(57)【要約】  ウェービング現象を抑制して超精密な運動精度を有する直動案内装置を得る。  直動案内装置１０は、転動体転走溝１２が形成される軌道レール１１と、転動体転走溝１２に対向する負荷転動体転走溝２２が形成される移動ブロック２１と、転動体転走溝１２と負荷転動体転走溝２２とによって構成される負荷転走路１６内に転動自在に設置される複数のボール３１とを有することにより、移動ブロック２１が軌道レール１１の長手方向で往復運動自在とされる装置である。直動案内装置１０は、複数のボール３１が連なり転走することによって形成されるボール循環列を複数列有するとともに、当該ボール循環列が２列隣り合うことによって形成される１組の複列ボール循環列を複数組有しており、複列ボール循環列を構成する２列のボール循環列が、その列間をリテーナで連結されている。
2009028328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に沿って転動体転走溝が形成される軌道レールと、
前記転動体転走溝に対向する負荷転動体転走溝が形成される移動ブロックと、
前記転動体転走溝と前記負荷転動体転走溝とによって構成される負荷転走路内に転動自在に設置される複数のボールと、
を有することにより、前記移動ブロックが前記軌道レールの長手方向で往復運動自在とされる直動案内装置であって、
前記複数のボールが連なり転走することによって形成されるボール循環列を複数列有するとともに、当該ボール循環列が２列隣り合うことによって形成される１組の複列ボール循環列を複数組有し、
前記複列ボール循環列を構成する２列のボール循環列が、その列間をリテーナで連結されることによってボール循環の同期がとられていることを特徴とする直動案内装置。
【請求項２】
請求項１に記載の直動案内装置において、
前記移動ブロックは、
前記負荷転動体転走溝と当該負荷転動体転走溝に略平行な無負荷転走路が形成される移動ブロック本体部と、
前記負荷転走路と前記無負荷転走路の端同士を連通する方向転換路が形成されるとともに前記移動ブロック本体部の両端にそれぞれ装着される一対の側蓋体と、
を備え、
負荷転走路、無負荷転走路及び一対の方向転換路によって形成される無限循環路が、前記リテーナと接触しないように構成されていることを特徴とする直動案内装置。
【請求項３】
請求項２に記載の直動案内装置において、
前記無負荷転走路及び前記一対の方向転換路は、ボールの転走方向に対して垂直方向の断面で見たときに、長円形にて形成されていることを特徴とする直動案内装置。
【請求項４】
請求項２に記載の直動案内装置において、
前記リテーナは、ボール循環列の側部にボール循環列に沿って延びる補強部が形成されていることを特徴とする直動案内装置。
【請求項５】
請求項４に記載の直動案内装置において、
前記無負荷転走路及び前記一対の方向転換路は、ボールの転走方向に対して垂直方向の断面で見たときに、前記ボールの表面を案内するように突起部が形成されていることを特徴とする直動案内装置。
【請求項６】
請求項３又は５に記載の直動案内装置において、
前記無負荷転走路は、一対の半割部材を組み合わせることによって形成されることを特徴とする直動案内装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか１項に記載の直動案内装置において、
前記一対の側蓋体は、前記複数のボールが前記負荷転走路と前記方向転換路との境界を移動するときにボールを掬い上げる掬い部を備えており、
前記掬い部は、同期して循環する２列のボール循環列の両外側のみを掬うように形成されていることを特徴とする直動案内装置。
【請求項８】
請求項７に記載の直動案内装置において、
前記掬い部は、舟形形状にて構成されていることを特徴とする直動案内装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の直動案内装置において、
前記無限循環路が８条設けられていることを特徴とする直動案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直動案内装置に係り、特に、ウェービング現象の発生を抑制することによって運動精度の向上を図った直動案内装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械の直線運動を転動体の回転を通じて案内する直動案内装置は、現在、あらゆる分野の機械装置で使用されるものである。かかる直動案内装置にあっては、これまで運動精度（位置決め精度、追従精度、走行精度など）の向上を図るために様々な改良が施されてきており、例えば下記表１に示されるように、３００ｍｍ当たりの真直精度では０．５μｍ〜１．０μｍ、ウェービング精度では０．０５μｍ〜０．１μｍを満足する精密直動案内装置が実現するに至っている。【０００３】
【表１】
2009028328.tif 000003
【０００４】
これらの改良は、例えば無限循環するボールが無負荷域から負荷域に移動する際の転がり運動をスムーズなものとするために、当該箇所に設けられるクラウニング形状を最適化するなどといった、改良技術の積み重ねによって成されてきた経緯がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近時の産業界にあっては、さらなる直動案内装置の高精度化を要望されており、例えば３００ｍｍ当たりの真直精度では０．１μｍ〜０．５μｍ、ウェービング精度では０．０１μｍ〜０．０５μｍなどといった運動精度を満足する、超精密直動案内装置を実現することが求められている（下記表２参照）。また、この超精密直動案内装置を実現した場合の更なる目標としては、下記表２で示される超々精密の直動案内装置の実現が期待されている。そして、このような超精密直動案内装置等を実現する際に乗り越えなければならない技術障壁として、ウェービング現象の極小化を図るという課題が存在していた。【０００６】
【表２】
2009028328.tif 000004
【０００７】
すなわち、ウェービング現象とは、転動体の転走溝に対する周期的な相対位置のずれに起因する移動ブロックの姿勢変化や振動（脈動）のことであるが、これまでウェービング現象を最小限に抑えるためには、移動ブロックの転走溝の両端部、すなわち転走溝の無負荷域と負荷域との境界位置に形成されたクラウニングと密接な関係があり、このクラウニングの形状を最適化することによってウェービングの極小化を図ろうとする試みが成されてきた。【０００８】
ただし、クラウニング形状の最適化という観点からの改良だけでは、産業界が要求する超精密直動案内装置を実現することは難しく、新たな観点からの改良技術を創案することが求められていた。【０００９】
本発明は、上述した課題の存在に鑑みて成されたものであって、その目的は、ウェービング現象を抑制することによって、産業界が要求する超精密な直動案内装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る直動案内装置は、長手方向に沿って転動体転走溝が形成される軌道レールと、前記転動体転走溝に対向する負荷転動体転走溝が形成される移動ブロックと、前記転動体転走溝と前記負荷転動体転走溝とによって構成される負荷転走路内に転動自在に設置される複数のボールと、を有することにより、前記移動ブロックが前記軌道レールの長手方向で往復運動自在とされる直動案内装置であって、前記複数のボールが連なり転走することによって形成されるボール循環列を複数列有するとともに、当該ボール循環列が２列隣り合うことによって形成される１組の複列ボール循環列を複数組有し、前記複列ボール循環列を構成する２列のボール循環列が、その列間をリテーナで連結されることによってボール循環の同期がとられていることを特徴とする。【００１１】
本発明に係る直動案内装置において、前記移動ブロックは、前記負荷転動体転走溝と当該負荷転動体転走溝に略平行な無負荷転走路が形成される移動ブロック本体部と、前記負荷転走路と前記無負荷転走路の端同士を連通する方向転換路が形成されるとともに前記移動ブロック本体部の両端にそれぞれ装着される一対の側蓋体と、を備え、負荷転走路、無負荷転走路及び一対の方向転換路によって形成される無限循環路が、前記リテーナと接触しないように構成することが好適である。【００１２】
また、本発明に係る直動案内装置において、前記無負荷転走路及び前記一対の方向転換路は、ボールの転走方向に対して垂直方向の断面で見たときに、長円形にて形成されていることが好適である。【００１３】
さらに、本発明に係る直動案内装置において、前記リテーナは、ボール循環列の側部にボール循環列に沿って延びる補強部が形成されていることが好適である。【００１４】
また、本発明に係る直動案内装置において、前記無負荷転走路及び前記一対の方向転換路は、ボールの転走方向に対して垂直方向の断面で見たときに、前記ボールの表面を案内するように突起部が形成されていることが好適である。【００１５】
さらに、本発明に係る直動案内装置において、前記無負荷転走路は、一対の半割部材を組み合わせることによって形成することができる。【００１６】
またさらに、本発明に係る直動案内装置において、前記一対の側蓋体は、前記複数のボールが前記負荷転走路と前記方向転換路との境界を移動するときにボールを掬い上げる掬い部を備えており、前記掬い部は、同期して循環する２列のボール循環列の両外側のみを掬うように形成することができる。【００１７】
さらにまた、本発明に係る直動案内装置において、前記掬い部は、舟形形状にて構成することができる。【００１８】
また、本発明に係る直動案内装置では、前記無限循環路が８条設けられていることとすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ウェービング現象を抑制することが可能となるので、産業界が要求する超精密な直動案内装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態に係る直動案内装置の概略構成を説明するための部分破断斜視図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１で示した第１の実施形態に係る直動案内装置の半縦断面図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図４Ａ】第１の実施形態に係る直動案内装置の変形例を説明するための要部拡大図である。
【図４Ｂ】第１の実施形態に係る直動案内装置の変形例に用いられるリテーナの正面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂにおけるリテーナの側面図である。
【図５】第１の実施形態に係る複列ボール循環列が無負荷域から負荷域へ移動する様子を示した概略図である。
【図６】図５の要部拡大図である。
【図７】ボールが掬い部によって掬い上げられる様子を示す図である。
【図７Ａ】掬い部の変形例を説明するための図である。
【図８】図７で示した掬い部の構成を説明するための斜視図である。
【図９】方向転換路を転走する複列ボール循環列の様子を示す図である。
【図１０】第１の実施形態に係る直動案内装置の多様な変形例を示す概略図である。
【図１１】ＩＳＯ規格が規定する直動案内装置（Series 1）の形状を示す図であり、その寸法は表３にて示されている。
【図１２】ＩＳＯ規格が規定する直動案内装置（Series 2）の形状を示す図であり、その寸法は表４にて示されている。
【図１３】ＩＳＯ規格が規定する直動案内装置（Series 3）の形状を示す図であり、その寸法は表５にて示されている。
【図１４】数値解析で定義された直動案内装置の座標系を示す図である。
【図１５】型番#１５において負荷転動体転走溝長さ基準値ｌtを変化させたときのボール径とウェービング値との関係を示す図である。
【図１６】型番#２５において負荷転動体転走溝長さ基準値ｌtを変化させたときのボール径とウェービング値との関係を示す図である。
【図１７】型番#４５において負荷転動体転走溝長さ基準値ｌtを変化させたときのボール径とウェービング値との関係を示す図である。
【図１８】型番#５５において負荷転動体転走溝長さ基準値ｌtを変化させたときのボール径とウェービング値との関係を示す図である。
【図１９】型番#６５において負荷転動体転走溝長さ基準値ｌtを変化させたときのボール径とウェービング値との関係を示す図である。
【図２０】型番#２５、負荷転動体転走溝長さ基準値ｌt＝１００のときに、外部荷重を０．１０Ｃから０．５０Ｃで変化させた場合のボール径とウェービング値との関係を示す図である。
【図２１】図１５で示した数値解析結果の波形を拡大することによって、更なるウェービング値とボール径との関係を明らかにした図である。
【図２２】図１６で示した数値解析結果の波形を拡大することによって、更なるウェービング値とボール径との関係を明らかにした図である。
【図２３】図１７で示した数値解析結果の波形を拡大することによって、更なるウェービング値とボール径との関係を明らかにした図である。
【図２４】図１８で示した数値解析結果の波形を拡大することによって、更なるウェービング値とボール径との関係を明らかにした図である。
【図２５】図１９で示した数値解析結果の波形を拡大することによって、更なるウェービング値とボール径との関係を明らかにした図である。
【図２６】表７で示した解析結果をタイプごとに比較するために折れ線グラフで表した図である。
【図２７】第２の実施形態に係る直動案内装置の外観斜視図である。
【図２８】第２の実施形態に係る直動案内装置の縦断面図である。
【図２９】第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせた構成の直動案内装置を例示する図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０  直動案内装置、１１  軌道レール、１２  転動体転走溝、１３  ボルト取付孔、１６  負荷転走路、２１  移動ブロック、２２  負荷転動体転走溝、２３  移動ブロック本体部、２４  側蓋体、２５  雌ねじ、２６  無負荷転走路、２７  リターンピース、３１  ボール、３５  リテーナ、３５ａ  間挿部、３５ｂ  連結部、３６  方向転換路、３７  空間、３８ａ，３８ｂ  半割部材、３９  掬い部、５０  直動案内装置、５１  軌道レール、５２  移動ブロック、６０  直動案内装置、６１  軌道レール、６１ａ  転動体転走溝、６１ｂ  ボルト取付孔、６２  ボール、６３  移動ブロック、６４  移動ブロック本体部、６４ａ  負荷転動体転走溝、６４ｂ  上面、６４ｃ  雌ねじ、６６  側蓋体、６７  負荷転走路、６８  方向転換路、７０  無負荷転走路、８０  直動案内装置。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［発明者の着想］
筆頭発明者の調査・研究によって、軌道レールと、この軌道レールに組み付けられる移動ブロックとで構成される直動案内装置においては、上下方向のウェービングに比較して左右方向のウェービングが平均値で倍以上悪化することが確認された。そして、この現象を発生させる原因として、筆頭発明者は、ボールが無負荷域から負荷域へと移動する際のタイミングのアンバランスにあるのではないかとの着想を得るに至った。【００２３】
すなわち、一般的な水平使用の直動案内装置を想定した場合、上下方向の安定度に寄与する軌道レールの上側に位置するボール循環列には、常にラジアル荷重が作用していることが知られている。そして、軌道レールの上側に位置するボール循環列が２列の場合を考えると、移動ブロックをこじらずにボールを弾性変形させるためには、左右２列のボール位置が揃った形で無負荷域から負荷域へと移動するのが最も効率的であり、その結果、２列のボール位置は自ずと揃った状態を維持しようとすることが考えられる。【００２４】
一方、軌道レールの左右方向に位置するボール循環列を考えた場合、移動ブロックの左右方向のボール循環列には、軌道レールの上側のような規制力が働かない。したがって、軌道レールの左右方向に位置するボール循環列では、ボールが無負荷域から負荷域へと移動する際のタイミングが揃わず、その現象がウェービングを増大させる一因であると考えられたのである。【００２５】
そこで、発明者らは、軌道レールの左右方向に位置するボール循環列において、無負荷域から負荷域へと移動するボールのタイミングを揃えるための改良を施した新たな直動案内装置を具体化した。以下に、筆頭発明者の見出した上述の好適な条件を満足する直動案内装置の第１の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の第１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、第１の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。【００２６】
［直動案内装置の具体例］
図１は、第１の実施形態に係る直動案内装置の概略構成を説明するための部分破断斜視図である。第１の実施形態に係る直動案内装置１０は、長手方向に沿って転動体転走溝１２が形成される軌道レール１１と、この転動体転走溝１２に対向する負荷転動体転走溝２２が形成される移動ブロック２１と、転動体転走溝１２と負荷転動体転走溝２２とによって構成される負荷転走路１６内に転動自在に設置される複数のボール３１とを有することにより、移動ブロック２１が軌道レール１１の長手方向で往復運動自在とされる装置である。【００２７】
軌道レール１１は概略矩形の断面を有する長尺の部材であり、その左右両側面にボール３１を受け入れ可能な転動体転走溝１２が軌道レール１１の長手方向に沿って形成されている。また、第１の実施形態に係る直動案内装置１０の場合、軌道レール１１の左右両側面にそれぞれ２条ずつ、合計４条の転動体転走溝１２が形成されている。軌道レール１１には、その長手方向に適宜間隔をおいて複数のボルト取付孔１３が形成されており、これらボルト取付孔１３に螺着されるボルト（不図示）によって、軌道レール１１が所定の取付面、例えば工作機械のベッドの上面に固定される。なお、図示の軌道レール１１は直線状であるが、一定の曲率を持った曲線状のレールが使用されることもある。【００２８】
一方、移動ブロック２１は、鋼等の強度の高い材料にて構成された移動ブロック本体部２３と、その移動ブロック本体部２３の両端にボルト（不図示）にて固定される一対の側蓋体２４，２４とを備えている。【００２９】
移動ブロック本体部２３には、軌道レール１１の転動体転走溝１２とそれぞれ対向する負荷転動体転走溝２２が設けられている。これら転動体転走溝１２と負荷転動体転走溝２２との組み合わせによって、軌道レール１１と移動ブロック２１との間に負荷転走路１６が形成される。移動ブロック本体部２３の上面には複数（図１では６本）の雌ねじ２５が形成されており、これらの雌ねじ２５を利用することによって、移動ブロック２１が所定の取付面、例えば工作機械のサドルやテーブルの下面に固定される。【００３０】
また、移動ブロック本体部２３には、負荷転動体転走溝２２に対して略平行な無負荷転走路２６が形成されている。一方、移動ブロック本体部２３の両端に固定される一対の側蓋体２４，２４には、側蓋体２４に埋め込み設置されたリターンピース２７によって形成された方向転換路３６がそれぞれ形成されており、これら方向転換路３６が負荷転走路１６と無負荷転走路２６の端同士を連通することによって、無限循環路が形成される。すなわち、移動ブロック本体部２３への一対の側蓋体２４，２４の装着によって、方向転換路３６が負荷転走路１６と無負荷転走路２６とを連通し、無限循環路を形成している。第１の実施形態に係る直動案内装置１０は、以上のような構成を備えているので、移動ブロック２１が軌道レール１１の長手方向で往復運動自在となっている。【００３１】
以上のような基本構成を有する第１の実施形態に係る直動案内装置１０では、上述したように複数のボール３１が連なり転走することによって形成されるボール循環列が４列形成されるのであるが、この４列のボール循環列は２列ずつが隣り合うように構成されており、合計で２組の複列ボール循環列を構成している。【００３２】
そして、第１の実施形態に係る直動案内装置１０の最も特徴的な構成として、２組の複列ボール循環列のそれぞれは、図２乃至図４においてより詳細に示すように、複列ボール循環列を構成する２列のボール循環列が、その列間をリテーナ３５で連結されていることが挙げられる。したがって、第１の実施形態では、リテーナ３５の作用によって２列のボール循環列の間でボール循環の同期がとられ、無負荷域である方向転換路３６から負荷域である負荷転走路１６へと移動するボール３１のタイミングを揃えることが可能となっているのである。【００３３】
なお、図２乃至図４に示されるように、リテーナ３５は、個々のボール３１間にあってボール３１の保持を行う間挿部３５ａと、複数の間挿部３５ａを連結することによって複列ボール循環列を実現する連結部３５ｂとから構成されている。間挿部３５ａは、ボール３１の径よりも小さい外径を有するように形成されており、また、連結部３５ｂについても、図３及び図４において明らかな通り、上下２列に並ぶボール３１の径に対して左右側にはみ出さないように配置されている。【００３４】
一方、上記リテーナ３５を有する複列ボール循環列は、無負荷転走路２６及び一対の方向転換路３６，３６内を無負荷の状態で循環するのであるが、この複列ボール循環列の経路である無負荷転走路２６及び一対の方向転換路３６，３６は、ボール３１の転走方向に対して垂直方向の断面で見たときに、長円形にて形成されていることを特徴としている。複列ボール循環列の経路を断面長円形で形成することによって、リテーナ３５は、無限循環路の無負荷域全てにおいて他部材との接触が回避され、スムーズな無限循環が実現するのである。【００３５】
さらに、断面長円形で形成された経路と複列ボール循環列との間には、中央部分に空間３７が形成されており、この空間３７がグリースポケットとしての機能を発揮するので、複列ボール循環列は好適な潤滑状態を常時維持することが可能となっている。【００３６】
なお、無負荷転走路２６については、移動ブロック本体部２３に円筒形の孔を形成し、この孔に筒状の部材を埋め込み設置することによって形成することが可能である。このとき、筒状の部材は、図３及び図４に示される一対の半割部材３８ａ，３８ｂを組み合わせることによって簡易に形成可能であり、かかる構成の採用によって無負荷転走路２６の加工が容易となり、製造コスト上のメリットを享受することができる。【００３７】
なお、リテーナ３５は、図４Ｂ及び図４Ｃに例示されているように、ボール循環列の左右側部に補強部３５Ｃを形成することが可能である。この補強部３５ｃについて、図４Ａ乃至図４Ｃを用いて説明を行う。ここで、図４Ａは、第１の実施形態に係る直動案内装置の変形例を説明するための要部拡大図であり、図４Ｂは、第１の実施形態に係る直動案内装置の変形例に用いられるリテーナの正面図であり、図４Ｃは、図４Ｂにおけるリテーナの側面図である。【００３８】
図４Ｃに例示されているように、補強部３５ｃは、ボール３１の中心から若干下方向にオフセットして形成されている。このように補強部３５Ｃをボールの転走方向に沿って形成すれば、リテーナ３５の曲げ強度の向上及び、ボール３１の保持強度の向上を図ることができる。【００３９】
また、リテーナ３５に補強部３５Ｃを形成した場合には、図４Ａに例示するように、一対の半割部材３８ａ、３８ｂにボールガイド壁３８ｃ、３８ｄ及び逃げ溝３８ｅを形成することができる。このように、無負荷転走路にボールガイド壁３８ｃ、３８ｄを形成すれば、ボール循環列毎にボール３１を案内することができるので、リテーナ３５の過度の変形を防止することができる。また、リテーナ３５は、移動ブロック２１内部に充填された潤滑剤に長期にわたり接触し、又は引っ張り荷重を繰り返し受けること、及びその他の要因による経年変化等によって、若干の変形を生ずる場合がある。そのような変形が生じた場合であっても、ボールガイド壁３８ｃ、３８ｄによってボール３１の移動軌跡を一定に保つことができ、長期間にわたって安定したボール３１の循環を達成することができる。【００４０】
さらに、第１の実施形態に係る直動案内装置１０は、ボール循環経路での無負荷域と負荷域との境界の構成、すなわち、方向転換路３６と負荷転走路１６との境界部分の構成に有意な特徴を備えている。この有意な特徴について、図５乃至図９を用いて説明を行う。ここで、図５は、第１の実施形態に係る複列ボール循環列が無負荷域から負荷域へ移動する様子を示した概略図であり、図６は、図５の要部拡大図である。また、図７は、ボールが掬い部によって掬い上げられる様子を示す図であり、図７Ａは、掬い部の変形例を説明するための図であり、図８は、図７で示した掬い部の構成を説明するための斜視図である。さらに、図９は、方向転換路を転走する複列ボール循環列の様子を示す図である。【００４１】
図５及び図６に示すように、移動ブロック２１を構成する一対の側蓋体２４，２４には、複数のボール３１が負荷転走路１６と方向転換路３６との境界を移動するときにボール３１を掬い上げるための掬い部３９が形成されている。この掬い部３９は、同期して循環する２列のボール循環列の両外側のみを掬うように形成されていることから、この領域においてもリテーナ３５と他部材との接触が回避されている。また、掬い部３９は、図７及び図８からも明らかな通り、舟形形状にて構成されていることから、ボール３１は負荷転走路１６と方向転換路３６との境界を移動するにしたがって徐々に掬い上げられ、非常にスムーズな循環移動をすることが可能となっている。その後、掬い部３９を通過した複列ボール循環列は、図９に示すように、カーブを描いて方向転換路３６内を循環し、負荷転走路１６（あるいは無負荷転走路２６）へと送り出されることとなる。【００４２】
なお、リテーナ３５については、図３に示されるように、複列ボール循環列が負荷転走路１６を循環する際にも他部材と接触することが無い。つまり、リテーナ３５は、無限循環路の全てにおいて他部材との接触が回避されており、このことから複列ボール循環列のスムーズな無限循環が実現している。【００４３】
以上、本発明の好適な第１の実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記第１の実施形態に記載の範囲には限定されない。上記第１の実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。【００４４】
例えば、図１乃至図９で説明した第１の実施形態に係る直動案内装置１０は、左右に２条ずつ合計４条のボール循環列を有するものであり、左右に１組ずつ合計２組の複列ボール循環列を有するものであった。しかしながら、このボール循環列の列数や複列ボール循環列の組数については種々の形態変更が可能であり、図１０で例示するように、合計８条のボール循環列を形成することによって、軌道レール５１上面に２組、左右に１組ずつ合計４組の複列ボール循環列を有する直動案内装置５０としてもよい。これらボール循環列の列数や複列ボール循環列の組数については、２列のボール循環列の間でボール循環の同期をとることと、リテーナ３５が無限循環路の全域において他部材と接触しないことを条件として、任意に変更可能である。かかる構成の採用によってさらに移動ブロック５２の往復運動は安定性を増し、ウェービングの抑制を図ることが実現する。【００４５】
また、図７Ａに例示するように、ボール循環列の各々について船形形状の掬い部３９ａ、３９ｂを形成することもできる。このようにボール循環列の各々について船形形状の掬い部３９ａ、３９ｂを形成すれば、ボール循環列毎にボールを掬うため、ボールを掬う位置がほとんど変化することがなく、掬い部３９ａ、３９ｂでのボール循環列のボール姿勢が安定し、無限循環するボールが負荷域から無負荷域に移動する箇所でのボールの出入りの影響を小さく出来る方向となるので、移動ブロックの姿勢変動や振動（脈動）を極小化することができる。また、掬い部の形状は、上述したように船形形状に形成した場合に限定されず、従来から用いられていたように、リップ形状でボールを掬う形状としても構わない。【００４６】
［さらなる改善のための着想］
さらに筆頭発明者は、今回初めて、直動案内装置に用いられるボールの径を小さくすることによって、ウェービング現象を抑制することができるのではないかとの着想を得るに至った。なぜなら、ボールを小径化することによって剛性は高くなるので、運動精度の向上に寄与するのではないかと考えたからである。また、ボールを小径化することは、ボール１個当たりに対する荷重あるいは面圧を下げる方向となり、さらに、クラウニング形状が設けられた箇所、すなわち無限循環するボールが無負荷域から負荷域に移動する箇所でのボールの出入りの影響を小さくできる方向となるので、移動ブロックの姿勢変動や振動（脈動）を極小化できると考えられる。【００４７】
ただし、直動案内装置に関わる従来の設計者は、ボールを小径化すると直動案内装置の定格荷重が小さくなってしまうので、ボールの径を小さくするという設計思想自体を持つことはなかった。したがって、従来技術では、クラウニング形状が設けられた箇所におけるボールの通過振動を抑制するためには、例えば、移動ブロックの長さを大きくすることによって従来の径を持ったボールの設置数を多くし、運動精度の向上を図ろうとする試みなどが行われていた（例えば、特開２０００−４６０５２号公報参照）。【００４８】
しかしながら、移動ブロックの長さを大きくすることは、図１１乃至図１３、及びこれら図１１乃至図１３に対応する表３乃至表５によって示されるＩＳＯ規格（ISO/CD 12090-1 及び ISO/CD 12090-2）の移動ブロック長さＢMAXを逸脱するものであり、ユーザにと
っては使用条件が大きく制約されるという問題を有していた。【００４９】
【表３】
2009028328.tif 000005
【００５０】
【表４】
2009028328.tif 000006
【００５１】
【表５】
2009028328.tif 000007
【００５２】
そこで筆頭発明者は、移動ブロックが上記ＩＳＯ規格に準拠するブロック長を有し、且つ、直動案内装置に要求される定格荷重を維持しながらも剛性を向上させることのできる直動案内装置を得るべく、最適なボール径を見出そうと努力したのである。次に、筆頭発明者が行った独自の数値解析の内容について、詳細に説明を行うこととする。【００５３】
［ボール小径化についての着想の検証（数値解析）］
図１４に、数値解析で定義された直動案内装置の座標系を示す。数値解析で想定する外部荷重は、図１４に示すように直動案内装置の中心にとられた座標原点に作用するものとし、その座標原点におけるウェービング値を算出することとした。また、ｚ軸方向、つまり鉛直方向ウェービングに焦点をあてて解析を行うこととした。【００５４】
さらに、数値解析では、５種類の型番（#１５，#２５，#４５，#５５，#６５であり、それぞれの数字が軌道レールの幅方向寸法（単位ｍｍ）を示している）を対象にボール径と移動ブロックの負荷転動体転走溝長さを変化させて、各々のボール径、移動ブロックの負荷転動体転走溝長さに対して最適なクラウニング形状を付与させたときのウェービング値を算出した。このときの外部荷重は０．１Ｃの純ラジアル荷重であり、最適クラウニング深さはクラウニングを付与しない状態で０．１Ｃの純ラジアル荷重を作用させたときの最大ボール弾性変形量の値とした。また、クラウニング形状は、直線クラウニングとしている。数値解析の解析条件の詳細を表６に示す。【００５５】
【表６】
2009028328.tif 000008
【００５６】
以上の条件での数値解析を実施した結果、図１５乃至図１９に示すような解析結果を得た。ここで、図１５乃至図１９は、各型番（#１５，#２５，#４５，#５５，#６５）において負荷転動体転走溝長さ基準値ｌtを変化させたときのボール径とウェービング値との関係を示す図である。なお、図１５乃至図１９中において製品Ａ，製品Ｂと表記されるものは、出願人が製造販売している従来の直動案内装置の製品シリーズを例示するものであり、かかる製品シリーズごとで従来から使用されているボール径（Ｄa）を縦方向の線分を引くことによって参考値として示している。【００５７】
そして、図１５乃至図１９で示される数値解析結果から分かったことは、いずれの負荷転動体転走溝長さ基準値ｌtであっても、ボール径が小さくなれば小さくなるほどウェービング値が小さくなるということである。【００５８】
また、上記知見を得たことから、さらに直動案内装置に加わる外部荷重の違いによる影響を把握するために、型番#２５、負荷転動体転走溝長さ基準値ｌt＝１００のときに、外部荷重を０．１０Ｃから０．５０Ｃで変化させた場合のボール径とウェービング値との関係を求めた。その解析結果が、図２０に示されている。図２０から分かるとおり、外部荷重が大きければ大きいほどウェービング値が大きくなることは予想されたことであったが、一方で、どのような大きさの外部荷重であっても、ボール径が小さくなれば小さくなるほどウェービング値が小さくなるという傾向に変わりはないことが明らかとなった。【００５９】
以上の結果を得たことから、筆頭発明者は、ウェービング精度が０．０１μｍ〜０．０５μｍの超精密直動案内装置、あるいはウェービング精度が０．０１μｍ以下の超々精密直動案内装置を想定した場合の最適なボール径を求めるために、図１５乃至図１９で示した数値解析結果の波形を拡大し、ウェービング値が０．０５μｍ以下となっている場合のウェービング値とボール径との関係を求めることとした。その結果を、図２１乃至図２５に示す。【００６０】
そして、図２１乃至図２５で示される解析結果から、図２１乃至図２５の波形は、図中の縦方向の破線で示される箇所が変化点となり、この破線より左側のボール径が大きい方でウェービング値の変化が大きく（すなわち、ボール径小径化の影響が大きいことを示している）、破線より右側ではウェービング値の変化が小さいことが分かった（すなわち、破線の値よりボール径を小さくしてもウェービング値の抑制には影響が少ない）。【００６１】
さらに、図２１乃至図２５で示される解析結果から分かったこととして、型番#１５の場合はボール径が１．５ｍｍより小さくなるとウェービング値が安定して小さくなり、型番#２５の場合はボール径が３．０ｍｍより小さくなるとウェービング値が安定して小さくなり、型番#４５の場合はボール径が４．５ｍｍより小さくなるとウェービング値が安定して小さくなり、型番#５５の場合はボール径が５．７ｍｍより小さくなるとウェービング値が安定して小さくなり、型番#６５の場合はボール径が６．５ｍｍより小さくなるとウェービング値が安定して小さくなるということが挙げられる。【００６２】
この結果をボールの直径と軌道レールの幅との関係として整理すると、型番#１５の場合はボールの直径が軌道レールの幅の１／１０となったときに上記変化点が現れ、型番#２５の場合はボールの直径が軌道レールの幅の１／８．３３となったときに上記変化点が現れ、型番#４５の場合はボールの直径が軌道レールの幅の１／１０となったときに上記変化点が現れ、型番#５５の場合はボールの直径が軌道レールの幅の１／９．６５となったときに上記変化点が現れ、型番#６５の場合はボールの直径が軌道レールの幅の１／１０となったときに上記変化点が現れることが明らかとなった。しかもこれらの結果は、全ての型番を総合しても、その変化点が０．００８μｍ〜０．００２μｍ以下のウェービング値を満足するものであり、ボールの直径が軌道レールの幅の１／１０以下となるように直動案内装置を構成すればウェービング精度が０．０１μｍ以下の超々精密直動案内装置を実現できることを示している。【００６３】
なお、図２１乃至図２５で示される解析結果から、ボール径の下限値については小さければ小さいほどウェービング値を抑制する方向になることが明らかであり、製造技術上の制約が存在しなければ、ボール径は限りなく０（ゼロ）に近い値であればあるほど良いことが予想される。ただし、現時点での製造技術を鑑みると、現実的なボール直径の下限値は、０．７ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であるとすることができる。【００６４】
［実用化への更なる改良］
さらに、筆頭発明者は、ボール径を小径化することによる定格荷重の低下に対する対策として、無限循環路の条数Ｌを増加させることを着想し、その効果を検証することとした。【００６５】
具体的な検証方法としては、下記表７に示すように、出願人が従来から製造販売しているＳＮＳ４５という製品シリーズの直動案内装置を用い、従来品であるＳＮＳ４５と、ＳＮＳ４５のボールを小径化したもの（すなわち、ボールの直径が軌道レールの幅の１／１０以下となるようにしたものであり、無限循環するボールの条数は４条である）、及びＳＮＳ４５でボールを小径化するとともに無限循環するボールの条数を８条としたもの、という３つのタイプの製品を想定した。そして、それぞれのタイプの製品ごとに、基本動定格荷重（Basic dynamic load rating）、ウェービング値（Waving amplitude）、及びラジアル方向変位（Radial displacement）を解析ソフトによって算出した。その解析結果を、表７及び図２６に示す。なお、図２６は、表７で示した解析結果をタイプごとに比較するために折れ線グラフで表した図である。【００６６】
【表７】
2009028328.tif 000009
【００６７】
その結果、従来品であるＳＮＳ４５と、ＳＮＳ４５のボールを小径化したものとを比べると、ＳＮＳ４５のボールを小径化したものは、ウェービング値とラジアル方向変位が低下（改善）しているものの、基本動定格荷重も同時に低下（悪化）しており、直動案内装置としての案内能力の低下が危惧される。【００６８】
しかし、ＳＮＳ４５でボールを小径化するとともに無限循環するボールの条数を８条としたものについては、ＳＮＳ４５のボールを小径化したのみのものと比較して、さらにウェービング値とラジアル方向変位が低下（改善）しながらも、基本動定格荷重が非常に向上（良化）している。この解析結果から、本発明品である「小径ボール」と「８条」を組み合わせた形式の直動案内装置は、従来と同程度の運動案内機能（基本動定格荷重）を維持しながらも、運動精度が飛躍的に向上するという、非常に有意な効果を発揮できることが明らかとなった。【００６９】
なお、無限循環するボールの条数については、バランスのとれた安定走行可能な直動案内装置を得ることを考慮して、無限循環するボールの条数をＬ＝４×Ｎ（Ｎは２以上の自然数）となるように構成することが好適であると考えられる。ただし、条数Ｌの現実的な値については、上記数式を満足するものであれば良いのであるが、ＩＳＯ準拠の直動案内装置を想定した場合の値として、条数Ｌを８とすることが好ましい。【００７０】
以上の内容をまとめると、直動案内装置に用いられるボールの小径化、具体的にはボールの直径が軌道レールの幅の１／１０以下となるように構成することによって、ウェービングの発生を極小化できることが明らかとなった。【００７１】
また、無限循環するボールの条数の多条化、具体的にはボールの条数ＬをＬ＝４×Ｎ（Ｎは２以上の自然数）となるように構成することによって、直動案内装置に用いられるボールの個数が増加し、ボールの小径化によって危惧された定格荷重の低下を防止することが可能となった。さらに、ボールの条数の多条化には、ウェービングの発生を抑制する効果があることも明らかとなった（図２６参照）。【００７２】
なお、「ボールの小径化」と「条数の多条化」は、いずれも直動案内装置に設置されるボールの個数が増加することにつながるので、ボール１個当たりに対する荷重あるいは面圧を下げるといった有意な構成を取り得ることを示しており、かかる構成の効果によって、直動案内装置における運動精度の向上（例えば、移動ブロックの姿勢変動や振動（脈動）の極小化）が実現する。また、「ボールの小径化」と「条数の多条化」は、ＩＳＯ準拠の移動ブロック長を維持しながらも上述したボール設置個数を増加させることにつながるので、「ボールの小径化」と「条数の多条化」との相乗効果によって、直動案内装置における運動精度の向上が実現している。ちなみに、「ボールの小径化」は、移動ブロックの体積増加にも寄与するので、移動ブロックの剛性が向上し、かかる点からも直動案内装置の運動精度向上が実現されている。【００７３】
［さらに改良された直動案内装置の具体例］
次に、筆頭発明者の見出した上述の好適な条件を満足する、さらに改良された直動案内装置の第２の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の第２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、第２の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。【００７４】
図２７及び図２８は、第２の実施形態に係る直動案内装置の一形態を示しており、特に、図２７は第２の実施形態に係る直動案内装置の外観斜視図であり、図２８は第２の実施形態に係る直動案内装置の縦断面図である。そして、第２の実施形態に係る直動案内装置６０は、軌道レール６１と、その軌道レール６１に複数のボール６２…を介して移動自在に取り付けられた移動ブロック６３とを備えている。【００７５】
軌道レール６１は概略矩形の断面を有する長尺の部材であり、その上面及び両側面にはボール６２を受け入れ可能な転動体転走溝６１ａが軌道レール６１の長手方向に沿って形成されている。また、第２の実施形態に係る直動案内装置の場合、軌道レール６１の上面に４条、軌道レール６１の両側面にそれぞれ２条ずつの転動体転走溝６１ａが形成されており、合計で８条の転動体転走溝６１ａが軌道レール６１の全長に亘って形成されている。軌道レール６１には、その長手方向に適宜間隔をおいて複数のボルト取付孔６１ｂが形成されている。これらボルト取付孔６１ｂに螺着されるボルト（不図示）により、軌道レール６１が所定の取付面、例えば工作機械のベッドの上面に固定される。なお、図示の軌道レール６１は直線状であるが、一定の曲率を持った曲線状のレールが使用されることもある。【００７６】
移動ブロック６３は、鋼等の強度の高い材料にて構成された移動ブロック本体部６４と、その移動ブロック本体部６４の両端にボルト（不図示）にて固定される一対の側蓋体６６，６６とを備えている。【００７７】
移動ブロック本体部６４には、軌道レール６１の転動体転走溝６１ａとそれぞれ対向する８条の負荷転動体転走溝６４ａが設けられている。これら転動体転走溝６１ａと負荷転動体転走溝６４ａとの組み合わせにより、軌道レール６１と移動ブロック６３との間に８条の負荷転走路６７が形成される。移動ブロック本体部６４の上面６４ｂには複数（図２７では４本）の雌ねじ６４ｃが形成されており、これらの雌ねじ６４ｃを利用することによって、移動ブロック６３が所定の取付面、例えば工作機械のサドルやテーブルの下面に固定される。【００７８】
また、移動ブロック本体部６４には、８条の負荷転動体転走溝６４ａに対して略平行な無負荷転走路７０が形成されている。一方、移動ブロック本体部６４の両端に固定される一対の側蓋体６６，６６には、負荷転走路６７と無負荷転走路７０の端同士を連通する方向転換路６８が８条ずつ形成されており、移動ブロック本体部６４への装着によってこれら８条の方向転換路６８が負荷転走路６７と無負荷転走路７０とを連通し、８条の無限循環路を形成する。第２の実施形態に係る直動案内装置６０は、以上のような構成を備えているので、移動ブロック６３が軌道レール６１の長手方向で往復運動自在となっている。【００７９】
そして、上述した第２の実施形態に係る直動案内装置６０においては、ボール６２の直径が軌道レール６１の幅の１／１０以下となるように構成されており、且つ、移動ブロック６３がＩＳＯ準拠のブロック長ＢMAXを有して構成されている。ボール６２の小径化が行われた上記構成を備えることによって、第２の実施形態に係る直動案内装置６０は、ウェービング現象を最小限に抑制することが可能となり、運動精度の向上が図られている。【００８０】
また、第２の実施形態に係る直動案内装置６０では、負荷転走路６７、無負荷転走路７０及び一対の方向転換路６８，６８によって形成される無限循環路の条数Ｌが８となるように構成されている。第２の実施形態に係る直動案内装置６０は、ウェービング現象の極小化のためにボール６２の直径が軌道レール６１の幅の１／１０以下となるように構成されているのであるが、この構成は、直動案内装置６０の定格荷重を低下させてしまう虞がある。そこで、無限循環路の条数、すなわち無限循環するボール６２の条列の数を８条とすることによって、定格荷重を向上させ、ボール６２の小径化による影響を排除したのである。かかる構成の採用によって、超々精密と呼ばれるクラスの運動精度を得ながらも、従来の直動案内装置と同等の定格荷重を維持した直動案内装置６０を実現することができた。【００８１】
さらに、第２の実施形態に係る直動案内装置６０は、移動ブロック６３の外形寸法をＩＳＯ規格に準拠したものとしながらもボール６２の小径化が行われているので、移動ブロック本体部６４等に対して負荷転走路６７及び無負荷転走路７０が占める割合が少なくてすみ、ゆえに移動ブロック本体部６４の剛性が向上するという効果をも発揮することができる。【００８２】
またさらに、第２の実施形態に係る直動案内装置６０によれば、移動ブロック６３の長さをＩＳＯ規格に準拠したものとすることができるので、広い汎用性が有る。【００８３】
以上、本発明の好適な第２の実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記第２の実施形態に記載の範囲には限定されない。上記第２の実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。【００８４】
例えば、図２７及び図２８で示した第２の実施形態に係る直動案内装置６０は、無限循環路の条数Ｌが８となるように構成されていたが、負荷転走路６７、無負荷転走路７０及び一対の方向転換路６８，６８によって形成される無限循環路の条数Ｌについては、Ｌ＝４×Ｎ（Ｎは２以上の自然数）なる数式を満足するように構成されていれば良い。具体的には、条数Ｌは、１２や１６等であっても良い。【００８５】
さらに、図２９において示すように、上述した第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせた構成の直動案内装置８０を実現することも可能である。なお、図２９には現れていないが、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせた直動案内装置８０には、リテーナ３５を好適に掬い上げる掬い部３９を設けることも可能である。かかる構成の直動案内装置８０によって、ウェービングの極小化を図ることが可能となる。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得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図１】
2009028328.tif 000010
【図２】
2009028328.tif 000011
【図３】
2009028328.tif 000012
【図４】
2009028328.tif 000013
【図４Ａ】
2009028328.tif 000014
【図４Ｂ】
2009028328.tif 000015
【図４Ｃ】
2009028328.tif 000016
【図５】
2009028328.tif 000017
【図６】
2009028328.tif 000018
【図７】
2009028328.tif 000019
【図７Ａ】
2009028328.tif 000020
【図８】
2009028328.tif 000021
【図９】
2009028328.tif 000022
【図１０】
2009028328.tif 000023
【図１１】
2009028328.tif 000024
【図１２】
2009028328.tif 000025
【図１３】
2009028328.tif 000026
【図１４】
2009028328.tif 000027
【図１５】
2009028328.tif 000028
【図１６】
2009028328.tif 000029
【図１７】
2009028328.tif 000030
【図１８】
2009028328.tif 000031
【図１９】
2009028328.tif 000032
【図２０】
2009028328.tif 000033
【図２１】
2009028328.tif 000034
【図２２】
2009028328.tif 000035
【図２３】
2009028328.tif 000036
【図２４】
2009028328.tif 000037
【図２５】
2009028328.tif 000038
【図２６】
2009028328.tif 000039
【図２７】
2009028328.tif 000040
【図２８】
2009028328.tif 000041
【図２９】
2009028328.tif 000042
【国際調査報告】
2009028328.tif 000043
2009028328.tif 000044
2009028328.tif 000045
2009028328.tif 000046
2009028328.tif 000047
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