内に押付け方向に摺動自在に配置され撓み変形することで円筒ころ４の端面と接触する接触部材６１ａと、接触部材６１ａを円筒ころ４に押付ける弾性部材６２ａから構成されている。接触部材６１ａの材質としては摩擦係数の小さなフッ素樹脂板や、表面にＤＬＣなどの低摩擦材をコーティングした板ばねなどが好適である。ケーシング３の軌道面９bにも同様の押付け手段６ｂが配置され、円筒ころ４をトラックレール２の軌道面８ｂに押付けている。
直線運動用ころ軸受１の軌道面８ａ、８ｂと軌道面９ａ、９ｂ部に囲まれた領域には図示しない潤滑用のグリスが充填されている。
円筒ころ４の幅は直径よりわずかに小さく設定されている。円筒ころ４のトラックレール２の軌道面８ａ、８ｂに対向する端面には、図３のＢに示す半径方向に延びる溝４１や、図３のＣに示す半径方向に傾斜して延びる溝４２や、図３のＤに示すような部分球状の窪み４３により構成される動圧発生手段を設ける。溝の長軸に直角な断面形状は、図４のＥに示すＵ字形状や図４のＦに示すＶ字形状とし、円筒ころ４の回転によりグリスの動圧効果を発生する形状とする。窪みは部分楕円体としてもよい。ここで、端面の動圧発生手段は両端面に設けてもよい。また、図１、図２では誇張して表示してあるが、円筒ころ４の幅と直径の寸法差は１０μｍ〜２００μｍ程度が好適であり、接触部材６１ａ、６１ｂが撓むことで円筒ころ４の端面に接触して所定の押し付け力を付与できる寸法差とする。
【００２５】
本直線運動用ころ軸受１を送り装置の案内として使用した場合に、ケーシング３の送り速度が低速または静止しているときは、円筒ころ４は押付け手段６ａ、６ｂによりトラックレール２の軌道面８ａ、８ｂに端面が押付けられ摩擦力を発生する。このため振動に対する減衰性が高くなり加工時のビビリや振動を抑制する作用が向上する。ケーシング３の送り速度が高速の場合は円筒ころ４の回転速度が速くなり端面に設けた溝４１、４２により潤滑用のグリスに発生する動圧力が大きくなる。押付け装置６ａ、６ｂの押付け力から動圧力による円筒ころ４の端面を浮上させる力を差し引いた力が、円筒ころ４の端面と軌道面８ａ、８ｂの接触力になる。この接触力はケーシング３が高速で送られるほど低下し、それに応じて円筒ころ４の端面と軌道面８ａ、８ｂの摩擦抵抗も低下する。ケーシング３が所定の速度以上となり動圧力が押付け力より大きくなると、円筒ころ４の端面と軌道面８ａ、８ｂの接触が無くなり摩擦抵抗が大きく低下する。
ここで、押付け装置６ａ、６ｂの接触部材６１ａ、６１ｂが円筒ころ４の端面と接触しているが、接触部材６１ａ、６１ｂの接触面に摩擦抵抗の低い材料を使用することで走行抵抗を小さくできる。また、円筒ころ４の接触部材６１ａ、６１ｂと接触する端面に動圧発生手段を設けて高速送り時の接触力を低くしてもよい。接触部材６１ａ、６１ｂが円筒ころ４の円筒面にも接触しているが、転がり接触であるため走行抵抗としては無視できる。
以上のように、ケーシング３が静止または低速送りの場合には減衰性が高く、高速送りの場合には送り抵抗が小さな直線運動用ころ軸受を実現できる。
【００２６】
以上の説明では、Ｖ字軌道が１本の直線運動用ころ軸受１の事例について述べたが、図５、図６に示すようにトラックレール２の両側面にＶ字状軌道溝を配置し、内側にＶ字状軌道溝を配置した鞍形のケーシング３の内部にＶ字状軌道溝と結合した円筒ころ４の無限循環路１０を形成した構造としてもよい。このような構造にすることで、走行方向以外の５自由度を規制できる走行距離に制限のない直線運動用ころ軸受を小型化できる。
【００２７】
＜本実施形態の変形態様＞
上記の実施形態では、押付け手段６ａ、６ｂに撓み変形することで円筒ころ４の端面と接触する接触部材６１ａ、６１ｂを用いた直線運動用ころ軸受について説明したが、これに限定されるものではない。
図７に示すような円筒ころ５の幅寸法Ｗが円筒ころ５の直径Ｄｏから逃し溝１１の深さＧｄを引いた値より大きくなる逃し溝１１を転動面中央部に設けた円筒ころ５を使用する。図８、図９に示すように、ケーシング３は軌道面９ａに直交し円筒ころ５の端面をトラックレール２の軌道面８ａに押付ける押付け手段１６ａを備える。押付け手段１６ａは接触部材６１ａが円筒ころ５の逃し溝１１の内側を貫通するように配置される。押付け手段１６ａは円筒ころ５の転動方向に所定の長さを持った溝１６５ａと、溝１６５ａ内に押付け方向に摺動自在に配置され円筒ころ５の端面と接触する接触部材１６１ａと、接触部材１６１ａを円筒ころ５に押付ける複数のばね１６２ａと、溝１６５ａと貫通しばね１６２ａを収納する複数の穴１６３ａと、穴１６３ａの後部でケーシング３とねじ結合さればね１６２ａを固定する複数の詰め栓１６４ａから構成されている。接触部材６１ａの材質としては摩擦係数の小さなフッ素樹脂板や、表面にＤＬＣなどの低摩擦材をコーティングした板などが好適である。ケーシング３の軌道面９bにも同様の押付け手段１６ｂが配置され、円筒ころ５の端面をトラックレール２の軌道面８ｂに押付けている。
これにより、押付け板１６１ａは端面を押付けられる円筒ころ５に隣接する転動軸線が９０度交差した円筒ころ５の円筒面に接触することなく、円筒ころ５の端面部のみを押付けることができる。
このため、撓みの小さな接触部材１６１ａを使用して、円筒ころ５の端面部のみに押付け力を付与できるので、円筒面の影響を受けない正確で安定した押付け力を容易に設定できる。
【００２８】
工作機械においては、２軸ないしは３軸の直交する併進送り軸を用いて比較的低速の送り速度ないしは停止している送り軸を組み合せ工作物と工具を相対運動させながら加工する。高速送りは工具割出しなどの非加工時か、ビビリなどが発生しても加工面としては問題がない荒加工時に使用される。そのため、高速送り時には抵抗が少なく送り用の動力が小さくて、低速ないしは停止時は減衰性の大きな送り装置が求められる。
本発明の直線運動用ころ軸受を送り装置に用いると、上記の特性を備えた工作機械を安価に提供できる。
【符号の説明】
【００２９】
１：直線運動用ころ軸受２：トラックレール３：ケーシング４、５：円筒ころ６ａ、６ｂ、１６ａ、１６ｂ：押付け手段１０：無限循環路

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの走行方向に平行で互いに直交する平面で構成されたレール軌道溝を備えたトラックレールと、
前記トラックレールの前記レール軌道溝に対向して配置した直交する平面で構成されたケーシング軌道溝を備えた前記ケーシングと、
前記レール軌道溝と前記ケーシング軌道溝の間を転動する円筒ころと、
前記レール軌道溝と前記ケーシング軌道溝の間に充填した潤滑剤とを備えた直線運動用ころ軸受において、
前記円筒ころの端面に動圧を発生する動圧発生手段を備えたことを特徴とする直線運動用ころ軸受。
【請求項２】
前記円筒ころの端面を前記レール軌道溝に押付ける押付け手段を備えた請求項１記載の直線運動用ころ軸受。
【請求項３】
前記押付け手段を前記円筒ころの端面に接触する接触部材と前記接触部材を前記円筒ころの端面に押付ける弾性部材により構成した請求項２記載の直線運動用ころ軸受。
【請求項４】
前記動圧発生手段をＶ字もしくはＵ字状の溝、または部分球もしくは部分楕円体状の窪みとした請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の直線運動用ころ軸受。
【請求項５】
前記円筒ころの転動軸線を９０度交差するように配列した請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の直線運動用ころ軸受。
【請求項６】
前記円筒ころの幅寸法より前記円筒ころの直径から逃し溝の深さを引いた値が小さくなる前記逃し溝を前記円筒ころの転動面に設け、前記逃し溝内を前記押付け手段が貫通するように配置した請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の直線運動用ころ軸受。
【請求項７】
前記潤滑剤をグリスとした請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の直線運動用ころ軸受。
【請求項８】
前記トラックレールを両側面に前記レール軌道溝を配置した構造とし、
前記ケーシングを内側に前記ケーシング軌道溝を配置した鞍形で内部に前記ケーシング軌道溝と結合した前記円筒ころの無限循環路を形成した構造とし、
前記トラックレールの前記レール軌道溝と前記ケーシングの前記ケーシング軌道溝とを対向して配置した請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の直線運動用ころ軸受。
【請求項９】
複数の送り軸により工作物と工具を相対運動させて加工を行う工作機械において、前記送り軸の案内装置を、
ケーシングの走行方向に平行で互いに直交する平面で構成されたレール軌道溝を備えたトラックレールと、前記トラックレールの前記レール軌道溝に対向して配置した直交する平面で構成されたケーシング軌道溝を備えた前記ケーシングと、前記レール軌道溝と前記ケーシング軌道溝の間を転動する円筒ころと、前記レール軌道溝と前記ケーシング軌道溝の間に充填した潤滑剤とを備えた直線運動用ころ軸受において、前記円筒ころの端面に動圧を発生する動圧発生手段を備えた直線運動用ころ軸受、
により構成する工作機械。

【図１】